TWI275827B - Image display system - Google Patents

Description

1275827 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種影像顯示系統，其中一透明構件（ 諸如一玻璃構件）被使用爲螢幕，且一投射自一投影器之 影像被顯示於螢幕上。 【先前技術】

有關目前的影像顯示系統（諸如CRTs、PDPs及液晶 顯示），已快速地進行許多嘗試以使得顯示部分更薄或平 坦。 然而，因爲顯示部分本身並非透明的，所以顯示部分 本身會使眼睛不舒服或者讓觀看者產生一種壓迫的感覺， 當顯示部分作用時及甚至當顯示部分未作用時。爲了這些 原因，已要求提供一種顯示部分，其可變透明以給予觀看

者一種擴展的感覺而容許使用者觀看顯示部分後方之景觀 〇 作爲一種解決方案，例如，有一種稱爲汽車用抬頭顯 示之顯示系統。有一種方法，其中一投射自一影像投射單 元之影像係藉由一設於擋風玻璃上之半鏡或藉由一全像（ hologram)系統而被反射，藉此影像看起來像是被顯不於 擋風玻璃上。於此方法中，因爲當無影像顯示時半鏡或全 像系統並非完全透明，所以半鏡或全像系統爲可見的且使 得眼睛不舒服。 亦有一種顯示系統，其使用一全像螢幕以提供引人注 1275827 (2) 目的顯示於（例如）商店之一櫥窗中。於此系統中，從一 投影機以一特定角度進入一全像螢幕之光被散射於全像螢 幕上以顯示一影像。此系統可顯示一具有高對比之影像， 因爲以特定角度之外的其他角度進入之光不被散射。然而 ，當觀看者位在相對於螢幕之歪斜位置上時，則觀看者無 法看見影像，因爲此系統由於觀看角度依存性而具有窄的 觀看角度。

JP_U-04 — 114088已揭露一種影像顯示系統，其使用 單一螢幕爲透明構件，且其從一透光狀態切換螢幕至一光 散射狀態或反之亦然（參見其摘要及圖1 )。此系統無法 實現一種將影像顯示於背景中之狀態，因爲螢幕於顯示影 像時並非透明的。

另一方面，JP-A-05 - 1 9 1 726已揭露一種技術，以實現 使一影像顯示於背景之狀態（參見其段落編號〇〇1〇及圖 1 )。此技術僅使一部分將影像顯示爲一散射狀態，以將 該部分使用爲一螢幕。當影像被顯示時，無法看到影像後 方之背景。此公開案並未提及有關使用多數螢幕之技術。 使用多數螢幕之技術已被揭露於JP-A-05-307 1 85 (參 見其段落編號0 02 0及0021、及圖4與5)。此公開案並 未提及有關容許觀看者觀看背景之槪念。 此外，JP-A-2002- 1 3 9700已揭露一種技術，其顯示三 維影像於一包含多數液晶胞之螢幕上（參見其段落編號 0019至〇〇21、及圖1與2 )。此公開案亦未提及有關容 許觀看者觀看背景之槪念。 • 6 - 1275827 (3) 【發明內容】 本發明之一目的係提供一種新穎且獨特的技術，其能 夠避免螢幕造成眼睛之不舒服、幾乎不會對觀看者造成壓 迫的感覺、而當螢幕非作用時對觀看者造成擴展的感覺， 且當螢幕作用時能夠顯示一具有透明感覺之影像，藉此觀 看者可看見螢幕上之影像及螢幕後之背景。

本發明之另一目的係提供一種新穎且獨特的技術，其 能夠實現一種狀態，其中觀看者可具有其一透明影像看起 來像是漂浮在空氣中的印象，或者能夠顯示一具有深度感 覺的三維影像。

依據本發明之第一型態，提供一種包含一螢幕之影像 顯示系統，該螢幕包含一對其上設有透明電極之基底、及 一夾製於基底之間的液晶層，該液晶層能夠展現一透光狀 態及一光散射狀態、及一影像投射單元，用以投射一影像 於螢幕上；其中當一電壓被施加跨越相對的透明電極時， 液晶層便展現光散射狀態，而當無電壓被施加跨越相對的 透明電極時，液晶層便展現透光狀態；其中提供面對影像 投射單元之螢幕以致其當液晶層展現光散射狀態時，一投 射自影像投射單元之影像可被聚集於螢幕上而被視覺上識 別；其中成爲一最小重複單位之透光狀態與光散射狀態之 組合的重複頻率可被設定於某一範圍內之値，以致其觀看 者無法看出所識別螢幕上之影像的閃爍；且其中一時間週 期T!(其中螢幕之液晶層展現光散射狀態）與一時間週 期T2 (其中螢幕之液晶層展現透光狀態）之比例被設定 -7- 1275827 (4) 於一框（frame )內以致其觀看者可同時地識別螢幕上之 影像及螢幕後之背景。 依據本發明之第二型態，於依據第一型態之影像顯示 系統中，螢幕包含多數螢幕；且螢幕被提供以具有彼此重 疊之顯示表面，以致其當個別螢幕之液晶層展現光散射狀 態時，其投射自影像投射單元之不同影像被顯示於個別螢 幕上，藉此個別螢幕上之影像變得彼此不同。

依據本發明之第三型態，於依據第一或第二型態之影 像顯示系統中，一框內之重複頻率被設定於33 Hz或更高 的値；而T!與T2之比例被設定以滿足( T〗+ T2 ) ‘ 〇 . 8之關係。

依據本發明之第四型態，提供一種包含一螢幕之影像 顯示系統，該螢幕包含一對其上設有透明電極之基底、及 一夾製於基底之間的液晶層，該液晶層能夠展現一透光狀 態及一光散射狀態、及一影像投射單元，用以投射一影像 於螢幕上；其中當一電壓被施加跨越相對的透明電極時， 液晶層便展現光散射狀態，而當無電壓被施加跨越相對的 透明電極時，液晶層便展現透光狀態；其中提供面對影像 投射單元之螢幕；其中液晶層含有液晶及具有液晶原（ me so gen )結構之硬化樹脂，液晶層包含具有相對於基底 表面之60度以上預傾角的液晶分子；且其中當液晶層展 現光散射狀態時，一投射自影像投射單元之影像被聚集於 其將被視覺地識別的液晶層上。 依據本發明之第五型態，於依據第四型態之影像顯示 1275827 (5) 系統中，一框內之重複頻率被設定於33 Hz或更高的値。 依據本發明之第六型態，於依據第一、第二、第三或 第四型態之影像顯示系統中，螢幕包含多數螢幕；而當個 別螢幕被依序地驅動時，一螢幕之液晶層從光透明狀態改 變至透光狀態所需的上升時間及另一螢幕之液晶層從光散 射狀態改變至透光狀態所需的下降時間被設定以致其上升 時間與下降時間暫時地彼此重疊。

依據本發明之第七型態，於依據第一至第六型態之任 一型態的影像顯示系統中，螢幕包含多數螢幕以致其相鄰 螢幕之間的距離爲0.4至200 mm;且投射於至少兩螢幕 上之影像具有不同的亮度。 依據本發明之第八型態，於依據第一至第七型態之任 一型態的影像顯示系統中，液晶層中之液晶及硬化樹脂係 藉由以一光致聚合法之硬化而形成。

依據本發明之第九型態，於依據第一至第八型態之任 一型態的影像顯示系統中，螢幕具有一儀器、一資訊終端 機或者一設於後方之鏡。 依據本發明之第十型態’於依據第一至第九型態之任 一型態的影像顯示系統中，螢幕之一周邊部的一主要部分 被形成爲透明。 依據本發明之第十一型態’於依據第一至第十型態之 任一型態的影像顯示系統中，除了將連接與一外部電路之 部分以外的螢幕是透明的° 依據本發明之第十二型態，於依據第一至第Η 型態 -9- (6) 1275827 之任一型態的影像顯示系統中，當無電壓供應時，螢幕具 有80%或更高的透射率。 依據本發明，當影像顯示系統未作用時，螢幕可變透 明以避免其本身使眼睛不舒服、可減小對觀看者之壓迫的 感覺並使觀看者產生擴展的感覺。當影像顯示系統作用時 ’螢幕可顯示一具有透明感覺之影像，藉此觀看者可同時 地觀看螢幕上之影像及螢幕後之背景。

此外，影像顯示系統可實現一種狀態，其中觀看者可 具有其一透明影像看起來像是漂浮在空氣中的印象。 影像顯示系統可顯示一具有深度感覺的三維影像，如 所需。 【實施方式】

現在’將參考後附圖形及範例以描述本發明之實施例 。這些圖形、範例及描述係爲說明本發明，而不應被視爲 將本發明限定於其特定的描述。除了圖形中所示及描述中 所述之實施例以外的實施例應被理解爲落入本發明之範圍 內’只要其符合本發明之精神。於圖形中，相同或類似的 元件係由相同的參考數字所表示。 依據本發明之螢幕被構成以致其一液晶層可重複地展 現一透光狀態及一光散射狀態。透光狀態及光散射狀態係 根據可見光而被區分。最好是其螢幕於透光狀態下具有較 高的透光率以致其當一觀看者未看見螢幕上之一影像時， 螢幕爲透明的且對觀看者造成一擴展的感覺，螢幕對觀看 -10- (7) 1275827 者造成此一透明感覺以致其觀看者可看見螢幕後之境況。 擴展的感覺及透明的感覺可依據需求而被適當地決定。對 於光散射狀態則無特別的限制。然而’爲使其觀看者觀看 到螢幕上所投射之一影像’則於螢幕之背後側上（亦即’ 螢幕上投射有影像之側的相反側），最好是其螢幕具有較 高的向前散射率。爲使其觀看者觀看到投射有影像之螢幕 側上的影像，則最好是其螢幕具有較局的向後散射率。

透光狀態與光散射狀態之切換可藉由提供具有一液晶 層及一對具透明電極之基底的螢幕而被實現，以致其當一 電壓被施加跨越相對透明電極時，液晶層展現光散射狀態 ;而當無電壓被施加跨越相對透明電極時，液晶層展現透 光狀態，舉例而言。

作爲液晶層，可使用一包含液晶及硬化樹脂之複合物 。包含液晶及硬化樹脂之液晶層可被形成爲一液晶/硬化 樹脂複合物層，藉由將液晶及一含有可硬化化合物之合成 物（composition)夾製於該對具有透明電極之基底之間並 以（例如）熱、紫外線光或電子束來硬化可硬化化合物。 作爲依據本發明之硬化樹脂，可應用任何已知的硬化 樹脂，只要其具有透明度且只要其不違背本發明之精神。 從提供具有快速回應之液晶層的觀點來看，最好是其液晶 層具有一種結構，其中液晶與硬化樹脂被分離以致其僅有 液晶會實質上反應於施加電壓之時刻。 有關用以形成具有前述結構之硬化樹脂的可硬化化合 物’可選擇一種可硬化化合物（其可溶解於液晶中）以控 -11 - (8) 1275827 制硬化前之混合的定向狀態，藉此可在硬化樹脂已被硬化 之後維持高的透明度。於本發明中，影像可包含文字資訊 。此外，影像可包含一具有隨時間而變之內容的影像、一 具有略過框之移動影像、一正常的移動影像，等等。

從縮小定向缺陷之發生及增進透明度的觀點來看，最 好是其接觸與液晶層的每一成對基底之側被處理以致其液 晶分子具有相對於基底表面之60度或更大的預傾角。可 施加或去除摩擦。更理想的是其預傾角不小於70度。關 於預傾角，其垂直於基底表面之方向被界定爲90度。 可硬化化合物之範例爲化學式（1 )之化合物及化學 式（2 )之化合物： A! - O-(Ri) m-0_Z-0_(R2) nO-A2 化學式（1) A3 -（OR3)。一 〇 — Z，-Ο-（ R40 ) pO-A4 化學式（2)

其中每一 A1、A2、A3及A4 (其係各自獨立）係一丙 儲醯（acryloyl)族、一異 丁烯醯（methacryloyl)族、一 縮水甘油基（glycidyl)族或一烯丙（allyl)族；每一 R1 、R2、R3及R4 (其係各自獨立）係一 C2.6環烷族；每一 Z及P (其係各自獨立）係一二價的液晶原結構；而每一 m，η，〇及p (其係各自獨立）係從1至1〇之一整數。 含有R1、R2、R3及R4且具有高分子遷移率之氧環烷 結構被引入於液晶原結構部分Ζ及厂與化學式（1 )及（ 2 )中的可硬化部位A1、A2、Α3及Α4之間，藉此於硬化 -12- 1275827 Ο) 程序中之可硬化部位上的分子遷移率可被增進，且得以於 短時間內獲得充分的硬化。 化學式（1 )及（2 )的可硬化部位A1、A2、A3及A4 可爲上述功能係族群之任一，爲光可硬化或熱可硬化的。 其中，適於光硬化之丙烯醯族及異丁烯醯族是較佳的，因 爲硬化之溫度可被控制。

化學式（1 )及（2 )的R1、R2、R3及R4之碳數目最 好是從1至6，從分子遷移率之觀點來看。一具有碳數目 2之乙烯族及一具有碳數目3之丙烯族是更理想的。 化學式（1 )及（2 )之每一液晶原結構部分z及Z' 的範例爲一接合有1，4-次苯基族之聚次苯基族。某些或 全部1，4 一次苯基族可由1，4 一環己撐族所取代。i，4一次 苯基族或被取代的1，4-環己撐族之某些或所有氫原子可 由一種替代物所取代，諸如C!巧烷基族、鹵素原子、殘 基族或烷氧羰基族。

每一液晶原結構部分Z及Z'之較佳範例爲一接合有 1，4 一次苯基族之二次苯基族（於下文中，接合有兩個U4 一次苯基族之二次苯基族亦被稱爲4,4 一二次苯基族）， 接合有三個此等次苯基族之三次苯基族、及一使此_族之 1至4個氫原子被C]·2烷基族、氟原子 '氯原子或殘基族 取代之族。每一液晶原結構部分之最佳範例係無替代物之 一 4,4一二次苯基族。形成每一液晶原結構部分之^4 — 次苯基族或1，4-環己撐族可均被彼此連結，藉由單鍵或 藉由如下所示之任一鍵： -13- (10)1275827 一 gh2—ch2— —c=c— —C —0 — II 0 —0— c — II 0

化學式（1)及（2)之每一 m，n，o及p最好是從1 至1 0，更理想的是從1至4。假如其每一均太大，則與液 晶之相容性便惡化，而降低了硬化後之螢幕的透明度。 圖1顯示可應用於本發明之可硬化化合物的範例。其 中含有液晶及可硬化化合物之合成物可含有多數可硬化化 合物，其含有由化學式（1)或（2)所表示之可硬化化合 物。例如，當化合物含有多數由化學式（1 )及（2 )所表 示且具有不同m，n，o及ρ之可硬化化合物時，則於某 些情況下可增進與液晶之相容性。

其中含有液晶及可硬化化合物之合成物可含有硬化催 化劑。於光硬化之情況下，可利用一般用於光硬化之光致 聚合啓發劑，諸如安息香乙醚型、苯乙酮型或膦氧化物型 。於熱固之情況下，可使用硬化催化劑，諸如過氧化物型 、硫醇型、胺型或酸酐型，根據可硬化部位之型式。假如 需要的話，亦可使用硬化輔助劑，諸如胺。 硬化催化劑之含量最好是內含可硬化化合物之最多 20 wt%。於其中硬化樹脂需要高分子重量及高電阻率（在 硬化後）之情況下，更理想的是從1至1 〇 wt%。 作爲供定向液晶分子以具有與一基底表面之60度或 -14- (11) 1275827

更大預傾角的處理，有一種利用垂直定向劑之方法。利用 垂直定向劑之方法的範例爲：一種利用淸潔劑之方法、一 種以（例如）一含有烷基族或氟烷基族之矽烷耦合劑來處 理基底表面之方法、及一種利用市售垂直定向劑（諸如由 Nissan Chemical Industrial，Ltd.所製造的 SE1211 或由 JSR Corporation 所製造的 JALS-682-R3)之方法。爲 了達 成一種狀態，其中液晶分子係從一垂直定向狀態被放下以 任意方向），可採用任何已知方法。垂直定向劑可藉由摩 擦而被結合。可採用一種方法，其中電極具有間隙歪斜地 形成於其中或者三角稜鏡形成於其上，以供歪斜地供應一 電壓跨越基底。 雖然依據本發明之液晶可從已知的液晶中被適當地選 擇，但最好是一種具有負介電各向異性之液晶。爲了降低 驅動電壓，最好是其介電各向異性是較大的。

作爲可應用於螢幕之基底，可使用任一種已知的基底 ’只要確保所需的透明度。可使用玻璃基底。基底可由塑 膠材料或膜來製造。螢幕表面無須是平坦的且可被形成以 彎曲形狀。 設於基底上之電極可由金屬氧化物，諸如ITO (氧化 銦/氧化錫），透明電極材料所製。 一對定向處理後基底之定向方向的組合可爲平行或正 交的，而定向方向可被設定以一適當角度。藉由形成一薄 樹脂膜於具有電極之基底的電極表面上並摩擦薄膜，則可 應用一已知的功能，其係定向液晶之部分於電極表面上。 -15- (12) 1275827 介於兩基底之間的液晶層之厚度可由，例如，間隔物 來決定。間隙最好是從1至5 0 // m，更理想的是3至·3 0 // m。當液晶層之厚度太窄，則對比易於惡化，而當液晶 層之厚度太寬，則驅動電壓易於增加。兩者的結果於大部 分情況下均是不宜的。

圖2顯示具有此一結構之螢幕的範例之一槪略橫斷面 圖。於圖2中，一對玻璃基底21及22具有形成有透明電 極23及24之相對表面。透明電極具有形成有定向層25 及26之內部表面。定向層25及26可被去除。一液晶層 27被夾製於定向層25與26之間，液晶層27之厚度係由 未顯示之間隔物所決定。

通常，液晶被構成以具有一散射/透射模式，其中當 電壓被施加跨越相對電極時，液晶係展現透光狀態，而當 無電壓被施加跨越相對電極時，液晶係展現光散射狀態。 液晶可被構成以展現光散射狀態於施加電壓之時，而展現 透光狀態於未施加電壓之時。於本發明中’從關閉電源切 斷影像顯示時，螢幕可成爲透明以避免使眼睛不舒服或者 減少壓迫之感覺及提供擴展之感覺的觀點來看’後者的架 構是較佳的。爲此原因，本案說明書中之解釋將主要針對 一種螢幕結構，其展現光散射狀態於施加電壓之時且展現 透光狀態於未施加電壓之時。然而’ 一種展現相反狀態之 液晶層亦可應用於本發明。 如前述所製造之螢幕的液晶層具有介於透光狀態與光 散射狀態之間的回應速度，其係設定以3 m s或更小之極 -16- (13) 1275827 快速率於大部分情況下。與習知的散射/透射模式相較之 下，得以獲得一顯著良好的透射狀態，即使當歪斜地觀看 螢幕時。例如，當利用上述的熱固化合物之一時’得以幾 乎不產生模糊，即使當觀看一相對於垂直位置傾斜4 0度 之角度的螢幕時。換言之，螢幕可具有良好的觀看角度依 存性於透光狀態下且可被構成以看來像是玻璃。

一種市售的投影器等可被使用爲一影像投射單元。影 像投射單元之一範例係由EPSON Corp·所製造的一種投影 器（型號ELP-50 )。可使用一種利用正常向列液晶之液 晶投影器、一種使用數位微鏡裝置（DMD )(由 Texas Instrument Corp.所製造）之投影器、及一種利用LCOS ( 矽上液晶）或鐵電液晶之投影器。於靜止影像之情況下， 可使用一種幻燈片投影器。 影像投射單元之基本結構的一簡單範例係顯示於圖

20。影像投射單元包含三個組件：一燈系統3 3、一影像 顯示部分3 4及一投射透鏡系統3 5。燈系統3 3最好是係 一提供均勻且平行射線之光源且可結合與一積分器。當影 像顯示部分3 4使用其供給自一液晶等之極化光時，則可 使用一極化反轉元件以修改爲線性極化光。影像顯示部分 34可由（例如）液晶面板、DMD、LC0S所製。爲了顯示 一全彩影像，有，例如，一種方法以將光源分裂爲三個主 要顏色並以三個液晶面板顯示一影像、一種使用一具有濾 色器之單液晶面板、一種場連續顏色方法，其中一光源之 顏色被連續地切換。投射透鏡系統3 5可具有一透鏡，其 -17- (14) 1275827 係依據螢幕之尺寸及介於影像投射單元與螢幕間之距離而 被最佳化。 從節省空間之觀點來看，最好其影像投射單元之整個 結構是較小的。例如，影像投射單元最好是被形成爲一種 應用微型設計之迷你投影器。當影像投射單元被形成爲一

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迷你投影器時，影像投射單元方便使用於汽車類產品（例 如，儀表板、汽車導航系統或音響系統）、使用於辦公室 (例如，櫃臺）之產品及使用於娛樂產品（例如，彈珠台 、吃角子老虎機或遊戲機），因爲其無須大空間。 作爲燈系統之光源，可應用，例如，金屬鹵化物燈、 超高壓水銀燈、鹵素燈、氙氣燈或led光源。當投射一 彩色影像時，可使用場連續顏色方法。作爲影像投射單元 ，可使用投影器之外的描繪裝置。

從避免其投射於螢幕上之光到達觀看者的觀點來看， 最好是其影像投射單元被構成以僅於螢幕中之液晶層展現 光散射狀態時投射光線。依據本發明之螢幕可包含多數螢 幕。於此情況下，最好是其影投射單元將一影像投射於其 展現光散射狀態之螢幕上，以及其影像投射單元於所有螢 幕之液晶均展現透光狀態時不投射影像。此係因爲投射於 螢幕上之光被避免到達觀看者，藉由構成影像投射單元以 致於當所有螢幕之液晶層均展現透光狀態時不會投射影像 ，且因爲螢幕中之液晶層的光散射狀態及影像之投射可根 據時序而被適當地同步化，藉由構成影像投射單元以於光 散射狀態下投射一影像於一螢幕上。 -18- (15) 1275827

最好是其所有螢幕之液晶層均具有重疊之透光狀態的 時間域。此係因爲螢幕後方之背景及螢幕上之影像可同時 被看見。用詞 ''螢幕後方之背景及螢幕上之影像可同時被 看見〃代表涵蓋下列兩種情況之兩者或任一：第一情況’ 其中螢幕後方之背景可通過螢幕上之一影像而被看見；其 第二情況，其中螢幕後方之背景可通過螢幕之部分被看見 而無影像投射於其上（當觀看螢幕上之影像時）。於第一 情況下，得以產生一種印象，即其螢幕及螢幕上之影像被 同時地看見爲重疊。另一方面，於第二情況下，得以產生 一種印象，即其影像看起來像漂浮於空氣中。

將參考圖3以解釋一種藉由前述影像投射單元以設定 投射之方法。於圖3中，一螢幕1被設於一影像投射單元 2與一觀看者4之間。於所示之實施例中，藉由提供一快 門3於影像投射單元2與螢幕1之間，並藉由設定快門3 以僅於螢幕之液晶層展現光散射狀態時讓光通過’則一投 射自影像投射單元之影像僅於螢幕之液晶層展現光散射狀 態時被投射於螢幕上。換言之，藉由快門而通過及阻擋光 的時序係同步與驅動時序，於螢幕之液晶層中的透光狀態 及光散射狀態係依此時序而彼此改變。雖然觀看者4可藉 由此配置而於透光狀態下看見螢幕後方之一背景5且於光 散射狀態下看見螢幕1上之影像，但觀看者亦可同時地看 見螢幕後方之背景5及螢幕1上之影像（其爲一組成的殘 像），因爲透光狀態及光散射狀態被切換。於此圖形中， 一遮眼板6被提供以避免關可直接看見影像投射單元。 -19- (16) 1275827 透光狀態與光散射狀態間之切換的重複頻率會影響螢 幕上之影像的閃燦。換言之，有利地增加重複率以致其觀 看者不會感覺到影像在閃爍。 透光狀態與光散射狀態之時間比例會影響其觀看者應 較容易看見螢幕後方之背景及螢幕上之影像的哪個。換言 之，當透光狀態具有較大時間比例時，則無法或難以看見 螢幕上之影像，而得以淸楚地看見螢幕後方之背景。隨著 透光狀態之時間比例逐漸減少，則螢幕上之影像首先開始 成爲模糊可見，且影像逐漸地成爲淸楚可見。另一方面， 螢幕後方之背景（其已被淸楚地看見）開始成爲模糊可見 及最後成爲看不見。 藉由適當地設定其中螢幕之液晶層展現光散射狀態之 一時間週期與其中螢幕之液晶層展現透光狀態之一時間週 期的比例，則觀看者可同時地識別螢幕上之一影像及螢幕 後方之一背景。於使用多數螢幕之情況下，其中至少一螢 幕展現光散射狀態之時間週期的總和與其中所有螢幕之液 晶層均展現透光狀態之一時間週期的比例可被設定於一框 中，以致其觀看者可同時地識別螢幕上之一影像及螢幕後 方之一背景。當螢幕後方之一背景難以看見而螢幕上之一 影像淸楚可見時，則得以改變一投射影像之亮度。 快門被設於影像投射單元與螢幕之間是足夠的。快門 亦可被設於影像投射單元上或者形成影像投射單元之一部 分。 快門需具有快速回應。爲了符合此需求，可使用，例 -20- (17) 1275827 如，一液晶快門，以取代一般機械快門。例如，可使用一 種鐵電液晶快門或一種具有透射/散射型液晶模式之快門 。當使用極化器爲快門時，從增加光之可用性的觀點來看 最好是其來自從影像投射單元所發射之光的極化光被定向 與極化器之透射軸’於快門之入口側上。若未使用快門， 則從影像投射單元投射一影像之時序可直接地同步與驅動 時序，於螢幕之液晶層中的透光狀態及光散射狀態係依此 時序而彼此改變。於液晶投影器或DMD投影器之情況下 ，光源可被開或關而未使用快門。作爲此情況下之光源， 可使用快速切換LED。 將參考圖4以解釋驅動時序，螢幕之液晶層係依此時 序而展現相對於入射光之透光狀態或光散射狀態。例如， 一電壓被供應跨越螢幕之相對電極以使液晶接受一電場而 使液晶層從透光狀態改變至光散射狀態，且一影像被投射 至螢幕上，藉由與光散射狀態之改變同步的影像投射單元 ，參考圖4。接著，跨越螢幕之相對電極的電壓供應被停 止以消除來自液晶層之電場以將液晶層從光散射狀態改變 至透光狀態，且藉由影像投射單元之影像投射係同步與透 光狀態之改變而被關閉。藉由重複此操作，僅當螢幕之液 晶層展現光散射狀態時，一影像被投射，且觀看者可看見 一散射影像於螢幕上。 藉由較早地重複透光狀態及光散射狀態，則觀看者可 同時地識別螢幕上之影像及螢幕後方之背景。 當螢幕具有足夠的散射性質時，光被散射於所有方向 -21 · (18) 1275827

。結果，觀看者可從各種方向看見螢幕上之影像，諸如從 影像投射單元之側面、與影像投射單元側相反之側、及與 其歪斜之一位置。然而，最好是其影像投射單元被設在相 對於螢幕之與觀看者相反的側上。此係因爲當使用依據本 發明之液晶層時，於許多情況下，光之向後散射的比例（ 其被散射朝向相對於螢幕之影像投射單元側的光之比例） 係低於光之向前散射的比例（其被散射朝向與相對於螢幕 之影像投射單元相反之側的光之比例）。 於依據本發明之影像顯示系統中，需要其成爲一最小 重複單位之透光狀態與光散射狀態之組合的重複頻率可被 設定於某一範圍內之値，以致其觀看者無法識別螢幕上之 影像的閃爍；且其時間週期（其中至少一螢幕展現光散射 狀態）之總和T!與時間週期τ2 (其中所有螢幕之液晶層 均展現透光狀態）的比例被設定於一框（frame )內以致 其觀看者可同時地識別螢幕上之影像及螢幕後方之背景。

一框包含螢幕之液晶層的光散射狀態及透光狀態。當 一影像被投射於一展現光散射狀態之螢幕上時，提供有用 於觀看影像之時間週期τι及用於觀看螢幕後方背景之時 間週期T2給觀看者。然而，藉由設定如前所述之條件， 則觀看者可同時地看見影像及螢幕後方背景而不會識別影 像之閃爍。 一般而言，當一框之重複頻率被設定於30 Hz或更高 時，則可避免一影像之閃爍（其係由於殘像效果所造成） 干擾觀看者。一框之重複頻率最好是被設定於50 Hz或更 •22- (19) 1275827 高，因爲如此不會有閃燦干擾觀看者。一框之重複頻率更 理想地係被設定爲70 Hz或更高。雖然無上限，但重複頻 率最被設定爲1 kHz或更低。1 kHz或更高的値會太快而 使螢幕無法回應並增加了損耗電力之量。 框包含光散射狀態與透光狀態之組合的最小重複單位 ，且框包含T!與T2之總和，於圖4所示之情況中。

依據本發明之螢幕可包含多數螢幕。於使用多數螢幕 之情況下，重要的是其時間週期（其中至少一螢幕展現光 散射狀態）之總和Ti與時間週期Τ2 (其中所有螢幕之液 晶層均展現透光狀態）被設定以滿足Τ!/ ( Τ! + Τ2 ) $ 0.8之關係於一框中。此係因爲當滿足T!/ ( T】+ Τ2) $ 〇 . 8之關係時，觀看者亦可同時地看見螢幕後方之背景。 對於Τ!/ ( Τ! + Τ2 )之關係的下限並無特別的限制。然 而，當下限太低時，則於某些情況下難以看見一投射於螢 幕上之影像。於除了利用潛意識影像之外的所有情況下， 最好是滿足〇·〇1 < Τ!/ ( Τ! + Τ2 )之關係。 Τ!/ (1^+丁2)之比率係根據是觀看一投射於螢幕上 之影像爲優先或是觀看螢幕後方之背景爲優先而決定。例 如，於汽車類抬頭顯示之情況下，從提供觀看一螢幕後方 背景之優先權的觀點而言最好是其滿足^/(ΤΊ+Ί^) < 0.5之關係，其中透明度增加以使螢幕後方之背景更淸 楚。此比率可被改變。於某些情況下，有利的是其當汽車 停止時比率被設定以滿足Τ!/ ( Τ】+ Τ2) = 〇·7之關係， 而當汽車行進時比率被設定以滿足Τ!/ ( + Τ2 ) = 〇.3 -23- (20) 1275827 之關係，舉例而言。當射出自影像投射單元之光量甚大時 ，則比率可被設定以滿足T!/ ( τ!+ τ2) = 0.1之關係。 於此情況下，其中螢幕展現光散射狀態之時間週期變得較 短。然而，觀看者可識別一影像（因爲光量較大），而觀 看者看起來像是其影像漂浮於空氣中（因爲他或她以一幾 近正常的方式看見螢幕後方之背景）。

當系統包含多數能夠重複透光狀態及光散射狀態之螢 幕時，則最好是其螢幕係重疊地被提供。重疊的程度或介 於相鄰螢幕之間的距離可依據應用而被隨意地選擇。例如 ，當嘗試提供觀看者一種讓他或她感覺係移動於一空間中 之深度方向的效果時，最好是其介於相鄰螢幕之間的距離 是較大的。 將參考圖5及圖6以解釋驅動時序（於此情況下螢幕 之液晶層係依此時序而改變於透光狀態與光散射狀態之間 )。當系統包含三或更多螢幕時，可應用類似的考量。

於圖5所示之實施例中，其係不同於圖3所示之實施 例，提供有兩個影像投射單元2及2'、兩個快門3及V、 及兩個螢幕1及Γ介於一觀看者4與快門之間。 於此配置中，驅動時序（螢幕之液晶層係依此時序而 改變於透光狀態與光散射狀態之間）可被設定如圖6中所 示，舉例而言。透光狀態及光散射狀態被顯示以如圖3所 示之實施例中的相同方式。於圖6所示之時序圖的情況中 ，當螢幕1之液晶層展現光散射狀態時，僅有一時間週期 是其中螢幕Γ之液晶層展現透光狀態；而當螢幕1之液晶 • 24 - (21) 1275827 層展現透光狀態時，則有一時間週期是其中螢幕厂之液晶 層展現光散射狀態及一時間週期是其中螢幕Γ之液晶層展 現透光狀態。 當螢幕1之液晶層展現光散射狀態時，一影像可被投 射於螢幕1上而不投射於螢幕r上。於此情況下，觀看者 係透過螢幕1'而看見螢幕1上之影像，因爲螢幕Γ之液晶 係展現透光狀態。

當螢幕1之液晶層展現透光狀態時，則一影像可透過 螢幕1而被投射於螢幕r上，只要螢幕厂之液晶層展現光 散射狀態。因此，觀看者可看見螢幕Γ上之影像。 當螢幕1之液晶層展現透光狀態時，則並無影像投射 於螢幕1或螢幕r上，只要螢幕厂之液晶層展現透光狀態 。因此，觀看者可透過螢幕1及Γ而看見影像投射單元2 及2'之側上的背景5。

藉由重複介於透光狀態與光散射狀態間之改變的時序 圖，則觀看者可同時地識別下列三者：螢幕1上之一影像 、螢幕1'上之一影像及螢幕後方之背景5。當兩個影像看 起來重疊時，則兩個影像均可被同時地看見而不會有其中 一影像並另一影像所蒙蔽。 雖然螢幕1上之影像及螢幕Γ上之影像可如前所述地 由兩個影像投射單元所投射，但是螢幕1上之影像及螢幕 1「上之影像亦可由單一影像投射單元所投射。爲了使螢幕 上之影像顯得淸楚於後面的配置中，則影像投射單元之焦 點需依據介於螢幕之間的距離而被改變，於某些情況下。 -25- (22) 1275827 當單一影像被顯示於螢幕1及螢幕厂上時，則得以獲得一 影像，其中影像係來回於螢幕1與螢幕I之間。光散射狀 態相對於透光狀態之時間比例丁^/丁^及τ21/τ22可彼 此相同或不同。 τ2]之開啓時序並不一定總是被設定就在Τη之後， 如圖6中所示。圖7顯示一範例，其中T2 i之開啓時序並 非被設定就在Tn之後。如圖6中所示，T21與T12可以是 時間上重疊的，且Τ12與Τ22可以是時間上重疊的。然而 ’ Τη與T21於許多情況下不應是重疊的。這是因爲，於 螢幕重疊之情況下，於某些情況下一影像無法被投射於一 所欲的螢幕上。 雖然框一般係重複以相同的週期，此週期可隨情況而 被偶而地改變。 於每一情況下，藉由快門3及3 '之光通過週期及光阻 擋週期應同步與時間週期TM及T12及時間週期T21及T22 ’以成爲驅動週期，其中螢幕1及厂係展現光散射狀態及 透光狀態，如圖6及7中所示。 - 可執行一類似操作即使當系統包含重疊之三個更多螢 幕時。於此一情況下，得以獲得多種影像表示，此一影像 表示係具有一前後移動之影像，水平地、垂直地及歪斜地 。當展現光散射狀態之螢幕數目小於所有螢幕數目一或更 多個（於一框中）時，於提供重疊的兩個或更多螢幕之情 況下，則得以獲得多種影像表示或者一種維持有高亮度之 影像表示，如將參考圖5而陳述於下者。 -26 - (23) 1275827

有關T】/ ( Ti + T2 )之關係中的Ti及τ2，於包含多 數螢幕之系統的情況下，其中至少一螢幕展現光散射狀態 之時間週期被界定爲Τ!，而其中所有螢幕均展現透光狀 態之時間週期的總和被界定爲Τ2。例如，於圖6所示之 實施例中，此圖中所示之h及Τ2被應用。於圖7所示之 實施例中，T12+ T21被應用於Τ!，而Τ12 - T21被應用於 T2。當Τη具有與T21相同的寬度、T12具有與T22相同的 寬度、且Τ2!被置於圖10所示之Τ! 2的中心部分時，則 1^及Τ2個別具有此圖中所示之長度。此係因爲Τ12+Τ21 與τ12 — T21之總和係兩週期之長度（於此情況下）。 將更詳細地解釋散射狀態與透明狀態之間的切換。依 據本發明之螢幕係一般被構成以致其螢幕並非立即地切換 於散射狀態與透明狀態之間（當電壓改變時），且其螢幕 係依據散射狀態與透明狀態間之切換的回應速度而展現轉 變狀態。

例如，於圖4所示之螢幕的散射狀態與透明狀態間之 切換中，上升時間及下降時間之轉變狀態係顯示如圖11 及1 2。於圖6所示之螢幕的散射狀態與透明狀態間之切 換中，上升時間及下降時間之轉變狀態係顯示如圖13。 由圖1 1、1 2及1 3之歪斜線所示的轉變狀態7被顯示爲於 時間上顯著地放大，相較於其他部分。 於此等情況下，最好是當螢幕已經歷一轉變狀態且已 展現幾乎1 0 0 %的散射狀態時，由影像投射單元執行投射 ，而當散射狀態改變爲一導致透明狀態之轉變狀態時，則 -27- (24) 1275827 停止由影像投射單元之投射。此係因爲此操作容許其由影 像投射單元所投射之光被螢幕所散射，其係於此一狀態下 以最強地散射光線。雖然投射可被執行如圖1 2中所示之 時序圖，但最好是其投射被執行如圖1 1中所示之時序圖 。此係因爲直接投射至一觀看者之光的比例會於轉變狀態 下增加而使他或她感覺目眩。於提供二或更多螢幕之情況 下，操作係依據圖1 3所示之時序圖而被執行。

於圖11或13所示之時序圖的情況下，一螢幕（其展 現轉變狀態）可被視爲於透明狀態。換言之，得以採用一 種操作方法，其中一螢幕從散射狀態改變爲一導致透明狀 態之轉變狀態所需的下降時間之時間週期、及從透明狀態 改變爲一導致散射狀態之轉變狀態所需的上升時間之時間 週期被重疊。當上升時間與下降時間實質上同步時，易於 獲得一具有光亮影像或高透明度之螢幕，因爲得以更有效 地利用時間。

轉變狀態是否被視爲光散射狀態或透光狀態可依據情 況而決定。然而，當要求其可被視爲透光狀態之時間保證 爲較長時’最好是其轉變狀態被視爲透光狀態。依據本發 明之T】及T2可被應用而不管轉變狀態是否被視爲光散射 狀態或透光狀態。 依據本發明之影像顯示系統可顯示各種影像，諸如·· 一看起來像是漂浮於其後方背景中的靜止影像；一水平地 '垂直地及歪斜地前後移動之影像；及一看起來像是漂浮 於一背景中之移動影像，藉由重複包含透光狀態及光散射 -28- (25) 1275827 狀態之時序圖，如先前所述。依據本發明之影像顯示系統 亦可顯示多數影像、一種藉由執行其顯示於重疊螢幕‘上之 影像的切換所提供的三維影像表示，等等。 從避免系統外觀醜陋之觀點而言最好是其影像投射單 元或快門被提供以避免被觀看者看見。此可藉由歪斜地投 射一影像至螢幕表面或提供一遮眼板而被實現。

圖3及圖5中所示之實施例被設計於此一配置。明確 地’螢幕1及P被歪斜地提供給觀看者，且遮眼板6被提 供（如所需）以避免觀看者看到影像投射單元或快門，如 圖3及圖5中所示。雖然影像投射單元及快門被設在相對 於觀看者之下側上（於圖3及5所示之實施例中），但影 像投射單元及快門亦可被設在上側上（如圖8中所示）或 者被設在右與左側之任一上。雖然影像一般地被看見爲變 形的（當被投射以該方式時），但該變形亦可藉由修改影 像被投射之起點或者使用校正透鏡而被抑制。當可接受其 觀看者可看見影像投射單元或快門時，則無須此配置。 於許多情況下，螢幕最好是具有一透明的周邊部分， 因爲得以顯示（以強調的方式）一影像，其看起來像是漂 浮於後方背景中。爲了達成此目的，最好是其螢幕之周邊 部分被密封以一透明樹脂層，或者當設有一框於周邊部分 上時，該框係由透明材料所製。於許多情況下，螢幕之周 邊部分的主要部分爲透明即足夠。例如，只要除了 一具有 外部電路之連接部分以外的周邊部分爲透明，便得以顯示 (以顯著強調的方式）一影像，其看起來像是漂浮於後方 •29- 1275827 (26) 背景中。 可應 度的樹脂 具有高透 ，其看起 基底時， 之折射指 是漂浮於 可應 線長度。 比較小的 點而言。 當多 在一起於 當液晶被 売度之影 反之 邊緣時， 。因此， 題，即其 連續的。 於某 具有一部 等之散射 用任何種類之已知密封劑， 。藉由使用具有高透明度的 明度，且得以顯示（以顯著 來像是漂浮於其後方背景中 可使用環氧樹脂或丙烯酸樹 數）以顯示一影像，其中透 空氣中。 用任何螢幕尺寸，其具有約 然而，一般而言，於許多情 螢幕尺寸更佳，從觀看者可 多數螢幕可被結合在一起以 數螢幕被結合在一起時，最 結合邊緣來顯示影像以一種 重疊於結合邊緣時，則可能 像，其爲較不佳的。 ，當螢幕之周邊部分係藉由 則透光狀態及光散射狀態無 當密封或框係由透明材料所 一影像未被顯示於結合邊緣 些情況下，結合邊緣爲非透 分或整個部分形成以光散射 性質是有效用的。這是因爲 只要其爲具有高透明 樹脂，則螢幕整體可 強調的方式）一影像 。例如，當使用玻璃 脂（其具有接近玻璃 明玻璃基底看起來像 10 cm至3 m之對角 況下較大的螢幕尺寸 享受一強大影像之觀 形成大的螢幕尺寸。 好是其液晶層被結合 實質上連續的方式。 顯示一具有部分不同 密封或框而形成結合 法被切換於結合邊緣 製時，可能造成一問 上’且影像係部分不 明’且每一結合邊緣 狀態而具有與螢幕同 一影像可被非斷續地

-30- (27) 1275827 顯示，或者因爲即使當一影像含有斷續部分時，影像可顯 示其被最小化的斷續部分。於此情況下，雖然結合邊緣保 持爲光散射狀態（即使當所有螢幕之液體層已展現透光狀 態時），但此狀況使觀看者感覺到最小的不適。 雖然本發明之解釋主要係有關一種情況，其中所有螢 幕之液晶層具有重疊之透光狀態的時間域，但此情況並非 本發明所必要的。當提供多數螢幕時，及當所有液晶層不 具有重疊之透光狀態的時間域時，則變得使用者難以同時 地看見螢幕上之影像及螢幕後方之背景（以一重疊的方式 )，且螢幕之部分可能有一影像被投射成看起來像是帶有 乳白色（當觀看者看見螢幕上之影像時）。然而，觀看者 可具有一種其影像在整體上看起來像是漂浮於空氣中的印 象，其可達成本發明之某些目的。 本發明包含下列模式之一：例如，一影像顯示系統， 其包含至少一能夠重複地展現透光狀態及光散射狀態之螢 幕、及一用以投射影像於螢幕上之影像投射單元，其中螢 幕包含由液晶所製之一液晶層及一具有液晶原結構之硬化 樹脂，液晶包含具有相對於基底表面之60度以上預傾角 的液晶分子，及一對設有透明電極之基底以將液晶層夾製 於其間；螢幕被構成以致當一電壓被施加跨越相對電極時 ，液晶層便展現光散射狀態，而當無電壓被施加跨越相對 電極時，液晶層便展現透光狀態；影像投射單元被構成以 投射一影像於其展現光散射狀態之螢幕上；而成爲一最小 重複單位之透光狀態與光散射狀態之組合的重複頻率可被 -31 - (28) 1275827 設定於某一範圍’內之値，以致其觀看者無法看出所識別螢， 幕上之影像的閃爍；及一種影像顯示系統，其中重複頻率 可被設疋於30 Hz或更高。 本發明之模式，其已被解釋於其中所有螢幕之液晶層 均具有重疊之透光狀態的時間域之情況，亦可被執行（於 某些情況下）即使於其中並非所有液晶層均具有重疊之透 光狀態的時間域之情況。

圖1 4槪略地顯示本發明之另一實施例。於此實施例 中，提供兩個螢幕及兩個影像投射單元。螢幕1 B係設於 觀看者4之側上，而螢幕1 A係設於影像投射單元之側（ 與觀看者側相反的側）上。 可看出其中每一影像投射單元均投射一影像於其相關 螢幕上的一種程序被取樣，且其個別樣本被依序地置以依 時間的順序。於此圖形中，可看出其程序係從左至右進行

當所有螢幕之液晶層均展現透光狀態時，則影像投射 單元不投射影像。此刻，觀看者4可看見螢幕後方之背景 依據此實施例之系統被構成以致其投射自一影像投射 單元2A之投射影像被聚集於其展現光散射狀態之螢幕1 A 的液晶層上且被顯示爲影像8A。 投射自另一影像投射單元2B之投射影像係通過螢幕 1 A之液晶層，而被聚集於螢幕1B之液晶層上且被顯示爲 影像8B，當兩螢幕之螢幕1 A的液晶層展現透光狀態時。 -32- (29) 1275827 因此，觀看者4可看見所有影像8A、影像8B及背景 5。影像8A及影像8B爲投射影像，其可各被顯示爲靜止 影像及/或移動影像。

操作順序被決定以致其可設定當作一最小重複單位之 透光狀態與光散射狀態之基本組合的重複頻率（相應於此 圖中由T〇所指示之時間區段），於一框週期中，於某一 範圍內之値以致其觀看者無法識別每一螢幕上之影像的閃 爍。驅動時序被設定以致一螢幕顯示其投射影像於其上， 當螢幕之液晶層展現光散射狀態時。 當投射時間短時，則執行調整以致其觀看者可充分地 看見投射影像，藉由增加投射影像之亮度。光散射狀態與 透光狀態之組合可被設定於一適當的時間區段，且時間區 段可隨機地被改變。重複頻率可被設爲恆定，於後述範例 中。螢幕之一可間歇地被啓動以停止一影像之顯示於某一 時間週期。

藉由組合多數螢幕上之投射影像，系統可顯示一投射 影像，其產生三維的移動於螢幕之深度方向上。 ’ 依據本發明之影像顯示系統可被使用爲一種汽車抬頭 顯示器、一種商店中之促銷設備（諸如櫥窗）、一種設於 靠近辦公室接待台附近之資訊顯示器、一種工廠或展示廳 、一種設於接近便利商店收銀台之資訊顯示器、一種騎樓 遊戲機器之資訊顯示器等等，以容許觀看者享受獨特的影 像。 依據本發明之螢幕可具有一部分，其設有能夠依序地 -33- (30) 1275827 顯示影像之功能（諸如顯示時間），藉由使用液晶層及成 對的透明電極。螢幕亦可具有一部分，其設有另一型液晶 顯示之功能，諸如反射型液晶顯示。例如，螢幕可具有一 下部分，其形成有圖案化電極以藉由造成一指定部分中之 散射而顯示一影像。

依據本發明之螢幕可被設於另一顯示上或者其上方， 因爲螢幕可被製成透明的。例如，螢幕可被設於一汽車儀 表板或另一儀表前。換言之，系統可被使用與設在螢幕後 方之一儀表、一資訊顯不或一鏡子。 螢幕可被使用爲單一螢幕，被劃分爲數區段或被劃分 並形成爲多數形狀。螢幕可具有於其中成層的圖案化螢幕 多數螢幕可具有隨時間經歷而改變的散射螢幕以提供 觀看者提示，其看來像是在閃爍。

從增加碰撞抗性之觀點而言最好是其上與下基底被固 定。例如，上與下基底可藉由使用黏著劑間隔物而被固定 。最好是其黏著劑間隔物係由一種具有高透明度的材料所 於使用時無須以散射方式顯示影像之螢幕的一部分可 被整體地塡充以一黏著劑樹脂。即使於其需以散射方式顯 示影像之螢幕的一部分中，散射性質可藉由調整黏著劑間 隔物所佔據之面積而被控制。此係一種有效的方法，特別 當螢幕後方之背景需於某程度上爲可見的。 例如 -34- (31) 1275827 現在，將描述本發明之範例。於範例之解釋中，用詞 ''部分〃及'、部分（複數）〃個別表示〜重量部分〃及> 重量部分（複數）〃。 範例1

一螢幕（其具有槪略如圖2所示之橫斷面形狀）被製 造如下：首先，具有負介電各向異性之向列液晶的8 0部 分（由 ChissoCorporation 所製之 AG-1016XX)、由圖 1 之化學式（a )所代表之可硬化化合物的20部分及安息香 樹膠異丙基乙醚之〇·2部分被混合以備製一混合合成物。

接下來，一對玻璃基底，其具有垂直定向之聚醯亞胺 膜（JALS-6 82-R3，由JSR公司所製造）形成於透明電極 上並具有200 mm之長度、200 mm之寬度及1.1 mm之厚 度，被提供以致其聚醯亞胺膜彼此面對。在極小量具有6 // m直徑之樹脂小珠被噴灑於聚醯亞胺膜之間的間隙以後 ，基底便藉由印刷於約1 mm之寬度的環氧樹脂而被接合 沿著一基底之四側，且環氧樹脂被硬化。因此，螢幕被備 製以具有一密封以透明樹脂層之周邊部分。明確地，透明 密封層之部分被事先切除，且混合合成物被係通過切除部 而被注射入因此所製造的液晶胞，在密封層被硬化之後。 接著，密封層之切除部被密封以環氧樹脂，且環氧樹脂被 硬化，以完成圖2中所示之密封層2 8。接下來，可硬化 化合物被硬化以形成液晶層，當其中溶解有可硬化化合物 之液晶將定向維持於一垂直與基底表面之方向時，於垂直 -35 — (32) 1275827 定向之聚醯亞胺膜的作用之下。明確地，當注射的液晶胞 被保持於40‘t時，來自上側之約2.5 mW/ cm2的紫外線 射線及來自下側之約2.5 mW / cm2的紫外線射·線被照射 10分鐘，藉由一具有約3 64 nm主波長之Hg-Xe燈，以製 造螢幕，其被密封以透明樹脂層。 圖21顯示有關透射率相對於驅動電壓（有效値）的 資料，其係藉由一具有5度收集角之光學系統的評估而獲 得。玻璃基底之表面並未接受抗反射（AR )處理。 使用一對塗敷有矽土之鹼型玻璃基底（AS:由 Asahi 玻璃有限公司所製），並量測從基底之一的外表面至另一 基底的外表面之光的透射率。 於未施加電壓時之透射率約爲84%。於施加40V之 電壓時的透射率約爲3 %。 如圖9中所示，螢幕可具有由透明樹脂所製之一密封 框以增進周邊部分之機械強度或避免其他構件之化學變化 。於此情況下，螢幕被雙重密封以透明樹脂層及密封框。 當作影像投射單元，係使用EPSON公司所製造的投 影器（型號ELP-50 )。當作快門，係使用一種機械旋轉 切斷器，其具有60Hz之旋轉速度及約50%之孔徑時間。 通過螢幕之液晶層的光之散射狀態的切換被執行於 6 0 Hz且係同步與圖4所示之時序的影像投射。 藉由施加200 Hz之直流矩形波以執行驅動操作，其 中螢幕之液晶層係改變於透光狀態與光散射狀態之間，其 電壓被切換於0V與30V之間。上升時間約1.5 ms，而下 -36- (33) 1275827 降時間約2 ms。 —

螢幕1、影像投射單元2及快門3被提供相對於觀看 者4，以圖3所示之配置。藉由此範例中之影像顯示系統 ，觀看者4能夠同時看見螢幕上之影像及螢幕後方之背景 5，而無閃爍。當影像顯示系統不作用時，系統提供一種 使觀看者擴展的感覺，因爲螢幕完全展現透光狀態於未施 加電壓時。當影像顯示作用時，觀看者產生其透明影像看 起來像是漂浮在空氣中的印象。 範例2 兩螢幕（其各被製造以如範例1之相同方式）被提供 如圖5所示。螢幕1及螢幕Γ被彼此平行地提供，其間具 有約5 0 mm之間隙。從觀看者之位置，兩螢幕看起來像 是被提供以實質上重疊的方式。

關於影像投射單元，使用兩影像投射單元，其各爲如 範例1之相同模型。關於快門，兩機械旋轉切斷器（其各 爲如範例1之相同模型）被使用且被控制以被操作於圖6 所不之投射時序。時間週期Τι!、Ti2、丁21、丁22、Τι及丁2 被個別設定於 Tii=4 ms、Ti2=12 ms、T2i=4 ms、122== 12 ms、Ti=8 ms 及 丁2=8 ms〇 一影像係藉由影像投射單元2而被顯示於螢幕1上， 且一文字影像係藉由另一影像投射單元厂而被顯示於螢幕 厂上。於此範例之影像顯示系統中，兩影像均能被同時地 被識別而無閃爍，且螢幕後方之背景亦能夠被識別而無閃 -37- (34) 1275827 爍。因此，三維影像表示（其爲觀看者提供深度之感覺） 被識別。 當顯示一背景影像時，諸如灰姑娘城堡（Cinderella Castle，註冊商標）之背景於螢幕1上，並顯示一眺舞的 米老鼠（Mickey Mouse，註冊商標）於螢幕P或螢幕1上 ，以其米老鼠前後移動於此範例中，則亦得以獲得具有深 度感覺之影像表示。

當影像被個別地顯示於螢幕1及於螢幕”上以致其兩 影像重疊時，則發現其螢幕1之亮度及螢幕P之亮度能被 設定於不同値以獲得一具有透視圖之影像表示，其中得以 實現三維的影像表示而無須一副通常享受三維顯示時所必 要的眼鏡。

當米老鼠之影像、米妮（Minnie Mouse，註冊商標） 之影像及灰姑娘城堡之影像被顯示時，則得以實現一三維 影像顯示，其中觀看者具有其米老鼠之影像係位於最接近 觀看者的位置、灰姑娘城堡之影像位於最遠離觀看者之位 址、而米妮之影像位於中間位置的印象，於其米老鼠之影 像具有亮度相對値1於螢幕1 '上及亮度相對値〇於螢幕1 上、米妮之影像具有亮度相對値0.5於螢幕1'上及亮度相 對値0.5於螢幕1上、及灰姑娘城堡之影像具有亮度相對 値〇於螢幕1 '上及亮度相對値1於螢幕1上的條件下。 一般而言，得以實現先前所述之具有相對距離的不同 感覺之影像的組合，當使用兩或更多重疊螢幕之情況下， 其投射於兩螢幕之影像具有彼此不同的亮度，如於前述米 -38- (35) 1275827 老鼠及灰姑娘城堡的範例中。用詞「兩螢幕」表示至少' Μ 個螢幕，影像之組合的數目可爲多數的，且一組合中之+ 螢幕亦可能屬於另一組合。

於此配置中，觀看者無法享受三維影像表示於某@ f青 況下，假如他或她轉頭時。這是因爲觀看者無法識別Ξ _ 影像表示，當螢幕1上之影像及螢幕1，上之影像未組成時 。於許多情況下，爲了增加其中觀看者可享受三維影像$ 示之角度範圍，最好是其介於螢幕1與螢幕ρ間的範®胃 短的。依據本發明，得以享受充分的透視感覺’即使於比匕 一情況下。一般而言，最好是其介於相鄰螢幕之間的距離 是從0.4至200 mm。然而，爲了享受三維影像表示（從 幾乎各位置）而維持有透視的感覺，則更理想的是其距離 係從0.4至50 mm。又更理想的是其相鄰螢幕之間的距離 爲 2 mm±l mmo

每一螢幕之前及後側被塗敷以一 AR敷層（低反射敷 層）膜，其係由包含Si〇2及Ti〇2之介電多層膜所製。藉 由此處理，藉由減少玻璃基底表面上之外部光的反射而增 加對比。此外，得以減小其投射自影像投射單元之影像造 成多重反射而使影像模糊的問題。 於使用多數螢幕之情況下，最好是其個別螢幕之表面 被塗敷以一 AR膜，如此範例中所述。至於另一種可具有 低反射之方法，可採用一種方法，其中具有與玻璃相同折 射指數之樹脂被塡充於相鄰螢幕之間的間隙中。 •39- (36) 1275827 範例3 以相同與範例1之方式製造一螢幕，除了其用於垂直 定向之聚醯亞胺膜的表面接受摩擦、及預傾角被設定於 7 〇度之角度。 於其中螢幕之液晶層改變於透光狀態與光散射狀態之 間的驅動操作中，上升時間約1.0 ms，而下降時間約1.5

螢幕1、影像投射單元2及快門3被提供相對於觀看 者4，以圖3所示之配置。藉由此範例中之影像顯示系統 ’觀看者4能夠同時看見螢幕上之影像及螢幕後方之背景 5，而無閃爍，如同範例1。當未施加電壓時，系統爲觀 看者提供一種擴展的感覺，因爲螢幕完全地展現透光狀態 ’如同範例1。當影像顯示系統作用時，則觀看者具有其 一透明影像看起來像是漂浮於空氣中的印象。

範例4 被使用爲汽車抬頭顯示器 於一櫥窗中之影像顯示器 係設於一便利商店之收銀 時，螢幕可避免本身對眼 看者產生壓迫的感覺並爲 顯示系統作用時，螢幕可 容許觀看者看見螢幕後方 範例1中之影像顯示系統可 、用於汽車駕駛之儀表顯示、設 、或者供購買之資訊顯示器、其 台附近。當影像顯示系統不作用 睛產生不舒服的感覺，減小對觀 觀看者提供擴展的感覺。當影像 顯示一具有透明感覺的影像，其 之背景。 -40- (37) 1275827 當依據本發明之影像顯示系統被安裝於一汽車中時， 螢幕可被設於儀表板之一上部分中（如設於現有汽車中之 抬頭顯示）或者於駕駛座與鄰座間之一中央控制台的上部 分中。藉由使用依據本發明之影像顯示系統，則駕駛可安 全地開車’因爲他或她可視覺地識別汽車前方之環境。當 影像顯示系統不作用時，駕駛不會有壓迫的感覺，因爲螢 幕是透明的。

於此情況下，影像顯示系統可顯示寬廣範圍的影像， 諸如有關汽車之資訊影像，例如，速度指示或警報指示、 導航資訊、電視台所廣播之影像、視頻影像、透過網際網 路所傳輸之影像、或ECT系統上之資訊。

即使當螢幕具有實質上與汽車擋風玻璃相同的尺寸， 駕駛仍可無慮地開車。影像顯示系統可被應用於或者整體 地形成與擋風玻璃。影像顯示系統可具有其被形成以佔有 擋風玻璃之一部分的螢幕。螢幕可被設於前座與後座之間 。即使於後者之情況下，依據本發明之影像顯示系統仍爲 有利的，因爲前座之乘客與後座之乘客可避免感覺到隔離 當影像顯示系統被使用於櫥窗時，系統可吸引過路人 之注意，藉由提供螢幕於一商品前方並於螢幕顯示有關該 商品之資訊。 當習知的影像顯示系統被設於（例如）一便利商店中 鄰近收銀台或於其上方時，則消費者會因爲介於消費者與 電源之間的實體障礙物而感覺到隔離，因爲習知的螢幕不 -41 - (38) 1275827 是透明的。藉由使用依據本發明之影像顯示系統，則消費 者不會感覺到隔離。依據本發明之影像顯示系統可以類似 方式被設於一接待台上。待顯示之影像的範例爲商品之解 釋、有關商品之資訊，諸如具有特價之商品、僅於有限期 內販售之商品、或僅具有限數量之商品、或此等商品之廣 告訊息。

範例5

五個螢幕（其各以相同於範例1之方式被製造）被使 用，其中散射於一框中之螢幕數目被設定爲二。最遠離觀 看者之螢幕被稱爲螢幕'' a 〃，而其他螢幕係依據接近觀 看者之程度而被依序稱爲螢幕'v b〃、螢幕 >螢幕> f 及螢幕'' e〃 。當一背景影像（諸如灰姑娘城堡之影像 )被顯示於螢幕a a〃時，一米老鼠之影像被顯示於螢幕 > b 〃於第一框中、米老鼠之影像被顯示於螢幕' c 〃於第 二框中、米老鼠之影像被顯示於螢幕> d 〃於第三框中、 及米老鼠之影像被顯示於螢幕> 於第四框中。 藉由此操作，觀看者能夠具有米老鼠越來越接近他或 她的印象。反之，當米老鼠之影像係從螢幕> e 〃移動至 螢幕〃、至螢幕 、至螢幕''b 〃及最終至螢幕''a "時，則觀看者能夠具有米老鼠越來越遠離他或她的印象 。當所有五個螢幕恆定地顯示影像於所有框中時，則影像 表示爲整個暗黑，其爲較不宜的。然而，已發現到藉由於 此範例中僅使用兩個螢幕則可實現同等的売度。 -42- (39) 1275827 隨著介於相鄰螢幕之間的距離變短，影像看來像是以 一更連續的方式依向前或向後方向移動。距離最好是約 3 0 mm，更理想的是丨〇 mm或更短。有效的是增加螢幕之 數目以具有距離的感覺。 範例6

爲了增加螢幕尺寸，四個螢幕（其各以相同於範例ϊ 之方式被製造）被結合在一起以獲得一具有大尺寸之螢幕 。相對於結合之部分，在密封部以外相應於框之部分上的 玻璃寬度被設定爲〇 · 1 mm或更短。被置於密封部內且未 設有關於（例如）電隔離之光散射功能的部分具有0.5 mm或更短之寬度以將其未顯示影像之部分的面積減至最 小。藉由此配置，則其被置於相鄰螢幕間之接合處上且無 助於散射的部分之面積被減至最小。

結果，得以顯示一影像而不會使觀看者整體地具有不 自然的感覺，雖然影像含有不連續的部分。 當其無助於散射之部分（亦即，無法切換於透光狀態 與光散射狀態之間的部分）被形成以恆定地展現光散射狀 態時，藉由加入以一散射樹脂（其中具有折射指數之小珠 被散佈於透明環氧樹脂中），則此等部分能夠恆定地具有 對於螢幕之類似的散射性質。因此，能夠獲得一更自然的 影像，其被顯示而無中斷。 範例7 -43 - (40) 1275827

爲了增加螢幕尺寸，可使用塑膠基底以取代範例1中 之玻璃基底。例如，塑膝基底被形成自一具有0.2 mm厚 度之聚碳酸酯樹脂。一 ITO膜被沈積於一具有1 m寬度 而無中斷的滾壓聚碳酸酯薄片上，及一供垂直定向之膜被 沈積於ITO膜上。聚碳酸酯薄片被切割爲2 m長度以備 製兩基底。一螢幕可被製造以與範例1實質上相同的方式 ，除了其具有液晶材料之液體及混合的間隔物被注入兩基 底之間的間隙。因此，可獲得大螢幕，其具有與範例1類 似的性能。 範例8 螢幕1被製造以與範例1相同之方式。如圖15中所 示，所製造之螢幕被設於一汽車中的儀表板3 〇與方向盤 3 1之間，而一影像投射單元2被設於系統之下部分上以 投射一影像於螢幕上。

有關系統所提供之影像，螢幕1上之影像重疊儀表板 3 0上之影像以形成如圖1 6 ( a )至1 6 ( c )所示之合成影 像。螢幕1被構成以致其一電壓僅被供應至圖1 6 ( b )中 所示之點圖案部分，以改變點圖案部分於透光狀態與散射 狀態之間，且其每一點圖案部分能夠獨立地選擇電壓之供 應。因此，螢幕能夠供應一電壓至一所欲的點圖案部分’ 同步與影像之投射。 例如，圖1 7 ( a )顯示一影像之範例’其指示僅有一 右轉信號由方向指示器所提供。無關於此影像形成之點圖 -44 - (41) 1275827 案部分爲透明狀態以使儀表板看得見而無亮度改變，因爲 無關於此影像形成之點圖案部分並非散射狀態。圖1 7 ( b )說明僅有一影像顯示於中下位置的範例。圖1 7 ( c )說 明同時地顯示兩個位置上之影像的範例。

圖1 8 ( a )至1 8 ( c )顯示一範例，其中係使用兩個 具有如圖17(b)所示之螢幕的相同圖案。圖18(a)說 明其僅有較遠離觀看者（較接近儀表板）之兩位置（右上 位置及中下位置）展現散射狀態以顯示影像。圖1 8 ( b ) 說明其較遠離觀看者之螢幕的右位置係從散射狀態改變爲 透明狀態，及其較接近觀看者之螢幕的右位置展現散射狀 態。圖1 8 ( c )說明其較接近觀看者之螢幕的右位置係從 散射狀態改變爲透明狀態，及其較遠離觀看者之螢幕的右 位置展現散射狀態。藉由重複從圖1 8 ( a )至1 8 ( c )之 步驟，其係隨時間進行而經過圖1 8 ( b )以改變右轉指示 之顯示位置，則得以吸引觀看者之注意。相較與習知的閃 爍顯示，此配置提供一相當獨特的顯示。因爲緊鄰觀看者 之螢幕設有一觸控面板以具有能夠接收資訊輸入的功能， 所以觀看者能夠回應螢幕上之一選擇性顯示，其爲非常便 利的。 範例9 取代範例1中用於間隙控制之樹脂小珠，使用能夠接 合上與下基底之黏著劑間隔物。一含有黏著劑間隔物之液 體被塗敷於基底之一上，其具有供垂直定向之聚醯亞胺膜 -45- (42) 1275827 (JALS-6 82-R3，由JSR公司所製）形成於透明基底上。 藉由使用微影技術之一圖案化製程，其間隔物被形成於 300//mx300//m之間隔以具有20//mx//m之尺寸及6

// m之高度。之後，一螢幕被製造以與範例1相同的方式 ，雖然上與下基底最終係藉由熱處理而被接合。於圖19 中，如此所形成之黏著劑間隔物係由參考數字3 2所標示 。藉由此配置，得以大大地減少其透明度於未施加電壓之 時刻由於（例如）碰撞而惡化的現象。 於20 02年九月3日所提出申請之日本專利申請案編 號2002-258234及於2002年十一月20日所提出申請之日 本專利申請案編號2002-337063 (包含其說明書、申請專 利範圍、圖形及摘要）被倂入於此以供參考其完整性。 【圖式簡單說明】

圖1係一表列，其顯示可應用於依據本發明之螢幕的 可硬化化合物的範例； 圖2係依據本發明之一實施例的螢幕之橫斷面視圖； 圖3係一槪圖’其顯示依據本發明之影像顯示系統的 配置之一範例； 圖4係展現圖3所示之範例中之透光狀態及光散射狀 態的驅動時序圖； 圖5 -槪圖’其顯示依據本發明之影像顯示系統的配 置之另一範例； 圖6係展現圖5所示之範例中之透光狀態及光散射狀 -46- (43) 1275827 態的驅動時序圖； ' 圖7係展現圖5所示之範例中之透光狀態及光散射狀 態的另一驅動時序圖； 圖8 —槪圖，其顯示依據本發明之影像顯示系統的配 置之另一範例； 圖9係依據本發明之另一實施例的螢幕之槪略橫斷面 視圖；

圖1 〇係展現圖5所示之範例中之透光狀態及光散射 狀態的另一驅動時序圖； 圖1 1係一槪圖，其顯示圖4所示之驅動時序圖中的 轉變狀態之一範例； 圖12係一槪圖，其顯示圖4所示之驅動時序圖中的 轉變狀態之另一範例； 圖1 3係一槪圖，其顯示圖6所示之驅動時序'圖中的 轉變狀態之一範例；

圖1 4係一槪圖，其顯示本發明之一實施例的結構範 例； 圖1 5係一槪圖，其顯示依據本發明之影像顯示系統 如何被使用爲一汽車用顯示系統； 圖1 6 ( a )至1 6 ( c )係槪圖，其解釋一儀表板上之 影像與一螢幕上之影像如何被重疊； 圖1 7 ( a )至1 7 ( c )係槪圖，其說明儀表板上之一 影像及螢幕上之一影像的重疊組合如何被顯示； 圖1 8 ( a )至1 8 ( c )係槪圖，其說明儀表板上之一 •47- (44) 1275827 影像及兩個螢幕上之影像的重疊組合如何被顯示； 圖1 9係顯示範例9中之螢幕的一槪略橫斷面圖’ 圖20係一槪圖，其顯示一影像投射單元之基本結構 的簡單範例；及 圖21係一圖表，其顯示一被使用爲螢幕之液晶兀件 的供應電壓-透射率特性。 主要元件對照表 % 1 螢幕 1A， IB 螢幕 2 影像投射單元 2A， 2B 影像投射單元 3 快門 4 觀看者 5 背景 6 遮眼板 8A， 8B 影像 21， 22 玻璃基底 23， 24 透明電極 25， 26 定向層 27 液晶層 28 密封層 30 儀表板 3 1 方向盤 ^ (45) ψ1275827 33 燈系統 34 影像顯示部分 35 投射透鏡系統

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Claims (1)

1275827 拾、申請專利範圍 第92 1 2437 1號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國95年9月7日修正 ' / 1 . 一種影像顯示系統，包含： 一螢幕，該螢幕包含一對其上設有透明電極之基底、 及一夾製於基底之間的液晶層，該液晶層能夠展現一透光 狀態及一光散射狀態、及 一影像投射單元，用以投射一影像於螢幕上； 其中當一電壓被施加跨越相對的透明電極時，液晶層 便展現光散射狀態，而當無電壓被施加跨越相對的透明電 極時，液晶層便展現透光狀態； 其中提供面對影像投射單元之螢幕以致其當液晶層展 現光散射狀態時，一投射自影像投射單元之影像可被聚集 於螢幕上而被視覺上識別； 其中成爲一最小重複單位之透光狀態與光散射狀態之 組合的重複頻率可被設定於某一範圍內之値，以致其觀看 者無法看出所識別螢幕上之影像的閃爍； 其中一時間週期T i (其中螢幕之液晶層展現光散射 狀態）與一時間週期T2 (其中螢幕之液晶層展現透光狀 態）之比例被設定於一框內以致其觀看者可同時地識別螢 幕上之影像及螢幕後之背景； 其中一框內之重複頻率被設定於33 Hz或更高的値； 而其中Τι與T2之比例被設定以滿足Τι/ (T1+T2) S 1275827 Ο . 8之關係。 2. 如申請專利範圍第1項之影像顯示系統，其中螢 幕包含多數螢幕；且螢幕被提供以具有彼此重疊之顯示表 面，以致其當個別螢幕之液晶層展現光散射狀態時，其投 射自影像投射單元之不同影像被顯示於個別螢幕上，藉此 個別螢幕上之影像變得彼此不同。 3. —種影像顯示系統，包含： 一螢幕，該螢幕包含一對其上設有透明電極之基底、 及一夾製於基底之間的液晶層，該液晶層能夠展現一透光 狀態及一光散射狀態、及 一影像投射單元，用以投射一影像於螢幕上； 其中當一電壓被施加跨越相對的透明電極時，液晶層 便展現光散射狀態，而當無電壓被施加跨越相對的透明電 極時，液晶層便展現透光狀態； 其中提供面對影像投射單元之螢幕； 其中液晶層含有液晶及具有液晶原（mesogen)結構 之硬化樹脂，液晶層包含具有相對於基底表面之60度以 上預傾角的液晶分子； 其中當液晶層展現光散射狀態時，一投射自影像投射 單元之影像被聚集於其將被視覺地識別的液晶層上；及 其中一框內之重複頻率被設定於33 Hz或更高的値。 4 ·如申請專利範圍第1項之影像顯示系統，其中螢 幕包含多數螢幕；而當個別螢幕被依序地驅動時，一螢幕 之液晶層從光透明狀態改變至透光狀態所需的上升時間及 -2- 1275827 另一螢幕之液晶層從光散射狀態改變至透光狀態所需的下 降時間被設定以致其上升時間與下降時間暫時地彼此重疊 〇 5 ·如申請專利範圍第1項之影像顯示系統，其中螢 幕包含多數螢幕以致其相鄰螢幕之間的距離爲0.4至200 mm ； 及 其中投射於至少兩螢幕上之影像具有不同的亮度。 6 ·如申請專利範圍第1項之影像顯示系統，其中液 晶層中之液晶及硬化樹脂係藉由以一光致聚合法之硬化而 形成。 7 ·如申請專利範圍第1項之影像顯示系統，其中螢 幕具有一儀器、一資訊終端機或者一設於後方之鏡。 8 .如申請專利範圍第1項之影像顯示系統，其中螢 幕之一周邊部的一主要部分被形成爲透明。 9 ·如申請專利範圍第8項之影像顯示系統，其中除 了將連接與一外部電路之部分以外的螢幕是透明的。 1 0·如申請專利範圍第i至9項之任一項的影像顯示系 統，其中當無電壓供應時，螢幕具有80%或更高的透射率