影像显示装置

摘要

本发明公开提供一种影像显示装置。显示装置包括一立体显示模块及一光学元件，光学元件设置于立体显示模块上方。立体显示模块包括一背光源及多个像素，且此些像素设置于背光源上方。其中此些像素提供多个视角单元，且各个视角单元包括多个视角。背光源发出的多个光线延伸集中于一虚拟焦点上，且背光源位于虚拟焦点与光学元件之间。

权利要求

1.一种影像显示装置(image display device)，包括：

立体显示模块(3D display module)，包括：

背光源(backlight source)；及

多个像素(pixel)，设置于该背光源之上，其中该些像素提供多个视角单元(view unit)，且该些视角单元的至少其中之一包括多个视角；

视差屏障(parallax barrier)或柱状透镜阵列；以及

光学元件(optical component)，设置于该立体显示模块上方；

其中该视差屏障或该柱状透镜阵列设置于该背光源与一虚拟浮空基准面之间，该背光源发出的多个光线延伸集中于一虚拟焦点(virtual focus point)，且该背光源位于该虚拟焦点及该光学元件之间。

2.如权利要求1所述的影像显示装置，其中该光学元件包括一交叉角镜面阵列(crossed corner mirror array)、一微棱镜(micro prism)、一微透镜阵列(micro lens array)或一双面柱状透镜膜(double lenticular lens film)。

3.如权利要求1所述的影像显示装置，其中该视差屏障设置于该光学元件与该背光源之间。

4.如权利要求3所述的影像显示装置，其中该视差屏障具有多个开口(opening)，各该开口以一前屏障节距(front barrier pitch)相隔开，且该些视角单元的至少其中之一具有一视角单元节距(view unit pitch)，该视角单元节距小于该前屏障节距。

5.如权利要求1所述的影像显示装置，其中该立体显示模块包括一透镜阵列，该透镜阵列设置于该光学元件与该背光源之间，其中该透镜阵列为一柱状透镜阵列或一液晶(LC)渐变折射率(GRIN)透镜阵列。

6.如权利要求5所述的影像显示装置，其中该透镜阵列包括多个光学透镜，各该光学透镜以一透镜节距(lens pitch)相隔开，且该些视角单元具有一视角单元节距，该视角单元节距小于该透镜节距。

7.如权利要求1所述的影像显示装置，其中该背光源产生多个线性光。

8.如权利要求1所述的影像显示装置，其中该立体显示装置包括一屏障层，该屏障层设置于该背光源与该些像素之间，且该屏障层具有多个开口，其中相邻的两个该开口以一后屏障节距(rear barrier pitch)相隔开，且该些视角单元具有一视角单元节距，该视角单元节距大于该后屏障节距。

9.如权利要求1所述的影像显示装置，其中通过相邻的该些视角的该些光线的一角度差为0.1～0.4度。

10.如权利要求1所述的影像显示装置，其中位于该光学元件之前且与该光学元件相距至少一第一距离处的该些视角的一排序与该些像素所提供的该些视角的一排序为相同，其中该第一距离为该光学元件与该背光源之间的距离。

说明书

影像显示装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种影像显示装置，且特别是涉及用以产生具有较佳景深范围(improved depth range)的立体影像的一种影像显示装置。

背景技术

[0002] 近年来，高密度光场(high density light field)显示器和/或多视角(super multi-view,SMV)显示器已研发，用以在裸视型(naked-eye)立体显示装置中产生具有高景深范围(wide depth range)的立体影像。另一方面，浮空影像显示器(floating image display)已成为一种开发中的新技术，其用于在空中显示影像，在未来对于人类互动显示装置而言为一前景看好的技术。

[0003] 然而，目前已发展的浮空影像仍为二维影像，如何提供立体浮空影像对产业界已成为一重要任务。

发明内容

[0004] 本发明是有关于一种影像显示装置，实施例中，光学元件位于观察者与立体显示模块的背光源之间，由此形成的一立体影像具有相对广的景深范围，且与影像显示装置分离。如此一来，一立体浮空影像形成，也因此实现一具备高景深范围(full depth range)的人机互动的影像显示装置。

[0005] 根据本发明的一实施例，提出一种影像显示装置。影像显示装置包括一立体显示模块及一光学元件，此光学元件设置于立体显示装置上方。此立体显示模块包括一背光源及多个像素，这些多个像素设置于背光源上方。其中，这些像素提供多个视角单元，且这些视角单元的至少其中之一包括多个视角。背光源发出的多个光线延伸集中于一虚拟焦点，且此背光源位于虚拟焦点及光学元件之间。

[0006] 为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，但非用以限制本发明，并配合所附图示，做详细说明如下：

附图说明

[0007] 图1为根据本发明一实施例的影像显示装置的示意图；

[0008] 图2A为根据本发明一实施例的光学元件的示意图；

[0009] 图2B为根据本发明另一实施例的光学元件的示意图；

[0010] 图3为根据本发明另一实施例的影像显示装置的示意图；

[0011] 图4为根据本发明又一实施例的影像显示装置的示意图；

[0012] 图5为根据本发明再一实施例的影像显示装置的示意图。

[0013] 符号说明

[0014] 10：影像显示装置

[0015] 10a、20a、30a、40a：上表面

[0016] 100：立体显示模块

[0017] 110、310：背光源

[0018] 120：视差屏障

[0019] 120h、420h：开口

[0020] 130：透镜阵列

[0021] 200：光学元件

[0022] 210：透明基板

[0023] 220：垂直镜面墙

[0024] 230、240：凸透镜层

[0025] 300：观察者

[0026] 400：虚拟浮空基准面

[0027] 420：视差屏障层

[0028] 500：立体影像

[0029] P：像素

[0030] Fv：虚拟焦点

[0031] U1-Un：视角单元

[0032] v1-vn：视角

[0033] LB、LG、LR：光线

[0034] VD、d1、d2、d：距离

[0035] Pv：视角单元节距

[0036] Pb1：前屏障节距

[0037] PL：透镜节距

[0038] Pb：背光源节距

[0039] Pb2：后屏障节距

具体实施方式

[0040] 根据本发明的实施例，在影像显示装置(image display device)中，光学元件(optical component)位于观察者与立体显示模块(3D display module)的背光源(backlight source)之间，由此形成的立体影像(3D image)具有相对广的景深范围且与影像显示装置的上表面(top surface)完全分离。如此一来，一立体浮空影像形成，也因此实现具备高景深范围人机互动的影像显示装置。

[0041] 下文特举实施，并配合所附图示，做详细说明如下。所附图示中相同或类似的符号代表相同或类似的元件。值得注意的是，所附图示简化用以对本发明实施例提供清楚描述，且下述仅为示范与说明，并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，可根据实际执行所需做各种更动与润饰。

[0042] 图1为根据本发明一实施例的一种影像显示装置(image display device)的示意图。如图1所示，影像显示装置10包括立体显示模块(3D display module)100及光学元件(optical component)200，光学元件200设置于立体显示模块100上方。立体显示模块100包括背光源(backlight source)110及多个像素(pixel)P，且这些像素P设置于背光源110上方。这些像素P提供多个视角单元(view unit)U1-Un，且这些视角单元的至少其中之一(举例为U1)包括多个视角(view)v1-vn。影像显示装置10具有一上表面10a，且此上表面10a面向观察者300。如图1所示，背光源110发出的这些光线可延伸集中于一虚拟焦点(virtual focus point)Fv，且背光源110位于虚拟焦点Fv及光学元件200之间。

[0043] 在此实施例中，如图1所示，立体显示模块100包括一视差屏障(parallax barrier)120，视差屏障120设置于光学元件200与背光源110之间。在此实施例中，视差屏障120例如为一切换式液晶(switching LC)视差屏障。

[0044] 如图1所示，视差屏障120具有多个开口(opening)120h，且各个开口120h以一前屏障节距(front barrier pitch)Pb1相隔开。并且，这些视角单元(view unit)U1-Un具有一视角单元节距Pv。举例来说，这些视角单元的至少其中之一具有一视角单元节距Pv，换句话说，各个视角单元包括多个视角(view)v1-vn，且两相邻的视角单元中的两视角v1之间的距离定义为视角单元节距Pv。举例来说，视角单元U1中的视角v1与相邻于视角单元U1的视角单元(举例为U2)中的视角v1之间的距离为视角单元节距Pv。实施例中，视角单元节距Pv小于前屏障节距Pb1。如图1所示，当满足Pb1>Pv时，虚拟焦点Fv便位于立体显示模块100的后侧。

[0045] 实施例中，如图1所示，虚拟焦点Fv至视差屏障120之间的最短距离定义为VD，视差屏障120至这些像素P之间的最短距离定义为d1。前屏障节距Pb1相对于视角单元节距Pv的比值为VD/(VD-d1)。观察者300至形成立体浮空影像500的虚拟浮空基准面(virtual floating base plane)400之间的距离与虚拟焦点Fv至视差屏障120之间的距离实质上相等。

[0046] 参照图1，本发明的一些实施例中，背光源110例如为一普通背光，且立体显示模块100的这些像素P配置以产生多个视角，例如为32个视角或更多视角。立体显示模块100的视差屏障120例如为一切换式液晶(LC)视差屏障，其可依照多视角(multi-view)设计将来自这些像素P的多个光线(light ray)分开且导引至多个视角方向，由此获得多个高密度光线。根据本发明的实施例，通过相邻视角的这些光线的角度差为0.1到0.4度。举例来说，同一视角单元中的视角v1及v2之间的角度差例如为0.1到0.4度。

[0047] 如图1所示，穿过对应开口120h及经对应像素穿过对应视角点的各个光线LB、LG及LR的光轴(optical axis)在立体显示模块100的后侧延伸集中成虚拟焦点Fv。当光线LB、LG及LR沿着光轴穿过视差屏障120及光学元件200后进入观察着眼睛时，这些视角v1-vn的配置反转了两次。举例来说，一个视角单元中有n个视角，当这些光线穿过视差屏障120时，这些n个视角的排序v1、v2…vk-1、vk、vk+1…vn-1、vn反转为此排序vn、vn-1…vk+1、vk、vk-1…v2、v1，接着当这些光线穿过虚拟浮空基准面400时，这些n个视角的排序反转回此排序v1、v2…vk-1、vk、vk+1…vn-1、vn。依此方式，给右眼视角的这些光线导入至左眼，而给左眼视角的这些光线导入至右眼，此跟现有裸眼式立体设计不同，现有裸眼式立体设计为给右眼视角的这些光线导入至右眼、给左眼视角的这些光线导入至左眼。换句话说，这些像素P提供的这些视角的排序与观察者300看到的这些视角的排序相同，此跟现有裸眼式立体设计不同，现有裸眼式立体设计为观察者看到的这些视角的排序与这些像素P提供的这些视角的排序相反。综上所述，位于光学元件200之前且与光学元件200相距至少一第一距离处的视角的排序与像素P所提供的视角的排序相同，且此第一距离为光学元件200与背光源
110之间的距离。

[0048] 此外，如图1所示，根据本发明的一些实施例，光学元件200位于上表面10a与立体显示模块100的背光源110之间，由此形成的立体影像500具有相对广的景深范围，且与影像显示装置的上表面10a完全分离。因此，形成一立体浮空影像，也因此实现一具备高景深范围人类互动的影像显示装置。

[0049] 根据本发明的一些实施例，光学元件200可包括交叉角镜面阵列(crossed corner mirror array)、微棱镜(micro prism)、微透镜阵列(micro lens array)或双面柱状透镜薄膜(double lenticular lens film)。

[0050] 图2A为根据本发明的实施例的一种光学元件200的示意图。参照图2A，如图2A所示的实施例中的光学元件200为一种交叉角镜面阵列。此交叉角镜面阵列包括一透明基板(transparent substrate)210及多个垂直镜面墙(vertical mirror wall)220，这些垂直镜面墙220设置于透明基板210上，且具有多个交叉角约90度。透明基板210可为玻璃基板或塑料基板，且镜面墙220可由铝或银等金属材料所制成。

[0051] 图2B为根据本发明另一实施例的一种光学元件200的示意图，参照图2B，如图2B所示的实施例的光学元件200为具备一远焦光学系统(afocal optical system)的双面柱状透镜薄膜，此双面柱状透镜薄膜包括两个彼此相对设置的柱状透镜层(lenticular lens layer)230及240。也就是说，当定义两柱状透镜层之间的距离为d时，两柱状透镜层230及240具有一焦距f，且此远焦光学系统满足以下条件：d＝2f。

[0052] 然而，本发明的实施例中光学元件200的种类的选择，可根据实际所需而做改变，而非限制于上述范例。

[0053] 图3为根据本发明的另一实施例的一种影像显示装置20的示意图，本实施例中的元件与先前实施例中共用相同或类似符号的元件为相同或类似的元件，因而省略对其的描述。

[0054] 实施例中，如图3所示，影像显示装置20具有一上表面20a，且此上表面20a面向观察者(observer)300。且立体显示模块100可包括一透镜阵列(lens array)130，此透镜阵列130设置于光学元件200与背光源110之间。一些实施例中，透镜阵列130可为一柱状透镜阵列(附图中未绘示)或一液晶(LC)渐变折射率(GRIN)透镜阵列。

[0055] 实施例中，透镜阵列130包括多个光学透镜，各个光学透镜以一透镜节距PL相隔开，且视角单元的视角单元节距Pv小于透镜节距PL。

[0056] 举例来说，如图3所示，透镜阵列130是一液晶渐变折射率透镜阵列，此液晶渐变折射率透镜阵列形成多个光学透镜，且视角单元的视角单元节距Pv小于液晶渐变折射率透镜阵列的透镜节距PL。另一实施例中，透镜阵列130可为一柱状透镜阵列，此柱状透镜阵列包括多个柱状透镜，且视角单元的视角单元节距Pv小于柱状透镜阵列的柱状透镜的透镜节距PL。如图3所示，当满足PL>Pv条件时，虚拟焦点Fv便位于立体显示模块100的后侧。

[0057] 实施例中，如图3所示，透镜阵列130至像素P之间的最短距离定义为d2，透镜节距PL相对于视角单元节距Pv的比值为VD/(VD-d2)。

[0058] 图4为根据本发明又一实施例的一种影像显示装置30的示意图。本实施例中的元件与先前实施例中共用相同或类似符号的元件为相同或类似的元件，因而省略对其的描述。

[0059] 如图4所示的实施例中，影像显示装置30具有一上表面30a，且此上表面30a面向观察者300。此影像显示装置30不包括任何视差屏障或透镜阵列位于上表面30a及背光源310之间。

[0060] 本实施例中，如图4所示，立体显示模块100的背光源310例如是一个可产生多个线性光的背光源。举例来说，此背光源包括多个线性光源(linear light source)，这些线性光源以一背光源节距Pb彼此相隔开，且视角单元的视角单元节距Pv大于背光源节距Pb。如图4所示，当满足Pb

[0061] 图5为根据本发明再一实施例的一种影像显示装置40的示意图，本实施例中的元件与先前实施例中共用相同或类似符号的元件为相同或类似的元件，因而省略对其的描述。

[0062] 如图5所示的实施例中，影像显示装置40具有一上表面40a，且此上表面40a面向观察者300。此影像显示装置40不包括任何透镜阵列位于上表面40a及背光源110之间。

[0063] 实施例中，如图5所示，立体显示装置100包括一屏障层(barrier layer)420，此屏障层420设置于背光源110与像素P之间。屏障层420具有多个开口420h用以使背光源110产生穿过开口420h的多个光束(light beam)。

[0064] 实施例中，相邻的两个开口420h以一后屏障节距(Rear barrier pitch)Pb2相隔开，且视角单元的视角单元节距Pv大于后屏障节距Pb2。如图5所示，当满足Pv>Pb2条件时，虚拟焦点Fv便位于立体显示模块100的后侧。

[0065] 本发明的一些实施例中，视差屏障或柱状透镜阵列可设置于背光源110及立体浮空影像500所在的虚拟浮空基准面(virtual floating base plane)之间(未绘示)。

[0066] 综上所述，虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其非用以限定本发明。本发明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，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。