CN107624168A - 视角可切换的液晶显示装置及其视角切换方法 - Google Patents

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Abstract

一种视角可切换的液晶显示装置及其视角切换方法，其中该视角可切换的液晶显示装置包括显示面板和显示控制模块，该显示面板包括第一基板、与该第一基板相对设置的第二基板及位于该第一基板与该第二基板之间的液晶层，该显示控制模块用于控制该显示面板实现画面显示，该第一基板上设有第一电极，该第二基板设有第二电极和第三电极，该液晶显示装置还包括视角控制模块，该显示控制模块还用于向该视角控制模块提供同步控制信号，该视角控制模块根据该同步控制信号，在接收到视角切换信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，向该第一电极输出用于控制视角切换的周期性的交流电压。

Description

视角可切换的液晶显示装置及其视角切换方法
技术领域
本发明涉及液晶显示的技术领域，特别是涉及一种视角可切换的液晶显示装置及其视角切换方法。
背景技术
液晶显示装置(liquid crystal display，LCD)具有画质好、体积小、重量轻、低驱动电压、低功耗、无辐射和制造成本相对较低的优点，在平板显示领域占主导地位。
现在液晶显示装置逐渐向着宽视角方向发展，如采用面内切换模式(IPS)或边缘场开关模式(FFS)的液晶显示装置均可以实现较宽的视角。宽视角的设计使得使用者从各个方向均可看到完整且不失真的画面。然而，当今社会人们越来越注重保护自己的隐私，有很多事情并不喜欢拿出来和人分享。在公共场合，总希望自己在看手机或者浏览电脑的时候内容是保密的。因此，单一视角模式的显示器已经不能满足使用者的需求。除了宽视角的需求之外，在需要防窥的场合下，也需要能够将显示装置切换或者调整到窄视角模式。
目前有以下两种方式对液晶显示装置的宽视角与窄视角进行切换：第一种是在显示屏上贴附百叶遮挡膜来实现，当需要进行防窥时，利用百叶遮挡膜遮住屏幕即可缩小视角；第二种是在液晶显示装置中设置双光源背光系统用于调节液晶显示装置的视角，该双光源背光系统由两层层叠的导光板结合反棱镜片构成，顶层导光板(LGP-T)结合反棱镜片改变光线的走向使得光线限制在比较窄的角度范围，实现液晶显示装置的窄视角，而底部导光板(LGP-B)结合反棱镜片的功能则实现液晶显示装置的宽视角。
但是，上述第一种方法的缺陷在于这种方式需要额外准备百叶遮挡膜，给使用者造成极大的不便，且一张百叶遮挡膜只能实现一种视角，一旦贴附上百叶遮挡膜后，视角便固定了，只能实现窄视角模式，不能根据用户的需求进行视角的变换；上述第二种方式的缺陷在于此种双光源背光系统会导致液晶显示装置的厚度及成本均增加，不符合液晶显示装置轻薄化的发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种视角可切换的液晶显示装置及其视角切换方法，可在无需使用遮挡膜、基本不增加产品厚度和制作成本的条件下实现宽视角与窄视角的轻松切换功能，实现不同场合的宽窄视角轻松切换，具有较强的操作灵活性和方便性。
本发明实施例提供一种视角可切换的液晶显示装置，包括显示面板和显示控制模块，该显示面板包括第一基板、与该第一基板相对设置的第二基板及位于该第一基板与该第二基板之间的液晶层，该显示控制模块用于控制该显示面板实现画面显示，该第一基板上设有第一电极，该第二基板设有第二电极和第三电极，该液晶显示装置还包括视角控制模块，该显示控制模块还用于向该视角控制模块提供同步控制信号，该视角控制模块根据该同步控制信号，在接收到视角切换信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，向该第一电极输出用于控制视角切换的周期性的交流电压。
进一步地，该视角控制模块根据该同步控制信号，还在接收到视角调整信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，改变施加在该第一电极上的交流电压的波形、幅值或频率。
进一步地，该液晶显示装置设有视角控制按键，用于供用户向该液晶显示装置发出视角切换信号或视角调整信号。
进一步地，该视角控制按键为实体按键或虚拟按键。
进一步地，该液晶显示装置还包括背光源和背光亮度控制模块，该背光亮度控制模块根据该视角调整信号或该视角调整信号自动调整该背光源的亮度。
进一步地，该显示控制模块还用于对该显示面板的画面进行检测和判断，并根据判断结果自动输出视角调整信号给该视角控制模块。
进一步地，该视角控制模块还用于向该第二电极输出直流公共电压，且向该第一电极输出的交流电压波形围绕该直流公共电压为中心上下波动。
进一步地，向该第一电极输出的交流电压波形的周期为每帧画面显示周期的0.5或2^n倍，其中n＝0，1，2，4，8。
进一步地，向该第一电极输出的交流电压波形为方波、正弦波、三角波或锯齿波。
进一步地，该液晶显示装置还包括驱动波形存储模块，该驱动波形存储模块用于存储不同的交流电压波形，当向该第一电极输出交流电压时，该视角控制模块从该驱动波形存储模块中调用相应的交流电压波形并向该第一电极输出。
进一步地，该液晶层内的液晶分子为正性液晶分子，在初始状态下，该正性液晶分子处于平躺姿态且该显示面板具有宽视角；当向该第一电极输出交流电压时，该正性液晶分子从平躺姿态偏转至倾斜姿态且该显示面板从宽视角切换至窄视角。
进一步地，该液晶层内的液晶分子为负性液晶分子，在初始状态下，该负性液晶分子处于倾斜姿态且该显示面板具有窄视角；当向该第一电极输出交流电压时，该负性液晶分子从倾斜姿态偏转至平躺姿态且该显示面板从窄视角切换至宽视角。
进一步地，该第二基板上设有扫描线和数据线，其中多条扫描线与多条数据线相互交叉限定多个子像素区域，该第一基板上还设有金属导电层，该金属导电层包括多个金属导电条，该多个金属导电条直接与该第一电极导电接触。
进一步地，该第一基板上还设有色阻层、黑矩阵、第一平坦层和第二平坦层，该色阻层和该黑矩阵错开设置且形成在该第一基板朝向该液晶层的表面上，该第一平坦层覆盖在该色阻层和该黑矩阵上，该第一电极形成在该第一平坦层上，该金属导电层形成在该第一电极上且与该黑矩阵重叠设置，该第二平坦层覆盖在该金属导电层上。
进一步地，该第一基板上还设有色阻层、黑矩阵和平坦层，该黑矩阵形成在该第一基板朝向该液晶层的表面上，该第一电极形成在该黑矩阵上，该色阻层形成在该第一电极上且与该黑矩阵错开设置，该金属导电层形成在该第一电极上且与该黑矩阵重叠设置，该平坦层覆盖在该金属导电层和该色阻层上。
本发明实施例还提供一种液晶显示装置的视角切换方法，该液晶显示装置包括显示面板，该显示面板包括第一基板、与该第一基板相对设置的第二基板及位于该第一基板与该第二基板之间的液晶层，该第一基板上设有第一电极，该第二基板上设有第二电极和第三电极，其中该视角切换方法包括：
在接收到视角切换信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，向该第一基板上的第一电极输出用于控制视角切换的周期性的交流电压。
进一步地，该视角切换方法还包括：在接收到视角调整信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，改变施加在该第一电极上的交流电压的波形、幅值或频率。
进一步地，该液晶显示装置设有视角控制按键，该视角切换信号或该视角调整信号由用户通过该视角控制按键向该液晶显示装置发出。
进一步地，该视角切换方法还包括：对该显示面板的画面进行检测和判断，并根据判断结果自动生成视角调整信号。
进一步地，该视角切换方法还包括：向该第二电极输出直流公共电压，且向该第一电极输出的交流电压波形围绕该直流公共电压为中心上下波动。
本发明实施例提供的视角可切换的液晶显示装置及其视角切换方法，在第一基板上设置用于控制视角的第一电极，通过向第一电极上施加交流的偏置电压，可实现显示面板在宽窄视角之间的切换。当接收到用户的视角切换信号时，根据显示控制模块提供的同步控制信号，先等待当前帧画面显示完毕后，在下一帧画面开始显示时，才向第一电极输出交流电压以实现视角切换。通过在一帧画面开始显示时进行视角切换，每帧画面在显示时第一电极上的电压都是一致的，避免出现在一帧画面的前半部分和后半部分第一电极上的电压不一致的情况，从而消除由于第一电极上的电压突变所产生的画面闪烁(flicker)以及斑点(mura)等问题。本发明实施例可在无需使用遮挡膜、基本不增加产品厚度和制作成本的条件下实现宽视角与窄视角之间的自由轻松切换，具有较强的操作灵活性和方便性，达到集娱乐视频与隐私保密于一体的多功能液晶显示装置。
附图说明
图1为本发明第一实施例中液晶显示装置在宽视角时的结构示意图。
图2为图1中液晶显示装置在窄视角时的结构示意图。
图3为图1中液晶显示装置的第二基板的电路示意图。
图4a至图4c为本发明不同实例中金属导电层的图案结构示意图。
图5为图1中液晶显示装置的其中一种工作原理框图。
图6为图1中液晶显示装置的工作时序示意图。
图7a至图7b为图1中液晶显示装置的平面结构示意图。
图8a至图8e为本发明不同实例中输出至第一电极上的交流电压波形。
图9为图1中液晶显示装置的另一种工作原理框图。
图10为本发明第二实施例中液晶显示装置的结构示意图。
图11为本发明第三实施例中液晶显示装置在宽视角时的结构示意图。
图12为图11中液晶显示装置在窄视角时的结构示意图。
图13为本发明第四实施例中液晶显示装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”、“设置在”或“位于”另一元件上时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。
[第一实施例]
图1为本发明第一实施例中液晶显示装置在宽视角时的结构示意图，图2为图1中液晶显示装置在窄视角时的结构示意图，请参图1与图2，该液晶显示装置包括显示面板10，该显示面板10包括第一基板11、与第一基板11相对设置的第二基板12及位于第一基板11与第二基板12之间的液晶层13。
一般情况下，当用户从不同的视角观看液晶显示装置的屏幕时，图像的对比度会随着视角的增加而减小。传统的扭曲向列型(Twisted Nematic，TN)的液晶显示装置，公共电极和像素电极分别形成在上下两个不同的基板上，液晶分子在一个与基板垂直的平面内旋转。然而，在TN型液晶显示装置中，靠近两个基板的表面位置的液晶分子是相互正交排列的，导致TN型液晶显示装置的视角比较窄。为实现宽视角，采用水平电场的平面内切换型(In-Plane Switching，IPS)和采用边缘电场的边缘电场切换型(Fringe FieldSwitching，FFS)的液晶显示装置被开发出来。针对IPS型或FFS型的液晶显示装置，公共电极和像素电极是形成在同一基板(即薄膜晶体管阵列基板)上，液晶分子在与基板大致平行的平面内旋转从而获得更广的视角。
本实施例提供的液晶显示装置适用于平面内切换型(IPS)、边缘电场切换型(FFS)等模式的液晶显示装置，公共电极和像素电极均形成在同一基板(即薄膜晶体管阵列基板)上，在公共电极和像素电极之间施加显示用的电场时，液晶分子在与基板大致平行的平面内旋转以获得较广的视角。本实施例中，以边缘电场切换型(FFS)为例对该液晶显示装置进行说明。
本实施例中，第一基板11例如为彩色滤光片基板，第二基板12例如为薄膜晶体管阵列基板。第一基板11在背向液晶层13的表面设有第一偏光片111，第二基板12在背向液晶层13的表面设有第二偏光片121，第一偏光片111与第二偏光片121的透光轴方向相互垂直。
本实施例中，第一基板11在朝向液晶层13的表面设有色阻层112、黑矩阵(BM)113、第一平坦层114、第一电极115、金属导电层116和第二平坦层117。本实施例中，色阻层112和黑矩阵113错开设置且形成在第一基板11朝向液晶层13的表面上，第一平坦层114覆盖在色阻层112和黑矩阵113上，第一电极115形成在第一平坦层114上，金属导电层116形成在第一电极115上且与黑矩阵113重叠设置，第二平坦层117覆盖在金属导电层116上，但本发明不限于此，各个膜层之间的结构和顺序可以根据需要进行适当调整。
色阻层112例如包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三色的色阻材料，分别对应形成红、绿、蓝三色的子像素(sub-pixel)，多个相邻的子像素构成一个用于显示的像素(pixel)，例如每个像素包括红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三个子像素，但本发明不限于此。黑矩阵113位于红、绿、蓝三色的子像素之间，使相邻的子像素之间通过黑矩阵113相互间隔开。第一平坦层114用于对色阻层112和黑矩阵113的表面起到平坦化作用，第二平坦层117用于对金属导电层116的表面起到平坦化作用。
本实施例中，第二基板12在朝向液晶层13的表面设有栅极绝缘层122、绝缘保护层123、第二电极124、绝缘间隔层125和第三电极126。本实施例中，栅极绝缘层122形成在第二基板12朝向液晶层13的表面上，绝缘保护层123位于栅极绝缘层122上并覆盖保护薄膜晶体管(TFT，参图3)，第二电极124形成在绝缘保护层123上，绝缘间隔层125形成在第二电极124上，第三电极126形成在绝缘间隔层125上，但本发明不限于此，各个膜层之间的结构和顺序可以根据需要进行适当调整。
第一电极115、第二电极124与第三电极126可以采用氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)等透明材质制成为透明电极。第一电极115为视角控制电极，用于施加偏置电压，从而控制视角切换。第二电极124为公共电极(common electrode)，用于施加画面显示用的公共电压(Vcom)；第三电极126为像素电极(pixel electrode)，形成在每个子像素区域P(参图3)内。本实施例中，第三电极126位于第二电极124上方，两者之间设有绝缘间隔层125，但不限于此，在其他实施例中，第三电极126也可以位于第二电极124下方。
第一电极115可以是没有被图案化的整面电极(如图1)。第二电极124可以是局部被图案化的面状电极(如图1)，如在第二基板12上形成TFT的位置，第二电极124被部分地刻蚀去除，使像素电极(即第三电极126)可以通过此处位置向下导通连接至TFT。位于每个子像素区域P内的第三电极126(即像素电极)可以是块状电极或者包括连在一起的多个电极条(如图1)。
另外，当该液晶显示装置采用平面内切换型(IPS)模式时，第二电极124和第三电极126还可以位于同一层中且相互绝缘间隔开，例如第二电极124和第三电极126可以分别制成具有多个电极条的梳状结构且相互插入配合。
图3为图1中液晶显示装置的第二基板的电路示意图，请结合图3，第二基板12上还设有扫描线127和数据线128，其中多条扫描线127与多条数据线128相互交叉限定多个子像素区域P，每个子像素区域P形成为该液晶显示装置的一个子像素(sub-pixel)，该液晶显示装置的子像素形成行与列的阵列排布。每个子像素区域P内设有像素电极(即第三电极126)和薄膜晶体管(TFT)129，薄膜晶体管129位于扫描线127与数据线128交叉的位置附近。每个薄膜晶体管129包括栅极、有源层、源极及漏极(图未示)，其中栅极电连接对应的扫描线127，源极和漏极相互间隔开且均与有源层接触连接，源极与漏极之一电连接对应的数据线128，源极与漏极之另一电连接对应的像素电极(即第三电极126)，例如源极电连接对应的数据线128，漏极电连接对应的像素电极(即第三电极126)。
栅极绝缘层122形成在第二基板12朝向液晶层13的表面上并覆盖扫描线127和薄膜晶体管129的栅极，绝缘保护层123位于栅极绝缘层122上并覆盖数据线128和薄膜晶体管129的源极及漏极。绝缘间隔层125位于第二电极124(即公共电极)与第三电极126(即像素电极)之间起到绝缘作用。
金属导电层116可由Cr、W、Ti、Ta、Mo、Al、Cu等金属或合金制成，直接形成在第一电极115的表面上。金属导电层116包括多个条状的金属导电条116a，这些金属导电条116a直接与第一电极115导电接触。
在一个实例中，请参图4a，这些金属导电条116a分别位于各扫描线127的正上方且沿着各扫描线127所在的方向延伸。优选地，金属导电条116a与扫描线127具有相同的数量，即每一金属导电条116a与一条扫描线127相对应，相邻两个金属导电条116a间隔一行子像素的宽度。
在另一实例中，请参图4b，这些金属导电条116a分别位于各数据线128的正上方且沿着各数据线128所在的方向延伸(也可参图1)。优选地，金属导电条116a与数据线128具有相同的数量，即每一金属导电条116a与一条数据线128相对应，相邻两个金属导电条116a间隔一列子像素的宽度。
在又一实例中，请参图4c，这些金属导电条116a分别位于各数据线128和各扫描线127的正上方且同时沿着各数据线128和各扫描线127所在的方向延伸，即这些金属导电条116a相互交叉连成网状(mesh)结构。优选地，沿着数据线128所在方向延伸的金属导电条116a的数量与数据线128的数量相同，使每一数据线128的正上方均对应设有一个金属导电条116a；沿着扫描线127所在方向延伸的金属导电条116a的数量与扫描线127的数量相同，使每一扫描线127的正上方均对应设有一个金属导电条116a。这些金属导电条116a所交叉形成的网状结构可以具有与黑矩阵113相同的图案结构。
如图1所示，这些金属导电条116a位于黑矩阵113的正下方且被黑矩阵113覆盖。优选地，金属导电条116a的线宽小于黑矩阵113的连线的线宽，使得这些金属导电条116a完全被黑矩阵113覆盖住，虽然金属导电条116a是由金属制成且不透光，但由于设置在黑矩阵113的正下方位置处，因此每个子像素区域P的开口率不会受到这些金属导电条116a的影响，该液晶显示装置的穿透率也不会受到影响。
液晶分子一般分为正性液晶分子和负性液晶分子。本实施例中，液晶层13中的液晶分子为正性液晶分子，正性液晶分子具备响应快的优点。在初始状态(即显示面板10未施加任何电压的情形)下，液晶层13内的正性液晶分子呈现与基板11、12平行的平躺姿态，正性液晶分子的长轴方向与基板11、12的表面基本平行(如图1)。由于配向膜(图未示)的锚定作用，该显示面板10在未施加任何电压的初始状态下，正性液晶分子可以保持在平躺姿态。在实际应用中，液晶层13内的正性液晶分子与基板11、12之间可以具有很小的初始预倾角，该初始预倾角的范围可为大于或等于0度且小于或等于5度，即：0°≦θ≦5°。在施加电压形成的电场作用下，正性液晶分子的长轴会朝向与电场线方向平行的趋势发生偏转。
通过控制施加在第一电极115上的偏置电压，该液晶显示装置可在宽视角模式与窄视角模式之间切换。以下所述“偏置电压”为第一电极115(即视角控制电极)与第二电极124(即公共电极)之间的电压差。
请参图1，当在第一电极115上未施加偏置电压(包含施加很小的偏置电压，如小于0.5V的情形)时，液晶分子的倾斜角度几乎不发生变化，液晶分子为传统的面内电场驱动方式，由位于同一基板(即第二基板12)上的像素电极(即第三电极126)与公共电极(即第二电极124)之间形成的面内电场驱动液晶分子在与基板11、12平行的平面内旋转，液晶分子在较强的面内电场作用下实现宽视角模式。
请参图2，当在第一电极115上施加一定大小的偏置电压时，由于第一基板11上的第一电极115与第二基板12上的第二电极124之间存在电压差，因此会在两个基板11、12之间形成垂直电场(如图中箭头E所示)，由于正性液晶分子在电场作用下将沿着平行于电场线的方向旋转，正性液晶分子在该垂直电场作用下将发生偏转，使液晶分子与基板11、12之间的倾斜角度增大。由于液晶分子发生了偏转，使得在该显示面板10的屏幕斜视方向上，穿过液晶分子的光线由于相位延迟与上下偏光片111、121不匹配，出现了漏光现象，导致从该显示面板10的斜视方向上观看屏幕时，屏幕上的对比度降低而影响观看效果，并使视角减小，从而实现窄视角模式。
图5为图1中液晶显示装置的其中一种工作原理框图，图6为图1中液晶显示装置的工作时序示意图，请参图5、图6，该液晶显示装置还包括栅极驱动电路20、源极驱动电路30、显示控制模块40和视角控制模块50。
显示控制模块40具体可以是时序控制器(Timing Controller,T-CON)或者专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)等。显示控制模块40用于控制显示面板10实现画面显示。具体地，显示控制模块40在对来自显卡(Video GraphicsAccelerator,VGA)100的图像数据进行处理后，显示控制模块40控制栅极驱动电路20依次向各扫描线127送出扫描驱动信号，依序将每一行的TFT打开，在每一行的TFT打开时，显示控制模块40控制源极驱动电路30通过各数据线128送出数据驱动信号，将一整行的子像素分别充电到各自所需的电压，在所有子像素充电完成时，即实现一帧(frame)画面的显示。然后，重复上述显示过程不断进行画面刷新，画面的刷新频率例如为60Hz(即每秒刷新60次画面)，即可实现画面的连续显示。
如图5和图6所示，在显示过程中，显示控制模块40还用于向视角控制模块50输出同步控制信号，该同步控制信号可以是帧同步信号。视角控制模块50根据该同步控制信号，在接收到视角切换信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，向第一电极115输出用于控制视角切换的周期性的交流电压。
也就是说，用户可以向该液晶显示装置发出视角切换信号，在接收到视角切换信号时，视角控制模块50并不是立刻向第一电极115输出用于控制视角切换的周期性交流电压，而是在等待当前帧画面显示完毕之后，在下一帧画面开始显示时，视角控制模块50才向第一电极115输出用于控制视角切换的周期性交流电压。
下面进行举例说明，请参图6，当在第n帧画面的显示过程中，如果在该第n帧画面中的某一时刻(如t1时刻)接收到视角切换信号，视角控制模块50并非在该t1时刻即马上向第一电极115输出交流电压，而是在等待该第n帧画面显示完毕后，在第n+1帧画面开始显示时(即t2时刻)，视角控制模块50才向第一电极115输出用于控制视角切换的交流电压，使显示面板10从宽视角模式切换至窄视角模式。也就是说，在显示过程中，显示控制模块40会持续向视角控制模块50发送同步控制信号，当接收到视角切换信号时，视角控制模块50根据显示控制模块40提供的同步控制信号，选择在接收到该视角切换信号的当前帧画面显示完毕后，在下一帧画面开始显示时，向第一电极115输出用于控制视角切换的交流电压，以实现宽窄视角切换。
如果在t1时刻接收到视角切换信号，且在t1时刻即马上向第一电极115输出交流电压，由于在该第n帧画面的前半部分H1，第一电极115上是没有施加电压的，这样会导致在该第n帧画面的前半部分H1和后半部分H2，第一电极115上的电压会产生一个突变，而且这个电压突变是发生在该第n帧画面的显示过程中(即发生在前半部分H1与后半部分H2之间)，这个电压突变会导致该第n帧画面在前半部分H1和后半部分H2出现画面显示不均，容易造成画面的闪烁(flicker)以及斑点(mura)等问题。
本发明实施例中，在t1时刻接收到视角切换信号，不是在t1时刻即马上向第一电极115输出交流电压，而是根据显示控制模块40提供的同步控制信号，先等待该第n帧画面显示完毕后，在第n+1帧画面开始显示时(即t2时刻)，才向第一电极115输出交流电压以完成宽窄视角切换。通过在一帧画面显示的开始时刻进行视角切换，可以避免第一电极115上的电压在一帧画面显示过程中产生突变，确保第一电极115上的电压在每帧画面的显示过程中都是一致的，因此每帧画面的画面显示也是均匀的，从而消除了由于第一电极115上的电压突变所产生的画面闪烁(flicker)以及斑点(mura)等问题。
进一步地，请参图5与图6，在窄视角模式下，用户还可以向该液晶显示装置发出视角调整信号，视角控制模块50根据该同步控制信号，在接收到视角调整信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，改变施加在第一电极115上的周期性交流电压的波形、幅值或频率，从而在实现宽窄视角切换的基础上，进一步满足用户对视角的自我调整需求。例如，当已经向第一电极115上施加了某一波形的交流电压实现某一角度(如45°)的窄视角显示之后，若用户此时想要将视角从45°进一步减小至35°，则用户可以向该液晶显示装置发出视角调整信号，视角控制模块50根据该视角调整信号改变施加在第一电极115上的交流电压的波形、幅值或频率，从而将视角减小至35°。
根据该视角调整信号改变施加在第一电极115上的交流电压的波形、幅值或频率时，也是在接收到该视角调整信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，视角控制模块50才改变施加在第一电极115上的周期性交流电压的波形、幅值或频率。如图6所示，如果在第n+x帧画面中的某一时刻(如t3时刻)接收到用户的视角调整信号，视角控制模块50根据该视角调整信号和该同步控制信号，在下一帧画面(即第n+x+1帧画面)开始显示时(即t4时刻)，才改变施加在第一电极115上的交流电压的波形、幅值或频率，以避免在一帧画面的显示过程中改变交流电压的波形、幅值或频率，导致第一电极115上的电压突变产生画面闪烁(flicker)以及斑点(mura)等问题。例如在t4时刻开始从原来输出正弦波形改变为向第一电极115输出三角波形，以实现视角的调整。从而在窄视角模式下，本实施例还可以根据用户的自身需求进一步实现视角调整，提高了用户的使用体验和满意度。
图7a至图7b为图1中液晶显示装置的平面结构示意图，请参图7a至图7b，该液晶显示装置设有视角控制按键60，视角控制按键60用于供用户向该液晶显示装置发出视角切换信号或视角调整信号。视角切换按键60可以是实体按键(如图7a所示)，也可为软件控制或者应用程序(APP)来实现切换功能(如图7b所示，通过滑动条设置视角大小)。在正常情况下，第一电极115上不施加偏置电压，该液晶显示装置工作在宽视角模式下。当有防窥需求而需要切换至窄视角模式时，用户可以通过操作该视角控制按键60发出视角切换信号或视角调整信号，从而轻松地切换宽窄视角或者调整到不同视角。当不需要窄视角显示时，用户可以通过再次操作该视角控制按键60，撤销施加在第一电极115上的交流电压，从而返回至宽视角显示。因此，本发明实施例的视角可切换的液晶显示装置具有较强的操作灵活性和方便性。
进一步地，在显示过程中，显示控制模块40还用于对显示面板10的画面进行检测和判断，并根据判断结果自动输出视角调整信号给视角控制模块50，视角控制模块50根据该同步控制信号，在接收到该视角调整信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，改变施加在第一电极115上的周期性交流电压的波形、幅值或频率，从而在实现宽窄视角切换的基础上，进一步实现画面品质的自动监测和动态调整。例如，当已经向第一电极115上施加了某一波形的交流电压并实现窄视角显示之后，若由于外界环境的变化，显示控制模块40判断该交流电压波形产生的窄视角显示画面的对比度不符合当前显示要求(如对比度过低，导致在窄视角下无法看清屏幕)，则显示控制模块40根据画面对比度低的判断结果向视角控制模块50输出视角调整信号，视角控制模块50根据该视角调整信号改变施加在第一电极115上的交流电压的波形、幅值或频率，以增大显示画面的对比度，从而实现画面的显示监测和动态调整，维持画面较好的显示品质。
请参图5，该液晶显示装置还包括驱动波形存储模块70，驱动波形存储模块70用于存储控制视角切换的不同的交流电压波形。当向第一电极115输出用于控制视角切换的交流电压时，视角控制模块50可以从驱动波形存储模块70中调用相应的交流电压波形并向第一电极115输出。
图8a至图8e为本发明不同实例中输出至第一电极上的交流电压波形，请参图8a至图8e，向第一电极115输出的交流电压为一个周期性的交流波形，其波形具体可以为方波(如图8a)、正弦波(如图8b和图8e)、三角波(如图8c)或锯齿波(如图8d)。本实施例中，每帧画面的显示周期为T1(例如当画面刷新频率为60Hz时，每帧画面的显示周期T1为1/60秒)，向第一电极115输出的交流电压波形的周期为T2。其中，向第一电极115输出的交流电压波形的周期T2可以为每帧画面显示周期T1的0.5或2^n倍(2的n次方)，其中n＝0，1，2，4，8……。
如图8a所示，向第一电极115输出的交流电压波形的周期T2为每帧画面显示周期T1的两倍，即T2＝2*T1，换言之，此时向第一电极115输出的交流电压波形的频率为画面刷新频率的一半。
如图8b至图8d所示，向第一电极115输出的交流电压波形的周期T2与每帧画面显示周期T1相等，即T2＝T1，此时向第一电极115输出的交流电压波形的频率等于画面刷新频率。
如图8e所示，向第一电极115输出的交流电压波形的周期T2为每帧画面显示周期T1的一半，即T2＝0.5*T1，换言之，此时向第一电极115输出的交流电压波形的频率为画面刷新频率的两倍。
另外，在相邻的两帧画面之间还可以设有空白时间段(blanking)T3，空白时间段T3是相邻帧画面中的过渡时间段，在空白时间段T3内向第一电极115输出的交流电压和波形不做要求。
请参图5，视角控制模块50还用于向第二电极124输出直流公共电压(DC Vcom)，而且向第一电极115输出的交流电压波形围绕该直流公共电压(DC Vcom)为中心上下波动，如图8a至图8e所示。
图9为图1中液晶显示装置的另一种工作原理框图，图9与图5不同之处在于，该液晶显示装置还包括背光源81和背光亮度控制模块82，用户发出的视角切换信号和视角调整信号还提供给背光亮度控制模块82，背光亮度控制模块82根据该视角切换信号或该视角调整信号自动调整背光源81的亮度。例如，当显示面板10从宽视角模式切换至窄视角模式时，由于窄视角显示时存在漏光现象，显示面板10的显示亮度会降低，通过背光亮度控制模块82控制调高背光源81的亮度，可以使显示面板10在窄视角下其亮度也不会产生明显变化。因此在实现宽窄视角切换的同时，本实施例还可搭配背光驱动控制来实现背光源81亮度的自动调整，实现宽窄视角效果以及背光功耗的平衡匹配。
如图1所示，为了给第一基板11上的第一电极115施加交流偏置电压，第一电极115在周边非显示区域可通过导电胶90从第一基板11导通至第二基板12，由视角控制模块50提供交流偏置电压至第二基板12上，再由第二基板12通过导电胶90将交流偏置电压施加在第一基板11的第一电极115上。因此第二平坦层117在外围的非显示区域形成有穿孔117a，以露出第一电极115，从而便于导电胶90通过该穿孔117a与第一电极115电性连接。
由于液晶分子的本身特性，对其长期施加一个方向的直流电压会使液晶分子产生极化问题。本实施例中，施加在第一电极115上的偏置电压为交流电压，可以避免长期在第一电极115上施加直流电压导致液晶分子出现极化，而且采用交流电压还可阻止位于液晶层13中的极性杂质离子向第一基板11或第二基板12的任何一侧聚集，可有效改善正常显示下的残像问题。
本发明实施例在第一基板11上设置用于控制视角切换的第一电极115，第一电极115由ITO等材质制成，向第一电极115施加偏置电压时，由于ITO材料的电阻较大，使第一电极115的负载较大，易导致个别画面产生斑点(mura)问题。本实施例通过设置与第一电极115直接导电接触的金属导电层116，金属导电层116的多个金属导电条116a分布在显示区域且与第一电极115直接导电接触，金属导电条116a作为第一电极115的辅助导电连线，可大幅提高第一电极115的导电性，降低第一电极115的阻抗负载，解决了由于第一电极115负载较大而造成的斑点(mura)问题。而且，金属导电条116a与黑矩阵113重叠设置，不会影响像素的开口率和穿透率。
[第二实施例]
图10为本发明第二实施例中液晶显示装置的结构示意图，请参图10，本实施例与上述第一实施例的主要区别在于第一基板11的结构。在本实施例中，第一基板11在朝向液晶层13的表面设有色阻层112、黑矩阵(BM)113、第一电极115、金属导电层116和平坦层117。其中，黑矩阵113形成在第一基板11朝向液晶层13的表面上，第一电极115形成在黑矩阵113上，色阻层112形成在第一电极115上且与黑矩阵113错开设置，金属导电层116形成在第一电极115上且与黑矩阵113重叠设置，平坦层117覆盖在金属导电层116和色阻层112上。
与上述第一实施例相比，本实施例中对第一电极115的制作顺序进行了调整，使第一电极115介于黑矩阵113与色阻层112之间。经过试验模拟验证，本实施例的液晶显示装置由于膜层结构进行了调整，相较于上述第一实施例可以提高穿透率8.74％左右。关于本实施例的其他结构，可以参见上述第一实施例，在此不再赘述。
[第三实施例]
图11为本发明第三实施例中液晶显示装置在宽视角时的结构示意图，图12为图11中液晶显示装置在窄视角时的结构示意图，请参图11、图12，本实施例与上述第一实施例的主要区别在于，本实施例中的液晶层13采用了负性液晶分子。在初始状态(即显示面板10未施加任何电压的情形)下，液晶层13内的负性液晶分子相对于基板11、12具有初始预倾角，即负性液晶分子相对于基板11、12呈倾斜姿态(如图11)。由于配向膜(图未示)的锚定作用，显示面板10在未施加任何电压的初始状态下，负性液晶分子可以保持在该倾斜姿态。在施加电压形成的电场作用下，负性液晶分子的长轴会朝向与电场线方向垂直的趋势发生偏转。
请参图11，第一电极115上未施加偏置电压(包含施加很小的偏置电压，如小于0.5V的情形)时，由于液晶层13中液晶分子的预倾角较大，因此在该显示面板10的屏幕斜视方向上，穿过液晶分子的光线由于相位延迟与上下偏光片111、121不匹配，出现了漏光现象，导致从该显示面板10的斜视方向上观看屏幕时，屏幕上的对比度降低而影响观看效果，并使视角减小，从而实现窄视角模式。
请参图12，当在第一电极115上施加一定大小的偏置电压时，由于第一基板11上的第一电极115与第二基板12上的第二电极124之间存在电压差，从而在两个基板11、12之间形成垂直电场(如图中箭头E所示)，由于负性液晶分子在电场作用下将沿着垂直于电场线的方向旋转，负性液晶分子在该垂直电场作用下将发生偏转，使液晶分子与基板11、12之间的倾斜角度减小。当液晶分子的倾斜角减少至与基板11、12大致平行时，在该显示面板10的屏幕斜视方向上，漏光现象会相应减少，该显示面板10的视角随之增大，从而实现宽视角模式。
关于本实施例的其他结构，可以参见上述第一实施例，在此不再赘述。
[第四实施例]
图13为本发明第四实施例中液晶显示装置的结构示意图，请参图13，本实施例与上述第一实施例的主要区别在于，本实施例中对第一电极115的制作顺序进行了调整(参图10中第二实施例的描述)以及采用了负性液晶分子(参图11和图12中第三实施例的描述)，关于本实施例的具体结构，可以参见上述第一实施例至第三实施例，在此不再赘述。
[第五实施例]
本发明第五实施例还提供一种液晶显示装置的视角切换方法，用于对上述视角可切换的液晶显示装置进行视角切换控制，该视角切换方法包括：
在接收到视角切换信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，向第一基板11上的第一电极115输出用于控制视角切换的交流电压。
进一步地，该视角切换方法还包括：在接收到视角调整信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，改变施加在该第一电极115上的交流电压的波形、幅值或频率，以满足用户对视角的自我调整需求，提高用户的满意度。
进一步地，该液晶显示装置设有视角控制按键60，该视角切换信号或该视角调整信号由用户通过该视角控制按键60向该液晶显示装置发出，可以轻松实现宽视角与窄视角之间的切换，具有较强的操作灵活性和方便性。
进一步地，该视角切换方法还包括：对显示面板10的画面进行检测和判断，并根据判断结果自动生成视角调整信号，以实现画面品质的自动监测和动态调整，维持画面较好的显示品质。
进一步地，该视角切换方法还包括：向第二电极124输出直流公共电压，且向该第一电极115输出的交流电压波形围绕该直流公共电压为中心上下波动，通过向该第一电极115输出交流电压，在实现宽窄视角切换的同时，还可以有效改善残像问题。
本实施例的视角切换方法与上述实施例中的液晶显示装置属于同一个构思，该视角切换方法的更多内容还可以参见上述关于该液晶显示装置的描述，在此不再赘述。
本发明实施例提供的视角可切换的液晶显示装置及其视角切换方法，在第一基板上设置用于控制视角的第一电极，通过向第一电极上施加交流的偏置电压，可实现显示面板在宽窄视角之间的切换。当接收到用户的视角切换信号时，根据显示控制模块提供的同步控制信号，先等待当前帧画面显示完毕后，在下一帧画面开始显示时，才向第一电极输出交流电压以实现视角切换。通过在一帧画面开始显示时进行视角切换，每帧画面在显示时第一电极上的电压都是一致的，避免出现在一帧画面的前半部分和后半部分第一电极上的电压不一致的情况，从而消除由于第一电极上的电压突变所产生的画面闪烁(flicker)以及斑点(mura)等问题。本发明实施例可在无需使用遮挡膜、基本不增加产品厚度和制作成本的条件下实现宽视角与窄视角之间的自由轻松切换，具有较强的操作灵活性和方便性，达到集娱乐视频与隐私保密于一体的多功能液晶显示装置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
工业实用性
本发明实施例中，在第一基板上设置用于控制视角的第一电极，通过向第一电极上施加交流的偏置电压，可实现显示面板在宽窄视角之间的切换。当接收到用户的视角切换信号时，根据显示控制模块提供的同步控制信号，先等待当前帧画面显示完毕后，在下一帧画面开始显示时，才向第一电极输出交流电压以实现视角切换。通过在一帧画面开始显示时进行视角切换，每帧画面在显示时第一电极上的电压都是一致的，避免出现在一帧画面的前半部分和后半部分第一电极上的电压不一致的情况，从而消除由于第一电极上的电压突变所产生的画面闪烁(flicker)以及斑点(mura)等问题。本发明实施例可在无需使用遮挡膜、基本不增加产品厚度和制作成本的条件下实现宽视角与窄视角之间的自由轻松切换，具有较强的操作灵活性和方便性，达到集娱乐视频与隐私保密于一体的多功能液晶显示装置。

Claims (20)

1.一种视角可切换的液晶显示装置，包括显示面板(10)和显示控制模块(40)，该显示面板(10)包括第一基板(11)、与该第一基板(11)相对设置的第二基板(12)及位于该第一基板(11)与该第二基板(12)之间的液晶层(13)，该显示控制模块(40)用于控制该显示面板(10)实现画面显示，其特征在于，该第一基板(11)上设有第一电极(115)，该第二基板(12)设有第二电极(124)和第三电极(126)，该液晶显示装置还包括视角控制模块(50)，该显示控制模块(40)还用于向该视角控制模块(50)提供同步控制信号，该视角控制模块(50)根据该同步控制信号，在接收到视角切换信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，向该第一电极(115)输出用于控制视角切换的周期性的交流电压。
2.根据权利要求1所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，该视角控制模块(50)根据该同步控制信号，还在接收到视角调整信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，改变施加在该第一电极(115)上的交流电压的波形、幅值或频率。
3.根据权利要求2所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，该液晶显示装置设有视角控制按键(60)，用于供用户向该液晶显示装置发出视角切换信号或视角调整信号。
4.根据权利要求3所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，该视角控制按键(60)为实体按键或虚拟按键。
5.根据权利要求2所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，该液晶显示装置还包括背光源(81)和背光亮度控制模块(82)，该背光亮度控制模块(82)根据该视角切换信号或该视角调整信号自动调整该背光源(81)的亮度。
6.根据权利要求2所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，该显示控制模块(40)还用于对该显示面板(10)的画面进行检测和判断，并根据判断结果自动输出视角调整信号给该视角控制模块(50)。
7.根据权利要求1所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，该视角控制模块(50)还用于向该第二电极(124)输出直流公共电压，且向该第一电极(115)输出的交流电压波形围绕该直流公共电压为中心上下波动。
8.根据权利要求1所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，向该第一电极(115)输出的交流电压波形的周期(T2)为每帧画面显示周期(T1)的0.5或2^n倍，其中n＝0，1，2，4，8。
9.根据权利要求1所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，向该第一电极(115)输出的交流电压波形为方波、正弦波、三角波或锯齿波。
10.根据权利要求1所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，该液晶显示装置还包括驱动波形存储模块(70)，该驱动波形存储模块(70)用于存储不同的交流电压波形，当向该第一电极(115)输出交流电压时，该视角控制模块(50)从该驱动波形存储模块(70)中调用相应的交流电压波形并向该第一电极(115)输出。
11.根据权利要求1所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，该液晶层(13)内的液晶分子为正性液晶分子，在初始状态下，该正性液晶分子处于平躺姿态且该显示面板(10)具有宽视角；当向该第一电极(115)输出交流电压时，该正性液晶分子从平躺姿态偏转至倾斜姿态且该显示面板(10)从宽视角切换至窄视角。
12.根据权利要求1所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，该液晶层(13)内的液晶分子为负性液晶分子，在初始状态下，该负性液晶分子处于倾斜姿态且该显示面板(10)具有窄视角；当向该第一电极(115)输出交流电压时，该负性液晶分子从倾斜姿态偏转至平躺姿态且该显示面板(10)从窄视角切换至宽视角。
13.根据权利要求1所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，该第二基板(12)上设有扫描线(127)和数据线(128)，其中多条扫描线(127)与多条数据线(128)相互交叉限定多个子像素区域(P)，该第一基板(11)上还设有金属导电层(116)，该金属导电层(116)包括多个金属导电条(116a)，该多个金属导电条(116a)直接与该第一电极(115)导电接触。
14.根据权利要求13所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，该第一基板(11)上还设有色阻层(112)、黑矩阵(113)、第一平坦层(114)和第二平坦层(117)，该色阻层(112)和该黑矩阵(113)错开设置且形成在该第一基板(11)朝向该液晶层(13)的表面上，该第一平坦层(114)覆盖在该色阻层(112)和该黑矩阵(113)上，该第一电极(115)形成在该第一平坦层(114)上，该金属导电层(116)形成在该第一电极(115)上且与该黑矩阵(113)重叠设置，该第二平坦层(117)覆盖在该金属导电层(116)上。
15.根据权利要求13所述的视角可切换的液晶显示装置，其特征在于，该第一基板(11)上还设有色阻层(112)、黑矩阵(113)和平坦层(117)，该黑矩阵(113)形成在该第一基板(11)朝向该液晶层(13)的表面上，该第一电极(115)形成在该黑矩阵(113)上，该色阻层(112)形成在该第一电极(115)上且与该黑矩阵(113)错开设置，该金属导电层(116)形成在该第一电极(115)上且与该黑矩阵(113)重叠设置，该平坦层(117)覆盖在该金属导电层(116)和该色阻层(112)上。
16.一种液晶显示装置的视角切换方法，该液晶显示装置包括显示面板(10)，该显示面板(10)包括第一基板(11)、与该第一基板(11)相对设置的第二基板(12)及位于该第一基板(11)与该第二基板(12)之间的液晶层(13)，其特征在于，该第一基板(11)上设有第一电极(115)，该第二基板(12)上设有第二电极(124)和第三电极(126)，其中该视角切换方法包括：
在接收到视角切换信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，向该第一基板(11)上的第一电极(115)输出用于控制视角切换的周期性的交流电压。
17.根据权利要求16所述的液晶显示装置的视角切换方法，其特征在于，该视角切换方法还包括：在接收到视角调整信号的当前帧画面的下一帧画面开始显示时，改变施加在该第一电极(115)上的交流电压的波形、幅值或频率。
18.根据权利要求17所述的液晶显示装置的视角切换方法，其特征在于，该液晶显示装置设有视角控制按键(60)，该视角切换信号或该视角调整信号由用户通过该视角控制按键(60)向该液晶显示装置发出。
19.根据权利要求17所述的液晶显示装置的视角切换方法，其特征在于，该视角切换方法还包括：对该显示面板(10)的画面进行检测和判断，并根据判断结果自动生成视角调整信号。
20.根据权利要求16所述的液晶显示装置的视角切换方法，其特征在于，该视角切换方法还包括：向该第二电极(124)输出直流公共电压，且向该第一电极(115)输出的交流电压波形围绕该直流公共电压为中心上下波动。
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