專利名稱：立體3d顯示裝置的制作方法
立體3D顯示裝置
背景技術(shù)：
已經(jīng)開發(fā)出多種技術(shù)以用于立體視覺(有時(shí)稱為3D或3D視覺)。它們可分為2 大類基于眼鏡的和不基于眼鏡的。無眼鏡技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于觀看者無需佩戴眼鏡。而缺點(diǎn)常常在于“最佳位置”(即，頭部活動(dòng)的范圍)被限制為+/_ 5度。使用眼鏡來觀看動(dòng)態(tài)視頻在很大程度上是基于兩個(gè)圖像在屏幕上的同時(shí)或順序投影。以下是一些較廣泛使用的眼鏡系統(tǒng)。快門眼鏡系統(tǒng)常見于歐洲市場，例如Xpand 品牌。右圖像和左圖像按照時(shí)間順序被投影到屏幕上。眼鏡上的液晶顯示(IXD)快門與投影的圖像同步，并且確保觀看者的右眼僅看到“右”圖像，左眼僅看到“左”圖像。偏振眼鏡包括real D圓偏振眼鏡，其右鏡片和左鏡片具有相反的“旋向性”。該系統(tǒng)主要受IMAX 的大力推廣，并且由Disney、DreamWorks和其他制片廠支持。GeoWall Consortium使用線偏振系統(tǒng)。濾色器眼鏡包括以下幾種紅藍(lán)補(bǔ)色立體眼鏡(red/cyan anaglyph)；和Dolby 3D (色輪和多帶通濾光器)。

發(fā)明內(nèi)容
3D立體觀看系統(tǒng)包括IXD面板、用于向IXD面板提供光的背光源、以及用于使背光源與左內(nèi)容幀和右內(nèi)容幀同步的控制器。背光源包括第一三原色組，其包括發(fā)光二極管(LED)A、B和C;以及第二三原色組，其包括LED D、E和F，其中每一 LED發(fā)出可見光譜的實(shí)質(zhì)上不重疊的范圍內(nèi)的光。該系統(tǒng)使用供觀看者佩戴的眼鏡。所述眼鏡具有用于過濾第一三原色組的光譜的第一鏡片和用于過濾第二三原色組的光譜的第二鏡片。因此，向觀看者的左眼和右眼提供交替的左內(nèi)容幀和右內(nèi)容幀，從而提供3D觀看體驗(yàn)。


通過以下結(jié)合附圖的對本發(fā)明的多種具體實(shí)施方式
的詳細(xì)描述，可以更完全地了解本發(fā)明，其中圖1是實(shí)例I的3D系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出實(shí)例I的兩個(gè)濾色器的設(shè)計(jì)的示意圖；圖3是實(shí)例II的LED的光譜的示意圖；圖4A和圖4B是實(shí)例II的透射比和透射光譜的示意圖；和圖5是實(shí)例II的中空邊緣照明式IXD背光源中布置的LED光源的示意圖。
具體實(shí)施例方式在3D顯示領(lǐng)域，需要在標(biāo)準(zhǔn)IXD面板上顯示逼真的立體圖像和視頻內(nèi)容。本發(fā)明涉及使用快速切換速度的LCD面板、動(dòng)態(tài)背光源和低成本眼鏡來實(shí)現(xiàn)3D觀看。具體地講， 所述系統(tǒng)利用LCD面板以及LED背光源和波長選擇性眼鏡來通過顏色分離每一信道。所述系統(tǒng)適用于膝上型PC、監(jiān)視器和TV，但是其也可用于較小或其他顯示器。所述系統(tǒng)是基于IXD面板上的交替的左圖像幀和右圖像幀。通過按順序同步的兩個(gè)略微不同的光源來照射左幀和右?guī)?。光源被設(shè)計(jì)為發(fā)出不同光譜組成的光(通常為白光)。具體地講，光源可包括第一三原色組，其包括LED A、B和C;以及第二三原色組，其包括LED D、E和F，其中每一 LED發(fā)出可見光譜的實(shí)質(zhì)上不重疊的范圍內(nèi)的光。LED組可包括例如不同的紅-綠-藍(lán)(RGB)LED。作為LED的替代形式，可使用諸如激光器或激光二極管的其他光源。另外，LED或其他光源可任選地包括濾光器以使發(fā)射光譜帶變窄。觀看者佩戴眼鏡，其中左鏡片或?yàn)V光器僅使左數(shù)據(jù)信道所用的光的光譜通過，右鏡片或?yàn)V光器僅使右數(shù)據(jù)信道所用的光的光譜通過。因此，向觀看者的左眼和右眼提供交替的左內(nèi)容幀和右內(nèi)容幀，從而提供3D觀看體驗(yàn)。本發(fā)明結(jié)合了快門眼鏡和濾色器型系統(tǒng)的一些特征。按照時(shí)間順序?qū)⒂覉D像和左圖像顯示在IXD或其他顯示器(例如，4-6原色有機(jī)發(fā)光二極管或4-6原色等離子體顯示面板)上。這一特征與快門眼鏡系統(tǒng)具有一些共性。在直視IXD背光系統(tǒng)中利用兩組LED照射左幀和右?guī)鯨ED被設(shè)計(jì)為具有不同的光譜，且優(yōu)選地光譜重疊最小。利用帶通差分眼鏡解碼左圖像和右圖像，當(dāng)使用多帶通濾光器時(shí)所述眼鏡允許改善的顏色和深度信息。 這一特征與補(bǔ)色立體眼鏡和Dolby立體視覺系統(tǒng)具有某些共性。SM下面的實(shí)例具有單一的基礎(chǔ)原理，具體地講，向快LCD面板提供來自兩個(gè)相機(jī)的圖像序列，這兩個(gè)相機(jī)以略微不同的角度設(shè)置在右側(cè)和左側(cè)，以模擬人立體圖像。或者，可利用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫或類似技術(shù)來合成模仿這種布置方式的圖像組。右眼圖像和左眼圖像被按順序顯示，意味著它們被記錄為幀序列，其中每一右相機(jī)(或右眼)幀前后均為左相機(jī)幀。 每一左眼圖像也前后均為右眼幀。具有不同光譜組成的兩個(gè)光源被定時(shí)以與圖像同步地打開，第一光源僅照射右眼圖像，第二光源僅照射左眼圖像。觀看者佩戴眼鏡，該眼鏡針對每只眼具有不同的濾色器。左眼濾色器被設(shè)計(jì)為向人的左眼中透射。左眼濾色器還阻擋針對右眼圖像幀定時(shí)的光源的發(fā)射。右眼濾色器被類似地設(shè)計(jì)為向人的右眼中透射。右眼濾色器還阻擋針對左眼圖像幀定時(shí)的光源的發(fā)射。因此，觀看者僅在右眼中接收右相機(jī)所拍攝的圖像，僅在左眼中接收用左相機(jī)拍攝的圖像，從而允許觀看者的大腦合成立體圖像感知。實(shí)例I中所示的結(jié)構(gòu)被完全地組裝、測試并確認(rèn)，以生成功能立體圖像。實(shí)例II中的結(jié)構(gòu)示出的原理涉及用于觀看者眼鏡的一對多層光學(xué)膜(MOF)濾光器的設(shè)計(jì)，以及用于右眼和左眼信道的LED光引擎的匹配設(shè)計(jì)。實(shí)例III描述了濾色器和光引擎眼對的簡化設(shè)計(jì)，其涉及單陷波濾光器(可能用 MOF制成)。實(shí)例I兩個(gè)高亮度LED光源分別連接到驅(qū)動(dòng)電子器件。所使用的IXD面板具有120Hz的高刷新率，以連續(xù)顯示交替的右眼幀和左眼幀。兩個(gè)白色LED光源(被標(biāo)記為1和幻與顯示在IXD面板上的右眼幀和左眼幀同步地按順序打開。因此，當(dāng)左眼幀被寫在IXD面板上時(shí)，LED光源1打開；就在奇數(shù)幀被擦除并且右眼幀被寫到IXD像素陣列上之前，光源1關(guān)閉。在右眼幀被寫到IXD面板上之后，LED光源2打開；就在右眼幀被擦除之前，光源2關(guān)閉。所使用的光源為Citizen Electronics Co.，Ltd 所制造的 CL-L102-C3NLED。每一光源包含串聯(lián)的3個(gè)LED。每一白色LED光源穿過濾色器發(fā)射。兩個(gè)濾色器(CF)(在圖 1中標(biāo)記為CF 1和CF 2)被設(shè)計(jì)為透射不重疊的光譜帶。在該實(shí)驗(yàn)中，濾色器被設(shè)計(jì)為透射、反射、或吸收兩個(gè)光譜帶。CF 1透射深藍(lán)色、翠綠色、和橘黃色光譜帶。CF 2透射青色、黃綠色和深紅色，如圖2所示。使用光學(xué)元件將兩個(gè)光束投射到設(shè)置在LCD面板背后的漫射板上。特定光學(xué)結(jié)構(gòu)并非圖示原理所必不可少的。在該實(shí)驗(yàn)中，使用25厘米(cm)長孔徑來準(zhǔn)直光束，使用 5cmX7. 5cm平反射鏡將光束轉(zhuǎn)向并引導(dǎo)到漫射器上。觀看者通過眼鏡觀察圖像。使用與 CF 1和CF 2相同的濾色器作為其右“鏡片”和左“鏡片”。因此，顯示在IXD面板上的奇數(shù)和偶數(shù)幀被定時(shí)以用具有不重疊的光譜組成的閃光進(jìn)行背光照射。然后，通過眼鏡對奇數(shù)和偶數(shù)幀的圖像進(jìn)行過濾并將其引導(dǎo)到右眼和左眼中。僅右相機(jī)所拍攝的信息被投影到觀看者的右眼中，僅左相機(jī)圖像被投影到觀看者的左眼中。在此實(shí)驗(yàn)中，多個(gè)觀看者觀察到逼真的3D圖像。實(shí)例II在此實(shí)例中使用兩個(gè)不同類型的LED光源。觀看者使用具有兩個(gè)不同的濾色器 CFl和CF2的眼鏡。圖3示出在設(shè)計(jì)實(shí)例II時(shí)所使用的Luxeon Rebel LED的光譜。圖3的示意圖示出用于建模的Luxeon Rebel LED的實(shí)際顏色代碼(color bin)(參見Philips Lumileds Lighting Co.針對代碼定義的出版物DS56)品藍(lán)(代碼3)；藍(lán)色(代碼5)；青色(代碼6)；綠色(代碼6)；琥珀色(代碼7)和紅色(代碼幻。較寬軌跡表示適光明視度曲線 (photopic visibility curve) (V 圖)。每一光源由3種不同顏色的LED構(gòu)成。在此實(shí)例中，假設(shè)光源Sl由藍(lán)色、綠色、和紅色LED構(gòu)成，光源S2由品藍(lán)、青色和黃色LED構(gòu)成(參見圖3)。在此實(shí)例中，所使用的顏色名稱和光譜得自Luxeon Rebel數(shù)據(jù)表，以用于舉例說明。可使用得自不同供應(yīng)商的不同顏色組和LED，包括得自不同制造商的部件和顏色命名的混合。如圖4A所示，一個(gè)濾色器(CF 1)被設(shè)計(jì)為透射來自第一光源(Si)中的所有LED 的光，但是不透射來自第二光源(S》中的所有LED的光譜帶。如圖4B所示，另一濾色器 (CF 2)被設(shè)計(jì)為透射來自第二光源(S》中的所有LED的光，但是不透射來自第一 LED光源 (Si)中的所有LED的光譜帶。如圖5所示，系統(tǒng)電子器件向LCD面板透射交織圖像序列，其中左相機(jī)所拍攝的每一幀前后均為右相機(jī)所拍攝的圖像，反之亦然。當(dāng)用左相機(jī)拍攝的圖像被顯示在IXD面板上時(shí)，第一 LED光源打開，第二光源關(guān)閉，因?yàn)檠坨R中的左鏡片(CFl)透射來自第一光源(Si)的光。左圖像被透射到觀看者的左眼中。由于眼鏡中的右鏡片(CF2)不透射來自第一光源(Si)的光，所以左圖像不會(huì)透射到觀看者的右眼中。因此，左相機(jī)所拍攝的圖像被投影到觀看者的左眼中，而不投影到觀看者的右眼中。當(dāng)用右相機(jī)拍攝的圖像被顯示在IXD面板上時(shí)，第二 LED光源(S》打開，第一光源關(guān)閉，因?yàn)檠坨R中的右鏡片(CF2)透射來自第二光源(S2)的光。右圖像被透射到觀看者的右眼中。由于眼鏡中的左鏡片(CFl)不透射來自第二光源(S2)的光，所以右圖像不透射到觀看者的左眼中。因此，右相機(jī)所拍攝的圖像被投影到觀看者的右眼中，而不投影到觀看者的左眼中。
實(shí)例II的系統(tǒng)設(shè)計(jì)范圍涵蓋若干變型，包括但不限于下列變型。濾色器CFl和 CF2可利用各種基礎(chǔ)光學(xué)原理來濾光、將光反射回、從軸線轉(zhuǎn)向觀看者的眼中以實(shí)現(xiàn)有效的視場、吸收光、或者它們的組合。具體地講，CFl和CF2可被設(shè)計(jì)為具有指定透射參數(shù)的多層光學(xué)膜。LED組和濾色器可被設(shè)計(jì)為對于每一信道包括多個(gè)發(fā)射譜帶，并且濾色器中包括相應(yīng)數(shù)量的透射譜帶。可使用LCD背光源(實(shí)心或中空的，邊緣照明式、直接照明式)。所述系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)為投影系統(tǒng)(前投影或后投影)，其成像元件為硅基液晶或其他微陣列。與右圖像和左圖像相關(guān)的濾色器和LED光源對的顏色和組成是可互換的。實(shí)例III來自平衡于白色點(diǎn)處的RGB或rBCyY LED群組的大部分視覺上可感知的光由LED 光源的“中間”構(gòu)件傳輸發(fā)射光譜集中于適光曲線的中間部分的綠色或青色LED(參見圖3 中的較寬軌跡)。因此，3D效果并不一定是通過完全分離所有的三個(gè)顏色分量(如實(shí)例II 那樣)實(shí)現(xiàn)的，而是可僅通過針對右圖像和左圖像分離光通量占優(yōu)的分量來實(shí)現(xiàn)。此類系統(tǒng)將具有以下2個(gè)LED光源由紅色、綠色1、和藍(lán)色LED構(gòu)成的第一光源； 以及由紅色、綠色2、和藍(lán)色LED構(gòu)成的第二光源。觀看者將使用在右眼和左眼(可互換)上具有不同濾色器的眼鏡。一個(gè)濾色器將被設(shè)計(jì)為透射藍(lán)色、紅色、和綠色I(xiàn)LED所發(fā)射的光，而不透射綠色2LED所發(fā)射的光譜部分。 第二濾色器將被設(shè)計(jì)為透射藍(lán)色、紅色、和綠色2LED所發(fā)射的光，而不透射綠色3LED所發(fā)射的光譜部分。此類濾色器可被構(gòu)造為例如具有單個(gè)陷波譜帶的多層陷波濾光器光學(xué)疊堆。
權(quán)利要求
1.一種3D立體觀看系統(tǒng)，其包括 LCD面板；用于向所述LCD面板提供光的背光源，所述背光源包括 第一三原色組，包括LED A、B、和C ；和第二三原色組，包括LED D、E、和F，其中每一 LED發(fā)射可見光譜的實(shí)質(zhì)上不重疊的范圍內(nèi)的光；控制器，其用于使所述背光源與傳輸?shù)剿鯨CD面板的左內(nèi)容幀和右內(nèi)容幀同步；以及將由觀看者佩戴的眼鏡，所述眼鏡具有用于過濾所述第一三原色組的光譜的第一鏡片和用于過濾所述第二三原色組的光譜的第二鏡片，從而向觀看者的左眼和右眼提供交替的左內(nèi)容幀和右內(nèi)容幀以獲得3D觀看體驗(yàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括使每一LED的發(fā)射光譜帶變窄的濾光器。
3.一種3D立體觀看系統(tǒng)，其包括 LCD面板；用于向所述LCD面板提供光的背光源，所述背光源包括 第一組紅色、綠色、和藍(lán)色LED，其分別具有第一范圍的紅色、綠色、和藍(lán)色光譜；和第二組紅色、綠色、和藍(lán)色LED，其分別具有第二范圍的紅色、綠色、和藍(lán)色光譜， 其中所述第一范圍不同于所述第二范圍；控制器，用于使所述背光源與傳輸?shù)剿鯨CD面板的左內(nèi)容幀和右內(nèi)容幀同步；以及將由觀看者佩戴的眼鏡，所述眼鏡具有用于過濾所述第一范圍的紅色、綠色、和藍(lán)色光譜的第一鏡片以及用于過濾所述第二范圍的紅色、綠色、和藍(lán)色光譜的第二鏡片，從而向觀看者的左眼和右眼提供交替的左內(nèi)容幀和右內(nèi)容幀以獲得3D觀看體驗(yàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了通過使用快速切換速度的LCD面板、動(dòng)態(tài)背光源和低成本眼鏡來實(shí)現(xiàn)3D立體觀看。該系統(tǒng)利用LCD面板以及LED背光源和波長選擇性眼鏡來通過顏色分離每一信道。該系統(tǒng)是基于LCD面板上的交替的左圖像幀和右圖像幀。通過按順序同步的兩個(gè)略微不同的紅-綠-藍(lán)光源來照射左幀和右?guī)Ｋ龉庠幢辉O(shè)計(jì)為發(fā)射具有不同光譜組成的光。觀看者佩戴眼鏡，其中左鏡片或?yàn)V光器僅使左數(shù)據(jù)信道所用的光的光譜通過，右鏡片或?yàn)V光器僅使右數(shù)據(jù)信道所用的光的光譜通過。
文檔編號G02B27/22GK102317845SQ201080007710
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者克雷格·R·沙爾特, 凱西·L·哈根, 威廉·J·布賴恩, 安托尼·J·皮耶卡爾奇克, 斯科特·E·布里格姆, 瓦迪姆·N·薩瓦蒂夫, 馬丁·B·沃克 申請人:3M創(chuàng)新有限公司