TWI418851B - 立體顯示器及其顯示方法 - Google Patents

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TWI418851B
TWI418851B TW100102041A TW100102041A TWI418851B TW I418851 B TWI418851 B TW I418851B TW 100102041 A TW100102041 A TW 100102041A TW 100102041 A TW100102041 A TW 100102041A TW I418851 B TWI418851 B TW I418851B
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Ken Yu Liu
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Description

立體顯示器及其顯示方法
本發明是有關於一種顯示器及其顯示方法，且特別是有關於一種立體顯示器及其顯示方法。
隨著科技的進步與發達，人們對於物質生活以及精神層面的享受一向都只有增加而從未減少。以精神層面而言，在這科技日新月異的年代，人們希望能夠藉由顯示裝置來實現天馬行空的想像力，以達到身歷其境的效果；因此，如何使顯示裝置呈現立體的圖像或影像，便成為現今顯示裝置技術亟欲達到的目標。其中一種立體顯示器的工作原理是在顯示面板外貼附具有兩種相位延遲區的相位延遲膜，以使用於顯示左眼影像的畫素區所提供的光線與用於顯示右眼影像的畫素區所提供的光線具有不同的偏振狀態，藉此將左眼影像與右眼影像分別經由頭戴式眼鏡的選擇而傳遞至左眼與右眼，以在使用者的腦中形成立體影像。
然而，為了避免畫素區所提供的光線斜向通過錯誤的相位延遲區而傳遞錯誤的影像給使用者，相位延遲膜在兩種相位延遲區之間必須配置黑矩陣。如此一來，就大幅降低了顯示器單純用於顯示二維影像時的亮度及視角範圍，且增加了相位延遲膜的成本。
本發明提供一種立體顯示器，其具有所有區域的透光率都相同的相位延遲膜，可以在顯示二維影像時保有優異的顯示亮度以及視角範圍。
本發明提供一種顯示方法，利用顯示面板上的適當配置，可以依需求而選擇顯示立體影像或是二維影像。
本發明提出一種立體顯示器，其包括一顯示面板以及一相位延遲膜。其中，顯示面板具有陣列排列的多個第一畫素區與多個第二畫素區。相位延遲膜配置於顯示面板的表面，其中相位延遲膜具有交錯排列的多個第一延遲區與多個第二延遲區，第一延遲區的相位延遲量相同，第二延遲區的相位延遲量相同，第一延遲區的相位延遲量不同於第二延遲區的相位延遲量，相位延遲膜的所有區域的透光率都相同。
在本發明之一實施例中，上述之對應任一第一延遲區或對應任一第二延遲區的每個第一畫素區具有一第一面積，同時對應相鄰的一個第一延遲區與一個第二延遲區的每個第二畫素區具有一第二面積，各第一面積大於或等於各第二面積。
在本發明之一實施例中，上述之各第一面積例如是各第二面積的兩倍。
在本發明之一實施例中，上述之顯示面板包括一主動元件陣列基板、一彩色濾光基板以及一液晶層。主動元件陣列基板具有一主動元件陣列。彩色濾光基板具有一黑矩陣與多個彩色濾光膜，其中黑矩陣具有多個開口，各開口對應一個第一畫素區或一個第二畫素區，且各開口對應一個彩色濾光膜。液晶層配置於主動元件陣列基板與彩色濾光基板之間。此時，立體顯示器可進一步包括一偏光片，偏光片可以配置於彩色濾光基板之外表面，且相位延遲膜配置於偏光片之上。或者，偏光片也可以配置於彩色濾光基板之內表面，且相位延遲膜配置於偏光片與彩色濾光基板之間。
在本發明之一實施例中，上述之顯示面板包括一主動元件陣列基板、一對向基板以及一液晶層。主動元件陣列基板具有一主動元件陣列、一黑矩陣與多個彩色濾光膜，其中黑矩陣具有多個開口，各開口對應一個畫素區，且各開口對應一個彩色濾光膜。液晶層配置於主動元件陣列基板與對向基板之間。此時，立體顯示器可進一步包括一偏光片，偏光片可以配置於對向基板之外表面，且相位延遲膜配置於偏光片之上。或者，偏光片也可以配置於對向基板之內表面，且相位延遲膜配置於偏光片與對向基板之間。
在本發明之一實施例中，上述之第一延遲區的相位延遲量例如為0、λ/4、-λ/4、3λ/4、-3λ/4、λ/2或-λ/2，第二延遲區的相位延遲量例如為0、λ/4、-λ/4、3λ/4、-3λ/4、λ/2或-λ/2。
在本發明之一實施例中，上述之顯示面板例如是聚合物維持配向液晶顯示面板。
本發明另提出一種顯示方法，其適用於上述之立體顯示器，此顯示方法包括下列步驟。在一二維顯示狀態時，使用顯示面板的所有第一畫素區與第二畫素區顯示一二維畫面。在一立體顯示狀態時，僅使用顯示面板之第一畫素區，且第二畫素區為暗態。
基於上述，本發明之立體顯示器及其顯示方法利用相位延遲膜中具有不同相位延遲量的第一延遲區與第二延遲區來將顯示面板所顯示的影像轉變成具有立體資訊的影像，藉此使用者在頭戴式眼鏡後觀看可以看到立體影像。另一方面，由於相位延遲膜中具有不同相位延遲量的第一延遲區與第二延遲區的透光率相同，而不具有如黑矩陣等遮光構件，因此本發明之立體顯示器及其顯示方法在顯示二維影像時亦保有良好的亮度及視角範圍。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明提出一種立體顯示器，具有可依使用情境而選擇顯示出二維影像或是三維的立體影像的功能，並且，由於立體顯示器中，顯示面板所貼附的相位延遲膜的所有區域的透光率都相同，並沒有在兩種相位延遲區之間配置黑矩陣，因此在顯示二維影像時具有優異的亮度及視角範圍。以下將列舉些許實施例搭配圖式詳細說明本發明之畫素結構。
圖1為本發明一實施例之立體顯示器的剖面示意圖。請參照圖1，立體顯示器200包括一顯示面板210以及一相位延遲膜220，其中顯示面板210具有陣列排列的多個第一畫素區210A與多個第二畫素區210B，而相位延遲膜220配置於顯示面板210的表面。具體而言，相位延遲膜220具有多個第一延遲區220A與多個第二延遲區220B，這些第一延遲區220A與這些第二延遲區220B彼此交錯排列，這些第一延遲區220A的相位延遲量彼此相同，這些第二延遲區220B的相位延遲量彼此相同，且這些第一延遲區220A的相位延遲量不同於這些第二延遲區220B的相位延遲量。詳細而言，第一延遲區220A與第二延遲區220B例如分別是λ/4相位延遲區與3λ/4相位延遲區，以使顯示面板210所顯示的影像在通過相位延遲膜220時分別產生左旋光與右旋光等不同的偏振狀態，藉此，使用者可經由頭戴式眼鏡的選擇而將具有不同偏振狀態的影像分別傳遞至左眼與右眼，以在使用者的腦中形成立體影像。
在本實施例中，λ/4相位延遲區係指該延遲區(第一延遲區220A或第二延遲區220B)能夠提供約λ/4之相位延遲量(phase retardation value)，而3λ/4相位延遲區係指該延遲區(第一延遲區220A或第二延遲區220B)能夠提供約3λ/4之相位延遲量。
在本實施例中，第一延遲區220A僅需與第二延遲區220B不同即可，舉例而言，第一延遲區220A所提供之相位延遲量可以是0、λ/4、-λ/4、3λ/4、-3λ/4、λ/2或-λ/2，而第二延遲區220B所提供之相位延遲量可以是0、λ/4、-λ/4、3λ/4、-3λ/4、λ/2或-λ/2。在本發明之一實施例中，第一延遲區220A與第二延遲區220B的相位延遲量可分別為λ/4以及-λ/4。在本發明之另一實施例中，第一延遲區220A與第二延遲區220B的相位延遲量可分別為λ/2以及-λ/2。在本發明之又一實施例中，第一延遲區220A與第二延遲區220B的相位延遲量可分別為0以及λ/4，或分別為0以及-λ/4。在本發明之再一實施例中，第一延遲區220A與第二延遲區220B的相位延遲量可分別為0以及λ/2，或分別為0以及-λ/2。值得注意得是，前述之第一延遲區220A與第二延遲區220B所提供的相位延遲量是可以互換的。
特別的是，相位延遲膜220的所有區域220A、220B的透光率都相同。換言之，在本發明之立體顯示器200中，相位延遲膜220並沒有設置如黑矩陣230等遮光構件，而僅由第一延遲區220A與第二延遲區220B所構成，如此一來，顯示面板210所顯示的影像可以順利地通過相位延遲膜220，並不會因為黑矩陣230等遮光構件的存在而損失顯示影像的亮度以及縮小視角範圍，因此本發明之立體顯示器200具有優異的亮度及視角範圍。
請繼續參照圖1，以下進一步說明顯示面板之第一畫素區與第二畫素區與相位延遲膜中的第一延遲區與第二延遲區之間的相對關係。如圖1所示，在本實施例中，第一畫素區210A完全地位於第一延遲區220A或第二延遲區220B所涵蓋的範圍內，而第二畫素區210B則涵蓋第一延遲區220A與第二延遲區220B的交界處。換言之，第一畫素區210A是完全對應同一個延遲區，例如完全對應第一延遲區220A或是完全對應第二延遲區220B，而第二畫素則是同時對應兩種延遲區。因此，當立體顯示器200處於立體顯示狀態時，立體顯示器200藉由讓第二畫素區210B呈現暗態來避免光線斜向通過錯誤的相位延遲區而傳遞錯誤的影像給使用者的情況，而不必在相位延遲膜220的兩種相位延遲區之間額外設置黑矩陣230(如圖2及圖3所示)，如此亦可以節省相位延遲膜220的製作成本。
此外，基於提高立體顯示器處於立體顯示狀態時顯示亮度以及提升立體顯示器處於二維顯示狀態時顯示品質的考量，可以進一步設計第一畫素區210A與第二畫素區210B的面積關係。詳言之，對應任一第一延遲區220A或對應任一第二延遲區220B的每個第一畫素區210A具有一第一面積A1，而同時對應相鄰的一個第一延遲區220A與一個第二延遲區220B的每個第二畫素區210B具有一第二面積A2，且各第一面積A1較佳是大於或等於各第二面積A2，且在本實施例中，各第一面積A1較佳為各第二面積A2的兩倍。
值得一提的是，顯示面板210可以是液晶顯示面板或其他表面貼有偏光片的顯示面板。以液晶顯示面板為例，液晶顯示面板可以是由主動元件陣列基板、彩色濾光基板以及液晶層所構成，也可以是整合了彩色濾光圖案的薄膜電晶體陣列基板(color filter on array,COA)，以下舉例進一步說明顯示面板的構件以及顯示面板構件與相位延遲膜的設置關係。
圖2A與圖2B分別為本發明一實施例之立體顯示器中的剖面示意圖，其中圖2A與圖2B中的顯示面板主要是由主動元件陣列基板、彩色濾光基板以及液晶層所構成。請先參照圖2A，顯示面板210包括主動元件陣列基板212、彩色濾光基板214以及液晶層216，其中主動元件陣列基板212具有一主動元件陣列270。彩色濾光基板214具有一黑矩陣230與多個彩色濾光膜240，其中黑矩陣230具有多個開口H，各開口H對應一個第一畫素區210A或一個第二畫素區210B，且各開口H中配置有一個對應之彩色濾光膜240，如紅色彩色濾光膜、綠色彩色濾光膜或藍色彩色濾光膜。液晶層216配置於主動元件陣列基板212與彩色濾光基板214之間。並且，立體顯示器200可進一步包括一偏光片250，如圖2A所示，偏光片250配置於彩色濾光基板214之外表面，且相位延遲膜220配置於偏光片250之上。當然，偏光片250的設置位置也可以如圖2B所示，而配置於彩色濾光基板214之內表面，換言之，偏光片250與相位延遲膜220可分別配置於彩色濾光基板214兩對側，然而，本發明並不限定偏光片250的設置位置。
圖3A與圖3B分別為本發明一實施例之立體顯示器中的剖面示意圖，其中圖3A與圖3B中的顯示面板310為整合了彩色濾光圖案的薄膜電晶體陣列基板(COA)。請先參照圖3A，顯示面板310包括一主動元件陣列基板212、一對向基板260以及一液晶層216。在本實施例中，主動元件陣列基板212具有一主動元件陣列270、一黑矩陣230與多個彩色濾光膜240，其中黑矩陣230具有多個開口H，各開口H對應一個畫素區，此畫素區例如是第一畫素區210A或是第二畫素區210B，且各開口H對應一個彩色濾光膜240。液晶層216配置於主動元件陣列基板212與對向基板260之間。並且，如圖3A所示，立體顯示器200的偏光片250可以配置於對向基板260之外表面，且相位延遲膜220配置於偏光片250之上。當然，偏光片250的設置位置也可以如圖3B所示，配置於對向基板260之內表面，且相位延遲膜220配置於偏光片250與對向基板260之間，本發明並不限定偏光片250的設置位置。
值得一提的是，本發明並不限定顯示面板的適用種類，舉例來說，顯示面板可以使用多域垂直配向型(In-Plane Switching,IPS)液晶顯示面板、水平切換型(Multi Domain Vertical Alignment,MVA)液晶顯示面板、扭曲向列型(Twisted Nematic,TN)液晶顯示面板或者是聚合物維持配向(Polymer Stabilized Alignment,PSA)液晶顯示面板。以下以聚合物維持配向液晶顯示面板為例進一步進行說明。
圖4為本發明一實施例之立體顯示器中顯示面板為聚合物維持配向液晶顯示面板的局部上視圖，其中圖4中僅以一組第一畫素區210A與第二畫素區210B為代表進行說明，圖5A與圖5B為具有圖4之顯示面板210的立體顯示器分別處於二維顯示狀態時以及立體顯示狀態的示意圖。首先，如圖4所示，顯示面板210具有第一畫素區210A以及第二畫素區210B。以下將以圖4所示之顯示面板為例，在此說明立體顯示器的顯示方法，請參照圖4、圖5A與圖5B，下文將一併說明。為了清楚說明，在圖5A與圖5B中僅示意性地繪示出第一畫素區210A、第二畫素區210B、第一延遲區220A以及第二延遲區220B以及顯示面板210中黑矩陣230的結構，而省略了其他可能構件的繪示。
請先參照圖5A，當立體顯示器200處於二維顯示狀態時，立體顯示器200使用顯示面板210的所有第一畫素區210A與第二畫素區210B顯示一二維(2D)畫面，此時由於本發明之立體顯示器200的相位延遲膜220中所有延遲區的透光率都相同，在相位延遲膜220中並沒有如黑矩陣等不透光的構件，因此，立體顯示器200在二維顯示狀態時可以表現出優異的亮度以及視角範圍的特性。
另一方面，請參照圖5B，當立體顯示器200處於立體顯示狀態時，立體顯示器200是使對應兩種延遲區的第二畫素區210B呈現暗態，而僅使用顯示面板210的所有第一畫素區210A顯示一影像。接著，當這些第一畫素區210A所顯示的影像通過具有不同相位延遲量的相位延遲膜220之後，第一畫素區210A所顯示的影像可以分別在通過第一延遲區220A以及第二延遲區220B之後可以對應地呈現出具有不同偏振狀態的影像，其中第一延遲區220A例如是λ/4相位延遲區，而第二延遲區220B例如是3λ/4相位延遲區。當第一畫素區210A所顯示的影像經由λ/4相位延遲區與3λ/4相位延遲區時分別產生左旋光與右旋光的不同偏振狀態，因此使用者可在戴上頭戴式眼鏡之後，看到立體影像。
在一種實施例中，於二維顯示狀態時，第一畫素區210A與第二畫素區210B可以具有各自獨立的開關元件並分別顯示不同的資訊，而分別作為一個單獨顯示的畫素單元(未繪示於圖中)。當然，在另一種實施例中，於二維顯示狀態時，第一畫素區210A與第二畫素區210B也可以共同顯示而作為一組具有主顯示單元以及次顯示單元的畫素單元，此時，具有較大開口率的第一畫素區210A可作為主顯示單元，而第二畫素單元250B則可作為次顯示單元。如此，有助於降低其進行二維顯示時的色散(color washout)現象。
綜上所述，本發明之立體顯示器及其顯示方法利用相位延遲膜中具有不同相位延遲量的第一延遲區與第二延遲區的透光率相同，藉此不但可以顯示出立體影像，並且在顯示二維影像時，本發明之立體顯示器及其顯示方法亦可以達到優異的影像顯示亮度及視角範圍。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200．．．立體顯示器
210、310．．．顯示面板
210A．．．第一畫素區
210B．．．第二畫素區
212．．．主動元件陣列基板
214．．．彩色濾光基板
216．．．液晶層
220．．．相位延遲膜
220A．．．第一延遲區
220B．．．第二延遲區
230．．．黑矩陣
240．．．彩色濾光膜
250．．．偏光片
260‧‧‧對向基板
270‧‧‧主動元件陣列
A1‧‧‧第一面積
A2‧‧‧第二面積
H‧‧‧開口
圖1為本發明一實施例之立體顯示器的剖面示意圖。
圖2A與圖2B分別為本發明一實施例之立體顯示器中的剖面示意圖。
圖3A與圖3B分別為本發明一實施例之立體顯示器中的剖面示意圖。
圖4為本發明一實施例之立體顯示器中顯示面板為聚合物維持配向液晶顯示面板的局部上視圖。
圖5A與圖5B為具有圖4之顯示面板的立體顯示器分別處於二維顯示狀態時以及立體顯示狀態的示意圖。
200．．．立體顯示器
210．．．顯示面板
210A．．．第一畫素區
210B．．．第二畫素區
220．．．相位延遲膜
220A．．．第一延遲區
220B．．．第二延遲區
A1．．．第一面積
A2．．．第二面積

Claims (12)

  1. 一種立體顯示器，包括：一顯示面板，具有陣列排列的多個第一畫素區與多個第二畫素區；以及一相位延遲膜，配置於該顯示面板的表面，其中該相位延遲膜具有交錯排列的多個第一延遲區與多個第二延遲區，該些第一延遲區的相位延遲量相同，該些第二延遲區的相位延遲量相同，該些第一延遲區的相位延遲量不同於該些第二延遲區的相位延遲量，該相位延遲膜的所有區域的透光率都相同，其中每一該第一畫素區完全地位於其中一該第一延遲區或其中一該第二延遲區所涵蓋的範圍內，每一該第二畫素區涵蓋其中一該第一延遲區與其中一該第二延遲區的交界處。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯示器，其中對應任一該些第一延遲區或對應任一該些第二延遲區的每個該些第一畫素區具有一第一面積，同時對應相鄰的一個該些第一延遲區與一個該些第二延遲區的每個該些第二畫素區具有一第二面積，各該第一面積大於或等於各該第二面積。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯示器，其中各該第一面積是各該第二面積的兩倍。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯示器，其中該顯示面板包括：一主動元件陣列基板，具有一主動元件陣列； 一彩色濾光基板，具有一黑矩陣與多個彩色濾光膜，其中該黑矩陣具有多個開口，各該開口對應一個該些第一畫素區或一個該些第二畫素區，且各該開口對應一個該些彩色濾光膜；以及一液晶層，配置於該主動元件陣列基板與該彩色濾光基板之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之立體顯示器，更包括一偏光片，該偏光片配置於該彩色濾光基板之外表面，且該相位延遲膜配置於該偏光片之上。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之立體顯示器，更包括一偏光片，該偏光片配置於該彩色濾光基板之內表面，且該相位延遲膜配置於該偏光片與該彩色濾光基板之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯示器，其中該顯示面板包括：一主動元件陣列基板，具有一主動元件陣列、一黑矩陣與多個彩色濾光膜，其中該黑矩陣具有多個開口，各該開口對應一個該些畫素區，且各該開口對應一個該些彩色濾光膜；一對向基板；以及一液晶層，配置於該主動元件陣列基板與該對向基板之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之立體顯示器，更包括一偏光片，該偏光片配置於該對向基板之外表面，且該相位延遲膜配置於該偏光片之上。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之立體顯示器，更包括一偏光片，該偏光片配置於該對向基板之內表面，且該相位延遲膜配置於該偏光片與對向基板之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯示器，其中該些第一延遲區的相位延遲量為0、λ/4、-λ/4、3λ/4、-3λ/4、λ/2或-λ/2，而該些第二延遲區的相位延遲量為0、λ/4、-λ/4、3λ/4、-3λ/4、λ/2或-λ/2。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯示器，其中該顯示面板為聚合物維持配向液晶顯示面板。
  12. 一種顯示方法，適用於如申請專利範圍第1項所述之立體顯示器，該顯示方法包括：在一二維顯示狀態時，使用該顯示面板的所有該些第一畫素區與該些第二畫素區顯示一二維畫面；以及在一立體顯示狀態時，僅使用該顯示面板之該些第一畫素區，且該些第二畫素區為暗態。
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