TWI714503B - 顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種顯示裝置，包括同調光源、顯示單元、光擴散元件以及至少一光學元件。同調光源提供一同調光束。顯示單元基於對於同調光束的干涉而形成一三維圖像光束，三維圖像光束在通過顯示單元後成像於一中間成像面上。光擴散元件設置於中間成像面上，其中三維圖像光束通過光擴散元件而時序性改變三維圖像光束的擴散角度。至少一光學元件位於來自於光擴散元件的三維圖像光束的傳遞路徑上，用於將通過顯示單元的三維圖像光束投影出顯示裝置，以顯示三維圖像。

Description

顯示裝置

本發明是有關於一種使用同調光束的顯示裝置，且特別是有關於一種使用全息術的顯示裝置。

三維（three-dimensional，3D）顯示技術應用於各種圖像顯示領域，例如，電影、電視（television，TV）、和行動電話等。最終，3D顯示的目的是能夠使人體驗3D效果（彷彿他或她處於真實環境中），因此，一直在對包括例如身歷聲方案和多視角方案等的各種各樣的技術進行研究。全息術（holography）被代表性地用作將3D空間光資訊恢復為真實光的形式的技術。全息術可以基於干涉（即，光的波形性）在空間中將光恢復。

然而，由於使用全息術的顯示裝置所使用的同調光束具有高同調性，因此在空間形成建設性或破壞性干涉（interference）現象，進而在被照射面上產生斑點狀的散斑（speckle）。此種散斑是一種不規則的雜訊狀圖案，具有看似不規則的亮暗雜點，而會導致被照射面上的亮度不均勻。因此，易造成應用此光源的投影裝置的影像品質下降，而令使用者視覺觀感變差。

現有一種用於消除使用同調光束的一般顯示裝置的散斑的方法是在同調光源的前面設置振動鏡以使同調光束均勻化，但是，由於此種方法會改變相干光束的空間光信息，因此會影響全息圖的形成，所以無法被應用於使用全息術的顯示裝置上。

本發明提供一種顯示裝置，能夠提供具有良好影像品質的影像。

本發明的顯示裝置包括同調光源、顯示單元、光擴散元件以及至少一光學元件。同調光源提供一同調光束。顯示單元基於對於同調光束的干涉而形成一三維圖像光束，三維圖像光束在通過顯示單元後成像於一中間成像面上。光擴散元件設置於中間成像面上，其中三維圖像光束通過光擴散元件而時序性改變三維圖像光束的擴散角度。至少一光學元件位於來自於光擴散元件的三維圖像光束的傳遞路徑上，用於將通過顯示單元的三維圖像光束投影出顯示裝置，以顯示三維圖像。

在本發明的一實施例中，上述的光擴散元件具有一致動器，致動器與光擴散元件電性連接，並用於以一驅動頻率驅動光擴散元件。

在本發明的一實施例中，上述的致動器用於驅動光擴散元件振動，且驅動頻率為光擴散元件的振動頻率。

在本發明的一實施例中，上述的致動器用於驅動光擴散元件轉動，且驅動頻率為光擴散元件的轉動頻率。

在本發明的一實施例中，上述的光擴散元件為一液晶元件，且光擴散元件包括一控制器，控制器控制液晶元件中的液晶分子的排列狀態隨時序改變。

在本發明的一實施例中，上述的控制器能夠控制光擴散元件形成多個擴散圖案，各擴散圖案分別在不同的時序中對應地形成，且光擴散元件形成其中一擴散圖案時的液晶分子的排列狀態與光擴散元件形成另一擴散圖案時的液晶分子的排列狀態彼此不同。

在本發明的一實施例中，上述的控制器能夠控制光擴散元件的一擴散圖案切換頻率，擴散圖案切換頻率為單位時間內的多個擴散圖案形成的頻率，且當多個擴散圖案的種類為N種時，切換頻率的範圍大於60赫茲的N倍。

基於上述，本發明的實施例的顯示裝置可以通過光擴散元件的配置來調節三維圖像光束的整體的均勻性。因此，通過光擴散元件形成的三維圖像光束具有良好的均勻性，如此，顯示裝置能夠提供呈現均勻亮度的三維圖像，進而改善影像品質和使用者的視覺觀感。

圖1是依照本發明一實施例的顯示裝置的結構示意圖。請參照圖1，在本實施例中，顯示裝置100包括同調光源110、顯示單元120、光擴散元件130以及至少一光學元件140。同調光源110用以提供一同調光束50。舉例而言，在本實施例中，同調光源110是雷射光源，顯示單元120可為一矽基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel, LCOS panel)，而可用以調制同調光束50的相位，以使通過顯示單元120的同調光束50能夠基於彼此之間的干涉來形成三維圖像光束60。然而，本發明不以此為限，在其他實施例中，顯示單元120亦可以是其他可用以調制同調光束50的相位的光束調變器。只要顯示單元120可以用作空間光調製器，並且可以具有能夠調制同調光束50的相位的結構即可。

此外，如圖1所示，在本實施例中，顯示裝置100還可包括一透鏡ML。具體而言，透鏡ML可以被設置成對應於顯示單元120上的每個像素，並將同調光束50引導到顯示單元120中的特定位置上，以使同調光束50能有效地被調制為三維圖像光束60，其中三維圖像光束60記載了形成三維圖像所需的空間光資訊(spatial light information)。

如此，顯示單元120基於對於同調光束50的干涉而能用以形成三維圖像光束60，並且，如圖1所示，三維圖像光束60在通過顯示單元120後成像於一中間成像面IS上。更具體而言，如圖1所示，在本實施例中，光擴散元件130也設置於中間成像面IS上。

進一步而言，如圖1所示，在本實施例中，光擴散元件130具有一致動器131，致動器131與光擴散元件130電性連接，並用於以一驅動頻率驅動光擴散元件130。舉例而言，致動器131用於驅動光擴散元件130轉動且驅動頻率為光擴散元件130的轉動頻率。

如此，三維圖像光束60通過光擴散元件130而時序性改變三維圖像光束60的擴散角度。並且，由於視覺暫留的作用，人眼所觀察到的被照射面上的光斑亮度會是一視覺暫留時間內的不同時間點之光斑的疊加後的亮度。由於光擴散元件130能使三維圖像光束60的光斑分布隨時間而改變，但不影響其記錄的空間光資訊，因此，通過光擴散元件130的三維圖像光束60在不同時間點中的光斑分佈並不相同，但三維圖像光束60仍可以保有其記錄的空間光資訊。因此，這些視覺暫留時間內的不同時間點之光斑的疊加之後會產生亮度較為均勻的光斑，進而使通過光擴散元件130而形成的三維圖像光束60具有更好的均勻度，並仍能保有其記錄的空間光資訊而能順利顯示三維圖像。

具體而言，由於光擴散元件130是配置為用以時序性改變三維圖像光束60的擴散角度，因此，光擴散元件130的尺寸較佳為略大於三維圖像光束60成像於中間成像面IS上的尺寸，以使光擴散元件130能對整體的三維圖像光束60的均勻度進行調整。舉例而言，在本實施例中，光擴散元件130的尺寸範圍大於1公分。

進一步而言，如圖1所示，在本實施例中，至少一光學元件140位於來自於光擴散元件130的三維圖像光束60的傳遞路徑上，用於將通過顯示單元120的三維圖像光束60投射出顯示裝置100，以顯示三維圖像。舉例而言，在本實施例，通過中間成像面IS的三維圖像光束60可被傳遞至光學元件140處，並且經由這些光學元件140投射出顯示裝置100外後再次成像，以顯示三維圖像。光學元件140包括凹面鏡CM或擋風玻璃WS等的光學元件。如此，由於通過光擴散元件130而形成的三維圖像光束60具有良好的均勻度，因此顯示裝置100也將能夠提供亮度均勻的顯示畫面，進而提升影像品質以及使用者的視覺觀感。

圖2A是依照一比較例的習知顯示裝置提供的圖像的正視圖。圖2B是依照圖1的顯示裝置提供的圖像的正視圖。用以顯示圖2A的影像的習知顯示裝置與圖1的顯示裝置100類似，而差異如下所述，習知顯示裝置不具有光擴散元件130的配置。如此，如圖2A所示，習知的顯示裝置的影像出現了明顯的光斑，相對於此，如圖2B所示，顯示裝置100的影像則是亮度均勻且清楚，而具有良好的影像品質並改善使用者的視覺觀感。

值得注意的是，在前述的實施例中，致動器131雖以用於驅動光擴散元件130轉動為例，但本發明不以此為限。在另一實施例中，致動器131也可驅動光擴散元件130振動，而使三維圖像光束60的光斑分布隨時間而改變。以下將進行進一步地說明。

圖3是依照本發明另一實施例的顯示裝置的結構示意圖。請參照圖3，圖3的顯示裝置300與圖1的顯示裝置100類似，而差異如下所述。致動器131用於驅動光擴散元件130振動，且驅動頻率為光擴散元件130的振動頻率。如此，顯示裝置100仍可通過光擴散元件130的配置，來對整體的三維圖像光束60的均勻度進行調整，而亦可使顯示裝置300能達到與前述的顯示裝置100類似的效果與優點，在此就不再贅述。

進一步而言，由於本實施例的光擴散元件130是通過振動的方式來使三維圖像光束60的光斑分布隨時間而改變，因以相較於通過轉動的方式，光擴散元件130的移動範圍較小。因此，顯示裝置300的體積可進一步地減少。

圖4是依照本發明又一實施例的顯示裝置的結構示意圖。請參照圖4，圖4的顯示裝置400與圖3的顯示裝置300類似，而差異如下所述。在本實施例中，光擴散元件430為一液晶元件LC，且光擴散元件430包括一控制器432，控制器432控制液晶元件LC中的液晶分子的排列狀態隨時序改變。舉例而言，當液晶元件LC中的的液晶分子的光軸方向實質上互相混亂而互相交錯，此時通過光擴散元件430的三維圖像光束60會被液晶分子所散射。換言之，當控制器432控制液晶元件LC中的液晶分子的排列狀態為混亂狀態時，光擴散元件430則可呈現霧化態，並可用以改變三維圖像光束60的擴散角度。另一方面，控制器432控制液晶元件LC中液晶分子的光軸方向實質上一致時，通過光擴散元件430的三維圖像光束60的擴散角度則不會被改變。換言之，此時的光擴散元件430則可呈現透明態。

如此，當控制器432控制液晶元件LC中的液晶分子的排列狀態隨時序改變時，通過光擴散元件430的三維圖像光束60的擴散角度也會因此而隨時序改變。如此，顯示裝置400仍可通過光擴散元件430的配置，來對整體的三維圖像光束60的均勻度進行調整。因此，顯示裝置400亦能達到與前述的顯示裝置300類似的效果與優點。以下將進行進一步的說明。

更具體而言，控制器432還可控制光擴散元件430的液晶分子的排列狀態依據其所在區域而呈現特定的排列狀態。也就是說，控制器432能夠控制光擴散元件430形成多個擴散圖案。並且，控制器432還可控制各擴散圖案分別在不同的時序中對應地形成，且光擴散元件430形成其中一擴散圖案時的液晶分子的排列狀態與光擴散元件430形成另一擴散圖案時的液晶分子的排列狀態彼此不同。

更具體而言，在本實施例中，控制器432能夠控制光擴散元件430的一擴散圖案切換頻率，擴散圖案切換頻率為單位時間內的多個擴散圖案形成的頻率，且當多個擴散圖案的種類為N種時，切換頻率的範圍大於60赫茲的N倍。如此，控制器432可通過控制光擴散元件430的擴散圖案種類以及其擴散圖案切換頻率，來對整體的三維圖像光束60的均勻度進行調整，而亦可使顯示裝置400能達到與前述的顯示裝置300類似的效果與優點，在此就不再贅述。

綜上所述，本發明的實施例的顯示裝置可以通過光擴散元件的配置來調節三維圖像光束的整體的均勻性。因此，通過光擴散元件形成的三維圖像光束具有良好的均勻性，如此，顯示裝置能夠提供呈現均勻亮度的三維圖像，進而改善影像品質和使用者的視覺觀感。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

50:同調光束

60:三維圖像光束

100、300、400:顯示裝置

110:同調光源

120:顯示單元

130、430:光擴散元件

131:致動器

140:光學元件

432:控制器

CM:凹面鏡

IS:中間成像面

LC:液晶元件

ML:透鏡

WS:擋風玻璃

圖1是依照本發明一實施例的顯示裝置的結構示意圖。 圖2A是依照一比較例的習知顯示裝置提供的圖像的正視圖。 圖2B是依照圖1的顯示裝置提供的圖像的正視圖。 圖3是依照本發明另一實施例的顯示裝置的結構示意圖。 圖4是依照本發明又一實施例的顯示裝置的結構示意圖。

50:同調光束

60:三維圖像光束

100:顯示裝置

110:同調光源

120:顯示單元

130:光擴散元件

131:致動器

140:光學元件

CM:凹面鏡

IS:中間成像面

ML:透鏡

WS:擋風玻璃

Claims (3)

1. 一種顯示裝置，包括：一同調光源，提供一同調光束；一顯示單元，基於對於所述同調光束的干涉而形成一三維圖像光束，所述三維圖像光束在通過所述顯示單元後成像於一中間成像面上；一光擴散元件，設置於所述中間成像面上，其中所述三維圖像光束通過所述光擴散元件而時序性改變所述三維圖像光束的擴散角度，所述光擴散元件為一液晶元件，且所述光擴散元件包括一控制器，所述控制器控制所述液晶元件中的液晶分子的排列狀態隨時序改變；以及至少一光學元件，位於來自於所述光擴散元件的所述三維圖像光束的傳遞路徑上，用於將通過所述顯示單元的所述三維圖像光束投影出所述顯示裝置，以顯示三維圖像。
2. 如請求項1所述的顯示裝置，其中所述控制器能夠控制所述光擴散元件形成多個擴散圖案，各所述擴散圖案分別在不同的時序中對應地形成，且所述光擴散元件形成其中一所述擴散圖案時的液晶分子的排列狀態與所述光擴散元件形成另一所述擴散圖案時的液晶分子的排列狀態彼此不同。
3. 如請求項2所述的顯示裝置，其中所述控制器能夠控制所述光擴散元件的一擴散圖案切換頻率，所述擴散圖案切換頻率為單位時間內的所述多個擴散圖案形成的頻率，且當所述多個 擴散圖案的種類為N種時，所述切換頻率的範圍大於60赫茲的N倍。

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