TWI497118B - A liquid crystal parallax barrier device for displaying stereoscopic images in both directions - Google Patents

A liquid crystal parallax barrier device for displaying stereoscopic images in both directions Download PDF

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TWI497118B
TWI497118B TW102122158A TW102122158A TWI497118B TW I497118 B TWI497118 B TW I497118B TW 102122158 A TW102122158 A TW 102122158A TW 102122158 A TW102122158 A TW 102122158A TW I497118 B TWI497118 B TW I497118B
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一種雙方向顯示立體影像之液晶視差光柵裝置
本發明一種雙方向顯示立體影像之液晶視差光柵裝置，主要係由一第一線性偏光片、一第一透明基板、一第一ITO電極層、一第一絕緣層、一第二ITO電極層、一第一配向膜層、一液晶分子層、一第二配向膜層、一第三ITO電極層、一第二絕緣層、一第四ITO電極層、一第二透明基板、與一第二線性偏光片等元件所構成，其中，對於該四個ITO電極層上，個別裝置第一組傾斜條狀電極、第二組傾斜條狀電極、第三組垂直條狀電極、與第四組垂直條狀電極等四種視差光柵電極之結構，令第一組傾斜條狀電極、與第二組傾斜條狀電極，以構成第一對傾斜條狀電極；令第三組垂直條狀電極、與第四組垂直條狀電極，以構成第二對垂直條狀電極，其中，令第二組傾斜條狀電極，以構成視差光柵之遮蔽元件、令第一組傾斜條狀電極，以構成視差光柵之透光元件，係對應於RGB顏色次畫素為水平排列所構成顯示器螢幕；另外，令第三組垂直條狀電極，以構成視差光柵之遮蔽元件、令第四組傾斜條狀電極，以構成視差光柵之透光元件，係對應於RGB顏色次畫素為垂直排列所構成顯示器螢幕；另外，對於實際的使用上，係將第一對傾斜條狀電極做電氣連接，以構成第一共電極層；將第二對垂直條狀電極做電氣連接，以構成第二共電極層；對於該四種視差光柵電極，透過適當驅動電壓之控制，配合該器螢幕之使用，除了可顯示二次元影像外，亦可以不同之顯示方向，達到個別顯示三次元影像之目的。
如圖1所示，係具四層ITO電極層結構習知液晶視差光柵裝置構成之示意圖。關於上述習知液晶視差光柵之構成與功效，請 參考韓國專利案號：KR-1020050044408。該習知液晶視差光柵(Liquid Crystal Parallax Barrier)100，由上而下，主要係由第一線性偏光片101、第一透明基板102、第一ITO電極層103、第一絕緣層104、第二ITO電極層105、第一配向膜層106、一液晶分子層107、第二配向膜層108、第三ITO電極層109、第二絕緣層110、第四ITO電極層111、第二透明基板112、與第二線性偏光片113等元件所構成。
如圖2所示，對於上述該習知液晶視差光柵之裝置，於該第一ITO電極層103、第二ITO電極層105、第三ITO電極層109、與第四ITO電極層111上，係個別裝置有第一組垂直條狀光柵電極172、第二組垂直條狀光柵電極176、第三組垂直條狀光柵電極166、與第四組垂直條狀光柵電極162。其中，該第一組垂直條狀光柵電極172、第二組垂直條狀光柵電極176，具有相同電極裝置之方向，係以平行於Y軸方向裝置，並可透過電氣之連接，以構成第一共電極層(Common Electrode Layer)。為方便說明，令該第一組垂直條狀光柵電極172、與第二組垂直條狀光柵電極176所構成之結構，稱為第一對垂直條狀光柵電極。另外，第三組垂直條狀光柵電極166、與第四組垂直條狀光柵電極162，具有相同電極裝置之方向，係以平行於X軸方向裝置，並可透過電氣之連接，以構成第一共電極層。為方便說明，令該第三組垂直條狀光柵電極166、與第四組垂直條狀光柵電極162所構成之結構，稱為第二對垂直條狀光柵電極。配合一RGB顏色次畫素為條狀排列所構成顯示器螢幕之使用，為了達到以雙方向顯示三次元影像，該第一組垂直條狀光柵電極、與該第二組垂直條狀光柵電極之裝置方向，係為彼此相互垂直。
如圖3所示，係習知RGB顏色次畫素為條狀排列所構成顯示器螢幕10之示意圖。所謂RGB顏色次畫素為條狀排列(Strip Configuration)，係指該顯示器螢幕10上所裝置的RGB顏色次畫素，於水平方向上(X軸)，係以R、G、B之次序排列；於垂直方向上(Y軸)，則由同樣顏色之次畫素所構成。或者是，如圖4所示， 於垂直方向上(Y軸)，係以R、G、B之次序排列；於水平方向上(X軸)，則由同樣顏色之次畫素所構成。
另外，該單一個次畫素具有PH ×PV 之大小。其中，PH 為次畫素水平寬度、PV 為次畫素垂直高度，且具有下式之關係：PV =3PH (1)事實上，將圖3所示之顯示器螢幕10，做一90度之旋轉後，即可得圖4所示之顯示器螢幕10。對於時下智慧型行動電話習用的顯示器螢幕，當該顯示器螢幕係對應於Portrait顯示模式時，該顯示器螢幕10上RGB顏色次畫素的排列，係如圖3所示。當該顯示器螢幕係對應於Landscape顯示模式時，該顯示器螢幕10上RGB顏色次畫素的排列，係如圖4所示。
對於利用上述習知顯示器螢幕10、與該習知雙方向顯示液晶視差光柵，以雙方向顯示三次元影像時，對於Portrait顯示模式之使用，於電氣之驅動上，係可令該第一組垂直條狀光柵電極172、與該第二對垂直條狀光柵電極，做對地之連接，而對於該第二組垂直條狀光柵電極176，則輸入一適當之驅動電壓(無圖示)，以讓該處所存在之液晶分子，達到光遮蔽之效應，如圖5所示。為方便說明，令該第二組垂直條狀光柵電極176為遮蔽元件176a。而該第一組垂直條狀光柵電極172處之液晶分子，因無電壓之驅動，呈現透光之效應，令該第一組垂直條狀光柵電極172為透光元件172a。亦即，該第二組垂直條狀光柵電極176，係構成一遮蔽元件176a；而該第一組垂直條狀光柵電極172，則構成一透光元件172a。
另外，對於Landscape顯示模式之使用，於電氣之驅動上，係可令該第四組垂直條狀光柵電極162、與該第一對垂直條狀光柵電極，做對地之連接，而對於該第三組垂直條狀光柵電極166，則輸入一適當之驅動電壓(無圖示)，以讓該處所存在之液晶分子，達到光遮蔽之效應，如圖6所示。為方便說明，令該第三組垂直條狀光柵電極166為遮蔽元件166a。而該第四組垂直條狀光柵電極162處之液晶分子，因無電壓之驅動，呈現透光之效應，令該第四組垂直條狀光柵電極162為透光元件162a。亦即，該第三組垂直條 狀光柵電極166，係構成一遮蔽元件166a；而該第四組垂直條狀光柵電極162，則構成一透光元件162a。
由於該次畫素具有PV =3PH 之關係、且為了可取得同樣的最佳觀賞距離(OVD，Optimum Viewing Distance)，如圖5~6所示，該遮蔽元件176a、166a、與透光元件172a、162a，需同樣對應一組RGB次畫素的寬度，方能將顯示器螢幕10上之右影像R、左影像L，如圖7所示，於同樣的最佳觀賞距離上的最佳觀賞點(OVP，Optimum Viewing Point)，達到同樣的左右影像分離的功效。該左右影像分離的原理，請詳閱中華民國專利申請案號：097135421、098113625、98145946、098128986、99107311、99108528、99127429、100140729、101135830、101136929；以及請詳閱中華民國專利案號：391738、359609。
上述圖5所示之構成(Portrait顯示模式)，於垂直方向上(Y軸)，該垂直條狀遮蔽元件176a、與透光元件172a之裝置方向，係與同一顏色次畫素排列方向平行。另外，上述圖6所示之構成(Landscape顯示模式)，於水平方向上(X軸)，該垂直條狀遮蔽元件166a、與透光元件162a之裝置方向，係與RGB顏色次畫素排列方向平行。對於上述圖5所示之構成(Portrait顯示模式)，當觀賞者的觀賞位置向右偏離OVP時，如圖8所示，會明顯觀看到畫面顏色偏藍；而觀賞位置向左偏離OVP時，如圖9所示，會明顯觀看到畫面顏色偏紅。對於上述之現象，一般稱為色偏(Color Deviation)之現象。色偏現象的發生，係來自光柵結構設計不良，導致3D影像品質的惡化。
針對上述色偏現象之缺失，本發明一種雙方向顯示立體影像之液晶視差光柵裝置，如圖1所示，主要係於具四層ITO電極層結構之習知液晶裝置中，在其四個ITO電極層上103、105、109、111，如圖10、11所示，個別裝置第一組傾斜條狀電極123、第二組傾斜條狀電極125、第三組垂直條狀電極129、與第四組垂直條狀電極121等四種視差光柵電極之結構。令第一組傾斜條狀電極 123、與第二組傾斜條狀電極125，以構成第一對傾斜條狀電極；令第三組垂直條狀電極129、與第四組垂直條狀電極121，以構成第二對垂直條狀電極。其中，如圖12所示，令第二組傾斜條狀電極125以構成視差光柵之遮蔽元件125c、令第一組傾斜條狀電極123以構成視差光柵之透光元件123c，係對應於RGB顏色次畫素為水平排列所構成顯示器螢幕，即對應於Portrait顯示模式使用。另外，如圖13所示，令第三組垂直條狀電極129以構成視差光柵之遮蔽元件129c、令第四組傾斜條狀電極121以構成視差光柵之透光元件121c，係對應於RGB顏色次畫素為垂直排列所構成顯示器螢幕，即對應於Landscape顯示模式之使用。另外，對於實際的使用上，係將第一對傾斜條狀電極做電氣連接，以構成第一共電極層；將第二對垂直條狀電極做電氣連接，以構成第二共電極層。對於該四種視差光柵電極，透過適當驅動電壓之控制，配合平面顯示器螢幕之使用，除了可顯示二次元影像外，亦可以不同之顯示方向，達到個別顯示三次元影像之目的。
10‧‧‧顯示器螢幕
101‧‧‧第一線性偏光片
102‧‧‧第一透明基板
103‧‧‧第一ITO電極層
104‧‧‧第一絕緣層
105‧‧‧第二ITO電極層
106‧‧‧第一配向膜層
107‧‧‧一液晶分子層
108‧‧‧第二配向膜層
109‧‧‧第三ITO電極層
110‧‧‧第二絕緣層
111‧‧‧第四ITO電極層
112‧‧‧第二透明基板
113‧‧‧第二線性偏光片
123‧‧‧第一組傾斜條狀電極
123a‧‧‧第一傾斜條狀電極
123b‧‧‧第一連接電極
125‧‧‧第二組傾斜條狀電極
125a‧‧‧第二傾斜條狀電極
125b‧‧‧第二連接電極
129‧‧‧第三組垂直條狀電極
129a‧‧‧第三垂直條狀電極
129b‧‧‧第三連接電極
121‧‧‧與第四組垂直條狀電極
121a‧‧‧第四垂直條狀電極
121b‧‧‧第四連接電極
172‧‧‧第一組垂直條狀光柵電極
176‧‧‧第二組垂直條狀光柵電極
166‧‧‧第三組垂直條狀光柵電極
162‧‧‧與第四組垂直條狀光柵電極
172a、162a、123c、121c‧‧‧透光元件
176a、166a、125c、129c、125d、121d‧‧‧遮蔽元件
PH ‧‧‧次畫素之水平寬度
PV ‧‧‧次畫素之垂直高度
X、Y、Z‧‧‧座標系
R‧‧‧右影像
L‧‧‧左影像
n‧‧‧總視景數
m‧‧‧水平最小視景影像顯示單元次畫素構成之數目
Q‧‧‧垂直最小視景影像顯示單元次畫素構成之數目
int係‧‧‧取整數之函數
Mod‧‧‧取餘數之函數
BH 、B0 、‧‧‧透光元件之水平寬度
Bv ‧‧‧透光元件之垂直高度
、、‧‧‧遮蔽元件之水平寬度
BP ‧‧‧光柵基本單元之寬度
θ‧‧‧傾斜條狀視差光柵之傾斜角度
Z0 ‧‧‧最佳觀賞距離
LB ‧‧‧傾斜條狀視差光柵之裝置距離
LH ‧‧‧水平最佳視點間距
LV ‧‧‧垂直最佳視點間距
DH ‧‧‧水平最小視景影像顯示單元之寬度
DV ‧‧‧垂直最小視景影像顯示單元之寬度
q‧‧‧傾斜率
△B‧‧‧遮蔽元件水平寬度增加量
OVD‧‧‧Optimum Viewing Distance
OVP‧‧‧Optimum Viewing Point
IPD‧‧‧Interpupillary Distance
圖1~2所示，係具四層ITO電極層結構習知液晶視差光柵裝置構成之示意圖。
圖3~4所示，係習知RGB顏色次畫素為條狀排列所構成顯示器螢幕之示意圖。
圖5~6所示，係由遮蔽元件與透光元件所構成視差光柵結構之示意圖。
圖7所示，係影像分離原理結構之示意圖。
圖8~9所示，係色偏現象結構之示意圖。
圖10~13所示，係本發明視差光柵結構之示意圖。
圖14~15所示，係本發明視差光柵結構最佳化之示意圖。
如圖10所示，該第一傾斜條狀電極123a、與第一連接電極123b以構成第一組傾斜電極123；第二傾斜條狀電極125a、與第二連接電極125b以構成第二組傾斜條狀電極125。另外，如圖12 所示，令該第二傾斜條狀電極125a，以構成遮蔽元件125c，具有之寬度。是以，該遮蔽元件125c的寬度為；而令該第一傾斜條狀電極123a，以構成透光元件123c，具有B0 之寬度。是以，該透光元件123c的寬度為B0 。令該透光元件123c的寬度為B0 、與該遮蔽元件125c的寬度，具有以下之關係： 是以，該透光元件的寬度為B0 、與該遮蔽元件的寬度為，即構成一光柵基本單元之寬度BP ，具有以下之關係：
如圖11所示，該第三垂直條狀電極129a、與第三連接電極129b以構成第三組垂直條狀電極129；該第四垂直條狀電極121a、與第四連接電極121b以構成第四組垂直條狀電極121。另外，如圖13所示，令該第三垂直條狀電極傾斜條狀電極129a，以構成遮蔽元件129c，具有之寬度。是以，該遮蔽元件129c的寬度為；而令該第四垂直條狀電極121a，以構成透光元件121c，具有B0 之寬度。是以，該透光元件121c的寬度為B0 。令該透光元件121c的寬度為B0 、與該遮蔽元件129c的寬度，亦具有式(2-1)~(2-2)之關係。
對於視差光柵之基本結構，根據中華民國專利申請案號：101135830中所述，可藉由下列公式以設計：D H =mP H (3)
D V =QP V (4)
上述，各參數與函數int、Mod如下定義：PH 為次畫素之水平寬度；PV 為次畫素之垂直高度；n為總視景數；m為水平最小視景影像顯示單元次畫素構成之數目，係為一正整數；Q為垂直最小視景影像顯示單元次畫素構成之數目，係為一正整數；int為為取整數之函數；Mod為為取餘數之函數；BH 為透光元件之水平寬度；Bv 為透光元件之垂直高度；為遮蔽元件之水平寬度；θ為條狀視差光柵結構之傾斜角度；Z0 為最佳觀賞距離；LB 為視差光柵之裝置距離；LH 為水平最佳視點間距；LV 為垂直最佳視點間距；DH 為水平最小視景影像顯示單元之寬度；DV 為垂直最小視景影像顯示單元之寬度；q為傾斜率，係為一實數。
對於本發明傾斜條狀電極123a、125a之基本設計，係對於式(3)~(11)中，代入n=2、m=3、q=1、Q=1等參數、並令、BH =B0 ，即可得如下設計：D H =3P H (12)
D V =P V (13)
對於本發明垂直條狀電極121a、129a之基本設計，係對於式(3)~(11)中，對於該公式中PH 、PV 次畫素參數的下標H、V，先對調後，再代入n=2、m=1、q=1、Q=∞等參數、並令、BH =B0 ，即可得如下設計：D H =P V (21)
D V =∞ (22)
tanθ =0 (23)
B V =∞ (28)
L V =∞ (29)是以，當選用RGB顏色次畫素為條狀排列所構成之顯示器螢幕，以作為雙方向顯示三次元影像之時，利用該次畫素具有PV =3PH 之 關係，可設計取得同樣的透光元件水平寬度B0 、為遮蔽元件之水平寬度、最佳觀賞距離(OVD，Optimum Viewing Distance)。
另外，對於視差光柵結構之最佳化，根據中華民國專利申請案號：101135830中所述，如圖14、15所示，可藉由適當增加遮蔽元件之水平寬度125d、121d，亦即，增加遮蔽元件水平寬度一適當之量△B、同時對該透光元件水平寬度縮減同樣之△B，以達到增加水平觀賞自由度。是以，實際的透光元件水平寬度、遮蔽元件之水平寬度、以及水平遮蔽寬度△B，可具有如下之關係：
且 其中，可令該△B具有下式之關係：
以上所述，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內。如前述本發明所例舉實施例，雖然是藉由RGB顏色畫素為條狀排列之顯示器螢幕、垂直條狀與傾斜條狀視差光柵之結構，以說明本發明之功效。本發明之方法，亦可適用於垂直柱狀透鏡陣列、傾斜柱狀透鏡陣列之應用。謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
123‧‧‧第一組傾斜條狀電極
123a‧‧‧第一傾斜條狀電極
123b‧‧‧第一連接電極
125‧‧‧第二組傾斜條狀電極
125a‧‧‧第二傾斜條狀電極
125b‧‧‧第二連接電極
B0 ‧‧‧透光元件之水平寬度
‧‧‧遮蔽元件之水平寬度
BP ‧‧‧光柵基本單元之寬度
θ ‧‧‧傾斜條狀視差光柵之傾斜角度

Claims (8)

  1. 一種雙方向顯示立體影像之液晶視差光柵裝置，主要係由一第一線性偏光片、一第一透明基板、一第一ITO電極層、一第一絕緣層、一第二ITO電極層、一第一配向膜層、一液晶分子層、一第二配向膜層、一第三ITO電極層、一第二絕緣層、一第四ITO電極層、一第二透明基板、與一第二線性偏光片等元件所構成，其中，對於該四個ITO電極層上，個別裝置一第一組傾斜條狀電極、一第二組傾斜條狀電極、一第三組垂直條狀電極、與一第四組垂直條狀電極之四種視差光柵電極之結構，令該第一組傾斜條狀電極、與該第二組傾斜條狀電極，以構成一第一對傾斜條狀電極；令該第三組垂直條狀電極、與該第四組垂直條狀電極，以構成一第二對垂直條狀電極，其中，令該第二組傾斜條狀電極，以構成視差光柵之一第二遮蔽元件、令該第一組傾斜條狀電極，以構成視差光柵之一第一透光元件，係對應於複數個RGB顏色次畫素為一水平排列所構成一顯示器螢幕；另外，令該第三組垂直條狀電極，以構成視差光柵之一第三遮蔽元件、令該第四組垂直條狀電極，以構成視差光柵之一第四透光元件，係對應於該些RGB顏色次畫素為一垂直排列所構成該顯示器螢幕；另外，係將該第一對傾斜條狀電極做電氣連接，以構成一第一共電極層；將該第二對垂直條狀電極做電氣連接，以構成二第二共電極層；對於該四種視差光柵電極，透過一驅動電壓之控制，配合該顯示器螢幕之使用，除了顯示二次元影像，亦以不同之顯示方向，以個別顯示三次元影像；該第二遮蔽元件，具有之寬度；該第一透光元件，具有B0 之寬度，並具有以下之關係： 該第二遮蔽元件與該第一透光元件之水平寬度，係可根據下列公式以設計之：D H =mP H (3)D V =QP V (4) 上述，各參數與函數如下定義：PH 為次畫素之水平寬度；PV 為次畫素之垂直高度；n為總視景數；m為水平最小視景影像顯示單元次畫素構成之數目，係為一正整數；Q為垂直最小視景影像顯示單元次畫素構成之數目，係為一正整數；B0 為透光元件之水平寬度；Bv 為透光元件之垂直高度；為遮蔽元件之水平寬度；θ為條狀視差光柵結構之傾斜角度；Z0 為最佳觀賞距離；LB 為視差光柵之裝置距離；LH 為水平最佳視點間距；LV 為垂直最佳視點間距；DH 為水平最小視景影像顯示單元之寬度；DV 為垂直最小視景影像顯示單元之寬度；q為傾斜率，係為一實數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雙方向顯示立體影像之液晶視差光柵裝置，其中該單一個RGB顏色次畫素，係具有一水平寬度PH 、與一垂直高度PV ，且具有PV =3PH 之關係。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雙方向顯示立體影像之液晶視差光柵裝置，其中該第三遮蔽元件，具有之寬度；該第四透光 元件，具有B0 之寬度，並具有以下之關係：
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雙方向顯示立體影像之液晶視差光柵裝置，其中對於該式(3)~(11)中，係代入n=2、m=3、q=1、Q=1，以計算取得該第一透光元件之水平寬度B0 、該第二遮蔽元件之寬度、與傾斜條狀視差光柵結構之傾斜角度θ、最佳觀賞距離Z0 、視差光柵之裝置距離LB 、水平最佳視點間距LH、與垂直最佳視點間距LV 。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之雙方向顯示立體影像之液晶視差光柵裝置，其中該第三遮蔽元件與該第四透光元件之水平寬度，係可根據下列公式以設計之：D H =mP V (12)D V =QP H (13) 上述，各參數與函數如下定義：PH 為次畫素之水平寬度；PV 為次畫素之垂直高度；n為總視景數；m為水平最小視景影 像顯示單元次畫素構成之數目，係為一正整數；Q為垂直最小視景影像顯示單元次畫素構成之數目，係為一正整數；B0 為透光元件之水平寬度；Bv 為透光元件之垂直高度；為遮蔽元件之水平寬度；θ為條狀視差光柵結構之傾斜角度；Z0 為最佳觀賞距離；LB 為視差光柵之裝置距離；LH 為水平最佳視點間距；LV 為垂直最佳視點間距；DH 為水平最小視景影像顯示單元之寬度；DV 為垂直最小視景影像顯示單元之寬度；q為傾斜率，係為一實數。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之雙方向顯示立體影像之液晶視差光柵裝置，其中對於該式(12)~(20)中，係代入n=2、m=1、q=1、Q=∞，以計算取得該第三遮蔽元件之寬度、該第四透光元件之水平寬度B0 、與垂直條狀視差光柵結構之傾斜角度θ、最佳觀賞距離Z0 、視差光柵之裝置距離LB 、水平最佳視點間距LH 、與垂直最佳視點間距LV 。
  7. 如申請專利範圍第1或3項所述之雙方向顯示立體影像之液晶視差光柵裝置，其中對於該遮蔽元件與該透光元件之水平寬度，可藉由該遮蔽元件之水平寬度增加△B，亦即，縮減該透光元件之水平寬度△B，以增加水平觀賞自由度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之雙方向顯示立體影像之液晶視差光柵裝置，其中對於該△B之值，係可具有如下之關係： 其中，B0 為一透光元件之水平寬度。
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