CN108388018B - 裸眼式立体显示器以及立体影像的显示方法 - Google Patents

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Abstract

一种裸眼式立体显示器，适于提供立体影像。裸眼式立体显示器包括第一显示面板、第二显示面板以及深度调控装置。第二显示面板配置于第一显示面板上。深度调控装置配置于第一显示面板与第二显示面板之间。深度调控装置包括透光绝缘层以及液晶层。透光绝缘层的材料包含玻璃或塑胶等材料，且透光绝缘层的厚度为0.5公分至10公分。此外，一种立体影像的显示方法亦被提出。

Description

裸眼式立体显示器以及立体影像的显示方法
技术领域
本发明涉及一种显示装置以及显示方法，且特别涉及一种裸眼式立体显示器以及立体影像的显示方法。
背景技术
近年来，随着显示技术的不断进步，观赏者对于显示器的显示品质(如影像分辨率、色彩饱和度等)的要求也越来越高。然而，除了高影像分辨率以及高色彩饱和度之外，对于观赏者而言，显示器是否能够显示立体影像已逐渐成为购买上的考量因素之一。
以目前的立体影像显示技术而言，立体显示技术可大致分成观察者需戴特殊设计眼镜观看的戴眼镜式(stereoscopic)以及直接裸眼观看的裸眼式(naked eyes type ornamely auto-stereoscopic)，其中戴眼镜式立体显示技术已经发展成熟，并广泛应用到如军事模拟或大型娱乐等特殊用途上，但戴眼镜式立体显示技术因其方便性与舒适性不佳，使得此类技术不易普及。因此，裸眼式立体显示技术已逐渐发展并且成为新潮流。
一般裸眼式立体显示技术依照原理不同至少可分为二维多工式(2DMultiplexed)技术、体积式(Volumetric)技术以及全像式(Holographic)技术。二维多工式技术是将一个平面的显示面板，利用空间(视差屏障、柱状透镜阵列)或时间的方式区分为左眼影像、右眼影像，使得两眼接收到的影像不同，再经由大脑合成后就会产生具有立体感觉的影像。然而这种技术容易使显示器的影像分辨率降低。体积式技术则是利用下层投影的激光光源，投射至快速旋转的圆盘上，通过接收面产生的散射效果来建构立体影像。然而在这种技术中，距离轴心不同位置的转速有所差异，会造成立体影像并非完全清晰，使影像品质不佳。全像式技术则是以红色、绿色及蓝色三种经过声光调制器晶体产生相位型光栅信息，再经由扫描镜将光栅信息照射至全像片，便能呈现出全像片所记录的立体影像，然而此技术较为复杂、困难且昂贵，同时需预先在全像片上记录影像信息，无法实时显示立体信息。此外影像大小也会受限于声光调制器晶体的尺寸，故实用性不高。
上述所提及的裸眼式立体显示器大多须使用较复杂、困难的光学结构设计或影像处理过程，在产品的实现难度较高。因此，目前以可行性较高的二维多工式为最广泛发展的技术，但此技术的原理需牺牲影像分辨率来换取立体感知的限制反而劣化影像品质。因此，如何提出一可维持高分辨率影像品质且可避免光学干扰问题的裸眼式立体显示器，在保有影像品质的同时，增加实现可行性，借此提升产品竞争力，是本领域技术人员致力于实现的目标。
发明内容
本发明提供一种裸眼式立体显示器以及立体影像的显示方法，其结构及成像原理简单，并且可避免光学干扰现象及维持高分辨率影像品质。
本发明的一实施例提供一种裸眼式立体显示器，适于提供立体影像。裸眼式立体显示器包括第一显示面板、第二显示面板以及深度调控装置。第二显示面板配置于第一显示面板上。深度调控装置配置于第一显示面板与第二显示面板之间。深度调控装置包括透光绝缘层以及液晶层。透光绝缘层的材料包含玻璃或塑胶等材料，且透光绝缘层的厚度为0.5公分至10公分。
本发明的另一实施例提供一种立体影像的显示方法，包括下列步骤：提供裸眼式立体显示器；根据一深度门限提供一第一深度信息以及一第二深度信息；根据第一深度信息以及第二深度信息提供一第一影像信息及一第二影像信息；根据第一影像信息，由第一显示面板提供一第一影像，其中第一影像的深度值小于深度门限；以及根据第二影像信息，由第二显示面板提供一第二影像，其中第二影像的深度值大于深度门限，其中第一影像以及第二影像构成立体影像。
基于上述，本发明的裸眼式立体显示器可通过第一显示面板、第二显示面板及控制深度调控装置的叠构设计而产生具有高分辨率品质的立体影像。
本发明的目的之一为可通过施加深度调控装置电压以微调立体影像的聚焦平面的位置。
本发明的目的之一为可通过深度调控装置中两相邻的第一调控电极的间距小于或等于第一显示面板中的两相邻的子像素的间距的配置方式以修饰第一影像的光型分布，进而消除光学干扰现象，并同时使影像清晰化以提升影像品质。
本发明的目的之一为可使深度调控装置根据影像深度系数调整第一影像的物理深度位置，进而提升立体影像的影像品质。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的裸眼式立体显示器的剖面示意图。
图2为图1的裸眼式立体显示器的A区域的放大示意图。
图3为图1的裸眼式立体显示器提供的立体影像的示意图。
图4A为图1的第一显示面板经深度调控装置调整前及后的光型分布图。
图4B为图1的第一显示面板经深度调控装置调整前及后的影像示意图。
图5为图1的裸眼式立体显示器的方框图。
图6为图1的裸眼式立体显示器提供的另一立体影像的示意图。
附图标记说明：
100：裸眼式立体显示器
110：第一显示面板
112：子像素
115：第一处理单元
120：第二显示面板
125：第二处理单元
130：深度调控装置
132：透光绝缘层
134：液晶层
135：第三处理单元
136：第一调控电极
138：第二调控电极
140：背光模块
150：第一偏光片
160：第二偏光片
170：影像分析单元
A1、A2：间距
CD：影像深度系数
CF1：第一彩色滤光结构
CF2：第二彩色滤光结构
D1、D2：亮暗差
DE1：第一电极
DE2：第二电极
H：总深度
H1、H2：深度
ID1：第一深度信息
ID2：第二深度信息
IM1：第一影像信息
IM2：第二影像信息
LC1：第一显示介质
LC2：第二显示介质
M：立体影像
M1：第一影像
M2：第二影像
T：厚度
SE：出光面
SP：显示像素
具体实施方式
图1为本发明一实施例的裸眼式立体显示器的剖面示意图。图2为图1的裸眼式立体显示器的A区域的放大示意图。图3为图1的裸眼式立体显示器提供的立体影像的示意图。请参考图1至图3，在本实施例中，裸眼式立体显示器100包括第一显示面板110、第二显示面板120以及深度调控装置130。第二显示面板120配置于第一显示面板110上。深度调控装置130配置于第一显示面板110与第二显示面板120之间。裸眼式立体显示器100例如是两层式液晶显示面板所构成的显示器，并从出光面SE提供立体影像M(见如图3)。第一显示面板110适于提供第一影像M1，且第二显示面板120适于提供第二影像M2，第一影像M1与第二影像M2形成立体影像M。
第一显示面板110及第二显示面板120分别包括多个显示像素SP，显示像素SP以阵列方式排列，而每一显示像素SP举例由三个子像素(如图1中第一显示面板110的子像素112)所构成。第一显示面板110包括第一彩色滤光结构CF1、第一显示介质LC1以及第一电极DE1，其中第一显示介质LC1位于第一彩色滤光结构CF1与第一电极DE1之间。第二显示面板120包括第二彩色滤光结构CF2、第二显示介质LC2以及第二电极DE2，其中第二显示介质LC2位于第二彩色滤光结构CF2与第二电极DE2之间。
第一显示介质LC1及第二显示介质LC2可包括液晶分子或是其它可适用的介质。在本发明下列实施例中的第一显示介质LC1及第二显示介质LC2是以液晶分子当作范例，但不限于此。再者，在本发明下列实施例中的液晶分子，优选地，是以可被水平电场转动或切换的液晶分子或者是可被垂直电场转动或切换的液晶分子为范例，但不限于此。换句话说，在本实施例中，第一显示面板110及第二显示面板120为液晶显示面板。
在本实施例中，第一彩色滤光结构CF1及第二彩色滤光结构CF2例如是由多个红色滤光图案、多个绿色滤光图案以及多个蓝色滤光图案按序重复排列所构成的彩色滤光片。此外，在本实施例中，第一彩色滤光结构CF1及第二彩色滤光结构CF2可分别包含电极(未示出)，以分别与第一电极DE1及第二电极DE2产生电场以调控第一显示介质LC1及第二显示介质LC2。但在一些实例中，第一显示面板110及第二显示面板120亦可仅配置单边电极(即第一电极DE1及第二电极DE2)，第一彩色滤光结构CF1及第二彩色滤光结构CF2未包含电极，本发明并不以此为限。
深度调控装置130包括透光绝缘层132以及液晶层134。在本实施例中，透光绝缘层132的材料包含玻璃或塑胶等材料，且透光绝缘层132的厚度T为0.5公分至10公分(由产品应用决定需要的立体深度)，但本发明不限于此。如此一来，用以形成立体影像M的第一影像M1与第二影像M2会显示于不同的深度位置，进而使得使用者同时接收到不同深度的影像信息而产生立体感。
液晶层134位于透光绝缘层132以及第一显示面板110之间。深度调控装置130还包括多个第一调控电极136及一第二调控电极138，其中液晶层134位于这些第一调控电极136以及第二调控电极138之间。因此，可通过这些第一调控电极136以及第二调控电极138产生电场以调控液晶层134。如此一来，可通过外加电压来微调立体影像M的聚焦平面的位置，让使用者能依情境需求调整其深度感觉。
图4A为图1的第一显示面板经深度调控装置调整前及后的光型分布图，图4B为图1的第一显示面板经深度调控装置调整前及后的影像示意图。请参考图2、图4A及图4B，在本实施例中，深度调控装置130中的两相邻的第一调控电极136的间距A1小于或等于第一显示面板110中的两相邻的子像素112的间距A2。因此，可以一对一的方式通过各第一调控电极136控制对应区域的液晶层134中的液晶分子的排列状态，进而控制对应各区域的液晶分子经各子像素112所发出的影像光束的光型。如此一来，可进一步修饰由第一显示面板110所发出的第一影像M1的光型分布，进而消除光学干扰现象，且同时使影像清晰化以提升影像品质。请同时参考图3及图4A，在本实施例中，第一影像M1的一第一光束穿过深度调控装置130的液晶层134后形成一第二光束，第一光束的光型分布的亮暗差为D1，第二光束的光型分布的亮暗差为D2，且D2/D1＜1/2。
换句话说，透光绝缘层132的厚度可决定第一影像M1与第二影像M2的影像物理深度差异。液晶层134则可由外加电压来微调影像的聚焦平面的位置，让使用者能依情境需求调整其深度感觉。同时，液晶层134还可控制第一显示面板110的出光光型分布，进而避免光学干涉现象(例如为摩尔波纹(Moiré pattern))。
在本实施例中，裸眼式立体显示器100可还包括背光模块140、第一偏光片150以及第二偏光片160。第一偏光片150配置于第一显示面板110以及背光模块140之间。第二偏光片160配置于第二显示面板120的外层。第一偏光片150与第二偏光片160的偏光方向相互垂直。
图5为图1的裸眼式立体显示器的方框图。请参考图1及图5，在本实施例中，裸眼式立体显示器100还包括第一处理单元115、第二处理单元125以及第三处理单元135。第一处理单元115电性连接于第一显示面板110。第二处理单元125电性连接于第二显示面板120。第三处理单元135电性连接于深度调控装置130。其中，第一处理单元115适于提供第一影像信息IM1至第一显示面板110，以使第一显示面板110依据第一深度影像信息IM1产生并提供第一影像M1。第二处理单元125适于提供第二影像信息IM2至第二显示面板120，以使第二显示面板120依据第二影像信息IM2产生并提供第二影像M2。第三处理单元135适于提供影像深度系数CD至深度调控装置130，以使得使用者能随使用情境的变化而具有不同的立体影像M的深度感觉。
除此之外，在本实施例中，裸眼式立体显示器100还包括影像分析单元170。影像分析单元170根据深度门限进行影像信号处理，以提供第一深度信息ID1给第一处理单元115及提供第二深度信息ID2给第二处理单元125。因此，第一处理单元115与第二处理单元125可分别将第一深度信息ID1与第二深度信息ID2转换为二维平面影像。
影像分析单元170可针对原始三维影像进行深度分析并数值化，再依据深度门限的数值取得第一深度信息ID1及第二深度信息ID2。举例来说，原始三维影像的深度值范围例如为0至T，而深度门限例如为T/2，影像分析单元170则依据此深度门限值将原始三维影像中深度值落在0至T/2的一部分影像信息转换为第一深度信息ID1，并且将三维影像中深度值落在T/2至T的另一部分影像信息转换为第二深度信息ID2。在其他实施例中，深度门限亦可依据使用者需求或使用情境变化而进行设定或调整，本发明并不限于此。
第一处理单元115依据第一深度信息ID1提供包含二维影像信息的第一影像信息IM1至第一显示面板110。第二处理单元125依据第二深度信息ID2提供包含二维影像信息的第二影像信息IM2至第二显示面板120。接着，第一显示面板110根据第一处理单元115所提供第一深度信息ID1进行影像表现(即提供第一影像M1)，第二显示面板120根据第二处理单元125所提供第二深度信息ID2进行影像表现(即提供第二影像M2)。因此，使用者可同时接收到不同深度的第一影像M1及第二影像M2所形成的立体影像M而产生立体感。
图6为图1的裸眼式立体显示器提供的另一立体影像的示意图。请参考图1、图5及图6，在本实施例的显示方法中，首先，提供如图1所示出的裸眼式立体显示器100。接着，根据深度门限提供第一深度信息ID1以及第二深度信息ID2。在本实施例中，影像分析单元170先将原始三维影像进行深度分析，并且根据深度门限在原始三维影像的总深度H中将深度值落在深度门限值至总深度H之间的原始三维影像转换成第一深度信息ID1，以及将深度值落在0至深度门限值之间的原始三维影像转换成第二深度信息ID2。
接着，根据第一深度信息ID1以及第二深度信息ID2提供第一影像信息IM1及第二影像信息IM2。在本实施例中，第一处理单元115依据第一深度信息ID1提供第一影像信息IM1至第一显示面板110。第二处理单元125依据第二深度信息ID2提供第二影像信息IM2至第二显示面板120。接着，根据第一影像信息IM1，由第一显示面板110提供第一影像M1，其中第一影像M1的深度值大于深度门限。此外，根据第二影像信息IM2，由第二显示面板120提供第二影像M2，其中第二影像M2的深度值小于深度门限，第一影像M1以及第二影像M2构成立体影像M。换句话说，第一影像M1所显示的影像即为原始三维影像中深度值落在深度门限至总深度H(即最大深度值)之间的对应影像，第二影像M2所显示的影像即为原始三维影像中深度值落在0至深度门限之间的对应影像，而第一影像M1所对应的深度H1与第二影像M2所对应的深度H2的总和即为原始三维影像中的总深度H。
除上述立体影像的显示方法之外，在本实施例中，裸眼式立体显示器100中的第三处理单元135可根据一情境设定提供一影像深度系数CD，深度调控装置130根据影像深度系数CD调整第一显示面板110的第一影像M1的物理深度位置。如此一来，可进一步依据使用者需求或使用情境变化而调整第一影像M1所带给使用者的深度感觉，进而提升立体影像M的影像品质。
综上所述，本发明的裸眼式立体显示器可通过第一显示面板、第二显示面板及控制深度调控装置的叠构设计而产生具有高分辨率品质的立体影像。因此，可通过施加深度调控装置电压以微调立体影像的聚焦平面的位置。此外，还可通过深度调控装置中两相邻的第一调控电极的间距小于或等于第一显示面板中的两相邻的子像素的间距的配置方式以修饰第一影像的光型分布，进而消除光学干扰现象，并同时使影像清晰化以提升影像品质。另一方面，还可使深度调控装置根据影像深度系数调整第一影像的物理深度位置，进而提升立体影像的影像品质。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (6)

1.一种裸眼式立体显示器，适于提供一立体影像，包括：
一第一显示面板；
一第二显示面板，配置于该第一显示面板上；以及
一深度调控装置，配置于该第一显示面板与该第二显示面板之间，该深度调控装置包括一透光绝缘层以及一液晶层，该透光绝缘层的材料包含玻璃或塑胶，且该透光绝缘层的厚度为0.5公分至10公分，
其中该液晶层位于该透光绝缘层以及该第一显示面板之间，该深度调控装置还包括多个第一调控电极，该第一显示面板包括多个子像素，两相邻第一调控电极的间距小于或等于两相邻子像素的间距，
一第一处理单元，电性连接于该第一显示面板；
一第二处理单元，电性连接于该第二显示面板；以及
一第三处理单元，电性连接于该深度调控装置；
一影像分析单元，根据一深度门限进行输入影像信号处理，提供一第一深度信息给该第一处理单元且提供一第二深度信息给该第二处理单元，而该第一处理单元与该第二处理单元分别将该第一深度信息与该第二深度信息转换为一第一影像信息及一第二影像信息，该第一显示面板根据该第一影像信息提供一第一影像，且该第二显示面板根据该第二影像信息提供一第二影像。
2.如权利要求1所述的裸眼式立体显示器，其中该深度调控装置还包括一第二调控电极，该液晶层位于所述第一调控电极以及该第二调控电极之间。
3.如权利要求2所述的裸眼式立体显示器，还包括：
一背光模块；
一第一偏光片，配置于该第一显示面板以及该背光模块之间；以及
一第二偏光片，配置于第二显示面板的外层，该第一显示面板及该第二显示面板均为液晶显示面板。
4.一种立体影像的显示方法，包括：
提供如权利要求1所述的裸眼式立体显示器；
根据一深度门限提供一第一深度信息以及一第二深度信息；
根据该第一深度信息以及该第二深度信息提供一第一影像信息及一第二影像信息；
根据该第一影像信息，由该第一显示面板提供一第一影像，其中该第一影像的深度值大于该深度门限；以及
根据该第二影像信息，由该第二显示面板提供一第二影像，其中该第二影像的深度值小于该深度门限，其中该第一影像以及该第二影像构成该立体影像。
5.如权利要求4所述的立体影像的显示方法，其中该第一影像的第一光束穿过该深度调控装置的该液晶层后形成一第二光束，该第一光束的光型分布的亮暗差为D1，该第二光束的光型分布的亮暗差为D2，且D2/D1＜1/2。
6.如权利要求5所述的立体影像的显示方法，其中该裸眼式立体显示器，还包括：
一第一处理单元电性连接于该第一显示面板；
一第二处理单元电性连接于该第二显示面板；以及
一第三处理单元电性连接于该深度调控装置，该方法还包括：
由该第三处理单元根据一情境设定提供一影像深度系数，该深度调控装置根据该影像深度系数调整该第一显示面板的第一影像的物理深度位置。
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