JP2011509514A - 視差低減 - Google Patents

Abstract

光学デバイスにおける視差を幾つかの開示された技術のうちの一つ又は組み合わせを適用することにより低減させ、その技術は、低減された立体角又は光源の増大された平行化、デバイスの出力における増大された拡散／散乱、及び／又は反射光の平行化及び抑制のための反射構造体を含む。これらの技術はバックライトＬＣＤディスプレイ、特に高ダイナミック・レンジ二重変調ディスプレイへ有益に適用される。
【選択図】図６

Description

著作権の表示

この特許文書の開示事項の一部は、著作権で保護されるべき資料を含んでいる。これが米国特許商標局に出願又は記録されている限りは、誰かがこの特許文書若しくは特許開示事項を複写再生しても著作権者は不服を申し立てることはできないが、それ以外の場合には、如何なるものであれ全ての著作権は留保される。

発明の背景

本発明は視差低減に関するものである。

背景の説明

ダイナミックレンジは、場面の最高輝度の部分と場面の最低輝度の部分との強度比である。例えば、ビデオ投影システムによって投影される画像は、３００：１の最大ダイナミックレンジを有するであろう。

人間の視覚系は、非常に高いダイナミックレンジを伴う場面における地物を認識することができる。例えば、人間は、明るく晴れ渡った日に日陰の車庫の影を見ることができ、そのような場面においては、隣接する陽光の当たる領域の輝度が日陰の部分の輝度よりも数千倍も大きい場合でさえ、影の対象の詳細を見ることができる。そのような場面の現実的な表現を形成するためには、１０００：１を越えるダイナミックレンジを有するディスプレイが必要になる。用語「高ダイナミックレンジ」とは、８００：１以上のダイナミックレンジを意味する。

最新のデジタル画像形成システムは、場面のダイナミックレンジが保たれている場面のデジタル表現を捕捉して記録することができる。コンピュータ画像形成システムは、高いダイナミックレンジを有する画像を合成することができる。しかしながら、現在のディスプレイ技術では、高ダイナミックレンジを忠実に再現する方式で画像を表示することはできない。

Ｂｌａｃｋｈａｍその他による米国特許第５，９７８．１４２号は、画像をスクリーン上に投影するためのシステムを開示している。そのシステムは、光源からの光を共に調整する第一及び第二の光変調器を有する。光変調器の各々は、光源から光をピクセル・レベルで調整する。双方の光変調器で調整された光は、スクリーン上に投影される。

Ｇｉｂｂｏｎその他によるＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／２１３６７号は、前置変調器（ｐｒｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を含む投影システムを開示している。前置変調器は、変形可能なミラー・ディスプレイ・デバイス上の光入射量を制御する。個別の前置変調器は、選択された領域（例えば四分の一象限）を暗くするために使用し得る。

Ｗｈａｉｔｅｈｅａｄその他による米国特許第６，８９１，６７２号並びにその関連特許及び特許出願は、とりわけデュアル・ディスプレイの実装及び微調整を含めて、様々な技術を開示しており、ここでは調整された背景光（又は局所的淡色化とも称する）がディスプレイの前方変調器（例えばＬＣＤ）に表示される。

本願の発明者は、ディスプレイ及びそれに関連した光学機器における視差低減の必要性を認識した。概略を述べれば、本発明は背景光の立体角の縮小及び／又はディスプレイの出力における分散／散乱の増加によるディスプレイにおける視差低減からなる。その様々な代替例が与えられる。

一つの実施形態において、本発明はディスプレイを備え、このディスプレイは、光源の配列とランバート（ｌａｂｅｒｔｉａｎ）反射器の配列とからなるバックライトを備え、その各反射器は光源のうちの一つを囲んでいる。反射器は、例えば、花弁状構造反射器（例えば、６辺花弁状構造）からなってもよい。反射器は、例えば、反射器により囲まれた光源から発せられる光を再反射して、ディスプレイのパネルのバックライトへ向かって戻り反射させるように構成された構造としてもよい。

他の実施形態において、本発明は、局所的淡色表示ＬＥＤバックライト配列と、コリメート光を構成するように構成された一組のレンズとからなるディスプレイを備えてもよい。それらのレンズは、例えば、ＬＥＤバックライトに直接に装着される。

他の実施形態において、本発明は高ダイナミックレンジ高解像度ディスプレイを備えてもよく、そのディスプレイは、局所的淡色表示ＬＥＤバックライトと、視差を低減するように構成されたテクスチャード加工された拡散器とからなる。テクスチャード加工された拡散器は、例えば、表面テクスチャード加工拡散器からなってもよい。表面テクスチャード加工は、例えば、サンドブラスト型のパターン・テクスチャーからなってもよい。テクスチャード加工された拡散器は、例えば、拡散を広げて、同等な拡散器よりも吸収が少ないが、より厚みのある拡散器として構成してもよい。或いは、テクスチャード加工された拡散器は、例えば、サンドブラスト処理によってテクスチャード加工されているアクリルの拡散器からなってもよい。

更に他の実施形態において、本発明は、視差低減ディスプレイを備え、このディスプレイは、実質的なランバート反射器を有する平行バックライト構造からなる。本発明は、サンドブラスト・パターン化されたテクスチャード加工拡散器を更に備えてもよい。平行バックライト構造は、例えば、各々がコリメート・レンズからなる光源の配列からなってもよい。一つの代替例においては、平行バックライト構造は、局所的淡色表示ＬＥＤアレイからなる。一つの実施形態においては、反射器は花弁状反射器からなる。

更に他の実施形態において、本発明は、局所的に淡色化した高ダイナミック・レンジ・ディスプレイを備え、このディスプレイは、ディスプレイの出力における減少した立体角と、増大した拡散及び散乱拡散器とを有するバックライトからなる。

減少した立体角は、例えば、バックライトから発せられた光を平行にするように構成される光学素子を通じて達成できるであろう。一つの実施形態において、ディスプレイは、１０００：１を超えるコントラスト比を有する。他の実施形態においては、バックライトは、ＬＥＤの配列からなり、その各々のＬＥＤはランバート反射器により包囲されており、そのランバート反射器は、被包囲ＬＥＤから発せられる光を再反射して、前方パネルへ向かう方向において、その被包囲ＬＥＤへ向かって戻り反射させるように構成されている。

他の実施形態において、本発明によるディスプレイ又は光学デバイスは、電子部品と、プロセッサと、或いは光源及びパネル（例えば、ＬＣＤパネル）を駆動してディスプレイに画像を形成する他のデバイスを含んでもよい。そのような駆動には、例えば、ディスプレイの構造及びディスプレイを駆動するために用いられる計画を含めて、何れかの光源に起因するアーチファクトの低減の有無にかかわらず、画像を効率的に作り出す方式でディスプレイを駆動する信号を与えることを含む。

本発明は、本明細書に説明された何れの形態においても、一つ以上のデバイス、装置、方法、処理、アルゴリズム、装置、機構、若しくは他の形態で実施できるであろう。

更に、バックライト又は前方モジュレータ駆動電子部品を含む本発明の様々な構成要素は、コンピュータ・プログラム、データ・シーケンス、及び／又は制御信号その他に代えてもよく、コンピュータ読取り可能媒体に記憶された指令、或いは、無線放送、一つ又は複数の銅線上の送信、一つ又は複数の光ファイバー・ケーブル、及び一つ又は複数の同軸ケーブルその他を含めて（但し、それらに限定されることなく）、任意の媒体で任意の周波数における電子信号放送（若しくは送信）に包含された指令として実施してもよい。

本発明のより完全な理解及びそれに付随する利点は、添付図面と合わせて、以下の詳細な説明を参照することにより、よりよく理解される。
図１は視差の説明図である。 図２は光源の立体角の低減による視差の低減の説明図である。 図３は付加的な拡散による視差の低減の説明図である 図４は光源の立体角の低減及び付加的な拡散による視差の低減の説明図である。 図５はＬＥＤ反射器配列の説明図である。 図６はＬＥＤ出力を平行にするためにＬＥＤ反射器を使用する説明図である。

好ましい実施形態の説明

本発明は、視差を低減することにより特定のデバイスの画質を改善する新たな処理からなる。好ましくは、本発明は、個別に調整された、直接光バックライト・ディスプレイ・ユニットへ適用され、それらのユニットは、それらが示す視差の最小化から大きな利点を得ることができる、本発明は、本明細書に説明された複数の方法及び複数の構造の何れかで実施してもよく、それらは、視差低減のために個別に用いてもよく、或いはそれらの組合せで用いてもよい。

以下、添付図面において、同じ参照符号は同一又は対応する部品を示しており、特にその図１には、ＬＥＤ光源を目視している様子が示される。図１に示すように、直接光線バックライトにおける視差は、光源からの光がサイト効果のラインに起因する望ましくない領域においてＬＥＤから発せられるときに生じる。

本発明は、ここに説明する二つの対策を含む、視差低減の解決に関するものである。第１の解決策は、光源から射出する光の立体角の減少に関する。例として、図２に示すように、射出光２１０の立体角は、出射光を平行にするような射出立体角２２０に減少される。視差の減少の量は、立体角がどの程度減少させられるか（即ち、光源をどの程度平行にできるか）に依存している。

第２の解決策は、バックライト・ユニットの射出面にて発せられた光の指向性を取り除くことによって、視差を低減する。一例として、図３に示されるように、視差の低減は付加的な拡散による。ＬＣＤを通過する光は拡散して、従来のバックライト・ディスプレイにおけるフィルム３１０は、バックライト・ユニットを射出する際には、依然として相当な量の指向性を含んでいる。より多くの拡散をフィルム積層体（例えば、更なる拡散拡散器３２０）に加えることによって、より多くの散乱が起こって、視差の低減に至る。

理想的には、この二つの解決策の組合せは、最も良好な視差の低減を与える。図４に示すように、低減された射出立体角２２０の一例は、更なる拡散拡散器３２０と組み合わせられる。

本願の発明者は、これら二つの解決策のための三つの発明の構造及び方法を実験的に定めた。これらの三つは、バックライト・ユニットの効率を実質的に減少させることなく、可変な度合いで視差を減少させることに役立つ。光吸収を増大させることなく、視差を低減させることは、バックライト・ユニットの明るさを維持するために非常に重要である。これら三つの方法は、それらが組み合わせられたとき、直接光バックライト・ユニットにおける視差減少の最適の手段を与える。

第１の解決策はＬＥＤ光源の視準に関係する。一つの可能な方法は、ＬＥＤに直接装着される何らかの視準レンズを用いるものである。コリメートＬＥＤ（例えば Ｃｒｒｅ ＸＲＥ７０９０）は、任意の視差効果を低減することに役立ち、これはＬＥＤの出力の立体角がコリメート化された光源のために低減されるという事実に単純に起因している。より多くコリメートされたＬＥＤでは、より多くの視差の低減が起こる。しかしながら、コリメーションの量に対しては実際的な制約がある。光源が過度にコリメートされているならば、所定のＬＥＤ密度について均一なＬＥＤバックライトを得ることができない。また、完全にコリメーとされた光源は、輝度強化フィルム（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｆｉｌｍ（ＢＥＦ））がＬＣＤ積層に存在するならば、完全に平行な光源は最良の解決にはならない場合がある。これは、ＢＥＦは平行な光を通過させないためである。

第２の解決策は、従来の全ての直接ＣＣＦＬバックライト・ユニットに見られる標準的な厚くかさばる散乱拡散器の両側の表面テクスチャ仕上げに関係する。この表面テクスチュア仕上げは付加的な拡散及び散乱を与えて、射出する光の指向性成分を除去する。この指向性は視差に原因しているので、この指向性を除外若しくは低減することは、それに対応して視差を低減させる。

指向性における同様な低減は、より多くのバルク散乱を有して、より厚い拡散器を用いて達成することもできるかもしれない。しかし、この厚い拡散器は、吸収効果の増大のために、バックライト・ユニットの輝度を大幅に減少させてしまう。テクスチャ仕上げ拡散器（例えば、サンドブラストによってテクスチュア仕上げをなされた標準的なアクリル製拡散器）は、吸収増大の相当に多くの追加費用を伴うことなく、視差の低減のために必要な更なる拡散を加える。

第３の解決策は、ＬＥＤを包囲する反射器構造体を用いる。図５には、そのような反射器構造体５１０の配列５００の一つの変形例を例示してある。この構造体の反射面は、事実上、実質的にランバートである。反射面が実質的に反射鏡であるならば、反射器の端部がＬＣＤフィルムを通じて明瞭に見えることが観察されており、これはディスプレイの視覚的均一性に悪影響を及ぼす。これらの反射面の目的は、ＬＥＤを離れる光を平行にすることである。

ＬＣＤフィルムによって後方反射される任意の光を包含して再平行化することも有用である。光源に対して特定の立体角内で光を包含し、立体角を制御する反射器壁の角度を有することにより、正味の影響は、視差を低減させる。この考えは、図６（これは、個々の花弁／花弁状反射器５１０の側面切り欠き図を含む）に示されている。図６に示すように、反射器構造体を持たないＬＥＤ６１０は、反射６２０を示す。しかしながら、図６には、ランバート反射器５１０（ランバート反射器の一側面は、符号６４０により参照されている）を有するＬＥＤも示されている。この反射器において、光出力６３０は送信と反射との両方において拡散フィルムに関連して拡散／散乱を示すことはなく、花弁のランバート表面に関連して散乱することはない。

本発明は液晶型高解像度テレビ（ＨＤＴＶ）及びディスプレイに適用してもよく、その何れも、コンストラスト比が例えば１０００：１を越える高ダイナミック・レンジ（ＨＤＲ）を精製するように構成できるであろう。本発明は、局所的淡色化又は任意の形式のバックライト変調器を採用するＬＥＤ又は他のバックライト・デバイスに適合させることにも適するであろう。

添付図面に図示される本発明の好ましい実施形態を説明する際に、特定の用語が明確化のために用いられている。しかしながら、本発明はそのように選択された特定の用語に限定することは意図しておらず、各々の特定の要素は、同様な方式で作動する全ての技術的均等物を含むことに留意されたい。例えば、サンドブラストによる表面のテクスチャ化を説明する際には、その説明は、本明細書に列挙されたか否かに依らず、テクスチャ化のための任意の他の処理、或いは均等なテクスチャの形式、機能若しくは能力を有する材料に置き換えてもよい。更に発明者は、現在は知られていないが新たに開発された技術も、本発明の趣旨から逸脱することなく、本明細書に説明された部品に代用できるものと認識している。

他の全ての説明された項目は、反射器構造体（花弁状構造を含む）、コリメート化ＬＥＤ（白色又は彩色）、拡散器、光源、その他を含むが、これらに限定されるものではなく、任意の又は全ての利用可能な均等物も考慮されなければならない。

本発明は、本明細書に説明した任意の要素、部品、又は特徴（例えば、積層における更なる拡散、テクスチャ化及び／又はコリメート化光源、反射器、反射器配列）及びそれらの均等物を適切に備えてもよく、それらから構成されてもよく、或いは基本的にそれらから構成されるようにしてもよい。更に、本明細書に例示的に開示された本発明は、本明細書に特に開示されたか否かに依らず、任意の要素を用いることなく実施してもよい。

上述の教示を参照すれば、本発明の幾多の修正例及び変更例が可能なことは明らかである。従って、近く出願される本特許願に添付された請求項の範囲内において、本明細書に特に説明されたものとは別の方式で実施可能であることに留意されたい。

Claims (20)

1. バックライトからなるディスプレイであって、そのバックライトは、光源の配列と、実質的にランバート反射器の配列とからなり、その各反射器は前記光源のうちの一つを囲んでいるディスプレイ。
2. 請求項１のディスプレイにおいて、前記反射器は花弁状構造反射器からなるディスプレイ。
3. 請求項１のディスプレイにおいて、前記反射器は６辺花弁状反射器からなるディスプレイ。
4. 請求項１のディスプレイにおいて、前記反射器は、前記反射器で囲まれた光源から出射する光を再反射して、前記ディスプレイのパネルの前記バックライトへ向けて戻り反射させるように構成されているディスプレイ。
5. ディスプレイであって、
   局所的淡色化ＬＥＤバックライト配列と、
   光を平行化するように構成された一組のレンズとを備えるディスプレイ。
6. 請求項５のディスプレイにおいて、前記レンズは前記ＬＥＤバックライトに直接に装着されているディスプレイ。
7. 高ダイナミック・レンジ高解像度ディスプレイであって、
   局所的淡色化ＬＥＤバックライトと、
   視差を低減するように構成されたテクスチャ化拡散器とを備える高ダイナミック・レンジ高解像度ディスプレイ。
8. 請求項７の高ダイナミック・レンジ高解像度ディスプレイにおいて、前記テクスチャ化拡散器は、表面テクスチャ化拡散器である高ダイナミック・レンジ高解像度ディスプレイ。
9. 請求項８の高ダイナミック・レンジ高解像度ディスプレイにおいて、前記表面テクスチャは、サンドブラスト型パターン・テクスチャである高ダイナミック・レンジ高解像度ディスプレイ。
10. 請求項８の高ダイナミック・レンジ高解像度ディスプレイにおいて、前記テクスチャ化拡散器は、同等な拡散器よりも拡散を増大させ、且つ吸収が少ないように構成されているが、より厚い拡散器である高ダイナミック・レンジ高解像度ディスプレイ。
11. 請求項８の高ダイナミック・レンジ高解像度ディスプレイにおいて、前記テクスチャ化拡散器は、サンドブラスト処理によりテクスチャ化されているアクリル拡散器である高ダイナミック・レンジ高解像度ディスプレイ。
12. 視差低減ディスプレイにおいて、実質的にランバート反射器を有するコリメート化バックライト構造体を備える視差低減ディスプレイ。
13. 請求項１２の視差低減ディスプレイにおいて、サンドブラスト・パターン化されたテクスチャ化拡散器を更に備える視差低減ディスプレイ。
14. 請求項１２の視差低減ディスプレイにおいて、前記コリメート化バックライト構造体は光源の配列からなり、その光源の各々はコリメート・レンズを有する視差低減ディスプレイ。
15. 請求項１２の視差低減ディスプレイにおいて、前記コリメート化バックライト構造体は局所的淡色化ＬＥＤ配列からなる視差低減ディスプレイ。
16. 請求項１２の視差低減ディスプレイにおいて、前記反射器は花弁状反射器からなる視差低減ディスプレイ
17. 局所的に淡色化された高ダイナミック・レンジ・ディスプレイであって、
    縮小された立体角及び増大した拡散を有するバックライトと、前記ディスプレイの出力における散乱拡散器とを備える局所的に淡色化された高ダイナミック・レンジ・ディスプレイ。
18. 請求項１７の局所的に淡色化された高ダイナミック・レンジ・ディスプレイにおいて、前記縮小された立体角は、前記バックライトから射出された光を平行化するように構成された光学素子により達成される高ダイナミック・レンジ・ディスプレイ。
19. 請求項１７の局所的に淡色化された高ダイナミック・レンジ・ディスプレイにおいて、前記ディスプレイは、１０００：１を越えるコンストラト比を有する局所的に淡色化された高ダイナミック・レンジ・ディスプレイ。
20. 請求項１７の局所的に淡色化された高ダイナミック・レンジ・ディスプレイにおいて、前記バックライトは、複数のＬＥＤの配列からなり、その各々のＬＥＤはランバート反射器により包囲されており、そのランバート反射器は、前記被包囲ＬＥＤから出射する光を再反射して、前方パネルへ向かう方向で前記被包囲ＬＥＤへ戻り反射させるように構成されている局所的に淡色化された高ダイナミック・レンジ・ディスプレイ。

Images