CN101604070B - 立体显示器以及立体显示系统 - Google Patents

Abstract

一种立体显示器，其包括一显示器以及一微透镜。显示器具有多个像素单元，且每一像素单元具有一像素间距(pitch)i。微透镜设置在显示器的一侧，微透镜具有多个透镜单元，且每一透镜单元具有一透镜间距(pitch)l。上述显示器所产生的一影像在通过所述微透镜之后会产生一右眼可视区域以及一左眼可视区域，且右眼可视区域的中心点与左眼可视区域的中心点之间的距离为wz，其中透镜单元的透镜间距l与该像素间距i满足下列关系式：且wz为70～500mm，i为0.1～200μm。

Description

立体显示器以及立体显示系统

技术领域

本发明是关于一种显示器，且特别是有关于一种立体(three-dimension，3D)显示器以及具有此立体显示器的立体显示系统。

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，对于观赏者地说，显示器是否能够显示立体影像亦成为购买上的考虑因素之一。

一般来说，立体成像技术可以分成全息式(holographic type)、多平面式以及成对立体影像式(parallax images)三种。由于全息式以及多平面式立体成像技术具有大量数据处理的困难以及显示效果不佳的缺点。因此，近年来立体成像技术大多以成对立体影像式为主。成对立体影像式显示器又以空间多工式(spatial-multiplexed)立体显示技术为主要的应用技术。空间多工式立体显示技术是利用微透镜阵列(lenticular screen)或视差阻障元件(parallaxbarrier)使显示画面形成左右眼可视区域，以达到立体效果。如图1所示，立体显示器100会在特定距离处产生右眼可视区域R1，R2以及左眼可视区域L1，L2。一般地说，右眼可视区域R1，R2以及左眼可视区域L1，L2的宽度各自为65mm左右。

当观赏者的左眼10a以及右眼10b分别在左眼可视区域L1以及右眼可视区域R2时，如图2A所示，观赏者便可以观赏到立体影像。然而，由于右眼可视区域R1，R2以及左眼可视区域L1，L2的宽度分别仅为65mm左右。因此，当观赏者稍微往左边移动时，如图2B所示，观赏者的左眼10a以及右眼10b便会分别落在右眼可视区域R1以及左眼可视区域L1，也就是观赏者的左眼10a以及右眼10b直接进入到左右眼反转区。因此观赏者容易会有晕眩与不舒服的感觉。类似地，如果观赏者往右边移动，如图2C所示，观赏者的左眼10a以及右眼10b将分别在右眼可视区域R2以及左眼可视区域L2，也就是观赏者的左眼10a以及右眼10b直接进入到左右眼反转区，其同样也会造成观赏者产生晕眩与不舒服的感觉。

发明内容

本发明提供一种立体显示器以及具有此立体显示器的立体显示系统，其可以减少观赏者因左右移动而产生晕眩与不舒服的感觉。

本发明提出一种立体显示器，其包括一显示器以及一微透镜。显示器具有多个像素单元，且每一像素单元具有一像素间距(pitch)i。微透镜设置在显示器的一侧，微透镜具有多个透镜单元，且每一透镜单元具有一透镜间距(pitch)l。上述显示器所产生的一影像在通过所述微透镜之后会产生一右眼可视区域以及一左眼可视区域，且右眼可视区域的中心点与左眼可视区域的中心点之间的距离为wz，其中透镜单元的透镜间距l与该像素间距i满足下列关系式：

$1>\frac{l}{2i}>\frac{w_z}{w_z+i},$

且wz为70～500mm，i为0.1～200μm。

本发明提出一种立体显示系统，其包括一立体显示器以及与此立体显示器电性连接的一驱动电路。上述的立体显示器包括一显示器以及一微透镜。显示器具有多个像素单元，且每一像素单元具有一像素间距(pitch)i。微透镜设置在显示器的一侧，微透镜具有多个透镜单元，且每一透镜单元具有一透镜间距(pitch)l。上述显示器所产生的一影像在通过所述微透镜之后会产生一右眼可视区域以及一左眼可视区域，且该右眼可视区域的中心点与左眼可视区域的中心点之间的距离为wz，其中透镜单元的透镜间距l与该像素间距i满足下列关系式：

$1>\frac{l}{2i}>\frac{w_z}{w_z+i},$

且wz为70～500mm，i为0.1～200μm。

本发明提出一种立体液晶显示系统，其包括一液晶显示器以及其与液晶显示器电性连接的一驱动电路。液晶显示器具有多个像素单元，且每一像素单元具有一像素间距(pitch)i；以及一微透镜，设置在液晶显示器的一侧，微透镜具有多个透镜单元，且每一透镜单元具有一透镜间距(pitch)l。特别是，液晶显示器所产生的一影像在通过微透镜之后会产生一右眼可视区域以及一左眼可视区域，右眼可视区域的中心点与左眼可视区域的中心点之间的距离为wz，透镜单元的透镜间距1与该像素间距i满足下列关系式：

$1>\frac{l}{2i}>\frac{w_z}{w_z+i}$

且wz为70～500mm，i为0.1～200μm。

基于上述，由于本发明的立体显示器的右眼可视区域的中心点与左眼可视区域的中心点之间的距离wz提高到70～500mm。因此当使用者往左或往右移动时，左眼以及右眼会同时进入右眼可视区域或是左眼可视区域，此时观赏者是观看2D的影像，也就是左眼以及右眼是看到同一个影像。如此一来，便可以大大地降低左右眼信号反转所产生的晕眩与不舒服感。

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，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是传统立体显示器产生多个右眼可视区域以及多个左眼可视区域的示意图。

图2A至图2C为观赏者观看传统立体显示器时容易因左右移动即进入左右眼反转区的示意图。

图3为根据本发明一实施例的立体显示系统的示意图。

图4为根据本发明另一实施例的立体显示系统的示意图。

图5为本发明一实施例的显示器与微透镜堆叠在一起的示意图。

图6A至图6C为观赏者观看本发明的立体显示器时若左右移动会观看到二维或平面影像的示意图。

主要元件符号说明

100、200、300：立体显示器

R、R1、R2、L、L1、L2：可视区域

10a、10b：眼睛

202：显示器

202a：像素单元

206：微透镜

206a：透镜单元

210：驱动电路

250、260：基板

270：液晶层

280：背光模块

290：液晶显示面板

l：透镜单元的透镜间距

i：像素单元的像素间距

z：可视区域的中心点与显示器之间的距离

f：显示器与微透镜之间的距离

wz：右眼可视区域的中心点与左眼可视区域的中心点之间的距离

具体实施方式

图3是根据本发明一实施例的立体显示系统的示意图。请参照图3，立体显示系统包括立体显示器200以及与立体显示器200电性连接的驱动电路210。

立体显示器200至少包括显示器202以及微透镜206。

上述的显示器202可为一平面显示器，例如一液晶显示器、一有机电致发光显示面板、一等离子显示面板、一电泳显示器或是其他合适的显示器，由于上述各种显示器为本领域技术人员所熟知，因此不再赘述。显示器202与驱动电路210电性连接，且驱动电路210是用以驱动以及控制显示器202显示出影像。

另外，显示器202具有多个像素单元202a，且每一像素单元202a具有一像素间距i。像素单元202a包括红色(R)像素单元、绿色(G)像素单元以及蓝色(B)像素单元。在本实施例中，上述像素单元202a可进一步分成右眼像素单元以及左眼像素单元，且右眼像素单元以及左眼像素单元交替排列在显示器202中，其排列方式例如是RRRLGRGLBRBL或是RRGLBRRLGRBL等等。由显示器202的右眼像素单元所显示出的影像信号是用以使观赏者的右眼观赏，而由显示器202的左眼像素单元所显示出的影像信号是用以使观赏者的左眼观赏。

微透镜206设置在显示器202的一侧，且微透镜206与显示器202之间的距离为f。微透镜206具有多个透镜单元206a，且每一透镜单元206a具有一透镜间距1。在本实施例中，微透镜206的每一透镜单元206a为一柱面透镜(Lenticular lens)，因此微透镜206是由多个平行排列的柱面透镜206a所构成。更详细地说，请参照图5，图5为微透镜206与显示器202堆叠在一起之后的上视图，微透镜206的每一柱面透镜206a覆盖多个像素单元202a。在本实施例中，每一柱面透镜206a是覆盖两排的像素单元202a，但本发明不限于此。在其他的实施例中，每一柱面透镜206a可对应一排或两排以上的像素单元202a设置。

请再继续参照图3，在本实施例中，在显示器202与微透镜206之间还可包括一光学膜片组204。而光学膜片组204与微透镜206之间的间隙以及光学膜片组204与显示器202之间的间隙均可填入粘着剂，借以将光学膜片组204与微透镜206粘着在一起，并且将光学膜片组204与显示器202粘着在一起。然而，本发明不限制需使用光学膜组片204，且也不限制需使用粘着剂来将光学膜片组与显示器以及微透镜固定在一起。

特别是，上述显示器202所产生的影像在通过微透镜206之后会在特定距离处产生一右眼可视区域R以及一左眼可视区域L。右眼可视区域R的中心点以及左眼可视区域L的中心点与显示器202之间的距离分别为z。另外，右眼可视区域R的中心点与左眼可视区域L的中心点之间的距离为wz。在本实施例中，wz可为70～500mm，优选的是80～300mm，更优选的是100～200mm。

一般来说，透镜单元206a的透镜间距1与左右眼可视区域R，L的中心点之间的距离wz的关系如以下数学式：

$l=n\×i\×\frac{z-f}{z}$ 式(1)

$z=f\×(\frac{w_z}{i}+1)$ 式(2)

l：透镜单元的透镜间距(pitch)

n：可视区域的数目

i：像素单元的像素间距

z：可视区域的中心点与显示器之间的距离

f：显示器与微透镜之间的距离

wz：右眼可视区域的中心点与左眼可视区域的中心点之间的距离

一般来说，像素单元的像素间距i约为0.1～200微米(μm)，且一般约为1～50μm。可视区域的中心点与显示器之间的距离z可为10cm～5m。更详细地说，若上述显示器202为用于移动电话的显示器，那么可视区域的中心点与显示器之间的距离z约为30cm～50cm。若上述显示器202为用于电子相框的显示器，那么可视区域的中心点与显示器之间的距离z约为70cm左右。若上述显示器202为用于监视器的显示器，那么可视区域的中心点与显示器之间的距离z约为100cm。若上述显示器202为用于电视的显示器，那么可视区域的中心点与显示器之间的距离z约为2～3m。另外，显示器与微透镜之间的距离f可根据需要而作调整。

承上所述，由式(2)可知，

接着，将上述

代入式(1)之后可以得到：

$l=n\×i\×\frac{w_z}{w_z+i}$

本实施例的立体显示器主要是用来产生两个可视区域(右眼可视区域以及左眼可视区域)，因而上述的可视区域的数目n＝2。因此，本实施例的透镜间距l与该像素间距i满足下列关系式：

$1>\frac{l}{2i}>\frac{w_z}{w_z+i}$

更详细地说，当微透镜206的透镜单元206a的透镜间距1与显示器202的像素单元202a的像素间距i以及右眼可视区域R的中心点与左眼可视区域L的中心点之间的距离wz满足上述关系式时，此立体显示器可产生一个右眼可视区域R以及一个左眼可视区域L，且右眼可视区域R的中心点与左眼可视区域L的中心点之间的距离为wz为70～500mm，像素单元的像素间距i为0.1～200μm。

值得一提的是，根据其他实施例，上述右眼可视区域的最大宽度为wR，左眼可视区域的最大宽度为wL，且wR wz，wL wz。换句话说，当wR＝wz且wL＝wz时，右眼可视区域R与左眼可视区域L彼此不重叠。当wR＞wz且wL＞wz时，右眼可视区域R与左眼可视区域L即有部分重叠。

承上所述，当观赏者使用如图3所示的立体显示器观赏影像时，倘若观赏者的左眼10a以及右眼10b分别位于左眼可视区域L以及右眼可视区域R来观看影像时，如图6A所示，观赏者便可看到立体或三维(3-dimension)影像。

当观赏者往右边移动时，如图6B所示，由于本实施例的立体显示器的右眼可视区域R的中心点与左眼可视区域L的中心点之间的距离wz有70～500mm，因此观赏者的左眼10a以及右眼10b会同时位于左眼可视区域L来观看影像，因而观赏者此时是看到平面或二维(2-dimension)影像。

类似地，若观赏者往左边移动时，如图6C所示，由于本实施例的立体显示器的右眼可视区域R的中心点与左眼可视区域L的中心点之间的距离wz有70～500mm，因此观赏者的左眼10a以及右眼10b会同时位于右眼可视区域R来观看影像，因而观赏者此时也是看到二维(2-dimension)的影像。

由图6A至图6C可知，本实施例的立体显示器可产生二维-三维-二维(2D-3D-2D)的立体显示效果。因此当观赏者在观看本实施例的立体显示器时若往左或往右移动，观赏者的左眼以及右眼不会进入到左右眼反转区，而是会进入2D的影像区，也就是左眼以及右眼是看到同一个影像。如此一来，便可以大大地降低左右眼信号反转所产生的晕眩与不舒服感。

上述图3的实施例中的显示器202可为液晶显示器、有机电致发光显示器、等离子显示器、电泳显示器或是其他合适的显示器，由于上述各种显示器为本领域技术人员所熟知，因此不再赘述。若上述显示器202为液晶显示器或是其他种非自发光型显示器，则显示器202中一般包括有背光光源。以下将以一实施例来说明使用液晶显示器的立体显示系统。

图4为根据本发明一实施例的立体显示系统的示意图。请参照图4，图4的结构与图3相似，不同之处在于，立体显示器300的显示器202为液晶显示器，其包括液晶显示面板290以及背光模块280。液晶显示面板290包括第一基板250、第二基板260以及位于第一基板250与第二基板260之间的液晶层270。类似地，显示器202具有多个像素单元202a。在液晶显示器中，每一像素单元202a包括设置在第一基板250上的一数据线、一扫描线、与数据线及扫描线电性连接的一有源元件以及与有源元件电性连接的一像素电极。第二基板260可为空白基板或是设置有电极层的基板。另外彩色滤光层可设置在第一基板250或是第二基板260上。

背光模块280位于第一基板250的背面，用以提供光线给液晶显示面板290。背光模块280可为直下式背光模块或是者侧边入光式背光模块。另外，液晶显示面板290与驱动电路210电性连接，驱动电路210用以控制液晶显示面板290显示影像。背光模块280与驱动电路210电性连接，驱动电路210用以控制背光模块280的开与关。本实施例的驱动电路210是以示意图的方式表现，实际上，液晶显示面板290与背光模块280是分别由对应的驱动元件所控制。

类似地，当观赏者使用如图4所示的立体显示系统观赏影像时，倘若观赏者的左眼以及右眼分别位于左眼可视区域L以及右眼可视区域R来观看影像时，便可看到立体或三维影像。若观赏者往左边移动或是往右边移动时，观赏者的左眼以及右眼便会同时进入左眼可视区域L或右眼可视区域R，而看到平面或是二维影像，因而可产生二维-三维-二维(2D-3D-2D)的立体显示效果。

基于上述，由于本发明的立体显示器的右眼可视区域的中心点与左眼可视区域的中心点之间的距离wz提高到70～500mm。因此当使用者往左或往右移动时，左眼以及右眼会同时进入右眼可视区域或是左眼可视区域，此时观赏者会观看2D的影像，也就是左眼以及右眼是看到同一个影像。如此一来，便可以大大地降低左右眼信号反转所产生的晕眩与不舒服感。

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具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (22)

1.一种立体显示器，包括： 

一显示器，该显示器具有多个像素单元，且每一像素单元具有一像素间距i；以及 

一微透镜，设置在该显示器的一侧，该微透镜具有多个透镜单元，且每一透镜单元具有一透镜间距1， 

其中，该显示器所产生的一影像在通过该微透镜之后会产生两个可视区域，包含一右眼可视区域以及一左眼可视区域，该右眼可视区域的中心点与该左眼可视区域的中心点之间的距离为w_z，该透镜单元的该透镜间距1与该像素间距i满足下列关系式： 

且w_z为70～500mm，i为0.1～200μm， 

并且当观赏者往左或往右移动时，左眼以及右眼同时进入右眼可视区域或是左眼可视区域。 

2.根据权利要求1所述的立体显示器，其中该右眼可视区域的最大宽度为w_R，该左眼可视区域的最大宽度为w_L，且w_R＞w_z，w_L＞w_z。 

3.根据权利要求1所述的立体显示器，其中w_z为80～300mm。 

4.根据权利要求1所述的立体显示器，其中w_z为100～200mm。 

5.根据权利要求1所述的立体显示器，其中该观赏者与该显示器之间的距离为z，且z为10cm～5m。 

6.根据权利要求1所述的立体显示器，其中每一透镜单元对应至少一排像素单元设置。 

7.根据权利要求1所述的立体显示器，还包括一光学膜片组，位于该显示器与该微透镜之间。 

8.根据权利要求1所述的立体显示器，其中该显示器为一液晶显示器、一有机电致发光显示面板、一电泳显示器或是一等离子显示面板。 

9.根据权利要求8所述的立体显示器，其中该液晶显示器包括一液晶显示面板以及一背光模块。 

10.根据权利要求1所述的立体显示器，其中该右眼可视区域的最大宽度 为w_R，该左眼可视区域的最大宽度为w_L，且w_R＝w_z且w_L＝w_z。 

11.一种立体显示系统，包括： 

一立体显示器，包括： 

一显示器，该显示器具有多个像素单元，且每一像素单元具有一像素间距i；以及 

一微透镜，设置在该显示器的一侧，该微透镜具有多个透镜单元，且每一透镜单元具有一透镜间距1， 

其中，该显示器所产生的一影像在通过该微透镜之后会产生两个可视区域，包含一右眼可视区域以及一左眼可视区域，该右眼可视区域的中心点与该左眼可视区域的中心点之间的距离为w_z，该透镜单元的该透镜间距1与该像素间距i满足下列关系式： 

且w_z为70～500mm，i为0.1～200μm，并且当观赏者往左或往右移动时，左眼以及右眼同时进入右眼可视区域或是左眼可视区域；

一驱动电路，其与该立体显示器电性连接，用以驱动该显示器。 

12.根据权利要求11所述的立体显示系统，其中该右眼可视区域的最大宽度为w_R，该左眼可视区域的最大宽度为w_L，且w_R＞w_z，w_L＞w_z。 

13.根据权利要求11所述的立体显示系统，其中w_z为80～300mm。 

14.根据权利要求11所述的立体显示系统，其中w_z为100～200mm。 

15.根据权利要求11所述的立体显示系统，其中该观赏者与该显示器之间的距离为z，且z为10cm～5m。 

16.根据权利要求11所述的立体显示系统，其中每一透镜单元对应至少一排像素单元设置。 

17.根据权利要求11所述的立体显示系统，还包括一光学膜片组，位于该显示器与该微透镜之间。 

18.根据权利要求11所述的立体显示系统，其中该显示器为一液晶显示器、一有机电致发光显示面板、一电泳显示器或是一等离子显示面板。 

19.根据权利要求18所述的立体显示系统，其中该液晶显示器包括一液晶显示面板以及一背光模块。 

20.根据权利要求11所述的立体显示系统，其中该右眼可视区域的最大 宽度为w_R，该左眼可视区域的最大宽度为w_L，且w_R＝w_z且w_L＝w_z。 

21.一种立体液晶显示系统，包括： 

一液晶显示器，该液晶显示器具有： 

多个像素单元，且每一像素单元具有一像素间距i；以及 

一微透镜，设置在该液晶显示器的一侧，该微透镜具有多个透镜单元，且每一透镜单元具有一透镜间距1， 

其中，该液晶显示器所产生的一影像在通过该微透镜之后会产生两个可视区域，包含一右眼可视区域以及一左眼可视区域，该右眼可视区域的中心点与该左眼可视区域的中心点之间的距离为w_z，该透镜单元的该透镜间距1与该像素间距i满足下列关系式： 

且w_z为70～500mm，i为0.1～200μm，并且当观赏者往左或往右移动时，左眼以及右眼同时进入右眼可视区域或是左眼可视区域；

一驱动电路，其与该液晶显示器电性连接，用以驱动该液晶显示器。 

22.根据权利要求21所述的立体液晶显示系统，其中该液晶显示器包括一液晶显示面板以及一背光模块。 

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