TWI594020B

TWI594020B - 立體顯示裝置

Info

Publication number: TWI594020B
Application number: TW105122845A
Authority: TW
Inventors: 黃俊杰
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2017-08-01
Also published as: TW201804215A; CN107643602A; US20180024372A1; CN107643602B; US10514551B2

Description

立體顯示裝置

本發明是有關於一種立體顯示裝置。

因為左眼和右眼位置不同，所以各自觀察到的景象也有細微的差異，這種差異是產生立體感的根本原因，3D立體顯示器便是利用了眼晴的視覺特性來產生立體感。

傳統上達成立體感的方法為利用空間多工法，即在螢幕上的畫素分配多個視域(View)資訊，透過透鏡的分光效果在觀賞距離下會聚，產生多個視域(View)，觀察者對應於其中兩個視域，使兩眼對應到不同影像達成3D視覺效果。

為了進一步改善3D立體顯示器的各項特性，相關領域莫不費盡心思開發。如何能提供一種具有較佳顯示效果的3D立體顯示器，實屬當前重要研發課題之一，亦成□當前相關領域亟需改進的目標。

本發明之一技術態樣是在提供一種立體顯示裝置。立體顯示裝置利用簡單的光學結構，便使立體顯示裝置產生時間多工法與空間多工法的功效。

根據本發明一實施方式，一種立體顯示裝置包含光源模組、第一柱狀透鏡陣列、第二柱狀透鏡陣列、顯示模組以及第三柱狀透鏡陣列。光源模組用以依發光週期中的複數個時序提供複數組時序光線。第一柱狀透鏡陣列設置於光源模組前方，用以將來自光源模組之時序光線分別導引朝複數個方向群組前進，其中光源模組位於第一柱狀透鏡陣列的焦面上。第二柱狀透鏡陣列設置於第一柱狀透鏡陣列前方。顯示模組設置於第二柱狀透鏡陣列前方，其中顯示模組位於第二柱狀透鏡陣列的焦面上，顯示模組包含複數個畫素，每個畫素包含複數個子部，第二柱狀透鏡陣列用以將朝各方向群組的時序光線分別聚焦至複數組聚焦區域，不同組聚焦區域分別對應於不同子部，顯示模組用以將聚焦至不同組聚焦區域的時序光線分別轉換為複數組畫素光線。第三柱狀透鏡陣列設置於顯示模組前方，用以將不同組畫素光線分別導引至複數個視域。

於本發明之一或多個實施方式中，立體顯示裝置更具有互相垂直之第一方向(舉例來說，水平方向)與第二方向(舉例來說，垂直方向)，其中畫素為沿著第一方向與第二方向排列，第一柱狀透鏡陣列具有複數個第一柱狀透鏡，第二柱狀透鏡陣列具有複數個第二柱狀透鏡，第三柱狀透鏡陣列具有複數個第三柱狀透鏡，第一柱狀透鏡相較於第一方向為傾斜設置，第二柱狀透鏡相較於第一方向為傾斜設置，第三柱狀透鏡相較於第一方向為傾斜設置。

於本發明之一或多個實施方式中，第一柱狀透鏡、第二柱狀透鏡與第三柱狀透鏡的排列方向為互相平行。

於本發明之一或多個實施方式中，顯示模組位於第三柱狀透鏡陣列的焦面上。

於本發明之一或多個實施方式中，第一柱狀透鏡陣列具有複數個第一柱狀透鏡，在第一方向上每個第一柱狀透鏡具有節距(Pitch)，每個畫素具有複數個子畫素，在第一方向上子畫素之中心之間具有間距，第一柱狀透鏡陣列具有第一焦距，第二柱狀透鏡陣列具有第二焦距，節距和間距的比值與第一焦距和第二焦距的比值相同。

於本發明之一或多個實施方式中，光源模組包含複數個白色光源。

於本發明之一或多個實施方式中，第一柱狀透鏡陣列具有複數個第一柱狀透鏡，立體顯示裝置具有垂直於第一柱狀透鏡的長軸的第三方向，每個第一柱狀透鏡沿著第三方向分為K個部分，不同部分分別對應於K組白色光源，第一柱狀透鏡陣列用以將K組時序光線分別導引朝K個方向群組前進，每個畫素包含K個子部，第二柱狀透鏡陣列用以將朝K個方向群組的K組時序光線分別聚焦至K組聚焦區域，K組聚焦區域分別對應於K個子部。

於本發明之一或多個實施方式中，光源模組包含複數個紅色光源、複數個綠色光源與複數個藍色光源。

於本發明之一或多個實施方式中，第一柱狀透鏡陣列具有複數個第一柱狀透鏡，立體顯示裝置具有垂直於第一柱狀透鏡的長軸的第三方向，每個第一柱狀透鏡沿著第三方向分為3K個部分，不同部分分別對應於K組紅色光源、K組綠色光源與K組藍色光源，且K組紅色光源、K組綠色光源與K組藍色光源在K個時序上形成3K組時序光線，第一柱狀透鏡陣列用以將3K組時序光線分別導引朝3K個方向群組前進，每個畫素包含K個紅色子畫素子部、K個藍色子畫素子部與K個綠色子畫素子部，並形成K個子部，其中每個子部包含一個紅色子畫素子部、一個藍色子畫素子部與一個綠色子畫素子部，第二柱狀透鏡陣列用以將朝3K個方向群組的3K組時序光線分別聚焦至3K組聚焦區域，3K組聚焦區域分別對應於K個紅色子畫素子部、K個藍色子畫素子部與K個綠色子畫素子部。

於本發明之一或多個實施方式中，子部的數量為K個，對於每個畫素，K個子部分別將時序光線轉換為K個畫素光線，第三柱狀透鏡陣列將K個畫素光線分別導引至K個視域。

在本發明上述實施方式中，藉由第一柱狀透鏡陣列與第二柱狀透鏡陣列對於光源模組所提供的不同組時序光線進行兩次光學傅立葉轉換，於是不同組時序光線將會分別聚焦於各畫素的不同子部。因為聚焦於各畫素的不同子部的不同組時序光線分別為在不同時序產生，因此各畫素可以在不同時序分別顯示不同畫面，因而使由聚焦於各畫素的不同子部的不同組時序光線轉換而形成的畫素光線顯示不同的畫面。因為各畫素的不同子部所形成的畫素光線會分別被第三柱狀透鏡導引至不同視域，因此在不同時序所形成的畫素光線將會被第三柱狀透鏡陣列導引至不同視域。舉例來說，若總共有兩個時序，且在第一時序所形成的畫素光線被第三柱狀透鏡陣列導引至九個視域，則在第二時序所形成的畫素光線會被第三柱狀透鏡陣列導引至另外九個視域。於是，在這個例子中，人眼在每個視域中所觀察到的解析度將會是顯示模組的解析度的九分之一，但是立體顯示裝置卻產生了位於十八個視域的不同影像。換句話說，立體顯示裝置利用簡單的光學結構，便使立體顯示裝置產生時間多工法與空間多工法的功效。具體而言，空間多工法使人眼在每個視域中所觀察到的解析度是顯示模組的解析度的K分之一的情況下產生位於K個視域的不同影像，時間多工法則使視域的數量變成N倍(倍數等於時序的數量)，即變成N×K個視域。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖繪示依照本發明一實施方式之立體顯示裝置100的上視示意圖。本發明不同實施方式提供一種立體顯示裝置100。立體顯示裝置100利用簡單的光學結構(主要為三個柱狀透鏡陣列)使立體顯示裝置100產生時間多工法與空間多工法的功效。

如第1圖所繪示，立體顯示裝置100包含光源模組110、第一柱狀透鏡陣列120、第二柱狀透鏡陣列130、顯示模組140以及第三柱狀透鏡陣列150。光源模組110用以依發光週期中的複數個時序提供複數組時序光線。第一柱狀透鏡陣列120設置於光源模組110前方(指沿光的行徑方向)，用以將來自光源模組110之時序光線分別導引朝複數個方向群組前進，其中光源模組110位於第一柱狀透鏡陣列120的焦面上。第二柱狀透鏡陣列130設置於第一柱狀透鏡陣列120前方。顯示模組140設置於第二柱狀透鏡陣列130前方，其中顯示模組140位於第二柱狀透鏡陣列130的焦面上，顯示模組140包含複數個畫素141，每個畫素141包含複數個子部，第二柱狀透鏡陣列130用以將朝各方向群組的時序光線分別聚焦至複數組聚焦區域，不同組聚焦區域分別對應於不同子部，顯示模組140用以將聚焦至不同組聚焦區域的時序光線分別轉換為複數組畫素光線（詳見後述）。第三柱狀透鏡陣列150設置於顯示模組140前方，用以將不同組畫素光線分別導引至複數個視域。

第2圖繪示依照本發明一實施方式之光源模組110與第一柱狀透鏡陣列120的部分前視示意圖。如第2圖所繪示，光源模組110包含複數個第一白色光源112與複數個第二白色光源113。立體顯示裝置100具有互相垂直之第一方向H與第二方向V。在本實施方式中，第一方向H為水平方向，第二方向V為垂直方向。白色光源(即第一白色光源112與第二白色光源113的集合)為沿著第一方向H與第二方向V排列。第一柱狀透鏡陣列120具有複數個第一柱狀透鏡121，第一柱狀透鏡121相較於第一方向H與第二方向V為傾斜設置。

具體而言，第一白色光源112與第二白色光源113為交錯設置。第一白色光源112與第二白色光源113為發光二極體光源。應了解到，以上所舉之第一白色光源112與第二白色光源113的具體實施方式僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇第一白色光源112與第二白色光源113的具體實施方式。

具體而言，在第一方向H上白色光源之中心之間具有間距G1，在第二方向V上白色光源之中心之間具有間距G2，間距G2為間距G1的三倍。

立體顯示裝置100更具有垂直於第一柱狀透鏡121的長軸的第三方向D。每個第一柱狀透鏡121沿著第三方向D分為中央部分122與邊緣部分123，中央部分122對應於第一白色光源112，邊緣部分123對應於第二白色光源113。第一白色光源112在第一時序時發射第一時序光線，第二白色光源113在第二時序時發射第二時序光線。

具體而言，中央部分122對應於第一白色光源112指的是中央部分122在垂直於第一方向H與第二方向V之方向上的投影與第一白色光源112的設置位置中心重疊。邊緣部分123對應於第二白色光源113指的是邊緣部分123在垂直於第一方向H與第二方向V之方向上的投影與第二白色光源113的設置位置中心重疊。

第3圖繪示依照本發明一實施方式之光源模組110與第一柱狀透鏡陣列120的側視光路示意圖。如第3圖所繪示，第一柱狀透鏡陣列120將第一白色光源112在第一時序時發射的第一時序光線L _T1導引朝第一方向群組前進，並將第二白色光源113在第二時序時發射的第二時序光線L _T2導引朝第二方向群組前進。

第4圖繪示依照本發明一實施方式之顯示模組140的部分前視示意圖。如第1圖、第3圖與第4圖所繪示，畫素141為沿著第一方向H與第二方向V排列。每個畫素141包含第一子部142與第二子部143，第二柱狀透鏡陣列130將朝第一方向群組的第一時序光線L _T1聚焦至第一聚焦區域211，並將朝第二方向群組的第二時序光線L _T2聚焦至第二聚焦區域212，其中第一聚焦區域211對應於第一子部142，第二聚焦區域212對應於第二子部143。

於是，顯示模組140中各畫素141的第一子部142將聚焦至第一聚焦區域211的第一時序光線L _T1轉換為畫素光線，第二子部143將聚焦至第二聚焦區域212的第二時序光線L _T2轉換為畫素光線。

具體而言，因為光源模組110位於第一柱狀透鏡陣列120的焦面上，且顯示模組140位於第二柱狀透鏡陣列130的焦面上，所以第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130會對於第一白色光源112發射的第一時序光線L _T1與第二白色光源113發射的第二時序光線L _T2進行兩次光學傅立葉轉換，而第一時序光線L _T1與第二時序光線L _T2在經過兩次兩次光學傅立葉轉換將會自然地聚焦於第一聚焦區域211與第二聚焦區域212，第一聚焦區域211與第二聚焦區域212為長條狀，且長條的方向將會垂直於第三方向D。在第一方向H上第一聚焦區域211與相鄰之第二聚焦區域212之間的間距G3為由第一柱狀透鏡陣列120的第一焦距、第二柱狀透鏡陣列130的第二焦距與在第一方向H上白色光源(即第一白色光源112與第二白色光源113的集合)之中心之間的間距G1(見第2圖)決定。

更具體地說，第一子部142與第二子部143為沿著第二方向V並排。第一子部142包含紅色子畫素第一子部142r、綠色子畫素第一子部142g與藍色子畫素第一子部142b。第二子部143包含紅色子畫素第二子部143r、綠色子畫素第二子部143g與藍色子畫素第二子部143b。紅色子畫素第一子部142r與紅色子畫素第二子部143r組成紅色子畫素，綠色子畫素第一子部142g與綠色子畫素第二子部143g組成綠色子畫素，藍色子畫素第一子部142b與藍色子畫素第二子部143b組成藍色子畫素。紅色子畫素、綠色子畫素與藍色子畫素沿著第一方向H並排。

具體而言，如第2圖與第4圖所繪示，在第一方向H上子畫素(即紅色子畫素、綠色子畫素與藍色子畫素的集合)之中心之間具有間距G4，在第一方向H上第一聚焦區域211與相鄰之第二聚焦區域212之間的間距G3為間距G4的二分之一，在第一方向H上白色光源(即第一白色光源112與第二白色光源113的集合)之中心之間的間距G1和間距G3的比值與第一柱狀透鏡陣列120的第一焦距和第二柱狀透鏡陣列130的第二焦距的比值相同。換句話說，藉由妥善設計第一柱狀透鏡陣列120的第一焦距和第二柱狀透鏡陣列130的第二焦距的比值，第一白色光源112發射的第一時序光線L _T1將會妥善地聚焦於紅色子畫素第一子部142r、綠色子畫素第一子部142g與藍色子畫素第一子部142b的中心。第二白色光源113發射的第二時序光線L _T2將會妥善地聚焦於紅色子畫素第二子部143r、綠色子畫素第二子部143g與藍色子畫素第二子部143b的中心。

在第一方向H上每個第一柱狀透鏡121具有節距W。在第一方向H上第一聚焦區域211與相鄰之第二聚焦區域212之間的間距G3亦可由第一柱狀透鏡陣列120的第一焦距、第二柱狀透鏡陣列130的第二焦距與在第一方向H上第一柱狀透鏡121的節距W決定，具體而言，間距G1為節距W的二分之一，因此節距W的二分之一和間距G3的比值與第一柱狀透鏡陣列120的第一焦距和第二柱狀透鏡陣列130的第二焦距的比值相同。

具體而言，如第2圖所繪示，第一方向H與第三方向D之間的夾角δ為tan ^-1(1/3)，但並不限於此。在其他實施方式中，第一方向H與第三方向D之間的夾角δ可為其他角度。

第5圖繪示依照本發明一實施方式之顯示模組140與第三柱狀透鏡陣列150的部分前視示意圖。如第5圖所繪示，第三柱狀透鏡陣列150具有複數個第三柱狀透鏡151，第三柱狀透鏡151相較於第一方向H與第二方向V為傾斜設置。具體而言，第三柱狀透鏡151的長軸垂直於第三方向D。每個第三柱狀透鏡151沿著第三方向D分為第一部分151a、第二部分151b、第三部分151c、第四部分151d、第五部分151e、第六部分151f、第七部分151g、第八部分151h與第九部分151i。第一部分151a、第二部分151b、第三部分151c、第四部分151d、第五部分151e、第六部分151f、第七部分151g、第八部分151h與第九部分151i分別對應於九組不同畫素141。

具體而言，第一部分151a、第二部分151b、第三部分151c、第四部分151d、第五部分151e、第六部分151f、第七部分151g、第八部分151h與第九部分151i分別具有左半部分(未繪示)與右半部分(未繪示)，左半部分對應於畫素141的第一子部142(見第4圖)，右半部分對應於畫素141的第二子部143(見第4圖)。換句話說，每個第三柱狀透鏡151沿著第三方向D分為十八個子部分，分別對應於九組不同畫素141的第一子部142與第二子部143。

於是，第三柱狀透鏡陣列150分別將九組不同畫素141的第一子部142與第二子部143所產生的十八組畫素光線分別導引至十八個視域。

因此，在某一視域中，會看到標記901所標示出的畫素141所形成的樣式；其他視域亦有類似形成的樣式。具體而言，人眼在每個視域中所觀察到的影像解析度將會是顯示模組140的解析度的九分之一。

具體而言，第一部分151a、第二部分151b、第三部分151c、第四部分151d、第五部分151e、第六部分151f、第七部分151g、第八部分151h與第九部分151i的左半部分與右半部分分別對應於不同組畫素141的第一子部142與第二子部143指的是這十八個子部分在垂直於第一方向H與第二方向V之方向上的投影與不同組畫素141的第一子部142與第二子部143的設置位置中心重疊。

藉由第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130對於光源模組110所提供的第一時序光線L _T1與第二時序光線L _T2進行兩次光學傅立葉轉換，於是第一時序光線L _T1與第二時序光線L _T2將會分別聚焦於各畫素141的第一子部142與第二子部143。因為第一時序光線L _T1與第二時序光線L _T2分別為在第一時序與第二時序產生，因此各畫素141可以在第一時序與第二時序分別顯示不同畫面，因而使由聚焦於各畫素141的第一子部142的第一時序光線L _T1轉換而形成的畫素光線與由聚焦於各畫素141的第二子部143的第二時序光線L _T2轉換而形成的畫素光線顯示不同的畫面。因為各畫素141的第一子部142與第二子部143所形成的畫素光線會分別被第三柱狀透鏡151導引至不同視域(因為第一子部142與第二子部143的設置位置不同)，因此在第一時序所形成的畫素光線將會被第三柱狀透鏡陣列150導引至九個視域，而在第二時序所形成的畫素光線將會被第三柱狀透鏡陣列150導引至另外九個視域。於是，人眼在每個視域中所觀察到的影像解析度將會是顯示模組140的解析度的九分之一，但是立體顯示裝置100卻產生了位於十八個視域的不同影像。換句話說，立體顯示裝置100利用簡單的光學結構，便使立體顯示裝置100產生時間多工法與空間多工法的功效。具體而言，空間多工法使人眼在每個視域中所觀察到的影像解析度是顯示模組140的解析度的九分之一的情況下產生位於九個視域的不同影像，時間多工法則使視域的數量變成兩倍(倍數等於時序的數量)，即變成十八個視域。

具體而言，如第1圖與第2圖所繪示，第二柱狀透鏡陣列130具有複數個第二柱狀透鏡131，第二柱狀透鏡131相較於第一方向H為傾斜設置。

具體而言，第一柱狀透鏡121、第二柱狀透鏡131與第三柱狀透鏡151的排列方向為互相平行。應了解到，以上所舉之第一柱狀透鏡121、第二柱狀透鏡131與第三柱狀透鏡151的排列方向僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇第一柱狀透鏡121、第二柱狀透鏡131與第三柱狀透鏡151的排列方向。

具體而言，顯示模組140位於第三柱狀透鏡陣列150的焦面上。應了解到，以上所舉之顯示模組140與第三柱狀透鏡陣列150的具體實施方式僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇顯示模組140與第三柱狀透鏡陣列150的具體實施方式。

第6圖繪示依照本發明另一實施方式之顯示模組140與第三柱狀透鏡陣列150的部分前視示意圖。如第6圖所繪示，本實施方式之立體顯示裝置100與前述之立體顯示裝置100大致相同，主要差異在於，在本實施方式中，每個第三柱狀透鏡151沿著第三方向D分為第一部分152a、第二部分152b、第三部分152c、第四部分152d與第五部分152e。第一部分152a、第二部分152b、第三部分152c、第四部分152d與第五部分152e分別對應於不同組畫素141。

具體而言，第一部分152a、第二部分152b、第三部分152c、第四部分152d與第五部分152e分別具有左半部分(未繪示)與右半部分(未繪示)，左半部分對應於畫素141的第一子部142，右半部分對應於畫素141的第二子部143。換句話說，每個第三柱狀透鏡151沿著第三方向D分為十個子部分，分別對應於五組不同畫素141的第一子部142與第二子部143。

於是，第三柱狀透鏡陣列150分別將五組不同畫素141的第一子部142與第二子部143所產生的十組畫素光線分別導引至十個視域。

因此，在某一視域中，會看到標記902所標示出的畫素141所形成的樣式；其他視域亦有類似形成的樣式。具體而言，人眼在每個視域中所觀察到的影像解析度將會是顯示模組140的解析度的五分之一。

第7圖繪示依照本發明又一實施方式之光源模組110與第一柱狀透鏡陣列120的部分前視示意圖。第8圖繪示依照本發明又一實施方式之顯示模組140的部分前視示意圖。第9圖繪示依照本發明又一實施方式之顯示模組140與第三柱狀透鏡陣列150的部分前視示意圖。如第7圖、第8圖與第9圖所繪示，本實施方式的立體顯示裝置100大致與前述實施方式的立體顯示裝置100相同，以下主要描述其相異處。

如第7圖所繪示，光源模組110包含複數個光源114，其中光源114為沿著第一方向H與第二方向V排列。立體顯示裝置100具有垂直於第一柱狀透鏡121的長軸的第四方向D’。在本實施方式中，第一方向H與第四方向D’之間的夾角δ’為tan ^-1(1/2)，但並不限於此。在其他實施方式中，第一方向H與第四方向D’之間的夾角δ’可為其他角度。

具體而言，在第一方向H上光源114之中心之間具有間距G1’，在第二方向V上光源114之中心之間具有間距G2’，間距G1’等於間距G2’。

每個第一柱狀透鏡121沿著第四方向D’分為第一部分121a、第二部分121b、第三部分121c、第四部分121d、第五部分121e與第六部分121f。第一部分121a、第二部分121b、第三部分121c、第四部分121d、第五部分121e與第六部分121f分別對應於六組不同光源114。

於是，類似於第3圖所繪示，第一柱狀透鏡陣列120分別將六組不同光源114所發射的光線分別導引至六個不同方向群組。

具體而言，第一部分121a、第二部分121b、第三部分121c、第四部分121d、第五部分121e與第六部分121f分別對應於六組不同光源114指的是第一部分121a、第二部分121b、第三部分121c、第四部分121d、第五部分121e與第六部分121f在垂直於第一方向H與第二方向V之方向上的投影與六組不同光源114的設置位置中心重疊。

具體而言，光源114更區分為複數個第一光源115與複數個第二光源116。第一光源115在第一時序時發射第一時序光線，第二光源116在第二時序時發射第二時序光線。更具體地說，第一部分121a、第三部分121c與第五部分121e對應於第一光源115，第二部分121b、第四部分121d與第六部分121f對應於第二光源116。

具體而言，第一光源115與第二光源116為發光二極體光源。應了解到，以上所舉之第一光源115與第二光源116的具體實施方式僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇第一光源115與第二光源116的具體實施方式。

如第1圖、第7圖與第8圖所繪示，第二柱狀透鏡陣列130將朝不同方向群組的不同組光源114聚焦至第一聚焦區域221、第二聚焦區域222、第三聚焦區域223、第四聚焦區域224、第五聚焦區域225與第六聚焦區域226，其中第一聚焦區域221、第三聚焦區域223與第五聚焦區域225對應於第一子部142，第二聚焦區域222、第四聚焦區域224與第六聚焦區域226對應於第二子部143。

具體而言，第一聚焦區域221對應於紅色子畫素第一子部142r，第三聚焦區域223對應於藍色子畫素第一子部142b，第五聚焦區域225對應於綠色子畫素第一子部142g，第二聚焦區域222對應於綠色子畫素第二子部143g，第四聚焦區域224對應於紅色子畫素第二子部143r，第六聚焦區域226對應於藍色子畫素第二子部143b。

具體而言，對應於第一部分121a的第一光源115在通過第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130後聚焦於第一聚焦區域221，對應於第二部分121b的第二光源116在通過第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130後聚焦於第二聚焦區域222，對應於第三部分121c的第一光源115在通過第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130後聚焦於第三聚焦區域223，對應於第四部分121d的第二光源116在通過第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130後聚焦於第四聚焦區域224，對應於第五部分121e的第一光源115在通過第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130後聚焦於第五聚焦區域225，對應於第六部分121f的第二光源116在通過第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130後聚焦於第六聚焦區域226。

於是，顯示模組140中各畫素141的第一子部142將聚焦於第一聚焦區域221、第三聚焦區域223與第五聚焦區域225的第一時序光線轉換為畫素光線，第二子部143將聚焦於第二聚焦區域222、第四聚焦區域224與第六聚焦區域226的第二時序光線轉換為畫素光線。

具體而言，不同聚焦區域對應於不同子畫素的不同子部指的是此聚焦區域通過此子畫素的此子部的中心。舉例來說，第一聚焦區域221對應於紅色子畫素第一子部142r指的是第一聚焦區域221通過紅色子畫素第一子部142r的中心。

具體而言，對應於第一部分121a的第一光源115為紅色光源，對應於第二部分121b的第二光源116為綠色光源，對應於第三部分121c的第一光源115為藍色光源，對應於第四部分121d的第二光源116為紅色光源，對應於第五部分121e的第一光源115為綠色光源，對應於第六部分121f的第二光源116為藍色光源。換句話說，光源模組110包含複數個紅色光源、複數個綠色光源與複數個藍色光源。

於是，對應於第一部分121a的紅色光源在通過第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130後會聚焦於紅色子畫素第一子部142r，對應於第二部分121b的綠色光源在通過第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130後會聚焦於綠色子畫素第二子部143g，對應於第三部分121c的藍色光源在通過第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130後會聚焦於藍色子畫素第一子部142b，對應於第四部分121d的紅色光源在通過第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130後會聚焦於紅色子畫素第二子部143r，對應於第五部分121e的綠色光源在通過第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130後會聚焦於綠色子畫素第一子部142g，對應於第六部分121f的藍色光源在通過第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130後會聚焦於藍色子畫素第二子部143b。

此處需要注意的是，對於紅色子畫素，僅有紅色光源所產生的光線可以通過，綠色光源與藍色光源所產生的光線無法通過。因此，對於紅色子畫素第一子部142r與紅色子畫素第二子部143r，僅有聚焦於第一聚焦區域221與第四聚焦區域224的紅色光線可以通過。因為其他的綠色光線與藍色光線無法通過，因此對於紅色子畫素第一子部142r與紅色子畫素第二子部143r而言，綠色光線與藍色光線可以視為不存在。類似地，對於綠色子畫素第一子部142g與綠色子畫素第二子部143g而言，僅有聚焦於第二聚焦區域222與第五聚焦區域225的綠色光線可以通過，其他光線可以視為不存在；對於藍色子畫素第一子部142b與藍色子畫素第二子部143b而言，僅有聚焦於第三聚焦區域223與第六聚焦區域226的藍色光線可以通過，其他光線可以視為不存在。

具體而言，因為第一光源115對應於第一部分121a、第三部分121c與第五部分121e，因此第一柱狀透鏡陣列120會將第一光源115所發射的第一時序光線分別引導至三個不同方向群組，因而分成三組不同光線。類似地，因為第二光源116對應於第二部分121b、第四部分121d與第六部分121f，因此第一柱狀透鏡陣列120會將第二光源116所發射的第二時序光線分別引導至三個不同方向群組，因而分成三組不同光線。

在第一方向H上聚焦區域與相鄰之聚焦區域之間的間距G3’可為由第一柱狀透鏡陣列120的第一焦距、第二柱狀透鏡陣列130的第二焦距與在第一方向H上第一柱狀透鏡121的節距W決定。

具體而言，在第一方向H上聚焦區域與相鄰之聚焦區域之間的間距G3’為在第一方向H上子畫素(即紅色子畫素、綠色子畫素與藍色子畫素的集合)之中心之間的間距G4的四分之一，在第一方向H上第一柱狀透鏡121的節距W的六分之一和間距G3’的比值等於第一柱狀透鏡陣列120的第一焦距和第二柱狀透鏡陣列130的第二焦距的比值。於是，節距W的六分之一和間距G4的四分之一的比值與第一焦距和第二焦距的比值相同。

在第一方向H上聚焦區域與相鄰之聚焦區域之間的間距G3’亦可由第一柱狀透鏡陣列120的第一焦距、第二柱狀透鏡陣列130的第二焦距與在第一方向H上光源114與相鄰之光源114之中心之間的間距G1’決定，此處不詳述細節。

第9圖繪示依照本發明又一實施方式之顯示模組140與第三柱狀透鏡陣列150的部分前視示意圖。如第9圖所繪示，第三柱狀透鏡151的長軸垂直於第四方向D’。每個第三柱狀透鏡151沿著第四方向D’分為第一部分153a、第二部分153b、第三部分153c與第四部分153d。第一部分153a、第二部分153b、第三部分153c與第四部分153d分別對應於不同組畫素141。

具體而言，第一部分153a、第二部分153b、第三部分153c與第四部分153d分別具有左半部分(未繪示)與右半部分(未繪示)，左半部分對應於畫素141的第一子部142(見第8圖)，右半部分對應於畫素141的第二子部143(見第8圖)。換句話說，每個第三柱狀透鏡151沿著第四方向D’分為八個子部分，分別對應於四組不同畫素141的第一子部142與第二子部143。

於是，第三柱狀透鏡陣列150分別將四組不同畫素141的第一子部142與第二子部143所產生的八組畫素光線分別導引至八個視域。

因此，在每個視域中，便會看到如標記903所標示出的畫素141所形成的樣式。具體而言，人眼在每個視域中所觀察到的影像解析度將會是顯示模組140的解析度的四分之一。

具體而言，第一部分153a、第二部分153b、第三部分153c與第四部分153d的左半部分與右半部分分別對應於不同組畫素141的第一子部142與第二子部143指的是這八個子部分在垂直於第一方向H與第二方向V之方向上的投影與不同組畫素141的第一子部142與第二子部143的設置位置中心重疊。

由前述實施方式可以總結出立體顯示裝置100的一些技術特徵，以下分別一一詳述。

在一些實施方式中，在第一方向H上每個第一柱狀透鏡121具有節距W，在第一方向H上子畫素之中心之間具有間距，第一柱狀透鏡陣列120具有第一焦距，第二柱狀透鏡陣列130具有第二焦距，節距W和間距的比值與第一焦距和第二焦距的比值相同。

在光源模組110包含複數個白色光源的實施方式中，立體顯示裝置100具有垂直於第一柱狀透鏡121的長軸的一方向，每個第一柱狀透鏡121沿著此方向分為K個部分，不同部分分別對應於K組白色光源，第一柱狀透鏡陣列120用以將K組時序光線分別導引朝K個方向群組前進，每個畫素141包含K個子部，第二柱狀透鏡陣列130用以將朝K個方向群組的K組時序光線分別聚焦至K組聚焦區域，K組聚焦區域分別對應於K個子部。

在光源模組110包含複數個紅色光源、複數個綠色光源與複數個藍色光源的實施方式中，立體顯示裝置100具有垂直於第一柱狀透鏡121的長軸的一方向，每個第一柱狀透鏡121沿著此方向分為3K個部分，不同部分分別對應於K組紅色光源、K組綠色光源與K組藍色光源，且K組紅色光源、K組綠色光源與K組藍色光源在K個時序上形成3K組時序光線，第一柱狀透鏡陣列120用以將3K組時序光線分別導引朝3K個方向群組前進，每個畫素141包含K個紅色子畫素子部、K個藍色子畫素子部與K個綠色子畫素子部，並形成K個子部，其中每個子部包含一個紅色子畫素子部、一個藍色子畫素子部與一個綠色子畫素子部，第二柱狀透鏡陣列130用以將朝3K個方向群組的3K組時序光線分別聚焦至3K組聚焦區域，3K組聚焦區域分別對應於K個紅色子畫素子部、K個藍色子畫素子部與K個綠色子畫素子部。

在一些實施方式中，子部的數量為K個，對於每個畫素141，K個子部分別將時序光線轉換為K個畫素光線，第三柱狀透鏡陣列150將K個畫素光線分別導引至K個視域。

在本發明上述實施方式中，藉由第一柱狀透鏡陣列120與第二柱狀透鏡陣列130對於光源模組110所提供的不同組時序光線進行兩次光學傅立葉轉換，於是不同組時序光線將會聚焦於各畫素141的不同子部。因為聚焦於各畫素141的不同子部的不同組時序光線分別為在不同時序產生，因此各畫素141可以在不同時序分別顯示不同畫面，因而使由聚焦於各畫素141的不同子部的不同組時序光線轉換而形成的畫素光線顯示不同的畫面。因為各畫素141的不同子部所形成的畫素光線會分別被第三柱狀透鏡151導引至不同視域，因此在不同時序所形成的畫素光線將會被第三柱狀透鏡陣列150導引至不同視域。舉例來說，若總共有兩個時序，且在第一時序所形成的畫素光線被第三柱狀透鏡陣列150導引至九個視域，則在第二時序所形成的畫素光線會被第三柱狀透鏡陣列150導引至另外九個視域。於是，在這個例子中，人眼在每個視域中所觀察到的影像解析度將會是顯示模組140的解析度的九分之一，但是立體顯示裝置100卻產生了位於十八個視域的不同影像。換句話說，立體顯示裝置100利用簡單的光學結構，便使立體顯示裝置100產生時間多工法與空間多工法的功效。具體而言，空間多工法使人眼在每個視域中所觀察到的影像解析度是顯示模組140的解析度的K分之一的情況下產生位於K個視域的不同影像，時間多工法則使視域的數量變成N倍(倍數等於時序的數量)，即變成N×K個視域。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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。

100‧‧‧立體顯示裝置
110‧‧‧光源模組
112‧‧‧第一白色光源
113‧‧‧第二白色光源
114‧‧‧光源
115‧‧‧第一光源
116‧‧‧第二光源
120‧‧‧第一柱狀透鏡陣列
121‧‧‧第一柱狀透鏡
121a、151a、152a、153a‧‧‧第一部分
121b、151b、152b、153b‧‧‧第二部分
121c、151c、152c、153c‧‧‧第三部分
121d、151d、152d、153d‧‧‧第四部分
121e、151e、152e‧‧‧第五部分
121f、151f‧‧‧第六部分
122‧‧‧中央部分
123‧‧‧邊緣部分
130‧‧‧第二柱狀透鏡陣列
131‧‧‧第二柱狀透鏡
140‧‧‧顯示模組
141‧‧‧畫素
142‧‧‧第一子部
142r‧‧‧紅色子畫素第一子部
142g‧‧‧綠色子畫素第一子部
142b‧‧‧藍色子畫素第一子部
143‧‧‧第二子部
143r‧‧‧紅色子畫素第二子部
143g‧‧‧綠色子畫素第二子部
143b‧‧‧藍色子畫素第二子部
150‧‧‧第三柱狀透鏡陣列
151‧‧‧第三柱狀透鏡
151g‧‧‧第七部分
151h‧‧‧第八部分
151i‧‧‧第九部分
211、221‧‧‧第一聚焦區域
212、222‧‧‧第二聚焦區域
223‧‧‧第三聚焦區域
224‧‧‧第四聚焦區域
225‧‧‧第五聚焦區域
226‧‧‧第六聚焦區域
901、902、903‧‧‧標記
D‧‧‧第三方向
D’‧‧‧第四方向
G1、G1’、G2、G2’、G3、G3’、G4‧‧‧間距
H‧‧‧第一方向
L_T1‧‧‧第一時序光線
L_T2‧‧‧第二時序光線
V‧‧‧第二方向
W‧‧‧節距
δ、δ’‧‧‧夾角

第1圖繪示依照本發明一實施方式之立體顯示裝置的上視示意圖。第2圖繪示依照本發明一實施方式之光源模組與第一柱狀透鏡陣列的部分前視示意圖。第3圖繪示依照本發明一實施方式之光源模組與第一柱狀透鏡陣列的側視光路示意圖。第4圖繪示依照本發明一實施方式之顯示模組的部分前視示意圖。第5圖繪示依照本發明一實施方式之顯示模組與第三柱狀透鏡陣列的部分前視示意圖。第6圖繪示依照本發明另一實施方式之顯示模組與第三柱狀透鏡陣列的部分前視示意圖。第7圖繪示依照本發明又一實施方式之光源模組與第一柱狀透鏡陣列的部分前視示意圖。第8圖繪示依照本發明又一實施方式之顯示模組的部分前視示意圖。第9圖繪示依照本發明又一實施方式之顯示模組與第三柱狀透鏡陣列的部分前視示意圖。

100‧‧‧立體顯示裝置

110‧‧‧光源模組

120‧‧‧第一柱狀透鏡陣列

130‧‧‧第二柱狀透鏡陣列

131‧‧‧第二柱狀透鏡

140‧‧‧顯示模組

150‧‧‧第三柱狀透鏡陣列

Claims

一種立體顯示裝置，包含：一光源模組，用以依發光週期中的複數個時序提供複數組時序光線；一第一柱狀透鏡陣列，設置於該光源模組前方，用以將來自該光源模組之該些時序光線分別導引朝複數個方向群組前進，其中該光源模組位於該第一柱狀透鏡陣列的焦面上；一第二柱狀透鏡陣列，設置於該第一柱狀透鏡陣列前方；一顯示模組，設置於該第二柱狀透鏡陣列前方，其中該顯示模組位於該第二柱狀透鏡陣列的焦面上，該顯示模組包含複數個畫素，每個該些畫素包含複數個子部，該第二柱狀透鏡陣列用以將朝該些方向群組的該些時序光線分別聚焦至複數組聚焦區域，該些聚焦區域分別對應於該些子部，該顯示模組用以將聚焦至該些聚焦區域的該些時序光線分別轉換為複數組畫素光線；以及一第三柱狀透鏡陣列，設置於該顯示模組前方，用以將該些畫素光線分別導引至複數個視域。
如請求項1所述之立體顯示裝置，更具有互相垂直之一第一方向與一第二方向，其中該些畫素為沿著該第一方向與該第二方向排列，該第一柱狀透鏡陣列具有複數個第一柱狀透鏡，該第二柱狀透鏡陣列具有複數個第二柱狀透鏡，該第三柱狀透鏡陣列具有複數個第三柱狀透鏡，該些第一柱狀透鏡相較於該第一方向為傾斜設置，該些第二柱狀透鏡相較於該第一方向為傾斜設置，該些第三柱狀透鏡相較於該第一方向為傾斜設置。
如請求項2所述之立體顯示裝置，其中該些第一柱狀透鏡、該些第二柱狀透鏡與該些第三柱狀透鏡的排列方向為互相平行。
如請求項1所述之立體顯示裝置，其中該顯示模組位於該第三柱狀透鏡陣列的焦面上。
如請求項1所述之立體顯示裝置，更具有互相垂直之一第一方向與一第二方向，其中該些畫素為沿著該第一方向與該第二方向排列，該第一柱狀透鏡陣列具有複數個第一柱狀透鏡，在該第一方向上每個該些第一柱狀透鏡具有一節距，每個該些子部具有複數個子畫素，在該第一方向上該些子畫素之中心之間具有一間距，該第一柱狀透鏡陣列具有一第一焦距，該第二柱狀透鏡陣列具有一第二焦距，該節距和該間距的比值與該第一焦距和該第二焦距的比值相同。
如請求項1所述之立體顯示裝置，其中該光源模組包含複數個白色光源。
如請求項6所述之立體顯示裝置，其中該第一柱狀透鏡陣列具有複數個第一柱狀透鏡，該立體顯示裝置具有垂直於該些第一柱狀透鏡的長軸的一第三方向，每個該些第一柱狀透鏡沿著該第三方向分為K個部分，該些部分分別對應於K組該些白色光源，該第一柱狀透鏡陣列用以將K組該些時序光線分別導引朝K個該些方向群組前進，每個該些畫素包含K個該些子部，該第二柱狀透鏡陣列用以將朝K個該些方向群組的K組該些時序光線分別聚焦至K組該些聚焦區域，K組該些聚焦區域分別對應於K個該些子部。
如請求項1所述之立體顯示裝置，其中該光源模組包含複數個紅色光源、複數個綠色光源與複數個藍色光源。
如請求項8所述之立體顯示裝置，其中該第一柱狀透鏡陣列具有複數個第一柱狀透鏡，該立體顯示裝置具有垂直於該些第一柱狀透鏡的長軸的一第三方向，每個該些第一柱狀透鏡沿著該第三方向分為3K個部分，該些部分分別對應於K組該些紅色光源、K組該些綠色光源與K組該些藍色光源，且K組該些紅色光源、K組該些綠色光源與K組該些藍色光源在K個該些時序上形成3K組該些時序光線，該第一柱狀透鏡陣列用以將3K組該些時序光線分別導引朝3K個該些方向群組前進，每個該些畫素包含K個子部，每個該些畫素包含K個紅色子畫素子部、K個藍色子畫素子部與K個綠色子畫素子部，並形成K個該些子部，其中每個該些子部包含一個該紅色子畫素子部、一個該藍色子畫素子部與一個該綠色子畫素子部，該第二柱狀透鏡陣列用以將朝 3K個該些方向群組的3K組該些時序光線分別聚焦至3K組該些聚焦區域，3K組該些聚焦區域分別對應於K個該些紅色子畫素子部、K個該些藍色子畫素子部與K個該些綠色子畫素子部。
如請求項1所述之立體顯示裝置，其中該些子部的數量為K個，對於每個該些畫素，K個該些子部分別將該些時序光線轉換為K個該些畫素光線，該第三柱狀透鏡陣列將K個該些畫素光線分別導引至K個視域。