本发明涉及一种立体显示设备。
背景技术：
因为左眼和右眼位置不同，所以各自观察到的景象也有细微的差异，这种差异是产生立体感的根本原因，3D立体显示器便是利用了眼睛的视觉特性来产生立体感。
传统上达成立体感的方法为利用空间多任务法，即在屏幕上的像素分配多个视域(View)信息，透过透镜的分光效果在观赏距离下会聚，产生多个视域(View)，观察者对应于其中两个视域，使两眼对应到不同影像达成3D视觉效果。
为了进一步改善3D立体显示器的各项特性，相关领域莫不费尽心思开发。如何能提供一种具有较佳显示效果的3D立体显示器，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域亟需改进的目标。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的一目的在于提出一种可精确地反应温度的立体显示设备以及用应其的立体显示设备。
为了达到上述目的，依据本发明的一实施方式，一种立体显示设备包含导光板、多个光源、第一柱状透镜阵列、显示模块、第二柱状透镜阵列以及第三柱状透镜阵列。导光板具有入光面以及出光面。光源配置以朝向入光面发光。第一柱状透镜阵列光学耦合于光源与入光面之间，并配置以将光源所发射的光转换为多个指向性光线。导光板配置以将所接收的指向性光线反射离开出光面。显示模块相对于出光面设置，并包含多个像素。每一像素包含沿着第一方向排列的多个子像素。第二柱状透镜阵列设置于出光面与显示模块之间，并配置以将经反射的指向性光线聚焦于显示模块上的多个长条区域。长条区域平行于第一方向。显示模块配置以将经聚焦的指向性光线转换为多组像素光线。第三柱状透镜阵列设置于显示模块远离导光板的一侧，并配置以将像素光线分别导引至多个视域。
于本发明的一或多个实施方式中，上述的像素沿着垂直于第一方向的第二方向排列成多个像素排。各长条区域分别对应通过各像素排。
于本发明的一或多个实施方式中，上述的第一柱状透镜阵列具有多个第一柱状子透镜。第一柱状子透镜沿着垂直于第一方向的第二方向排列，并与第一方向垂直设置。
于本发明的一或多个实施方式中，上述的每一第一柱状子透镜在第一方向上对应S个光源，S为大于1的自然数。
于本发明的一或多个实施方式中，上述的每一第一柱状子透镜在第二方向上具有第一节距。第一柱状透镜阵列还具有多个第二柱状子透镜。第二柱状子透镜沿着第二方向排列，并与第一方向垂直设置。每一第二柱状子透镜在第二方向上具有第二节距，且第一节距为第二节距的S倍。立体显示设备还包含移动模块，配置以移动第一柱状透镜阵列，致使第一柱状子透镜与第二柱状子透镜中之一群选择性地光学耦合于光源与入光面之间。
于本发明的一或多个实施方式中，上述的第二柱状透镜阵列具有多个第二柱状透镜。第二柱状透镜相对第一方向为平行设置。
于本发明的一或多个实施方式中，上述的第三柱状透镜阵列具有多个第三柱状透镜。第三柱状透镜相对第一方向为倾斜设置。
于本发明的一或多个实施方式中，上述的像素沿着相互垂直的第一方向与第二方向排列。每一第三柱状透镜在第二方向上的宽度小于等于每一像素在第二方向上的宽度。
于本发明的一或多个实施方式中，上述的第三柱状透镜相对第一方向具有倾斜角θ。倾斜角θ实质上满足：
θ＝tan-1(1/N)
其中N为大于1的自然数。
于本发明的一或多个实施方式中，上述的N的范围为2至8。
于本发明的一或多个实施方式中，上述的像素沿着相互垂直的第一方向与第二方向排列。每一长条区域在第二方向上的宽度小于等于每一像素在第二方向上的宽度的1/(3N)倍。
于本发明的一或多个实施方式中，上述的光源位于第一柱状透镜阵列的焦面上。
于本发明的一或多个实施方式中，上述的显示模块位于第二柱状透镜阵列的焦面与第三柱状透镜阵列的焦面上。
综上所述，在使用本发明的立体显示设备时，可调整立体显示设备的摆设方位而使每一像素的子像素在铅直方向上排列。而在此摆设方位之下，本发明的立体显示设备可藉由第一柱状透镜阵列、第二柱状透镜阵列与第三柱状透镜阵列依据前述配置而达到将像素光线分别导引至水平方向上的多个视域的目的。除此之外，于本发明的立体显示设备中，第一柱状透镜阵列具有节距较大的第一柱状子透镜与节距较小的第二柱状子透镜。藉此，立体显示设备可选择将第一柱状子透镜与光源光学耦合而供3D模式使用，或选择将第二柱状子透镜与光源光学耦合而供2D模式使用，且此模式下可恢复分辨率。
以上所述仅用以阐述本发明所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等等，本发明的具体细节将在下文的实施方式及相关图式中详细介绍。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：
图1为绘示本发明一实施方式的立体显示设备的立体示意图。
图2A为绘示图1中的发光模块、第一柱状透镜阵列与导光板的上视示意图。
图2B为绘示图2A中的组件的侧视剖面示意图。
图3为绘示图1中的导光板、第二柱状透镜阵列、显示模块与第三柱状透镜阵列的侧视示意图。
图4为绘示本发明一实施方式的显示模块与第三柱状透镜阵列的部分平面示意图。
图5为绘示采用图4的光学配置的立体显示设备中的一种子像素所对应的视域图。
图6为绘示本发明另一实施方式的显示模块与第三柱状透镜阵列的部分平面示意图。
图7为绘示采用图6的光学配置的立体显示设备中的一种子像素所对应的视域图。
图8为绘示本发明另一实施方式的显示模块与第三柱状透镜阵列的部分平面示意图。
图9为绘示采用图8的光学配置的立体显示设备中的一种子像素所对应的视域图。
图10为绘示本发明一实施方式的第一柱状透镜阵列与移动模块的主视图。
其中，附图标记说明如下：
100：立体显示设备
110：发光模块
111：电路板
112：光源
120：第一柱状透镜阵列
121：第一柱状子透镜
122：第二柱状子透镜
130：导光板
131：入光面
132：出光面
133：底面
134：微结构
140：显示模块
141：像素
141R、141G、141B：子像素
142：长条区域
150：第二柱状透镜阵列
151：第二柱状透镜
160：第三柱状透镜阵列
161：第三柱状透镜
170：移动模块
P1：第一节距
P2：第二节距
θ：倾斜角
D1：第一方向
D2：第二方向
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单示意的方式绘示。
请参照图1、图2A以及图2B。图1为绘示本发明一实施方式的立体显示设备100的立体示意图。图2A为绘示图1中的发光模块110、第一柱状透镜阵列120与导光板130的上视示意图。图2B为绘示图2A中的组件的侧视剖面示意图。如图1至图2B所示，立体显示设备100包含导光板130、发光模块110、第一柱状透镜阵列120、显示模块140、第二柱状透镜阵列150以及第三柱状透镜阵列160。以下陆续详细介绍立体显示设备100的各个组件的结构、功能与各组件之间的连接关系。
如图1至图2B所示，于本实施方式中，导光板130具有入光面131、出光面132以及底面133。入光面131与出光面132相邻设置。出光面132与底面133相对设置。发光模块110包含电路板111与多个光源112。光源112设置于电路板111上，并配置以朝向导光板130的入光面131发光。第一柱状透镜阵列120光学耦合于光源112与导光板130的入光面131之间，并配置以将光源112所发射的光转换为多个指向性光线。换言之，第一柱状透镜阵列120于第一方向D1上具有光学能力，使来自光源112的光转换成在多个方向(如图2A所示)上具有指向性的指向性光光线。为了达到将光源112所发射的光转换为指向性光线的目的，本实施方式使光源112位于第一柱状透镜阵列120的焦面上。导光板130包含至少一微结构134，设置于底面133。微结构134配置以将进入导光板130内部的指向性光线朝向出光面132反射。如此一来，导光板130即可将所接收的指向性光线反射离开出光面132。
于一些实施方式中，微结构134可以是反射镜。举例而言，微结构134可以是由反射材料所组成，例如银、铝、铜。或者。于其他实施方式中，微结构134可以是形成于导光板130的底面133上的微型棱型凹槽，其可供反射层设置，而微型棱型凹槽的其余部分可填有适当填充材料。
请参照图3以及图4。图3为绘示图1中的导光板130、第二柱状透镜阵列150、显示模块140与第三柱状透镜阵列160的侧视示意图。图4为绘示本发明一实施方式的显示模块140与第三柱状透镜阵列160的部分平面示意图。如图1、图3与图4所示，于本实施方式中，显示模块140相对于导光板130的出光面132设置，并包含多个像素141。多个像素141沿着相互垂直的第一方向D1与第二方向D2排列，且每一像素141包含沿着第一方向D1排列的多个子像素141R、141G、141B。
需要说明的是，一般的显示设备在使用时，其每一像素的子像素是在水平方向上排列的。而在使用本实施方式的立体显示设备100时，可调整立体显示设备100的摆设方位而使第一方向D1平行于铅直方向，并使第二方向D2平行于水平方向。也就是说，在本实施方式的立体显示设备100中，每一像素141的子像素141R、141G、141B是在铅直方向上排列的。
第二柱状透镜阵列150设置于导光板130的出光面132与显示模块140之间，并配置以将经反射的指向性光线(即离开出光面132的指向性光线)聚焦于显示模块140上的多个长条区域142。每一长条区域142平行于第一方向D1。显示模块140配置以将经聚焦的指向性光线转换为多组像素光线。换言之，第二柱状透镜阵列150于第二方向D2上具有光学能力，以使经反射的指向性光线聚焦至沿第二方向D2排列的长条区域142。为了达到将经反射的指向性光线聚焦于长条区域142的目的，本实施方式使显示模块140位于第二柱状透镜阵列150的焦面上，且第二柱状透镜阵列150具有多个第二柱状透镜151，多个第二柱状透镜151相对第一方向D1为平行设置。
进一步来说，多个像素141沿着垂直于第一方向D1的第二方向D2排列成多个像素排(及图4所示的纵向排)。各长条区域142分别对应通过各像素排。因此，每一像素141的所有子像素141R、141G、141B都会有部分的指向性光线通过。
第三柱状透镜阵列160设置于显示模块140远离导光板130的一侧，并配置以将像素光线分别导引至多个视域。为了达到将像素光线分别导引至多个视域的目的，本实施方式使显示模块140位于第三柱状透镜阵列160的焦面上，且第三柱状透镜阵列160具有多个第三柱状透镜161，多个第三柱状透镜161相对于第一方向D1为倾斜设置，如图4所示。如前所述，若在每一像素141的子像素141R、141G、141B是在铅直方向上排列的情况之下使用本实施方式的立体显示设备100，则第三柱状透镜阵列160可将像素光线分别导引至水平方向上的多个视域。
于一些实施方式中，第三柱状透镜161相对第一方向D1具有倾斜角θ。倾斜角θ实质上满足：
θ＝tan-1(1/N)
其中N为大于1的自然数。
于一些实施方式中，上述的N可以是2、3、4、5、6、7或8，但本发明并不以此为限。
举例来说，请参照图2A与图4，于本实施方式中，为了制作出可提供五视域的立体显示设备100，可设计使第一柱状透镜阵列120的每一第一柱状子透镜121在第一方向D1上对应五个光源112(见图2A)。因此，每一第一柱状子透镜121可将五个光源112的光转换成五个指向性光线。
进一步，可设计使每一长条区域142在第二方向D2上的宽度小于等于每一像素141在第二方向D2上的宽度。举例来说，如图4所示，可设计使每一长条区域142与子像素141R重合的区域在第二方向D2上的宽度占据每一像素141在第二方向D2上的宽度的1/6倍，而每一长条区域142与子像素141R重合的区域在第一方向D1上的宽度占据每一像素141在第一方向D1上的宽度的1/3(因每一像素被三等分)。因此，在本实施方式中，第三柱状透镜161相对第一方向D1所具有倾斜角θ即可藉由每一长条区域142与子像素141R重合的区域在第一方向D1与第二方向D2上的宽度计算而获得。具体来说，依据上述θ＝tan-1(1/N)的公式，其中，N＝(1/3)÷(1/6)，故本实施方式所计算出的倾斜角θ＝tan-1(1/2)。故换句话说，每一长条区域142在第二方向D2上的宽度等于每一像素141在第二方向D2上的宽度的1/(3N)倍。
需要说明的是，在第三柱状子透镜的排列方向上，每一第三柱状子透镜可对应地虚拟分为五个部分，且此五部分可将显示模块140所转换而来的像素光线分别导引至五个视域，而相邻的第三柱状子透镜再重复此五个视域。
再进一步，可设计使每一第三柱状透镜161在第二方向D2上的宽度等于每一像素141在第二方向D2上的宽度的5/6倍(见图4)。在此述结构配置之下，由图4来看，位于最左上方的像素141的子像素141R的像素光线可被第三柱状透镜161导引至第一视域(图中标示1)，而右方相邻的像素141与下方相邻的像素141中的子像素141R的像素光线可被第三柱状透镜161分别导引至第二视域(图中标示2)与第四视域(图中标示4)。图4中的其他6个像素141中的子像素141R的像素光线所对应的视域在此不再赘述，可直接参看图4的标示。
请参照图5，其为绘示采用图4的光学配置的立体显示设备100中的一种子像素所对应的视域图。如图5所示，所有斜线的交点所在的像素141中的一种子像素(例如，图4所示的子像素141R)的像素光线皆对应至(被第三柱状透镜161导引至)第一视域。也就是说，位于第一视域的观赏者可在所有斜线的交点所在的像素141的位置观看到此种子像素的像素光线。而位于其他四个视域的观赏者依据同样原理可分别在其他像素141的位置观看到此种子像素的像素光线，在此恕不赘述。
请参照图6，其为绘示本发明另一实施方式的显示模块140与第三柱状透镜阵列160的部分平面示意图。于本实施方式中，为了制作出可提供七视域的立体显示设备100，可设计使第一柱状透镜阵列120的每一第一柱状子透镜121在第一方向D1上对应七个光源112。因此，每一第一柱状子透镜121可将七个光源112的光转换成七个指向性光线。
进一步，如图6所示，可设计使每一长条区域142与子像素141R重合的区域在第二方向D2上的宽度占据每一像素141在第二方向D2上的宽度的1/9倍，而每一长条区域142与子像素141R重合的区域在第一方向D1上的宽度占据每一像素141在第一方向D1上的宽度的1/3(因每一像素141被三等分)。因此，在本实施方式中，第三柱状透镜161相对第一方向D1所具有倾斜角θ即可藉由每一长条区域142与子像素141R重合的区域在第一方向D1与第二方向D2上的宽度计算而获得。具体来说，依据上述θ＝tan-1(1/N)的公式，其中，N＝(1/3)÷(1/9)，故本实施方式所计算出的倾斜角θ＝tan-1(1/3)。
需要说明的是，在第三柱状子透镜的排列方向上，每一第三柱状子透镜可对应地虚拟分为七个部分，且此七部分可将显示模块140所转换而来的像素光线分别导引至七个视域，而相邻的第三柱状子透镜再重复此七个视域。
再进一步，可设计使每一第三柱状透镜161在第二方向D2上的宽度等于每一像素141在第二方向D2上的宽度的7/9倍(见图6)。在此述结构配置之下，由图6来看，位于最左上方的像素141的子像素141R的像素光线可被第三柱状透镜161导引至第一视域(图中标示1)，而右方相邻的像素141与下方相邻的像素141中的子像素141R的像素光线可被第三柱状透镜161分别导引至第三视域(图中标示3)与第四视域(图中标示4)。图6中的其他6个像素141中的子像素141R的像素光线所对应的视域在此不再赘述，可直接参看图6的标示。
请参照图7，其为绘示采用图6的光学配置的立体显示设备100中的一种子像素所对应的视域图。如图7所示，所有斜线的交点所在的像素141中的一种子像素(例如，图6所示的子像素141R)的像素光线皆对应至(被第三柱状透镜161导引至)第一视域。也就是说，位于第一视域的观赏者可在所有斜线的交点所在的像素141的位置观看到此种子像素的像素光线。而位于其他六个视域的观赏者依据同样原理可分别在其他像素141的位置观看到此种子像素的像素光线，在此恕不赘述。
请参照图8，其为绘示本发明另一实施方式的显示模块140与第三柱状透镜阵列160的部分平面示意图。于本实施方式中，为了制作出可提供十视域的立体显示设备100，可设计使第一柱状透镜阵列120的每一第一柱状子透镜121在第一方向D1上对应十个光源112。因此，每一第一柱状子透镜121可将十个光源112的光转换成十个指向性光线。
进一步，如图8所示，可设计使每一长条区域142与子像素141R重合的区域在第二方向D2上的宽度占据每一像素141在第二方向D2上的宽度的1/12倍，而每一长条区域142与子像素141R重合的区域在第一方向D1上的宽度占据每一像素141在第一方向D1上的宽度的1/3(因每一像素141被三等分)。因此，在本实施方式中，第三柱状透镜161相对第一方向D1所具有倾斜角θ即可藉由每一长条区域142与子像素141R重合的区域在第一方向D1与第二方向D2上的宽度计算而获得。具体来说，依据上述θ＝tan-1(1/N)的公式，其中，N＝(1/3)÷(1/12)，故本实施方式所计算出的倾斜角θ＝tan-1(1/4)。
需要说明的是，在第三柱状子透镜的排列方向上，每一第三柱状子透镜可对应地虚拟分为十个部分，且此十部分可将显示模块140所转换而来的像素光线分别导引至十个视域，而相邻的第三柱状子透镜再重复此十个视域。
再进一步，可设计使每一第三柱状透镜161在第二方向D2上的宽度等于每一像素141在第二方向D2上的宽度的10/12倍(见图8)。在此述结构配置之下，由图8来看，位于最左上方的像素141的子像素141R的像素光线可被第三柱状透镜161导引至第一视域(图中标示1)，而右方相邻的像素141与下方相邻的像素141中的子像素141R的像素光线可被第三柱状透镜161分别导引至第三视域(图中标示3)与第四视域(图中标示4)。图8中的其他6个像素141中的子像素141R的像素光线所对应的视域在此不再赘述，可直接参看图8的标示。
请参照图9，其为绘示采用图8的光学配置的立体显示设备100中的一种子像素所对应的视域图。如图9所示，所有斜线的交点所在的像素141中的一种子像素(例如，图8所示的子像素141R)的像素光线皆对应至(被第三柱状透镜161导引至)第一视域。也就是说，位于第一视域的观赏者可在所有斜线的交点所在的像素141的位置观看到此种子像素的像素光线。而位于其他九个视域的观赏者依据同样原理可分别在其他像素141的位置观看到此种子像素的像素光线，在此恕不赘述。
然而，对于采用图4的光学配置的立体显示设备100来说，每一视域的分辨率会降为1/5倍。为了解决此问题，请参照图10，其为绘示本发明一实施方式的第一柱状透镜阵列120与移动模块170的主视图。如图1至图2B与图10所示，于本实施方式中，每一第一柱状子透镜121在第二方向D2上具有第一节距P1。第一柱状透镜阵列120还具有多个第二柱状子透镜122。第二柱状子透镜122沿着第二方向D2排列，并与第一方向D1垂直设置。每一第二柱状子透镜122在第二方向D2上具有第二节距P2，且第一节距P1为第二节距P2的5倍。也就是说，当第二柱状子透镜122光学耦合于光源112与入光面131之间时，每一第二柱状子透镜122可对应一个光源112，且经过第二柱状子透镜122的光线皆为正向光线，这将造成光线后续不会被导引至多个视域，因此可使立体显示设备100恢复为原本的分辨率。
立体显示设备100还包含移动模块170，配置以移动第一柱状透镜阵列120，致使第一柱状子透镜121与第二柱状子透镜122中之一群选择性地光学耦合于光源112与入光面131之间。藉此，立体显示设备100可藉由移动模块170而移动第一柱状透镜阵列120，致使第一柱状子透镜121光学耦合于光源112与入光面131之间，进而可供3D模式使用。可选地，立体显示设备100可藉由移动模块170而移动第一柱状透镜阵列120，致使第二柱状子透镜122光学耦合于光源112与入光面131之间，进而可供2D模式使用。
对于采用图6与图8的光学配置的立体显示设备100来说，每一视域的分辨率分别会降为1/7倍与1/10倍。为了解决前述分辨率下降的问题，依照前述相同原理，可将前述第二柱状子透镜122的第二节距P2分别修改为第一柱状子透镜121的第一节距P1的1/7倍与1/10倍。
由以上对于本发明的具体实施方式的详述，可以明显地看出，在使用本发明的立体显示设备时，可调整立体显示设备的摆设方位而使每一像素的子像素在铅直方向上排列。而在此摆设方位之下，本发明的立体显示设备可藉由第一柱状透镜阵列、第二柱状透镜阵列与第三柱状透镜阵列依据前述配置而达到将像素光线分别导引至水平方向上的多个视域的目的。除此之外，于本发明的立体显示设备中，第一柱状透镜阵列具有节距较大的第一柱状子透镜与节距较小的第二柱状子透镜。藉此，立体显示设备可选择将第一柱状子透镜与光源光学耦合而供3D模式使用，或选择将第二柱状子透镜与光源光学耦合而供2D模式使用，且此模式下可恢复分辨率。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并不用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。