专利名称：用于可视地重构图像的显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于根据编码图像可视地重构图像的显示设备。这种设备在视觉密码系统的领域尤其有用。
背景技术：
视觉密码系统可以如下简要描述。图像被分为两个随机部分，第一部分包含一编码图像，其优选地是原始图像加上随机图案，第二部分仅包含随机图案。任何一个部分都不包含关于原始图像的可识别的信息。然而，当编码图像和匹配的随机图案在一适当的设备中被组合在一起时，可以可视地重构原始图像。
如果非匹配部分被组合在一起，即两个具有非匹配的随机图案的部分，那么不会泄漏关于原始图像的信息，并且在所述设备上显示一随机图像。如果双方想使用视觉密码系统进行通信，那么因此它们将必须共享表示正确的随机图案的密钥序列。
例如，在国际专利申请WO 2003/066797A1中公开了一种视觉密码系统的实现。所使用的系统包括由两个液晶层构成的叠层，并且利用LC层的功能以有选择地旋转通过其的光的线性偏振方向。每个LC层包括多个可单独寻址的像素。可以独立地为每个像素设定穿过该像素的偏振光的旋转量。在最简单的情况下，对于黑白编码图像，像素可以被通电以将通过的偏振光旋转超过90度，或者可以被断电，在这种情况下，光可以在没有改变的情况下通过像素。应注意，通常，没有线性偏光镜存在于LC层之间。
例如，密钥序列被提供给第一LC层，从而其像素被设置为表现随机图案。如果第一LC层被提供了错误的密钥序列，那么将以与第二LC层中的编码图像不匹配的随机图案来设置第一LC层的像素，从而设备将一随机图像显示给观看者。
为了使原始图像变为可见的，在该例子中，提供给第二LC层的编码图像数据除了包括编码图像的数据以外，还要包括与由提供给第一LC层的密钥序列表示的随机图案相匹配的随机图案。因为LC层中的匹配的随机图案有效地互相抵消，因此，原始图像将显示在设备上。例如，可以通过将层叠的LC层放置于交叉的偏光镜之间，从而使图像可见。
然而，重构图像的图像质量会相当差，尤其是在偏斜的观看角度。
发明内容
本发明的目的是提供一种显示设备，其适于根据编码图像可视地重构图像，其中，重构图像具有比较高的图像质量。
该目的通过如独立权利要求1所述的，根据本发明的显示设备来实现。在从属权利要求中叙述了其它有益的实施例。
根据本发明的显示设备包括用于改进两个LC层之间的光学匹配性的装置。
已经发现，重构图像的相对较差的视觉质量会由重构图像中的暗像素引起，这些暗像素是由于第一和第二LC层的对应像素都被断电。
例如，当LC层是常规的白色(NW)类型时，例如具有90度扭转角(twist angle)的扭转向列(twisted nematic)LC层，通过LC层的连续激活像素(通电的像素)的光基本上保持在相同的偏振态。在这种情况下，激活像素中的LC分子大多数沿通过像素的光的方向对齐。因此，通过的线偏振光不被任何显示器改变，并且具有与其进入时基本上相同的线偏振方向的光从LC叠层射出。当这种叠层被放置在交叉的偏光镜之间时，从两个层中的激活像素得到的重构图像的黑色像素将具有较暗的颜色。
当两个层中的对应像素未被激活时(断电状态)，在该例子中，通过这些像素的光被旋转超过180度，并且在理想状态中，将从叠层射出并且具有基本上与其进入时相同的线偏振方向。然而，已发现，在实践中，所产生的编码图像的黑色像素显得相对明亮，并且还会发生变色。这些影响降低了在设备上可以看到的重构图像的视觉质量。
假设通过的光在断电的LC层像素中的旋转导致通过的光中的微小扭曲，从而光被微小地椭圆偏振。在传统的LCD显示设备中，这不是什么问题，而在这里，断电的LCD像素通常表示显示图像中的白色像素，光的轻微的椭圆偏振会导致少量的光将在前偏光镜中被吸收，从而导致少量的或者是不显著的显示亮度的损失。
然而，在根据本发明的设备中，光可以通过两个LC层中的连续的断电的像素，以生成重构图像中的黑色像素。在该情况中，通过叠层的线偏振光不仅使其偏振方向被旋转了超过180度，而且在其通过过程中，其被椭圆偏振到相对较大的程度。因此，当叠层被置于交叉的偏光镜之间时，大量的光将通过前偏光镜，这是不希望发生地。代替黑色像素，灰色像素出现在可视编码图像中，从而导致图像质量变差。当在歪斜的观察角度观察重构图像时，即，当观看者在偏离轴线的方向观察LC叠层时，这一效果尤其显著。
此外，在通过叠层的光中的椭圆偏振的量依赖于波长，因此，对于可见光谱中的任意波长，通过前偏光镜的光的量不同。在光谱范围较宽的光(例如白光)被用于显示设备的情况下，该影响会导致可视编码图像中的像素的变色。
为了减少这种影响，根据本发明的设备包括用于改进第一和第二层之间的光学匹配性的装置。发明者已经实验了许多解决方案以获取显示器之间的改进的光学匹配性，并且已经发现了两个效果特别好的实施例。
在第一实施例中，在第一和第二LC层之间提供光学延迟器，用于改进光学匹配性。即，额外的光学双折射元件被设置在叠层中的两层之间。
优选地，叠层被设置在交叉的偏光镜之间，即，在叠层的一边，提供具有第一偏振方向的第一线性偏光镜，并且在叠层的另一边，提供具有基本上垂直于第一偏振方向的第二偏振方向的第二线性偏光镜。该实施例是透射显示设备，其依赖于在面板后面的专用的背光源。在该实施例中，优选的光学延迟器是半波延迟器(半λ板)，更优选地是使其延迟轴与第一或第二偏振方向对齐的半波延迟器。
在第二实施例中，LC层包括扭转向列(TN)液晶(LC)材料，并且通过在两层中设置TN LC材料以使得具有相反的扭转方向(twistdirection)，从而使第一层与第二层匹配。发明者显示，在这种情况下，在任何一层中导致的椭圆偏振基本上可以相互抵消。
在另一个实施例中，显示设备是反射显示设备。这里，液晶层最好设置在线性偏光镜和反射装置之间，例如内部漫反射器(IDR)。根据以上所述，在反射显示设备中的LC层之间的光学匹配性或者通过LC层之间的光学延迟器来改进，在该情况下，优选地使用其延迟轴与第三偏振方向平行的四分之一波长延迟器，和/或通过LC层中的扭转向列LC材料之间的相反的扭转方向来改进。
通常，包括两个或更多相互协作以生成图像的液晶层的任何显示系统都可以受益于上述的、用于改进多层之间的光学匹配性的装置。在所有这种显示系统中，这种装置将改进层叠的LC层的输出图像质量。优选地，所述装置包括相邻液晶层之间的延迟器层。或者，在液晶层是扭转向列LC层的情况下，相邻层中的扭转向列材料可以被设定相反的扭转方向。
现在将进一步参照附图描述并说明本发明。在这里图1显示根据本发明的透射显示设备的一般实现；图2说明根据现有技术，依据编码图像和匹配的随机图案来重构图像；图3说明根据本发明的实施例，依据编码图像和匹配的随机图案来重构图像；图4显示了根据本发明的透射显示设备的另一个实施例；以及图5显示根据本发明的反射显示设备的一个实施例。
具体实施例方式
在图1中，显示了用于根据编码图像可视地重构图像的透射显示设备的一般实现。该设备包括第一液晶层110以及第二液晶层120。层110、120被设置在交叉的线性偏光镜131、132之间，即，在LCD叠层的一边，提供了具有第一偏振方向的第一线性偏光镜131，并且在LC叠层的另一边，提供了具有垂直于第一偏振方向的第二偏振方向的第二线性偏光镜132。
LC层优选地被配置为常规的具有90度扭转角的白色扭转向列(TN)LC层。对于这种面板，当像素被断电时，通过的线偏振光的偏振方向被旋转超过90度，并且当像素被完全通电时(被施加最大像素电压)，通过的线偏振光基本上在其偏振态没有改变的情况下通过像素。
每个LC层被连接到它自己的控制器112、122，因此，在任何一个LC层中的像素可以被独立地通电和断电。第一和第二控制器112、122被设置为接收数据，根据该数据，相关LC层110、120的像素可以被寻址。发送到控制器(例如第一控制器112)的数据表示编码图像，并且被发送到另一个LCD控制器(例如第二控制器122)的数据构成密钥序列，该密钥序列用于根据随机图案设置相关层(在该例子中为第二层120)的像素。
如果密钥序列与编码图像数据匹配，则观看者130在显示设备上看到重构的原始图像，否则观看者130观察到随机的图案。
在所显示的实施例中，设备是透射显示设备，并且在叠层的后面提供背光源140，正如观看者130所看到的。由背光源140发射的光通过第一线性偏光镜131而被线偏振。然后线偏振光通过层叠的LC层110、120。任何一层的每一个像素可以有选择地通过旋转通过的光的线偏振方向来改变其。因此，第二线性偏光镜132或者使来自每个像素的光通过，或者(部分地)吸收来自每个像素的光，并且观看者130将观察到一图像。如果由第一LC层110显示的随机图案与由第二LC层120显示的编码图像相匹配，那么由观看者130在显示设备上看到的图像将是重构的原始图像。
在图2中，说明根据编码图像和匹配的密钥序列重构黑白(1位)图像。在该简化的例子中，对于两个LC层210、220，显示了3×3的像素块。在实际应用中，LC层会具有更多的像素，例如320×240、640×480或更多。
通过向与第一层相关联的控制器提供密钥序列，从而根据随机图案来设置第一LC层210的像素。激活的像素215为空白，而断电的像素216显示扭转箭头。类似地，根据提供给与第二层相关联的控制器的编码图像数据，来设置第二LC层220的像素。同样，激活的像素225为空白，而断电的像素226显示扭转箭头。
当按照如图1所示的结构堆叠这些层时，观看者将在显示设备上看到类似于重构图象230的图像。根据编码图像220以及与该编码图像220匹配的随机图案210来重构图像230。然而，重构图象具有较差的视觉质量，因为它不是仅具有黑色像素235和白色像素236，它还具有许多灰色像素237，在这些地方，预期显示黑色像素。这些灰色像素出现在如下位置，即，LCD面板210和220的对应像素都被激活并且将通过的光旋转超过90度的位置。
发明者意识到，除了被旋转之外，通过LC层的光变得轻微地椭圆偏振，这会导致通过前偏光镜132的漏光，这是不希望的。由于该漏光，由观看者130看到的对应像素表现为灰色而不是黑色。在灰度级图像中，对应的像素将被看成是存在于原始图像中的光灰度级。此外，如早先说明的，可能出现变色，尤其对于显示彩色图像的设备，在这种情况下，可以仅对于单个基色子像素而出现漏光效果。
在根据本发明的显示设备的实施例中，通过改进LC层之间的光学匹配性，可以大量减少漏光。图3说明了在根据本发明的显示设备中，根据编码图像和匹配的密钥序列来重构黑白(1位)图像。
差别在于，LC层310的被断电的像素316和LC层320的被断电的像素326具有相反的扭转方向。在图中通过在相反的方向扭转的箭头来显示。因此，如果第一LC层310中的断电的像素316将通过的光旋转超过+90度，那么在第二LC层320中的断电的像素326将通过的光旋转超过-90度。已经意外地发现，在这种情况下，通过连续的断电的像素316、326的光在没有显著的椭圆偏振的情况下离开叠层。改进了两个LC层之间的光学匹配性，因此，大量减少了通过前偏光镜132的不希望的漏光。重构图象330仅显示黑色像素335和白色像素336，从而改进了图像质量。
在图4所示的实施例中同样改进了LC层之间的光学匹配性。这里，在第一LC层410和第二LC层420之间提供半波延迟板414。半波延迟器414的延迟轴优选地或者与后偏光镜431的偏振方向对齐，或者与前偏光镜432的偏振方向对齐。同样在该实施例中，发现通过连续的断电的像素的光在没有显著的椭圆偏振的情况下离开LC叠层，因此，大量减少了通过前偏光镜432的不希望的漏光，从而获得改进了图像质量的重构图像。
虽然波延迟板本身已经显著地改进了LCD面板之间的光学匹配性，但是优选地，可以与相反地设置面板中的LC材料的扭转方向的手段(如参照图3所述)相结合。
在图5所示的另一个实施例中，根据本发明的设备被实现为反射显示设备。反射镜540被设置在LC层510、520的后面，如观看者530所看到的。例如，由正面光系统发射的光或环境光通过线性偏光镜532被线偏振。然后，线偏振光通过堆叠的LC层510、520，由反射镜540反射，并且再次通过所述叠层。在任何一个LC层510、520中的每个像素可以有选择地通过旋转通过的光的线偏振方向来改变所述通过的光。
LC层510、520优选地具有45度的扭转角。由于光通过每个面板两次，所以在这种情况下，反射设备的操作可以类似于上述实施例的操作。
优选地，为了改进LC层510、520之间的光学匹配性，层510和520中的LC材料被设置为相反的扭转方向，因此例如，第一层510的断电的像素将光旋转超过+45度，并且第二层520的断电的像素将光旋转超过-45度。
或者，在层510和520之间设置四分之一波长延迟器(未显示)以改进光学匹配性。四分之一波长延迟器优选地使其延迟轴与线性偏光镜532的偏振方向对齐。
应该注意，LC层中的任何一个都可以实现为可分离的单元，因此，用户可以携带个人解密设备，例如包含显示设备的一个LC层的智能卡的形式。为了使用显示设备以可视地重构编码图像，用户可以将包含一个LC层的单元与包含另一个LC层的设备放入层叠结构。
使用例如个人解密设备这样的可分离的单元，用户可以例如通过用包含另一个LCD面板的安全屏幕覆盖他的个人解密设备，从而可视地重构显示在具有所述安全屏幕的设备上的编码图像。安全屏幕可以连接到例如计算机终端、移动电话或银行的ATM机。
虽然已经主要相对于黑白图像的例子说明了本发明，但是根据本发明的设备可以容易地适合于重构灰度或彩色图像。特别适用于根据编码图像来可视地重构灰度或彩色图像的，包括两个LCD的设备的实施例在例如申请人的早先的国际专利公布WO 2004/026394 A1中被公开。根据本发明的用于改进两个LC层的光学匹配性的装置可以被应用于该设备，而无需进一步的修改，所得到的设备将落入权利要求的保护范围。在重构灰度或彩色图像的情况中，在本申请中说明的装置是同样有效的。在所有情况下，都可以观察到重构图像的图像质量的显著改进。
总之，本发明主要涉及用于根据编码图像可视地重构图像的显示设备。这种设备在视觉密码系统的领域特别有用。所述显示设备具有两个层叠的液晶层，它们具有可单独寻址的像素。一个层呈现编码图像数据和随机图案，另一个层仅呈现随机图案。如果图案相匹配，则显示设备将可视重构图象显示给观看者。为了改进LC层之间的光学匹配性，提供装置，例如，两个LC层之间的双折射层。或者，可以使用具有相反的扭转方向的两个扭转向列LC层。发现这种装置改进了可视重构图象的图像质量，在实际中，可以有益地应用于任何包括多个相互协作以形成图像的LC层的显示系统。
权利要求
1.一种用于根据编码图像(320)来可视地重构图像(330)的显示设备，包括第一液晶层(420)，用于接收所述编码图像，第二液晶层(410)，用于接收密钥序列并且与所述第一液晶层(420)协作以根据所述编码图像和所述密钥序列重构所述图像，以及用于改进所述第一液晶层和所述第二液晶层之间的光学匹配性的装置(414)。
2.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述装置包括设置于所述第一和第二液晶显示器之间的光学延迟器(414)。
3.根据权利要求2所述的显示设备，其中，所述第一和第二液晶显示器被设置在具有第一偏振方向的第一线性偏光镜(431)和具有实质上垂直于所述第一偏振方向的第二偏振方向的第二线性偏光镜(432)之间，所述光学延迟器(414)是半波延迟器，该半波延迟器使其延迟轴与所述第一或所述第二偏振方向平行。
4.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述第一和第二液晶层被设置在反射装置(540)和具有第三偏振方向的线性偏光镜(532)之间。
5.根据权利要求2或4所述的显示设备，其中，所述光学延迟器是四分之一波长延迟器，该四分之一波长延迟器使其延迟轴与所述第三偏振方向平行。
6.根据上述任一项权利要求所述的显示设备，其中，所述装置包括所述第一和第二液晶显示器中的扭转向列液晶材料，其中，在所述第一显示器中的液晶材料的扭转方向与所述第二显示器中的液晶材料的扭转方向相反。
7.一种显示系统，包括第一液晶层，第二液晶层，用于与所述第一液晶层协作以在所述显示系统上显示图像，以及用于改进所述第一液晶层和所述第二液晶层之间的光学匹配性的装置。
全文摘要
本发明涉及用于根据编码图像(320)可视地重构图像(330)的显示设备，这种设备在视觉密码系统的领域特别有用。该显示设备具有两个层叠的液晶层(410、420)，它们具有可单独寻址的像素。一层(420)呈现编码图像数据和随机图案，另一层(410)仅呈现随机图案。如果图案匹配，则显示设备显示可视重构图像(330)给观看者。在两个LC层之间提供用于改进所述LC层之间的光学匹配性的装置，例如双折射层(414)。或者，可以使用两个具有相反的扭转方向的扭转向列LC层。发现这种装置可以改进可视重构图像的图像质量，并且实际上可以被有益地应用于任何包括多个相互协作以形成图像的LC层的显示系统。
文档编号G02B5/00GK101084638SQ200580043918
公开日2007年12月5日 申请日期2005年12月14日 优先权日2004年12月21日
发明者A·G·H·维胡尔斯特, M·T·约翰逊 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司