CN110536124A - 显示装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够调整立体视觉效果的显示装置及其操作方法。显示装置具有显示模块、光学调制器、存储元件及控制器。显示模块具有多个像素。光学调制器设置在显示模块上，并将从显示模块发出的光调制到相应的方向。光学调制器具有多个透镜，每个透镜具有参考线。存储元件存储像素偏移图，而像素偏移图包含每个像素的中心点与多个透镜的最近参考线之间的像素偏移。控制器耦接显示模块及存储元件，用以根据像素偏移图调整各像素的数据。

Description

显示装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种显示装置及其操作方法，特别是涉及一种能够呈现立体视觉效果(auto-stereoscopic visual effect)的显示装置及其操作方法。

背景技术

为了在不使用眼镜的情况下在显示装置上呈现自然三维(3D)影像，光场显示器(light field display)和超多视图显示器(super multi-view displays)已被开发出来。举例来说，当通过光场显示器显示对象时，光场显示器可以使用柱面透镜(lenticularlens)将对象的不同视图的影像引导到不同的方向，使得不同位置的观看者可以观看对象的不同视图。在这种情况下，通过提供适当视角的影像至观看者的右左眼，观看者将能够感知3D视觉效果。

在现有技术中，柱面透镜的制造和层叠过程可能会发生严重的不均匀性问题，而这会导致显示装置的成本增加并造成显示装置的像素之间的串扰(crosstalk)现象。然而，传统的3D显示没有很好的解决方案，以解决不均匀性问题及串扰现象，进而影响显示装置的3D影像质量。

发明内容

本发明公开了一种显示装置，其包括显示模块、光学调制器、存储元件以及控制器。显示模块包括多个像素。光学调制器设置在该显示模块上，用于将该显示模块发出的光调制到相应的方向，该光学调制器包括多个透镜，而每个透镜具有一参考线。存储元件被配置为存储像素偏移图，该像素偏移图包括该多个像素中的每个像素的中心点与该多个透镜中的最近参考线之间的像素偏移。控制器耦接该显示模块和该存储元件，用以根据该像素偏移图，调整每个像素的数据。

本发明的另一个实施例公开了一种操作显示装置的方法，以调整其视觉效果。显示装置包括显示模块、光学调制器、像素偏移计算器、存储元件及控制器。显示模块包括多个像素。光学调制器设置在显示模块上并包括多个透镜，而每个透镜具有一参考线。所述的方法包括：通过该像素偏移计算器计算该多个像素的每个像素的中心点与该多个透镜中的最近参考线之间的像素偏移；该存储元件存储像素偏移图，而该像素偏移图包括每个像素的中心点与最近参考线之间的像素偏移；该控制器根据该像素偏移图，调整每个像素的数据；以及该显示模块显示每个像素调整后的数据。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的显示装置。

图2示出了根据本发明的一个实施例的显示模块和光学调制器的观看图案。

图3是图1中所示的像素偏移图的示例。

图4是沿着图2中所示的虚线4-4'的显示模块和光学调制器的截面图。

图5是沿着图2中所示的虚线5-5'的显示模块和光学调制器的截面图。

图6示出了透镜的实际透镜位置和虚拟透镜位置。

图7示出了透镜偏移图和扩展透镜偏移图的一种示例。

图8是当显示模块和光学调制器弯曲时，显示模块和光学调制器的截面图。

图9至图12分别示出了根据本发明的不同实施例的用于操作显示装置的方法的流程图。

附图标记说明：100-显示装置；110-显示模块1；112-像素；120-光学调制器；122-透镜；124-像素偏移计算器；130-眼睛追踪模块；150-透镜偏移计算器；160-显示曲线偏移计算器；170-存储元件；172-像素偏移图；174-眼睛位置偏移图；176-透镜偏移图；178-显示曲线偏移图；180-控制器；210-虚拟投影中心线；212-虚拟投影边缘线；510-法线；520-斜线；530-上表面；540-线；550-基线；610-实际透镜位置；620-虚拟透镜位置；776-扩展透镜偏移图；A、B-点；A1-第一轴；A2-第二轴；A3-第三轴；C1、C2-中心点；Co-显示曲线偏移；D3、D4、D6、D7-像素偏移；E1、E2-眼睛；Ho-眼睛位置偏移；K-点；Lo-透镜偏移；P-透镜间距；P1至P9-群组；PC-中心点；PL1、PL2、PL3-观看线；Q-第一点；R-第二点；S410至S440、S1010至S1040、-步骤；S1110至S1140、S1210至S1240-；VC-中心点；W、W2-距离；X、Y-索引；α、β-夹角。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个实施例的显示装置100。显示装置100包括显示模块110、光学调制器120、存储元件170及控制器180。控制器180耦接于显示模块110及存储元件170。在一个实施例中，存储元件170可以但不限于是存储器、云数据库或硬盘驱动器。

在一些实施例中，显示模块110可以但不限于是有机发光二极管(organic lightemitting diode，OLED)显示模块、量子发光二极管(quantum light emitting diode，QLED)显示模块、微型发光二极管(mini-LED)显示模块、微发光二极管(micro-LED)显示模块或液晶显示(LCD)模块中的至少一者。

光学调制器120可以设置在显示模块110上，使得光学调制器120可以将从显示模块110所发射的光调制到相应的方向。光学调制器120可以包括透镜状薄膜，而透镜状薄膜可包括但是不限于包括多个透镜、液晶(LC)微透镜、视差屏障(parallax barriers)或液晶视差屏障中(LC parallax barriers)中的至少一者。在此实施例中，光学调制器120包括多个透镜122。

图2示出了根据本发明的一个实施例的显示模块110和光学调制器120的观看图案。在图2中，显示模块110包括多个像素112，并且像素112可以被分成九群组P1至P9，用于呈现九个不同视角的影像。例如，群组P1的像素112用于呈现第一视角的影像，群组P2的像素112用于呈现第二视角的影像，以此类推。然而，本发明不限制显示模块110提供九个不同视图。在本发明的其他实施例中，显示模块110可以提供更少或更多的视图，并且可以根据光学调制器120和显示模块110的规格具有不同的像素图案。如图2所示，不同群组的像素并行排列。例如，观看线PL1、PL2和PL3并联并且主要分别由群组P3、P4和P5的像素112形成。因此，当观看者移动她/他的观看位置时，观看者可以看到由群组P3的像素112呈现的影像、由群组P4的像素112呈现的影像，然后观看到由群组P5的像素112呈现的影像。光学调制器120的透镜122将从像素112所发射的光调制到相应的方向。因此，不同群组P1至P9的像素112可呈现不同的影像。

此外，在图2中，光学调制器120和显示模块110之间的夹角α可以大于0度，使不同观看夹角的影像能扩散以减低不同视角之间的突然改变。也就是说，夹角α能根据系统需求来决定，且在某些实施例中可为0度。

光学调制器120可以将从像素所发射的光引导到相应的方向。在本实施例中，由光学调制器120所调制的观看方向的顺序可以与设置在显示模块110中的观看线的顺序相反。例如，在显示模块110中，由群组P1到群组P9的像素所形成的观看线是从左到右排列；然而，当从左向右移动时，由于光学调制器120引起的调制，观察者实际看到的会是依序由群组P9到群组P1的像素所形成的影像。因此，如果观看者从点A观看显示模块110，观看者可以通过她/他的右眼看到由群组P1的像素所提供的影像，并且可以通过她/他的左眼看到由群组P4的像素所提供的影像。类似地，如果观看者从点B观看显示模块110，则观看者可以通过她/他的右眼看到由群组P6的像素所提供的影像，并且可以通过她/他的左眼看到由群组P9的像素所提供的影像。

由于观看者的右眼和左眼可以接收不同视角的影像，因此显示装置100可以实现3D视觉效果。然而，在现有技术中，由像素112提供的视角是预定且有限的。因此，在理想情况下，观看者可以通过她/他的右眼看到由群组P1的像素所提供的影像，并且通过她/他的左眼看到由群组P4的像素所提供的影像，因此可以正确地实现3D视觉效果。然而，光学调制器120的制造和层叠过程可能具有严重影响到3D性能的不均匀性问题，而这会导致光学调制器120的成本增加。

为了解决现有技术的不均匀性问题，显示装置100可以包括图1中的像素偏移计算器124。像素偏移计算器124耦接于存储元件170，并且被配置为计算每个像素112的中心点与透镜122的最近参考线之间的像素偏移。参考线可以是透镜122的虚拟投影中心线210或是虚拟投影边缘线212。从虚拟投影中心线210发射的光将穿过透镜122的虚拟中心线，而从虚拟投影边缘线212发射的光将穿过透镜122的虚拟边缘线。如图2所示，并请同时参考图1，群组P3的像素112具有其中心点与最近的虚拟投影中心线210之间的像素偏移D3，群组P4的像素112具有其中心点与最近的虚拟投影中心线210之间的像素偏移D4，群组P6的像素112具有其中心点与最近的虚拟投影中心线210之间的像素偏移D6，而群组P7的像素112具有其中心点与最近的虚拟投影中心线210之间的像素偏移D7。像素偏移计算器124计算所有像素112的像素偏移，并将像素偏移记录到存储元件170所存储的像素偏移图172中。图3是像素偏移图172的其中一个示例。其中像素偏移图172的索引X表示像素112的水平坐标，而像素偏移图172的索引Y表示像素112的垂直坐标。像素偏移图172所记录的像素偏移的单位是两个相邻的虚拟投影边缘线212之间的透镜间距P。例如，坐标(X，Y)等于(1,1)处的像素112其像素偏移是负的0.055P。负像素偏移和正像素偏移分别表示位于参考线的不同侧的像素112。例如，虚拟投影中心线210的一侧的群组P2、P3、P4和P5的像素112具有负像素偏移，而虚拟投影中心线210另一侧的群组P6、P7、P8和P9的像素112具有正像素偏移。

当像素偏移计算器124计算出所有像素112的像素偏移之后，控制器180将根据像素偏移图172调整每个像素112的原始影像数据，并且根据调整后的数据驱动像素112。因此，像素的偏移将会受到补偿，而观看者将在显示装置100上看到没有串扰和莫尔条纹的3D影像，而显示装置100可具有任何类型的像素和透镜设置，例如，红绿蓝三角像素排列(RGBdelta pixel arrangement)或二维微透镜阵列(micro lens array(MLA)。此外，像素偏移还可用于光场显示器(light field display)的无限视点(unlimited view points)，而观看者将可看到自然的3D影像。

为了进一步改善3D视觉效果，并允许观看者随意地观看显示装置100，而不考虑有限的观看位置，显示装置100可以使用眼睛追踪模块130来追踪观看者眼睛的位置，并使用眼睛位置偏移计算器140计算每个像素112的眼睛位置偏移。

图4是沿着图2中所示的虚线4-4'的显示模块110和光学调制器120的截面图。图5是沿着图2中所示的虚线5-5'的显示模块110和光学调制器120的截面图。虚线5-5'平行于第一轴A1，虚线4-4'平行于第二轴A2，而第一轴A1、第二轴A2及第三轴A3垂直于彼此。眼睛追踪模块130被配置为追踪观看者V的眼睛E1和E2的中心点C1和C2的位置。眼睛位置偏移计算器140耦接于眼睛追踪模块130及存储元件170，并且被配置为计算斜线520与显示模块110的法线510之间的夹角β。斜线520穿过光学调制器120的上表面530上的第一点Q，而第一点Q设置在像素112的中心点PC上方。如图5所示，法线510穿过第二点R，而第二点R是从观察者两眼睛E1和E2的中心点C1和C2的中心点VC，沿平行于第一轴A1和虚线的线540投射至法线510。法线510还穿过光学调制器120的上表面530上的点K，并且平行于第三轴A3且垂直于基线550。基线550平行于第二轴A2、垂直于第一轴A1及虚拟投影中心线210，并穿过像素112的中心点PC。眼睛位置偏移计算器140根据夹角β和第一点Q之间的距离W，计算眼睛位置偏移Ho。眼睛位置偏移Ho是距离W和夹角β的正切值(tangent)的乘积。存储元件170还被配置为存储眼睛位置偏移图174，其包括像素112的眼睛位置偏移。控制器180被配置为根据像素偏移图172和眼睛位置偏移图174，调整每个像素112的数据，并且根据调整后的数据驱动像素112。因此，眼睛位置偏移将得到补偿。

在本发明的另一个实施例中，显示装置100还包括透镜偏移计算器150。图6示出了透镜122的实际透镜位置610和虚拟透镜位置620。透镜偏移计算器150耦接于存储元件170，并且被配置为计算像素112上的实际透镜位置和虚拟透镜位置之间的透镜偏移Lo。存储元件170还被配置为存储透镜偏移图176，而透镜偏移图176包括像素112的透镜偏移。控制器180被配置为根据像素偏移图172、眼睛位置偏移图174及眼睛位置偏移图174，调整每个像素112的数据。在另一实施例中，控制器180被配置为根据像素偏移图172及透镜偏移图176，调整每个像素112的数据。

在本发明的实施例中，透镜偏移计算器150测量多个像素112中的部分像素的透镜偏移，然后通过内插或外插的方式计算出其余像素112的透镜偏移。图7示出了透镜偏移图176和扩展透镜偏移图(extended lens offset map)776的其中一种示例。在本实施例中，透镜偏移计算器150测量25个像素112的透镜偏移，然后通过内插或外插的方式计算出其余像素112的透镜偏移，以产生扩展透镜偏移图776，其中扩展透镜偏移图776包括了显示模块110的所有像素112的透镜偏移。控制器180可以根据像素偏移图172和扩展透镜偏移图776，调整每个像素112的数据。

在本发明的另一个实施例中，显示装置100还包括显示曲线偏移计算器160。图8是当显示模块和光学调制器弯曲时，显示模块和光学调制器的截面图。显示曲线偏移计算器160耦接于存储元件170，并且被配置为根据像素112的曲率和像素112的中心点PC与光学调制器120的上表面530的点Q之间的距离W2，计算像素112的显示曲线偏移Co。其中，点Q与像素112的中心点PC对应。存储元件170还被配置为存储显示曲线偏移图178，而显示曲线偏移图178包括了像素112的显示曲线偏移Co。控制器180被配置为根据像素偏移图172、眼睛位置偏移图174、透镜偏移图176及显示曲线偏移图178，调整每个像素112的数据。在另一实施例中，控制器180被配置为根据像素偏移图172和显示曲线偏移图178，调整每个像素112的数据。

图9示出了根据本发明的一个实施例的用于操作显示装置100的方法的流程图。所述的方法包括步骤S410至S440。

步骤S410：由像素偏移计算器124计算每个像素112的中心点与多个透镜之一的最近参考线(例如，图2中的虚拟投影中心线210或虚拟投影边缘线212)之间的像素偏移(例如，图2中的像素偏移D3、D4、D6及D7)；

步骤S420：存储元件170存储像素偏移图172，而像素偏移图172包含了每个像素112的像素偏移；

步骤S430：控制器180根据像素偏移图172，调整每个像素112的数据；以及

步骤S440：显示模块110显示每个像素112调整后的数据。

图10示出了根据本发明另一实施例的用于操作显示装置100的方法的流程图。所述的方法包括步骤S1010至S1040。

步骤S1010：由像素偏移计算器124计算像素偏移(例如，图2中的像素偏移D3、D4、D6及D7)，并通过眼睛位置偏移计算器140计算眼睛位置偏移(例如，图5中的眼睛位置偏移Ho)；

步骤S1020：存储元件170存储像素偏移图172及眼睛位置偏移图174；

步骤S1030：控制器180根据像素偏移图172及眼睛位置偏移图174，调整每个像素112的数据；以及

步骤S1040：显示模块110显示每个像素112调整后数据。

图11示出了根据本发明另一实施例的用于操作显示装置100的方法的流程图。所述的方法包括步骤S1110至S1140。

步骤S1110：由像素偏移计算器124计算像素偏移(例如，图2中的像素偏移D3、D4、D6及D7)，并通过透镜偏移计算器150计算透镜偏移(例如，图6中的透镜偏移Lo)；

步骤S1120：存储元件170存储像素偏移图172及透镜偏移图176；

步骤S1130：控制器180根据像素偏移图172及透镜偏移图176，调整每个像素112的数据；以及

步骤S1140：显示模块110显示每个像素112调整后数据。

图12示出了根据本发明另一实施例的用于操作显示装置100的方法的流程图。所述的方法包括步骤S1210至S1240。

步骤S1210：由像素偏移计算器124计算像素偏移(例如，图2中的像素偏移D3、D4、D6及D7)，并通过显示曲线偏移计算器160计算显示曲线偏移(例如，图8中的显示曲线偏移Co)；

步骤S1220：存储元件170存储像素偏移图172及显示曲线偏移图178；

步骤S1230：控制器180根据像素偏移图172及显示曲线偏移图178，调整每个像素112的数据；以及

步骤S1240：显示模块110显示每个像素112调整后的数据。

综合以上所述，显示装置及用于操作显示装置的方法可以补偿像素偏移，使得观看者将可看到显示在显示装置上的3D影像而降低串扰。显示装置还可以补偿眼睛位置偏移、透镜偏移及/或显示曲线偏移，以进一步改善显示装置的3D视觉效果。

此外，为了确定当前所公开的显示装置及方法是否已被侵犯，可以测量显示装置的多个像素的像素偏移、眼睛位置偏移、透镜偏移及/或显示器曲线偏移。当显示装置在没有3D显示效果的情况下操作时，将测量出第一像素偏移、第一眼睛位置偏移、第一透镜偏移及/或像素的第一显示曲线偏移。当显示装置利用3D显示效果进行操作时，将测量出第二像素偏移、第二眼睛位置偏移、第二透镜偏移及/或像素的第二显示曲线偏移。通过比较第一像素偏移及第二像素偏移可以得到像素偏移图，通过比较第一眼位置偏移及第二眼位置偏移可以得到眼睛位置偏移图，通过比较第一显示曲线偏移及第二显示曲线偏移可以得到透镜偏移图，及/或通过比较第一透镜偏移和第二透镜偏移可以获得显示曲线偏移图。因此，可以计算和分析每个像素的像素偏移、眼睛位置偏移、透镜偏移及/或显示曲线偏移。另外，可以测量两个或更多个显示装置。如果显示装置使用了本发明的方法，由于显示装置的制程差异的缘故，不同显示装置的像素偏移图会有所不同、不同显示装置的眼睛位置偏移图会有所不同、不同显示装置的透镜偏移图会有所不同，及/或不同显示装置的显示曲线偏移图会有所不同。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，各实施例间可任意混合搭配，且所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：

显示模块，包括多个像素；

光学调制器，设置在该显示模块上，用于将该显示模块发出的光调制到相应的方向，该光学调制器包括多个透镜，而每个透镜具有一参考线；

存储元件，被配置为存储像素偏移图，该像素偏移图包括该多个像素中的每个像素的中心点与该多个透镜中的最近参考线之间的像素偏移；以及

控制器，耦接该显示模块和该存储元件，用以根据该像素偏移图，调整每个像素的数据。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该显示装置还包括像素偏移计算器，耦接于该存储元件，并且被配置为计算每个像素的中心点与最近的参考线之间的像素偏移。

3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，每个透镜的参考线是该透镜的虚拟投影中心线或虚拟投影边缘线。

4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该显示装置还包括：

眼睛追踪模块，用于追踪观察者眼睛中心点的位置；

眼睛位置偏移计算器，耦接于该眼睛追踪模块及该存储元件，并配置为：

计算该显示模块的斜线与法线之间的夹角，该斜线穿过该光学调制器上表面的第一点，该第一点设置在一相应的像素的中心点上方，该法线垂直于一基线并且穿过该相应的像素的该中心点，而该基线垂直于该参考线；以及

根据该夹角和该第一点与该相应的像素的该中心点之间的距离，计算眼睛位置偏移；

其中，该存储元件还被配置为存储眼睛位置偏移图，该眼睛位置偏移图包括每个像素的该眼睛位置偏移，而该控制器被配置为还根据该眼睛位置偏移图，调整每个像素的数据。

5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该显示装置还包括：

透镜偏移计算器，其耦接于该存储元件，并且被配置为计算在该多个像素中的一像素上的实际镜头位置及虚拟镜头位置之间的透镜偏移；

其中，该存储元件还被配置为存储透镜偏移图，该透镜偏移图包括每个像素的该透镜偏移，而该控制器被配置为还根据该透镜偏移图，调整每个像素的数据。

6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该显示装置还包括：

显示曲线偏移计算器，其耦接于该存储元件，并被配置为根据该多个像素中的一像素的曲率，并根据该像素的中心点与该光学调制器上表面的对应点之间的距离，计算该像素的显示曲线偏移，其中该对应点对应于该像素的中心点；

其中，该存储元件还被配置为存储显示曲线偏移图，该显示曲线偏移图包括每个像素的显示曲线偏移，而控制器被配置为还根据显示曲线偏移图，调整每个像素的数据。

7.一种操作显示装置的方法，以调整其视觉效果，其特征在于，该显示装置包括显示模块、光学调制器、像素偏移计算器、存储元件及控制器，该显示模块包括多个像素，该光学调制器设置在该显示模块上并包括多个透镜，每个透镜具有一参考线，该方法包括以下步骤：

通过该像素偏移计算器计算该多个像素的每个像素的中心点与该多个透镜中的最近参考线之间的像素偏移；

该存储元件存储像素偏移图，而该像素偏移图包括每个像素的中心点与最近参考线之间的像素偏移；

该控制器根据该像素偏移图，调整每个像素的数据；以及

该显示模块显示每个像素调整后的数据。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

该显示装置还包括眼睛追踪模块及眼睛位置偏移计算器，该眼睛位置偏移计算器耦接于该眼睛追踪模块和该存储元件；

该方法还包括：

通过该眼睛追踪模块追踪观察者眼睛中心点的位置；

通过该眼睛位置偏移计算器计算该显示模块的斜线和法线之间的夹角，该斜线穿过该光学调制器上表面的第一点，该第一点设置在一相应的像素的中心点上方，该法线垂直于一基线并且穿过该相应的像素的该中心点，而该基线垂直于该参考线；

通过该眼睛位置偏移计算器，并根据该夹角及该第一点与该相应的像素的该中心点之间的距离，计算眼睛位置偏移；

该存储元件存储该眼睛位置偏移图，该眼睛位置偏移图包括每个像素的该眼睛位置偏移；以及

该控制器还根据该眼睛位置偏移图，调整每个像素的数据。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

该显示装置还包括透镜偏移计算器，耦接于该存储元件；

该方法还包括：

计算在该多个像素中的一像素上实际透镜位置和虚拟透镜位置之间的透镜偏移；

该存储元件存储透镜偏移图，而该透镜偏移图包括每个像素的该透镜偏移；以及

该控制器还根据透该镜偏移图，调整每个像素的数据。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

该显示装置还包括显示曲线偏移计算器，耦接于该存储元件；

该方法还包括：

根据该多个像素中的一像素的曲率，并根据该像素的中心点与该光学调制器上表面的对应点之间的距离，计算该像素的显示曲线偏移，其中该对应点对应于该像素的中心点；

该存储元件存储显示曲线偏移图，该显示曲线偏移图包括每个像素的显示曲线偏移；以及

控制器还根据显示曲线偏移图，调整每个像素的数据。