三维彩色合成显示器及方法

专利名称：三维彩色合成显示器及方法
技术领域：
0002本发明涉及电子信息显示器。本发明可以具体化为例如，直视 平板型彩色矩阵显示设备；投影显示系统；或近眼彩色成像设备，其中 由离散可寻址的像元矩阵组成的一个或多个设备用作成像部件。
背景技术：
0003其中离散可寻址的二维像元(象素)矩阵用于生成全色图像的 彩色矩阵显示(CMD)设备很快成为了信息显示和电视(TV)应用的主 导技术。 一些彩色矩阵显示器比如多色有机发光二极管(OLED)矩阵显 示器和矩阵寻址电致发光(EL)板是自发光的。其他彩色矩阵显示器比 如矩阵寻址液晶显示器(LCD)不是自发光的。不是自发光的设备比如 LCD矩阵可以称作"光阀"。
0004从基色的有界集合成全色图像对于所有CMD是共同的难题。色 觉的三色理论以彩色合成为基础。这种理论假定全部颜色由人类视觉系 统(HVS)通过三种不同类型的响应进行分析，所述三种不同类型的响 应对应于人类视网膜中的三种不同光敏受体群(population)的转换后的 光谱灵敏度。每个受体群对于有限光谱带宽内的光学辐射选择性地敏感， 所述有限光谱带宽大约分为长波长(红色)、中波长(绿色)和短波长
(蓝色)响应函数。这三种响应函数是神经系统地处理的并以一种复杂 的模式组合，以形成我们最终所感受的颜色。
0005根据三色理论，由于只有三个不同的波长灵敏受体群的输出经 组合以形成我们对整个光谱颜色的感觉，所以任何颜色的表现可以通过 混合三种适当选择的基色刺激物进行匹配。
0006在概念上，最简形式的相加性包括直接地叠加三种不同颜色的 光束或彩色图像。 一些全色电子显示器组合了来自基色光源的光。例如， 为群组观看而设计的一些投影显示器叠加三个投影的基色图像。用于这 种投影显示器的光学系统趋向于是较大的且笨重的。三个投影图像的精 确对准往往很难实现。此外，大多数这种类型的显示器倾向于亮度较低。
0007试图叠加三基色图像的直视显示器具有附加的问题在要求制 造并对准独立可寻址的三基色象素阵列的设备中，制造产量和设备可靠 性可能是不合乎要求地低。这样就提高了制造成本。进一步地，利用空 间叠加的直视显示器易于产生离轴观测角的观察视差。观察视差导致三 基色象素阵列的可察觉的图像重合不良，并且随着象素尺寸相对于单色 象素阵列厚度的减少(例如，高分辨率彩色显示器)和/或离轴观测角的
增加而愈加明显。
0008
一些显示器利用HVS完全受限于空间和时间分辨率的事实。在 HVS的空间和时间分辨极限之外进行积分(integration)。因此，当图案 的空间或时间频率超过各自的分辨极限时，由适当选择的三基色组成的 空间或时间图案足以产生全范围的颜色。这允许了空间附加和时间附加 的彩色合成(参见Wandell & Silverstein， D妙g/ co/or ，rac/wc"o" in S. Shevell (ed.) 77ze sc/ence co/or' , Optical Society of America,
Washington D.C. (2003) pp. 281-316，其含盖了成像系统中色觉和彩色合 成的基础)。
0009HVS可以被模拟为具有通道结构，在该通道结构中亮度和色度 通道是可分离的。图1提供了从视网膜感光器经过早期神经系统处理阶 段的互补处理视觉通道的示意性表示。低级视觉通道被组织进入两种互 补的色差通道(R-G通道和黄色Y-B通道)，而亮度通道由R和G感光 器输出的和形成。在这种表示中，短波长或B感光器对亮度通道没有贡 献。图2示出了HVS的适光的发光效率函数，并进一步说明了短波长对 图像亮度的很小贡献。
0010图3示出了亮度(强度)的分辨率和HVS的色度视觉通道(R-G 和Y-B)的心理物理学研究的结果。从这些数据中清楚的是亮度或强度 通道是大多数HVS空间分辨能力形成的原因。相对于亮度或强度通道， 色度通道尤其是短波长或B输入表明显著减少的空间分辨率。
0011HVS的时间分辨极限表明了亮度和色度视觉通道的类似可分离 性。图4示出了 Varner J"empora/ se"57'"v"/as re/她^i to co/or Aec^， Journal of the Optical Society of America A (1984) pp. 474-481的结果，其研究分析 了用于亮度和色度中的时间调制的时间对比灵敏度函数。对时变的亮度 调制的时间分辨率比色度的高许多。因此，显然，成像在视网膜的相同 区域上的不同色度或颜色的时间序列积分以形成混合色。这种时间积分 甚至在低至中等时间频率下进行。
0012如果不同颜色的空间分离图像点的图案足够小并且从足够远的 距离观察，则其不能由HVS单独分辨并且空间积分以产生与视网膜的小 投影区域内的图像点的混合等效的颜色。由空间合成产生的颜色实际上 与直接叠加形成的颜色相同。
0013X-Y空间附加的彩色合成是目前为止用于生产多色显示器的最 成功方法，并以荫罩式彩色显像管和彩色液晶显示器(LCD)作为示例。 此类设备的共同特征是彩色基本单元的X-Y空间镶嵌幕(mosaic)。大 多数彩色象素镶嵌幕由R、 G和B子象素单元的重复几何图案组成，但 是为了具体应用， 一些镶嵌幕存在另外第四种颜色比如白色(W)或黄 色(Y)。
0014这种类型的自发光设备要求分离的发射器，每个发射器产生在 基色的波长频带之一内的光。这些分离的发射器经设置以产生彩色矩阵 象素图案。在非自发光的设备比如矩阵寻址的LCD中，滤色器阵列施加
到各个光阀的矩阵上并被对准以致形成彩色象素的镶嵌幕。0015许多彩色象素镶嵌幕可以使用。这些镶嵌幕包括 參RGB垂直条纹镶嵌幕(见图5A)， 參RGB对角线条纹镶嵌幕(见图5B)，
參RGBG四边形镶嵌幕(也称作Bayer滤光器图案)(见图5C)， 參RGBA三元组(delta-triad)镶嵌幕(见图5D)，
參RGBW四边形镶嵌幕，禾口
參RGBY四方形镶嵌幕。0016图6A到6C，和图6D到6F分别地示出了 RGB垂直条纹和RGB A三元组镶嵌幕的镶嵌幕图案、相关的空间奈奎斯特(Nyquist)极限以 及相关的固定图案噪声调制光谱。空间奈奎斯特极限定义了二维空间频 率基带，所述二维空间频率基带表示可以用彩色象素镶嵌幕渲染而没有 混叠伪影的最大空间频率。这是镶嵌幕的分辨率的有效描述符。当绘制 白色平面区域图像(即，全部的彩色子象素被激活)时，固定图案噪声 调制光谱将残余亮度调制表示为由镶嵌幕产生的空间频率的函数。因此， 这是由彩色象素镶嵌幕自身贡献的视觉噪声的有效描述符。图6B和6E 的对比示出了如更大的基带证明的，RGBA三元组镶嵌幕的分辨率基本 上高于RGB条纹镶嵌幕的分辨率；以及如用于RGB A三元组镶嵌幕的更 高空间频率和更低调制值所证明的，由RGBA三元组镶嵌幕贡献的固定 图案噪声远低于由RGB条纹镶嵌幕产生的固定图案噪声。0017彩色象素镶嵌幕、将图像内容对应到基色子象素矩阵的寻址算 法以及HVS特征以复杂形式相互作用，从而决定整体CMD图像质量。 尽管X-Y空间附加的彩色合成已经是用于形成全色图像的非常成功的方 法，但是X-Y空间附加的彩色合成牺牲了显示分辨率。RGB象素镶嵌幕 的使用对于每个全色图像象素利用三个子象素。这样降低了显示器的空 间成像电势。虽然最优化的象素寻址算法和图像处理方法可以在某种程 度上减少这种空间分辨率损失对图像质量的影响，但在空间分辨率和颜 色之间的权衡是重要的限制因素。
0018X-Y空间附加的彩色合成的另一个限制因素是由基色子象素的 镶嵌幕产生的固定图案噪声。这种调制起因于以产生特定混合颜色比如 均衡的白色而所需的基色子象素的不同发光比例。 一般而言，由于短波 长对亮度贡献极小，所以B子象素是对彩色象素镶嵌幕的固定图案噪声 的最大贡献者，并且对于大多混合颜色，B子象素单元所需的亮度比周 围的R和G单元的要低。固定图案噪声级依赖于各种颜色象素镶嵌幕的 具体几何形状，并且作为空间频率的函数而变化。
0019时间彩色合成或场序彩色可以用以产生全色影象而没有空间分
辨率的损失。场序彩色已经用于投影显示系统中。在TV和信息显示器中， 用场序彩色方法来合成全色图像的尝试也有较长历史。尽管商业上的这 些持久尝试，场序彩色显示技术只取得了微小成功，直到电光显示元件 的进展使商业上成功制造具有足够时间带宽和光学效率的成本合算系统 是切实可行的。
0020时间彩色合成的两种限制在于时变的彩色成分之间的剩余亮 度差对于有效色度积分发生的那些时间频率或时间频率之外可能产生看 得见的亮度闪烁；以及时间合成假定时变的彩色成分成像在视网膜的同 样区域上，该假定在头和眼睛移动出现时经常被违反。消除在利用R、 G 和B色场的场序彩色显示中的闪烁通常要求高场频。这基本上增加了显 示器系统的时间带宽需求。
0021显示的图像和显示器观察者的视网膜之间的相对移动更难以纠 正。这种相对运动可能由图像的动态运动或者观察者的头部和眼睛运动 引起。在任一种情况下，其结果是时变的彩色成分不再成像在视网膜的 相同区域上并且观察者感受到"色乱(color break-up)"。
0022Silverstein等人的美国专利申请公开第5,642,125号和Sprague 等人的美国专利申请公开第5,315,418号公开了将红色-绿色图像成分和 蓝色图像成分结合以产生彩色图像的彩色显示器。
0023存在一种对改进的彩色显示技术的需求。

发明内容
0024以下实施例及其方面是结合系统、工具和方法进行描述和说明 的，所述系统、工具和方法是示例性和说明性的而不是限制范围。
0025本发明的一个方面提供了彩色显示器，其包括第一平面和第二 平面。第一平面包括单独可寻址的第一光发射器阵列。每个第一光发射 器能够发射具有第一光谱能量分布的光。第二平面包括单独可寻址的第 二光发射器和单独可寻址的第三光发射器阵列。每个第二光发射器能够 发射具有第二光谱能量分布的光。每个第三光发射器能够发射具有第三 光谱能量分布的光。第二平面基本上接近并平行于第一平面。第一、第 二和第三光谱能量分布彼此不同，并且是第二平面对于由第一平面发射
的光是基本透明的或者第一平面对于由第二平面发射的光是基本透明 的。
0026本发明的进一步方面和本发明的不同实施例的特征在下面进行 描述。


0027本发明将参照下面非限制性的附图进行详细描述，其中-
图1是以HVS表示的互补处理视觉通道的图示；
图2是曲线图，其示出了作为波长的函数的HVS的适光发光效率；
图3是曲线图，其说明了HVS的亮度(强度)和彩色通道(红色-绿 色，蓝色-黄色)的分辨率；
图4是一组曲线图，其说明了亮度和色度的时变调制的HVS的时间 分辨率；
图5A到5D示出了现有技术的CMD象素镶嵌幕；
图6A到6C分别地示出了 RGB条纹象素镶嵌幕结构、相关的空间奈
奎斯特分辨极限和相关的固定图案噪声调制光谱；
图6D到6F分别地示出了 RGB A三元组(delta-triad)象素镶嵌幕结
构、相关的空间奈奎斯特分辨极限和相关的固定图案噪声调制光谱； 图7到9示出了具有滤光层的自发光显示器；
图10到12示出了自发光显示器，其中光发射器直接发射基色的光； 图13到14示出了自发光显示器，其中成像蓝色图像成分的调制器具
有比产生红色和绿色图像成分的调制器更低的分辨率；
图15到16示出了显示器，其每个包括分离的可寻址的背光组件； 图17到18示出了显示器，其中第一调制器的子象素被设置成垂直条
纹阵列；
图19示出了具有用于彩色投影或近眼观察的光学系统的显示器；
图20A和20B示出了根据本发明显示器的寻址象素的两种不同模式；
图21A、 21B和21C分别地示出了根据本发明的实施例用于显示器的
M/C X-Y空间象素镶嵌幕结构以及相关的空间奈奎斯特分辨极限和相关
的固定图案噪声调制光谱。
具体实施例方式
0028在整个以下说明书中阐述了具体细节以便为本领域技术人员提 供更加彻底的理解。然而，公知的原理可能没有详细地显示或描述以避 免无谓使本公开模糊不清。因此，说明书和附图要视为说明性的而不是 限制性的意义。
0029此处不同的颜色用相应的字母加以指代。在本说明书中 參R表示红色； 參G表示绿色； 參B表示蓝色； 參C表示青色； 參M表示品红色；和 參Y表示黄色。
0030本发明提供了通过结合X-Y空间附加的彩色合成和z轴叠加的 彩色合成来合成彩色光谱的显示器。本发明可以实施于各种显示器类型 中，包括直视、平板类型彩色矩阵显示设备；投影显示系统；和近眼 彩色成像设备。
0031在说明性的实施例中，在X-Y平面内操作的空间彩色合成与沿 Z轴的叠加合成相结合以提供全色显示器。在此类实施例中，包括由两种 颜色子象素构成的镶嵌幕的二色调制器("第一"调制器)提供二色图 像成分，其中子象素的两种颜色通过空间彩色合成加以组合。这种图像 成分可以被称为"第一"图像成分。之后二色图像成分和"第二"图像 成分叠加以提供全色图像。第二图像成分由第二调制器成影像地调制。 在优选实施例中，第一和第二图像成分的叠加沿Z轴进行。0032用于调制二色第一图像成分的第一调制器的镶嵌幕的子象素可 以以任何适当的二维图案排列。优选简单规则的几何图案。 一些示例性 图案是
參方格形图案；
争水平条纹；
參垂直条纹；
參交互颜色的子象素的交叉行；和 參其他二维图案。
在下面所述的示例性实施例中，第一调制器的子象素以二维方格形/棋盘 图案阵列排列。
0033第二图像成分通过控制第二调制器中的第三颜色的子象素而成 影像地调制。第三颜色与第一图像成分的两种颜色不同。在优选的实施 例中，第二图像成分是单色的。调制第二图像成分的第二调制器的子象 素比用于调制第一图像成分的相关的子象素大。因此，由单个第三颜色 子象素发射的光与来自调制第一图像成分的第一调制器的两个或更多个 子象素的光相叠加。
0034在一些实施例中，第二调制器包括背光，其包括发射第三种颜 色光的可寻址元件阵列。每个元件可以包括
參发光二极管(LED)或其他灯；或
參调制来自普通光源的光的光阀。 背光的每个元件是单独可寻址的。
0035在一些实施例中，第一调制器对于第二图像成分的光是光学透 明的。在这些实施例中，第一调制器的子象素包括独立可选择的发射区 域。这样的子象素可以包括例如有机发光二极管(OLED)或者其他电致 发光材料。
0036第一组子象素可以发射具有第一光谱能量分布(SPD)的光，第 二组子象素可以发射具有与第一SPD不同的第二SPD的光。例如，第一 组子象素的SPD可以对应绿光，而第二组子象素的SPD对应红光。第一 和第二调制器的彩色子象素可以直接发射三基色。替代地， 一些或全部 子象素可以发射不是基色的光，并且显示器可以包括具有适于提供期望 颜色响应的光谱传输函数(STF)的滤色器。
0037图7示出了根据本发明的一实施例的显示器20。显示器20包括 第一调制器22，该第一调制器22包括光发射层24和滤光层25。光发射 层24包括黄色发射子象素阵列。滤光层25包括品红色滤光器25A和青 色滤光器25B的镶嵌幕。滤光器以方格形图案排列。层25的每个品红色 滤光器25A与相应的黄色光发射器24A对准。每个青色滤光器25B与相
应的黄色光发射器24B对准。
0038品红色滤光器25A可以概念化为具有R和B光谱通带。青色滤 光器25B可以概念化为具有G和B光谱通带。黄色光源24A和24B可 以认为产生R和G SPD的复合的光。
0039显示器20包括第二调制器27。第二调制器27包括可寻址的子 象素阵列28，每个子象素包括蓝色光源(例如，具有通常限定在更短可 见波长的SPD)。第一调制器22对于来自第二调制器27的蓝色光是基 本透明的(层24对于蓝色光是基本透明的，且C和M滤光器都有通过 蓝色光的通带)。
0040显示器20如下进行彩色合成。当黄色光源24A开启时，它发射 黄色光，其可以认为是红色和绿色光的组合。黄色光通过相应的品红色 滤光器25A，其阻挡黄色光的绿色成分而剩下红色光。当黄色光源24B 开启时，它发射黄色光，所述黄色光通过相应的青色滤光器25B,其阻 挡黄色光的红色成分而剩下绿色光。如果层24的全部Y子象素被激活， 则Y SPD (即，R+G)与层25的M(R+B)和C(G+B)滤色器的相互作用结 果形成R和G子象素的方格形图案。
0041来自第二调制器27的光源28的蓝色光可以通过层24和25以 提供蓝色图像成分。如果全部蓝色光源28被开启，则之后B SPD与层 25的M(R+B)和C(G+B)滤色器的交互作用导致均匀的蓝色。
0042由于由蓝色光发射器28发射的光不受第一调制器22的显著影 响，那么改变蓝色光发射器28的位置是有可能的。例如，蓝色光发射器 28可以
參位于与黄色光发射器24A和24B大体相同的平面；
參在层24和25之间(只要包含蓝色光发射器28的任何层对于黄光
是基本透明的)；或者
參在层25的前面(只要包含蓝色光发射器28的任何层对于红光和绿
光是基本透明的)。 将蓝色光发射器28设置在层24和25的后面存在某种优势，因为来自蓝 色光发射器28的光的任何散布和漫射倾向于不如其他颜色光的散布和漫 射那么明显(因为对于更短波长的光，HVS的空间分辨率减少)。把滤
光层25作为外层或最上层具有某种优点，因为通过减小所反射的环境照 度的影响，滤光层25可以用来增强对比度。
0043通过以适当组合选择性地激活显示器20的每个象素的子象素 24A、 24B和28，显示器20可以给观察者P显示全色图像。显示器20 的发光SPD和滤色器STF的特定组合具有得自HVS特性的特定功能优 点。根据本发明的显示器可以有许多其他配置，其中一些在下面加以描 述。
0044图8示出了根据本发明的另一实施例的显示器30。显示器30与 显示器20类似并且具有包括光源层34和滤光层35的第一调制器32。显 示器30和显示器20之间的不同是光源的SPF和滤光器的STF。在显示 器30中，滤光层35包括Y和C滤色器35A和35B的方格形图案。Y滤 光器35A可以概念化为在R和G光谱通带内的近光。C滤光器35B可以 概念化为在G和B光谱通带内的近光。
0045第一调制器32的每个子象素的独立可选择的光源34A和34B 发射具有与品红色相应的SPD的光。M源的SPD可以认为组合R和B SPD。
0046当品红色光源34A被开启时，它发射品红色的光，所述品红色 的光通过相应的黄色滤光器35A，其阻挡黄色光的蓝色成分而剩下红色 光。当品红色光源34B被幵启时，它发射品红色的光，所述品红色的光 通过相应的青色滤光器35B，其阻挡品红色光的红色成分而剩下蓝色光。
0047第二调制器37的光源38发射绿色光(例如，这些光源具有集 中于可见光范围的中间波长中的SPD)。来自第二调制器37的光源38 的绿色光可以通过层34和35以提供绿色图像成分。
0048图9示出了除光源的SPF和滤光器的STF外与显示器20和30 类似的显示器40。显示器40具有包括光源层44和滤光层45的第一调制 器42。滤光层45包括Y和M滤光器45A和45B的方格形图案。光源层 44的光源44A和44B发射青色光。
0049当青色光源44A被开启时，它发射青色的光，所述青色的光通 过相应的黄色滤光器45A。滤光器45A阻挡青色光的蓝色成分而剩下绿 色光。当青色光源34B被开启时，它发射青色的光，所述青色的光通过
相应的品红色滤光器45B，其阻挡青色光的绿色成分而剩下蓝色光。0050第二调制器47的光源48发射红色光(例如，这些光源具有集 中于可见光范围的更长波长的SPD)。来自第二调制器47的光源48的 红色光可以通过层44和45以提供红色图像成分。0051图10、 ll和12示出了分别地与图7、 8和9的显示器相类似的 显示器。在这些图中所示的显示器中，第一和第二调制器的全部光发射 器直接发射基色光。因此，这些显示器不需要滤光层以形成基色。 一种 权衡是这些显示器的第一调制器具有两种不同颜色的子象素。在为具 体应用设计显示器时，技术人员应该同样考虑到显示器所要求的亮度。 虽然滤色器吸收由子象素发射器产生的一些部分的光，但对于许多类型 的发射显示材料，具有更宽光谱频带的SPD (例如，Y发射器)提供了 比窄带宽部分的总和(例如，R和G发射器的组合)高许多的发光效率。0052图10示出了具有第一调制器52和第二调制器57的显示器50。 第一调制器52包括由可寻址的光发射器54A和可寻址的光发射器54B 构成的镶嵌幕，所述光发射器54A发射第一颜色的光，在这种情况下是 红色；所述光发射器54B发射第二颜色的光，在这种情况下是绿色。第 二调制器57包括光发射器阵列58，所述光发射器58发射第三颜色的光， 在这种情况下是蓝色。来自第二调制器57的蓝色光可以通过第一调制器 52，从而与由第一调制器52的光源发射的光构成的红色和绿色图像成分 叠加。替代地，显示器50可以被构造成使得来自由第一调制器52的光 源发射的光构成的红色和绿色图像成分的红色和绿色光通过第二调制器 57，并且从观察者P的有利位置看来，与由第二调制器57的光源发射的 光构成的蓝色图像成分相叠加。
0053图11和12示出了显示器60和70，其除了由不同的光发射器发 射的光的颜色之外与显示器50相同。在显示器60中，第一调制器62包 括红色和蓝色光发射器64A和64B的镶嵌幕，而第二调制器67包括绿 色光发射器阵列。在显示器70中，第一调制器72包括绿色和蓝色光发 射器74A和74B的镶嵌幕，而第二调制器77包括红色光发射器阵列78。
0054其他的实施方式可以利用HVS的低空间分辨率用于色度通道， 特别是在光谱的蓝色端。在蓝色色度通道中HVS的较差视觉灵敏度意味
着在该通道中发射的子象素可以更大而没有分辨率或彩色合成性能的可 察觉损失。换句话说，蓝色图像成分可以具有比其他图像成分低很多的 空间分辨率而不显著退化图像质量。
0055图13示出了显示器80，其中第一调制器82包括光发射层84和 滤光层85，所述光发射层84包括光发射器84A和84B，所述滤光器85 包括滤光器85A和85B。显示器80包括第二调制器87，其包括发射蓝 色光的可寻址光发射器88。除了每个可寻址光发射器88对应于第一调制 器82的多对(在这个实例中，是两对)子象素之外，显示器80与显示 器20 (图7)相类似。
0056图14示出了与显示器50 (图10)相类似的显示器90，其利用 红色、绿色和蓝色发射器。在显示器90中，第二调制器97的每个可寻 址光发射器98对应于第一调制器92的多对(在这个实例中，是两对) 子象素94A和94B。
0057由于在色度通道中HVS的较差视觉敏锐度，色度通道发射器可 以设置在分离的组件中，而不会不利地影响感觉到的图像质量。例如， 图15和16分别地示出了显示器100和IIO，其中每一个包括分离的可寻 址背光组件111，所述背光组件111包括多个单独可寻址的蓝色光源114
(蓝色光源可以是例如，蓝色LED)。来自每个蓝色光源14的光与来自 第一调制器的多个(两个或两个以上)子象素的光相叠加。在显示器100 中，第一调制器102具有子象素，每个所述子象素包括照射品红色滤光 器105A或青色滤光器105B的黄色光源104A或104B。在显示器110中， 第一调制器112具有包括红色光源114A或绿色光源114B的子象素。
0058在蓝色中HVS的较差视觉灵敏度及每个蓝色发射器对应多个 M-C或R-G子象素的事实也缓和了在背光111和第一调制器102或112 之间的对准公差。
0059如上面说明的，第一调制器的子象素可以以非方格形图案排列。 例如，图17和18分别地示出了显示器120和130，其中第一调制器122 和132的子象素按照垂直条纹阵列排列。
0060图19示出了包括光学系统149的显示器140。光学系统149将 从第一调制器142和第二调制器147叠加的图像成分投影到显示屏S或
者替代地形成叠加的图像成分的虚像，其可以由位于近眼显示器的用户 眼睛E看到。此处所描述的第一和第二调制器的任何组合可以用于显示
器140。第一调制器142可以包括具有两个不同SPD的光的发射器或者 可以包括发射具有相同SPD的光的发射器并结合具有与此处描述不同的 STF的滤光器。第二调制器147可以包括由分离的光源或者在其上具有 光源阵列的层或其他类似物所构成的背光。
0061图20A和20B示出了根据本发明显示器的寻址象素的两种不同 模式。图20A示出了根据逻辑全色象素模式的可寻址象素位置、象素窗 口以及用于R/G和B平面的子象素权重。图20B示出了根据使用2X2 的空间滤光器内核的子象素寻址模式的可寻址象素的位置、象素窗口以 及用于R/G和B平面的子象素权重。
0062图21A、 21B和21C分别地示出了根据本发明的实施例用于显 示器中的第一调制器的M/C X-Y空间象素镶嵌幕结构以及相关的空间奈 奎斯特分辨极限和相关的固定图案噪声调制光谱。在这个示例性实施例 中，第一调制器具有方格形图案。
0063通过将小空间滤光器内核调谐到规则、连续、二维方格形象素 镶嵌幕的最优化子象素处理和抵抗伪影，图像可以被最优化用以显示在 此处所述类型的显示器上，所述方格形象素镶嵌幕是由X-Y平面中的彩 色子象素的空间图案结合Z轴叠加成分的光谱贡献而产生的。
0064可以意识到，此处所述的显示器可以被构建用于各式各样的应 用，包括全色文字数字显示、图形显示和/或电视类型视频图像显示。
0065虽然上面讨论了许多示例性方面和实施例，但本领域的那些技 术人员会认出某些修改、变更、添加及其子组合。例如
參由于人类视觉系统对于短波长输入在空间和时间域中具有低发光 效率和有限的分辨率，系统带宽可以通过以比控制更长波长光的子象素 的速率更低的速率来刷新分离的短波长输入(例如，控制发射蓝色光的 子象素的输入)。这可以在实施例中实现，其中第二调制器包括蓝色子 象素的平面或者蓝色背光。例如，可以使用更灵敏视觉成分(例如，红 色/绿色)的时间频率的1/2。
參在上面描述的实施例中，两个光发射器阵列被叠加，这样如观察者
所看到的，来自于所述阵列的图像成分被叠加。光发射阵列本身不需要 被叠加。叠加可以由光学系统实施，比如投影显示器的光学系统。
參滤光器(比如图7的实施例中的滤光器25A和25B)可以任意地包 括单独可寻址的光阀，比如液晶光阀。光阀可以被控制以增加显示器的 动态范围。例如，当期望象素是黑色时，光阀可以被关闭。
參一些附图示出了具有分离的光发射层和滤光层的第一调制器。为了 清晰起见，这些层被显示成在Z轴方向上隔开。然而，这是不必要的。 这些层可以是直接相互紧邻的。
參光发射器和滤光器的不同层可以以各种方式设置在合适衬底上。例 如，在一些实施例中，第一和第二调制器的光发射器被图案化在衬底的 相对侧，所述衬底对于由第一和第二调制器中任一个或二者产生的图像 成分中的光是基本透明的。
參此处所述的光发射器的光输出可以是连续地或以任何适当数量的 阶跃可变的，以响应图像数据。
攀一般地，根据此处描述的任何实施例的光发射器元件和显示器的任 何其他可控元件将由适当的驱动电路驱动并由控制器控制以响应在控制 器处接收的图像数据。对于本领域的技术人员，用于显示器控制器的适 当驱动电路和适当体系的构建是已知的，因此未在此处描述。0066因此旨在所附的权利要求和所引入的权利要求被解释为包括全 部这样的修改、变更、添加及其子组合，这些都在其精神和范围内。
权利要求
1.一种彩色显示器，其包括第一平面，其包括单独可寻址的第一光发射器阵列，每个所述第一光发射器能够发射具有第一光谱能量分布的光；第二平面，其包括单独可寻址的第二光发射器和单独可寻址的第三光发射器阵列，每个所述第二光发射器能够发射具有第二光谱能量分布的光，且每个所述第三光发射器能够发射具有第三光谱能量分布的光，所述第二平面基本上接近并平行于所述第一平面；其中所述第一光谱能量分布、第二光谱能量分布和第三光谱能量分布彼此不同，且其中所述第二平面对于由所述第一平面发射的光是基本透明的或者所述第一平面对于由所述第二平面发射的光是基本透明的。
2. 根据权利要求1所述的彩色显示器，其中每个所述第一光发射器 被对准以照射所述第二平面的多个光发射器。
3. 根据权利要求2所述的彩色显示器，其中每个所述第一光发射器 被对准以照射所述第二光发射器中的一个和所述第三光发射器中的一个。
4. 根据权利要求l、 2或3所述的彩色显示器，其中每个所述第二光 发射器包括第二光源和第二滤光器，所述第二光源能够发射包括多个光 谱分量的光，所述第二滤光器传递来自所述第一光发射器的光、传递所 述第二光源的所述光谱分量的至少第一光谱分量并阻挡所述第二光源的 所述光谱分量的至少第二光谱分量。
5. 根据权利要求4所述的彩色显示器，其中每个所述第三光发射器 包括第三光源和第三滤光器，所述第三光源能够发射包括多个光谱分量 的光，所述第三滤光器传递来自所述第一光发射器的光并传递所述第三 光源的所述光谱分量的至少第一光谱分量并阻挡所述第三光源的所述光 谱分量的至少第二光谱分量。
6. 根据权利要求5所述的彩色显示器，其中所述第二滤光器具有透射特征，其将阻挡所述第三光源的所述光谱分量的所述第一光谱分量。
7. 根据权利要求6所述的彩色显示器，其中所述第三滤光器具有透 射特征，其将阻挡所述第二光源的所述光谱分量的所述第一光谱分量。
8. 根据权利要求5到7中任一项所述的彩色显示器，其中所述第二 光源发射具有与所述第三光源的光谱能量分布基本相同的光谱能量分布 的光。
9. 根据权利要求8所述的彩色显示器，其中所述第二光源和所述第 三光源每个都发射黄色光。
10. 根据权利要求9所述的彩色显示器，其中所述第二滤光器是青色 滤光器。
11. 根据权利要求9或IO所述的彩色显示器，其中所述第三滤光器 是品红色滤光器。
12. 根据权利要求8或9所述的彩色显示器，其中所述第二光源和第 三光源每个都发射品红色光。
13. 根据权利要求12所述的彩色显示器，其中所述第二滤光器是青 色滤光器。
14. 根据权利要求12或13所述的彩色显示器，其中所述第三滤光器 是黄色滤光器。
15. 根据权利要求8或9所述的彩色显示器，其中所述第二光源和第 三光源每个都发射青色光。
16. 根据权利要求15所述的彩色显示器，其中所述第二滤光器是黄色滤光器。
17. 根据权利要求15或16所述的彩色显示器，其中所述第三滤光器 是品红色滤光器。
18. 根据权利要求5到17中任一项所述的彩色显示器，其中所述第 二滤光器和第三滤光器每个都包括单独可寻址的光阀元件。
19. 根据权利要求18所述的彩色显示器，其中所述光阀元件包括液 晶光阀元件。
20. 根据权利要求1到5中任一项所述的彩色显示器，其包括平面， 所述平面包括单独可寻址的光阀阵列，每个所述光阀与所述第二平面的 所述第二光发射器和第三光发射器的一个或更多个对准。
21. 根据权利要求到1到H中任一项所述的彩色显示器，其中与所 述第二光发射器或第三光发射器的光谱能量分布相比，所述第一光发射 器的所述光谱能量分布偏向更短波长。
22. 根据权利要求1到8或12到14中任一项所述的彩色显示器，其 中所述第一光发射器的所述光谱能量分布主要由所述第二光发射器或第 三光发射器的所述光谱能量分布的波长之间的波长构成。
23. 根据权利要求1到8或15到17中任一项所述的彩色显示器，其 中与所述第二光发射器或第三光发射器的光谱能量分布相比，所述第一 光发射器的所述光谱能量分布偏向长波长。
24. 根据权利要求1到11中任一项所述的彩色显示器，其中所述第 一光发射器发射蓝色光。
25. 根据权利要求1到7中任一项所述的彩色显示器，其中所述第一 光发射器发射蓝色光，所述第二光发射器发射绿色光，而所述第三光发 射器发射红色光。
26. 根据权利要求1到8或15到17中任一项所述的彩色显示器，其 中所述第一光发射器发射红色光。
27. 根据权利要求1到7中任一项所述的彩色显示器，其中所述第一 光发射器发射红色光，所述第二光发射器发射绿色光，而所述第三光发 射器发射蓝色光。
28. 根据权利要求1到8或12到14中任一项所述的彩色显示器，其 中所述第一光发射器发射绿色光。
29. 根据权利要求1到7中任一项所述的彩色显示器，其中所述第一 光发射器发射绿色光，所述第二光发射器发射红色光，而所述第三光发 射器发射蓝色光。
30. 根据权利要求1到29中任一项所述的彩色显示器，其中所述第 一平面包括背光。
31. 根据权利要求30所述的彩色显示器，其中所述背光包括多个离 散光发射器。
32. 根据权利要求1到31中任一项所述的彩色显示器，其中每个所 述第一光发射器具有基本上等于所述第二光发射器之一的区域和所述第 三光发射器之一的区域的总和的区域。
33. 根据权利要求1到31中任一项所述的彩色显示器，其中每个所 述第一光发射器具有基本上等于所述第二光发射器的两个或更多个的区 域和所述第三光发射器的至少一个的区域的总和的区域。
34. 根据权利要求1到33中任一项所述的彩色显示器，其中所述第 二光发射器和第三光发射器以镶嵌幕排列，所述镶嵌幕由沿所述显示器 的一个维度延伸的所述第二光发射器和第三光发射器的交替条纹构成。
35. 根据权利要求1到33中任一项所述的彩色显示器，其中所述第 二光发射器和第三光发射器以镶嵌幕排列，所述镶嵌幕由第二和第三发 射器的方格形图案构成。
36. 根据权利要求1到35中任一项所述的彩色显示器，其中所述显 示器在投影光学系统中用作照明源和成像源。
37. 根据权利要求1到36中任一项所述的彩色显示器，其包括被连 接以刷新所述第一光发射器、第二光发射器和第三光发射器的控制电路， 其中所述控制电路被配置成以低于所述第二光发射器和第三光发射器的 刷新速率的速率来刷新所述第一光发射器。
38. —种彩色显示器，其包括第一光调制器，其包括单独可寻址的第一和第二光发射器的矩阵， 所述第一和第二光发射器分别能够发射具有第一和第二光谱能量分布的 光以产生第一图像成分；第二光调制器，其包括单独可寻址的子象素阵列，每个单独可寻址 的子象素能够发射具有与所述第一和第二光谱能量分布不同的第三光谱 能量分布的光以产生第二图像成分；其中所述第一光调制器对于所述第二图像成分是基本透明的，并且 所述第一光调制器和第二光调制器被排列以允许所述第二图像成分通过 所述第一光调制器的全部或部分，从而变成与所述第一图像成分叠加以 产生彩色图像。
39. 根据权利要求38所述的彩色显示器，其中所述第二光调制器的 所述子象素每个在被驱动时发射蓝色光。
40. —种用于显示全色图像的方法，所述方法包括 控制第一光调制器的象素，以形成第一图像成分，所述第一图像成分包括由所述第一光调制器发出的光的图案；控制第二光调制器的子象素，以形成第二图像成分，所述第二图像 成分包括由所述第二光调制器发出的光的图案；以及，允许所述第二图像成分的所述光通过所述第一光调制器，以与所述 第一图像成分的所述光叠加；其中所述第一图像成分和第二图像成分中的一个包括单色图像成 分，而所述第一图像成分和第二图像成分中的另一个包括至少两种颜色。
41. 根据权利要求40所述的方法，其中所述第二图像成分是所述单 色图像成分。
42. 根据权利要求40或41所述的方法，其中所述第二图像成分的所 述光主要是蓝色光。
43. 根据权利要求42所述的方法，其中所述第一图像成分的空间分 辨率大于所述第二图像成分的空间分辨率。
44. 根据权利要求42或43所述的方法，包括以第一速率刷新所述第 一图像成分和以比所述第一速率更低的第二速率刷新所述第二图像成 分。
45. 根据权利要求44所述的方法，其中所述第二速率不超过所述第 一速率的1/2。
全文摘要
彩色显示器将二色图像成分与单色图像成分叠加以产生全色图像。每个图像成分可以通过控制光源阵列而形成。在一些实施方式中，单色图像成分由背光提供，而二色成分由两种类型的子像素阵列提供。
文档编号G09F9/30GK101180667SQ200680017230
公开日2008年5月14日 申请日期2006年4月3日 优先权日2005年4月1日
发明者C·W·佩恩, L·D·西尔弗斯坦 申请人:杜比加拿大有限公司