TWI421596B - 三維顯示裝置及其背光模組 - Google Patents

Description

三維顯示裝置及其背光模組

本發明係關於一種三維顯示裝置及其包含之背光模組；具體而言，本發明係關於一種三維顯示裝置及其包含之背光模組，三維顯示裝置具有多方向顯示立體影像之功能。

隨著市場對立體視覺效果的需求逐步成長，立體三維顯示裝置在各領域的應用不斷增加，例如電視、桌上型螢幕、筆記型電腦、行動手持裝置、相機等。三維顯示技術乃利用人類兩眼的視差合成出不同影像，使人感受到立體感。傳統上產生立體視覺效果之顯示裝置主要分為使用特殊眼鏡及不需使用特殊眼鏡等兩種方式。以不需使用特殊眼鏡之立體影像顯示技術而言，主要則可區分為下列兩種方式：一、在顯示面板外側加設分光膜，使由顯示面板產生之影像光線依時序分別落在左眼及右眼之位置；二、直接在背光模組中加設分光結構，使背光模組產生之光線具有偏向性，以在通過顯示面板後於左眼及右眼位置分別成像。

圖1A所示為者即為上述不需使用特殊眼鏡之技術中的第二種方式所使用之背光模組。如圖1A所示，背光模組10包含有導光板30、第一光源71及第二光源72。導光板30上係設置有複數縱向的柱狀結構50；其中柱狀結構50係沿導光板30之長軸方向並排。導光板30的兩側邊分別設置有第一光源71及第二光源72以交替朝垂直於柱狀結構50延伸之方向入射光線至導光板30內。藉由柱狀結構50之分光效果，第一光源71及第二光源72發出之光線會在平行於導光板30長軸之方向上分別產生強度峰值區域81、83，如圖1B所示。換言之，當使用者之雙眼平行於導光板30之長軸方向時，左眼及右眼即可分別接收第一光源71及第二光源72產生之光線。藉此，使用者之左眼及右眼可觀察到不同的影像，以組合成立體之視覺效果。

然而在上述設計中，當使用者將顯示裝置及所含背光模組10旋轉為直立時，強度峰值區域81、83之分佈方向即會改為垂直於雙眼之分佈方向。因此使用者的左眼及右眼將無法再分別接收預定的影像，即會喪失原有的立體視覺效果。

本發明之一目的在於提供一種三維顯示裝置及其包含之背光模組，可使顯示裝置於旋轉後仍維持三維顯示之效果。

三維顯示裝置包含顯示面板及背光模組；顯示面板係設置於背光模組上方以接收由背光模組產生的光線。藉由顯示面板對背光模組射入光線之控制，以形成顯示的影像。背光模組包含導光板、複數微結構、第一光源及第二光源。導光板具有底面及與底面相背之出光面；微結構係設置於出光面及該底面中至少其一上。第一光源係設置於導光板之第一角落，並自導光板之側緣向導光板內入線光線；第二光源則設置於導光板之第二角落，並自導光板之側緣向導光板內入線光線。第一角落與第二角落係為導光板之相對二對角；每一微結構之第一面及第二面具有配置方向，此配置方向係沿著第一角落及第二角落之對角線方向或平行於此方向。

第一光源及第二光源係被交替點亮，以在不同時序中分別形成不同的背光出光角度。當第一光源點亮時，光線入射導光板後經由微結構改變出光方向，因此出光之第一強度峰值區域朝第一光源之一側偏移。第二光源點亮時，則出光之第二強度峰值區域朝向第二光源之一側偏移。由於第一強度峰值區域之涵蓋範圍橫跨了導光板長軸方向及短軸方向之區域，而第二強度峰值區域則隔著長軸方向及短軸方向交錯之原點與第一強度峰值區域相對，因此使用者在進行觀看時，不論雙眼是平行長軸方向或短軸方向時，均可得到左右眼分離的影像，進而產生立體視覺效果。

本發明係提供一種三維顯示裝置及其所使用之背光模組。在較佳實施例中，此三維顯示裝置係為液晶面板顯示裝置，並可作為平面電視、個人電腦之顯示器、筆記型電腦之顯示器或其他電子裝置之顯示器，以提供立體之視覺效果。

如圖2所示，三維顯示裝置包含顯示面板100及背光模組300。在較佳實施例中，顯示面板100舉例係為液晶顯示面板，包含穿透式、半穿反射式或其他型式。顯示面板100係設置於背光模組300上方以接收由背光模組300提供的光線，藉由顯示面板100對射入光線之控制，以形成顯示的影像。此外，在此實施例中，更包含有菱鏡片200位於背光模組300及顯示面板100之間，以作為調整光學效果之用。菱鏡片200較佳係可提供增亮、擴散或其他不同的光學效果。

圖3所示為背光模組300之實施例示意圖。在此實施例中，背光模組300包含導光板310、複數微結構500、第一光源710及第二光源720。導光板310具有底面311及與底面311相背之出光面313。如圖3所示，微結構500係設置於出光面313上；然而在不同實施例中，微結構500亦可形成於底面311上，或者同時形成於出光面313及底面311上。在此實施例中，微結構500係形成為金字塔體，並具有對向設置之第一面510及第二面520。第一面510及第二面520分別與出光面313形成夾角θ，其中夾角θ之範圍較佳係介於40度至50度之間。如圖3所示，第一面510及第二面520即形成為金字塔體相對面之二側壁；微結構500另具有對向設置之第三面530及第四面540，分別形成為金字塔體之另外二側壁。此外，金字塔體之底面較佳為正方形，但亦可為菱形或平行四邊形。在不同實施例中，微結構500亦可能形成為其他形狀，包含三角柱等。

如圖4所示，第一光源710係設置於導光板310之第一角落351，並自導光板310之側緣向導光板310內入射光線；第二光源720則設置於導光板310之第二角落352，並自導光板310之側緣向導光板310內入射光線。第一角落351與第二角落352係為導光板310之相對二對角，且較佳均形成有切面以對應於第一光源710及第二光源720。由於此實施例中導光板310係為矩形，因此連接第一角落351與第二角落352之對角線L1即橫切將導光板310分為對半之二區域，且第一光源710及第二光源720同時位在此對角線L1上。第一光源710及第二光源720較佳係沿對角線L1之方向射出光線；然而在不同實施例中，第一光源710及第二光源720之光線射出方向亦可略偏於對角線L1，即不平行於對角線L1。

此外，在較佳實施例中，每一微結構500之第一面510及第二面520具有配置方向D，此配置方向D係沿著對角線L1之方向或平行於對角線L1。配置方向D較佳係指第一面510或第二面520之法線方向在出光面313上之投影方向；然而在不同實施例中，配置方向D亦可指垂直於第一面510或第二面520與出光面313交界邊緣之方向。在此實施例中，由於第一面510及第二面520係採對向設置，因此兩者之配置方向D係相互平行。在此實施例中，由於導光板310為長方形，因此對角線L1與導光板310之側邊或中心之長、短軸夾角並非為45度；此時，為考慮微結構500之排列，配置方向D可能未完全與對角線L1平行。在此情況下，當對角線L1係為左上右下之走向，且配置方向D亦屬左上右下之走向時，即屬前述配置方向D沿著對角線L1之情形。

另如圖3及圖4所示，第一面510及第二面520分別形成一投影寬度W。在此實施例中，投影寬度W即相同於第一面510或第二面520與出光面313交界邊緣之寬度。投影寬度較佳係介於0.01mm至0.07mm之間，並以在0.02mm至0.07mm之間時具有更好的效果。

在圖4所示之實施例中，導光板310之第三角落353及第四角落354均不設置光源。第三角落353係與第四角落354為對向設置，且兩者連成之對角線L2不平行於第一角落351及第二角落352連成之對角線L1。在此實施例中，由於導光板310為矩形，因此第一角落351、第二角落352、第三角落353及第四角落354分別為矩形的四個角，而對角線L1與對角線L2彼此交叉。

在圖3及圖4所示之實施例中，第一光源710及第二光源720較佳係被交替點亮，以在不同時序中分別形成不同的背光出光角度。如圖5A所示，當第一光源710點亮時，光線入射導光板310後經由微結構500改變出光方向，因此出光之第一強度峰值區域P1朝第一光源710之一側偏移。如圖5B所示，第二光源720點亮時，則出光之第二強度峰值區域P2朝向第二光源720之一側偏移。由於第一光源710、第二光源720及第一面510、第二面之配置方向D均沿著對角線L1，因此上述之偏移現象主要亦沿著對角線L1分佈，如圖6所示。由於第一強度峰值區域P1之涵蓋範圍橫跨了導光板310長軸方向及短軸方向之區域，而第二強度峰值區域P2則隔著長軸方向及短軸方向交錯之原點與第一強度峰值區域P2相對，因此使用者在進行觀看時，不論雙眼是平行長軸方向或短軸方向時，均可得到左右眼分離的影像，進而產生立體視覺效果。前述圖4所示之實施例中，係將長軸方向設為水平方向與雙眼平行，即所謂景色模式(Landscape mode)；而圖7所示之實施例，則為將短軸方向設為水平方向而與雙眼平行，即所謂畫像模式(Portrait mode)。藉由上述設計，不論顯示裝置被設於景色模式或畫像模式，使用者均可得到立體之視覺效果。

圖8所示為背光模組300之另一實施例。在此實施例中，導光板310之第三角落353及第四角落354分別設有第三光源730及第四光源740。請同時參考圖9A，當三維顯示裝置被設定於景色模式時，第一光源710及第三光源730於第一時段T1同時點亮，於第二時段T2不被點亮。第二光源720及第四光源740則於第一時段T1不被點亮，而於第二時段T2同時被點亮。圖9B及圖9C所示分別為在第一時段T1之第一強度峰值區域P1分佈及第二時段T2之第二強度峰值區域P2。明顯可見，在此一實施例中，當設定為景色模式時，第一強度峰值區域P1及第二強度峰值區域P2可更集中於長軸方向上。

而當設定為畫像模式時，如圖10A所示，則第一光源710及第四光源740於第三時段T3同時點亮，於第四時段T4不被點亮。第二光源720及第三光源730則於第三時段T3不被點亮，而於第四時段T4同時被點亮。圖10B及圖10C所示分別為在第三時段T3之第一強度峰值區域P1分佈及第四時段T4之第二強度峰值區域P2。明顯可見，在此一實施例中，當設定為畫像模式時，第一強度峰值區域P1及第二強度峰值區域P2可更集中於短軸方向上。

圖11A所示為微結構500之另一實施例。在此實施例中，第一面510、第二面520、第三面530及第四面540均為內凹表面。然而在不同實施例中，上述四面亦可僅部分為內凹表面。另在圖11B所示之實施例中，微結構500亦可形成為平台式之塔體。如圖11B所示，第一面510、第二面520、第三面530及第四面540分別為塔體之側壁，而塔體之頂端另具有一頂面550大體與出光面313平行。頂面550之四邊則分別與第一面510、第二面520、第三面530及第四面540連接。

圖12所示為背光模組300之另一實施例。在此實施例中，微結構500係形成於導光板310之底面311上。如圖12所示，微結構500係形成為向內凹之金字塔腔體，第一面510及第二面520則形成為腔體之壁面。此外，在不同實施例中，亦可同時於導光板310之底面311及出光面313設置微結構500；設置於出光面313上之微結構500較佳需與底面311上之微結構500對位，以取得較佳之效果。

另在圖13所示之實施例中，除了微結構500外，導光板310之出光面313上亦同時設有輔助結構900。輔助結構900之幾合形狀係與微結構500不同；如圖13所示，輔助結構900係為半球體，然亦可為其他形狀。在此較佳實施例中，微結構500係設置於較接近於第一光源710及第二光源720之位置，而輔助結構900則設置於較遠離第一光源710及第二光源720之位置。該些輔助結構900的分佈密度舉例係大於該些微結構500的分佈密度。藉由此一設置，可兼顧背光模組300在亮度或其他方面之光學表現。

在上述各實施例中，微結構可以均勻分布排列，也可以設計為較遠離光源之微結構(或輔助結構)之分佈密度係大於靠近光源之微結構之分佈密度，即該些微結構係以非均勻之方式分佈，但不以此為限。

本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必須指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明的範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。

100．．．顯示面板

200．．．菱鏡片

300．．．背光模組

310．．．導光板

311．．．底面

313．．．出光面

351．．．第一角落

352．．．第二角落

353．．．第三角落

354．．．第四角落

500．．．微結構

510．．．第一面

520．．．第二面

530．．．第三面

540．．．第四面

550．．．頂面

710．．．第一光源

720．．．第二光源

730．．．第三光源

740．．．第四光源

900．．．輔助結構

圖1A為傳統三維顯示裝置示意圖；

圖1B為傳統三維顯示裝置背光模組之出光位置示意圖；

圖2為本發明三維顯示裝置之實施例元件爆炸圖；

圖3為背光模組之實施例示意圖；

圖4為圖3所示實施例係採景色模式設置之示意圖；

圖5A為圖3所示實施例中第一光源點亮之示意圖；

圖5B為圖3所示實施例中第二光源點亮之示意圖；

圖6為背光模組之出光位置示意圖；

圖7為背光模組採畫像模式設置之示意圖；

圖8為背光模組之另一實施例示意圖；

圖9A為景色模式時光源點亮之實施例時段圖；

圖9B及圖9C為不同時段背光模組之出光位置示意圖；

圖10A畫像模式時光源點亮之實施例時段圖；

圖10B及圖10C為不同時段背光模組之出光位置示意圖；

圖11A及圖11B為微結構之不同實施例示意圖；

圖12為背光模組之另一實施例示意圖；

圖13為背光模組包含輔助結構之實施例示意圖。

300．．．背光模組

310．．．導光板

311．．．底面

313．．．出光面

351．．．第一角落

352．．．第二角落

500．．．微結構

510．．．第一面

520．．．第二面

530．．．第三面

540．．．第四面

710．．．第一光源

720．．．第二光源

Claims (12)

1. 一種三維顯示裝置之背光模組，包含：一導光板，具有一底面及與該底面相背之一出光面；複數微結構，形成於該底面及該出光面至少其一上，其中該些微結構係為凸出之錐體，該錐體用以於不同時刻具有不同出光方向，且每一該微結構具有對向設置之一第一面及一第二面，分別與該底面或該出光面形成一夾角；一第一光源，設置於該導光板之一第一角落；以及一第二光源，設置於該第一光源相隔於該導光板之一第二角落，該第一角落係對向於該第二角落，其中該第一光源與該第二光源係位在該導光板之一對角線上，該第一光源及該第二光源係被交替點亮，以在不同時序中分別形成不同的背光出光角度，且每一該微結構之該第一面及該第二面之配置方向係沿著該對角線或平行於該對角線，該配置方向係指該第一面或該第二面之法線方向在該出光面或該底面上之投影方向。
2. 如請求項1所述之背光模組，其中該導光板之一第三角落以及一第四角落處係不設置任何光源，該第三角落係對向於該第四角落，該第三角落與該第四角落之連線係不平行於該第一角落與該第二角落之連線。
3. 如請求項1所述之背光模組，進一步包含：一第三光源，設置於該導光板之一第三角落；以及一第四光源，設置於該導光板之一第四角落，該第三角落係對向 於該第四角落，該第三角落與該第四角落之連線係不平行於該第一角落與該第二角落之連線；其中；當該三維顯示裝置被設定於一景色模式(Llandscape mode)時，該第一以及該第三光源係於一第一時段被同時點亮而於一第二時段不被點亮，且該第二以及該第四光源係於該第一時段不被點亮而於該第二時段被同時點亮，該第一時段以及該第二時段係為交替排列；以及當該三維顯示裝置被設定於一畫像模式(portrait mode)時，該第一以及該第四光源係於一第三時段被同時點亮而於一第四時段不被點亮，且該第二以及該第三光源係於該第三時段不被點亮而於該第四時段被同時點亮，該第三時段以及該第四時段係為交替排列。
4. 如請求項1所述之背光模組，其中該夾角係介於40度至50度之間。
5. 如請求項1所述之背光模組，其中該第一光源與該第二光源係被交替點亮。
6. 如請求項1所述之背光模組，其中每一該微結構更具有對向設置之一第三面及一第四面，該第一至該第四面構成一金字塔體之四側壁。
7. 如請求項1所述之背光模組，其中該第一至該第四面係為內凹表面。
8. 如請求項1所述之背光模組，其中每一該微結構更具有：一第三面；一第四面，與該第三面對向設置；以及一頂面，與該出光面平行，該頂面係與該第一至該第四面連接。
9. 如請求項1所述之背光模組，其中每一微結構之該第一面以及該第二面形成一投影寬度(pitch)，該投影寬度為0.01mm至0.07mm。
10. 如請求項1所述之背光模組，更包含複數輔助結構，形成於該底面及該出光面至少其一上，該些輔助結構係不同於該些微結構，其中該些微結構相較於該些輔助結構係設置於較接近於該第一光源與該第二光源，該些輔助結構的分佈密度係大於該些微結構的分佈密度。
11. 一種三維顯示裝置，包含：如請求項1所述之背光模組；以及一顯示面板，位於該背光模組上。
12. 如請求項11所述之三維顯示裝置，更包含一菱鏡片位於該背光模組以及該顯示面板之間。