CN101576662B - 显示装置及显示三维立体影像的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种显示装置，包括第一显示面板、第二显示面板以及光学板。第一显示面板具有多个第一显示区域，适于提供第一画面。第二显示面板具有多个第二显示区域，适于提供第二画面。光学板具有可改变焦距的多个光学单元。第一显示区域、第二显示区域与光学单元对应设置，以分别使第一画面透过光学单元形成第一实像，而第二画面透过光学单元形成第二实像。第一实像与光学板相隔第一景深，第二实像与光学板相隔第二景深，且第一景深与第二景深不同。本发明可利用不同的显示画面呈现出三维立体影像，而且使用者可依照个人喜好调整三维立体影像的临场感。

Description

显示装置及显示三维立体影像的方法

技术领域

本发明是有关于一种显示装置及显示三维立体影像的方法，且特别是关于一种可调整影像景深以增加立体感的显示装置及显示三维立体影像的方法。

背景技术

随着科技的演进与生活的改善，人类对于影像显示的要求也逐渐提高。举例而言，显示装置的改良，除了要得到高画质的影像外，近来更有许多研究是朝向能够提高影像逼真程度以及使用者临场感的立体影像显示装置。

图1为习知一种立体显示装置的成像方式示意图。请参照图1，习知的立体显示装置100具有第一显示面板110以及第二显示面板120。第一显示面板110与第二显示面板120平行设置，且彼此有一间距D。同时，第二显示面板120位于使用者P与第一显示面板110之间。

为了使使用者P见到的画面呈现立体的视觉效果，立体显示装置100进行显示时，第一显示面板110显示第一画面F1，而第二显示面板120显示第二画面F2，并且第一显示面板110与第二显示面板120在对应的位置上会呈现不同的亮度。举例而言，第一画面F1在第一位置112、第二位置114及第三位置116处的亮度例如分别是10、50以及90，而第二画面F2在第一位置122、第二位置124及第三位置126处的亮度例如是90、50以及10。

由于人类的视觉会对不同亮度的影像产生不同距离的感受，因此使用者P观看显示装置100的显示画面时会感受到第一立体影像132、第二立体影像134及第三立体影像136。特别是，使用者P会感受第一立体影像132与自身的距离最为靠近，而第三立体影像136与自身的距离最远。

藉由上述显示装置100能够令使用者P获得立体的影像视觉感受，但对使用者P而言，显示装置100的立体影像，其成像位置必定是落在第一显示面板110与第二显示面板120之间。换言之，受限于第一显示面板110与第二显示面板120之间的间距D，使用者P所看到的立体影像限制在一定的景深范围中。因此，显示装置100所产生的立体影像会受到间距D的限制，难以进一步提升使用者P在视觉上的立体感受。

发明内容

本发明提出一种显示装置，可产生的立体影像不受限于显示装置的组件设计。

本发明又提出一种产生三维立体影像的方法，可依照使用者的喜好调整三维立体影像的临场感。

本发明提出一种显示装置，包括第一显示面板、第二显示面板以及光学板。第一显示面板具有多个第一显示区域，且第一显示面板适于提供第一画面。第二显示面板具有多个第二显示区域，且第二显示面板适于提供第二画面。光学板具有可改变焦距的多个光学单元。光学板平行于第一显示面板与第二显示面板设置，且第一显示面板与光学板相隔第一间距，第二显示面板与光学板相隔第二间距。第二显示面板位于第一显示面板以及光学板之间，且多个第一显示区域、多个第二显示区域与多个光学单元对应设置。第一画面透过多个光学单元形成第一实像，而第二画面透过多个光学单元形成第二实像。第一实像与光学板相隔第一景深，第二实像与光学板相隔第二景深，且第一景深与第二景深不同。

在本发明的一实施例中，上述多个光学单元包括多个可变焦透镜。

在本发明的一实施例中，上述多个光学单元为多个液晶透镜(liquid crystal lens)单元或多个电湿润透镜(electrowetting lens)单元。

在本发明的一实施例中，上述的第一显示面板为液晶显示面板。

在本发明的一实施例中，上述的第二显示面板为液晶显示面板。

在本发明的一实施例中，上述的显示装置，其中第一显示面板包括多个显示画素，位于多个第一显示区域中且各第一显示区域中的显示画素的数量为多个。

在本发明的一实施例中，上述的显示装置，其中第二显示面板包括多个显示画素，位于多个第二显示区域中且各第二显示区域中的显示画素的数量为多个。

本发明又提出一种产生三维立体影像的方法，包括提供上述的显示装置、透过第一显示面板显示第一画面、透过第二显示面板显示第二画面、以及调整多个光学单元的焦距，以使第一画面与第二画面透过多个光学单元分别形成大小相同的第一实像与第二实像。其中，第一景深与第二景深随第一画面与第二画面的影像大小而改变。

在本发明的一实施例中，上述产生三维立体影像的方法，其中第一画面与第二画面的影像大小相同时，调整多个光学单元的焦距以使第一景深等于第一间距而第二景深等于第二间距。举例而言，调整多个光学单元的焦距的方法包括：第一显示面板显示第一画面时，使多个光学单元具有第一焦距，而第二显示面板显示第二画面时，使多个光学单元具有第二焦距，且第一焦距为第一间距的二分之一，而第二焦距为第二间距的二分之一。此外，产生三维立体影像的方法更包括使第一显示面板与第二显示面板交替地进行显示。

在本发明的一实施例中，上述产生三维立体影像的方法，其中第一画面与第二画面的影像大小不同时，调整多个光学单元的焦距以使第一实像与第二实像的影像大小相同。在一实施例中，第一显示面板与第二显示面板同时进行显示，且第一显示面板与第二显示面板同时进行显示的图框时间内，多个光学单元的焦距固定不变。另外，第一景深与第二景深的差值随第一画面与第二画面的影像大小差异而改变。

基于上述，由于本发明的显示装置可调整光学板的焦距，因此可调整立体影像的成像位置。此外，本发明的产生三维立体影像的方法可显示景深不同的三维立体影像，因此使用者可依照个人喜好调整三维立体影像的临场感。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为习知一种立体显示装置的成像方式示意图。

图2为本发明的一实施例的显示装置示意图。

图3为图2的显示装置的影像成像方法示意图。

图4(a)～(c)为本发明一实施例的一种显示三维立体影像的方法示意图。

图5(a)～(b)为本发明一实施例的另一种显示三维立体影像的方法示意图。

图6(a)～(b)本发明一实施例的液晶透镜单元示意图。

图7(a)～(b)本发明一实施例的电湿润透镜单元示意图。

附图中主要组件符号说明：

100、200：显示装置

110、210：第一显示面板

112、122：第一影像

114、124：第二影像

116、126：第三影像

120、220：第二显示面板

132：第一立体影像

134：第二立体影像

136：第三立体影像

212：第一显示区域

214、224：显示画素

222：第二显示区域

230：光学板

232：光学单元

300：液晶透镜单元

310：偏光板

320、410：第一玻璃基版

330：液晶层

332：液晶分子

340、420：第二玻璃基板

351：焦点

400：电湿润透镜单元

432：第一电极

434：第二电极

440：绝缘层

451：焦点

D：间距

F1：第一画面

F2：第二画面

d1：第一间距

d2：第二间距

P：使用者

L：光线

V：电压

W：水层

O：油层

T：表面张力

S：界面

R1：第一实像

R2：第二实像

DF1：第一景深

DF2：第二景深

f1：第一焦距

f2：第二焦距

f3：第三焦距

f4：第四焦距

Δd1：第一景深差

Δd2：第二景深差

t1、t2：图框时间

具体实施方式

图2为本发明的一实施例的显示装置示意图。请参照图2，显示装置200包括第一显示面板210、第二显示面板220以及光学板230。

第一显示面板210具有多个第一显示区域212，且第一显示面板210适于提供第一画面F1。在本实施例中，第一显示面板210为液晶显示面板，举例而言，第一显示面板210例如可为半穿透半反射式显示面板、反射型显示面板、彩色滤光片于主动层上(colorfilter on array)的显示面板、主动层于彩色滤光片上(array on color filter)的显示面板、垂直配向型(VA)显示面板、水平切换型(IPS)显示面板、多域垂直配向型(MVA)显示面板、扭曲向列型(TN)显示面板、超扭曲向列型(STN)显示面板、图案垂直配向型(PVA)显示面板、超级图案垂直配向型(S-PVA)显示面板、先进大视角型(ASV)显示面板、边缘电场切换型(FFS)显示面板、连续焰火状排列型(CPA)显示面板、轴对称排列微胞型(ASM)显示面板、光学补偿弯曲排列型(OCB)显示面板、超级水平切换型(S-IPS)显示面板、先进超级水平切换型(AS-IPS)显示面板、极端边缘电场切换型(UFFS)显示面板、蓝相显示面板(Blue phase display panel)、高分子稳定配向型显示面板、双视角型(dual-view)显示面板、电泳型显示面板、蓝相显示面板(Blue Phase)或其它型面板。然而，上述仅为举例说明，本发明并不限制第一显示面板210的种类，在其它实施例中，第一显示面板210也可以是其它类型的显示面板。

进一步来看，在显示装置200中，第一显示面板210例如包括多个显示画素214，位于多个第一显示区域212中，且各第一显示区域212中的显示画素214的数量为多个。在此，图2所示的第一显示区域212及显示画素214仅为举例，本发明并不限制第一显示区域212的大小、或第一显示区域212所包含显示画素214的数量。

请继续参照图2，在显示装置200中，第二显示面板220具有多个第二显示区域222，且第二显示面板220适于提供第二画面F2。在本实施例中，第二显示面板220为一液晶显示面板。类似于上述第一显示面板210的说明，本发明并不限制第二显示面板220的种类，本领域具有通常知识者，当可视需要选择第二显示面板220的种类。此外，第二显示面板220亦包括多个显示画素224，其位于多个第二显示区域222中，且各第二显示区域222中的显示画素224的数量为多个。

同样地，本发明并不限制第二显示区域222的大小、或第二显示区域222所包含显示画素224的数量。在不同的实施例中，第一显示区域212所包含显示画素214的数量以及第二显示区域222所包含显示画素224的数量被改变时可使显示装置200所显示的影像质量不同。

上述第一显示面板210与第二显示面板220可为相同种类的显示面板，也可以是不同种类的显示面板。另外，在本实施例中，第一显示区域212所具有显示画素214的数量，与第二显示区域222所具有显示画素224的数量为相同，但在其它实施例中，亦可为不相同。

图3为图2的显示装置的影像成像方法示意图。请同时参照图2及图3，显示装置200中设置有光学板230，特别是，光学板230具有可改变焦距的多个光学单元232。

上述的光学板230是平行于第一显示面板210与第二显示面板220设置，且第一显示面板210与光学板230相隔第一间距d1，第二显示面板220与光学板230相隔第二间距d2。

第二显示面板220位于第一显示面板210以及光学板230之间，且多个第一显示区域212、多个第二显示区域222与多个光学单元232对应设置(如图2虚线所示)。举例来说，可透过显示装置200的第一显示面板210显示第一画面F1，并调整多个光学单元232的焦距，以使第一画面F1形成第一实像R1。另一方面，可透过显示装置200的第二显示面板220显示第二画面F2，并调整多个光学单元232的焦距，以使第二画面F1形成第二实像R2。特别是，第一实像R1与第二实像的大小相同，且第一景深DF1与第二景深DF2随第一画面F1与第二画面F2的影像大小而改变。

由于第一景深DF1与第二景深DF2不同，因此显示装置200可令使用者在视觉上产生三维立体影像的感受。特别是，当第一景深DF1与第二景深DF2的差距加大时，即表示视觉上的立体感会加深，而显示装置200所产生的影像将给人不同的临场感。

值得一提的是，在显示装置200中，可使用较多个光学单元232显示影像，此即表示每一光学单元232所对应的显示画素214、224越少。换句话说，可使用面积更小、数目更多的光学单元232来形成立体影像，藉此，可进一步提升显示装置200所显示的三维立体影像的显示质量。

实际在使用上述显示装置200时，可使用不同的操作方式显示三维立体影像，以下将对此不同的操作方式加以说明。

图4(a)～(c)为本发明一实施例的一种显示三维立体影像的方法示意图，其中是以单个光学单元232为例以便于说明。请参照图2、图3及图4(a)～(c)，当第一画面F1与第二画面F2的影像大小相同时，多个光学单元232的焦距可适度地调整以使第一景深DF1等于第一间距d1，而第二景深DF2等于第二间距d2。

上述调整多个光学单元232的焦距的方法包括：当第一显示面板210显示第一画面F1时，如图4(a)所示，使多个光学单元232具有第一焦距f1；而当第二显示面板220显示第二画面F2时，如图4(b)所示，使多个光学单元232具有第二焦距f2。特别是，第一焦距f1为第一间距d1的二分之一，而第二焦距f2为第二间距d2的二分之一。换句话说，第一画面F1与光学单元232间的第一间距d1为第一焦距f1的两倍，而第二画面F2与光学单元232间的第二间距d2为第二焦距f2的两倍。

如图4(a)所示，当第一显示面板210显示第一画面F1时，第一画面F1的影像位于光学单元232的两倍焦距处。因此，第一画面F1的影像会在光学单元232另一侧的两倍焦距处被转换成大小相同、且方向相反的第一实像R1。而类似地，如图4(b)所示，当第二显示面板220显示第二画面F2时，第二画面F2的影像位于光学单元232的两倍焦距处。因此，第二画面F2的影像会在光学单元232另一侧的两倍焦距处被转换成大小相同、且方向相反的第二实像R2。

此外，第一显示面板210与第二显示面板220在本实施例是交替地进行显示。也就是说，当第一显示面板210显示第一画面F1时，第二显示面板220为关闭，而当第二显示面板220显示第二画面F2时，第一显示面板210为关闭。

如图4(c)所示，当第一显示面板210与第二显示面板220的切换频提高至人眼无法察觉时，第一实像R1与第二实像R2会在人眼视觉上产生同时出现的感受。此时，由于第一景深DF1与第二景深DF2的差异，人眼便会感受到显示装置200所显示的三维立体影像。

值得一提的是，本实施例中光学单元232为可变焦距的设计，所以第一画面F1与第二画面F2的大小可以是相同的。因此，第一显示面板210与第二显示面板220的显示影像不需另外经过调整而可减轻驱动芯片的负担。

图5(a)～(b)为本发明一实施例的另一种显示三维立体影像的方法示意图，其中是以单个光学单元232为例以便于说明。请参照图2、图3及图5(a)～(b)，除了上述产生三维立体影像的方式外，当第一画面F1与第二画面F2的影像大小不同时，可调整多个光学单元232的焦距以使第一实像R1与第二实像R2的影像大小相同。

如图5(a)所示，显示装置200的第一显示面板210与第二显示面板220为同时进行显示。为了获得大小相同的第一实像R1与第二实像R2，光学单元232的焦距被调整为第三焦距f3。在第一显示面板210与第二显示面板220同时进行显示的图框时间t1内，第三焦距f3例如为固定不变。此外，第一实像R1的第一景深DF1与第二实像R2的第二景深DF2之间的差异例如为第一景深差Δd1。

接着，如图5(b)所示，在第一显示面板210与第二显示面板220同时进行显示的图框时间t2内，第一画面F1与第二画面F2的影像大小不同于图框时间t1。因此，多个光学单元232的焦距被调整为第四焦距f4以获得大小相同的第一实像R1与第二实像R2。在图框时间t2内，第四焦距f4固定不变，且第一实像R1的第一景深DF1与第二实像R2的第二景深DF2之间的差异为第二景深差Δd2。

由图5(a)～(b)可知，第一景深差Δd1与第二景深差Δd2会随着第一画面F1与第二画面F2的影像大小差异而改变。因此，在不同的图框时间t1、t2内，使用者可以感受到不同立体感的影像。也就是说，本实施例可以根据第一画面F1与第二画面F2的影像大小差异，调整光学单元232的焦距，以产生大小相同、景深差异不同的三维立体影像。

透过上述显示三维立体影像的方法，可使图2所示的显示装置200显示三维立体影像。特别是，在上述实施例中，透过可变焦的光学单元232的焦距变化以及第一画面F1与第二画面F2的显示影像大小，可进一步加大三维立体影像的景深差异。因此，使用者利用显示装置200可获得更佳的立体影像显示效果。

更详细地说，为使上述光学单元232具有改变焦距的功能，多个光学单元232例如由多个可变焦透镜单元所组成。具体而言，光学单元232可以是液晶透镜(liquid crystal lens)单元300，如图6(a)～(b)所示，或电湿润透镜(electrowetting lens)单元400，如图7(a)～(b)所示。

就图6(a)～(b)所示的液晶透镜单元300而言，液晶透镜单元300例如包括偏光板(polarizer)310、第一玻璃基板320、第二玻璃基板340以及介于第一玻璃基板320与第二玻璃基板340间的液晶层330。液晶层330是由多个液晶分子332所构成。另外，在液晶层330的上下两侧形成有透明电极334。

当光线L进入液晶透镜单元300时，首先会经过偏光片310而使光线L具有特定的偏振方向。然后，光线L继续前进并通过第一玻璃基板320、液晶层330及第二玻璃基板340。最后，由于液晶分子332的光学作用，光线L会在第二玻璃基板340的外侧聚焦于焦点351。

为了使液晶透镜单元300的焦距改变，可对液晶层330施加一电压差V，如图6(b)所示。一般而言，液晶层330的上下两侧的透明电极334被提供电压差V时，液晶分子332会受到电压差V的影响而偏转。此时，光线L在通过液晶层330时，行进方向会有所改变。因此，光线L在第二玻璃基板340外聚焦的位置会是焦点352，其与图6(a)的焦点351不同。简言之，透过对液晶透镜单元300的液晶层330施加电压差V，即可造成液晶透镜单元300的焦距改变。

另外，就图7(a)～(b)所示的电湿润透镜单元400而言，电湿润透镜单元400例如包括第一玻璃基板410、第二玻璃基板420、第一电极432、第二电极434、绝缘层440以及介于第一玻璃基板410与第二玻璃基板420间的水层W与油层O。由于水层W与油层O间的界面S为如图7(a)所示的曲面，光线L通过第一玻璃基板410，经过水层W与油层O时，光线L将会发散而不相交。

为使电湿润透镜单元400的焦距改变，可对第一电极432与第二电极434施加电压V，如图7(b)所示。此时，绝缘层440两侧的正、负电荷积聚会改变水层W与油层O间的表面张力T。因此，光线L在通过此水层W与油层O间的界面S后，会在第二玻璃基板420的下方聚焦于焦点451。

由此可知，对第一电极432与第二电极434施加电压V可以造成电湿润透镜单元400的光学性质改变。更具体地说，控制电压V的大小即可改变电湿润透镜单元400的焦距。

透过使用上述图6(a)～(b)所示的液晶透镜单元300，或是图7(a)～(b)所示的电湿润透镜单元400，即可令光学单元232具有改变焦距的功能。

综上所述，由于本发明的显示装置具有可变焦的光学单元，因此显示装置可利用不同的显示画面呈现出三维立体影像。本发明显示三维立体影像的方法，可使使用者观看上述显示装置所显示的影像时感受到景深不同的三维立体影像。此外，立体影像的成像位置较不会受到限制，因此使用者可依其喜好调整三维立体影像的立体感与临场感，以获得不同的三维立体影像显示效果。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，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当视权利要求书所界定的为准。

Claims (14)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：

一第一显示面板，具有多个第一显示区域，且该第一显示面板提供一第一画面；

一第二显示面板，具有多个第二显示区域，且该第二显示面板提供一第二画面；以及

一光学板，具有可改变焦距的多个光学单元，该光学板平行于该第一显示面板与该第二显示面板设置，且该第一显示面板与该光学板相隔一第一间距，该第二显示面板与该光学板相隔一第二间距；

其中，该第二显示面板位于该第一显示面板以及该光学板之间，且该些第一显示区域、该些第二显示区域与该些光学单元对应设置，以使该第一画面透过该些光学单元形成一第一实像，而该第二画面透过该些光学单元形成一第二实像，该第一实像与该光学板相隔一第一景深，该第二实像与该光学板相隔一第二景深，且该第一景深与该第二景深不同。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述的光学单元包括多个可变焦透镜。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述的光学单元为多个液晶透镜单元或多个电湿润透镜单元。

4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述的第一显示面板为一液晶显示面板。

5.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述的第二显示面板为一液晶显示面板。

6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述的第一显示面板包括多个显示画素，位于该些第一显示区域中且各该第一显示区域中的该些显示画素的数量为多个。

7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述的第二显示面板包括多个显示画素，位于该些第二显示区域中且各该第二显示区域中的该些显示画素的数量为多个。

8.一种显示三维立体影像的方法，其特征在于，包括：

提供一如权利要求1所述的显示装置；

透过该第一显示面板显示该第一画面；

透过该第二显示面板显示该第二画面；以及

调整该些光学单元的焦距，以使该第一画面与该第二画面透过该些光学单元分别形成大小相同的该第一实像与该第二实像，其中该第一景深与该第二景深随该第一画面与该第二画面的影像大小而改变。

9.根据权利要求8所述的显示三维立体影像的方法，其特征在于，所述的第一画面与该第二画面的影像大小相同时，调整该些光学单元的焦距以使该第一景深等于该第一间距而该第二景深等于该第二间距。

10.根据权利要求9所述的显示三维立体影像的方法，其特征在于，其中调整该些光学单元的焦距的方法包括该第一显示面板显示该第一画面时，使该些光学单元具有一第一焦距，而该第二显示面板显示该第二画面时，使该些光学单元具有一第二焦距，且该第一焦距为该第一间距的二分之一，而该第二焦距为该第二间距的二分之一。

11.根据权利要求10所述的显示三维立体影像的方法，其特征在于，更包括使该第一显示面板与该第二显示面板交替地进行显示。

12.根据权利要求8所述的显示三维立体影像的方法，其特征在于，所述的第一画面与该第二画面的影像大小不同时，调整该些光学单元的焦距以使该第一实像与该第二实像的影像大小相同。

13.根据权利要求12所述的显示三维立体影像的方法，其特征在于，所述的第一显示面板与该第二显示面板同时进行显示，且该第一显示面板与该第二显示面板同时进行显示的一图框时间内，该些光学单元的焦距固定不变。

14.根据权利要求12所述的显示三维立体影像的方法，其中该第一景深与该第二景深的差值随该第一画面与该第二画面的影像大小差异而改变。

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