具有最小化的圖像偽像的沉浸式顯示器的制造方法
【專利說明】具有最小化的圖像偽像的沉浸式顯示器
相關申請的交叉引用
[0001]本申請根據35 U.S.C.§ 119(e)要求2012年11月2日提交的美國臨時申請S/N.61/721785和2013年3月14日提交的美國專利申請S/N.61/783495的優先權益，其公開內容通過引用整體結合于此。
【背景技術】
領域
[0002]本發明一般涉及顯示設備，且尤其涉及包括多個相鄰的平板顯示器以及鄰近平板顯示器而定位的弧形蓋板的沉浸式(immersive)顯示設備。
【背景技術】
[0003]隨著數字成像技術迅速發展，數字顯示器上的圖像的觀看者要求越來越高的圖像質量以及他們通過顯示器體驗的虛擬現實的級別中的同時期增加。事實上，觀看者希望至少部分地通過他們正在觀看的圖像被顯示的方式來獲得他們實際處于虛擬3D空間中的感覺。
[0004]獲得改進的虛擬(視覺)現實的一種方法是在與4:3的常規CRT顯示器縱橫比相比具有更寬的縱橫比(諸如16:9縱橫比)的數字顯示器上呈現數字圖像。盡管16:9縱橫比已經被用于在劇場中呈現劇情片(feature film)并且在被應用于家用數字顯示器中時已經深受歡迎，但觀看者繼續要求甚至更好的虛擬(視覺)現實。
[0005]為了繼續改進虛擬現實體驗，用于發展該技術的另一方法已經是將多個顯示器置于陣列中(有時被稱為“平鋪(tiling)”這些顯示器)以增加聚集屏幕的表觀尺寸。如圖1中所示，一個這樣的配置是以線性陣列并排(side-by-side)放置三個常規的平板顯示器10(例如，每個具有16:9縱橫比)以增加有效縱橫比(例如，至48:9或其它縱橫比)。這種方法的目標是給觀看者提供這樣的寬屏以使由他的或她的周邊視力所拾起的圖像的部分增加觀看者實際處于虛擬空間中的效果。盡管此方法產生由觀察者所體驗的虛擬現實中的某種改進，然而存在一個相當耀眼的缺點；即，包括邊框12的顯示器的相鄰的外圍邊緣將不連續引入到聚集屏幕中、中斷視覺流并且降低觀看者的虛擬體驗。盡管使用者可通過用他們最好的能力來聚焦在圖像內容上來應對不連續，然而可見的邊框12仍然保持體驗的顯著的和不期望的部分。
[0006]用于改進虛擬現實體驗的另一常規方法是采用大的、彎曲的屏幕并且利用投影儀將圖像投影到屏幕上。盡管可在投影系統中減少和/或消除邊框不連續，然而這樣的系統需要相當顯著的量的空間來定位屏幕和投影裝備，這對于很多應用(諸如家庭娛樂環境)而目是尚度不合需要的。
【發明內容】
[0007]參照圖2，用于減少由顯示邊框引入到聚集屏幕中的不連續的一種方式是提供具有在平板顯示器10的線性陣列和觀看者16之間的透明材料板14的系統100。通過在邊框12附近的透明材料板14的主表面的一個或另一個上應用光偏轉元件(未示出)，且耦合成確保在這樣的元件和平板顯示器10之間的某種距離，可減少邊框引起的不連續。然而，這種方法的成功高度依賴于系統100的幾何結構，尤其是觀看者16的位置和視角。事實上，系統100的幾何結構可導致在聚集屏幕的位置A處或附近的不連續的顯著減少，因為定位觀看者16以使得其視角在這種位置處垂直于屏幕。然而，在位置B和/或C處，視角參照法線可大于某個閾值(諸如離開法線約20度)，這可在正當可實現邊框引入的不連續的某種減少時，將顯著的和不期望的偽像(artifact)引入到由觀看者16所看到的圖像中。當觀看者16更接近于聚集屏幕移動(這是很可能的迀移，因為觀看者16將設法增加屏幕的寬度以增加他或她到虛擬環境中的“沉浸”)時，該問題加劇。因此，無論觀看者16相對于系統100將他自己定位在哪里，總會存在導致不期望的偽像的一個或多個視角。
[0008]根據一個或多個實施例，本文中所描述的方法和裝置提供:第一平板顯示器，具有外圍邊緣和第一視平面；第二平板顯示器，具有外圍邊緣(例如，邊框)和第二視平面，其中第一和第二平板顯示器:(i)被布置成沿著其相應的外圍邊緣彼此毗鄰，并且(ii)在相應的第一和第二視平面之間形成鈍角T ;蓋板，被定位成鄰近于第一和第二視平面并且覆蓋該第一和第二視平面，并且包括光補償部分:(i)被定位成鄰近于第一和第二平板顯示器的外圍邊緣并且(ii)具有與相應的第一和第二視平面之間的鈍角互補的曲率；其中光補償部分操作以使由鄰近于第一和第二平板顯示器的相應的外圍邊緣的第一和第二平板顯示器的相應的外圍區域所產生的至少一些光發生彎曲以減少由這樣的外圍邊緣引入到第一和第二平板顯示器上所顯示的圖像中的視覺不連續。
[0009]第一和第二顯示器中的至少一個可包括隱私膜。例如，隱私膜可被置于蓋板的至少一部分上。
[0010]將在以下詳細描述中闡述本發明的附加特征和優點，這些特征和優點的一部分可由本領域內技術人員從說明書中推知或通過如此處所述本發明的實踐而得知，包括以下詳細描述、權利要求書以及附圖。
[0011]應當理解的是，以上一般描述和以下詳細描述兩者給出了一些實施例，這些實施例旨在提供用于理解本公開的本質和特性的概觀或框架。所包括的附圖用于提供對本公開的進一步理解，且被結合到本說明書中并構成其一部分。附圖示出本公開的各個實施例，并與說明書一起用于解釋本公開的原理和操作。
【附圖說明】
[0012]圖1是通過以陣列形式平鋪平板顯示器以產生相對大的復合視平面來為觀看者提供增強的觀看體驗的現有技術的系統的前視圖；
[0013]圖2是通過以陣列形式平鋪平板顯示器并且提供光補償以糾正由平板顯示器的相應的邊框所引入的不連續來為觀看者提供增強的觀看體驗的系統上的頂視圖(向下看)；
[0014]圖3A是通過以近似曲線的陣列形式平鋪平板顯示器并且提供光補償以糾正邊框引起的不連續來為觀看者提供增強的觀看體驗的替代系統上的頂視圖(向下看)；
[0015]圖3B是圖3A的系統的一部分的側視圖；
[0016]圖4是根據本文中所描述的一個或多個實施例的在實現圖3A的系統并采用光補償技術的實驗室環境中所建造的原型的正視數字圖像；
[0017]圖5是示出了光補償元件的附加細節的圖3A的系統的放大部分的頂視圖；
[0018]圖6是在圖5的光補償部分內和周圍的一些替代和/或附加結構(諸如棱鏡)的放大視圖；
[0019]圖7A是示出了圖6的棱鏡的一些非理想特性的示意圖；
[0020]圖7B是示出了圖6的棱鏡的頂角和在不期望的方向上傳播的光的所得的量之間的關系的圖；
[0021]圖8是根據一個或多個進一步的實施例的一些替代和/或附加結構和特性的放大圖；
[0022]圖9是作為視角的函數的相對于平板顯示器的視平面的相應的法線的“規則”和“重影”光線的角度的圖；
[0023]圖10是作為視角的函數的被包含在圖9的“重影”光線內的光的百分比的圖；
[0024]圖11和12是來自包括增亮膜(BEF)的定向背光的角的光分布的正交圖形視圖；
[0025]圖13和14是來自包括兩個交叉的增亮膜的定向背光的角的光分布的正交圖形視圖；
[0026]圖15和16是來自可買到的窄的發射角LED的角的光分布的正交圖形視圖；
[0027]圖17是包括轉光膜的定向背光的截面圖；
[0028]圖18和19是來自圖17的定向背光的模擬的角的光分布的正交圖形視圖；
[0029]圖20是包括光學準直膜的定向背光的截面圖；
[0030]圖21是在其中平鋪顯示器可以是可配置的以用于允許和禁止邊框引起的不連續的補償的為觀看者提供增強的觀看體驗的替代系統上的頂視圖(向下看)；
[0031]圖22A和22B示出了可被用于使得平鋪顯示器能夠是可配置的以用于允許和禁止邊框引入的不連續的補償的蓋板配置的示意圖；以及
[0032]圖23示出了利用被置于相鄰顯示器之間的間隙中的擋板的毗鄰平鋪顯示器的外圍邊緣布置的蓋板的光補償部分的另一實施例。
詳細描述
[0033]現在將詳細參考本發明的目前優選實施例，其示例圖示于附圖中。在可能時，將在所有附圖中使用相同的附圖標號來指示相同或類似的部件。
[0034]參照附圖，在圖3A中示出顯示系統200的頂視圖(向下看)，該顯示系統200通過以一般彎曲的陣列平鋪平板顯示器并且提供光補償以糾正邊框引起的不連續來為觀看者提供增強的觀看體驗。圖3B是圖3A的系統的一部分(標記為3B)的側視圖。
[0035]顯示系統200包括:以一般彎曲的陣列形式而布置的多個平板顯示器210 (例如，210a、210b和210c)，以及被定位成鄰近于平板顯示器210并且覆蓋平板顯示器210的蓋板220。如下面將更詳細地進行討論的，蓋板220包括光補償部分222，該光補償部分222減少由平板顯示器210的外圍邊緣212(例如，邊框212a-c)所引入的視覺不連續。應當注意，這樣的不連續還可由相鄰邊框之間的間隙所造成。本實施例示出了所謂的一維、半圓柱形的陣列，因為存在只是一行和多列的平板顯示器210。然而，本領域技術人員將理解到本文中的詳細描述可被容易地應用于二維陣列的顯示器而沒有背離所構想的實施例。二維陣列可以是半球形的(展示二維曲率)或圓柱形的(展示一維曲率)或包括不是半球形或圓柱形的弧形形狀。
[0036]在本公開中所討論的顯示系統200和其它系統之間的顯著差異當中是平板顯示器210以近似曲線的分段陣列進行布置，并且蓋板220同樣是彎曲的，至少在外圍邊緣212所位于的區域中是彎曲的。此方法的優勢在于至少部分地歸功于相應的曲率有助于維持圖像平面和觀看者的各視點之間的某種程度的垂直性這一事實，良好定位的觀看者(觀察者)16將享受邊框和/或間隙引起的不連續的更穩健的減少。然而，有效利用這種優勢需要觀看者16相對于結構(優選在蓋板220的曲率的局部中心處或附近)的位置中的某種程度的精度，這將在下面更詳細地進行討論。
[0037]現在轉向圖3A-3B中所示的實施例的更詳細的描述，顯示系統200包括第一、第二和第三平板顯示器210a、210b、210c，每個平板顯示器具有外圍邊緣和相應的視平面，S卩，一般面向觀看者16的平板顯示器的表面。布置相應對的平板顯示器210a - c以使得其相應的外圍邊緣(例如，邊框212a、212b和212c)被布置成毗鄰于彼此并且形成相應的視平面之間的相應的鈍角T。因此，例如，定位第一和第二平板顯示器210a、210b以使得其相應的邊緣處于緊密鄰近或可能地觸摸并且形成鈍角T，例如，該鈍角T處于從約100到約200度的范圍、處于從約120到約16