专利名称：多面板液晶显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及多面板液晶显示(LCD)设备及使用该设备的图像显示系统。具体的，本发明涉及包括多个LCD面板的直接观看式LCD设备，通过其能够获得更高的对比度(contrast ratio)。此外，本发明涉及其中使用LCD设备的电子装置、图像发射器、图像数据切换装置、图像数据诊断装置以及架构(building)。
背景技术：
LCD设备具有以较低的功耗实现较高清晰度的优点，并且用在从小屏幕蜂窝电话到大屏幕电视监视器的范围广泛的应用中。然而，在LCD设备中存在缺陷，单独在黑色环境中的LCD面板的对比度比类似于LCD面板也用作电视监视器的CRT的对比度、等离子显示面板的对比度(3000∶1)要低，也比被称作FED/SED的场发射显示面板的对比度要低，并且至多在1000∶1的量级上。因此，需指出，存在在表现例如具有较高表现力的运动图像的图像源期间，特别是在黑暗环境中，不能充分感受到生动的表现。
为了解决上述问题，已经开发了一种根据要显示的图像控制背光光强的技术，从而改善显示屏幕上的对比度，而LCD面板其自身的对比度保持不变。然而，在具有表面发射型光源的常规背光单元中，使用具有窄动态范围的冷阴极射线管作为光源。因而，通过根据要显示的图像控制背光的光强来提高对比度被限制于大约2000至3000∶1。
需注意，背光单元的冷阴极射线管具有杆的形状。因此，如果存在同时表现在该LCD设备的相同屏幕上的高亮度区域和低亮度区域，则背光的亮度不会是每个区域都是规则的，导致通过背光的亮度控制获得的对比度的改善较差。因此，如果屏幕上表现的图像具有较高亮度区域，且希望强化较低亮度区域中的再现力，则由于较高亮度区域的存在，而降低了有效对比度。
为了解决上述问题，应有力地提高LCD面板的对比度。然而，如前所述，单独LCD面板的对比度至多在大约1000∶1。例如在专利公开JP-1989-10223A和JUM-1984-189625A中，描述了能够显著改善LCD设备对比度而不提高LCD面板自身对比度的制造LCD设备的技术。
图11示出具有多面板LCD设备结构的LCD设备的配置，其中两个LCD面板一个堆叠在另一个之上。LCD设备900包括偏振膜901、LCD面板941、偏振膜902、LCD面板942以及偏振膜903，它们以这样的次序从LCD设备900的光入射侧向光发射侧，即，从LCD设备900的后侧向前侧布置。LCD面板941包括以扭转向列(TN)模式工作的液晶(LC)层931；以及一对透明衬底911和912，在其邻近LC层931的表面上具有透明电极921和922。LCD面板942包括以TN模式工作的LC层932；以及一对透明衬底913和914，在其邻近LC层932的表面上具有透明电极923和924。LCD面板941和942的透明电极921和923是像素电极，从驱动电路951向其提供驱动信号。透明电极922和924是公共电极。由于采用包括两个堆叠的LCD面板的上述结构，当利用激光测量对比度时，可以将在使用单LCD面板的结构中为大约10至15的对比度提高到大约100∶1。另外，通过堆叠三个LCD面板，可以将对比度提高到大约1000∶1。以这样的方式，可以实现超过单独LCD面板的对比度极限的对比度。
专利公开JP-1989-10223A描述了一种驱动方案，其中通过从单个信号源提供的相同信号驱动两个堆叠的LCD面板941和942，以获得较高的对比度。然而，在LCD设备900的结构中，LC层931和932堆叠成在厚度方向上分开一段距离或间隙d1。因此，当在倾斜的观看方向上观察显示屏幕时，在LCD面板941和LCD面板942间的像素中出现不对准。由于该不对准，如果观察者在倾斜的观看方向上观察屏幕，图像会被观察为双行，这使得观察者感觉不舒适。另外，当执行色彩显示的两个LCD面板一个堆叠在另一个上，并且在倾斜的观看方向上观察它们时，光可能通过后侧LCD面板和前侧LCD面板之间的不同滤色器。由于此原因，出现降低了堆叠面板LCD设备的亮度和可视性的问题。
发明内容
本发明目的是提供一种具有多个堆叠的LCD面板的LCD设备以及包括该LCD设备的图像显示系统，其能够解决常规技术的上述问题，从而防止在以倾斜的观看方向观察时LCD设备的图像质量降低。
在本发明的第一方面，提供一种液晶显示(LCD)设备，其包括多个LCD面板，其一个堆叠在另一上，且每一都包括一对透明衬底和夹在它们之间的液晶(LC)层；一对第一偏振膜，它们之间夹着该堆叠的LCD面板；以及至少一个第二偏振膜，其插入在相邻的每两个堆叠的LCD面板之间，其中堆叠的LCD面板中的一个包括滤色器层，而堆叠的LCD面板中的另一个不包括滤色器层。
在本发明的第二方面，提供一种液晶显示(LCD)设备，其包括多个(n个)LCD面板，其一个堆叠在另一上，且每一都包括一对透明衬底以及夹在它们之间的液晶(LC)层；一对第一偏振膜，它们之间夹着该堆叠的LCD面板；至少一个第二偏振膜，其插入在相邻的每两个堆叠的LCD面板之间，以及图像数据处理单元，其用于产生用于驱动堆叠的LCD面板中至少一个的第一驱动信号，和产生用于驱动堆叠的LCD面板中另一个的第二驱动信号，通过将平均处理应用于该第一驱动信号来获得该第二驱动信号。
本发明提供了包括本发明第一或第二方面的LCD设备的电子装置。
本发明提供了包括本发明第一和第二方面的LCD设备的图像信号发射器。
本发明提供了包括本发明第一或第二方面的LCD设备的图像数据切换装置。
本发明提供了包括本发明第一或第二方面的LCD设备的图像数据诊断装置。
本发明提供了包括本发明第一或第二方面的LCD设备的总体结构(architectural structure)。
在本发明的第三方面，提供一种图像显示系统，其包括多个LCD面板，其一个堆叠在另一个上，且每一都包括一对透明衬底和夹在它们之间的液晶(LC)层；图像数据处理单元，其产生第一图像数据，以用于在至少一个堆叠的LCD面板上显示该第一图像数据，并产生第二图像数据，以用于在另一个堆叠的LCD面板上显示该第二图像数据，该第二图像数据是通过将平均处理应用于该第一图像数据而获得的；信号发射器，其将图像数据发送到各LCD面板；以及时序控制器，其控制该信号发射器的时序，以发送图像数据。
根据本发明第一方面的LCD设备，其中堆叠的LCD设备中一个具有滤色器层，而堆叠的LCD面板中的另一个防止光经过不同滤色器，从而抑制在以倾斜的观看方向观看时LCD设备的图像质量的退化。
根据本发明第二方面的LCD设备，第一驱动信号的平均处理允许第二驱动信号来使该LCD设备上显示的图像的边缘模糊，从而防止该边缘被观察成双行，并因此去除在以倾斜的观看方向观看图像时不舒适的感觉。
根据下面的说明，参考附图，本发明上述和其他的目的、特征和优点将更加显而易见。
图1是示出了根据本发明第一实施例的多面板LCD设备以及有关的驱动系统的框图；图2是图1中所示的LCD单元的剖面图；图3是图2的LCD单元主要部分的剖面图；图4的示意图示出了被配置为TV监视器的LCD设备与观察者之间的位置关系；图5A示出在平均处理之前的图像的示例，而图5B示出了平均处理之后的图像；图6的图示出了用于执行平均处理的距离r与(TsW-TsB)/(TW-TB)的值之间的关系；图7是在根据本发明第二实施例的多面板LCD设备中的LCD单元的剖面图；图8是根据第二实施例的LCD设备的框图以及相关驱动系统；图9示出根据本发明第三实施例的LCD设备中LCD单元的剖面结构；图10是根据本发明第六实施例的多面板LCD设备以及相关驱动系统的框图；以及图11是具有多面板结构的常规LCD设备的配置的剖面图，其中两个LCD面板一个堆叠在另一个上。
具体实施例方式
下面，将参考附图详细说明本发明的实施例。
图1示出根据本发明第一实施例的两面板LCD设备以及相关驱动系统。该LCD设备通常以附图标记100表示，以粗略分割的结构来看，其包括三个部分，即，图像源单元117、图像数据处理单元105和LCD单元116。这三个单元每一个都经信号线缆120至122连接到其他单元。LCD单元116具有多个堆叠的LCD面板(在图1的示例中两个LCD面板113和114)。可以将多种模式用作LCD面板113和114的显示模式。这里假设通过IPS模式驱动方案驱动LCD面板113和114。
图像源单元117包括图像源101和信号发射器102。图像源101是例如由通过执行预定的处理被重构成电子图像数据的照片和运动图片所表示的普通数据。信号发射器基于从图像源101提供的图像数据，产生图像信号，该图像信号被发送给图像数据处理单元105。信号发射器102经信号线缆120将所产生的图像信号发送给图像数据处理单元105。信号发射器102配置有例如由Thine Electronics，Inc.制造的THC63DV164。信号发射器102将从图像源输出的并行数据转换成串行信号，并在转换之后将该串行信号发送到信号线缆120。将信号发射器102配置来输出与通常用作个人计算机的数字接口的DVI(数字视频接口)等效的信号就可以了。因此，如果图像源单元117是具有DVI接口的个人计算机就没有问题。另外，只要信号发射器102中的接收器和图像数据处理单元105作为配对能够发送和接收信号就没有问题。因此，通过信号线缆120发送的信号的格式并不限于DVI格式，并且可以是模拟格式。
图像数据处理单元105包括接收器103，本地存储器104、缓冲存储器106和109、发射器107和108、时序控制单元110、以及运算单元118。图像数据处理单元105在运算单元118上对从图像源单元117接收的图像信号执行信号转换(图像处理)。然后，图像数据处理单元105产生用于构成该LCD单元116的多个LCD面板的每一个的信号。稍后将详细说明图像数据处理单元105的每一模块的操作。
图像数据处理单元105可以配置有例如Xilinx Inc.制造的Spartan-3E Display Solution Board，可选择的，可以将DVI-I/F板连接于其。具体的，该DVI-I/F板用作接收器103，而构成该图像数据处理单元105的其他模块都配置有Spartan-3E Display Solution Board。另外，将图像处理逻辑电路等配置在该板中内建的FPGA芯片(Spartan-3E)内。将用于LCD单元116的LCD面板的输入格式(LVDS)用于从输出侧上的发射器107和108输出的信号。
LCD单元116包括LC驱动电路111和112、LCD面板113和114、以及背光单元115。第一LCD面板单元113被配置作为执行色彩显示的LCD面板。第二LCD面板单元114被配置作为执行单色显示的LCD面板。该第一和第二LCD面板113和114的次序可以反转。也就是说，可以将单色显示的LCD面板设置在更接近观察者的一侧，而将彩色显示的LCD面板设置在更接近光源的一侧。
LC驱动电路111和112基于从图像数据处理单元105接收的信号，分别驱动该第一和第二LCD面板113和114。背光单元115是平坦表面光源，并发射光使之从该第一和第二LCD面板113和114的后表面入射在该第一和第二LCD面板113和114上。在第二LCD面板单元114中，基于输入到该第二LCD面板单元114的驱动信号调制从背光单元(光源)115发射的光，并且该光入射到该第一LCD面板单元113上。基于输入的驱动信号控制第一LCD面板单元113的显示图像。观察者通过观看从背光单元115经过该第一和第二LCD面板113和114的光，来观察显示图像。
图2示出了LCD单元116的截面结构。第一LCD面板单元113包括偏振膜201、透明衬底211、滤色器层251、定向膜221、LC层231、定向膜222、透明衬底212以及偏振膜202，它们以这样的次序从光发射侧或从后侧起布置。背光单元115上的第二LCD面板单元114包括偏振膜203、透明衬底213、定向膜223、LC层232、定向膜224、透明衬底214以及偏振膜204、它们以这样的次序从光发射侧向LCD面板的光接收侧布置。
在本文中，为了便于说明，将透明衬底211、滤色器层251、定向膜221、LC层231、定向膜222以及透明衬底212称作第一LCD面板261。将第一LCD面板261和一对偏振膜201和202一起称作第一LCD面板单元113。另外，将透明衬底213、定向膜223、LC层232、定向膜224和透明衬底214称作第二LCD面板262。将该第二LCD面板262和一对偏振膜203和204一起称作第二LCD面板单元114。
在接近构成该第一LCD面板单元113的LC层的透明衬底212的表面上，以矩阵形式布置电极线，并在电极线的每一交叉点上布置三端非线性元件(有源器件，例如TFT，因此有时可以将其称作“TFT”)，以配置相应像素的有源器件。在每一像素中，以梳齿形形成连接到相应TFT的源/漏路径的像素电极和连接到公共电极线的公共电极。以横向电场驱动方案，例如IPS驱动方案，来驱动LC层231。在滤色器层251中，以条带形式布置红(R)、绿(G)和蓝(B)的滤色器，并且由具有R、G和B滤色器的三个单位像素构成一个像素，并设置成彼此相邻。
下面将说明第一LCD面板单元113的制备。定向膜221和222是通过将其覆盖在其上形成有滤色器层251或电极的透明衬底211和212的表面之一上而形成的，且随后摩擦(rub)其以用于LC层的定向。之后，布置透明衬底211和212使得其上形成定向膜221和222的两个透明衬底211和212的表面彼此相对，并使得初始LC定向的方向彼此平行或不平行，且在相对的表面之间设有特定的间隔。可以将LC分子，诸如Merck Ltd.制造的ZLI4792，注入在该间隔中，以形成该第一LCD面板261。
另外，布置例如配置有由Nitto Denko Corporation制造的SEG1224的偏振膜201和202，使得第一LCD面板261被夹在它们之间，来形成第一LCD面板单元113。在该阶段，偏振膜201和202的光透射轴或光吸收轴布置为基本上以直角彼此相交叉，该偏振膜201和202的任一个的光吸收轴在LC定向方向上平行于LC层231。
至于第二LCD面板单元114，也以矩阵形成将电极布置在临近LC层的透明衬底214的一个表面上，且TFT布置在电极线的每一交叉点上。由于第二LCD面板单元114不具有滤色器层，不同于该第一LCD面板单元113，不需要将单个像素划分成与R、G和B对应的三个单位像素。在第二LCD面板单元114中，单个像素配置有一个像素，且该单个像素的大小等于第一LCD面板单元113的三个单位像素的总大小。可替换的，可以将第一LCD面板单元113的像素的结构(大小)和第二LCD面板单元114的设置成相同，并且可以将单色彩的三像素组合在一起，来形成一个像素。在任一情况下，在该第一LCD面板单元113和第二LCD面板单元114之间，作为单位的像素的分辨率相同。
用以制备第二LCD面板单元114的过程类似于用以制备第一LCD面板单元113的过程。在透明衬底213的一个表面上和透明衬底214的一个表面上(其上以矩阵形式布置电极)，分别形成定向膜223和224。布置透明衬底213和214，使得定向膜223和224彼此相对，且在它们之间形成间隔。然后，将LC分子注入到该间隔中，以形成第二LCD面板262。之后，布置偏振膜203和204使得将第二LCD面板262夹在它们之间，以形成第二LCD面板单元114。至于偏振膜203和204的光透射轴或光吸收轴的方向，两个偏振膜的光透射轴或光吸收轴的方向以基本上直角彼此相交，并使偏振膜203和204的任一个的光吸收轴平行于LC层232中LC分子的定向方向。
在LCD单元116中，第一LCD面板单元113和第二LCD面板单元114一个堆叠在另一个之上，使得第一LCD面板单元的113的像素与第二LCD面板单元114的对应像素对准。在该制造阶段，使该第一LCD面板单元113中LC分子的定向与第二LCD面板单元114的LC层中LC分子的定向平行或垂直。另外，使得在光入射侧上的第一LCD面板单元113的偏振膜202与在光入射侧上的第二LCD面板单元114的偏振膜203之间，光透射轴或光吸收轴基本彼此平行。因而，允许经过偏振膜203的光尽可能多地通过光入射侧上的第一LCD面板单元113的偏振膜202。
在本实施例中，仅在构成LCD设备100的多个LCD面板中的一个上形成滤色器层。具体的，在图2中，滤色器层251仅设置在第一LCD面板单元113中。如果在该多个堆叠的LCD面板的每一个上都设置滤色器层，则当观看点物理移动时，由于三维不对准，在一个LCD面板的滤色器层和另一个LCD面板的滤色器层之间，入射光可能经过不同的颜色区域。例如，如果经过LCD面板单元中红的滤色器的光经过另一LCD面板单元中蓝的滤色器，那么显示亮度将根据观看角度而剧烈地变化。在本实施例中，通过在多个LCD面板单元中在一个LCD面板单元中形成滤色器层，来防止出现这种情况。因此，防止了显示亮度根据观看角度而较大变化的情况。
在上述结构的LCD设备100中，在该多个LCD面板之间，观察者和LCD面板的LC层之间的距离是不同的。因此，如果通过从单一信号源提供的相同信号来驱动多个堆叠的LCD面板，那么由于视差可能会引起图像质量降低。考虑到这样的问题，本发明将平均处理应用于驱动第一LCD面板单元113的图像数据，从而补偿由于视差而引起的差异。另外，为了防止由于应用了平均处理而引起的透射因数(transmission factor)的变化，对驱动第二LCD面板单元114的图像数据执行透射因数修正处理或透射因数调整处理。下文中，将详细说明该图像处理的内容。
图3示出LCD单元116的主要部分的剖面图。在图3中，为了说明，提取了图2中的透明衬底211至214以及LC层231和232。图3中的LCD面板单元301和302对应于图2中所示的LCD面板单元113和114的LCD面板。透明衬底321至324分别对应于图2中所示的透明衬底211至214。另外，LC层325和326对应于图2中的LC层231和232。将参考图3说明本实施例的图像处理技术的概念，其中防止观察者感觉到在多个LCD面板(LC层)一个堆叠在另一个上的结构中引起的视差334。另外，将参考用来在第一LCD面板301中执行平均处理的距离“r”的定义方法进行说明。
如果从图3中所示观察点311在与LCD面板垂直的方向上观察该第一和第二LCD面板301和302，可以观察到，在对于第一LCD面板301和第二LCD面板302显示相同数据(灰度级)的第二LCD面板302的点α和第一LCD面板301的点β彼此重叠，以表现一个点。因此，在这种情况下，观察者不会有不舒适的感觉。另一方面，在倾斜的观看方向，当光从透明衬底321发射到空气中时，根据Snell定律，由于透明衬底321和空气间折射率之差，都以角φ经过第二LCD面板302的点α和经过第一LCD面板301的点β的光被折射到角θ的方向。因而点α和点β彼此分开与在垂直方向上点α和β之间的距离d对应的距离。因此，当从在与垂直方向偏离角θ的方向上的观察点312观察点α和β时，根据视差333的程度在彼此分开的不同位置上观察到显示相同图像的点α和β。因此，例如图像的轮廓线被观察成双行，导致观察者感觉十分不舒适。
光从透明衬底321射出的角度θ和光在LCD面板301和302内前进的角度φ可以由下面的公式表示na·sinθ＝ng·sinφ，其中ng、na是透明衬底和空气的折射系数。通过设置该公式，光在LCD面板301、302中前进的方向的角度可以通过下式表示φ＝sin-1((na/ng)×sinθ)。
根据这些关系，在倾斜的观看角度θ上观测到第二LCD面板302中的位置α和第一LCD面板301中位置β彼此分开的视距或偏离r，由下面的公式表示tanφ＝(r/d)r＝d×tanφ (1)。
＝d×tan(sin-1((na/ng)×sinθ))为了消除倾斜的观看角度θ上的视差333，通过将该位置从原始位置β移动到图3中所示的位置γ，来显示最初在位置β上显示的数据。为此原因，运算单元118执行平均处理，以相对于用来驱动第一LCD面板301的信号，对于整个屏幕使点β上的数据分散距离“r”。以这样的方式，能够降低视差的影响，并且观察者不会感觉到不舒适。在本实施例中，对具有滤色器层251(图2)的第一LCD面板301执行该平均处理。但是，可以对不具有滤色器层的第二LCD面板302进行平均处理。另外，对其进行平均处理的LCD面板并不需要布置在更接近观察者的前侧，并且如果在该LCD设备的后侧上存在LCD面板，也没有特别的影响。
在平均处理中，将从聚焦像素(focused pixel)测量的预定距离的范围内存在的像素的图像数据简单地平均。在该平均处理中，例如，将在具有从聚焦像素的坐标延伸距离r的垂直和水平边的矩形区域所围绕的范围内的图像数据平均。对于该平均处理，可以采用将该区域内的图像数据简单平均的方法。在替换方案中，可以在对应于距聚焦像素的距离执行加权之后，执行该平均处理，使得在该平均中，该区域的中央部分表现出较大的权重。在这种加权技术中，可以使用高斯(Gaussian)分布。除高斯分布外，还可以采用微倾斜分布(mereinclination distribution)、二次曲线或四次曲线。
其中要执行平均处理的区域的范围应该根据采用什么程度的角θ的范围而改变。将参考图4说明用来获得其中要执行平均处理的区域的范围的计算。这里，假设LCD设备401的纵向(图4中所示方向402)的长度是L，从在水平方向上距LCD设备401两倍屏幕长度L(即，2×L)的点观察LCD设备401。观察点404是从正面中心观察LCD设备401的中心观察点，并且观察点404和LCD设备401的屏幕的中心之间的距离是2×L。这里假设从观察点404观察一个位置，当在LCD设备401的垂直方向(方向403)观看时该位置位于中心而在其水平方向上观看时其位于边缘。在从观察点404向屏幕中央的方向与从观察点404向显示屏幕的侧面上边缘的方向之间的角度θ1可以由下式表示θ1＝tan-1((L/2)/2L) (2)为了防止当从观察点404观察屏幕的边缘时由于视差而引起的不舒适的感觉，将公式(2)的θ1带入公式(1)的θ，可以在通过下式获得距离r1的范围内执行该平均处理r1＝d×tan(sin-1((na/ng)×sin(tan-1((L/2)/2L)))) (3)将其中执行平均处理的范围设置为通过上式(3)获得距离r1的范围，从而能够降低从前侧上观察点404观察LCD设备401的屏幕时由于视差而引起的不舒适的感觉。但是，在此情况下，当观察点从位于中心的观察点404向左或向右移位时，在从该观察点向LCD设备401的方向与从该观察点向屏幕的水平边缘的方向之间的角度将大于θ1，并且仍出现由于视差而引起的不舒适的感觉。为了防止在相对于屏幕的任何观察点观察LCD设备401时的不舒适的感觉，其中执行平均处理的距离应当仅仅是与在水平方向上从在对面的观察点405观察水平方向上屏幕的边缘时的角度θ2对应的距离。在此情况下，θ2可以由下式表示θ2＝tan-1(L/2L)。
为了防止在从观察点405观察水平方向上的屏幕边缘时由于视差而引起的不舒适的感觉，应当仅在通过下式得到的距离r2的范围内进行平均处理r2＝d×tan(sin-1((na/ng)×sin(tan-1((L/2L)))。
如果将LC电视机看作LCD设备401的话，则观察点并不总是存在于电视屏幕的范围内。在此情况下，假设与屏幕的边缘分开距离L的观察点406，并且用于进行平均处理的距离应当仅仅是与在从观察点406在水平方向上观察LCD设备401的相对边缘时的角度θ3对应的距离。角度θ3通过下式得到θ3＝tan-1(2L/2L)＝45°。
用于执行平均处理的距离r3可以由下式得到r3＝d×tan(sin-1((na/ng)×sin(45°)))。
另外，为了防止在从任何方向观察LCD设备401时的不舒适的感觉，假设在水平方向的延长线上的位置观察屏幕的观察点407，并且用于执行平均处理的距离应当仅仅是与在从观察点407观察LCD设备401时的90度的角度对应的距离。在此情况下用于执行平均处理的距离r4由下式得到r4＝d×tan(sin-1(na/ng))。
如上得到的用于执行平均处理的距离“r”是与LCD面板像素的节距无关的常数。假设将显示单个像素图像所必须的区域设置为像素，并且用于执行平均处理的距离是r，且像素节距(即在水平方向或垂直方向上彼此相邻的两个像素间的距离)是pp，则平均处理应当仅在从聚焦像素到在垂直方向上距该聚焦像素np＝r/pp的像素的范围内执行。对于该平均处理，如果将图像数据划分成亮度分量和色彩分量，则可以利用用于各分量的距离r进行该平均处理。
回到图1，上述平均处理在运算单元118中进行。接收器103恢复经信号线缆120从图像源单元117输入的图像信号。接收器103将恢复的图像信号传递到运算单元118。运算单元118具有用于在其中存储输入的图像信号的本地存储器104，并同时执行图像存储和图像处理。该本地存储器104具有至少(np×2+1)行存储器，且优选包括帧存储器。运算单元118产生用于驱动该第一和第二LCD面板113和114中每一个的数据。运算单元118经缓冲存储器106和109、发射器107和108以及信号线缆121和122，将用于驱动LCD面板113和114的信号传送给LCD单元116。在信号传输时，将对距聚焦像素距离r或像素数目np的像素范围进行平均的信号传送给第一LCD面板单元113。
可以通过下述步骤来确认应用于第一LCD面板单元113的平均处理的有效范围是否与设置的范围相同。例如，在允许第二LCD面板单元114处在全透射(full transmission)的状态时，仅驱动第一LCD面板单元113，并且将具有不同灰度级(例如25的亮度和75的亮度)的两条带显示为在垂直或水平方向上延伸，每一条带的宽度具有相同的宽度W。在该示例中，灰度级的含义是在全透射下最大亮度是100，在全屏蔽下最小亮度是0。测量在屏幕上亮度最高的位置上的亮度T1和亮度最低的位置上的亮度T2，并将其比率定义为CR1(＝T1/T2)。当该条带的宽度W充分大于用于执行平均处理的距离r时，即使宽度W变窄，CR1也不变化。然而，当满足条件W＝2×r时，由于平均处理范围超过宽度W，CR1的值开始下降。因此，通过观察CR1的降低，可以确认在屏幕上平均处理的有效范围是否与设定的范围相同。
图5A示出在平均处理之前的图像的示例。图5B示出平均处理之后的图像。在图像要经受平均处理时，如图5A中所示，示例了一种图像，其中以两个条带都具有相同宽度的形式以空间周期“p”交替地布置两个不同灰度级，即100的亮度和0的亮度，假设全透射的亮度是100，而全屏蔽的亮度是0。图5A中，图像中具有较高亮度的条带的灰度级表示为TW，而具有较低亮度的条带的灰度级表示为TB。当将平均处理应用到图5A的图像时，如图5B中所示，具有较高灰度级变化程度的位置变得模糊，从而整个图像具有跨条带地温和且平滑变化的灰度级。这里假设图像中具有最高亮度的位置的亮度是TsW，而具有最低亮度的位置的亮度是TsB。在其中与周期p相比，用于执行平均处理的距离r足够小的范围内，上述亮度TW和TsW基本相等，且亮度TB和TsB基本相等，从而由下式(TsW-TsB)/(TW-TB)表示的值呈现“1”。
图6示出用于执行平均处理的距离r和(TsW-TsB)/(TW-TB)的值之间的关系。当用于执行平均处理的距离r小于条带的周期p的1/4时，在具有亮度0的条带的中央位置处的平均处理的范围是在亮度0的条带范围内。另外，在具有亮度100的条带的中央位置处的平均处理的范围是在亮度100的条带范围内。因此，即使用于执行平均处理的距离r改变，(TsW-TsB)/(TW-TB)的值也保持在“1”且不改变。当用于执行平均处理的距离r超过周期p的1/4时，(TsW-TsB)/(TW-TB)的值开始下降，因为亮度0和亮度100混合。相对于执行平均处理的范围的增长，(TsW-TsB)/(TW-TB)的值下降的程度(或斜率)根据平均处理中的加权而变，也就是说，影响的程度取决于外围像素或中央像素。在本实施例中，例如，当对于r＝3/p的情况的距离r执行平均处理时，采取其中(TsW-TsB)/(TW-TB)的值为0.5的平均处理。
如果第一LCD面板单元113显示该平均的图像，在从前面中央观察时，由于该平均过程，可能观察到该图像模糊或朦胧，从而整个图像缺乏锐度感。为此原因，运算单元118应用图像处理，以修正由于对要在第二LCD面板单元114上显示的图像平均处理而改变了的透射因数，这里，称之为透射因数修正处理。因而，控制第二LCD面板单元114的透射因数，以便得到在将平均处理应用到第一LCD面板单元113之前获得的原始灰度级特性。典型的，由运算单元118应用到第二LCD面板单元114的图像处理是强化图像边缘部分的图像处理。这里，为便于说明，将这种图像处理表述为边缘强化处理。
在该边缘强化处理中，假设像素的总透射因数由于应用到第一LCD面板单元113上的平均处理而从Ta变化到Ta+α(α＞0或α＜0)。在此情况下，运算单元118将第二LCD面板单元114中的像素的透射因数改变与β对应的量，使得经过第二LCD面板单元114和应用了平均处理的第一LCD面板单元113的光呈现出Ta，其是在应用平均处理之前的亮度。以这样的方式，尽管第一LCD面板在其上显示应用了平均处理的图像，仍可以使正面观看区域上的总透射因数等于在应用平均处理前的透射因数。
可以通过下述过程检查在第二LCD面板单元114的图像中进行了何种程度的边缘强化处理。例如，当假设第一LCD面板单元113处于全透射状态时，仅驱动第二LCD面板单元114，使得在具有相同宽度的两个条带中显示两个灰度级，例如25的亮度和75的亮度，假设全透射的亮度是100，而全屏蔽的亮度是0。这里，假设在第二LCD面板单元114中较高亮度条带的中央位置处的亮度为U1，且假设在较低亮度条带的中央位置处的亮度为U2。另外，假设屏幕上具有最高亮度的位置处的亮度为U3，且假设具有最低亮度的位置处的亮度为U4。在第二LCD面板单元114中应用边缘强化处理之前，下式成立U1/U2＝U3/U4。
如果在第二LCD面板单元114中应用边缘强化处理，则该式变为如下的关系U1/U2＜U3/U4。
因此，通过比较U1/U2的值对U3/U4的值，可以由屏幕上显示的图像确定在第二LCD面板单元114中应用何种程度的边缘强化处理。
考虑到平均处理和边缘强化处理中的处理延迟时间，时序控制单元110调整图像信号的传输时间，使得在第一和第二LCD面板113和114以相同时序显示图像。另外，时序控制单元110将在第一和第二LCD面板113和114中显示所需的Vsync、Hsync和DotClock信号传送给第一和第二LCD面板113和114。时序控制单元110控制整个设备的时序，从而能够同步(synchronize)在第一和第二LCD面板113和114上的图像显示。
在本实施例中使用的单独第一和第二LCD面板113和114每一个的对比度为大约700∶1。在本实施例中，通过将该第一和第二LCD面板113和114一个堆叠在另一个上，可以显著地将LCD设备110的对比度提供到大约500000∶1。另外，在本实施例中，堆叠的第一和第二LCD面板113和114的任意一个显示平均的图像，其中使具有较高空间亮度差值的部分，如边缘部分，模糊或不醒目。人的感觉趋于关注刺激值显著变化的部分。因此，观察者注意力集中在其中边缘部分未模糊化的第二LCD面板单元114上显示的细节图像上。为此原因，显示平均的图像的LCD面板对整个屏幕的对比度作出贡献，并且观察者不会明显关注这一LCD面板。以这样的方式，能够降低在观察者以倾斜的角度观察屏幕时由于视差而引起的不舒适的感觉。
如果在该第一和第二LCD面板113和114的任意一个上显示对其应用了平均处理的图像，则应用该平均处理的较宽的范围将使其中不会产生由于视差而引起的不舒适感觉的观看角度增加。然而，在正面看时，由于显示的图像的边缘部分模糊化，使图像作为整体具有模糊的印象。在本实施例中，第一和第二LCD面板113和114中不显示平均图像的一个显示其中应用了透射因数补偿处理的图像，以便补偿由于平均的图像而受影响的透射因数的变化。以这样的方式，解决了由平均的图像引起的模糊的印象，并且同时，观察者的注意力集中在未平均的图像上，从而能够解决由于视差引起的不舒适的感觉。
在图1中，以分开的结构示出了图像源单元117、图像数据处理单元105以及LCD单元116。然而，这些单元并不需要配置成分开的各项硬件。这三个单元可以存在于一个共同的外壳中。另外，该结构可以是使得图像源117和图像数据处理单元105存在于一个共同外壳中，而LCD单元116存在于不同外壳中。替换的，该结构可以是使得图像数据处理单元105和LCD单元116存在于共同外壳中，而图像源单元117存在于不同外壳中。在本发明中，在LCD单元116中的滤色器层的布置上和在堆叠的LCD面板上图像数据的处理上存在特定特征。因此，无论上述单元容纳在一个外壳或多个外壳中，都不会削弱本发明的优点。
至于图像数据处理单元105所执行的图像处理，在本实施例中采用使用硬件的图像处理，但也可以采用通过软件的图像处理。另外，平均处理和边缘强化处理并不是必须由单个图像数据处理单元进行的。可以通过执行利用CPU的软件处理和利用以MPEG解码器为代表的图形芯片的处理的图像源单元117，来执行该平均处理和边缘强化处理。在此情况下，可以重复图1中具有单个信号线的线缆120，并且要在第一LCD面板单元113上显示的图像和要在第二LCD面板单元114上显示的图像仅需从图像源单元117输出。
上述实施例示例了第一LCD面板单元113被配置为具有滤色器层251(图2)，且将第一LCD面板单元113中接收单个图像数据的单个像素划分成与RGB的滤色器对应的三个单位像素(或区域)。然而，对于解决在显示平均的图像期间视差的感觉的解决方案，该滤色器层并非是必不可少的。因此，类似于第二LCD面板单元114，可以将第一LCD面板单元113配置为单色类型的LCD面板。另外，滤色器层的颜色并不限于三种颜色，即，R、G和B。也可以使用多颜色滤色器层，例如包括RGBYMC颜色。在此情况下，单个像素应当仅被划分成与该滤色器层中颜色的数目对应数目的区域。另外，可以将单个像素划分成四个区域，且可以使每一区域与R、G、G、B颜色对应。替换的，可以以每一个对应于RGB颜色中的一种的三个区域和不具有颜色(W)的一个区域来构成这四个区域。
在上述的实施例中，为了说明LC驱动模式，示例了IPS模式的LCD面板。然而，LC驱动模式并不限于这种LC模式。例如，可以采用多种模式，例如垂直定向(VA)LC模式、扭转向列(TN)LC模式以及弯曲定向(OCB)LC模式。另外，在图2中，该结构是在LCD面板261和262与偏振膜201至204之间，不提供延迟补偿层。然而，如果在这个部分中提供延迟补偿层，将不会削弱本发明的优点。
在插入延迟补偿层时，根据结合LC层的LC模式设置要插入的延迟补偿层的光学特性等。例如，如果将延迟补偿层插入在以IPS模式驱动的第一LCD面板单元113中，则以下面的方式将延迟补偿层插入在偏振膜201和204与LCD面板261之间如果在折射系数最高的方向上的折射系数是nx，在与衬底平行的平面上在横跨nx方向的方向上折射系数是ny，且在与nx和ny垂直的方向上的折射系数是nz，则与偏振膜201和202的光吸收轴或光透射轴平行地插入具有nx□nz＞ny特性的延迟补偿层。以这样的方式，可以提高第一LCD面板单元113的观看角度特性。
如果通过VA模式驱动第一LCD面板单元113，则插入具有nx□nz＞ny特性的延迟补偿层，使得nx方向与偏振膜201和202的光吸收轴或光透射轴平行，从而提高观看角度特性。如果通过TN模式或OCB模式驱动第一LCD面板单元113，则插入WV膜作为延迟补偿时间层，从而提高观看角度特性。该WV膜包括具有负延迟的盘状(discotic)LC层，且该盘状LC层的定向角度在厚度方向上连续变化。
延迟补偿层可以插入在LCD面板261和262的一个表面上，或在其两个表面上。在上述结构中，延迟补偿层插入的位置设置在LCD面板261和262与偏振膜201至204之间。实践中，插入位置可以是任何位置，只要该位置在LC层231和232与偏振膜201至204之间即可。另外，要插入的延迟补偿层的数目并不限于一个，且可以插入多个延迟补偿层。
图7示出了根据本发明第二实施例的多面板LCD设备中LCD单元的剖面结构。在第一实施例中，如图2中所示，如果单独LCD面板的对比度为x∶1，通过将两个LCD面板113和114堆叠在一起，可以获得大约x2∶1的对比度。在本实施例中，为了获得更高的对比度，将n个LCD面板单元520-1至520-n一个堆叠在另一个上，如图7所示。在此情况下，能够获得大约Xn∶1的对比度。
构成LCD单元116a的n个LCD面板单元520的每一个都包括LCD面板510，以及一对偏振膜501和507，在它们之间夹着该LCD面板510。每一LCD面板510具有一对透明衬底502和506、夹在该对透明衬底502和506之间的LC层504、以及设置邻近于LC层504的对准膜503和305。另外，第一LCD面板510-1除上述的以外，还具有滤色器层508。在位于该LCD单元116a的底部上的第n LCD面板510-n的后侧，布置背光单元。该第一LCD面板单元520-1具有类似于图2中的第一LCD面板单元113的结构。第二至第n LCD面板单元520-2至520-n具有类似于图2中的第二LCD面板单元114的结构。
图8以透视图示出了第二实施例的LCD设备100a以及相关驱动系统。在本实施例中，图像数据处理单元105a具有分别与LCD单元116a的n个LCD面板单元520-1至520-n对应的n个图像数据处理块130-1至130-n。图像数据处理块130具有类似于图1的图像数据处理单元105的结构。该图像数据处理块130每一都经分配器131从图像源单元117接收图像信号，并产生用于驱动相应LCD面板520的信号。图像数据处理块130每一经相应的信号线缆123将所产生的驱动信号传送给LCD单元116a。对于图像数据处理单元130，例如，可以使用Spartan-3E Display Solution Board。该n个图像数据处理块130的任一的时序控制单元，也就是，图8的示例中的图像数据处理单元130-n的时序控制单元110，控制输出信号给LCD单元116a的每一图像数据处理块130的时序，并使每一LCD面板520上显示的图像合成。
在LCD面板单元116a中，在第二LCD面板520-2中执行边缘强化处理，并在其他LCD面板中520中执行平均处理。在除第二LCD面板520-2以外的LCD面板520中，执行平均处理的距离可以是与位于顶部的LCD面板520-1的LC层的位置和位于底部的LCD面板520-n的LC层的位置之间的距离对应的值。另外，由于在第三至第n LCD面板520-3至520-n中的平均处理，任一边缘变得不醒目，并因此，难以被观察者视觉识别。为此原因，该距离可以是与第一LCD面板520-1的LC层的位置和第二LCD面板520-2的LC层的位置之间的另一距离对应的值。在任一情况下，都可以解决在以倾斜的观看方向观察时由于视差而引起的不舒适的感觉。
在本实施例中，采用了其中n个LCD面板单元520一个堆叠在另一个上的LCD单元116a。以这样的方式，能够进一步获得更高的对比度。另外，这n个LCD面板520的至少一个显示平均的图像，从而能够解决在倾斜的观看方向上由于视差而引起的不舒适的感觉。另外，在这n个LCD面板520中至少一个不执行平均处理的LCD面板显示其中应用了边缘强化处理(透射因数修正处理)的图像，从而能够控制由于存在显示平均的图像的LCD面板而引起的在正面透射因数的变化。
在本实施例中，示出了第二LCD面板510-2显示其中应用了边缘强化处理的图像。然而本发明并不限于此，设置在不同位置的其他LCD面板单元520也可以显示其中应用了边缘强化处理的图像。另外，平均处理或边缘强化处理并不需要应用在所有层中，并且在LCD面板单元中可以存在以正常方式显示图像的LCD面板单元520。在图像数据处理单元105a中，与每一LCD面板520对应地提供图像数据处理单元130。然而，本发明亦不限于此，并且图像数据处理单元130可以对应于任意数目的LCD面板520。
可以通过制备与该第一和第二实施例对应的LCD设备来执行验证测试，以用于确认本发明的优点。在验证测试中，所有的LCD面板被提供为IPS模式LCD面板。然而，本发明并不限于该模式，且可以应用多种模式，如VA LC模式、TN LC模式和OCB LC模式。在使用除IPS模式以外的LCD设备中，透明电极制备在其表面上没有形成TFT的透明衬底上，且在通过电荷在与衬底垂直的方向上施加电场，从而驱动LC层。
图9示出了根据本发明第三实施例的多面板LCD设备中LCD单元的结构。在上述的图7所示的实施例中，例如，每一LCD面板单元520配置有LCD面板510和在其中夹着该LCD面板510的一对偏振膜501和507。在此情况下，两个偏振膜501和507布置在两个相邻LCD面板510之间。这两个偏振膜的光透射轴或光吸收轴彼此平行，并使这两个偏振膜的光吸收最小。在本发明的LCD单元116b中，如图9中所示，位于底部的第n LCD面板520-n具有类似于图7中所示的结构。至于除第n LCD面板单元520-n以外的LCD面板单元520a，省略了与LCD面板的后侧上的偏振膜507对应的偏振膜，并且布置在两个相邻的LCD面板510a之间的偏振膜的数目是1。
在本实施例中，在除位于底部的LCD面板520外的LCD面板520a中的一个偏振膜被省略。以这样的方式，可以使经过在每一LCD面板510之间的两个偏振膜的光中所产生的大约20％的透射因数上的减少被省略。因此，在本实施例中，与其中为每一LCD面板布置两个偏振膜的第二实施例相比，可以将在光传输时亮度上的减少降低到1/(0.8n-1)的倍数。
在上述的实施例中，使用发射白且均匀的光的光源作为背光单元115(图1)。在本实施例中，使用以时分方案输出包括RGB光的三种颜色的光源作为背光单元。在此情况下，堆叠的LCD面板的每一个以时分方案以场顺序显示来显示与RGB的屏幕对应的图像。如果采用这种显示方案，可以通过在堆叠的LCD面板的至少一个上显示平均的图像，来去除当以倾斜的观看方向观察时由于视差而引起的不舒适的感觉。
在第五实施例中，采用其中相对于衬底表面LC分子的定向根据施加的电压而变的驱动模式，例如TN模式，来作为LCD面板的驱动模式。在该驱动模式中，总的来说，存在这样的问题，即，合适的观看角度根据观察者的观看方向或方位角而变。这是因为LC分子的双折射特性引起的，由于相对于衬底表面LC分子的定向角的变化，该双折射特性根据观看角度而变化，因而合适的观看角度改变。如果具有如上的观看角度特性的多个LCD面板一个堆叠在另一个上，且像素彼此对准，那么可以认为上述条件以叠加效应(synergistic effect)变差了与堆叠的层数对应的量。因此，如果采用这种驱动模式，那么在相邻的LCD面板之间，在厚度方向上LC层的中央部分的LC分子的上升方向(rising direction)相反。在此情况下，在其中LCD分子指向相反的方向的这两个LCD面板之间，观看角度相关性的特性将偏移，从而能够获得观看角度特性的平均处理。
图10示出了根据本发明第六实施例的多面板LCD设备以及相关驱动系统。根据本实施例的LCD设备(其通常以附图标记100c表示)包括LCD单元116b，其中变动地设置背光单元115a的光发射强度。背光单元115a配有以矩阵布置的多个发光二极管。具体的，背光单元115a配有480×640个高亮度白光发光二极管。通过背光驱动电路119控制每一发光二极管的亮度。
图像数据处理单元105b包括背光控制单元，即，图像处理板132。背光控制单元132使用经分配器131接收的图像信号，以计算每一像素的峰值亮度，或从整个区域中划分的多个区域的每一个区域的峰值亮度。然后，背光控制单元131经信号线缆124控制背光驱动电路119，并基于该峰值亮度控制背光单元115a的发光强度。以这样的方式，与其中不控制光源的发光强度的情况相比，可以将对比度增加大约1.5倍。
在根据本发明第七实施例的多面板LCD设备中，提供多个图像源以允许多个LCD面板其上显示不同图像。例如，第一LCD面板显示来自图像源的图像，而第二LCD面板将来自图像源的图像的一部分掩蔽。本实施例建议了这种用于具有多个堆叠的LCD面板的LCD设备的显示方案。
在上述的实施例中，描述了其中在LCD面板中使用TFT作为非线性元件的示例性结构。然而，本发明并不限于此。例如，可以使用薄膜二极管作为该非线性元件。另外，如果需要的分辨率对于LCD设备相对低，那么可以通过简单矩阵驱动方案来驱动这些LCD面板。根据上述实施例的LCD设备能够实现高对比度。因此，这种LCD设备在用作图像显示单元，例如要求较高对比度图像的图像诊断设备、在广播站上使用的监视器、以及用于在黑暗环境状态中提供图像来播放电影的剧场中的电子装置的图像显示部分时，这种LCD设备具有显著的效果。
如上所述，本发明可以具有以下实施例。
在第一方面的LCD设备中，n是2，且两个堆叠的LCD面板中的一个包括滤色器层。
另外，该至少一个第二偏振膜包括具有彼此平行的光透射轴或光吸收轴的一对偏振膜。
此外，堆叠的LCD面板中的一个设置在该LCD设备的前侧。
在第二方面的LCD设备中，在堆叠的LCD面板中的单个LCD面板包括滤色器层。
另外，第二驱动信号用于驱动该单个LCD面板。
此外，平均处理获得设置在距聚焦像素特定距离(r)的范围内的像素的图像数据的平均。
另外，该平均处理使用简单平均处理和距离加权平均处理中的一种。
另外，该平均处理使用利用高斯分布的距离加权平均处理。
另外，图像数据处理单元将第一驱动信号的图像数据分离成亮度分量和色彩分量，将该平均处理应用到亮度分量和色彩分量两者，在应用了该平均处理之后，将亮度分量和色彩分量合成，从而产生合成的图像数据，并利用该合成的图像数据驱动具有滤色器层的另一个堆叠的LCD面板。
另外，如果第一驱动信号包括周期性图像数据，其中具有TW的透射因数的全透射数据和具有TB的透射因数的全屏蔽数据以p＝3r的空间周期和50％的占空比周期地出现，第二驱动信号包括具有TsW的透射因数的全透射数据和具有TsB的透射因数的全屏蔽数据，其中保持如下的关系TsW-TsB＝(Tw-TB)/2。
另外，该平均处理得到设置在距聚焦像素特定距离(R)的范围内的像素的图像数据的平均，该特定距离R以下式表示
R＝d×tan(sin-1(na/ng)×sinθ)，其中，d、ng、na和θ分别是堆叠的LCD面板的相邻的两个间的距离、透明衬底的折射系数、空气的折射系数以及在倾斜的观看方向和垂直于堆叠的LCD面板的方向间的视差角。
另外，该平均处理得到设置在距聚焦像素特定距离(r1)的范围内的像素的图像数据的平均，该特定距离r1以下式表示r1＝d×tan(sin-1(na/ng)×sin(tan-1((L/2)/2L)，其中，d、ng、na和L分别是堆叠的LCD面板的相邻的两个间的距离、透明衬底的折射系数、空气的折射系数以及LCD设备的屏幕的较长侧。
另外，该平均处理得到设置在距聚焦像素特定距离(r2)的范围内的像素的图像数据的平均，该特定距离r2以下式表示r2＝d×tan(sin-1(na/ng)×sin(tan-1(L/2L))，其中，d、ng、na和L分别是堆叠的LCD面板的相邻的两个间的距离、透明衬底的折射系数、空气的折射系数以及LCD设备的屏幕的较长侧。
另外，该平均处理得到设置在距聚焦像素特定距离(r3)的范围内的像素的图像数据的平均，该特定距离r3以下式表示r3＝d×tan(sin-1(na/ng)×sin(tan-1(2L/2L))，其中，d、ng、na和L分别是堆叠的LCD面板的相邻的两个间的距离、透明衬底的折射系数、空气的折射系数以及LCD设备的屏幕的较长侧。
另外，该平均处理得到设置在距聚焦像素特定距离(r4)的范围内的像素的图像数据的平均，该特定距离r4以下式表示r4＝d×tan(sin-1(na/ng)，其中，d、ng、na分别是堆叠的LCD面板的相邻的两个间的距离、透明衬底的折射系数、空气的折射系数。
另外，图像数据处理单元基于用于驱动该至少一个堆叠的LCD面板中的至少一个的第一驱动信号，产生第三驱动信号，该第三驱动信号补偿由第二驱动信号驱动的另一堆叠的LCD面板而引起的该堆叠LCD面板的总透射因数距其原始总透射因数(Ta)的偏离(±α)。
另外，该第三驱动信号将该至少一个堆叠的LCD面板中的至少一个的透射因数改变量β，以补偿不同于β的偏离±α，以恢复该堆叠的LCD面板的原始总透射因数Ta。
另外，堆叠的LCD面板包括彩色LCD面板，该彩色LCD面板的像素具有与滤色器层的红、绿和蓝滤色器对应的三个划分的区域。
另外，该堆叠的LCD面板包括彩色LCD面板，该彩色LCD面板的像素具有四个或四个以上的划分区域，这四个划分的区域中的三个对应于滤色器层的红、绿和蓝滤色器。
另外，该堆叠的LCD面板包括彩色LCD面板和单色LCD面板，且在彩色LCD面板的像素中与滤色器对应的单位像素每一个都具有与该单色LCD面板的像素大小基本相等的大小。
另外，该堆叠的LCD面板包括彩色LCD面板和单色LCD面板，且在彩色LCD面板中包括与滤色器对应的单位像素的像素具有与该单色LCD面板的像素大小基本相等的大小。根据权利要求1或5的LCD设备，其中该对透明衬底每一都包括定向膜，其用于定义在透明衬底附近的LC层中LC分子的定向。
另外，其间夹着每一个堆叠的LCD面板的偏振膜具有彼此垂直的光透射轴或光吸收轴；在通过该定向膜施加的预倾斜角(pretilt angle)内，LC层的定向方向基本平行于该透明衬底，而该LC层的扭转角度相对该透明衬底基本为0度；形成在该对透明衬底之一上的定向膜的定向方向基本平行或相反(apposite)于在该对透明衬底的另一个上形成的定向膜的定向方向，且基本平行或垂直于偏振膜的光透射轴或光吸收轴；且该堆叠的LCD面板每一个都以横向电场模式工作，其中LC层中的LC分子在基本平行于透明衬底的平面中旋转，以实现全透射状态和全屏蔽状态。
另外，该堆叠的LCD面板包括在从LCD设备的前侧观看时连续布置的第一LCD面板和第二LCD面板，并且形成在该第二LCD面板的透明衬底中的前侧的一个上的定向膜具有与形成在该第一LCD面板的透明衬底中的后侧的一个上的定向膜的定向方向基本平行的定向方向。
另外，该堆叠的LCD面板包括在从LCD设备的前侧观看时连续布置的第一LCD面板和第二LCD面板，并且形成在该第二LCD面板的透明衬底中的前侧的一个上的定向膜具有与形成在该第一LCD面板的透明衬底中的后侧的一个上的定向膜的定向方向基本相反的定向方向。
另外，在该堆叠的LCD面板的至少一个和与该堆叠的LCD面板的该至少一个相邻的偏振膜的至少一个之间，插入延迟补偿膜。
另外，该延迟补偿膜在第一平面内(in-plane)方向具有nx的折射系数，在与该第一平面内方向垂直的第二平面内方向上具有ny的折射系数，而在厚度方向上具有nz的折射系数，且该nx、ny和nz满足如下关系nx≥nz＞ny。
另外，该延迟补偿膜包括第一单轴延迟补偿层，其具有与该透明衬底平行的光轴；以及第二单轴延迟补偿层，其具有与该透明衬底垂直的光轴。
另外，该延迟补偿膜是具有与该透明衬底平行的光轴的负性单轴膜。
另外，其间夹着每一堆叠的LCD面板的偏振膜具有彼此垂直的光透射轴或光吸收轴；在该透明衬底之间，该LC层的定向方向扭转90度；该透明衬底每一都包括用于驱动LC层的电极；该堆叠的LCD面板以扭转向列模式工作，其中LC层中的LC分子从基本平行于透明衬底的平面向基本垂直于透明衬底的平面旋转，以实现全透射状态和全屏蔽状态。
另外，堆叠的LCD面板包括从该LCD设备前侧开始编号的第(i-1)LCD面板和第i LCD面板(0＜i≤n)，并且形成在该第i LCD面板的透明衬底的前侧的一个上的定向膜的定向方向基本平行于在该第(i-1)LCD面板的透明衬底的后侧的一个上形成的定向膜的定向方向。
另外，堆叠的LCD面板包括从该LCD设备前侧开始编号的第(j-1)LCD面板和第j LCD面板(0＜j≤n)，基本位于在该第j LCD面板中的透明衬底之间的LC层中心的LC分子的较长轴相对于透明衬底具有+θc的角度，而基本位于在该第(j-1)LCD面板中的透明衬底之间的LC层中心的LC分子的较长轴相对于透明衬底具有-θc的角度。
另外，在该堆叠的LCD面板的至少一个和与该堆叠的LCD面板的该至少一个相邻的偏振膜的至少一个之间，插入延迟补偿膜。
另外，该延迟补偿膜包括具有盘状LC层，其具有负延迟和在厚度方向上连续变化的光轴。
另外，该延迟补偿膜包括负延迟膜，其具有相对于透射衬底倾斜的光轴，且投影(project)在与透明衬底平行的平面上的延迟补偿膜的光轴基本平行或垂直于在投影在该平面上的该透明衬底之一的相邻区域中的LC分子的光轴。
另外，其间夹着每一堆叠的LCD面板的偏振膜具有彼此垂直的光透射轴或光吸收轴；该LC层中的LC分子的较长轴保持在基本与该透明衬底垂直的初始方向；该透明衬底每一都包括用于驱动该LC层的透明电极；通过在该透明电极之间施加电压来驱动该LC分子，使得LC分子的较长轴从该初始方向向与该透明衬底平行的方向转动，来使该堆叠的LCD面板工作。
另外，该延迟补偿膜在第一平面内方向具有nx的折射系数，在与该第一平面内方向垂直的第二平面内方向上具有ny的折射系数，而在厚度方向上具有nz的折射系数，且该nx、ny和nz满足如下关系nx≥nz＞ny。
另外，该延迟补偿膜包括有与该透明衬底垂直的光轴的负性单轴膜。
另外，通过从不同图像源提供的不同图像数据来驱动该堆叠的LCD面板的至少两个。
另外，该堆叠的LCD面板每一都包括彼此平行延伸的多个第一电极线，与该第一电极线垂直地延伸的多个第二电极线，公共电极，以及多个三端开关器件，该器件每一都设置在该第一电极线和第二电极之间的交点附近，并且通过有源矩阵驱动方案驱动该堆叠的LCD面板，其以伪静态驱动方案驱动该堆叠的LCD面板。
另外，每一堆叠的LCD面板的透明衬底的一个包括多个彼此平行延伸的第一电极线，而每一堆叠的LCD面板的透明衬底的另一个包括多个垂直于该第一电极线延伸的第二电极线，该透明衬底的一个或另一包括公共电极，且多个三端开关器件每一都设置在该第一电极线和第二电极线之间的交点附近，且通过有源矩阵驱动方案驱动该堆叠的LCD面板。
在本发明第三方面的LCD系统中，图像数据处理单元基于第一图像数据，产生第三图像数据，该第一图像数据用于在该堆叠的LCD面板中的至少一个上显示它，该第三图像数据补偿由第二驱动信号驱动的堆叠的LCD面板的另一个而引起的该堆叠LCD面板的总透射因数距其原始总透射因数(Ta)的偏离(±α)。
另外，该图像数据处理单元包括多个运算单元，每一用于产生用于堆叠的LCD面板中相应一个的多个图像数据中的一个。
另外，图像数据处理单元包括平均处理单元，用于执行平均处理，以及透射因数调整单元，用于产生该第三图像数据。
另外，提供背光控制器，以基于在该第一图像数据中出现的峰值亮度控制堆叠的LCD面板的背光。
已经根据优选实施例描述了本发明。然而，本发明的LCD设备和图像显示模式并不仅仅限于上述实施例。对上述实施例应用多种修改和变化的结构，例如在平均处理之前和之后阶段添加用于执行γ修正的图像处理，都包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种液晶显示(LCD)设备，包括多个LCD面板，其一个堆叠在另一个上，并且每一个都包括一对透明衬底和夹在它们之间的液晶(LC)层；一对第一偏振膜，它们之间夹着所述堆叠的LCD面板；以及至少一个第二偏振膜，其插入在相邻的每两个所述堆叠的LCD面板之间，其中所述堆叠的LCD面板中的一个包括滤色器层，而所述堆叠的LCD面板中的另一个不包括滤色器层。
2.如权利要求1所述的LCD设备，其中所述n是2，且两个堆叠的LCD面板中的一个包括所述滤色器层。
3.如权利要求1所述的LCD设备，其中所述至少一个第二偏振膜包括一对偏振膜，其具有彼此平行的光透射轴或光吸收轴。
4.如权利要求1所述的LCD设备，其中所述堆叠的LCD面板中的所述的一个设置在所述LCD设备的前侧。
5.一种液晶显示(LCD)设备，包括多个(n)LCD面板，其一个堆叠在另一个上，且每一都包括一对透明衬底以及夹在它们之间的液晶(LC)层；一对第一偏振膜，它们之间夹着所述堆叠的LCD面板；至少一个第二偏振膜，其插入在相邻的每两个所述堆叠的LCD面板之间，以及图像数据处理单元，其用于产生第一驱动信号和第二驱动信号，该第一驱动信号用于驱动所述堆叠的LCD面板中至少一个，该第二驱动信号用于驱动所述堆叠的LCD面板的另一个，通过将平均处理应用于所述第一驱动信号来获得所述第二驱动信号。
6.如权利要求5所述的LCD设备，其中在所述堆叠的LCD面板中的单个LCD面板包括滤色器层。
7.如权利要求6所述的LCD设备，其中所述第二驱动信号用于驱动所述单个LCD面板。
8.如权利要求5所述的LCD设备，其中所述平均处理获得设置在距聚焦像素特定距离(r)的范围内的像素的图像数据的平均。
9.如权利要求8所述的LCD设备，其中所述平均处理使用简单平均处理和距离加权平均处理中的一种。
10.如权利要求9所述的LCD设备，其中所述平均处理使用利用高斯分布的距离加权平均处理。
11.如权利要求5所述的LCD设备，其中所述图像数据处理单元将所述第一驱动信号的图像数据分成亮度分量和色彩分量，将所述平均处理应用到所述亮度分量和所述色彩分量两者，在所述平均处理的所述应用之后将所述亮度分量和所述色彩分量合成，从而产生合成的图像数据，并利用所述合成的图像数据驱动具有滤色器层的所述堆叠的LCD面板的所述另一个。
12.如权利要求8所述的LCD设备，其中如果所述第一驱动信号包括周期性图像数据，其中具有TW的透射因数的全透射数据和具有TB的透射因数的全屏蔽数据以p＝3r的空间周期和50％的占空比周期性地出现，所述第二驱动信号包括具有TsW的透射因数的全透射数据和具有TsB的透射因数的全屏蔽数据，其中保持如下的关系TsW-TsB＝(Tw-TB)/2。
13.如权利要求5所述的LCD设备，其中所述平均处理得到设置在距聚焦像素特定距离(R)的范围内的像素的图像数据的平均，所述特定距离R以下式表示R＝d×tan(sin-1(na/ng)×sinθ)，其中，d、ng、na和θ分别是所述堆叠的LCD面板的相邻两个之间的距离、所述透明衬底的折射系数、空气的折射系数以及在倾斜的观看方向和垂直于所述堆叠的LCD面板的方向间的视差角。
14.如权利要求5所述的LCD设备，其中所述平均处理得到设置在距聚焦像素特定距离(r1)的范围内的像素的图像数据的平均，所述特定距离r1以下式表示r1＝d×tan(sin-1(na/ng)×sin(tan-1((L/2)/2L)，其中，d、ng、na和L分别是所述堆叠的LCD面板的相邻两个之间的距离、所述透明衬底的折射系数、空气的折射系数以及所述LCD设备的屏幕的较长侧。
15.如权利要求5所述的LCD设备，其中所述平均处理得到设置在距聚焦像素特定距离(r2)的范围内的像素的图像数据的平均，所述特定距离r2以下式表示r2＝d×tan(sin-1(na/ng)×sin(tan-1(L/2L))，其中，d、ng、na和L分别是所述堆叠的LCD面板的相邻两个间的距离、所述透明衬底的折射系数、空气的折射系数以及所述LCD设备的屏幕的较长侧。
16.如权利要求5所述的LCD设备，其中所述平均处理得到设置在距聚焦像素特定距离(r3)的范围内的像素的图像数据的平均，所述特定距离r3以下式表示r3＝d×tan(sin-1(na/ng)×sin(tan-1(2L/2L))，其中，d、ng、na和L分别是所述堆叠的LCD面板的相邻两个间的距离、所述透明衬底的折射系数、空气的折射系数以及所述LCD设备的屏幕的较长侧。
17.如权利要求5所述的LCD设备，其中所述平均处理得到设置在距聚焦像素特定距离(r4)的范围内的像素的图像数据的平均，所述特定距离r4以下式表示r4＝d×tan(sin-1(na/ng)，其中，d、ng和na分别是所述堆叠的LCD面板的相邻的两个之间的距离、所述透明衬底的折射系数和空气的折射系数。
18.如权利要求5所述的LCD设备，其中所述图像数据处理单元基于用于驱动所述至少一个所述堆叠的LCD面板中的至少一个的所述第一驱动信号，产生第三驱动信号，所述第三驱动信号补偿由所述第二驱动信号所驱动的所述堆叠的LCD面板的所述另一个而引起的所述堆叠的LCD面板的总透射因数距其原始总透射因数(Ta)的偏离(±α)。
19.如权利要求18所述的LCD设备，其中所述第三驱动信号使所述至少一个所述堆叠的LCD面板中的所述至少一个的透射因数改变量β，以补偿不同于所述β的所述偏离±α，以恢复所述堆叠的LCD面板的所述原始总透射因数Ta。
20.如权利要求1或5所述的LCD设备，其中所述堆叠的LCD面板包括彩色LCD面板，所述彩色LCD面板的像素具有与滤色器层的红、绿和蓝滤色器对应的三个划分的区域。
21.如权利要求1或5所述的LCD设备，其中所述堆叠的LCD面板包括彩色LCD面板，所述彩色LCD面板的像素具有四个或四个以上的划分区域，所述四个划分的区域中的三个对应于滤色器层的红、绿和蓝滤色器。
22.如权利要求1或5所述的LCD设备，其中所述堆叠的LCD面板包括彩色LCD面板和单色LCD面板，且与在所述彩色LCD面板的像素中的滤色器对应的单位像素每一个都具有与所述单色LCD面板的像素大小基本相等的大小。
23.如权利要求1或5所述的LCD设备，其中所述堆叠的LCD面板包括彩色LCD面板和单色LCD面板，且包括与在所述彩色LCD面板中的滤色器对应的单位像素的像素具有与所述单色LCD面板的像素大小基本相等的大小。
24.根据权利要求1或5的LCD设备，其中该对透明衬底每一都包括定向膜，其用于限定在所述透明衬底附近的所述LC层中的LC分子的定向。
25.如权利要求24所述的LCD设备，其中其间夹着每一个所述堆叠的LCD面板的所述偏振膜具有彼此垂直的光透射轴或光吸收轴；在通过所述定向膜施加的预倾斜角内，所述LC层的定向方向基本平行于所述透明衬底，而所述LCD层的扭转角度相对所述透明衬底基本为零度；形成在该对透明衬底之一上的所述定向膜的定向方向基本平行或相反于在该对透明衬底的另一个上形成的所述定向膜的定向方向，且基本平行或垂直于所述偏振膜的所述光透射轴或光吸收轴；并且所述堆叠的LCD面板每一都以横向电场模式工作，其中所述LC层中的LC分子在基本平行于所述透明衬底的平面中旋转，以实现全透射状态和全屏蔽状态。
26.如权利要求25所述的LCD设备，其中所述堆叠的LCD面板包括在从所述LCD设备的前侧观看时连续布置的第一LCD面板和第二LCD面板，并且形成在所述第二LCD面板的所述透明衬底的前侧一个上的所述定向膜具有与形成在所述第一LCD面板的所述透明衬底的后侧一个上的所述定向膜的定向方向基本平行的定向方向。
27.如权利要求25所述的LCD设备，其中所述堆叠的LCD面板包括在从所述LCD设备的前侧观看时连续布置的第一LCD面板和第二LCD面板，并且形成在所述第二LCD面板的所述透明衬底的前侧一个上的所述定向膜具有与形成在所述第一LCD面板的所述透明衬底的后侧一个上的所述定向膜的定向方向基本相反的定向方向。
28.如权利要求25所述的LCD设备，进一步包括延迟补偿膜，其插入在所述堆叠的LCD面板的至少一个和与所述堆叠的LCD面板的所述至少一个相邻的所述偏振膜的至少一个之间。
29.如权利要求28所述的LCD设备，其中所述延迟补偿膜在第一平面内方向上具有nx的折射系数，在与所述第一平面内方向垂直的第二平面内方向上具有ny的折射系数，而在厚度方向上具有nz的折射系数，且所述nx、ny和nz满足如下关系nx≥nz＞ny。
30.如权利要求28所述的LCD设备，其中所述延迟补偿膜包括第一单轴延迟补偿层，其具有与所述透明衬底平行的光轴；以及第二单轴延迟补偿层，其具有与所述透明衬底垂直的光轴。
31.如权利要求28所述的LCD设备，其中所述延迟补偿膜是具有与所述透明衬底平行的光轴的负性单轴膜。
32.如权利要求24所述的LCD设备，其中其间夹着每一所述堆叠的LCD面板的所述偏振膜具有彼此垂直的光透射轴或光吸收轴；在所述透明衬底之间，所述LC层的定向方向扭转90度；所述透明衬底每一都包括用于驱动所述LC层的电极；所述堆叠的LCD面板以扭转向列模式工作，其中所述LC层中的LC分子从基本平行于所述透明衬底的平面向基本垂直于所述透明衬底的平面旋转，以实现全透射状态和全屏蔽状态。
33.如权利要求32所述的LCD设备，其中所述堆叠的LCD面板包括从所述LCD设备前侧开始编号的第(i-1)LCD面板和第iLCD面板(0＜i≤n)，并且形成在所述第iLCD面板的所述透明衬底的前侧一个上的所述定向膜的定向方向基本平行于在所述第(i-1)LCD面板的所述透明衬底的后侧一个上形成的所述定向膜的定向方向。
34.如权利要求32所述的LCD设备，其中所述堆叠的LCD面板包括从所述LCD设备的前侧开始编号的第(j-1)LCD面板和第jLCD面板(0＜j≤n)，基本位于在所述第jLCD面板中的所述透明衬底之间的所述LC层的中心的LC分子的较长轴相对于所述透明衬底具有+θc的角度，而基本位于在所述第(j-1)LCD面板中的所述透明衬底之间的所述LC层的中心的LC分子的较长轴相对于所述透明衬底具有-θc的角度。
35.如权利要求32所述的LCD设备，进一步包括延迟补偿膜，其插入在所述堆叠的LCD面板的至少一个和与所述堆叠的LCD面板的所述至少一个相邻的所述偏振膜的至少一个之间。
36.如权利要求35所述的LCD设备，其中所述延迟补偿膜包括盘状LC层，其具有负延迟和在厚度方向上连续变化的光轴。
37.如权利要求35所述的LCD设备，其中所述延迟补偿膜包括负延迟膜，其具有相对于透射衬底倾斜的光轴，且投影在与所述透明衬底平行的平面上的所述延迟补偿膜的所述光轴基本平行或垂直于在投影在所述平面上的所述透明衬底之一的附近的所述LC分子的光轴。
38.如权利要求1或5所述的LCD设备，其中其间夹着每一所述堆叠的LCD面板的所述偏振膜具有彼此垂直的光透射轴或光吸收轴；所述LC层中的LC分子的较长轴保持在基本与所述透明衬底垂直的初始方向上；所述透明衬底每一都包括用于驱动所述LC层的透明电极；通过在所述透明电极之间施加电压来驱动所述LC分子，使得所述LC分子的所述较长轴从所述初始方向朝着与所述透明衬底平行的方向转动，来使所述堆叠的LCD面板工作。
39.如权利要求38所述的LCD面板，进一步包括延迟补偿膜，其插入在所述堆叠的LCD面板的至少一个和与所述堆叠的LCD面板的所述至少一个相邻的所述偏振膜的至少一个之间。
40.如权利要求39所述的LCD设备，其中所述延迟补偿膜在第一平面内方向上具有nx的折射系数，在与所述第一平面内方向垂直的第二平面内方向上具有ny的折射系数，而在厚度方向上具有nz的折射系数，且所述nx、ny和nz满足如下关系nx≥nz＞ny。
41.如权利要求39所述的LCD设备，其中所述延迟补偿膜包括负性单轴膜，其具有与所述透明衬底垂直的光轴。
42.如权利要求1或5所述的LCD设备，其中通过从不同图像源提供的不同图像数据来驱动所述堆叠的LCD面板的至少两个。
43.如权利要求1或5所述的LCD设备，其中所述堆叠的LCD面板每一都包括彼此平行延伸的多个第一电极线，与所述第一电极线垂直地延伸的多个第二电极线，公共电极，以及多个三端开关器件，该多个三端开关器件的每一个都设置在所述第一电极线和所述第二电极线之间的交点附近，并且通过以伪静态驱动方案驱动所述堆叠的LCD面板的有源矩阵驱动方案来驱动所述堆叠的LCD面板。
44.如权利要求1或5所述的LCD设备，其中所述堆叠的LCD面板中每一个的所述透明衬底的一个包括多个彼此平行延伸的第一电极线，而所述堆叠的LCD面板中所述每一个的所述透明衬底的另一个包括垂直于所述第一电极线延伸的多个第二电极线，所述透明电极的所述一个或另一个包括公共电极，多个三端开关器件每一都设置在所述第一电极线和所述第二电极线之间的交点附近，且通过有源矩阵驱动方案驱动所述堆叠的LCD面板。
45.一种包括根据权利要求1或5的LCD设备的电子装置。
46.一种包括根据权利要求1或5的LCD设备的图像信号发射器。
47.一种包括根据权利要求1或5的LCD设备的图像数据切换装置。
48.一种包括根据权利要求1或5的LCD设备的图像数据诊断装置。
49.一种体系架构，其包括根据权利要求1或5的LCD设备和固定于其中的相关声音设备。
50.一种图像显示系统，包括多个LCD面板，其一个堆叠在另一个上，且每一个包括一对透明衬底以及夹在它们之间的液晶(LC)层；图像数据处理单元，其产生第一图像数据和第二图像数据，该第一图像数据用于将其显示在所述堆叠的LCD面板中的至少一个上，该第二图像数据用于将其显示在所述堆叠的LCD面板的另一个上，通过将平均处理应用于所述第一图像数据来获得所述第二图像数据；信号发射器，其将所述图像数据发送给各所述LCD面板；以及时序控制器，其控制所述信号发射器发送所述图像数据的时序。
51.如权利要求50所述的图像显示系统，其中所述数据处理单元基于所述第一图像数据来产生第三图像数据，该第一图像数据用于将其显示在所述至少一个所述堆叠的LCD面板中的至少一个上，所述第三图像数据补偿由所述第二驱动信号驱动的所述堆叠的LCD面板的所述另一个而引起的所述堆叠的LCD面板的总透射因数距其原始总透射因数(Ta)的偏离(±α)。
52.如权利要求50所述的图像显示系统，其中所述图像数据处理单元包括多个运算单元，其每一用于产生用于所述堆叠的LCD面板的相应一个的所述多个图像数据中的一个。
53.如权利要求51所述的图像显示系统，其中所述图像数据处理单元包括平均处理单元，用于执行平均处理；以及透射因数调整单元，用于产生所述第三图像数据。
54.如权利要求50所述的图像显示系统，进一步包括背光控制器，用于基于在所述第一图像数据中出现的峰值亮度来控制所述堆叠的LCD面板的背光。
全文摘要
一种LCD单元，具有第一和第二LCD面板，其一个堆叠在另一个上。该第一LCD面板包括滤色器层，并配置为用于执行彩色显示的彩色LCD面板。该第二LCD面板配置为单色LCD面板，用于基于图像源执行单色显示。该第一LCD面板显示利用运算单元将图像源的图像数据平均化而得到的图像，该运算单元将设置在距中心像素特定距离内的图像数据像素平均化。
文档编号G09G3/20GK101059614SQ20071010082
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月18日 优先权日2006年4月18日
发明者池野英德, 近藤祐司, 高桥聪之助 申请人:Nec液晶技术株式会社