TWI425276B

TWI425276B - A three-dimensional display system with a liquid crystal display and a three-dimensional display system with the display

Info

Publication number: TWI425276B
Application number: TW99132814A
Authority: TW
Inventors: Tsung I Wang; Chin Chun Wu; Chia Liang Yang
Original assignee: Dynascan Technology Corp
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2014-02-01
Also published as: TW201213957A

Description

三維顯示系統用液晶顯示器及具該顯示器之三維顯示系統

本發明係關於一種三維顯示系統用液晶顯示器及具該顯示器之三維顯示系統。

目前三維顯示已經成為影像顯示業界商品的當紅主流，從電影院中的立體電影到逐漸進入家庭的三維LCD TV，在在吸引消費者目光，並且成為討論焦點。

從最早期的立體顯示電影開始，其影像資料是藉由分別針對左眼與右眼的紅色影像與綠色影像，經過戴在眼前的紅色鏡片與綠色鏡片分別過濾不屬於該眼的影像資訊，並且整合兩眼所接收的影像資料而成。由於兩眼所接收的畫面，一者是過濾長波長的紅光而僅餘藍綠光，另一眼則是僅餘紅光，因此任何一眼所接收到的影像資料都不是全彩。

由於人眼原本就具有三種針對不同波長光源敏感的視錐細胞(Cone Cell)，分別用以感測紅、綠、藍三色，使得人類所能接收到的彩色資料，可以涵蓋如圖1所示的一個色彩範圍，且在色座標中，單一波長的純色光將被標示於圖1的圖形的外緣。任何影像資料來源所能發出的影像資料，能在上述可見色彩範圍內佔有越大的面積，代表該影像資料來源的演色性越佳。由此，上述古老的三維立體影像，由於每一眼所能看到的影像都偏重一側，其影像的演色性甚差，較敏感者甚至會因為兩眼的影像資料色彩問題而感到頭痛，因此該種立體電影除掀起一陣討論風潮外，並沒有獲得實質的支持與廣泛的採用。

隨後，在電影院等大螢幕上所演出的電影，逐漸改由兩種較為普遍的主流技術主導：其一是如圖2所示利用光的偏極化，將影像資料中的水平偏極化光與鉛直偏極化光分別用來呈現左眼影像與右眼影像，並且讓觀賞者利用彼此垂直設置的兩片偏光鏡(polarizer)91、92來區分左、右影像。

第二種技術則是改良早期的紅、綠眼鏡的所謂" 干涉濾鏡式三維影像" 技術，該技術由德國Infitec GmbH公司於2003年所發表，" INFITEC，a new stereoscopic visualization tool by wave length multiplex imaging" ，by H.Jorke and M. Fritz，Proceeding Electronic Displays，September，2003且於美國申請專利中，US Patent Application，Jun 17 2010，" system for Reproduction Stereograplic images" ，US 20100149635A1。該技術利用干涉式濾鏡(Interference filter)來分離左、右兩組互相不重疊的波段的影像。其中各組波段如圖3所示，具有紅、綠、藍三個不同的波段，以形成相當良好的色彩。不像以往紅、綠眼鏡式中，左右影像的色彩及亮度落差相當大。觀賞者則如圖4所示，配戴與各組波段對應的濾光片眼鏡，例如左鏡片91' 供R1、G1、B1波段光束通過，而右鏡片92' 則供R2、G2、B2波段光束通過，以分離左、右兩眼的影像資料，由於其眼鏡為被動式，且利用Fabry-Perot干涉技術製成，因此左、右影像具有非常好的分離效果。

該技術中，各左右影像波段至少必須具有隸屬於紅、綠、藍附近的三個基本原色，以形成所需要的色域及亮度。由於可見光範圍為400nm~700nm，但真正較亮的範圍以420nm~660nm為主，其總波段範圍約為240nm，如果劃分為6個波段，扣除中間各波段間的安全範圍10 nm，則各個波段只有不到30 nm的波寬可用。因此在該技術中，為得到左右影像的6個波段的光源，必須利用波寬較廣的白光，再利用所對應波段的光濾波器來得到所需的窄波段(Narrow-band)光源。

上述技術在演進至家用電視的範圍，產生部分改變，在偏極化技術方面，除以原本的偏光鏡製作眼鏡，亦可利用液晶顯示器本身的偏極化特性，直接讓觀賞者配戴具有光閥開關效果的shuttle-glass來觀賞，LCDTV本身則利用雙倍的影像資料，輪流顯示左眼影像資料與右眼影像資料，眼鏡本身亦以雙倍速度切換顯示左、右影像。其困難處在於；一方面，此技術中所採用LCD TV的液晶必須有更快的反應速度，因而電視造價偏高；另方面，電視機必須發射同步信號給shuttle-glass作為切換左、右影像的依據，而且shuttle-glass為必需具有無線接收功能的主動式眼鏡，不僅造成各種不便，而且眼鏡造價亦偏高，使得該技術的市場接受度偏低。

第二種方法則較接近電影院中的線性偏光(linear-polarizer)分離技術，而所採用的眼鏡也是彼此方向垂直的偏光鏡，這是屬於被動式眼鏡，價格較低，亦沒有同步問題。但是，為因應同時發出水平偏極化影像資料與鉛直偏極化影像資料，LCD TV本身的製程，必須將奇偶掃描線配置有不同方向的偏光膜，不僅結構成本偏高，尤其製程良率奇低，非常不易量產，因而造成該種LCD TV造價出奇地高昂，此外，由於整幅畫面被區分為左眼影像資料與右眼影像資料，在空間方面所能顯示的像素數目驟減一半，使其三維影像解析度降為一半，造成影像品質不夠理想。

至於將所有光源區分為6個彼此相異波段，在電影院中由於所採用的光源是高壓放電燈，其發光波長涵蓋範圍廣，要從其中過濾出6個彼此相異波段不難。然而，放在家用LCD TV中，若利用冷陰極管(CCFL)或白光LED來做為光源，一方面所發光能多半被濾除，遺留下來顯示影像的光能使用率將非常低，使得影像亮度偏低；並且也不符合環保要求。

但如果要以紅、綠、藍三色LED做為光源直接使用，以目前量產LED中，紅色LED波寬約20 nm，其主波長偏異量約10 nm，綠色LED波寬約40 nm，主波長偏異量約20 nm，藍色LED波寬約30nm，主波長偏異量約10nm，黃色LED波寬約20 nm，主波長偏異量約20 nm，青色LED波寬約30 nm，主波長偏異量約10 nm，由以數據可看出要以30 nm為一個波道，則各波道之間將有相當多波長的重疊，造成左右影像的鬼影(cross-talk)問題。

更進一步探討，要利用6個波段的技術，光源中必需涵蓋420~450 nm及450~480 nm兩組藍光LED；然而，420 nm~450 nm屬於靛藍光(Deep Blue)，不僅發光效率低、產量少，而且價格昂貴，若要強將其納入光源中，不僅使得該眼影像資料亮度不易提昇，更使產品價格大幅暴增，完全不適合在LCD TV背光使用。

由此，前述電影院中所採用的三維立體影像技術，完全無法在家用電視市場中順利推廣。也使得現今成為主流的以LED為背光源之LCD TV中，沒有辦法真正實現符合商業化需求的三維立體顯示技術。

本發明之一目的，在提供一種可以利用兩種波段LED光源，替代原本需三色光源共同構成的彩色顯示器。

本發明之另一目的，在提供一種可以利用兩種波段LED光源，配合液晶閥而建構出全彩的彩色顯示器。

本發明之又一目的，在提供一種可善用現有LED元件作為光源，分別建立彼此波段可區別及分離的雙眼影像資料，使可以顯示立體影像之三維顯示系統用液晶顯示器成為可行。

本發明之再一目的，在提供一種可以充分商業化生產之三維顯示系統用液晶顯示器。

本發明之又另一目的，在提供一種可以架構出兩組分別可以白平衡的光源之三維顯示系統用液晶顯示器。

本發明之又再一目的，在提供一種簡便且可商業化生產的三維顯示系統。

本發明之更一目的，在提供一種眼鏡配戴方便，讓觀賞者擁有良好操作方便性的三維顯示系統。

本發明揭露有一種雙色光源之彩色顯示器，包含：一液晶顯示模組，包括：複數晶胞組，每一前述晶胞組分別包括至少三個分色晶胞；及三個容許通透波長帶彼此相異的濾光片，分別對應上述各晶胞組中之各分色晶胞；其中，上述三個濾光片的容許通透波長帶中，容許通透波長帶波長居中者，與另兩者的容許通透波長帶分別具有一個交集部分；一光源，該光源係由兩組中心波長位於可見光範圍且彼此波長相異的發光二極體元件所組成；其中，至少上述兩個中心波長之一，具有一個對應於前述濾光片容許通透波長帶的兩個交集部分之一的波長；一組依照一幅顯示資料，驅動該光源發光二極體元件發光；及驅動前述各晶胞改變光通透狀態的控制裝置。

將此種彩色顯示器與另一組彼此發光波段可區別的三色光源結合，並且讓影像資料輪流顯示，則可獲得本發明所揭露的一種三維顯示系統用液晶顯示器，包含：一液晶顯示模組，包括：複數晶胞組，每一前述晶胞組分別包括至少三個分色晶胞；及三個容許通透波長帶彼此相異的濾光片，分別對應上述各晶胞組中之各分色晶胞；其中，上述三個濾光片的容許通透波長帶中，容許通透波長帶波長居中者，與另兩者的容許通透波長帶分別具有一個交集部分；一光源，該光源係由五組中心波長位於可見光範圍且彼此波長相異的發光二極體元件所組成；且前述發光二極體元件係被區分為第一及第二子光源，其中該第一子光源係包括前述中心波長中波長最長兩者之一、及中心波長最短兩者之一的發光二極體元件，及該第二子光源係包括該剩餘中心波長的發光二極體元件；其中，至少該第一子光源上述兩個中心波長之一，具有一個對應於前述濾光片容許通透波長帶的兩個交集部分之一的波長；藉由上述形成該交集部分之該二濾光片的容許通透比率差異，使該中心波長光束在通透該二分色晶胞後，呈現兩組相異於該光束、且彼此相異之調制後中心波長；及一組分別依照兩幅彼此對應的顯示資料，輪流驅動該第一子光源及該第二子光源發光二極體元件發光、並驅動前述各晶胞改變光通透狀態的控制裝置。

若再增添對應於上述光源的眼鏡，則可建立本發明所揭露的一種三維顯示系統，包含：一個液晶顯示器，包括：一液晶顯示模組，包括：複數晶胞組，每一前述晶胞組分別包括至少三個分色晶胞；及三個容許通透波長帶彼此相異的濾光片，分別對應上述各晶胞組中之各分色晶胞；其中，上述三個濾光片的容許通透波長帶中，容許通透波長帶波長居中者，與另兩者的容許通透波長帶分別具有一個交集部分；一光源，該光源係由五組中心波長位於可見光範圍且彼此波長相異的發光二極體元件所組成；且前述發光二極體元件係被區分為第一及第二子光源，其中該第一子光源係包括前述中心波長中波長最長兩者之一、及中心波長最短兩者之一的發光二極體元件，及該第二子光源係包括該剩餘中心波長的發光二極體元件；其中，至少該第一子光源上述兩個中心波長之一，具有一個對應於前述濾光片容許通透波長帶的兩個交集部分之一的波長；藉由上述形成該交集部分之該二濾光片的容許通透比率差異，使該中心波長光束在通透該二分色晶胞後，呈現兩組相異於該光束、且彼此相異之調制後中心波長；及一組分別依照兩幅彼此對應的顯示資料，輪流驅動該第一子光源及該第二子光源發光二極體元件發光、並驅動前述各晶胞改變光通透狀態的控制裝置；及一組眼鏡，包括一片對應該第一子光源各發光二極體元件中心波長的第一鏡片；及一片對應該第二子光源各發光二極體元件中心波長的第二鏡片。

藉由本發明所揭露的兩波段LED光源，其中至少有一個的中心波長恰與三個濾光片中之的兩者的容許通透波長帶波長交集部分對應；因此，這個LED所發光束，在經過兩個不同濾光片時，將會被分別呈現出可區別的相異波段，讓單一LED元件所發光，分別作為兩個基本色的成分。

進一步，讓這兩個彼此發光亮度相依的基本色，透過可以獨立調制其透光率的液晶晶胞後，就可以製造出彼此線性獨立的三個基本色，從而架構出原本需三色光源共同構成的彩色顯示器。

若將此種兩波段LED元件與另一組波長與其明顯可區別之三色LED元件分別擔負作為一組子光源，便可建立出兩個相互獨立的子光源，藉以提供兩眼不同影像資料輪流播放。且由於實際上的中心波段僅有至多五個，可以在可見光的有限波長範圍內，順利選擇現有可用的LED元件，讓可以顯示立體影像之三維顯示系統用液晶顯示器不僅確實可行，還可以跨出實驗室而被正式商業量產。

並且由於提供兩眼影像資料的兩組子光源都分別具有三個基本色，且個別所圍繞出的三角形演色範圍都可涵蓋色座標上的白色中心區域，使得兩組子光源可以分別調整至白平衡，讓個別眼的畫面都沒有色彩偏移，提供觀賞者良好的感官體驗。

加以，搭配本發明此種液晶顯示器的之眼鏡仍為被動式的濾光片，結構簡單易於製造，也不需額外電源驅動，讓觀賞者配戴方便，使得本發明所揭露的三維顯示系統不僅結構簡便而利於商業化生產；並且在使用過程中對於觀賞者的舒適性提供良好照應，從而達到所有上述目的。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

如圖5所示，在色座標中，一般是採用例如紅、綠、藍波段的光作為基本色(primary color)，在此以a、b、c三點作為其個別中心波長的代表，並利用可以發出這三個顏色中心波長的LED元件組合作為光源，如此，可以在色座標中圍繞出一個三角形Δabc(稱為「色域」)，也就是此光源可以調制呈現的所有色彩。

一般衡量影像品質，一方面是計算色域大小，色域愈大，則稱為演色性愈佳；另方面，對於所呈現的白色，一般要求其色座標位於Plank' s radiation locus P線上，其位置以色溫大小表示，例如標準A光源色溫，標準B光原色溫，6500 K，8500 K，...等，一般稱為白平衡點。由圖中可看出，以紅、綠、藍a、b、c所組成的色域Δabc，其範圍包含了P線，因此只要調整該三組紅、綠、藍LED的亮度大小，一定可以達到需要的白色色溫點，例如色溫8500 K處。

但是，若一組光源只有兩個發光波段，例如主波長標示為D的波段及標示為E的波段。其中點D所代表的主波長為介於點a的紅色與點b的綠色之間的一波長，其可為橙色、黃色、黃綠色等。而主波長標示為E的波段為介於綠色點b與藍色點c之間，其可為綠偏藍或藍偏綠，稱之為青色。依照光學理論中的混色原理，如果利用主波長為D與E的兩色光混合，其合成色的色座標必介於點D與點E的色座標連線線段上，即圖中的DE線段上。

如果選擇適當的D點與E點，則該DE線段恰可以與P線相交；也就是說，選擇到特殊主波長的黃色及青色LED，仍然可以有達成白平衡的機會。但是，一方面考慮現實狀況，目前可以量產的商業化黃色LED元件，主波長約在590 nm；而商業化生產的青色LED元件，主波長約在490 nm。如此搭配，其DE線與P線交點約在5000 K以下的暖色範圍，無法滿足LCD TV所要求一般需8000 K以上的色溫。更糟的是，利用主波長為D與E所組成的色域範圍只限於在DE線段上，沒有三角形面積範圍的色域可供呈現，因此可以說呈現彩色影像的色域範圍為零，完全不具備作為液晶顯示器光源的能力。

即使勉強使用上述光源，不僅白平衡點不易重疊；更因為左右影像色域偏差太大，一眼僅有極為狹窄的黃-青漸層色彩可供接收，容易造成不平衡感，眼睛容易疲勞不舒適。

如圖6所示，一般LCD面板的彩色濾光片(color filter)有三個顏色，分別為紅色、綠色、及藍色濾光片，其透光率或透光率函數(Transmittance)分別為R(λ)、G(λ)、B(λ)。以圖中的紅色濾光片為例，可被進一步區分為Ra區、Rb區、及Rc區，其中Ra區幾乎為不透光區，Rb區為漸變區，Rc為透光區。一般而言，選擇LED為背光，其紅色LED的主波長即選擇在Rc透光區，該區為一對波長透射的平坦區，因此LED的顏色經過濾光片後幾乎不受影響。但是如果LED主波長落在Rb漸變區，則經過濾光片後，其顏色將會產生往紅色偏移。其原理如下所述：在圖7中，D(λ)代表該LED的原來光譜，R(λ)代表紅色濾光片的透光率函數，當LED的光譜D(λ)經過濾光片R(λ)後，其透射出的光譜D' (λ)=D(λ)‧R(λ)，如圖8中所示，由於D(λ)的主波長λ_d 位於Rb漸變區上，因此D' (λ)的左右並不對稱，且右邊值大於左邊值，因此D' (λ)的對應色座標的主波長λ' _d 會向右移，因而產生紅色偏移的效果。如果LED的原來λ_d =590 nm的橙黃色，波寬為40 nm，經過紅色濾光片後，可以產生約10 nm的紅色偏移量，因此該LED的顏色相當於主波長為600 nm的橘紅色效果。

同樣地，綠色濾光片G(λ)也有三個區，Ga區Gb區及Gc區，其中Ga區及Gc區為漸變區，Gb區為透光區。而Gc區與Rb區的交界點d，其波長約在590 nm附近，同樣地，如圖9與圖10所示，若選擇D波段的主波長為d點590 nm時，其透過綠色濾光片後，亦可使透出的主波長λ" _d 產生偏綠色的色偏移效果。藉此，該光源LED既可透過紅色濾光片而作為紅色使用，也可以透過綠色濾光片而作為綠色使用。

當作為紅色使用時，經過紅色濾光片後，即產生偏紅的效果。同理，當作為綠色光源使用時，經過綠色濾光片後，即產生偏綠的效果。因為Gc區與Rb區的交界點為波長d，恰為紅色濾光片及綠色濾光片透光率約50%之處，因此當該LED做為紅光、綠光使用時，其發光使用率幾乎相同。因此，選擇波長d為橙黃色波段的中心波長有其雙重意義：(一)可以當紅光或綠光使用。(二)可以達到紅綠使用效率幾乎相同的目的。

同理，利用G(λ)與B(λ)的交界點為波長e，選擇青色波段的中心波長e為490 nm，當該光源經過濾光片後，也可以產生綠色偏移，使其相當於λ' _e =500 nm的藍綠色光。當經過藍色濾光片後，也會產生藍色偏移，使其相當於λ" _e =480 nm的藍色光。

因此，本案第一較佳實施例的雙色光源之彩色顯示器，如圖11所示，選擇一波段的主波長D為d點波長590 nm，在色座標上標示為D₀ ，且另一波段的主波長E為e點波長490 nm，在色座標上標示為E₀ 。發光主波長為D之波段的橙黃色LED元件所發光束，在經過紅色濾光片後，出光Dr被偏移成相當於主波長為600 nm的橘紅色光；恰可作為本組光源的紅色基本色。相對地，發光主波長為E之波段的青色LED元件所發光束，在經過藍色濾光片後，出光E_b 被偏移成相當於主波長為480 nm的藍色光；恰可作為本組光源的藍色基本色。

最特殊的，是橙黃色LED元件與青色LED元件所發光束，在共同經過綠色濾光片後，將會分別偏移成為Dg與Eg的580 nm與500 nm色光，因此其合成的綠色光將由Dg與Eg的色座標決定，標示為圖11中K點位置，也就是本組光源的綠色基本色座標。經由上述偏移後，由k點、Dr點、E_b 點三個基本色的座標點所組成的色域範圍，同樣可以全部包含Plank' s radiation Locus P線，而且其色域範圍也擴大，在本例中，可達到NTSC的70%左右。

利用混色原理，在色域k、Dr、E_b 三角形內任一點的色座標，皆可以利用該三點基本色的亮度比值調整來達到，例如白平衡要調整到色溫P點8500 K點，則必需調整K點、Dr、E_b 的亮度比為ΔE_b PDr：ΔkPE_b ：ΔkPDr三角形面積比，因此需要三個可調的參數。但是目前僅有橙黃色波段LED與青色波段LED的發光強度兩個線性獨立的參數可調(亮度大小)，並不能滿足上述的三個可調參數之需求。因而我們需要利用LCD面板的信號轉換達到所需要的三個可調參數的需求。

由於在色座標位置Dr的基本色光的亮度大小ID_r ，是由橙黃色波段LED的亮度大小D₀ 及其頻譜函數D(λ)，透過紅色濾光片之透光率函數R(λ)及紅色液晶閥所開的最大比例Vr(0~1)的積分，其表示式為：

IDr=∫D₀ D(λ)‧R(λ)‧V_r dλ=D₀ V_r ∫D(λ)R(λ)dλ......(1)

因此利用D₀ Vr可組成第一個可調參數。

同理，在色座標位置Dg的亮度大小IDg是由該波段LED的亮度大小D₀ 及頻譜函數D(λ)，透過綠色濾光片的透光率函數G(λ)及綠色液晶閥所開的最大比例Vg(0~1)的積分，其表示式為：

IDg=∫D₀ D(λ)‧G(λ)‧V_g dλ=D₀ V_g ∫D(λ)G(λ)dλ......(2)

但是當綠色液晶閥打開時，青色波段的LED也會部分穿透，因此其在色座標Eg的亮度大小IEg之表示式為：

IEg=E₀ ‧Vg∫E(λ)G(λ)dλ........(3)

因此k點的亮度大小為IDg+IEg，其比例於(W1D₀ +W2E₀ )Vg，其組成第二個可調整參數(其中W1=∫D(λ)G(λ)dλ，W2=∫E(λ)G(λ)dλ)。

同理，在色座標Eb的位置的原色光的亮度大小IEb為青色波段LED亮度大小E₀ 及頻譜函數E(λ)，透過藍色濾光片的透光率函數B(λ)及藍色液晶閥所開的最大比例Vb(0~1)的積分，其表示式為：

IEb=∫E₀ E(λ)B(λ)Vbdλ=E₀ Vb‧∫E(λ)B(λ)dλ.......(4)

因此利用E₀ Vb組成第三個可調整參數。

利用以上分析可知，利用調整D₀ Vr，(W1D₀ +W2E₀ )Vg，E₀ Vb三個參數，可以達到白平衡所需的點。因此只要D₀ 與E₀ 為已知即可決定三個顏色液晶閥的Vr,，Vg，Vb的最大開閥值，因此，原本要在顯示器上顯示的一幅畫面的顯示資料，是被區分為r、g、b三個原始分色子畫面資料，分別供驅動光源中的紅、綠、藍LED發光、以及分別驅動對應紅、綠、藍濾光片的各晶胞之液晶閥改變光通透狀態。此時，則由控制裝置中的例如一個處理器將該三幅原始分色子畫面資料、及該等調制後中心波長分佈，依照下式調整前述原始分色子畫面資料，使得輸出的調制後分色子畫面資料中，液晶閥值(即本例中新的影像信號大小)可以轉換調整為：

r' =r‧Vr；g' =g‧Vg；b' =b‧Vb.....(5)

式(5)中(r，g，b)為三個原始分色子畫面資料的各色晶胞液晶閥值，(r' ，g' ，b' )即為經過調制的三幅調制後分色子畫面資料的各色晶胞液晶閥值。

當處理器輸出調制後的分色子畫面資料(r' ，g' ，b' )到液晶面板控制器後，其在主波長D與E的LED背光源照射下，將提供k、D_r 、E_b 三點所組成的色域範圍，且其所組合出白光(當r=1、g=1、b=1時)的白平衡點將完全符合原先設定採用紅、綠、藍LED作為光源、以色座標上a、b、c位置作為基本色時的白平衡點。

進一步，在本例中的控制裝置更包括一組供分別輸出電能、各別驅動橙黃色LED元件與青色LED元件發光的驅動器，以分別控制色座標D₀ 與E₀ 處的發光亮度；甚至，可藉由該驅動器的運作，進行區域亮度調控(Local Dimming)，以增加顯示器的動態變化範圍。經由上述揭露，本案可以利用兩種波段LED光源，配合液晶閥而替代原本需三色光源建構出全彩的彩色顯示器。

如前所述，一個立體影像是由左右兩個不同時序的影像所組成，因此，本案第一較佳實施例的三維顯示系統用液晶顯示器如圖12所示，其中第一子光源1的LED背光，其由主波長分別為λ1、λ2、λ3的紅、綠、藍三個光波段LED所構成，當控制裝置驅動該子光源1發光時，同步地驅動LCD面板上的液晶閥，依照對應於左影像資料的原始三色子畫面資料改變個別的透光率，產生左眼所需的影像；其色域範圍如圖5中所示的Δabc三角形色域，其所需白平衡點為W。

對應於右眼的第二組子光源2之LED背光，則由上述兩個主波長分別為λ4、λ5橙黃色及青色波段LED所組成，當控制裝置關閉第一子光源1並點亮第二子光源2時，配合輸出調制後分色子畫面資料(r' ，g' ，b' )至LCD面板的個別晶胞組之液晶閥後，即產生右眼的影像，其色域範圍如前所述，將涵蓋k、D_r 、E_b 所組成的範圍，其白平衡點亦已調整為W點。

不過，一個立體影像是由左影像與右影像綜合後產生的立體影像，因此其色域的範圍是由左、右影像的各別基本色混合後平均而定。如圖13所示，例如紅色基本色是由a點與D_r 點的平均效應而定。如果其發光亮度相當，則其合成紅色基本色為其a點與D_r 點中心位置，標示為a' 。同理其合成立體影像的綠色基本色為標示b' 位置，合成藍色基本色為標示c' 位置，因此該立體影像的色域範圍為Δa' b' c' 的色域範圍。

因此如上所述，利用五個波段的LED背光，可以產生左右兩個彩色的影像，其中如果左眼影像具有紅綠藍三個非常飽和的色域影像，而右眼影像為青色與橙色為主色的較不飽和色彩。但在經過上述彩色濾光片之後，青色及橙黃色會產生色偏移，如此可以構成較大的色域範圍。以一般LED的色彩而言，左眼影像的色域可以達到NTSC(1987)標準色域的160%左右，但是右眼影像只可以達到NTSC(1987)的70%而已。而其綜合的立體影像色域約可達到120%左右，仍然可以提供良好的演色性。

藉此，本案可善用現有LED元件作為光源，分別建立彼此波段可區別及分離的雙眼影像資料，使可以顯示立體影像之三維顯示系統用液晶顯示器成為可行；尤其是該等LED元件製造技術與價格都在可接受範圍，因此本案的產品已經跳脫實驗室的象牙塔，達到商業量產的價值；並且經由上述調制，此種三維顯示系統用液晶顯示器，在左右兩眼所呈現影像資料分別可以調校至色座標上相同的白平衡位置，使得觀賞者可以獲得舒適的視覺感受。

故如圖14所示，觀賞者可以配戴一組對應於上述液晶顯示器的眼鏡，在本實施例中，背光源如上述，分別包括主波長為λ1、λ2、λ3的第一子光源1及主波長為λ4、λ5的第二子光源2。相對地，左眼的第一鏡片41是對應容許第一子光源的紅、綠、藍LED元件中心波長光束通過；右眼的第二鏡片42則是對應容許第二子光源的橙黃色與青色LED元件中心波長光束通過。藉由此種眼鏡的搭配，與上述液晶顯示器共同構成一組三維顯示系統。故點亮第一子光源1並依照左眼影像資料之各分色子畫面，驅動液晶顯示模組3中各晶胞組之各分色晶胞改變光通透狀態，從而呈現左眼畫面，由觀賞者左眼透過左眼鏡片41接收該影像。

隨後點亮第二子光源2，並依照右眼影像資料之各調制後分色子畫面，驅動液晶顯示模組3中各晶胞組之各分色晶胞改變光通透狀態，從而呈現右眼畫面，由觀賞者右眼透過右眼鏡片42接收該影像。藉此，讓左右眼的影像輪流呈現給觀賞者，而由觀賞者大腦自行組合出立體影像資料。同樣地，由於眼鏡本身是以被動形式運作過濾光束，對於觀賞者沒有額外攜帶電源的限制與負擔，提供觀賞者良好的操作便利性；加以，本例之光源如前述可以完全利用目前既有的LED技術，可以輕易商業運轉，造就良好市場性。並且在本例中額外增加有一個光感測裝置6，藉以分別感測第一子光源1與第二子光源2中，各波段發光的強度，一旦任何一個波段的發光強度衰減，便可藉由例如提高驅動電流的方式加以補償，以確保背光的亮度與白平衡。

當然，如熟悉本技術領域者所能輕易理解，第一與第二子光源的波段分佈，並不侷限於上述實施例，以前述五個不同波段的LED元件為例，也可以將例如橙黃、綠、藍三個波段為一組子光源，另外紅與青色為另一組子光源，其波段分佈如圖15中所示。其中左影像之子光源由主波長λ' 1的藍光LED、主波長λ' 2的綠光LED、及主波長λ' 3的橙黃色LED組成，而右影像子光源由主波長λ' 4的青色LED及主波長λ' 5的紅色LED組成。由於綠色LED發光波段及黃色LED發光波段在光譜分佈上彼此相鄰，因此其相對應的『干涉式濾鏡』的左右眼鏡片的透光率如圖16中所示，左眼鏡只需兩個波段的透光通道即可，而其右眼鏡也只需兩個波段，如此的『干涉式濾鏡』較容易製作。

當然，利用圖15所示的波段組合，其色域範圍也與前述實施例不同。其色域範圍將如圖17所示，其中點a代表紅色LED元件主波長的色座標，點E0代表青色LED元件主波長的原始色座標，點Eg代表青色LED元件主波長經過綠色濾光片後產生向綠偏移的色座標，點Eb代表青色LED元件主波長經過藍色濾光片後產生向藍偏移的色座標。因為右影像只由紅色及青色LED所發之光組成，因此點a、點Eg及點Eb三點組成的三角形，即為右眼影像的色域範圍。由圖可看出，該範圍已比前面圖13中所述的右眼影像色域更大。一般可達NTSC(1987)的110%左右。

而點D₀ 表示橙黃色LED主波長的原始色座標，點Dr表示橙黃色LED發光經過紅色濾光片的向紅偏移的位置，點Dg表示其經過綠色濾光片後向綠偏移的位置，點b表示綠色LED元件所發主波長的色座標，點c代表藍色LED元件主波長的色座標，點k' 代表點Dg與點b的平均後所得到綠色基本色的座標。因此左眼影像的色域範圍由點Dr、點k' 與點c三點所組成。一般可達NTSC(1987)的120%左右。由圖中可看出，左右兩個影像色域皆已包含P線，因此白平衡點可以達到任何色溫的要求。利用這種波段組合，其左右影像的色域更接近，對眼睛疲勞有所改善。而左右影像的綜合立體影像的色域範圍為點a" ，點b" ，點c" 所組成的三角形色域，其涵蓋範圍可達NTSC(1987)的130%左右。

當然，由於本實施例中的第一子光源與第二子光源的基本色都偏離一般常見的基本色，因此，都需要如圖18所示，由控制裝置5中的處理器52接收影像資料後，依照前述方式調整原始分色子畫面資料，改為調制後分色子畫面資料，才能正確驅動液晶顯示模組3中的各分色晶胞。當然，如熟悉本技術領域者所能輕易理解，例如習知的區域亮度調控等技術、以及前述光感測裝置6的感測資料，也可以由處理器52一併進行運算後，將相關修正補償資料提供給光源的驅動器51，從而改變第一子光源1及第二子光源2的發光亮度。

更進一步，所謂雙色光源，並非侷限於彼此獨立的兩顆LED元件，在既有技術中，亦存在有晶粒本身發出主波長為490 nm青色光，並且在元件中封裝有黃色螢光粉，使得螢光粉吸收該青色光而發出主波長590 nm黃光的白光LED，此種形式的白光LED元件，亦符合本案所界定的雙色光源，而可順利應用於本案技術並受本案權利範圍之涵蓋，並無任何窒礙難行之處。

綜合上述，當一個LED的原始波長如果落在紅色濾光片R(λ)與綠色濾光片G(λ)的交界點附近、或綠色濾光片G(λ)與藍色濾光片B(λ)的交界點附近時，經過不同濾光片將產生彼此相異的色偏移，且其偏移量將與其波寬大小有關，其波寬愈大，偏移量也愈大。相對地，由於人類可見光波長範圍有限，當本案技術不需要將可見光範圍區分為六個波段，則可以接受發光波長範圍較廣的LED元件，無須排除其適用，甚至反而可以由其發光波長範圍較寬，而獲得更佳的演色性，使所能呈現的色彩愈加豐富。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1、2．．．子光源

3．．．液晶顯示模組

41、42、91' 、92' ．．．鏡片

5．．．控制裝置中

51．．．驅動器

52．．．處理器

6．．．光感測裝置

91、92．．．偏光鏡

a、a' 、a" 、b、b' 、b" 、c、c' 、c" 、D、D₀ 、Dr、Dg、E、E₀ 、Eg、Eb、k、k' 、W．．．點

R1、G1、B1、R2、G2、B2、λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ' 1、λ' 2、λ' 3、λ' 4、λ' 5．．．波段

Ra、Rb、Rc、Ga、Gb、Gc、Ba、Bb、Bc、．．．區

R(λ)、G(λ)、B(λ)．．．透光率函數

λ_d 、λ' _d 、λ" _d 、d、e．．．波長

P．．．線

D(λ)、D' (λ)．．．頻譜

圖1是繪示人類視覺色彩範圍分佈圖。

圖2是一種習知立體顯示系統中，光行進路線、電磁場偏極化方向、與偏光片偏極化方向關係示意圖。

圖3是另一習知六波段光源的波段波長分佈示意圖。

圖4是應用圖3光源的立體顯示系統示意圖。

圖5是習用液晶顯示器背光的各LED元件發光主波長之色座標示意圖。

圖6是濾光片的透射率與波長關係示意圖。

圖7是圖6實施例中，橙黃色LED元件所發光的發光亮度與紅色濾光片光透射率之波長分佈關係示意圖。

圖8是圖7之橙黃色LED元件所發光行經紅色濾光片後，主波長偏移示意圖。

圖9是圖6實施例中，橙黃色LED元件所發光的發光亮度與綠色濾光片光透射率之波長分佈關係示意圖。

圖10是圖9之橙黃色LED元件所發光行經綠色濾光片後，主波長偏移示意圖。

圖11是圖5實施例中，橙黃色與青色LED元件所發光經三色濾光片後，所組合出三個基本色的色座標示意圖。

圖12是第一較佳實施例中的第一子光源與第二子光源波段分佈示意圖。

圖13是應用圖12的第一子光源與第二子光源所組合的液晶顯示器演色性色座標示意圖。

圖14是本案三維顯示系統第一較佳實施例的結構示意圖。

圖15是本案三維顯示系統用液晶顯示器第二較佳實施例的第一及第二子光源發光波段分佈示意圖。

圖16是搭配圖15實施例之子光源的第一與第二鏡片可通透波段分佈示意圖。

圖17是圖15實施例的第一子光源與第二子光源所組合的液晶顯示器演色性色座標示意圖。

圖18是本案三維顯示系統用液晶顯示器的結構方塊圖。

1、2．．．子光源

λ1、λ2、λ3、λ4、λ5．．．波段

3．．．液晶顯示模組

41、42．．．鏡片

Claims

一種雙色光源之彩色顯示器，包含：一液晶顯示模組，包括：複數晶胞組，每一前述晶胞組分別包括至少三個分色晶胞；及三個容許通透波長帶彼此相異的濾光片，分別對應上述各晶胞組中之各分色晶胞；其中，上述三個濾光片的容許通透波長帶中，容許通透波長帶波長居中者，與另兩者的容許通透波長帶分別具有一個交集部分；一光源，該光源係由兩組中心波長位於可見光範圍且彼此波長相異的發光二極體元件所組成；其中，至少上述兩個中心波長之一，具有一個對應於前述濾光片容許通透波長帶的兩個交集部分之一的波長；一組依照一幅顯示資料，驅動該光源發光二極體元件發光；及驅動前述各晶胞改變光通透狀態的控制裝置。
如申請專利範圍第1項之彩色顯示器，其中前述中心波長中波長較長者，具有一個與上述三個濾光片的容許通透波長帶中，容許通透波長帶波長居中者、與容許通透波長最長者，交集部分對應之中心波長，使得具有該組較長中心波長之該光束，係可被前述各晶胞組中對應該容許通透波長帶波長較長、及對應該容許通透波長帶波長居中之各分色晶胞所通透，且經由該二濾光片之容許通透比率差異，使該組發光二極體所發光束在通透該二分色晶胞後，呈現兩組相異於該所發光束、且彼此相異之調制後中心波長。
如申請專利範圍第1項之彩色顯示器，其中前述中心波長中波長較短者，具有一個與上述三個濾光片的容許通透波長帶中，容許通透波長帶波長居中者、與容許通透波長最短者，交集部分對應之中心波長，使得具有該組較短中心波長之該光束，係可被前述各晶胞組中對應該容許通透波長帶波長較短、及對應該容許通透波長帶波長居中之各分色晶胞所通透，且經由該二濾光片之容許通透比率差異，使該組發光二極體所發光束在通透該二分色晶胞後，呈現兩組相異於該所發光束、且彼此相異之調制後中心波長。
如申請專利範圍第2或3項之彩色顯示器，其中該顯示資料包括分別對應前述各晶胞組之該三分色晶胞的三幅原始分色子畫面資料，且該控制裝置更具有一個依照該三幅原始分色子畫面資料、及該等調制後中心波長分佈而調整前述原始分色子畫面資料，並輸出調制後分色子畫面資料以驅動前述各分色晶胞改變光通透狀態的處理器。
如申請專利範圍第4項之彩色顯示器，其中該控制裝置更包括一組供分別輸出電能、各別驅動該光源之前述各發光二極體元件發光的驅動器。
一種三維顯示系統用液晶顯示器，包含：一液晶顯示模組，包括：複數晶胞組，每一前述晶胞組分別包括至少三個分色晶胞；及三個容許通透波長帶彼此相異的濾光片，分別對應上述各晶胞組中之各分色晶胞；其中，上述三個濾光片的容許通透波長帶中，容許通透波長帶波長居中者，與另兩者的容許通透波長帶分別具有一個交集部分；一光源，該光源係由五組中心波長位於可見光範圍且彼此波長相異的發光二極體元件所組成；且前述發光二極體元件係被區分為第一及第二子光源，其中該第一子光源係包括前述中心波長中波長最長兩者之一、及中心波長最短兩者之一的發光二極體元件，及該第二子光源係包括該剩餘中心波長的發光二極體元件；其中，至少該第一子光源上述兩個中心波長之一，具有一個對應於前述濾光片容許通透波長帶的兩個交集部分之一的波長；藉由上述形成該交集部分之該二濾光片的容許通透比率差異，使該中心波長光束在通透該二分色晶胞後，呈現兩組相異於該光束、且彼此相異之調制後中心波長；及一組分別依照兩幅彼此對應的顯示資料，輪流驅動該第一子光源及該第二子光源發光二極體元件發光、並驅動前述各晶胞改變光通透狀態的控制裝置。
如申請專利範圍第6項之液晶顯示器，其中該兩幅顯示資料分別包括第一組及第二組分別對應前述第一及第二子光源之三幅原始分色子畫面資料，且該控制裝置更具有一個依照該第一組原始分色子畫面資料、及該第一子光源調制後中心波長分佈而調整該第一組原始分色子畫面資料，並輸出一組調制後第一組分色子畫面資料以驅動前述各分色晶胞改變光通透狀態的處理器。
如申請專利範圍第7項之液晶顯示器，其中該控制裝置更包括一組供分別輸出電能、各別驅動該光源之前述各發光二極體元件發光的驅動器。
如申請專利範圍第6、7、或8項之液晶顯示器，更包含一組用以感測該第一及第二子光源發光狀態、並輸出感測資料至該控制裝置之光感測裝置。
如申請專利範圍第6、7、或8項之液晶顯示器，其中該光源之前述發光二極體元件中，至少一組具有一個大於40 nm的半波寬。
一種三維顯示系統，包含：一個液晶顯示器，包括：一液晶顯示模組，包括：複數晶胞組，每一前述晶胞組分別包括至少三個分色晶胞；及三個容許通透波長帶彼此相異的濾光片，分別對應上述各晶胞組中之各分色晶胞；其中，上述三個濾光片的容許通透波長帶中，容許通透波長帶波長居中者，與另兩者的容許通透波長帶分別具有一個交集部分；一光源，該光源係由五組中心波長位於可見光範圍且彼此波長相異的發光二極體元件所組成；且前述發光二極體元件係被區分為第一及第二子光源，其中該第一子光源係包括前述中心波長中波長最長兩者之一、及中心波長最短兩者之一的發光二極體元件，及該第二子光源係包括該剩餘中心波長的發光二極體元件；其中，至少該第一子光源上述兩個中心波長之一，具有一個對應於前述濾光片容許通透波長帶的兩個交集部分之一的波長；藉由上述形成該交集部分之該二濾光片的容許通透比率差異，使該中心波長光束在通透該二分色晶胞後，呈現兩組相異於該光束、且彼此相異之調制後中心波長；及一組分別依照兩幅彼此對應的顯示資料，輪流驅動該第一子光源及該第二子光源發光二極體元件發光、並驅動前述各晶胞改變光通透狀態的控制裝置；及一組眼鏡，包括一片對應該第一子光源各發光二極體元件中心波長的第一鏡片；及一片對應該第二子光源各發光二極體元件中心波長的第二鏡片。
如申請專利範圍第11項之三維顯示系統，其中該兩幅顯示資料分別包括第一組及第二組分別對應前述第一及第二子光源之三幅原始分色子畫面資料，且該控制裝置更具有一個依照該第一組原始分色子畫面資料、及該第一子光源調制後中心波長分佈而調整該第一組原始分色子畫面資料，並輸出一組調制後第一組分色子畫面資料以驅動前述各分色晶胞改變光通透狀態的處理器。
如申請專利範圍第12項之三維顯示系統，其中該控制裝置更包括一組供分別輸出電能、各別驅動該光源之前述各發光二極體元件發光的驅動器。