专利名称：可调整视角的液晶显示器及其调整视角方法
技术领域：
本发明有关一种可调整视角的液晶显示器及其调整视角方法，且特别是有关于一种驱动两层液晶层来达到视角可调的液晶显示器及其调整视角方法。
背景技术：
随着科技的进步，消费者有更多的机会在公共区使用具有显示器的移动产品，例如手机、笔记本计算机等，但消费者如果在公共区域使用时，又想保有个人的隐私，这时他们会需要一个可调视角的显示器。而目前有以下三种较常见的液晶显示器视角的控制方法。
图1是习知技术中利用百叶窗吸收材质以调整液晶显示器视角的示意图。请参照图1，在液晶显示器100前面加设百叶窗式吸收结构110，并以规则方式排列。借由调整百叶窗式吸收结构110本身的高度h以及百叶窗式吸收结构110彼此间隔距离1，可限制显示器100发出的光线L进入观察者眼睛的角度。因此只有在视角为θ的范围内，光线L才能通过百叶窗式吸收结构110，且观察者才能看到影像。而视角超过θ的外的光线L则通通会被百叶窗式吸收结构110所吸收。
然而，此种视角控制方法的缺点在于百叶窗式吸收结构110必须在使用时再外加于显示器外，造成使用上的不方便；由于部份光线L被百叶窗式吸收结构110吸收，造成显示亮度会下降一半以上；而且其视角的调整是左右同时增加或减少，无法满足使用者对视角切换的多样需求，例如提供仅正视以及左侧侧视的使用者观察。
图2A和2B是习知技术中利用光散射材质以调整液晶显示器视角的示意图。请参照图2A及图2B，在平行背光Lb与液晶层(Cell)200之间加入一块可调整光散射特性的光散射结构210，例如是聚合物分散液晶(Polymer Dispersed LiquidCrystal，PDLC)。借由调整施加于光散射结构210的电压，决定窄视角模式以及广视角模式。在窄视角模式下，光散射结构210为电压导通状态，光散射结构210为透明状，背光Lb是保持平行通过液晶层200，如图2A中所示。因此，仅正视的观察者才能观察到影像。而在广视角模式下，光散射结构210为电压不导通状态，背光Lb经由光散射材质的作用形成散射光Ls通过液晶层200，使得各个视角的观察者皆可观察到影像，如图2B中所示。
然而，此种视角控制方法的缺点在于当光散射结构210切换至电压导通状态时，背光Lb经过光散射结构210时会有部份被反射，造成液晶面板200的亮度降低；而且如同上一个实例所述，此种视角控制方法仅能提供窄视角及广视角两种模式，并无法针对使用者所需的视角作调整，因而局限了视角调整的多样选择。
图3是习知技术中利用外加液晶显示器以达到视角可调效果的视角控制示意图。请参照图3A及图3B，借由调整外加液晶显示器上配向膜的配向方向，产生广视角及窄视角两种模式。其中图3A为窄视角模式下，观察者正视时所看到的影像300。而当观察者斜视时则会看到特定的亮暗相间的图形310将显示的影像300遮住，如图3B所示，使得观察者较不易辨识影像，因而达到视角可调的效果。
然而，如上述的三个实例所述，目前这些视角可调的液晶显示器架构，在进行视角切换时多有亮度下降、对比下降的缺点，而且无法将视角切换到正视以外使用者所需的视角，因此皆非是真正的视角可调方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种可调整视角的液晶显示器及其调整视角方法。显示器具有两层液晶层。于广视角模式操作时，其中一层液晶层驱动至相位延迟为零，只用另一层液晶层的相位延迟来控制所显示的数据或图形。在窄视角模式操作时，驱动两层液晶层的相位延迟，使正视或是斜视所看到的相位延迟不一样，以达到视角可调的效果。
根据本发明一方面提出一种可调整显示视角的液晶显示器，包括背光组件、第一显示面板、第二显示面板以及数据驱动器。背光组件用以产生背光。第一显示面板设置于背光组件上方，且第一显示面板包括第一上基板、第一下基板以及第一液晶层。第一下基板具有对应各像素的第一像素电极。第一液晶层，设置于第一上基板以及第一下基板之间。第二显示面板设置于背光组件上方，且第二显示面板包括第二上基板、第二下基板以及第二液晶层。第二下基板具有各像素的第二像素电极。第二液晶层设置于第二上基板以及第二下基板之间。数据驱动器耦接第一显示面板以及第二显示面板，用以驱动对应各像素的第一像素电极以及第二像素电极。数据驱动器是用以输出灰阶电压驱动对应每一像素的第一像素电极以执行广视角操作模式，以及用以输出第一像素电压驱动对应各像素的第一像素电极，以于相对于第一显示面板的第一偏斜方向上显示所需的像素影像以执行窄视角操作模式。
根据本发明另一方面提出一种调整液晶显示器显示视角的方法，包括以灰阶电压驱动对应每一像素的第一像素电极以执行广视角操作模式；以及以像素电压驱动对应各像素的第一像素电极以执行窄视角操作模式使得相对第一显示面板的第一偏斜方向上显示对应此些像素的像素影像。
为让本发明的上述目的、特点和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图进行详细说明如下
图1是习知技术中利用百叶窗吸收材质以调整液晶显示器视角的示意图。
图2A及图2B是习知技术中利用光散射材质以调整液晶显示器视角的示意图。
图3A及图3B是习知技术中利用外加液晶显示器以达到视角可调效果的视角控制示意图。
图4A是依照本发明一较佳实施例液晶显示器的方块示意图。
图4B是依照本发明一较佳实施例液晶显示器的剖面示意图。
图5A及图5B是依照本发明第一实例于广视角操作模式的液晶显示器的简化剖面图。
图5C及图5D是依照本发明第一实例于窄视角操作模式的液晶显示器的简化剖面图。
图5E及图5F是图5D中观察者斜视角度45度及60度时背光路径示意图。
图6A及图6B是依照本发明第二实例于窄视角操作模式的液晶显示器的简化剖面图。
图7A及图7B是依照本发明第三实例于窄视角操作模式的液晶显示器的简化剖面图。
图8是依照本发明一较佳实施例调整液晶显示器显示视角的方法流程图。
具体实施例方式
请同时参照图4A及图4B，其分别是依照本发明一较佳实施例液晶显示器方块及剖面示意图。液晶显示器400包括背光组件410、第一偏光片(Polarizer)421、第一显示面板430、第二显示面板440、第二偏光片422以及数据驱动器450。第一显示面板460与第二显示面板440设置于背光组件410上方，并设置于第一偏光片421以及第二偏光片422之间。第二显示面板440设置于第一显示面板430上方。第一显示面板430包括第一上基板432、第一液晶层434以及第一下基板436。第一液晶层434设置于第一上基板432与第一下基板436之间。第二显示面板440包括第二上基板442、第二液晶层444以及第二下基板446。第二液晶层444设置于第二上基板442与第二下基板446之间。
由背光组件410发出的背光Lb先经过第一偏光片421，然后经过第一显示面板430以及第二显示面板440，再经过第二偏光片422，最后入射至观察者眼睛。如图4B所示，第一显示面板430的第一下基板436具有对应像素460的第一像素电极437，且第二显示面板440的第二下基板446亦具有对应像素460的第二像素电极447。数据驱动器450耦接第一显示面板430以及第二显示面板440，用以输出第一像素电压V1以及第二像素电压V2至第一像素电极437以及第二像素电极447，驱动第一液晶层434以及第二液晶层444的液晶分子偏转，以产生所需的广视角及窄视角模式。
上述的第一偏光片421及第二偏光片422的偏光角度相差90度。借由数据驱动器450输入第一像素电极437以及第二像素电极447的第一像素电压V1以及第二像素电压V2的驱动，可控制背光Lb透过第一液晶层434及第二液晶层444的总相位延迟。总相位延迟以Δnd表示，Δnd＝第一液晶层434产生的相位延迟(Δnd1)与第二液晶层444产生的相位延迟(Δnd2)的总和。其中Δn为液晶分子长轴折射率与短轴折射率的差值，且d1及d2分别为液晶层434及444的厚度。若Δnd值为零，表示透射液晶层434及444的背光没有相位延迟，但由于偏光片421及422的偏振角度互相垂直，此背光Lb会被第二偏光片422吸收，所以观察者看到的像素460是暗的。若Δnd值为背光波长λ的1/2倍，亦即透射液晶层434及444的背光相位延迟90度，又因第二偏光片422的偏振角度恰与第一偏光片421垂直，此背光Lb可透射第二偏光片422，使得观察者看到的像素460是亮的。
接下来就以垂直排列(Vertical Alignment，VA)型液晶显示器为例，分为三个实例并配合图式来说明本发明的液晶显示器如何产生广视角及窄视角模式，达到视角可调的目的。另外，图式中相位延迟为零的像素以空白方格表示，相位延迟为λ/8的像素以疏斜线方格表示，相位延迟为λ/4的像素以密斜线方格表示，且相位延迟为λ/2的像素则以点状方格表示。
实例一请参照图5A及图5B，其是依照本发明第一实例于广视角操作模式的液晶显示器简化剖面图。当液晶显示器400处于广视角操作模式时，可将整层第一液晶层434驱动为相位延迟Δnd1为零的状态。例如是第一像素电压为0V时，第一液晶层434的液晶分子为站直状态。此时，背光Lb是经由第一液晶层434入射至第二液晶层444，而所欲显示的信息则由第二液晶层444来决定。当然，也可以将整层第二液晶层444驱动为相位延迟Δnd2为零的状态，而欲显示的信息由第一液晶层434来决定。
如图5A所示，对正视观察者而言，第二液晶层444中对应像素510的相位延迟Δnd2为λ/8，则由像素510射出的背光Lb的总相位延迟Δnd＝0+λ/8＝λ/8。因此，正视观察者看到的画面520所对应的像素522为亮(密斜线方格)。第二液晶层444中对应像素512的相位延迟Δnd2为零，则由像素512射出的背光Lb的总相位延迟Δnd＝0+0＝0。因此观察者看到的画面520所对应的像素524为暗(空白方格)。
如图5B所示，斜视观察者所接收到的背光Lb是与液晶层434及444夹θ角，第二液晶层444中对应像素510的相位延迟Δnd2为λ/8，虽然此时由像素510射出的背光Lb所走的路径Pa2与正视时背光Lb所走的路径Pa1不相同，然由于液晶层434的相位延迟Δnd1为0，因此，总相位延迟Δnd＝0+λ/8＝λ/8与正视时相同。即斜视观察者看到的画面530所对应的像素531为亮，与正视画面520对应像素522相同。同样地，第二液晶层444中对应像素512对应至斜视画面530的像素533为暗，亦与正视画面520的像素524亮度相同。由此可知，斜视画面530的相位延迟可由第二液晶层444决定，因此，斜视观察者看到的明暗分布画面530，与正视观察者看到的明暗分布画面520为一致，皆可获得正确的信息。
请参照图5C及图5D，其是依照本发明第一实例于窄视角模操作式的液晶显示器简化剖面图。当液晶显示器400处于窄视角操作模式时，可驱动第一液晶层434以及第二液晶层444上下对应像素的Δnd1及Δnd2均为一致，且只有欲显示画面540对应像素的相位延迟Δnd的一半，换句话说，当一平行背光Lb通过第一液晶层434以及第二液晶层444所对应的每一像素而产生的第一相位延迟以及第二相位延迟具有一固定比例关系。例如若欲显示的画面540上呈现相位延迟λ/4的亮像素541，可将第一液晶层434以及第二液晶层444对应像素513的Δnd1及Δnd2均驱动在λ/8。因此，经由两液晶层434及444之后，像素541的相位延迟Δnd＝λ/8+λ/8＝λ/4。同理可知，液晶层434及444对应像素515的相位延迟Δnd1及Δnd2皆为0。因此，正视观察者看到画面540的像素543为暗。
然而，如图5D所示，由于两液晶层434及444之间会有一段间隔距离D，斜视观察者接收的背光Lb会与液晶层434呈θ角，其所走的路径与正视观察者不同，因而产生不一致的相位延迟结果。透射第二液晶层444对应像素513的背光Lb，是由第一液晶层434对应像素521(空白方格)射出。因此斜视画面550中呈现的像素545的相位延迟Δnd＝0+λ/8＝λ/8。同理，透射第二液晶层444对应像素515的背光Lb，是由第一液晶层434对应像素523射出。因此斜视画面550中呈现的像素547的相位延迟Δnd＝λ/8+0＝λ/8。
请参照图5E及图5F，其是图5D中观察者斜视角度45度及60度时背光Lb路径示意图。若以15英寸的显示面板430及440为例，每个像素的周期约为0.3mm，而液晶层434及444的距离约为两片玻璃的厚度1.4mm。当我们离正视约45度角看此第二显示面板440时，可知经过液晶层434及444的水平距离为1.4×(tan45°)＝1.4mm。背光Lb经过液晶层434的像素551与液晶层444的像素552之间会有3个像素，如图5E所示。而当离正视约60度角看此面板420时，背光Lb经过液晶层434的像素553与液晶层444的像素554之间会有6个像素，如图5F所示。所以可知当视角越大时，经过液晶层434及444的像素相差越远，看到的影像会更加模糊。因此，对应固定之间隔距离D，视角愈大，观察者所看到的画面愈模糊，而对应固定视角，间隔距离D愈大，观察者所看到的画面也愈模糊。
另外，当切换为窄视角操作模式时，液晶层434及444对应一像素的相位延迟Δnd1及Δnd2除了上述的1∶1之外，也可以使用其它的比例，例如是1∶2时，全亮的像素相位延迟Δnd为λ/4，可由其中一层液晶层相位延迟λ/12，而另一层相位延迟λ/6而得到。因此，借由比例关系变化，可调整出不同的视角范围。
实例二于实例二中，广视角操作模式的驱动方式与实例一相同。但窄视角操作模式中驱动液晶层434及444的方式与实例一不同。
请参照图6A及图6B，其是依照本发明第二实例于窄视角操作模式的液晶显示器简化剖面示意图。当液晶显示器400处于窄视角操作模式时，可将欲显示的信息，部份由液晶层434来表示，部份由液晶层444来表示。当正视观察时，如图6A所示，液晶层434及444中对应连续像素P11、P12、P13的相位延迟Δnd1及Δnd2皆分别为λ/4及0。所以观察者看到的画面600的对应像素D11、D12以及D13的相位延迟Δnd＝λ/4+0＝λ/4，即像素D11、D12以及D3皆为亮。同理，液晶层434及444中对应连续像素P21、P22以及P23的相位延迟Δnd1及Δnd2皆为0，总相位延迟Δnd＝0+0＝0。所以正视画面600对应像素D21、D22以及D23皆为暗。再者，液晶层434及444对应连续像素P31、P32以及P33的相位延迟Δnd1及Δnd2皆分别为0及λ/4，总相位延迟Δnd＝0+λ/4＝λ/4。所以正视画面600对应像素D31、D32以及D33皆为亮。因此，正视观察者可看到部份由液晶层434及部份由液晶层444迭加产生的明暗相间画面600，为欲显示的正确信息。
但当斜视观察时，由于背光Lb所走的路径正视观察时不同，因而产生相位延迟不同的结果。图6B中透射液晶层444对应像素P22、P23、P31、P32以及P33的背光Lb是由液晶层434对应像素P11、P12、P13、P21以及P22射出。相位延迟Δnd1分别为λ/4、λ/4、λ/4、0、0，且相位延迟Δnd2分别为0、0、λ/4、λ/4、λ/4，总相位延迟Δnd分别为λ/4、λ/4、λ/2、λ/4、λ/4。因此，斜视观察者看到的画面610的对应像素Q1、Q2、Q3、Q4及Q5皆为亮。其中像素Q3比像素Q1、Q2为亮，以点状方格表示。显然，斜视画面610的像素Q1-Q5对应到正视画面600的像素D22、D23、D31、D32以及D33有很大差异。
实例三于实例三中，广视角操作模式的驱动方式与实例一相同。但窄视角操作模式中驱动液晶层434及444的方式与实例一不同。
请参照图7A及图7B，其是依照本发明第三实例于窄视角操作模式的液晶显示器简化剖面图。当液晶显示器400于窄视角操作模式时，此窄视角并非垂直于液晶层434及444的方向，而是有一个右斜倾斜角Ψ，例如45度。根据此Ψ角，透射液晶层444对应连续像素A5-A9的背光Lb是由液晶层434对应像素A1-A5射出。相位延迟Δnd1分别为λ/8、λ/8、λ/8、0、0，相位延迟Δnd2分别为λ/8、λ/8、λ/8、0、0，且总相位延迟Δnd分别为λ/4、λ/4、λ/4、0、0。因此，右斜视画面700对应的像素C1-C5是为亮、亮、亮、暗、暗，且为欲显示的正确画面。其中相位延迟Δnd1以及Δnd2的比例除了上述的1∶1之外，也可以是其它的比例关系，例如是1∶2。即Δnd1分别为λ/12、λ/12、λ/12、0、0，且Δnd2分别为λ/6、λ/6、λ/6、0、0。
然而，如图7B所示，对正视观察者而言，透射液晶层434及444对应像素A5-A9的相位延迟Δnd1以及Δnd2分别为0、0、λ/8、λ/8、λ/8以及λ/8、λ/8、λ/8、0、0，总相位延迟Δnd分别为λ/8、λ/8、λ/4、λ/8、λ/8。因此，正视画面710对应像素B1-B5为半亮、半亮、全亮、半亮及半亮。显然与右斜观察者看到正确画面700的明暗分布有很大差异。且不论是正视或是左斜观察者将看到混乱的画面。因此，利用两层液晶层434及444液晶分子的不同驱动方式，可于不同视角方向产生不同相位延迟状态，以达到视角可调的目的。
请参照图8，其是依照本发明一较佳实施例调整液晶显示器显示视角的方法流程图。首先，于步骤800，以灰阶电压，例如是0V的驱动电压，驱动对应每一像素460的第一像素电极437以执行广视角操作模式。如第一实例所示，正视与斜视观察者皆可看到正确的画面信息。接着，于步骤810，以第一像素电压V1，例如是5V，驱动对应各像素460的第一像素电极437，以执行窄视角操作模式使得相对第一显示面板430的第一偏斜方向上显示对应像素460的像素影像。如第一实例所示，以相同的像素电压V1及V2分别驱动对应同一像素460的第一像素电极437及第二像素电极447，并于垂直显示面板430及440的正视方向显示画面540。此时斜视观察者将看到不正确的画面550。
如第二实例所示，以第一像素电压V1及第二像素电压V2其中一者为正常像素电压，例如5V且另一者为灰阶电压，例如是0V的驱动方式，并于垂直显示面板430及440的方向产生欲显示画面600。此时，斜视观察者将看到不正确的画面610。
或者如第三实例所示，于偏斜显示面板430及440角度？的方向上对应的第一像素电极437以及第二像素电极447，以相同的第一像素电压V1以及第二像素电压V2来驱动，并于显示面板430及440的偏斜角度？方向上，提供斜视观察者欲显示画面700。此时，正视观察者将看到不正确的画面710。因此，皆可达到提供窄视角模式的目的。
如上所述，本发明虽以垂直排列型液晶显示器为例作说明，然本发明的液晶显示器亦可以适用于扭转向列(Twisted Nematic，TN)型显示器以及水平驱动显示器(In-Plane Switching，IPS)。只要能驱动两层液晶层使得正视或斜视者接收的背光相位延迟不同，皆可达到视角可调的目的，因此，皆不脱离本发明的技术范围。
本发明上述较佳实施例所揭示的液晶显示器，其优点在于原本显示器内部增加一片液晶层，借由驱动两层液晶层的液晶分子排列，调整背光经由两层液晶层的相位延迟，可产生所需的广视角操作模式以及多种观察视角的窄视角操作模式，达到真正视角可调的目的。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的等效的变化或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。
权利要求
1.一种可调整显示视角的液晶显示器，包括一背光组件，用以产生一背光；一第一显示面板，设置于该背光组件上方，该第一显示面板包括一第一上基板；一第一下基板；该第一下基板具有对应复数个像素的复数个第一像素电极；以及一第一液晶层，设置于该第一上基板以及该第一下基板之间；一第二显示面板，设置于该背光组件上方，该第二显示面板包括一第二上基板；一第二下基板，具有对应各该些像素的一第二像素电极；以及一第二液晶层，设置于该第二上基板以及该第二下基板之间；以及一数据驱动器，耦接该第一显示面板以及该第二显示面板，用以驱动对应各该些像素的该第一像素电极以及该第二像素电极；其中该数据驱动器用以输出一灰阶电压驱动对应每一像素的该第一像素电极以执行一广视角操作模式，以及用以输出一第一像素电压驱动对应各该些像素的该第一像素电极，以于相对于该第一显示面板的一第一偏斜方向上显示所需的像素影像以执行一窄视角操作模式。
2.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于借由该数据驱动器输出该灰阶电压驱动对应每一像素的该第一像素电极使得该背光经由对应的该第一液晶层或该第二液晶层所产生的一第一相位延迟或一第二相位延迟为零。
3.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于借由该数据驱动器输出该第一像素电压驱动对应各该些像素的该第一像素电极，以于相对于该第一显示面板的一第一偏斜方向上显示所需的像素影像使得该背光的一平行背光沿该第一偏斜方向通过该第一液晶层以及该第二液晶层所产生的一第一相位延迟与一第二相位延迟具有一固定比例关系。
4.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于该第一像素电压等于该第二像素电压，且该固定比例关系为1∶1。
5.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于该数据驱动器还用以输出一第二像素电压驱动对应各该些像素的该第二像素电极以执行该窄视角操作模式。
6.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于该数据驱动器还用以输出一灰阶电压驱动对应各该些像素的该第二像素电极以执行该窄视角操作模式。
7.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于该第一偏斜方向垂直于该第一显示面板方向。
8.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于该第一液晶层与该第二液晶层的距离小于2mm。
9.一种调整液晶显示器显示视角的方法，该液晶显示器包括一背光组件，用以产生一背光、一第一显示面板以及一第二显示面板，该第一显示面板包括对应复数个像素的复数个第一像素电极，该第二显示面板包括对应该些像素的复数个第二像素电极，该方法包括以一灰阶电压驱动对应每一像素的该第一像素电极以执行一广视角操作模式；以及以一像素电压驱动对应各该些像素的该第一像素电极以执行一窄视角操作模式使得相对该第一显示面板的一第一偏斜方向上显示对应该些像素的像素影像。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于执行该窄视角操作模式的步骤还包括以该像素电压驱动对应该些像素的该些第二像素电极。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于执行该窄视角操作模式的步骤还包括以该灰阶电压驱动对应该些像素的该第二像素电极。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于借由该数据驱动器输出该灰阶电压驱动对应每一像素的该第一像素电极使得该背光经由对应的该第一液晶层或该第二液晶层所产生的一第一相位延迟或一第二相位延迟为零。
全文摘要
一种可调整视角的显示器包括包括背光组件、第一显示面板、第二显示面板以及数据驱动器。第一显示面板设置于背光组件上方，且第一显示面板包括第一液晶层以及对应各像素的第一像素电极。第二显示面板设置于背光组件上方，且第二显示面板包括第二液晶层以及对应像素的第二像素电极。数据驱动器耦接第一显示面板以及第二显示面板，用以驱动对应各像素的第一像素电极以及第二像素电极。
文档编号G09G3/36GK1632661SQ200510004189
公开日2005年6月29日 申请日期2005年1月11日 优先权日2005年1月11日
发明者蔡孟璋, 张志明 申请人:友达光电股份有限公司