TWI707160B

TWI707160B - 影像顯示裝置

Info

Publication number: TWI707160B
Application number: TW107115248A
Authority: TW
Inventors: 楊鈞翔; 黃乙白; 丁志宏; 張凱傑; 吳瑞翊
Original assignee: 群睿股份有限公司
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2020-10-11
Also published as: TW201947285A

Abstract

一種影像顯示裝置，包括一平面顯示器、一透鏡陣列層及一微結構式動態光學元件層。透鏡陣列層位於平面顯示器具有顯示面的一側，透鏡陣列層能用於調控光場。微結構式動態光學元件層位於平面顯示器具有顯示面的一側，微結構式動態光學元件層能切換為具有微結構功能或無微結構功能，微結構式動態光學元件層切換為具有微結構功能時，能用於調變光線角度方向。由此，可用於顯現漂浮於空中的立體影像，且能在斜向的視角觀賞，在實際使用時，亦可彈性的變化使用方式。

Description

影像顯示裝置

本發明乃是關於一種影像顯示裝置，尤指一種為顯示目的使用，能因應不同需求而進行切換的立體影像顯示裝置。

三維立體顯示裝置，一般主流採用雙眼融合影像的技術製成。一般裸視三維立體顯示裝置，都需要讓使用者在面向正對顯示裝置的方向才可以觀賞立體影像，而在非正對顯示裝置的方向則看不到顯示立體影像。在考慮一些情境狀況的場合裡，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。此時一般主流的三維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，一般三維立體顯示裝置，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。

台灣專利證書號數：I614533揭露一種「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，透鏡陣列層設置於平面顯示裝置的顯示面上，透鏡陣列層用於調控光場，微結構層設置於透鏡陣列層上，微結構層用於調變光線角度方向。由此，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，在實際使用時，並無法彈性的變化使用方式，使其功能受到些許限制。例如只能斜向觀看，無法如一般手機使用方式直立觀看；又例如只有立體(3D)模式，無法平面(2D)及立體(3D)模式切換；又例如只能整個畫面為立體(3D)影像，無法畫面部分為平面(2D)影像，部分為立體(3D)影像。

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，在於提供一種影像顯示裝置，在實際使用時，可以彈性的變化使用方式，使用上更為方便。

為了解決上述的技術問題，本發明提供一種影像顯示裝置，包括：一平面顯示器，該平面顯示器具有一顯示面；一透鏡陣列層，該透鏡陣列層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該透鏡陣列層能用於調控光場；以及一微結構式動態光學元件層，該微結構式動態光學元件層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該微結構式動態光學元件層能切換為具有微結構功能或無微結構功能，該微結構式動態光學元件層切換為具有微結構功能時，能用於調變光線角度方向。

為了解決上述技術問題，本發明還提供一種影像顯示裝置包括：一平面顯示器，該平面顯示器具有一顯示面；一透鏡式動態光學元件層，該透鏡式動態光學元件層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該透鏡式動態光學元件層能切換為具有透鏡陣列功能或無透鏡陣列功能，該透鏡式動態光學元件層切換為具有透鏡陣列功能時，能用於調控光場；以及一微結構層，該微結構層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該微結構層能用於調變光線角度方向。

為了解決上述技術問題，本發明還提供一種影像顯示裝置，包括：一平面顯示器，該平面顯示器具有一顯示面；一透鏡式動態光學元件層，該透鏡式動態光學元件層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該透鏡式動態光學元件層具有一第一部分及一第二部分，該第一部分具有透鏡陣列功能，能用於調控光場，該第二部分無透鏡陣列功能；以及一微結構層，該微結構層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該微結構層能用於調變光線角度方向。

本發明的有益效果：

本發明的影像顯示裝置包括動態光學元件層(如微結構式動態光學元件層或透鏡式動態光學元件層)，在實際使用時，該動態光學元件層可因應需要而切換，以便彈性的變化使用方式，使用上更為方便。

該微結構式動態光學元件層可切換為具有微結構功能或無微結構功能，使本發明影像顯示裝置兼具有斜向觀看及直立觀看的功能。該透鏡式動態光學元件層可切換為具有透鏡陣列功能或無透鏡陣列功能，使本發明影像顯示裝置兼具有觀看立體影像及平面影像功能。該透鏡式動態光學元件層部分具有透鏡陣列功能，部分無透鏡陣列功能，使用者可同時觀看立體影像及平面影像。

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:平面顯示器

11:顯示面

2:透鏡陣列層

21:透鏡

3:微結構式動態光學元件層

4:立體影像

5:透鏡式動態光學元件層

51:第一部分

52:第二部分

6:微結構層

61:微結構

7:平面影像

8:動態光學元件層

81:第一面

82:第二面

圖1為本發明影像顯示裝置第一實施例的示意圖。

圖2為本發明影像顯示裝置第一實施例另一狀態的示意圖。

圖3為本發明影像顯示裝置第二實施例的示意圖。

圖4為本發明影像顯示裝置第二實施例另一狀態的示意圖。

圖5為本發明影像顯示裝置第三實施例的示意圖。

圖6為本發明透鏡陣列相對排列的示意圖。

圖7為本發明透鏡陣列交錯排列的示意圖。

圖8為本發明影像顯示裝置第四實施例的示意圖。

[第一實施例]

請參閱圖1，本發明提供一種影像顯示裝置，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。

該影像顯示裝置包括一平面顯示器1、一透鏡陣列層2及一微結構式動態光學元件層3，平面顯示器1具有一顯示面11，透鏡陣列層2位於平面顯示器1具有顯示面11的一側，微結構式動態光學元件層3亦位於平面顯示器1具有顯示面11的一側。平面顯示器1、透鏡陣列層2及微結構式動態光學元件層3可以由下而上依序排列設置為三層，但不予以限制，例如透鏡陣列層2及微結構式動態光學元件層3也可上、下互換。在本實施例中，透鏡陣列層2設置於平面顯示器1的顯示面11上，微結構式動態光學元件層3設置於透鏡陣列層2上。透鏡陣列層2可接觸或不接觸平面顯示器1的顯示面11，微結構式動態光學元件層3可接觸或不接觸透鏡陣列層2。在另一實施例中，微結構式動態光學元件層3亦可設置於平面顯示器1的顯示面11上，透鏡陣列層2再設置於微結構式動態光學元件層3上。

平面顯示器1設置於第一層(下層)，其負責顯示集成式攝影(integral photography)技術的圖案。該平面顯示器1可以為任意規格，只要能讓演算法則適用，該平面顯示器1的顯示面11所顯示的畫面是依據演算法則及該平面顯示器1規格將畫面重新繪製，該演算法則不需經過影像反轉的動作，而直接給予深度資訊做為演算依據，以配合各種顯示面板的規格。該演算法則包括座標定義(Coordinate definition)、取得深度資訊(Give depth information)、集成式影像光線軌跡(integral image ray tracing)及重新組合成集成式影像(integral image)等步驟。本發明概念在於直接給予物體在空中飄浮的位置，再進行運算。而主動式平面顯示器，舉凡如手機、平板或平面螢幕等，都可以作為平面顯示器1，該平面顯示器1的型式及構造並不限制，其特點在於可以控制立體影像的切換，可以達到動畫效果。

該平面顯示器1主要目的為顯示漂浮3D影像的演算處理畫面，稱之集成式影像(integral image)，且集成式影像在本發明中採用電腦演算處理。利用色彩圖片配合深度圖片(RGB+D)四維資訊資料，重新演算編碼。然而顯示此集成式影像的方式可以依照顯示裝置的功能作為區分，較佳的為主動式裝置，主動式裝置代表顯示裝置本身可以隨意的變化集成式影像的畫面，且較容易達到全彩的3D影像，舉例說明有平面顯示器、CRT TV、OLED等。其次為被動式裝置，被動式裝置代表其裝置本身不能隨意更動影像畫面，例如為燈箱繪圖、光罩刻圖、印刷繪圖等。

透鏡陣列層2可設置於第二層(中層)，該透鏡陣列層2具有調控光場的功效。聚光透鏡可以調控立體物件的光線角度，進而讓使用者看到立體影像不同的角度而產生深度的立體感覺。不同的聚光透鏡可以給予物件點不同的角度資訊，光線由不同的透鏡匯聚於空中形成一個帶有深度資料的點，指出空間上的一點資訊可以被分作不同的光線角度記錄在不同透鏡的像素之中。聚光透鏡曲率將由透鏡的材質決定，並配合與第一層的平面顯示器1的結合，決定立體影像的高度、可視角度範圍及清晰度。該顯示面11所顯示尚未重建的圖像能通過透鏡陣列層2聚焦於非透鏡上層表面而是透鏡上方之空間中。

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，該透鏡陣列層2的材質並不限制。該透鏡陣列層2可包含數個透鏡21，該些透鏡21的排列及構造並不限制。該些透鏡21具有聚焦功能，其曲率搭配透鏡材料結合於平面顯示器1，將決定立體影像高度、可視角度、解析度。

該透鏡陣列層2的結構對顯示的效果有非常重要的關聯，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，亦即相鄰兩列的透鏡21可呈相對的排列(如圖6所示)或交錯的排列(如圖7所示)，皆可以顯示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。材質折射率n值從1.3至3.0皆可，透光度70%以上，反射率25%以下，可使用光線的波長範圍為300nm至1100nm。該些透鏡21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21直徑大小從10um到3cm(較佳為10um到5mm)適用不同的顯示器板面大小。

微結構式動態光學元件層3(動態光學元件層)可設置於第三層(上層)，該微結構式動態光學元件層3用於調變光線角度方向。該微結構式動態光學元件層3可為一液晶裝置(液晶微結構層)，使微結構式動態光學元件層3可切換為具有微結構功能，微結構式動態光學元件層3亦可切換為無微結構功能。

該微結構式動態光學元件層3可切換為具有微結構功能，可提供微結構層的功能，圖1中為便於說明，刻意將該微結構式動態光學元件層3繪成三角形微結構層，實際上並非實體的微結構層。透過微結構式動態光學元件層3可以讓光線偏折到相對於正向的斜向的角度，而可以讓使用者不須在正向的視角觀賞立體影像。尤其考慮在平面顯示器1為水平擺設的情況下，使用者在正上方或正下方觀看平面顯示器1是不自然的。且實際使用一般裸視三維顯示器情況下，在斜向的角度是看不到任何東西的。因此透過微結構式動態光學元件層3的功用，可以讓使用者以更為自然的角度觀賞立體影像。

本發明的影像顯示裝置包括三層結構，光線將由平面顯示器1顯現出集成式影像(integral image)，透過透鏡陣列層2，將集成式影像(integral image)重新匯聚在空中呈現立體影像於空中，最後切換為具有微結構功能的微結構式動態光學元件層3會將光場折射到斜向的角度，於是在斜向的使用者便可以觀賞顯示位置處的立體影像4，以符合人體工學的視角。

請參閱圖2，該微結構式動態光學元件層3亦可切換為無微結構功能，如此即能以直立方式觀看，如一般手機使用方式直立觀看。是以，本發明影像顯示裝置兼具有斜向觀看及直立觀看的功能，在實際使用時，可彈性的變化使用方式，使用上更為方便。

[第二實施例]

請參閱圖3，在本實施例中，該影像顯示裝置包括一平面顯示器1、一透鏡式動態光學元件層5及一微結構層6，透鏡式動態光學元件層5位於平面顯示器1具有顯示面11的一側，微結構層6亦位於平面顯示器1具有顯示面11的一側。平面顯示器1、透鏡式動態光學元件層5及微結構層6可以由下而上依序排列設置為三層，但不予以限制，例如透鏡式動態光學元件層5及微結構層6也可上、下互換。在本實施例中，透鏡式動態光學元件層5設置於平面顯示器1的顯示面11上，微結構層6設置於透鏡式動態光學元件層5上，亦即透鏡式動態光學元件層5可設置於平面顯示器1的上方，微結構層6可設置於透鏡式動態光學元件層5的上方。

透鏡式動態光學元件層5(動態光學元件層)可設置於第二層(中層)，該透鏡式動態光學元件層5具有調控光場的功效。該透鏡式動態光學元件層5可為一液晶裝置(液晶透鏡陣列層)，使透鏡式動態光學元件層5可切換為具有透鏡陣列功能，亦即在透鏡式動態光學元件層5所形成的透鏡陣列具有聚焦功能。圖3中為便於說明，刻意將該透鏡式動態光學元件層5繪成透鏡陣列層，實際上並非實體的透鏡陣列層。

微結構層6可設置於第三層(上層)，該微結構層6用於調變光線角度方向。透過微結構層6可以讓光線偏折到相對於正向的斜向的角度，而可以讓使用者不須在正向的視角觀賞立體影像。在本實施例中，該微結構層6可由聚酯(PET)、聚丙烯(PP)或聚碳酸酯(PC)等材質製成，該微結構層6的材質並不限制。該微結構層6可包含數個微結構61，該些微結構61可呈三角狀，該微結構61可為等腰三角形或直角三角形等，該微結構層6的排列及構造並不限制。

本發明的影像顯示裝置包括三層結構，光線將由平面顯示器1顯現出集成式影像(integral image)，透過切換為具有透鏡陣列功能的透鏡式動態光學元件層5，將集成式影像(integral image)重新匯聚在空中呈現立體影像於空中，最後微結構層6會將光場折射到斜向的角度，於是在斜向的使用者便可以觀賞顯示位置處的立體影像4，以符合人體工學的視角。

如圖4所示，該透鏡式動態光學元件層5亦可切換為無透鏡陣列功能，如此使用者便可以觀賞平面影像7。是以，本發明影像顯示裝置兼具有平面(2D)及立體(3D)模式切換的功能，在實際使用時，可彈性的變化使用方式，使用上更為方便。

[第三實施例]

請參閱圖5，在本實施例中，該影像顯示裝置包括一平面顯示器1、一透鏡式動態光學元件層5及一微結構層6，本實施例的構造與上述第二實施例大致相同，其差異在於，該透鏡式動態光學元件層5可為一液晶裝置(液晶透鏡陣列層)，使透鏡式動態光學元件層5部分區域具有透鏡陣列功能，亦即只在透鏡式動態光學元件層5部分區域如同透鏡陣列具有聚焦功能，能用於調控光場。該透鏡式動態光學元件層5具有一第一部分51及一第二部分52，透鏡式動態光學元件層5的第一部分51具有透鏡陣列功能，能用於調控光場，透鏡式動態光學元件層5的第二部分52則無透鏡陣列功能。

如圖5所示，該透鏡式動態光學元件層5的第一部分51具有透鏡陣列功能，使用者便可以觀賞立體影像4，該透鏡式動態光學元件層5的第二部分52無透鏡陣列功能，如此使用者便可以觀賞平面影像7。是以，本發明影像顯示裝置的畫面可以部分為平面(2D)影像，部分為立體(3D)影像，使用者可同時觀看立體影像及平面影像，在實際使用時，可彈性的變化使用方式，使用上更為方便。

在本發明的另一實施例中，上述各實施例中的透鏡陣列層也可以動態光學元件層(液晶裝置)取代，使其形成透鏡式動態光學元件層。上述各實施例中的微結構層也可以動態光學元件層(液晶裝置)取代，使其形成微結構式動態光學元件層，亦即透鏡陣列層及微結構層可同時為動態光學元件，且透鏡陣列層及微結構層亦可整合為一動態光學元件。在本發明的另一實施例中，該微結構式動態光學元件層也可具有一第一部分及一第二部分，該微結構式動態光學元件層的第一部分具有微結構功能，能用於調變光線角度方向，該微結構式動態光學元件層的第二部分無微結構功能，能以直立方式觀看，如一般手機使用方式直立觀看。

[第四實施例]

請參閱圖8，在本實施例中，透鏡陣列層及微結構層可同時為動態光學元件，且透鏡陣列層及微結構層亦可整合為一動態光學元件，亦即該影像顯示裝置包括一平面顯示器1及一動態光學元件層8，該平面顯示器1具有一顯示面11，該動態光學元件層8位於平面顯示器1具有顯示面11的一側，該動態光學元件層8具有一第一面81及一第二面82，第一面81具有動態透鏡功能，第二面具有動態微結構功能。

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‧‧‧平面顯示器

11‧‧‧顯示面

2‧‧‧透鏡陣列層

21‧‧‧透鏡

3‧‧‧微結構式動態光學元件層

4‧‧‧立體影像

Claims

一種影像顯示裝置，包括：一平面顯示器，該平面顯示器具有一顯示面；一透鏡陣列層，該透鏡陣列層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該透鏡陣列層能用於調控光場，該透鏡陣列層能調控立體物件的光線角度，讓使用者看到立體影像不同的角度而產生深度的立體感覺；以及一微結構式動態光學元件層，該微結構式動態光學元件層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該微結構式動態光學元件層能切換為具有微結構功能或無微結構功能，該微結構式動態光學元件層切換為具有微結構功能時，能將光線偏折到斜向的角度，用於調變光線角度方向。
如請求項1所述的影像顯示裝置，其中該微結構式動態光學元件層為一液晶裝置。
如請求項1所述的影像顯示裝置，其中該透鏡陣列層為一動態光學元件層。
如請求項3所述的影像顯示裝置，其中該透鏡陣列層的動態光學元件層為一液晶裝置。
如請求項1所述的影像顯示裝置，其中該透鏡陣列層包含數個透鏡，該些透鏡具有聚焦功能，該些透鏡使用光線的波長範圍為300nm至1100nm，該些透鏡直徑為10um到5mm，該些透鏡符合造鏡者公式：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。
如請求項1所述的影像顯示裝置，其中該微結構式動態光學元件層具有一第一部分及一第二部分，該微結構式動態光學元件層的第一部分具有微結構功能，能用於調變光線角度方向，該微結構式動態光學元件層的第二部分無微結構功能。
一種影像顯示裝置，包括：一平面顯示器，該平面顯示器具有一顯示面；一透鏡式動態光學元件層，該透鏡式動態光學元件層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該透鏡式動態光學元件層能切換為具有透鏡陣列功能或無透鏡陣列功能，該透鏡式動態光學元件層切換為具有透鏡陣列功能時，能用於調控光場，能調控立體物件的光線角度，讓使用者看到立體影像不同的角度而產生深度的立體感覺；以及一微結構層，該微結構層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該微結構層能將光線偏折到斜向的角度，用於調變光線角度方向。
如請求項7所述的影像顯示裝置，其中該透鏡式動態光學元件層為一液晶裝置。
如請求項7所述的影像顯示裝置，其中該微結構層為一動態光學元件層。
如請求項9所述的影像顯示裝置，其中該微結構層的動態光學元件層為一液晶裝置。
如請求項7所述的影像顯示裝置，其中該透鏡式動態光學元件層具有一第一部分及一第二部分，該透鏡式動態光學元件層的第一部分具有透鏡陣列功能，能用於調控光場，該透鏡式動態光學元件層的第二部分無透鏡陣列功能。
一種影像顯示裝置，包括：一平面顯示器，該平面顯示器具有一顯示面；一透鏡式動態光學元件層，該透鏡式動態光學元件層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該透鏡式動態光學元件層具有一第一部分及一第二部分，該透鏡式動態光學元件層的第一部分具有透鏡陣列功能，能用於調控光場，能調控立體物件的光線角度，讓使用者看到立體影像不同的角度而產生深度的立體感覺，該透鏡式動態光學元件層的第二部分無透鏡陣列功能；以及一微結構層，該微結構層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該微結構層能將光線偏折到斜向的角度，用於調變光線角度方向。
如請求項12所述的影像顯示裝置，其中該透鏡式動態光學元件層為一液晶裝置。
如請求項12所述的影像顯示裝置，其中該微結構層為一動態光學元件層。
一種影像顯示裝置，包括：一平面顯示器，該平面顯示器具有一顯示面；一動態光學元件層，該動態光學元件層位於該平面顯示器具有該顯示面的一側，該動態光學元件層具有一第一面及一第二面，該第一面具有動態透鏡功能，能用於調控光場，能調控立體物件的光線角度，讓使用者看到立體影像不同的角度而產生深度的立體感覺，該第二面具有動態微結構功能，能將光線偏折到斜向的角度，用於調變光線角度方向。