TWI832347B

TWI832347B - 顯示設備

Info

Publication number: TWI832347B
Application number: TW111127291A
Authority: TW
Inventors: 何俊樟; 鄭文琳; 張豫修
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2022-07-21
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2024-02-11
Also published as: TW202405517A; CN115933213A

Abstract

提供一種顯示設備，包括第一光學鏡、第二光學鏡、平面顯示器、偏光選擇層以及四分之一波板。第一光學鏡具備第一焦點、第一中軸以及第一凹面。第二光學鏡具備第二焦點、第二中軸以及第二凹面，其中第一凹面面向第二凹面。平面顯示器包括顯示面，其中顯示面配置於第一焦點並面向第一凹面，且顯示面的法線平行第一中軸。偏光選擇層配置於第一凹面上，且具備穿透軸。四分之一波板配置於第二凹面上，其中顯示面發出的影像光的偏振方向垂直偏光選擇層的穿透軸。

Description

顯示設備

本發明是有關於一種顯示設備。

目前有多種裸視3D顯示器技術，大略可分成三種技術形式，分別為全像顯示、多層拼接以及視差模擬。其中多層拼接方式是利用快速移動顯示器，搭配觀看者的視覺暫留，使顯示器發出的平面畫面在觀看者的大腦產生立體的視覺效果。並且，多層拼接的方式不會像視差模擬產生視覺輻輳調節衝突的不適感，也不需要全像顯示方式的複雜設備。然而，多層拼接方式為了快速移動顯示器而需要較大的空間，因此，亟需發展一種可以降低空間需求的多層拼接3D顯示器。

本發明提供一種顯示設備，利用多層拼接2D影像來達成立體的視覺效果，且不需要大的空間。

根據本發明一實施例，提供一種顯示設備，包括第一光學鏡、第二光學鏡、平面顯示器、偏光選擇層以及四分之一波板。第一光學鏡具備第一焦點、第一中軸以及以第一中軸為對稱軸的第一凹面。第二光學鏡具備第二焦點、第二中軸以及以第二中軸為對稱軸的第二凹面，其中第一凹面面向第二凹面，且第一中軸與第二中軸重疊。平面顯示器包括顯示面，其中顯示面配置於第一焦點並面向第一凹面，且顯示面的法線平行第一中軸。偏光選擇層配置於第一凹面上，且具備穿透軸。四分之一波板配置於第二凹面上，其中顯示面發出的影像光的偏振方向垂直偏光選擇層的穿透軸。

基於上述，本發明實施例提供的顯示設備利用光學成像原理，將平面顯示器提供的平面影像成像於顯示設備外且鄰近第一光學鏡的一側。當改變第二光學鏡的焦點位置，並搭配觀看者的視覺暫留，則能達成立體的視覺效果，且顯示設備不需要大的空間。

為讓本發明的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。

參照圖1及圖2。顯示設備1包括平面顯示器100、第一光學鏡101、第二光學鏡102、四分之一波板102W以及偏光選擇層101P。第一光學鏡101具備焦點F1、第一中軸C1以及以第一中軸C1為對稱軸的第一凹面V1。第二光學鏡102具備焦點F2、第二中軸C2以及以第二中軸C2為對稱軸的第二凹面V2，其中第一凹面V1面向第二凹面V2，且第一中軸C1與第二中軸C2重疊。平面顯示器100包括顯示面100D，其中顯示面100D配置於焦點F1並面向第一凹面V1，且顯示面100D的法線平行第一中軸C1。四分之一波板102W配置於第二凹面V2上。

顯示面100D於不同時間發射出如圖2所示的不同影像D _i。例如，在第一時間發出影像D ₁，在第二時間發出影像D ₂，在第三時間發出影像D ₃，以此類推。其中各影像D _i皆為二維的平面影像。

顯示面100D所發出的每個影像D _i會由朝向不同方向的多個影像光L _i來構成。多個影像光L _i朝向第一凹面V1行進（為了理解的方便，僅於圖1繪示兩個示例的影像光L ₁、L ₂）。偏光選擇層101P配置於第一凹面V1上，且具備穿透軸。在本實施例中，顯示面100D發出的多個影像光L _i為s光，其偏振方向垂直於偏光選擇層101P的穿透軸。也就是說，顯示面100D發出的多個影像光L _i的偏振方向垂直偏光選擇層101P的穿透軸，致使多個影像光L _i不會穿透偏光選擇層101P，而會被偏光選擇層101P反射。但是本發明的實施例不以此為限，在一些實施例中，顯示面100D發出的多個影像光L _i可以是p光，偏光選擇層101P被配置為其穿透軸垂直此p光的偏振方向。在一些實施例中，偏光選擇層101P例如是雙折射率高分子多層膜（DBEF）。

由於顯示面100D配置於焦點F1，受到偏光選擇層101P反射的多個影像光L _i會分別形成為大致上互相平行的多個影像光R _i0。舉例來說，如圖1所示，影像光L ₁、L ₂受到偏光選擇層101P反射後分別形成為影像光R ₁₀、R ₂₀，其中影像光R ₁₀、R ₂₀大致上相平行。具體來說，由於偏光選擇層101P的厚度很小，偏光選擇層101P上面對顯示面100D的反射面可以被視為與第一凹面V1位於相同的位置。被配置於第一凹面V1的焦點F1處的顯示面100D可以被視為是配置於偏光選擇層101P的上述反射面的焦點。因此，根據凹面鏡成像原理，自顯示面100D發出的光束受到偏光選擇層101P的反射面的反射後會平行於第一凹面V1的第一中軸C1行進。因此，多個影像光R _i0會大致上互相平行。

多個影像光R _i0會入射四分之一波板102W，受到第二凹面V2反射，再穿透四分之一波板102W後形成為多個影像光R _i1。由於穿透四分之一波板102W兩次，多個影像光R _i1的偏振方向會垂直於多個影像光R _i0的偏振方向（即，多個影像光R _i1為p光），致使多個影像光R _i1得以穿透偏光選擇層101P以及第一光學鏡101，形成為多個影像光T _i，並成像於第二光學鏡102的焦點F2。換言之，利用上述的配置，顯示面100D發出的多個影像D _i可以成像於第二光學鏡102的焦點F2。

在本實施例中，第二光學鏡102的焦距大於第一光學鏡101的焦距，致使多個影像D _i可以成像於顯示設備1外且鄰近第一光學鏡101的一側，觀看者的眼睛EY得以在焦點F2處看見各影像D _i。在本發明一實施例中，第一光學鏡101的厚度均勻，使得穿透第一光學鏡101的不同部分的各影像光T _i所形成的影像D _i不會變形。但是本發明實施例不以此為限，第一光學鏡101的厚度可以根據需求配置為厚度非均勻的。在一實施例中，第二凹面V2在垂直第一中軸C1的一平面上的垂直投影大於或等於第一凹面V1的垂直投影，以確保自偏光選擇層101P的反射面反射的多個影像光R _i0皆能被第二凹面V2反射。

在本發明一實施例中，第一凹面V1為球面，且顯示面100D相對於第一凹面V1的第一中軸C1落在±3度的視角內。在此實施例中，第一凹面V1形成為球面可以降低製造成本，顯示面100D相對於第一凹面V1的對稱中心落在±3度的視角內的目的則在於使得顯示面100D相對於第一凹面V1可以接近點光源，以避免各類像差。

在本發明一實施例中，第一凹面V1被配置為非球面，使得受到偏光選擇層101P反射後所形成的多個影像光R _i0可以互相平行且平行於第一中軸C1，以進一步讓多個影像光T _i皆聚焦於第二光學鏡102的焦點F2，優化各影像D _i的成像狀況，避免各類像差。

在本發明一實施例中，第二凹面V2同樣被配置為非球面，使得多個影像光T _i皆可以聚焦於第二光學鏡102的焦點F2，優化各影像D _i的成像狀況，避免各類像差。

為了充分說明本發明的各種實施態樣，將在下文描述本發明的其他實施例。在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

參照圖3，其繪示根據本發明一實施例的第二光學鏡的部分結構示意圖。在此實施例中，第二光學鏡202具備高反射層202R，配置於第二凹面V2與四分之一波板102W之間，以提高影像光R _i0的反射率。高反射層202R可以例如包含銀、鋁等金屬。

重新參照圖1，顯示設備1還可以包括多個支架102S，配置於第二光學鏡102相對於第二凹面V2的另一面上，以作為支撐。但是本發明不以此為限，在一些實施例中，這些支架102S可以連接移動機構（未繪示），以在沿著第二中軸C2的方向上平移第二光學鏡102，對應地改變第二光學鏡102的焦點F2的位置，使得顯示面100D於不同時間發出的不同影像D _i成像於空間中的不同位置處，搭配觀看者的視覺暫留，顯示設備1產生的多個平面影像D _i可以在觀看者的大腦構成立體的影像，如圖2所示。

應當說明的是，在平移第二光學鏡102的過程中，顯示面100D的位置並不改變，而是維持在第一凹面V1的焦點F1處。在圖1所示的實施例中，第二光學鏡102具備通孔102H，通孔102H位於第二中軸C2上，且平面顯示器100配置於通孔102H內。平面顯示器100與第二光學鏡102不相連，使得在平移第二光學鏡102的過程中，顯示面100D的位置可以不變。

在本發明一實施例中，多個支架102S被配置以改變第二凹面V2的面形，例如改變其曲率半徑，以改變第二光學鏡102的焦點F2的位置，使得顯示面100D於不同時間發出的不同影像D _i成像於空間中的不同位置處，搭配觀看者的視覺暫留，顯示設備1產生的多個平面影像D _i可以在觀看者的大腦構成立體的影像。

綜上所述，本發明實施例提供的顯示設備利用光學成像原理，將平面顯示器提供的平面影像成像於顯示設備外且鄰近第一光學鏡的一側。當改變第二光學鏡的焦點位置，並搭配觀看者的視覺暫留，則能達成立體的視覺效果，且顯示設備不需要大的空間。

1:顯示設備 100:顯示器 100D:顯示面 101:第一光學鏡 101P:偏光選擇層 102、202:第二光學鏡 102H:通孔 102W:四分之一波板 102S:支架 202R:高反射層 C1、C2:中軸 D ₁、D ₂、D ₃、D _i:影像 EY:眼睛 F1、F2:焦點 L ₁、L ₂、L _i、R ₁₀、R ₂₀、R _i0、R ₁₁、R ₂₁、R _i1、T ₁、T ₂、T _i:影像光 V1、V2:凹面

圖1是根據本發明實施例的顯示設備的示意圖。圖2是根據本發明實施例的3D影像示意圖。圖3是根據本發明實施例的第二光學鏡的部分結構示意圖。

1:顯示設備 100:顯示器 100D:顯示面 101:第一光學鏡 101P:偏光選擇層 102:第二光學鏡 102H:通孔 102W:四分之一波板 102S:支架 C1、C2:中軸 D _i:影像 EY:眼睛 F1、F2:焦點 L ₁、L ₂、L _i、R ₁₀、R ₂₀、R _i0、R ₁₁、R ₂₁、R _i1、T ₁、T ₂、T _i:影像光 V1、V2:凹面

Claims

一種顯示設備，包括：第一光學鏡，具備第一焦點、第一中軸以及以所述第一中軸為對稱軸的第一凹面；第二光學鏡，具備第二焦點、第二中軸以及以所述第二中軸為對稱軸的第二凹面，其中所述第一凹面面向所述第二凹面，且所述第一中軸與所述第二中軸重疊；平面顯示器，包括顯示面，其中所述顯示面配置於所述第一焦點並面向所述第一凹面，且所述顯示面的法線平行所述第一中軸；偏光選擇層，配置於所述第一凹面上，且具備穿透軸；四分之一波板，配置於所述第二凹面上；以及多個支架，配置於所述第二光學鏡相對於所述第二凹面的另一面上，其中所述顯示面發出的影像光的偏振方向垂直所述偏光選擇層的所述穿透軸，所述多個支架被配置以在沿著所述第二中軸的方向上平移所述第二光學鏡，或所述多個支架被配置以改變所述第二凹面的面形。
如請求項1所述的顯示設備，其中所述第一光學鏡的厚度均勻。
如請求項1所述的顯示設備，其中所述偏光選擇層為雙折射率高分子多層膜。
如請求項1所述的顯示設備，其中所述第一凹面為非球面，且所述影像光在所述第一凹面反射後沿著平行所述第一中軸的方向行進。
如請求項1所述的顯示設備，其中所述第一凹面為球面，且所述顯示面相對於所述第一凹面的對稱中心落在±3度的視角內。
如請求項1所述的顯示設備，其中所述第二凹面為非球面，且所述影像光在所述第二凹面反射後會聚於所述第二焦點。
如請求項1所述的顯示設備，其中所述第二凹面在垂直所述第一中軸的平面上的垂直投影大於或等於所述第一凹面的垂直投影。
如請求項1所述的顯示設備，其中所述第二凹面的焦距大於所述第一凹面的焦距。
如請求項1所述的顯示設備，還包括高反射層，配置於所述第二凹面與所述四分之一波板之間。
如請求項1所述的顯示設備，其中所述第二光學鏡具備通孔，位於所述第二中軸上，且所述平面顯示器配置於所述通孔內。