TWI427326B - 曲線型柱面透鏡光柵 - Google Patents

Description

曲線型柱面透鏡光柵

本發明關於一種運用在裸視3D顯示技術的曲線型柱面透鏡光柵，尤其是指一種減低莫爾黑紋現象的曲線型柱面透鏡光柵。

在現實生活展示3D世界，一直是人類多年來不斷追求的夢想。直到3D立體技術突破了平面的局限，終於使夢想成為真實。目前最普遍使畫面達到3D立體影像的作法，即是以顯示器搭配光柵。原本顯示器呈現出的平面畫面，經過光柵的折射，將使畫面中的物體在人的雙眼中呈現出視差，此視差是利用人的雙眼相距一定距離，使通過左眼視圖與右眼視圖的差異，經大腦合成後成為一幅立體畫面。

目前3D顯示技術主要分為眼鏡及裸視。裸視3D顯示器使用的光柵多以曲線型柱面透鏡光柵及狹縫光柵為主，其中又以曲線型柱面透鏡光柵最為常見。但因光柵與顯示器的像素結構皆為規則之矩陣排列，像素與像素間的黑色遮罩(Black Mask)寬度，會造成3D影像在觀測時產生莫爾黑紋現象，此莫爾黑紋現象經由光學模擬的結果，從圖1A可明顯看出莫爾黑紋的寬度，此寬度越大將使顯示器呈現之畫質越差，為此改進莫爾黑紋寬度的技術也相繼推出。

美國專利號US6118584揭露了一種改進莫爾黑紋的立體顯示裝置，主要是改變液晶像素結構的形狀及配置，使液晶像素結構的矩陣改呈交錯排列，用以縮減莫爾黑紋的寬度，但此改進方式將會變動到顯示裝置的液晶像素結構，理論上可行，實際操作困難。

美國專利號US6064424揭露另一種改進莫爾黑紋的立體顯示裝置。係透過改變曲線型柱面透鏡光柵的配置方式，使之與像素結構間呈一夾角以縮減莫爾黑紋之寬度，但夾角的改進方式卻造成串音(Cross-talk)的問題產生，從圖1B可以看出，顯示器中某區域的畫面嚴重影響到鄰近區域亮度，且又會造成光柵與像素結構間之對位容許公差較小，實際操作仍有困難。

有鑑於此，如何針對上述習知的缺點進行研發改良，且在縮減莫爾黑紋的寬度之下、又能避免變動顯示器的像素結構以及便於顯示器與光柵的對位，降低製造難度，實為相關業界所需努力研發之目標。

為解決上述先前技術不盡理想之處，本發明提供一種曲線型柱面透鏡光柵，包含有相對液晶模組設置的透明基板，液晶模組具有多個像素，透明基板具有底部與上表面，前述上表面形成有互相連接的多個柱狀透鏡，多個柱狀透鏡係沿第一方向排列，且沿第二方向延伸，並沿第一方向往復的扭曲，各個柱狀透鏡的出光面具有小於二分之一圓周的弧形表面，扭曲之最大的偏移量大於0、但不大於1.2w，前述w是指延第二方向上相對液晶模組於任二像素之間的黑色遮罩寬度。

因此，本發明之主要目的係提供一種曲線型柱面透鏡光柵，透過扭曲柱狀透鏡，且控制扭曲的最大的偏移量為d，d大於0、但不大於1.2w，將可有效縮減莫爾黑紋的寬度。

本發明之另一目的係提供一種曲線型柱面透鏡光柵，其與顯示器搭配成3D顯示器時，因著透過柱面透鏡的扭曲，無需調整曲線型柱面透鏡光柵與顯示器的相對角度，可在對位裝配時獲得較大的容許公差。

本發明之又一目的係提供一種3D顯示器，其中包含有曲線型柱面透鏡光柵，此曲線型柱面透鏡光柵運用扭曲柱狀透鏡的技術，無需變動顯示器的像素結構的形狀與配置，即可有效縮減莫爾黑紋寬度的3D畫面。

由於本發明係揭露一種曲線型柱面透鏡光柵，其中所利用之曲線型柱面透鏡光柵之原理，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，不再作完整描述。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之結構示意，並未亦不需要依據實際尺寸完整繪製，合先敘明。

請參閱圖2A為第一較佳實施例3D顯示器的端面示意圖，此3D顯示器包含有依序排列的曲線型柱面透鏡光柵10、液晶模組20及背光模組30。從圖2A看出曲線型柱面透鏡光柵10包含有透明基板16，此透明基板16具有底部11與形成於底部11的上表面12，且曲線型柱面透鏡光柵10是以底部11朝向該液晶模組20。

接著請參閱圖2B為3D顯示器的前透視圖，此圖是從曲線型柱面透鏡光柵10朝液晶模組20透視，且可以看到液晶模組20具有多個像素(Pixel)21係呈矩陣排列，前述液晶模組20於任二像素21之間形成的黑色遮罩的寬度即是w，曲線型柱面透鏡光柵10的偏移量為d。

值得注意的是，請參閱圖2C為第二較佳實施例3D顯示器的端面示意圖，此圖2C與圖2A的差異在於曲線型柱面透鏡光柵10是以上表面12朝向該液晶模組20。

再請參閱圖3A為曲線型柱面透鏡光柵10的立體示意圖。曲線型柱面透鏡光柵10於上表面12形成有多個互相連接的柱狀透鏡13。請接著參閱圖3B為曲線型柱面透鏡光柵10的俯視圖。首先定義方向：第一方向為A、第二方向為B，第一、第二方向A、B互不平行，且以第二方向B垂直於第一方向A為較佳。柱狀透鏡13沿著第一方向A規則排列，且各個柱狀透鏡13沿第二方向B延伸，所有的柱狀透鏡13係同時以相同的偏移量d沿第一方向A規律的往復扭曲，且扭曲呈平滑的曲線狀。本實施例是以正弦波形式進行扭曲，且此正弦波的波長及振幅都相同。另外亦可以方波或三角波形式進行扭曲(未圖式)。

扭曲的偏移量d會影響莫爾黑紋的寬度，如偏移量d太小是無法消除莫爾黑紋，或偏移量d太大將會產生嚴重的串音(cross talk)、進而影響3D顯示效果，在較佳的實施例中，請同時參閱圖2B與圖3B，扭曲之最大的偏移量d大於0、但不大於1.2w，更明確的說w是延第二方向B上相對液晶模組20於任二像素21之間的黑色遮罩寬度。

請參閱圖3C為曲線型柱面透鏡光柵10的前視圖。每一柱狀透鏡13皆有弧形表面131，且弧形表面131可為球面或非球面，以此弧形表面131圈出一個圓，較佳地，此柱狀透鏡13的出光面具有弧形表面131，且弧形表面131小於圓周O的二分之一。

將曲線型柱面透鏡光柵10的底部11或上表面12朝向液晶模組20，即可將2D影像經過曲線型柱面透鏡光柵10的柱狀透鏡13轉換成3D影像。如此將不用更改液晶模組20的像素結構的成型形狀及配置方式。

以下是曲線型柱面透鏡光柵10另外二種扭曲狀態說明：

請參閱圖4A為另一曲線型柱面透鏡光柵10的立體示意圖。此曲線型柱面透鏡光柵10包含有透明基板16，且透明基板16亦包含有底部11、上表面12及柱狀透鏡13。

請參閱圖4B為另一曲線型柱面透鏡光柵10的俯視圖。首先定義第一方向為A、第二方向為B，第一、第二方向A、B互不平行，且第二方向B垂直於第一方向A為較佳。第二較佳實施例對照於第一較佳實施例的不同之處在於扭曲的形式。本實施例中，各個柱狀透鏡13是以多個正弦波形式扭曲，各個正弦波的波長不相同、但振幅相同。將柱狀透鏡13區分為13’與13”能明顯看出各個正弦波的波長彼此不同。另外亦可以方波或三角波形式進行扭曲(未圖式)。

請參閱圖5A為又一曲線型柱面透鏡光柵10的立體示意圖。此曲線型柱面透鏡光柵10包含有透明基板16，且透明基板16亦包含有底部11、上表面12及柱狀透鏡13。

請參閱圖5B為又一曲線型柱面透鏡光柵10的俯視圖。首先定義第一方向為A、第二方向為B，第一、第二方向A、B互不平行，且第二方向B垂直於第一方向A為較佳。第三較佳實施例對照於第一較佳實施例的不同之處在於偏移量d的定義。以起始方向C來看，曲線型柱面透鏡光柵10由上而下區分為前段、中段及後段，曲線型柱面透鏡光柵10於前段各個互相鄰接的柱狀透鏡13係以不相同的偏移量d沿第一方向A往復的扭曲，但每一個柱狀透鏡13具有相同的最大偏移量d，曲線型柱面透鏡光柵10中段至後段各個互相鄰接的柱狀透鏡13改以相同的偏移量d沿第一方向A往復的扭曲。將前段柱狀透鏡13另區分為13’與13”能明顯看出偏移量d彼此不同，簡單說，就是柱狀透鏡13’與13”的扭曲具有相位差。另將中段至後段柱狀透鏡13區分為13’與13”能明顯看出偏移量d彼此相同，簡單說，就是柱狀透鏡13’與13”的扭曲不具有相位差。

本發明曲線型柱面透鏡光柵10可運用於雙視角(2-View)與多視角(multi-view)。當運用於雙視角時，從圖6A比較圖1A可以發現莫爾黑紋的寬度已被縮減。當運用於多視角時，從圖6B比較圖1B可以發現各視角的串音現象相較於習知改變柱面透鏡光柵與像素結構要來的低。圖6A與6B中，橫軸代表曲線型柱面透鏡光柵10的各柱狀透鏡13位置(單位為mm)，縱軸代表曲線型柱面透鏡光柵10在觀測位置上的照度分布(單位為lux)。

另外要說明的是，柱狀透鏡可設計為不規則狀的扭曲(未圖式)。且各個正弦波的振幅可設計為不相同的振幅(未圖式)。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利權利；同時以上的描述，對於熟知本技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利範圍中。

10‧‧‧曲線型柱面透鏡光柵

16‧‧‧透明基板

11‧‧‧底部

12‧‧‧上表面

13‧‧‧柱狀透鏡

131‧‧‧弧形表面

A‧‧‧第一方向

B‧‧‧第二方向

O‧‧‧圓周

C‧‧‧起始方向

d‧‧‧偏移量

w‧‧‧黑色遮罩寬度

20‧‧‧液晶模組

21‧‧‧像素

30‧‧‧背光模組

圖1A，為習知技術之莫爾黑紋驗證圖。

圖1B，為習知技術之串音現象驗證圖。

圖2A，為根據本發明提出之第一較佳實施例3D顯示器的端面示意圖。

圖2B，為根據本發明提出之3D顯示器的前透視圖。

圖2C，為根據本發明提出之第二較佳實施例3D顯示器的端面示意圖。

圖3A，為根據本發明提出之曲線型柱面透鏡光柵的立體示意圖。

圖3B，為根據本發明提出之曲線型柱面透鏡光柵的立體示意圖。

圖3C，為根據本發明提出之曲線型柱面透鏡光柵的前視圖。

圖4A，為根據本發明提出之另一曲線型柱面透鏡光柵的立體示意圖。

圖4B，為根據本發明提出之另一曲線型柱面透鏡光柵的俯視圖。

圖5A，為根據本發明提出之又一曲線型柱面透鏡光柵的立體示意圖。

圖5B，為根據本發明提出之又一曲線型柱面透鏡光柵的俯視圖。

圖6A，為根據本發明提出之曲線型柱面透鏡光柵的莫爾黑紋驗證圖。

圖6B，為根據本發明提出之曲線型柱面透鏡光柵的串音現象驗證圖。

10‧‧‧曲線型柱面透鏡光柵

20‧‧‧液晶模組

21‧‧‧像素

w‧‧‧黑色遮罩寬度

Claims (10)

1. 一種曲線型柱面透鏡光柵，包含有一透明基板(16)，該透明基板(16)相對一液晶模組(20)設置，該液晶模組(20)具有多個像素(21)，該透明基板(16)具有一底部(11)與一上表面(12)，該上表面(12)形成有互相連接的多個柱狀透鏡(13)，該多個柱狀透鏡(13)係沿第一方向(A)排列，各個柱狀透鏡(13)的出光面具有小於二分之一圓周(O)的弧形表面(131)，該多個柱狀透鏡(13)沿第二方向(B)延伸，且沿該第一方向(A)往復的扭曲，該第二方向(B)與該第一方向(A)不平行，該扭曲的最大的偏移量(d)大於0、但不大於1.2w，其中w是延第二方向(B)上相對液晶模組(20)於任二像素(21)之間的黑色遮罩寬度。
2. 根據申請專利範圍第1項的曲線型柱面透鏡光柵，其中該透明基板(16)的底部(11)或上表面(12)朝向該液晶模組(20)。
3. 根據申請專利範圍第1項的曲線型柱面透鏡光柵，其中該扭曲呈平滑的曲線狀。
4. 根據申請專利範圍第1項的曲線型柱面透鏡光柵，其中該扭曲為不規律狀的扭曲或規律狀的扭曲。
5. 根據申請專利範圍第1項的曲線型柱面透鏡光柵，其中該扭曲呈正弦波。
6. 根據申請專利範圍第5項的曲線型柱面透鏡光柵，其中該扭曲包含多個正弦波形式，各個正弦波形式的波長不相同。
7. 根據申請專利範圍第5項的曲線型柱面透鏡光柵，其中各個正弦波形式的振幅相同或不相同。
8. 根據申請專利範圍第1項的曲線型柱面透鏡光柵，其中該多個柱狀透鏡(13)係同時以相同的偏移量(d)沿該第一方向(A)往復的扭曲。
9. 根據申請專利範圍第1項的曲線型柱面透鏡光柵，其中各個互相鄰接的柱狀透鏡(13)係以不相同的偏移量(d)沿該第一方向(A)往復的扭曲，但該多個柱狀透鏡(13)具有相同最大的偏移量(d)。
10. 根據申請專利範圍第1項的曲線型柱面透鏡光柵，其中該第二方向(B)垂直於該第一方向(A)。