TWI467237B - 立體影像顯示器及立體影像顯示裝置 - Google Patents

Description

立體影像顯示器及立體影像顯示裝置

本發明是有關於一種顯示器及顯示裝置，且特別是有關於一種立體影像顯示器及立體影像顯示裝置。

近年來，隨著顯示技術的不斷進步，使用者對於顯示器之顯示品質(如影像解析度、色彩飽和度等)的要求也越來越高。然而，除了高影像解析度以及高色彩飽和度之外，為了滿足使用者觀看真實影像的需求，亦發展出能夠顯示出立體影像的顯示器。

目前發展較快速也較成熟的立體顯示技術為空間多工技術(Spatial-multiplexed Technology)。在空間多工的立體顯示技術中，為了建立立體影像效果，常利用視差屏障(Parallax Barrier)或者柱狀透鏡在空間中形成不同視域(Viewing Zone)以讓觀看者右眼和左眼分別接收不同影像資訊。其中，屏障製程技術又比透鏡製程技術更為成熟，因此被廣泛應用於商品中。

具體而言，視差屏障是具有透光區域與不透光區域交錯出現的週期性結構，其具有適當的間距(Pitch)，且其與顯示單元(Image Cell)是以間隔一段適當距離的方式進行貼合。其中，顯示單元必須在一個畫面中同時播放給觀看者左右眼觀賞的影像，並且呈現左右交錯的排列。如此一來，當顯示單元與視差屏障貼合後，觀看者的左眼就只能 觀察到播放左眼影像的畫素，右眼就只能觀察到播放右眼影像的畫素，也就是說，左眼因為視差屏障的不透光區域的遮蔽效應而無法看到播放右眼影像的畫素，右眼亦然。因此，當顯示單元播放影像時，觀看者就可以在適當位置觀賞立體影像。

以雙視角(2-view)的立體影像顯示器為例，由於視差屏障與畫素都是週期性結構，因此經由屏障所投射出的左右影像區域會在空間中週期性地出現，也就是會投射出交替的左右影像區域。因此，觀看者的左右眼必須對應位於左右影像區域，才能觀賞到好的立體影像，否則會有左眼可能看到右眼影像，或是右眼可能看到左眼影像的現象發生，也就是產生雜訊(Crosstalk)。舉例來說，當觀看者位於對應於顯示器中央的位置(稱為中央位置)時，由於左眼落在左眼影像區域的中央，右眼落在右眼影像區域的中央，因此觀看者可以觀賞好的立體影像，故此觀看位置為前述的適當位置，也就是雜訊最小或幾乎不存在雜訊的位置。然而，當觀看者由中央位置向左或向右移動時，導致左眼落在右眼影像區域的中央，而右眼落在左眼影像區域的中央，觀看者將會因為感受到前後相反的錯誤立體影像而不舒服。此現象稱為幻視(Pseudoscopy)，而導致觀看者觀察到幻視的區域稱為暗區(Dead Zone)，此處的雜訊遠高於上述的中央區域，會導致觀看者的不舒服感受。

由於立體影像顯示器有所謂適當觀看位置的限制，使得觀看者在使用上較容易疲勞，導致觀看者對於立體影像 顯示器的使用意願降低。因此，降低雜訊以達成不具有觀看位置限制的立體顯示技術乃業界所致力的課題之一。

本發明提供一種立體影像顯示器，能提供雜訊較低的立體影像品質。

本發明另提供一種立體影像顯示裝置，能根據觀看者的位置提供良好的立體影像品質。

本發明提出一種立體影像顯示器，其包括顯示面板以及屏障面板。屏障面板位於顯示面板的一側。屏障面板包括第一基板、第一圖案化電極層、第二基板、第二圖案化電極層以及液晶層。第一圖案化電極層位於第一基板上，包括多個第一電極，各第一電極具有第一線寬、第一間距以及第一節距，第一節距為第一線寬與第一間距的總合。第二基板與第一基板對向設置。第二圖案化電極層位於第二基板上，包括多個第二電極，各第二電極具有第一線寬、第一間距以及第一節距，其中第一電極與第二電極彼此錯位，且第二電極相對於第一電極在水平方向上的平移距離為第一節距的1/2。液晶層位於第一圖案化電極層與第二圖案化電極層之間。

本發明另提供一種立體影像顯示裝置，其包括前述之立體影像顯示器以及人眼追蹤器。人眼追蹤器用以偵測一觀看者與顯示面板之間的相對位置，其中屏障面板的驅動與人眼追蹤器的偵測同步。

基於上述，在本發明之立體影像顯示器與立體影像顯示裝置中，屏障面板的電極層被設計成具有適當的構型與配置方式。如此一來，在搭配人眼追蹤器的使用下驅動屏障面板的電極層，立體影像顯示器能根據觀看者的位置而提供良好的立體影像品質。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A是根據本發明一實施例之立體影像顯示器的剖面示意圖，以及圖1B為圖1A之第一電極層與第二電極層的上視示意圖。請參照圖1A，立體影像顯示器100包括顯示面板200以及屏障面板300。屏障面板300位於顯示面板200的一側。在本實施例中，屏障面板300例如是配置於顯示面板200上方。屏障面板300包括第一基板310、第一圖案化電極層320、第二基板330、第二圖案化電極層340以及液晶層350。第二基板330與第一基板310對向設置。液晶層350位於第一基板310與第二基板330之間，且位於第一圖案化電極層320與第二圖案化電極層340之間。第一基板310與第二基板330例如是玻璃基板，在其他的實施例中，第一基板310與第二基板330也可以採用其他材質的透明基板。液晶層350例如是包括向列型正型液晶或向列型負型液晶。

請同時參照圖1A與圖1B，第一圖案化電極層320位 於第一基板310上，包括多個第一電極322a~322d，各第一電極322a~322d具有第一線寬L1、第一間距S1以及第一節距P1，第一節距P1為第一線寬L1與第一間距S1的總合。在本實施例中，第一線寬L1例如是介於32.5與35um之間。第一間距S1例如是介於0與6 um之間。第一節距P1例如是介於3.5與6um之間。

在本實施例中，第一圖案化電極層320例如是包括M組電極組，各組電極組例如是包括N個第一電極322a~322d，其中M、N為正整數，且N例如是大於或等於4的整數。在本實施例中，是以N=4為例進行說明，換言之，一組電極組例如是包括4個第一電極322a~322d。當然，在其他實施例中，一組電極組也可以包括5、6、7、8...個第一電極。在本實施例中，第一電極322a~322d例如是包括在水平方向D上排列的多個條狀電極。第一電極322a~322d例如是彼此平行排列，且第一電極322a~322d例如是分別經由一連接線324a~324d與一共用導線326a~326d連接。其中，第一電極322a~322d例如是可以經由共用導線326a~326d個別驅動，因此驅動上例如是分成N組。在本實施例中，驅動上例如是分成4組。第一電極322a~322d的材料例如為銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)或其他適當的透光導電材料。

第二圖案化電極層340位於第二基板330上，包括多個第二電極342a~342d，各第二電極342a~342d具有第一線寬L1、第一間距S1以及第一節距P1，其中第一電極 322a~322d與第二電極342a~342d彼此錯位，且第二電極342a~342d相對於第一電極322a~322d在水平方向D上的平移距離為第一節距P1的1/2(即1/2 P1)。換言之，第二電極342a~342d具有與第一電極322a~322d相同的第一線寬L1、第一間距S1以及第一節距P1，因此兩者具有實質上相同的構型。在本實施例中，第一線寬L1例如是介於32.5與35um之間。第一間距S1例如是介於0與6 um之間。第一節距P1例如是介於3.5與6um之間。

在本實施例中，第二圖案化電極層340例如是包括M組電極組，各組電極組例如是包括N個第二電極342a~342d，其中M、N為正整數，且N例如是大於或等於4的整數。在本實施例中，是以N=4為例進行說明，換言之，一組電極組例如是包括4個第二電極342a~342d。當然，在其他實施例中，一組電極組也可以包括5、6、7、8...個第二電極。在本實施例中，第二電極342a~342d例如是包括在水平方向上排列的多個條狀電極。第二電極342a~342d例如是彼此平行排列，且第二電極342a~342d例如是分別經由一連接線344a~344d與一共用導線346a~346d連接。其中，第二電極342a~342d例如是可以經由共用導線346a~346d個別驅動，因此驅動上例如是分成N組。在本實施例中，驅動上例如是分成4組。第二電極342a~342d的材料例如為銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)或其他適當的透光導電材料。

在本實施例中，相對應的第一電極322a~322d與第二 電極342a~342d彼此在水平方向D上錯位1/2 P1的距離。舉例來說，第一電極322a與第二電極342a在水平方向D上錯位1/2 P1的距離，第一電極322b與第二電極342b在水平方向D上錯位1/2 P1的距離，依此類推。在本實施例中，各第二電極342a~342d例如是對應地重疊於相鄰的兩個第一電極322a~322d，諸如第二電極342a與對應地重疊於相鄰的兩個第一電極322a、322b，第二電極342b與對應地重疊於相鄰的兩個第一電極322b、322c，依此類推。值得注意的是，由於第一電極322a~322d與第二電極342a~342d分別屬於不同膜層，但利用交錯配置的方式使兩者在空間上重疊，如此一來可以使得第一電極322a~322d與第二電極342a~342d得以緊密排列，但第一電極322a~322d與第二電極342a~342d又能分別具有適當的線寬。也就是說，在上下兩電極層的設計下，能夠達到使電極緊密排列的目的，又能避免製作線寬過小的電極所遭遇的線寬極限問題，因此能大幅增加電極層的製程裕度。再者，特別一提的是，考量製程誤差的存在，第二電極342a~342d相對於第一電極322a~322d在水平方向D上的平移距離可容許誤差為小於或等於5um，換言之，第二電極342a~342d相對於第一電極322a~322d在水平方向D上的平移距離例如為1/2 P1±5um。

在本實施例中，第一圖案化電極層320的第一電極322a~322d例如是可以經由共用導線326a~326d個別驅動，因此驅動上例如是分成N組，第二圖案化電極層340 的第二電極342a~342d例如是可以經由共用導線346a~346d個別驅動，因此驅動上例如是分成N組。也就是說，總共有2N組驅動訊號。在本實施例中，總共例如有8組驅動訊號。

顯示面板200例如是包括一對基板210、220，以及配置於該對基板210、220之間的顯示介質層230。基板210例如是畫素陣列基板，其具有多個畫素。每個畫素例如是包括主動元件以及與主動元件電性連接的畫素電極以及訊號線(包含資料線及掃描線)。基板220例如是彩色濾光基板，其例如是具有多個彩色濾光圖案。顯示介質層230例如是液晶層。顯示面板200是任何可以顯示影像的構件，例如液晶顯示面板、有機電激發光顯示面板、電漿顯示面板、電泳顯示面板、場發射顯示面板等，或其它型式顯示面板，其中當顯示面板200採用非自行發光的材料(例如液晶材料)作為顯示介質時，立體影像顯示器100可以選擇性地更包括有光源模組以提供顯示所需的光源。

在本實施例中，立體影像顯示器100例如是更包括黏著層400，用以接合顯示面板200與屏障面板300。立體影像顯示器100例如是更包括偏光片500a、500b、500c，分別配置於顯示面板200與屏障面板300的表面上。

在本實施例中，顯示面板200的顯示面朝向屏障面板300，亦即屏障面板300配置於顯示面板200上方。如此一來，當顯示面板200與屏障面板300貼合後，經由屏障面板300的作用(將於後文中說明)，觀看者的左眼就只能觀 察到播放左眼影像的畫素，右眼就只能觀察到播放右眼影像的畫素，進而產生立體影像效果。

接下來將以立體影像顯示器搭配人眼追蹤器使用的立體影像顯示裝置來說明立體影像顯示器的作動方式。圖2是根據本發明一實施例之立體影像顯示裝置的示意圖。請參照圖2，立體影像顯示裝置10包括前述之立體影像顯示器100以及人眼追蹤器600。人眼追蹤器600用以偵測一觀看者V與顯示面板200之間的相對位置，其中屏障面板300的驅動與人眼追蹤器600的偵測同步。人眼追蹤器600例如是包括鏡頭或重力感測器(G-sensor)。也就是說，人眼追蹤器600會根據觀看者V的眼睛位置來驅動屏障面板300，使得觀看者V的左眼落在左眼影像區域，右眼落在右眼影像區域，因此觀看者V可以觀賞到雜訊較低或幾乎無雜訊的立體影像。

圖3A與圖3B分別為立體影像顯示器搭配人眼追蹤器的作動方式的示意圖，以說明立體影像顯示器的整個驅動過程。其中，於圖3A與圖3B的下方繪示立體影像顯示器100，以及於圖3A與圖3B的上方繪示立體影像顯示器100投射出的左右眼影像光場的位置與雜訊之間的關係。其中，顯示面板200中的L與R分別表示投射出左眼影像與右眼影像的畫素，以及於屏障面板300的液晶層350中繪示出對應的屏障效果，灰色區域表示遮蔽區域，灰色區域之間的空白區域表示透光區域，OVD表示最佳視距(optimal viewing distance)。請參照圖3A，首先，當觀看者 V位於對應於立體影像顯示器100的中央位置時，給予第一電極322a、322d第一電位，同時給予第一電極322a、322d與第二電極342a~342d共同電位(Com)，其中第一電位高於或低於共同電位。在本實施例中，第一電位例如是5V，共同電位例如是0V。此時，以液晶層350為向列型液晶為例，對應於第一電極322b、322c的液晶分子的穿透率例如為255階，對應於第一電極322a、322d的液晶分子的穿透率因為有電壓差而為0階。換言之，對應於第一電極322b、322c的液晶分子形成透光區T，以及對應於第一電極322a、322d形成遮蔽區S，且透光區T與遮蔽區S交錯配置。此時，屏障面板300所產生的等效屏障效果與投射出的左右眼影像光場如圖3A所示。由圖3A可知，當觀看者V位於此中央位置，其所接收到左右眼影像光場的雜訊實質上為零，也就是說，其能觀看到良好的立體影像品質。

然後，當觀看者V相對於圖3A向右方移動到如圖3B所示的位置時，將屏障面板300的驅動改成給予第二電極342a、342d第一電位，同時給予第二電極342a、342d與第一電極322a~322d共同電位(Com)，其中第一電位高於或低於共同電位。在本實施例中，第一電位例如是5V，共同電位例如是0V。此時，所產生的等效屏障效果為由圖3A所產生的等效屏障效果向右移動了半個節距1/2 P1的距離，使得投射出來的最佳觀看區域隨著觀看者V移動，也就是表示雜訊的曲線由虛線位置移動至實線位置。這樣 的推論可以進一步推廣到在人眼追蹤器600的追蹤下同步驅動屏障面板300時，不論觀看者V移動至任何位置，觀看者V的雙眼都會落在最佳觀看區域中。

特別說明的是，若假設多個第一電極322a~322d的總寬度等同於傳統雙視角屏障的單一個電極的寬度W，則在本實施例中，各個第一電極322a~322d與第二電極342a~342d的線寬L1例如是W的1/N，且在上述驅動下，能產生相當於雙視角屏障節距(2-view Barrier Pitch)的1/2N距離的移動效果。舉例來說，在本實施例中產生相當於雙視角屏障節距的1/8距離的移動效果。

接著，進一步詳細地說明N=4的設計之光學效果，由圖3B可知，當給予第一電位的電極從第一電極322a、322d變成第二電極342a、342d時，將原本帶有單眼資訊的區域之寬度定義為WS，經由屏障面板300投射出的帶有左右眼影像資訊的區域在空間中向右平移了WS/4。也就是說，N=4的電極設計能將帶有單眼資訊的區域切割成四等份，當觀看者V移動位置，透過同步地驅動屏障面板300，就可以數位式地進行人眼追蹤，也就是一次將帶有左右眼影像資訊的區域向左或向右移動WS/4。當然，視使用者移動的位置而定，也可以一次移動兩倍WS/4或者三倍WS/4等等。再者，若於某些應用需要進一步降低干擾，可以一次讓3組電極寬度對應的液晶穿透率為0灰階。例如，給予第一電極322a、322b、322c第一電位，同時給予第一電極322d與第二電極342a~342d共同電位，如此不透光區 域可以增加以降低干擾。

由上述結論可知，N越大則人眼追蹤的效果越佳。舉例來說，為了讓干擾的現象更低，可以使用如圖4所示之立體影像顯示器100a為N=6的設計，其中為了進一步降低干擾，可以依序給予4組電極第一電位。舉例來說，給予第一電極322a、322b、322e、322f第一電位，同時給予第二電極342a~342f以及第一電極322c、322d共同電位，其中第一電位高於或低於共同電位。再者，於某些需要更佳降低干擾表現的應用，可以一次讓4組電極寬度對應的液晶穿透率為0灰階。例如，給予第一電極322a~322e第一電位，給予第一電極322f與第二電極342a~342f共同電位，如此不透光區域將增加以降低干擾。於某些希望能得到較高穿透率的應用，可以一次讓5組電極寬度對應的液晶穿透率為0灰階。例如，給予第一電極322a~322c第一電位，給予第一電極322d~322f與第二電極342a~342f共同電位，如此不透光區域將減少以增加穿透率。

由於人眼追蹤器600會偵測觀看者V的眼睛位置並據此驅動屏障面板300，故屏障面板300的驅動能與觀看者V所處的位置同步，使得經由顯示面板200與屏障面板300所投射出來的最佳觀看區域會跟隨著觀看者V移動，因此達到無暗區(Dead Zone Free)的立體顯示效果。如此一來，觀看者可以在任意移動位置的狀態下觀看到具有良好立體影像品質的立體影像，而不會受到所謂適當影像投射區域的限制，故能提升觀看者的身體舒適度以及所觀賞到的立 體影像品質。

綜上所述，在本發明之立體影像顯示器與立體影像顯示裝置中，屏障面板的第一電極層與第二電極層包括在空間上彼此錯位的多個第一電極與多個第二電極。如此一來，在搭配人眼追蹤器的使用下驅動屏障面板的電極層，立體影像顯示器能根據觀看者的位置而提供雜訊較低或幾乎沒有雜訊的最佳觀看區域，以達到無暗區的立體顯示效果。因此，觀看者可以在任意移動位置的狀態下觀看到具有良好立體影像品質的立體影像，而不會受到所謂適當影像投射區域的限制，故能提升觀看者的身體舒適度以及所觀賞到的立體影像品質。

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，任何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，當可作些許之更動與潤飾，故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。

10‧‧‧立體影像顯示裝置

100、100a‧‧‧立體影像顯示器

200‧‧‧顯示面板

210、220、310、330‧‧‧基板

230‧‧‧顯示介質層

300‧‧‧屏障面板

320、340‧‧‧圖案化電極層

322a~322f、342a~342f‧‧‧電極

324a~324d、344a~344d‧‧‧連接線

326a~326d、346a~346d‧‧‧共用導線

350‧‧‧液晶層

400‧‧‧黏著層

500a、500b、500c‧‧‧偏光片

600‧‧‧人眼追蹤器

L‧‧‧左眼影像畫素

R‧‧‧右眼影像畫素

S‧‧‧遮蔽區

T‧‧‧透光區

V‧‧‧觀看者

D‧‧‧水平方向

L1‧‧‧線寬

S1‧‧‧間距

P1‧‧‧節距

圖1A是根據本發明一實施例之立體影像顯示器的剖面示意圖。

圖1B為圖1A之第一電極層與第二電極層的上視示意圖。

圖2是根據本發明一實施例之立體影像顯示裝置的示意圖。

圖3A為立體影像顯示器搭配人眼追蹤器的作動方式 的示意圖。

圖3B為立體影像顯示器搭配人眼追蹤器的作動方式的示意圖。

圖4是根據本發明一實施例之立體影像顯示器的剖面示意圖。

100‧‧‧立體影像顯示器

200‧‧‧顯示面板

210、220、310、330‧‧‧基板

230‧‧‧顯示介質層

300‧‧‧屏障面板

320、340‧‧‧圖案化電極層

322a~322d、342a~342d‧‧‧電極

350‧‧‧液晶層

400‧‧‧黏著層

500a、500b、500c‧‧‧偏光片

D‧‧‧水平方向

L1‧‧‧線寬

S1‧‧‧間距

P1‧‧‧節距

Claims (11)

1. 一種立體影像顯示器，包括：一顯示面板；以及一屏障面板，位於該顯示面板的一側，其中該屏障面板包括：一第一基板；一第一圖案化電極層，位於該第一基板上，包括多個第一電極，各該第一電極具有一第一線寬、一第一間距以及一第一節距，該第一節距為該第一線寬與一第一間距的總合，其中該第一間距介於0與6um之間；一第二基板，與該第一基板對向設置；一第二圖案化電極層，位於該第二基板上，包括多個第二電極，各該第二電極具有該第一線寬、該第一間距以及該第一節距，其中該些第一電極與該些第二電極彼此錯位，且該些第二電極相對於該些第一電極在水平方向上的平移距離為該第一節距的1/2；以及一液晶層，位於該第一圖案化電極層與該第二圖案化電極層之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之立體影像顯示器，其中各該第二電極對應地重疊於相鄰的兩個該第一電極。
3. 如申請專利範圍第1項所述之立體影像顯示器，其中該液晶層包括一向列型正型液晶或一向列型負型液晶。
4. 如申請專利範圍第1項所述之立體影像顯示器，其中該些第一電極包括在水平方向上排列的多個條狀電極。
5. 如申請專利範圍第1項所述之立體影像顯示器，其中該些第二電極包括在水平方向上排列的多個條狀電極。
6. 一種立體影像顯示裝置，包括：如申請專利範圍第1項所述之立體影像顯示器；以及一人眼追蹤器，用以偵測一觀看者與該顯示面板之間的相對位置，其中該屏障面板的驅動與該人眼追蹤器的偵測同步。
7. 如申請專利範圍第6項所述之立體影像顯示裝置，其中各該第二電極對應地重疊於相鄰的兩個該第一電極之間。
8. 如申請專利範圍第6項所述之立體影像顯示裝置，其中該液晶層包括一向列型正型液晶或一向列型負型液晶。
9. 如申請專利範圍第6項所述之立體影像顯示裝置，其中該些第一電極包括在水平方向上排列的多個條狀電極。
10. 如申請專利範圍第6項所述之立體影像顯示裝置，其中該些第二電極包括在水平方向上排列的多個條狀電極。
11. 如申請專利範圍第6項所述之立體影像顯示裝置，其中該人眼追蹤器包括一鏡頭或一重力感測器(G-sensor)。