TW200527067A

TW200527067A - Autostereoscopic display apparatus

Info

Publication number: TW200527067A
Application number: TW093122290A
Authority: TW
Inventors: Berkel Cornelis Van; Alan George Knapp; Hugo Johan Cornelissen
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2005-08-16
Also published as: JP2007500371A; US7436594B2; GB0317714D0; KR20060056356A; CN1833450A; US20060203336A1; EP1654883A1; WO2005011291A1

Description

200527067 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於自動立體顯示裝置，其包括色彩自動立體顯示裝置’詳言之係關於在自動立體顯示模式與二維顯示权式之間電可切換的自動立體顯示裝置。本發明亦關於電可控或電可切換擴散體，其在擴散模式與非擴散模式之間電可控或電可切換。【先前技術】立體顯不器能提供一由不同視點處之不同子影像組成的於像。若將經過適當調整的不同子影像（意即，具有合適的雙艮視差）提供給觀察者的左眼與右眼，則觀察者將全部影像感知為二維影像。一種用以提供不同影像之已知方法為觀察者需要佩戴在每一目鏡中具有不同色彩吸收透鏡之特別眼鏡從而改變色彩含量。 _無需觀察者佩戴特別的眼鏡便可提供由不同視點處之不 =影像組成的影像之立體顯示器已知為自動立體顯示 31的自動立體顯示器包含-包括按列與行排列二：：件陣列的矩陣液晶顯示器(lcd)面板。該顯示器進二於引導自顯示元件陣列輪出之光的構件，其使此意味:觀:ΐ::定點提供的視覺輸出依視角度而定。而提供所將看見不同於左眼所見之視點，從而棱供所要的立體或三維影{象。攸衆所熟知之輸出光引逡的雙凸薄片。雙凸薄形態為覆蓋於顯示面板上屬片（例如，以模製或機械加工的聚合物 95003.doc 200527067 材料薄片形態存在）覆蓋於顧+ α J復盍於顯不面板之輸出側上，而其包含 (半）圓柱形透鏡元件之雙凸元件力> 在仃方向延伸而每個雙凸元件與兩個或兩個以上相鄰并？— ㈣仃顯^件之個別組相關聯並與顯示元件行平行延伸。在每個雙凸元件與兩行顯示元件相關聯之配置中’驅動顯示面板以顯示包含兩個垂直交錯的2D子影像之複合影像（eGmpGsite image)，而顯示元件之交替行顯示兩個影像，且每一行中之顯示元件提供個別扣子影像之垂直部份。雙凸薄片將此等兩個部份及相應部份自與其它冑凸70件相關聯$ |具#元件行分別弓I導至薄片前的觀察者之左眼與右眼，則吏得在子料具有合適雙眼^ 差的情況下觀察者感知到單—立體影像。在其他多視置中’其中每個雙凸元件與列方向上之一組兩個以上相鄰顯示元件相關聯，且適當地配置每組♦之相應行顯示元件以提供個別2D(子）影像之垂直部份，因此當觀察者之頭部移動時，將感知一系列連續不同之立體視點以創建（例如）環顧四周之印象。鑒於需要將雙凸元件與顯示像素精確對準，所以通常將雙凸螢幕以永久方式安裝於顯示面板上，以使得關於像素陣列固定雙凸元件之位置。此類自動立體顯示裝置可具有多種應用，例如用於醫學成像、虛擬現實、遊戲、行動電話及CAD領域。 US-A1-2 003/001 1 884揭示了一種自動立體顯示裝置，其具有夾置於相對電極間之包括電光材料的電可切換光擴散層，例如聚合物散佈液晶（PDLC)層。藉由向電極施加適當的電位差’該層可自一非散射狀態變化至一強擴散狀態， 95003.doc 200527067 以使付由於擴散狀態消除了雙凸薄片之光學效應而導致該裝置自3D模式變化至2d模式。【發明内容】本發明者已意識到習知電可切換光擴散層(諸如用於由 US-A1-2GG3/GG11884揭示之裝置巾的pDLC層）之散射或擴散特徵並非最適用於其在此等設備中㈣之特殊擴散作用。洋έ之，本發明者已意識到：已知擴散體層之角散射特徵並非最佳適用於擴散穿過雙凸薄片的光之處理，以便提供來自肖給定雙凸元件相關聯之像素或子像素之光的高水平混合，同時仍然使來自與不同雙凸元件相關聯之像素或子像素之光盡可能保持分離。在第一態樣中，本發明提供一種電可控或電可切換光擴散體，其包含：一光學媒體或基板及一電光媒體或層；透明電極，其配置成用於提供一穿過電光媒體之電場以使得允許藉由施加或不施加穿過電光媒體之電場或藉由改變穿過電光媒體的電場來控制電光媒體的折射率；該光學媒體及該電光媒體經配置成在光學媒體之第一表面與電光媒體之第一表面間具有一有效光學界面，該有效光學界面可藉由例如電光媒體與光學媒體直接鄰接或例如在其間利用另一層（例如一透明電極）而形成；其中利用一表面輪廓構造光學媒體之第一表面與電光媒體之第一表面兩者中之至少一個表面’該表面輪廓包含複數個表面角或刻面角（fMet angle)或包含表面角或刻面角或提供可變角或複數個角之輪廓的分佈，以使得⑴當藉由施加或不施加電場來控制電 95003.doc 200527067 光媒體之折射率大體等於光學媒體之折射率時，大體上不存在由光學媒體之第-表面與電光媒體之第一表面間之有效光學界面引起的折射，並使得⑼當藉由施加或不施加電場來控制電光媒體之折射率不同於光學媒體之折射率時，於光學媒體之第-表面與電光媒體之第一表面間之有效光學界面處-定發生折射’且根據表面輪廓（例如，存在複數個表面角或刻面角、或々丨4主 J囬月次例如表面輪廓包含表面角或刻面角或提供可㈣或複數個肖之輪廓的㈣），此折㈣導光至相應複數個角度或方向進而提供擴散效應或擴散模式。車父佳沿不同表面方向不同地分佈複數個表面角，以使得光沿不同表面方向擴散至不同程度。電光媒體較佳包含小液滴聚合物散佈液晶。在另心、樣中’本發明提供一種自動立體顯示設備，其包含一根據上文所沭之筮_台八弟 4樣或上文所述之第一態樣的任何變化之電可控擴散體。自動立體顯示器齡往$人 S 一、貝示面板（例如液晶顯示面板）及“引導構件（例如雙凸薄片配置電可控擴散體以提供擴散效應’從而在至少—種電場模式中破壞引導構件之效應此電场杈式包含施加穿過電光媒體之給定量值的場或電壓或不施加穿過電光媒體之電場或電壓。較佳地，在上文所述之電場模式之另―不同電場模式中’大體不發生擴散。另—可能性在於可能發擴效應，例如提供扣與3D間之-影像中間物。較佳地，在擴散效應期間，擴散程度^以提供充分混合 95003.doc 200527067 從而提供一大體2D影像。較佳情況係，顯示面板包含按列與行排列之子像素或像素引導構件包含大體上與行平行配置之雙凸元件，以使得與個別雙凸元件相一致之配置多組沿一列之子像素或像素；並沿列與行方向不同地分佈複數個表面角，以使得在擴散模式中光沿列方向擴散程度比沿行方向程度強。較佳地，形成表面角之分佈或變化，以使得此在大於繞射極限但小於子像素間隔之標度上變化，因此觀察到之效應為一與子像素之間隔相關的擴散體之效應。在另一態樣中，本發明提供一種自動立體顯示設備，其包含一顯示面板、一引導構件（例如，雙凸薄片）及一電可控擴散體。該電可控擴散體包含一具有抵著一例如小液滴聚合物散佈液晶（PDLC)層之電光媒體之結構表面的光學媒體例如I對苯一甲酸乙二醋（pET)。言亥電光材料之折射率隨所施加之電場（或零場）而變化，並可至少在⑴一大體匹配光學媒體之折射率的值（其提供大體非擴散模式，並因此提供顯示設備的3D運作）與（ii)一不同於光學媒體之折射率的值（因此在結構表面處引起折射，該結構表面提供不同的折射角以提供全擴散效應，因此提供2D運作）之間可切換。可將擴散體提供為獨立項目。在本發明中’藉由在來自光學媒體與電光媒體間之粗糙表面之不同角度輸出中的變化來提供擴散或有效擴散效應。藉由改變結構表面之表面輪廓及/或藉由改變光學媒體及/或電光媒體之折射率並藉由改變或選擇穿過電光媒體 95003.doc -10- 200527067 而施加之電壓或電場位準，可控制或預定此角度變化。此允許相應地（至少大約地）控制、選擇或預定擴散光之角度分佈以使其為比彼等自習知電可控擴散體獲取之分佈更適當的分佈，此可視穿過電光層或可切換層之表體的表體擴散而定。【實施方式】圖1為包含一自動立體顯示構件10及一電可切換光擴散體8 0之色彩顯示裝置1的示意性透視圖。自動立體顯示器1〇包含一習知主動式色彩矩陣液晶顯示器（AMLCD)面板11，其用作空間光調g芦器且具有以彼此垂直之對準列與行配置的顯示元件12之平面陣列。為簡單起見，僅以每列與每行中之較少數目示意性地展示顯示元件。藉由可為任一適當種類且在此實例中包含與顯示元件陣列區域共同延伸之平面背光的光源14來照亮顯示面板 11。藉由施加適當驅動電壓至個別顯示元件或子像素丨2來凋節入射在面板上之光以產生所要的影像顯示輸出。將提供伸長的、平行的雙凸元件丨6之陣列之雙凸薄片i 5 設置於顯示面板11之輸出側上。雙凸元件16包含光學圓柱收斂雙凸元件’例如形如為平行於顯示元件行延伸之凸狀圓柱形透鏡’其用於以已知方式將在顯示面板i i之陣列中以垂直交錯方式產生之單獨影像提供給面向顯示面板丨丨遠端之雙凸薄片15側的觀察者之雙眼，以使得觀察者可感知到立體或3D影像。使用與矩陣顯示面板結合之雙凸薄片之自動立體顯不裝置已為吾人所熟 >，且此處無需詳細描述 95003.doc 200527067 其運作。在上述 US-A1-2003/0011884 及 GB-A-2196166 中描述或引用此裝置之實例及其運作，此兩者之内容以引用的方式併入本文中。每個雙凸元件16可覆蓋於兩個、三個或三個以上相鄰子像素行之個別組上，以提供相應數目的視點。 /母一雙凸兀件以相互不同的角度方向提供來自相關像素仃=之母一行之空間離散輸出射束。驅動顯示面板以使得每行子像素產生2D(子）影像之窄垂直部份，而所產生之顯:内容包含可分別由觀察者之左眼及右眼觀察到的複數個又錯2D(子）影像。因而，每個雙凸元件丨峨供複數個輸出射束（㈣輸出射束來自其相關子像素行），其光軸處於相 =不同方向，並繞雙凸元件之縱向軸線成角度地伸展。若，、田的2D影像身訊至個別行顯示元件，則其眼睛接收到:同射束之觀察者將感知到一3D影像。若每個雙凸元件與複數個若干子像素行相關聯，則當觀察者的頭部沿列方 j移動時’便可觀察到不同立體影像。儘管雙凸元件通常 :象素行大體對準’但是其仍可能相對於第6，㈣〆24號美國專利巾所述之子像素行發生輕微傾斜。 =以俯視圖說明該裳置在此實例中產生兩視點顯示輸之運作，其中每個雙凸元件16覆蓋於個別組η(在此 2為-對)相鄰子像素行上，以使得其呈現兩個垂直條紋適#^>、文代表個別2D影像之垂直部份）給觀察者。若施加 =:影像資訊於子像素12，且觀察者的眼睛處於適當離以接收不同的輸出射束，則可感知到3D影像。視點的 95003.doc 200527067 數目可自僅僅提供單個立體影像之兩視點（圖2中所示）變化至更多視點（例如，提供六個立體影像之七個視點（為清晰起見，圖2中未展示電可切換光擴散體8〇。）

圖3為色彩矩陣LCD面板11中顯示元件之部分的示意性俯視圖。面板11包含一色彩像素佈局，其中每一色彩像素30包含構成水平RGB三元組3〇之—列三個（紅色r、綠色G及藍色B)相鄰子像素12。利用具有以重複方式配置於個別R、GAB行中之顯示面㈣之顯示元件12的垂直濾色條來形成此色彩像素佈局。此顯示面板之像素間距為面板中像素間隔之量測。-般地’對於習知色彩矩陣lcd面板而言，其像素間距在垂直（行）及水平（列）方向大體相等。圖 3展示八個RGB色彩像素3〇,每一個均包含三個子像素12。水平間距K等於像素寬度加上相鄰像素（未圖示）間之間隔。面板11之解析度為空間頻率之量測，在此頻率處觀察者可感知到像素。當此產生高品f影像輸出時，高解析度當然是需要的。-般地’對於習知色彩矩陣Lcd面板而言，解析度在垂直（行）及水平（列）方向大體相等。雙凸薄片15覆蓋於顯示面板丨丨上，而每個伸長的雙凸元件16大體覆蓋個別對相鄰子像素行21。雙凸透鏡之間距p 為兩個相鄰伸長的雙凸元件16之各自中心間的距離。應瞭解：僅僅展示了顯示面板m列’且因此僅展示了對應每個雙凸元件16之沿水平方向相鄰的—對子像素21。亦應瞭解：*意性描述冑凸陣列15並|示一歹J之部分的橫截面。個別雙凸薄片15以相互不同方向引導自相應子像素 95003.doc -13- 200527067 32、33輸出之光。亦參看圖2,觀察者將感知到兩視點立體〜像。將來自每對子像素21之左部分3 2上的每個子像素之輸出引導至區域A，並因此圖2中之觀察者之右眼將觀察到此輸出。在A處所觀察到的影像（35)之感知水平像素間距乙為面板水平像素間距K長度的兩倍。同樣地，將來自每對子像素21之右部分33上之每個子像素之輸出引導至區域&並因此圖2中觀察者的左眼可觀察到此輸出。在B處所觀察到之影像（36)經感知為具有水平像素間距L。因此，兩視點立體影像之水平解析度為當無雙凸薄片15時所觀察到的相應 2D影像之解析度的一半。儘管上文所述之實例描述兩視點系統之狀況，但是亦存在具有超過兩視點之立體影像解析度的減少。例如，每個雙凸薄片可大體覆蓋四個提供具有相應2d顯示的四分之一水平解析度之四視點立體顯示之相鄰子像素行。再次參看圖1，現在將更詳盡描述電可切換光擴散體8〇之作用。在第一種情況下，將電可切換光擴散體8〇切換至大體非擴散（意即大體清晰）狀態，以使得觀察者可感知到上文所述之立體（3D)影像且導致產生影像35及36。在第二種情況下，將電可切換光擴散體80切換至大體擴散狀態，以使得雙凸薄片15之方向效應大體無效且因此觀察者感知到 2D影像。將電可切換光擴散體8〇配置成與薄片15之表面緊密靠近（較佳直接接觸）。當電可切換光擴散體80處於上述第二種情況（即切換至大體擴散狀態）中時，在圖3中示意性地說明此效應。發生 95003.doc -14- 200527067

取平均效應，以使得來自每對子像素21中之每個子像素之光輸出以大體相同方向引導。因Λ,觀察者之雙眼會看見相同影像50。對應的下面的子像素對21内之所有子元件貢獻來自對應於個別雙凸元件16之每—感知像素之輸出。舉例而。β電可切換光擴散體8〇切換至一清晰狀態時，右眼觀察到來自紅子像素之輸出而左眼觀察到來自相鄰綠子像素之輸出，當電可切換光擴散體8〇切換至擴散狀態時，則雙眼現在可觀察到來自紅子像素與綠子像素兩者之混合輸出。因A，觀察者看見影像5G，其中雙眼接收來自所有子像素的光輸出’並因而感知到了 2D影像。在此實例中，六個顯示元件之輸出貢獻混合的三元組51，其中兩個為一種色彩。混合三元組51之間距M與所感知之立體水平間距L 2同’、，丨而母個/tc<合的二元組5 1之全部輸出包含兩種色彩”未混合"像素三元組之輸出。因此，所感知之2D水平像素間距為混合三元組間距M之一半。因此2D影像之解析度比立體影像之解析度更大。對於以上實例中所述之兩視點顯示而言，藉由以此方式切換電可切換光擴散體8〇來恢復完整的解析度。田切換至上文所述之大體擴散狀態時，電可切換光擴散體80之作用及效應表示可使用理想的電可切換光擴散體8〇達成之理想或最佳結果。詳言之，以上說明假定光擴散層的角擴散屬性是理想的，以使得首先完全並相等地混合來自對應於一特定雙凸元件之兩個子像素之光（例如，影像50 之組合子像素影像52中之”R+G”）且其次來自對應於特定雙 95003.doc •15- 200527067 凸凡件之兩個子像素或沿同—行之相鄰子像㈣，進一步在此特定雙凸元件下游）之光不受到任何更寬之散射，以使其到達沿列的相鄰子像素之光路（例如，使得在影像50之 ” R+G"組合子像㈣像对現藍色Β)。使用白知電可切換光擴散層（諸如在前述US-A1-2〇〇3/謝1884中所述之表體PDLC層）可達到合理效能。然而’此等習知擴散體層並不具有特別適合的滿足上述目的之角擴散屬性。圖4Α展示習知表體pDLC層之（不按比例）典型角擴散（亦 I將此看作散射）輪廓8〇。習知角擴散輪廓8〇含有未受阻礙穿過PDLC層的光之強，，彈道式，，尖峰以及較寬的多散射肩片、物任特彳政皆不是無人所要的。強彈道式尖峰82減少了來自對應於特定雙凸元件之兩個子像素之光完全並相等地混合的程度。較寬之多散射肩狀物84增加了來自對應於特定雙凸元件之兩個子像素之光之更寬散射的程度，以使得其到達其他子像素之光路。另外’本發明者已意識到··更適合的角擴散（散射）輪廓為在圖4B中所展示（不按比例）之角擴散輪廓86。本發明者已意識到：理想情況係，電可切換光擴散體將不會引起垂直散射’並將具有沿水平方向在一狹窄角度上之高斯擴散。散射角理想地恰好足以混合來自屬於在給定透鏡下或對應於給定透鏡之同一組子像素之子像素的光，即散射角理想情況下約為觀察區之寬度，其由式 95003.doc 200527067 給定。其中，P為透鏡間距且f為焦距。對於當前顯示器而言’ P及f之典型值為ρ=0·4 mm且f=1.5 mm，從而給出15 度之散射角（FWHM)。未來，吾人預期更大的ψ將更合乎需要。大於Φ之角度的散射將傾向於減少亮度（在大角度中損耗光）及對比度（散射混合了來自在不同雙凸元件下之像素之光）參看圖4B，角擴散輪廊86包含小於1%之垂直散射組份88及大約1〇%之水平散射組份9〇。圖5進一步展不在此實施例中所提供之電可切換光擴散體8 0之細節。電可切換光擴散體80包含兩個空間分離之透明基板92、 94(例如由聚對苯二甲酸乙二醋（pET)製成的薄塑膠基板），進而形成一其t夾置有小液滴PDLC材料95之單元。在基板 92、94之内表面上（意即以相對配置）提供由例如氧化銦錫製成之透明電極96、97。將引線81(如圖丨中所示）耦接至透明電極96、97。在運作中，使則丨線81及透明電極96、97來輸送與施加穿過小液滴PDLC材料95之所需電場。基板94之内表面98為具有粗糙的、不平坦的或其他不平表面輪廓之結構表面。可使用任何適當方式（舉例而言，包括使用機械、麼印、複製或光學方式）來形成該結構表面。下文中，將具有結構表面之基板稱為結構基板94，並將其他基板稱為平坦基板92。在此實施例中壓印表面。小液滴P D L C材料9 5具有視是否穿過其施加電場而定之不同有效折射率。當不施加電場時，小液滴pDLc材料”之折射率不同於結構基板94之折射率，因此由於折射率在粗 95003.doc 17 200527067 糙表面處不匹配而導致散射及擴散發生，此將在下文更詳盡描述。，然而，當穿過小液滴PDLC材料95施加電場時，小液滴 ♦ PDLC材料95之折射率變得大約或大體等於結構基板94之折射率’因此在粗糙表面處不存在折射率不匹配，因此不會發生散射及擴散。請注意：當穿過該材料施加或不施加電場兩種情況之任一種情況發生時，此處使用之小液滴 PDLC材料95在光線穿過其時並不提供對光線之任何實質 _ 表體擴散效應（此與在上述US-A1-2003/0011 884中之標準 PDLC材料所採用之先前技術表體擴散效應形成對比）。

小液滴PDLC材料95具有大約為可見光波長或小於可見光波長之液泡大小（bubble size)。已在所謂的全息pDLC中使用此類材料，並在j H M Neijzen，H M j Β〇_，F A M A

Paulissen，Μ B van der Mark 及H J Cornelissen，Liquid Crystals第22卷第255-264頁（1997)以及Natlab技術筆記 TN021/96中加以描述，此等兩者公開案之内容以引用的方籲式併入本文中。由於液晶分子之泡至泡隨機定向，所以此單元表現為具有有效折射率之媒體：

田牙過小液滴PDLC材料95層施加足夠強的電場時，液泡中之液日日刀子將與電場方向對準。因為光垂直行進穿過該層（即，平行於電場方向），小液滴pDLC材料％層現在將表現有效折射率為： 95003.doc -18- 200527067 ηι =n0 〜與《。之典型值分別為以❹…切，自上式中可得出值 % = 1.620及％ = 1 527。圖6示意性地說明垂直照射在電可切換光擴散㈣上之光線HH之路徑，此時透明電極96、97間未施加電場且因此 PDLC材料95之有效折射率為％ = 162〇。光線101自自動立體顯示器10之外層進入結構基板9心在此例中的自動立體顯示⑽之外層為折射率接近〜之玻璃基板10 5。結構基板94亦具有等於〜之折射率。第一次折射發生在結構表面98處，光線在角度φ下傾斜，且其中折射率自^變化為％。第二次折射發生在平坦基板92與空氣1〇8間之界面處。請注意平坦基板92之折射率並不重要，所得角度％完全由％至空氣的轉變確定。同樣地，不存在由於透明電極97 之存在而引起的淨效應（net effect),透明電極97未在圖6中展示仁其貫際上存在於第二基板94與小液滴pDLC層95之間因為其折射作用互相抵消，意即儘管透明電極97存在其間，但是在結構基板94與小液滴1>〇1^層95間之結構表面 98處仍提供有效之光學界面。。因此藉由等式中之仏給出空氣1〇8中之角度 ( \Ί VJ \ φ — • -1 ri2 · sin — sin φ - κ n\ ) 現在考慮粗糙表面98之代表部分98a之角度。可便利地稱此角度為代表部分之刻面角，並在圖6中標為φ。在作為一 95003.doc -19- 200527067 整體之結構表面98上存在此等刻面角之分刀师，母個刻面角以不同角度θ。折射入射光，並導致形成出射角之分佈。換言之，此界面總體充當一擴散體。形成刻面角之分佈或變化以使得此在大於繞射極限但^ 於子像素間隔之標度上變化，因此觀察到之效應為相對於子像素之間隔的擴散體之效應。在開啓狀態中，當施加電場時，PDLC之有效折射率等於 ”2’且未發生折射；單元呈現出清晰、無散射表面…非擴散情況）。上述等式可用於使粗經基板表面之刻面角分佈之寬度與擴散輪廓之寬度相關聯，即 a/、〜一 ( \-1 ~ sin <j - 〈"丨 φ) σθ sin 在此例中，藉由取％= 44。，吾人計算出γ5。。由此可見因為《，與Μ目當接近，且若施加較弱電場則亦2更加接近，所以Θ可與按需要盡可能小。在其他實施例中，此可用於在顯示器上產生中間2D/3D效應，意即，隨著深度減少而解析度提高，仍存在一些3D效應。在此實施例中’利用包含許多小離散區域之表面輪廓來產印結構表面。每—區域小於透鏡（例如，小於細㈣並

大於光之波長（例如，1 " $西I U J 1 /xm或更大）。在此實施例中使用了適宜數目(例如100)的不同刻面角。每一區域具有一刻面角，例如第-刻面角可用於10，_個區域，第二刻面角也可用於！〇，_個區域，等等。在表面上混合所有區域，以 95003.doc -20- 200527067 使得在任何局部區域中較佳存在至少1〇〇個不同刻面角中之大多數的分佈。可利用機械（即粗糙研磨）或光微影（使用半隨機固定設計）方式形成此等區域。此外，在不同實施例中，藉由構造基板之結構表面可增加接近圖4B的理想散射輪廓之程度，以使得歹在水平與垂直方向不同。根據此實施例，此可藉由控制在壓印配置中之不同離散區域之分佈來實現。一個通常優勢在於折射率自A至〜之變化僅需小。因為不需仔細對準，所以另一優點為單元結構非常簡單且可使用薄塑膠基板材料。另一優點在於2D(散射）狀態無需功率消耗。在上述實施例中，透明電極大體遍佈基板92、94之整個區域，進而可在2D與3D模式之間切換整個顯示區域。然而，在其他實施例中，可圖案化透明電極96、97以提供: 2D顯示中之3D視窗或在31)顯示中之扣視窗。此可以上述 US-A1-2003/0011884中所描述的方式建構。 ^ 儘管在上述實施例中較佳在引考構件15前安置電可切換光擴散體80’ Ϊ旦是設想可將電可切換光擴散體8〇安置在引導構件與顯*面板1丨之間以使得其相反㈣導構件之輸入側緊密配合。 & 在上述實施例中，雙凸元件之彎曲表面面向觀察者。此通常提供最好的光學特徵H在其他實施例中，因為諸如方便製造或裝配之其他原因’雙凸透鏡的曲面可面向遠離觀察者之方向。 ° 95003.doc 200527067 在上述實施例中，此顯示為具有不同色彩子像素之色彩顯7F。然而’在其他實施例中，可電可切換光擴散體可與黑及白顯示構件一起使用。此外’儘管上述實施例中所述之電可切換光擴散體特別適合與上述顯示構件一起使用，然而在其他實施例中可將電可切換光擴散體與任何其他類型之顯示設備或需求或潛在使用電可切換擴散體之配置一起適用。確實，本發明擴展了任何其他適當光學應用甲之電可切換擴散體，且就此而言，認為上述實施例中與如此電可切換擴散體相關之細卽表不根據本發明之態樣之獨立電可切換擴散體之實施在上述實施例中，藉由壓印形成結構表面之表面輪廓。然而’在其他實施例中，可利用任何適當方式（舉例而言，

表面之表面輪廓。

等區域在刻面角處表現其特徵，表面大體平坦。然而，在其他實 < 土间屁合分佈。雖然此但疋在每個區域自身中之施例中，結構表面可為任何其他適當形態。在其他實施例中所使用區域之數目及/或例如，在上述實施例的變化中不同刻面角之數目可能不同。 95003.doc -22- 200527067 在上迹任一實施例中，一種可此性在於該等區域具有大、、、勺彼此相似之面積，、檟而另一種可能性在於該等區域中之一些或所有區域具有不同面積。在上述任一實施你丨φ 一種可能性在於每個刻面角可用 <大勺相等數目之區域’而另_種可能性在於該等不同刻面角中之-些或所有刻面角用於不同數目之區域。在上述實施例中，使用具有藉由詳細設計（例如，使用電月®輔助（CAD)方法）而形力的上述輪廊細節之壓印工具/印換來壓印結構表面妙、& 再衣面然而，在其他實施例中，可形成具有

Ik機或僞隨機表面輪廓細節之表面輪廓。舉例而言，若使用(粗糙)研磨或蝕刻方法，則此表面輪廓可能出ί見。另一可能性在於藉由涉及(例如)經設計成用以提供刻面角及特徵之適當混合分佈之電腦演算法的自動設計方法可產生僞隨機表面。另可此性在於：結構表面（完全或部分）包含以彼此不同曲率角彎曲之表面區域或仍然以預定或僞隨機或隨機方式偏移之表面區域，以使得出現折射角之混合。明顯地’存在許多方法（為數衆多以致此處不再提及），其中可建構結構表面的準確形態。因此，應瞭解：上述實例及可能性僅為說明性的，且本發明仍然包括提供複數個輸出折射角之任何結構表面輪廓，以使得發生有效散射程度及擴散程度。在上述實施例中，將小液滴PDLC用於在施加電場情況下’其折射率會改變的電光材料或媒體。然而，在其他實 95003.doc -23- 200527067 施例中，可將其他材料或構件用作在施加電場情況下，其折射率會改變的電光材料或媒體，其折射率較佳少量^ 變。例如，可使用習知液晶材料（LC)，例如，將以超扭曲向列形態使用。PDLC之優勢在於：在未施加電場時，材料將更快地鬆弛，並以更佳形態達成有效折射率”i。使用習知 LC之優勢在於可沿有利方向定向[€層（即沿液晶顯示器的偏振器方向）。在散射狀態中，可獲得用於'之全值〜，而在小液滴PDLC狀況下，藉由上述等式給出最高可能值。在非散射狀態中，可配置PDLC及LC兩者，以使其具有折射率 «η 用作在施加電場情況下，其折射率會改變的電光材料或媒體之另一可能性在於使用所謂的”電潤濕，，配置。在”電潤濕”配置中，藉由電改變流體表面接觸角來操縱流體在表面上之潤濕行為。在此實施例中，與η==1·5之結構表面折射率相匹配之油膜可由具有η=1 ·33之折射率的水膜完全替代（即依靠液體上的電場效應而使液體實體移動）。態將導致發生散射，因此產生2D模式，前者(油二= 生無散射表面，因此產生3D模式。在上述實施例中，當未施加電場時’發生散射/擴散效應’而t施加電場時，使電可切換擴散體大體無擴散。在其他實施例中此情況正好相反，當未施加電場時，使電光材料之折射率與結構基板之折射率相匹配。在上述實施例中，透明電極直接為電光材料之任一側，因此在結構基板的結構表面上提供透明電極中之一個以使 95003.doc -24- 200527067 得其直接抵著電光材料，意即，使其處於結構基板與電光材料之間（但是對折射輸出角無全部影響，因為藉由透明導體與電光材料間之界面處的任何折射抵消了基板與透明導體之界面處之任何折射）。在其他實施例中，舉例而言，可將透明電極中之-個或兩個放置在基板之外表面上，例如在結構基板的外（平坦）表面上。在此狀況下，當在透明導體間施加電場時，-些電場穿過基板，而一些電場穿過電光材料。在上述實施例中，所使用之電光材料之折射率值令之—_ 個，為無電場時的值。在其他實施例中，藉由施加個別不同量值之電場來提供兩個運作條件，從而替代了藉由不施加=來提供-個運作條件。在此狀況下，例如，在一個 :場量值處之折射率將大約與結構基板之折射率(即無擴政）相匹配’而在第二電場量值處之折射率將不同於結構基板之折射率。儘官此意味著需要將功率用於扣與扣兩種模將提t、以下優勢：放鬆了對電光材料之折射率與结鲁，之折射率相匹g己的需求，從而允許更寬範圍的選擇材料，並允許增加製造容限。在上述實施例中’非電光媒體具備結構表面，且安置在，電光材料（即在施加電場情況下會改變其折射率的媒體） % …、而，在其他實施例中，若使用固體電光材 ;'，則可在電光材料上提供結構表面。 . 在上述實施例中，嫌从匕3雙凸70件之雙凸薄片用作光引導 ' 構件。然而，在复牧"他貫施例中，可使用任何其他適當的引 95003.doc -25- 200527067 導構件。例如，可使用包含用於每對子像素或其他組子像素之單獨面透鏡之薄片。【圖式簡單說明】圖1為包含一自動立體顯示構件及一電可切換光擴散體之色彩顯示裝置的示意性透視圖；圖2以俯視圖說明在產生兩視點顯示輸出期間圖1裝置之運作；圖3為圖1裝置中的一列顯示元件之部分的示意性俯視圖；圖4A展示在先前技術中用作表體擴散體的習知1>1)乙^層之（不按比例）典型角擴散（散射）輪廓；圖4B展示理想的角擴散（散射）輪廓；圖5展示在圖丨裝置中所提供的電可切換光擴散體之細節；且圖6示意性說明垂直照射在圖5之電可切換光擴散體上之光線的路徑。【主要元件符號說明】 10 11 12 14 15 16 21 95003.doc 自動立體顯示裝置自動立體顯示器顯示面板顯示元件/子像素光源雙凸薄片/引導構件雙凸元件/引導元件子像素對 -26 - 200527067 30 RGB色彩像素 32、33 子像素 35 、 36 、 50 影像 51 混合三元組 52 組合子像素影像 80 電可控光擴散體 81 引線 82 尖峰 84 肩狀物部 86 角擴散輪廓 88 垂直散射組份 90 水平散射組份 92、94 基板 95 電光媒體/小液滴PDLC材料 96 ^ 97 透明電極 98 結構表面 98a 表面98之代表部分 101 光線 105 玻璃基板 108 空氣 A、B 區域 P 透鏡間距 K 水平像素間距 M 混合三元組間距 95003.doc -27-

Claims

200527067 十、申請專利範圍： 1 · 一種電可控光擴散體（80)，其包含：一光學媒體（94)與一電光媒體（95)，而在該光學媒體 (94)之一第一表面與該電光媒體（95)之一第一表面之間配置有一有效光學界面；及透明電極，其配置成用於提供穿過該電光媒體（95)的一電場，以允許藉由施加或不施加一穿過該電光媒體（95) 的電場來控制該電光媒體（95)的折射率；其中以一表面輪廓構造該光學媒體（94)的該第一表面與該電光媒體（95)的該第一表面二者之一，該表面輪廓包含複數個表面角，以使得⑴當藉由施加或不施加一電場來控制該電光媒體（95)的折射率與該光學媒體（94)的折射率大體相等時，大體上不存在由該光學媒體（94)的該第一表面與該電光媒體（95)的該第一表面之間的該有效光學界面引起的折射，並使得（ii)當藉由施加或不施加一電場來控制以使該電光媒體（95)的折射率與該光學媒體（94)的折射率不同時，在該光學媒體（94)的該第一表面與該電光媒體（95)的該第一表面之間的該有效光學界面處確實發生折射，並由於存在複數個表面角，折射將光引導至相應複數個角度進而提供一擴散效應。 2 ·如叫求項1之擴散體，其中以不同表面方向不同地分佈該等複數個表面角，以使得光以不同表面方向不同程度擴散。女明求項1或2之擴散體，其中當施加一穿過該電光媒體 95003.doc 200527067 (95)的電場時，該電光媒體（95)的折射率大體等於該光學媒體（94)的折射率，而當不施加穿過該電光媒體（95)的電場時，該電光媒體（95)的折射率與該光學媒體（94)的折射率不同。 4.如請求項1或2之擴散體，其中該電光媒體（95)包含小液滴聚合物散佈液晶。 5 · —種自動立體顯示設備，其包含：子像素（12)或像素（30)之一陣列；引導構件（15) ’其包含複數個引導元件（μ); 該等子像素（12)或像素（30)之多個組，每組包含對應於個別引導元件（16)而配置的複數個子像素（12)或像素 (30);及 ' 一電可控擴散體（80);該電可控擴散體（8〇)包含：一光學媒體（94)及一電光媒體（95)，在該光學媒體（94) 之一第一表面與該電光媒體（95)之一第一表面之間配置有一有效光學界面；且該電可控擴散體（8〇)進一步包含：透明電極，其配置成用於提供穿過該電光媒體（95)的一電％，以允許藉由施加或不施加一穿過該電光媒體㈧5) 的電場來控制該電光媒體（95)的折射率；其中以一表面輪廓構造該光學媒體（94)的該第一表面與該電光媒體（95)的該第一表面二者之一，該表面輪廓包含複數個表面角，以使得⑴當藉由施加或不施加一電場來控制該電光媒體（95)的折射率與該光學媒體（94)的折射率大體相等時，大體上不存在由該光學媒體（94)的該第一表 95003.doc 200527067 面與該電光媒體（95)的該第一表面之間的該有效光學界面而引起的折射，進而提供一非擴散模式，並使得（ii)當藉由施加或不施加一電場來控制以使該電光媒體（95)的折射率與該光學媒體（94)的折射率不同時，在該光學媒體 (94)的該第一表面與該電光媒體（95)的該第一表面之間的該有效光學界面處確實發生折射，並由於存在複數個表面角，折射將光引導至相應複數個角度進而提供一擴散模式； ^ 該等子像素（12)或像素（3G)、該引導構件（15)、及該電可控擴散體（80)配置成使得：當該擴散體(8〇)處於該非擴散模式時，藉由該相應的引導元件沿列方向引導來自—組中的*同子像素（⑺或像素（30)的光，進而一提供3D模式；且當該擴散體（80)處於該擴散模式時，將來自一組中的不同子像素（12)或像素（3〇)的光混合。 6. 8· 9. 請求項5之顯示設備，其中在該擴散模式中，該擴散程度足以提供充分的混合，從而提供一大體2D影像。之顯示設備’其中在該擴散模式中，該擴散程以提供—在扣㈣之間的影像中間物之 =Γ、6或7之顯示設備’其中該引導構件（15)為一雙片且該引導元件(16)為雙凸元件。月长項8之顯示設備，盆中兮裳j你主，以列遍彳1 , /、子像素（12)或像素（30) 仃排列；該等雙凸元件大體上平行與該等行排 95003.doc 200527067 列，以使得沿一列之該等子像素（12)或像素（3〇)之組對應於個別雙凸元件排列；且該等複數個表面角沿該等列與打方向不同分佈，以使得在該擴散模式中光在該列方向上在比該行方向上擴散更多。 10·如請求項5、6或7之顯示設備，其中當施加一穿過該電光媒體（95)的電場時，該電光媒體（95)的折射率大體與該光子某體（94)的折射率相等，且當不施加穿過該電光媒體 (95)的電場時，該電光媒體（95)的折射率與該光學媒體 (94)的折射率不同，以使得當不施加電場時達成該擴散模式。 11 ·如明求項5、6或7之顯示設備，其中該電光媒體（95)包含小液滴聚合物散佈液晶。 95003.doc