立体影像显示装置的制作方法

专利名称：立体影像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种影像显示技术，且特别是有关于一种立体影像显示技术。
背景技术：
传统的立体影像显示技术，其立体影像显示在使用光罩(barrier)的机制下，光 罩的种类主要可分为三个方式，即是能量光罩、偏振光罩及色彩光罩。过去的光罩式立体 显示装置主要采用能量光罩方式，其构造如图1所示。图1示出传统利用能量阻挡层来显 示立体影像的机制示意图。参阅图1，一背光板100提供光源，照射至视差光罩(Parallax Barrier) 101 ，视差光罩101是具有透光与不透光相间的垂直条纹，使得光线呈现间隔条状 出射，再配合穿透式显示单元102的象素依据人的眼睛的位置，使得第一只眼睛看见第一 画面影像。另外同时，第二只眼睛看见第二画面影像。如此，左眼与右眼的影像分离且之间 有一视差。根据视觉特性，此视差会产生立体影像，其是立体显示技术的基本机制。在图l 中，借由视差光罩101的作用，左眼只能看见奇数行象素01、03、05、07、09等，左眼看不见 偶数行象素；同时，右眼只能看见偶数行象素02、04、06、08、10等，右眼看不见奇数行象素。 奇数行象素的影像与偶数行象素是针对相同的目标影像，但是有一视差。二影像在人眼的 视觉系统中构成立体影像。此方式造成X方向的分辨率降低一半。X方向又可称为水平方 向。此种方式也无法进行2D/3D显示模式切换，且限制屏幕摆放方向，只能为垂直条纹的视 差光罩。 与图1相类似的结构，也可以做一些变化。图2示出传统利用能量阻挡层来显示 立体影像的另一种机制示意图。参阅图2，其结构与图1同样采用垂直条纹，差别为将视差 光罩101与穿透式显示单元102位置交换，换句话说，图1是把穿透式显示单元102安置在 背光板100与视差光罩101的同一边，图2则是把穿透式显示单元102安置在背光板100 与视差光罩101之间，图2所获得的效果如同图1所示，同样造成X方向分辨率降低一半、 无法进行2D/3D显示模式切换，且限制屏幕摆放方向，只能为垂直条纹的视差光罩。换句话 说，立体影像的显示技术仍继续在研发中。

发明内容
本发明提供一种立体影像显示装置，允许立体影像的显示不限制只有在垂直方向
显示，而可以有多个角度做自由变换，且可以有2D/3D显示模式的切换。 本发明提出一种立体影像显示装置，包括一偏振模块、一非垂直排列式偏振光屏
蔽光栅单元以及一影像显示单元。偏振模块输出一偏振光。非垂直排列式偏振光屏蔽光栅
单元安置在其偏振光的一光路径中，以调制偏振光使成隔行分别输出一调制偏振光。影像
显示单元接收该非垂直排列式偏振光屏蔽光栅单元的调制偏振光，以输出两个或两个以上
具有视差的影像。 依据本发明一实施例，在所述的立体影像显示装置，例如非垂直排列式偏振光屏 蔽光栅单元中，还包括一微相位差单元，具有非垂直排列式第一相位调制材料与第二相位调制材料交错隔行排列，以分别调制该偏振光的一相位后输出多个调制光；以及一偏振膜， 接收该微相位差单元的该些调制光，以输出该调制偏振光。 依据本发明一实施例，在所述的立体影像显示装置中，例如还包括一均匀式相位 差单元，具有一光轴方向与该微相位差单元的一光轴方向实质上垂直，安置在该偏振模块
与该偏振膜之间。 依据本发明一实施例，在所述的立体影像显示装置中，例如微相位差单元的第一 相位调制材料与第二相位调制材料是条状结构不垂直于水平轴方向。 依据本发明一实施例，在所述的立体影像显示装置中，例如第一相位调制材料与 第二相位调制材料不等宽。 依据本发明一实施例，在所述的立体影像显示装置中，例如配合该影像显示单元 的一象素阵列，在多个角度中任意摆放，以显示一立体影像。 本发明提出一种双模式影像显示装置，包括一偏振模块、一显示单元以及一非垂 直排列式偏振光屏蔽光栅单元。偏振模块提供有一偏振光。显示单元用以显示对应2维或 3维的一图像。非垂直排列式偏振光屏蔽光栅单元是介于该偏振模块与该显示单元之间，包 括一控制元件，受调制控制以呈现一第一状态对应3维的该图像或是一第二状态对应2维 的该图像。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如偏振模块是整体结 构，借由一偏振膜以得到该偏振光。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如非垂直排列式偏振 光屏蔽光栅单元在面对显示单元的一边有一偏振膜。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如其控制元件可为一 偏振态旋转液晶板。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如其控制元件可为一 散射式液晶板。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如非垂直排列式偏振 光屏蔽视差光栅单元还包括一非垂直排列式微相位差单元，具有一第一区域与一第二区 域，其中当该控制元件呈现该第一状态时，该第一区域与该第二区域形成一偏振光屏蔽视 差光栅，当该控制元件呈现该第二状态时则该第一区域与该第二区域不产生该偏振光屏蔽 视差光栅。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如非垂直排列式微相 位差单元的第一区域与第二区域有半波长(A/2)的相位差差异，使得此二区域分别的二 偏振态互相垂直。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如非垂直排列式微相 位差单元位于控制元件与偏振模块之间。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如控制元件位于非垂 直排列式微相位差单元与偏振模块之间。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如非垂直排列式微相 位差单元的第一区域与第二区域的条状结构不垂直于一水平方向。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如还包括一均匀式相
6位差单元，具有一光轴方向与该非垂直排列式微相位差单元的一光轴方向垂直，安置在该 偏振模块与该非垂直排列式微相位差单元的一边。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如还包括一影像显示 单元，且配合该影像显示单元的一象素阵列，在多个角度中任意摆放，以显示一立体影像。
本发明提出一种双模式影像显示装置，包括一偏振模块、一均匀式相位差单元、一 控制元件、非垂直式的一微相位差单元、一显示单元。偏振模块用以提供一偏振光源。均匀 式相位差单元有一第一光轴方向及第一相位差量。控制元件受控制使呈现一未调制状态或 是一调制状态。微相位差单元具有一第一区域与一第二区域，其中当控制元件依照被控制 的调制状态，呈现第一状态时，第一区域与第二区域形成一偏振光屏蔽视差光栅。当控制元 件呈现第二状态时则该第一区域与该第二区域不产生偏振光屏蔽视差光栅。均匀相位差膜 的光轴方向与该二区域其一的一光轴方向垂直。显示单元用以显示对应2维或3维的一图 像，其中均匀式相位差单元、控制元件与微相位差单元是介于偏振模块与显示单元之间。
依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如微相位差单元的该 第一区域与该第二区域有入/2的相位差差异，使得该二区域分别的二偏振态互相垂直。
依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如微相位差单元的第 一区域与第二区域的条状结构不垂直于水平方向。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如光栅单元面对显示 单元的一边有一偏振膜。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如控制元件是一偏振 态旋转液晶板。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如偏振态旋转液晶板 可以区域化控制。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如控制元件是一散射 式液晶板。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如散射式液晶板可以 区域化控制。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如微相位差膜的该二 区域其一不产生相位差，而该二区域另其一产生入/2的相位差。 依据本发明一实施例，在所述的双模式影像显示装置中，例如双模式影像显示装
置配合该显示单元的一影像象素排列，在多个角度中任意摆放，以显示一立体影像。 为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，
并配合附图，作详细说明如下。


图1示出传统利用能量阻挡层来显示立体影像的机制示意图。
图2示出传统利用能量阻挡层来显示立体影像的另一种机制示意图。
图3示出依据本发明实施例，一种象素与视域之间的关系示意图。
图4示出依据本发明实施例，另一种象素与视域之间的关系示意图。
图5示出依据本发明实施例所考虑的显示机制示意图。[单元的透 图6示出依据本发明一实施例，立体影像显示装置包括偏振光屏蔽光〗 视示意图。 图7示出依据本发明一实施例，图6的立体影像显示装置剖面示意图。 图8示出依据本发明一实施例，微相位差单元的结构示意图。 图9示出本发明一实施例，在图8的显示装置下，光路径的机制。 图10示出图9的微相位差单元202a的结构示意图。 图11示出依据本发明一实施例，象素分布的结构示意图。 图12示出依据本发明一实施例，象素分布的结构示意图。 图13示出依据本发明一实施例，立体显示机制示意图。 图14示出依据本发明一实施例，在另一个方向的立体显示机制示意图。 图15示出依据本发明一实施例，象素分布的结构示意图。 图16示出依据本发明实施例，立体影像模式另一种操作机制示意图。 图17示出依据本发明一实施例，图16中所采用的微相位差单元402。 图18示出依据本发明另一实施例，具有2D/3D切换功能的立体影像显示装置剖面









示意图
图19 20示出依据本发明另 装置的3D模式机制示意图。
图21示出依据本发明另 模式机制示意图。 图22 23示出依据本发明另
-些实施例，具有2D/3D切换功能的立体影像显示
实施例，具有2D/3D切换功能的立体影像显示装置的2D
-些实施例，具有2D/3D切换功能的立体影像显示

图24示出依据本发明另一实施例，具有2D/3D切换功能的立体影像显示装置。
图25 27示出依据本发明图24实施例的光栅机制示意图。
图28 29示出依据本发明一些实施例，具有2D/3D切换功能的立体影像显示装
置的剖面示意图。
主要元件符号说明100 :背光板101 :视差光罩102 :穿透式显示单元106U08 :象素110 :显示单元112:能量光罩114a、114b :象素116 :观察者200 :偏振模块202 :偏振光屏蔽光栅单元204 :穿透式显示单元202a :微相位差单元202b :偏振膜、310 、340 :影像显示单元 302 :微相位差单元 320、330 :立体显示器 322、332 :影像扫描线 342、344 :象素 400 :偏振模块 402、422 :微相位差单元 404 、424 :偏振膜 406、426 :光栅单元 408:穿透式显示单元 410、412、414、416、428、432、434、436 :偏振光 428'、430，、432，、434、436':偏振光 430 "、432 "、434 "、436 "、438":非偏振光 420 :散射式液晶单元 440 :均匀式相位差单元 1111 :均匀式相位差单元 501 :偏振模块 502a :偏振光旋转液晶单元 502b:微相位差单元 502c :偏振膜 504:穿透式显示单元
具体实施例方式
本发明提出立体影像装置的设计，例如是一种偏振光屏障立体影像显示装置，在 偏振模块与影像显示单元之间，插入一个由偏振光调制单元、非垂直分布式微相位差单元、 以及偏振膜所组成的偏振光屏蔽光栅单元。利用非垂直分布式微相位差单元的相位差分布 与影像显示单元的分散式象素搭配，可形成两个或两个以上视域(viewing zone)的影像显 示，使用者的左眼与右眼在不同视域下，分别看到其中的两个视域影像时，自然感受到立体 视觉。此多视域的系统中，可使显示屏幕借由影像重新排列而可以达到在任意角度摆放观 看，尤其例如是0度与90度摆放，且将由于立体影像显示所需要而降低的分辨率，分散在X 方向与Y方向，例如可减少一般多视域系统中，单向分辨率牺牲过大的缺点。借由控制偏振 光屏蔽光栅单元中的偏振光调制单元在调制状态与无调制状态之间切换，并可使得显示影 像在平面影像模式与立体影像模式之间切换。如果不需要切换，本发明也可以不使用偏振 光调制单元，使得显示单元呈现立体影像模式。 首先描述本发明所考虑的一些机制。图3示出依据本发明实施例，一种象素与视 域之间的关系示意图。参阅图3，一般一个色彩象素，例如由红(R)、绿(G)、蓝(B)的三个象 素所组成。例如以显示4个视域的影像为例，对于一个象素106而言，需要对应4个视域的 象素P1、P2、P3、P4，每个象素包括有三个子象素，分别显示RGB的灰阶。图3是一般采用的
9象素与视域的分配方式，但是光栅的间距较宽，使不同视域的影像会有漏光，因此产生色偏 干扰，其立体显示效果较差。图4示出依据本发明实施例，另一种象素与视域之间的关系示 意图。参阅图4，另外一种象素与视域的分配方式下，对于一个象素108，RGB的子象素仍是 依照RGB来显示，然而其显示内容是依照视域的次序显示。换句话说，前四个子象素例如分 别显示属于视域1、2、3、4的RGBR的灰阶。对于整个象素108而言，仍维持所要显示的色彩 资料，然而不同视域的影像可以较清楚分离。如此方式，其所需要的光罩的光栅分辨率要对 应提高，也因此有较佳的视域分离效果。 图5示出依据本发明实施例所考虑的显示机制示意图。参阅图5，在显示单元110 上以二个象素114a、114b以产生二个视域为例，其能量光罩112的光栅分辨率是依照子象 素的分辨率来设置。能量光罩112的黑色部分会阻挡所有的光线，其不管是否为偏振光都 会被光罩112的黑色部分所阻挡，致使光线另一端的观察者116，在此能障屏蔽下，将部分 光线进行阻隔，分散到左右眼的区域以产生立体影像。 但是以图5的架构，其显示系统只能显示3D的立体影像，无法显示2D的影像模 式。且过去主要采用垂直对应于象素位置的直线条纹状架构，因此在制作两个视域的立体 影像系统时，由于影像分别提供给左眼与右眼，因此其水平方向分辨率就会相对应牺牲一 半，且由于在两个视域的观测系统中，其可视观测位置较窄，稍一偏离观测位置则造成影像 无法收敛，导致观测者明显无法感受3D影像的效果。除此之外，此种方式所产生的立体影 像将会限制屏幕摆放的方式，也就是说屏幕只能摆放于使barrier垂直的方向，无法转90 度使用。 本发明基于上述的考虑，进一步考虑采用非垂直排列式的象素阵列。
以下举一些实施例来说明本发明的特征，但是本发明不仅限于所举实施例。另夕卜、
所举实施例之间也可以相互适当结合。 图6示出依据本发明一实施例，立体影像显示装置包括偏振光屏蔽光栅单元的透 视示意图。参阅图6，本实施例的显示系统包括有一偏振模块200， 一偏振光屏蔽光栅单元 202、以及一穿透式显示单元204。本发明以偏振光屏蔽光栅单元202，其包括有非垂直分布 式微相位差单元与偏振膜，安置在偏振模块200与穿透式显示单元204之间。偏振模块200 提供预定偏振态的一偏振光源，照射至偏振光屏蔽光栅单元202。在偏振光屏蔽光栅单元 202中的微相位差单元，先参阅图8，是具有A区域延迟材料与B区域延迟材料相间构成的 非垂直条纹，其中A区域延迟材料与B区域延迟材料，例如相互之间可以产生有0 A延迟与 入/2延迟的组合，使得偏振光源透过偏振光屏蔽光栅单元202中微相位差单元的非垂直条 纹呈现间隔条状出射。 条纹出射光再配合穿透式显示单元204中的分散式像素分布，将影像分别投射至 观察者左眼与右眼。由于微相位差单元采用非垂直条纹设计，因此偏振光屏蔽光栅单元202 造成的分辨率降低可平均分散于水平方向与垂直方向，避免水平方向单方向分辨率降低过 于剧烈，有效兼顾可视观测的视窗(window)与影像分辨率，并可达到多个视域的立体影像 显示。此方式可在影像显示象素排列控制下，达到旋转90度甚至任意摆放显示器角度的功 能。在此所说的旋转角度是指影像显示面，以法线方向为轴旋转90度，或是依照设计可以 由其他的几个预设的旋转角度，自由旋转；或是在允许的角度范围内任意旋转，其中象素的 排列方式需要对应控制改变。以下针对其详细情形进行说明。
图7示出依据本发明一实施例，图6的立体影像显示装置剖面示意图。参阅图7， 偏振光屏蔽光栅单元202例如可以包括一微相位差单元202a与一偏振膜202b。当偏振模 块200的偏振方向与偏振膜202b的方向相同时，所产生的偏振光通过微相位差单元202a 中具有入/2相位差的非垂直条纹区域(以阴影区域表示)后，偏振光被旋转90度相位，导 致无法穿过偏振膜202b，形成不透光区。同一时间，偏振光穿过具有0相位差的非垂直条纹 区域(以白区域表示)时，偏振光的相位不会被改变，因此维持与偏振膜202b的偏振方向 相同，可以穿过偏振膜202b，形成透光区，构成非垂直的且隔条输出的偏振源。
图8示出依据本发明一实施例，微相位差单元的结构示意图。参阅图8，在图7的 本发明一实施例中偏振光屏蔽光栅单元202所采用的微相位差单元202a有条状的多个第 一区域A以及条状的多个第二区域B相间构成。其中例如，第一区域A是具光学非等向性 的结构，以达到使通过的光产生入/2的相位差，而第二区域B具光学等向性的结构，不产生 相位差。因此、第一区域A与第二区域B有A/2的相位差差异。当然，第一区域A与第二 区域B也可以互换，或是只要维持有A/2的相位差差异即可无需特别限定第一区域A与第 二区域B的相位差，其依实际需求变化。适当的选择偏振模块200的偏振方向和微相位差 单元202a的非等向性光轴方向，可使得通过第一区域A的光会使偏振方向改变90度，因此 会与第二区域B的光的偏振方向垂直。 图9依据本发明一实施例，在图7的显示装置下，光路径的机制。当偏振源模块 200所产生的偏振光210的偏振方向例如与偏振膜202b方向，如箭头所示是相同时，所产生 的偏振光210通过微相位差单元202a中具有A /2相位差的非垂直条纹区域时，偏振光210 被旋转90度相位成为偏振光214而无法穿过偏振膜202b，形成不透光区。同一时间，偏振 光210穿过具有0相位差的非垂直条纹区域时，因为偏振光210相位维持与偏振膜202b相 同而可以穿过形成穿透光212。如此，借由微相位差单元202的作用，可以得到所需要的隔 条输出的偏振光216，以供立体影像显示的光源。 图10示出图9的微相位差单元202a的结构示意图。参阅图ll，微相位差单元 202a例如有条状的多个第一区域A以及条状的多个第二区域B相间构成。其中例如，第一 区域A是具光学非等向性的结构，以达到入/2的相位差，而第二区域B具光学等向性的结 构，因此第一区域A与第二区域B有A/2的相位差差异。第一区域A与第二区域B互换也 可以，或是依实际需求变化。如前述，适当的选择偏振模块200的偏振方向和微相位差单元 202a的非等向性光轴方向，可使得通过第一区域A的光改变90度的偏振方向，因此会与第 二区域B垂直。 由偏振模块200提供的偏振光210，经过微相位差单元202a的0相位差与A /2相 位差的非垂直条状分布之后，将原本相同模式的偏振光210，区分为互相垂直的两种偏振光 212、214以交错输出。接着再借由偏振膜202b过滤成单一形式偏振光216，形成具有透光 和不透光的条状非垂直光线输出。此时光栅单元202形成了一偏振光屏蔽视差光栅，配合 穿透式显示单元204产生的影像，进入到观察者眼睛构成立体影像。 非垂直分布式微相位差单元与垂直分布式微相位差单元的差别包括分辨率的差 异。垂直分布式微相位差单元的机制只在单一维度上(水平方向)，因此在水平方向的分辨 率会被大幅牺牲。例如以四个视域的垂直式立体显示器来说，在水平方向的分辨率将会因 为需要将所有的象素平均分配到四个不同视域中，所以水平分辨率会降到四分之一，对于整体影像的品质破坏相当大，且在影像水平与垂直方向的分辨率会产生不平衡。以非垂直 分布式微相位差单元的立体显示器来说，以非垂直的方向摆设会导致分布于其内的次象素 在水平方向与垂直方向都有不同的排列方式。在分辨率上不是只牺牲单一维度，而是依据 所倾斜的角度、所选择次象素的方式会有不同的分辨率的牺牲。此即为非垂直分布式微相 位差单元立体显示器好处之一。更重要的是，利用此种非垂直分布可以将显示屏幕以中心 法线为轴旋转90度摆放，再搭配影像输入信号的重新分布，同样可以产生具有3D效果的影 像显示。图ll示出依据本发明一实施例，象素分布的结构示意图。参阅图ll，其是配合非 垂直分布式微相位差单元的立体显示机制，例如以三个视域的系统来分析结果。由图11中 可看出，影像显示单元300中标示为1的三个红(R)、绿(G)、蓝(B)的次象素都为属于第一 个视域的次象素。微相位差单元302的结构如图示，对于有三个视域的一个象素302，是包 括A与B的二个区域。因为影像显示单元300上的象素302的次象素，对于非垂直分布式微 相位差单元的相对位置都是相同的。对于非垂直分布式微相位差单元而言，会将三个次象 素投影于空间中相同的位置。同理，标示为2与3的次象素分别都是属于第二个视域与第 三个视域的次象素。因此、原本是在水平方向排列的红绿蓝次象素所组成的一个主象素，在 非垂直分布式微相位差单元下被更改为斜向排列的三个次象素，因此在整体的垂直方向上 例如会被牺牲了三倍的分辨率。然而，在此种次象素的排列上，原本一个1*3的平面显示象 素被非垂直分布式微相位差单元更改为1*1的三个视域立体显示器。若是要增加视域数， 则是增加非垂直分布式微相位差单元的间距，在横向上涵盖更多个次象素于其中。
图12示出依据本发明一实施例，象素分布的结构示意图。参阅图12，其例如是影 像显示单元310是以四个视域的次象素分布的显示情况。在此情况下，次象素的选择还是 由水平方向更改为垂直方向，因此例如在垂直方向的分辨率牺牲了三倍，在水平方向上，则 是4/3的象素被更改为1个立体象素。也就是说，原本一个4/3*3的平面显示象素被非垂 直分布式微相位差单元更改为一个1*1的四个视域的立体显示器。 图13示出依据本发明一实施例，立体显示机制示意图。立体显示器320在前述的 四个视域的立体显示情况下，其投影在空间中的影像情形如图13所示，在一方向的一条影 像扫描线322上，其中数字1、2、3和4分别代表四个不同的视域区域，只要其中两个视域范 围落在双眼的距离范围中，其例如约6. Omm 7. Omm，即可透过视差产生立体效果。
图14示出依据本发明一实施例，在另一个方向的立体显示机制示意图。如果将图 13的立体显示器320的屏幕以中心法线为轴旋转90度的情况下，依相同的结构所产生在空 间中的立体影像如图14所示，立体显示器330在另一方向的一条扫描线332上，只要搭配 影像象素的重新排列输出即可达成。其中，数字1、2、3和4分别代表四个不同的视域区域， 只要其中两个视域范围落在双眼的距离范围中，例如约6. Omm 7. Omm，即可透过视差产生 立体效果。 依相同的设计原则，可借由本发明的方式，任意调整屏幕的摆放角度，只要配合影 像象素的重新排列输出，即可达到立体影像的输出效果。换句话说，在多个显示角度下，可 以任意选取显示。 另外、在被非垂直分布式微相位差单元的四个视域立体显示器中，事实上还是可 以有其他种的次象素选择方式，而且由不同的次象素选择法中，其分辨率也会产生不同的 变化。图15示出依据本发明一实施例，象素分布的结构示意图。参阅图15，影像显示单元340以1、2、3、4分别表示不同的视域为例，在这些视域之中，选择象素342、344的红绿蓝的
次象素时，并不一定要拘泥于前后左右相邻的位置之内，还可以跨越不同个非垂直分布式
微相位差单元来选择。在此选择下，可以将一个4*2的平面显示象素被非垂直分布式微相
位差单元更改为一个2*1的四个视域立体显示器。也就是说在此种方式下，水平方向牺牲
了两倍的分辨率，垂直方向也牺牲了两倍的分辨率。利用此种次象素的选择方式，可以让我
们在垂直方向不只拘泥于三倍的分辨率牺牲，也可以有两倍分辨率牺牲的选择。 借由上述次象素的选择方式，即可达到在四个视域的立体显示系统中，将分辨率
分散牺牲在X方向与Y方向，而达到平均分散的优点。上述选择方式仅为说明，非代表唯一
的几种选择，实际上可以有其他各种不同的象素排列方式。同样的此方式也可以在多个视
域的立体显示系统中达到平均分散的优点。 图16示出依据本发明实施例，立体影像模式另一种操作机制示意图。当偏振模块 400所产生的偏振光410的偏振方向与偏振膜404的方向互相垂直时，所产生的偏振光410 通过光栅单元406的微相位差单元402中具有0相位差的条纹区域时，偏振光412无法通 过偏振膜404，而形成不透光区。同一时间，所产生的偏振光410通过具有A/2相位差的 条纹区域时，偏振光414被旋转90度相位，而可以穿过偏振膜404，形成透光区域的偏振光 416，其提供光源给穿透式显示单元408作为立体显示的光源。 图17示出依据本发明的一实施例，图16中所采用的微相位差单元402。参阅图 17，微相位差单元402有条状的多个第一区域A以及条状的多个第二区域B相间构成。其 中例如与图10相似，但是选择第一区域A是具有光学等向性的结构，而第二区域B具有光 学非等向性的结构，以达到A/2的相位差。 在图16的设计下配合图17的结构，其显示的机制仍与图9的机制相似，且也可以 达到多个显视角度的任一选取。其机制细节不继续描述。 图18示出依据本发明另一实施例，具有2D/3D切换功能的立体影像显示装置剖面 示意图。参阅图18，本实施例的偏振光屏蔽光栅单元426，除了包括微相位差单元422与偏 振膜424外还包括偏振光调制单元，其例如可以采用散射式液晶420的调制单元，其作用在 于允许偏振模块400产生的偏振光通过或是调制成非偏振光。 更详细而言，本发明可以在偏振模块与影像显示单元之间，插入一个由偏振光调 制单元、非垂直分布微相位差单元、以及偏振膜所组成的偏振光屏蔽光栅单元，其中偏振光
调制单元可为可控制散射式液晶单元或是可控制偏振光旋转液晶单元。以可控制散射式液 晶单元来说，可借由控制在"散射状态(调制状态)"和"清澈状态(未调制状态)"之间做 偏振光的调制，而使得显示影像在2D/3D模式之间切换。另一方面，以可控制偏振光旋转液 晶单元来说，可借由控制在"偏振态旋转态(调制状态)"和"无偏振态旋转态(未调制状 态)"之间做偏振光的调制，而使得显示影像在2D/3D模式之间切换。另外，若影像显示单 元在面对偏振光屏蔽光栅单元中的一面已包括偏振膜，则偏振光屏蔽光栅单元中的偏振膜 为一可省略的元件。偏振光屏蔽光栅单元中的非垂直分布微相位差单元，是具有A区域与 B区域相间的非垂直条纹，使得偏振光源透过非垂直条纹呈现间隔条状出射，再配合分散式 像素分布，将两个或两个以上的影像分别投射至空间中的位置，再进入到观察者左眼与右 眼，以形成立体影像。其显示3D的机制仍相同，但是允许将立体的显示切换成2D的显示。
图19 20示出依据本发明另一些实施例，具有2D/3D切换功能的立体影像显示装置的3D模式机制示意图。参阅图19，对于3D模式的操作，可控制散射式液晶单元420， 是当作一个偏振光调制单元，用来调制所通过的偏振光的偏振方向。可控制散射式液晶单 元420具有可以控制的清澈状态以及散射状态。当可控制散射式液晶单元420切换在清澈 状态时，容许偏振光以原有的偏振方向通过。当可控制散射式液晶单元420切换在散射状 态时，偏振光将被散射丧失原有的偏振方向，而以非偏振的光线通过。 当偏振模块400的偏振方向与偏振膜424的方向相同时，如果可控制散射式液晶 单元420切换在清澈状态，其容许偏振光以原有的偏振方向通过，呈现3D影像现象如同上 述所示。偏振光432、434的偏振态如图所示是相互差90度。因此仅偏振光432通过成为 偏振光436。 参阅图20，在此实施例，偏振模块400的偏振方向与与偏振膜424的方向相反时， 其仍可产生偏振光432' 、434'的偏振态如图所示是相互差90度。因此仅偏振光434'通过 成为偏振光436'。 图21示出依据本发明另一实施例，具有2D/3D切换功能的立体影像显示装置的2D 模式机制示意图。在平面或是2D影像模式时，偏振模块400产生的相同偏振光428会进入 偏振光屏蔽光栅单元426。此时，借由改变可控制散射式液晶420，使其呈现散射状态，用以 打散输入光的偏振特性，形成非偏振光430"。此不具光偏振特性的光源，经过微相位差单元 422的相位分布，宏观的下将不会产生有效的光学作用，因此，偏振光屏蔽光栅单元426也 就不会形成视差光栅。接着，偏振膜424容许单一偏振光穿过，透过穿透式显示单元408进 入到观察者眼睛，这时观察者将可全面看到平面影像模式。 图22-23示出依据本发明另一些实施例，具有2D/3D切换功能的立体影像显示装置。 参阅图22，偏振光屏蔽光栅单元426中的散射式液晶单元与微相位差单元的位置 亦可以互换，同样可以达到2D/3D显示的功能。 参阅图23，另外同时，例如在此系统架构下也可以再加入均匀式相位差单元440， 同样可以达到2D/3D切换且旋转90度摆放使用及显示两个或两个以上画面的功能。均匀 式相位差单元440配合偏振光屏蔽光栅单元426的作用，例如可以防止漏光，可以使光栅的 效果更佳。 图24示出依据本发明另一实施例，具有2D/3D切换功能的立体影像显示装置。参 阅图24，接着说明2D/3D影像模式的变化实施例，是以可控制偏振光旋转液晶单元为基础， 取代可控制散射式液晶420的作用。在3D模式下，偏振模块501提供偏振光。可控制偏振 光旋转液晶单元502a是做为一个偏振光调制单元，用来调制所通过的偏振光的偏振方向， 其具有可以控制的无偏振态旋转态以及偏振态旋转态。当可控制偏振光旋转液晶单元502a 切换在无偏振态旋转态时，容许偏振光以原有的偏振方向通过。当可控制偏振光旋转液晶 单元502a切换在偏振态旋转态时，偏振光的光轴将被旋转45度或是直接成为圆偏振，此状 态下原本的偏振光将有三种可能的变化，第一种是成为偏转45度的线偏振，又或是光轴与 原本偏振方向相差45度的椭圆偏振，以及另一种将会成为一圆偏振。在圆偏振的情形下， 没有特定的光轴角度。 图25 27示出依据本发明图24实施例，的光栅机制示意图。参阅图25，偏振模 块501提供偏振光偏振方向与偏振膜502c方向相同时，当可控制偏振光旋转液晶单元502a切换在无偏振态旋转态时，容许偏振光以原有的偏振方向通过，在经过微相位差单元502b
与偏振膜502c，以及穿透式显示单元504，呈现3D影像现象如同前述机制。 参阅图26，偏振模块501的偏振方向与偏振膜502c方向相反时，如果可控制偏振
光旋转液晶单元502a切换在无偏振态旋转态时，容许偏振光以原有的偏振方向通过，呈现
3D影像现象如同前述。 参阅图27，当要显示2D的平面影像模式时，偏振模块501产生的相同偏振光，进入偏振光屏蔽光栅单元502。此时，借由改变可控制偏振光旋转液晶单元502a，使其呈现偏振态旋转态，用以将偏振光的光轴旋转45度或是将偏振光直接转成圆偏振。经过旋转后所形成的线偏振505、椭圆偏振506或是圆偏振507，经过微相位差单元502b的相位分布，宏观之下将不会产生有效的光学作用。以光的偏振态来说，也只是将光的偏振旋转方向逆转，因此，光栅单元502也就不会形成视差光栅。接着，偏振膜502c容许单一偏振光穿过，透过影像显示装置504进入到观察者眼睛，这时观察者将可全面看到平面影像模式。
图28 29示出依据本发明一些实施例，具有2D/3D切换功能的立体影像显示装置的剖面示意图。参阅图28，此外，偏振光屏蔽光栅单元中，偏振光旋转液晶单元502a与微相位差单元502b的位置亦可以互换，同样可以达到2D/3D显示的功能。参阅图29，同时，在此系统架构下亦可以再加入均匀式相位差单元llll，其同样可以达到2D/3D切换且旋转90度摆放使用及显示两个或两个画面的功能。均匀式相位差单元llll的位置依实际需要例如可以是在偏振模块501与偏振膜502c之间。 本发明提供具有2D/3D切换功能的立体影像显示装置的剖面示意图，且允许其显示角度可以有多种任意选取，其中至少允许水平与垂直的显视角度。 虽然本发明已以优选实施例公开如上，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，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
一种立体影像显示装置，包括一偏振模块，输出一偏振光；一非垂直排列式偏振光屏蔽光栅单元，安置在该偏振光的一光路径中，以调制该偏振光使成隔行分别输出一调制偏振光；以及一影像显示单元，接收该非垂直排列式偏振光屏蔽光栅单元的该调制偏振光，以输出两个或两个以上的具有视差的影像。
2. 根据权利要求1所述的立体影像显示装置，其中该非垂直排列式偏振光屏蔽光栅单 元，还包括一微相位差单元，具有非垂直排列式第一相位调制材料与第二相位调制材料交错隔行 排列，以分别调制该偏振光的一相位后输出多个调制光；以及一偏振膜，接收该微相位差单元的该些调制光，以输出该调制偏振光。
3. 根据权利要求2所述的立体影像显示装置，还包括一均匀式相位差单元，具有一光轴方向与该微相位差单元的一光轴方向实质上垂直， 安置在该偏振模块与该偏振膜之间。
4. 根据权利要求2所述的立体影像显示装置，其中该微相位差单元的该第一相位调制 材料与该第二相位调制材料是条状结构不垂直于水平轴方向。
5. 根据权利要求2所述的立体影像显示装置，其中该第一相位调制材料与该第二相位 调制材料不等宽。
6. 根据权利要求1所述的立体影像显示装置，配合该影像显示单元的一象素阵列，在 多个角度中任意摆放，以显示一立体影像，其中该些角度是以该影像显示单元的一中心法 线为轴的旋转角度。
7. —种双模式影像显示装置，包括 一偏振模块，以提供一偏振光；一显示单元，以显示对应2维或3维的一图像；以及一非垂直排列式偏振光屏蔽光栅单元，介于该偏振模块与该显示单元之间，包括一控制元件，受控制以呈现一第一状态对应3维的该图像或是一第二状态对应2维的该图像。
8. 根据权利要求7所述的双模式影像显示装置，其中该偏振模块是整体结构，借由一 偏振膜以得到该偏振光。
9. 根据权利要求7所述的双模式影像显示装置，其中该非垂直排列式偏振光屏蔽光栅 单元在面对该显示单元的一边有一偏振膜。
10. 根据权利要求7所述的双模式影像显示装置，其中该控制元件是一偏振态旋转液 晶板。
11. 根据权利要求7所述的双模式影像显示装置，其中该控制元件是一散射式液晶板。
12. 根据权利要求7所述的双模式影像显示装置，其中该非垂直排列式偏振光屏蔽视 差光栅单元还包括一非垂直排列式微相位差单元，具有一第一区域与一第二区域，其中当该控制元件呈 现该第一状态时，该第一区域与该第二区域形成一偏振光屏蔽视差光栅，当该控制元件呈 现该第二状态时则该第一区域与该第二区域不产生该偏振光屏蔽视差光栅。
13. 根据权利要求12所述的双模式影像显示装置，其中该非垂直排列式微相位差单元的该第一区域与该第二区域有半波长(A/2)的相位差差异，使得该二区域分别的二偏振 态互相垂直。
14. 根据权利要求12所述的双模式影像显示装置，其中该非垂直排列式微相位差单元 位于该控制元件与该偏振模块之间。
15. 根据权利要求12所述的双模式影像显示装置，其中该控制元件位于该非垂直排列 式微相位差单元与该偏振模块之间。
16. 根据权利要求12所述的双模式影像显示装置，其中该非垂直排列式微相位差单元 的该第一区域与该第二区域的条状结构不垂直于一水平方向。
17. 根据权利要求12所述的双模式影像显示装置，还包括一均匀式相位差单元，具有一光轴方向与该非垂直排列式微相位差单元的一光轴方向 垂直，安置在该偏振模块与该非垂直排列式微相位差单元的一边。
18. 根据权利要求7所述的双模式影像显示装置，还包括一影像显示单元，且配合该影 像显示单元的一象素阵列，在多个角度中任意摆放，以显示一立体影像。
19. 一种双模式影像显示装置，包括 一偏振模块，以提供一偏振光源；一均匀式相位差单元，有一第一光轴方向，及第一相位差量； 一控制元件，依照被控制的一调制条件使呈现一第一状态或是一第二状态； 非垂直排列式的一微相位差单元，具有一第一区域与一第二区域，其中当该控制元件 呈现该第一状态时，该第一区域与该第二区域形成一偏振光屏蔽视差光栅，当该控制元件 呈现该第二状态时则该第一区域与该第二区域不产生该偏振光屏蔽视差光栅，其中该均匀 相位差膜的该光轴方向与该二区域其一的一光轴方向垂直；以及 一显示单元，以显示对应2维或3维的一图像，其中该均匀式相位差单元、该控制元件与该微相位差单元是介于该偏振模块与该显示 单元之间。
20. 根据权利要求19所述的双模式影像显示装置，其中该微相位差单元的该第一区域 与该第二区域有入/2的相位差差异，使得该二区域的分别二偏振态互相垂直。
21. 根据权利要求19所述的双模式影像显示装置，其中该微相位差单元的该第一区域 与该第二区域的条状结构不垂直于水平方向。
22. 根据权利要求19所述的双模式影像显示装置，其中该光栅单元面对该显示单元的 一边有一偏振膜。
23. 根据权利要求19所述的双模式影像显示装置，其中该控制元件是一偏振态旋转液 晶板。
24. 根据权利要求23所述的双模式影像显示装置，其中该偏振态旋转液晶板可以区域 化控制。
25. 根据权利要求19所述的双模式影像显示装置，其中该控制元件是一散射式液晶板。
26. 根据权利要求25所述的双模式影像显示装置，其中该散射式液晶板可以区域化控制。
27. 根据权利要求19所述的双模式影像显示装置，其中该微相位差膜的该二区域其一不产生相位差，而该二区域另其一产生A/2的相位差。
28.根据权利要求19所述的双模式影像显示装置，其中该双模式影像显示装置，配合 该显示单元的一影像象素排列，在多个角度中任意摆放，以显示一立体影像。
全文摘要
一种立体影像显示装置，包括一偏振模块、一非垂直排列式偏振光屏蔽光栅单元以及一影像显示单元。偏振模块输出一偏振光。非垂直排列式偏振光屏蔽光栅单元安置在其偏振光的一光路径中，以调制偏振光使成隔行分别输出一调制偏振光。影像显示单元接收该非垂直排列式偏振光屏蔽光栅单元的调制偏振光，以输出两个或两个以上具有视差的影像。
文档编号G02B27/26GK101750748SQ20081017885
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者吴周霖, 吴昌硕, 徐维良, 蔡朝旭 申请人:财团法人工业技术研究院