立体显示器及其制造方法与立体显示系统
技术领域
本发明关于显示器及显示系统,尤指一种显示器或显示系统可以输出不同视角的视差影像,进而在人眼距离显示器或显示系统的不同距离形成的立体影像。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display,简称:LCD)在大多数显示应用产品中占据主导地位,后续接班的显示器技术有机发光二极管(OLED)和量子点发光二极管(QLED,Quantum Dot LED)也备受注目,但是发展微发光二极管(Micro-LED)显示器依旧为许多厂商追求的对象。
Micro-LED显示器具有宽广色域,高亮度,低功耗,出色的稳定度和长寿命,宽视角,高动态范围,高对比度度,快速刷新率,透明性等优点,都让厂商感觉到这一技术的独特价值性。
根据产业预估,应用在汽车的Micro-LED显示器将于二至三年进入商业化阶段。尤其链接透明显示的应用,各厂商纷纷展出相关Micro-LED显示器于透明显示上的应用与成果。
随着透明显示器的透视(See Through)的特点,人眼可穿透显示器看到背后的景物,来实现传统显示器的无法达成的应用方式,比如与透明显示器背后实体景物的实体影像与透明显示器的虚拟图像融合应用技术。但是因为透明显示器所显示的虚拟图像与远方的实体影像并非于同一距离,所以在人眼同时观看实体影像与虚拟图像的时候,容易造成眼睛能看清楚虚拟图像,而远方实体景物的实体影像就变得模糊的问题,因此很难具有良好的实体影像与虚拟图像融合的感受应用。
进一步针对前述问题探讨其原因,系眼球由睫状肌控制收缩或放松水晶体,进行调焦作用会回传大脑传递远近的线索,所以针对不同距离的物体,所对应的调焦(Accommodation)就不同。当物体在对的调焦(Accommodation)的距离时,物体的影像才会正确地到达视网膜的位置,才能看清楚影像。
基于前述原因,眼睛针对不同深度位置的影像会自动调焦功能,造成看清楚虚拟图像,而实体影像就变得模糊的问题,因此,若要改善实体影像与虚拟图像融合的问题,就必须从透明显示器上着手,以期改善透明显示器上解决实体影像与虚拟图像融合上问题。
发明内容
有鉴于先前技术的问题,本发明之目的系为了使得立体显示器输出不同深度位置可以观察到的立体成像,改善实体影像与虚拟图像融合的问题。
根据本发明之目的,系提供一种立体显示器,包括立体显示模组及视差光学模组,立体显示模组包括基板及复数个发光组件,各发光组件系设在基板上,所有的发光组件以棋盘格式交错排列划分成复数个第一深度显示部及与复数个第二深度显示部,视差光学模组包括复数个第一视差光学部及复数个第二视差光学部,其中所有的第一深度显示部共同输出第一视差影像,全部的第二深度显示部共同输出第二视差影像,而各第一视差光学部分别对应设置在其中一个第一深度显示部的光输出侧,使得第一视差影像经过第一视差光学部能被用户在距离立体显示器的第一深度位置观看,而在使用者的双眼中组成第一立体成像,且各第二视差光学部分别对应设置在其中一个第二深度显示部的光输出侧,使得第二视差影像经过第二视差光学部能被用户在距离立体显示器的第二深度位置观看,而在使用者的双眼中组成形成第二立体成像。
其中,第一视差影像或第二视差影像各为一帧画面,此帧画面系让使用者的双眼看到具有深度差异的第一视差影像及第二视差影像,以令用户可以看到第一立体成像或第二立体成像。
其中,每一个第一深度显示部或第二深度显示部显示各帧画面一部份的像素。
其中,各发光组件系包括复数个红色发光组件、绿色微发光组件及蓝色发光组件,而各像素系分别包括其中一个红色发光组件、其中一个绿色发光组件及其中一个蓝色发光组件,且各发光组件系为微发光二极管、量子点发光二极管或者是有机发光二极管。
其中,各第一深度显示部及与各第二深度显示部皆以矩阵排列划分九个视角区,且各视角区内分别具有其中至少二个像素,各第一深度显示部的各视角区内其中一个像素输出第一视差影像中的左眼影像,各第二深度显示部的各视角区内其中一个像素输出第二视差影像中的左眼影像,各第一深度显示部的各视角区内另一个像素输出第一视差影像中的右眼影像,各第二深度显示部的各视角区内另一个像素输出第二视差影像中的右眼影像。
其中,各第一视差光学部系分别包括第一出光层及第一光学修正层,其中第一出光层系设在所对应的第一深度显示部的出光侧,第一出光层之厚度系依照所对应的第一深度显示部的各发光组件之出光角度及第一深度位置而设置,第一光学修正层系设在第一出光层的出光侧,第一光学修正层的厚度及其表面曲率,系依照所选用的材料之折射率、投射到第一深度位置的用户的左眼及右眼以及各视角区而设置。
其中,各第二视差光学部分别包括第二出光层及第二光学修正层,第二出光层系设在所对应的第二深度显示部的出光侧,第二出光层之厚度系依照所对应的第二深度显示部的各发光组件之出光角度及第二深度位置而设置,第二光学修正层系设在第二出光层的出光侧,第二光学修正层的厚度及其表面曲率,系依照所选用的材料之折射率、投射到第二深度位置的用户的左眼及右眼以及各视角区而设置。
其中,视差光学模组在第一光学修正层与第二光学修正层的上方可以设置填平层。
其中,各第一视差光学部及各第二视差光学部分别调整各第一深度显示部及与各第二深度显示部的各视角区的投射方向,使得各视角区7的视角出光方向与所在方位相同。
其中,各视角区的各发光组件所发出的光线经过各第一视差光学部及各第二视差光学部的投射方向,系分别为中央位置的视角区的投射方向朝向正前方,中间一列左侧的视角区的投射方向朝向中间偏左方的方向,中间一列右侧的视角区的投射方向朝向中间偏右方,左上方的视角区的投射方向朝向左上方的方向,中央位置上方的视角区的投射方向朝向中间往上的方向,右上方的视角区的投射方向朝向右上方的方向,左下方的视角区的投射方向朝向左下方的方向,中央位置下方的视角区的投射方向朝向中间往下的方向,右下方的视角区的投射方向朝向右下方的方向。
其中,第一光学修正层设有复数个第一微结构单元,各第一微结构单元之形状配合所对应其中一个像素,第二光学修正层设有复数个第二微结构单元,各第二微结构单元之形状配合所对应其中一个像素。
其中,第一视差光学部与第二视差光学部的对角第一视差光学部或第二视差光学部的对角尺寸系为以下列公式:
L=D×tan(a/60)
其中,L为第一视差光学部或第二视差光学部的对角尺寸(单位:英吋),D为人眼距离立体显示器的距离(单位:英吋),a为人眼分辨视角(单位:角分)。
其中,视差光学模组在第一光学修正层及第二光学修正层的上方设置填平层,使得立体显示器的表面平坦化。
本发明系一种立体显示器的制造方法,包括下列步骤在一立体基板上设置复数个发光组件成为立体显示模组,其中所有的发光组件以棋盘格式交错排列划分为复数个第一深度显示部及与复数个第二深度显示部,在立体显示模组的发光侧设置封装材料,以一压印模具,对封装材料进行压印,将压印模具从封装材料移除,使得封装材料制作成视差光学模组,视差光学模组包括复数个第一视差光学部及复数个第二视差光学部,其中各第一视差光学部分别对应设置在相对其中一个第一深度显示部的光输出侧,各第二视差光学部分别对应设置在相对其中一个第二深度显示部的光输出侧。
其中,全部的第一深度显示部共同输出第一视差影像,全部的第二深度显示部共同输出第二视差影像,且第一视差影像与第二视差影像各为一帧画面,各帧画面系令使用者看到第一视差影像及第二视差影像,进而在双眼内成为第一立体成像或第二立体成像。
其中,每一第一深度显示部或每一第二深度显示部相当于显示各帧画面的其中一部份的像素。
其中,各第一深度显示部及与各第二深度显示部皆以矩阵排列划分九个视角区,且各视角区内分别具有其中至少二个该像素,各第一深度显示部的各视角区内其中一个像素输出第一视差影像中的左眼影像,各第二深度显示部的各视角区内其中一个像素输出第二视差影像中的右眼影像,各第一深度显示部的各视角区内另一个像素输出第一视差影像中的右眼影像,各第二深度显示部的各视角区内另一个像素输出第二视差影像中的右眼影像。
其中,压印模具将各第一视差光学部进一步制作成的第一出光层及第一光学修正层,第一出光层系设在对应其中一个第一深度显示部的出光侧,第一出光层之厚度系依照所对应的第一深度显示部的各发光组件之出光角度及第一深度位置而设置,第一光学修正层系设在第一出光层的出光侧,第一光学修正层的厚度及其表面曲率,系依照所选用的材料之折射率、投射到第一深度位置的用户的左眼及右眼以及各视角区而设置。
其中,压印模具将各第二视差光学部进一步制作成的第二出光层及第二光学修正层,第二出光层系设在对应其中一个第二深度显示部的出光侧,第二出光层之厚度系依照所对应的第二深度显示部的各发光组件之出光角度及第二深度位置而设置,第二光学修正层系设在第二出光层的出光侧,第二光学修正层的厚度及其表面曲率,系依照所选用的材料之折射率、投射到第二深度位置的用户的左眼及右眼以及各视角区而设置。
其中,压印模具将第一光学修正层系进一步制成复数个第一微结构单元,各第一微结构单元之形状配合所对应其中一个像素,第二视差光学部的光学修正层系进一步制成复数个第二微结构单元,各第二微结构单元之形状配合所对应其中一个像素。
本发明系一种立体显示系统,包括立体显示器及深度传感器,其中立体显示器之结构形状及连接关系如前文所述,而深度传感器电连接立体显示模组,并侦测用户与立体显示器之间的深度距离而产生深度讯号,立体显示器接收即根据深度讯号而选择由第一深度显示部输出第一视差影像或由第二深度显示部输出第二视差影像。
附图说明
图1为本发明的立体显示器的部分剖面示意图。
图2为本发明以第一深度显示部输出第一视差影像的示意图。
图3为本发明以第二深度显示部输出第二视差影像的示意图。
图4为本发明的立体显示器输出第一视差影像被用户观看的示意图。
图5为本发明的立体显示器输出第二视差影像被用户观看的示意图。
图6为本发明的其中一个第一深度显示部或第二深度显示部的视角区的示意图。
图7为本发明的第一视差光学部的部分剖面示意图。
图8为本发明的第二视差光学部的部分剖面示意图。
图9为本发明的各视角区投射方向示意图。
图10为本发明的制造流程示意图。
附图标记
1:立体显示模组
2:视差光学模组
10:基板
12:发光组件
120:第一深度显示部
122:第二深度显示部
20:第一视差光学部
200:第一出光层
202:第一光学修正层
2020:第一微结构单元
22:第二视差光学部
220:第二出光层
222:第二光学修正层
2220:第二微结构单元
3:第一视差影像
4:第二视差影像
5:第一立体成像
6:第二立体成像
7:视角区
70:像素
8:填平层
t1:第一厚度
t2:第二厚度
t3:第三厚度
A:立体显示器
B:实体影像
C:深度传感器
D1:第一深度位置
D2:第二深度位置
D3:第一景深位置
D4:第二景深位置
R1:第一光学修正层的表面曲率
R2:第二光学修正层的表面曲率
S101~S104:步骤流程
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,但并不用于限定本发明。
本发明系一种立体显示器,请参阅图1所示,立体显示器A包括立体显示模组1及视差光学模组2,立体显示模组1包括基板10及复数个发光组件12,各发光组件12系设在基板10上,所有的发光组件12以棋盘格式交错排列划分成复数个第一深度显示部120及与复数个第二深度显示部122,全部的第一深度显示部120(如图2中画斜线的方格的部分)共同输出第一视差影像3(如图4所示),全部的第二深度显示部122(如图3中画斜线的方格的部分)共同输出第二视差影像4(如图5所示),视差光学模组2包括复数个第一视差光学部20及复数个第二视差光学部22,其中各第一视差光学部20对应设置在相对各第一深度显示部120的光输出侧,各第二视差光学部22对应设置在相对各第二深度显示部122的光输出侧。
请参阅图4所示,当立体显示器A输出第一视差影像3(如图4中的的左侧蜜蜂影像及右侧蜜蜂影像)时,用户在距离立体显示器A的第一深度位置D1观看到第一视差影像3,而且第一视差影像3在用户的双眼内形成第一立体成像5。请参阅图5所示,当立体显示器A输出第二视差影像4(如图4中的的左侧蜜蜂影像及右侧蜜蜂影像)时,用户在距离立体显示器A的第二深度位置D2观看到第二视差影像4,而且第二视差影像4在用户的双眼内形成第二立体成像6,进一步而言,若基板10为透明基板,请参阅图4所示,当使用者的双眼内形成第一立体成像5的同时,实际上使用者的双眼系看穿立体显示器A,并如同在第一景深位置D3上看到第一立体成像5与实际景物的实体影像B融合的影像,请参阅图5所示,而当使用者的双眼内形成第二立体成像6的同时,实际上使用者的双眼系看穿立体显示器A,并如同在第二景深位置D4上看到第二立体成像6与实际景物的实体影像B融合的影像。
在本发明中,第一视差影像3或第二视差影像4皆为呈现不同深度的一帧画面,此帧画面系让使用者的双眼看到第一视差影像3及第二视差影像4,以在用户的双眼内成为第一立体成像5或第二立体成像6。又,复请参阅图2及图3所示,第一视差影像3或第二视差影像4系由所有第一深度显示部120或所有的第二深度显示部122输出,且第一视差影像3与第二视差影像4不会同时输出,由于每一个第一深度显示部120或第二深度显示部122相当于显示各帧画面的一部份的像素70,而且每一个第一深度显示部120或第二深度显示部122极小,人眼无法分辨此种差异,所以人眼看到的第一立体成像5或第二立体成像6系为完成的画面。
在本发明中,各发光组件12系可为立体微发光二极管、量子点发光二极管或者是有机发光二极管,使得各第一深度显示部120及各第二深度显示部122由各自的发光二极管输出第一视差影像3或第二视差影像4。
在本发明中,请参阅图6所示,各第一深度显示部120及与各第二深度显示部122皆以矩阵排列划分九个视角区7,且各视角区7内分别具有其中至少二个像素70,各第一深度显示部120的各视角区7内其中一个像素70输出第一视差影像3中的左眼影像,各第二深度显示部122的各视角区7内其中一个像素70输出第二视差影像4中的左眼影像,各第一深度显示部120的各视角区7内另一个像素70输出第一视差影像3中的右眼影像,各第二深度显示部122的各视角区7内另一个像素70输出第二视差影像4中的右眼影像。
在本发明中,各发光组件12系包括复数个红色发光组件、绿色微发光组件及蓝色发光组件,而各像素70系分别包括其中一个红色发光组件、其中一个绿色发光组件及其中一个蓝色发光组件,且各发光组件12系为微发光二极管、量子点发光二极管或者是有机发光二极管。
在本发明中,请参阅图7所示,各第一视差光学部20系分别包括第一出光层200及第一光学修正层202,各第一出光层200系设在对应各第一深度显示部120的出光侧,第一光学修正层202系设在第一出光层200的出光侧,其中第一出光层200之厚度t1系依照所对应的第一深度显示部120的各发光组件12之出光角度及第一深度位置D1而设置,第一光学修正层202的厚度t3及其表面曲率R1,系依照所选用的材料之折射率、投射到第一深度位置D1的用户的左眼及右眼以及各视角区7而设置,藉以达到输出所需的第一视差影像3的目的。
请参阅图8所示,各第二视差光学部22分别包括第二出光层220及第二光学修正层222,第二出光层220系设在对应各第二深度显示部122的出光侧,各第二光学修正层222系设在各该第二出光层220的出光侧,其中第二出光层220之厚度t2系依照所对应的第二深度显示部122的各发光组件12之出光角度及第二深度位置D2而设置,第二光学修正层222的厚度及其表面曲率R2,系依照所选用的材料之折射率、投射到第二深度位置D2的用户的左眼及右眼以及各视角区7而设置,藉以达到输出第二视差影像4之目的。
再者,由于第一视差光学部20与各第二视差光学部22需要配合上述的条件制作,因此第一视差光学部20与各第二视差光学部22的形状、厚度将有所不同,通常而言,远视距透镜高度设计低于近视距透镜高度设计,请参阅图1所示,假设第一视差光学部20为近视距透镜,而第二视差光学部22为远视距透镜,因此,第一视差光学部20的厚度大于第二视差光学部22。为了使得立体显示器A的表面平坦化,故视差光学模组2在第一光学修正层202与第二光学修正层222的上方可以设置填平层8(请参阅图1所示),用以填平第一光学修正层202与第二光学修正层222之间的高度差,达到表面平坦化的目的。
在本发明中,请参阅图9所示,各第一视差光学部20及各第二视差光学部22分别调整各第一深度显示部120与各第二深度显示部122的各视角区7的投射方向,使得各视角区7的投射方向与其所在方位相同。进一步而言,各视角区7的各发光组件12所发出的光线经过各第一视差光学部20及各第二视差光学部22的投射方向,系分别为如后所述,其中中央位置的视角区7的投射方向朝向正前方,中间一列左侧的视角区7的投射方向朝向中间偏左方的方向,中间一列右侧的视角区7的投射方向朝向中间偏右方,左上方的视角区7的投射方向朝向左上方的方向,中央位置上方的视角区7的投射方向朝向中间往上的方向,右上方的视角区7的投射方向朝向右上方的方向,左下方的视角区7的投射方向朝向左下方的方向,中央位置下方的视角区7的投射方向朝向中间往下的方向,右下方的视角区7的投射方向朝向右下方的方向。再者,各第一视差光学部20及各第二视差光学部22藉由第一视差光学部20与第二视差光学部22的各视角区7,使得第一视差光学部20与第二视差光学部22可以提供比起传统透视显示器更大的3D影像视野范围(大于170度),同时可以降低因为视角的不足导致各影像串扰的问题及立体影像模糊问题。
再者,请参阅图1、图7、图8所示,第一光学修正层202设有复数个第一微结构单元2020,各第一微结构单元2020之形状配合所对应其中一个像素70,第二光学修正层222设有复数个第二微结构单元2220,各第二微结构单元2220之所对应其中一个像素,其中各第一微结构单元2020及各第二微结构单元2220系为柱状透镜(lenticular lens)。又第一光学修正层202的表面曲率R1进一步所指的是各第一微结构单元2020的表面曲率,第二光学修正层222的表面曲率R2进一步所指的是各第一微结构单元2020的表面曲率,再者,各第一光学修正层202的表面曲率R1的中心点位置,系为各第一出光层200相对各像素70的中央垂直投影位置,各第二光学修正层222的表面曲率R2的中心点位置,系为各第二出光层220相对各像素70的中央垂直投影位置。
在本发明中,第一视差光学部20与各第二视差光学部22的对角尺寸依据用户观看屏幕不可判别邻近第一微结构单元2020与第二微结构单元2220的距离进行设计,进一步而言,第一视差光学部20或各第二视差光学部22的对角尺寸如系以下列公式:
L=D×tan(a/60)
其中,L为第一视差光学部20或第二视差光学部22的对角尺寸(单位:英吋),D为人眼距离立体显示器A的距离(单位:英吋),a为人眼分辨视角(单位:角分),角分(minute ofangle,简称MOA),是量度平面角的单位,完整的圆周分为360度圆心角,每1度等于60分,每1分等于60秒。
本发明系一种立体显示器的制造方法,请参阅图10所示,包括下列步骤:
(S101)在一基板10上设置复数个发光组件12成为立体显示模组1,其中所有的发光组件12以棋盘格式交错排列划分为复数个第一深度显示部120及与复数个第二深度显示部122;
(S102)在立体显示模组1的发光侧设置封装材料;
(S103)以压印模具,对封装材料进行压印;
(S104)将压印模具从封装材料上移除,藉以制作成视差光学模组2,视差光学模组2包括复数个第一视差光学部20及复数个第二视差光学部22,其中各第一视差光学部20分别对应设置在相对其中一个第一深度显示部120的光输出侧,各第二视差光学部22分别对应设置在相对其中一个第二深度显示部122的光输出侧。
在本发明中,第一视差影像3系由所有第一深度显示部120输出,第二视差影像4系由所有的第二深度显示部122输出,每一个第一深度显示部120或第二深度显示部122系显示各帧画面的一部份的像素70。
各第一深度显示部120及与各第二深度显示部122皆以矩阵排列划分九个视角区7,且各视角区7内分别具有至少其中二个像素70,各第一深度显示部120的各视角区7内其中一个像素70输出第一视差影像3中的左眼影像,各第二深度显示部122的各视角区7内其中一个像素70输出第二视差影像4中的双眼的左眼影像,各第一深度显示部120的各视角区7内另一个像素70输出第一视差影像3中的右眼影像,各第二深度显示部122的各视角区7内另一个像素70输出第二视差影像4中的右眼影像。
在本发明中,压印模具将各第一视差光学部20进一步制作成的如前述的第一出光层200及第一光学修正层202,而各第二视差光学部22进一步制作成的如前述的第二出光层220及第二光学修正层222,又第一光学修正层202系进一步制成如前述的复数个第一微结构单元2020,第二光学修正层222系进一步制成前述的复数个第二微结构单元2220,各视角区7内的各发光组件12的投射方向亦如前述所言,故不再赘述。
另外,如前所述第一光学修正层202与第二光学修正层222的高度有高低差,因此,本发明在完成步骤104之后,再制作填平层8于第一光学修正层202与第二光学修正层222之上,使得立体显示器A的表面平坦化。
请参阅图4及图5,本发明系一种立体显示系统,包括如前述的立体显示器A及深度传感器C,其中立体显示器A之结构形状及连接关系如前文所述,而深度传感器C电连接立体显示模组1,并侦测用户与立体显示器A之深度距离而产生深度讯号,立体显示器A接收即根据深度讯号而选择由第一深度显示部120输出第一视差影像3,或者由第二深度显示部122输出第二视差影像4。
举例而言,当深度传感器C感测到使用者与立体显示器A之间的深度未超过第一深度位置D1,此时立体显示模组1根据所接收到的深度讯号,皆是以选择由第一深度显示部120输出第一视差影像3,而当深度传感器C感测到使用者与立体显示器A之间的深度超过第一深度位置D1,但未超过第二深度位置D2时,立体显示模组1根据所接收到的深度讯号,皆是以选择由第二深度显示部122输出第二视差影像4,但当深度传感器C感测到使用者与立体显示器A之间的深度超过第二深度位置D2,系可以维持输出第二视差影像4,或者选择输出显示提示画面,提示画面中以图文提示使用者前进到第二深度位置D2之内。
据上所述,本发明可以针对不同深度位置提供不同的视差影像,让用户可以在不同的位置上接收第一视差影像3或第二视差影像4,而产生第一立体成像5或第二立体成像6,进而让第一立体成像5或第二立体成像6可以与不同位置上的实体影像B配合,而使得第一立体成像5或第二立体成像6可以栩栩如生的结合实体影像B,达到较佳的视觉效果。
上列详细说明系针对本发明的可行实施例之具体说明,惟前述的实施例并非用以限制本发明之专利范围,凡未脱离本发明技艺精神所为之等效实施或变更,均应包含于本案之专利范围中。