TW202238223A - 立體顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
一種立體顯示裝置,包括顯示面板以及光學元件。光學元件設置在顯示面板的顯示表面上,光學元件包括柱狀透鏡陣列。柱狀透鏡陣列包括沿第一方向延伸的多個柱狀透鏡。柱狀透鏡沿第二方向排列。其中,光學元件包括沿第一方向延伸的中線,柱狀透鏡包括第一柱狀透鏡及第二柱狀透鏡。第一柱狀透鏡與中線的距離小於第二柱狀透鏡與中線的距離,且第一柱狀透鏡的曲率大於第二柱狀透鏡的曲率。
Description
本發明是有關於一種顯示裝置,且特別是有關於一種立體顯示裝置。
現今,可使用不同的方式來呈現立體影像。一般而言,立體影像顯示裝置可分為需搭配眼鏡使用的立體顯示以及裸眼式立體顯示。在裸眼式立體顯示中,可將光學元件,例如視差格柵或雙凸透鏡安裝於顯示螢幕的前部以分離左視差影像及右視差影像的光軸。然而,在觀看視角較大時,左視差影像及右視差影像存在串擾(crosstalk),使得左右視差影像難以分離,減低了立體顯示的效果。
本發明提供一種包括光學元件的立體顯示裝置,其具有較低的影像串擾,提供較佳的立體顯示效果。
本發明的一實施例提出一種立體顯示裝置,包括顯示面板以及光學元件。光學元件設置在顯示面板的顯示表面上,光學元件包括柱狀透鏡(lenticular lens)陣列,柱狀透鏡陣列包括沿第一方向延伸的多個柱狀透鏡,柱狀透鏡沿第二方向排列。其中,光學元件包括沿第一方向延伸的中線,柱狀透鏡包括第一柱狀透鏡及第二柱狀透鏡,第一柱狀透鏡與中線的距離小於第二柱狀透鏡與中線的距離,且第一柱狀透鏡的曲率大於第二柱狀透鏡的曲率。
在本發明的實施例的立體顯示裝置中,使柱狀透鏡陣列中較遠離中線的柱狀透鏡具有較小的曲率,可以調整影像光束的光路,使位於立體顯示裝置兩側的柱狀透鏡可以將各個子影像更準確地分別投射到眼睛,以減少影像之間的串擾,改善邊緣區域的立體顯示效果。
圖1A為本發明的一實施例的立體顯示裝置的立體示意圖。圖1B為圖1A中的立體顯示裝置的剖視示意圖。其中,圖1B為圖1A中的立體顯示裝置100沿剖線A-A’的剖視示意圖。請參照圖1A與圖1B,本實施例的立體顯示裝置100包括顯示面板110以及光學元件120。其中,顯示面板110可以為液晶顯示面板、發光二極體顯示面板、有機發光二極體顯示面板或其他類型的顯示面板,本發明不以此為限。
光學元件120設置在顯示面板110的顯示表面110D上。顯示面板110可自顯示表面110D發出影像光束I。影像光束I穿透光學元件120後進入使用者的眼睛E1、眼睛E2,以呈現立體影像。在本實施例中,光學元件120包括柱狀透鏡陣列122。柱狀透鏡陣列122包括沿第一方向D1延伸的多個柱狀透鏡122P。其中,柱狀透鏡122P例如是正柱狀透鏡。多個柱狀透鏡122P沿第二方向D2排列形成柱狀透鏡陣列122。在本實施例中,第一方向D1垂直於第二方向D2,但本發明不以此為限。在其他的實施例中,第一方向D1與第二方向D2也可以不互相垂直。在一實施例中,當使用者面向立體顯示裝置100以觀看影像時,第一方向D1大致平行於使用者觀點的左右方向。光學元件120的材料為塑膠、壓克力、玻璃或其混合等。光學元件120的材料也可以是其他的光穿透材料,本發明不以此為限。在一實施例中,光學元件120為一體成型。舉例來說,光學元件120的各部分可在單一製程中一體地形成,但本發明不以此為限。
光學元件120包括大致平行於第一方向D1的第一邊緣120E1以及大致平行於第二方向D2上的第二邊緣120E2。光學元件120可包括沿第一方向D1延伸的中線120M。在一實施例中,中線120M通過第二邊緣120E2的中心,但本發明不以此為限。在一實施例中,光學元件120軸向對稱於中線120M,但本發明不以此為限。
柱狀透鏡陣列122的多個柱狀透鏡122P包括第一柱狀透鏡122P1及第二柱狀透鏡122P2。在本實施例中,第一柱狀透鏡122P1與中線120M的距離小於第二柱狀透鏡122P2與中線120M的距離,且第一柱狀透鏡122P1的曲率大於第二柱狀透鏡122P2的曲率。也就是說,柱狀透鏡陣列122中較遠離中線120M的柱狀透鏡具有較小的曲率(即較大的曲率半徑)。其中,柱狀透鏡的曲率為柱狀透鏡的表面在垂直第一方向D1的一橫截面上的曲線在頂點處的曲率。
在本實施例的立體顯示裝置100中,透過使柱狀透鏡陣列122中較遠離中線120M的柱狀透鏡具有較小的曲率,可以依柱狀透鏡的分布位置調整影像光束的光路,使位於立體顯示裝置100較靠近邊緣區域(或觀看視角較大的區域)的柱狀透鏡可以將各個子影像(例如左視差影像及右視差影像)更準確地分別投射到眼睛,以減少左視差影像與右視差影像的串擾,改善立體顯示效果。
需說明的是,圖1A中僅是示意性地繪示立體顯示裝置100的立體示意圖,而未具體繪示多個柱狀透鏡122P的曲率變化。圖1B中僅是示意性地繪示柱狀透鏡122P的一種曲率變化,在其他的實施例中,可依需求調整柱狀透鏡的曲率,而使柱狀透鏡的曲率具有不同的變化態樣。此外,圖1A及圖1B中繪示特定數量的柱狀透鏡,但光學元件所包含的柱狀透鏡的數量可依實際需求調整,本發明不以此為限。
在一實施例中,光學元件120包括朝向顯示面板110的第一表面120S1及背向顯示面板110的第二表面120S2。第一表面120S1為平滑表面。第二表面120S2包括柱狀透鏡的表面122PS。也就是說,多個柱狀透鏡122P設置在光學元件120靠近第二表面120S2的一側,多個柱狀透鏡122P的表面形成第二表面120S2的一部份,但發明不以此為限。此外,在一實施例中,第一表面120S1直接接觸顯示面板110或直接貼附在顯示面板110上,以簡化製程或優化光學效果,但本發明不以此為限。
在一實施例中,第一柱狀透鏡122P1的焦距小於第二柱狀透鏡122P2的焦距。也就是說,柱狀透鏡陣列122中較遠離中線120M的柱狀透鏡具有較大的焦距,可更準確地將各個子影像分別投射到眼睛,改善立體顯示效果,但本發明不以此為限。
在一實施例中,光學元件120在第一柱狀透鏡122P1處的厚度H1大於光學元件120在第二柱狀透鏡122P2處的厚度H2。其中,光學元件120的厚度為柱狀透鏡的表面122PS的頂點(例如是柱狀透鏡的表面122PS在垂直第一方向D1的一橫截面上的曲線的頂點)至第一表面120S1的距離。在第一表面120S1直接接觸顯示面板110或直接貼附在顯示面板110上的實施例中,光學元件120的厚度為柱狀透鏡的表面122PS的頂點至顯示面板110的顯示表面110D的距離。在一實施例中,沿第二邊緣120E2的方向,光學元件120的中間部分較厚而兩側部分較薄。
在一實施例中,柱狀透鏡122P的曲率自中線120M往兩側遞減。舉例而言,在相鄰的兩個柱狀透鏡122P中,較遠離中線120M的柱狀透鏡122P可具有相同或較小的曲率,因此可以依照柱狀透鏡的視角變化調整影像光束的光路,但本發明不以此為限。
在一實施例中,柱狀透鏡的表面122PS為非圓柱表面,以獲得良好的立體顯示效果。也就是說,柱狀透鏡的表面122PS在垂直第一方向D1的一橫截面上的透鏡曲線,可以依下列公式定義:
---------(1)
其中:
Z:透鏡曲線的深度;
x:透鏡曲線上的一點與透鏡中心軸的距離;
c:透鏡中心軸處的曲率,為透鏡中心軸處曲率半徑的倒數;
k:圓錐曲線係數(conic constant);
a
2、a
4、a
6、a
8…:非球面偶次項係數(無奇次項)。
可依照實際需求調整各個柱狀透鏡122P的各項係數(包括但不限於曲率c、圓錐曲線係數k、非球面偶次項係數a
2、a
4、a
6、a
8…等),以調整柱狀透鏡的表面122PS面型,使立體顯示裝置100可提供較佳的立體顯示效果,但本發明不以此為限。在其他的實施例中,柱狀透鏡的表面122PS也可以為圓柱表面。
在一實施例中,顯示面板110設置在柱狀透鏡122P中的至少一個(例如位於中線120M處的柱狀透鏡122P)的焦點f上,使得來自顯示面板110的影像光束I可在穿透該柱狀透鏡122P後,大致平行地投射至使用者的眼睛E1、眼睛E2,以呈現立體影像。
在一實施例中,顯示面板110同時分別呈現至少二個子影像IM1(例如是左視差影像)、IM2(例如是右視差影像)。其中左視差影像IM1及右視差影像IM2可各自包括多個條狀區塊,左視差影像IM1的多個條狀區塊與右視差影像IM2的多個條狀區塊交錯設置。其中,自左視差影像IM1中的一個條狀區塊IM1a發出的影像光束I1穿過一個柱狀透鏡(例如是第一柱狀透鏡122P1),投射至使用者的眼睛E1(例如是左眼);而自右視差影像IM2中與該條狀區塊IM1a鄰近的一個條狀區塊IM2a發出的影像光束I2,也同樣穿過第一柱狀透鏡122P1,投射至使用者的另一眼睛E2(例如是右眼),以呈現立體影像。也就是說,第一柱狀透鏡122P1對應左視差影像IM1的部份(例如是條狀區塊IM1a)以及右視差影像IM2的部份(例如是條狀區塊IM2a)。本實施例中示出兩個子影像,在其他的實施例中,也可以包括多於兩個子影像。其中,一個柱狀透鏡可對應該些子影像中的每一個的部份。
圖2A為一個比較例的立體顯示裝置的示意圖。請參照圖2A。立體顯示裝置200包括顯示面板210以及光學元件220。顯示面板210以及光學元件220類似於上述顯示面板110以及光學元件120,其差異在於,在光學元件220中,多個柱狀透鏡的曲率固定不變。
立體顯示裝置200包括位於顯示裝置200的中央部分的一中央區域200A,以及靠近顯示裝置200的邊緣的一周邊區域200B。在一實例中,使用者U直視中央區域200A(視線S1),而透過一視角θ觀看周邊區域200B(視線S2)。
圖2B為立體顯示裝置200在中央區域200A的局部光路示意圖。圖2C為立體顯示裝置200在周邊區域200B的局部光路示意圖。請參照圖2B。在中央區域200A中,光學元件220的焦點f1落在顯示面板210上。因此,來自顯示面板210的影像光束IA可在穿透光學元件220後,大致平行地投射至使用者U的眼睛,以呈現立體影像。
請參照圖2C。在周邊區域200B中,光學元件220的焦點f2並未落在顯示面板210上。其中,焦點f2是平行於視線S2的平行光束會聚的點。因此,來自顯示面板210的影像光束IB在光學元件220中經過交叉後,大致平行地投射至使用者U的眼睛。因此,當使用者U透過一視角θ觀看周邊區域200B時,所看到的影像存在串擾。
圖3A為本發明的一實施例的立體顯示裝置的示意圖。請參照圖3A。立體顯示裝置300包括顯示面板310以及光學元件320。立體顯示裝置300類似於上述立體顯示裝置100。
立體顯示裝置300包括位於顯示裝置300的中央部分的一中央區域300A,以及靠近顯示裝置300的邊緣的一周邊區域300B。在一實例中,使用者U直視中央區域300A(視線S1),而透過一視角θ觀看周邊區域300B(視線S2)。
圖3B為立體顯示裝置300在中央區域300A的局部光路示意圖。圖3C為立體顯示裝置300在周邊區域300B的局部光路示意圖。請參照圖3B。在中央區域300A中,光學元件320的焦點f3落在顯示面板310上。因此,來自顯示面板310的影像光束IA’可在穿透光學元件320後,大致平行地投射至使用者U的眼睛,以呈現立體影像。
請參照圖3C。與周邊區域200B中的情況相較,在周邊區域300B中,光學元件320的焦點f4較靠近顯示面板310。其中,焦點f4是平行於視線S2的平行光束會聚的點。因此,雖然來自顯示面板310的影像光束IB’在光學元件320中也經過交叉,才大致平行地投射至使用者U的眼睛。然而,由於交叉點較靠近顯示面板310,對於影像光束IB’的影響較小。因此,當使用者U透過一視角θ觀看周邊區域300B時,影像的串擾效應較立體顯示裝置200的周邊區域200B為低,而具有較佳的立體顯示效果。在一實施例中,可設計柱狀透鏡的參數,使得在各角度的視線中,光學元件的焦點皆落在顯示面板上,但本發明不以此為限。
綜上所述,在本發明的實施例的立體顯示裝置中,透過使柱狀透鏡陣列中較遠離中線的柱狀透鏡具有較小的曲率,可以調整影像光束的光路,使位於立體顯示裝置較靠近邊緣區域(或觀看視角較大的區域)的柱狀透鏡可以將各個子影像更準確地分別投射到眼睛,以減少影像之間的串擾,改善立體顯示效果。
100、200、300:立體顯示裝置
110、210、310:顯示面板
110D:顯示表面
120、220、320:光學元件
122:柱狀透鏡陣列
122P:柱狀透鏡
120M:中線
120E1:第一邊緣
120E2:第二邊緣
120S1:第一表面
120S2:第二表面
122P1:第一柱狀透鏡
122P2:第二柱狀透鏡
122PS:表面
200A、300A:中央區域
200B、300B:周邊區域
A-A’:剖線
D1:第一方向
D2:第二方向
E1、E2:眼睛
f、f1、f2、f3、f4:焦點
H1、H2:厚度
I、IA、IA’、IB、IB’、I1、I2:影像光束
IM1、IM2:子影像
IM1a、IM2a:條狀區塊
S1、S2:視線
U:使用者
θ:視角
圖1A為本發明的一實施例的立體顯示裝置的立體示意圖。
圖1B為圖1A中的立體顯示裝置的剖視示意圖。
圖2A為一個比較例的立體顯示裝置的示意圖。
圖2B及圖2C為圖2A的立體顯示裝置的局部光路示意圖。
圖3A為本發明的一實施例的立體顯示裝置的示意圖。
圖3B及圖3C為圖3A的立體顯示裝置的局部光路示意圖。
100:立體顯示裝置
110:顯示面板
110D:顯示表面
120:光學元件
120M:中線
120S1:第一表面
120S2:第二表面
122:柱狀透鏡陣列
122P:柱狀透鏡
122P1:第一柱狀透鏡
122P2:第二柱狀透鏡
122PS:表面
A-A’:剖線
D1:第一方向
D2:第二方向
E1、E2:眼睛
f:焦點
H1、H2:厚度
I、I1、I2:影像光束
IM1、IM2:子影像
IM1a、IM2a:條狀區塊
Claims (11)
- 一種立體顯示裝置,包括: 一顯示面板;以及 一光學元件,設置在該顯示面板的一顯示表面上,該光學元件包括一柱狀透鏡陣列,該柱狀透鏡陣列包括沿一第一方向延伸的多個柱狀透鏡,該些柱狀透鏡沿一第二方向排列; 其中,該光學元件包括沿該第一方向延伸的一中線,該些柱狀透鏡包括一第一柱狀透鏡及一第二柱狀透鏡,該第一柱狀透鏡與該中線的距離小於該第二柱狀透鏡與該中線的距離,且該第一柱狀透鏡的曲率大於該第二柱狀透鏡的曲率。
- 如請求項1所述的立體顯示裝置,其中該第一柱狀透鏡的焦距小於該第二柱狀透鏡的焦距。
- 如請求項1所述的立體顯示裝置,其中該光學元件在該第一柱狀透鏡處的厚度大於該第二柱狀透鏡處的厚度。
- 如請求項1所述的立體顯示裝置,其中該些柱狀透鏡的曲率自該中線往兩側遞減。
- 如請求項1所述的立體顯示裝置,其中該光學元件包括朝向該顯示面板的一第一表面及背向該顯示面板的一第二表面,其中該第二表面包括該些柱狀透鏡的表面,且該第一表面為平滑表面,其中該第一表面直接接觸該顯示面板或直接貼附在該顯示面板上。
- 如請求項1所述的立體顯示裝置,其中該些柱狀透鏡的表面為非圓柱表面。
- 如請求項1所述的立體顯示裝置,其中該顯示面板設置在該些柱狀透鏡中的至少一個的焦點上。
- 如請求項1所述的立體顯示裝置,其中該顯示面板同時分別呈現至少二個子影像。
- 如請求項8所述的立體顯示裝置,其中該第一柱狀透鏡對應該些子影像中的每一個的部份。
- 如請求項1所述的立體顯示裝置,其中該光學元件的材料為塑膠、壓克力、玻璃或其混合。
- 如請求項1所述的立體顯示裝置,其中該光學元件為一體成型。
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