TWI704380B - 可提升影像品質的立體影像顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種可提升影像品質的立體影像顯示裝置，包括顯示器、透鏡陣列層及遮蔽單元。透鏡陣列層設置於鄰近顯示器的顯示面處，透鏡陣列層包含多個透鏡。遮蔽單元設置於顯示器及透鏡陣列層之間，或設置於顯示器上，或設置於透鏡陣列層上。遮蔽單元包含多個透光區及至少一遮蔽區，遮蔽區位於該些透光區的外圍，該些透光區分別與該些透鏡相對應，遮蔽單元的遮蔽區用以遮蔽該些透鏡的無效區或邊緣。顯示器的顯示面所顯示尚未重建的圖像能通過該透鏡陣列層重組，重新組合成集成式影像，以形成立體影像。由此，能提升影像品質。

Description

可提升影像品質的立體影像顯示裝置

本發明乃是關於一種立體影像顯示裝置，尤指一種可提升影像品質的立體影像顯示裝置。

現有的立體影像顯示裝置，一般主流採用雙眼融合影像的技術製成。一般裸視立體影像顯示裝置，皆讓觀賞者在正對顯示裝置的角度觀看，抑或影像深度不能遠離顯示平面太多。然而在考慮一些情境狀況的場合裡，例如航空地形模型、建築模型、醫療3D訓練等，顯示裝置為水平擺放的情況時，觀賞者自然的視角為斜向的觀看顯示裝置。此時一般主流的立體影像顯示技術無法提供對觀賞者自然的觀看角度，造成不便。再者，一般立體影像顯示裝置，在正面所觀看的3D感知，對觀賞者來說是只有一個方向的視覺刺激，就像是畫面突出或沉入，而無法達到真正讓影像脫離平面的感覺，實現漂浮於空中的感覺。

台灣專利公告號第I614533號揭示一種立體顯示裝置，包括一平面顯示裝置、一透鏡陣列層及一微結構層，平面顯示裝置具有一顯示面，透鏡陣列層設置於平面顯示裝置的顯示面上，透鏡陣列層包含一基部及數個具有聚焦功能的透鏡，透鏡陣列層用於調控光場，微結構層設置於透鏡陣列層上，微結構層包含一基材及數個微結構，微結構層用於調變光線角度方向。藉此，用於顯現漂浮於空中的立體影像，且能在斜向的視角觀賞。然而現有的 立體顯示裝置，透鏡無效區或透鏡邊緣會造成漏光或像差等問題，進而導致光場影像的品質下降。

綜上所述，本發明人有感上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合學理的應用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。

本發明所要解決的技術問題，在於提供一種可提升影像品質的立體影像顯示裝置，能遮蔽或關掉會造成品質下降的像素，以提升影像品質。

為了解決上述的技術問題，本發明提供一種可提升影像品質的立體影像顯示裝置，包括：一顯示器，該顯示器具有一顯示面及一圖像演算單元；一透鏡陣列層，該透鏡陣列層設置於鄰近該顯示器的顯示面處，該透鏡陣列層包含多個透鏡；以及一遮蔽單元，該遮蔽單元設置於該顯示器及該透鏡陣列層之間，該遮蔽單元包含多個透光區及至少一遮蔽區，該遮蔽區位於該些透光區的外圍，該些透光區分別與該些透鏡相對應，該顯示面所顯示尚未重建的圖像能通過該透鏡陣列層重組，重新組合成集成式影像，以形成立體影像。

為了解決上述的技術問題，本發明還提供一種可提升影像品質的立體影像顯示裝置，包括：一顯示器，該顯示器具有一顯示面及一圖像演算單元；一透鏡陣列層，該透鏡陣列層設置於鄰近該顯示器的顯示面處，該透鏡陣列層包含多個透鏡；以及一遮蔽單元，該遮蔽單元設置於該顯示器上，該遮蔽單元包含多個透光區及至少一遮蔽區，該遮蔽區位於該些透光區的外圍，該些透光區分別與該些透鏡相對應，該顯示面所顯示尚未重建的圖像能通過該透鏡陣列層重組，重新組合成集成式影像，以形成立體影像。

為了解決上述的技術問題，本發明還提供一種可提升影像品 質的立體影像顯示裝置，包括：一顯示器，該顯示器具有一顯示面及一圖像演算單元；一透鏡陣列層，該透鏡陣列層設置於鄰近該顯示器的顯示面處，該透鏡陣列層包含多個透鏡；以及一遮蔽單元，該遮蔽單元設置於該透鏡陣列層上，該遮蔽單元包含多個透光區及至少一遮蔽區，該遮蔽區位於該些透光區的外圍，該些透光區分別與該些透鏡相對應，該顯示面所顯示尚未重建的圖像能通過該透鏡陣列層重組，重新組合成集成式影像，以形成立體影像。

本發明的有益效果：本發明的立體影像顯示裝置包括顯示器、透鏡陣列層及遮蔽單元，該遮蔽單元包含多個透光區及至少一遮蔽區，該些透光區分別與該些透鏡相對應，遮蔽區位於該些透光區的外圍，該遮蔽區可起到遮蔽光線的效果。該遮蔽單元的遮蔽區可用以遮蔽該些透鏡的無效區或邊緣，以避免造成漏光或像差等問題，以提升影像品質。

為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式與附件僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

1‧‧‧顯示器

11‧‧‧顯示面

12‧‧‧圖像演算單元

2‧‧‧透鏡陣列層

21‧‧‧基部

22‧‧‧透鏡

3‧‧‧遮蔽單元

31‧‧‧透光區

32‧‧‧遮蔽區

4‧‧‧活動透光蓋板

5‧‧‧固定透光蓋板

6‧‧‧中間介質層

圖1為本發明立體影像顯示裝置第一實施例的平面示意圖。

圖2為本發明透鏡陣列相對排列的示意圖。

圖3為本發明透鏡陣列交錯排列的示意圖。

圖4為本發明單一透鏡聚焦情形的示意圖。

圖5為本發明透鏡陣列相對排列時遮蔽單元的示意圖。

圖6為本發明透鏡陣列交錯排列時遮蔽單元的示意圖。

圖7為本發明立體影像顯示裝置第二實施例的平面示意圖。

圖8為本發明立體影像顯示裝置第三實施例的平面示意圖。

圖9為本發明立體影像顯示裝置第四實施例的平面示意圖。

圖10為本發明立體影像顯示裝置第五實施例的平面示意圖。

圖11為本發明立體影像顯示裝置第六實施例的平面示意圖。

[第一實施例]

本發明提供一種可提升影像品質的立體影像顯示裝置，其可應用於例如光電、醫療、軍事、展示、顯示器、教育娛樂及消費型電子等各種產業，該立體影像顯示裝置可應用於主動式或被動式等顯示器，並不予以限制。

如圖1所示，該立體影像顯示裝置包括一顯示器1、一透鏡陣列層2及一遮蔽單元3，可以透過顯示圖像的改變，更改觀賞者角度位置所看到的立體影像畫面，讓觀賞者可以在其他視角位置觀賞立體影像。

該顯示器1可為一般的平面顯示器，顯示器1具有一顯示面11，可用於顯示圖像。透鏡陣列層2設置於鄰近顯示器1的顯示面11處，亦即透鏡陣列層2可設置於顯示器1的上方。透鏡陣列層2可接觸顯示器1的顯示面11，透鏡陣列層2也可與顯示器1的顯示面11形成間隔設置，或是在顯示器1的顯示面11與透鏡陣列層2之間設置中間層。

顯示器1可設置於最下層，其負責顯示尚未經過光線重現的平面圖像，此平面圖像可以透過透鏡陣列層2的透鏡陣列達到光線重新分配和組合，進而顯示重組的三維立體影像。第一層的顯示器1只需顯示目標圖像，因此可以是任意的硬體構造，包括手機、平板或平面螢幕，抑或是印刷、刻印等圖像，也可以是投影顯示類型等，該顯示器1的型式及構造並不限制，該顯示器1亦 可為一種自發光顯示器，在本實施例中，該顯示器1為一般平面顯示器。

該透鏡陣列層2可設置於最上層，該透鏡陣列層2具有調控光場的功效，透鏡陣列層2可以調控立體物件的光線角度，讓原本尚未重組的平面影像進行重新分配和組合，進而讓觀賞者看到三維立體影像。單一透鏡曲率將由透鏡的材料本質決定，並配合與顯示器1的結合，決定立體影像的高度、可視角度範圍及清晰度等三維影像內容。

在本實施例中，該透鏡陣列層2以光學特性良好的材質所製成，例如有機玻璃(PPMA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)或玻璃(Glass)等透光材質製成，惟該透鏡陣列層2的材質並不限制。該透鏡陣列層2可包含一基部21及多個透鏡22，透鏡22可呈圓形，該些透鏡22設置於基部21的一面，亦即該些透鏡22可設置於基部21遠離顯示器1的一面，該透鏡陣列層2的排列及構造並不限制，該些透鏡22具有聚焦功能，該顯示面11所顯示尚未重建的圖像能通過該透鏡陣列層2重組，重新組合成集成式影像，以形成立體影像。

本發明可用於斜向觀賞三維立體影像，所謂斜向觀賞的方式是指觀賞者並非正對顯示器1，但也能看到立體影像。在傳統的裸眼式三維立體顯示中，絕大多數有觀賞視角的問題，而讓觀賞者不能在斜向的角度看到。在本發明中，斜向觀賞反而是一大特點，觀賞者在正對顯示器1的方向上(zero order viewing zone)，而左右分別有一段可觀賞的視角限制，一旦超出此視角，則觀賞者看到的將不是相對應所在角度應該看到的立體資訊。為達到斜向觀賞立體影像，不再採用0階(正向)的顯示方式，而是採用斜向角度的顯示方式，將光路徑匯聚到斜向的方向上，而讓觀賞者可以在該斜向的方向上觀賞立體影像。惟，本發明的立體影像顯示裝置同樣可應用於正向的角度觀看立體影像。

本發明的顯示器1可以為任意規格，只要能讓演算法則適用，亦即該顯示器1可具有一圖像演算單元12，使用於顯示器1的圖像需要經過圖像演算法的計算，此計算搭配透鏡陣列的架構，預知其光線行走的各種路徑，而計算圖像相對位置。由於圖像演算法為現有技術，且非本發明訴求的重點，故不再加以贅述。

本發明的透鏡陣列層2對顯示的效果有非常重要的關聯，如圖2及圖3表示，透鏡陣列的排列方式可以為矩形排列或六角形排列的方式，亦即每相鄰兩列的透鏡22可呈相對的排列(如圖2所示)或交錯的排列(如圖3所示)，皆可用以顯示3D影像資訊。在透鏡陣列層2上的微結構為聚焦功能的透鏡，此微透鏡規格將依照材質折射率n值決定其透鏡聚焦能力，可使用光線的波長範圍為300nm至1100nm。單一的小透鏡焦距情形如圖4所示，符合造鏡者公式：1/f=(n-1)(1/R1+1/R2)。

其中R1和R2分別為透鏡兩邊的曲率半徑，f是透鏡焦距，n是透鏡折射率。另外透鏡直徑大小從100um到5mm適用不同顯示裝置的像素大小。

該遮蔽單元3可設置於顯示器1及透鏡陣列層2之間，該遮蔽單元3也可設置(或形成)於顯示器1上或透鏡陣列層2上，或其他的介質層中。該遮蔽單元3能利用硬體或軟體的方式來遮蔽或關掉會造成品質下降的像素，以提升影像品質。

在本實施例中，該遮蔽單元3為一種實體結構，該遮蔽單元3設置於顯示器1及透鏡陣列層2之間，該遮蔽單元3包含多個透光區31及至少一遮蔽區32(如圖5及圖6所示)，在本實施例中，該些透光區31以透光性材質製成，從而具有透光性，該些透光區31分別與該些透鏡22相對應，透光區31與透鏡22可為相對應的圓形，透光區31對應於透鏡22的有效區。該遮蔽區32不具有透光性，遮蔽區32位於該些透光區31的外圍，該遮蔽區32可起到遮蔽光線的效果。在本實施例中，該些透光區31可形成於一透光 板體上，再利用噴墨等方式形成遮蔽區32，使遮蔽區32位於該些透光區31的外圍。該遮蔽單元3的遮蔽區32可用以遮蔽該些透鏡22的無效區或邊緣，以避免造成漏光或像差等問題。

是以，本發明提出一種可以適用於正向、斜向觀賞角度的立體影像顯示裝置，配合硬體設置，可控制裝置中各個位置像素經過光學元件的光線行進方向。本發明硬體系統為簡易光學元件，包括顯示器1、透鏡陣列層2及遮蔽單元3，可封裝成一個套件，藉由設計好的像素大小、系統間隙、透鏡大小及焦距，利用集成式影像原理，搭配經過特殊演算法的螢幕輸出畫面訊號，可以使其呈現實像在立體空間之中。本發明在硬體特點上，不需要其他光學膜片，只要一顯示器1、一透鏡陣列層2及一遮蔽單元3，極其簡單的裝置，就可以達到懸浮圖像的效果。

[第二實施例]

請參閱圖7，其為本發明的第二實施例，本實施例與第一實施例大致相同，其差異在於，該遮蔽單元3設置於透鏡陣列層2上，亦即該遮蔽單元3設置於透鏡陣列層2遠離顯示器1的一側。在本實施例中，該遮蔽單元3為一種實體結構，該遮蔽單元3包含多個透光區31及至少一遮蔽區32(如圖5及圖6所示)，該遮蔽區32位於該些透光區31的外圍，遮蔽區32可起到遮蔽光線的效果。該遮蔽單元3的遮蔽區32可用以遮蔽該些透鏡22的無效區或邊緣，以避免造成漏光或像差等問題。該遮蔽單元3設置於透鏡陣列層2上，該遮蔽單元3可設置於透鏡陣列層2的上方，該遮蔽單元3與透鏡陣列層2之間可以無設置任何的其他光學元件層，也可以設置任何的其他光學元件層。

[第三實施例]

請參閱圖8，其為本發明的第三實施例，本實施例與第一實施例大致相同，其差異在於，該遮蔽單元3設置於透鏡陣列層2靠近顯示器1的一側，遮蔽單元3可設置於透鏡陣列層2的基部21 上，亦即遮蔽單元3可設置於透鏡陣列層2的基部21靠近顯示器1的一側。可利用噴墨等方式於透鏡陣列層2的基部21上形成該些透光區31及遮蔽區32(如圖5及圖6所示)。該遮蔽單元3的遮蔽區32可用以遮蔽該些透鏡22的無效區或邊緣，以避免造成漏光或像差等問題。

[第四實施例]

請參閱圖9，其為本發明的第四實施例，本實施例與第一實施例大致相同，其差異在於，該遮蔽單元3可設置於一活動透光蓋板4上，該活動透光蓋板4可利用玻璃板或塑膠板等透光材質製成，該活動透光蓋板4覆蓋於透鏡陣列層2上，使該遮蔽單元3設置於透鏡陣列層2上，亦即該遮蔽單元3設置於透鏡陣列層2遠離顯示器1的一側。該遮蔽單元3包含多個透光區31及至少一遮蔽區32(如圖5及圖6所示)，該遮蔽區32位於該些透光區31的外圍，遮蔽區32可起到遮蔽光線的效果。該遮蔽單元3的遮蔽區32可用以遮蔽該些透鏡22的無效區或邊緣，以避免造成漏光或像差等問題。

[第五實施例]

請參閱圖10，其為本發明的第五實施例，本實施例與第一實施例大致相同，其差異在於，該遮蔽單元3可設置於一固定透光蓋板5上，該固定透光蓋板5可利用玻璃板或塑膠板等透光材質製成，該固定透光蓋板5覆蓋於顯示器1的顯示面11上，使該遮蔽單元3設置於顯示器1的顯示面11上。該遮蔽單元3包含多個透光區31及至少一遮蔽區32(如圖5及圖6所示)，該遮蔽區32位於該些透光區31的外圍，遮蔽區32可起到遮蔽光線的效果。該遮蔽單元3的遮蔽區32可用以遮蔽該些透鏡22的無效區或邊緣，以避免造成漏光或像差等問題。

[第六實施例]

請參閱圖11，其為本發明的第六實施例，本實施例與第一實 施例大致相同，其差異在於，該遮蔽單元3可設置於一中間介質層6上，該中間介質層6例如是玻璃板或塑膠板等透光材質製成，該中間介質層6設置於顯示器1及透鏡陣列層2之間，使該遮蔽單元3設置於顯示器1及透鏡陣列層2之間。該遮蔽單元3包含多個透光區31及至少一遮蔽區32(如圖5及圖6所示)，該遮蔽區32位於該些透光區31的外圍，遮蔽區32可起到遮蔽光線的效果。該遮蔽單元3的遮蔽區32可用以遮蔽該些透鏡22的無效區或邊緣，以避免造成漏光或像差等問題。

在本發明的另一實施例中，該遮蔽單元3亦可形成於顯示器1內(圖略)，該顯示器1可為LCD、Micro LED或OLED等，該顯示器1的顯示面11顯示影像時，能將顯示器1的顯示面11中對應遮蔽區部分的像素關閉，使該遮蔽單元3也能以軟體的方式顯現，用以關掉會造成品質下降的像素，以提升影像品質。

在本發明的又一實施例中，該遮蔽單元3亦可設置於顯示器1內(圖略)，例如該遮蔽單元3可設置於顯示器1的背光模組上，或設置於顯示器1的液晶面板及背光模組之間，或設置於顯示器1的液晶面板的上下基板等處。

本發明的特點及功能在於：本發明的立體影像顯示裝置包括顯示器、透鏡陣列層及遮蔽單元，該遮蔽單元可設置於顯示器及透鏡陣列層之間，該遮蔽單元也可設置(或形成)於顯示器上或透鏡陣列層上，或其他的介質層中。該遮蔽單元包含多個透光區及至少一遮蔽區，該些透光區分別與該些透鏡相對應，遮蔽區位於該些透光區的外圍，該遮蔽區可起到遮蔽光線的效果。該遮蔽單元的遮蔽區可用以遮蔽該些透鏡的無效區或邊緣，以避免造成漏光或像差等問題，以提升影像品質。

以上所述僅為本發明之優選實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍，故凡是運用本發明說明書及附圖內容所作的等效變 化，均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內。

1‧‧‧顯示器

11‧‧‧顯示面

12‧‧‧圖像演算單元

2‧‧‧透鏡陣列層

21‧‧‧基部

22‧‧‧透鏡

3‧‧‧遮蔽單元

Claims (8)

1. 一種可提升影像品質的立體影像顯示裝置，包括：一顯示器，該顯示器具有一顯示面及一圖像演算單元；一透鏡陣列層，該透鏡陣列層設置於鄰近該顯示器的顯示面處，該透鏡陣列層包含多個透鏡；以及一遮蔽單元，該遮蔽單元設置於該顯示器及該透鏡陣列層之間，該遮蔽單元包含多個透光區及至少一遮蔽區，該遮蔽區位於該些透光區的外圍，該些透光區分別與該些透鏡相對應，該顯示面所顯示尚未重建的圖像能通過該透鏡陣列層重組，重新組合成集成式影像，以形成立體影像，該遮蔽單元的遮蔽區能遮蔽光線，用以避免該些透鏡邊緣所造成的漏光或像差。
2. 如請求項1所述的可提升影像品質的立體影像顯示裝置，其中該遮蔽單元設置於一中間介質層上，該中間介質層設置於該顯示器及該透鏡陣列層之間，使該遮蔽單元設置於該顯示器及該透鏡陣列層之間。
3. 一種可提升影像品質的立體影像顯示裝置，包括：一顯示器，該顯示器具有一顯示面及一圖像演算單元；一透鏡陣列層，該透鏡陣列層設置於鄰近該顯示器的顯示面處，該透鏡陣列層包含多個透鏡；以及一遮蔽單元，該遮蔽單元設置於該顯示器上，該遮蔽單元包含多個透光區及至少一遮蔽區，該遮蔽區位於該些透光區的外圍，該些透光區分別與該些透鏡相對應，該顯示面所顯示尚未重建的圖像能通過該透鏡陣列層重組，重新組合成集成式影像，以形成立體影像，該遮蔽單元的遮蔽區能遮蔽光線，用以避免該些透鏡邊緣所造成的漏光或像差。
4. 如請求項3所述的可提升影像品質的立體影像顯示裝置，其中該遮蔽單元設置於一固定透光蓋板上，該固定透光蓋板覆蓋於該顯示器的顯示面上，使該遮蔽單元設置於該顯示器的顯示面上。
5. 如請求項3所述的可提升影像品質的立體影像顯示裝置，其中該遮蔽單元形成於該顯示器內，該顯示器的顯示面顯示影像時，能將該顯示器的顯示面中對應該遮蔽區部分的像素關閉，使該遮蔽單元以軟體的方式顯現。
6. 一種可提升影像品質的立體影像顯示裝置，包括：一顯示器，該顯示器具有一顯示面及一圖像演算單元；一透鏡陣列層，該透鏡陣列層設置於鄰近該顯示器的顯示面處，該透鏡陣列層包含多個透鏡；以及一遮蔽單元，該遮蔽單元設置於該透鏡陣列層上，該遮蔽單元包含多個透光區及至少一遮蔽區，該遮蔽區位於該些透光區的外圍，該些透光區分別與該些透鏡相對應，該顯示面所顯示尚未重建的圖像能通過該透鏡陣列層重組，重新組合成集成式影像，以形成立體影像，該遮蔽單元的遮蔽區能遮蔽光線，用以避免該些透鏡邊緣所造成的漏光或像差。
7. 如請求項6所述的可提升影像品質的立體影像顯示裝置，其中該遮蔽單元設置於該透鏡陣列層遠離或靠近該顯示器的一側。
8. 如請求項6所述的可提升影像品質的立體影像顯示裝置，其中該遮蔽單元設置於一活動透光蓋板上，該活動透光蓋板覆蓋於該透鏡陣列層上，使該遮蔽單元設置於該透鏡陣列層上。

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