TW201339643A - 影像顯示裝置 - Google Patents

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Shinichi Uehara
Masako Kashiwagi
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Abstract

依據一實施例，影像顯示裝置(100)包含光源(101)、調變單元(102)、第一陣列(103)、及第二陣列(104)。調變單元(102)調變光的強度及彩色，以產生對應調變的像素組群中所包含之調變的像素之各者的光束。第一陣列(103)係由並列各自具有與調變的像素之垂直方向平行的產生線之複數個第一偏向元件所形成。第二陣列(104)係由並列各自具有產生線之複數個第二偏向元件所形成，該產生線係由相對於第一偏向元件的產生線之由tan-1(α×m/n)所表示的角度所傾斜。

Description

影像顯示裝置
大致地，在本文中所敘述之實施例有關影像顯示裝置。
伴隨著從習知之陰極射線管監視器到由液晶面板所表示之扁平面板顯示器(FPD)的迅速移轉，不僅商用之監視器及個人電腦之顯示器，而且包含一般使用的TV監視器之幾乎所有的影像顯示裝置正逐漸以FPD予以取代。同時，已盡一切努力要達成完全高清晰度(1920×1080像素)的高影像品質及其類似者。在此情形下，三維(3D)顯示亦已被擴充地發展當做新的功能，而藉以使眾人可在家中欣賞到能再生3D顯示的3D廣播及視頻碟片。
做為用以觀視該3D廣播的手段，存在有使用專用眼鏡的觀視方法，以及不使用專用眼鏡，但使用包含兩面凸狀透鏡或視差屏障之特別顯示的觀視方法。
做為用以觀視3D顯示之影像的手段，使用結合液晶光閘、偏向元件、或其類似物之眼鏡的方法已因為其與FPD之高的相容性，而被付諸實用，且許多產品亦已被公開。在使用眼鏡的方法中，用於左邊及右邊眼睛之二維(2D)影像係針對FPD中的每一個像素而予以分時地或 交變地顯示，且開關係在眼鏡之中完成，以致使用於左邊眼睛之影像入射左眼，且用於右邊眼睛之影像入射右眼。除了使FPD之訊框速率比以前高兩倍的必要以及使左邊及右邊影像分離以防止其混合的必要之外，技術性負荷係相對地輕。然而，此技術亦遭遇以下之缺點。
觀視者必須戴著專用眼鏡以享受觀看3D影像。進一步地，當戴著專用眼鏡以觀看3D影像時，觀視者無法良好地觀看到2D影像。換言之，觀視者不容易使其眼睛自3D影像快速地適應至2D影像，或反之亦然。仍進一步地，3D影像對於未戴該眼鏡的任何觀視者(使用者)出現重疊。因而，觀視者必須脫去專用眼鏡以便觀視2D影像，且必須戴著它們以便察覺3D影像。此係妨礙3D節廣播之普及的因子。再者，保持戴著專用眼鏡且觀視3D影像的任何觀視者會具有不舒服的感覺，或者會感到疲倦。此外，即使觀視者移動，觀視者在左邊及右邊眼睛所分別觀看到之兩個影像亦不會改變。因此，一點兒也無法獲得當觀視者移動時可改變該等影像的移動視差。
為了要避免該等缺點，已根據諸如兩面凸狀透鏡或視差屏障之技術而發展出藉由增加視差數目以允許使用者無需眼鏡而觀視，或獲得移動視差之顯示器。惟，在此方法中，因為當視差數目增加時，將被使用之FPD需提升解析度，所以在視差數目中的增加受到限制。當視差數目係小時，則其中可獲得固有立體視覺之視野的觀視區域會變小。因此，觀視區域被限制。
概括地，依據一實施例，影像顯示裝置包含光源、調變單元、第一陣列、及第二陣列。光源發射出光。調變單元係組構以調變光的強度及光的彩色，而產生對應調變的像素組群中所包含之調變的像素之各者的光束，調變的像素各自係由其中影像被觀察之觀察位置及對應該觀察位置之輸出角度所決定，調變的像素組群係二維排列之調變的像素。第一陣列係由並列各自具有產生線之複數個第一偏向元件所形成，且係組構以偏向用於對應調變的像素組群中之m行的每一個第一調變的像素組群之光束，而產生第一偏向的光束，該產生線係與調變的像素之垂直方向平行，m係自然數。第二陣列係由並列各自具有產生線之複數個第二偏向元件所形成，且係組構以偏向用於對應第一調變的像素組群中之n列的每一個第二調變的像素組群之第一偏向的光束，而產生第二偏向的光束，該產生線係由相對於第一偏向元件的產生線之由tan-1(α×m/n)所表示的角度所傾斜，α係各調變的像素之水平像素間距對垂直像素間距的比例，n係自然數。
在下文中，將參照圖式而敘述依據本發明實施例之影像顯示裝置。在下文所敘述的實施例中，由相同的參考符號所指明的模組執行相同的操作，且可僅被解說一次。
(第一實施例)
依據第一實施例之影像顯示裝置將參照第1圖之方塊圖而予以敘述。依據第一實施例之影像顯示裝置100包含 光源101、光調變單元102、第一偏向元件陣列103、第二偏向元件陣列104、及散射單元105。
光源101係諸如雷射二極體(LD)之發光元件，且發射出光。從低功率消耗的觀點來看，較佳地，係使用發光二極體(LED)或有機電致發光源或LD。從彩色再生、縮減光束直徑、及藉由調整光束發射角度和寬度而使視差之產生最佳化的觀點來看，LD係較佳的。在任一情況中，進入光調變單元102的光較佳地具有具備小的光束擴展角度之高的方向性。
注意的是，可使用固態雷射、氣體雷射、或第二諧波產生(SHG)，或可使用諸如鹵素燈或水銀燈之使用於標準通用型投影器中的發光元件。
例如，光調變單元102係空間光調變器(SLM)。扁平面板類型的液晶面板(例如，LCOS)係可用的。光調變單元102接收來自光源101的光且調變該光，而產生對應調變的像素之光束。
第一偏向元件陣列103係所謂兩面凸狀透鏡，其中複數個例如，柱面透鏡係並列做為第一偏向元件，用以形成片狀物。第一偏向元件陣列103使已自光調變單元102所進入的光束偏向，該光束係與各自調變的像素相互對應。該偏向的光束亦將被稱為第一偏向的光束。稍後，第一偏向元件陣列103的細節將參照第4圖而予以敘述。
第二偏向元件陣列104係透鏡，其中複數個柱面透鏡係並列做為第二偏向元件，用以形成片狀物，而與該等第 一偏向元件幾乎相似。然而，與第一偏向元件陣列103不一樣地，第二偏向元件的產生線傾斜相對於第一偏向元件陣列103的該者之預定角度。進一步地，第二偏向元件陣列104使已自第一偏向元件陣列103所進入之各自第一偏向的光束偏向。由第二偏向元件陣列104所偏向的光束將被稱為第二偏向的光束。稍後，第二偏向元件陣列104的細節將參照第6圖而予以敘述。
例如，散射單元105係各向異性光散射板，且係由具有大的垂直光散射角度及小的水平光散射角度，或不水平地散射光之材料所製成。當已自第二偏向元件陣列104所進入之第二偏向的光束通過散射單元105時，則視差影像係在外部觀察位置處產生。因此，使用者可在該觀察位置處觀視視差影像(3D影像)。
接著，依據第一實施例的影像顯示裝置之詳細配置的實例將參照第2圖而予以敘述。
光源101、光調變單元102、第一偏向元件陣列103、第二偏向元件陣列104、及散射單元105係自深度方向(在第2圖中的+z方向)的遠側順序地配置。如第2圖中所示，假定各組件係由一平板所形成。注意的是，第一偏向元件陣列103、第二偏向元件陣列104、及散射單元105係較佳地薄，只要它們可保持形狀。然而，當它們係薄時，可藉由將它們堆疊及結合於諸如玻璃板的基板上以增加強度，而保持形狀。
接著，將參照第3圖而敘述光源101及光調變單元 102的修正例。光源101及光調變單元102的修正例係投影器。投影器301包含光源101、二維空間光調變器302、及投影器鏡頭303。投影器301經由投影器鏡頭303向外部地投影已通過二維空間光調變器302的光，做為2D影像的光束。經由投影器鏡頭303所投影之2D影像的光束304進入第一偏向元件陣列103，且然後，依序地進入第二偏向元件陣列104及散射單元105，如第1圖中所示。
注意的是，雖然並未被描繪，但投影器可係掃描型投影器，其可藉由掃描光束而獲得與2D影像投影相同的功效。投影器鏡頭303可由一組群之複數個透鏡所形成。為了要調整或消除像素間之入射角中的差異，可將例如，諸如菲湼耳透鏡(Fresnel lens)之透鏡或稜鏡陣列的偏向構件配置在投影器鏡頭303與第一偏向元件陣列103之間。複數個二維空間光調變器302可予以設置。例如，為了要獲得彩色顯示，可使對應紅色、綠色、及藍色的三個二維空間光調變器與稜鏡或其類似物結合。
接著，將參照第4圖而敘述第一偏向元件陣列103與對應光調變單元102中之調變的像素之光束間的位置關係。
第4圖描繪第一偏向元件陣列103及對應調變的像素且進入第一偏向元件陣列103之光束的一部分。由粗線所包圍的各區域表示顯示於顯示單元(未顯示)中之像素，且在下文中將被稱為顯示像素401。在顯示像素401中之 8列×8行中的64個區域中之各者表示調變的像素402，其中用於其之光已被光調變單元102所調變。調變的像素402係由其中影像被觀察的觀察位置及對應該觀察位置的輸出角度所決定。光強度及彩色係依據將被顯示的影像而予以設定。為描繪性便利之緣故，64個調變的像素402係編號為1至64。
斷續線的曲線表示包含在第一偏向元件陣列103中之第一偏向元件中的第一偏向元件403-1至403-3之表面形狀的輪廓。在此實施例中，柱面透鏡係使用做為每一個偏向元件403，且該斷續線指示柱面透鏡之表面形狀的輪廓。一第一偏向元件403具有水平地(第4圖中之x軸方向)對應8個調變的像素402(8行)及垂直地(第4圖中之y軸方向)對應該等顯示像素之整個區域的一行之尺寸。也就是說，當整個顯示像素區域係由1080列×1920行中之顯示像素(1080×1920個顯示像素)所形成時，則一第一偏向元件403具有對應1080列×1行中的顯示像素之區域的尺寸。
第一偏向元件之間的分界線(例如，第一偏向元件403-1與第一偏向元件403-2之間的線)係與顯示像素401之間的分界之垂直線相匹配。各自第一偏向元件的產生線係與形成顯示像素401之調變的像素之垂直方向平行。在此實施例中所使用的柱面透鏡可具有凸面表面於一側上或兩側上。凸面表面可位於面向光調變單元102之側上，或面向第二偏向元件陣列104之側上。不僅可使用凸面透 鏡，而且可使用凹面透鏡以獲得相同的特徵。
在此實施例中，將假定視差的數目係64，調變的像素係以8列×8行形成，以及調變的像素之間的間距係恆定且在垂直及水平方向中相等，而予以說明，除非另有指明。然而，實施例並未受限於此。例如，視差的數目可係144(12×12調變的像素)，且任何其他的情況係值得考慮的。
接著，將參照第5圖而敘述依據此實施例之偏向元件的修正例。
如第5圖中所示之稜鏡可代替柱面透鏡而被使用。當稜鏡501-1至501-3係鄰接地配置做為第一偏向元件陣列103時，可獲得與柱面透鏡之功效相同的功效。注意的是，具有兩個或更多個表面之稜鏡、繞射光柵、或任何其他的形狀係可用的。而用以獲得壓縮顯示像素401之64個調變的像素402之寬度，且使光在第二偏向元件陣列104的中心之偏向功效，係唯一必要的。然而，若對應一顯示像素401之調變的像素之行的數目並不相等於稜鏡之表面的數目且非其倍數時，則調變的像素將與稜鏡之該等表面的分界重疊。此可導致所不欲的光之非故意的產生。因此，當使用稜鏡時，對應一顯示像素401之調變的像素之行的數目係較佳地相等於稜鏡之表面的數目或其倍數。在第5圖中所示的實例中，並未面向調變的像素之稜鏡的表面之數目係2，且對應一顯示像素401之64個調變的行之數目係8。因為調變的像素之行的數目係稜鏡的表面之 數目的倍數(四倍)，所以可抑制所不欲的光之產生。
接著，將參照第6圖而敘述依據第一實施例之第二偏向元件陣列104與已通過第一偏向元件陣列103之第一偏向的光束之間的位置關係。
已通過第一偏向元件陣列103之調變的像素光束係以8列×1行，亦即，藉由壓縮8列×8行中之像素的寬度(行方向)成為一垂直行，被偏向成為第一偏向的光束。請參閱第6圖，為在編號中之便利的緣故，各像素光束係由一方形胞格所表示。實際上，該寬度係壓縮的。在下文中，光束將偶爾以相同方式予以表示，除非另有陳明。
在8行中之調變的像素之光束重疊在第6圖中所示之調變的像素402之一數目的位置處。例如，第4圖中之調變的像素之光束號碼1、9、17、25、33、41、49、及57重疊在第6圖中的號碼1之調變的像素之位置處。調變的像素之光束號碼8、16、24、32、40、48、56、及64重疊在號碼8之調變的像素之位置處。若偏移係均一的，且號碼之順序並未改變時，則該等光束可隨著偏移而重疊。若偏移發生時，則偏移量應較佳地盡量小。
在第6圖中之斷續線表示第二偏向元件陣列104之偏向元件601的輪廓。各第二偏向元件601的產生線係相對於第一偏向元件之該等者而傾斜45度。此外，顯示像素401係配置不越過第二偏向元件之間的分界。
也就是說，因為第一偏向元件403的產生線與顯示像素401之間的y軸方向分界線係平行之緣故。由於此原 因，在第6圖中，第二偏向元件601之產生線相對於第一偏向元件403之該者的傾斜角度(亦即，角度θr)係45度。此外，關於號碼1至8之一組調變的像素光束之入射位置係在一第二偏向元件的區域之內。在第二偏向元件之間的水平(x軸方向)間距相等於第一偏向元件之間的水平(x軸方向)間距。
注意的是，當顯示像素係由n列×m行(n及m係不同的自然數)中之調變的像素，而非由8列×8行中之調變的像素所形成時，則第二偏向元件601之產生線相對於第偏向元件之該者的傾斜角度θr可由下式所給定：θr=tan-1(m/n) (1)
然而，當m=n時，可防止調變的像素越過第二偏向元件之間的分界，且可使顯示像素間距在垂直及水平方向中相等於調變的像素間距。由於此理由之緣故，m=n係較佳的。像素間距表示像素節距。若調變的像素具有不同的垂直及水平間距時，則傾斜角度將依據比例而改變。也就是說，當使α係水平之調變的像素間距對垂直之調變的像素間距之比例時，則角度θr係由下式所給定：θr=tan-1(α×m/n) (2)
由於製造之誤差或調整中之配準不良所造成的角度中之誤差係可允許的，只要調變的像素可配置不越過第二偏向元件之間的分界，且最後自散射單元105所射出之調變的像素光束之水平配向順序非常少地偏移。
注意的是，通常，由柱面透鏡所形成之兩面凸狀透鏡 係使用做為第二偏向元件陣列104。柱面透鏡可具有凸面表面於一側上或兩側上，如第一偏向元件陣列103中一樣地。凸面表面可位於面向光調變單元102之側上，或面向散射單元105之側上。凹面透鏡可被使用以獲得相同的特徵。為了要抑制自第二偏向元件陣列104所射出之像素光束的擴展角度，且水平地抑制像素光束的重疊，可使用稜鏡以代替柱面透鏡，該稜鏡具有和對應一顯示像素401之調變的像素之行一樣多的表面於一側上。繞射光柵或任何其他的形狀亦係可用的。也就是說，用以使在不同方向中已進入具有號碼1至8之調變的像素之位置之調變的像素光束偏向係唯一必要的。
接著，將參照第7及8圖而敘述藉由第一偏向元件陣列及第二偏向元件陣列之調變的像素之偏向的狀態。
第7圖顯示當從光行進方向(其中使用者觀視視頻或其類似者之方向，或在第7圖中自z軸的正向側至負向值之方向)觀視時，在一顯示像素中以8列×8行所排列之調變的像素之光束之偏向的狀態。注意的是，在調變的像素之偏向的狀態中之各像素的尺寸、角度、及縱橫比係與實際像素之該等者不同。
在第7圖中，(a)顯示在其中光束進入第一偏向元件的位置處之8列×8行中之調變的像素之光束的配向。
在第7圖中，(b)顯示在其中光束進入第二偏向元件的位置處之已進入第一偏向元件且已以藉由第7圖的(a)所指示之調變的像素光束之配向通過第一偏向元件 之第一偏向的光束之配向。如藉由第7圖之(b)所指示，像素水平地重疊而形成一垂直行(8列×1行)。例如，形成第7圖之(a)中的最上列號碼之調變的像素號碼1、9、17、25、33、41、49、及57之光束重疊在號碼1的位置處。同樣地，在第7圖之(a)中之調變的像素號碼8、16、24、32、40、48、56、及64之光束重疊在號碼8的位置處。若偏移係均一的，且號碼之順序並未改變時，則該等光束可隨著偏移而重疊。若偏移發生時，則偏移量應較佳地盡量小。
在第7圖中，(c)顯示在其中光束進入散射單元105的位置處之已通過第二偏向元件之調變的像素光束(第二偏向的光束)之配向。
已通過第二偏向元件陣列104之第二偏向的光束係針對各列而予以偏向且給定不同的輸出角度。也就是說，在第7圖之(b)中的號碼1之位置處的八個調變的像素光束係藉由第二偏向元件而被偏向至第7圖之(c)的最右邊位置。因為第二偏向元件係配置在相對於第一偏向元件之產生線45度的傾斜角度處，所以該等光束亦以如其被水平偏向時之角度相同的角度被垂直地偏向。因此，像素位置係垂直地反轉，且該等光束在調變的像素之所有列的最下方者之中射出。此外，在第7圖之(b)中的號碼1之位置處的調變的像素光束已由於第一偏向元件而被給定水平(x軸方向)的角度差異。因此，光束在第二偏向元件的射出位置處射出，且同時具有對應該角度差異的水平 角度(第7圖中之x軸方向)。也就是說，在第7圖的(c)中，於右下方位置處的1列×8行中之調變的像素組群701中，調變的像素光束係自右至左地依序配置成1、9、17、25、33、41、49、及57。
如上述，自第二偏向元件陣列104所射出之各第二偏向的光束具有輸出角度，該輸出角度對應已進入第二偏向元件陣列中所包含的第二偏向元件之第一偏向的光束之調變的像素光束之相對位置，及已進入之調變的像素光束之入射角度。例如，在此實施例中，調變的像素之光束1至64自一顯示像素射出，且同時依序地改變角度，以及64個視差被產生。注意的是，因為該等光束通常係由第二偏向元件陣列104所垂直偏向，所以調變的像素光束需藉由散射單元105而予以垂直地散射。藉由設定具有水平(x軸方向)產生線，等等之兩面凸狀透鏡於第二偏向元件陣列104與散射單元105之間，且因而消除垂直偏向之散射單元105所需的性能可係低的。
第8圖描繪自y軸方向所觀視之藉由第一偏向元件陣列103及第二偏向元件陣列104之調變的像素之偏向的狀態。
請參閱第8圖，在最左側上之箭頭801垂直地(y軸方向)對應由第7圖的(a)所指示之調變的像素光束之中心線。也就是說，在第7圖的(a)中之最右行的光束係配向於第8圖中之最上方箭頭的位置處(調變的像素號碼57至64)。
箭頭802指示當藉由箭頭801所指示之調變的像素光束已通過第一偏向元件陣列103時之個別的行之調變的像素光束之中心線。各箭頭802表示八行之調變的像素光束重疊於一號碼的位置處。此對應藉由第7圖之(b)所指示的狀態。箭頭803指示當藉由箭頭802所指示之調變的像素光束已通過第二偏向元件陣列104時之個別的行之調變的像素之中間線。更特定地，例如，最上方之列803表示調變的像素(1、9、17、25、33、41、49、及57)的中間線(在25與33之間的中間線)。同樣地，自上方側算起之第二箭頭803表示自號碼2至號碼58之調變的像素之26與34之間的中間線。
注意的是，為了要以預定的間距水平地排列該等光束而不留下縫隙，如藉由第7圖之(c)所指示地，當考慮到包含於第一偏向元件陣列103中的第一偏向元件以及包含於第二偏向元件陣列104中的第二偏向元件係等效於透鏡時，則水平數值孔徑(NA)需滿足：sin-1(NA1)×(n-1)=sin-1(NA2) (3)其中NA1係根據進入包含於第一偏向元件陣列103中的第一偏向元件之調變的像素光束之最外側的光束中心之數值孔徑，NA2係根據進入包含於第二偏向元件陣列104中的第二偏向元件之調變的像素光束之最外側的光束中心之數值孔徑，以及n係n列×m行中之調變的像素之光束的列之數目。在此實施例中，n=8。
將假定第8圖中所示之角度而予以解說。第一偏向元 件陣列及第二偏向元件陣列的偏向元件具有藉由以下所表示的關係：θ1=sin-1(NA1) (4)
θ2=sin-1(NA2) (5)，以及θ1×7=θ2 (6)
注意的是，若偏移發生於具有等號的方程式(3)之中時，亦即，若滿足下式：sin-1(NA1)×(n-1)<sin-1(NA2) (7)時，則調變的像素光束之水平的角間距係部分地太寬。相反地，若滿足下式：sin-1(NA1)×(n-1)>sin-1(NA2) (8)時，則調變的像素光束之水平的角間距係部分地太狹窄。無論如何，2 θ1/(n-1)或更小的偏移係可允許的，因為調變的像素光束的間距並不會成問題地變成如一或多個像素一樣地寬，或鄰接之調變的像素光束之配向順序並不會成問題地反轉。
當使用如第1圖中所示之FPD或如第3圖中所示之投影器時，透鏡、菲湼耳透鏡、稜鏡、或其類似物應被設置在第一偏向元件陣列103與光調變單元102之間，或在光源101與光調變單元102之間。當距離螢幕中心之距離增加時，此可設定入射角為變成更大，以及當產生視差時，可藉由朝向螢幕中心配向而使視野最佳化。
特別地，當使用如第3圖中所示的投影器時，所進入第一偏向元件陣列103之光束的入射角度會根據調變的像 素之位置而改變。因此，不容易適當地執行視差產生。同樣地，在此情況中，透鏡、菲湼耳透鏡、稜鏡、或其類似物應被設置在第一偏向元件陣列103與光調變單元102之間。此可獲得與調變的像素之位置無關的預定入射角度，或當距離螢幕中心之距離增加時，可設定入射角為變成更大。因而，可不考慮像素位置而適當地執行視差產生，且可藉由朝向螢幕中心配向而使視野最大化。
此外，在光調變單元102、第一偏向元件陣列103、及第二偏向元件陣列104之間的位置關係可依據距離螢幕中心之距離而加以調整，以針對各顯示像素而被偏移。第一偏向元件陣列103及第二偏向元件陣列104之透鏡或稜鏡的形狀可依據距離螢幕中心之距離，而予以調整。甚至，可藉由此調整而獲得如上文所述之相同的功效。注意的是，當使用菲湼耳透鏡於第一偏向元件陣列103與光調變單元102之間時，較佳地使菲湼耳透鏡的偏向元件間之分界與顯示像素間之分界匹配。此允許防止觀察到菲湼耳透鏡之分界，且致使使用者具有不協調之感覺的任何缺點。
依據上述之第一實施例，具有與調變的像素間之分界平行的產生線之第一偏向元件陣列，及具有由相對於第一偏向元件的產生線之由tan-1(m/n)所表示的角度所傾斜的產生線之第二偏向元件陣列，係依據包含於一顯示像素中的n列×m行中之調變的像素而予以提供。調變的像素光束係以此順序通過第一偏向元件陣列及第二偏向元件陣 列，而藉以使超多視差之3D影像易於低成本地顯示。
(第二實施例)
第二實施例係與第一實施例不同，其中各具有以對應兩個顯示像素之週期成鋸齒狀(成z字形)的產生線之第二偏向元件係並列做為第二偏向元件陣列。此可減少像素的水平壓縮。因此，可依據影像顯示裝置的設計規格而使超多視差之3D影像易於低成本地產生。
將參照第9圖而敘述依據第二實施例之第二偏向元件陣列與已通過第一偏向元件陣列之第一偏向的光束之間的位置關係。
第一偏向元件陣列係與第一實施例中幾乎相同，除了調變的像素之水平壓縮程度低之外。如第9圖中所示，調變的像素901的寬度係由第一偏向元件陣列所壓縮。與其中調變的像素重疊而形成一垂直行之依據第一實施例的第一偏向元件陣列103不一樣地，各調變的像素901係水平地壓縮，以便成為更小。注意的是，雖然調變的像素並不在第9圖之中重疊，但它們可被水平壓縮而重疊。
第二偏向元件陣列係兩面凸狀透鏡，藉由並列複數個第二偏向元件902所形成，各第二偏向元件902具有相對於第一偏向元件陣列之產生線而傾斜的產生線。第二偏向元件的產生線在一方向中並非直線，而是其方向可針對各顯示像素401而切換的線。也就是說，在第9圖中所示的實例中，第二偏向元件902的產生線係藉由使角度垂直地 (y軸方向)反相為θr→-θr→θr用於各顯示像素401，而成鋸齒狀。第二偏向元件902的產生線之方向的切換週期，亦即，z字形週期，垂直地對應兩個顯示像素401。
假定一顯示像素係由n列×m行中之調變的像素所形成，令w係對應一顯示像素401且進入第二偏向元件陣列之第一偏向的光束(64個調變的像素901)之寬度，以及p係一第二偏向元件902之寬度。在此情況中，第二偏向元件902的產生線僅需相對於第一偏向元件的產生線而傾斜由下式所給定之角度θr：
若角度滿足不等式(9)時，則調變的像素901不會與包含在第二偏向元件陣列中的柱面透鏡間之分界線重疊，且可防止已射出之光束變成雜散光及使影像品質或立體效應降級，或致使彩色不協調或不均勻。注意的是，m=n係更佳的，因為可使顯示像素間距在垂直及水平方向中與調變的像素間距相等。
依據上述之第二實施例，第二偏向元件陣列具有對應顯示像素的尺寸之週期的z字形形狀。此可有效地使用所有調變的像素，且可依據影像顯示裝置的設計規格而使超多視差之3D影像易於低成本地顯示。
(實施例之第一修正例)
在第一修正例中，於2D影像與3D影像之間的切換係使用液體而予以完成。
將參照第10圖而敘述依據第一修正例之影像顯示裝置。
在依據第一修正例的影像顯示裝置1000中，第一偏向元件陣列103及第二偏向元件陣列104二者具有扁平表面及凹面/凸面表面。第一偏向元件陣列103及第二偏向元件陣列104係配置使得它們的凹面/凸面表面彼此互相面向著。當具有與第一偏向元件陣列103與第二偏向元件陣列104之材料的折射係數相等的折射係數之物質被置入至其間的縫隙1001之內時，則可消除該兩個偏向元件陣列的光學偏向效應。也就是說，放置該物質可消除所謂2D影像與3D影像之間的視差產生效應及開關。例如，所置入至影像顯示裝置1000之內的物質係液體。使用於光學顯微鏡的油浸中之所謂光學油(浸油)的矽油、甘油、或苯甲醚係嵌入至縫隙1001內。注意的是，取代使凹面/凸面表面彼此互相面向，可使凹面/凹面表面或凸面/凸面表面彼此互相面向。
依據上述第一修正例，可易於在2D影像與3D影像之間切換。
(實施例之第二修正例)
在上述實施例中，第一偏向元件陣列及第二偏向元件陣列係假定為個別的片狀物。在第二修正例中，一片狀物係形成為具有第一偏向元件陣列及第二偏向元件陣列的功效。
將參照第11圖而敘述依據第二修正例之影像顯示裝置。
在依據第二修正例的影像顯示裝置1100中，凹面/凸面圖案係形成於第11圖中所示之偏向元件陣列1101的兩表面之上，用以獲得第一偏向元件陣列及第二偏向元件陣列的功效。具有此配置，在第一偏向元件陣列與第二偏向元件陣列之間的位置關係當形成凹面/凸面圖案於一片狀物的兩表面之上時決定。因此，可以比當分別形成第一偏向元件陣列及第二偏向元件陣列並調整其間的位置關係時更容易地調整位置關係，及降低製造時之負荷。
依據上述之第二修正例，凹面/凸面表面係形成於一片狀物的兩表面上，而具有第一偏向元件陣列及第二偏向元件陣列的功效。此允許簡化影像顯示裝置的配置，且降低成本。
(實施例之第三修正例)
即使當上述之第一偏向元件陣列係針對各顯示像素而壓縮調變的像素之寬度時，光仍會以不可預期的方向漏洩，而產生雜散光，並使顯示品質降低。在該情況中，複數個光學裂隙或可變光闌係配置在用於顯示像素之各垂直行的第一偏向元件陣列與第二偏向元件陣列間的縫隙中。此配置可阻隔雜散光。
第12圖顯示依據第三修正例之使用於影像顯示裝置中之裂隙的實例。
如第12圖中所示，類似於垂直條紋之裂隙狀遮罩1201係設置以阻隔所通過例如，第9圖中之不具有調變的像素901之區域的光。可使用隔板，以供包圍各顯示像素401之區域。
此外，為了要降低視差之間的串擾，且防止鄰接之視差光成分被以重疊狀態觀察，可將更精密的光學裂隙或可變光闌插入於調變的像素的光束之間。“光束之間”意指指示進入第9圖中的第二偏向元件陣列之第一偏向的光束之入射位置的號碼之間的位置。阻隔光束之區域愈大，則所觀察到之影像的亮度愈低。然而，因為可使調變的像素光束的尺寸變小，所以可一致地降低視差之間的串擾。
依據上述之第三修正例，可藉由使用裂隙狀遮罩或可變光闌而抑制雜散光，且降低視差之間的串擾。
(實施例之第四修正例)
在第四修正例中，視差的數目可藉由配置能主動改變光束照射位置的像素偏移元件，而予以增加。
像素偏移元件係配置在第一偏向元件陣列與光調變單元之間，或在第一偏向元件陣列與第二偏向元件陣列之間縫隙。像素偏移元件可快速地切換調變的像素之位置。例如，假定其中像素偏移元件係設置在光調變單元102與第一偏向元件陣列103之間的情況。當調變的像素位置係以對應1/2調變的像素間距之間距偏移水平或垂直方向時，可進一步使調變的像素光束進入例如，第9圖中所示之調 變的像素之號碼之間，且幾乎可使視差的數目加倍。
第13圖顯示依據第四修正例之設定調變的像素之壓縮寬度的實例。第13圖描繪第二偏向元件陣列與已通過第一偏向元件陣列且進入第二偏向元件陣列之第一偏向的光束之間的位置關係。對於第13圖中所示之調變的像素1301，第一偏向的光束(調變的像素)之寬度係藉由第一偏向元件陣列而以用於各顯示像素之壓縮高兩倍的程度予以壓縮。此外，光束位置係藉由像素偏移元件而予以偏移相等於所壓縮之寬度的距離。在此情況中，當調變的像素1301之光束亦進入第13圖中之陰影區1302時，可使視差的數目加倍。然而，必須以高於將被顯示之訊框速率(每秒所顯示之訊框的數目)兩倍的頻率完成切換。
像素偏移元件可具有各種配置。
第14及15圖顯示像素偏移元件的不同實例。做為像素偏移元件之配置的第一實例，可使用藉由改變平行板1401的角度而平移調變的像素光束之光學路徑的元件，如第14圖中所示。
做為像素偏移元件之配置的第二實例，可使用通常稱為偏極化積分器1500之利用偏極化而平移光學路徑的元件，如第15圖中所示。更特定地，延遲器1501切換光束成s或p極化光。偏極化分光器1502直接通過p極化光且反射s極化光，而藉以切換光束的光學路徑。特別地，偏極化積分器1500係有利於不具有可移動的部分。注意的是，可使用諸如語音線圈或壓電激勵器之用以使光調變 單元102本身振盪之元件做為像素偏移元件。
依據上述之第四修正例，視差的數目可藉由配置像素偏移元件而予以增加。
在上述之實施例中，當各調變的像素係分離成為RGB以供彩色顯示之用，且如第3圖中所示之投影器型投影被使用時，則較佳地，調變的像素之RGB成分同軸地重疊。然而，若鄰接之調變的像素並未彼此互相重疊時，則RGB成分可能偏移。為了要防止使用者觀察到彩色不協調或不均勻，各調變的像素係形成為傾斜的形狀以致使一調變的像素之RGB成分被一直同時地觀察到。
雖然已敘述若干實施例，但該等實施例僅藉實例而予以呈現，且並不打算要限制本發明之範圍。確實地，在本文中所敘述之具新穎性的實施例可以以各種其他的形式予以實施；再者，在本文中所敘述的實施例中之各種省略、取代、及改變可予以作成，而不會背離本發明之棈神。附錄之申請專利範圍及其等效範圍係打算要涵蓋該等形式或修正成為落在本發明的範疇及精神之內。
100、1000‧‧‧影像顯示裝置
101‧‧‧光源
102‧‧‧光調變單元
103‧‧‧第一偏向元件陣列
104‧‧‧第二偏向元件陣列
105‧‧‧散射單元
301‧‧‧投影器
302‧‧‧二維空間光調變器
303‧‧‧投影器鏡頭
304‧‧‧光束
401‧‧‧顯示像素
402、901、1301‧‧‧調變的像素
403‧‧‧第一偏向元件
501‧‧‧稜鏡
601、902‧‧‧第二偏向元件
701‧‧‧調變的像素組群
801-803‧‧‧箭頭
1001‧‧‧縫隙
1302‧‧‧陰影區
1401‧‧‧平行板
1500‧‧‧偏極化積分器
1501‧‧‧延遲器
1502‧‧‧偏極化分光器
第1圖係顯示依據第一實施例之影像顯示裝置的方塊圖；第2圖係顯示依據第一實施例之影像顯示裝置的詳細配置之實例的圖式；第3圖係顯示光源及光調變單元之修正例的圖式； 第4圖係顯示依據第一實施例之調變的像素與第一偏向元件陣列間之位置關係的圖式；第5圖係顯示偏向元件之修正例的圖式；第6圖係顯示第二偏向元件陣列與已通過第一偏向元件陣列之第一偏向的光束間之位置關係的圖式；第7圖係顯示由於第一偏向元件陣列及第二偏向元件陣列之調變的像素之偏向的狀態之圖式；第8圖係顯示由於自另一方向所觀視之第一偏向元件陣列及第二偏向元件陣列之調變的像素之偏向的狀態之圖式；第9圖係顯示依據第二實施例之調變的像素與第一偏向元件陣列間之位置關係的圖式；第10圖係顯示依據第一修正例之影像顯示裝置的圖式；第11圖係顯示依據第二修正例之影像顯示裝置的圖式；第12圖係顯示依據第三修正例之影像顯示裝置中所使用的裂隙之實例的圖式；第13圖係顯示依據第四修正例之影像顯示裝置中之調變的像素之壓縮寬度的設定實例之圖式；第14圖係顯示像素偏移元件之第一實例的圖式；以及第15圖係顯示像素偏移元件之第二實例的圖式。
100‧‧‧影像顯示裝置
101‧‧‧光源
102‧‧‧光調變單元
103‧‧‧第一偏向元件陣列
104‧‧‧第二偏向元件陣列
105‧‧‧散射單元

Claims (17)

  1. 一種影像顯示裝置，包含：光源，發射出光；調變單元，係組構以調變該光的強度及該光的彩色，而產生對應調變的像素組群中所包含之調變的像素之各者的光束，該等調變的像素各自係由其中影像被觀察之觀察位置及對應該觀察位置之輸出角度所決定，該調變的像素組群係二維排列之該等調變的像素；第一陣列，係由並列各自具有產生線之複數個第一偏向元件所形成，且係組構以偏向用於對應該調變的像素組群中之m行的每一個第一調變的像素組群之該等光束，而產生第一偏向的光束，該產生線係與該調變的像素之垂直方向平行，該m係自然數；以及第二陣列，係由並列各自具有產生線之複數個第二偏向元件所形成，且係組構以偏向用於對應該第一調變的像素組群中之n列的每一個第二調變的像素組群之該等第一偏向的光束，而產生第二偏向的光束，該產生線係由相對於該第一偏向元件的產生線之由tan-1(α×m/n)所表示的角度所傾斜，該α係各該調變的像素之水平像素間距對垂直像素間距的比例，該n係自然數。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一陣列及該第二陣列使sin-1(NA1)×(n-1)=sin-1(NA2)滿足用於對應該n列之該第一偏向的光束，NA1係該第一 陣列的數值孔徑，NA2係該第二陣列的數值孔徑。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該m係相等於該n。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一陣列及該第二陣列係由柱面透鏡、稜鏡、及繞射光柵的其中一者所形成。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一陣列及該第二陣列係由平板所形成，該等平板具有被配置在第一表面上的該等第一偏向元件及被配置在面向該第一表面之第二表面上的該等第二偏向元件。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包含一材料，該材料具有相等於該第一陣列之第一折射係數及該第二陣列之第二折射係數的折射係數，且被放入至該第一陣列與該第二陣列之間的縫隙內。
  7. 如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包含光學裂隙及可變光闌的其中一者，係配置成該第一陣列與該第二陣列之間的縫隙。
  8. 如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包含散射單元，係組構以調整該等第二偏向的光束之擴散角度，而藉由該等第二偏向的光束在該觀察位置處產生視差影像。
  9. 一種影像顯示裝置，包含：光源，發射出光；調變單元，係組構以調變該光的強度及該光的彩色，而產生對應調變的像素組群中所包含之調變的像素之各者 的光束，該等調變的像素各自係由其中影像被觀察之觀察位置及對應該觀察位置之輸出角度所決定，該調變的像素組群係二維排列之該等調變的像素；第一陣列，係由並列各自具有產生線之複數個第一偏向元件所形成，且係組構以偏向用於對應該調變的像素組群中之m行的每一個第一調變的像素組群之該等光束，而產生第一偏向的光束，該產生線係與該等調變的像素之垂直方向平行，該m係自然數；以及第二陣列，係由並列各自具有鋸齒狀產生線之複數個第二偏向元件所形成，且係組構以偏向用於對應該第一調變的像素組群中之n列的每一個第二調變的像素組群之該等第一偏向的光束，而產生第二偏向的光束，該鋸齒狀產生線係由相對於該第一偏向元件的產生線的第一角度及反轉每n列中之該第一角度的傾角所傾斜，該n係自然數。
  10. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中若該等第一偏向的光束之各者的寬度係界定為w，且該第二偏向元件的寬度為p時，則該第一角度係由下式所給定：
  11. 如申請專利範圍第9項之裝置，進一步包含像素偏移元件，係配置於該調變單元與該第一陣列之間的縫隙中且係組構以改變該光的照射位置及該光的角度，或係配置於該第一陣列與該第二陣列之間的縫隙中且係組構以改變該等第一偏向的光束的照射位置及該等第一偏向的光束的角度， 其中該第一陣列依據該像素偏移元件而調整該等第一偏向的光束之寬度。
  12. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中該m係相等於該n。
  13. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中該第一陣列及該第二陣列係由柱面透鏡、稜鏡、及繞射光柵的其中一者所形成。
  14. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中該第一陣列及該第二陣列係由平板所形成，該等平板具有被配置在第一表面上的該等第一偏向元件及被配置在面向該第一表面之第二表面上的該等第二偏向元件。
  15. 如申請專利範圍第9項之裝置，進一步包含一材料，該材料具有相等於該第一陣列之第一折射係數及該第二陣列之第二折射係數的折射係數，且被放入至該第一陣列與該第二陣列之間的縫隙內。
  16. 如申請專利範圍第9項之裝置，進一步包含光學裂隙及可變光闌的其中一者，係配置成該第一陣列與該第二陣列之間的縫隙。
  17. 如申請專利範圍第9項之裝置，進一步包含散射單元，係組構以調整該等第二偏向的光束之散射角度，而藉由該等第二偏向的光束在該觀察位置處產生視差影像。
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