專利名稱：高對比度的液晶顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種液晶顯示器，尤其涉及一種具有相對高亮度和對比度的液晶顯示器。
液晶顯示器(LCD)一般包括按行和列排列的多個像元(pictureelement)(像素)。液晶顯示器的操作基于液晶(LC)單元中的光調(diào)制，液晶單元包括液晶材料的活性層(active layer)。通過在液晶層上施加電場，穿過該層的光的偏振被改變。在LCD顯示器中，該效應(yīng)用于控制來自個體像素單元的光。為此，LC層夾在兩個偏振器之間。
與其他類型的顯示器相比，常規(guī)的液晶顯示器具有獨特的優(yōu)點，包括較薄的形狀因數(shù)和高分辨率，但是一般它們會遭受相當(dāng)嚴重的缺點，即相當(dāng)?shù)偷牧炼群偷蛯Ρ榷?，尤其是對于較大的視角(即更遠離顯示法線)而言。
盡管LCD顯示器已經(jīng)在醫(yī)院中用于一些應(yīng)用，但已意識到尤其對于類似X射線的要求高的應(yīng)用來說，當(dāng)前的LCD圖像質(zhì)量要比常規(guī)的X射線膠片差。首先，X射線膠片觀察中使用的峰值亮度一般為3000尼特(nit)，而當(dāng)前的LCD監(jiān)視器具有大約500尼特的峰值亮度。其次，LCD顯示器的對比度較低，范圍是從法線視角處的500到1000變化到較大視角處(比方說，偏離法線70度)的僅僅10。本發(fā)明的目的是在這些方面改進LCD顯示器。
美國專利No.4927240描述了一種多層液晶顯示器，其包括至少兩個液晶層和至少三個偏振器，從而提高顯示器的整體對比度假設(shè)使用了所需的電極、間隔器、分離透明片和偏振器，則可獲得的對比度是第一個液晶層的對比度乘以第二個液晶層的對比度。
然而，在US-4,927,240描述的布置中，第一個和第二個液晶層中的像素數(shù)是相同的，因為對于像醫(yī)學(xué)成像和電視/多媒體應(yīng)用的這種應(yīng)用來說所需的像素密度非常高，所以第一個液晶層的復(fù)制成本相對較高，提供上述各個電極、間隔器、分離透明片和偏振器的要求也是成本較高的。此外，顯示器的峰值亮度受損于第二個LCD的像素的有限孔徑。
因此，本發(fā)明的一個目的是解決上述的問題，提供一種相對于現(xiàn)有技術(shù)的布置來說具有提高的對比度和亮度的液晶顯示器。
依照本發(fā)明的第一個方面，提供了一種用于在液晶顯示器上顯示圖像的系統(tǒng)，液晶顯示器包括確定用于顯示圖像的像元陣列的第一液晶顯示面板、背光裝置、以及位于所述第一液晶顯示面板和所述背光裝置之間的第二液晶顯示面板，所述第二液晶顯示面板確定用于顯示圖像的像元陣列，該系統(tǒng)配置并構(gòu)造成在所述第一和第二液晶顯示面板的每個上都如下顯示至少一部分所述圖像，即使得在所述第二液晶顯示面板上顯示的圖像的分辨率低于在所述第一液晶顯示面板上顯示的圖像的分辨率。
此外，依照本發(fā)明的第一個方面，提供了一種液晶顯示器，包括確定用于顯示圖像的像元陣列的第一液晶顯示面板、背光裝置、確定用于顯示圖像的像元陣列的第二液晶顯示面板、以及根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)。
仍依照本發(fā)明的第一個方面，提供了一種在液晶顯示器上顯示圖像的方法，該液晶顯示器包括確定用于顯示圖像的像元陣列的第一液晶顯示面板、背光裝置、以及位于所述第一液晶顯示面板和所述背光裝置之間的第二液晶顯示面板，所述第二液晶顯示面板確定用于顯示圖像的像元陣列，該方法包括在所述第一和第二液晶顯示面板的每一個上都如下顯示至少一部分所述圖像，即使得在所述第二液晶顯示面板上顯示的圖像的分辨率低于在所述第一液晶顯示面板上顯示的圖像的分辨率。
以比第一液晶層低的分辨率顯示至少一部分圖像的附加(第二)液晶層減小了在LCD面板上顯示的圖像的暗部的亮度級別。結(jié)果，與現(xiàn)有技術(shù)相比提高了液晶顯示器的動態(tài)范圍。例如大約500-1000尼特的背光的增強的輸出功率(與常規(guī)的背光裝置相比)提高了顯示圖像的亮部的亮度，由此進一步提高了液晶顯示器的動態(tài)范圍。
有利地，使第一和第二液晶顯示面板相鄰的各個偏振器對齊。這涉及將后(第二)液晶顯示面板的前偏振器和前(第一)液晶顯示面板的后偏振(它們彼此面對)對齊。因為在每個分離的面板上的偏振器是垂直和水平取向的，所以后面板應(yīng)相對于前面板鏡像，從而在使用大致類似(或相同)的液晶面板作為第一和第二液晶顯示面板的情形中可實現(xiàn)該目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是，面板還可以斜地取向，要點是它們應(yīng)當(dāng)對齊。
因而，在優(yōu)選的實施方案中，提供分割圖像的裝置，從而在第一液晶顯示面板上顯示第一部分圖像，在第二液晶顯示面板上顯示第二部分圖像。
因而，原始圖像內(nèi)容優(yōu)選地跨兩個面板分布，因而產(chǎn)生了較高的對比度(個體面板對比率的乘積)，此外，產(chǎn)生了較高的比特深度(bitdepth)。標(biāo)準的單面板LCD屏幕一般顯示8比特的信息。對于醫(yī)學(xué)應(yīng)用來說，越來越多的LCD制造商已經(jīng)開始生產(chǎn)10比特的面板。然而，例如用乳房造影X射線探測器測量的原始X射線數(shù)據(jù)(例如)已經(jīng)包含14到16比特的信息，依照本發(fā)明的典型實施方案，幾乎可顯示所有這些不同的灰度級。
在第一個典型的實施方案中，相對于在第一液晶顯示面板上顯示的圖像而將在第二液晶顯示面板上顯示的圖像模糊化(blur)。在不破壞例如像乳房造影術(shù)這樣的應(yīng)用所要求的高分辨率的情況下，跨大約5個像素(1-2mm)的范圍來進行模糊化被認為是合適的。有利地是，相對于在第二液晶顯示面板上顯示的圖像而對在第一液晶顯示面板上顯示的圖像進行銳化。結(jié)果，由雙層LCD顯示的“感知”圖像對應(yīng)于原始圖像。
可借助多個公知的模糊算法之一來獲得上述模糊化，這對于圖像處理領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是明顯的。還可通過移除第二(后)液晶顯示面板的前偏振器而用漫射(diffusing)裝置，例如薄漫射箔來代替它而實現(xiàn)所需的模糊化。這樣就不需要相對復(fù)雜的模糊算法。
第一和第二液晶顯示面板應(yīng)盡可能靠近放置在一起，從而避免視差效應(yīng)或3D印象，或者將其最小化。將視差最小化的另一個典型實施方案使用了非常薄的玻璃(或其他覆層)。
在一個典型實施方案中，可提供下述裝置，該裝置用于選擇性地給所述第二液晶顯示面板的對應(yīng)于所述圖像相對暗部的一個或多個像元施加電荷，從而至少限制通過其透射到所述第一液晶顯示面板的光量。
然而，在優(yōu)選的實施方案中，第二(后)面板不僅用作光調(diào)制器，而且還包含圖像信息。
事實上，依照本發(fā)明的第二個方面，提供了一種液晶顯示器，其中關(guān)于至少第二液晶顯示面板的像元的電極是鋸齒形的或其他蜿蜒(meandering)結(jié)構(gòu)。
在優(yōu)選的實施方案中，所述第二液晶顯示面板的相鄰像元至少部分地重疊(overlap)。更優(yōu)選地，相鄰的第一和第二像元在重疊區(qū)域中交錯(interweave)，從而在其間產(chǎn)生漸變(gradual transition)。結(jié)果，至少減小由于視差導(dǎo)致的在顯示圖像中第二液晶顯示面板的相鄰像元邊緣的可見性。在一個典型實施方案中，在所述第一和第二相鄰像元之間的漸變是多個梳齒的形式，優(yōu)選地大致為三角形梳齒形式。
有利地，通過各個電極給所述第一和/或第二液晶顯示面板的像元選擇性地施加電荷，其中關(guān)于至少第二液晶顯示面板的像元的電極是鋸齒形的或其他蜿蜒結(jié)構(gòu)，從而減小其可見性。
本發(fā)明延伸到一種制造上述液晶顯示器的方法，和驅(qū)動這種液晶顯示器的設(shè)備和方法。
此外依照本發(fā)明的第二個方面，提供了一種液晶顯示器，其包括確定用于顯示圖像的像元陣列的第一液晶顯示面板、和背光裝置，該顯示器進一步包括位于所述第一液晶顯示面板和所述背光裝置之間的第二液晶顯示面板、和用于給所述第二液晶顯示面板的對應(yīng)于所述圖像相對暗部的一個或多個像元選擇性地施加電荷從而至少限制通過其透射到所述第一液晶顯示面板的光量的裝置，所述第二液晶顯示面板確定比所述第一液晶顯示面板的少且大的像元的陣列。
除了提高對比度，另一個較大的好處是非常好的視角。在法線入射處，對比度大約是500000∶1(對于標(biāo)準的監(jiān)視器為700∶1)，而在離軸(off-axis)80°時，對比度仍為3000∶1(對于標(biāo)準的監(jiān)視器為50∶1)。在醫(yī)院環(huán)境/讀取場所中，這是較大的值，因為經(jīng)常有三到四個醫(yī)生同時從幾個角度觀看屏幕來討論X射線圖像。對于標(biāo)準的LCD監(jiān)視器而言，由于傾斜角處的眩光(glare)和反射，這是很困難的。此外在較高視角處的對比度非常低，而采用本發(fā)明則不再有這個問題。
為了實現(xiàn)一些應(yīng)用所要求的高亮度，還需要提升背光。對于每個隨后的灰度級LCD面板，大約50％的光被浪費掉。因此，我們使用高亮度背光，這里需要將燈數(shù)量加倍。對于彩色面板，彩色濾色器導(dǎo)致了額外的光減少(±60％的損耗)。這樣便要求用更多的燈來達到所要求的亮度。
本發(fā)明的這些和其他方面將從這里描述的實施方案變得明顯，并得以闡明。
現(xiàn)在將僅通過實施例的方式并參照附圖描述本發(fā)明的實施方案，其中

圖1是圖解液晶顯示器操作原理的示意圖2是圖解控制彩色LCD像素的方式的示意圖；圖3是圖解依照本發(fā)明典型實施方案的液晶顯示器結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是圖3結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖；圖5是圖解依照本發(fā)明典型實施方案的液晶顯示器結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖；圖6是使用扭曲向列(twisted nematic，TN)效應(yīng)的依照本發(fā)明典型實施方案的第二液晶顯示面板的相鄰像元之間漸變的示意圖；圖7a-7c是使用TN效應(yīng)的依照本發(fā)明另一個典型實施方案的第二液晶顯示面板的相鄰像元之間漸變的示意圖；圖8是使用TN效應(yīng)的依照本發(fā)明另一個典型實施方案的第二液晶顯示面板的相鄰像元之間漸變的示意圖；圖9是使用TN效應(yīng)的依照本發(fā)明另一個典型實施方案的第二液晶顯示面板的相鄰像元之間漸變的示意圖；圖10是依照本發(fā)明典型實施方案的面內(nèi)切換布置(in-planeswitching arrangement)中第二液晶顯示面板的像元配置的示意圖；圖11是依照本發(fā)明典型實施方案的面內(nèi)切換布置中第二液晶顯示面板的像元配置的示意圖；圖12是依照本發(fā)明另一個典型實施方案的面內(nèi)切換布置中第二液晶顯示面板的像元配置的示意圖；圖13是圖解依照本發(fā)明另一個典型實施方案的系統(tǒng)所使用的圖像處理技術(shù)的主要步驟的示意性流程圖；以及圖14是顯示高灰度級值(255，或透射為1)的縮放問題的示意性圖表，可以看到不可能通過由虛線所指示的前面板(圖的左手側(cè))來對這些高灰度級值進行必要的補償。
為了產(chǎn)生簡單的LCD，參照附圖1，我們從兩片偏振玻璃10，20開始，每個偏振玻璃都包括在其一個表面上具有偏振膜的玻璃板。在每個玻璃板10，20的相反表面上形成微觀凹槽，這些凹槽在與偏振膜相同的方向上。然后給其中一個玻璃板10涂敷向列液晶40的涂層30。這里應(yīng)當(dāng)注意，液晶的一個特征是分子的取向受電場的影響。特定種類的向列液晶-所謂的扭曲向列(TN)被自然地扭曲。這些液晶上的電場會將液晶解開(untwist)，從而根據(jù)電壓而變化角度。因而，LCD傾向于使用這些液晶，因為它們會可預(yù)測地以這種方式來對電流反應(yīng)，從而控制光通道。
返回參照附圖1，在玻璃板10上涂敷向列液晶40的涂層30，玻璃板的表面上具有上述凹槽。這些凹槽將使液晶涂層30的分子40的第一層(即鄰近玻璃板10表面的分子層)與凹槽和偏振膜的取向?qū)R。然后添加第二玻璃板20，從而將液晶涂層30夾在其中具有上述凹槽的玻璃板10，20的表面之間，第二玻璃板20的凹槽和偏振膜的取向與第一玻璃板10的成直角。如前所述，第二玻璃板20的凹槽將使鄰近其的分子40的層與相應(yīng)偏振膜的取向?qū)R。TN液晶分子40的每個相繼層在鄰近第一玻璃板10表面的分子40的層的取向與鄰近第二玻璃板20表面的分子40的層的正交取向之間逐漸扭曲。
在缺少施加給液晶分子40的電荷時，光50照到第一偏振器10，因此其被偏振。然后涂層30的每個層中的分子40將它們接收的光導(dǎo)向到下一層。當(dāng)光穿過液晶層時，分子40還改變振動的光平面，以與它們自身的角度相匹配。當(dāng)光到達液晶涂層30的遠端側(cè)時，其以與分子40的最終層(鄰近第二玻璃層20的表面)相同的角度振動。如果分子40的最終層與第二玻璃板20的偏振膜對齊，則光50將穿過。然而，如果給液晶分子40施加(通過電極60)電荷，它們就會“解開”，且由于配置調(diào)直，所以液晶分子改變穿過其的光的角度，以致其不再與第二偏振器20的角度相匹配。因而，光不再穿過LCD的那個區(qū)域，使得該區(qū)域比顯示器的周圍區(qū)域要暗。
當(dāng)前高分辨率的LCD顯示器使用有源矩陣尋址。
有源矩陣LCD依賴于設(shè)置在每個像素中的電子組件，尤其是薄膜晶體管(TFT)和存儲電容器。它們以矩陣的方式布置在其中一個玻璃板10，20上。為了尋址特定像素90，接通適當(dāng)?shù)男?0，然后給正確的列80發(fā)送電荷。因為與列80交叉的所有其他行70都被關(guān)閉，所以僅僅是在指定像素90處的電容器接收電荷。電容器能保持該電荷一直到下一個刷新循環(huán)，如果仔細控制施加給液晶的電壓量，則可使其“解開”成僅足以使一些光穿過。通過非常精確地以非常小的增量來這樣做，LCD可產(chǎn)生灰度級，且大部分常規(guī)的LCD提供了每像素256個亮度級。
參照附圖2，可顯示彩色的LCD必須具有三個子像素100，其分別具有紅色、綠色和藍色濾色器，從而產(chǎn)生每個彩色像素90。通過所施加電壓的仔細控制和變化，每個子像素100的強度可包括256個暗度(shade)。組合子像素便可產(chǎn)生有1680萬種顏色的可能的調(diào)色板(紅色的256暗度×綠色的256暗度×藍色的256暗度)。在單色的醫(yī)學(xué)LCD顯示器中，可省略彩色濾色器，像素由3個可個體地尋址的子像素組成。
本發(fā)明的一個目的是提供一種液晶顯示器，與現(xiàn)有技術(shù)的布置相比，其具有提高的對比度和亮度。
Seetzen，Helge和Whitehead，Lorne A.提出了達到該目的的一個方案，“P.54.2A High Dynamic Range Display Using Low and HighResolution Modulators”，SID 03 DIGEST，其中提出了施加分段的背光，從而根據(jù)圖像內(nèi)容來照明LCD。這樣，增加了顯示器的動態(tài)范圍，尤其是可更好地顯示在較短距離上非常小的對比度。因此，這一概念的長處可更好地匹配于診斷X射線成像的要求。背光像素的分辨率相對于LCD像素來說是比較粗糙的。由于背光像素的尺寸較大，所以僅可在更大距離上獲得最大的對比度。然而，因為人眼具有在較小距離上的有限對比度，所以可使該限制不可見。所提出的布置使用了基于發(fā)光二極管(LED)的背光。然而，所需的高亮度的LED是很昂貴的，且每個都具有稍微不同的特性。因而，很難實現(xiàn)一致性，且成本也可能是一個問題。其他的提議是使用LCD投影儀作為分段的背光，這導(dǎo)致(非常)深的(deep)顯示，這是不能接受的。此外，為了獲得足夠的亮度，光被照準(collimate)，這導(dǎo)致了較小的觀看區(qū)。
依照本發(fā)明下面的典型實施方案，通過在背光和主LCD面板之間設(shè)置第二液晶結(jié)構(gòu)來達到該目的。在優(yōu)選的實施方案中，該第二液晶結(jié)構(gòu)僅具有有限數(shù)量的(比方說500-2000)的大(比方說5-20mm)像素。因而，參照附圖3，液晶顯示器包括具有諸如參照附圖1和2描述的結(jié)構(gòu)的液晶顯示面板1和LCD背光2，背光例如包括由熒光放電管提供的直照型(direct-lit)背光。與消費型LCD系統(tǒng)相比，背光的亮度優(yōu)選相對很高。
被定位在液晶顯示面板1和背光2之間，提供有第二液晶結(jié)構(gòu)3。結(jié)構(gòu)3包括第一玻璃板4，該第一玻璃板4通過透明導(dǎo)電材料的行和列的方式被分為片段或“像素”15。這些像素15的每一個都通過電極6與外部集成電路(沒有示出)連接，用于控制施加給每個像素5的電荷。在背光2和玻璃板4的與載有像素5的表面相反的表面之間提供有偏振器7。在所示的例子中，偏振器(可能是偏振膜等的形式)與玻璃板4相連，但這不是絕對必要的。提供第二玻璃板8，兩個玻璃板4，8密封在一起，它們之間具有小的間隙11(例如1-20微米)。這個間隙11填充有液晶材料。面對第一玻璃板4，第二玻璃板8覆蓋有未構(gòu)圖的透明電極9(另見附圖4)。
通過改變給定的片段或像素15上的電壓(例如通過元源矩陣方案的方式)，可改變穿越片段或像素5的光的偏振，從而可改變穿過選擇偏振器(在液晶面板1的玻璃板10上)的光量。因而，對于在LCD面板1上顯示的圖像的暗部，給第二液晶結(jié)構(gòu)3的相應(yīng)片段5施加電荷，從而減小光量，或者甚至是阻止所有光通過那些片段5到液晶顯示面板1。在單色的醫(yī)學(xué)LCD布置中，示出了引入第二液晶結(jié)構(gòu)3來將黑電平從1.3尼特改善到0.02尼特，而白電平僅稍微從1000尼特降為750尼特，從而最大對比度從770提高到約25000。
附加的液晶層減小了LCD面板上顯示的圖像暗部的亮度級別。背光的增強的輸出功率增加了顯示圖像的亮部的亮度值。結(jié)果，相對于現(xiàn)有技術(shù)提高了液晶顯示器的動態(tài)范圍。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明適于提高所有類型LCD系統(tǒng)的對比度，包括(但并不限于此)用于醫(yī)學(xué)成像的單色LCD顯示器，包括X射線診斷、高端(彩色)LCD電視/多媒體顯示器、以及之間的每種顯示器。與現(xiàn)有技術(shù)方案相比用于增加LCD系統(tǒng)中對比度的該方案的優(yōu)點包括成本第二液晶結(jié)構(gòu)和驅(qū)動其所需的電子器件是基于現(xiàn)有大多數(shù)產(chǎn)品的非常簡單的部件，其可以是熒光放電管或其他背光裝置；和一致性可非常一致地制作液晶顯示，其可以是熒光放電管或其他適宜的背光裝置。
參照附圖5，依照本發(fā)明典型實施方案的液晶顯示器包括第一和第二玻璃板10，20，其間具有液晶材料層，用于確定上LCD面板1相對較小的像素13。第二LCD結(jié)構(gòu)3由第三玻璃板4和第四玻璃板8來提供，在第三玻璃板和第四玻璃板之間具有液晶材料層，用于確定下LCD面板相對較大的像素15。在第一玻璃板10上提供有第一偏振器17，在第二玻璃板20上(在第一和第二LCD面板1，3之間)提供有第二偏振器，在第三玻璃板4上提供有第三偏振器7，如圖所示。由于第二LCD面板3和第一LCD面板1之間的層19，20，作為視差的結(jié)果，當(dāng)朝向顯示器的視角改變時，具有清晰邊緣的第二LCD面板的大像素15變得可見。視差被定義為當(dāng)從兩個不同點觀察時在物體的位置或方向上的表觀差別，參照圖5，當(dāng)從點A觀看顯示器時，第二LCD面板3的其中一個大像素的邊緣15a是不可見的，但是當(dāng)從點B觀看顯示器時它變?yōu)榭梢?。很明顯這是不希望的。
因此，為了減輕該問題，依照本發(fā)明優(yōu)選的實施方案，第二液晶顯示面板3的像素15部分重疊，且相鄰像素在重疊區(qū)域中交錯，從而產(chǎn)生從一個像素到下一個像素的漸變。參照附圖6，該漸變可以是大致三角形梳齒的形式。玻璃板8的厚度一般是0.7mm，像元的重疊區(qū)域或“混合區(qū)”一般為2mm。更一般地，梳齒的長度L可為0.5到5mm(比方說一般為2mm)，寬度W可為1-300微米(比方說一般是0.1mm)。然而，應(yīng)當(dāng)理解在某種意義上重疊區(qū)域的寬度將依賴于LCD面板的玻璃板的厚度，即玻璃板越厚，重疊區(qū)域?qū)⑿枰綄挕?br> 參照附圖7a到7c，使用矩形獲得了相鄰像素之間可感知的中間灰度值，矩形的長度一般為2mm，寬度一般可為10-20微米。
參照附圖8，在本發(fā)明的另一個典型實施方案(一掩模設(shè)計(one maskdesign))中，相鄰像素15A和15B可分裂為之間具有電極160的兩個部分A，B。
附圖9和10中所示的實施方案顯示了相鄰像素之間以大致45度角的漸變，當(dāng)?shù)诙€LCD是面內(nèi)切換型時這尤其便利。
附圖11圖解了本發(fā)明典型實施方案的面內(nèi)切換的重疊配置，顯示了一個公共電極162和與第一及第二各個相鄰像素對應(yīng)的第一和第二電極164a，164b。
附圖12顯示了另一個面內(nèi)切換配置的像素布局，其中第二個液晶顯示面板的相對大的像素15(其可為約10×10mm)以45度傾斜(具有上文所指的混合或漸變，這里沒有示出)。整個像素區(qū)域例如可以是約10×10cm的。所示的實施方案是一掩模設(shè)計，其具有由電極162a，162b，162c分開的像素15。還可設(shè)想三掩模設(shè)計，其在透明絕緣體下面具有透明電極。應(yīng)當(dāng)理解到，每個像素使用的電極162的數(shù)量支配像素之間中間值的數(shù)量，由此支配之間的漸變度。
在可選擇的典型實施方案中，參照附圖13，首先，計算后面板圖像(步驟100)，然后通過用所計算的后面板圖像來分割(divide)原始圖像而計算前面板圖像(步驟102)。所有處理步驟都在子像素級別進行。在步驟1中，輸入每個子像素有8比特的RGB圖像，因而總共是24比特(更一般地，每個圖像都轉(zhuǎn)換為24比特的位圖(bmp)圖像)。然而，這僅僅是打算圖解說明一個典型的圖像處理順序。理論上，可以以類似的方式處理10比特數(shù)據(jù)或更高或不同的文件格式。此外，對于最終的產(chǎn)品，理想地，該算法應(yīng)當(dāng)不僅可對靜止圖像作用，而且還可對運動內(nèi)容作用，甚至是對于完全的桌上型電腦。有可能這樣該算法便可在驅(qū)動監(jiān)視器的PC的圖形卡的硬件中實現(xiàn)，或者作為顯示器本身的電子器件的專用部分實現(xiàn)。
在第一個典型實施方案中，對于灰度級監(jiān)視器，顯示器由背光、第一灰度級LCD(前)面板、和第二灰度級(后)面板組成。提供給該顯示器的彩色圖像以下列方式轉(zhuǎn)換為灰度級圖像對于每個像素，取三個紅色、綠色和藍色子像素的最大值并將其復(fù)制給三個子像素的每一個(見附圖13中的步驟104a)如果特定的RGB像素具有灰度值(10，40，35)，則新的RGB像素就變?yōu)?40，40，40)。在圖像中對于所有像素都這樣做，從而移除所有的彩色信息，僅僅保留每個像素的亮度信息。然后這對應(yīng)于灰度級圖像。原始灰度級圖像被按原樣提供，而不通過該最大化算法來改變。
在第二個典型實施方案中，對于彩色監(jiān)視器，顯示器由背光、第一灰度級LCD(前)面板、和第二彩色(后)面板組成?，F(xiàn)在也按原樣提供彩色圖像，且不執(zhí)行最大化算法。這樣也可以顯示彩色圖像。
附圖13顯示了在用平方根(或者其他分裂算法)進行分裂后，在后面板圖像上使用模糊算法(步驟104c)。這樣做是為了避免上面已經(jīng)提到的視差問題。通過進行模糊化，人們有效地降低了后面板的分辨率，從而到達前面板的光更漫射。結(jié)果，看起來好像是照明前面板單個像素的光來自更寬的區(qū)域。如果人們現(xiàn)在從相對顯示器的斜角度看，則因為不再能看到清楚的后面板圖像而避免了視差。
通過跨特定的像素范圍施加高斯型(Gaussian shaped)濾色器來執(zhí)行所述模糊化。此時我們?yōu)?.3兆像素顯示(1280×1024)使用5×5個像素的像素范圍。根據(jù)圖像內(nèi)容和目標(biāo)應(yīng)用，還可使用其他范圍，一般為從3×3高達到20×20個像素的范圍。此外，對于具有較小像素間距(pitch)的高分辨率面板，例如對于通常使用5兆像素顯示(2560×2048)的乳房造影術(shù)，該范圍一般應(yīng)當(dāng)更大。當(dāng)前為了該分辨率顯示我們使用10×10的范圍。事實上模糊距離應(yīng)當(dāng)大概等于兩個LC材料層之間的距離，即等于兩個中間玻璃板的總厚度。該距離一般約為2mm，從而‘像素×像素’的模糊化范圍一般也應(yīng)當(dāng)為2mm，且一旦知道了像素間距，就可以被確定。在下列式子中 其中r模糊是以(像素數(shù))×(像素數(shù)，例如5×5)計的模糊化范圍，d是兩個LC材料層之間的距離，p是面板的像素間距。例如2mm的距離和0.28mm的像素間距意味著大概7×7個像素的模糊化范圍。該式子僅僅給出了一種指示。在實際工作環(huán)境中應(yīng)如此確定光學(xué)模糊化范圍，即要考慮應(yīng)用領(lǐng)域(例如乳房造影術(shù)，心臟血管.....)、圖像內(nèi)容和周圍條件(光設(shè)置)。
最終要注意的是不再感知到視差，因此必須調(diào)整模糊化范圍來達到該要求。
如果模糊化范圍太小(1×1對應(yīng)于清晰圖像)，則人們會冒出現(xiàn)視差的風(fēng)險，如果該范圍太高，對比度的增益就不會非常大。最終感知到的圖像的銳度依賴于前面板，感知的對比度很大程度上由后面板確定。
在特定典型實施方案的模糊算法中，實際上以五個步驟來進行所述模糊化(1)將圖像分為特定尺寸的塊；模糊化范圍。
(2)在該塊內(nèi)，搜尋最大的亮度值(或灰度級值)。在執(zhí)行模糊化之后這將是該塊內(nèi)的最大值，還將該值放置在塊的中心。在目前的原型中，我們使用高斯濾色器作為模糊濾色器。在下列式子中L(i,j)=Lmax,block·e(-i2-j2)r2,]]>其中L(i，j)是在第i個和第j個子像素中新的亮度級，Lmax，block是該塊中最大的子像素值，r是以像素數(shù)給定的總的塊尺寸。因為每個像素都具有三個子像素，所以i和j取-3*r和+3*r之間的值。
(3)為了減小感知圖像中的偽像(artifact)數(shù)，需要注意a)相鄰像素之間新的亮度值中的差別不高于特定的閾值。
b)相鄰塊之間新的亮度值中的差別不高于特定的閾值。
(4)如果步驟(3)中的差別較高，就從被比較的兩個值中最高的一個減去所述閾值，從而使得差別由此是在閾值之下。閾值可依賴于周圍條件、顯示器的目標(biāo)應(yīng)用、或圖像內(nèi)容，并應(yīng)當(dāng)如此選擇，即使得人眼不會感知到模糊的效果。
(5)在將后面板圖像模糊化之后，可計算前面板圖像(步驟106)。通過由計算的后面板圖像分割原始圖像，然后用查找表對該結(jié)果進行換算，從而總的感知圖像對應(yīng)于DICOM標(biāo)準，或?qū)?yīng)于任何其他優(yōu)選的顯示函數(shù)或灰度系數(shù)(gamma)。這樣將前面板圖像自動銳化。
用于模糊化的其他實施方案實際上可以以多個方式進行背景圖像的模糊化-直接方法，通過僅將塊內(nèi)的所有亮度值進行平均來工作，但該方法會導(dǎo)致一些偽像。
-還可以應(yīng)用除上述實施方案中所述的高斯濾色器之外的其他濾色器。代替使用高斯型分布(profile)，我們還可以使用三角形分布或具有高斯拖尾的平坦分布。
-此外，我們還可僅僅允許模糊化去提高背景圖像，即我們不通過將背景平均來進行模糊化，而是僅通過增加背景圖像的亮度來進行模糊化。例如，我們可在背景圖像上每個像素周圍造成一個高斯型強度或灰度值分布。如果背景圖像上的像素具有比該強度分布低的值，則被模糊化的圖像就取該強度分布的值，而不是原始未模糊的(平方根)值。對于未模糊的取平方根的背景圖像的每個像素，應(yīng)施加高斯型分布。高斯形的高度應(yīng)是未模糊的(取平方根)像素值。
-作為對進行上述過程的可選擇的方案，還可能首先將未模糊的背景圖像分割為塊。塊的強度應(yīng)當(dāng)取子塊內(nèi)像素的最大像素值的強度。在這些子塊位置的每一個上，我們便可安置高斯(或平頂高斯(flattop Gaussian)型強度分布，并以與上述所做的相同的方式比較這些分布。以那種方式可再次僅提高所述強度。
-對于彩色圖像，可使用灰度級后面板和彩色前面板。在該情形中，后面板不應(yīng)取灰度級圖像的平方根，而是改而關(guān)注個體RGB子像素值，取三個中最大的一個，然后取平方根。最終的灰度級比到黑和白的正常轉(zhuǎn)換要高，尤其是如果存在大量藍色的話。
-代替使用兩個面板，我們當(dāng)然還可在三個面板上分割圖像，然后執(zhí)行模糊化。在最后面的面板上的模糊化應(yīng)是最大的。中間面板應(yīng)當(dāng)模糊一中間量，而前面板根本不應(yīng)進行模糊化。
可發(fā)生的偽像的一個例子是當(dāng)顯示全白灰度級值或接近該值時(對8比特顯示，值是255)。兩個面板僅能顯示從0到255的灰度級值。如果兩個圖像較清晰且將要顯示255的灰度級值，則這不會存在任何問題。兩個面板僅必須顯示255的值，或者最大透射為1，感知的圖像也將具有255的值。然而，在人們跨特定范圍將后面板圖像模糊化的情形中，該值可下降到255以下，因此可出現(xiàn)誤差。理論上，這正常地可通過前面板圖像來補償，前面板圖像在邊緣將顯示比255更大的值，從而跨整個范圍的總透射再次為最大。然而，沒有大于255的值能被顯示，如此使得邊緣處保留了誤差(如圖14中所示)。該問題可通過將原始圖像的總動態(tài)范圍向下縮減到下述的范圍，比方說從0到240，而不是從0到255來解決。
在可選擇的典型實施方案中，后面板和前面板的分辨率可以是相同的，且替代地，可能在后面板上顯示的圖像可被模糊化和/或前面板上顯示的圖像可被銳化，從而后面板上顯示的圖像的分辨率低于前面板上顯示的圖像的分辨率。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到，在不脫離由權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對所述實施方案做修改和變化。例如，在所述例子中，提出了直照型背光(在第二液晶結(jié)構(gòu)后面使用熒光放電管)，但其他類型的背光工作得也同樣好。在附圖4中所示的典型實施方案中，構(gòu)圖的玻璃板4更靠近器件的背光側(cè)，但是它同樣可更靠近顯示側(cè)(讓另一玻璃板8更靠近背光側(cè))。在所示的實施方案中，第二液晶結(jié)構(gòu)的像素或片段5為正方形或矩形，但是還可使用其他形狀(例如三角形、五邊形、六邊形等)。在第二液晶結(jié)構(gòu)3和LCD面板之間，還可進一步包括光學(xué)元件，例如漫射器或偏振器。此外，人們可以在液晶顯示面板1和第二液晶結(jié)構(gòu)3之間選擇去留下一些開放空間，從而將片段5的邊界模糊化。與抑制(rejected)偏振相關(guān)，所使用的各種偏振器(在所述實施方案中的玻璃板10，20和4上)可吸收或反射，盡管反射允許光的再循環(huán)，由此提高了系統(tǒng)的效率。
應(yīng)當(dāng)注意到，上述實施方案并不限制本發(fā)明，在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能設(shè)計很多可選擇的實施方案。在權(quán)利要求中，放在括號中的任何參考標(biāo)記不應(yīng)被解讀為對權(quán)利要求的限制。詞語“包括”等不排除存在除作為整體的任何權(quán)利要求或說明書中列出的之外的其他元件或步驟。元件的單個引用不排除對這種元件的多個引用，反之亦然?？赏ㄟ^包括幾個不同元件的硬件的方式，和通過適當(dāng)編程的計算機的方式來實現(xiàn)本發(fā)明。在列舉出幾個裝置的器件權(quán)利要求中，可通過同一個硬件項來實現(xiàn)這些裝置中的幾個。僅僅在互不相同的從屬權(quán)利要求中敘述特定措施的事實并不表明不能使用這些措施的組合來獲益。
權(quán)利要求
1.一種在液晶顯示器上顯示圖像的系統(tǒng)，液晶顯示器包括確定用于顯示圖像的像元(13)陣列的第一液晶顯示面板(1)、背光裝置(2)、以及位于所述第一液晶顯示面板(1)和所述背光裝置(2)之間的第二液晶顯示面板(3)，所述第二液晶顯示面板(3)確定用于顯示圖像的像元(15)陣列，該系統(tǒng)配置并構(gòu)造成在所述第一和第二液晶顯示面板(1，3)的每個上都如下顯示至少一部分所述圖像，即使得在所述第二液晶顯示面板(3)上顯示的圖像的分辨率低于在所述第一液晶顯示面板(1)上顯示的圖像的分辨率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一和第二液晶顯示面板(1，3)的相鄰的各個偏振器對齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括分割所述圖像的裝置，從而在所述第一液晶顯示面板(1)上顯示第一部分圖像，在第二液晶顯示面板上顯示第二部分圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括用于相對于在所述第一液晶顯示面板(1)上顯示的圖像而將在所述第二液晶顯示面板(3)上顯示的圖像模糊化的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括用于相對于在所述第二液晶顯示面板(3)上顯示的圖像而將在所述第一液晶顯示面板(1)上顯示的圖像銳化的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括用于選擇性地給所述第二液晶顯示面板(3)的對應(yīng)于所述圖像相對暗部的一個或多個像元(15)施加電荷的裝置，從而至少限制通過其透射到所述第一液晶顯示面板(1)的光(5)的量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二液晶顯示面板(3)確定比所述第一液晶顯示面板(1)的少且大的像元(15)的陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括位于所述第一和第二液晶顯示面板之間的一個或多個第三液晶顯示面板，所述系統(tǒng)配置并構(gòu)造成在所述一個或多個第三液晶顯示面板上如下顯示至少一部分所述圖像，即使得在所述一個或多個第三液晶顯示面板上顯示的圖像的分辨率小于在第一液晶顯示面板上顯示的圖像的分辨率和/或大于在第二液晶顯示面板上顯示的圖像的分辨率。
9.一種液晶顯示器，包括確定用于顯示圖像的像元(13)陣列的第一液晶顯示面板(1)、背光裝置(2)、確定用于顯示圖像的像元(15)陣列的第二液晶顯示面板(13)、以及根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)。
10.一種在液晶顯示器上顯示圖像的方法，該液晶顯示器包括確定用于顯示圖像的像元陣列的第一液晶顯示面板、背光裝置、以及位于所述第一液晶顯示面板和所述背光裝置之間的第二液晶顯示面板，所述第二液晶顯示面板確定用于顯示圖像的像元陣列，該方法包括在所述第一和第二液晶顯示面板的每一個上都如下顯示至少一部分所述圖像，即使得在所述第二液晶顯示面板上顯示的圖像的分辨率低于在所述第一液晶顯示面板上顯示的圖像的分辨率。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液晶顯示器，其中所述第二液晶顯示面板(3)的相鄰像元(15)至少部分地可感知地重疊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的液晶顯示器，其中相鄰的像元相交錯，從而產(chǎn)生所述部分的可感知的重疊。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的液晶顯示器，其中所述第一和第二相鄰像元(15A，15B)之間的漸變是長度變化的多個梳齒的形式。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液晶顯示器，其中所述梳齒大致是三角形的。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液晶顯示器，其中通過各個電極(60)給所述第一和/或第二液晶顯示面板(1，3)的像元(13，15)選擇性地施加電荷。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的液晶顯示器，其中給每個像元都提供尋址電極。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的液晶顯示器，其中關(guān)于至少第二液晶顯示面板(3)的像元(15)的電極(16)是鋸齒形的或其他蜿蜒結(jié)構(gòu)。
18.一種液晶顯示器，包括確定用于顯示圖像的像元(13)陣列的第一液晶顯示面板(1)、和背光裝置(2)，該顯示器進一步包括位于所述第一液晶顯示面板(1)和所述背光裝置(2)之間的第二液晶顯示面板(3)、和用于給所述第二液晶顯示面板(3)的對應(yīng)于所述圖像相對暗部的一個或多個像元(15)選擇性地施加電荷從而至少限制通過其透射到所述第一液晶顯示面板(1)的光(5)的量的裝置，所述第二液晶顯示面板(3)確定比所述第一液晶顯示面板(1)的少且大的像元(15)的陣列。
19.一種制造液晶顯示器的方法，包括提供第一液晶顯示面板(1)，該第一液晶顯示面板(1)確定用于顯示圖像的像元(13)陣列，提供背光裝置(2)，在所述第一液晶顯示面板(1)和所述背光裝置(2)之間提供第二液晶顯示面板(3)，所述第二液晶顯示面板(3)確定比所述第一液晶顯示面板(1)的少且大的像元(15)的陣列，該方法進一步包括提供下述裝置，該裝置用于選擇性地給所述第二液晶顯示面板(3)的對應(yīng)于所述圖像相對暗部的一個或多個像元(15)施加電荷，從而至少限制通過其透射到所述第一液晶顯示面板(1)的光(5)的量。
20.一種驅(qū)動權(quán)利要求9所述的液晶顯示器的設(shè)備，包括下述裝置，該裝置用于選擇性地給所述第二液晶顯示面板(3)的對應(yīng)于所述圖像相對暗部的一個或多個像元(15)施加電荷。
21.一種驅(qū)動權(quán)利要求9所述的液晶顯示器的方法，包括選擇性地給所述第二液晶顯示面板(3)的對應(yīng)于所述圖像相對暗部的一個或多個像元(15)施加電荷。
全文摘要
液晶顯示器包括第一和第二液晶顯示面板(1，3)，每個都確定像元(13，15)陣列。在第二液晶顯示面板(3)上顯示的圖像的分辨率低于在第一液晶顯示面板(1)上顯示的圖像的分辨率。位于第一液晶顯示面板(1)和背光裝置(2)之間的第二液晶顯示面板(3)的像元(15)相對較大，優(yōu)選地至少在一個方向上部分重疊。選擇性地給第二液晶顯示面板(3)的對應(yīng)于在第一液晶顯示面板(1)上顯示的圖像的相對暗部的像元(15)施加電荷，從而至少限制達到第一液晶顯示面板(1)的這些部分的光量，由此提高器件的對比率。在可選擇的實施方案中，可相對于在第一液晶顯示面板(1)上顯示的圖像而將在第二液晶顯示面板(3)上顯示的圖像模糊化和/或可相對于在第二液晶顯示面板(3)上顯示的圖像而將第一液晶顯示面板(1)上顯示的圖像銳化。
文檔編號G09G3/36GK101065705SQ200580040295
公開日2007年10月31日 申請日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者H·M·威瑟, M·T·約翰遜, N·費塞科維克, A·H·M·霍爾特斯拉格, W·L·伊澤曼, J·J·W·M·羅辛克, D·徹斯塔科夫, R·P·范戈科姆 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司