TWI448728B - 電切換調光單元 - Google Patents

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TWI448728B TW100135842A TW100135842A TWI448728B TW I448728 B TWI448728 B TW I448728B TW 100135842 A TW100135842 A TW 100135842A TW 100135842 A TW100135842 A TW 100135842A TW I448728 B TWI448728 B TW I448728B
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Description

電切換調光單元
本發明係關於立體(3D)影像顯示系統，更特別關於裸眼式的3D影像顯示系統、其影像顯示元件、與其電切換調光單元(electronically switchable light modulating cell)。
Robert A.Hayes and B.J.Feenstra於Nature 425,383(2003)中，揭露應用電濕潤(electrowetting)技術來控制有顏色的油滴，當作一個開關裝置；這種應用具有高色彩飽和度、高影像反應速度及低耗能等特性，因此可以進一步應用於顯示器。
S.Kuiper和B.H.W.Hendriks在Applied Physics Letters 85,pp.1128(2004)發表論文「可變焦的液態透鏡(Variable-Focus Liquid Lens for Miniature Cameras)」，文中揭露利用輸入電壓來調整裝置內兩種不互溶流體的介面，可應用於光學的透鏡裝置。藉由改變輸入操作電壓使得兩種不互溶流體的介面曲率發生改變，實現焦距可調的透鏡，而此變焦的透鏡可以應用於微小化的相機。
根據習知技術，液態透鏡是一種微尺度毛細管陣列裝置，其使用微機電(Micro Electro Mechanical System,MEMS)製作技術來達成，而毛細表面可能為汽/液或液/液介面，此介面形狀可由表面張力決定。Hirsa等人在Applied Physics Letters 87,pp.134102(2005)發表論文「Electrochemically activated adaptive liquid lens」，揭露一種毛細開關設計，其為可逆現象，耗能相當低，可以在單一晶片上完成。一 般毛細開關尺度介在毫米與微米間，應用上可以單一或陣列排列。可控制介面形狀的毛細開關已經可以應用在近場或遠場光學、資料讀取系統、近場微影系統、顯微鏡、與表面形狀製作系統。
可以顯示立體影像與動畫的裝置稱為立體(3D)影像顯示器。近年來，顯示器研發社群在3D顯示領域中，致力於發展兩大類技術，分別為眼鏡型與裸視型立體顯示技術。此外，應用全像術(holography)理論亦可達到3D顯示的效果，但其缺點在於需要複數束光線的干涉才能成像。裸視型3D技術應用光線控制單元(beam control element)直接擺置於顯示器前，其為一種相對容易達到3D立體顯示的方法。光線控制單元一般為阻障層(barrier layer)或柱狀透鏡(lenticular lens)，這些單元可控制或改變光線折射的角度，將左右眼影像畫面分別傳送至對應的左右眼。
美國專利第6,275,254號(“AUTO-STEROSCOPIC DISPLAY DEVICE AND SYSTEM”)揭露一種3D顯示器，其解決了窄視角(narrow view zone)的問題。利用平面型陰極管顯示方式，並在垂直像素上配置特殊的磁場元件，即可利用此元件來改變電子束方向，以達到控制顯示像素的目的，並且在相對應的不同垂直像素上也加裝若干柱狀透鏡屏幕。雖然前述技術可以實現多視角立體顯示影像裝置(multiview autostereoscopic display)，但其缺點為需要非常特別的平面型陰極管。
美國專利申請案公開號2010/0214634(Holographic Reconstruction System with an Optical Wave Tracking Means)揭露一種全像影像重建系統，包含了空間光調變裝置(SLM)、光偏折裝置(DM)、光源(LS)、控制光的單元(DMC)、眼睛搜尋器(EF)和系統控制器(SC)。EF可以針對目前眼睛所在位置做搜尋、定位，並回傳給系統控制器，隨後系統控制器可以經由電壓來控制並調整出射光的方向，可以達到動態的偵測觀測者位置並顯示立體影像。控制光的單元可以是依據電濕潤原理所製的控制單元。然而，前述系統的概念為全像影像重建系統，其利用干涉或全像影像，而不是以柱狀透鏡將左右眼光線產生區隔的立體影像系統。
美國專利申請案公開號2010/0225986(Display Device with an Active Matrix of Electrowetting Cells)揭露一種利用主動陣列方式驅動的顯示裝置，其包含至少一資料驅動電路和至少一選擇驅動電路。主動式陣列係電性連接資料驅動電路和選擇驅動電路，並可直接驅動電濕潤單元(electrowetting cell)。然而，採用主動陣列來驅動此種顯示裝置時，會有遮住入射光和縮減開口率等問題。
美國專利第6,369,954號(“LENS WITH VARIABLE FOCUS”)揭露一種可以調整聚焦長度(focal length)的透鏡。如第1圖所示，此種可變焦透鏡包含腔室12，並於腔室12中填滿第一流體13與第二流體11，其中第二流體11與接觸表面15接觸，並且呈現水滴狀。第一流體13與第二流體11皆為透明流體且互不相溶，且兩流體具有不同的折射係數。在腔室12的外表面上會鍍上電極16，其中電極16環繞接觸表面15。電極16連接到電極17並與第一 流體13相接。第一流體13與第二流體11的流體性質不同，藉由外加電壓差可以改變第一流體13與第二流體11之介面曲率(如第1圖，從曲率A到曲率B)。改變介面曲率可以調整入射光的聚焦長度。然而，除焦距可調整外，沒有其他特殊功能。
美國專利第7,688,509號(“AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY”)揭露一種應用液態透鏡搭配分割螢幕達到3D顯示的技術。如第2圖所示，液態透鏡電極設計為側邊與底部電極，油73與水74為不互溶的流體。電濕潤透鏡(electrowetting lens)71的實施方式為：對側電極與下電極施加電位差，可改變裝置內兩互不相溶流體介面的曲率狀態，以調整入射光線離開裝置時的行進方向。如第2圖所示，電濕潤透鏡72是另一種調整射出光線方向的裝置，其實施方式為：分別對左右兩側電極與下電極施加不同的電位差，進而改變裝置內兩互不相溶流體介面的傾斜狀態，達到調整射出光線方向之目的。
美國專利申請案公開號2009/0257111揭露一種可調式光學陣列元件，其包含基板，基板上配置薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)電路控制系統(tuning circuitry)，此電路系統可分別控制上層的光學陣列元件(cell array)。前述光學陣列元件內含兩種極性不同的流體，此流體界面形狀可藉由下層TFT電路控制系統來控制，以達到光的相位調變(phase modulation)與方向調整(beam deflection)。前述專利申請案另揭露關於TFT驅動的方式；一般而言，顯示器本身會因為TFT的存在而有開口率的問題，因此過多的TFT 會使開口率大幅下降。前述專利申請案另揭露連線層的功能，但是多層的連線層會導致顯示器的亮度降低。
美國專利申請案公開號2009/0257111揭露一種電濕潤的顯示裝置，可運用於全像的影像重建系統，其利用兩種概念：第一種為利用電濕潤原理使得入射光產生干涉條紋圖形；第二種為使用電濕潤顯示裝置做為光線折射元件(deflection element)，使光偏折到眼睛的位置，此種裝置提供光轉向的功能，但無分時多工(time-sharing)概念。此外，前述裝置可應用於回復反射面板(retro-reflective panels)、影像投影裝置(image projection device)、以及全像投影重建系統(holographic projection reconstructing equipment)。
美國專利申請案公開號2010/0157026(“DIRECTIONAL ILLUMINATION UNIT FOR AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAYS”)揭露一種立體影像顯示裝置，其包含光照射裝置、影像裝置、光偏向裝置、影像顯示裝置、追蹤和影像控制電路。照射裝置可為表面發光二極體(surface emitting diode)或背光源(backlight)。影像裝置包括球面鏡、非球面鏡、全像光學元件或干涉光學元件。光偏向裝置可為電濕潤組成的單元。前述影像顯示裝置具有畫素結構，可以同時調制分開的影像序列，因此觀測者可以觀察到二維(2D)或三維(3D)影像。追蹤電路包含位置偵測系統，其可偵測空間中目前觀測者的位置。光照射裝置發出光，隨後入射光經由影像裝置變成平行光(或全像影像、光學干涉影像)，接下來經光偏向裝置使得光有角度的偏折，再到影像顯示裝置，此影像裝置同時調制分開 的影像序列。前述裝置未利用視覺暫留來處理影像，亦未處理分開的影像序列，其缺點之一在於光學路徑上設計複雜。
因此，吾人亟需一種立體影像顯示裝置，其可以動態方式同時調整光的聚焦長度與射出光線方向，且具有較大的顯示區域。
本發明一實施例提供一種電切換調光單元，包括第一基板；間隔物位於第一基板上；第二基板位於間隔物上並與第一基板對向設置，其中第一基板、第二基板、與間隔物定義密閉空間；第一電極位於部份間隔物上；第二電極位於另一部份之間隔物上；第三電極位於第二基板上；介電層形成於第一電極與第二電極上；以及第一調光介質填入密閉空間中，藉由第一電極、第二電極、與第三電極之間的電壓差異，使第一調光介質將自第一基板穿至第二基板的光束交替折射入使用者之左眼與右眼，讓使用者觀賞到立體影像。
本發明一實施例提供一種影像顯示元件，包括第一基板；第一對電極位於第一基板上；第二對電極位於第一基板上；介電層形成於第一基板上，以覆蓋第一對電極與第二對電極；高接觸角材料層(high-contact-angle material layer)形成於介電層上；間隔物位於高接觸角材料層上；第二基板位於間隔物上並與第一基板對向設置，其中高接觸角材料層、第二基板、與間隔物定義第一密閉空間與第二密閉空間；第三電極形成於第一密閉空間中的第二基板 上；第四電極形成於第二密閉空間中的第二基板上；第一調光介質填入第一密閉空間中，藉由第一對電極與第三電極之間的電壓差異，使第一調光介質將自第一基板穿至第二基板的光束折射入使用者之右眼；以及第二調光介質填入第二密閉空間中，藉由第二對電極與第四電極之間的電壓差異，使第二調光介質將自第一基板穿至第二基板的光束折射入使用者之左眼，讓使用者觀賞到立體影像。
本發明一實施例提供一種影像顯示系統，包括顯示元件具有複數個畫素；調光元件附加至顯示元件，調光元件包括複數個電切換調光單元；以及系統控制器，電性連接至顯示元件與調光元件，其中系統控制器同步控制顯示元件與調光元件，使顯示元件發出的光束經由調光元件之電切換調光單元調整後，形成立體影像。
本發明一實施例提供一種電切換調光單元，包括第一基板；第一對電極位於第一基板上，且兩者之電性彼此相反；介電層形成於第一基板及第一對電極上；高接觸角材料層形成於介電層上；間隔物位於高接觸角材料層上；第二基板位於間隔物上並與第一基板對向設置，其中高接觸角材料層、第二基板、與間隔物定義密閉空間；以及第一調光介質填入密閉空間中，藉由第一對電極之間的電壓差異，使第一調光介質將自第一基板穿至第二基板的光束交替折射入使用者之左眼與右眼，讓使用者觀賞到立體影像。
本發明提供一種影像顯示元件，包括疊合的上述之電切換調光單元。
本發明提供一種電切換調光單元，包括第一基板；第 一對電極位於第一基板上，且兩者中至少一者為波浪狀；介電層形成於第一基板及第一對電極上；高接觸角材料層形成於介電層上；間隔物位於高接觸角材料層上；第二基板位於間隔物上並與第一基板對向設置，其中高接觸角材料層、第二基板、與間隔物定義密閉空間；第二電極位於第二基板上；以及調光介質填入密閉空間中，藉由第一對電極與第二電極之間的電壓差異，使調光介質將自第一基板穿至第二基板的光束交替折射入使用者之左眼與右眼，讓使用者觀賞到立體影像。
本發明一實施例提供一種電切換調光單元，包括第一基板；第一對電極位於第一基板上；介電層形成於第一基板及第一對電極上；間隔物位於介電層上；第二基板位於間隔物上並與第一基板對向設置，其中介電層、第二基板、與間隔物定義密閉空間；以及調光介質填入密閉空間中，藉由第一對電極之間的電壓差異，使調光介質將自第一基板穿至第二基板的光束交替折射入使用者之左眼與右眼，讓使用者觀賞到立體影像。
本發明一實施例提供一種電切換調光單元，包括第一基板；間隔物位於第一基板上；第一對電極位於第一基板上，且兩者之電性彼此相反；介電層形成於第一基板及第一對電極上；第二基板位於間隔物上並與第一基板對向設置，其中介電層、第二基板、與間隔物定義密閉空間；以及第一調光介質填入密閉空間中，藉由第一對電極之間的電壓差異，使第一調光介質將自第一基板穿至第二基板的光束交替折射入使用者之左眼與右眼，讓使用者觀賞到立 體影像。
本發明一實施例提供一種電切換調光單元，包括：第一基板；第一對電極位於第一基板上；第一介電層形成於第一基板及第一對電極上；間隔物位於第一介電層上；第二介電層位於間隔物上，其中第一介電層、第二介電層、與間隔物定義密閉空間；第二對電極位於第二介電層上；第二基板位於第二介電層上以覆蓋第二對電極；第三電極位於部份的間隔物上；第四電極位於另一部份的間隔物上；以及調光介質填入密閉空間中形成毛細液滴，藉由第一對電極、第二對電極、第三電極、與第四電極之間的電壓差異，使毛細液滴將自第一基板穿至該第二基板的光束交替折射入使用者之左眼與右眼，讓使用者觀賞到立體影像。
本發明一實施例提供一種影像顯示元件，包括彩色濾光層附加至上述之電切換調光單元。
本發明一實施例提供一種電切換調光單元，包括第一基板；第一對電極位於第一基板上；第一介電層形成於第一基板及第一對電極上；第一高接觸角材料層形成於第一介電層上；間隔物位於第一高接觸角材料層上；第二高接觸角材料層位於間隔物上，其中第一高接觸角材料、第二高接觸角材料、與間隔物定義密閉空間；第二介電層形成於第二高接觸角材料層上；第二對電極位於第二介電層上；第二基板位於第二介電層上以覆蓋第二對電極；第三電極位於部份的間隔物上；第四電極位於另一部份的間隔物上；以及調光介質填入密閉空間中形成毛細液滴，藉由 第一對電極、第二對電極、第三電極、與第四電極之間的電壓差異，使毛細液滴將自第一基板穿至第二基板的光束交替折射入使用者之左眼與右眼，讓使用者觀賞到立體影像。
本發明一實施例提供一種影像顯示元件，包括具有兩個以上畫素之彩色濾光層附加至上述之電切換調光單元。
本發明一實施例提供一種電切換調光單元，包括第一電致動高分子膜(electroactive polymer film)；間隔物；第二電致動高分子膜，與第一電致動高分子膜對向設置；其中第一電致動高分子膜、間隔物、第二電致動高分子膜定義密閉空間；以及調光介質填入密閉空間中，藉由第一電致動高分子膜與第二電致動高分子膜之間的電壓差異，使調光介質將自第一電致動高分子膜穿至第二電致動高分子膜的光束交替折射入使用者之左眼與右眼，讓使用者觀賞到立體影像。
本發明一實施例提供一種電切換調光單元，包括兩間隔物；第一基板與第二基板位於間隔物之間；第一對電極位於第一基板上，且兩者之電性彼此相反；介電層形成於第一基板與第一對電極上；第二電極形成於第二基板上；高接觸角材料層形成於介電層上，其中高接觸角材料層、第二電極、與間隔物定義密閉空間；第一調光介質填入密閉空間中，藉由第一對電極與第二電極之間的電壓差異，使第一調光介質將自第一基板穿至第二基板的光束交替折射入使用者之左眼與右眼，讓使用者觀賞到立體影像。
本發明一實施例提供一種電切換調光單元，包括第一 基板；高接觸角材料層位於第一基板上；間隔物位於高接觸角材料層上；第二基板位於間隔物上並與第一基板對向設置，其中高接觸角材料層、第二基板、與間隔物定義密閉空間；第一電極位於部份的間隔物上；第二電極位於另一部份的間隔物上；第三電極位於第二基板上；介電層位於第一及第二電極上；以及第一調光介質填入密閉空間中，藉由第一電極、第二電極、與第三電極之間的電壓差異，使調光介質將自第一基板穿至第二基板的光束交替折射入使用者之左眼與右眼，讓使用者觀賞到立體影像。
本發明一實施例提供一種影像顯示元件，包括彩色濾光層，具有複數個畫素；以及複數個上述之電切換調光單元以陣列方式排列，其中每一電切換調光單元對應彩色濾光層之畫素之一。
本發明一實施例提供一種影像顯示元件，包括第一基板；第一對電極位於第一基板上；第二對電極位於第一基板上；介電層形成於第一基板上以覆蓋第一對電極與第二對電極；間隔物位於介電層上；第二基板位於間隔物上並與第一基板對向設置，其中介電層、第二基板、與間隔物定義第一密閉空間與第二密閉空間；第一調光介質填入第一密閉空間中，藉由第一對電極之間的電壓差異，使第一調光介質將自第一基板穿至第二基板的光束折射入使用者之右眼；以及第二調光介質填入第二密閉空間中，藉由第二對電極之間的電壓差異，使第二調光介質將自第一基板穿至第二基板的光束折射入使用者之左眼，讓使用者觀賞到立體影像。
習知的柱狀透鏡(lenticular lens)為靜態被動元件，無法以動態方式調整光的行進方向，且柱狀透鏡有視區的限制。本發明立體顯示元件可取代習知的柱狀透鏡，藉由電濕潤原理使立體顯示元件的流體介面受到控制，進而能夠以動態方式調整光的行進方向。利用顯示面板與立體顯示元件的分時多工(time-sharing)機制以及顯示面板與立體顯示元件之間的同步化處理(synchronization)，人眼可以觀看到立體(3D)數位影像內容。目前運用電濕潤原理的顯示器，在元件尺寸1mm時的更新時間(refresh time)約為3-10毫秒(ms)。若元件尺寸在100微米(μm)左右，則更新頻率(refresh frequency)為1-3kHz。一般而言，元件尺寸愈小，驅動速率愈快。顯示器的更新頻率達到120Hz以上時，即可提供分時多工功能。
如第3圖所示，調光元件在時段t0時為2D模式，此時調光元件中的調光介質之間的介面呈水平態。如此一來，穿過調光元件的光束將不會被折射，而調光元件將會顯示來自顯示元件的二維影像。在時段t1時，3D調光元件之電切換調光單元將折射顯示元件所顯示之左眼影像，讓使用者之左眼得以接收左眼影像。在時段t2時，電切換調光單元將折射顯示元件所顯示之右眼影像，讓使用者之右眼得以接收右眼影像。上述的「左眼影像」與「右眼影像」指的是分別進入左眼與右眼的影像光束。上述3D調光元件採用的分時多工概念可讓全畫面顯示右眼影像/左眼影像，而不需一半的顯示區域顯示左眼影像，另一半的 顯示區域顯示右眼影像。換言之，分時多工概念可顯示較高畫質的3D影像。
在本發明之實施例中，3D調光元件具有複數個特定形狀、尺寸、及高寬比的電切換調光單元。電切換調光單元係以陣列方式排列，並含有至少一種調光介質。依據電濕潤原理，當施加電壓至電切換調光單元的電極時，調光介質間的介面將轉為非水平形狀如凸起、凹陷、或斜面。如此一來，電切換調光單元可調整穿過其本身之影像光束的方向與焦距。
如第4圖所示，3D影像顯示系統100含有顯示元件101、調光元件103、與系統控制器105。顯示元件101之更新頻率可大於120Hz。調光元件103由複數個透明的電切換調光單元1033組成，可折射來自顯示元件101並穿過調光元件103的光束。顯示元件101可與調光元件103搭配，且每一電切換調光單元1033均對應顯示元件101中至少一個畫素。調光元件103可折射來自顯示元件101的影像光束，以形成3D影像。顯示元件101可為電子紙、電子閱讀器、電致發光顯示器(Electroluminescent Display,ELD)、有機電致發光顯示器(Organic Electroluminescent Display,OELD)、真空螢光顯示器(Vacuum Fluorescent Display,VFD)、發光二極體(Light Emitting Diode,LED)顯示器、陰極射線管(Cathode Ray Tube,CRT)、液晶顯示器 (Liquid Crystal dDisplay,LCD)、電漿顯示面板(Plasma Display Panel,PDP)、數位光學處理器(Digital Light Processing,DLP)、矽基板上液晶顯示器(Liquid Crystal on Silicon,LCoS)、有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)、表面傳導電子發射顯示器(Surface Conduction Electron Emitter Display,SED)、場發射顯示器(Field Emission Display,FED)、量子點雷射電視(Quantum Dot Laser TV)、液晶雷射電視(Liquid Crystal Laser TV)、鐵電液晶顯示器(Ferro Liquid Display,FLD)、干涉測量調節顯示器(Interferometric Modulator Display,iMOD)、厚膜介電電致發光器(Thick-film Dielectric Electroluminescent,TDEL)、量子點發光二極體(Quantum Dot Light Emitting Diode,QD-LED)、屈伸畫素顯示器(Telescopic Pixel Display,TPD)、有機發光電晶體(Organic Light-Emitting Transistor,OLET)、光致變色顯示器(Electrochromic display)、雷射螢光體顯示器(Laser Phosphor Display,LPD)、或類似物。顯示元件101較佳為電致發光顯示器(ELD)、有機電致發光顯示器(OELD)、真空螢光顯示器(VFD)、發光二極體顯示器(LED)、陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、電漿顯示面板(PDP)、有機發光二極體(OLED)、表面傳導電子發射顯示器(SED)、場發射顯示器(FED)、有機發光電晶體 (OLET)、或雷射螢光體顯示器(LPD)。在本發明一實施例中，調光單元可置於投影屏與顯示器如數位光學處理器(DLP)、液晶顯示器(LCD)、或矽基板上液晶顯示器(LCoS)之間。在其他實施例中，調光單元可位於屏幕前，且屏幕連接至數位光學處理顯示器(DLP)或矽基板上液晶顯示器(LCoS)。系統控制器105係分別電性連接至顯示元件101與調光元件103，使兩者可同步處理。調光元件103之驅動方式可為主動矩陣、被動矩陣、或分段機制。被動矩陣可驅動複數行列(multi-line addressing or row-by-row or column-by-column addressing)或複數個區域(multi-domain addressing)。調光元件之驅動方式較佳為簡易的被動矩陣而非電晶體，以增加3D影像顯示系統100之開口率。被動矩陣驅動方式是以複數行列或複數個區域為基礎來進行驅動，因此導電線路(例如ITO)的連線設計簡單，僅需兩層連線而無需複雜的連線設計，影像顯示的亮度不會因過於複雜的導電層結構遮蔽而降低。在本發明一實施例中，如第5A-5B圖和第6A-6B圖所示，電切換調光單元1033可為長方形。由於穿過電切換調光單元1033之光線只需往左或往右偏折即可形成3D影像，因此僅需要運用單維度陣列(1D cell array)如電極線1035與1037驅動電切換調光單元1033。如第5A-5B圖所示，被動式矩陣的電極佈線可為 雙層結構，亦即導線層(例如ITO)為雙層設計。如第6A-6B圖所示，被動式矩陣的電極線1034與1039為單層結構，其中電極線1034與1039可以朝同一方向進行佈線(如第6B圖所示)，或朝不同方向交錯的方式進行佈線(如第6A圖所示)。
如第7圖所示，系統控制器105含有計時電路1051與控制電路1053。計時電路1051可接收顯示元件101所提供的同步訊號，而控制電路1053可控制調光元件103。如第3圖和第8A圖所示，控制電路1053可在時段t1時驅動調光元件103之電切換調光單元1033，將顯示元件101產生的左眼影像折射入使用者的左眼。如第3圖和第8B圖所示，控制電路1053可在時段t2時驅動調光元件103之電切換調光單元1033，將顯示元件101產生的右眼影像折射入使用者的右眼。利用視覺暫留效應，使用者能同時觀察到左右眼影像，因而將左右眼影像視為同時顯示而形成3D視覺感受。
在另一實施例中，3D影像顯示系統100含有額外的使用者追蹤器107，額外的電性連接至計時電路1051之追蹤控制器1055、與控制電路1053，如第7圖所示。使用者追蹤器107可偵測使用者位置或使用者之眼睛位置，將位置資料傳回追蹤控制器1055，再傳至控制電路1053以調整調光元件103，使影像光束得以折射至使用者眼睛。含有使用者追蹤器107的3D影像顯示系統100無視區限制， 並可供多重使用者觀看。在一實施例中，使用者追蹤器107可為動態偵測器、照相機、或攝影機。
在實施例中，調光元件103之電切換調光單元1033可分為右眼電切換調光單元1033A與左眼電切換調光單元1033B，以同時將顯示元件101產生的影像分別折射至使用者之右眼與左眼。如此一來，調光元件103可省略分時多工模式以獲得較高的解析度。值得注意的是，顯示元件101之畫素必須搭配電切換調光單元1033，使每個電切換調光單元1033對應顯示顯示元件101中至少一個畫素。
在實施例中，右眼電切換調光單元1033A與左眼電切換調光單元1033B交錯設置，將顯示元件101之右眼影像與左眼影像分別折射至使用者之右眼與左眼，如第9A圖所示。如此一來，使用者可觀賞到立體影像。對應右眼電切換調光單元1033A之畫素1011A用以顯示右眼影像，而對應左眼電切換調光單元1033B之畫素1011B用以顯示左眼影像。和右眼電切換調光單元1033A與左眼電切換調光單元1033B一樣，畫素1011A與畫素1011B交錯設置。在另一實施例中，兩個相鄰的右眼電切換調光單元1033A將來自顯示元件101的右眼影像折射至使用者右眼，而兩個相鄰的左眼電切換調光單元1033B將來自顯示元件101的左有影像折射至使用者左眼，如第9B圖所示。如此一來，使用者可觀賞立體影像。在一實施例中，每一畫素1011A 與1011B均分別對應每一右眼電切換調光單元1033A與每一左眼電切換調光單元1033B。在另一實施例中，兩個相鄰的畫素1011A可對應右眼電切換調光單元1033A，而兩個相鄰的畫素1011B可對應左眼電切換調光單元1033B。
在實施例中，每一右眼電切換調光單元1033A對應兩個以上的畫素1011A，而每一左眼電切換調光單元1033B對應兩個以上的畫素1011B，如第10A圖所示。相鄰的畫素1011A與相鄰的畫素1011B彼此交錯設置，如同交錯設置的右眼電切換調光單元1033A與左眼電切換調光單元1033B。在另一實施例中，每一右眼電切換調光單元1033A(與左眼電切換調光單元1033B)分別對應兩個或複數個畫素1011A與1011B，如第10B圖所示。畫素1011A與1011B分為兩個主要群組，分別對應右眼電切換調光單元1033A與左眼電切換調光單元1033B。
電切換調光單元1033之結構、排列、與驅動方式將詳述如下。需要注意的是，「低接觸角材料」與「高接觸角材料」之定義取決於調光介質的極性與接觸調光介質之材料極性。接觸角為液態或氣態介面接觸固態表面的角度。測量接觸角可確認材料的表面能。舉例來說，極性的調光介質可形成高接觸角(>90°)的液滴於疏水材料表面上。對極性的調光介質來說，疏水材料為高接觸角材料。此外，非極性的調光介質可形成低接觸角的液滴於疏水材料表面上。對非極性的調光介質來說，疏水材料為低接觸角材料。疏水材料層可為但不限定於購自杜邦的Teflon AF 1600、 購自Asahi的CYTOP、PDMS、TEOS、環氧樹脂、或類似物。親水材料層可為但不限定於丙烯酸系列、含矽氧烷材料、或類似物。疏水材料層與親水材料層較佳為透明可撓，且具有表面穩定性。
如第11A圖所示，電切換調光單元1033包含基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。頂電極6U位於對向基板7A的表面上，而左電極5A與右電極5B分別位於左側與右側的間隔物8上。介電層4分別位於左電極5A與右電極5B上，且高接觸角材料層(比如疏水層)3A分別形成於兩側的介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。極性調光介質1(及/或非極性調光介質2)之折射率可視情況與間隔物8之折射率一致，以減少極性調光介質1(及/或非極性調光介質2)與間隔物8之間的介面發生光散射的問題。如第11A圖所示，電切換調光單元1033之剖視圖呈倒梯形，且間隔物8傾斜於基板7B和對向基板7A。在此實施例中，可採用第3圖所示之分時多工模式驅動單一的電切換調光單元1033，在時段t1將左眼影像折射入使用者之左眼如第11B圖所示，並在時段t2將右眼影像折射入使用者之右眼如第11C圖所示。在某些實施例中，第11A圖所示之電切換調光單元可凹入基板中，如第11D圖所示之溝槽陣列。第11D圖所示之電切換調光單元的溝槽陣列，其上視圖如第11E圖所示。第11E圖中的上視圖結構可應用於第11A-11C圖所示之電切換調光單元，並進一 步應用於3D影像顯示系統。
如第12圖所示，兩個相鄰的電切換調光單元1033A與1033B含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、與位於間隔物8上的對向基板7A以定義兩個相鄰的密閉空間。兩個頂電極6U分別位於兩個密閉空間中的對向基板7A表面上。兩個左電極5A與兩個右電極5B分別位於兩個密閉空間中的基板7B表面上。此外，形成於基板7B上的兩個左電極5A與兩個右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層(如疏水層)3A係形成於介電層4上。如第12圖所示，間隔物8係形成於高接觸角材料層3A上。極性調光介質1與非極性調光介質2均分別填入兩個密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。在此實施例中，兩個電切換調光單元1033A與1033B可在相同時段分別折射左眼影像與右眼影像至使用者的左眼與右眼，而不需採用第3圖所示之分時多工模式。
第13A-13C圖所示之電切換調光單元1033類似於第11A-11C圖所示之結構。在第13A-13C圖中，施加相同電壓至電切換調光單元1033之左電極5A與右電極5B。藉由調整頂電極6U與左電極5A/右電極5B之間的電壓差，可改變極性調光介質1與非極性調光介質2之間的介面曲率，進而調整來自顯示元件(未繪示)之影像焦距。
第14圖所示之電切換調光單元1033與第12圖所示之電切換調光單元1033A或1033B一樣。在此實施例中，可採用第3圖所示之分時多工模式驅動單一的電切換調光單 元1033，在時段t1將左眼影像折射至使用者左眼，並在時段t2將右眼影像折射至使用者右眼。
如第15圖所示，電切換調光單元1033包含基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。頂電極6U位於對向基板7A的表面上，而左電極5A與右電極5B位於基板7B上。形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。鋸齒狀的介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而鋸齒狀的高接觸角材料層(如疏水層)3A係順應性地形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第15圖所示，間隔物8係形成於鋸齒狀的高接觸角材料層3A上。鋸齒狀的高接觸角材料層3A具有低表面能，且其結構尺寸介於10nm至1000nm之間。在其他實施例中，鋸齒狀的高接觸角材料層3A可形成於平滑的介電層4上。
如第16圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。頂電極6U位於對向基板7A的表面上，而左電極5A與右電極5B位於基板7B上。形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。菲涅爾透鏡(Fresnel lens)狀的介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而菲涅爾透鏡狀的高接觸角材料層(如疏水層)3A係順應性地(conformally)形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2 填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第16圖所示，間隔物8係形成於菲涅爾透鏡狀的高接觸角材料層3A上。當施加於頂電極6U、左電極5A、與右電極5B之電壓相同時，非極性調光介質2具有平坦表面而不具有任何聚焦效果。當施加於頂電極6U與左電極5A/右電極5B之電壓不同時，位於密閉空間中心部份的極性調光介質2將會被推擠到密閉空間的邊緣部份，以露出具有聚焦效果的菲涅爾透鏡(Fresnel lens)。
如第17圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。頂電極6U位於對向基板7A的表面上，而左電極5A與右電極5B位於基板7B上。形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而組成遞變式的(graident)高接觸角材料層(如疏水層)3A係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第17圖所示，間隔物8係形成於組成遞變式的高接觸角材料層3A上。在一實施例中，高接觸角材料層3A其中心部份至邊緣部份的疏水性遞增。在另一實施例中，高接觸角材料層3A其中心部份至邊緣部份的疏水性遞減。
第18圖所示之結構，係由兩個第14圖所示之電切換調光單元1033堆疊而成，可增加折射效果。值得注意的是，較下方的電切換調光單元1033之對向基板7A，與較 上方的電切換調光單元1033之基板7B可為單一基板。
如第19圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。頂電極6U位於對向基板7A的表面上，而左電極5A與右電極5B位於基板7B上。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層(如疏水層)3A係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第19圖所示，間隔物8係形成於高接觸角材料層3A上。此外，一個畫素1011之複數個彩色濾光片形成於基板7B下方。換句話說，一個電切換調光單元1033對應單一畫素1011。藉由施加不同的電壓至頂電極6U、左電極5A、與右電極5B，可調整極性調光介質1的形狀、非極性調光介質2的形狀、與兩者之間的介面形狀。
如第20圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B分別位於兩側之間隔物8上。頂電極6U位於對向基板7A之表面上，而底電極6D位於基板7B之表面上。兩介電層4分別形成於基板7A與對向基板7B上，而兩高接觸角材料層(如疏水層)3A係分別形成於兩介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第20圖所示，電切換調光單元1033之剖視圖為長方形，且間隔物8垂直於基板 7B與對向基板7A。此外，間隔物8係形成於基板7B上的高接觸角材料層3A上，而對向基板7A上的高接觸角材料層3A係形成於間隔物8上。由於基板7B與對向基板7A之間的距離夠短，及/或非極性調光介質2對極性調光介質1之比例夠高，非極性調光介質2可同時接觸基板7B與對向基板7A。藉由施加不同的電壓至頂電極6U、底電極6D、左電極5A、與右電極5B，可調整非極性調光介質2的形狀。
如第21圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B位於基板7B上。此外，形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層(如疏水層)3A與低接觸角材料層(如親水層)3B係形成於介電層4上，其中低接觸角材料層3B包圍高接觸角材料層3A。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。在另一實施例中，高接觸角材料層3A係由至少兩種不同的疏水材料所組成，而低接觸角材料層3B係由至少兩種不同的親水材料所組成。若採用第3圖所示之分時多工模式，調整電切換調光單元1033中非極性調光介質2之形狀時，上述設計可讓非極性調光介質2維持在電切換調光單元1033的中心部份，而不會逸出至電切換調光單元1033的邊緣部份。如此一來，非極性調光介質2將穩定的位於被低接觸 角材料層3B包圍的高接觸角材料層3A上。
如第22圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B位於基板7B上。形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層(如疏水層)3A與低接觸角材料層(如親水層)3B係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。高接觸角材料層3A與低接觸角材料層3B彼此相鄰，為具有相同面積的對稱圖案，如第22圖所示。
如第23圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上與高接觸角材料層3A上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B位於基板7B上。頂電極6U位於對向基板7A的表面上。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層3A係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第23圖所示，間隔物8係形成於高接觸角材料層3A上。藉由施加不同的電壓至頂電極6U、左電極5A、與右電極5B，可調整極性調光介質1的形狀、非極性調光介質2的形狀、與兩者之間的介面形狀。
如第24圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、 位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B位於基板7B上。形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第24圖所示，間隔物8係形成於介電層4上。
如第25圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。頂電極6U位於對向基板7A上。左電極5A與右電極5B位於基板7B上。形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層3A係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。
如第26圖所示，第14圖之電切換調光單元1033以陣列方式排列，形成調光元件103。
如第27圖所示，第23圖之電切換調光單元1033以陣列方式排列，形成調光元件103。
如第28圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。頂電極6U位於對向基板7A上，而左電極5A與右電極5B分別位於左側與右側的間隔物8 上。介電層4分別位於左電極5A與右電極5B上，且高接觸角材料層(比如疏水層)3A形成於基板7B上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第28圖所示，電切換調光單元1033之剖視圖為倒梯形，且間隔物8傾斜於基板7B與對向基板7A。此外，間隔物8係形成於高接觸角材料層3A上。
如第29圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B位於基板7B上。此外，形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層(如疏水層)3A係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第29圖所示，間隔物8係形成於介電層4上。
如第30圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。頂電極6U位於對向基板7A的表面上，而鋸齒狀的左電極5A與鋸齒狀的右電極5B位於基板7B上。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層(如疏水層)3A係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不 相容。如第30圖所示，間隔物8係形成於高接觸角材料層3A上。
如第31圖所示，第28圖之電切換調光單元1033以陣列方式排列，形成調光元件103。此外，一個畫素1011之複數個彩色濾光片形成於基板7B下方，且畫素1011中的每一彩色濾光片各自對應單一的電切換調光單元1033。換言之，單一畫素可對應複數個電切換調光單元1033。
如第32圖所示，第23圖之電切換調光單元1033以陣列方式排列，形成調光元件103。此外，一個畫素1011之複數個彩色濾光片形成於基板7B下方，且畫素1011中的每一彩色濾光片各自對應單一的電切換調光單元1033。換言之，單一畫素可對應複數個電切換調光單元1033。
如第33圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。頂電極6U位於對向基板7A的表面上，而左電極5A與右電極5B位於基板7B上。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層(如疏水層)3A係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第33圖所示，間隔物8形成於高介電材料層3A上。此外，複數個畫素1011之複數個彩色濾光片形成於基板7B下方，且複數個畫素1011對應單一的電切換調光單元1033。換言之，單一電切換調光單元1033可對應複數個畫素。
如第34圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、 位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B位於基板7B上。此外，形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而組成遞變式的高接觸角材料層(如疏水層)3A係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第34圖所示，間隔物8係形成於組成遞變式的高接觸角材料層3A上。在一實施例中，高接觸角材料層3A其中心部份至邊緣部份的疏水性遞增。在另一實施例中，高接觸角材料層3A其中心部份至邊緣部份的疏水性遞減。
如第35圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。頂電極6U位於對向基板7A的表面上，而左電極5A與右電極5B位於基板7B上。形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第35圖所示，間隔物8係形成於介電層4上。
如第36圖所示，兩個相鄰的電切換調光單元1033A與1033B含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義兩個密閉空間。兩個左電極5A與兩個右電極5B分別位於兩個密閉空間中的基 板7B表面上。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B。如第36圖所示，間隔物8係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2均分別填入兩個密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。在此實施例中，兩個電切換調光單元1033A與1033B可在相同時段分別折射左眼影像與右眼影像至使用者的左眼與右眼，而不需採用第3圖所示之分時多工模式。
如第37圖所示，兩個相鄰的電切換調光單元1033A與1033B含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義兩個密閉空間。兩個頂電極6U分別位於兩個密閉空間中的對向基板7A表面上。兩個左電極5A與兩個右電極5B分別位於兩個密閉空間中的基板7B表面上。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B。如第37圖所示，間隔物8係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2均分別填入兩個密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。在此實施例中，兩個電切換調光單元1033A與1033B可在相同時段分別折射左眼影像與右眼影像至使用者的左眼與右眼，而不需採用第3圖所示之分時多工模式。
如第38圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B分別位於兩側之間隔物8上。頂電極6U位於對向基板7A之表面上， 而底電極6D位於基板7B之表面上。介電層4分別形成於基板7B與對向基板7A上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第38圖所示，電切換調光單元1033之剖視圖為長方形，且間隔物8垂直於基板7B與對向基板7A。此外，間隔物8係形成於基板7B上的介電層4上，而對向基板7A上的介電層4係形成於間隔物8上。由於基板7B與對向基板7A之間的距離夠短，及/或非極性調光介質2對極性調光介質1之比例夠高，非極性調光介質2可同時接觸基板7B與對向基板7A。藉由施加不同的電壓至頂電極6U、底電極6D、左電極5A、與右電極5B，可調整非極性調光介質2的形狀。
如第39圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B分別位於兩側之間隔物8上。頂電極6U位於對向基板7A之表面上，而底電極6D位於基板7B之表面上。介電層4分別形成於基板7B與對向基板7A上。低接觸角材料層(親水層)3B與高接觸角材料層3A形成於基板7B上的介電層4上。另一低接觸角材料層3B係形成於對向基板7A上的介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第39圖所示，電切換調光單元1033之剖視圖為長方形，且間隔物8垂直於基板7B與對向基板7A。此外，間隔物8係形成於基板7B上兩側的高接觸角材料層3A與低接觸角 材料層3B上，而對向基板7A上的低接觸角材料層3B係形成於間隔物8上。由於基板7B與對向基板7A之間的距離夠短，及/或非極性調光介質2對極性調光介質1之比例夠高，非極性調光介質2可同時接觸基板7B與對向基板7A。藉由施加不同的電壓至頂電極6U、底電極6D、左電極5A、與右電極5B，可調整非極性調光介質2的形狀。
如第40圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B分別位於兩側之間隔物8上。頂電極6U位於對向基板7A之表面上，而底電極6D位於基板7B之表面上。介電層4分別形成於基板7B與對向基板7A上。低接觸角材料層(親水層)3B與高接觸角材料層3A形成於基板7B上的介電層4上，且低接觸角材料層3B包圍高接觸角材料層3A。另一低接觸角材料層3B係形成於對向基板7A上的介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第40圖所示，電切換調光單元1033之剖視圖為長方形，且間隔物8垂直於基板7B與對向基板7A。此外，間隔物8係形成於基板7B上的低接觸角材料層3B上，而對向基板7A上的低接觸角材料層3B係形成於間隔物8上。由於基板7B與對向基板7A之間的距離夠短，及/或非極性調光介質2對極性調光介質1之比例夠高，非極性調光介質2可同時接觸基板7B與對向基板7A。藉由施加不同的電壓至頂電極6U、底電極6D、左電極5A、與右電極5B，可調整非極性 調光介質2的形狀。
如第41圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B位於基板7B上。此外，形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。
如第42圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B位於基板7B上。此外，形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層(如疏水層)3A係係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。
如第43圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。頂電極6U位於對向基板7A之表面上。左電極5A與右電極5B位於基板7B上。此外，形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，極性調光介質1與非極性調光介質2填 入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。
如第44圖所示，單一顏色之畫素1011形成於第38圖所示之電切換調光單元1033之基板7B下方。換言之，單一畫素可對應單一電切換調光單元1033。
如第45圖所示，不同顏色之畫素1011形成於第38圖所示之電切換調光單元1033之基板7B下方。換言之，複數個畫素可對應單一電切換調光單元1033。
如第46圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B分別位於兩側之間隔物8上。頂電極6U位於對向基板7A之表面上，而底電極6D位於基板7B之表面上。介電層4分別形成於基板7B與對向基板7A上。高接觸角材料層3A形成於基板7B上的介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第46圖所示，電切換調光單元1033之剖視圖為長方形，且間隔物8垂直於基板7B與對向基板7A。此外，間隔物8係形成於基板7B上的介電層4上，而對向基板7A上的介電層4係形成於間隔物8上。由於基板7B與對向基板7A之間的距離夠短，及/或非極性調光介質2對極性調光介質1之比例夠高，非極性調光介質2可同時接觸基板7B與對向基板7A。藉由施加不同的電壓至頂電極6U、底電極6D、左電極5A、與右電極5B，可調整非極性調光介質2的形狀。
如第47圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B分別位於兩側之間隔物8上。頂電極6U位於對向基板7A之表面上，而底電極6D位於基板7B之表面上。介電層4分別形成於基板7B與對向基板7A上。低接觸角材料層(親水層)3B與高接觸角材料層(疏水層)3A形成於基板7B上的介電層4上。高接觸角材料層3A與低接觸角材料層3B彼此相鄰，為具有相同面積的對稱圖案，如第47圖所示。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第47圖所示，電切換調光單元1033之剖視圖為長方形，且間隔物8垂直於基板7B與對向基板7A。此外，間隔物8係形成於基板7B上的介電層4上，而對向基板7A上的介電層4係形成於間隔物8上。由於基板7B與對向基板7A之間的距離夠短，及/或非極性調光介質2對極性調光介質1之比例夠高，非極性調光介質2可同時接觸基板7B與對向基板7A。藉由施加不同的電壓至頂電極6U、底電極6D、左電極5A、與右電極5B，可調整非極性調光介質2的形狀。
如第48圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、以及位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B分別位於兩側之間隔物8上。頂電極6U位於對向基板7A之表面上，而底電極6D位於基板7B之表面上。介電層4分別形成於基板7B與對向基板7A上。低接觸角材料層(親水層)3B與 高接觸角材料層(疏水層)3A形成於基板7B上的介電層4上，且低接觸角材料層3B包圍高接觸角材料層3A。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第48圖所示，電切換調光單元1033之剖視圖為長方形，且間隔物8垂直於基板7B與對向基板7A。此外，間隔物8係形成於基板7B上的介電層4上，而對向基板7A上的介電層4係形成於間隔物8上。由於基板7B與對向基板7A之間的距離夠短，及/或非極性調光介質2對極性調光介質1之比例夠高，非極性調光介質2可同時接觸基板7B與對向基板7A。藉由施加不同的電壓至頂電極6U、底電極6D、左電極5A、與右電極5B，可調整非極性調光介質2的形狀。
如第49圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、與位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B位於基板7B表面上。此外，形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而組成遞變式的高接觸角材料層(如疏水層)3A係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第49圖所示，間隔物8係形成於介電層4上。在一實施例中，高接觸角材料層3A其中心部份至邊緣部份的疏水性遞增。在另一實施例中，高接觸角材料層3A其中心部份至邊緣部份的疏水性遞減。
如第50圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、與位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B位於基板7B表面上。此外，形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層(如疏水層)3A與低介電材料層(如親水層)3B係形成於介電層4上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。高接觸角材料層3A與低接觸角材料層3B彼此相鄰，為具有相同面積的對稱圖案，如第50圖所示。此外，間隔物8係形成於介電層4上。
如第51圖所示，電切換調光單元1033含有基板7B、位於基板7B上的間隔物8、與位於間隔物8上的對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B位於基板7B表面上。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層(如疏水層)3A與低介電材料層(如親水層)3B係形成於介電層4上，其中低接觸角材料層3B包圍高接觸角材料層3A。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。如第51圖所示，間隔物8係形成於介電層4上。在其他實施例中，高接觸角材料層3A係由至少兩種不同的疏水材料所組成，及/或低接觸角材料層3B係由兩種不同的親水材料所組成。若採用第3圖所示之分時多工模式，調整電切換調光單元1033中非極性調光 介質2之形狀時，上述設計可讓非極性調光介質2維持在電切換調光單元1033的中心部份，而不會逸出至電切換調光單元1033的邊緣部份。如此一來，非極性調光介質2將穩定的位於被低接觸角材料層3B包圍的高接觸角材料層3A上。
在上述實施例中，極性調光介質1為親水介質如水、食鹽水、或類似物。為了增加導電度，也可採用低原子量的鹽類水溶液，例如氯化鋰或氯化鉀溶液等。非極性調光介質2為疏水介質如矽油、混入四溴化碳的矽油、礦物油、及十六烷等。第二流體的黏度應低於1000cSt，其中1cSt=1000×10-6m2．s-1。在一實施例中，甲苯可加到矽油裡，以降低其黏度。在一實施例中，極性介質1與非極性調光介質2中至少一者包含表面張力降低劑，如氟素有機化合物(例如三氟乙醇或三氟醋酸鈉)。在其他實施例中，非極性流體2可置換為氣體，則調光介質之組合可為極性調光介質1與空氣之組合。
在一實施例中，電極可為但不限定於ITO、金屬箔、IGZO、或類似物。電極材料較佳具有透明、導電、穩定、或其他所需性質。位於基板7B上的左電極5A與右電極5B可具有各式幾何圖形，例如對成之片狀或條狀如第52圖所示、環狀之左電極5A包圍點狀之右電極5B如第53圖所示，以及左電極5A與右電極5B彼此呈螺旋狀交錯如第54圖所示。
在一實施例中，介電層之介電係數介於1到80之間，其厚度從5奈米(nm)到100微米(μm)，較佳介於20nm至 10μm。適合的介電層材料包括有機材料，例如聚醯亞胺(Polyimide)、聚氯化對二甲苯(Parylene C)、CYTOP(購自Asahi)，以及無機材料，例如Al2O3、SiO2、SiN、SiON、AlON。
藉由表面處理如離子佈植、表面電漿改質、或臭氧處理，可調整介電層4表面之親水性/疏水性。
間隔物8可為透明或不透明材料，極性調光介質1(及/或非極性調光介質2)之折射率可視情況與間隔物8之折射率一致，以減少極性調光介質1(及/或非極性調光介質2)與間隔物8之間的介面發生光散射的問題。適合的間隔物材料包括PDMS、聚對二甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯、SiO2、SU-8光阻、KMPR光阻、PerMX光阻、或類似物。
電切換調光單元可為但不限定於上述之電濕潤單元。舉例來說，電切換調光單元可為電致動高分子單元(electroactive polymer cell)。在電濕潤單元中，密閉空間的形狀固定，僅調整位於密閉空間中調光介質的形狀。在電致動高分子單元中，單元形狀是可調整而非固定的。如第55圖所示，電致動高分子單元500含有電致動高分子薄膜51(作為頂電極)、間隔物8、與另一電致動高分子薄膜53(作為底電極)以定義密閉空間。調光介質1係填入密閉空間中。在一實施例中，調光介質1包括介電電致動高分子(dielectric electroactive polymer)、電致伸縮接枝彈性體(electrostrictive graft elastomer)、電致伸縮紙(electrostrictive paper)、電致黏彈彈性體(electro-viscoelastic elastomer)、鐵電高分子(ferroelectric polymer)、或液晶彈性體(liquid crystal elastomer)。在另一實施例中，電致動高分子薄膜51及/或53含有離子電致動高分子，離子電致動高分子例如包括離子高分子膠(ionic polymer gel)、離子高分子金屬複合物(ionic polymer metal composite)、導電高分子(conducing polymer)、或奈米碳管(carbon nanotubes)。如第55圖所示，當施加至電致動高分子薄膜51之電壓(比如0V)與施加至另一電致動高分子薄膜53之電壓(比如0V)一致時，電致動高分子單元500呈現平坦的形狀。如第56圖所示，當施加至電致動高分子薄膜51之電壓(比如>0V)與施加至另一電致動高分子薄膜53之電壓(比如0V)不同時，電致動高分子單元500呈現彎曲的形狀。電致動高分子薄膜51與53之間的電壓差會造成電致動高分子薄膜51中的金屬離子移動，進而改變密閉空間的形狀。此外，密閉空間彎曲的曲率取決於電致動高分子薄膜51與53之間的電壓差。
如第57圖所示，第55圖所示之電切換調光單元如電致動高分子單元500以陣列方式排列，形成調光元件1050。當施加至電致動高分子薄膜51與53之電壓相同時，調光元件1050將顯示右眼影像58A與左眼影像58B構成的2D影像。在此模式中，右眼影像58A與58B通常一樣。當施加至電致動高分子薄膜51與53之電壓不同時，調光元件1050中的電致動高分子單元500將彎曲如第58圖所示，以分別折射右眼影像58A與左眼影像58B至使用者之右眼與左眼。在此模式中，右眼影像58A與58B不同。
如第59A及59B圖所示，電切換調光單元1033含有 位於間隔物8之間的基板7B與對向基板7A以定義密閉空間。左電極5A與右電極5B位於基板7B上。此外，形成於基板7B上的左電極5A與右電極5B可位於相同高度或不同高度。介電層4係形成於基板7B上以覆蓋左電極5A與右電極5B，而高接觸角材料層(如疏水層)3A係形成於介電層4上。頂電極6U係形成於對向基板7A上。極性調光介質1與非極性調光介質2填入密閉空間中，且極性調光介質1與非極性調光介質2彼此不相容。以第3圖之分時多工系統為例，在時段t1時，左電極5A與頂電極6U之間的電壓差將吸引極性調光介質1並排斥非極性調光介質2，如第59A圖所示。如此一來，將折射左眼影像至左眼。另一方面，在時段t2時，右電極5B與頂電極6U之間的電壓差將吸引極性調光介質1並排斥非極性調光介質2，如第59B圖所示。如此一來，將折射右眼影像至右眼。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧極性調光介質
2‧‧‧非極性調光介質
3A‧‧‧高接觸角材料層
4‧‧‧介電層
5A‧‧‧左電極
5B‧‧‧右電極
6U‧‧‧頂電極
6D‧‧‧底電極
7A‧‧‧對向基板
7B‧‧‧基板
8‧‧‧間隔物
51、53‧‧‧電致動高分子薄膜
100‧‧‧3D影像顯示系統
101‧‧‧顯示元件
103、1050‧‧‧調光元件
105‧‧‧系統控制器
107‧‧‧使用者追蹤器
500‧‧‧電致動高分子單元
1011、1011A、1011B‧‧‧畫素
1033‧‧‧電切換調光單元
1033A‧‧‧右眼電切換調光單元
1033B‧‧‧左眼電切換調光單元
1034、1035、1037、1039‧‧‧電極線
1051‧‧‧計時電路
1053‧‧‧控制電路
1055‧‧‧追蹤控制器
第1及2A-2B圖係習知技藝中，3D影像顯示元件之示意圖；第3圖係本發明一實施例中，以分時多工模式驅動3D影像顯示系統之流程圖；第4圖係本發明一實施例中，在第3圖之時段t0的3D影像顯示系統之顯示狀態；第5A-5B及6A-6B圖係本發明實施例中，用以驅動電切換調光單元之電極線的設置方式；第7圖係本發明一實施例中，3D調光元件之方塊圖；第8A-8B圖係本發明一實施例中，在第3圖之時段t1與t2的3D影像顯示系統之顯示狀態；第9A-9B及10A-10B圖係本發明實施例中，3D影像顯示系統之顯示狀態；第11A-11C、12、13A-13C、14、及15-51圖係本發明實施例中，3D影像顯示系統之電切換調光單元的剖視圖；第11D圖係第11A-11C之3D影像顯示系統之電切換調光單元的立體圖；第11E圖係第11A-11C之3D影像顯示系統之電切換調光單元的上視圖；第52-54圖係本發明實施例中，形成於電切換調光單元中的底基板上之電極圖案；第55-56圖係本發明實施例中，3D影像顯示系統之電切換調光單元之剖視圖；第57-58圖係本發明實施例中，3D影像顯示系統之電 切換調光單元之剖視圖調光元件之剖視圖；以及第59A-59B圖係本發明實施例中，電切換調光單元之剖視圖。
101‧‧‧顯示元件
103‧‧‧調光元件
105‧‧‧系統控制器
1033‧‧‧電切換調光單元

Claims (4)

  1. 一種電切換調光單元，包括：一第一基板；一間隔物位於該第一基板上；一第二基板位於該間隔物上並與該第一基板對向設置，其中該第一基板、該第二基板、與該間隔物定義一密閉空間；一第一電極位於部份該間隔物上；一第二電極位於另一部份之該間隔物上；一第三電極位於該第二基板上；一介電層形成於該第一電極與該第二電極上；一高接觸角材料層形成於該介電層上，其中該高接觸角材料層具有遞變的表面能；以及一第一調光介質填入該密閉空間中，藉由該第一電極、該第二電極、與該第三電極之間的電壓差異，使該第一調光介質將自該第一基板穿至該第二基板的光束交替折射入一使用者之左眼與右眼，讓該使用者觀賞到一立體影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電切換調光單元，更包括一第二調光介質填入該密閉空間中，其中該第一調光介質與該第二調光介質實質上不互溶，且該第一調光介質之折射率不同於該第二調光介質之折射率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電切換調光單元，其中該第一調光介質形成一液滴，且該第一電極、該第二電極、與該第三電極之間的電壓差異將調整該液滴之焦距。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電切換調光單元，其中該間隔物垂直或傾斜於該第一基板與該第二基板。
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