CN102298217A - 投影式立体显示器及立体荧幕 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影式立体显示器及立体荧幕，其中投影式立体显示器包括投影机与立体荧幕。投影机投射出一影像。此影像包括了多个视域的影像。立体荧幕用来接收影像，并反射影像回到观察方向。立体荧幕包括了线性偏光膜层，此线性偏光膜层接收并偏极化影像。第一微位相差层配置在线性偏光膜层后。第二微位相差层配置于第一微位相差层后一段距离处。反射式偏极光维持扩散层配置于第二微位相差层后，用来反射及散射影像到不同的方向，并同时维持影像的偏极态。通过插入一切换层，其具有保持影像入射前的偏极态的透明状态与改变影像为非偏极态的不透明状态，通过两种状态之间的切换来达到2D与3D显示模式的切换。

Description

投影式立体显示器及立体荧幕

技术领域

本发明涉及一种投影式立体显示器，且特别是涉及一种使用立体荧幕显示立体影像的投影式立体显示器。

背景技术

三维显示器(3D display；three-dimension display)将成为显示工业下一世代的潮流。三维显示器也就是所谓的立体显示器(stereoscopic display)。显示立体影像的机制是基于两眼的特性。当两眼分别地观察同一物但具有视差(parallax)的影像，分别进入两眼的影像便在人类大脑中被融合，而使观察者感知到立体的影像。在早期的三维显示器(three-dimension display)中，为了让两眼分别地观察到有视差的影像，观察者需配戴眼镜，这样，观察者才能看到立体的影像。随着科技的快速发展，数字电视或数字显示器已越来越普及，新一代的三维显示器(three-dimension display)也被开发出来。现今，用裸眼，也就是在不需戴眼镜下，就可感知到三维影像已是可行的事了。裸眼式三维显示器在显示荧幕的前面，产生两个或两个以上的视域。每一视域的影像和另一视域的影像间存在一视差。当位于不同视域的两眼分别地观察到两个有视差的影像，具有深度效果的影像便在人类大脑中产生。

在三维显示系统中，荧幕的大小是一个影响深度感知效果的重要因子，越大的荧幕提供了产生越佳的深度感知效果。投影显示器中，特别是广泛地被使用在三维(3D，three-dimension)戏院中的前投影式显示器，具有能产生比一般平面显示器还要大的影像的优点，然而观众需配戴眼镜才能看三维(3D，three-dimension)电影。因此，前投影式立体显示器仍在持续开发中。

发明内容

本发明一实施例提供的一种使用立体荧幕的投影式立体显示器来显示立体影像。基于视差屏障(parallax barrier)效应，裸眼即可直接观察到立体影像。

本发明一实施例提供的一种使用立体荧幕的投影式立体显示器来显示立体影像，其可以在2D显示模式与3D显示模式之间做切换，使其具有更广泛的应用。

本发明一实施例提供一种立体显示器，其包括投影机及立体荧幕。投影机用来投影出影像，此影像包括了多个视域的影像。立体荧幕用来接收影像，并反射此影像回到观察方向。立体荧幕具有多个光学堆叠层。自接近投影机那端算起，立体荧幕依序由线性偏光膜层、第一微位相差层、第二微位相差层、反射式偏极光维持扩散层所组成。线性偏光膜层接收影像并同时将影像偏极化。第一微位相差层配置在线性偏光膜层后，其具有多个第一微位相差栏状区域及第二微位相差栏状区域，其中第一微位相差栏状区域与第二微位相差栏状区域交错隔栏排列。第二微位相差层配置于第一微位相差层后一段距离处，其具有多个第三微位相差栏状区域及第四微位相差栏状区域，其中第三微位相差栏状区域与第四微位相差栏状区域交错隔栏排列。反射式偏极光维持扩散层配置于第二微位相差层后，并反射及散射影像到不同的方向，同时维持影像的偏极态。

本发明一实施例提供一种立体荧幕，用来接收影像及反射此影像回到观察方向。此立体荧幕具有多个光学堆叠层，其包括线性偏光膜层、第一微位相差层、第二微位相差层、反射式偏极光维持扩散层。线性偏光膜层用来接收影像并将影像偏极化。第一微位相差层配置于线性偏光膜层后，其具有多个第一微位相差栏状区域及第二微位相差栏状区域，其中第一微位相差栏状区域与第二微位相差栏状区域交错隔栏排列。第二微位相差层配置于第一微位相差层后一段距离处，其具有多个第三微位相差栏状区域及第四微位相差栏状区域，其中第三微位相差栏状区域与第四微位相差栏状区域交错隔栏排列。反射式偏极光维持扩散层配置于第二微位相差层后，其反射及散射影像到多个不同的方向，同时维持影像的偏极态。

本发明一实施例提供一种投影式立体显示器，包括一线性偏极板、一投影机、一立体荧幕。线性偏极板位于投影机及观视位置之间，投影机投影出具有一线性偏极态的一影像，该影像包括多个视域的影像。立体荧幕接收该影像并反射该影像到该线性偏极板，该立体荧幕包括一光学堆叠层，该光学堆叠层自接近该投影机的一端依序包括第一微位相差层、第二微位相差层、反射式偏极光维持扩散层。第一微位相差层，接收具有该线性偏极态的该影像，其具有多个第一微位相差栏状区域及第二微位相差栏状区域，其中第一微位相差栏状区域与第二微位相差栏状区域交错隔栏排列。第二微位相差层配置于该第一微位相差层后一段距离处，该第二微位相差层具有多个第三微位相差栏状区域及第四微位相差栏状区域，其中第三微位相差栏状区域与第四微位相差栏状区域交错隔栏排列。反射式偏极光维持扩散层配置于该第二微位相差层后，该反射式偏极光维持扩散层反射及散射影像到多个不同的方向，同时维持影像的偏极态。

为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1为根据本发明的一实施例所绘示的投影式立体显示器示意图；

图2为根据本发明的一实施例所绘示的第一微位相差层结构示意图；

图3为根据本发明的一实施例所绘示的第二微位相差层结构示意图；

图4、图5为根据本发明的一实施例所绘示的投影式立体显示器中三维显像视差屏障的屏障功能的机制示意图；

图6为根据本发明的一实施例所绘的通过两个视域达成三维显像的投影式立体显示器的机制示意图；

图7为根据本发明的一实施例所绘的通过四个视域达成三维显像的投影式立体显示器的机制示意图；

图8及图9为根据本发明的一实施例所绘的一种倾斜式结构的第一及第二微位相差层示意图；

图10为根据本发明的一实施例所绘示的倾斜式结构微位相差层和影像像素图案间相对配置方式示意图；

图11为根据本发明的一实施例所绘示的具有多台投影机的投影式立体显示器示意图；

图12为根据本发明的一实施例所绘示的具有相位补偿板的投影式立体显示器示意图；

图13为根据本发明的一实施例所绘示的投影式立体显示器示意图，可切换成2D或3D显示模式；

图14为根据本发明的一实施例所绘示的切换层的作用机制示意图；

图15为根据本发明的一实施例所绘示的另一切换层的作用机制示意图；

图16为根据本发明的一实施例所绘示的投影式立体显示器的三维显像视差屏障的屏障功能的机制示意图；

图17为根据本发明的一实施例所绘示的投影式立体显示器由3D显示模式切换到2D显示模式的显示机制示意图；

图18为依据本发明一实施例所绘示的立体荧幕结构示意图；

图19a-图19d为依据本发明一实施例所绘示的立体荧幕结构示意图；

图20为依据本发明一实施例所绘示的立体荧幕的结构示意图；

图21为依据本发明一实施例所绘示的分成多个切换层单元的示意图；

图22为依据本发明一实施例所绘示的投影系统因应多个切换层单元的设计示意图；

图23为依据本发明一实施例所绘示的投影系统的结构示意图。

主要元件符号说明

100：投影机

102、104、106、108：部分投影机

200、200’、280、300、400、500、600、700：立体荧幕

202、202’、282、284：线性偏光膜层

204、204’：第一微位相差层

206：间隔层

208、208’：第二微位相差层

210：反射式偏极光维持扩散层

210’：反射式偏极光维持扩散层

212、214、218、220、222、224：子像素

216、226：像素

230、240、260、710：切换层

232、242：透明状态

234：非透明状态

244：改变偏极状态

262、264、266、268：切换层单元

250：相位补偿板

R：红色次像素

G：绿色次像素

B：蓝色次像素

B、E：第一微位相差栏状区域

A、F：第二微位相差栏状区域

C、H：第三微位相差栏状区域

D、G：第四微位相差栏状区域

S：S-偏极态的光

P：P-偏极态的光

RC：右旋圆偏极光

LC：左旋圆偏极光

具体实施方式

本发明一实施例提出一种投影式立体显示器。在裸眼下，此投影式立体显示器可以显示出立体影像。由于投影式显示器的特性，一种具有立体效果的大型显示荧幕可以被实现。此外，多视域的影像也可被产生。观察者有更多的移动空间可观看到立体影像。投影机从荧幕的前方投射出影像，因此荧幕后面的空间可被节省下来。

然而，因应使用者对立体显示与平面显示的选择，也可以切换成立体显示或平面显示。

以下提供多个实施例来描述本发明，但本发明不限于此。此外，这些实施例可适当地和其它实施例结合成另一实施例，并不限于单独的实施例。

图1为依照本发明的一实施例所绘的投影式立体显示器示意图。请参照图1，此投影式立体显示器中以一个投影机100为例。然而，也可使用多个投影机投射出多个影像去组合成一更大的立体影像，后面将会做详细的说明。投影机100投射影像(图未标示)到立体荧幕200上。此影像包括了多个视域的影像。每一个视域的影像和另一个视域的影像间存在一视差。如此一来，当两眼分别观察到两个不同视域的影像，在大脑中就会产生出一个有立体感觉的影像。

立体荧幕200被设计成具有视差屏障(parallax barrier)的功能。影像(图未标示)被投影到荧幕的前侧，而观察者可在同一侧观察到立体的影像，且无须配戴任何眼镜。立体荧幕200是一光学堆叠层。以结构上的观点来看，立体荧幕200包括了线性偏光膜层202、第一微位相差层204、第二微位相差层208以及反射式偏极光维持扩散层210。举例来说，线性偏光膜层202和第一微位相差层204是直接地附着在一起。同样地，第二微位相差层208和反射式偏极光维持扩散层210也是直接附着在一起。第一微位相差层204通过间隔层206与第二微位相差层208分开一段距离。此段距离是为了要让从反射式偏极光维持扩散层210反射并通过第二微位相差层208中不同的微位相差栏状区域的影像光线通过第一微位相差层204中不同的微位相差栏状区域，进而让观察者在不同的位置只看到其相对视域的影像。间隔层206的厚度是一个可调整的设计参数。间隔层206可为一透明材料层或者只是一被透明间隙物隔开的间隔，间隔层206并不限定为某一特定的结构或材料。

一般而言，线性偏光膜层202接收影像并将通过它的影像的偏极状态转变为线性偏极态。第一微位相差层204附着在线性偏光膜层202后。第二微位相差层208配置在第一微位相差层204之后。第一微位相差层204与第二微位相差层208被一间隔层206分开一段距离。反射式偏极光维持扩散层210配置于第二微位相差层208后，其反射及散射入射光到多个不同的方向，同时维持入射光的偏极态。

图2为依照本发明的一实施例所绘的第一微位相差层结构示意图。请参照图2，从前面看第一微位相差层204，其具有多个第一微位相差栏状区域B及第二微位相差栏状区域A，第一微位相差栏状区域B标示为阴影区域，第二微位相差栏状区域A标示为空白区域。第一微位相差栏状区域B与第二微位相差栏状区域A彼此交错隔栏排列。举例来说，第二微位相差栏状区域A例如具有二分之一波长延迟效应，且其光轴和线性偏光膜层202的光轴夹正负45°。第一微位相差栏状区域B不具有相位延迟效应，或者说具有零相位延迟效应。而第一微位相差栏状区域A及第二微位相差栏状区域B为沿立体荧幕200的垂直方向延伸，如图1与图2所示。此外，其他的例子将在后面描述。

图3为根据本发明的一实施例所绘的第二微位相差层结构示意图。请参照图3，第二微位相差层208，其具有多个第三微位相差栏状区域C及第四微位相差栏状区域D，第三微位相差栏状区域C标示为阴影区域，第四微位相差栏状区域D标示为空白区域。第三微位相差栏状区域C与第四微位相差栏状区域D彼此交错隔栏排列。而第三微位相差栏状区域C及第四微位相差栏状区域D为沿立体荧幕200的垂直方向延伸，如图1与图3所示。举例来说，第三微位相差栏状区域C不具有相位延迟效应，而第四微位相差栏状区域D例如具有四分之一波长延迟效应，且其光轴和线性偏光膜层202的光轴夹正负45°。此外，其他的例子将在后面描述。值得注意的是，第二微位相差层208的C、D区域正位于第一微相位差层204的A、B区域后。从投影机投射出的光通过A区域后会通过C区域，而通过B区域的光接着会通过D区域。

图4为根据使用上述例子的本发明的一实施例所绘的投影式立体显示器中三维显像视差屏障的屏障功能的机制示意图。请参照图4，影像光线(图未标示)被投影机100投影到立体荧幕200中的线性偏光膜层202上，在此实施例中，此线性偏光膜层202为一P-偏极态线性偏极板，并且，线性偏光膜层202和第一微位相差层204是直接贴附在一起的。影像光线(图未标示)通过线性偏光膜层202后，其偏极状态会转变成P-偏极态，而P-偏极态的偏极光会直接进入第一微位相差层204中的第二微位相差栏状区域A与第一微位相差栏状区域B。在此，仅画出一部分的光来描述此机制。然而，其它部分的光和这些光具有一样的行为方式。

一部分的P-偏极态的偏极光进入第一微位相差层204中具有二分之一波长延迟效应的第二微位相差栏状区域A后，会变成S-偏极态的偏极光。此S-偏极态的偏极光进入第二微位相差层208中不具延迟效应的第三微位相差栏状区域C。而不具延迟效应的第三微位相差栏状区域C不会改变通过光线的偏极态。如此，S-偏极态的偏极光进入到反射式偏极光维持扩散层210，其中反射式偏极光维持扩散层210具有散射效应而将入射光反射到某一视角范围。此S-偏极态的偏极光经反射式偏极光维持扩散层210反射后，仍维持其偏极态。被反射后的S-偏极态的偏极光直接进入第二微位相差层208中不具延迟效应的第三微位相差栏状区域C后，仍维持S-偏极态。由于散射作用，被反射的S-偏极态的偏极光会进入第一微位相差层204中具有二分之一波长延迟效应的第二微位相差栏状区域A或不具相位延迟效应的第一微位相差栏状区域B。当此S-偏极态的偏极光进入第一微位相差层204中具二分之一波长延迟效应的第二栏状区域A时，则此S-偏极态的偏极光会被转变成一P-偏极态的偏极光。如果此S-偏极态的偏极光进入第一微位相差层204中不具延迟效应的第一微位相差栏状区域B，则此S-偏极态的偏极光仍维持S-偏极态。在这个例子中，线性偏光膜层202为P-偏极态，因此进到线性偏光膜层202中的S-偏极态的偏极光会被阻挡，而无法通过P-偏极态的线性偏光膜层202，但进到线性偏光膜层202中的P-偏极态偏极光则会通过此P-偏极态的线性偏光膜层202。这种屏障的特性就如同一视差屏障的功能。

另一部分通过线性偏光膜层202的P-偏极态偏极光，进入第一微位相差层204中不具相位延迟效应的第一微位相差栏状区域B后，仍维持P-偏极态，并进入第二微位相差层208中具有四分之一波长延迟效应的第四微位相差栏状区域D。由于此第二微位相差层208的相位延迟效应，此P-偏极态偏极光会变为右旋圆偏极态(RC-status，right-hand circular polarization)。此右旋圆偏极态的光被反射式偏极光维持扩散层210反射后，会变为左旋圆偏极态(LC-status，left-hand circular polarization)。被反射的左旋圆偏极态的光，再次进入第二微位相差层208中具有四分之一波长延迟效应的第四微位相差栏状区域D之后，变为S-偏极态。此S-偏极态的光会进入第一微位相差层204中具有二分之一波长延迟效应的第二微位相差栏状区域A或不具相位延迟效应的第一微位相差栏状区域B。当此S-偏极态的光进入第一微位相差层204中具有二分之一波长延迟效应的第二微位相差栏状区域A时，此S-偏极态的光会被变为P-偏极态，并通过线性偏光膜层202。如果此S-偏极态的光进入第一微相位差层204中的不具有延迟效应的第一微位相差栏状区域B，则此S-偏极态的光会维持S-偏极态，并被线性偏光膜层202挡下。

如此一来，立体荧幕200也就具有一视差屏障(parallax barrier)的功能。此立体荧幕200可直接地投影多个视域(viewing-zone)的影像，而分别进入两眼中，进而产生立体影像。此立体荧幕200可接收到自立体荧幕200前方所投射出的影像(图未标示)。从投影机100投射出的影像(图未标示)都能够到达反射式偏极光维持扩散层210，而没有被档下，只是其偏极态会被改变和少量因材料吸收所造成的亮度衰减。换句话说，立体荧幕200可接收一完整的影像内容，而没有漏接影像内容中某些像素内容的问题。然而，对于被反射的光而言，视差(parallax)是因第一微位相差层204的设计而形成的。除了这些影像像素是从荧幕前面投射出的之外，此效果就如同在一显示平面前放置一视差屏障(parallax barrier)般。

上述的例子并不是唯一可能的安排。换句话说，在图2至3中所示的A、B、C、D区域可以具有其它不同的相位延迟效应配置，但操作的机制仍维持一样。另一实施例将在图5中被描述。图5为根据本发明的一实施例所绘的另一投影式立体显示器中三维显像视差屏障的屏障功能的机制示意图。请参照图5，立体荧幕200’中第一微位相差层204’也分为A、B区域，立体荧幕200’中第二微位相差层208’也分为C、D区域。当光进入线性偏光膜层202’，然后被反射式偏极光维持扩散层210’反射，此可有下述的四种光行进路径：

光行进路径一：P-偏极态→A→C→C→A；

光行进路径二：P-偏极态→A→C→C→B；

光行进路径三：P-偏极态→B→D→D→B；以及

光行进路径四：P-偏极态→B→D→D→A。

为了从第一微位相差层204’及第二微位相差层208’得到视差屏障(parallax barrier)的效果，必须使行经光路径一或四后的光为P-偏极态，行经光路径二或三后的光为S-偏极态。为满足上述的条件，区域A、B、C、D的相位延迟值基本上须满足下列条件：

1.A+C＝±mπ，m＝0，1，2，3，...；

2.B+D＝±(n+1/2)π，n＝0，1，2，...；and

3.A-B＝±(2k+1)π，k＝0，1，2，3，....

更多用在立体显示的视差屏障(parallax barrier)效应的例子，如表1中所示。然而，表1中只是列出一些更多的例子，其并非所有的状况。

表1

另外一种方式，视差屏障(parallax barrier)效应也可通过行经光行进路径一或四后的光为S-偏极态，行经光行进路径二或三后的光为P-偏极态而达成。为满足上述的条件，区域A、B、C、D的相位延迟值基本上须满足下列条件：

1.B+D＝±mπ，m＝0，1，2，3，...；

2.A+C＝±(n+1/2)π，n＝0，1，2，...；以及

3.A-B＝±(2k+1)π，k＝0，1，2，3，....

上述是可形成视差屏障(parallax barrier)其它可能的区域A、B、C、D的相位延迟值。

在表1中的例子，行经光行进路径一或四后的光为P-偏极态，因而可通过P-偏极态的线性偏光膜层202’，同时，行经光行进路径二或三后的光为S-偏极态，因而被P-偏极态的线性偏光膜层202挡下。依同样的原理，线性偏光膜层202’也可为S-偏极态的线性偏光膜层。

在实际的应用中，以下举两个视域(viewing-zone)和四个视域(viewing-zone)的实施例来描述。图6为根据本发明的一实施例所绘的通过两个视域达成立体显示的投影式立体显示器的机制示意图。请参照图6，在此例中视域的数目为两个。被投影到反射式偏极光维持扩散层210的影像(图未标示)，有两个视域的影像。换句话说，每一个像素216有两个子像素212、214，其分别属于两个视域的影像。两个视域的影像分别地被两眼观查到。如图4中所示，视差屏障(parallax barrier)的功能在被反射的影像(图未标示)通过线性偏光膜层202后形成。通过视差屏障(parallax barrier)的功能，一眼只会看到属于两个视域影像其中一个视域影像的像素212，而另一眼只会看到属于两个视域影像其中另一个视域影像的像素214。因此，立体的效果可在人类的生理视觉系统中被创造出来。

图7为根据本发明的一实施例所绘的通过四个视域达成三维显示的投影式立体显示器的机制示意图。请参照图7，类似图6中所示的机制，一个像素226包含了分别属于四个视域的四个子像素218、220、222及224。利用相同的视差屏障(parallax barrier)功能，两眼可分别看到四个子像素中的任两个子像素。在此例子中，两眼分别看到子像素222及224。然而，如果观查者移动到其它位置，两眼可能分别看到四个子像素中的其它两个子像素。这样的设计使观察者可移动去观看立体影像，也可使更多的观察者看到此一立体影像。如果视域影像的数目增加，则观察者移动的自由度也会随之增加。然而，在水平方向的影像解析度可能会因而被缩减。

因此，当视域影像的数目增加时，为了平衡水平解析度和垂直解析度，可将第一及第二微位相差层设计为倾斜式。图8及图9为根据本发明的一实施例所绘的另一种倾斜式结构的第一及第二微位相差层示意图。在此考量下，第一微位相差层204中具有半波长延迟效应的第一微位相差栏状区域E与不具延迟效应的第二微位相差栏状区域F被安排成一倾斜的图案。同理，第二微位相差层208中具有四分之一波长延迟效应的第三微位相差栏状区域H与不具延迟效应的第四微位相差栏状区域G也被安排成一倾斜的图案，而第一微位相差层204和第二微位相差层208中的该些微位相差栏状区域E、F、G、H沿和该立体荧幕的垂直方向夹一角度的倾斜方向延伸。此视差屏障(parallax barrier)功能如同背景所述的功能。然而，此视域的像素图案需要随着被重新安排。因此，配合投影机100所投影的位置和影像的像素形状及大小，适当地设计第一微位相差层204和第二微位相差层208的该些微位相差栏状区域的宽度，并搭配相对应的间隔层206厚度以及相对应的折射率的材料，就可使得经由立体荧幕反射后的某部分影像只有其相对应的特定角度才看的到，换言之，第一微位相差层中的第一微位相差栏状区域的宽度与第二微位相差栏状区域的宽度可配合第二微位相差层中的第三微位相差栏状区域的宽度与第四微位相差栏状区域的宽度做比例设定。因此，在输入影像时，可将对应不同视角的影像像素配置好，就可使得观赏者的左右两眼看到不同视角的影像，进而使观赏者感知到立体影像，达成裸眼式立体显示的效果。

图10为根据本发明的一实施例所绘的倾斜式微位相差层和影像像素图案间相对的配置方式示意图。在图10中，此倾斜的视差屏障(parallax barrier)以阴影图案表示。在此状况下，四个视域影像的像素也是倾斜排列的。数字1、2、3、4表示四个视域的影像。符号R、G、B表示一个全彩像素中三个原色的像素。如图10所示，每个视域的像素是以和视差屏障(parallax barrier)相同的倾斜角度来进行排列，而非垂直的排列。

为了得到一较大的显示区域，图1中的投影机100可以由如图11中的多台部分投影机102、104、106所组成。部分投影机102、104、106分别投射出一完整影像中的一部分影像(图未标示)。如此一来，一个完整的影像便可由部分投影机102、104、106所投射出的部分影像来形成。在此安排下，立体荧幕200不需做任何变更仍可维持一样的功效。

尽管影像光线的偏极态在数个阶段中被改变，一相位补偿板还是可以被放在立体荧幕中来增进其性能。图12为根据本发明的一实施例所绘的具有相位补偿板的投影式立体显示器。在图12中，相位补偿板250置于反射式偏极光维持扩散层210和第二微位相差层208之间。或者，相位补偿板250例如可放置于反射式偏极光维持扩散层210和第一微位相差层204之间的任一位置。相位补偿板250例如可为一反相相位延迟板(reversed retardationplate)，其通过某一程度的延迟作用可更精准地调整偏极态。

请参照图5，另一种可能的选择是，线性偏光膜层202’为P-偏极态，行经光路径1、4或光路径2、3的光其中之一组为S-偏极态，而行经另两个光路径的光最终为别于P-偏极态或S-偏极态的另一个偏极态。另一种可能的选择是，线性偏极板202’为S-偏极态，行经光路径1、4或是光路径2、3的光为P-偏极态，而行经另两个光路径的光其中之一组为别于P-偏极态或S-偏极态的另一个偏极态。在此两种情况中，影像的亮度会比前述的低，但立体的效果依然存在。符合此种情况之一例为：第一微位相差层204的第二微位相差栏状区域A具有四分之一波长相位延迟而第一微位相差栏状区域B不具有相位延迟，第二微位相差层208的第三微位相差栏状区域C不具有相位延迟而第四微位相差栏状区域D具有八分之一波长相位延迟。

以下更进一步描述如何将3D的显示模式切换到2D的显示模式，如此可以达到更广泛的应用。

图13为根据本发明的一实施例的投影式立体显示器示意图，其可切换成2D或3D显示模式。参阅图13，本实施例的结构是以图1的结构为例来说明。在第二微位相差层208与反射式偏极光维持扩散层210之间设置一切换层230。切换层230例如是液晶材料，可以通过电压的控制达成透明状态或是不透明状态。基于切换层230的材料特性，其也例如可以通过电压的控制达成透明状态或是改变偏极状态。所谓的透明状态是指穿过的光的偏极状态仍维持不变，因此相当于透明的现象，如此，3D显示效果仍可以维持。当切换层230被切换成不透明状态或是改变偏极状态时，由于其同时存在P-偏极态、S-偏极态或各种偏极态的成分，因此视差屏障的效果会被破坏，变成2D的显示效果。切换层230的特性例如图14与图15所示。

图14为根据本发明的一实施例所绘示的切换层的作用机制示意图。参阅图14，切换层230例如是PDLC(polymer dispersed liquid crystal)的液晶层，其通过电压的控制可以使其处于透明状态232，而入射光穿过在透明状态的切换层232时仍维持其偏极态。当切换层230被切换到非透明状态234时，在此实施例其例如是散乱的液晶分子，入射光会大部分穿透或是大部分被反射但偏极态均遭到改变，其取决于厚度等的选择，而穿透光会经由后面的反射式偏极光维持扩散层再被反射而穿过切换层230，因而改变成非偏极光。因此，不管是穿透或是被反射的光，其都会变成非偏极光。也就是说，原本具有某一偏极状态的入射光，穿透切换层230或是被切换层230反射后，都改变成非偏极光。如此，视差屏障的效果会被破坏，变成2D的显示效果。

图15为根据本发明的一实施例所绘示的另一切换层的作用机制示意图。参阅图15，切换层240例如是液晶膜层，其通过电压的控制可以使其处于透明状态242或是改变偏极状态244，其例如也是可切换的位相差材料层。当切换层240在透明状态时其可以用于3D显示模式。所谓的透明状态是指穿过的光的偏极状态仍维持不变。当切换层240在改变偏极状态244时，光的偏极态会被改变。由于影像光线会来回穿过，因此依据切换层240所插入的位置，其偏极态的改变程度因而随之变化，例如切换层240为TNLC(TwistedNematic liquid crystal)，而其设计为通电时为八分之一波长相差层时，则入射时为线偏极态的光出射后会改变成圆偏极态的光。此时由于圆偏极态也包含P-偏极态与S-偏极态，因此视差屏障的效果会消失，而达到2D显示模式。

图16为根据本发明的一实施例所绘示的投影式立体显示器的三维显像视差屏障的屏障功能的机制示意图。参阅图16，切换层230例如是以图14的机制为例，且设置在第二微位相差层208与反射式偏极光维持扩散层210之间。当切换在3D显示模式时，切换层230是切换在透明状态232，不改变光的偏极态。如此，其3D显示的作用机制如图4所描述，于此不再重复描述。

图17为根据本发明的一实施例所绘示的投影式立体显示器由3D显示模式切换到2D显示模式的显示机制示意图。参阅图17，其立体荧幕200的结构仍与图16的立体荧幕200的结构相似，但是切换层230是切换在非透明状态234。因此，入射光会大部分穿透或是大部分反射，以PDLC的材料为例，其也可以有部分穿透光与部分反射光，而光的偏极态会被改变成非偏极态。在此，如果切换层230的厚度较小，而导致大部分光仍会穿透过，但是由于其后面还有反射式偏极光维持扩散层210，因此仍可以再将穿透的光反射，一样是属非偏极态光。如此，反射光会通过第二微位相差层208与第一微位相差层204的微位相差栏状区域A-D后仍维持非偏极态，而全面通过线性偏光膜层202，因而不会产生视差屏障的效果，使得如此的操作方式可以用于2D显示。

如果切换层230是采用图15的切换层240，其例如是λ/8延迟的位相差层，则入射的线性偏极光，经过二次的偏极态改变后就转换成圆偏极态，意即其具有P-偏极态与S-偏极态的成分，在经过两个微位相差层204、208后仍维持圆偏极态，因此也没有视差屏障的效果，而达到2D的显示效果。

切换层是以切换的动作改变入射投影光的偏极态，其材料例如是液晶膜层。在3D显示的状态下，此切换层240以电场控制液晶成为等相性膜，入射光经过后其偏极态维持入射前的偏极态，所以第一微位相差膜204保有视差屏障的功用，产生立体影像的效果。如果切换层240切换为2D显示，切换层240让光经过后与入射前的偏极态改变，使得第一微位相差膜204失去视差屏障的作用达到2D显示的效果。此切换层240可以放在线性偏光膜层202与反射式偏极光维持扩散层210间任意位置。

切换层230的功用是作为2D/3D切换。在3D显示时，切换成透明态232让光穿透，在2D显示时，切换成不透明态234，使得大部分的入射光反射故形成一影像面。因此，切换层230的摆放位置除了图13的立体荧幕200的方式外，还可以摆放在其他位置。

图18为依据本发明一实施例所绘示的立体荧幕结构示意图。参阅图18，因为投影光进入特殊结构荧幕200后，须经过许多偏极态的变化，为了让其偏极态的效果表现如理想预计的状态，可以加入一层相位补偿板250，其放在反射式偏极光维持扩散层210及第一微位相差层204间的任一位置都可以，可将偏极态修正得更精确。

图19a-图19d为依据本发明一实施例所绘示的立体荧幕结构示意图。参阅图19a，立体荧幕300的切换层230是在第二微位相差层208和间隔层206之间。参阅图19b，立体荧幕400的切换层230是在间隔层206和第一微位相差层204之间。参阅图19c，立体荧幕500的切换层230是在第一微位相差层204和线性偏光膜层202之间。参阅图19d，立体荧幕600的切换层230是摆放于线性偏光膜层202面向投影机100的一边，当切换层230切换成2D显示模式时，大部分的光会直接反射。

此外，切换层也可以取代间隔层的设置。图20为依据本发明一实施例所绘示的立体荧幕的结构示意图。参阅图20，立体荧幕700是根据图13的结构来改变，而其切换层710取代间隔层206。由于间隔层206仅是提供所需要的间隔空间，因此可用切换层710取代间隔层206，而切换层710与间隔层206的厚度相同，并例如直接与第一微位相差层204及第二微位相差层208接触叠置。

接着更进一步描述其他的应用变化。基于荧幕上显示内容的多元化，为了可以依照需要同时显示2D与3D的显示内容，荧幕可以分成多个显示单元，并配合切换层的分别控制来达成。也就是说，每一个切换层的切换层单元大小可依照设计者的需求来决定。每一个切换层单元可以独立控制，因此除了全域性的2D/3D显示切换外，还可以达到区域性(localized)的2D/3D切换。

图21为依据本发明一实施例所绘示的分成多个切换层单元的示意图。参阅图21，切换层260以分为四个切换层单元为例。每一个切换层单元262、264、266、268是分别控制做2D与3D的切换。如此，一个荧幕上允许同时有2D显示影像与3D显示影像，如此在荧幕上所显示的影像内容会有更多的选择。四个独立的切换层单元262、264、266、268所组成完整的切换层260，可以分别切换成透明态或不透明态。单元大小可由设计者决定，甚至可以达到像素级(pixel level)的控制程度。

图22为依据本发明一实施例所绘示的投影系统因应多个切换层单元的设计示意图。参阅图22，本实施例的投影机100可以是单一投影机，也可以由多台部分投影机102、104、106、108所组成的投影机阵列，其例如可以增加影像解析度、亮度、投影尺寸。这些投影机投射在荧幕可以是紧密相接或是以部分重叠的方式而形成一超大型显示影像(图未标示)。

依照前面描述的2D/3D显示机制，其中线性偏光膜层202的设计也可以有不同的变化。图23为依据本发明一实施例所绘示的投影系统的结构示意图。参阅图23，本实施例的线性偏光膜层202可以直接设置在投影机100上，然而在此配置下，整个投影系统的结构需要一些修正。在图16的结构中，其最后需要线性偏光膜层202将其中一个偏极态的影像光滤除达到视差屏障的效果。在图23的实施例中，立体荧幕280在面向投影机100的一边无需设置线性偏光膜层202，而是将线性偏光膜层282配置于投影机100上，使得投影机100投影出具有一线性偏极态的影像(图未标示)，而该影像包括多个视域的影像。由于线性偏光膜层282是区域性地设置在投影机100上，因此就图16的设置为例来比较，光被反射后预定要通过线性偏光膜层202(参见图16)的影像光在本实施例中并不会经过线性偏光膜层282后而到达观察者眼中，因此仍无法达到3D的显示效果。为了可以产生3D的显示效果，相对于人眼观视的位置可以设置另一线性偏光膜层284，而将其中一种线偏极态的影像光滤除即可。如果线性偏光膜层282于本实施例也是P-偏极态，则结果如前述的机制，线性偏光膜层284是P型偏光膜，而将S-偏极态的影像光滤除。但是线性偏光膜层284也可以是S型偏光膜，其结果是让S-偏极态的影像光通过，其同样也能产生3D的显示效果。

在一实施例中，投影机可被架设在天花板上，投影影像到一与天花板垂直的墙面上。观察者可坐在地板上观看来自立体荧幕的立体影像。然而，这并非唯一的应用方式。

虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以权利要求所界定的为准。

Claims (26)

1.一种投影式立体显示器，包括：

投影机，投影出一影像，该影像包括多个视域的影像；以及

立体荧幕，接收该影像并反射该影像回到观察方向，该立体荧幕为光学堆叠层，该光学堆叠层自接近该投影机的一端依序包括：

线性偏光膜层，其接收并偏极化该影像；

第一微位相差层，其配置于该线性偏光膜层后，该第一微位相差层具有多个有第一相位延迟效应的第一微位相差栏状区域及多个有第二相位延迟效应的第二微位相差栏状区域，其中第一微位相差栏状区域与第二微位相差栏状区域交错隔栏排列；

第二微位相差层，配置于该第一微位相差层后一段距离处，该第二微位相差层具有多个有第三相位延迟效应的第三微位相差栏状区域及多个有第四相位延迟效应的第四微位相差栏状区域，其中第三微位相差栏状区域与第四微位相差栏状区域交错隔栏排列；以及

反射式偏极光维持扩散层，配置于该第二微位相差层后，该反射式偏极光维持扩散层反射及散射该影像到多个不同的方向，同时维持该影像的偏极态。

2.如权利要求1所述的投影式立体显示器，其中该立体荧幕还包括切换层，其位于该反射式偏极光维持扩散层与该投影机之间，该切换层在立体显示模式时是切换于透明状态，以及平面显示模式时是切换于非透明状态，其中该透明状态为该影像通过该切换层后维持该影像的偏极态，该不透明状态为该影像通过该切换层后改变该影像的偏极态。

3.如权利要求2所述的投影式立体显示器，其中该切换层包括至少一个切换层单元，独立控制切换于该立体显示模式或该平面显示模式。

4.如权利要求1所述的投影式立体显示器，其中该第一微位相差层直接附着于该线性偏光膜层上，该第二微位相差层直接附着于该反射式偏极光维持扩散层上。

5.如权利要求1所述的投影式立体显示器，其中该第一微位相差层中的该些微位相差栏状区域沿该立体荧幕的垂直方向延伸，以及该第二微位相差层中的该些微位相差栏状区域沿该立体荧幕的垂直方向延伸。

6.如权利要求1所述的投影式立体显示器，其中该第一微位相差层中的该些微位相差栏状区域沿和该立体荧幕的垂直方向夹一角度的倾斜方向延伸，以及该第二微位相差层中的该些微位相差栏状区域沿和该立体荧幕的垂直方向夹一角度的倾斜方向延伸。

7.如权利要求1所述的投影式立体显示器，其中该投影机包括多个部分投影机，每一部分投影机投影一部分影像到该立体荧幕上以组成一具完整内容的影像。

8.如权利要求7所述的投影式立体显示器，其中该立体荧幕还包括切换层，位于该反射式偏极光维持扩散层与该投影机之间，该切换层有多个独立控制的切换单元对应该些部分投影机，在立体显示模式时是切换于透明状态，以及平面显示模式时是切换于非透明状态。

9.如权利要求1所述的投影式立体显示器，其中该立体荧幕还包括相位补偿板，该相位补偿板位于该反射式偏极光维持扩散层与第一微位相差层间。

10.如权利要求9所述的投影式立体显示器，其中该相位补偿板包括反相相位延迟板。

11.如权利要求1所述的投影式立体显示器，其中该第一到第四相位延迟效应依序以符号A至D标示，其中A至D满足下列条件：

A+C＝±mπ，m＝0，1，2，3，...；

B+D＝±(n+1/2)π，n＝0，1，2，...；以及

A-B＝±(2k+1)π，k＝0，1，2，3，...；

或

B+D＝±mπ，m＝0，1，2，3，...；

A+C＝±(n+1/2)π，n＝0，1，2，...；以及

A-B＝±(2k+1)π，k＝0，1，2，3，...。

12.如权利要求1所述的投影式立体显示器，其中该线性偏光膜层具有一线性偏极态，其中经该反射式偏极光维持扩散层反射后通过该第一微位相差层的该第一栏状区域或该第二栏状区域的其中之一者的部分该影像的偏极态是与该线性偏极态垂直，经该反射式偏极光维持扩散层反射后通过该第一微位相差层的该第一栏状区域或该第二栏状区域的另一者的部分该影像的偏极态是别于该线性偏极态，允许至少一部分的部分该影像通过该线性偏光膜层。

13.一种立体荧幕，用来接收影像及反射该影像至观察方向，该立体荧幕包括光学堆叠层，该光学堆叠层包括：

第一微位相差层，接收具有线性偏极态的该影像，该第一微位相差层具有多个有第一相位延迟效应的第一微位相差栏状区域及多个有第二相位延迟效应的第二微位相差栏状区域，其中第一微位相差栏状区域与第二微位相差栏状区域交错隔栏排列；

第二微位相差层，配置于该第一微位相差层后一段距离处，该第二微位相差层具有多个有第三相位延迟效应的第三微位相差栏状区域及多个有第四相位延迟效应的第四微位相差栏状区域，其中第三微位相差栏状区域与第四微位相差栏状区域交错隔栏排列；以及

反射式偏极光维持扩散层，配置于该第二微位相差层后，该反射式偏极光维持扩散层反射及散射该影像到多个不同的方向，同时维持该影像的偏极态。

14.如权利要求13所述的立体荧幕，其中该光学堆叠层还包括切换层，位于该反射式偏极光维持扩散层的一边，以接收该影像，该切换层在立体显示模式时是切换于透明状态，以及平面显示模式时是切换于非透明状态。

15.如权利要求14所述的立体荧幕，其中该切换层包括至少一个切换层单元，独立控制切换于该立体显示模式或该平面显示模式。

16.如权利要求14所述的立体荧幕，其中该光学堆叠层包括线性偏光膜层，接收非偏极态的该影像后产生具有该线性偏极态的该影像给该第一微位相差层。

17.如权利要求13所述的立体荧幕，其中该第一微位相差层直接附着于该线性偏光膜层上，该第二微位相差层直接附着于该反射式偏极光维持扩散层上。

18.如权利要求13所述的立体荧幕，其中该第一微位相差层中的该些微位相差栏状区域沿该立体荧幕的垂直方向延伸，以及该第二微位相差层中的该些微位相差栏状区域沿该立体荧幕的垂直方向延伸。

19.如权利要求13所述的立体荧幕，其中该第一微位相差层中的该些微位相差栏状区域沿和该立体荧幕的垂直方向夹一角度的倾斜方向延伸，以及该第二微位相差层中的该些微位相差栏状区域沿和该立体荧幕的垂直方向夹一角度的倾斜方向延伸。

20.如权利要求13所述的立体荧幕，其中该立体荧幕还包括相位补偿板，该相位补偿板位于该反射式偏极光维持扩散层与第一微位相差层间。

21.如权利要求20所述的立体荧幕，其中该相位补偿板包括反相相位延迟板。

22.如权利要求13所述的立体荧幕，其中依照该影像的投影位置及该影像的像素形状及大小，该第一微位相差层中的该第一微位相差栏状区域的宽度与该第二微位相差栏状区域的宽度可配合该第二微位相差层中的该第三微位相差栏状区域的宽度与该第四微位相差栏状区域的宽度做比例设定。

23.如权利要求13所述的立体荧幕，其中该第一到第四相位延迟效应依序以符号A至D标示，其中A至D满足下列条件：

A+C＝±mπ，m＝0，1，2，3，...；

B+D＝±(n+1/2)π，n＝0，1，2，...；以及

A-B＝±(2k+1)π，k＝0，1，2，3，...；

或

B+D＝±mπ，m＝0，1，2，3，...；

A+C＝±(n+1/2)π，n＝0，1，2，...；以及

A-B＝±(2k+1)π，k＝0，1，2，3，...。

24.一种投影式立体显示器，包括：

线性偏光膜层，位于观视位置；

投影机，投影出具有线性偏极态的影像，该影像包括多个视域的影像；以及

立体荧幕，接收该影像并反射该影像到该线性偏光膜层，该立体荧幕包括光学堆叠层，该光学堆叠层自接近该投影机的一端依序包括：

第一微位相差层，接收具有该线性偏极态的该影像，其中该第一微位相差层具有多个有第一相位延迟效应的第一微位相差栏状区域及多个有第二相位延迟效应的第二微位相差栏状区域，其中第一微位相差栏状区域与第二微位相差栏状区域交错隔栏排列；

第二微位相差层，配置于该第一微位相差层后一段距离处，该第二微位相差层具有多个有第三相位延迟效应的第三微位相差栏状区域及多个有第四相位延迟效应的第四微位相差栏状区域，其中第三微位相差栏状区域与第四微位相差栏状区域交错隔栏排列；以及

反射式偏极光维持扩散层，配置于该第二微位相差层后，该反射式偏极光维持扩散层反射及散射该影像到多个不同的方向，同时维持该影像的偏极态。

25.如权利要求24所述的投影式立体显示器，其中该立体荧幕还包括切换层，位于该反射式偏极光维持扩散层与该线性偏光膜层之间，该切换层在立体显示模式时是切换于透明状态，以及在平面显示模式时是切换于非透明状态，其中该透明状态为该影像通过该切换层后维持该影像的偏极态，该不透明状态为该影像通过该切换层后改变该影像的偏极态。

26.如权利要求25所述的投影式立体显示器，其中该切换层包括至少一个切换层单元，独立控制切换于该立体显示模式或该平面显示模式。

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