CN101923232A

CN101923232A - 立体显示器

Info

Publication number: CN101923232A
Application number: CN2009100529368A
Authority: CN
Inventors: 黄乙白; 许精益; 张育诚; 苏智平; 刘家麟
Original assignee: CPT Video Wujiang Co Ltd; Chunghwa Picture Tubes Ltd
Current assignee: CPT Video Wujiang Co Ltd; Chunghwa Picture Tubes Ltd
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2010-12-22

Abstract

一种立体显示器，其包括准直性背光模块、第一显示面板、第二显示面板以及透镜阵列。准直性背光模块具有出射面，且准直性背光模块自出射面提供具有小于10度的发散角的光线。第一显示面板具有多个第一像素，并配置于准直性背光模块上。第二显示面板具有多个对应于第一像素的第二像素，第一显示面板配置于第二显示面板与高准直性背光模块之间，且第一显示面板与第二显示面板之间具有景深距离。透镜阵列邻接于第二显示面板上，且透镜阵列具有多个对应于第二像素的透镜。本发明的立体显示器具有较大可视角以及较佳景深特性。

Description

立体显示器

技术领域

本发明是有关于一种显示器，且特别是有关于一种立体显示器。

背景技术

随着科技的进步与发达，人们对于物质生活以及精神层面的享受一向都只有增加而从未减少。以精神层面而言，在这科技日新月异的年代，人们希望能够通过立体显示器来实现天马行空的想象力，以达到身历其境的效果；因此，如何使立体显示器呈现立体的图像或影像，便成为现今立体显示器技术极欲达到的目标。

在目前的显示技术而言，立体显示技术可大致分成观察者需戴特殊设计眼镜观看的戴眼镜式(stereoscopic)以及直接裸眼观看的裸眼式(auto-stereoscopic)。其中戴眼镜式立体显示技术已经发展成熟，并广泛用到如军事模拟或大型娱乐等某些特殊用途上，但戴眼镜式立体显示技术因其方便性与舒适性不佳，使得此类技术不易普及。因此，裸眼式立体显示技术已逐渐发展并成为新潮流。

公知一种立体显示器是利用固定式光栅配置于液晶显示面板前方，使得观察者的左眼与右眼分别看到显示画面相对应的影像。值得注意的是，以固定式光栅作为立体影像的处理机制时，由于观察者所看到的画面是将显示画面间隔地划分为左右眼影像显示区域，属于一种空间多任务(spatial-multiplexed)的方式，虽然可以使得液晶显示面板具有立体显示的效果，但却大幅降低立体显示器的分辨率。

图1A～图1C是用于说明公知另一种立体显示器的示意图。请先同时参照图1A与图1B，立体显示器100包括第一液晶显示面板110、第二液晶显示面板120以及背光模块130，其中第一液晶显示面板110与第二液晶显示面板120之间具有一景深距离D，且第一液晶显示面板110上具有多个第一像素112，各第一像素112与第二液晶显示面板120上的各第二像素122相互对应排列。

如图1A与图1B所示，第一液晶显示面板110上的第一像素112A、112B、112C分别与第二液晶显示面板120上的第二像素122A、122B、122C相互对应。通过改变第一像素112与第二像素122之间的相对亮度，利用错视原理而使得观察者观察到不同景深的画面，此一技术通称为景深融合型立体影像技术(Depth-Fused 3D，DFD)。如图1A所示，第一像素112A的亮度相较于第二像素122A的亮度高，因此观察者看到的该处的影像景深值较大。同理，第一像素112C的亮度相较于第二像素122C的亮度低，因此观察者看到的该处的影像景深值较小。

虽然景深融合型立体影像技术可以免除观察者在观察立体影像时需配戴眼镜的不便性。然而，如图1A所示，观察者几乎必须以正视的角度观察立体显示器上的各像素，否则相对应的第一像素112与第二像素122会因视角的改变而产生错位现象，如图1B所示，当观察者以大视角观察时，第一像素112A会与第二像素122B对应，而第一像素112B会与第二像素122C对应，如此错位的结果，观察者无法所观察到预期的立体影像效果。

另一方面，如图1C所示，用以提供液晶显示面板光线的背光模块130具有一出射面130E，而背光模块所提供的光线自出射面130E出射后的出射角度不一，使得光线具有大角度的发散角，使得观察者所应观察到的正常影像产生相互迭加的影响。详细而言，自背光模块130所提供的三种不同行进方向的光线La、Lb、Lc会通过第一液晶显示面板110以及第二液晶显示面板120。然而，由于光线La、Lb、Lc彼此之间的出射角度差异大，使得通过第二像素122A的光线La会经由第一像素112B而被观察者观察到，另一方面，通过第二像素122C的光线Lc也会经过第一像素112B而被观察者观察到，因此观察者所看到的影像为除了通过第二像素122B与第一像素112B的光线Lb以外，尚会同时受到相邻的像素的影响而产生影像重迭或干扰。

为了避免上述影像重迭或干扰的情形，一种解决方式为将第一液晶显示面板110与第二液晶显示面板120之间的距离缩短，然而，缩短第一液晶显示面板110与第二液晶显示面板120之间的距离会降低景深距离，进而影响立体影像的显示质量。因此，对于采用景深融合型立体影像技术的立体显示器而言，如何克服立体显示器的视角问题以及增加景深距离，则是当前重要的课题。

发明内容

本发明提供一种立体显示器，其具有较大可视角以及较佳影像的景深特性。

本发明提出一种立体显示器，其包括准直性背光模块、第一显示面板、第二显示面板以及透镜阵列。准直性背光模块具有出射面，且其自出射面提供具有小于10度的发散角的光线。第一显示面板具有多个第一像素，并配置于准直性背光模块上。第二显示面板具有多个对应于第一像素的第二像素，第一显示面板配置于第二显示面板与高准直性背光模块之间，且第一显示面板与第二显示面板之间具有景深距离。透镜阵列邻接于第二显示面板上，透镜阵列具有多个对应于第二像素的透镜。

在本发明的一实施例中，上述的透镜阵列与第二显示面板邻近第一显示面板的一侧连接，或与第二显示面板远离第一显示面板的一侧连接。

在本发明的一实施例中，上述发散角为光线中与出射面之间夹角最大者相对于光线中与出射面之间夹角最小者的差值。

在本发明的一实施例中，上述的第一显示面板包括第一薄膜晶体管阵列基板、第一彩色滤光基板以及第一液晶层。第一薄膜晶体管阵列基板配置于出射面上，第一薄膜晶体管阵列基板位于第一彩色滤光基板与准直性背光模块之间，而第一液晶层位于第一薄膜晶体管阵列基板以及第一彩色滤光基板之间。

在本发明的一实施例中，上述的第二显示面板包括第二薄膜晶体管阵列基板、第二彩色滤光基板以及第二液晶层。第二薄膜晶体管阵列基板邻近第一显示面板，第二薄膜晶体管阵列基板位于第二彩色滤光基板以及第一显示面板之间，而第二液晶层位于第二薄膜晶体管阵列基板以及第二彩色滤光基板之间。此时，透镜阵列可以与第二薄膜晶体管阵列基板远离第二液晶层的一侧连接，透镜阵列也可以与彩色滤光基板远离第二液晶层的一侧连接。

在本发明的一实施例中，上述的景深距离实质上介于0.5公分与20公分之间.

在本发明的一实施例中，上述的景深距离实质上为3公分。

在本发明的一实施例中，上述的透镜为凸透镜，而凸透镜的曲率半径例如分别为每一第二像素尺寸的1/2。

在本发明的一实施例中，上述的每一透镜对应地配置与每一第二像素上，每一透镜的截面积与每一第二像素的截面积实质上相等。或每一透镜对应地配置于第二像素中的一列像素上，每一透镜的截面积与第二像素中的一列像素截面积实质上相等。或每一透镜对应地配置于第二像素中的一行像素上。

在本发明的一实施例中，上述的每一透镜对应地配置于第二显示面板周围的第二像素上。

基于上述，本发明利用准直性背光模块提供一高准直性的光线，有效降低公知的背光模块所提供的光线产生相互干扰的机率，避免公知技术产生影像重迭的问题。另一方面，本发明的立体显示器搭配适当的透镜阵列可以增加立体显示器的可视角。

附图说明

图1A～图1C是用于说明另一种公知立体显示器的示意图；

图2A与图2B绘示为依照本发明一实施例的立体显示器的剖面示意图；

图3A为图2A的立体显示器的剖面图；

图3B为本发明的一种立体显示器的剖面示意图；

图4A为本发明的一种立体显示器中透镜阵列的设置状态的上视图；

图4B为本发明的一种立体显示器中透镜阵列的设置状态的上视图；

图4C为本发明的一种立体显示器中透镜阵列的设置状态的上视图；

图4D为本发明的一种立体显示器中透镜阵列的设置状态的上视图。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

具体实施方式

图2A与图2B绘示为依照本发明一实施例的立体显示器的剖面示意图。请同时参照图2A与图2B，立体显示器200包括准直性背光模块210、第一显示面板220、第二显示面板230以及透镜阵列240。其中，准直性背光模块210具有出射面210E，且其自出射面210E提供具有小于10度的发散角的光线(将说明于下)。第一显示面板220具有多个第一像素222，并配置于准直性背光模块210上。第二显示面板230具有多个对应于第一像素222的第二像素232，第一显示面板220配置于第二显示面板230与高准直性背光模块210之间，且第一显示面板220与第二显示面板230之间具有景深距离D。透镜阵列240邻接于第二显示面板230上，透镜阵列240具有多个对应于第二像素232的透镜，其中透镜例如是凸透镜。

如图2A与图2B所示，利用各第一像素222与相对应的第二像素232之间不同的亮度比例，可以让观察者所观察的影像具有不同景深的感觉，进而使得影像产生不同景深的三维效果。举例而言，位于图中左方的第一像素222A的亮度相对于第二像素232A的亮度高，因此在像素区域PA所呈现的影像I1的景深值为D1，第一像素222B的亮度约略等于对应的第二像素232B的亮度，因此在像素区域PB所呈现的影像I2的景深值为D2，而第一像素222C的亮度相对于对应的第二像素232C的亮度低，因此在像素区域PC所呈现的影像I3的景深值为D3，而D1＜D2＜D3，因此观察者可以看到不同景深的立体影像。

值得注意的是，准直性背光模块210可以提供高准直性的光线，亦即光线的行进方向虽略有不同，但不同行进方向的光线之间的角度差异性在10度以下。举例而言，如图2A所示，在本实施例中，令光线中与出射面210E之间夹角最大者为θ_a，而光线中与出射面210E之间夹角最小者为θ_b，则发散角θ满足下列关系式：θ＝θ_a-θ_b＜10°。

如此，本发明的准直性背光模块210所提供的光线具有高准直特性，因此通过相邻像素区域P的光线彼此较不易相互干扰，如图2A中的光线La与光线Lc不易入射像素区域PB中的范围，可以降低像素区域PB所显示的影像I2受到光线La与光线Lc干扰的机率，有效避免公知立体显示器200所发生的影像重迭及相互干扰的问题。由于本发明的准直性背光模块210具有高准直性的光线，设计者可因应设计需求或使用者需求而加大景深距离D，进一步提升立体显示器200所显示的立体影像效果。在本实施例中，景深距离D例如是实质上介于0.5公分与20公分之间，在一较佳实施例中，景深距离D实质上为3公分。

另一方面，本发明于第二显示面板230上设置透镜阵列240，如图2A所示，透镜阵列240直接与第二显示面板230邻近第一显示面板220的一侧连接，并且透镜阵列240上的各透镜242是与对应的第二像素232相互搭配，使得入射第二像素232的光线经过透镜242后偏折至较大的角度再自第二像素232出射。

更详细而言，如图2B所示，自准直性背光模块210提供至第二像素232的光线通过透镜242产生折射后，观察者能在较大的角度观察到立体显示器200所显示的影像，进而增加观察者的可视角，因此对于大屏幕显示的立体显示器200或者是需要广视角的立体显示器200机种而言，本发明通过透镜阵列240能够使得立体显示器200达到广视角的功效，提高立体影像显示质量。此外，凸透镜242的折射面例如为弧面，且在本实施例中，凸透镜242的曲率半径例如分别为每一第二像素232尺寸的1/2，亦即，凸透镜242的形状为半圆柱状时，凸透镜242是以直径贴覆于第二像素232的投影范围内。

具体而言，此透镜阵列240可以利用雷射蚀刻制程、或利用开模技术加以制作，本发明并不以此为限。更详细来说，图3A为图2A的立体显示器的剖面图。请参阅图3A，第一显示面板220例如包括第一薄膜晶体管阵列基板220A、第一彩色滤光基板220C以及第一液晶层220B。第一薄膜晶体管阵列基板220A配置于出射面210E上，第一薄膜晶体管阵列基板220A位于第一彩色滤光基板220C与准直性背光模块210之间，而第一液晶层220B位于第一薄膜晶体管阵列基板220A以及第一彩色滤光基板220C之间。并且，第二显示面板230包括第二薄膜晶体管阵列基板230A、第二彩色滤光基板230C以及第二液晶层230B。第二薄膜晶体管阵列基板230A邻近第一显示面板220，第二薄膜晶体管阵列基板230A位于第二彩色滤光基板230C以及第一显示面板220之间，而第二液晶层230B位于第二薄膜晶体管阵列基板230A以及第二彩色滤光基板230C之间。在本实施例中，透镜阵列240是与第二薄膜晶体管阵列基板230A远离第二液晶层230B的一侧直接连接。

图3B为本发明的一种立体显示器的剖面示意图。请参照图3B，为了简化说明，在此不再对该些与图3A所示的构件类似的部分加以说明。与图3A相较，本实施例的立体显示器200中的透镜阵列240是与彩色滤光基板远离第二液晶层230B的一侧直接连接。

在立体显示器200的应用层面上，设计者可依据产品尺寸、产品使用环境、分辨率要求、像素尺寸或其它需求，在立体显示器200中的适当区域对应地配置透镜阵列240，并且透镜阵列240上的透镜242尺寸亦可因应像素区域的大小作调变。以下将提出列举一些实施例说明本发明的立体显示器200中的透镜阵列240的实际应用。值得注意的是，本发明的立体显示器200中的各像素区域适于呈现在该范围内第一像素222表现与第二像素232表现所迭加的影像效果。

图4A为本发明的一种立体显示器中透镜阵列的设置状态的上视图。请参照图4A所示，立体显示器200A中每一透镜242对应地配置于每一第二像素232的投影范围内，并且在本实施例中，每一透镜242的截面积与每一第二像素232的面积实质上相等，值得注意的是，为清楚说明，图4A仅绘示透镜阵列240上透镜242与第二显示面板230上的第二像素232的相对关系，而省略了其它构件的绘示。如图4A所示，每一透镜242可以使得对应像素区域P的光线在出射立体显示器200A时具有较大的偏折角度，进而达到广视角的目的。当然，承如前述，每一透镜242可以是直接与第二彩色滤光基板230C连接，也可以是直接与第二薄膜晶体管阵列基板230A连接(绘示于图3A与图3B)，本发明并不以此为限。

图4B为本发明的一种立体显示器中透镜阵列的设置状态的上视图。请参照图4B与图3A，考虑到透镜阵列240的制程与成本，透镜阵列240亦可采用如图4B所示的方式作配置，立体显示器200B中仅将透镜阵列240适当地设计于立体显示器200B的两侧的两列像素上，并且透镜242的大小可以加以调变。举例而言，每一透镜242可以对应地配置于如图4B左方的两列第二像素232上，而每一透镜242的截面积与第二像素232中的一列像素面积实质上相等。此外，每一透镜242也可以以如图4B右方两列像素的形式而配置于对应的第二像素232上，其主要将第二像素232中的一列像素分割成两个区域R_A与R_B，而在该列的第二像素232中对应地配置两个透镜242，且此时同一列像素上的两个透镜242的截面积和约略等于该列像素的总面积。当然，第二像素232中的一列像素亦可分割成三个、四个或者更多区域，且另每一透镜242对应地设置于每一分割区域中，本发明并不限定每一列像素中透镜242的配置数目。

图4C为本发明的一种立体显示器中透镜阵列的设置状态的上视图。请参照图4C，立体显示器200C中每一透镜242可以对应地配置于第二像素232中的一列像素上，且在本实施例中，每一透镜242的截面积与第二像素232中的一行像素面积实质上相等。

图4D为本发明的一种立体显示器中透镜阵列的设置状态的上视图。请参照图4D，实务上，由于观察者较不易观察到立体显示器200D位于周围像素区域P所显示的影像，因此在本实施例中，每一透镜242可以选择性地配置于周围像素的投影范围内。如此一来，本实施例的立体显示器200D可以用最经济的方式达到广视角的目的。此外，图4A～图4D中，透镜242的形状是以半圆柱形作代表，透镜242亦以可以是球状或者是其它适当形状，本发明并不用以限定透镜242的形状。

综上所述，本发明的立体显示器至少具有下列优点之一或部分或全部：

1.本发明的立体显示器中搭配使用准直性背光模块，可以有效避免公知相邻像素影像重迭的问题，并可以增加景深距离，提高立体显示器的显示质量。

2.将本发明的立体显示器通过透镜阵列，可以提高观察者的可视角，达到广视角的效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，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，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种立体显示器，其特征在于，包括：

一准直性背光模块，具有一出射面，该准直性背光模块自该出射面提供一光线，且该光线具有一小于10度的发散角；

一第一显示面板，配置于该准直性背光模块上，该第一显示面板具有多个第一像素；

一第二显示面板，具有多个对应于该些第一像素的第二像素，该第一显示面板配置于该第二显示面板以及该高准直性背光模块之间，且该第一显示面板与该第二显示面板之间具有一景深距离；以及

一透镜阵列，邻接于该第二显示面板上，且该透镜阵列具有多个对应于该些第二像素的透镜。

2.如权利要求1所述的立体显示器，其特征在于，其中该透镜阵列与该第二显示面板邻近该第一显示面板的一侧连接，或与该第二显示面板远离该第一显示面板的一侧连接。

3.如权利要求1所述的立体显示器，其特征在于，其中该发散角为该光线中与该出射面之间夹角最大者相对于该光线中与该出射面之间夹角最小者的差值。

4.如权利要求1所述的立体显示器，其特征在于，其中该第一显示面板包括：

一第一薄膜晶体管阵列基板，配置于该出射面上；

一第一彩色滤光基板，其中该第一薄膜晶体管阵列基板位于该第一彩色滤光基板与该准直性背光模块之间；以及

一第一液晶层，位于该第一薄膜晶体管阵列基板以及该第一彩色滤光基板之间。

5.如权利要求1所述的立体显示器，其特征在于，其中该第二显示面板包括：

一第二薄膜晶体管阵列基板，邻近该第一显示面板；

一第二彩色滤光基板，该第二薄膜晶体管阵列基板位于该第二彩色滤光基板以及该第一显示面板之间；以及

一第二液晶层，位于该第二薄膜晶体管阵列基板以及该第二彩色滤光基板之间。

6.如权利要求5所述的立体显示器，其特征在于，该透镜阵列与该第二薄膜晶体管阵列基板远离该第二液晶层的一侧连接；或该透镜阵列与该彩色滤光基板远离该第二液晶层的一侧连接。

7.如权利要求1所述的立体显示器，其特征在于，其中该景深距离实质上介于0.5公分与20公分之间。

8.如权利要求1所述的立体显示器，其特征在于，其中该景深距离实质上为3公分。

9.如权利要求1所述的立体显示器，其特征在于，其中该些透镜为凸透镜，该些凸透镜的曲率半径分别为每一第二像素尺寸的1/2。

10.如权利要求1所述的立体显示器，其特征在于，其中每一透镜对应地配置于每一第二像素上，每一透镜的截面积与每一第二像素的面积实质上相等；或每一透镜对应地配置于该些第二像素中的一列像素上，每一透镜的截面积与该些第二像素中的一列像素面积实质上相等；或每一透镜对应地配置于该些第二像素中的一行像素上。

11.如权利要求1所述的立体显示器，其特征在于，其中每一透镜对应地配置于该第二显示面板周围的第二像素上。