CN101726911B - 立体显示装置、系统,及立体显示方法 - Google Patents

Abstract

一种立体显示装置，包括一内偏振片、一外偏振片及一设在内、外偏振片之间的显示基板。内偏振片具有交错排列且偏振角度相差90度的第一与第二偏振区。外偏振片具有排列位置分别与第一、第二偏振区对应的第三与第四偏振区，且第三偏振区偏振角度与第一偏振区相差90度，第四偏振区偏振角度与第二偏振区相差90度。通过第一偏振区的光束穿过显示基板后恰可通过第三偏振区，以通过立体眼镜的其中一镜片；通过第二偏振区的光束穿过显示基板后恰可通过第四偏振区，以通过立体眼镜的另一镜片，借此产生立体视觉效果。

Description

立体显示装置、系统,及立体显示方法

技术领域

本发明是关于一种液晶显示装置的立体显示技术，特别是指一种借由改变原液晶显示装置中的偏振片而能产生立体效果的立体显示技术。

背景技术

若欲使平面的屏幕能够呈现立体效果，需应用立体视觉原理，也就是将要让左眼看到的影像传送到左眼、要让右眼看到的影像传送到右眼，经大脑处理后即会形成立体的影像。

以立体电影来说，可采用偏振成像原理制作：利用两个角度稍微不同的摄影机拍摄得到左眼影像与右眼影像，然后分别进行水平偏振处理及垂直偏振处理再投射在屏幕上。观赏者欲观赏立体电影时，需配戴立体眼镜进行观赏；该立体眼镜的左眼镜片为水平偏振偏振片，右眼镜片为垂直偏振偏振片。当光线通过该二偏振片，由于偏振片会滤去偏振方向不同的光线而只让相同方向的光线通过，因此经过水平偏振处理的左眼影像只能通过水平偏振偏振片，经过垂直偏振处理的右眼影像只能通过垂直偏振偏振片，于是使观赏者的左眼接受到左眼影像、右眼接收到右眼影像，而产生视觉上的立体效果。

若要在液晶显示器呈现立体效果，其原理亦与前述立体电影类似。一种传统的立体显示系统9如图1所示，该系统9包括一液晶屏幕90、一覆着在液晶屏幕90上的微位相差膜91，及一立体眼镜92。液晶屏幕90接收左眼影像信号901及右眼影像信号902，并使左眼影像信号901在奇数水平像素列显示，右眼影像信号902在偶数水平像素列显示。微位相差膜91具有多数个水平条状交错排列的第一相位延迟区域911，及第二相位延迟区域912。第一相位延迟区域911与第二相位延迟区域912的相位延迟相差二分之一波长，且第一相位延迟区域911的位置与液晶屏幕90的奇数水平像素列对应，第二相位延迟区域912的位置与偶数水平像素列对应。

另一方面，立体眼镜92的左眼镜片921设计为允许通过第一相位延迟区域911的光通过，而右眼镜片922设计为允许通过第二相位延迟区域912的光通过。借此，左眼影像信号901由奇数水平像素列发出，通过微位相差膜91的第一相位延迟区域911后通过左眼镜片921而被左眼接收；右眼影像信号902由偶数水平像素列发出，通过微位相差膜91的第二相位延迟区912后通过右眼镜片922而被右眼接收，观赏者因此可产生立体的视觉。

然而，上述立体显示系统9是利用一般液晶屏幕90额外加工覆着微位相差膜91，才能配合立体眼镜92达到立体显示的效果，制造立体显示系统9相对于制造一般液晶屏幕90来说，需增加并改变制程、调整产线设备，导致制作成本的提高及不便。

发明内容

因此，本发明目的之一在于解决先前技术的问题，提供一种无须改变制程也无须调整设备而能达到立体显示效果的立体显示装置、系统及方法。

本发明的另一目的在于提供一种可模拟较高分辨率视觉效果的立体显示装置、系统及方法。

在一方面，本发明提供了一种立体显示装置，包括：一内偏振片，具有多数个交错排列的第一偏振区及第二偏振区，该第一偏振区的偏振角度为α+90度，第二偏振区的偏振角度为α度；一外偏振片，具有多数个交错排列的第三偏振区及第四偏振区，该第三偏振区位置与该内偏振片的第一偏振区对应，且偏振角度为α度；该第四偏振区位置与该内偏振片的第二偏振区对应，且偏振角度为α+90度；及一设在该内偏振片与该外偏振片之间的显示基板，供通过该内偏振片的第一偏振区而呈α+90度偏振的光束，穿过该显示基板后以α度的偏振通过该外偏振片的第三偏振区；也供通过该第二偏振区而呈α度偏振的光束，穿过该显示基板后以α+90度偏振通过该第四偏振区；其中，该显示基板具有多数个像素，该多数个像素区分为第一像素群及第二像素群；该内偏振片的第一偏振区与该外偏振片的第三偏振区位置对应该第一像素群，且该内偏振片的第二偏振区与该外偏振片的第四偏振区对应该第二像素群；其中，该显示基板共有p×q个像素Pij，其中i代表第i行，j代表第j列；该第一像素群为i+j为奇数的像素Pij的组合，该第二像素群为i+j为偶数的像素Pij的组合，且该立体显示装置还包括一处理模块，将每一像素Pij显示的颜色由其自身原本颜色及周围像素的颜色共同决定。

另一方面，本发明提供了一种立体显示系统，包括上述立体显示装置；及一立体眼镜，该立体眼镜包括一第一镜片及一第二镜片，该第一镜片供α度偏振的光束通过，该第二镜片供α+90度偏振的光束通过。

另一方面，本发明提供了一种立体显示方法，包括以下步骤：(a)发出一光束；(b)使一左眼影像信号及一右眼影像信号均显示在一显示基板；(c)使该步骤(a)的光束通过一内偏振片，该内偏振片具有多数个交错排列的第一偏振区及第二偏振区，该第一偏振区的偏振角度为α+90度，第二偏振区的偏振角度为α度，因此该光束被分隔为多数个交错的α+90度偏振及α度偏振；(d)使该多数个交错排列的α+90度偏振及α度偏振经过该显示基板，该显示基板内含液晶层而使α+90度偏振旋转为α度，α度偏振旋转为α+90度；及(e)使在步骤(d)中穿过该显示基板后的偏振通过一外偏振片，该外偏振片具有多数个交错排列的第三偏振区及第四偏振区，该第三偏振区位置与该内偏振片的第一偏振区对应，且偏振角度为α度；该第四偏振区位置与该内偏振片的第二偏振区对应，且偏振角度为α+90度；其中，该步骤(b)是使该左眼影像信号显示在该显示基板的一第一像素群，右眼影像信号显示在该显示基板的一第二像素群，且该第一像素群与该内偏振片的第一偏振区及该外偏振片的第三偏振区位置对应，该第二像素群与该内偏振片的第二偏振区及该外偏振片的第四偏振区位置对应；其中，该步骤(b)在显示基板的每一像素的左眼或右眼影像信号的颜色是经过运算处理，使该像素显示的颜色由其自身原本颜色与周围像素的颜色共同决定。

本发明的立体显示系统包括一立体显示装置及一立体眼镜。立体显示装置包括一内偏振片、一外偏振片及一设在该内偏振片与该外偏振片之间的显示基板。其中，内偏振片具有多数个交错排列的第一偏振区及第二偏振区，该第一偏振区的偏振角度为α+90度，第二偏振区的偏振角度为α度。外偏振片具有多数个交错排列的第三偏振区及第四偏振区，该第三偏振区位置与该内偏振片的第一偏振区对应，且偏振角度为α度；该第四偏振区位置与该内偏振片的第二偏振区对应，且偏振角度为α+90度。

显示基板具有多数个像素，该等像素区分为第一像素群及第二像素群；该内偏振片的第一偏振区与该外偏振片的第三偏振区位置对应该第一像素群，且该内偏振片的第二偏振区与该外偏振片的第四偏振区对应该第二像素群。第一像素群用以显示一由外部传入的左眼影像信号；第二像素群用以显示一由外部传入右眼影像信号。由于显示基板包括一对玻璃基材，及封装于该对玻璃基材内的液晶层，可供通过内偏振片的第一偏振区而呈α+90度偏振的光束，穿过该显示基板后以α度的偏振通过该外偏振片的第三偏振区；也供通过该第二偏振区而呈α度偏振的光束，穿过该显示基板后以α+90度的偏振通过该第四偏振区。

本发明内偏振片的第一、第二偏振区以及外偏振片第三、第四偏振区交错排列的态样，可以是多数横列的上下交错排列、多数纵列的左右交错排列，或如棋盘一般多数方格的上下左右交错排列，而基材的第一像素群与第二像素群则对应设置。

本发明还可针对显示在第一像素群的左眼影像信号或显示在第二像素群的右眼影像信号加以处理，使每一像素所显示的颜色尤其自身原本颜色及周围像素的颜色共同决定。借此，左眼原本看不到的第二像素群的颜色贡献到第一像素群，右眼原本看不到的第一像素群的颜色贡献到第二像素群，则配戴立体眼镜者的左眼与右眼分别接收的影像更接近完整影像，借以模拟出较高分辨率的视觉效果。

本发明立体显示方法，包括以下步骤：

(a)发出一光束。

(b)使一左眼影像信号及一右眼影像信号均显示在一显示基板。

(c)使该步骤(a)的光束通过一内偏振片，该内偏振片具有多数个交错排列的第一偏振区及第二偏振区，该第一偏振区的偏振角度为α+90度，第二偏振区的偏振角度为α度，因此该光束被分隔为多数个交错的α+90度偏振及α度偏振。

(d)使该等偏振经过该显示基板，该显示基板内含液晶层而使α+90度偏振旋转为α度，α度偏振旋转为α+90度。

(e)使该等穿过该显示基板的偏振通过一外偏振片，该外偏振片具有多数个交错排列的第三偏振区及第四偏振区，该第三偏振区位置与该内偏振片的第一偏振区对应，且偏振角度为α度；该第四偏振区位置与该内偏振片的第二偏振区对应，且偏振角度为α+90度。

本发明的功效在于：仅利用替换偏振片的方式，采用特殊偏振区设计的内、外偏振片，即能达到立体显示的目的。

附图说明

图1是一传统的立体显示系统的示意图；

图2是一说明本发明立体显示系统第一优选实施例的示意图；

图3是一本发明立体显示装置的详细构造的侧视示意图；

图4是一本发明立体显示系统第二优选实施例的示意图；及

图5是一有关基材的多数个像素的示意图。

主要元件符号说明

100立体显示系统

10像素

10a第一像素群

10b第二像素群

1立体显示装置

2内偏振片

21第一偏振区

22第二偏振区

3外偏振片

31第三偏振区

32第四偏振区

4显示基板

40液晶层

41玻璃基材

42彩色滤光片

43配向膜

5背光模块

6立体眼镜

61第一镜片

62第二镜片

7处理模块

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合附图的二个优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图2，图2为本发明立体显示系统100的示意图，该立体显示系统100包括一立体显示装置1及一立体眼镜6。其中，立体显示装置1的详细结构可配合参考图3，其包括一用以发出光束的背光模块5、接收来自背光模块5所发出光束的内偏振片2、一与该内偏振片2相间隔的外偏振片3，及一设在内偏振片2与外偏振片3之间的显示基板4。该显示基板4即一般液晶显示器既有的构件，主要包括由外层向内依序排列的一对附着有像素电极(图未示)的玻璃基材41、一对彩色滤光片42、一对配向膜43，及封装于中央的液晶层40。

本实施例的内偏振片2是如图2所示，该内偏振片2区分为多数横列，并具有多数个交错排列的第一偏振区21及第二偏振区22，该第一偏振区为该等横列中的奇数列，其偏振角度为α+90度；第二偏振区为该等横列中的偶数列，其偏振角度为α度。

外偏振片3同样区分为多数横列，并具有多数个交错排列的第三偏振区31及第四偏振区32，该第三偏振区31位置与内偏振片2的第一偏振区21对应，也就是在该等横列中的奇数列位置，且偏振角度为α度；第四偏振区32位置与内偏振片2的第二偏振区22对应，也就是在该等横列中偶数列位置，且偏振角度为α+90度。

显示基板4具有多数个像素10，该等像素区分为第一像素群10a及第二像素群10b。内偏振片2的第一偏振区21与外偏振片3的第三偏振区31位置对应第一像素群10a，也就是说，本实施例的显示基板4的第一像素群10a为奇数的水平像素列；内偏振片2的第二偏振区22与外偏振片3的第四偏振区32对应第二像素群10b，也就是说，本实施例的显示基板4的第二像素群10b为偶数的水平像素列。由外部传入的左眼影像信号(图未示)是在第一像素群10a显示，而由外部传入右眼影像信号(图未示)是在第二像素群10b显示。前述使特定影像信号于特定像素群显示的机制，可利用各种现有显示器既有的技术手段达成，在此不予赘述。

借由上述设计，通过内偏振片2的第一偏振区21的光束会变成α+90度的偏振，该偏振穿过显示基板4时，因沿液晶分子的间隙前进而旋转90度，成为α度偏振，接着可通过外偏振片3的第三偏振区31(偏振角度α度)。同样地，通过内偏振片2的第二偏振区22的光束会变成α度的偏振，该偏振穿过显示基板4时，因沿液晶分子的间隙前进而旋转90度，成为α+90度偏振，接着可通过外偏振片3的第四偏振区32(偏振角度α+90度)。

由于本实施例的立体眼镜6包括一对应配戴者左眼的第一镜片61，及一对应配戴者右眼的第二镜片62，且第一镜片61是可供α度偏振的光束通过的偏振片，第二镜片62是可供α+90度偏振的光束通过的偏振片。因此，第一镜片61仅允许通过外偏振片3的第三偏振区31的α度偏振通过，第二镜片62仅允许通过外偏振片3的第四偏振区32的α+90度偏振通过。配戴该立体眼镜6者因此左眼可看见第一像素群10a显示的左眼影像信号而无法看到在第二像素群10b显示的右眼影像信号，右眼可看见第二像素群10b显示的右眼影像信号而无法看到在第一像素群10a显示的左眼影像信号。借此，该配戴立体眼镜6者可产生立体的视觉感受。

请参阅图4、图5，本发明立体显示系统100的第二优选实施例，是内偏振片2及外偏振片3方面与第一优选实施例有所不同。本实施例中，内偏振片2对应显示基板4的像素而区分为p×q(例如1024×768)个方格Sij，其中i代表第i行，j代表第j列；第一偏振区21为i+j为奇数的方格Sij的组合，第二偏振区22为i+j为偶数的方格Sij的组合。显示基板4共有p×q个像素Pij，其中i代表第i行，j代表第j列；第一像素群10a为i+j为奇数的像素Pij的组合，第二像素群10b为i+j为偶数的像素Pij的组合。

借此，通过内偏振片2的第一偏振区21的光束会变成α+90度的偏振，该偏振穿过显示基板4后成为α度偏振，接着可通过外偏振片3的第三偏振区31。同样地，通过内偏振片2的第二偏振区22的光束会变成α度的偏振，该偏振穿过显示基板4后成为α+90度偏振，接着可通过外偏振片3的第四偏振区32。配戴立体眼镜6者左眼接收通过第一镜片61(α度偏振)的光束，可看见第一像素群10a显示的左眼影像信号，右眼接收通过第二镜片62(α+90度偏振)的光束，可看见第二像素群10b显示的右眼影像信号，因此产生立体的视觉感受。

此外，为模拟较高分辨率视觉效果，本实施例立体显示系统100还包括一与显示基板4耦接的处理模块7。该处理模块7将每一像素Pij显示的颜色进行运算处理，改由其自身原本颜色及周围像素的颜色共同决定。

在本实施例，待显示像素P’ij的颜色由以下公式决定：

P’i，j＝a1*Pi，j+a2*Pi，j-1+a3*Pi，j+1+a4*Pi-1，j+a5*Pi+1，j

其中，a1＝0.5，a2＝a3＝a4＝a5＝0.125，以满足a1+a2+a3+a4+a5＝1，且a1＞a2、a3、a4及a5的优选需求；另外，每一待显示像素P’ij的颜色都是由红(R)R’i，j、绿(G)G’i，j、蓝(B)B’i，j所合成，因此详细公式如下：

P’i，j＝R’i，j+G’i，j+B’i，j

R’i，j＝0.5*Ri，j+0.125*(Ri，j-1+Ri，J+1+Ri-1，J+Ri+1，J)

G’i，j＝0.5*Gi，j+0.125*(Gi，j-1+Gi，J+1+Gi-1，J+Gi+1，J)

B’i，j＝0.5*Bi，j+0.125*(Bi，j-1+Bi，J+1+Bi-1，J+Bi+1，J)

如此一来，原本左眼与右眼各只能看到一半的像素(第一像素群)，但经处理模块7运算处理后，每一个像素均有周围像素对其贡献颜色，因此左、右眼各别看到的影像都能够更接近完整的影像。

在本发明其他实施例，内偏振片2、外偏振片3不限区分为第一优选实施例所公开的横列或第二优选实施例所公开的多数个方格，例如也可以是区分为多数个纵行，而显示基板4的第一、第二像素群10a、10b也对应地改为纵向的像素列；只要第一偏振区21与第二偏振区22为交错排列，且外偏振片3的第三偏振区31与第四偏振区32位置分别与内偏振片2的第一偏振区21与第二偏振区22对应、偏振角度互补，辅以第一、第二像素群10a、10b位置也与内偏振片2的第一偏振区21与第二偏振区22对应、分别显示左、右眼影像信号，即属本发明的技术手段。

归纳上述，由于既有的显示装置也具有内偏振片与外偏振片，本发明立体显示系统100只是改以特制的内偏振片2与外偏振片3取代，则能产生立体显示的效果，使配戴立体眼镜6者可看见立体影像。因此，与制造一般液晶显示装置相较，制造本发明的立体显示装置1无须改变制程、也无须调整产线设备，确实可达到本发明的目的。

以上所述者，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明内容所作的简单的等效变化与修饰，均仍属本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种立体显示装置，包括：

一内偏振片，具有多数个交错排列的第一偏振区及第二偏振区，该第一偏振区的偏振角度为α+90度，第二偏振区的偏振角度为α度；

一外偏振片，具有多数个交错排列的第三偏振区及第四偏振区，该第三偏振区位置与该内偏振片的第一偏振区对应，且偏振角度为α度；该第四偏振区位置与该内偏振片的第二偏振区对应，且偏振角度为α+90度；及

一设在该内偏振片与该外偏振片之间的显示基板，供通过该内偏振片的第一偏振区而呈α+90度偏振的光束，穿过该显示基板后以α度的偏振通过该外偏振片的第三偏振区；也供通过该第二偏振区而呈α度偏振的光束，穿过该显示基板后以α+90度偏振通过该第四偏振区；

其中，该显示基板具有多数个像素，该多数个像素区分为第一像素群及第二像素群；该内偏振片的第一偏振区与该外偏振片的第三偏振区位置对应该第一像素群，且该内偏振片的第二偏振区与该外偏振片的第四偏振区对应该第二像素群；

其中，该显示基板共有p×q个像素Pij，其中i代表第i行，j代表第j列；该第一像素群为i+j为奇数的像素Pij的组合，该第二像素群为i+j为偶数的像素Pij的组合，且该立体显示装置还包括一处理模块，将每一像素Pij显示的颜色由其自身原本颜色及周围像素的颜色共同决定。

2.根据权利要求1所述的立体显示装置，其中，该显示基板的第一像素群用以显示一由外部传入的左眼影像信号；该第二像素群用以显示一由外部传入右眼影像信号。

3.根据权利要求1～2中任一所述的立体显示装置，其中，该内偏振片区分为多数横列，且该第一偏振区为该多数横列中的奇数列，该第二偏振区为该多数横列中的偶数列。

4.根据权利要求1或2所述的立体显示装置，其中，该显示基板的第一像素群为奇数的水平像素列，第二像素群为偶数的水平像素列。

5.根据权利要求1～2中任一所述的立体显示装置，其中，该内偏振片区分为多数纵行，且该第一偏振区为该多数纵行中的奇数行，该第二偏振区为该多数纵行中的偶数行。

6.根据权利要求1或2所述的立体显示装置，其中，该显示基板的第一像素群为奇数的纵向像素行，第二像素群为偶数的纵向像素行。

7.根据权利要求1～2中任一所述的立体显示装置，其中，该内偏振片区分为p×q个方格Sij，其中i代表第i行，j代表第j列；该第一偏振区为i+j为奇数的方格Sij的组合，该第二偏振区为i+j为偶数的方格Sij的组合。

8.根据权利要求1所述的立体显示装置，其中，该处理模块使待显示像素P’ij的颜色由以下公式决定：

P’i，j＝a1*Pi，j+a2*Pi，j-1+a3*Pi，j+1+a4*Pi-1，j+a5*Pi+1，j

其中，a1+a2+a3+a4+a5＝1，且a1＞a2、a3、a4及a5。

9.根据权利要求1所述的立体显示装置，其中，该显示基板包括一对玻璃基材，及封装于该对玻璃基材内的液晶层。

10.根据权利要求1所述的立体显示装置，还包括一背光模块，该内偏振片邻近该背光模块并接收来自该背光模块发出的光束。

11.一种立体显示系统，包括一如权利要求1～10中任一所述的立体显示装置；及一立体眼镜，该立体眼镜包括一第一镜片及一第二镜片，该第一镜片供α度偏振的光束通过，该第二镜片供α+90度偏振的光束通过。

12.一种立体显示方法，包括以下步骤：

(a)发出一光束；

(b)使一左眼影像信号及一右眼影像信号均显示在一显示基板；

(c)使该步骤(a)的光束通过一内偏振片，该内偏振片具有多数个交错排列的第一偏振区及第二偏振区，该第一偏振区的偏振角度为α+90度，第二偏振区的偏振角度为α度，因此该光束被分隔为多数个交错的α+90度偏振及α度偏振；

(d)使该多数个交错排列的α+90度偏振及α度偏振经过该显示基板，该显示基板内含液晶层而使α+90度偏振旋转为α度，α度偏振旋转为α+90度；及

(e)使在步骤(d)中穿过该显示基板后的偏振通过一外偏振片，该外偏振片具有多数个交错排列的第三偏振区及第四偏振区，该第三偏振区位置与该内偏振片的第一偏振区对应，且偏振角度为α度；该第四偏振区位置与该内偏振片的第二偏振区对应，且偏振角度为α+90度；

其中，该步骤(b)是使该左眼影像信号显示在该显示基板的一第一像素群，右眼影像信号显示在该显示基板的一第二像素群，且该第一像素群与该内偏振片的第一偏振区及该外偏振片的第三偏振区位置对应，该第二像素群与该内偏振片的第二偏振区及该外偏振片的第四偏振区位置对应；

其中，该步骤(b)在显示基板的每一像素的左眼或右眼影像信号的颜色是经过运算处理，使该像素显示的颜色由其自身原本颜色与周围像素的颜色共同决定。

13.根据权利要求12所述的立体显示方法，其中，一待显示像素P’ij显示的左眼或右眼影像信号的颜色是由以下公式决定，其中i代表第i行，j代表第j列：

P’i，j＝a1*Pi，j+a2*Pi，j-1+a3*Pi，j+1+a4*Pi-1，j+a5*Pi+1，j

其中，a1+a2+a3+a4+a5＝1，且a1＞a2、a3、a4及a5。

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