TWI576614B - 可減少串音之免眼鏡式立體顯示設備 - Google Patents

可減少串音之免眼鏡式立體顯示設備 Download PDF

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Description

可減少串音之免眼鏡式立體顯示設備 【交叉參考之相關申請案】
本申請案依據專利法，主張日本專利申請案第JP2011-161961號之優先權，該日本專利申請案係在西元2011年7月25日提出申請，其揭露內容藉由參照全體納入作為本案揭示內容的一部分。
本發明係關於一種免眼鏡式立體顯示設備
一般而言，立體顯示設備提供自觀察者雙眼視點的視差影像。立體顯示設備被分類為需眼鏡式和免眼鏡式。需眼鏡式立體顯示設備需要特定的眼鏡，而免眼鏡式立體顯示設備則不需要特定的眼鏡。
圖25描述一個習知技術之免眼鏡式立體顯示設備(見：JP2010-262198A)，如圖25所示，藉由具有配光面Sd及出射面Sout1的一個導光板1、配置於導光板1的入射面Sina及Sinb上的二個光源2a及2b、配置於導光板1的出射面Sout1上的單面變形(single-face-deformed)三角稜鏡片3、配置於單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3上的透射式液晶顯示板4、與用於同步光源2a及2b以在透射式液晶顯示板4上顯示視差影像的同步驅動電路5，構成這個免眼鏡式立體顯示設備。當開啟光源2a及2b其中之一時，該單面變形三角稜鏡片3係用以將光線發射至觀察者的一個眼睛且沒有將光發射至該觀察者的另一眼睛。此外，偏光板4a及4b係分別設置在透射式液晶顯示板4的入射側及出射側。氣隙6係存在於單面變形三角稜鏡片3和透射式液晶顯示板4之間。如此，可顯示具有與透射式液晶顯示板4的畫素數目相同之畫素數目的立體影像。
在圖25中，可設置兩個導光板，即一下導光板和疊置於該下導光板之上的上導光板，取代導光板1(見 JP2010-286813A)。
在圖25中，導光板1、光源2a及2b、和單面變形三角稜鏡片3可整體被稱作三維(3D)背光源BS。
然而，在圖25之免眼鏡式立體顯示設備中，由於來自3D背光源BS的出射面Sout3之出射光的偏光異向性係不確定的，出射光的偏光不總是與偏光板4a的偏光軸一致，使得圖25之立體顯示設備的光學特性降低。
此外，在圖25之免眼鏡式立體顯示設備中，如圖26所示，由於氣隙6存在於3D背光源BS和透射式液晶顯示板4之間，對左眼側的光線L1可以小於15°的角度自透射式液晶顯示板4射出；然而，由於具有n=1.57之單面變形三角稜鏡片3和具有n=1.0之氣隙6之間的折射率差△n=0.57，對左眼側的其他光線L2可能在單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3被全反射，以致光線L2成為漫射光SL，其部分回到導光板1，且經由單面變形三角稜鏡片3自透射式液晶顯示板4以-4°的角度射出，而成為對右眼側的串音，因此妨礙了立體顯示。
吾人注意到JP2002-090717A使導光板的脊線(谷底線)和液晶板之偏光板的偏光軸之間的角度幾乎為零或小於45°，藉此增加發光強度。此外，JP2010-286700A揭露一偏光板，其包含偏光膜和三角稜鏡片，該二者藉由一黏著層以無氣隙的方式加以結合，藉此增加發光強度。
本發明企圖解決一或多個上述問題。
根據本發明，一種免眼鏡式立體顯示設備包含：一導光板，其具有一配光面、與該配光面對向的一出射面、及位在該配光面和該出射面之側邊互相對向的第一和第二入射面；第一和第二光源，分別配置於該導光板的該第一和第二入射面之上；一單面稜鏡片，配置於該導光板的該出射面之上；一透射式顯示板，配置於該單面稜鏡片的一出射面之上，且該透射式顯示板和該單 面稜鏡片之間沒有氣隙，該透射式顯示板具有與該單面稜鏡片的出射面對向的偏光板；及一同步驅動電路，用於同步該第一和第二光源，以在該透射式顯示板上顯示視差影像。該單面稜鏡片的出射面之偏光異向性的偏光方向與該偏光板的偏光方向一致。
此外，根據本發明，一種免眼鏡式立體顯示設備包含：一第一導光板，其具有一第一配光面、與該第一配光面對向的一第一出射面、及位在該第一配光面和該第一出射面之一個側邊的一第一入射面；一第二導光板，其具有一第二配光面、與該第二配光面對向的一第二出射面、及位在該第二配光面和該第二出射面之一個側邊的一第二入射面，該第一導光板的該第一配光面係與該第二導光板的該第二出射面對向；一第一光源，配置於該第一導光板的該第一入射面之上；一第二光源，配置於該第二導光板的該第二入射面之上，該第一和第二光源係互相對向；一單面稜鏡片，配置於該第一導光板的該第一出射面之上；一透射式顯示板，配置於該單面稜鏡片的一出射面之上，且該透射式顯示板和該單面稜鏡片之間無氣隙，該透射式顯示板具有與該單面稜鏡片的出射面對向的一偏光板；及一同步驅動電路，用於同步該第一和第二光源，以在該透射式顯示板上顯示視差影像。該單面稜鏡片的出射面之偏光異向性的偏光方向與該偏光板的偏光方向一致。
此外，一接觸層係配置於該單面稜鏡片與該透射式顯示板之間。該接觸層包含一基底、及塗佈於該基底之上的一黏著層。或者，該接觸層包含塗佈於該單面稜鏡片之上的一黏著層。
根據本發明，將該偏光板的偏光方向加以調整，以增加由入射面入射且由單面三角稜鏡片的出射面射出的光成分，且抑制在導光板之內的多重反射。此外，由於該透射式顯示板係配置於該單面三角稜鏡片之上，由全反射所造成的漫射光成分會被抑制。如此，藉由抑制多重反射和漫射光成分的疊加效果，可顯著地降低觀察者雙眼的兩個視差影像之間的串音。
圖1描述根據本發明之免眼鏡式立體顯示設備的第一實施例，在圖1中，使單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3之偏光異向性的偏光方向P1，與透射式液晶顯示板4的偏光板4a的偏光方向(軸)P2一致。要注意的是，單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3之偏光異向性係藉由導光板1預先決定。亦即，如圖2所示，單面變形三角稜鏡片3的偏光方向P1係平行於偏光板4a的偏光方向P2。
圖3描述3D背光源BS的出射光的主偏光方向和偏光板4a的偏光角之間的角度差△Φ，與圖1之透射式液晶顯示板4的相對發光強度I/I0之間的關係，其中顯然可見3D背光源BS的出射光具有偏光異向性。在圖3中，I0係在透射式液晶顯示板4的入射面處的發光強度，且I係於透射式液晶顯示板4的出射面處的發光強度。舉例而言，在圖3中，當角度差△Φ為零時，透射式液晶顯示板4的相對發光強度I/I0是最大的。要注意到的是，若3D背光源BS的出射光的偏光係同向性的，則透射式液晶顯示板4的相對發光強度I/I0將不會改變。
3D背光源BS的主出射光的偏光異向性，主要係由於在沒有導光板1之內的內部反射的狀況下，由入射面Sina及Sinb入射且由出射面Sout1射出之光線的鏡面反射成分。鏡面反射成分被認為具有強在特定方向的特定偏光異向性。另一方面，在導光板1之內多重反射的光線，在導光板1的一表面處的一個反射之後具有偏光異向性；然而，大量的此種光聚集，以致幾乎不呈現偏光異向性。
因此，將偏光板4a的偏光方向P2加以調整，以增加自入射面Sina及Sinb入射且由單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3射出的光成分，並相對於上述光成分抑制在導光板1之內多重反射的光線。
此外，在圖1中，設置接觸層7取代圖25的氣隙6。舉例而言，接觸層7係一黏著層，該黏著層係由聚對苯二甲酸乙 二酯(PET)基底所組成，其兩面皆塗佈以矽氧樹脂、聚胺酯樹脂、或壓克力樹脂(acryl resin)。接觸層7的折射率n較佳接近單面變形三角稜鏡片3的折射率，即單面變形三角稜鏡片3和接觸層7之間的折射率n的差較佳接近零，藉此抑制由全反射所造成的漫射光成分。舉例而言，單面變形三角稜鏡片3係由PET所構成，且接觸層7的基底係由PET所構成，俾使其間的折射率n的差幾乎為零。要注意的是，由全反射所造成的漫射光會由單面變形三角稜鏡片3回到導光板1，且會穿過單面變形三角稜鏡片3，這會導致觀察者雙眼的兩個視差影像之間的串音。
要注意的是，接觸層7可為不具基底的黏著層。舉例而言，接觸層7由矽氧樹脂、聚胺酯樹脂、或壓克力樹脂所構成，且將這個接觸層7直接塗佈於單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3之上。
圖4係描述圖1的導光板1的第一範例，在圖4中，導光板1係由例如壓克力樹脂或聚碳酸酯樹脂之透射式材料所構成。導光板1係相對於入射面Sina及Sinb之間的中心面而對稱。複數平坦鏡面加工部11係設置於導光板1的配光面Sd上，且延伸於入射面Sina和入射面Sinb之間。平坦鏡面加工部11係作為將光散佈至導光板1內部的裝置。複數三角稜鏡列12係設置於未設有平坦鏡面加工部11的導光板1之配光面Sd的區域上。三角稜鏡列12每一者包含用於彎曲光線路徑之複數等距離配置之三角稜鏡。例如三角形、圓形、微透鏡形狀之浮凸部13係設置於位在平坦鏡面加工部11的側邊之入射面Sina及Sinb處，以抑制返回的光。
光源2a及2b每一者可由一個以上的發光二極體(LED)構成。
在圖4中，光源2a及2b每一者的寬度，係與三角稜鏡列12每一者之寬度相同。在這個狀況下，愈接近光源2a及2b之三角稜鏡列12的一個稜鏡面，會有愈大量的由該稜鏡面全反射的光線。因此，沿著對應光源2a及2b一個寬度之三角稜鏡列12自導光板1的出射光是不均勻的，且取決於圖1的立體顯示設備的 大小和所需之表面發光強度均勻性。
圖5描述圖1導光板1的第二範例，在圖5中，將複數(例如三個)平坦鏡面加工部11與複數(例如三個)三角稜鏡列12對應光源2a及2b的一個寬度加以配置。此外，光源2a及2b互相交替。並且，將例如三角形、圓形、或微透鏡形狀之浮凸部13，設置於未設有光源2a及2b的入射面Sina及Sinb處，以抑制返回的光。如此，來自導光板1的出射光更為均勻。
在圖4中，將光源2a及2b相對於三角稜鏡列12每一者而對稱地加以配置，該三角稜鏡列具有在入射面Sina及Sinb處的平坦表面。因此，自光源2a及2b入射且被導入三角稜鏡列12其中一者的光線，會被於入射面Sina或Sinb處的平坦表面反射而產生返回光。另一方面，在圖5中，光源2a及2b係分別對向於在入射面Sinb及Sina處的浮凸部13。因此，將返回光加以抑制。
圖6A及6B係沿著圖4及5中線段VI-VI截取之剖面圖。
如圖6A所述，三角稜鏡列12可由平坦鏡面加工部11突出。同樣地，如圖6B所述，平坦鏡面加工部11可由三角稜鏡列12突出。在圖6A及6B中，將光源2a及2b分別開啟和關閉；然而，由於光源2a及2b係以其中心對稱地加以配置，當將光源2a及2b分別關閉和開啟時，可執行類似的操作。
在圖6A及6B中，來自光源2a以一實線表示的光線R1，被三角稜鏡列12的一個稜鏡面全反射，且接著由導光板1射出。此外，來自光源2a以另一實線表示的光線R2，被平坦鏡面加工部11全反射，且接著被三角稜鏡列12的一個稜鏡面全反射。最終，將光線R2由導光板1射出。於是，光線R1和R2係以導光板1的(+)角度方向發射，且因此提供左眼視差影像。
在圖6A及6B中，若無浮凸部13，來自光源2a以一虛線表示的光線R3，被平坦鏡面加工部11全反射，且接著成為在入射面Sinb處的返回光。接著，光線R3被三角稜鏡列12的一個稜鏡面全反射。最後，將光線R3由導光板1射出。因此，返回 光R3係以導光板1的(-)角度方向發射，且因此未提供一左眼視差影像。吾人注意到，此光線R3被浮凸部13不規則反射，防止該光線R3自導光板1射出。
由於需要三角稜鏡列12的稜鏡接收來自光源2a及2b二者的光線，該稜鏡每一者具有含例如164°之大頂角的等腰三角形的剖面。此外，該等稜鏡係在三角稜鏡列12中等距離配置。吾人注意到，一個較大的等腰三角形頂角會抑制返回光，且降低於向上方向行進之光線的量。
圖7描述當開啟光源2a時導光板1的左眼光分布，在圖7中，一實線表示浮凸部13存在時的左眼光分布，且一虛線表示在浮凸部13不存在時的左眼光分布。在圖7中，I係於導光板1的出射面Sout1處的發光強度，且I0係發光強度I的最大值。
如圖7中實線所示，當出射角θ1係0°到-90°時，藉由利用浮凸部13抑制圖6的返回光R3，將相對發光強度I/I0減弱。因此，不會影響右眼視差影像，這減少了右眼視差影像和左眼視差影像之間的串音。在圖7中，當出射角θ1係+50°到+80°時，有強的相對發光強度I/I0。特別是，當出射角θ1係+64°時，相對發光強度I/I0係最大的。
吾人注意到，在開啟光源2b的狀態下，當出射角θ1係0°到+90°時，藉由利用浮凸部13抑制圖6的返回光，將相對發光強度I/I0減弱。因此，不會影響左眼視差影像，這減少了右眼視差影像和左眼視差影像之間的串音。此外，當出射角θ1係-50°到-80°時，有強的相對發光強度I/I0。特別是，當出射角θ1係-64°時，相對發光強度I/I0係最大的。
因此，導光板1的左眼光分布和右眼光分布係相對於θ1=0°而對稱。
圖8描述圖1的單面變形三角稜鏡片3的一個稜鏡，在圖8中，這個稜鏡係例如三階三角稜鏡之變形三角稜鏡，其具有呈81°頂角之距離稜部A 0μm到9μm的邊部E1和F1、呈71°頂角之距離稜部A 9μm到39μm的邊部E2和F2、及呈65°頂角之 距離稜部A 39 μm到63 μm的邊部E3和F3。這個單面變形三角稜鏡片3可由成形用沖壓機(mold stamper)精確地製作。
圖9描述在圖8的單面變形三角稜鏡片3之內的光路徑，在圖9中，由導光板1的出射面Sout1所射出的光線，在邊部E1、E2、及E3處被折射，且接著在邊部F1、F2、及F3處被全反射。最後，光線由單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3射出。
以下將詳細說明當導光板1的出射角θ1分別為50°、60°、70°、及80°時，在單面變形三角稜鏡片3之內的光路徑。
如圖10A所示，當導光板1的出射角θ1係+50°時，由導光板1的出射面Sout1所射出的光線，在邊部E1、E2、及E3處被折射，且接著在邊部F1、F2、及F3處被全反射。最後，光線由單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3以+22°到+50°之出射角θ2射出。
如圖10B所示，當導光板1的出射角θ1係+60°時，由導光板1的出射面Sout1所射出的光線，在邊部E1及E2處被折射，且接著在邊部F1、F2、及F3處被全反射。最後，光線由單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3以+10°到+39°之出射角θ2射出。
如圖10C所示，當導光板1的出射角θ1係+70°時，由導光板1的出射面Sout1所射出的光線，在邊部E1及E2處被折射，且接著在邊部F1、F2、及F3處被全反射。最後，光線由單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3以+1°到+28°之出射角θ2射出。
如圖10D所示，當導光板1的出射角θ1係+80°時，由導光板1的出射面Sout1所射出的光線，在邊部E1處被折射，且接著在邊部F1處被全反射。最後，光線由單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3以+1°到+17.5°之出射角θ2射出。
要注意的是，當導光板1的出射角θ1係0°(垂直)到50°時，由導光板1所射出的光線在邊部E1、E2、及E3處被折射；然而，由於在出射面Sout3處的光線角度大於臨界角，該光線被單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3全反射。因此，光線幾乎不會穿過單面變形三角稜鏡片3。
圖11描述當開啟光源2a時單面變形三角稜鏡片3的左眼光分布，在圖11中，一實線表示當浮凸部13存在時的左眼光分布，且一虛線表示當浮凸部13不存在時的左眼光分布。在圖11中，I係於單面變形三角稜鏡片3的出射面Sout3處的發光強度，且I0係發光強度I的最大值。
如圖11中實線所示，當單面變形三角稜鏡片3的出射角θ2係0°到-30°時，藉由利用浮凸部13抑制圖6的返回光R3，減弱相對發光強度I/I0。因此，不會影響右眼視差影像，這降低了右眼視差影像和左眼視差影像之間的串音。在圖11中，當出射角θ2係0°到+30°時，有強的相對發光強度I/I0，而當出射角θ2係0°到-30°時，有非常弱的相對發光強度I/I0。
要注意的是，在開啟光源2b的狀況下，當出射角θ2係0°到+30°時，藉由利用浮凸部13抑制圖6的返回光R3，減弱相對發光強度I/I0。因此，不會影響左眼視差影像，這降低了右眼視差影像和左眼視差影像之間的串音。此外，當出射角θ2係0°到-30°時，有強的相對發光強度I/I0。
因此，單面變形三角稜鏡片3的左眼光分布和右眼光分布係相對於θ2=0°而對稱。
在上述第一實施例中，平坦鏡面加工部11的寬度係一定的；然而，平坦鏡面加工部11的寬度可加以改變。縱使在這個狀況下，導光板1係相對於入射面Sina及Sinb之間的中心面而對稱。
此外，單面變形三角稜鏡片3係以單一材料構成；然而，單面變形三角稜鏡片3可以互相堆疊的二個以上不同材料加以構成。並且，單面變形三角稜鏡片3可為二階或四階三角稜鏡。
圖12描述根據本發明之免眼鏡式立體顯示設備的第二實施例，在圖12中，設置二個導光板1a及1b，取代圖1的導光板1。導光板1a具有配光面Sda及出射面Souta，而導光板1b具有配光面Sdb及出射面Soutb。導光板1a的配光面Sda與導光板1b的出射面Soutb相對。此外，光源2a係配置於導光板1a的入射面Sina側，且光源2b係配置於導光板1b的入射面Sinb側。此外，單面變 形三角稜鏡片3係配置於導光板1a的出射面Souta。因此，以與圖1之免眼鏡式立體顯示設備相同的方式，可顯示具有與透射式液晶顯示板4相同之畫素數目的立體影像。
圖13A和13B分別描述圖12的導光板1a及1b的範例，在圖13A和13B中，導光板1a及1b係由例如壓克力樹脂或聚碳酸酯樹脂之透射式材料所構成。
如圖13A所示，複數平坦鏡面加工部11a係設置於導光板1a的配光面Sda上，且自入射面Sina延伸。平坦鏡面加工部11a係作為將光散佈至導光板1a內部的裝置。在這個實例中，平坦鏡面加工部11a的位置愈遠離入射面Sina，在該位置的平坦鏡面加工部11a的寬度愈小。複數三角稜鏡列12a係設置於未設有平坦鏡面加工部11a的導光板1a之配光面Sda的區域上。三角稜鏡列12a之每一者包含用於彎曲光線路徑之複數等距配置的三角稜鏡。在這個實例中，三角稜鏡列12a的位置愈遠離入射面Sina，在該位置的三角稜鏡列12a的寬度愈大。因此，有更多的光線被三角稜鏡列12a全反射，達到均勻的表面放射。
在圖13A中，三角稜鏡列12a的三角稜鏡每一者係非對稱的，亦即在光源2a側的傾斜角係45°到50°，且較佳為48°，而在光源2a之對向側的傾斜角係42°到48°，且較佳為45°。要注意的是，光源2a可由與平坦鏡面加工部11a對向的複數LED所形成，以經由平坦鏡面加工部11a將光線散佈於導光板1a的內部。
類似地，如圖13B所示，複數平坦鏡面加工部11b係設置於導光板1b的配光面Sdb上，且自入射面Sinb延伸。平坦鏡面加工部11b係作為將光散佈至導光板1b內部的裝置。在這個實例中，平坦鏡面加工部11b的位置愈遠離入射面Sinb，在該位置的平坦鏡面加工部11b的寬度愈小。複數三角稜鏡列12b係設置於未設有平坦鏡面加工部11b的導光板1b之配光面Sdb之區域上。三角稜鏡列12b之每一者包含用於彎曲光線路徑之複數等距配置的三角稜鏡。在這個實例中，三角稜鏡列12b的位置愈遠離入射面Sinb，在該位置的三角稜鏡列12b的寬度愈大。因此，有更多的 光線被三角稜鏡列12b全反射，達到均勻的表面放射。
在圖13B中，三角稜鏡列12b的三角稜鏡每一者係非對稱的，亦即在光源2b側的傾斜角係45°到50°，且較佳為48°，而在光源2b之對向側的傾斜角係42°到48°，且較佳為45°。要注意的是，光源2b可由與平坦鏡面加工部11b對向的複數LED所形成，以經由平坦鏡面加工部11b將光線散佈於導光板1b的內部。
當圖13A中所述之導光板1a被疊置於圖13B中所述導光板1b之上時，導光板1a的三角稜鏡列12a係與導光板1b的平坦鏡面加工部11b完全地相對向，且導光板1b的三角稜鏡列12b係與導光板1a的平坦鏡面加工部11a完全地相對向。結果，自導光板1b的出射面Soutb所射出的光線，不受所通過之導光板1a的圖案所影響。當然，自導光板1a的出射面Souta所射出的光線，不受所通過之導光板1b的圖案所影響。
圖14A和14B係沿圖13A中線段XIV-XIV截取之剖面圖。
如圖14A所述，三角稜鏡列12a可由平坦鏡面加工部11a突出。同樣地，如圖14B所述，平坦鏡面加工部11a可由三角稜鏡列12a突出。在圖14A及14B中，僅開啟光源2a。
在圖14A及14B中，來自光源2a以一實線表示的光線R1a被三角稜鏡列12a的一個稜鏡面直接全反射，且接著由導光板1a射出。同樣地，來自光源2a以另一實線表示的光線R2a被平坦鏡面加工部11a其中一者全反射，且接著被三角稜鏡列12a的一個稜鏡面全反射。最終，光線R2a由導光板1a射出。於是，光線R1a及R2a以導光板1a的(+)角度方向射出，且因此提供左眼視差影像。此外，幾乎沒有光線以(-)角度方向射出，這降低了右眼視差影像和左眼視差影像之間的串音。
圖15A和15B係當圖13A的導光板1a疊置於圖13B的導光板1b之上時，沿圖13A及13B中線段XV-XV截取之剖面圖。
如圖15A所示，三角稜鏡列12b可由平坦鏡面加工部 11b突出。此外，如圖15B所示，平坦鏡面加工部11b可由三角稜鏡列12b突出。在圖15A和15B中，僅開啟光源2b。
在圖15A和15B中，來自光源2b以一實線表示之光線R1b，被三角稜鏡列12b的一個稜鏡面直接全反射，且接著由導光板1b射出，穿過導光板1a的平坦鏡面加工部11a其中之一。同樣地，來自光源2b以另一實線表示之光線R2b，被平坦鏡面加工部11b其中之一全反射，且接著被三角稜鏡列12b的一個稜鏡面全反射，穿過導光板1a的平坦鏡面加工部11a其中之一。最後，光線R2b由導光板1a射出。如此，光線R1b及R2b以導光板1a的(-)角度方向射出，且因此提供右眼視差影像。同樣地，幾乎沒有光線以(+)角度方向射出，這減少了右眼視差影像和左眼視差影像之間的串音。
圖16描述在開啟光源2a時圖12導光板1a的左眼光分布，及在開啟光源2b時圖12的導光板1b的右眼光分布，在圖16中，如一實線所示，當導光板1a的出射角θ1係0°到-90°時，相對發光強度I/I0被減弱，使得右眼視差影像不受影響，這降低了右眼視差影像和左眼視差影像之間的串音。同樣地，如一虛線所示，當導光板1b的出射角θ1係0°到+90°時，相對發光強度I/I0被減弱，使得左眼視差影像不受影響，這降低了右眼視差影像和左眼視差影像之間的串音。
圖17描述以如下方式改變圖12的導光板1a及圖12的導光板1b的狀況下，在開啟光源2a時之導光板1a的左眼光分布與在開啟光源2b時導光板1b的右眼光分布；其中將導光板1a改變為：三角稜鏡列12a的三角稜鏡每一者係不對稱的，亦即在光源2a側的傾斜角係1°到8°，且較佳為4°(見圖13A)，而光源2a的對向側的傾斜角係10°到90°，且較佳為45°(見圖13A)；並且其中將導光板1b改變為：三角稜鏡列12b的三角稜鏡每一者係不對稱的，亦即在光源2b側的傾斜角係1°到8°，較佳為4°(見圖13B)，且光源2b的對向側的傾斜角係10°到90°，較佳為45°(見圖13B)。
在圖17中，如一實線所表示之由導光板1a射出的左眼光分布，在+76°出射角θ1具有最大(峰值)發光強度，且如一虛線所表示之由導光板1b射出的右眼光分布，在-73°出射角θ1具有最大(峰值)發光強度。兩個峰值強度之間的差係149°。如此，由於導光板1a和單面變形三角稜鏡片3之間的距離小於導光板1b和單面變形三角稜鏡片3之間的距離，且導光板1b的出射光穿過導光板1a(其折射率與空氣的折射率不同)，所以由該實線所表示的左眼光分布係與右眼光分布不對稱。
具有149°大峰值差的如圖17所示之不對稱的左眼和右眼光分布，藉由單面變形三角稜鏡片3轉換成具有小峰值差之對稱的左眼和右眼光分布。
為了將不對稱的左眼和右眼光分布轉換為對稱的左眼和右眼光分布，將單面變形三角稜鏡片3的各個稜鏡製作成不對稱，如圖18A所示。亦即是，各個稜鏡係變形不對稱三角稜鏡，例如三階三角稜鏡，其具有呈36.5°、+37°的頂角之距離稜部A 0μm到4μm的邊部E1和F1、呈34°、+34°頂角之距離稜部A 4μm到8μm的邊部E2和F2、及呈33°、+34°頂角之距離稜部A 8μm到12μm的邊部E3和F3。這個單面變形三角稜鏡片3可由成形用沖壓機精確地製作。結果，如圖18B所示，左眼光分布的峰值角度係+5°，而右眼光分布的峰值角度係-5°，如此達到10°的小峰值差。此外，左眼和右眼光分布係相對於θ2=0°而幾乎對稱。
因此，具有小峰值差且互相對稱之尖銳的左眼和右眼光分布，可藉由具有階梯狀非對稱的稜鏡之單面變形三角稜鏡片3加以取得，如此降低左眼視差影像和右眼視差影像之間的串音。
要注意到，可依需要改變單面變形三角稜鏡片3的稜鏡之階的數目與頂角。縱使在此狀況下，若單面變形三角稜鏡片3之稜鏡的頂角太小，會使峰值差趨近0°，這會使立體顯示無法進行。與此相反的是，若單面變形三角稜鏡片3的稜鏡頂角太大，則峰值差會太大，這亦使立體顯示無法進行。
圖19描述根據本發明之免眼鏡式立體顯示設備的第三 實施例，在圖19中，設置兩個導光板1a’和1b’，取代圖12的導光板1a及1b。
圖20A和20B分別描述圖19的導光板1a’和1b’的範例，在圖20A和20B中，導光板1a’和1b’係由例如壓克力樹脂或聚碳酸酯樹脂之透射式材料所構成。
如圖20A所述，一個平坦鏡面加工部11a’係設置於導光板1a’的配光面Sda上，且自入射面Sina延伸。平坦鏡面加工部11a’係作為將光散佈至導光板1a’內部的裝置。複數點狀稜鏡列12a’係設置於未設有平坦鏡面加工部11a’的導光板1a’之配光面Sda之區域上。點狀稜鏡列12a’每一者包含用於彎曲光線路徑之複數三角形或圓形點狀稜鏡。在這個實例中，點狀稜鏡列12a’的點狀稜鏡每一者係不對稱的，亦即是光源2a側的傾斜角係45°到50°，且較佳為48°，而光源2a的對向側的傾斜角係42°到48°，且較佳為45°。
類似地，如圖20B所示，一個平坦鏡面加工部11b’係設置於導光板1b’的配光面Sdb上，且自入射面Sinb延伸。平坦鏡面加工部11b’係作為將光散佈至導光板1b’內部的裝置。複數點狀稜鏡列12b’係設置於未設有平坦鏡面加工部11b’的導光板1b’的配光面Sdb之區域上。點狀稜鏡列12b’每一者包含用於彎曲光線路徑之複數三角形或圓形點狀稜鏡。在這個實例中，點狀稜鏡列12b’的點狀稜鏡每一者係不對稱，亦即是光源2b側的傾斜角係45°到50°，較佳為48°，且光源2b的對向側的傾斜角係42°到48°，較佳為45°。
圖21A和21B分別描述圖19的導光板1a’和1b’的其它範例。
如圖21A所示，點狀稜鏡列12a’的點狀稜鏡的位置愈遠離入射面Sina，在該位置處點狀稜鏡列12a’的點狀稜鏡的寬度愈大。如此，更多的光線被點狀稜鏡列12a’全反射，達到均勻的表面放射。
類似地，如圖21B所示，點狀稜鏡列12b’的點狀稜鏡 的位置愈遠離入射面Sinb，在該位置處點狀稜鏡列12b’的點狀稜鏡的寬度愈大。如此，更多的光線被點狀稜鏡列12b’全反射，達到均勻的表面放射。
當如圖20A(圖21A)所示之導光板1a’疊置於如圖20B(圖21B)所示導光板1b’之上時，導光板1a’的點狀稜鏡列12a’係與導光板1b’的平坦鏡面加工部11b’部分地相對向，且導光板1b’的點狀稜鏡列12b’係與導光板1a’的平坦鏡面加工部11a’部分地相對向。結果，由導光板1b’的出射面Soutb所射出的光線，不受所穿過的導光板1a’的圖案所影響。當然，由導光板1a’的出射面Souta所射出的光線，不受導光板1b’的圖案所影響。
圖22A和22B係沿圖20A(圖21A)中線段XXII-XXII截取之剖面圖。
如圖22A所示，點狀稜鏡列12a’可由平坦鏡面加工部11a’突出。同樣地，如圖22B所示，平坦鏡面加工部11a’可由點狀稜鏡列12a’突出。在圖22A和22B中，僅開啟光源2a。
在圖22A和22B中，來自光源2a以一實線表示之光線R1a’，被點狀稜鏡列12a’的一個稜鏡面直接全反射，且接著由導光板1a’射出。同樣地，來自光源2a以另一實線表示之光線R2a’，被平坦鏡面加工部11a’全反射，且接著被點狀稜鏡列12a’的一個稜鏡面全反射。最終，光線R2a’由導光板1a’射出。如此，光線R1a’及R2a’以導光板1a’的(+)角度方向射出，且因此提供左眼視差影像。此外，幾乎沒有光線以(-)角度方向射出，這減少了右眼視差影像和左眼視差影像之間的串音。
圖23A和23B係在圖20A(圖21A)的導光板1a’疊置於圖20B(圖21B)的導光板1b’之上時，沿圖20A和20B(圖21A和21B)線段XXIII-XXIII截取之剖面圖。
如圖23A所示，點狀稜鏡列12b’可由平坦鏡面加工部11b’突出。同樣地，如圖23B所示，平坦鏡面加工部11b’可由點狀稜鏡列12b’突出。在圖23A和23B中，僅開啟光源2b。
在圖23A和23B中，來自光源2b以一實線表示的光線 R1b’，被點狀稜鏡列12b’的一個稜鏡面直接全反射，且接著由導光板1b’射出，穿過導光板1a’的平坦鏡面加工部11a’。同樣地，來自光源2b以另一實線表示的光線R2b’，被平坦鏡面加工部11b’全反射，且接著被點狀稜鏡列12b’的一個稜鏡面全反射，穿過導光板1a’的平坦鏡面加工部11a’。最終，光線R2b’由導光板1a’射出。如此，光線R1b’和R2b’以導光板1a’的(-)角度方向射出，且因此提供右眼視差影像。此外，幾乎沒有光線以(+)角度方向射出，這降低了右眼視差影像和左眼視差影像之間的串音。
圖24描述開啟光源2a時圖19的導光板1a’之左眼光分布，與開啟光源2b時圖19的導光板1b’的右眼光分布，在圖24中，如一實線所示，當導光板1a’的出射角θ1係0°到-90°時，相對發光強度I/I0減弱，使得右眼視差影像不受影響，這降低了右眼視差影像和左眼視差影像之間的串音。同樣地，如一虛線所示，當導光板1b’的出射角θ1係0°到+90°時，相對發光強度I/I0減弱，使得左眼視差影像不受影響，這降低了右眼視差影像和左眼視差影像之間的串音。
圖24描述以如下方式改變圖19的導光板1a’及圖19的導光板1b’的狀況下，在開啟光源2a時之導光板1a’的左眼光分布與在開啟光源2b時導光板1b’的右眼光分布；其中將導光板1a’改變為：點狀稜鏡列12a’的點狀稜鏡每一者係不對稱的，亦即在光源2a側的傾斜角係1°到8°，較佳為4°(見圖20A和21A)，且光源2a的對向側的傾斜角係10°到90°，較佳為45°(見圖20A和21A)；且其中將導光板1b’改變為：點狀稜鏡列12b’的點狀稜鏡每一者係不對稱的，亦即在光源2b側的傾斜角係1°到8°，較佳為4°(見圖20B和21B)，且光源2b的對向側的傾斜角係10°到90°，較佳為45°(見圖20B和21B)。
在以上實施例中，三角形或圓形點狀稜鏡可為梯形或圓弧梯形。
此外，在上述實施例中，導光板可為楔形的。
對熟習此技藝者明顯的是，在不偏離本發明的精神或範 圍的狀況下，可對本發明進行各種的修改與變化。因此，本發明應包含落入本發明隨附申請專利範圍及其均等物之範疇內的本發明之修改與變化。所有以上描述之相關或習知技術參考文獻，藉由參照全體納入作為本案揭示內容的一部分。
BS‧‧‧3D背光源
Sd‧‧‧配光面
Sda‧‧‧配光面
Sdb‧‧‧配光面
Sina、Sinb‧‧‧入射面
Sout1‧‧‧出射面
Souta‧‧‧出射面
Soutb‧‧‧出射面
Sout3‧‧‧出射面
P1‧‧‧偏光方向
P2‧‧‧偏光(軸)方向
1‧‧‧導光板
1a、1b‧‧‧導光板
1a’、1b’‧‧‧導光板
2a、2b‧‧‧光源
3‧‧‧單面變形三角稜鏡片
4‧‧‧透射式液晶顯示板
4a、4b‧‧‧偏光板
5‧‧‧同步驅動電路
6‧‧‧氣隙
7‧‧‧接觸層
11‧‧‧平坦鏡面加工部
11a‧‧‧平坦鏡面加工部
11a’‧‧‧平坦鏡面加工部
11b‧‧‧平坦鏡面加工部
11b’‧‧‧平坦鏡面加工部
12‧‧‧三角稜鏡列
12a‧‧‧三角稜鏡列
12a’‧‧‧點狀稜鏡列
12b‧‧‧三角稜鏡列
12b’‧‧‧點狀稜鏡列
13‧‧‧浮凸部
與先前技術相比，本發明的上述和其他優點與特徵，由若干實施例的說明及隨附圖式，將更為明白，其中：圖1描述根據本發明之免眼鏡式立體顯示設備的第一實施例；圖2描述圖1的單面變形三角稜鏡片之出射面的偏光異向性的偏光角與透射式液晶顯示板之偏光板的偏光軸之間的關係；圖3描述圖1的3D背光源的出射光的主偏光方向和偏光板的偏光角之間的角度差，與透射式液晶顯示板的相對發光強度之間的關係；圖4係平面圖，描述圖1的導光板的第一範例；圖5係平面圖，描述圖1之導光板的第二範例；圖6A和6B係沿圖4和5之中的線段VI-VI截取之剖面圖；圖7描述當開啟左眼光源時導光板的左眼光分布；圖8描述圖1的單面變形三角稜鏡片的一個稜鏡；圖9描述在圖8的單面變形三角稜鏡片之內的光路徑；圖10A、10B、10C、及10D分別描述當導光板的出射角θ1係+50°、+60°、+70°、及+80°時，在圖8的單面變形三角稜鏡片之內的光路徑；圖11描述當開啟左眼光源時單面變形三角稜鏡片的左眼光分布；圖12描述根據本發明之免眼鏡式立體顯示設備的第二 實施例；圖13A及13B係平面圖，描述圖12的導光板之範例；圖14A和14B係沿圖13A線段XIV-XIV截取之剖面圖；圖15A及15B係當圖13A的導光板疊置於圖13B的導光板之上時，沿圖13A及13B的線段XV-XV截取之剖面圖；圖16描述圖12之左眼導光板的左眼光分布，與圖12的右眼導光板的右眼光分布；圖17係描述圖12之左眼導光板的左眼光分布與圖12的右眼導光板的右眼光分布的另一圖示；圖18A描述圖12的單面變形三角稜鏡片的一個稜鏡；圖18B描述圖12的單面變形三角稜鏡片的左眼光分布及右眼光分布；圖19描述根據本發明之免眼鏡式立體顯示設備的第三實施例；圖20A及20B係平面圖，描述圖19的導光板的範例；圖21A及21B描述圖19的導光板的其他範例；圖22A及22B係沿圖20A(圖21A)之線段XXII-XXII截取之剖面圖；圖23A及23B係當圖20A(圖21A)的導光板疊置於圖20B(圖21B)的導光板之上時，沿圖20A及20B(圖21A及21B)之線段XXIII-XXIII截取的剖面圖；圖24描述當開啟左眼光源時圖19之導光板的左眼光分布，及當開啟圖19的右眼光源時右眼導光板的右眼光分布；圖25描述習知免眼鏡式立體顯示設備；及圖26係剖面圖，用於說明圖25的免眼鏡式立體顯示設備中的問題。
BS‧‧‧3D背光源
Sd‧‧‧配光面
Sina、Sinb‧‧‧入射面
Sout1‧‧‧出射面
Sout3‧‧‧出射面
1‧‧‧導光板
2a、2b‧‧‧光源
3‧‧‧單面變形三角稜鏡片
4‧‧‧透射式液晶顯示板
4a、4b‧‧‧偏光板
5‧‧‧同步驅動電路
7‧‧‧接觸層

Claims (8)

  1. 一種免眼鏡式立體顯示設備，包含：一導光板，其具有一配光面、與該配光面對向的一出射面、及位在該配光面和該出射面之側邊的互相對向的第一和第二入射面；第一和第二光源，分別配置於該導光板的該第一和第二入射面之上；一單面稜鏡片，配置於該導光板的該出射面之上；一透射式顯示板，配置於該單面稜鏡片的一出射面之上，且該透射式顯示板和該單面稜鏡片之間沒有氣隙，該透射式顯示板具有與該單面稜鏡片的出射面對向的一偏光板；及一同步驅動電路，用於同步該第一和第二光源，以在該透射式顯示板上顯示視差影像，其中，該單面稜鏡片的出射面之偏光異向性的偏光方向與該偏光板的偏光方向一致，且與垂直於該第一光源和第二光源之光軸方向的線一致，使得該透射式顯示板的出射面處的發光強度相對於該透射式顯示板的入射面處的發光強度為最大的。
  2. 如申請專利範圍第1項的免眼鏡式立體顯示設備，更包含一接觸層，配置於該單面稜鏡片與該透射式顯示板之間。
  3. 如申請專利範圍第2項的免眼鏡式立體顯示設備，其中該接觸層包含：一基底；及一黏著層，塗佈於該基底之上。
  4. 如申請專利範圍第2項的免眼鏡式立體顯示設備，其中該接觸層包含塗佈於該單面稜鏡片之上的一黏著層。
  5. 一種免眼鏡式立體顯示設備，包含： 一第一導光板，其具有一第一配光面、與該第一配光面對向的一第一出射面、及位在該第一配光面和該第一出射面之一個側邊的一第一入射面；一第二導光板，其具有一第二配光面、與該第二配光面對向的一第二出射面、及位在該第二配光面和該第二出射面之一個側邊的一第二入射面，該第一導光板的該第一配光面係與該第二導光板的該第二出射面對向；一第一光源，配置於該第一導光板的該第一入射面之上；一第二光源，配置於該第二導光板的該第二入射面之上，該第一和第二光源係互相對向；一單面稜鏡片，配置於該第一導光板的該第一出射面之上；一透射式顯示板，配置於該單面稜鏡片的一出射面之上，且該透射式顯示板和該單面稜鏡片之間無氣隙，該透射式顯示板具有與該單面稜鏡片的出射面對向的一偏光板；及一同步驅動電路，用於同步該第一和第二光源，以在該透射式顯示板上顯示視差影像，其中，該單面稜鏡片的出射面之偏光異向性的偏光方向與該偏光板的偏光方向一致，且與垂直於該第一光源和第二光源之光軸方向的線一致，使得該透射式顯示板的出射面處的發光強度相對於該透射式顯示板的入射面處的發光強度為最大的。
  6. 如申請專利範圍第5項的免眼鏡式立體顯示設備，更包含一接觸層，配置於該單面稜鏡片與該透射式顯示板之間。
  7. 如申請專利範圍第6項的免眼鏡式立體顯示設備，其中該接觸層包含：一基底；及一黏著層，塗佈於該基底之上。
  8. 如申請專利範圍第6項的免眼鏡式立體顯示設備，其中該接觸 層包含塗佈於該單面稜鏡片之上的一黏著層。
TW101126521A 2011-07-25 2012-07-23 可減少串音之免眼鏡式立體顯示設備 TWI576614B (zh)

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