CN100451753C - 具有可切换视角的显示设备、方法和终端设备 - Google Patents
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Abstract
在切换元件将来自平面光源的光切换到散射光或准直光之后，光入射到显示板，从而显示图像。此时，调整平面光源的亮度，重新设置显示板的对比电压，并执行调整，从而使正面图像的亮度和色调在切换前后不会变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有可切换视角的显示设备、方法和终端设备，它们能够在窄角度模式和宽角度模式之间切换，从而能够切换可视角度的范围。
背景技术
近来，在显示设备中存在对安全特征的需求，该安全特征防止观看显示设备的主要人物之外的其它人(即，显示设备附近的人)观看。例如，在金融终端或称作ATM(自动柜员机)的类似终端中，必须通过触摸显示设备上显示的数字按钮，输入安全码或其它机密信息，用户必须避免其它人辨识出该信息。在移动电话等中也需要特征，防止来电信息被主要用户附近的其它人看见。当在火车或其它公共交通设施中使用PDA(个人数字助理：个人信息终端)、笔记本个人计算机(下称笔记本PC)等时，这些终端中也需要用于防止附近人观看的相同特征。
另一方面，也存在需求，能够使这些显示设备一次性对多个用户都是可见的。在移动电话上观看电视是这种特征的一个示例，移动电话的拥有者有时希望向另一附近的人展示显示。有时多个用户也同时观看笔记本个人计算机的数据屏幕。
因此，在显示设备中，模式包括用于以个人方式观看高度机密信息的窄角度模式，以及用于同多个人观看高度***息的宽角度模式。PDA、笔记本PC等中还需要能够在这些显示模式之间切换的显示设备。
日本未审公开专利申请9-197405中提出了这种能够在窄角度模式和宽角度模式之间切换的显示设备。在日本未审公开专利申请9-197405中公开的显示设备中依次排列的是光源、第一光学元件、液晶显示元件和第二光学元件。第一光学元件增强来自光源的光的方向性(使光准直)，并且光进入液晶显示设备。由第二光学元件电控制构成射出液晶显示设备的光的光线的漫射和直线传播。
接着，将描述这种显示设备的工作原理。在窄角度模式中，第二光学元件处于透明状态。因此，由第一光学元件增强从光源发出的光的方向性，并且光仍然处于高度方向性的状态而进入显示板。由多个像素在显示板上形成显示图像，但是这个过程并没有显著地影响入射光的方向性。因此，位于显示设备正面的观察者可以看到显示图像，但是显示图像无法从显示器正面到达位于对角线位置的观察者，该观察者不能看到显示的图像。
在宽角度模式中，第二光学元件处于散射状态。因此，其方向性由第一光学元件增强了的光被第二光学元件散射。因此，显示图像不仅对显示设备正面的观察者可见，而且对位于与显示设备成对角线的方向上的观察者也可见。
日本未审公开专利申请6-59287中提出了另一能够在窄角度模式和宽角度模式之间切换的显示设备。日本未审公开专利申请6-59287中公开的显示设备是液晶显示设备，该液晶显示设备具有来自光源的光入射到其上的宾-主液晶，以及来自宾/主液晶的光入射到其上的液晶单元。宾/主液晶相对于液晶单元调整视角宽度。
在日本未审公开专利申请6-59287中描述的显示设备中，从光源发出的光是漫射光。当将宾-主液晶中的二向色染料分子定向到实质上垂直于基板表面时，轻微吸收沿垂直于基板表面的方向入射的光，而强烈吸收沿偏离垂直于基板表面的方向而倾斜的方向入射的光。因此，增强了通过宾/主液晶的光的方向性。因此，只有显示设备正面的观察者才能看到图像，而显示图像无法从显示器正面到达位于对角线位置的观察者，该观察者不能看到显示的图像。这种状况对应于窄角度模式。
当将宾-主液晶中的二向色染料分子定向到平行于基板表面时，只要基板平面中的二向色染料分子的定向与放置在显示板入射侧的偏振片的吸收轴的定向相匹配，可以显示图像，而无任何附加的光损失。因为将二向色染料分子定向到平行于基板表面，所以没有对以一定角度入射的光的强烈吸收。因此，图像不仅可以被显示设备正面的观察者看见，还可以被位于与显示设备正面成一定角度的方向上的观察者看见。这种状况对应于宽角度模式。
上述传统显示设备中的任何一种能够控制视角范围，并允许进行窄角度范围/宽角度范围的切换。
当将具备上述切换功能的显示设备投入实际应用时，下述问题发生。具体地，第一问题是在切换之前和之后，正面亮度发生显著改变。将日本未审公开专利申请9-197405用作示例来描述这个问题。如日本未审公开专利申请9-197405的图2所示，在“宽角度特性”期间用于显示的光是散射光。在“窄角度特性”期间用于显示的光是准直光。因此，正面亮度在“宽角度特性”期间显著降低，而正面亮度在“窄角度特性”期间显著提高。从而，亮度从切换之前到之后显著地变化，对于用户，图像变得极其难以观看。
第二问题是在切换之前和之后，发生色移。将日本未审公开专利申请9-197405用作示例来描述这个问题。如日本未审公开专利申请9-197405的图2所示，将其中液晶区分散在作为支撑介质的聚合物中的聚合物分散型液晶(PDLC)用作切换元件。通常，更容易散射波长较短的光，而散射波长较长的光相对困难。因此，在切换之前和之后，射到正面的光的波长分布变化。即使在使用日本未审公开专利申请6-59287中描述的宾/主液晶时，吸收谱在切换之前和之后也发生改变。因此，日本未审公开专利申请6-59287中描述的显示设备也遭受正面色调变化的相同问题。
如上所述，可切换显示设备的问题在于：显示状态从切换之前到切换之后显著地变化。
日本未审公开专利申请2005-115021中公开了一种方法，用于响应在调整背光亮度时色温中发生的变化，容易地调整颜色分量。根据日本未审公开专利申请2005-115021中公开的方法，当色温在调整背光亮度之前和之后变化时，增加或减少从LCD背光的R光源、G光源和B光源中选择的至少一个颜色分量。但是，在日本未审公开专利申请2005-115021中，没有克服在宽角度与窄角度之间切换期间，波长分布和色调的变化问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在窄角度模式与宽角度模式之间切换的显示设备和方法，以及一种终端设备，其中所述方法和具有可切换视角的显示设备能够抑止切换期间亮度和色调中的变化。
根据本发明第一实施例，具有可切换视角的液晶显示设备包括：平面光源，用于发射平面光；切换元件，用于将来自平面光源的光切换到散射光或准直光；显示板，用于显示图像，来自切换元件的光入射到其上；以及控制单元，用于控制切换元件在发射散射光或准直光之间切换，在切换期间改变平面光源的亮度，并根据平面光源的亮度变化，调整显示板的至少部分彩色像素的透射率。
根据本发明第二实施例，液晶显示设备包括：平面光源，用于发射平面光；显示板，用于显示图像，来自平面光源的光入射到其上；切换元件，用于将来自显示板的光切换到散射光或准直光；以及控制单元，用于控制切换元件在发射散射光或准直光之间切换，在切换期间改变平面光源的亮度，并根据平面光源的亮度变化，调整显示板的至少部分彩色像素的透射率。
例如，在这种具有可切换视角的液晶显示设备中，切换元件是聚合物分散型液晶或宾/主液晶。优选地，由线性隔栅增强来自光源的光的方向性。例如，用于调整透射率的彩色像素是蓝色像素。可选地，用于调整透射率的彩色像素是所有颜色的像素，包括蓝色、红色和绿色。此外，可以通过改变施加到平面光源的电流量，或通过对馈入平面光源的电流的时间调制，来改变平面光源的亮度。
根据本发明，用于切换液晶显示器的视角的方法包括，当使用来自平面光源的、入射到显示板上的光显示图像时，通过借助切换元件将来自平面光源的光或来自显示板的光切换到散射光或准直光，在宽角度显示与窄角度显示之间切换，其中用于切换液晶显示器的视角的方法包括：在切换元件切换期间，改变平面光源的亮度；根据平面光源的亮度变化，调整显示板的至少部分彩色像素的透射率；以及执行控制，从而在切换之前和之后，亮度和色调不会发生变化。
在用于切换液晶显示器的视角的方法中，可以通过在透明状态与散射状态之间切换，在高反射状态与低反射状态之间切换，或在高吸收状态与低吸收状态之间切换，使切换元件切换到散射光或准直光。
根据本发明的终端设备具备根据上述任何方面的、具有可切换视角的液晶显示设备。
本发明可以在宽视角与窄视角的切换期间，抑制所显示图像的亮度和色调的变化。
附图说明
图1是本发明第一实施例的图；
图2是示出了本实施例的显示板的对比设置的图；
图3是示出了LED元件的色度坐标中的变化的图；
图4是本发明第二实施例的图；
图5是本发明第三实施例的图；
图6是相同实施例结构的剖面图；
图7是示出了当向聚合物分散型液晶持续施加电压时，色调坐标变化的方式的图；
图8是示出了分层结构(平面光源、线性隔栅和切换元件)的透射率的色度坐标中的变化的图；以及
图9是示出了本实施例的显示板的对比设置的图。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述本发明的实施例。图1是根据本发明实施例的具有可切换视角的液晶显示设备的图。从平面光源1发射平面光作为背光，并且平面光通过切换元件6进入液晶显示板2。
平面光源1可以是底发光平面光源或侧发光平面光源。底发光平面光源包括光源和放置在光源上面的漫射板。侧发光平面光源包括光波导和放置在光波导旁边的光源。在这些情况的任何一种下，平面光源的亮度根据光源的光通量变化。由光源控制单元3调整平面光源1的亮度。
切换元件6在宽视角与窄视角之间切换。这种切换元件6的示例包括日本未审公开专利申请6-59287中公开的宾/主液晶和日本未审公开专利申请9-197405公开的PDLC。在宾/主液晶的情况下，保持在两个透明基板之间的液晶材料中包括液晶分子和二向色染料分子。当未通过设置于透明基板的透明电极施加电压时，二向色染料分子的光学轴(主轴)实质上与透明基板的表面平行。相反，当通过透明电极施加电压时，二向色染料分子与透明基板的表面保持垂直，并且二向色染料分子吸收具有除二向色染料分子的光学轴之外的光学轴的光，防止该光通过宾/主液晶。因此，可以根据是否向宾/主液晶施加电压，或通过调整施加的电压，切换宽视角和窄视角。在PDLC的情况下，保持在透明基板对中的液晶具有分散在聚合物支撑介质中的液晶区。当向设置于透明基板的透明电极施加电压时，PDLC变成透明，而当不施加电压时，PDLC改变到散射状态。因此，使用任何一种切换元件6都可以在宽视角与窄视角之间切换可视角度范围。由切换元件控制单元7控制该切换元件6在宽视角与窄视角之间的切换。
显示板2是透射型液晶显示元件，并且由显示控制单元5控制显示板2的彩色像素的透射率。
控制单元4向光源控制单元3输出控制信号，使其调整平面光源1的亮度，并向显示控制单元5输出控制信号，使其调整送给显示板2的显示信号。
以下，将描述具有如上配置的可切换视角的液晶显示设备的操作。图2是当平面光源1是LED(发光二极管)光源时，像素的每种颜色的对比电平的透射率图。在图2的上部示出针对低亮度光源的红色、绿色和蓝色的透射率图，图2的底部示出针对高亮度光源的相同图。作为图2中的典型对比电平，Th指示高对比电平的透射率，Tm指示中对比透射率，Tl指示低对比透射率，以及Vh、Vm和Vl是各个设置电压。
光源的发射谱根据施加的电流量轻微地变化。例如，图3示出了当使用白色LED光时，根据电量，色度坐标(x，y)的变化。如图3中所示，当增加电量时，向蓝色色度坐标明显移动，并且蓝色发射比增加。
考虑到上述，在本发明中，改变高亮度期间的对比设置电压，并与低亮度期间的对比设置电压相对地、如图2底部所示地重新设置该电压。为了简化描述，图2示出其中只改变针对蓝色透射率的设置电压的状态。如前所提到的，因为在高亮度期间LED的蓝色发射比增加，所以如图2底部所示重新设置高亮度期间的对比设置电压。因此，在高亮度期间，将蓝色的高对比透射率重新设置为Th’，将中对比透射率重新设置为Tm’。因此，当亮度较高时，平面光源1的LED的蓝色发射比增加，但是将蓝色像素的透射率设置得较低。因此，由显示板2显示的图像的色调没有变化。
在本实施例中，控制单元4首先向切换元件控制单元7传送信号，以切换到宽视角，并在以宽视角显示由显示板2显示的图像时，将切换元件6设置为宽视角。具体地，使切换元件6处于向显示板2发射散射光的状态。换言之，在宽视角的情况下，用于显示的光是散射光，而在窄视角的情况下，用于显示的光是准直光。因此，正面亮度在宽视角的情况下显著减小，而在窄视角的情况下显著增加。当切换元件6是PDLC时，更容易散射短波长的光，而更难散射长波长的光。因此，当切换到宽视角时，发射到正面的光的波长分布变化。即使当切换元件6是宾/主液晶时，当切换到宽视角时吸收谱也变化。因此，当切换元件6切换到宽视角时，亮度和色调变化。
考虑到上述问题，在本发明中，向光源控制单元3输出控制信号，当控制单元4通过切换元件控制单元7将切换元件6切换到宽视角时，光源控制单元3增加平面光源1的亮度。如前所提到的，平面光源1中的蓝色发射比增加，并且当亮度较高时，从切换元件6发射的光的波长分布变化。因此，控制单元4向显示控制单元5输出控制信号，使其调整显示板2的像素的每种颜色的透射率，使得从显示板2发射的光的透射谱与其切换之前的状态保持一致。具体地，如图2所示，重新设置对比电压，以将针对低亮度的对比设置电压改变到针对高亮度的对比设置电压，从而克服伴随高亮度的蓝色透射率增加。重新设置对比电压，从而克服切换元件6中发射光的波长分布中的变化。
当将切换元件6从宽视角切换到窄视角时，执行相反操作。在这种情况下，光源控制单元3控制平面光源1，使得平面光源1的亮度减小，并且如图2顶部所示，重新设置平面光源1中像素的每种颜色的透射率。将切换元件6放置在准直状态而不是散射状态，引起从切换元件6发射的光的光谱中的变化。因此，调整显示板2的透射率，从而克服该光谱变化。
因此，在宽视角和窄视角之间的切换之前与之后，防止由显示板2显示的图像由于亮度和色调的变化，而改变并变得难以观看。
控制单元4、光源控制单元3、切换元件控制单元7和显示控制单元5也可以由软件构成，而不是每一个都具有分离功能的电路。可以将具有反射偏振片的液晶元件用作切换元件。在这种情况下，切换元件可以采取高反射状态或低反射状态。此外，可以将网状聚合物液晶、囊式(capsule-type)液晶或其它散射液晶元件用作切换元件。
可以在移动电话或其它终端设备中安装具有可切换视角的液晶显示设备。
以下，将参考图4描述本发明的第二实施例。本实施例与图1中所示的实施例的不同之处在于，在平面光源1上放置液晶显示板2，并在液晶显示板2上放置切换元件6。平面光源1、液晶显示板2和切换元件6的结构与图1所示的实施例相同。控制单元4、光源控制单元3、显示控制单元5和切换元件控制单元7也与图1所示的实施例相同。
在本实施例中，控制单元4利用切换元件控制单元7控制切换元件6，并通过光源控制单元3控制平面光源1来改变平面光源1的亮度，从而防止由液晶显示设备显示的图像的亮度在宽视角与窄视角的切换期间发生变化。防止平面光源1的蓝色发射比在亮度较高时增加和改变色调，并且防止波长分布根据切换元件6的透明或散射状态而变化。通过重新设置液晶显示板2的对比设置电压来实现这些操作。因此，本实施例表现出与第一实施例相同的效果。
以下，将描述本发明的第三实施例。图5示出了根据本实施例的具有可切换视角的液晶显示设备，以及图6是示出了其结构的剖面图。在本实施例中，在平面光源1上放置线性隔栅11，在线性隔栅11上放置切换元件6，并在切换元件6上放置显示板2。由光源控制单元3控制平面光源1的亮度，切换元件控制单元7控制切换元件6的散射状态、透明状态或其它状态，以获得宽视角或窄视角。由显示控制单元5控制液晶显示板2中的每种颜色的透射率。控制单元4控制光源控制单元3、切换元件控制单元7和显示控制单元5。
如图6中所示，例如，平面光源1是侧发光LED光源；在光波导9上提供棱镜片10；并在光波导9旁边提供白光LED 8。可以将其上放置黄色磷光体的蓝色LED芯片、其上放置白色磷光体的紫外光LED等用作白光LED 8。光波导9发射从白光LED 8入射的光，作为平面光。棱镜片10增强从光波导9发射的光的方向性。线性隔栅11进一步增强来自平面光源1的光的方向性。
因此，具有增强的方向性的光进入切换元件6。在切换元件6中，在塑料基板14对之间保持聚合物分散型液晶(PDLC)15，并且在聚合物分散型液晶15中，液晶区12分散在聚合物支撑介质13中。通过设置于塑料基板14的透明电极施加电压，使聚合物分散型液晶15处于透明状态，而不施加电压使聚合物分散型液晶15处于散射状态。切换元件6不局限于聚合物分散型液晶15，而是可以在透明状态与散射状态之间切换的任何元件。可以将透射型液晶显示板或半透半反型(transflective)液晶显示板用作显示板2。图6中所示的显示板2是半透半反型(transflective)液晶显示板，其中反射区18和透射区19设置于液晶层17。显示板2包括由滤色器层20确定其颜色的彩色像素。在显示板2的前和后表面设置偏振片16。
以下，将描述上述本实施例的液晶显示设备的操作。在该液晶显示设备中，当处于窄角度模式时，切换元件6处于透明状态。此时，从液晶板2发射由线性隔栅11校正的准直光。因此，位于与液晶显示设备正面成一定角度的观察者无法辨识显示图像。当处于宽角度模式时，切换元件6处于散射状态。此时，由切换元件6散射来自线性隔栅11的准直光。因此，射出显示板2的光被散射，显示光到达位于与液晶显示设备正面成一定角度的观察者，因此该观察者可以辨识显示图像。
以下，将描述在从宽角度模式向窄角度模式切换时执行的操作。当操作者选择切换操作时，已经接收到对应操作信号的控制单元4向切换元件控制单元7传送控制信号，使切换元件6执行切换操作。具体地，向切换元件6施加电压，使切换元件6处于透明状态。控制单元4向光源控制单元3传送控制信号，从而减小平面光源1的亮度。因此，可以在切换前后向显示图像提供相同的平均亮度。还向显示控制单元5传送控制信号，并重新设置针对像素的每种颜色的对比电压。因此，在切换前后，正面显示图像可以具有相同色调。
将使用图3、7和8描述每种色调的变化。当发射强度减小时，白光LED 8的色度坐标如图3中的箭头所示地向后移动。当向聚合物分散型液晶15持续施加电压时，色度坐标如图7中所示地改变。因此，分层结构整体表现出如图8中所示的色度坐标变化类型。对其色调进行了上述改变的光进入显示板2。因此，显示板2的显示图像呈现淡黄色。因此，如图9所示，重新设置显示板2的对比电压，从而使红色像素和绿色像素的最大透射率减小，并使蓝色像素的最大透射率增加。
因此，在切换元件6在宽角度模式与窄角度模式之间切换的前后，不会出现亮度和色调的变化，可以获得看起来极其自然的图像。
在本实施例中，将塑料基板14用在切换元件6中。因此，获得了超常的机械耐用性。因为通常在移动或便携式应用中使用这种显示设备，所以必须采用极薄的设计，以防止液晶显示设备的厚度增加。当在这种应用中使用显示设备时，在塑料基板上创建聚合物分散型液晶极其有利。
在上述实施例中，不需要使用直流来调整平面光源1的亮度。认为图3中所示的光源色调变化类型是由光源中的温度变化引起的。因此，虽然无法完全消除，但是通过对电流进行时间调制来防止温度升高，可以减小色调变化。包括脉冲，以作为电流波形的示例。因此，也可以使用以下配置来调整平面光源1的亮度：控制单元4设置脉冲数，光源控制单元3将相应的电流脉冲馈入平面光源1。
Claims (15)
1.一种具有可切换视角的液晶显示设备，包括：
平面光源，用于发射平面光；
切换元件，用于将来自所述平面光源的光切换到散射光或准直光；
显示板，用于显示图像；以及
控制单元，用于控制所述切换元件在发射散射光或准直光之间切换，在切换期间改变所述平面光源的亮度，并通过根据所述平面光源的亮度变化，重新设置所述显示板的对比设置电压，来调整所述显示板的至少部分彩色像素的透射率。
2.根据权利要求1所述的具有可切换视角的液晶显示设备，其中所述平面光源、所述切换元件和所述显示板层叠放置，使得所述切换元件形成在所述平面光源和所述显示板之间。
3.根据权利要求1所述的具有可切换视角的液晶显示设备，其中所述平面光源、所述显示板和所述切换元件层叠放置，使得所述显示板形成在所述平面光源和所述切换元件之间。
4.根据权利要求1所述的具有可切换视角的液晶显示设备，其中所述切换元件是聚合物分散型液晶。
5.根据权利要求1所述的具有可切换视角的液晶显示设备，其中所述切换元件是宾/主液晶。
6.根据权利要求1所述的具有可切换视角的液晶显示设备，其中由线性隔栅增强来自所述光源的光的方向性。
7.根据权利要求1所述的具有可切换视角的液晶显示设备，其中用于调整所述透射率的彩色像素是蓝色像素。
8.根据权利要求1所述的具有可切换视角的液晶显示设备，其中用于调整所述透射率的彩色像素是蓝色像素、红色像素和绿色像素。
9.根据权利要求1所述的具有可切换视角的液晶显示设备，其中通过改变施加到所述平面光源的电流量，来改变所述平面光源的亮度。
10.根据权利要求1所述的具有可切换视角的液晶显示设备，其中通过对馈入所述平面光源的电流的时间调制，来改变所述平面光源的亮度。
11.一种用于切换液晶显示器的视角的方法，当使用来自平面光源的、入射到显示板上的光显示图像时，通过借助切换元件将来自所述平面光源的光切换到散射光或准直光，从而在宽角度显示与窄角度显示之间切换；所述用于切换液晶显示器的视角的方法包括：
在所述切换元件切换期间，改变所述平面光源的亮度；
通过根据所述平面光源的亮度变化，重新设置所述显示板的对比设置电压，来调整所述显示板的至少部分彩色像素的透射率；以及
执行控制，从而在切换之前和之后，亮度和色调不会发生变化。
12.根据权利要求11所述的用于切换液晶显示器的视角的方法，其中通过在透明状态与散射状态之间切换，所述切换元件切换到散射光或准直光。
13.根据权利要求11所述的用于切换液晶显示器的视角的方法，其中通过在高反射状态与低反射状态之间切换，所述切换元件切换到散射光或准直光。
14.根据权利要求11所述的用于切换液晶显示器的视角的方法，其中通过在高吸收状态与低吸收状态之间切换，所述切换元件切换到散射光或准直光。
15.一种终端设备，安装有根据权利要求1所述的具有可切换视角的液晶显示设备。
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