TWI526717B - 裸視立體顯示裝置及排列裸視立體顯示裝置之像素的方法 - Google Patents

裸視立體顯示裝置及排列裸視立體顯示裝置之像素的方法 Download PDF

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Description

裸視立體顯示裝置及排列裸視立體顯示裝置之像素 的方法
本發明係關於一種裸視立體顯示裝置，特別是一種能夠藉由調整立體顯示裝置之特徵參數，以降低干涉條紋產生的裸視立體顯示裝置與方法。
伴隨著科技的進步，立體顯示技術已廣泛地應用於電影、家庭娛樂裝置或是手持式個人電子裝置中。因此，立體顯示技術除需具備有立體視覺感受外，更進一步促使使用者重視影像舒適度及真實與自然的影像品質。
就實務技術而言，若要在腦中呈現立體視覺的感受，必須利用視覺的雙眼視差(Binocular parallax)與移動視差(Motion parallax)來成像。
一般來說，人體的左、右眼間距平均約為65mm。因此，當影像進入至使用者眼裡，因左、右眼各自從不同的觀測角度來接收影像，故雙眼所接收到的影像也有所差異，稱之為雙眼視差。而移動視差則為，當使用者眼睛移動時，由於觀賞角度、位置產生改變，隨之眼睛所接收到的內容也有所不同。
因此，若要使觀賞者接收到立體影像，則必須讓眼睛分別只 接收到微小差異的個別影像。
當前的立體顯示技術包含眼鏡式(Stereoscopic)及裸眼式 (Auto stereoscopic)。其中，眼鏡式的3D立體顯示技術，觀看者尚須配戴額外的光學裝置，例如：偏光眼鏡(Polarizing glasses)、快門眼鏡(Shutter glasses)或紅藍眼鏡(Anaglyph)等。相對於眼鏡式的3D立體顯示技術，裸眼式則無須配戴任何裝置；裸眼式的原理是將處理過的影像訊息自不同角度投射於空間中的相異位置，再讓使用者透過左右眼接收到的不同影像訊息產生視差效果。
當前最常用來輔助裸眼式立體成像的光學元件為柱狀透鏡 (Lenticular Lenses)。一般而言，應用於立體顯示之柱狀透鏡都會將其製成長條狀的凸透鏡並排列成指定尺寸的顯示面積，再將顯示像素分成奇數像素及偶數像素影像，當柱狀透鏡層設置於顯示器像素前方時，利用柱狀透鏡的聚焦與光線折射等特性來改變光的前進路線，進而產生分光效果，使得左右眼所接收的影像訊息產生視差效果，再經由腦中將兩視覺影像合成為立體視覺。
然而，採用柱狀透鏡來實現3D立體顯示的技術仍存在其缺 點。舉例而言，由於柱狀透鏡的製作要求高精度，加上柱狀透鏡與顯示器像素貼合時由於光的干涉作用，貼合後容易產生干涉條紋(Moire)，且干涉條紋無法藉由技術完全消除，故僅能搭配精準的對位來降低。並且，若干涉條紋越明顯，將無法提供觀賞者舒適的立體視覺。
另一方面，柱狀透鏡特徵參數的設計，亦會影響干涉條紋的 多寡及像素影像的輸出；因此，若能透過調整柱狀透鏡的特徵參數來降低 干涉條紋的產生，即能提供觀賞者舒適的立體影像視覺。
有鑑於此，如何藉由調整柱狀透鏡之特徵參數，來降低干涉條紋的產生，以提供舒適的立體視覺感受，此乃為業界亟待解決的問題。
為達上述目的，本發明提供一種裸視立體顯示裝置，其包含一液晶模組(LCD module)顯示器、一黏著層(Adhesive layer)、一透鏡層(Lens layer)等元件，並藉由將該透鏡層所具有之曲率半徑R(Curvature radius)、柵距P(Pitch)、半柵距b(Half-pitch)、角度α、角度ψ等特徵參數進行相關限定，使當滿足關係式：R=b/sin(α+ψ)時，該裸視立體顯示裝置可產生具低干涉條紋及觀賞舒適度佳之裸視立體顯示裝置。
為讓上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂，下文係以較佳之實施例配合所附圖式進行詳細說明。
1‧‧‧裸視立體顯示裝置
10‧‧‧液晶模組顯示器
11‧‧‧頂面
12‧‧‧底面
13‧‧‧全像素
14‧‧‧次像素
20‧‧‧粘著層
30‧‧‧透鏡層
31‧‧‧基部
311‧‧‧側邊
312‧‧‧底邊
32‧‧‧曲面部
321‧‧‧曲面
CL‧‧‧中心軸
CR‧‧‧曲率中心
C‧‧‧底邊的中心點
Se‧‧‧側邊延伸線
n‧‧‧等效折射率
p‧‧‧柵距
b‧‧‧半柵距
t0‧‧‧厚度
R‧‧‧曲率半徑
k‧‧‧交點
EL‧‧‧反射邊界延伸線
NL‧‧‧法線
α‧‧‧角度
ψ‧‧‧角度
Rmax值‧‧‧曲率半徑
Rmin值‧‧‧曲率半徑
第1圖為本發明之裸視立體顯示裝置之立體圖。
第2圖為本發明之裸視立體顯示裝置之局部示意圖。
第3圖為本發明之裸視立體顯示裝置所具有之柱狀透鏡之示意圖。
第4圖為本發明之裸視立體顯示裝置1之像素的排列方法步驟圖。
第5圖為本發明之裸視立體顯示裝置之像素排列的第一實施例示意圖。
第6圖為本發明之裸視立體顯示裝置之像素排列的第二實施例示 意圖。
請參閱第1圖，其為本發明之裸視立體顯示裝置之示意圖。
如圖所示，裸式立體顯示裝置1包含一液晶模組顯示器10、一黏著層20及一透鏡層30。
液晶模組顯示器10作為影像輸出之來源，而裸視立體顯示裝置1之尺寸可為目前常見的7吋、9.7吋，也可依其他的使用需求來設計。此外，本發明之裸視立體顯示裝置1可為例如：家用影音電器、遊戲娛樂顯示設備、筆記型電腦、或個人手持式顯示裝置、手機、平板等裝置。
請再參閱第2圖，其為本發明之裸視立體顯示裝置之局部示意圖。
如圖所示，液晶模組顯示器10具有一頂面11及相對頂面11設置之一底面12。此外，透鏡層30可直接設置於液晶模組顯示器10之頂面11上，或是藉由一粘著層20而貼附於液晶模組顯示器10之頂面11上。透鏡層30具有一基部31及設置於基部31上方之一曲面部32，且曲面部32係由依序排列之複數曲面321所形成。
其中，液晶模組顯示器10係由紅、綠、藍三原色(RGB)光條並列組合而成之像素。液晶模組顯示器10具有複數全像素13(Full-Pixel)，且複數全像素13各具有複數次像素14(Sub-pixel)，複數次像素14分別為R像素光條、G像素光條及B像素光條。
舉例而言，於第2圖所示之實施例中，液晶模組顯示器10包含複數個全像素13，而各該全像素13係由三個次像素14所組合而成。
如第3圖所示，其為本發明之裸視立體顯示裝置1所具有之透鏡層30之示意圖。
透鏡層30具有一基部31及一曲面部32。透鏡層30具有一等效折射率n、一柵距p、一半柵距b。基部31具有一厚度t0，基部31下方具有一底邊的中心點C、一側邊延伸線Se。曲面部32具有複數曲面321，曲面321具有一曲率半徑R。
此外，曲面321與基部31之側邊311的交接處定義一交點k。底邊的中心點C與交點k連線之延伸定義一反射邊界延伸線EL。垂直曲率半徑R之切線係定義為一法線NL，且法線NL通過交點k。反射邊界延伸線EL與法線NL間係具有一角度α，反射邊界延伸線EL與基部所具有之側邊延伸線Se間係具有一角度ψ，且透鏡層30適可定義曲率半徑R，使曲率半徑R滿足下列關係式：R=b/sin(α+ψ)。
換言之，當曲率半徑R滿足該關係式時，即可使本發明之裸視立體顯示裝置1為觀賞者提供舒適的立體視覺。
以下將針對透鏡層30之結構作進一步說明。
請再次參閱第2圖，透鏡層30係由複數個柱狀透鏡排列而成，並且以一體成型之加工方式製成，因此複數個柱狀透鏡排列後將在透鏡層30表面形成複數曲面321。
從透鏡層30之橫切面觀看，透鏡層30包含基部31及曲面部32，且基部31所涵蓋之部分定義有厚度t0，且曲面部32上之每一個曲面321其形狀與大小皆為一致。
由於液晶模組顯示器10之頂面11上，亦可具有粘著層20來協 助貼附透鏡層30，故黏著層20須具備良好的透光性，且膠結強度良好，具耐高溫、抗紫外線等特徵。黏著層之材料可為：光學膠(OCA)、感壓膠(PSA)、矽膠等。
另一方面，如果不使用黏著層20，本案之裸視立體顯示裝置 1則具有可拆裝式(外掛式)之功能。即，透鏡層30可直接設置成獨立之組件後，再掛設於液晶顯示螢幕上，藉此產生3D視覺效果。而若將之移除，則可恢復一般2D視覺效果使用。
如第2圖及第3圖所示，於本發明之一較佳實施例中，各次像 素14係具有一寬度a，且柵距p小於2倍寬度a。柵距p與半柵距b之關係為：p=2b。曲率半徑R具有一中心軸CL，中心軸CL與基部31之底邊312定義底邊的中心點C。曲率半徑R介於一Rmax值及一Rmin值之間，其中Rmin為半柵距b之值，Rmax大於曲率半徑R，並且滿足下列關係式：Rmin<曲率半徑R<Rmax。
如第4圖所示，本發明亦提供一種裸視立體顯示裝置1之像素 的排列方法，其包含下列步驟：如步驟501所示，提供透鏡層30，使透鏡層30具有基部31及設置於基部31上方之曲面部32，且曲面部32係為順序排列之複數曲面321。 接著，如步驟502所示，提供液晶模組顯示器10，使液晶模組顯示器10具有水平寬度、垂直寬度及複數全像素13，且複數全像素13各具有複數次像素14。最後，如步驟503所示，將透鏡層30設置於液晶模組顯示器10上，使複數像素排列設置於透鏡層30下方。
在完成前述步驟之後，可利用下述兩種方式進行次像素14 之排列，其分別為：如步驟504所示，將複數次像素14沿一垂直寬度之方向排列，且相鄰之複數次像素14在垂直寬度方向上彼此具有相異像素；或者，如步驟505所示，將複數次像素14沿一水平寬度之方向排列，且相鄰之複數次像素14在水平方向上彼此具有相異像素。
此外，於步驟503中，亦可藉由粘著層20，將透鏡層30貼附於液晶模組顯示器10上，使複數像素排列於透鏡層30下方。
需說明的是，前述使複數像素排列於透鏡層30下方之方式，可進一步具有以下實施態樣。
首先，係可如第5圖所示，當透鏡層30設置於液晶模組顯示器10上時，使複數曲面321之其中之一僅用以覆蓋二個次像素14。因此，在第5圖所示之實施例中，曲面321所具有之柵距p係略小於二個次像素14之總寬度。
又或者，如第6圖所示，當透鏡層30設置於液晶模組顯示器10上時，使複數曲面321之其中之一係用以覆蓋二個全像素13(即，共覆蓋六個次像素14)。因此，在第6圖所示之實施例中，曲面321所具有之柵距p係略小於二個全像素13之總寬度(即，六個次像素14之總寬度)。
綜上所述，透過透鏡層30與全像素13或次像素14間的特殊設置關係，同時藉由本發明之裸視立體顯示裝置1對透鏡層30之特徵參數的限定，當滿足R=b/sin(α+ψ)之關係式時，將可產生具低干涉條紋，並提供觀賞舒適度佳之裸視立體顯示裝置。
上述之實施例僅用來列舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕 易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
1‧‧‧裸視立體顯示裝置
10‧‧‧液晶模組顯示器
20‧‧‧粘著層
30‧‧‧透鏡層

Claims (12)

  1. 一種裸視立體顯示裝置，包含：一液晶模組(LCD module)顯示器，具有一頂面及相對該頂面設置之一底面；以及一透鏡層，設置於該液晶模組顯示器之上方，該透鏡層具有一基部及設置於該基部上方之一曲面部，且該曲面部係為係為一順序排列之複數曲面；其中，該透鏡層具有一等效折射率n、一柵距p、一半柵距b，該基部具有一厚度t0，該基部下方具有一底邊的中心點C，且該基部側邊具有一側邊延伸線Se，各該曲面具有一曲率半徑R、該曲面與該基部側邊之交接處定義一交點k；該底邊的中心點C與該交點k連線之延伸定義一反射邊界延伸線EL；垂直該曲率半徑R之切線係定義為一法線NL，且該法線NL通過該交點k；該反射邊界延伸線EL與該法線NL間係具有一角度α，該反射邊界延伸線EL與該基部所具有之該側邊延伸線Se間係具有一角度ψ，且該透鏡層適可定義該曲率半徑R，使該曲率半徑R滿足下列關係式：R=b/sin(α+ψ)。
  2. 如請求項1所述之裸視立體顯示裝置，其中該液晶模組顯示器更包含一黏著層(Adhesive layer)，該黏著層係設置於該液晶模組顯示器與該透鏡層之間。
  3. 如請求項1所述之裸視立體顯示裝置，其中該液晶模組顯示器具有複數全像素(Full-Pixel)，且該等全像素各具有複數次像素(Sub-Pixel)。
  4. 如請求項1所述之裸視立體顯示裝置，其中各該次像素係 具有一寬度，且該柵距p小於2倍該寬度。
  5. 如請求項1所述之裸視立體顯示裝置，其中該柵距p與該半柵距b之關係為：p=2b。
  6. 如請求項1所述之裸視立體顯示裝置，其中該曲率半徑R具有一中心軸CL，該中心軸CL與該基部之一底邊定義該底邊的中心點C。
  7. 如請求項1所述之裸視立體顯示裝置，該曲率半徑R介於一Rmax值及一Rmin值之間，其中該Rmin為該半柵距b之值，Rmax大於該曲率半徑R，並且滿足下列關係式：Rmin<曲率半徑R<Rmax。
  8. 一種裸視立體顯示裝置之像素的排列方法，包含：(a)提供一透鏡層，該透鏡層具有一基部及設置於該基部上方之一曲面部，且該曲面部係為一順序排列之複數曲面；(b)提供一液晶模組顯示器，該液晶模組顯示器具有一水平寬度、一垂直寬度及複數全像素，且該等全像素各具有複數次像素；以及(c)將該透鏡層設置於該液晶模組顯示器上，使該等像素排列於該透鏡層下方。
  9. 如請求項8所述之方法，更包含下列步驟：(d1)將該等次像素沿該垂直寬度之方向排列，且相鄰之該等次像素在垂直寬度方向上彼此具有相異像素。
  10. 如請求項8所述之方法，更包含下列步驟：(d2)將該等次像素沿該水平寬度之方向排列，且相鄰之該等次像素在水平方向上彼此具有相異像素。
  11. 如請求項8所述之方法，其中(c)步驟包含；(c1)將該透鏡層貼附於該液晶模組顯示器上，使該等像素排列於該透鏡層下方。
  12. 如請求項8所述之方法，其中當該透鏡層設置於該液晶模組顯示器上時，該複數曲面之其中之一適可覆蓋一組或以上之全像素。
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