CN102981281B - 立体影像显示器及立体影像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立体影像显示器，包括显示面板以及屏障面板。屏障面板位于显示面板的一侧。屏障面板包括对向设置的第一与第二基板、第一与第二图案化电极层以及位于第一与第二图案化电极层之间的液晶层。第一图案化电极层位于第一基板上，包括多个第一电极，第一电极具有第一线宽、第一间距以及第一节距，第一节距为第一线宽与第一间距的总合。第二图案化电极层位于第二基板上，包括多个第二电极，第二电极具有第一线宽、第一间距以及第一节距，其中第一电极与第二电极彼此错位，且第二电极相对于第一电极在水平方向上的平移距离为第一节距的1/2。

Description

立体影像显示器及立体影像显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示器及显示装置，特别是涉及一种立体影像显示器及立体影像显示装置。

背景技术

近年来，随着显示技术的不断进步，使用者对于显示器的显示质量（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，为了满足使用者观看真实影像的需求，也发展出能够显示出立体影像的显示器。

目前发展较快速也较成熟的立体显示技术为空间多任务技术（Spatial-multiplexed Technology）。在空间多任务的立体显示技术中，为了建立立体影像效果，常利用视差屏障（Parallax Barrier）或者柱状透镜在空间中形成不同视域（Viewing Zone）以让观看者右眼和左眼分别接收不同影像信息。其中，屏障制作技术又比透镜制作技术更为成熟，因此被广泛应用于商品中。

具体而言，视差屏障是具有透光区域与不透光区域交错出现的周期性结构，其具有适当的间距（Pitch），且其与显示单元（Image Cell）是以间隔一段适当距离的方式进行贴合。其中，显示单元必须在一个画面中同时播放给观看者左右眼观赏的影像，并且呈现左右交错的排列。如此一来，当显示单元与视差屏障贴合后，观看者的左眼就只能观察到播放左眼影像的像素，右眼就只能观察到播放右眼影像的像素，也就是说，左眼因为视差屏障的不透光区域的遮蔽效应而无法看到播放右眼影像的像素，右眼也一样。因此，当显示单元播放影像时，观看者就可以在适当位置观赏立体影像。

以双视角（2-view）的立体影像显示器为例，由于视差屏障与像素都是周期性结构，因此通过屏障所投射出的左右影像区域会在空间中周期性地出现，也就是会投射出交替的左右影像区域。因此，观看者的左右眼必须对应位于左右影像区域，才能观赏到好的立体影像，否则会有左眼可能看到右眼影像，或是右眼可能看到左眼影像的现象发生，也就是产生噪声（Crosstalk）。举例来说，当观看者位于对应于显示器中央的位置（称为中央位置）时，由于左眼落在左眼影像区域的中央，右眼落在右眼影像区域的中央，因此观看者可以观赏好的立体影像，故此观看位置为前述的适当位置，也就是噪声最小或几乎不存在噪声的位置。然而，当观看者由中央位置向左或向右移动时，导致左眼落在右眼影像区域的中央，而右眼落在左眼影像区域的中央，观看者将会因为感受到前后相反的错误立体影像而不舒服。此现象称为幻视（Pseudoscopy），而导致观看者观察到幻视的区域称为暗区（Dead Zone），此处的噪声远高于上述的中央区域，会导致观看者的不舒服感受。

由于立体影像显示器有所谓适当观看位置的限制，使得观看者在使用上较容易疲劳，导致观看者对于立体影像显示器的使用意愿降低。因此，降低噪声以达成不具有观看位置限制的立体显示技术乃业界所致力的课题之一。

发明内容

本发明提供一种立体影像显示器，能提供噪声较低的立体影像质量。

本发明另提供一种立体影像显示装置，能根据观看者的位置提供良好的立体影像质量。

本发明提供一种立体影像显示器，其包括显示面板以及屏障面板。屏障面板位于显示面板的一侧。屏障面板包括第一基板、第一图案化电极层、第二基板、第二图案化电极层以及液晶层。第一图案化电极层位于第一基板上，包括多个第一电极，各第一电极具有第一线宽、第一间距以及第一节距，第一节距为第一线宽与第一间距的总合。第二基板与第一基板对向设置。第二图案化电极层位于第二基板上，包括多个第二电极，各第二电极具有第一线宽、第一间距以及第一节距，其中第一电极与第二电极彼此错位，且第二电极相对于第一电极在水平方向上的平移距离为第一节距的1/2。液晶层位于第一图案化电极层与第二图案化电极层之间。

本发明另提供一种立体影像显示装置，其包括前述的立体影像显示器以及人眼追踪器。人眼追踪器用以检测一观看者与显示面板之间的相对位置，其中屏障面板的驱动与人眼追踪器的检测同步。

基于上述，在本发明的立体影像显示器与立体影像显示装置中，屏障面板的电极层被设计成具有适当的构型与配置方式。如此一来，在搭配人眼追踪器的使用下驱动屏障面板的电极层，立体影像显示器能根据观看者的位置而提供良好的立体影像质量。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，以下特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1A为根据本发明一实施例的立体影像显示器的剖面示意图；

图1B为图1A的第一电极层与第二电极层的俯视示意图；

图2为根据本发明一实施例的立体影像显示装置的示意图；

图3A为立体影像显示器搭配人眼追踪器的动作方式的示意图；

图3B为立体影像显示器搭配人眼追踪器的动作方式的示意图；

图4是根据本发明一实施例的立体影像显示器的剖面示意图。

附图标记

10：立体影像显示装置            100、100a：立体影像显示器

200：显示面板                   210、220、310、330：基板

230：显示介质层                 300：屏障面板

320、340：图案化电极层          322a~322f、342a~342f：电极

324a~324d、344a~344d：连接线    326a~326d、346a~346d：共享导线

350：液晶层                     400：粘着层

500a、500b、500c：偏光片        600：人眼追踪器

L：左眼影像像素                   R：右眼影像像素

S：遮蔽区                         T：透光区

V：观看者                         D：水平方向

L1：线宽                         S1：间距

P1：节距

具体实施方式

图1A是根据本发明一实施例的立体影像显示器的剖面示意图，以及图1B为图1A的第一电极层与第二电极层的俯视示意图。请参照图1A，立体影像显示器100包括显示面板200以及屏障面板300。屏障面板300位于显示面板200的一侧。在本实施例中，屏障面板300例如是配置于显示面板200上方。屏障面板300包括第一基板310、第一图案化电极层320、第二基板330、第二图案化电极层340以及液晶层350。第二基板330与第一基板310对向设置。液晶层350位于第一基板310与第二基板330之间，且位于第一图案化电极层320与第二图案化电极层340之间。第一基板310与第二基板330例如是玻璃基板，在其它的实施例中，第一基板310与第二基板330也可以采用其它材质的透明基板。液晶层350例如是包括向列型正型液晶或向列型负型液晶。

请同时参照图1A与图1B，第一图案化电极层320位于第一基板310上，包括多个第一电极322a~322d，各第一电极322a~322d具有第一线宽L1、第一间距S1以及第一节距P1，第一节距P1为第一线宽L1与第一间距S1的总合。在本实施例中，第一线宽L1例如是介于32.5与35um之间。第一间距S1例如是介于0与6um之间。第一节距P1例如是介于3.5与6um之间。

在本实施例中，第一图案化电极层320例如是包括M组电极组，各组电极组例如是包括N个第一电极322a~322d，其中M、N为正整数，且N例如是大于或等于4的整数。在本实施例中，是以N=4为例进行说明，换言之，一组电极组例如是包括4个第一电极322a~322d。当然，在其它实施例中，一组电极组也可以包括5、6、7、8…个第一电极。在本实施例中，第一电极322a~322d例如是包括在水平方向D上排列的多个条状电极。第一电极322a~322d例如是彼此平行排列，且第一电极322a~322d例如是分别通过一连接线324a~324d与一共享导线326a~326d连接。其中，第一电极322a~322d例如是可以通过共享导线326a~326d个别驱动，因此驱动上例如是分成N组。在本实施例中，驱动上例如是分成4组。第一电极322a~322d的材料例如为铟锡氧化物（ITO）、铟锌氧化物（IZO）或其它适当的透光导电材料。

第二图案化电极层340位于第二基板330上，包括多个第二电极342a~342d，各第二电极342a~342d具有第一线宽L1、第一间距S1以及第一节距P1，其中第一电极322a~322d与第二电极342a~342d彼此错位，且第二电极342a~342d相对于第一电极322a~322d在水平方向D上的平移距离为第一节距P1的1/2（即1/2P1）。换言之，第二电极342a~342d具有与第一电极322a~322d相同的第一线宽L1、第一间距S1以及第一节距P1，因此两者具有实质上相同的构型。在本实施例中，第一线宽L1例如是介于32.5与35um之间。第一间距S1例如是介于0与6um之间。第一节距P1例如是介于3.5与6um之间。

在本实施例中，第二图案化电极层340例如是包括M组电极组，各组电极组例如是包括N个第二电极342a~342d，其中M、N为正整数，且N例如是大于或等于4的整数。在本实施例中，是以N=4为例进行说明，换言之，一组电极组例如是包括4个第二电极342a~342d。当然，在其它实施例中，一组电极组也可以包括5、6、7、8…个第二电极。在本实施例中，第二电极342a~342d例如是包括在水平方向上排列的多个条状电极。第二电极342a~342d例如是彼此平行排列，且第二电极342a~342d例如是分别通过一连接线344a~344d与一共享导线346a~346d连接。其中，第二电极342a~342d例如是可以通过共享导线346a~346d个别驱动，因此驱动上例如是分成N组。在本实施例中，驱动上例如是分成4组。第二电极342a~342d的材料例如为铟锡氧化物（ITO）、铟锌氧化物（IZO）或其它适当的透光导电材料。

在本实施例中，相对应的第一电极322a~322d与第二电极342a~342d彼此在水平方向D上错位1/2P1的距离。举例来说，第一电极322a与第二电极342a在水平方向D上错位1/2P1的距离，第一电极322b与第二电极342b在水平方向D上错位1/2P1的距离，依此类推。在本实施例中，各第二电极342a~342d例如是对应地重叠于相邻的两个第一电极322a~322d，诸如第二电极342a对应地重叠于相邻的两个第一电极322a、322b，第二电极342b对应地重叠于相邻的两个第一电极322b、322c，依此类推。值得注意的是，由于第一电极322a~322d与第二电极342a~342d分别属于不同膜层，但利用交错配置的方式使两者在空间上重叠，如此一来可以使得第一电极322a~322d与第二电极342a~342d得以紧密排列，但第一电极322a~322d与第二电极342a~342d又能分别具有适当的线宽。也就是说，在上下两电极层的设计下，能够达到使电极紧密排列的目的，又能避免制作线宽过小的电极所遭遇的线宽极限问题，因此能大幅增加电极层的制作余量。再者，特别一提的是，考虑制作误差的存在，第二电极342a~342d相对于第一电极322a~322d在水平方向D上的平移距离可容许误差为小于或等于5um，换言之，第二电极342a~342d相对于第一电极322a~322d在水平方向D上的平移距离例如为1/2P1±5um。

在本实施例中，第一图案化电极层320的第一电极322a~322d例如是可以通过共享导线326a~326d个别驱动，因此驱动上例如是分成N组，第二图案化电极层340的第二电极342a~342d例如是可以通过共享导线346a~346d个别驱动，因此驱动上例如是分成N组。也就是说，总共有2N组驱动信号。在本实施例中，总共例如有8组驱动信号。

显示面板200例如是包括一对基板210、220，以及配置于该对基板210、220之间的显示介质层230。基板210例如是像素阵列基板，其具有多个像素。每个像素例如是包括主动元件以及与主动元件电性连接的像素电极以及信号线（包含数据线及扫描线）。基板220例如是彩色滤光基板，其例如是具有多个彩色滤光图案。显示介质层230例如是液晶层。显示面板200是任何可以显示影像的构件，例如液晶显示面板、有机电致发光显示面板、电浆显示面板、电泳显示面板、场发射显示面板等，或其它形式显示面板，其中当显示面板200采用非自行发光的材料（例如液晶材料）作为显示介质时，立体影像显示器100可以选择性地还包括有光源模块以提供显示所需的光源。

在本实施例中，立体影像显示器100例如是还包括粘着层400，用以接合显示面板200与屏障面板300。立体影像显示器100例如是还包括偏光片500a、500b、500c，分别配置于显示面板200与屏障面板300的表面上。

在本实施例中，显示面板200的显示面朝向屏障面板300，也即屏障面板300配置于显示面板200上方。如此一来，当显示面板200与屏障面板300贴合后，通过屏障面板300的作用（将于后文中说明），观看者的左眼就只能观察到播放左眼影像的像素，右眼就只能观察到播放右眼影像的像素，进而产生立体影像效果。

接下来将以立体影像显示器搭配人眼追踪器使用的立体影像显示装置来说明立体影像显示器的动作方式。图2是根据本发明一实施例的立体影像显示装置的示意图。请参照图2，立体影像显示装置10包括前述的立体影像显示器100以及人眼追踪器600。人眼追踪器600用以检测一观看者V与显示面板200之间的相对位置，其中屏障面板300的驱动与人眼追踪器600的检测同步。人眼追踪器600例如是包括镜头或重力传感器（G-sensor）。也就是说，人眼追踪器600会根据观看者V的眼睛位置来驱动屏障面板300，使得观看者V的左眼落在左眼影像区域，右眼落在右眼影像区域，因此观看者V可以观赏到噪声较低或几乎无噪声的立体影像。

图3A与图3B分别为立体影像显示器搭配人眼追踪器的动作方式的示意图，以说明立体影像显示器的整个驱动过程。其中，于图3A与图3B的下方示出立体影像显示器100，以及于图3A与图3B的上方示出立体影像显示器100投射出的左右眼影像光场的位置与噪声之间的关系。其中，显示面板200中的L与R分别表示投射出左眼影像与右眼影像的像素，以及于屏障面板300的液晶层350中示出对应的屏障效果，灰色区域表示遮蔽区域，灰色区域之间的空白区域表示透光区域，OVD表示最佳视距（optimal viewing distance）。请参照图3A，首先，当观看者V位于对应于立体影像显示器100的中央位置时，给予第一电极322a、322d第一电位，同时给予第一电极322b、322c与第二电极342a~342d共同电位（Com），其中第一电位高于或低于共同电位。在本实施例中，第一电位例如是5V，共同电位例如是0V。此时，以液晶层350为向列型液晶为例，对应于第一电极322b、322c的液晶分子的穿透率例如为255灰阶，对应于第一电极322a、322d的液晶分子的穿透率因为有电压差而为0灰阶。换言之，对应于第一电极322b、322c的液晶分子形成透光区T，以及对应于第一电极322a、322d形成遮蔽区S，且透光区T与遮蔽区S交错配置。此时，屏障面板300所产生的等效屏障效果与投射出的左右眼影像光场如图3A所示。由图3A可知，当观看者V位于此中央位置，其所接收到左右眼影像光场的噪声实质上为零，也就是说，其能观看到良好的立体影像质量。

然后，当观看者V相对于图3A向右方移动到如图3B所示的位置时，将屏障面板300的驱动改成给予第二电极342a、342d第一电位，同时给予第二电极342b、342c与第一电极322a~322d共同电位（Com），其中第一电位高于或低于共同电位。在本实施例中，第一电位例如是5V，共同电位例如是0V。此时，所产生的等效屏障效果为由图3A所产生的等效屏障效果向右移动了半个节距1/2P1的距离，使得投射出来的最佳观看区域随着观看者V移动，也就是表示噪声的曲线由虚线位置移动至实线位置。这样的推论可以进一步推广到在人眼追踪器600的追踪下同步驱动屏障面板300时，不论观看者V移动至任何位置，观看者V的双眼都会落在最佳观看区域中。

特别说明的是，若假设多个第一电极322a~322d的总宽度等同于传统双视角屏障的单一个电极的宽度W，则在本实施例中，各个第一电极322a～322d与第二电极342a~342d的线宽L1例如是W的1/N，且在上述驱动下，能产生相当于双视角屏障节距（2-view Barrier Pitch）的1/2N距离的移动效果。举例来说，在本实施例中产生相当于双视角屏障节距的1/8距离的移动效果。

接着，进一步详细地说明N=4的设计的光学效果，由图3B可知，当给予第一电位的电极从第一电极322a、322d变成第二电极342a、342d时，将原本带有单眼信息的区域的宽度定义为WS，通过屏障面板300投射出的带有左右眼影像信息的区域在空间中向右平移了WS/4。也就是说，N=4的电极设计能将带有单眼信息的区域切割成四等分，当观看者V移动位置，通过同步地驱动屏障面板300，就可以数字式地进行人眼追踪，也就是一次将带有左右眼影像信息的区域向左或向右移动WS/4。当然，视使用者移动的位置而定，也可以一次移动两倍WS/4或者三倍WS/4等等。再者，若于某些应用需要进一步降低干扰，可以一次让3组电极宽度对应的液晶穿透率为0灰阶。例如，给予第一电极322a、322b、322c第一电位，同时给予第一电极322d与第二电极342a~342d共同电位，如此不透光区域可以增加以降低干扰。

由上述结论可知，N越大则人眼追踪的效果越佳。举例来说，为了让干扰的现象更低，可以使用如图4所示的立体影像显示器100a为N=6的设计，其中为了进一步降低干扰，可以依序给予4组电极第一电位。举例来说，给予第一电极322a、322b、322e、322f第一电位，同时给予第二电极342a~342f以及第一电极322c、322d共同电位，其中第一电位高于或低于共同电位。再者，于某些需要更佳降低干扰表现的应用，可以一次让5组电极宽度对应的液晶穿透率为0灰阶。例如，给予第一电极322a~322e第一电位，给予第一电极322f与第二电极342a~342f共同电位，如此不透光区域将增加以降低干扰。于某些希望能得到较高穿透率的应用，可以一次让3组电极宽度对应的液晶穿透率为0灰阶。例如，给予第一电极322a~322c第一电位，给予第一电极322d~322f与第二电极342a~342f共同电位，如此不透光区域将减少以增加穿透率。

由于人眼追踪器600会检测观看者V的眼睛位置并据此驱动屏障面板300，故屏障面板300的驱动能与观看者V所处的位置同步，使得通过显示面板200与屏障面板300所投射出来的最佳观看区域会跟随着观看者V移动，因此达到无暗区（Dead Zone Free）的立体显示效果。如此一来，观看者可以在任意移动位置的状态下观看到具有良好立体影像质量的立体影像，而不会受到所谓适当影像投射区域的限制，故能提升观看者的身体舒适度以及所观赏到的立体影像质量。

综上所述，在本发明的立体影像显示器与立体影像显示装置中，屏障面板的第一电极层与第二电极层包括在空间上彼此错位的多个第一电极与多个第二电极。如此一来，在搭配人眼追踪器的使用下驱动屏障面板的电极层，立体影像显示器能根据观看者的位置而提供噪声较低或几乎没有噪声的最佳观看区域，以达到无暗区的立体显示效果。因此，观看者可以在任意移动位置的状态下观看到具有良好立体影像质量的立体影像，而不会受到所谓适当影像投射区域的限制，故能提升观看者的身体舒适度以及所观赏到的立体影像质量。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可对其进行多种变更及修饰，因此本发明的专利保护范围应当以本说明书所附的权利要求书所界定为准。

Claims (11)

1.一种立体影像显示器，其特征在于，包括：

一显示面板；以及

一屏障面板，位于该显示面板的一侧，其中该屏障面板包括：

一第一基板；

一第一图案化电极层，位于该第一基板上，包括多个第一电极，各该第一电极具有一第一线宽、一第一间距以及一第一节距，该第一节距为该第一线宽与一第一间距的总合；

一第二基板，与该第一基板对向设置；

一第二图案化电极层，位于该第二基板上，包括多个第二电极，各该第二电极具有该第一线宽、该第一间距以及该第一节距，其中该些第一电极与该些第二电极彼此错位，且该些第二电极相对于该些第一电极在水平方向上的平移距离为该第一节距的1/2，其中，各该第二电极对应地重叠于相邻的两个该第一电极；以及

一液晶层，位于该第一图案化电极层与该第二图案化电极层之间。

2.根据权利要求1所述的立体影像显示器，其特征在于，该第一间距介于0与6um之间。

3.根据权利要求1所述的立体影像显示器，其特征在于，该液晶层包括一向列型正型液晶或一向列型负型液晶。

4.根据权利要求1所述的立体影像显示器，其特征在于，该些第一电极包括在水平方向上排列的多个条状电极。

5.根据权利要求1所述的立体影像显示器，其特征在于，该些第二电极包括在水平方向上排列的多个条状电极。

6.一种立体影像显示装置，其特征在于，包括：

根据权利要求1所述的立体影像显示器；以及

一人眼追踪器，用以检测一观看者与该显示面板之间的相对位置，其中该屏障面板的驱动与该人眼追踪器的检测同步。

7.根据权利要求6所述的立体影像显示装置，其特征在于，该第一间距介于0与6um之间。

8.根据权利要求6所述的立体影像显示装置，其特征在于，该液晶层包括一向列型正型液晶或一向列型负型液晶。

9.根据权利要求6所述的立体影像显示装置，其特征在于，该些第一电极包括在水平方向上排列的多个条状电极。

10.根据权利要求6所述的立体影像显示装置，其特征在于，该些第二电极包括在水平方向上排列的多个条状电极。

11.根据权利要求6所述的立体影像显示装置，其特征在于，该人眼追踪器包括一镜头或一重力传感器。