专利名称：裸眼式立体显示器的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种裸眼式立体显示器(autostereoscopic3D_display),且特别是有关于一种多观看区域(mult1-view)裸眼式立体显示器。
背景技术：
随着科技的进步与发达，人们对于物质生活以及精神层面的享受一向都只有增加而从未减少。以精神层面而言，在这科技日新月异的年代，人们希望能够藉由立体显示器来实现天马行空的想象力，以达到身历其境的效果；因此，如何使立体显示器呈现立体的图像或影像，便成为现今立体显示器技术极欲达到的目标。在目前的显示技术而言，立体显示技术可大致分成观察者需戴特殊设计眼镜观看的戴眼镜式(stereoscopic)以及直接裸眼观看的裸眼式(auto-stereoscopic)。其中戴眼镜式立体显示技术已经发展成熟，并广泛用到如军事模拟或大型娱乐等某些特殊用途上，但戴眼镜式立体显示技术因其方便性与舒适性不佳。因此，裸眼式立体显示技术已逐渐发展并成为新潮流。裸眼式立体显示技术目前已经发展至多观看区域(mult1-view)的立体显示技术。多观看区域立体显示技术的优点是可以提供观看者更大的观赏自由度。但是，当裸眼式立体显示器所需提供的观看区域越多时，观看者所观看到的影像的解析度就越差。举例而言，当裸眼式立体显示器提供η个观看区域时，观看者所观看到的影像的解析度为显示面板的实体解析度的1/η。为了要解决影像解析度下降的问题，提升显示面板的实体解析度是最直接的作法，但考虑显示面板的制程难度以及制造成本，显示面板的实体解析度不可能无限制的增力口。近年来，随着高响应速度的液晶材质的开发，液晶显示面板的数据更新频率已从60 75赫兹(Hz)逐渐提升至120赫兹(Hz)甚至240赫兹(Hz)。若采用数据更新频率较高(如120赫兹或240赫兹)的液晶显示面板以及指向性背光模块(directional backlightmodule)，在每1/60秒的时间内，裸眼式立体显示器便可提供2个观看区域(当液晶显示面板以及指向性背光模块的数据更新频率为120赫兹)或4个观看区域(当液晶显示面板以及指向性背光模块的数据更新频率为240赫兹)。图1为公知裸眼式立体显示器的示意图。请参照图1，公知的裸眼式立体显示器100包括一穿透式液晶显示面板110、多个彼此平行的条状光源120以及多个彼此平行的柱状透镜130，其中柱状透镜130配置于穿透式显示面板110与条状光源120之间。以能够提供4个观看区域的裸眼式立体显示器100为例，前述的条状光源120区分为多个条状光源组G，而各个条状光源组G分别包括4个相邻排列的条状光源120。在各个条状光源组G中，4个条状光源120依序被开启，且每一条状光源组G中的4个条状光源120所提供的光线会分别被柱状透镜130导向4个不同的观看区域。在裸眼式立体显示器100中，柱状透镜130的宽度与条状光源120的宽度有关，当裸眼式立体显示器100提供4个观看区域时，柱状透镜130的宽度需小于1000微米(即条状光源120的宽度需小于250微米)，观看者才不会因为柱状透镜130的宽度过大而观看到黑条纹。但是，现行的条状光源120 (例如发光二极体条状光源)的宽度通常都大于250微米，因此，柱状透镜130的宽度会大于1000微米，故难以避免黑条纹的产生。当裸眼式立体显示器100提供更多个(多于4个)观看区域时，柱状透镜130下方需要设置的条状光源120数量更多，故柱状透镜130的宽度会更大，此时，柱状透镜130过宽所导致的黑条纹将更为明显。在现有技术中，若要进一缩小条状光源120的宽度，有一定程度的困难，因此，如何突破技术瓶颈，改善裸眼式立体显示器100的显示品质，实为此领域研发人员亟欲解决的问题之一。
发明内容
本发明提供一种裸眼式立体显示器，其具有良好的显示画质。本发明提供一种裸眼式立体显示器，其包括一穿透式显示面板、一动态背光模块以及一光线导向兀件。动态背光模块配置于穿透式显不面板的一侧，且动态背光模块包括多个彼此平行的条状光源以及一缩影透镜。各条状光源具有宽度为Wl的照明区域。缩影透镜配置于穿透式显示面板与条状光源之间，其中各条状光源在缩影透镜外的一成像具有宽度W2，而W1/W2 = n，且η为大于I的整数。此外，光线导向元件配置于穿透式显示面板与缩影透镜之间，以将前述的成像导向多个观看区域(viewing domains)。该穿透式显示面板包括一穿透式液晶显示面板。该缩影透镜包括多个彼此平行的第一柱状透镜，且该些条状光源平行于该些第一柱状透镜。各该第一柱状透镜的宽度为W3,而W3/W1 =m,且m为自然数。各该第一柱状透镜所对应的条状光源的数量为m个。该些观看区域的数量为V，而V = m.(n+l)/N，且V、N皆为自然数。当该些观看区域的数量为V时，该些条状光源区分为多个条状光源组，各该条状光源组包括V个相邻排列的条状光源，且各该条状光源组内的V个条状光源依序被开启。该光线导向元件包括多个第二柱状透镜，且该些第二柱状透镜平行于该些第一柱状透镜。为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
图1为公知的裸眼式立体显示器的示意图。图2为本发明第一实施例的裸眼式立体显示器的示意图。图3为本发明第二实施例的裸眼式立体显示器的示意图。图4为本发明第三实施例的裸眼式立体显示器的示意图。图5为本发明第四实施例的裸眼式立体显示器的示意图。附图标记说明100、200、300、400、500:裸眼式立体显示器
110:穿透式液晶显示面板120:条状光源130:柱状透镜210:穿透式显示面板220:动态背光模块222:条状光源222a:照明区域224:缩影透镜224a:第一柱状透镜
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230:光线导向元件232: 二柱状透镜W1、W2、W3、W4:宽度1:成像D1、D2、D3、D4:观看区域G:条状光源组
具体实施例方式第一实施例图2为本发明第一实施例的裸眼式立体显示器的示意图。请参照图2，本实施例的裸眼式立体显示器200包括一穿透式显示面板210、一动态背光模块220以及一光线导向元件230。动态背光模块220配置于穿透式显示面板210的一侧，而动态背光模块220包括多个彼此平行的条状光源222以及一缩影透镜224。在本实施例中，缩影透镜224例如包括多个彼此平行的第一柱状透镜224a。各条状光源222具有宽度为Wl的照明区域222a。第一柱状透镜224a配置于穿透式显示面板210与条状光源222之间，其中条状光源222平行于第一柱状透镜224a,而各条状光源222在第一柱状透镜224a之外的一成像I具有宽度W2,而W1/W2 = n，且η为大于I的整数。此外，光线导向元件230配置于穿透式显示面板210与第一柱状透镜224a之间，以将前述的成像I导向多个观看区域D1-D4。值得注意的是，本实施例不限定观看区域的数量。为了克服条状光源222的宽度Wl无法进一步缩减的窘境，本实施例利用第一柱状透镜224a使条状光源222在第一柱状透镜224a的外形成成像I。详言之，成像I相当于条状光源222的缩影的重复排列(宽度缩小为I/η)，且成像I与条状光源222具有相同的总照明面积。若条状光源222的数量为Α，则此成像I是由(Α.η)个宽度为Wl/n(即W2)的虚拟条状光源所排列而成。当条状光源222被依序开启时，成像I中的(Α.η)个虚拟条状光源亦会被分组而对应地依序开启。在本实施例中，W1/W2 = η = 3。承上述，本实施例无须更动条状光源222的宽度Wl，仅需透过第一柱状透镜224a便可提供宽度较小(W2)的虚拟条状光源，此设计可大幅度改善公知技术所面临的黑条纹问题。在本实施例中，穿透式显示面板210为一穿透式(transmissive type)液晶显示面板。当然，此领域具有通常知识者亦可以采用其他型态的穿透式显示面板。
当裸眼式立体显示器200提供4个观看区域D1-D4时，穿透式显示面板210的数据更新频率例如需大于或等于240赫兹，观看者在每个观看区域D1-D4所观看到的影像的更新频率大于或等于60赫兹，不易有闪烁的问题发生。为了配合穿透式显示面板210的操作，动态背光模块220中各个条状光源222的开启频率需与穿透式显示面板210的数据更新频率同步。详言之，若观看区域的数量为V，条状光源222需区分为多个条状光源组G，各个条状光源组G包括V个相邻排列的条状光源222，且各个条状光源组G内的V个条状光源222依序被开启。值得注意的是，各个条状光源组G内的V个条状光源222的更新频率需与穿透式显示面板210的数据更新频率同步。举例而言，当条状光源组G内各个条状光源222的更新频率为60赫兹时，穿透式显示面板210的数据更新频率为￠0.V)赫兹。在本实施例中，各个第一柱状透镜224a的宽度为W3，而各个条状光源222的宽度为W1，而W3/W1 = m，且m为自然数。由于W3等于W1，故W3/W1 = m = I。换言之，各个第一柱状透镜224a下方所对应的条状光源222的数量为I个。在本实施例中，宽度Wl例如介于7毫米至8毫米之间，而较佳为7.5毫米。此外，宽度W3例如介于2.33毫米至2.67毫米之间，而较佳为2.5毫米。值得注意的是，本实施例的多个第一柱状透镜224a整合于同一个光学元件中，此光学元件相当于一柱状透镜板(lenticular lens plate)。第一柱状透镜224a与条状光源222之间的距离可依设计需求而做适当的调整，故本实施例不特别限定第一柱状透镜224a与条状光源222之间的距离。此外，第一柱状透镜224a的曲率同样可依设计需求(如观看区域的多寡、条状光源222的数量等)而做适当的调整，故本实施例不特别限定第一柱状透镜224a的曲率。如图2所示，本实施例的光线导向元件230例如包括多个第二柱状透镜232，且这些第二柱状透镜232实质上平行于第一柱状透镜224a。同样地,光线导向兀件230亦可于整合于同一个光学元件中，且此光学元件相当于一柱状透镜板。在本实施例中，第二柱状透镜232的宽度例如为W4，而宽度Wl例如介于7毫米至8毫米之间，而较佳为7.5毫米。第二柱状透镜232的宽度W4未依照实际比例绘示。值得注意的是，观看区域数量V与W1、W2、W3相关，且满足V = m.(n+1)/N的关系式，其中m = W3/W1，n = W1/W2，而V、N皆为自然数。换言之，观看区域数量V的最大值为m.(n+1)个(当N为I时)。在本实施例中，由于m等于1，意即一个第一柱状透镜224a对应一个条状光源的照明区域222a，且η等于3，意即条状光源222的照明区域222a缩影成像为原本的1/3宽度，故裸眼式立体显示器200所能提供的最大观看区域数量为4个，当裸眼式立体显示器200提供的观看区域数量为4个，W4为四倍的W2。而在此实施例架构下，亦可提供其他的观看区域数量，如下述第二实施例。第二实施例图3为本发明第二实施例的裸眼式立体显示器的示意图。请参照图3，本实施例的裸眼式立体显示器300与第一实施例架构相同，惟二者主要差异之处在于:本实施例的裸眼式立体显示器300仅提供2个观看区域Dl、D2,其中η等于3,而m = I,且N = 2,在此实施例的情况下，液晶显示面板以及指向性背光模块的数据更新频率只需第一实施例的一半即可达到观看者在每个观看区域观看到的影像具有相同的解析度。因此，在此架构下，利用控制更新频率与影像数据的输入排序 ，即可不需改变硬体架构而提供不同观看区域的影像输出。第三实施例图4为本发明第三实施例的裸眼式立体显示器的示意图。请参照图4，本实施例的裸眼式立体显示器400与第一实施例类似，惟二者主要差异之处在于:本实施例的裸眼式立体显示器400提供6个观看区域Dl、D2、D3、D4、D5、D6，其中η等于2，意即条状光源222的照明区域222a缩影成像为原本的1/2宽度，而m = 2，意即一个第一柱状透镜224a对应两个条状光源的照明区域222a，且N = I。第四实施例图5为本发明第四实施例的裸眼式立体显示器的示意图。请参照图5，本实施例的裸眼式立体显示器500与第三实施例架构相同，惟二者主要差异之处在于:本实施例的裸眼式立体显示器500仅提供3个观看区域Dl、D2、D3，其中η等于2，而m = 2，且Ν=2，在此实施例中，利用控制更新频率与影像数据的输入排序，即可采用与第三实施例相同的硬体架构而提供不同观看区域数量的影像输出。此外，在此实施例中，液晶显示面板以及指向性背光模块的数据更新频率只需第三实施例的一半即可达到观看者在每个观看区域观看到的影像具有相同的解析度。综上所述，本发明的裸眼式立体显示器利用多个柱状透镜克服了条状光源的照明宽度无法进一步缩减的技术瓶颈，因此本发明的裸眼式立体显示器十分有利于多观看区域方面的应用。虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发 明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围以权利要求书为准。
权利要求
1.一种裸眼式立体显示器，包括: 穿透式显示面板； 动态背光模块，配置于该穿透式显不面板的一侧，该动态背光模块包括: 多个彼此平行的条状光源，各该条状光源具有宽度为Wl的照明区域； 缩影透镜，配置于该穿透式显示面板与该些条状光源之间，其中各该条状光源在该些缩影透镜外的一成像具有宽度W2，而W1/W2 = n，且η为大于I的整数；以及 光线导向元件，配置于该穿透式显示面板与该些缩影透镜之间，以将各该成像导向多个观看区域。
2.如权利要求1所述的裸眼式立体显示器，其特征在于，该穿透式显示面板包括穿透式液晶显示面板。
3.如权利要求1所述的裸眼式立体显示器，其特征在于，该缩影透镜包括多个彼此平行的第一柱状透镜，且该些条状光源平行于该些第一柱状透镜。
4.如权利要求3所述的裸眼式立体显示器，其特征在于，各该第一柱状透镜的宽度为W3，而W3/W1 = m，且m为自然数。
5.如权利要求4所述的裸眼式立体显示器，其特征在于，各该第一柱状透镜所对应的条状光源的数量为m个。
6.如权利要求4所述的裸眼式立体显示器，其特征在于，该些观看区域的数量为V，而V = m.(n+1)/N，且V、N皆为自然数。
7.如权利要求1所述的裸眼式立体显示器，其特征在于，当该些观看区域的数量为V时，该些条状光源区分为多个条状光源组，各该条状光源组包括V个相邻排列的条状光源，且各该条状光源组内的V个条状光源依序被开启。
8.如权利要求3所述的裸眼式立体显示器，其特征在于，该光线导向元件包括多个第二柱状透镜，且该些第二柱状透镜平行于该些第一柱状透镜。
全文摘要
一种裸眼式立体显示器，其包括穿透式显示面板、动态背光模块以及一光线导向元件。动态背光模块配置于穿透式显示面板的一侧，且动态背光模块包括多个彼此平行的条状光源以及缩影透镜。各条状光源具有宽度为W1的照明区域。缩影透镜配置于穿透式显示面板与条状光源之间，其中各条状光源在缩影透镜外的成像具有宽度W2，而W1/W2＝n，且n为大于1的整数。此外，光线导向元件配置于穿透式显示面板与缩影透镜之间，以将前述的成像导向多个观看区域。
文档编号G02B27/22GK103163682SQ20121010401
公开日2013年6月19日 申请日期2012年4月9日 优先权日2011年12月19日
发明者颜维廷, 吴其霖, 陈富豪, 蔡朝旭 申请人:财团法人工业技术研究院