TW201403021A - 三維顯示器之依據影像之對位方法 - Google Patents

三維顯示器之依據影像之對位方法 Download PDF

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Abstract

一種對位方法，包括提供一3D對位裝置至少包括耦接之影像擷取工具和對位移動分析軟體；將上方層疊屏障件的顯示面板設置於3D對位裝置處；呈現顯示對位檢查圖形於顯示面板上和呈現屏障對位檢查圖形於屏障件上；影像擷取工具擷取因屏障對位檢查圖形和顯示對位檢查圖形疊加所產生的波紋圖形影像；以對位移動分析軟體對波紋圖形影像進行分析，並決定波紋圖形影像之至少三個量測點；以對位移動分析軟體計算各量測點的位移和顯示面板與屏障件間的旋轉角度；以及調整顯示面板和屏障件間的相對位置若計算之位移結果和旋轉角度超出預設對位誤差。

Description

三維顯示器之依據影像之對位方法
本發明是有關於一種三維顯示器之依據影像之對位方法，且特別是有關於應用於一屏障式裸眼3D顯示器的一種依據影像之對位方法，以使3D顯示器的一顯示面板和一屏障件可精準地對位。
立體顯示器(Autostereoscopic displays)，又稱為裸眼三維顯示器(Naked eye 3D display)，無須配帶任何特殊的頭戴式或掛耳式的濾光/快門(filter/shutter)眼鏡，即可使觀看者產生立體視覺。
裸眼3D顯示器，因應3D模式顯示而開發了各式的技術產品，其使用多種的光學元件和顯示技術以與顯示面板(如液晶顯示面板)結合以提供立體視覺，其使用技術大致可分為視差屏障式(Parallax Barrier)裸眼3D顯示技術和光學透鏡式(Lenticular Optics)裸眼3D顯示技術等兩大類。一般而言，視差屏障具有多個垂直透光狹縫分別與液晶顯示面板各行畫素精準對位。而光學透鏡則具有多個圓柱狀透鏡分別與液晶顯示面板各行畫素精準對位。視差屏障可以是一片具有特殊細長條狀圖案(如透光狹縫與 不透光屏障垂直相間的光柵條紋)的板材，也可以是具有垂直細長條紋的一電子光學面板(如一顯示模組)。視差屏障可設置在一彩色液晶顯示面板的前方或後方，並相隔一適當間距。
第1圖為一種傳統具視差屏障3D顯示器之示意 圖，其中視差屏障係置放在顯示面板的前方。如第1圖所示，3D顯示器1包括一背光系統11、一顯示面板13於背光系統11上、一視差屏障15位於顯示面板13上方、偏光板16a和16b分別位於顯示面板13之上下兩側。視差屏障15具有不透光與透光條紋相間的光柵，而不透光條紋可區隔左右眼畫素影像的光路，使人眼感知到立體影像。在3D顯示模式中，當光柵的不透光條紋限制右眼/左眼的視覺，人眼可看到左眼畫素/右眼畫素之影像，如此就可以讓左右眼看到不同的畫面進而產生畫面有景深的視覺，呈現立體顯示。若是以一具有垂直細長條紋的電子光學面板(如一顯示模組)作為視差屏障15，則如第1圖所示之3D顯示器1可以是具備2D/3D顯示功能切換之一顯示器，當具視差屏障功能的面板關閉則顯示器進行2D顯示。再者，可藉由耦接一觸控感測器(未顯示)至視差屏障15上，而將一觸控感測器(touch sensor)整合至3D顯示器1，以製造出具觸控螢幕的一3D顯示器。
第2A~2G圖係繪示一種3D液晶顯示器之傳統對 位及其流程。如第2A圖所示，一液晶顯示面板23和一3D屏障模組(3D barrier module)25分別放置在一顯示平台(display stage)20a和一屏障平台(barrier stage)20b。其中，液晶顯示面板23係設置在一背光源21上，而3D屏障模組25則設置在屏障平台20b的一透明視窗201上。如第2B圖所示，攝影機26擷取液 晶顯示面板23和3D屏障模組25上的對位記號之影像，液晶顯示面板23的位置可根據影像結果來移動顯示平台20a作調整，以預先對位(pre-aligning)液晶顯示面板23和3D屏障模組25之位置。接著，一膠體注入器27將UV膠271滴落於3D屏障模組25，如第2C圖所示。然後，將3D屏障模組25層疊至液晶顯示面板23上，如第2D圖所示。接著，攝影機26擷取3D螢幕所呈現之影像，以執行根據影像的對位，如第2E圖所示。接著，一UV光源29對層疊物進行曝光以固化UV膠271，因此固合在一起的3D屏障模組25和液晶顯示面板23會形成一3D顯示模組(3D display module)，如第2F圖所示。之後，將屏障平台20b卸下，使3D顯示模組準備好自顯示平台20a處卸下，如第2G圖所示。
不論是使用何種型態的3D元件(如視差屏障/光學 透鏡)，3D元件和顯示面板之間的對位必須符合高精準度和高生產力的要求。
有鑑於上述課題，本發明係提供一種三維顯示器之依據影像之對位方法，使三維顯示器之顯示面板和3D元件(屏障件)準確對位。實施例應用廣泛，自雙視域3D顯示器至多視域3D顯示器，皆可應用。再者，如實施例中所揭露之演算法證實實施例中所揭露之對位方法可精準地使顯示面板和3D元件完成對位。
根據本發明之一方面，係提出一種對位方法，應用於一屏障式3D顯示器，包括：提供一3D對位裝置(3D alignment device)，至少包 括一影像擷取工具(image capture tool)和耦接至影像擷取工具之一對位移動分析軟體(alignment shift analysis software)；將上方層疊有一屏障件(barrier)的一顯示面板設置於3D對位裝置處，且影像擷取工具位於屏障件之上方；呈現一顯示對位檢查圖形(display alignment check pattern)於顯示面板上和一屏障對位檢查圖形(barrier alignment check pattern)於屏障件上；利用該影像擷取工具擷取因屏障對位檢查圖形和顯示對位檢查圖形層疊所產生的一波紋圖形(moiré pattern)之一影像；以對位移動分析軟體對波紋圖形之影像進行分析，並決定對應於波紋圖形之影像的上部(upper portion)和下部(lower portion)之至少三個量測點；以對位移動分析軟體計算每個量測點的位移(position shift)；根據該些量測點之位移結果計算顯示面板和屏障件之間於一xy平面上的一旋轉角度；和如該些量測點之位移結果和旋轉角度超出一預設對位誤差(predetermined alignment error)，調整顯示面板和屏障件間的相對位置。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
1‧‧‧3D顯示器
11‧‧‧背光系統
13、23、33、61、123、14-1、161‧‧‧顯示面板
1231‧‧‧接墊
15‧‧‧視差屏障
16a和16b‧‧‧偏光板
25、34、62‧‧‧屏障模組
14-2‧‧‧屏障件
20a、30a‧‧‧顯示平台
21、31‧‧‧背光源
20b、30b‧‧‧屏障平台
201‧‧‧透明視窗
26‧‧‧攝影機
27‧‧‧膠體注入器
271、371‧‧‧UV膠
29‧‧‧UV光源
3‧‧‧3D對位裝置
35‧‧‧對位移動分析軟體
36‧‧‧影像擷取工具
381‧‧‧主控制單元
383‧‧‧x-y平台控制單元
385‧‧‧顯示影像控制單元
387‧‧‧屏障件電壓控制單元
41、131‧‧‧顯示對位檢查圖形
411‧‧‧水平條紋
413、1313‧‧‧第一群垂直條紋
415、1315‧‧‧第二群垂直條紋
1317‧‧‧第三群垂直條紋
1319‧‧‧第四群垂直條紋
43、133‧‧‧屏障對位檢查圖形
45、135‧‧‧波紋圖形
501~511、901~911、181~187‧‧‧步驟
63、141‧‧‧第一組
64、142‧‧‧第二組
65、143‧‧‧第三組
67、144‧‧‧第四組
68、145‧‧‧第五組
69‧‧‧第六組
631、641、651、1411、1421、1431、1441、1451‧‧‧不透光垂直條紋
632、642、652、1412、1422、1432、1442、1452‧‧‧透光垂直條紋
671、681、691‧‧‧不透光水平條紋
672、682、692‧‧‧透光水平條紋
161~164‧‧‧第一~第四圖框圖案
81、11、1311‧‧‧水平條紋
813‧‧‧第一風景模式群
815‧‧‧第二風景模式群
83‧‧‧橫向屏障對位檢查圖形
84‧‧‧直向顯示對位檢查圖形
841‧‧‧垂直條紋
843‧‧‧第一人像模式群
845‧‧‧第二人像模式群
86‧‧‧直向屏障對位檢查圖形
171RL‧‧‧第一組右眼畫素橫向圖案
171LL‧‧‧第一組左眼畫素橫向圖案
172RL‧‧‧第二組右眼畫素橫向圖案
172LL‧‧‧第二組左眼畫素橫向圖案
173RP‧‧‧第一組右眼畫素直向圖案
173LP‧‧‧第一組左眼畫素直向圖案
174RP‧‧‧第二組右眼畫素直向圖案
174LP‧‧‧第二組左眼畫素直向圖案
P-1,upper、P0,upper、P1,upper、P-1,lower、P0,lower、P1,lower、P12,upper、P23,upper、P34,upper、P12,lower、P23,lower、P34,lower‧‧‧量測點
Lupper‧‧‧上部虛擬線
Llower‧‧‧下部虛擬線
Aupper‧‧‧上部區域
Alower‧‧‧下部區域
△x‧‧‧x位移
△y‧‧‧y位移
‧‧‧旋轉角度
d air ‧‧‧光學距離
d air ‧‧‧畫素和屏障模組之間的一光學距離(/間距)
W pix ‧‧‧為畫素寬度
W barrier ‧‧‧屏障寬度
D cam ‧‧‧影像擷取工具到屏障模組的垂直距離
C‧‧‧於顯示面板中央處的“+”記號
C-C‧‧‧顯示面板之虛擬中心線
LC‧‧‧顯示面板之虛擬垂直中心線
LC’‧‧‧顯示面板之虛擬水平中心線
AA‧‧‧主動區域
OA‧‧‧第一組63/141條紋之開口
OB‧‧‧第二組64/142條紋之開口
OC‧‧‧第三組65/143條紋之開口
OD‧‧‧第四組67/144條紋之開口
OE‧‧‧第五組68條紋之開口
PA‧‧‧第一組63/141條紋之柵距
PB‧‧‧第二組64/142條紋之柵距
PC‧‧‧第三組65/143條紋之柵距
PD‧‧‧第四組67/144條紋之柵距
PE‧‧‧第五組68/145條紋之柵距
PF‧‧‧第六組69條紋之柵距
view-1~view-4‧‧‧第1視域~第4視域(view-4)
v1、v2、v3、v4‧‧‧第一至第四視域之曲線
θ 23‧‧‧影像擷取工具到畫素2邊界和畫素3邊界之角度
θ 12‧‧‧影像擷取工具到畫素1邊界和畫素2邊界之角度
△x23‧‧‧畫素2邊界到畫素3邊界之x位移
第1圖為一種傳統具視差屏障3D顯示器之示意圖，其中視差屏障係置放在顯示面板的前方。
第2A~2G圖係繪示一種3D液晶顯示器之傳統對位及其流程。
第3圖為本發明其中一實施例之一種3D對位裝置之示意圖。
第4A圖為本發明第一實施例之一雙視域3D顯示器中，顯示面板和屏障件上其中一種對位檢查圖形組合之示意圖。
第4B圖為顯示對位檢查圖形和屏障對位檢查圖形所產生的一波紋圖形之示意圖。
第4C圖為以對位移動分析軟體分析第4B圖之波紋圖形影像的亮度資料攫取和其位置之關係圖。
第4D圖係為本發明第一實施例之影像擷取工具、3D屏障模組和顯示面板上的右眼和左眼畫素之簡示圖。
第5圖為本發明第一實施例之三維顯示器之依據影像之對位方法的流程圖。
第6A圖為本發明第二實施例之一雙視域3D顯示器中，顯示面板上之一顯示對位檢查圖形之示意圖。
第6B圖為本發明第二實施例之雙視域3D顯示器中，屏障件上之屏障對位檢查圖形之示意圖。
第7A圖為第6A圖中顯示對位檢查圖形之局部放大圖。
第7B圖為第6B圖中屏障對位檢查圖形之局部放大圖。
第8A圖為本發明第三實施例之一雙視域3D顯示器中，於風景模式下顯示面板和屏障件所呈現之一對位檢查圖形組合之示 意圖。
第8B圖為本發明第三實施例之雙視域3D顯示器中，於人像模式下顯示面板和屏障件所呈現之一對位檢查圖形組合之示意圖。
第9圖為本發明第三實施例之三維顯示器之依據影像之對位方法的流程圖。
第10A圖為本發明第四實施例之一雙視域3D顯示器中，顯示面板上具有橫向(landscape)與直向(portrait)顯示對位檢查圖形之示意圖。
第10B圖為本發明第四實施例之雙視域3D顯示器中，屏障件上之具有橫向與直向屏障對位檢查圖形之示意圖。
第11A圖為第10A圖中顯示面板上橫向顯示對位檢查圖形之局部放大圖。
第11B圖為第10B圖中屏障件上橫向屏障對位檢查圖形之局部放大圖。
第11C圖為第10A圖中顯示面板上直向顯示對位檢查圖形之局部放大圖。
第11D圖為第10B圖中屏障件上直向屏障對位檢查圖形之局部放大圖。
第12A圖為本發明第五實施例之一雙視域3D顯示器中，顯示面板的一顯示對位檢查圖形之一圖框(frame)之示意圖。
第12B圖為本發明第五實施例之雙視域3D顯示器中顯示面板的下一個圖框之顯示對位檢查圖形之示意圖。
第13A圖為本發明第六實施例之一四視域3D顯示器中，顯 示面板和屏障件上其中一種對位檢查圖形組合之示意圖。
第13B圖為第13A圖之顯示對位檢查圖形和屏障對位檢查圖形所產生的一波紋圖形(moiré pattern)之示意圖。
第13C圖為以對位移動分析軟體35分析第13B圖之波紋圖形影像的亮度資料攫取和其位置之關係圖。
第13D圖係為本發明第六實施例之影像擷取工具、屏障模組和顯示面板上第一至第四視域畫素之簡示圖。
第14A圖為本發明第七實施例之一四視域3D顯示器中，顯示面板上之一顯示對位檢查圖形之示意圖。
第14B圖為本發明第七實施例之四視域3D顯示器中，屏障件上之屏障對位檢查圖形之示意圖。
第15A圖為第14A圖中顯示對位檢查圖形之局部放大圖。
第15B圖為第14B圖中屏障對位檢查圖形之局部放大圖。
第16A~16D圖，分別繪示本發明第八實施例之一四視域3D顯示器中，第一圖框、第二圖框、第三圖框和第四圖框之顯示對位檢查圖形之示意圖。
第17A圖為本發明第九實施例之一具可切換風景模式和人像模式之雙視域3D顯示器中，顯示面板上具有一對位檢查組合圖形之示意圖。
第17B圖為本發明第九實施例之具可切換風景模式和人像模式之雙視域3D顯示器中，屏障件上具有屏障對位檢查圖形之示意圖。
第18圖為本發明第九實施例之一三維顯示器之依據影像之對位方法的流程圖。
以下實施例係提出一種三維顯示器之依據影像之對位方法，應用於屏障式裸眼3D顯示器。應用此實施例即可進行對位，可無須如傳統方式般在顯示面板和屏障件上直接形成對位記號。然而實施例所提出的細節為舉例說明之用，並非對本揭露欲保護之範圍做限縮。再者圖式係已簡化以利清楚說明實施例之內容，圖式上的尺寸比例並非按照實際產品等比例繪製，因此並非作為限縮保護範圍之用。本揭露提出的依據影像之對位方法也包括了直接於屏障件和顯示面板上直接形成特殊的3D對位檢查圖形的對位方法。在本揭露之發明精神下可對實施例內容作修飾和變化以符合實際應用之需求。在以下揭露內容，第一、三、五、六、八和九實施例係說明在顯示面板和屏障件上顯示3D對位檢查圖形之影像的對位方法，第二、四和七實施例係說明在顯示面板和屏障件上直接形成3D對位檢查圖形的對位方法。
<3D對位裝置>
第3圖為本發明其中一實施例之一種3D對位裝置(3D alignment device)之示意圖。關於對位初始流程請參考第2A、2C和2D圖。在實施例之一3D對位裝置3中，裝載於一屏障平台(barrier stage)30b的一3D屏障模組(3D barrier module)34係疊置於一顯示面板33(如LCD面板)上，其中顯示面板33係裝載於一x-y顯示平台30a(display stage)(x-y顯示平台處具有一背光源31)。UV膠371社至於3D屏障模組34和顯示面板33之間。3D 對位裝置3至少包括一影像擷取工具(image capture tool)36設置於屏障平台30b上方和一對位移動分析軟體(alignment shift analysis software)35耦接至影像擷取工具36。顯示面板33上可呈現一顯示對位檢查圖形(display alignment check pattern)，3D屏障模組34上可呈現一屏障對位檢查圖形(barrier alignment check pattern)。影像擷取工具36例如是一攝影機，可擷取因屏障對位檢查圖形和顯示對位檢查圖形層疊所產生的一波紋圖形(moiré pattern)之影像。其中，屏障對位檢查圖形和顯示對位檢查圖形可以是以影像輸入的方式呈現、或是以直接形成記號的方式呈現。耦接至影像擷取工具36的對位移動分析軟體35是以一具邏輯運算之中央處裡器進行執行。在此實施例中，僅需要一台攝影機即可實現本揭露之需求，而攝影機的x位置例如是對應顯示面板的中心。影像擷取工具36和3D屏障模組34之間的距離係可自一3D視覺最佳距離(optimum 3D viewing distance)推算而定。
實施例中，以對位移動分析軟體35對波紋圖形之影像進行分析，並決定至少三個量測點位於對應波紋圖形之影像的一上部虛擬線(upper virtual line)和一下部虛擬線(lower virtual line)。再者，以對位移動分析軟體35計算每個量測點的位移(position shift)，例如x位移(△x)或/和y位移(△y)。再者，對位移動分析軟體35亦可根據量測點之位移結果來計算出顯示面板33和3D屏障模組34之間的一旋轉角度(於一xy-平面上)。
3D對位裝置3更可選擇性地包括一主控制單元381(例如具邏輯運算之一處理器/電腦)，和一x-y平台控制單元(stage control unit)383耦接至x-y顯示平台30a和對位移動分析軟 體35。如果量測點之位移結果和旋轉角度超出預設對位誤差(predetermined alignment errors)，x-y平台控制單元383可根據該些量測點之位移結果和旋轉角度來調整顯示面板33和屏障件(如3D屏障模組34)之間的相對位置。再者，如果選擇以影像輸入的方式分別在顯示面板33和3D屏障模組34上呈現顯示對位檢查圖形和屏障對位檢查圖形，則對位裝置3更可包括一顯示影像控制單元(display image control unit)385和一屏障件電壓控制單元(barrier voltage control unit)387分別耦接至顯示面板33和3D屏障模組34。顯示影像控制單元385和屏障件電壓控制單元387亦耦接至主控制單元381。
需注意的是，雖然第3圖中繪示3D屏障模組34，但具有固定屏障圖案以供對位檢查和達到3D效果的一屏障件，以及固定標記有屏障對位檢查圖形的一屏障件，都可應用在顯示面板33上以實現本揭露之對位方法。如果屏障件具有固定的屏障對位檢查圖形，則不需要設置顯示影像控制單元385和屏障件電壓控制單元387。
<第一實施例>
第4A圖為本發明第一實施例之一雙視域3D顯示器中，顯示面板和屏障件上其中一種對位檢查圖形組合之示意圖。請同時參考第3圖。雙視域(two view)3D顯示器係形成兩個視域窗，包括複數個右眼畫素(R pixels)和左眼畫素(L pixels)分別供右眼視域和左眼視域(即將右眼畫素和左眼畫素之影像分別導至右眼和左眼)。因此左眼和右眼所接收到的影像是以不同的畫素顯 示，而觀看者的左眼/右眼透過視域窗可看到適當的影像，進而產生畫面有景深的視覺，呈現立體顯示。如第4A圖所示，呈現於顯示面板33的一顯示對位檢查圖形41(如LCD影像)包括多個交錯的水平條紋411(例如平行x方向)，且該些水平條紋411具一特有灰階順序(characteristic order of grey scales)。第4A圖亦繪示顯示對位檢查圖形41的局部放大圖。其中，顯示對位檢查圖形41可分為兩個條紋部分，包括第一群(first group)413不透光和透光交錯的垂直條紋以僅容許右眼畫素之影像通過(即僅顯示右眼觀看之影像)，和一第二群(second group)415不透光和透光交錯的垂直條紋以僅容許左眼畫素之影像通過(即僅顯示左眼觀看之影像)。該些垂直條紋係沿著y方向延伸。第4A圖僅繪示顯示對位檢查圖形41的一小部分，而多個第一群413和第二群415垂直條紋係交錯地排列而形成整片的顯示對位檢查圖形41。第4A圖中亦繪示呈現於屏障件上，並與顯示對位檢查圖形41相對應之一屏障對位檢查圖形(如屏障影像)43。屏障對位檢查圖形43例如是具有交錯黑白條紋(即不透光和透光)之一狹縫圖案或一影像圖案。
在此實施例中，例如是輸入一LCD交錯影像於顯示面板33和以輸入一屏障影像於3D屏障模組34以分別呈現顯示對位檢查圖形41和屏障對位檢查圖形43。再者，屏障對位檢查圖形43可以是屏障件上已形成之一固定的屏障圖案。本發明對此並不多作限制。
第4B圖為顯示對位檢查圖形和屏障對位檢查圖形所產生的一波紋圖形(moiré pattern)之示意圖。當顯示對位檢查圖 形和屏障對位檢查圖形分別顯示(以影像輸入或是直接形成記號)於顯示面板33和屏障件上後，影像擷取工具36可擷取因屏障對位檢查圖形43和顯示對位檢查圖形41疊加所產生的波紋圖形(moiré pattern)45之影像。以對位移動分析軟體35分析波紋圖形45之影像，而決定至少三個量測點位於對應波紋圖形45之影像的一上部虛擬線(Lupper)和一下部虛擬線(Llower)。在此實施例中，係以六個量測點作說明，包括於上部虛擬線Lupper之量測點P-1,upper、P0,upper、P1,upper和於下部虛擬線Llower之量測點P-1,lower、P0,lower、P1,lower，以決定顯示面板33和屏障件之間的位移和旋轉角度。之後，以對位移動分析軟體35計算每個量測點的位移(position shift)，例如x位移(△x)或/和y位移(△y)。
第4C圖為以對位移動分析軟體35分析第4B圖之波紋圖形影像的亮度資料攫取(brightness intensity data extract)和其位置之關係圖。實施例中，以對位移動分析軟體35分析之波紋圖形45影像的步驟包括繪製攫取波紋圖形45影像的亮度資料和其位置作圖，而得到複數條不同視域之曲線，如第4C圖所示之右眼視域(R-view)和左眼視域(L-view)之曲線。右眼視域曲線和左眼視域曲線係分別代表右眼和左眼隨著x位置之變化所能接收到的影像亮度。而量測點，如第4C圖所示之P-1,upper、P0,upper、P1,upper，則是由右眼視域曲線和左眼視域曲線之交點(crossing points)決定，每一量測點在不同視域(如右眼視域和左眼視域)時係具有相同亮度。也就是說，當觀看波紋圖形45影像的這些量測點時，右眼和左眼係感知到同樣的亮度。
第4D圖係為本發明第一實施例之影像擷取工具、 3D屏障模組和顯示面板上的右眼和左眼畫素之簡示圖。以下係為實施例之影像對位方法的計算公式。計算公式中所使用之相關參數請參考第4D圖。以兩個量測點P0,upper、P1,upper為例，量測點的x位移(△x)，以及量測點於對應顯示面板33之畫素和3D屏障模組34間的一光學距離(optical distance，dair)，係以方程式表示如下。
於方程式(1)中，係用以作視角 校正(view point correction)。
從方程式(1)、(2)、(3)可得到：
其中，△x為一x位移，d air 為畫素和3D屏障模組34之間的一光學距離(/間距)，W pix 為畫素寬度(pixel width)， W barrier 為屏障寬度(barrier width)，D cam 為影像擷取工具36到3D屏障模組34的垂直距離。方程式(1)-(5)所使用的參數係標示於第4D圖中。
根據△x之方程式(4)和第4D圖，x位移可自兩量測點如P0,upper、P1,upper之角度(θ 0,θ 1)計算而得。可由對位移動分析軟體35執行上下量測點△x和d air 之計算。因此，上量測點的x位移(△x,upper)、下量測點的x位移(△x,lower)、3D光學間距(即d air )和旋轉誤差(旋轉角度)可由以上方法和相關方程式計算而得。相似地，y位移(△y)亦可由類似方程式(5)的演算而得。
再者，上述實施例中係以兩個量測點，如位於上部虛擬線Lupper之一量測點和下部虛擬線Llower之一量測點，來估計旋轉角度。然而本發明並不限於此兩條虛擬線。實際應用時可決定更多的量測點於兩條以上之虛擬線，以進行對位方法之計算。再者，顯示面板中央處的記號C(如第4B圖之“+”記號)可用來計算位置誤差。再者，雖然第一實施例中係以六個量測點作說明，但本發明並不限於此數目。為得知是否有位移或旋轉等情況產生，至少需決定出三個量測點。例如第4B圖所示，若影像擷取工具36位於對應顯示面板之一虛擬中心線(virtual center line)C-C，則兩個量測點可決定在對應顯示面板之虛擬中心線C-C上，而且其中一個量測點對應於上部虛擬線Lupper，另一個量測點則對應於下部虛擬線Llower；第三個量測點則遠離虛擬中心線C-C，可決定在上部虛擬線Lupper或下部虛擬線Llower上並與其他兩個量測點分隔一距離。請參照第4B圖，可以選擇三個量測點，如選擇P0,upper、P0,lower加上四個點P-1,upper、P1,upper、P-1,lower、P1, lower的其中之一，作計算和評估。當然，對位移動分析軟體35取越多量測點(分散在越多條虛擬線)來作計算，可得到更精確的結果使3D顯示器的顯示面板和屏障件之間準確對位。再者，上部虛擬線Lupper和下部虛擬線Llower並不僅限於如第4B圖所示之位置，而可根據實際應用之需求移動與變化。
在如上述對位移動分析軟體35計算出位移(如x位移，△x)d air ，和旋轉誤差(角度)後，如果量測點的位移結果和旋轉角度超出預設對位誤差，則平台控制單元383(第3圖，耦接至對位移動分析軟體35)調整顯示面板33和3D屏障模組34之間的相對位置。
第5圖為本發明第一實施例之三維顯示器之依據影像之對位方法的流程圖。步驟501，進行一初始程序，例如分別裝載顯示面板(如LCD)和3D屏障模組於平台處，開啟顯示面板和3D屏障模組，進行預對位，和輸入特別的對位檢查圖形至顯示面板(可透過影像輸入或是直接形成刻記等方式以呈現屏障對位檢查圖形於屏障模組)。步驟502，利用一影像擷取工具36進行影像擷取，擷取因屏障對位檢查圖形層疊於顯示對位檢查圖形上所產生的一波紋圖形(moiré pattern)之影像。步驟503，判斷是否已對位移動分析軟體35進行分析和計算。若尚未進行任何計算，則以對位移動分析軟體對位於上部虛擬線Lupper的量測點進行位移(△x或△y)和光學距離(即d air )之計算，如步驟504、506和507所示。在完成上部量測點的計算，接著進行位於下部虛擬線Llower的量測點之相關參數計算，如步驟505、506和507所示。步驟508，根據該些上部下部量測點之位移結果和d air ，對位移動 分析軟體35可進行顯示面板和屏障件之間旋轉角度(於xy-平面上)之計算。步驟504~508之細節請參考上述內容，在此不再贅述。
之後，步驟509，藉由檢查計算結果(如△x，△y，d air 和旋轉角度)，判斷顯示面板和屏障件之間是否準確對位。預先輸入預設對位誤差(即可容許之誤差值)於對位移動分析軟體35。如計算結果超出預設對位誤差，則執行位移(△x)、旋轉角度()和/或光學間距(d air ，沿z軸方向)之平台控制，如步驟510。係以平台控制單元383(耦接至x-y平台30a和對位移動分析軟體35)進行△x/△y、和/或d air 的平台控制，以調整顯示面板33和3D屏障模組34間的對位狀況。如果對位移動分析軟體35判斷計算結果在預設對位誤差之範圍內，則對位程序結束(如關閉顯示面板和屏障模組、卸除顯示面板和屏障模組)，如步驟511。舉例來說，若x位移之預設對位誤差△x是設定為±5μm，當計算結果△x(upper)±5μm和△x(lower)±5μm，則對位移動分析軟體35於步驟509中對於對位誤差則判斷為“OK”(即顯示面板和屏障件之間準確對位)。一實施例中，一x位移(△x)之預設對位誤差係為±3μm。另一實施例中，一x位移(△x)之預設對位誤差係為±1μm。然而，這些誤差值僅為例示，本發明並不僅限於此，預設對位誤差應視實際應用之需求作適當變化與選擇。
<模擬試驗與結果>
以下係進行位移△x和光學間距d air 之相關模擬試驗，其結果係與理想值比較以調查應用實施例之對位方法進行對 位之準確度。
模擬試驗1中，將理想的光學間距值d air (ideal)初始設定為一固定值424.043 μm，六個量測點的理想位移△x值(ideal)初始設定為-45μm、-20μm、0μm、5μm、10μm和45μm。將所有顯示面板(如LCD)畫素(e.g.4.5",1280x720)和3D光學元件設定為進行光跡模擬(ray tracing type simulation)。之後，輸出一波紋圖形(moiré pattern)之模擬影像至攝影機，攝影機位置D cam =125mm。根據上述運算方法計算位移△x和光學間距d air 之模擬結果，計算和評估結果列於表1。並比較初始設定值(理想值)和量測(/模擬)結果之間的誤差(error)，以調查應用實施例之對位方法進行對位之準確度。其中，如表1所列之光學間距和位移誤差即指理想值和量測(/模擬)值之差距。
根據表1之模擬結果，應用實施例之對位方法可精確地估算顯示面板和屏障件之間的位移(△x)，其誤差僅約±0.2 mm。
再者，亦調查實施例計算顯示面板和屏障件之間的 光學間距d air 的準確度。如表2，理想位移△x值(ideal)初始設定為一固定值5μm，理想的光學間距值d air (ideal)初始設定為424.043、457.827、491.611和525.395 μm。根據上述運算方法計算位移△x和光學間距d air 之模擬結果(/量測值)，計算和評估結果係列於表2。並比較光學間距和位移的初始設定值(理想值)和量測(/模擬)值之間的誤差(error)，以調查應用實施例之對位方法進行對位之準確度，亦列於表2。
根據表2之模擬結果，應用實施例之對位方法可準 確地估算顯示面板和屏障件之間的光學間距(d air )，其誤差約為±6 mm。
<第二實施例>
請參照第6A、6B圖。第6A圖為本發明第二實施例之一雙視域3D顯示器中，顯示面板上之一顯示對位檢查圖形之示意圖。第6B圖為本發明第二實施例之雙視域3D顯示器中，屏障件上之屏障對位檢查圖形之示意圖。第二實施例中，該些3D對位檢查圖形都是固定圖案，因此顯示面板61不需要架設顯示影像控制單元385，屏障件62不需要架設屏障件電壓控制單元387。顯示對位檢查圖形位於主動區域(AA)外，如形成於顯示面板61之彩色濾光層之一週邊區域(border area)。屏障對位檢查圖形則形成於屏障件62(即3D元件，如3D屏障模組或3D液晶透鏡模組)處，且屏障對位檢查圖形的設置與排列係與顯示面板上之顯示對位檢查圖形對應。再者，顯示對位檢查圖形包括第一組(first set)63交錯的不透光和透光垂直條紋，和第二組(second set)64交錯的不透光和透光垂直條紋，且第一組63條紋和第二組64條紋係形成於顯示面板61之一長邊，如第6A圖所示。實施例中，可以在顯示面板之週邊區域的上下部各形成一對的第一組63條紋和第二組64條紋。屏障對位檢查圖形包括一第三組65交錯的不透光和透光垂直條紋係形成於屏障件62之長邊。實施例中，亦於屏障件62之上下部各形成一第三組65條紋。第二實施例中，第一組63、第二組64和第三組65之不透光和透光條紋係垂 直於x方向。再者，實施例中，第三組65條紋沿著y方向的縱向長度係覆蓋第一組63和第二組64條紋的垂直延伸長度(即第一組63加上第二組64條紋縱向長度及兩者之間空隙之總和)。而第一組63、第二組64和第三組65條紋沿著x方向的側向長度係實質上相等。
第7A圖為第6A圖中顯示對位檢查圖形之局部放大圖。第7B圖為第6B圖中屏障對位檢查圖形之局部放大圖。如第7A圖所示，顯示對位檢查圖形中，第一組63包括複數條交錯的不透光條紋631和透光條紋632，第二組64包括複數條交錯的不透光條紋641和透光條紋642，其中第二組64條紋位於第一組63條紋之一側。第二實施例中，第一組63條紋之開口(aperture)OA係和第二組64條紋之開口OB相等。如第7A圖所示，不透光條紋631、641和透光條紋632、642具有相同寬度，但不限制於此。再者，根據顯示面板61之一虛擬垂直中心線(virtual vertical center line)LC，第二組64條紋係為第一組63條紋之一水平鏡像圖案，其中虛擬垂直中心線LC係對應第一組63和第二組64的不透光條紋和透光條紋之間的邊界。如第7B圖所示，屏障對位檢查圖形中，第三組65包括相互交錯的複數條不透光條紋651和透光條紋652，且透光條紋652之一中央位置(middle position)係對齊於顯示面板61之虛擬垂直中心線LC。如第7A、7B圖所示，不透光條紋631、641和651以及透光條紋632、642和652係具有相同寬度，因此，第一組63條紋之柵距(stripe pitch)PA，和第二組64條紋之柵距PB和第三組65條紋之柵距PC係實質上相等。
第二實施例之根據影像之對位方法係與第一實施例類似，除了對位檢查圖形不同和如何呈現對位檢查圖形的方式不同(第一實施例係使用影像輸入，而第二實施例則採用固定圖案)。請參考第一實施例中所述之根據影像之對位方法的流程說明，如擷取因屏障對位檢查圖形和顯示對位檢查圖形層疊所產生的一波紋圖形(moiré pattern)之影像；以對位移動分析軟體決定量測點和計算各點位置之位移(△x/△y)、旋轉角度()、和/或光學間距(d air ，沿z軸方向)；如計算結果超出預設對位誤差則調整顯示面板和屏障件的相對位置...等步驟。步驟細節在此不再贅述。
<第三實施例>
第三實施例之根據影像之對位方法係可應用於可切換風景模式(landscape mode)和人像模式(portrait mode)之一雙視域3D顯示器。第三實施例之3D對位檢查圖形、計算、對位與調整步驟等係與第一實施例類似。
請同時參照第3圖和第8A、8B圖。第8A圖為本發明第三實施例之一雙視域3D顯示器中，於風景模式下顯示面板和屏障件所呈現之一對位檢查圖形組合之示意圖。如第8A圖所示，利用影像控制單元385和屏障件電壓控制單元387，分別輸入一橫向顯示對位檢查圖形(landscape display alignment check pattern)81和一橫向屏障對位檢查圖形(landscape barrier alignment check pattern)83於顯示面板33和屏障模組34，以進行一風景模式對位計算(landscape-mode alignment calculation)。橫向顯示對位檢查圖形81包括數條交錯的水平條紋811(例如平行x 方向)，且該些水平條紋811具一特殊灰階順序，如第8A圖所示。第8A圖亦繪示橫向顯示對位檢查圖形81的局部放大圖。其中，橫向顯示對位檢查圖形81可分為兩個條紋部分，包括第一風景模式群(first landscape-mode group)813不透光和透光交錯的條紋以僅容許右眼畫素之影像通過(即僅顯示右眼觀看之影像)，和一第二風景模式群(second group)815不透光和透光交錯的條紋以僅容許左眼畫素之影像通過(即僅顯示左眼觀看之影像)。該些風景模式群之條紋係沿著y方向延伸。第8A圖中亦繪示呈現於屏障模組34上，並與橫向顯示對位檢查圖形81相對應之一橫向屏障對位檢查圖形(如屏障影像)83，例如是交錯的黑白條紋(/不透光和透光)圖案。
第8B圖為本發明第三實施例之雙視域3D顯示器中，於人像模式下顯示面板和屏障件所呈現之一對位檢查圖形組合之示意圖。如第8B圖所示，利用影像控制單元385和屏障件電壓控制單元387，分別輸入一直向顯示對位檢查圖形(portrait display alignment check pattern)84和一直向屏障對位檢查圖形(portrait barrier alignment check pattern)86於顯示面板33和屏障模組34，以進行一人像模式對位計算(portrait-mode alignment calculation)。
直向顯示對位檢查圖形84(如人像模式LCD影像)包括數條交錯的垂直條紋841(例如平行y方向)且具一特殊灰階順序。第8B圖亦繪示直向顯示對位檢查圖形84的局部放大圖。其中，直向顯示對位檢查圖形84亦分為兩個條紋群，包括第一人像模式群(first portrait-mode group)843具不透光和透光交錯的 條紋以僅容許右眼畫素之影像通過(即僅顯示右眼觀看之影像)，和一第二人像模式群(second group)845具不透光和透光交錯的條紋以僅容許左眼畫素之影像通過(即僅顯示左眼觀看之影像)。該些人像模式群之條紋(843、845)係沿著x方向延伸。第8B圖中亦繪示呈現於屏障模組34上，並與直向顯示對位檢查圖形84相對應之一直向屏障對位檢查圖形(如屏障影像)86，例如是黑白條紋(/不透光和透光)交錯之圖案。
第9圖為本發明第三實施例之三維顯示器之依據影 像之對位方法的流程圖。步驟901，進行一初始程序，例如分別裝載顯示面板(如LCD)和3D屏障模組於平台處，開啟顯示面板和3D屏障模組，進行預對位，和輸入特別的對位檢查圖形至顯示面板33和屏障模組34(如輸入橫向顯示對位檢查圖形81和橫向屏障對位檢查圖形83)等。步驟902，利用一影像擷取工具36進行影像擷取，擷取因橫向屏障對位檢查圖形83疊加於橫向顯示對位檢查圖形81上所產生的一波紋圖形之影像。步驟903，以對位移動分析軟體35進行風景模式對位(landscape-mode alignment)之分析和計算。步驟903之細節類似如第5圖之步驟504-508，請參照上述第一實施例之相關內容，在此不再贅述。之後，步驟904，藉由檢查計算結果(如△x，△y，dair和旋轉角度)，判斷風景模式下的顯示面板和屏障件之間是否有準確對位。如計算結果超出預先輸入的風景模式下之預設對位誤差，則如步驟905，執行位移(△x)、旋轉角度()和/或光學間距(d air ，沿z軸方向)之平台控制。其中，耦接至x-y平台30a和對位移動分析軟體35的平台控制單元383進行△x/△y、和/或d air 的平台控制，以調 整顯示面板33和屏障模組34在風景模式下的對位狀況。
如果對位移動分析軟體35判斷計算結果在風景模式下之預設對位誤差的範圍內，則如步驟906，將顯示模式由風景模式切換為人像模式；並且分別輸入/呈現直向顯示對位檢查圖形84和直向屏障對位檢查圖形86至顯示面板33和屏障模組34。類似的，步驟907，利用影像擷取工具36進行影像擷取，擷取因直向屏障對位檢查圖形86疊加於直向顯示對位檢查圖形84上所產生的一波紋圖形之影像。步驟908，以對位移動分析軟體35進行人像模式對位(portrait-mode alignment)之分析和計算；步驟908之細節類似如第5圖之步驟504-508，在此不再贅述。之後，步驟909，藉由檢查計算結果(如△x，△y，d air 和旋轉角度)，判斷人像模式下的顯示面板和屏障件之間是否有準確對位。如計算結果超出預先輸入的人像模式下之預設對位誤差，則如步驟910，執行位移(△x)、旋轉角度()和/或光學間距(d air ，沿z軸方向)之平台控制。其中，耦接至x-y平台30a和對位移動分析軟體35的平台控制單元383用來進行△x/△y、和/或d air 的平台控制，以調整顯示面板33和屏障模組34在人像模式下的對位狀況。如果對位移動分析軟體35判斷計算結果在人像模式下之預設對位誤差的範圍內，則對位程序結束(如關閉顯示面板和屏障模組、卸除顯示面板和屏障模組)，如步驟911。
雖然第9圖中係先執行風景模式之對位步驟再執行人像模式之對位步驟，但本發明並不限制於此，應用時也可以是先執行人像模式之對位步驟再執行風景模式之對位步驟。
<第四實施例>
第四實施例之根據影像之對位方法亦可應用於可切換風景模式和人像模式之一雙視域3D顯示器。第四實施例之3D對位檢查圖形、計算、對位與調整步驟等係與第二和第三實施例類似。第四實施例和第三實施例主要的不同之處在於：第四實施例之3D對位檢查圖形是固定圖案，因此顯示面板無需架設顯示影像控制單元385，屏障件亦無需架設屏障件電壓控制單元387。第四實施例中，風景模式對位檢查圖形(即垂直條紋組63-65)和人像模式對位檢查圖形(即水平條紋組67-69)係形成於顯示面板和3D元件(/屏障件)上。
請參照第10A、10B圖。第10A圖為本發明第四實施例之一雙視域3D顯示器中，顯示面板上具有橫向(landscape)與直向(portrait)顯示對位檢查圖形之示意圖。第10B圖為本發明第四實施例之雙視域3D顯示器中，屏障件上之具有橫向與直向屏障對位檢查圖形之示意圖。第四實施例中和第二實施例相同之元件係延用相同標號。
類似於第二實施例，橫向顯示對位檢查圖形位於主動區域(AA)外，如形成於顯示面板61之彩色濾光層之一週邊區域(border area)。橫向屏障對位檢查圖形則形成於屏障件62處並對應橫向顯示對位檢查圖形。橫向顯示對位檢查圖形包括第一組63交錯的不透光垂直條紋631和透光垂直條紋632，和第二組64交錯的不透光垂直條紋641和透光垂直條紋642係形成於顯示面板61之長邊。橫向屏障對位檢查圖形包括第三組65交錯的不透光垂直條紋651和透光垂直條紋652係形成於屏障件62之長邊。 第11A圖為第10A圖中顯示面板上橫向顯示對位檢查圖形之局部放大圖。第11B圖為第10B圖中屏障件上橫向屏障對位檢查圖形之局部放大圖。第四實施例中，第一組63條紋之開口(aperture)OA和第二組64條紋之開口OB相等。再者，根據顯示面板61之虛擬垂直中心線LC，第二組64條紋係為第一組63條紋之一水平鏡像圖案，且第三組65之透光條紋652之一中央位置(middle position)係對齊於虛擬垂直中心線LC。再者，第一組63條紋之柵距(stripe pitch)PA，和第二組64條紋之柵距PB和第三組65條紋之柵距PC實質上相等。其他橫向顯示對位檢查圖形和橫向屏障對位檢查圖形之細部內容請參考第二實施例和第7A、7B圖，在此不再贅述。
類似地，直向顯示對位檢查圖形包括第四組67交錯的不透光水平條紋671和透光水平條紋672，以及第五組68交錯的不透光水平條紋681和透光水平條紋682形成於顯示面板61之一短邊。而直向屏障對位檢查圖形包括第六組69交錯的不透光水平條紋691和透光水平條紋692形成於屏障件62之一短邊。第11C圖為第10A圖中顯示面板上直向顯示對位檢查圖形之局部放大圖。第11D圖為第10B圖中屏障件上直向屏障對位檢查圖形之局部放大圖。第四實施例中，第四組67、第五組68和第六組69之水平條紋係平行於x方向。再者，第六組69條紋沿著x方向的側向長度係覆蓋第四組67和第五組68條紋的水平延伸長度(即第四組67加上第五組68水平條紋側向長度及兩者之間空隙之總和)。而第四組67、第五組68和第六組69條紋在y方向上的垂直長度係實質上相等。再者，第四組67條紋之開口(aperture)OD 和第五組68條紋之開口OE相等。再者，根據顯示面板61之一虛擬水平中心線LC’，第五組68條紋係為第四組67條紋之一鏡像圖案，且第六組69之透光條紋692之一中央位置係對齊於虛擬水平中心線LC’。再者，第四組67條紋之柵距PD，和第五組68條紋之柵距PE和第六組69條紋之柵距PF實質上相等。其他直向顯示對位檢查圖形和直向屏障對位檢查圖形之細部內容係類似橫向顯示與屏障對位檢查圖形，不再贅述。另外，第四實施例之根據影像之對位方法係與第三實施例類似，其步驟與細節請參考第9圖和第三實施例之相關說明，在此不再贅述。
<第五實施例>
在第二、第四實施例中，其對位檢查圖形是固定圖案，例如形成於主動區域之外。在第一、第三實施例中，是以影像輸入方式呈現對位檢查圖形，包括在相同時間同時呈現一組右眼畫素圖案(Right pixel ON band)和左眼畫素圖案(Left pixel ON band)。第一~第四實施例中，所有的顯示和屏障對位檢查圖形都是在相同時間同時呈現。然而，本發明並不僅限於此。本揭露之三維顯示器之依據影像之對位方法亦可採用時序交換(time-sequential switching)方式，藉由簡單電路控制來呈現對位檢查圖形於顯示面板，如第五實施例所述。
請參照第12A、12B圖。第12A圖為本發明第五實施例之一雙視域3D顯示器中，顯示面板的一顯示對位檢查圖形之一圖框(frame)之示意圖。第12B圖為本發明第五實施例之雙視域3D顯示器中顯示面板的下一個圖框之顯示對位檢查圖形之示 意圖。第五實施例中，如第12A圖所示之圖框係呈現一右眼畫素圖案(Right pixel ON band)於顯示面板123上；下一個圖框則接著呈現一左眼畫素圖案(Left pixel ON band)於顯示面板123上，如第12B圖所示。在時序交換地呈現顯示對位檢查圖形於顯示面板123上的期間，屏障件則持續開啟以持續地呈現對應之屏障對位檢查圖形。
第五實施例之根據影像之對位方法係與前述實施例類似，例如擷取因屏障對位檢查圖形和時序交換顯示對位檢查圖形疊加所產生的一波紋圖形(moiré pattern)之影像；以對位移動分析軟體決定量測點和計算各點位置之位移(△x/△y)、旋轉角度()、和/或光學間距(d air ，沿z軸方向)；如計算結果超出預設對位誤差則調整顯示面板和屏障件的相對位置...等步驟。步驟細節在此不再贅述。
第五實施例中，由於是以簡單電壓輸入方式控制而將時序交換顯示對位檢查圖形透過提供接墊(provide pad)1231輸入顯示面板123，而非利用視頻控制連接器(real video control connector)，因此在實際的對位/檢查裝置裡採用第五實施例之根據影像之對位方法可更具檢查和對位效率。再者，如第12A、12B圖所示之此特殊顯示圖形，可藉由應用低溫多晶矽(LTPS)的系統整合型面板(SOP)之電路進行控制。
<第六實施例>
本揭露之根據影像之對位方法並不僅限於應用在雙視域3D顯示器，也可應用在多視域(multi-view)3D顯示器。以下 係以四視域(four-view)3D顯示器作為實施例中多視域3D顯示器之說明。第13A圖為本發明第六實施例之一四視域3D顯示器中，顯示面板和屏障件上其中一種對位檢查圖形組合之示意圖。多視域3D顯示器是一種可同時提供觀看者多個視域窗之3D系統，每位觀看者則透過其中兩個視域窗觀賞影像；相較於雙視域3D顯示器，多視域3D顯示器可提供觀看者較大的視角。多視域3D顯示器係同時顯示多個影像，而單一觀看者則於一時間下看到其中任兩個影像。如果水平視角夠廣，多視域3D顯示器可同時提供超過一位的觀看者觀賞3D影像。
如第13A圖所示，呈現於顯示面板33的一顯示對 位檢查圖形131包括多個交錯的水平條紋1311(例如平行x方向)且具一特有灰階順序。第六實施例中，這些交錯的水平條紋1311可分由屬於第1視域(view-1)、第2視域(view-2)、第3視域(view-3)和第4視域(view-4)之條紋。第13A圖亦繪示顯示對位檢查圖形131的局部放大圖。其中，顯示對位檢查圖形131分為四個(即n個，n為多視域3D顯示器之視域數目)條紋部分，包括：第一群1313不透光和透光交錯的垂直條紋以僅容許第1視域畫素之影像通過(即僅顯示在第1視域觀看之影像)，和一第二群1315不透光和透光交錯的垂直條紋以僅容許第2視域畫素之影像通過，一第三群1317不透光和透光交錯的垂直條紋以僅容許第3視域畫素之影像通過，和一第四群1319不透光和透光交錯的垂直條紋以僅容許第4視域畫素之影像通過。這些垂直條紋(第一~四群1313~1319)係沿著y方向延伸。第13A圖僅繪示顯示對位檢查圖形131的一小部分，但多個第一群131、第二群1315、第三群1317 和第四群1319之垂直條紋實交錯地排列而形成整片的顯示對位檢查圖形131。第13A圖中亦繪示呈現於屏障模組34上，並與顯示對位檢查圖形131相對應之一屏障對位檢查圖形(如屏障影像)133，例如是具交錯黑白條紋(即不透光和透光)之一狹縫圖案或一影像圖案。
類似地，在第六實施例中，例如是輸入一LCD交錯影像於顯示面板33和以輸入一屏障影像於屏障模組34以分別呈現顯示對位檢查圖形131和屏障對位檢查圖形133。再者，屏障對位檢查圖形133可以是屏障件上已形成之一固定的屏障圖案。本發明對此並不多作限制。
第13B圖為第13A圖之顯示對位檢查圖形和屏障對位檢查圖形所產生的一波紋圖形(moiré pattern)之示意圖。當顯示對位檢查圖形131和屏障對位檢查圖形133分別顯示(以影像輸入或是直接形成記號)於顯示面板33和屏障模組34後，影像擷取工具36可擷取因屏障對位檢查圖形133和顯示對位檢查圖形131疊加所產生的波紋圖形135之影像。以對位移動分析軟體35分析波紋圖形135之影像，而決定至少三個量測點，該些量測點位於波紋圖形135影像的一上部區域(Aupper)和一下部區域(Alower)。如第13B圖所示，第六實施例係以六個量測點作說明，包括位於上部區域Aupper之量測點P12,upper、P23,upper、P34,upper和位於下部區域Alower之量測點P12,lower、P23,lower、P34,lower，以決定顯示面板33和屏障模組34之間的位移和旋轉角度。之後，以對位移動分析軟體35計算每個量測點的位移(position shift)，例如x位移(△x)或/和y位移(△y)。
第13C圖為以對位移動分析軟體35分析第13B圖 之波紋圖形影像的亮度資料攫取和其位置之關係圖。實施例中，以對位移動分析軟體35分析之波紋圖形135影像的步驟包括繪製攫取波紋圖形135影像的亮度資料和其位置作圖，而得到複數條不同視域之曲線，如第13C圖所示之第一至第四視域之曲線v1、v2、v3、v4。曲線v1、v2、v3、v4係代表眼睛隨著x位置變化而分別於第一至第四視域所能接收到的影像亮度。位於上部區域Aupper之量測點P12,upper則是由曲線v1和v2之交點決定，此量測點P12,upper在第一視域和第二視域時係具有相同亮度。類似地，量測點P23,upper是由曲線v2和v3之交點決定，此量測點P23,upper在第二視域和第三視域時係具有相同亮度。量測點P34,upper則是由曲線v3和v4之交點決定，此量測點P34,upper在第三視域和第四視域時係具有相同亮度。
第13D圖係為本發明第六實施例之影像擷取工具、 屏障模組和顯示面板上第一至第四視域畫素之簡示圖。以下係為第六實施例之影像對位方法的計算公式。雙視域3D顯示器和四視域3D顯示器的計算公式類似，除了公式中的參數”2”(例如2‧W pix )或”4”(例如4‧W pix )的改變。因此，實施例之公式亦可推得和應用至任何其他視域數目之3D顯示器。計算公式中所使用之相關參數請參考第13D圖。以兩個量測點P12,upper、P23,upper為例，量測點的x位移(△x)，以及量測點於對應顯示面板33之畫素和屏障模組34間的一光學距離(optical distance，d air )，係以方程式表示如下。
於方程式(6)中，係用以作視角 校正(view point correction)。
從方程式(6)、(7)、(8)可得到：
其中，θ 23為影像擷取工具36到畫素2邊界和畫素3邊界之角度，θ 12為影像擷取工具36到畫素1邊界和畫素2邊界之角度，△x23為畫素2邊界到畫素3邊界之一x位移，d air 為畫素和屏障模組34之間的一光學距離(/間距)，W pix 為畫素寬度(pixel width)，W barrier 為屏障寬度(barrier width)，D cam 為影像擷取工具36到屏障模組34的垂直距離。方程式(6)-(10)所使用的參數已標示於第13D圖中。
根據方程式(10)和第13D圖，x位移如△x23可自兩量測點如P12,upper、P23,upper之角度如(θ 12,θ 23)計算而得。因此，如前述實施例所述之方法和相關方程式，利用對位移動分析軟體35可計算出量測點之上部區域的x位移(△x,upper)、量測點之下部區域的x位移(△x,lower)、3D光學間距(即d air )和旋轉誤差(旋轉角度)。
類似地，決定更多的量測點作分析計算，可使顯示面板33和屏障模組34之間更準確地對位。再者，顯示面板中央處的記號C(如第13B圖之“+”記號)可用來計算位置誤差。雖然第六實施例中係以六個量測點作說明，但本發明並不限於此數目，只要得以計算出顯示面板和屏障模組之間是否有位移或旋轉等情況產生，量測點的數量可以少於6。因此，量測點數目並不限於如第13B圖所示之數量及位置，而是視實際應用之需求作適當選擇和調整。第六實施例之根據影像之對位方法，例如擷取因屏障對位檢查圖形133和顯示對位檢查圖形131疊加所產生的波紋圖形135之影像；以對位移動分析軟體決定量測點和計算各點位置之位移(△x/△y)、旋轉角度()、和/或光學間距(d air ，沿z軸方向)；如計算結果超出預設對位誤差則調整顯示面板和屏障模組的相對位置...等步驟，係與前述第一實施例類似(可參考第5圖)，其步驟細節在此不再贅述。
<第七實施例>
請參照第14A、14B圖。第14A圖為本發明第七實施例之一四視域3D顯示器中，顯示面板上之一顯示對位檢查圖 形之示意圖。第14B圖為本發明第七實施例之四視域3D顯示器中，屏障件上之屏障對位檢查圖形之示意圖。第七實施例之對位檢查圖形的安排方式係和第二實施例與第四實施例之對位檢查圖形類似，而此種方式適合應用在較窄光學間距(narrow optical gap)之設計和/或多視域3D顯示器中。
第七實施例中，該些對位檢查圖形都是固定圖案， 因此顯示面板14-1不需要架設顯示影像控制單元385(第3圖)，屏障件14-2不需要架設屏障件電壓控制單元387(第3圖)。顯示對位檢查圖形位於主動區域(AA)外，如形成於顯示面板14-1之彩色濾光層之週邊區域(border area)。屏障對位檢查圖形則形成於屏障件14-2(即3D元件，如3D屏障模組或3D液晶透鏡模組)處，且屏障對位檢查圖形的設置與排列係與顯示面板14-1上之顯示對位檢查圖形相對應。再者，顯示對位檢查圖形包括第一組141、第二組142、第三組143和第四組144交錯的不透光和透光垂直條紋形成於顯示面板14-1上部之一長邊處，如第14A圖所示。 再者，係可在顯示面板14-1之週邊區域的下部形成另一群同樣的第一組141、第二組142、第三組143和第四組144條紋。屏障對位檢查圖形包括兩個第五組145條紋各包括交錯的不透光和透光垂直條紋，分別形成於屏障件14-2之上下部的長邊。第七實施例中，第一組141~第五組145之不透光和透光條紋係垂直於x方向。再者，第七實施例中，第五組145條紋沿著y方向的縱向長度係覆蓋第一組141~第四組144條紋的垂直延伸長度(第一組141~第四組144條紋縱向長度相加及各組條紋之間空隙的總和)。而第一組141~第五組145之各組條紋在沿著x方向上的側 向長度係實質上相等。
第15A圖為第14A圖中顯示對位檢查圖形之局部放大圖。第15B圖為第14B圖中屏障對位檢查圖形之局部放大圖。如第15A圖所示，顯示對位檢查圖形中，第一組141~第四組144分別包括複數條交錯的不透光條紋1411、1421、1431、1441和透光條紋1412、1422、1432、1442。如第15A圖所示，第一組141~第四組144之透光條紋1412、1422、1432、1442係以一錯開方式排列。第二組142、第三組143和第四組144之各組圖案係與第一組141條紋圖案相同，但整組圖案相較於第一組141圖案具水平位移(horizontal position shift)。第七實施例中，第一組141條紋之開口(aperture)OA、第二組142條紋之開口OB、第三組143條紋之開口OC和第四組144條紋之開口OD相等。如第15B圖所示，屏障對位檢查圖形中，第五組145包括相互交錯的複數條不透光條紋1451和透光條紋1452，且透光條紋1452之一中央位置係對齊於虛擬垂直中心線LC。如第15A、15B圖所示，不透光條紋1411、1421、1431、1441、1451具有相同寬度，透光條紋1412、1422、1432、1442、1452具有相同寬度。因此，第一組141條紋之柵距(stripe pitch)PA、第二組142條紋之柵距PB、第三組143條紋之柵距PC、第四組144條紋之柵距PD和第五組145條紋之柵距PE係實質上相等。第七實施例之根據影像之對位方法係與第二實施例類似，其步驟與細節請參考前述相關說明，在此不再贅述。
<第八實施例>
在第七實施例中，其對位檢查圖形是固定地形成於主動區域之外的圖案。在第六、第七實施例中，都是在相同時間於顯示面板和屏障件上呈現對位檢查圖形。然而，本發明並不僅限於此。本揭露之根據影像之對位方法亦可採用時序交換(time-sequential switching)方式，藉由簡單電路控制來呈現對位檢查圖形於顯示面板和屏障件，如第八實施例(和第五實施例)所述。
請參照第16A~16D圖，分別繪示本發明第八實施例之一四視域3D顯示器中，第一圖框、第二圖框、第三圖框和第四圖框之顯示對位檢查圖形之示意圖。第八實施例中，第一時序出現如第16A圖所示之第一圖框圖案161於顯示面板16-1上，下一時序則出現第16B圖所示之第二圖框圖案162，下一時序接著出現第16C圖所示之第三圖框圖案163，再下一時序出現第16D圖所示之第四圖框圖案164於顯示面板16-1上。第一圖框圖案161~第四圖框圖案164分別僅准許第1~4視域畫素之影像通過。在時序交換地呈現顯示對位檢查圖形於顯示面板16-1上的期間，屏障件則持續開啟以持續地呈現對應之屏障對位檢查圖形。
第八實施例之根據影像之對位方法係與前述實施例類似，例如擷取因屏障對位檢查圖形和時序交換顯示對位檢查圖形疊加所產生的一波紋圖形(moiré pattern)之影像；以對位移動分析軟體決定量測點和計算各點位置之位移(△x/△y)、旋轉角度()、和/或光學間距(d air ，沿z軸方向)；如計算結果超出預設對位誤差則調整顯示面板和屏障件的相對位置...等步驟。步驟細節在此不再贅述。再者，在實際的對位/檢查裝置裡採用第八實施例之根據影像之對位方法可更具檢查和對位效率。
<第九實施例>
第九實施例中，在顯示面板上的顯示對位檢查圖形包括了一橫向顯示對位檢查圖形(landscape display alignment check pattern)和一直向顯示對位檢查圖形(portrait display alignment check pattern)。因此，如第九實施例所述之三維顯示器之依據影像之對位方法係使用單一步驟(one-step)的檢查對位圖形，可應用在具可切換風景模式和人像模式之3D顯示器(可同時檢查風景模式和人像模式之對位圖形)。請參照第17A、17B圖。第17A圖為本發明第九實施例之一具可切換風景模式和人像模式之雙視域3D顯示器中，顯示面板上具有一對位檢查組合圖形之示意圖。第17B圖為本發明第九實施例之具可切換風景模式和人像模式之雙視域3D顯示器中，屏障件上具有屏障對位檢查圖形之示意圖。如第17A圖所示之顯示對位檢查圖形，參考前述實施例以稍作變化後，亦可應用於一多視域3D顯示器。
如第17A圖所示，一橫向顯示對位檢查圖形包括一第一組右眼畫素橫向圖案(right pixel band of landscape)171RL與左眼畫素橫向圖案(Left pixel band of landscape)171LL呈現於顯示面板之上部，以及一第二組右眼畫素橫向圖案172RL與左眼畫素橫向圖案172LL呈現於顯示面板之下部。一直向顯示對位檢查圖形包括一第一組右眼畫素直向圖案(right pixel band of portrait)173RP與左眼畫素直向圖案(Left pixel band of portrait)173LP呈現於顯示面板之左側部份，以及一第二組右眼畫素直向圖案174RP與左眼畫素直向圖案174LP呈現於顯示面板之右側部份。第九實 施例中，藉由於3D屏障件上持續開啟的特殊屏障對位檢查圖形(如第17B圖所示)和於顯示面板上的特殊橫向與直向對位檢查圖形(如第17A圖所示)，兩者組合後可一次完成於x方向和y方向上的圖形之檢查與對位。
前述第三實施例是以兩步驟個別作風景模式和人像 模式之計算。而根據第九實施例之特殊的對位檢查圖形，前述兩步驟之風景模式和人像模式之對位計算可整合為單一步驟之對位計算。
第18圖為本發明第九實施例之一三維顯示器之依 據影像之對位方法的流程圖。步驟181，進行一初始程序，例如分別裝載一顯示面板(如LCD)和一3D屏障模組於平台處，開啟顯示面板和3D屏障模組，進行預對位，和輸入特別的對位檢查圖形至顯示面板和屏障模組(如輸入橫向顯示對位檢查圖形171RL+171LL+172RL+172LL和橫向屏障對位檢查圖形173RP+173LP+174RP+174LP)等。步驟182，利用一影像擷取工具36進行影像擷取，擷取因屏障對位檢查圖形(如第17B圖所示)疊加於顯示對位檢查圖形(如第17A圖所示)上所產生的一波紋圖形之影像。步驟183，以對位移動分析軟體35進行風景模式對位(landscape-mode alignment)之分析和計算。步驟184，以對位移動分析軟體35進行人像模式對位(portrait-mode alignment)之分析和計算。計算細節與相關內容類似前述實施例，在此不再贅述。
步驟185，藉由檢查計算結果(如△x，△y，d air 和旋 轉角度)，判斷風景模式和人像模式下的顯示面板和屏障模組之間是否有準確對位。如計算結果超出預先輸入的風景模式下與人像 模式下之各預設對位誤差，則如步驟186，執行位移(△x)、旋轉角度()和/或光學間距(d air ，沿z軸方向)之平台控制，以調整顯示面板和屏障模組在風景和人像模式下的對位狀況。如果對位移動分析軟體35判斷計算結果在風景和人像模式下之各預設對位誤差的範圍內，則對位程序結束(如關閉顯示面板和屏障模組、卸除顯示面板和屏障模組)，如步驟187。第九實施例之對位和計算和方法係與前述實施例類似，在此不再贅述。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
33‧‧‧顯示面板
34‧‧‧屏障模組
45‧‧‧波紋圖形
P-1,upper、P0,upper、P1,upper、P-1,lower、P0,lower、P1,lower‧‧‧量測點
Lupper‧‧‧上部虛擬線
Llower‧‧‧下部虛擬線

Claims (21)

  1. 一種對位方法(alignment method)，應用於一屏障式3D顯示器(barrier-type 3D display)，包括：提供一3D對位裝置(3D alignment device)，至少包括一影像擷取工具(image capture tool)和耦接至該影像擷取工具之一對位移動分析軟體(alignment shift analysis software)；將上方層疊有一屏障件(barrier)的一顯示面板設置於該3D對位裝置處，且該影像擷取工具位於該屏障件之上方；呈現一顯示對位檢查圖形(display alignment check pattern)於該顯示面板上和一屏障對位檢查圖形(barrier alignment check pattern)於該屏障件上；利用該影像擷取工具擷取因該屏障對位檢查圖形和該顯示對位檢查圖形層疊所產生的一波紋圖形(moiré pattern)之一影像；以該對位移動分析軟體對該波紋圖形之該影像進行分析，並決定對應於該波紋圖形之該影像的一上部(upper portion)和一下部(lower portion)之至少三個量測點；以該對位移動分析軟體計算每該個量測點的一位移(position shift)；根據該些量測點之該些位移結果計算該顯示面板和該屏障件之間於一xy-平面上的一旋轉角度(rotation angle)；和如該些量測點之該些位移結果和該旋轉角度超出一預設對位誤差(predetermined alignment error)，則調整該顯示面板和該屏障件間的相對位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中位於該屏 障件上方之該影像擷取工具係對應該顯示面板之一虛擬中心線(virtual center line)，該些量測點之位置係對應於該虛擬中心線，該對位移動分析軟體所計算的每該個量測點的該位移係為一x位移(△x)或一y位移(△y)： 其中W pix 為該顯示面板之一畫素寬度(pixel width)，兩角度(θ 0,θ 1)為分別兩該量測點至該虛擬中心線之間的角度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中各該量測點係為在不同視域時具有相同亮度的一位置點。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之對位方法，其中於分析該波紋圖形之該影像之步驟包括：攫取該波紋圖形之該影像的亮度資料(brightness intensity data)和其位置作圖以繪製出複數條不同的視域曲線(view curves)，根據該些視域曲線的交點(crossing points)決定該些量測點。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中當該屏障式3D顯示器為一雙視域(two view)3D顯示器，該顯示面板包括分別提供右眼視域和左眼視域的複數個右眼畫素(R pixels)和左眼畫素(L pixels)，且該顯示對位檢查圖形包括：一第一部份(first part)，具有一第一群(first group)不透光和透光交錯的垂直條紋，且該第一群之條紋僅容許該些右眼畫素之影像通過；和 一第二部份(second part)，具有一第二群(second group)不透光和透光交錯的垂直條紋，且該第二群之條紋僅容許該些左眼畫素之影像通過。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中當該屏障式3D顯示器為具有n個視域之一多視域(multi-view)3D顯示器，其中n為大於2之正整數，該顯示面板包括複數個第一視域畫素(view-1 pixels)、複數個第二視域畫素至複數個第n視域畫素，而該顯示對位檢查圖形包括一第一群、一第二群至一第n群不透光和透光交錯的垂直條紋以分別僅容許該些第一視域畫素之影像、該些第二視域畫素之影像至該些第n視域畫素之影像通過。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中該顯示面板包括複數畫素，該對位方法更包括：以該對位移動分析軟體計算各該量測點於對應之該畫素和該屏障件之間的一光學距離(optical distance，dair)。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之對位方法，更包括：根據該光學距離之計算結果，以耦接至該對位移動分析軟體的一平台控制單元(stage control unit)調整該顯示面板和該屏障件間的一光學間距(optical gap)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中該影像擷取工具係對應該顯示面板之一虛擬中心線，一第一和一第二量測點之位置係對應於該虛擬中心線(virtual center line)，且其中之一該量測點係位於一上部虛擬線(upper virtual line)處，另該個量測點則位於一下部虛擬線(lower virtual line)，一第三量測點則位於該上部虛擬線或該下部虛擬線處並與該第一和該第二量測點相 隔開來。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中該3D對位裝置更包括：一x-y平台，承載該顯示面板；一屏障件平台，設置在該x-y平台上並夾置該屏障件，其中該影像擷取工具係位於該屏障件平台之上方；一平台控制單元(stage control unit)，與該x-y平台和該對位移動分析軟體耦接，該平台控制單元根據該些量測點之該些位移結果和該旋轉角度調整該顯示面板和該屏障件之間的相對位置。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中輸入一顯示交錯影像(display interlaced image)和一屏障影像(barrier image)以分別呈現該顯示對位檢查圖形和該屏障對位檢查圖形。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中該3D對位裝置更包括耦接至該屏障件之一屏障件電壓控制單元(barrier voltage control unit)。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之對位方法，其中一橫向顯示對位檢查圖形(landscape display alignment check pattern)和一橫向屏障對位檢查圖形(landscape barrier alignment check pattern)係分別輸入該顯示面板和該屏障件以進行一風景模式對位計算(landscape-mode alignment calculation)，而一顯示交錯直向影像(display interlaced portrait image)和一屏障直向影像係分別輸入該顯示面板和該屏障件以進行一人像模式(portrait-mode)對位計算。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中係輸入一 顯示交錯影像(display interlaced image)於該顯示面板以呈現該顯示對位檢查圖形，而該屏障對位檢查圖形則固定於該屏障件處。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中該顯示對位檢查圖形係形成於該顯示面板之一週邊區域(border area)，該屏障對位檢查圖形則形成於該屏障件處並對應於該顯示對位檢查圖形之位置。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之對位方法，其中當該屏障式3D顯示器為一雙視域3D顯示器，形成於該顯示面板之該週邊區域的該顯示對位檢查圖形係包括：一第一組(first set)交錯的不透光和透光垂直條紋，和一第二組(second set)交錯的不透光和透光垂直條紋，該第一組和該第二組係形成於該顯示面板之一長邊，該第一組和該第二組的該些不透光條紋和該些透光條紋係具有相同寬度；其中該第二組位於該第一組之一側，根據該顯示面板之一虛擬垂直中心線(virtual vertical center line)，該第二組是該第一組之一水平鏡像圖案，其中該虛擬垂直中心線係對應該第一組和該第二組的該些不透光條紋和該些透光條紋之間的邊界。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之對位方法，其中該屏障對位檢查圖形包括一第三組交錯的不透光和透光垂直條紋，且該第一組、該第二組和該第三組之該些不透光條紋和該些透光條紋具有相同寬度，其中該第三組之該些透光條紋之一中央位置(middle position)係對應於該顯示面板之該虛擬垂直中心線。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之對位方法，其中形成於該顯示面板之該週邊區域的該顯示對位檢查圖形更包括： 一第四組交錯的不透光和透光水平條紋和一第五組交錯的不透光和透光水平條紋，該第四組和該第五組係形成於該顯示面板之一短邊，該第四組和該第五組的該些不透光條紋和該些透光條紋係具有相同寬度；其中該第五組位於該第四組之一側，根據該顯示面板之一虛擬水平中心線，該第五組是該第四組之一垂直鏡像圖案，其中該虛擬水平中心線係對應該第四組和該第五組的該些不透光條紋和該些透光條紋之間的邊界。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之對位方法，其中該屏障對位檢查圖形包括一第六組交錯的不透光和透光水平條紋，且該第四組、該第五組和該第六組之該些不透光條紋和該些透光條紋具有相同寬度，其中該第六組之該些透光條紋之一中央位置係對應於該顯示面板之該虛擬水平中心線。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中該顯示對位檢查圖形係時序交換地呈現(time-sequential switching displayed)於該顯示面板上，而該屏障對位檢查圖形則持續地呈現於該屏障件處。
  21. 如申請專利範圍第1項所述之對位方法，其中呈現於該顯示面板上之該顯示對位檢查圖形包括一橫向(landscape)顯示對位檢查圖形和一直向(portrait)顯示對位檢查圖形，該影像擷取工具擷取因該屏障對位檢查圖形和該顯示對位檢查圖形疊加所產生的該波紋圖形之該影像後，該對位移動分析軟體分析該波紋圖形之該影像後係進行一風景模式(landscape-mode)對位計算和一人像模式(portrait-mode)對位計算，因而得到該些量測點之複數個 x-位移(△x)和y-位移(△y)之結果。
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