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TWI470274B - Three - dimensional image display device - Google Patents

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TWI470274B
TWI470274B TW101100595A TW101100595A TWI470274B TW I470274 B TWI470274 B TW I470274B TW 101100595 A TW101100595 A TW 101100595A TW 101100595 A TW101100595 A TW 101100595A TW I470274 B TWI470274 B TW I470274B
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Rieko Fukushima
Yuzo Hirayama
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Toshiba Kk
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Description

三維影像顯示裝置
本發明主張日本申請案JP2011-205307(申請日：2011年01月13日)之優先權，內容亦參照其全部內容。
本發明之實施形態係關於顯示三維影像的三維影像顯示裝置。
可顯示動畫的三維影像顯示裝置、所謂三維顯示器習知者有各種方式。近年來，特別是平板型、而且無須專用眼鏡等的方式被高度期待著。習知作為該無須專用眼鏡之形式的三維影像顯示裝置之一，例如有直視型或投影型之液晶顯示裝置或電漿顯示裝置等，係在畫素位置被固定的顯示面板(顯示裝置)的正前方將光線控制元件予以設置，使來自顯示面板之光線被控制而朝向觀察者的方式。
於此，光線控制元件，係具有即使在光線控制元件上之同一位置觀察亦基於觀察角度而顯現不同影像的機能。具體言之為，僅提供左右視差(水平視差)時，光線控制元件係使用透光狹縫(slit)(視差遮障(barrier))或雙凸片(柱狀透鏡陣列)，包含上下視差(垂直視差)時光線控制元件則使用針孔‧陣列或透鏡‧陣列。
使用光線控制元件的方式係進一步被分類為2眼式、 多眼式、超多眼式(多眼式的超多眼條件)、積分‧成像(Integral Imaging，以下亦稱為II)式。2眼式係基於兩眼視差來呈現立體視覺，多眼式以後的三維影像，因為存在程度上之差異而亦伴隨著運動視差，因此和2眼式之立體影像區別而稱為三維影像。彼等三維影像之顯示之基本原理，實質上係和約100年前被發明而應用於三維照相的積分‧照相(Integral Photography,IP)原理為同一。
彼等方式之中，II方式具有視點位置之自由度高、可以享受立體視覺之優點。僅有水平視差而消除垂直視差的1維II方式，係如SID04 Digest 1438之記載，可以較容易實現高解像度之顯示裝置。相對於此，2眼方式或多眼方式，則因為限定立體視覺之視點位置，相較於1維II式容易提高解像度，可以僅由視點位置取得的畫像來產生三維畫像，影像作成之負荷較低，但是視點位置受到限制而存在著不容易觀看之問題。
此種使用視差遮障的直視型裸眼三維顯示裝置，視差遮障之1方向之週期構造，和用於隔開平面顯示裝置上以矩陣狀設置之畫素的非顯示部、或者畫素之彩色配列之水平方向(第1方向)之週期構造之間基於光學干涉，而有可能產生莫爾條紋(moire)或彩色莫爾條紋之問題。其對策習知者有，使提供光線控制元件之週期性的方向相對 於提供畫素之週期性的方向構成某種角度的方式，即，視差遮障呈傾斜的方法，其被揭示於美國專利第6，064，424号。但是，僅對視差遮障提供傾斜，亦無法完成解消莫爾條紋，因此藉由擴散成分之追加而解消莫爾條紋的方法被揭示於特開2005-86414。但是，該方法會導致視差資訊之分離惡化，難以迴避畫質之降低。
如上述說明，將週期性限定於1方向的光線控制元件與以矩陣狀設有畫素的平面顯示裝置組合的習知三維影像顯示裝置，光線控制元件之週期性與平面顯示裝置之於第1方向之週期性互相干涉而導致亮度不均勻(莫爾條紋)。作為解消莫爾條紋知方法，可以使光線控制元件之週期性之方向與畫素之週期性之方向之間形成角度、亦即，使光線控制元件傾斜之方法。但是，該方法藉由傾斜無法完全消除莫爾條紋。
以下，參照圖面說明實施形態之三維影像顯示裝置。
依據該實施形態提供的三維影像顯示裝置，係具備：顯示部，係將子畫素沿著第1方向與和其呈正交的第2方向被以矩陣狀配列而成；及光線控制元件，係和上述顯示部呈對向設置，具有於上述第2方向呈大略直線狀延伸、配列於上述第1方向的複數個光學開口部。
於該三維影像顯示裝置，上述光學開口部之伸長方向與上述第1方向所構成之 角度，係選定為arctan(5+1/5)至arctan(5+2/5)之第1範圍、arctan(5+3/5)至arctan(5+4/5)之第2範圍及arctan(6+1/5)至arctan(6+2/5)之第3範圍之其中之一範圍內。
另外，依據該實施形態提供的三維影像顯示裝置，係具備：顯示部，其之子畫素沿著第1方向與和其呈正交的第2方向被以矩陣狀配列而成；及光線控制元件，係和上述顯示部呈對向設置，具有於上述第2方向呈大略直線狀延伸、配列於上述第1方向的複數個光學開口部。於該實施形態，開口部假設為無限小時的光線之亮度變化之週期，係被設為和實際之開口幅成為概略一致。
圖10係表示上述之一實施形態之三維影像顯示裝置。該三維影像顯示裝置，係所謂II(積分．成像)方式，具備：為觀察II方式相關的三維影像而將二維畫像予以顯示的二維畫像顯示裝置(所謂二維畫像顯示面板)100。於該二維畫像顯示裝置100之全面，被配置著作為光線控制元件5的視差產生用透鏡．陣列(柱狀．透鏡陣列)，來自二維畫像顯示裝置100之光線，係經由該光線控制元件(遮光遮障或視差遮障)5控制而朝向觀察者(未圖示)。觀察者可以裸眼辨識該光線控制元件5所選擇之光線，藉此而可於該三維影像顯示裝置之前方(或背面)觀察三維影像。
於此，二維畫像顯示裝置100係具備顯示面板，該顯示面板係將三維影像之顯示用的要素畫像所構成之二維元 影像予以顯示，分配給該2維影像之子畫素係以矩陣狀配置。二維畫像顯示裝置100，只要具備此種顯示面板即可，可由直視型或投影型之液晶顯示裝置或電漿顯示裝置，或電場放出型顯示裝置或有機EL顯示裝置等構成。另外，光線控制元件5，係由沿著略水平方向(略第1方向)具有週期性而被配置，沿著略垂直方向(略第2方向)伸出的透光狹縫或雙凸透鏡．陣列(柱狀．透鏡陣列)構成。於此種三維影像顯示裝置，沿著略水平方向(略第1方向)提供視差的要素畫像係被顯示於二維畫像顯示裝置100，來自該要素畫像之光線，係經由以略水平方向(略第1方向)配列的光線控制元件5之控制，而使用於產生三維影像的光線由光線控制元件5朝向觀察側射出。
圖1係表示將顯示部(顯示面板)100之畫素擴大而概略顯示之擴大圖，該顯示部用於顯示一實施形態之三維影像顯示裝置中之平面畫像。
顯示部100，係由水平並列而沿著垂直方向配列成為矩陣狀的子畫素1構成，該子畫素1，係由開口部2及遮光部3構成。子畫素1，係形成為邊之長度具有1：3(短邊：長邊)之比的長方形(矩形形狀)，該子畫素1係於第1方向以3個並設成為群組而形成畫素。於該顯示部100之各畫素，係於3個子畫素上分別為顯示R(紅)，G(綠)，B(藍)而設置彩色濾光片。由背光(未圖示)射出之光線，係經由該開口部2成為色彩藉由RGB之其中之一而被決定的光線，照射至顯示部之前方，通過光 線控制元件5而成為光線，顯示三維畫像。圖1之中光線控制元件5之稜線係以虛線15表示。子畫素1，係具有射出光線的開口部2及圍繞該開口部2而遮蔽光線的遮光部(相當於所謂黑條帶(black stripe))3。
如習知技術之說明，光線控制元件5之配列方向與子畫素1之開口被配列之方向呈略一致之構造中，基於觀察角度，經由光線控制元件5可看到的開口部2之比例有所變動，有可能產生亮度變化(莫爾條紋)。即，角度之變化伴隨著亮度顯著變化之可能性存在，該模樣圖示於圖2。
光線控制元件5之配列方向與子畫素1之開口之配列方向構成某一角度的構造中，係如習知技術之說明，雖可抑制亮度變化(莫爾條紋)，但該抑制亦有界限。圖3係表示光線控制元件5之稜線15與顯示部100之畫素之垂直方向所構成角度設定為arctan(1/3)時。藉由構成某一角度(n)，則經由光線控制元件5可看到的開口部之比例之變動會被抑制，但如圖4所示，亮度變化(各子畫素之亮度之和)會殘留。
進一步考察時，子畫素1係邊之長度為1：3之長方形，光線控制元件5之傾斜係以其之稜線15與顯示部之畫素之垂直方向所構成角度被設定成為arctan(1/3)，因此，於圖3所示第1至第3之畫素行，亮度變化之相位呈一致。
由以上之結果可以理解，使光線控制元件傾斜對於抑 制亮度不均勻(莫爾條紋)有其效果，但是僅如此乃無法完全消除莫爾條紋。基於此一考察，對應於每一畫素行將相位予以偏移(消除基於光線控制元件所能看到的位置之週期性)乃必要者。光線控制元件之稜線15與顯示部之畫素之垂直方向所構成角度被設為arctan(1/n)時，其週期性在n為整數值時最高，n為非整數值時可以降低。例如，整數值及非整數時係如以下所示。以下之說明中，式(n+b/a)之n、a及b為整數，a<b。以下之例示中，a為2，3.4，5。
n=整數值
(n+b/a)=整數值+1/2
(n+b/a)=整數值+1/3
(n+b/a)=整數值+1/4
(n+b/a)=整數值+1/5
．．．
另外，n為整數值(b/a=0)之優點例如有，三維畫像顯示用畫像資訊之作成負荷變低，以及畫質變高。三維畫像顯示用之畫像之產生時，首先，準備由不同角度攝影的多視點畫像，依畫素單位將其分解，於光線控制元件之背面之子畫素群，以對應於觀察角度可以看到畫素資訊的方式予以佈局。多視點畫像與隔著光線控制元件觀察到的畫素之取樣點呈一致時效率為最佳，但是包含多視點畫像在內之一般的畫像之格式，係垂直與垂直之取樣方向呈正交，而且，取樣間隔相等，相對於此，將光線控制元件傾斜 時，取樣位置之不一致會產生。因此，對應於光線控制元件之取樣位置重新進行多視點畫像之取樣的畫像處理過程被追加。此舉將導致三維畫像顯示用畫像資訊之作成負荷增加之同時，導致畫質之降低。其中，n設為整數值時，週期性取樣呈一致之部分會發生。亦即，週期性高乃意味著可抑制畫質降低。
最後，說明畫素資訊彼此之串訊。於圖5(a)~圖8(a)分別所示光線控制元件之稜線15與顯示部之畫素之垂直方向所構成角度分別設為arctan(1/4)、arctan(1/5)、arctan(1/6)、arctan(1/7)時，經由光線控制元件5可看到的開口部之比例之變化係分別圖示於圖5(b)~圖8(b)。於圖2，對應於觀察角度之變化可看到的畫素資訊係完全呈分離。此意味著朝三維畫像之側面之切換呈不連續。亦即，藉由光線控制元件5之傾斜，可使隣接畫素之資訊(視差資訊)之切換呈連續狀，因此可以對應於觀察角度，提供圓滑切換為側面之畫像的三維畫像。但是，該角度過度傾斜時，例如，圖8所示，於其中挾持1個而會混入隣接的視差畫像彼此，而導致視差之分離不完全。此亦導致三維畫像之畫質降低。
經由以上之分析及考察，將視差遮障之傾斜伴隨的取樣之週期性、莫爾條紋之消除、畫質與畫像處理負荷之關係彙整如以下之表1。於該表1追加標記莫爾條紋之實際觀察。
由該表1可知，藉由適量之串訊來抑制莫爾條紋範圍，係被設定成為除去n=整數值、n=整數值+1/2以及其附近(圖9之莫爾條紋產生之三角箭頭(斜線之三角箭頭)所示之值)之以下之範圍。
5+1/5≦(n+b/a)≦5+2/5 (圖9之A之範圍)
5+3/5≦(n+b/a)≦5+4/5 (圖9之B之範圍)
6+1/5≦(n+b/a)≦6+2/5 (圖9之C之範圍)
於除去彼等以外之範圍，重視莫爾條紋之抑制於辨識限界以下(圖9之用於表示莫爾條紋皆無的白圈所示之值)時，較好是選定為(n+b/a)=5+1/4
(n+b/a)=5+3/4
(n+b/a)=6+1/4之其中之一。另外，重視畫質降低與畫像處理負荷之增加時，選定(n+b/a)=5+1/3
(n+b/a)=5+2/3
(n+b/a)=6+1/3之其中之一傾斜時更有利。此時，亮度變動會殘留，莫爾條紋輕微產生，但是藉由亮度變動之週期與光線控制元件之開口幅(遮障時為開口幅，透鏡時為光點尺寸)之設為一致，可以將其抑制。但是，由開口部可觀察的領域在有限之視覺距離時，需要考慮透視度，因此該區域會對應於視覺距離而變動。因此，光線控制元件之開口幅對於莫爾條紋抑制，並非絕對之方法。但是，對於輕微之莫爾條紋之消除為有效之手段。
藉由以上之方法，在將光線控制元件予以垂直設置的三維影像顯示裝置中，可以抑制成為顯示障礙之莫爾條紋、畫質降低以及畫像處理負荷之增大，而且，藉由適度之串訊可以實現圓滑的運動視差，可提升總和性之三維影像之畫質。
依據彼等實施形態或實施例，於將週期性被限定於1方向的光線控制元件，與在第1及和第1方向呈正交的第2方向(垂直並列於水平方向)以矩陣狀設有畫素的平面顯示裝置，予以組合而成的三維影像顯示裝置之中，可以提供不會降低畫質、可以消除莫爾條紋的三維影像顯示裝置。
如上述說明，依據該實施形態，於將週期性被限定於1方向的光線控制元件與平面顯示裝置予以組合的三維影像顯示裝置，藉由針對光線控制元件之傾斜加以控制，可以提供能消除莫爾條紋，抑制畫質降低的三維影像顯示裝 置。
以上依據實施形態具體說明本發明，但是本發明並不限定於上述實施形態，在不脫離其要旨之情況下可做各種變更實施。另外，在不脫離本發明精神之情況下，可以進行變更。伴隨產生之申請專利範圍以及其之等效者亦包含於本發明之範疇內。
1‧‧‧子畫素
2‧‧‧開口部
3‧‧‧遮光部
4‧‧‧畫素
5‧‧‧光線控制元件
15‧‧‧光線控制元件之稜線
100‧‧‧顯示部
圖1係表示將構成三維影像顯示裝置的平面畫像予以顯示的顯示部之一部分擴大，而且，視差遮障之方向與畫素之垂直並列方向一致之狀態之說明圖。
圖2係表示，於圖1變化觀察角度觀看時之亮度變化模式圖。
圖3係表示將構成三維影像顯示裝置的平面畫像予以顯示的顯示部之一部分擴大，而且，光線控制元件之方向與畫素之垂直並列方向所形成角度為arctan(1/3)之狀態之說明圖。
圖4係表示於圖3變化觀察角度觀看時之亮度變化之模式圖。
圖5係表示光線控制元件之方向與畫素之垂直並列方向所構成角度為arctan(1/4)之狀態之說明圖以及亮度變化之模式圖。
圖6係表示光線控制元件之方向與畫素之垂直並列方向所構成角度為arctan(1/5)之狀態之說明圖以及亮度 變化之模式圖。
圖7係表示光線控制元件之方向與畫素之垂直並列方向所構成角度為arctan(1/6)之狀態之說明圖以及亮度變化的模式圖。
圖8係表示光線控制元件之方向與畫素之垂直並列方向所構成角度為arctan(1/7)之狀態之說明圖以及亮度變化的模式圖。
圖9係表示實施形態之n之值與莫爾條紋之產生狀況的關係說明圖。
圖10係表示實施形態之三維影像顯示裝置之構造之概略表示之斜視圖。

Claims (3)

  1. 一種三維影像顯示裝置，係具備：顯示部，係將子畫素沿著第1方向與和其呈正交的第2方向被以矩陣狀配列而成；及光線控制元件，係和上述顯示部呈對向設置，具有對上述第2方向以成為某一角度的方式呈大略直線狀延伸的複數個光學開口部；上述子畫素係形成為邊之長度具有1：3之比的大略長方形，該子畫素係沿著上述第1方向並設3個為一組，而形成大略正方形之畫素；其特徵為：上述光學開口部之延伸方向與上述第2方向所構成之上述某一角度，係在arctan(5+1/5)至arctan(5+2/5)之第1範圍、arctan(5+3/5)至arctan(5+4/5)之第2範圍及arctan(6+1/5)至arctan(6+2/5)之第3範圍之其中之一範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項之三維影像顯示裝置，其中上述光學開口部之延伸方向與上述第2方向所構成之角度，係arctan(5+1/4)、arctan(5+3/4)及arctan(6+1/4)之其中之一。
  3. 如申請專利範圍第1項之三維影像顯示裝置，其中上述光學開口部之延伸方向與上述第2方向所構成之角度，係arctan(5+1/3)、arctan(5+2/3)及arctan(6+1/3)之其中之一。
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