具有低区域可视性的薄型二维调光背光的制作方法

本发明涉及高动态范围(hdr)显示器，特别是移动显示器，该移动显示器使用了液晶显示器(lcd)和基于光导的有源调光背光，该有源调光背光结合了基于可切换孔径的局部调光方法。

背景技术：

实现用于电视的二维(2d)有源调光的方法和由液晶显示器(lcd)后面的直下式发光二极管(leds)构成的比较大面积显示器是习知。将有源调光技术小型化到诸如智能手机和平板电脑的移动尺寸显示器，涉及用led阵列取代低厚度的光导。此外，与高质量高动态范围(hdr)显示器所需的观看区域相比，需要的led更少。用于移动显示器的有效有源调光增强了电源管理，尤其可延长电池寿命。

已经进行了各种尝试以最小化显示器尺寸，其方式可以针对利用有源调光的移动设备进行优化。这种尝试遇到了问题，包括与电极结构的可视边缘图案相关的区域的可视性。us2012/0007896(kwon等人，2012年1月12日公开)描述了有源调光系统中区域可见性的问题，并提出了一种使用图像处理降低区域可视性的方法。至于与小型化显示器尺寸相关的其他问题，jp2012129105(murata等人，2012年7月5日公开)在每个直下式led上使用光学元件来减小厚度。us8199280(kim等人，2009年11月26日公告)尝试通过使用独立的光导元件来产生更薄的直下式2d背光。us5686979(weber等人，1997年11月11日发公告)和us8248555(senoue等人，2012年8月21日公告)尝试在标准背光上使用第二lc面板来产生可切换孔径。

对于这种装置，通常不能实现小型化的有效有源调光。小型化直下式、大尺寸显示器背光到移动尺寸会受到两个主要问题的困扰。首先，厚度显著减小意味着使用大量led难以实现均匀性，其次，可以使用的led的数量小于区域所需的数量。在直下式背光的led上使用光导或其他光学元件确实减小了厚度，但通常不能达到可以使背光移动的程度。另外，光导或其他光学元件的使用不能解决区域的数量问题。

在普通背光上使用第二lc孔径(通常是无源矩阵lc面板)可以在适合移动设备的低厚度下产生高质量的区域。在这种配置中，无源矩阵lc和偏振器(或仅仅是反射偏振片)放置在lcd和普通背光之间，以产生高对比度区域的2d阵列，可以被容易地控制。区域的数量和分布则与光源无关。然而，传统配置遇到如上所述的区域可视性问题。由于无源矩阵lc紧接在主显示器后面并且以显著的厚度分开，因此无源矩阵lc元件的区域边缘被很好地定义并且清晰，并且由于眼睛之间的视差，可以在主显示器上的不同位置看到这样的边缘。这意味着图像处理的算法边缘不能与lc边缘完美对齐。这导致不期望地产生可在图像中看到的矩形边缘图案。这种矩形边缘图案的产生无法在软件中很好地校正；在无源矩阵lc和主面板之间使用扩散器也是不切实际的。扩散器会使背光的亮度显著降低。

技术实现要素：

本公开描述了允许高质量二维(2d)有源调光的显示器配置被优化以用于移动尺寸设备，例如被用于诸如智能手机，平板电脑和类似的装置中。本发明解决了上述厚度和区域数的问题，同时保持了高效率。所描述的配置提供增强型无源矩阵液晶显示器，用于通过改变定义无源矩阵显示器的各个区域的电极边缘的形状来有效地减小对应于参考的矩形边缘图案的区域可见性。

在示例性实施例中，电极边缘不是直的，而是配置有波纹。根据给定显示器的实际区域可见性，波纹可以形成在电极的至少一侧上，直到电极的所有侧面上。波纹优选地应该形成在相对的相邻电极组的每个相应电极的相对电极边缘上。波纹破坏了干扰主显示像素的直线的直线，这导致对应于通过主显示器的电极边缘的区域可见性减小。相对的相邻电极具有类似的形状以保持电极间隙。这些波纹的大小可以与眼间隔的视差相匹配或者是更大的水平，例如40°离轴视差。

因此，本发明的一个方面，是一种无源矩阵显示器,其具有波纹状电极边缘，以减小显示系统内的区域可见性。在示例性实施例中，无源矩阵显示器包括第一基板和第二基板；位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层；形成在第一基板上的图案化电极层，其包括多个独立电极,其中相邻的独立电极被电极间隙间隔开；以及形成在所述第二基板上的第二电极层。在电极间隙处的相邻独立电极的相对边缘的至少一部分包括波纹。波纹的组成部分可以是适合于任何特定应用的任何合适的形状和/或尺寸。波纹可以是均匀成形的或变化的，关于水平轴对称或不对称，和/或可以具有规则或不规则的图案。

本发明的另一方面是一种显示系统，其包括降低了区域可视性的增强型无源矩阵显示器。在示例性实施例中,该显示系统包括背光；主液晶显示器；以及根据任一实施例的无源矩阵显示器，其位于背光和主液晶显示器之间，其中背光在非观看侧，主液晶显示器在相对于无源矩阵显示器的观看侧。波纹状电极边缘被提供于无源矩阵显示器中以减少显示系统内的区域可见性。

为了实现前述和相关目的，本发明包括在下文中充分描述并在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的某些说明性实施例。然而，这些实施例仅表示本发明原理的各种方式中的一些可以被采用。当结合附图考虑时，本发明的其他目的，优点和新颖特征将从本发明的以下详细描述中变得显而易见。

附图说明

图1描绘了可结合本发明的增强型无源矩阵显示器特征的示例性显示系统的概述的图。

图2描绘了在传统显示系统中可能出现的视差问题的图。

图3描绘了与图1相比的显示系统的图，指示了标示为近视图的部分。

图4描绘了图3所指示的近视图，示出了可以在图3所示的显示系统中使用的电极图案。

图5描绘了图4所指示的另一个近视图，示出了在两个相邻电极的边界处的电极边缘上的波纹。

图6描绘了在图1和3的显示系统中使用的无源矩阵显示器的示例性配置的侧视图。

图7描绘了图6的示例性无源矩阵显示器的立体图。

图8描绘了如图7中所指示的近视图，示出了在相邻的电极的边界处的电极边缘上的波纹。

图9描绘了电极边缘上的波纹的第一示例性变化的图。

图10描绘了电极边缘上的波纹的第二示例性变化的图。

图11描绘了电极边缘上的波纹的第三示例性变化的图。

图12描绘了电极边缘上的波纹的第四示例性变化的图。

图13描绘了电极边缘上的波纹的第五示例性变化的图。

附图标记说明

显示系统10

背光12

主孔径显示器14

无源矩阵(pm)孔径显示器16

光源18

光导20

增强型镜面反射器(esr)22

增亮膜(befs)24

前偏振器26

后偏振器28

lcd图像面板30

第一玻璃基板32

第二玻璃基板33

pm液晶(lc)层34

偏振器36

显示系统40

lc图像面板42

第一基板层44

第二基板层46

lc像素层48

无源矩阵(pm)lc面板50

电极间隙52

间隔54

眼睛56

第一电极60

第二电极62

电极间隙64

第一电极上的波纹66

第二电极上的波纹68

第一电极层70

独立电极72

第一独立电极72a

相邻的独立电极72b

电极间隙73

第二电极层74

第一独立电极上的波纹76a

相邻的独立电极上的波纹76b

替代的波纹配置78a

替代的波纹配置78b

替代的波纹配置78c

替代的波纹配置78d

替代的波纹配置78e

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中相同的附图标记始终用于表示相同的元件。应该理解，附图不一定按比例绘制。

通常，本发明的一个方面是一种显示系统，其包括降低了区域可见性的增强型无源矩阵显示器。在示例性实施例中，所述显示系统包括背光；主液晶显示器；以及根据本文所述的任何实施例的无源矩阵显示器，其位于所述背光和所述主液晶显示器之间。背光位于非观看侧，并且主液晶显示器相对于无源矩阵显示器位于观看侧。如下面进一步详述的，波纹状电极边缘被提供于无源矩阵显示器中以减少显示系统内的区域可见性。

图1描绘了可结合本发明的增强型无源矩阵显示器的示例性显示系统10的概述的图。侧视图被示出以说明显示系统10的层部件。在示例性实施例中，系统10包括背光12，主孔径显示器14，其例如可以是液晶显示器(lcd)，以及低分辨率无源矩阵(pm)孔径显示器16，其位于背光12和主孔径显示器14之间。背光12位于非观看侧，主液晶显示器14相对于无源矩阵显示器16位于观看侧。

在示例性实施例中，背光12包括将光发射到光导20的边缘中的光源18。光源18可以是发光二极管(leds)阵列或本领域已知的用于lcd显示器的侧入式背光源的其他合适的光源。光导20提取将被发射以用于观看侧显示层的发光的光。背光12还可以包括相对于光导20在背光12的非观看侧的增强型镜面反射器(esr)22，以将光重新定向到背光的相反的观看侧。背光12还可以包括相对于光导20在背光12的观看侧的一个或多个增亮膜(befs)24。用于移动装置的典型的增亮膜可以包括扩散器以提供从光导提取的成角度光的更均匀的分布，和/或操作以通过准直从背光12发出的光来改善显示装置的亮度的扩散反射偏振器或其他偏振器。可以理解的，可以改变和布置各种光学部件，包括任何反射器，扩散器，偏振器，befs等，以适合于任何特定的显示装置应用。

在示例性实施例中，主显示器14包括前偏振器26和后偏振器28，lcd图像面板30位于偏振器之间，所述lcd图像面板30包括本领域已知的任何合适的基板，配向层和lc材料。在该示例中，主显示器14不具有滤色器或者任何黑色遮罩。主显示器14发出被观看者观看的图像。无源矩阵(pm)显示器16位于背光12和主显示器14之间。

在示例性实施例中，pm显示器16包括夹着位于第一基板和第二基板之间的pm液晶(lc)层34的第一玻璃基板32和第二玻璃基板33。两个内部基板表面上有电极(在该图中未示出)，其可以被独立地控制以切换lc层34的双折射，并因此切换偏振旋转效应。如下面进一步详述的，pm显示器16可以具有形成在第一基板上的图案化电极层，其包括多个独立电极，其中相邻的独立电极由电极间隙分开，并且第二电极层形成在第二基板上。pm显示器16可以位于主显示器14的后偏振器28和背光的观看侧上的另一个偏振器36，或者另一个反射偏振器(例如双亮度增强型膜偏振器或dbef)之间。

图2是描绘了在传统显示系统40中可能出现的视差问题的图，其可具有与图1的配置相当的配置。为了说明，显示系统40包括主lc图像面板42，其具有夹着lc像素层48的基板层44和46。主图像面板42位于无源矩阵(pm)lc面板50的观看侧。为了独立地控制与显示系统相关的电极，必须在无源矩阵面板的电极之间存在电极间隙52。由于不可能扩散来自背光的光，因为它将基本上降低亮度，所以可以通过主图像面板42的像素看到这些间隙52。由于在主显示器42的像素48的平面与间隙52的平面之间存在间隔54，因此在软件中难以校正可见性。间隔54可以使很重要的。利用这样的配置，眼睛56可以通过不同的像素看到间隙52，并且特别是当在轴外观察时，主图像显示器的图像区域边缘和发射的图像的对准越来越差。这导致间隙52处的电极的边缘图案作为发射图像中的赝像是可见的，这构成了上面提到的区域可见性问题。

例如，对于pmlc面板50和主图像显示器42的平面之间的0.5mm间隔54，玻璃的折射率为1.5，观察距离约为350mm至400mm，且左眼和右眼之间的眼间隔约为62mm，存在导致视差误差>50μm的视点的偏移，这大于传统图像显示器中的大多数像素宽度。如果观察如图2所示的离轴40°，对应大量的像素，对于典型的移动系统视点的偏移(视差误差)为了240μm。这反而导致矩形电极边缘图案的区域可视性，其通常不能用软件校正。

鉴于上述情况，本发明的实施例提供了一种替代方法，通过改变限定各个电极区域的电极边缘的形状来减小对应于参考的矩形边缘图案的区域可见度。在示例性实施例中，电极边缘不是直的，而是配置有波纹。根据给定显示器的实际区域可见性，波纹可以形成在电极的至少一侧上，直到电极的所有侧面上。波纹优选地应该形成在相对的相邻电极组的每个相应独立电极的相对电极边缘上。波纹破坏了干扰主显示像素的直线的直线，这导致对应于通过主显示器的电极边缘的区域可见性减小。相对的相邻电极具有类似的形状以保持电极间隙。这些波纹的大小可以与眼间隔的视差相匹配或者是更大的水平，例如40°离轴视差。

因此，本发明的一个方面，是一种无源矩阵显示器,其具有波纹状电极边缘，以减小显示系统内的区域可见性。在示例性实施例中，无源矩阵显示器包括第一基板和第二基板；位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层；形成在第一基板上的图案化电极层，其包括多个独立电极,其中相邻的独立电极被电极间隙间隔开；以及形成在所述第二基板上的第二电极层。在电极间隙处的相邻独立电极的相对边缘的至少一部分包括波纹。如下面进一步详述的，波纹的组成部分可以是适合于任何特定应用的任何合适的形状和/或尺寸。波纹可以是均匀成形的或变化的，关于水平轴对称或不对称，和/或可以具有规则或不规则的图案。

图3描绘了与图1相比的显示系统10的图，指示了标示为近视图的部分。图4描绘了图3所指示的近视图，示出了可以在图3所示的显示系统中使用的电极图案。在图4中，每一个块标示独立电极。因此，例如，第一电极60和第二电极62是通过电极间隙64间隔开的相邻的独立电极。

图5描绘了图4所指示的近视图，示出了在电极间隙64处的两个相对的相邻独立电极60和62的边界处的电极边缘上的波纹。在所述边界处，电极边缘包括相应的波纹66和68。在该示例中，波纹是三角形的，但是可以采用如下面进一步详述的其他形状。通常，在电极间隙处的每个相邻的独立电极的相对的边缘的至少一部分包括这样的波纹。相对的相邻的电极边缘具有相似的形状，即波纹66和68匹配，以保持电极间隙64。波纹用于在间隙64内提供间断，这减小了上述的视差效应。以这种方式，波纹打断了干扰主显示像素的直线的直线，这导致对应于通过主显示器的电极边缘的区域可见性被减小。电极边缘的图案的区域可见性因此可以基本上被减小或消除。

图6描绘了用于图1和3的显示系统的无源矩阵(pm)显示器16的示例性配置的侧视图。图7描绘了图6的示例性pm显示器16的立体图。这些图示出了电极配置的更多细节。如上所述，pm显示器16包括夹着pmlc层34第一玻璃基板32和第二玻璃基板33，所述pmlc层34位于第一和第二基板之间。电极在两个内部基板表面上，其可以被独立地控制以切换lc层34的双折射，并因此切换偏振旋转效应。在该实施例中，第一玻璃基板32包括第一电极层70，第一电极层70被图案化为多个独立电极72。独立电极72由电极间隙73间隔开。第二基板33包括第二电极层74，第二电极层74被配置为跨越pm矩阵显示器的公共电极。具有图案化电极层70的第一基板32可以相对于lc层34位于观看侧，具有第二电极层74的第二基板33可以相对于lc层34位于无源矩阵显示器的非观看侧。

图8描绘了如图7中所指示的近视图，其示出了在图案化的第一电极层70内的相邻的独立电极72的边界处的电极边缘上的波纹。如该示例中所示，第一独立电极72a与多个相邻的独立电极72b一起被描绘为由电极间隙73分开。相邻的独立电极的相对边缘的至少一部分包括在电极间隙73处的相对的波纹76a和76b。在如图8所示的这个示例中，波纹76a和76b包括在独立电极72的所有边缘上。此外，在该示例中，波纹也是三角形的。如上所述，波纹用于提供电极间隙73的间断，这降低了上述的视差效应。以这种方式，基本上减少或消除了对应于电极边缘图案的区域可见性。

应当理解，可以在电极边缘处的波纹的组成部分采用任何合适的形状和/或图案，并且实施例不限于先前图中描绘的三角形配置。通常，如上所述，相对的相邻电极边缘具有相似的形状，即，相对的波纹匹配以保持电极间隙。图9-13描绘了根据本发明的实施例的在间隙73处的相邻电极72a和72b的电极边缘上的波纹76a和76b的示例性变化。

在图9的示例中，示出了圆形或椭圆形波纹配置78a，其中波纹76a和76b的组成部分具有圆形或椭圆形形状。在该配置以及上面的三角形配置中，波纹具有对称的波状配置，即，波纹76a和76b关于图中的水平轴对称。可替代的，图10描绘了波纹配置78b的示例，其中波纹76a和76b关于水平轴不对称。尽管图10描绘了不对称的圆形或椭圆形配置，但是也可以采用不对称的三角形形状。

在上述实施例中，波纹的组成部分都是相同的个大小。可替代的，图11描绘了波纹配置78c的示例，其中波纹76a和76b的组成部分是类似形状的不同尺寸的组成部分。尽管图11描绘了不同尺寸的三角形组成部分的三角形配置，但是不同尺寸的圆形或椭圆形组成部分可以被替代地采用。在上述实施例中，波纹的组成部分都具有相同的总体形状(例如，三角形，弯曲的)。可替代的，图12描绘了波纹配置78d的示例，其中波纹76a和76b的组成部分具有不同的形状。在该示例中，三角形的组成部分结合了圆形或椭圆形的组成部分。实施例不限于这些形状，因为其他形状可以结合到规则图案中。而且，成角度的或弯曲的线不是必须是这样的，波纹的组成部分可以由沿着曲线或成角度的线的较小的矩形台阶构成。实施例还可以包括这些形状或者以其他重复方式的任何合适的混合。

在上述实施例中，波纹的组成部分被配置规则的重复图案。可替代的，图13描绘了波纹的组成单元78e的示例，其中波纹76a和76b具有随机或不规则的布置。例如，用于定位所述波纹的随机形状的线条被应用，使得线条远离波纹的水平轴的概率遵循特定的概率分布，例如泊松分布，正态分布或高斯分布。这能够将平均模糊被应用于电极边缘以消除边缘图案可视性，而不影响通过图像面板的背光光线的准直，因此不影响亮度。

因此，本发明的一个方面，是一种具有波纹状的电极边缘以减少显示系统中的空间可视性的无源矩阵显示器。在示例性实施例中，无源矩阵显示器包括第一基板和第二基板；位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层；形成在所述第一基板上的图案化电极层,其包括多个独立电极,其中相邻的独立电极通过电极间隙间隔开；以及形成在所述第二基板上的第二电极层；其中,在所述电极间隙处的相邻的所述独立电极的相对的边缘的至少一部分包括波纹。所述无源矩阵显示器可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，所述独立电极的所有边缘都包括所述波纹。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，所述波纹的组成单元具有相同的形状。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，所述波纹的组成单元具有相同的尺寸。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，所述波纹的组成单元具有不同的形状。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，所述波纹的组成单元具有不同的尺寸。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，所述波纹关于水平轴对称。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，所述波纹关于水平轴不对称。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，所述波纹具有规则的图案。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，所述波纹具有不规则的图案。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，用于定位所述波纹的随机形状的线条被应用，使得所述线条远离波纹的水平轴的概率遵循泊松分布，正态分布和高斯分布中的其中一种概率分布。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，所述第二电极层包括公共电极。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，具有所述图案化电极层的所述第一基板相对于所述lc层位于观看侧，具有所述第二电极层的所述第二基板相对于所述lc层位于非观看侧。

在所述无源矩阵显示器的示例性实施例中，所述lc层是像素化lc层。

发明的另一方面是一种显示系统，其包括降低了区域可视性的增强型无源矩阵显示器。在示例性实施例中,所述显示系统，包括：背光；主液晶显示器；以及位于所述背光和所述主液晶显示器之间的根据任意实施例的无源矩阵显示器，其中，所述背光位于非观看侧，所述主液晶显示器相对于所述无源矩阵显示器位于观看侧。所述波纹状电极的边缘被提供于所述无源矩阵显示器中以降低显示系统中的区域可视性。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述独立电极的所有边缘都包括所述波纹。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述主液晶显示器包括前偏振器和后偏振器，所述无源矩阵显示器位于所述后偏振器和所述背光之间。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述显示系统进一步包括位于所述背光的观看侧的另一个偏振器，所述无源矩阵显示器位于所述另一个偏振器和所述主液晶显示器的所述后偏振器之间。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述无源矩阵显示器的具有所述图案化电极层的所述第一基板相对于所述lc层位于观看侧，所述无源矩阵显示器的具有所述第二电极层的所述第二基板相对于所述lc层位于非观看侧。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述lc层是像素化lc层。

尽管已经关于某个实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员在阅读和理解本说明书和附图时可以想到等同的改变和修改。特别是关于由上述元件(部件，组件，装置，组合物等)执行的各种功能，用于描述这些元件的术语(包括对“方法”的引用)旨在对应，除非另有说明，对于执行所述元件的指定功能的任何元件(即，功能上等同的)，即使在结构上不等同于在本发明的示例性实施例或实施例中执行该功能的所公开的结构。另外，虽然上面仅针对若干实施例中的一个或多个描述了本发明的特定特征，这样的特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征组合，其对于任何给定或特定应用可能是被期望的和有利的。

工业适用性

本发明涉及用于显示装置的背光组件的有源调光。本发明的实施例适用于许多显示装置，以实现高分辨率和高图像质量的显示装置。这种装置的示例包括电视，移动电话，个人数字助理(pda)，平板电脑和膝上型电脑，台式监视器，数码相机等设备。本发明特别适用于移动显示装置中的有源调光。