[发明专利]高对比度的灰度级显示器和彩色显示器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年3月9日提交的美国临时专利申请No.61,450,802的优先权，通过引用将该专利申请的全部内容并入此。

技术领域

本发明涉及高动态范围显示器（HDR），并且更特别地涉及使用双调制的灰度级（grayscale）HDR显示器。

背景技术

高动态范围（HDR）显示器一般被定义为具有大于800：1的动态范围。最近的技术发展已经生产了声称对比率大于1,000,000：1的显示器。

一般来讲，这些对比率高的HDR显示器利用了照射LCD面板的背光的局部调光（local dimming）。这个领域中的、Whitehead、Ward、Stuerzlinger和Seetzen的、标题为“HIGH DYNAMIC RANGE DISPLAY DEVICES”的早期专利US6891672描述了基本技术。这样的技术包括：按所希望的图像的近似来照射LCD面板，然后用LCD面板对该近似进行进一步调制，使得它接近所希望的图像。

还提出了改进对比度的其他形式，包括通过使用LCD面板的LCoS投影图像的“变暗”（Berman）以及多个配准的调制层或预调制器的使用（例如，Blackham的US5978142、Gibbon的US7050122和其他文献）。然而，市售的HDR显示器主要由于视差、背光泄漏和其他问题以及由它们导致的伪像而在再现星空图和其他挑战性图像时具有缺陷。

发明内容

本发明人已认识到改进LCD面板和其他显示器中的空间局部对比度的需要。本发明的显示器总体上由多个调制层制造。该多个调制层可以是没有滤色器的RGB彩色面板、灰度级LCD面板和LCD面板中的任何一个。没有滤色器的面板给出了高分辨率。

这些面板可以例如用背光照射，背光可以是单色的、局部调光的、侧光式的、CCFL的或另一种背光技术。本发明通过所有的层来管理偏振，以使得最大量的光被从一层重新用于下一层。

通过使用非常明亮的背光、偏振管理和未滤色的LCD面板，比通常情况明亮得多的显示器是可能的。两个或更多个面板（例如，LCD面板）的使用增强、改进，并且部分地能够获得高对比度的实现。通过这些多个面板的附加控制，实现了更高的每一像素的明亮度的总控制。

这些面板或包括这些面板的光学组件（其中滤色器被移除或B&W版本）的光效率大于典型的彩色LCD面板。在高明亮度不必要的情况下，可使用更暗的且能耗更少的背光。

如果更紧凑的视角是可接受的，则根据本发明的显示器的分辨率可以大于LCD面板的分辨率。本发明包括设计并利用分辨率与视角之间的折中。原本作为RGB显示器的无滤色器显示器（或类似设计的面板）的分辨率典型地是普通彩色LCD面板的分辨率的三倍，并且可用于本发明的各种实施例中。

本发明的各方面可通过使图像中的较低分辨率的明亮特征与较高分辨率的特征分离并且在不同的面板层上显示它们来在没有视觉伪像的情况下实现更大的视角。

在一个实施例中，本发明可被描述为一种显示器，该显示器（按从显示器的内部组件朝向可视部件的次序）包括：光反射器、光源（背光源）、背光扩散器、一层或多层光聚焦膜（可选的，但是提高效率、明亮度和对比度）、反射偏振器（也是可选的，但是提高效率和明亮度）、偏压偏振器、无滤色器的LCD面板、精整偏振器（可选的，牺牲明亮度以换取对比度）、第二扩散器、第二偏压偏振器、第二无滤色器的LCD面板、第二精整偏振器，其中第二扩散器被设计为消除两个LCD面板之间的摩尔条纹交互，但是尽可能多地保持偏振。附加的LCD面板的层、膜，包括BEF、偏振器、防眩光涂层等可被利用。

在另一个实施例中，两个LCD面板可以为不同分辨率，其中下游LCD面板的分辨率低于上游面板（可能更便宜）。优选地，利用面板的分辨率之间的低伪像关系/无伪像关系，因为大尺度的分辨率差异创建小得足以被中间扩散器屏蔽（mask）的摩尔条纹特征，而小尺度的差异在显示器的大的区域上展开并且不明显。然而，中间尺度的差异创建中间尺度的摩尔条纹特征，这些中间尺度的摩尔条纹特征可能不能被扩散器屏蔽，因此是不希望的。