专利名称：具有偏置滤色器阵列的透镜式显示系统的制作方法
技术领域：
所公开的实施方案总地涉及透镜式显示系统，更具体地，涉及包括与下面的面板成分隔开的关系的滤色器阵列的透镜式显示系统。
背景技术：
自动立体显示器具有追溯到几十年的悠久历史。自动立体显示器的基本原理包括在2D显示器和观众之间插入微光学阵列，以提供取决于角度的图像。这些下面的像素包括不同颜色(例如，红、绿和蓝)的空间分离调制元件。根据光学阵列中的透镜的折射特性， 光学阵列可操作用于以任意给定视角“隐藏”某些像素并且提供仅具有那些依然可见的像素的图像。如此，选择性地选择可见像素以产生针对每个视图的有效像素。常规自动立体显示器通常包括常规IXD面板和柱面镜阵列。显示像素包括按相邻列的方式对齐的矩形红(R)、绿(R)和蓝(B)子像素的三元组。柱面镜阵列被直接引入到显示器的正前方，以通过在观众的平面内对像素进行选择性成像来提供多视图。
发明内容
本公开中提供的是透镜式显示系统的示例性实施方案，所述透镜式显示系统包括具有可操作用于输出光的多个像素的显示面板。所述透镜式显示系统还包括多个透镜， 其设置于所述多个像素输出的所述光的光路中；以及滤色器阵列，其设置于所述多个像素和所述多个透镜之间，所述滤色器阵列可以与所述多个透镜相邻并且与所述多个像素分隔开。本公开中提供的另一个实施方案涉及一种透镜式显示系统，所述透镜式显示系统包括具有可操作用于输出光的多个像素的显示面板。该实施方案还包括多个彩色透镜，其设置于所述多个像素输出的所述光的光路中，所述多个彩色透镜与所述多个像素成分隔开的关系。本公开还提供了一种制造透镜式显示系统的方法，该方法包括提供包括可操作用于输出光的多个像素的显示面板。所述方法还包括在所述多个像素输出的所述光的光路中设置多个透镜以及在所述多个像素和所述多个透镜之间设置滤色器阵列，所述滤色器阵列与所述多个透镜相邻并且与所述多个像素分隔开。
在附图中以实例的方式示出实施方案，其中
图IA是示出根据本公开的具有置于其上的柱面镜元件的倾斜像素阵列的示意图；图IB是示出根据本公开的柱面镜元件的效果的示意图；图2是示出根据本公开的从不同视角看到的有效像素的前视图和顶视图的示意图；图3A和图;3B是示出根据本公开的基于透镜的自动立体显示器的顶部视图剖面的示意4A是示出根据本公开的示例性实施方案的剖视的顶视图的示意图；图4B是示出根据本公开的图4A所示示例性实施方案的前视图的示意图；图5是示出根据本公开的针对下面的像素的可选色映射的前视图的示意图；图6是示出根据本公开的示例性实施方案的前视图的示意图；以及图7是示出根据本公开的示例性实施方案的剖面顶视图的示意图。
具体实施例方式图IA是透镜式自动立体显示系统100的示意性前视图。在此，相对于显示系统100 提供透镜式立体显示系统的基本操作。显示系统100包括像素阵列102和设置于像素阵列 102上方的透镜106。在一个实施方案中，像素阵列102可以包括相对于透镜106倾斜的像素104，如图IA中所示。在另一实施方案中，像素阵列102可以包括垂直对齐的像素104和相对于垂直对齐的像素104以倾斜角定向的透镜106。像素104相对于透镜106的这些倾斜方向使得角度的和空间的强度变化减少，如出于所有目的通过引用被整体包括在本文中的美国专利申请No. 12/541,895中所说明的。图IB是具有有效像素112的显示系统100的示意性前视图。在图示实施方案中， 可以通过柱面镜106观察到显示系统100的倾斜像素104，柱面镜106选择性显露一部分下面的像素104。所得的有效像素112根据观察位置和视角来变化，从而提供随角度变化的图像来实现立体3D可视化。如图IA中所示，可以按从透镜中线108在像素阵列102上的投影所成的任意给定角度来确定有效像素112。在操作中，穿过任意透镜的中心的光110没有发生偏转，因此可以观察到与投影中线108相交的像素104，就好像不存在透镜106 —样。 透镜106的其余部分将来自同一中心区域的光向着观众偏转，从而留下光被从中心拉伸到透镜边缘的印象并且形成有效像素112。以此方式，只看到靠近投影中线108的光110。不与投影中线108相交的像素102被隐藏。图2包括透镜式显示系统200的示意性前视图和透镜式显示系统200对应的示意性顶视图。图2示出有效像素212如何随观察位置(进而根据视角)的变化而变化。几何结构控制了透镜206的投影中线210运动，这是因为透镜206与像素阵列202的平面分隔开固定的距离。这导致产生图2所示的有效像素212并且示出视图根据视角从0°变为θ 以及从θ变为2 θ的平移。在各个透镜对其相邻透镜下面的像素进行成像之前，不同视图看上去对于不同视角是连续的，这将会导致视图的复制。包含完整一组视图的区域是“视区”。视区内视图的数量大致等于沿着水平方向位于透镜206下面的像素的数量。视区的大小可以由透镜206 的焦距确定，但是为了提供立体图像，在观众眼睛所对向的角度中可以包括至少两个视图。通常，通过增加各透镜206下面的像素204的数量以增大视图来提供所需的大视区。为此， 所构造的像素越来越小。图3A是示出具有RGB柱形滤色器阵列(CFA) 302的透镜式显示系统300的剖面顶视图的示意图。CFA 302可以包括本领域已知的任何滤色器，并且可以被构造用于提供透镜式显示系统300所需的色映射。这里，CFA 302的构造方式使得颜色随视角变化而交替变化。透镜306可以设置于透镜基板310上并且可以安置于从下面的像素304发出的光的光路312中。为了确保各像素304对应于交替变化的颜色之一，CFA 302的位置可以紧邻面板基板308之间的像素304。通过使CFA302和像素304这样紧邻，可以确保穿过像素304 的光也会穿过像素上方的滤色器，并且不会泄露到相邻像素304的滤色器。换言之，通过与像素304相邻地正确对齐和设置CFA 302，可以显著减小水平视差。然而，将CFA302与下面的像素304正确对齐是费用高的低产率步骤，这会提高显示系统300的制造成本。一种降低成本的方法是用相邻的色柱构造面板。图;3B是包括粗糙CFA 352的透镜式显示系统350的剖面顶视图的示意图，粗糙 CFA352提供了其中对于不同视角在任意给定图像像素位置颜色都保持基本上相同的“静态颜色”解决方案。在该实施方案中，下面的像素可以水平成组，使得直接位于任何一个透镜元件下面的像素输出基本相同颜色的光。这使得不同角度视图的有效像素能够在任意给定位置保持基本相同的颜色，这样可以降低观众对由于颜色随头位置变化而轮转所导致噪声的感觉。水平成组的像素还可以提高制造的简易度并且降低整体显示系统的成本。虽然 CFA 352可以紧邻像素邪4来设置，但是要理解，无论CFA 352的位置如何，水平视差的减少不再构成问题。事实上，由于“静态颜色”的构造，可以通过粗糙CFA 352的选择本性显著地减少水平视差。图4A是示出根据本公开的透镜式显示系统400的剖视的顶视图的示意图，并且图 4B是示出透镜式显示系统400的前视图的示意图。透镜式显示系统400包括显示面板402， 显示面板402包括可操作用于沿着光路406输出光的多个像素404。面板402可以是包括单色像素404的单色面板，并且像素404可以设置于基板408之间，基板408可以由玻璃或其他合适的材料(如聚合材料)制成。透镜式显示系统400还可以包括接近面板402的透镜片410，其用于将来自像素404的光导向观众。透镜片404可以包括设置于透镜基板414 上的多个透镜412，并且其可以被定向，使得透镜412处于像素404输出的光的光路406中。为了允许形成彩色光，显示系统400的实施方案可以包括设置于像素404和透镜 412之间的滤色器阵列(CFA)416。CFA 416可以被构造用于用粗糙有效像素418形成“静态颜色”。如此，CFA 416和像素404之间的光泄露不会有损显示系统400的性能，因此，CFA 416可以被设置成与透镜412相邻并且与像素401分隔开。该实施方案可能不需要将CFA 416紧邻像素404设置并且对齐CFA 416和像素404这个高成本、低产率步骤。在另一个实施方案中，通过直接在透镜阵列下面施用常规吸收过滤材料的RGB 带，显示系统400的透镜412可以被自身过滤(S卩，形成颜色)。在一个示例性实施方案中， 单个带可以与每个柱面镜元件相关联。在一些实施方案中，显示系统400的像素404可以包括光调制元件，如液晶单元。 像素404可以被定向为倾斜方向，如图4B中所示。例如，显示系统400的像素阵列可以包括根据人字斜纹(Herring-bone)图案布置成多行多列的多个像素404。
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在图4B所示的实施方案中，像素px的水平节距将会是 Ip/(3 (N- δ ))，其中，Ip 是透镜节距(进而是有效水平像素节距)，并且N是视区中的视图数量。δ通常接近0.5 以降低为莫尔条纹形式的不需要的图形噪声并且取决于特定的像素结构。在一些实施方案中，垂直像素节距Py可以等于透镜节距lp，以提供方形的有效像素。像素的倾斜角θ可以
在taiT1·)和之间，再次选择确切角度以消除摩尔效应。为了避免空间颜色分
散，对于60”对角显示器而言，透镜节距通常小于0. 3mm。通过使用目前的光刻技术，面板的水平像素节距可以小至10 μ m，从而使视图的总数大致为30，这符合大致40°的视区。图5是两个显示系统500和550的色映射的示意图。显示系统500包括倾斜像素面板结构，其中CFA紧邻面板。显示系统500的色映射是如上所讨论的均勻的彩色有效像素502。显示系统550包括被滤光的透镜覆盖的灰色单色像素。如图5中所示，显示系统 550的有效像素552基本上等价于有效像素502。这种等价允许CFA被限定在透镜平面内， 而在视区内没有能察觉到的性能降低，同时提供了显著的成本优势。在视区外部，位于任意给定彩色透镜后面的像素被透过相邻透镜看到。由于提出了交替变化彩色透镜，因此在所显示图像中将会导致颜色失真。对于基于未来应用的实施方案，这样不会造成问题，因为希望对于具有超高分辨率面板的任意合理观察环境而言视区是足够大的。对于结合当前可用面板的实施方案来讲，在图像发生颜色失真的最开始，将会警告观众在视区内重新定位并且可以有益于防止观察到视区边界处显示的混乱图像。对于涉及单个观众的系统的实施方案，可以基于观众为之将校正数据施加到下面的像素，从而基本避免了所有这些问题。例如，本公开的透镜式显示系统可以包括控制器，控制器基于对应于观众位置的视区接收与观众位置和显示图像有关的数据。在一个示例性实施方案中，透镜式显示系统的控制器可以从头部追踪装置接收数据。这种方法特别适用于具有完全环顾四周能力而没有同时显示多个图像的开销(overhead)并且降低了下面的面板的分辨率的系统。图6是示出透镜式显示系统600的示例性实施方案的前视图的示意图。透镜式显示系统600包括显示面板602，该显示面板602包括可操作用于沿着光路输出光的多个像素604。面板602可以是包括单色像素604的单色面板。透镜式显示系统600还可以包括透镜片606，透镜片606接近面板602用于将来自像素604的光导向观众。透镜片606可以包括多个透镜608并且可以被定向，使得透镜608处于像素604输出的光的光路中。为了允许形成彩色光，显示系统600的实施方案可以包括设置于像素604和透镜608之间的 CFA(未示出)。CFA可以被设置成与透镜608相邻并且与像素604分隔开。在另一个实施方案中，显示系统600的透镜608可以被自身滤色。在图示的示例性实施方案中，像素604被布置成包括多行多列的像素阵列，并且透镜被布置成具有相对于像素阵列的行列以倾斜角对齐的多行多列的透镜阵列。换言之， 透镜片606可以相对于像素604倾斜，以隐藏像素边界的全局成像。图7是根据本公开的透镜式显示系统700的示例性实施方案的剖视图。透镜式显示系统700可以包括显示面板702，显示面板702包括可操作用于沿着光路706输出光的多个像素704。面板702可以是包括单色像素704的单色面板。透镜式显示系统700还可以包括透镜片708，透镜片708接近面板702用于将来自像素704的光导向观众。透镜片708可以包括多个透镜710并且可以被定向，使得透镜710处于像素704输出的光的光路中。为了允许形成彩色光，显示系统700的实施方案可以包括设置于像素704和透镜 710之间的粗糙CFA 712。CFA 712可以被设置成与透镜710相邻并且与像素704分隔开。 在另一个实施方案中，显示系统700的透镜710可以被自身过滤。在实施方案中，显示器 700可以包括第二滤色器阵列712，其设置于像素704和多个透镜710之间，与像素704相邻，以进行二次视区抑制。该实施方案可能通过附带的过滤能够抑制不正确的视区。穿过不同过滤器的光可以被高度削弱，从而有效隐藏显示不正确图像的视区。虽然以上已描述了根据本文所公开原理的各种实施方案，但是应该理解，它们只是以实施例的方式表现，而非限制性的。因此，本发明的广度和范围应该不受上述任何示例性实施方案的限制，而是仅根据本公开产生的任何权利要求和其等同物来限定。此外，以上优点和特征在所描述的实施方案中提供，但不应该将这种产生的权利要求的应用限于实现以上优点中的任一个或全部的过程和结构。另外，所提供的本文的分类标题与37CFR 1. 77建议相符或以其他方式提供结构性提示。这些标题不应该限制可能由本公开产生的任何权利要求中阐明的发明(一个或多个)或将其特征化。具体地，并且采用实施例的方式，虽然标题表示“技术领域”，但是权利要求应该不受此标题下选择用于描述所谓领域的语言限制。另外，对“背景技术”中的技术的描述将不被理解为承认某一技术是在本公开中的任何发明(一个或多个)之前的现有技术。“发明内容”不被视为所产生的权利要求中阐述的发明(一个或多个)的特征。此外， 本公开中对单数形式的“发明”的任何引用不应该用于指出在本公开中只有一个新颖之处。 根据本公开所产生的多个权利要求的限制，可以阐述多个发明，因此这些权利要求限定受其保护的发明(一个或多个)和其等同物。在所有情况下，这些权利要求的范围应该依据本公开而根据其自身优点进行考虑，而不应该受本文阐述的标题限制。
权利要求
1.一种透镜式显示系统，所述透镜式显示系统包括显示面板，所述显示面板包括可操作用于输出光的多个像素；多个透镜，所述多个透镜设置于所述多个像素输出的所述光的光路中；以及滤色器阵列，所述滤色器阵列设置于所述多个像素和所述多个透镜之间，所述滤色器阵列与所述多个透镜相邻并且与所述多个像素分隔开。
2.如权利要求1所述的透镜式显示系统，还包括设置于所述多个像素和所述多个透镜之间的第二滤色器阵列，所述第二滤色器阵列与所述多个像素相邻。
3.如权利要求1所述的透镜式显示系统，其中所述多个像素包括单色像素。
4.如权利要求1所述的透镜式显示系统，其中所述多个像素包括光调制元件。
5.如权利要求4所述的透镜式显示系统，其中所述光调制元件包括液晶单元。
6.如权利要求1所述的透镜式显示系统，其中所述多个像素布置成包括多行和多列的像素阵列，进一步地，其中所述多个透镜布置成具有相对于所述像素阵列的所述多行和多列以倾斜角对齐的多行和多列的透镜阵列。
7.如权利要求1所述的透镜式显示系统，其中所述多个像素以倾斜方向定向。
8.如权利要求1所述的透镜式显示系统，其中所述多个像素布置成包括多行和多列的像素阵列，进一步地，其中所述多个像素布置成人字斜纹图案。
9.如权利要求1所述的透镜式显示系统，其中所述多个透镜包括柱面镜。
10.一种透镜式显示系统，所述透镜式显示系统包括显示面板，所述显示面板包括可操作用于输出光的多个像素；多个彩色透镜，所述多个彩色透镜设置于所述多个像素输出的所述光的光路中，所述多个彩色透镜与所述多个像素成分隔开的关系。
11.如权利要求10所述的透镜式显示系统，其中所述多个透镜包括柱面镜。
12.如权利要求10所述的透镜式显示系统，其中所述多个像素包括单色像素。
13.如权利要求10所述的透镜式显示系统，其中所述多个像素包括光调制元件。
14.如权利要求13所述的透镜式显示系统，其中所述光调制元件像素包括液晶单元。
15.如权利要求10所述的透镜式显示系统，其中所述多个像素被布置成包括多行和多列的像素阵列，进一步地，其中所述多个透镜布置成具有相对于所述像素阵列的所述多行和多列以倾斜角对齐的多行和多列的透镜阵列。
16.如权利要求10所述的透镜式显示系统，其中所述多个像素以倾斜方向定向。
17.一种制造透镜式显示系统的方法，所述方法包括提供包括可操作用于输出光的多个像素的显示面板；在所述多个像素输出的所述光的光路中设置多个透镜；以及在所述多个像素和所述多个透镜之间设置滤色器阵列，所述滤色器阵列与所述多个透镜相邻并且与所述多个像素分隔开。
18.如权利要求17所述的方法，还包括将所述多个像素布置成包括多行和多列的像素阵列；将所述多个透镜布置成具有多行和多列的透镜阵列；以及将所述透镜阵列安置在使所述透镜阵列的所述多行和多列相对于所述像素阵列的所述多行和所述多列以倾斜角对齐的方向。
19.如权利要求17所述的方法，还包括将所述多个像素布置在倾斜方向。
20.如权利要求17所述的方法，还包括在所述多个像素和所述多个透镜之间设置第二滤色器阵列，所述第二滤色器阵列与所述多个像素相邻。
全文摘要
本发明公开了包括与下面的显示面板的像素分隔开的滤色器阵列(CFA)或彩色透镜阵列的各种透镜式显示系统。在实施方案中，透镜式显示器的CFA可操作用于提供取决于视角的图像的局部“静态颜色”再现。还可以使CFA的分辨率相对粗糙。将CFA与面板分离以及显著降低分辨率都可能降低系统成本并且允许实现较高分辨率。
文档编号H04N13/00GK102246528SQ200980150139
公开日2011年11月16日 申请日期2009年10月14日 优先权日2008年10月14日
发明者D·J·麦克奈特, M·G·鲁宾逊 申请人:瑞尔D股份有限公司