CN103091883B - 防窥显示装置及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防窥显示装置及其驱动方法，此显示装置包括有多个子像素设置于第一基板与第二基板之间，每一子像素包含有第一导电层、彩色滤光层、隔离膜、光调变元件层、第二导电层、绝缘膜以及第三导电层。其中彩色滤光层设置于第一导电层以及隔离膜之间，光调变元件层设置于隔离膜以及第二导电层之间，并且绝缘膜设置于第二导电层以及第三导电层之间，于第一显示模式时，提供平行于光调变元件层的电场至光调变元件层，于第二显示模式时，提供平行于光调变元件层的电场并且提供实质垂直于光调变元件层的电场至光调变元件层。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示装置及其驱动方法，特别是涉及一种防窥显示装置及其驱动方法。
背景技术
近年来，多视角的显示技术在显示装置的应用上愈益广泛，各种多视角的面板结构例如有边缘电场转换（fringe field switching，FFS）以及横向电场转换（in-plane switching，IPS）等，都是借由控制两电极之间电场的变化控制液晶分子的旋转，虽然所述的现有技术可达到良好的视角效果，然而并不能有效达到防窥的功能。一般来说，使用者会希望只有在有限视角范围内能完整接收到显示器上的信息。举例来说，当大于某一个侧视角度时，显示器上的信息便无法被完整接收或解读，则可防止窥视。
因此，有一部分的防窥设计是采用像素结构来实现，借由像素结构中还包含具有侧视漏光特性的子像素，达到在侧视角度下干扰防窥的目的。然而在上述的防窥设计中，对于正视者而言，该子像素并不贡献正视亮度，因此具有较低的穿透率及对比表现。
发明内容
本发明提出一种防窥显示装置及其驱动方法，可在广视角模式下具有良好的视角特性，并通过三电极的像素结构搭配改变液晶排列方向的驱动方法，来控制窄视角模式下液晶的侧视漏光表现，以提高防窥设计中显示装置的穿透率及对比。
本发明的防窥显示装置包括有多个子像素分别设置于第一基板与第二基板之间，每一子像素包括有第一导电层、彩色滤光层，隔离膜、光调变元件层、第二导电层、绝缘膜以及第三导电层，其中彩色滤光层设置于第一导电层以及隔离膜之间，光调变元件层设置于隔离膜以及第二导电层之间，并且绝缘膜设置于第二导电层以及第三导电层之间，于第一显示模式提供第一电压至第一导电层以及第三导电层，并且提供像素电压至第二导电层，于第二显示模式提供实质垂直于子像素的电场至光调变元件层。
另外，也提出一种适用于本发明的防窥显示装置的驱动方法，所述的驱动方法包含：于第一显示模式下，提供像素电压至第二导电层，并且分别提供第一电压以及第三电压至第一导电层与第三导电层，液晶分子受到水平电场影响旋转；及于第二显示模式下，提供实质垂直于子像素的电场至光调变元件层，使得液晶分子除了旋转，其排列方向会受到垂直电场的影响导致液晶分子的排列方向倾斜，在此旋转与倾斜交互作用下，使得在全灰阶范围下侧视影像对比降低，进而达到防窥目的。
综上所述，通过本发明的防窥显示装置及其驱动方法来实现在正视模式下具有良好的防窥效果。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A示出本发明实施例的防窥显示装置的剖面图；
图1B示出本发明实施例的防窥显示装置内部的电路布线图；
图2示出本发明实施例的于第一显示模式下的驱动信号示意图；
图3示出本发明实施例的防窥显示装置的另一示意图；
图4示出本发明实施例的于第二显示模式下的驱动信号示意图；
图5A示出本发明实施例的于第一显示模式下的像素电压与亮度的关系仿真示意图；
图5B示出本发明实施例的于第二显示模式下的像素电压与亮度的关系仿真示意图；
图6A示出本发明实施例的于第一显示模式下的伽玛曲线仿真示意图；
图6B示出本发明实施例的于第二显示模式下的伽玛曲线仿真示意图。
附图标记
10：第一导电层 15：彩色滤光层
101：第一基板 103：第二基板
150：显示装置 20：隔离膜
21：数据线 23：栅极线
25：接触孔 27：半导体层
30：光调变元件层 31a：子像素
31b：子像素 33：液晶分子
40：第二导电层 50：绝缘膜
60：第三导电层 V1：第一电压
V2：第二电压 V3：第三电压
51~53：曲线 54~56：曲线
61~63：曲线 64~66：曲线
具体实施方式
图1A为本发明实施例的防窥显示装置的剖面图，而图1B则为防窥显示装置内部的电路布线图。请同时参照图1A与图1B，在图1A中，此显示装置150包括有多个子像素（如标号31a与31b所示），以下将以子像素31a来做说明，此子像素31a包含有第一基板101、第一导电层10、彩色滤光层15、隔离膜20、光调变元件层30、第二导电层40、绝缘膜50、第三导电层60与第二基板103。而在图1B中，标示与图1中的标示相同者表示为相同对象，另外，标号21表示为数据线，标号23表示为栅极线，而标号25表示为接触孔（contact hole）用以导通第二导电层40以及数据线21，而标号27表示为半导体层可例如是非晶硅半导体层（amorphous silicon semi-conductor）。
具体来说，第一基板101具有上表面（图中未标示）与下表面（图中未标示）。第一基板101由透明基板所构成。第一基板101可例如是玻璃基板或可挠性基板，或者由其它透光率大约高于或等于80%的基板材质所构成。所述的第一基板101较佳的透光率大约为大于或等于90%。
第一导电层10设置于第一基板101的下表面。所述的第一导电层10较佳者可由透明导电氧化物（transparent conducting oxides，TCO）或薄金属构成。所述的透明导电氧化物可包括但不限制为氧化铟锡（ITO）、氧化锌铟（IZO）、氧化锌铝（AZO）、氧化锌镓（GZO）或加钼氧化铟（IMO）等，而薄金属则包括银（Ag）、铝（Al）或其合金等。
彩色滤光层15设置于第一导电层10的下方，而隔离膜20设置于彩色滤光层15的下方，但本发明并不限定，彩色滤光层15也可设置于第一基板101与第一导电层10之间。隔离膜20的面积大致上相应于第一导电层10的面积。如图1A所示，第一显示模式下，隔离膜20用以减少或消除第一导电层10所产生的电场对液晶分子33的作用力。所述的第一显示模式可例如是广视角的显示模式。所述的隔离膜20的材料不限定为绝缘材质，可用以减低电场对液晶分子33作用力的材质均可作为本发明实施例之一。
如图1A所示，第二基板103上设置有第三导电层60，第二基板103由透明基板所构成。第二基板103可例如是玻璃基板或可挠性基板，或者由其它具有高透光率的基板材质所构成。所述的第三导电层60可与第一导电层10具有类似或相同的材质。同样的，第三导电层60较佳者可由透明导电氧化物或薄金属构成。
绝缘膜50设置于第三导电层60的上方，第二导电层40设置于绝缘膜50的上方，绝缘膜50用以电性绝缘第二导电层40与第三导电层60。所述的第二导电层40可与第三导电层60或第一导电层10具有类似或相同的材质。同样的，第二导电层40较佳者可由透明导电氧化物或薄金属构成。
更进一步说，所述的第二导电层40的狭缝分别设置于对应的子像素31以及光调变元件层30的下方，并且第二导电层40具有多个狭缝对应至相应的子像素31区域。举例来说，第二导电层40可为子像素31中的像素电极。光调变元件层30设置于第二导电层40与隔离膜20之间，具有多个液晶分子33。
此外，在一些实施例中，在隔离膜20的下方以及第二导电层40的上方，也就是所述光调变元件层30的两侧，分别增设配向膜（alignment layer）（图未示），此配向膜主要让所述的液晶分子33的长轴于未施加电压的一初始状态沿着一平行于该些子像素31的方向排列，可例如是聚亚酰膜（polyemid）等有机材料。
接着，请一并参照图1A与图2，图2为本发明实施例的于第一显示模式下的驱动信号示意图。如图2所示，水平轴表示的是时间，而垂直轴分别表示的是第一电压V1、第二电压V2。于第一显示模式下，例如广视角的显示模式，提供具有固定值的第一电压V1至第一导电层10以及第三导电层60。另外，第二导电层40的第二电压V2，也即用以提供像素的数据电压，所述的数据电压可依照影像数据的灰阶不同而有不同电压值，并且随着一个画面周期的时间变化极性，举例来说，于一画面周期的时间，第二电压V2施加不小于第一电压V1的电压操作范围至第二导电层40；于另一画面周期的时间，第二电压V2施加不大于第一电压V1的电压操作范围至第二导电层40。值得住意的是，于第一显示模式下，所述第一电压V1为直流电压（例如，直流电压5伏特）。施加的第二电压可产生一水平于像素31的电场，提供液晶分子33水平旋转的作用力，形成如图1A所示的不同液晶分子33的旋转量，因此能够具有良好的广视角显示效果，并且隔离膜20为绝缘材料用以降低第一导电层对光调变元件层30的干扰，避免液晶分子33受到第一导电层对液晶分子33的影响。
请参照图3，图3为本发明实施例的防窥显示装置的另一示意图。如图3所示，于第二显示模式下，借由提供一个实质垂直于该光调变元件层30的电场，进而改变所述的液晶分子33的排列方向，使得液晶分子33的长轴相对于所述的第二导电层40具有一倾角，并且提供一平行于该光调变元件层30的水平电场，使得液晶分子33也同时具有旋转的作用力。如此一来不需要额外增加子像素调整漏光程度，便可达到所述的第二显示模式例如是窄视角的显示模式。
接下来，请一并参照图3与图4，图4为本发明实施例的于第二显示模式下的驱动信号示意图。如图4所示，水平轴表示的是时间，而垂直轴分别表示的是第一电压V1、第二电压V2与第三电压V3。第一电压V1为具有固定值的直流电压，第二电压V2也即用以提供像素的数据电压，所述的数据电压可依照影像数据的灰阶不同而有不同电压值，并且随着一个画面周期的时间变化极性，第三电压V3为随着一个画面周期的时间变化极性的交流电压。
在本发明的其中一实施例中，于第二显示模式下，提供具有固定值的第一电压V1至第一导电层10，提供随着一个画面周期的时间变化极性第二电压V2至第二导电层40以及提供随着一个画面周期的时间变化的第三电压V3至第三导电层60。举例来说，于第一画面周期的时间内，第二电压V2施加不大于第三电压V3的电压操作范围至第二导电层40，并且第三电压V3大于第一电压V1；于第二画面周期的时间内，第二电压V2施加不小于第三电压V3的电压操作范围至第二导电层40，并且第三电压V3小于第一电压V1。值得住意的是，于第二显示模式下，第一电压V1皆为固定电压（例如，直流电压5伏特）。所述的第三电压V3为交流电压，并且第三电压V3随着一个画面周期的时间变换极性。举例来说，于正极性时，施加0伏特至第三导电层60；以及于负极性时，施加10伏特至第三导电层60。换句话说，第一导电层10与第三导电层60之间具有一个电压差，便会产生一实质垂直于第一基板的垂直电场，用以使液晶分子33长轴的排列方向具有一倾角。
如图3与图4所示，在本发明的另一个实施例中，于第二显示模式下，提供具有固定值的第一电压V1至第三导电层60，提供第二电压V2至第二导电层40，以及提供具有交流形式并随着一个画面周期的时间变化的第三电压V3至第一导电层10，也可使第三导电层60与第一导电层10之间有电压差，而形成一个垂直电场，其原理与驱动方法皆于上述一实施例相同，不另赘述。另外，在本发明的又一个实施例中，于第二显示模式下，提供具有固定值的第一电压V1至第一导电层10，提供第二电压V2至第三导电层60，以及提供具有交流形式并随着一个画面周期的时间变化的第三电压V3至第二导电层40，也可使第三导电层60与第一导电层10之间有电压差，形成一个垂直电场。本发明以上述实施例为示，然不以上述实施例为限。只要能够使得第一导电层10与第二导电层40之间具有不为0的电压差，进而产生实质垂直于所述像素31的电场，用以改变液晶分子33长轴倾角，此外再提供用以一产生水平于所述像素31的电场的电压，使得液晶分子33能够在水平方向旋转，皆涵盖本发明精神的范围。
接着，请参照图5A，图5A为本发明实施例的于第一显示模式下的像素电压与亮度的关系仿真示意图。如图5A所示，水平轴表示施加至第二导电层的第二电压（即像素电压），而垂直轴表示的是亮度。另外，提供第一电压（例如，直流电压5伏特）至第一导电层与第三导电层。曲线51代表视角与显示面的法线差为0度的第二电压与亮度的关系。曲线52代表视角与显示面的法线差为45度的第二电压与亮度的关系。曲线53代表视角与显示面的法线差为60度的第二电压与亮度的关系。将曲线51、52及53转换成灰阶对归一化穿透率关系图，可获得如图6A所对应的伽玛（gamma）曲线。其中曲线61代表视角与显示面的法线差为0度的伽玛曲线，其伽玛值大约为2.2。曲线62及63分别代表视角与显示面的法线差为45度与60度的伽玛曲线。由图6A可得知，曲线62、曲线63与曲线61的变化不大，因此，在第一显示模式下，可获得良好的广视角特性。
同样的，请参照图5B，图5B为本发明实施例的于第二显示模式下的像素电压与亮度的关系仿真示意图。如图5B所示，水平轴表示的是施加至第二导电层的第二电压（即像素电压），而垂直轴表示的是亮度，于第一画面周期时施加电压5伏特至第一导电层与10伏特至第三导电层；于第二画面周期的时间内施加电压5伏特至第一导电层与0伏特至第三导电层。曲线54代表视角与显示面的法线差为0度的像素电压与亮度的关系。曲线55代表视角与显示面的法线差为45度的第二电压与亮度的关系。曲线56代表视角与显示面的法线差为60度的第二电压与亮度的关系。由此可得知，第二电压与亮度的关系在相邻两个画面周期的时间内具有对称性。将曲线54、55及56转换成灰阶对归一化穿透率关系图，可获得如图6B所对应的伽玛（gamma）曲线。其中曲线64代表视角与显示面的法线差为0度的伽玛曲线，其伽玛值大约为2.2。曲线65及66分别代表视角与显示面的法线差为60度与45度的伽玛曲线。由图6B可得知，在第二显示模式下，随着灰阶数的增加，由于侧视亮度的变化不大，使得侧视画面的对比变得很低，进而使本发明实施例具有相当程度的防窥能力。
接下来，请分别参照图1~图4显示装置。首先，判断目前的显示设定为第一显示（例如，广视角显示）模式或第二显示（例如，窄视角显示）模式。一般来说，可通过侦测是否有对应视角切换的控制信号来确认目前的显示模式，或者搭配软件程序来确认目前的显示模式。
接着，于确认为第一显示模式时，提供第二电压V2至第二导电层40，并且提供具有固定电压值的第一电压V1至第一导电层10与第三导电层60。于确认为第二显示模式时，提供实质垂直于光调变元件层30方向的电场至光调变元件层30，用以改变液晶分子33的排列方向。举例来说，提供第二电压V2至第二导电层40，并且提供具有固定电压值的第一电压V1至第一导电层10与具有可变电压值的第三电压V3至第三导电层60，以使光调变元件层30之间形成实质垂直于光调变元件层30方向的电场。所述的第三电压V3为一交流电压，并且随着一个画面周期的时间变换极性，液晶分子33除了受水平电场影响旋转外，存在于光调变元件层30间的电压差更形成垂直电场导致液晶分子33倾斜，在旋转与倾斜交互作用下，使得在全灰阶范围下侧视角度的亮度对比降低，进而达到防窥目的。
综上所述，通过本发明实施例的显示装置及其驱动方法，实现具防窥效果的影像。于广视角模式下，依然可维持良好的影像质量。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟习相关技术的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的变更与修饰，因此本发明的保护范围应当由所附的权利要求书所界定为准。
Claims (7)
1.一种防窥显示装置，其特征在于，包括有多个子像素，每一该些子像素包含：
一第一导电层，具有两侧面，其中一侧设置一第一基板；
一隔离膜，设置于该第一导电层另一侧；
一彩色滤光层，设置于该第一导电层的一侧；
一光调变元件层，该光调变元件层包含多个液晶分子；
一第二导电层，其中该光调变元件层设置于该隔离膜以及该第二导电层之间，该第二导电层为像素电极，并具有多个狭缝；
一绝缘膜；以及
一第三导电层，其中该绝缘膜设置于该第二导电层以及该第三导电层之间，且该第三导电层的另一侧设置一第二基板，
其中于一第一显示模式，于该第一显示模式中，该第一导电层与该第三导电层具有相同电压，提供一平行于该光调变元件层的电场至该光调变元件层，于一第二显示模式，提供一随着一画面周期的时间变换极性的电压至该第一导电层，该第一导电层与该第三导电层之间具有一电压差，提供一平行于该光调变元件层的电场，并且提供一实质垂直于该光调变元件层的电场至该光调变元件层。
2.根据权利要求1所述的防窥显示装置，其特征在于，每一该些液晶分子分别具有一长轴以及一短轴，其中该长轴分别于一初始状态沿一平行于该第一基板的方向排列，其中该初始状态未施加电压于该防窥显示装置。
3.根据权利要求2所述的防窥显示装置，其特征在于，该光调变元件层相邻两侧还分别包含一配向膜。
4.一种防窥显示装置的驱动方法，其特征在于，该驱动方法包含：
提供一像素矩阵具有多个子像素，每一该些子像素包含一第一导电层、一彩色滤光层、一隔离膜、一光调变元件层、一第二导电层、一绝缘膜以及一第三导电层，该第一导电层具有两侧面，其中一侧设置一第一基板，该隔离膜设置于该第一导电层另一侧，该彩色滤光层设置于该第一导电层的一侧，该光调变元件层包含多个液晶分子，其中该光调变元件层设置于该隔离膜以及该第二导电层之间，该第二导电层为像素电极，并具有多个狭缝，该绝缘膜设置于该第二导电层以及该第三导电层之间，该第三导电层的另一侧设置一第二基板；
于一第一显示模式，提供一第一电压至该第一导电层与该第三导电层，并提供一第二电压至该第二导电层；以及
于一第二显示模式，提供一随着一画面周期的时间变换极性的第三电压至该第一导电层，提供该第二电压至该第二导电层，以及提供该第一电压至该第三导电层，该第一导电层与该第三导电层之间有一电压差，提供一平行于该光调变元件的电场，并且提供一实质垂直于该光调变元件层的电场至该光调变元件层。
5.根据权利要求4所述的驱动方法，其特征在于，该第一电压为一直流电压。
6.根据权利要求4所述的驱动方法，其特征在于，该第二电压为影像灰阶的数据电压。
7.根据权利要求6所述的驱动方法，其特征在于，该第二电压随着一画面周期的时间变换极性。
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