Дифракционная решетка для использования с многослойной системой отображения - RU2687095C2

Чертежи

Показать все 15 чертежа(ей)

Описание

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[001] Настоящая заявка заявляет приоритет и преимущество находящейся в общей собственности, предварительной заявки на патент США с регистрационным номером 61/991,336, озаглавленной "A DIFFRACTION GRATING FOR USE WITH A MULTIPLE LAYERED DISPLAY SYSTEM," с датой подачи 9 мая 2014 года, имеющей номер PURE-0076.A реестра поверенного, которая включена в данный документ в полном объеме путем ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Фиг. 1 предшествующего уровня техники показывает пиксельную структуру разделенного на полосы жидкокристаллического дисплея (устройства отображения) (liquid crystal display - LCD) 100, который хорошо известен в данной области техники. Когда первый и второй слои дисплея размещены последовательно, создается муаровая (волнообразная) интерференция. Эта интерференция вызывается взаимодействиями между цветными фильтрами в пределах слоев при проецировании на сетчатку глаза зрителя. Например, когда зеленые цветные фильтры перекрываются, свет передается, образуя сравнительно яркое пятно. Когда зеленый фильтр находится, скажем, над красным фильтром, будет передано не так много света с образованием темной области. Поскольку задний и передний слои дисплея имеют слегка различные размеры при проецировании на сетчатку глаза, пикселы будут медленно изменяться от нахождения в фазе до нахождения не в фазе. Это в качестве результата обеспечивает эффект создания темных и ярких полос, иначе известный как муаровая интерференция.

[003] Имеется несколько подходов для устранения муаровой интерференции в MLD-системе. Большинство подходов полагаются на устранение нежелательных частотных компонент пространственной фильтрацией. Это может быть выполнено либо системой рассеивающего типа, при помощи которой элемент с показателем преломления ~l,5 имеет случайные поверхностные отклонения, либо системой дифракционного типа. Работа этих систем в терминах визуальной эстетики (например, насколько размытым выглядит изображение; сколько осталось остаточного муара; действие на поляризацию; издержки и т.д.) сильно зависит от системной конфигурации.

[004] Современные многослойные системы отображения (multi-layered display - MLD) используют рассеивающую оптику для размытия самого заднего слоя дисплея. Хотя этот подход является коммерчески успешным, он имеет следующие ограничения: (a) самое заднее изображение само по себе является размытым - это компромисс между уменьшением муаровой интерференции и прозрачностью самого заднего слоя дисплея; (b) рассеивающий элемент использует специализированный шаблон рассеивателей, который очень трудно получить; (c) рассеивающий элемент находится между поляризаторами, и как пленочная подложка, так и подложка элемента жесткости должны быть свободны от какого-либо двулучепреломления; и (d) рассеивающий элемент требует отдельного компонента элемента жесткости (обычно стекла), который добавляет вес и стоимость к конечной системе отображения. В результате, системы рассеивающего типа не обеспечивают идеального решения для уменьшения муаровой интерференции в MLD-системах, особенно потому, что эти системы имеют уменьшенные формфакторы.

[005] В системе дифракционного типа предшествующего уровня техники для предотвращения интерференции от цветных фильтров, требуется несколько копий изображения, причем количество копий определяется как округленное отношение ширины пиксела к ширине подпиксела. Однако, хотя дифракционная решетка выполнена с возможностью правильной генерации копий изображения, муаровая интерференция при маскировании черной матрицы, связанная с проводниками электронных сигналов для каждого пиксела, не уменьшается.

[006] Кроме того, недостаток решения системы дифракционного типа состоит в том, что множественные порядки трудно генерировать одновременно, так как это требует множественных периодов. Фиг. 2 предшествующего уровня техники показывает эффективности различных отражательных рельефно-фазовых дифракционных решеток для системы дифракционного типа, реализованной для уменьшения муаровой интерференции. Как можно видеть из фиг. 2 предшествующего уровня техники, фазовые дифракционные решетки с простыми повторяющимися структурами являются эффективными только при одновременном создании дифракции нулевого и первого порядков. Показано, что более высокие порядки, включающие в себя копии второго порядка и третьего порядка, не генерируются одновременно с первым порядком.

[007] Таким образом, необходима MLD-система, которая решает проблемы, связанные с муаровой интерференцией, обусловленной перекрытием маскирования черной матрицы, от множественных слоев дисплея.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[008] Дальнейшие аспекты настоящего изобретения станут понятными из нижеследующего описания, которое приведено только в качестве примера и со ссылкой на сопутствующие чертежи, в которых:

[009] Фиг. 1 предшествующего уровня техники показывает пиксельную структуру разделенного на полосы LCD.

[0010] Фиг. 2 предшествующего уровня техники показывает эффективности различных отражательных рельефно-фазовых дифракционных решеток.

[0011] Фиг. 3 является блок-схемой многослойной системы отображения, включающей в себя дифракционный элемент, выполненный с возможностью минимизации вкладов муаровой интерференции заднего слоя дисплея, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения.

[0012] Фиг. 4А является схемой иллюстративного пиксела, иллюстрирующей один или несколько вертикальных участков, которые являются повторяемыми в горизонтальном направлении, и один или несколько горизонтальных участков, которые являются повторяемыми в вертикальном направлении, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения.

[0013] Фиг. 4В является иллюстрацией дифракционных порядков, сгенерированных через пропускающую дифракционную решетку, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения.

[0014] Фиг. 5 является иллюстрацией изображения системы отображения с подсветкой только зеленых подпикселов, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения.

[0015] Фиг. 6А-С предшествующего уровня техники показывают систему дифракционного типа, включающую в себя характерное ядро изображения порядка 3 и результирующий шаблон муаровой интерференции, обусловленной областями черных масок.

[0016] Фиг. 7 является блок-схемой 700 последовательности операций, иллюстрирующей этапы в способе минимизации муаровой интерференции в MLD-системе, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения.

[0017] Фиг. 8А-С показывают дифракционный элемент, который выполнен с возможностью минимизации муаровой интерференции, обусловленной областями черных масок, включающий в себя характерное ядро фильтра изображения, и результирующий шаблон муаровой интерференции, который имеет устраненные участки области черной маски, которая является повторяемой в горизонтальном направлении, согласно вариантам осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения.

[0018] Фиг. 8D показывает MATLAB-код для моделирования требуемого ядра фильтра изображения, которое минимизирует муаровую интерференцию, обусловленную областями черных масок, в MLD-системе, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения.

[0019] Фиг. 9 показывает реализацию характерного ядра фильтра изображения на единственном пикселе, причем ядро фильтра изображения выполнено с возможностью минимизации муаровой интерференции, обусловленной областями черных масок, в MLD-системе, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения.

[0020] Фиг. 10 показывает код распределения Вигнера для моделирования профиля-кандидата дифракционной решетки, который выполнен с возможностью минимизации муаровой интерференции, обусловленной областями черных масок, в MLD-системе, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения.

[0021] Фиг. 11А-С являются иллюстрациями дифракционного элемента, и различными графиками зависимостей, показывающими уменьшение муаровой интерференции, обусловленной черными областями, в MLD-системе, согласно вариантам осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] Устройство отображения описано в одном варианте осуществления и включает в себя первый экран дисплея, включающий в себя шаблон маски, причем шаблон маски может быть уменьшен до размера единичного элемента, который соответствует пикселу. Устройство отображения включает в себя второй экран дисплея, который также включает в себя этот шаблон маски. Второй экран дисплея расположен дальше от передней части устройства отображения, чем первый экран дисплея таким образом, что передняя часть устройства отображения является ближайшей к зрителю. Устройство отображения включает в себя дифракционный элемент, выполненный с возможностью свертки шаблона маски второго экрана дисплея в одну или несколько видимых копий для минимизации муаровой интерференции с шаблоном маски первого экрана дисплея. При этом упомянутый дифракционный элемент может содержать нечетное количество щелей.

[0023] В другом варианте осуществления, раскрыт способ обработки муаровой интерференции в устройстве отображения. Способ включает в себя обеспечение первого экрана дисплея, содержащего шаблон маски пиксела. Способ включает в себя обеспечение второго экрана дисплея, включающего в себя этот шаблон маски. Второй экран дисплея расположен дальше от передней части устройства отображения, причем передняя часть устройства отображения является ближайшей к зрителю. Способ также может включать обеспечение и конфигурирование дифракционного элемента для содержания нечетного количества щелей. Способ включает в себя свертку шаблона маски второго экрана дисплея в одну или несколько видимых копий для минимизации муаровой интерференции с шаблоном маски первого экрана дисплея.

[0024] В одном варианте осуществления, предпочтительно, чтобы было по меньшей мере два слоя дисплея. В другом варианте осуществления, предпочтительно, чтобы дифракционная решетка находилась выше самого переднего слоя дисплея таким образом, чтобы не было двулучепреломления. В еще одном варианте осуществления, предпочтительно, чтобы порядки дифракционной решетки были настроены для системы отображения красного, зеленого и синего цвета (red, green and blue - RGB). В другом варианте осуществления, дифракционная решетка может быть объединена с сенсорной системой. В еще одном варианте осуществления, дифракционная решетка, предпочтительно, является отражательной рельефно-фазовой дифракционной решеткой, причем углы этой решетки оптимизированы для обеспечения требуемого количества порядков дифракции. В другом варианте осуществления, слои дисплея имеют как поляризатор, так и анализатор. В еще одном варианте осуществления, внутренние поляризатор и анализатор могут быть устранены.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0025] Теперь будет сделана подробная ссылка на различные варианты осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения, примеры которых показаны в сопутствующих чертежах. Хотя они описаны в сочетании с этими вариантами осуществления, следует понимать, что они не предназначены для ограничения раскрытия сущности настоящего изобретения этими вариантами осуществления. Напротив, предполагается, что раскрытие сущности настоящего изобретения охватывает альтернативы, модификации и эквиваленты, которые могут быть включены в рамки сущности и объема раскрытия сущности настоящего изобретения, определенных прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, в нижеследующем подробном описании раскрытия сущности настоящего изобретения, многочисленные конкретные подробности изложены для обеспечения глубокого понимания раскрытия сущности настоящего изобретения. Однако, следует понимать, что раскрытие сущности настоящего изобретения может применяться на практике без этих конкретных подробностей. В других случаях, хорошо известные способы, процедуры, компоненты и схемы не были подробно описаны, чтобы не затруднять понимание аспектов раскрытия сущности настоящего изобретения.

[0026] Блок-схемы последовательностей операций примеров способов для уменьшения муаровой интерференции в многослойной системе отображения описаны согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Хотя в блок-схемах последовательностей операций раскрыты конкретные этапы, такие этапы являются иллюстративными. А именно, варианты осуществления настоящего изобретения хорошо подходят для выполнения различных других этапов или вариантов этапов, изложенных в блок-схемах последовательностей операций.

[0027] Соответственно, варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают MLD-системы, которые включают в себя дифракционный элемент, выполненный с возможностью уменьшения муаровой интерференции, согласно вариантам осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения. Конкретно, дифракционный элемент выполнен с возможностью минимизации эффекта муаровой интерференции, обусловленной шаблонами черных масок на перекрывающихся слоях дисплея, и работает посредством свертки для генерации множественных копий шаблона черной маски заднего дисплея, причем каждая такая копия имеет по существу равную энергию (например, яркость). Кроме того, копии генерируются и расположены в пределах зоны присутствия соответствующего пиксела. Следует понимать, что, когда множественные копии шаблона маски строятся посредством свертки, то же самое количество копий массивов цветных фильтров также создается при том же самом интервале, таким образом, одновременно устраняется шаблон муаровой интерференции, который в ином случае был бы сгенерирован цветными фильтрами.

[0028] Фиг. 3 является блок-схемой многослойной системы 300 отображения, включающей в себя слой 330 дифракционного элемента, выполненный с возможностью минимизации вкладов муаровой интерференции заднего слоя дисплея, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения.

[0029] Как показано на фиг. 3, MLD-система 300 включает в себя множественные экраны дисплея, причем каждый экран является избирательно прозрачным со способностью отображения изображений. Например, MLD-система 300 включает в себя первый экран 310 дисплея и второй экран 320 дисплея. Первый экран 310 дисплея расположен ближе к передней части 340 MLD-системы 300, чем второй экран 320 дисплея. Кроме того, передняя часть 340 MLD-системы 300 является ближайшей к зрителю, как показано на фиг. 3.

[0030] Для ясности и помощи в понимании настоящего изобретения, MLD-система 300 и связанные с ней экраны 310 и 320 дисплея (по меньшей мере частично и избирательно прозрачные) показаны на чертежах в упрощенной, схематичной форме таким образом, что элементы, несущественные для иллюстрации настоящего изобретения, на чертежах опущены для помощи в понимании. Например, MLD-система 300 может включать в себя один или несколько из следующих элементов: один или несколько поляризаторов, связанных с одним или несколькими экранами дисплея, преломляющий элемент для увеличения углов обзора, задний источник света (например, источник поляризованной задней подсветки), световод, зеркала, стеклянные подложки и т.д. В одном варианте осуществления, MLD-система 300 не включает в себя рассеивающий элемент.

[0031] Специалисту в данной области техники следует понимать, что вместо LCD-экранов может быть использовано некоторое количество альтернативных технологий дисплея. Кроме того, хотя фиг. 3 показывает единственный экран 320 перед задним слоем 310 дисплея, для ясности и удобства, может быть включено любое количество дополнительных (по меньшей мере частично прозрачных) экранов для формирования изображений. Хотя задний экран 320 дисплея также может быть LCD-экраном, следует понимать, что альтернативно могут быть использованы технологии непрозрачного дисплея.

[0032] В частности, первый экран 310 дисплея включает в себя шаблон маски, или шаблон черной маски, который связан с пикселами в дисплее 310. Например, шаблон черной маски используется, например, чтобы спрятать проводники электронных сигналов, посылающие сигналы к пиксельным компонентам. Единичный элемент шаблона черной маски связан с каждым пикселом и далее описывается относительно фиг. 4. Кроме того, второй экран 320 дисплея включает в себя тот же самый или идентичный шаблон маски, который связан с пикселами во втором экране 320 дисплея.

[0033] Варианты осуществления настоящего изобретения выполнены с возможностью минимизации и уменьшения эффекта муаровой интерференции, обусловленной перекрытием шаблонов черных масок от первого экрана 310 дисплея и второго, заднего экрана 320 дисплея. В частности, MLD-система 300 также включает в себя дифракционный элемент, который выполнен с возможностью свертки шаблона маски второго экрана 320 дисплея в одну или несколько видимых (например, зрителем) и/или виртуальных копий для минимизации муаровой интерференции с шаблоном маски первого экрана 310 дисплея.

[0034] В одном варианте осуществления, дифракционный элемент 330 находится ближе к передней части 340 MLD-системы 300, чем первый экран 310 дисплея и второй экран 320 дисплея. В другом варианте осуществления, дифракционный элемент 330 расположен между первым экраном 310 дисплея и вторым экраном 320 дисплея. Например, дифракционный элемент 330 может быть расположен рядом с компонентом поляризатора.

[0035] В целях иллюстрации, фиг. 4 является схемой иллюстративного пиксела 400 характерного экрана дисплея (например, экранов 310 и 320), иллюстрирующей один или несколько вертикальных участков шаблона черной маски, которые являются повторяемыми в горизонтальном направлении 470, и один или несколько горизонтальных участков шаблона черной маски, которые являются повторяемыми в вертикальном направлении 480, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения. Как показано на фиг. 4, пиксел 400 включает в себя участок 451 красного фильтра, участок 452 зеленого фильтра и участок 453 синего фильтра, каждый из которых соответствует подпикселу. Например, участок 451 красного фильтра соответствует красному подпикселу, участок 452 зеленого фильтра соответствует зеленому подпикселу, а участок 453 синего фильтра соответствует синему подпикселу. Посредством изменения яркости каждого из участков цветных фильтров соответствующих подпикселов, генерируется результирующий цвет для пиксела.

[0036] Более конкретно, шаблон черной маски для пиксела 400 включает в себя вертикальные участки 420 и горизонтальные участки 410. Размер единичного элемента шаблона черной маски, связанного с пикселом 400, является повторяемым для каждого пиксела в соответствующем экране дисплея (например, 310 и 320 фиг. 3).

[0037] Шаблон черной маски для пиксела 400 может быть дополнительно разбит на подпиксельные компоненты. Например, каждый из подпикселов включает в себя горизонтальные и вертикальные участки черной маски. Если взять красный подпиксел в качестве характерного образца, то вертикальный участок 420 включает в себя левую вертикальную сторону 421-L и правую вертикальную сторону 421-R, которые прилегают к красному подпикселу. Далее, каждая вертикальная сторона имеет ширину "W/2". Вертикальная сторона 421-L и/или вертикальная сторона 421-R являются повторяемыми в горизонтальном направлении 470. Кроме того, для красного подпиксела, горизонтальный участок 410 включает в себя нижний участок 410-B и верхний участок 410-T.

[0038] Шаблон черной маски для красного подпиксела является повторяемым для каждого из зеленого и синего подпикселов. Например, горизонтальный участок 410 включает в себя верхний участок 410-T каждого из красного, зеленого и синего подпикселов. Хотя показано разделение или промежуток между вертикальными сторонами (например, 421-R и 421-L) примыкающих подпикселов, это показано исключительно для ясности. В вариантах осуществления, имеется минимальное разделение или разделение отсутствует между вертикальными сторонами примыкающих подпикселов. По существу, горизонтальный участок 410 является одним непрерывным подшаблоном, соединяющим верхние участки красного, зеленого и синего подпикселов, и соединяющим нижние участки красного, зеленого и синего подпикселов. Высота горизонтального участка 410 пиксела 400 обозначена "H". Горизонтальный участок 420 является повторяемым в вертикальном направлении 480 и используется для определения физических характеристик и функциональности дифракционного элемента, используемого для уменьшения муаровой интерференции от горизонтальных участков 410 шаблона черной маски в вертикальном направлении 480.

[0039] Далее, вертикальные стороны 421-R и 421-R двух примыкающих подпикселов имеют минимальное разделение, или разделение отсутствует. Например, вертикальная сторона 421-R зеленого подпиксела расположена рядом с вертикальной стороной 421-L синего подпиксела. Результирующая ширина обеих вертикальных сторон 421-R и 421-L зеленого и синего подпикселов, соответственно, обозначена "W". Комбинация вертикальных сторон 421-R и 421-L является повторяемой в горизонтальном направлении 470 и используется для определения физических характеристик и функциональности дифракционного элемента, используемого для уменьшения муаровой интерференции от вертикальных участков 420 шаблона черной маски в горизонтальном направлении 470.

[0040] В общем, дифракционный элемент выполнен с возможностью минимизации муаровой интерференции, обусловленной участками шаблона черной маски, которые являются повторяемыми в различных направлениях. Каждый участок, соответствующий некоторому конкретному направлению, обрабатывается результирующим решением/компонентом дифракционного элемента. Посредством комбинирования одного или нескольких результирующих решений/компонентов, дифракционный элемент способен уменьшать муаровую интерференцию от шаблона черной маски во множественных направлениях.

[0041] Например, раскрыт один компонент дифракционной решетки для использования с многослойной системой отображения, причем дифракционная решетка имеет некоторое количество порядков в горизонтальном направлении, на основе деления ширины пиксела на вертикальную ширину черной матрицы, и, причем, порядки имеют по существу равную энергию. Далее, другой компонент дифракционной решетки имеет некоторое количество порядков в вертикальном направлении, на основе деления высоты подпиксела на вертикальную высоту черной матрицы, причем порядки имеют по существу равную энергию. В многослойной системе отображения, пикселы являются частью слоя дисплея, который находится позади дифракционной решетки относительно зрителя.

[0042] В целях обсуждения, горизонтальное направление 470 выбрано для иллюстрации функциональности одного компонента дифракционного элемента. В частности, дифракционный элемент выполнен с возможностью минимизации муаровой интерференции, обусловленной вертикальными участками шаблона черной маски, который является повторяемым в горизонтальном направлении.

[0043] В общем, шаблон маски включает в себя первый участок, который является повторяемым в первом направлении. Например, первым участком может быть вертикальный участок 420, который является повторяемым в горизонтальном направлении 470. Кроме того, первым участком также может быть горизонтальный участок 410, который является повторяемым в вертикальном направлении 480.

[0044] Дифракционный элемент выполнен с возможностью свертки первого участка шаблона маски в соответствующем первом направлении. В частности, дифракционный элемент выполнен с возможностью свертки вертикального участка 420 в горизонтальном направлении 470. Количество видимых копий основано на делении ширины пиксела на ширину первого участка. В одном варианте осуществления, ширина первого участка, который является повторяемым в горизонтальном направлении, равна "W" и соответствует как правой вертикальной стороне 420-R, так и левой вертикальной стороне 420-L, связанными с примыкающими подпикселами.

[0045] В одном варианте осуществления, количество видимых копий полностью покрывает пиксел 400 в горизонтальном направлении 480. А именно, интервал между одной или несколькими копиями равен ширине первого участка (например, "W"). Таким образом, дифракционный элемент сворачивает первый участок шаблона черной маски для покрытия пиксела, по меньшей мере в горизонтальном направлении. В одном варианте осуществления, результирующая пиксельная интенсивность после свертки с использованием дифракционного элемента уменьшается пропорционально ширине первого участка (например, "W") шаблона черной маски таким образом, что комбинированный цвет подпикселов не спрятан. По существу, шаблон черной маски от заднего дисплея (например, второго дисплея 320) является теперь однородной структурой, так что на уровне дисплея не создаются никакие повторяющиеся шаблоны. Это обеспечено без размытия информации, показываемой задним дисплеем.

[0046] В одном варианте осуществления, количество копий содержит множественные порядки сверх переменных двух. Например, количество копий содержит четыре порядка, так что имеется 8 копий (например, две для каждого порядка). Другие варианты осуществления хорошо подходят для генерации трех порядков, или количества порядков, большего, чем четыре.

[0047] Фиг. 4В является иллюстрацией дифракционных порядков, сгенерированных через пропускающую дифракционную решетку или дифракционный элемент 499, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения. Например, когда падающий свет попадает на дифракционный элемент 499, создаются порядки свернутых изображений. Изображение 0-порядка не дифрагируется. Первое упорядоченное изображение включает в себя положительное (+1) упорядоченное изображение и отрицательное (-1) упорядоченное изображение. Второе упорядоченное изображение включает в себя положительное (+2) упорядоченное изображение и отрицательное (-2) упорядоченное изображение. То же самое имеет место для каждого порядка, включая N-й порядок, который включает в себя положительное (+N) упорядоченное изображение и отрицательное (-N) упорядоченное изображение.

[0048] В одном варианте осуществления, одна или несколько видимых копий первого участка шаблона черной маски для пиксела 400 генерируются в пределах зоны присутствия пиксела, в одном варианте осуществления. А именно, копии являются видимыми в пределах зоны присутствия пиксела, причем зона присутствия определяется как внешние края пиксела 400 и включает в себя внешнюю поверхность 490 (горизонтального участка 410) и внешнюю поверхность 495 (вертикального участка 420). В другом варианте осуществления, видимые копии генерируются, главным образом, в пределах зоны присутствия пиксела.

[0049] Фиг. 5 является иллюстрацией изображения 500 системы отображения с подсветкой только зеленых подпикселов, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения. Например, на фиг. 5 изображение 500 связано с матрицей 5*6 пикселов экрана дисплея. Контур 510 показывает красный подпиксел, который зачернен (например, не энергизирован), зеленый подпиксел, который подсвечен как «белый», и синий подпиксел, который зачернен (или не энергизирован). Как упоминалось, красные подпикселы и синие подпикселы зачерняются или не рассматриваются в целях иллюстрации уменьшения муаровой интерференции. Кроме того, пиксел во втором столбце и втором ряду полностью зачернен, так что зеленый подпиксел также зачернен. Это изображение 500 используется для иллюстрации эффективности дифракционного элемента вариантов осуществления настоящего изобретения в уменьшении муаровой интерференции, в отличие от систем дифракционного типа предшествующего уровня техники, которые не являются эффективными в уменьшении муаровой интерференции от шаблона черной маски.

[0050] Фиг. 6А-С предшествующего уровня техники показывают систему дифракционного типа, включающую в себя характерное ядро изображения порядка 3 и результирующий шаблон муаровой интерференции, обусловленной первым участком (например, вертикальными участками) областей черных масок. В частности, фиг. 6А предшествующего уровня техники показывает ядро фильтра изображения порядка 3. Это ядро фильтра изображения выполнено с возможностью копирования компонентов большего шума пикселов и, более конкретно, копирования подпикселов. По существу, зеленый подпиксел может быть скопирован налево над красным подпикселом и направо над зеленым подпикселом. Эти копии могут быть выполнены с интервалами, которые равны размеру подпикселов.

[0051] Фиг. 6В предшествующего уровня техники показывает нежелательные области черных масок, которые проявляются как муаровая интерференция при просмотре через другие слои дисплея (например, передний экран 310 дисплея). Фиг. 6С предшествующего уровня техники показывает модуляционную передаточную функцию (modulation transfer function - MTF) порядка 3 в ядре фильтра изображения. Как показано на фиг. 6В, действие муаровой интерференции уменьшается, так как повторяющиеся вертикальные участки примыкающих подпикселов уменьшаются (например, уменьшаются наполовину). Однако, действие муаровой интерференции остается, что подтверждается структурой решетки, содержащей как вертикальные, так и горизонтальные элементы. Горизонтальные элементы существуют, так как обсуждаемый компонент дифракционных элементов направлен только на вертикальный участок, который является повторяемым в горизонтальном направлении.

[0052] Предшествующие технологии (например, фиг. 6А-С) включают в себя использование трассировки лучей для световых лучей или виртуальных изображений освещенных объектов при рассмотрении действия некоторого последующего освещенного элемента. Недостатком этой технологии является то, что черная маска все же создает муаровую интерференцию для MLD-систем.

[0053] С другой стороны, варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают обращение приведенной выше реализации. Конкретно, количество копий черной маски при интервале, который является шириной черной маски для количества сделанных копий, является отношением ширины черной матрицы к ширине пиксела. Это означает, что черная маска простирается на ширину пиксела, и одновременно подпиксел простирается на ширину пиксела и только на ширину пиксела. Таким образом, система работает без размытия. Предшествующие технологии не рассматривали инверсную систему вариантов осуществления настоящего изобретения, так как ситуацию необходимо явно и необратимо инвертировать в целях анализа - а именно, изменить подпикселы таким образом, чтобы они испускали черный цвет вместо цветного света, и изменить черную матрицу таким образом, чтобы она испускала свет.

[0054] Фиг. 7 является блок-схемой 700 последовательности операций, иллюстрирующей этапы в способе для минимизации муаровой интерференции в MLD-системе, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения. В одном варианте осуществления, блок-схема последовательности операций является способом изготовления MLD-системы, или MLD-устройства отображения, которое способно уменьшать муаровую интерференцию, обусловленную вкладами от шаблона черной маски на перекрывающихся экранах дисплея. Конкретно, способ блок-схемы 700 последовательности операций выполнен с возможностью генерации копий шаблона черной маски для уменьшения действия муаровой интерференции.

[0055] На этапе 710 блок-схемы 700 последовательности операций, способ включает в себя обеспечение первого экрана дисплея, включающего в себя шаблон черной маски. Как описано выше относительно фиг. 4, единичный элемент шаблона черной маски связан с каждым пикселом. Например, шаблон черной маски используется для сокрытия проводников электронных сигналов, используемых для энергизации соответствующих пикселов экрана дисплея.

[0056] На этапе 720, способ включает в себя обеспечение второго экрана дисплея, причем второй экран дисплея включает в себя тот же самый или идентичный шаблон маски. Кроме того, второй экран дисплея расположен дальше от передней части упомянутого устройства отображения, чем первый экран дисплея, и, причем, передняя часть устройства отображения является ближайшей к зрителю.

[0057] На этапе 730, способ включает в себя свертку шаблона маски второго экрана дисплея в одну или несколько видимых копий для минимизации или уменьшения муаровой интерференции, обусловленной перекрытием шаблонов масок первого и второго экранов дисплея. Например, первый участок шаблона маски сворачивается в первом направлении, причем первый участок является повторяемым в первом направлении. Способ дополнительно включает в себя обеспечение дифракционного элемента, включающего в себя компонент, который выполнен с возможностью свертки первого участка шаблона черной маски в первом направлении. Следует понимать, что, когда множественные копии шаблона маски строятся посредством свертки, то же самое количество копий массивов цветных фильтров также делается при том же самом интервале, таким образом, одновременно устраняется шаблон муаровой интерференции, который в ином случае был бы сгенерирован цветными фильтрами.

[0058] В одном конкретном случае, первые участки шаблона черной маски сворачиваются в горизонтальном направлении таким образом, что количество порядков, связанных с копиями, основано на делении ширины пиксела на ширину первого участка, такого как описанный выше вертикальный участок шаблона черной маски (например, "W" на фиг. 4). Далее, копии или порядки имеют по существу равную энергию (например, схожие значения яркости).

[0059] В другом случае, первые участки шаблона черной маски сворачиваются в вертикальном направлении таким образом, что количество порядков, связанных с копиями, основано на делении высоты подпиксела на высоту (например, Ή" на фиг. 4) горизонтального участка высоты черной матрицы, причем порядки имеют по существу равную энергию (например, схожие значения яркости). В одном варианте осуществления, отдельные компоненты дифракционного элемента генерируют копии в разных направлениях (например, один компонент для горизонтального направления, а другой компонент для вертикального направления).

[0060] В целях иллюстрации, фиг. 8А-С показывают дифракционный элемент, который выполнен с возможностью минимизации муаровой интерференции, обусловленной областями черных масок, включающий в себя характерное ядро фильтра изображения, и результирующий шаблон муаровой интерференции, который имеет устраненные участки области черной маски, которая является повторяемой в горизонтальном направлении, согласно вариантам осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения. Например, фиг. 8А-С иллюстрируют работу дифракционного элемента, описанного относительно фиг. 3, 4 и 7.

[0061] Система, описанная на фиг. 8А-С, приведена только в качестве иллюстрации, и свертка, выполняемая компонентом дифракционного элемента, происходит только в горизонтальном направлении. Необходимо, чтобы дополнительная свертка выполнялась в вертикальном направлении другим подходящим компонентом дифракционного элемента, для формирования плоского профиля яркости слоя дисплея.

[0062] В частности, фиг. 8А показывает ядро 800А фильтра изображения, выполненное с возможностью минимизации вкладов муаровой интерференции заднего слоя дисплея, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения. А именно, ядро 800А фильтра изображения представляет функциональность соответствующего дифракционного элемента. Как показано, ядро 800А фильтра изображения включает в себя пятнадцать дельта-функций в линии, разнесенные на ширину "W" черной матрицы в горизонтальном направлении, как описано выше.

[0063] Фиг. 8В показывает результирующее изображение 800В после применения ядра 800А фильтра изображения, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения. А именно, изображение 500 дисплея свернуто с использованием ядра 800А фильтра изображения и создает результирующее изображение 800В. Отметим, что черная маска в горизонтальном направлении исчезла в результирующем изображении 800В. Фиг. 8С показывает результирующую MTF дифракционной решетки, показанной в виде ядра 800А, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения. Фиг. 8D показывает иллюстративный MATLAB-код для моделирования требуемого ядра 800А изображения.

[0064] В одном варианте осуществления, дифракционный элемент/дифракционная решетка (например, представленная в виде ядра 800А фильтра изображения) может модулировать падающий свет посредством изменения амплитуды, изменения фазы или их комбинации.

[0065] В другом варианте осуществления, дифракционный элемент/дифракционная решетка (например, представленная в виде ядра 800А фильтра изображения) может быть создана обычными оптическими средствами, такими как создание шаблонов интерференции на фоторезисте, проявление фоторезиста для обнаружения желаемого профиля, и, затем, создание металлического оригинала из фоторезиста посредством осаждения металлического цинка.

[0066] В еще одном варианте осуществления, дифракционный элемент/дифракционная решетка (например, представленная в виде ядра 800А фильтра изображения) может быть создана посредством электронного луча, записывающего маску, причем электроны используются для удаления тонкой алюминиевой пленки на стекле или другой прозрачной подложке, и эта маска наносится на верхнюю часть фоторезиста, и резист подвергается воздействию UV или другого света. Опять же, фоторезист может быть проявлен, и металлический оригинал может быть построен посредством нанесения металла, такого как цинк.

[0067] В другом варианте осуществления, дифракционный элемент/дифракционная решетка (например, представленная в виде ядра 800А фильтра изображения) может быть физически реализована посредством горячего выдавливания, холодного выдавливания или UV-выдавливания на прозрачных оптических подложках, таких как, но не ограниченных перечисленным, полимер циклоолефин, полиэтилен, полипропилен, сложный полиэфир, найлон, триацетат целлюлозы, полиметилметакрилат и поликарбонат. Законченная пленка может иметь прозрачный клей, такой как оптически прозрачный клей 8173D компании 3M™, нанесенный на обратную сторону для присоединения к стеклянному элементу жесткости, защитному слою или сенсорному экрану.

[0068] В другом варианте осуществления, напротив, при использовании без сенсорного экрана, дифракционный элемент/дифракционная решетка (например, в отдельном слое) может быть ориентирована в направлении зрителя, причем преимущество этой конфигурации состоит в том, что она действует в качестве антибликового покрытия для предотвращения заметности нежелательных отражений в дополнение к дифракционному действию.

[0069] В другом варианте осуществления, дифракционная пленка на дифракционном элементе может быть оптимизирована таким образом, чтобы она имела особенности, ориентированные в направлении слоя дисплея, с обеспечением оптически гладкой поверхности в направлении зрителя в целях обеспечения слоя сенсорного экрана. Это необходимо, главным образом, для того, чтобы маслянистые вещества с пальцев зрителя в такой ситуации не загрязняли дифракционный слой и не делали его бесполезным.

[0070] В еще одном варианте осуществления, дифракционная пленка на дифракционном элементе может быть помещена между слоями дисплея или на верхнюю часть самого верхнего слоя дисплея. Предпочтительно, чтобы пленка находилась на самом верхнем слое дисплея при использовании с LCD-панелями для предотвращения проблем, связанных с двулучепреломлением.

[0071] В другом варианте осуществления, поверхностные особенности дифракционного элемента могут быть построены посредством любой комбинации гармонических волн любой амплитуды, частоты или фазы в горизонтальном и вертикальном направлениях. В одном варианте осуществления, предпочтительно, эти гармонические волны образуют последовательность, где номер волны возрастает на некоторое целое кратное базовой длины волны, что выражается в виде равенства 1 следующим образом:

Sn=An*sin(x*kn+ chi). (1)

В равенстве 1, член "An" определен как амплитуда гармонической волны, а chi является фазой. Член "kn" определен следующим образом: kn=2*pi*n*lambda, где lambda - базовая длина волны, а "n" - целое. Базовая длина волны зависит от расстояния между дифракционной пленкой и целевым слоем изображения.

[0072] В другом варианте осуществления, имеется один элемент в последовательности для каждой требуемой копии черной маски.

[0073] В еще одном варианте осуществления, дифракционный элемент/дифракционная решетка может быть оптимизирована для ситуаций, когда нет цветных фильтров, как, например, в прозрачном OLED или монохромном дисплее.

[0074] В другом варианте осуществления, дифракционная решетка может быть также оптимизирована для красных, зеленых и синих полосовых шаблонов, дельта-шаблонов, шаблонов Байера, фосфорных точек или любой другой пикселизированной конфигурации, где имеется черная маска или теневая маска между пикселами.

[0075] В одном варианте осуществления, реализация ядра изображения (например, ядра 800А), использующая дифракционную решетку, учитывает три требования при генерации дифракционного элемента, который уменьшает муаровую интерференцию, обусловленную шаблонами черных масок, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения. Первым требованием является количество порядков, которое определяется отношением ширины черной маски к ширине пиксела в горизонтальном и вертикальном направлениях, соответственно, как описано выше. Вторым требованием является интервал между дифракционным элементом и задним пиксельным дисплеем. Третьим требованием является длина волны (длины волн) света, которую пропускают цветные фильтры.

[0076] Фиг. 9 показывает реализацию характерного ядра фильтра изображения на единственном пикселе, причем ядро фильтра изображения выполнено с возможностью минимизации муаровой интерференции, обусловленной областями черных масок, в MLD-системе с учетом трех требований, описанных выше, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения.

[0077] Система отображения показывает один пиксел 940 на самом заднем слое или экране 920. Пиксел включает в себя компонент 941 красного фильтра, компонент 942 зеленого фильтра и компонент 943 синего фильтра.

[0078] Кроме того, система отображения включает в себя интерферирующий или промежуточный слой, такой как передний слой или экран 910 дисплея. Передний слой 910 дисплея и задний слой 920 дисплея выполнены с возможностью отображения изображений.

[0079] Система отображения включает в себя самый верхний дифракционный элемент 930, который работает на длинах волн спектров пропускания цветных фильтров. В частности, дифракционный элемент выполнен с возможностью уменьшения и/или минимизации муаровой интерференции, обусловленной шаблонами черных матриц на перекрывающихся экранах/слоях дисплея. А именно, дифракционный элемент 930 выполнен с возможностью генерации копий шаблона черной матрицы, как, например, копирования первого участка шаблона маски в первом направлении, причем первый участок является повторяемым в первом направлении.

[0080] Как показано на фиг. 9, дифракционный элемент сворачивает участок 960 черной матрицы ширины "W" в пределах пиксела 940. В одном варианте осуществления, копии ограничены в пределах зоны присутствия пиксела 940. Например, черная матрица 960 связана с модой нулевого порядка вдоль пунктирной линии 950. Виртуальные копии участка 960 черной матрицы генерируются дифракционным элементом вдоль сплошных линий. Например, копии первого порядка генерируются вдоль линий 951А и 951В; копии второго порядка генерируются вдоль линий 952А и 952В; копии третьего порядка генерируются вдоль линий 953А и 953В; а копии четвертого порядка генерируются вдоль линий 954А и 954В. В качестве иллюстрации, виртуальная копия 970 второго порядка генерируется вдоль линии 952А. Дополнительные порядки могут быть сгенерированы с использованием другого дифракционного элемента. Также, меньшее количество порядков может быть сгенерировано с использованием другого дифракционного элемента.

[0081] Дифракционный угол, связанный с любой виртуальной копией, определен в равенстве 2 ниже. В равенстве 2, переменная "h" является расстоянием между дифракционным элементом 930 и задним слоем 920 дисплея. Переменная "a" указывает порядок виртуальной копии. Например, для виртуальной копии 970, переменная "n" имеет значение 2.

Угол дифракции=n tan(h/W). (2)

[0082] В одном варианте осуществления, требуемый дифракционный элемент/дифракционная решетка может быть оптимизирован для требований, упомянутых выше, посредством следующего процесса, описанного ниже.

[0083] Процесс включает в себя операцию, выполненную с возможностью выбора профиля-кандидата (профилей-кандидатов) дифракционной решетки, подлежащего тестированию. Например, это может быть комбинация дифракционных решеток первого, второго, вплоть до n-го порядка, сконструированная с учетом длины волны. Кандидаты могут быть сгенерированы посредством оптимизационных алгоритмов, таких как генетический, моделируемый отжиг или алгоритм Левенберга-Марквардта в одном варианте осуществления. Конструкция может быть оптимизирована для единственной длины волны, такой как 525 нм в зеленом спектре на фиг. 8А-С, или оптимизационный алгоритм может быть модифицирован для создания оптимума Парето для 3 или более данных длин волн.

[0084] Процесс включает в себя операцию, выполненную с возможностью создания модели профиля-кандидата дифракционной решетки. Профиль-кандидат моделируется в пакете моделирования временной области конечных разностей (например, MEEP, доступный на http://ab-initio.mit.edu/wiki/index.php/Meep). Модель включает в себя по существу коллимированный падающий луч и вычислительную ячейку, представляющую интерес, определенную между источником света и дифракционной решеткой, и в точности вне дифракционной решетки. Дальнее поле может быть экстраполировано с использованием преобразований Фурье.

[0085] Процесс включает в себя операцию, выполненную с возможностью создания модели профиля-кандидата дифракционной решетки, подлежащего моделированию с использованием подхода увеличенного светового поля. В одном варианте осуществления, модель использует численный код распределения Вигнера, как, например, код, содержащийся на фиг. 10. Модель, сгенерированная посредством кода 1000 распределения Вигнера, минимизирует муаровую интерференцию, обусловленную областями черных масок, в MLD-системе, согласно одному варианту осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения. Код 1000 на фиг. 10 предоставлен Camera Culture Group, Media Lab, Массачусетский Институт Технологии, и может быть изменен.

[0086] Процесс дополнительно включает в себя операцию, выполненную с возможностью использования модели для вычисления плотности энергии поля падающего луча после прохождения через дифракционную решетку.

[0087] Процесс дополнительно включает в себя операцию, выполненную с возможностью сравнения интенсивности падающего луча после прохождения через дифракционную решетку под требуемыми углами падения. Хороший кандидат имел бы свою наибольшую интенсивность поля при этих углах и, конечно, не имел бы интенсивности поля вне угла максимальной дифракции, определенного как арктангенс высоты, деленной на ширину пиксела. Процесс дополнительно выполнен с возможностью назначения показателя соответствия кандидату согласно этим критериям и продолжения алгоритма либо для остановки, либо для тестирования новых кандидатов.

[0088] Желаемый, практический одномерный профиль вычисленной конфигурации дифракционного элемента показан на фиг. 11А-С. Боковой профиль, показанный на фиг. 11A (где y измеряется в мм с показателем преломления 1,55), имеет угловой выход, который имеет соответствующую функцию распространения точек, показанную на фиг. 11В, после прохождения через одномерный профиль, представляющий дифракционную решетку. Действие на одномерный профиль изображения показано на фиг. 11С, где верхняя часть профиля изображения была уплощена, тогда как нижняя точка профиля изображения, соответствующая темному пикселу, составляет приблизительно 7% верхнего участка профиля.

[0089] Таким образом, согласно вариантам осуществления раскрытия сущности настоящего изобретения, описаны системы и способы, обеспечивающие дифракционную решетку для использования с многослойной системой отображения, которая способна уменьшать муаровую интерференцию, обусловленную шаблонами черной матрицы, расположенными на перекрывающихся экранах дисплея.

[0090] Хотя приведенное выше раскрытие сущности настоящего изобретения излагает различные варианты осуществления с использованием конкретных блок-схем, блок-схем последовательностей операций и примеров, каждый компонент блок-схемы, этап блок-схемы последовательности операций, операция и/или компонент, описанный и/или показанный здесь, может быть реализован, индивидуально и/или совместно, с использованием широкого диапазона конфигураций аппаратного обеспечения, программного обеспечения или аппаратно-программного обеспечения (или любой их комбинации). Кроме того, любое раскрытие компонентов, содержащихся в пределах других компонентов, следует рассматривать в качестве примеров, так как много других архитектур может быть реализовано для достижения той же самой функциональности.

[0091] Параметры процесса и последовательность этапов, описанных и/или показанных здесь, приведены только в качестве примеров и могут изменяться по желанию. Например, хотя этапы, показанные и/или описанные здесь, могут быть показаны или обсуждены в некотором конкретном порядке, эти этапы необязательно выполнять в показанном или обсужденном порядке. Различные иллюстративные способы, описанные и/или показанные здесь, могут также опускать один или несколько этапов, описанных или показанных здесь, или могут включать в себя дополнительные этапы в дополнение к раскрытым этапам.

[0092] Хотя различные варианты осуществления были описаны и/или показаны здесь в контексте полнофункциональных вычислительных систем, один или несколько из этих иллюстративных вариантов осуществления могут распространяться в виде программного продукта в различных формах, независимо от конкретного типа машиночитаемых сред, используемых для фактического выполнения распространения. Варианты осуществления, раскрытые здесь, могут быть также реализованы с использованием программных модулей, которые выполняют некоторые задачи. Эти программные модули могут включать в себя сценарные, командные или другие исполняемые файлы, которые могут храниться в машиночитаемой запоминающей среде или в вычислительной системе. Эти программные модули могут конфигурировать вычислительную систему для выполнения одного или нескольких иллюстративных вариантов осуществления, раскрытых здесь. Различные функции, описанные здесь, могут быть обеспечены через среду «удаленного рабочего стола» или любую другую вычислительную среду на основе облака.

[0093] Приведенное выше описание, с целью объяснения, было дано со ссылкой на конкретные варианты осуществления. Однако предполагается, что приведенные выше иллюстративные обсуждения не являются исчерпывающими и не ограничивают настоящее изобретение точными раскрытыми формами. Многие модификации и варианты являются возможными ввиду приведенных выше идей. Варианты осуществления были выбраны и описаны для наилучшего объяснения принципов изобретения и его практических применений, чтобы посредством этого обеспечить специалистам в данной области техники возможность наилучшего использования настоящего изобретения и различных вариантов осуществления с различными модификациями, которые могут подходить для конкретного предполагаемого использования.

[0094] Кроме того предполагается, что объем настоящей заявки не ограничен конкретными вариантами осуществления процесса, устройства, изготовления, композиции материалов, средств, способов и этапов, описанных в спецификации. Как будет понятно специалистам в данной области техники из раскрытия настоящего изобретения, процессы, устройства, изготовление, композиции материалов, средств, способов или этапов, существующие в настоящее время или подлежащие разработке в будущем, которые выполняют по существу ту же функцию или достигают по существу того же результата, что и соответствующие варианты осуществления, описанные здесь, могут быть использованы согласно настоящему изобретению. Соответственно предполагается, что прилагаемые пункты формулы изобретения включают в свой объем такие процессы, устройства, изготовление, композиции материалов, средств, способов или этапов.

[0095] Таким образом, описаны варианты осуществления согласно раскрытию сущности настоящего изобретения. Хотя раскрытие сущности настоящего изобретения было описано в конкретных вариантах осуществления, следует понимать, что раскрытие сущности настоящего изобретения не должно толковаться как ограниченное такими вариантами осуществления.

Реферат

Изобретение относится к области формирования изображений и касается устройства отображения. Устройство включает в себя первый содержащий шаблон маски пиксела экран дисплея, второй содержащий шаблон маски экран дисплея и дифракционный элемент. Второй экран дисплея расположен дальше от передней части устройства отображения чем первый экран дисплея, причем передняя часть устройства отображения является ближайшей к зрителю. Дифракционный элемент выполнен с возможностью свертки шаблона маски второго экрана дисплея в одну или несколько видимых копий для минимизации муаровой интерференции с шаблоном маски первого экрана дисплея. Технический результат заключается уменьшении муаровой интерференции, обусловленной перекрытием масок черной матрицы различных слоев дисплея без увеличения размытия изображения. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 19 ил.

Формула