CN110488504A - 影像显示设备 - Google Patents

Abstract

一种影像显示设备，包括一平面显示器、一透镜数组层及一微结构式动态光学组件层。透镜数组层位于平面显示器具有显示面的一侧，透镜数组层能用于调控光场。微结构式动态光学组件层位于平面显示器具有显示面的一侧，微结构式动态光学组件层能切换为具有微结构功能或无微结构功能，微结构式动态光学组件层切换为具有微结构功能时，能用于调制光线角度方向。由此，可用于显现漂浮于空中的立体影像，且能在斜向的视角观赏，在实际使用时，亦可弹性的变化使用方式。

Description

影像显示设备

技术领域

本发明涉及一种影像显示设备，特别涉及一种为显示目的使用，能因应不同需求而进行切换的立体影像显示设备。

背景技术

三维立体显示设备，一般主流采用双眼融合影像的技术制成。

一般裸视三维立体显示设备，都需要让使用者在面向正对显示设备的方向才可以观赏立体影像，而在非正对显示设备的方向则看不到显示立体影像。在考虑一些情境状况的场合里，显示设备为水平摆放的情况时，观赏者自然的视角为斜向的观看显示设备。此时一般主流的三维显示技术无法提供对观赏者自然的观看角度，造成不便。再者，一般三维立体显示设备，在正面所观看的3D感知，对观赏者来说是只有一个方向的视觉刺激，就像是画面突出或沉入，而无法达到真正让影像脱离平面的感觉，实现漂浮于空中的感觉。

台湾专利证书号：I614533公开一种“立体显示设备”，包括一平面显示设备、一透镜数组层及一微结构层，透镜数组层设置于平面显示设备的显示面上，透镜数组层用于调控光场，微结构层设置于透镜数组层上，微结构层用于调制光线角度方向。由此，用于显现漂浮于空中的立体影像，且能在斜向的视角观赏。

然而现有的立体显示设备，在实际使用时，并无法弹性的变化使用方式，使其功能受到些许限制。例如只能斜向观看，无法如一般手机使用方式直立观看；又例如只有立体(3D)模式，无法平面(2D)及立体(3D)模式切换；又例如只能整个画面为立体(3D)影像，无法画面部分为平面(2D)影像，部分为立体(3D)影像。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于提供一种影像显示设备，在实际使用时，可以弹性的变化使用方式，使用上更为方便。

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种影像显示设备，包括：一平面显示器，该平面显示器具有一显示面；一透镜数组层，该透镜数组层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该透镜数组层能用于调控光场；以及一微结构式动态光学组件层，该微结构式动态光学组件层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该微结构式动态光学组件层能切换为具有微结构功能或无微结构功能，该微结构式动态光学组件层切换为具有微结构功能时，能用于调制光线角度方向。

优选地，该微结构式动态光学组件层为一液晶装置。

优选地，该透镜数组层为一动态光学组件层。

优选地，该透镜数组的动态光学组件层为一液晶装置。

优选地，该透镜数组层包含数个透镜，所述透镜具有聚焦功能，所述透镜使用光线的波长范围为300nm至1100nm，所述透镜直径为10um到5mm，所述透镜符合造镜者公式：1/f＝(n-1)(1/R1+1/R2)，其中R1和R2分别为透镜两边的曲率半径，f是透镜焦距，n是透镜折射率。

优选地，该微结构式动态光学组件层具有一第一部分及一第二部分，该微结构式动态光学组件层的第一部分具有微结构功能，能用于调制光线角度方向，该微结构式动态光学组件层的第二部分无微结构功能。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种影像显示设备。

包括：一平面显示器，该平面显示器具有一显示面；一透镜式动态光学组件层，该透镜式动态光学组件层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该透镜式动态光学组件层能切换为具有透镜数组功能或无透镜数组功能，该透镜式动态光学组件层切换为具有透镜数组功能时，能用于调控光场；以及一微结构层，该微结构层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该微结构层能用于调制光线角度方向。

优选地，该透镜式动态光学组件层为一液晶装置。

优选地，该微结构层为一动态光学组件层。

优选地，该微结构层的动态光学组件层为一液晶装置。

优选地，该透镜式动态光学组件层具有一第一部分及一第二部分，该透镜式动态光学组件层的第一部分具有透镜数组功能，能用于调控光场，该透镜式动态光学组件层的第二部分无透镜数组功能。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种影像显示设备，包括：一平面显示器，该平面显示器具有一显示面；一透镜式动态光学组件层，该透镜式动态光学组件层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该透镜式动态光学组件层具有一第一部分及一第二部分，该第一部分具有透镜数组功能，能用于调控光场，该第二部分无透镜数组功能；以及一微结构层，该微结构层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该微结构层能用于调制光线角度方向。

优选地，该透镜式动态光学组件层为一液晶装置。

优选地，该微结构层为一动态光学组件层。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种影像显示设备，包括：一平面显示器，该平面显示器具有一显示面；一动态光学组件层，该动态光学组件层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该动态光学组件层具有一第一面及一第二面，该第一面具有动态透镜功能，该第二面具有动态微结构功能。

本发明的有益效果：

本发明的影像显示设备包括动态光学组件层(如微结构式动态光学组件层或透镜式动态光学组件层)，在实际使用时，该动态光学组件层可因应需要而切换，以便弹性的变化使用方式，使用上更为方便。

该微结构式动态光学组件层可切换为具有微结构功能或无微结构功能，使本发明影像显示设备兼具有斜向观看及直立观看的功能。该透镜式动态光学组件层可切换为具有透镜数组功能或无透镜数组功能，使本发明影像显示设备兼具有观看立体影像及平面影像功能。该透镜式动态光学组件层部分具有透镜数组功能，部分无透镜数组功能，用户可同时观看立体影像及平面影像。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明影像显示设备第一实施例的示意图。

图2为本发明影像显示设备第一实施例另一状态的示意图。

图3为本发明影像显示设备第二实施例的示意图。

图4为本发明影像显示设备第二实施例另一状态的示意图。

图5为本发明影像显示设备第三实施例的示意图。

图6为本发明透镜数组相对排列的示意图。

图7为本发明透镜数组交错排列的示意图。

图8为本发明影像显示设备第四实施例的示意图。

具体实施方式

[第一实施例]

请参阅图1，本发明提供一种影像显示设备，其可应用于例如光电、医疗、军事、展示、显示器、教育娱乐及消费型电子等各种产业，该影像显示设备可应用于主动式或被动式等显示器，并不予以限制。

该影像显示设备包括一平面显示器1、一透镜数组层2及一微结构式动态光学组件层3，平面显示器1具有一显示面11，透镜数组层2位于平面显示器1具有显示面11的一侧，微结构式动态光学组件层3亦位于平面显示器1具有显示面11的一侧。平面显示器1、透镜数组层2及微结构式动态光学组件层3可以由下而上按序排列设置为三层，但不予以限制，例如透镜数组层2及微结构式动态光学组件层3也可上、下互换。在本实施例中，透镜数组层2设置于平面显示器1的显示面11上，微结构式动态光学组件层3设置于透镜数组层2上。透镜数组层2可接触或不接触平面显示器1的显示面11，微结构式动态光学组件层3可接触或不接触透镜数组层2。在另一实施例中，微结构式动态光学组件层3亦可设置于平面显示器1的显示面11上，透镜数组层2再设置于微结构式动态光学组件层3上。

平面显示器1设置于第一层(下层)，其负责显示集成式摄影(integralphotography)技术的图案。该平面显示器1可以为任意规格，只要能让演算法则适用，该平面显示器1的显示面11所显示的画面是依据演算法则及该平面显示器1规格将画面重新绘制，该演算法则不需经过影像反转的动作，而直接给予深度信息做为演算依据，以配合各种显示面板的规格。该演算法则包括坐标定义(Coordinate definition)、取得深度信息(Give depth information)、集成式影像光线轨迹(integral image ray tracing)及重新组合成集成式影像(integral image)等步骤。本发明概念在于直接给予物体在空中飘浮的位置，再进行运算。而主动式平面显示器，举凡如手机、平板或平面屏幕等，都可以作为平面显示器1，该平面显示器1的形式及构造并不限制，其特点在于可以控制立体影像的切换，可以达到动画效果。

该平面显示器1主要目的为显示漂浮3D影像的演算处理画面，称的集成式影像，且集成式影像在本发明中采用计算机演算处理。利用色彩图片配合深度图片(RGB+D)四维信息数据，重新演算编码。然而显示此集成式影像的方式可以依造显示设备的功能作为区分，优选的为主动式装置，主动式装置代表显示设备本身可以随意的变化集成式影像的画面，且较容易达到全彩的3D影像，举例说明有平面显示器、CRT TV、OLED等。其次为被动式装置，被动式装置代表其装置本身不能随意变动影像画面，例如为灯箱绘图、掩模刻图、印刷绘图等。

透镜数组层2可设置于第二层(中层)，该透镜数组层2具有调控光场的技术效果。聚光透镜可以调控立体对象的光线角度，进而让用户看到立体影像不同的角度而产生深度的立体感觉。不同的聚光透镜可以给予对象点不同的角度信息，光线由不同的透镜汇聚于空中形成一个带有深度数据的点，指出空间上的一点信息可以被分作不同的光线角度记录在不同透镜的像素之中。聚光透镜曲率将由透镜的材质决定，并配合与第一层的平面显示器1的结合，决定立体影像的高度、可视角度范围及清晰度。该显示面11所显示尚未重建的图像能通过透镜数组层2聚焦于非透镜上层表面而是透镜上方的空间中。

在本实施例中，该透镜数组层2以光学特性良好的材质所制成，例如有机玻璃(PPMA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)或玻璃(Glass)等透光材质制成，该透镜数组层2的材质并不限制。该透镜数组层2可包含数个透镜21，所述透镜21的排列及构造并不限制。所述透镜21具有聚焦功能，其曲率搭配透镜材料结合于平面显示器1，将决定立体影像高度、可视角度、分辨率。

该透镜数组层2的结构对显示的效果有非常重要的关联，透镜数组的排列方式可以为矩形排列或六角形排列的方式，亦即相邻两列的透镜21可呈相对的排列(如图6所示)或交错的排列(如图7所示)，皆可以显示3D影像信息。

在透镜数组层2上的微结构为聚焦功能的透镜，此微透镜规格将依照材质折射率n值决定其透镜聚焦能力。材质折射率n值从1.3至3.0皆可，透光度70％以上，反射率25％以下，可使用光线的波长范围为300nm至1100nm。所述透镜21符合造镜者公式：

1/f＝(n-1)(1/R1+1/R2)

其中R1和R2分别为透镜两边的曲率半径，f是透镜焦距，n是透镜折射率。另外透镜21直径大小从10um到3cm(优选为10um到5mm)适用不同的显示器板面大小。

微结构式动态光学组件层3(动态光学组件层)可设置于第三层(上层)，该微结构式动态光学组件层3用于调制光线角度方向。该微结构式动态光学组件层3可为一液晶装置(液晶微结构层)，使微结构式动态光学组件层3可切换为具有微结构功能，微结构式动态光学组件层3亦可切换为无微结构功能。

该微结构式动态光学组件层3可切换为具有微结构功能，可提供微结构层的功能，图1中为便于说明，刻意将该微结构式动态光学组件层3绘成三角形微结构层，实际上并非实体的微结构层。通过微结构式动态光学组件层3可以让光线偏折到相对于正向的斜向的角度，而可以让使用者不须在正向的视角观赏立体影像。尤其考虑在平面显示器1为水平摆设的情况下，使用者在正上方或正下方观看平面显示器1是不自然的。且实际使用一般裸视三维显示器情况下，在斜向的角度是看不到任何东西的。因此通过微结构式动态光学组件层3的功用，可以让用户以更为自然的角度观赏立体影像。

本发明的影像显示设备包括三层结构，光线将由平面显示器1显现出集成式影像，通过透镜数组层2，将集成式影像重新汇聚在空中呈现立体影像于空中，最后切换为具有微结构功能的微结构式动态光学组件层3会将光场折射到斜向的角度，于是在斜向的用户便可以观赏显示位置处的立体影像4，以符合人体工学的视角。

请参阅图2，该微结构式动态光学组件层3亦可切换为无微结构功能，如此即能以直立方式观看，如一般手机使用方式直立观看。是以，本发明影像显示设备兼具有斜向观看及直立观看的功能，在实际使用时，可弹性的变化使用方式，使用上更为方便。

[第二实施例]

请参阅图3，在本实施例中，该影像显示设备包括一平面显示器1、一透镜式动态光学组件层5及一微结构层6，透镜式动态光学组件层5位于平面显示器1具有显示面11的一侧，微结构层6亦位于平面显示器1具有显示面11的一侧。平面显示器1、透镜式动态光学组件层5及微结构层6可以由下而上按序排列设置为三层，但不予以限制，例如透镜式动态光学组件层5及微结构层6也可上、下互换。在本实施例中，透镜式动态光学组件层5设置于平面显示器1的显示面11上，微结构层6设置于透镜式动态光学组件层5上，亦即透镜式动态光学组件层5可设置于平面显示器1的上方，微结构层6可设置于透镜式动态光学组件层5的上方。

透镜式动态光学组件层5(动态光学组件层)可设置于第二层(中层)，该透镜式动态光学组件层5具有调控光场的技术效果。该透镜式动态光学组件层5可为一液晶装置(液晶透镜数组层)，使透镜式动态光学组件层5可切换为具有透镜数组功能，亦即在透镜式动态光学组件层5所形成的透镜数组具有聚焦功能。图3中为便于说明，刻意将该透镜式动态光学组件层5绘成透镜数组层，实际上并非实体的透镜数组层。

微结构层6可设置于第三层(上层)，该微结构层6用于调制光线角度方向。通过微结构层6可以让光线偏折到相对于正向的斜向的角度，而可以让使用者不须在正向的视角观赏立体影像。在本实施例中，该微结构层6可由聚酯(PET)、聚丙烯(PP)或聚碳酸酯(PC)等材质制成，该微结构层6的材质并不限制。该微结构层6可包含数个微结构61，所述微结构61可呈三角状，该微结构61可为等腰三角形或直角三角形等，该微结构层6的排列及构造并不限制。

本发明的影像显示设备包括三层结构，光线将由平面显示器1显现出集成式影像，通过切换为具有透镜数组功能的透镜式动态光学组件层5，将集成式影像重新汇聚在空中呈现立体影像于空中，最后微结构层6会将光场折射到斜向的角度，于是在斜向的用户便可以观赏显示位置处的立体影像4，以符合人体工学的视角。

如图4所示，该透镜式动态光学组件层5亦可切换为无透镜数组功能，如此用户便可以观赏平面影像7。是以，本发明影像显示设备兼具有平面(2D)及立体(3D)模式切换的功能，在实际使用时，可弹性的变化使用方式，使用上更为方便。

[第三实施例]

请参阅图5，在本实施例中，该影像显示设备包括一平面显示器1、一透镜式动态光学组件层5及一微结构层6，本实施例的构造与上述第二实施例大致相同，其差异在于，该透镜式动态光学组件层5可为一液晶装置(液晶透镜数组层)，使透镜式动态光学组件层5部分区域具有透镜数组功能，亦即只在透镜式动态光学组件层5部分区域如同透镜数组具有聚焦功能，能用于调控光场。该透镜式动态光学组件层5具有一第一部分51及一第二部分52，透镜式动态光学组件层5的第一部分51具有透镜数组功能，能用于调控光场，透镜式动态光学组件层5的第二部分52则无透镜数组功能。

如图5所示，该透镜式动态光学组件层5的第一部分51具有透镜数组功能，用户便可以观赏立体影像4，该透镜式动态光学组件层5的第二部分52无透镜数组功能，如此用户便可以观赏平面影像7。是以，本发明影像显示设备的画面可以部分为平面(2D)影像，部分为立体(3D)影像，用户可同时观看立体影像及平面影像，在实际使用时，可弹性的变化使用方式，使用上更为方便。

在本发明的另一实施例中，上述各实施例中的透镜数组层也可以动态光学组件层(液晶装置)取代，使其形成透镜式动态光学组件层。上述各实施例中的微结构层也可以动态光学组件层(液晶装置)取代，使其形成微结构式动态光学组件层，亦即透镜数组层及微结构层可同时为动态光学组件，且透镜数组层及微结构层亦可整合为一动态光学组件。在本发明的另一实施例中，该微结构式动态光学组件层也可具有一第一部分及一第二部分，该微结构式动态光学组件层的第一部分具有微结构功能，能用于调制光线角度方向，该微结构式动态光学组件层的第二部分无微结构功能，能以直立方式观看，如一般手机使用方式直立观看。

[第四实施例]

请参阅图8，在本实施例中，透镜数组层及微结构层可同时为动态光学组件，且透镜数组层及微结构层亦可整合为一动态光学组件，亦即该影像显示设备包括一平面显示器1及一动态光学组件层8，该平面显示器1具有一显示面11，该动态光学组件层8位于平面显示器1具有显示面11的一侧，该动态光学组件层8具有一第一面81及一第二面82，第一面81具有动态透镜功能，第二面具有动态微结构功能。

而以上所述仅为本发明的优选实施例，非意欲限制本发明的专利保护范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所做的等效变化，均同理皆包含于本发明的权利保护范围内。

Claims (15)

1.一种影像显示设备，其特征在于，包括：

一平面显示器，该平面显示器具有一显示面；

一透镜数组层，该透镜数组层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该透镜数组层能用于调控光场；以及

一微结构式动态光学组件层，该微结构式动态光学组件层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该微结构式动态光学组件层能切换为具有微结构功能或无微结构功能，该微结构式动态光学组件层切换为具有微结构功能时，能用于调制光线角度方向。

2.如权利要求1所述的影像显示设备，其特征在于，该微结构式动态光学组件层为一液晶装置。

3.如权利要求1所述的影像显示设备，其特征在于，该透镜数组层为一动态光学组件层。

4.如权利要求3所述的影像显示设备，其特征在于，该透镜数组的动态光学组件层为一液晶装置。

5.如权利要求1所述的影像显示设备，其特征在于，该透镜数组层包含数个透镜，所述透镜具有聚焦功能，所述透镜使用光线的波长范围为300nm至1100nm，所述透镜直径为10um到5mm，所述透镜符合造镜者公式：1/f＝(n-1)(1/R1+1/R2)，其中R1和R2分别为透镜两边的曲率半径，f是透镜焦距，n是透镜折射率。

6.如权利要求1所述的影像显示设备，其特征在于，该微结构式动态光学组件层具有一第一部分及一第二部分，该微结构式动态光学组件层的第一部分具有微结构功能，能用于调制光线角度方向，该微结构式动态光学组件层的第二部分无微结构功能。

7.一种影像显示设备，其特征在于，包括：

一平面显示器，该平面显示器具有一显示面；

一透镜式动态光学组件层，该透镜式动态光学组件层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该透镜式动态光学组件层能切换为具有透镜数组功能或无透镜数组功能，该透镜式动态光学组件层切换为具有透镜数组功能时，能用于调控光场；以及

一微结构层，该微结构层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该微结构层能用于调制光线角度方向。

8.如权利要求7所述的影像显示设备，其特征在于，该透镜式动态光学组件层为一液晶装置。

9.如权利要求7所述的影像显示设备，其特征在于，该微结构层为一动态光学组件层。

10.如权利要求9所述的影像显示设备，其特征在于，该微结构层的动态光学组件层为一液晶装置。

11.如权利要求7所述的影像显示设备，其特征在于，该透镜式动态光学组件层具有一第一部分及一第二部分，该透镜式动态光学组件层的第一部分具有透镜数组功能，能用于调控光场，该透镜式动态光学组件层的第二部分无透镜数组功能。

12.一种影像显示设备，其特征在于，包括：

一平面显示器，该平面显示器具有一显示面；

一透镜式动态光学组件层，该透镜式动态光学组件层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该透镜式动态光学组件层具有一第一部分及一第二部分，该透镜式动态光学组件层的第一部分具有透镜数组功能，能用于调控光场，该透镜式动态光学组件层的第二部分无透镜数组功能；以及

一微结构层，该微结构层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该微结构层能用于调制光线角度方向。

13.如权利要求12所述的影像显示设备，其特征在于，该透镜式动态光学组件层为一液晶装置。

14.如权利要求12所述的影像显示设备，其特征在于，该微结构层为一动态光学组件层。

15.一种影像显示设备，其特征在于，包括：

一平面显示器，该平面显示器具有一显示面；

一动态光学组件层，该动态光学组件层位于该平面显示器具有该显示面的一侧，该动态光学组件层具有一第一面及一第二面，该第一面具有动态透镜功能，该第二面具有动态微结构功能。