TWI446315B - 立體顯示裝置 - Google Patents

Description

立體顯示裝置

本發明係關於一種立體顯示裝置，特別係關於一種可由各種不同角度觀賞之立體顯示裝置。

早在工業革命之前，人類就發現到人雖然有兩隻眼睛，兩視網膜所接收到的影像也不完全相同，但人卻不會有看到雙重影像的困擾。後來經過嚴密的動物及人體試驗，更證實了視網膜上有專職於立體視覺的細胞，並由大腦融合兩格不同視角的影像來產生深度知覺(depth perception)的效果，藉此，人類才可以藉由眼睛感受到空間的立體感。

隨著科技的日新月異的進步與發達，近年來，顯示技術已出現突破性的發展，可以在平面顯示器上顯示三維的立體影像，其大致上係利用由兩眼視差(binocular parallax)效應所造成。兩眼視差代表兩眼因所處位置不同、視角不同，導致所見影像內容也略微不同的效應，最後兩影像經大腦融合，便形成立體影像。就使用外觀而言，立體顯示技術可大致分成使用者需戴特殊設計眼鏡觀看的戴眼鏡式(stereoscopic)以及直接裸眼觀看的裸眼式(auto-stereoscopic)。戴眼鏡式立體顯示技術可大致分為濾光眼鏡(color filter glasses)、偏光眼鏡(polarizing glasses)以及快門眼鏡(shutter glasses)等類別，其工作原理主要是利用顯示器送出具有特殊訊息的左右眼影像，經由頭戴式眼鏡的選擇，讓左右眼分別看到左右眼影像，以形成立體視覺。

然而，由於戴眼鏡式立體顯示技術會造成使用者不方便及不適，因此一直未能普及於一般日常生活中，因此，裸眼式立體顯示逐漸成為立體顯示技術的主要發展趨勢。傳統的裸眼式立體顯示裝置，主要是將顯示畫面間隔地劃分為左右眼影像顯示區域，利用光柵(barrier)或帶狀凸線網屏(lenticular screen)同時將影像分別投向左右眼，以達到立體效果。簡而言之，即係透過光柵或帶狀凸線網屏將兩個不同視角的畫面輸入至人眼進而產生3D立體的效果。故在面板資料部份，僅需將兩不同視角的影像資料放置同一片面板中，再利用光柵技術遮蔽兩不同視角的影像資料，讓左眼與右眼分開接收，即可於大腦中產生3D影像效果。具體而言，可參酌圖1及圖2a及圖2b所示，圖1係描繪具有兩不同視角資料的畫素陣列101，圖2a及圖2b係描繪將光柵201設置於畫素陣列101上方，左右眼所視之影像，於圖1中，畫素陣列101包含複數紅色子畫素102、綠色子畫素103及藍色子畫素104，均係沿著水平方向依序排列，以利於混光產生彩色，其中，部分子畫素係顯示左眼(或右眼)視角資料，如圖中標示“1”的子畫素，而另一部份之子畫素則係顯示右眼(或左眼)之視角資料，如圖中標示“2”的子畫素，接著請參閱圖2a及圖2b所示，其中，光柵201係一種等距式且具一斜角的平行柵狀結構，以利於遮蔽標示“1”的子畫素發出的光線進入使用者的右眼(或左眼)，並遮蔽標示“2”的子畫素所發出的光線進入使用者的左眼(或右眼)。其斜角主要是基於第1圖像素的錯位配置所置。換言之，當畫素陣列101所放射的光線經過光柵後，使用者的左眼僅能看到標示“1”的子畫素，如圖2a所示，而其右眼僅能看到標示“2”的子畫素，如圖2b所示。藉此，兩眼可分別取得不同視角的影像資料，而大腦中的視覺系統會將其重新組合，以形成具有深度知覺的三維顯示畫面。

然而，光柵式立體顯像技術之RGB畫素陣列，不論是左眼或是右眼，只有在單一方向(或角度)可以看到各個RGB子畫素所合成的影像資訊，因此如果翻轉或旋轉顯示器至其他角度時，則無法看到RGB子畫素合成的影像資料，進而導致立體影像無法產生。例如，如果將圖2a或圖2b順時針旋轉90度，則第一行的子畫素全為紅色子畫素，亦即，在第一行處只會看到RRR的影像資料；如果逆時針旋轉90度，則第一行的子畫素全為藍色子畫素，亦即，在第一行處只會看到BBB的影像資料。

此外，在光柵式立體顯示技術中，必須設置光柵於畫素陣列上方，因此會降低整體光線穿透率，俾使亮度下降甚多。因此，為了滿足立體顯示裝置的亮度需求，必須增加顯示面板中背光模組的亮度，進而導致背光模組功率負載上升以及成本的增加。

綜上所述，於習知的光柵式立體顯示技術中，仍存在著一些困難及缺點以待克服。

為了克服上述困難及缺點，本發明提供一種立體顯示裝置，具體而言，係一種在不同方向或角度均可有效觀賞的光柵式立體顯示裝置。

本發明之一目的在於利用紅、綠、藍、及白色子畫素的特殊排列方式，以提供一種特殊的畫素排列，俾使立體顯示裝置在不同方向或角度的旋轉之下，仍可有效得到三維立體的成像效果。

本發明之另一目的在於將白色子畫素應用於立體顯示裝置中，藉以改善習知的立體顯示裝置因光柵所造成亮度降低的問題。

為了滿足上述目的，本發明提供一種立體顯示裝置，其包含：一畫素陣列，具有複數畫素單元矩陣；一背光模組，設置於上述畫素陣列之一側，藉以投射光線至上述畫素陣列；及一光柵，設置於上述畫素陣列之另一側，藉以提供使用者接收不同視角之影像資料。其中，每一上述複數畫素單元矩陣包含：至少一第一子畫素，設置於中央區域；至少一第二子畫素，設置於上、下側區域，緊鄰上述中央區域；至少一第三子畫素，設置於左、右側區域，緊鄰上述中央區域；及至少一第四子畫素，設置於矩陣角落區域，其係位於上述每一畫素單元矩陣之角落。

藉由上述特殊設計的畫素陣列，使得立體顯示裝置在不同方向之翻轉或旋轉下，於左眼或右眼中均可呈現以紅綠藍白(RGBW)為單位的畫素單元矩陣，藉以克服習知立體顯示裝置翻轉後，因為相鄰子畫素均為同色，而無法看到由RGB子畫素所合成影像資料之缺點，進而提供一種在各個方向均可呈現良好成像效果之立體顯示裝置。

以上所述係用以闡明本發明之目的、達成此目的之技術手段、以及其產生的優點等等。而本發明可從以下較佳實施例之敘述並伴隨後附圖式及申請專利範圍使讀者得以清楚了解。

本發明將以較佳實施例及觀點加以敘述，此類敘述係解釋本發明之結構，僅用以說明而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之較佳實施例以外，本發明亦可廣泛實行於其他實施例中。

本發明係揭露一種可在各個方向觀賞之全方向式立體顯示裝置，其係利用由RGBW特殊排列而成的畫素陣列，使得立體顯示裝置在不同方向之翻轉或旋轉下，於左眼或右眼中均可呈現以紅綠藍白(RGBW)為單位的畫素單元矩陣，藉此，無論顯示裝置如何翻轉，使用者均可觀賞到三維的立體影像。

請參閱圖3所示，本圖為本發明之立體顯示裝置之截面圖，立體顯示裝置300包含畫素陣列301、背光模組302、光柵303。其中，背光模組302係設置於畫素陣列301之一側，係用以提供畫素陣列所需之光線，而光柵303係設置於畫素陣列301之另一側，其為一種柵狀結構，具體而言，為一種斜向平行之柵狀結構，具有複數等距之間隔306，而上述間隔306之間距係根據人類雙眼距離所設計，當使用者以左眼304觀看時，光柵303可遮蔽右眼305所需的影像資料，並由其間隔306提供左眼304得到其所應得的左眼影像資料。同理可知，當使用者以右眼305觀看時，光柵303可遮蔽左眼304所需的影像資料，並由間隔306提供右眼305得到其所應得的右眼影像資料。換言之，當使用者以兩眼觀看此立體顯示裝置300，其左眼304及右眼305會藉由光柵303之間隔306分別接收到其所需的影像資料，然後再於大腦中合成左眼304及右眼305所得到的影像資料，以形成三維的立體影像。

請參閱圖4所示，本圖係描繪本發明所揭露之畫素陣列301之較佳實施例，其中，本實施例畫素陣列301的畫素單元矩陣401係由複數個畫素所構成，而每一畫素單元矩陣401包含複數第一子畫素402、複數第二子畫素403、複數第三子畫素404及複數第四子畫素405所配置。本實施例係採用4×4作為上述畫素單元矩陣401之說明，依此，上述第一子畫素402、第二子畫素403、第三子畫素404及第四子畫素405之數量均為四。惟，本領域之技藝者應當知悉，上述子畫素之數量僅係用以闡釋，而非限制本發明，使用者可依個別需求自行決定，例如3×3、5×5、6×6...n×n矩陣等等，其中n為正整數。

以此概念而言，上述之畫素單元矩陣401包含四個第一子畫素402，係配置於中央區域；兩對第二子畫素403，係配置於緊鄰中央區域之上、下側區域，例如配置於中央區域所形成正方形之上側以及下側；兩對第三子畫素404，係配置於緊鄰中央區域之左、右側區域，例如配置於中央區域所形成正方形之左、右側。而四個第四子畫素405則係分別設置於畫素單元矩陣401之矩陣角落區域，亦即四個角落，俾使此畫素單元矩陣401呈現4×4的矩陣。第一子畫素402可以為白色、藍色、紅色或綠色。第二子畫素403可以為白色、藍色、紅色或綠色。同理，第三子畫素404與第四子畫素405亦可以為上述顏色，但是四者必須錯開，以避免於左眼或右眼顯示出同色相鄰之子畫素，而無法有效合成立體影像。圖4的實施例係以第一子畫素402為白色，第二子畫素403為紅色，第三子畫素404為藍色，而第四子畫素405為綠色作一說明。但如上所述，任意顏色可以為中心區域，依此類推。

畫素陣列301所投射出來的光線會受到光柵303的影響，而於左右眼產生不同的影像資料，例如圖5a、圖5b及圖6a、圖6b所示。其中，圖5a係描繪使用者以左眼304觀察時，本實施例之畫素陣列301與光柵303之示意圖，而圖5b則係描繪本實施例中左眼304所觀察到之畫素陣列501，由圖中可看出，光柵303係以斜角遮蔽畫素陣列301中的部分子畫素，而未被遮蔽的子畫素則會投射至使用者之左眼304，進而形成圖5b中的左眼畫素陣列501，由圖中可觀察得知，左眼畫素陣列501係由複數左眼畫素單元矩陣502所構成，每一左眼畫素單元矩陣502係由一列綠、白、藍、紅色(GWBR)子畫素及一列紅、藍、白、綠(RBWG)子畫素所形成，故避免產生同色子畫素相鄰之問題。同理，圖6a係描繪使用者以右眼305觀察時，本實施例之畫素陣列301與光柵303之示意圖，而圖6b則係描繪本實施例中將光線投射至右眼305之右眼畫素陣列601，相似於圖5a，光柵303亦以斜角遮蔽畫素陣列301之部分子畫素，惟，由於左右眼視角不同，光柵所遮蔽的子畫素不同，故，右眼305觀察到之子畫素亦為不同，而投射至右眼305的右眼畫素陣列601，可參照圖6b，相似於左眼畫素陣列501，其亦係由複數右眼畫素單元矩陣602所構成，而每一右眼畫素單元矩陣602係由一列紅、藍、白、綠色(RBWG)子畫素及一列綠、白、藍、紅色(GWBR)子畫素所形成，不會產生相鄰子畫素為同色之問題。由於上述左眼畫素陣列501及右眼畫素陣列601均無同色子畫素相鄰的問題，故此立體顯示裝置300未旋轉時，可有效合成為三維立體影像。

接著，請參閱圖7a、7b及圖8a、8b所示，其分別描繪本實施例之立體顯示裝置300依據順時針旋轉90度後，左右眼可接收到的畫素陣列，由圖7a可看出，經由旋轉之後，光柵303係由斜角方向遮蔽畫素陣列301中的部分子畫素，而未被遮蔽的子畫素則會投射至使用者之左眼304，進而形成圖7b中左眼所觀察到的畫素陣列701。其中，左眼畫素陣列701係由複數左眼畫素單元矩陣702所構成，而每一左眼畫素單元矩陣702係由一列藍、紅、白、綠色(BRWG)子畫素及一列綠、白、紅、藍(GWRB)子畫素所形成，故不會產生同色子畫素相鄰之問題。另一方面，圖8a及圖8b係描繪當使用者以右眼305觀察時，可接收到的畫素陣列，相似於圖7a，光柵303亦係以傾斜方向遮蔽畫素陣列301之部分子畫素，惟，由於左右眼視角不同，光柵所遮蔽的子畫素亦為不同，故，可將右眼305所觀察到之子畫素亦為不同。上述子畫素之光線投射至右眼305可形成圖8b中的右眼畫素陣列801，相似於圖7b之左眼畫素陣列701，其亦係由複數右眼畫素單元矩陣802所構成，而每一右眼畫素單元矩陣802係由一列綠、白、紅、藍色(GWRB)子畫素及一列藍、紅、白、綠色(BRWG)子畫素所形成，不會產生相鄰子畫素為同色之問題。由於上述左眼畫素陣列501及右眼畫素陣列601均無同色子畫素相鄰的問題。因此，立體顯示裝置300不論是順時針或逆時針旋轉90度時，仍可有效合成三維立體影像。另外，由於立體顯示裝置300順時針旋轉180度及270度所顯示之左右眼畫素陣列，分別為未旋轉及旋轉90度所形成畫素陣列之倒置，故亦無相鄰子畫素為同色的問題。據此，無論立體顯示裝置300之旋轉角度或方向為何，投射於左眼或右眼之個別畫素陣列均無同色相鄰子畫素的問題，故可提供雙眼正確的影像資料，進而提供使用者在任何方向均可有效得到三維立體影像。

於本發明之部分實施例中，可利用各種子畫素的不同排列組合，以提供不同的畫素單元矩陣，於此列出二十四種組合態樣，請參閱圖9a、9b至圖20a、20b所示，惟，下列組合態樣僅係用以闡釋，而限制本發明。

其中，圖9a係描繪前述之較佳實施例，而圖9b係將圖9a之畫素單元矩陣順時針旋轉90度而得，亦即，利用藍色子畫素做為第二子畫素403，而將紅色子畫素做為第三子畫素404；圖10a之第一子畫素402為白色子畫素、第二子畫素403為藍色子畫素、第三子畫素404為綠色子畫素、第四子畫素405為紅色子畫素，而圖10b係將圖10a之畫素單元矩陣順時針旋轉90度而得，亦即，利用綠色子畫素做為第二子畫素403，並將藍色子畫素做為第三子畫素404；圖11a之第一子畫素402為白色子畫素、第二子畫素403為紅色子畫素、第三子畫素404為綠色子畫素、第四子畫素405為藍色子畫素，而圖11b係將圖11a之畫素單元矩陣向右旋轉90度而得，亦即，利用綠色子畫素做為第二子畫素403，並將紅色子畫素做為第三子畫素404；圖12a之第一子畫素402為紅色子畫素、第二子畫素403為白色子畫素、第三子畫素404為藍色子畫素、第四子畫素405為綠色子畫素，而圖12b係將圖12a之畫素單元矩陣向右旋轉90度而得，亦即，利用藍色子畫素做為第二子畫素403，並將白色子畫素做為第三子畫素404；圖13a之第一子畫素402為紅色子畫素、第二子畫素403為藍色子畫素、第三子畫素404為綠色子畫素、第四子畫素405為白色子畫素，而圖13b係將圖13a之畫素單元矩陣向右旋轉90度而得，亦即，利用綠色子畫素做為第二子畫素403，並將藍色子畫素做為第三子畫素404；圖14a之第一子畫素402為紅色子畫素、第二子畫素403為白色子畫素、第三子畫素404為綠色子畫素、第四子畫素405為藍色子畫素，而圖14b係將圖14a之畫素單元矩陣順時針旋轉90度而得，亦即，利用綠色子畫素做為第二子畫素403，並將白色子畫素做為第三子畫素404；圖15a之第一子畫素402為綠色子畫素、第二子畫素403為白色子畫素、第三子畫素404為藍色子畫素、第四子畫素405為紅色子畫素，而圖15b係將圖15a之畫素單元矩陣順時針旋轉90度而得，亦即，利用藍色子畫素做為第二子畫素403，並將白色子畫素做為第三子畫素404；圖16a之第一子畫素402為綠色子畫素、第二子畫素403為藍色子畫素、第三子畫素404為紅色子畫素、第四子畫素405為白色子畫素，而圖16b係將圖16a之畫素單元矩陣順時針旋轉90度而得，亦即，利用紅色子畫素做為第二子畫素403，並將藍色子畫素做為第三子畫素404；圖17a之第一子畫素402為綠色子畫素、第二子畫素403為白色子畫素、第三子畫素404為紅色子畫素、第四子畫素405為藍色子畫素，而圖17b係將圖17a之畫素單元矩陣順時針旋轉90度而得，亦即，利用紅色子畫素做為第二子畫素403，並將白色子畫素做為第三子畫素404；圖18a之第一子畫素402為藍色子畫素、第二子畫素403為白色子畫素、第三子畫素404為綠色子畫素、第四子畫素405為紅色子畫素，而圖18b係將圖18a之畫素單元矩陣順時針旋轉90度而得，亦即，利用綠色子畫素做為第二子畫素403，並將白色子畫素做為第三子畫素404；圖19a之第一子畫素402為藍色子畫素、第二子畫素403為綠色子畫素、第三子畫素404為紅色子畫素、第四子畫素405為白色子畫素，而圖19b係將圖19a之畫素單元矩陣順時針旋轉90度而得，亦即，利用紅色子畫素做為第二子畫素403，並將綠色子畫素做為第三子畫素404；圖20a之第一子畫素402為藍色子畫素、第二子畫素403為紅色子畫素、第三子畫素404為白色子畫素、第四子畫素405為綠色子畫素，而圖20b係將圖20a之畫素單元矩陣向右旋轉90度而得，亦即，利用白色子畫素做為第二子畫素403，並將紅色子畫素做為第三子畫素404。

上述敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。

101．．．畫素陣列

102．．．紅色子畫素

103．．．綠色子畫素

104．．．藍色子畫素

201．．．光柵

300．．．立體顯示裝置

301．．．畫素陣列

302．．．背光模組

303．．．光柵

304．．．左眼

305．．．右眼

306．．．間隔

401．．．畫素單元矩陣

402．．．第一子畫素

403．．．第二子畫素

404．．．第三子畫素

405．．．第四子畫素

501．．．左眼畫素陣列

502．．．左眼畫素單元矩陣

601．．．右眼畫素陣列

602．．．右眼畫素單元矩陣

701．．．左眼畫素陣列

702．．．左眼畫素單元矩陣

801．．．右眼畫素陣列

802．．．右眼畫素單元矩陣

圖1係描繪習知畫素陣列。

圖2a係描繪習知技術中左眼所視影像。

圖2b係描繪習知技術中右眼所視影像。

圖3係描繪本發明之立體顯示裝置之側視圖。

圖4係描繪本發明之畫素陣列之較佳實施例。

圖5a係描繪本發明畫素陣列以左眼觀察之示意圖。

圖5b係描繪於本發明中左眼所視影像。

圖6a係描繪本發明畫素陣列以右眼觀察之示意圖。

圖6b係描繪於本發明中右眼所視影像。

圖7a係描繪本發明畫素陣列順向旋轉90度後以左眼觀察之示意圖。

圖7b係描繪本發明畫素陣列順向旋轉90度後左眼所視影像。

圖8a係描繪本發明畫素陣列順向旋轉90度後以右眼觀察之示意圖。

圖8b係描繪本發明畫素陣列順向旋轉90度後右眼所視影像。

圖9a、9b至圖20a、20b係描繪本發明之畫素單元矩陣之各實施例。

301．．．畫素陣列

401．．．畫素單元矩陣

402．．．第一子畫素

403．．．第二子畫素

404．．．第三子畫素

405．．．第四子畫素

Claims (7)

1. 一種立體顯示裝置，其包含：一畫素陣列，具有複數畫素單元矩陣，用以使相鄰子畫素對不同眼呈現不同顏色；一背光模組，設置於該畫素陣列之一側，藉以投射光線至該畫素陣列；及一光柵，設置於該畫素陣列之另一側；其中，每一該複數畫素單元矩陣包含：一第一子畫素組，包含四子畫素且設置於中央區域；一第二子畫素組，包含四子畫素且設置於上、下側區域，緊鄰該中央區域；一第三子畫素組，包含四子畫素且設置於左、右側區域，緊鄰該中央區域；及一第四子畫素組，包含四子畫素且設置於矩陣角落區域，其係位於該每一該複數畫素單元矩陣之角落，其中該第一子畫素、該第二子畫素、該第三子畫素、和該第四子畫素為不同顏色，及每一該複數畫素單元矩陣為4×4矩陣。
2. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯示裝置，其中該第一子畫素組、該第二子畫素組、該第三子畫素組或該第四子畫素組包括白色、紅色、綠色或藍色。
3. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯示裝置，其中該光 柵為斜向平行之柵狀結構。
4. 如申請專利範圍第3項所述之立體顯示裝置，其中該立體顯示裝置於任意角度所散發之光線投射至左眼會形成一左眼畫素陣列，投射至右眼會形成一右眼畫素陣列。
5. 如申請專利範圍第4項所述之立體顯示裝置，其中該左眼畫素陣列包含至少一左眼畫素單元矩陣，且該右眼畫素陣列包含至少一右眼畫素單元矩陣。
6. 如申請專利範圍第5項所述之立體顯示裝置，其中該左眼畫素單元矩陣及該右眼畫素單元矩陣均包含至少一紅、綠、及藍色子畫素，藉以於任意角度合成為立體影像。
7. 如申請專利範圍第6項所述之立體顯示裝置，其中該左眼畫素單元矩陣及該右眼畫素單元矩陣進一步包含至少一白色子畫素，藉以提升亮度。