CN1727947A - 液晶显示装置及其显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶显示装置及其显示方法，以使液晶显示装置的二维/三维视角分布特征最佳化。该液晶显示装置包括液晶显示屏幕单元及可调整式背光模块，其中，可调整式背光模块被设置于所述液晶显示屏幕单元后方。借助于本发明的装置可对感光层如平行遮光元件(parallax)、双凸透镜(lenticular)等彼此间的距离进行调整。本发明的方法亦可对感光层中棱镜的相对顶角进行调整，以进一步控制光线传输至液晶显示装置的可视角的分布，再者，通过依照或修正本发明的装置及其显示方法，可增强人眼视野与视线距离在二维/三维液晶显示装置中的最佳视点。

Description

液晶显示装置及其显示方法
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置及其显示方法，尤其涉及当观看人相对液晶显示装置于不同的距离及角度时，所接收到的二维/三维显示影像的液晶显示装置及其显示方法。
背景技术
近年来，在液晶显示装置中，轻、薄、大尺寸的彩色液晶显示装置特别受到关注，且在商业或消费者使用上渐趋普遍。液晶显示装置大多用于电子产品，如笔记型计算机、桌上型屏幕、电视、数码相机、DVD播放器、掌上型电子装置、移动电话、便携式游戏装置、车辆导航系统、以及其它应用。因此，对普遍存在的液晶科技的需求、即，不论观看者位于何处皆能提供一致性非常好的影像显示的需求正日趋增加。
现有的关于二维/三维的显示影像均采用被动式极化(passivepolarization)，例如相位延迟板(plane extension)、分光波导(wave guide)、平行板遮光单元(parallax unit)、以及借助于双凸透镜(lenticular sheet)聚光原理。然而，固定式双凸透镜及平行板遮光片将造成人眼视角及距离的限制，再者，固定式的设定会阻止对显示影像的任何调整，因此对三维影像显示的适用性亦有所限制。
如图1A、1B所示，现有的液晶显示装置包括不同的上、中、下基本感光单元。图1A所示为公知结构，其包括：光导单元101、光源101(a)、光扩散单元102、液晶屏幕显示单元103、以及凸透镜棱镜阵列104(光集中器)。由液晶显示装置后方观察，下基本感光单元如扩散板(diffuser)的功能在于通过不同的方法扩散所传输的光线，例如相位延迟板、极化、分光传输、以及光栅(light barrier)。而由液晶显示装置前方观察，上基本感光单元则具有光学结构如凸透镜片、波导等其功能用于集中传输光线。如图1A所示，该公知结构还包括可调整式结构105，其设置于显示单元与光集中器之间。可选择的是，亦可将该现有结构设置于显示单元与光集中器之间，以及设置于显示单元与光扩散器之间，如图1B所示。
也可选择如图2A、2B所示，现有技术应用光导扩散单元以扩散传输光线，其对应于图1A、1B中分开设置的光导单元101及扩散单元102。于是，如图2A所示，此公知结构包括结合式光导扩散单元201、显示单元203、光集中器204、以及设置于显示单元203与光集中器204之间的可调整式结构205。另外，还可选择如图2B所示，将可调整式结构205设置于光导扩散单元201与显示单元203之间，和显示单元203与光集中器204之间。
在美国专利6,377,295号中，Zhiren Hu披露了一种二维/三维显示距离可调整的装置。图3A、3B、4A、4B所示为现有的具有可调整光集中器高度功能的三维显示装置的架构，其中，图3A示出了三维显示面固定时的例子。如图3A所示，此装置包括光导单元301、光扩散器302、显示单元303、以及光集中器304，另包括设置于显示单元303以及光集中器304之间的可调整式结构305，此结构使得三维显示面306可定位于距离整体液晶装置特定距离处。图3B则示出了调整结构借助于定位光集中器304来补偿三维显示面306以帮助观看的情况。
图4A、4B所示为通过不同的可调整的电机系统组件来设置三维显示面的例子。图4A具有与图3A、3B中相同的元件，包括：光导单元401、光扩散器402、显示单元403、以及光集中器404，还包括可调整式结构405，与图3A相比，其将三维显示面406定位于距离整体液晶装置更远的距离，其中，投影到三维显示面406上的为合成三维影像。图4B示出了调整结构405用于定位光集中器404并以相对于图3B所示的方式补偿三维显示面406以帮助观看的情况。图3A与图4A表示在不同距离下的情况，而图3B与图4B则表示不同角度的情况。
根据Zhiren Hu所述的现有装置，三维显示影像的距离可根据观看者的位置利用调整结构来进行调整。目前所用的调整结构405可利用电机方法制造，且调整结构405由透镜阵列组成，其可为双凸透镜，且透镜阵列可为全息阵列(hologram array)或平行遮光单元。
更重要的是，调整结构通常设置在显示单元403的顶端或更上方。用连接于机械传动器的电机变能转换器取代透镜阵列、双凸透镜或平行遮光单元，因此，该结构仅包括电机结构。电机变能转换器由步进马达(stepmotor)、伺服马达(servo motor)、或音圈座(voice coil stage)构成，且这些装置也包括机械轮轴(wheel)与导螺杆(ball-shaped screw)。在此所披露的电机方法仅可应用在将观看者欲停留的位置/角度的信息正确输入的情况。
现今已研究出用不同的电机方法修正或调整双凸透镜与平行遮光单元之间的距离，这些对修正显示器功能的努力使得用于调整人眼视野范围与距离成为可能，然而，实际上，电机方法的应用较为复杂、不可靠、迂回、且准确度与稳定度低。再者，现有的三维显示装置仅倾向于应用在小型掌上型电子装置或桌上型电子装置上。因此，对于将三维显示装置应用于现今技术条件不应如此耗费成本及诸多受限。
据此，现有的液晶显示装置的主要缺点在于，为了观看显示影像，观看者需要依照不同观看距离进行生理上的调整。这样一来不仅可能使观看者生理紧张，而且会遇到与二维影像相同的情况，即，随着与显示面距离的不同，影像质量将随之下降，而且三维显示影像质量的下降将更加显著。
因此，满足日渐增高的关于如何改善用于调整液晶显示屏幕本身的可视特征的装置与方法的需求、即，满足不论观看者距离显示面多远皆能提供一致性极好的影像显示的需求是极为重要的。进一步说，随着二维/三维技术运用的不断扩大，可以了解到，要求液晶显示装置在不同的距离与角度下提供更好的视野以避免对质量的不良影响是必然的趋势。所以，本发明旨在对此提供正确的且能满足成本效益的解决方案。
发明内容：
本发明的目的是要解决现有技术中所存在的问题，在液晶显示装置无法提供毋须考虑观看者距离显示装置远近的情况下仍能维持高画面质量的一致性。
本发明的一个目的在于提供一种调整装置和调整方法，通过在包括有可调整式感光单元的适当结构的液晶装置内使用该调整装置，可直接增强二维与三维液晶显示装置的可视特征。
本发明的目的在于借助于显示面特征与液晶显示装置上轮廓的最佳化来提供视觉上一致的显示影像。本发明的此目的可通过特定的合适的结构来实现。而感光单元之间的距离，例如双凸透镜与平面遮光单元(光导单元、波导、光导扩散单元、以及扩散单元)则通过可用于最佳化可视特征的组成材料来进行调整。因此，高品质及正确性的液晶显示装置的影像范围及距离可得到大幅度改善。
本发明的另一目的在于提供正确与可靠地调整二维/三维液晶装置、不同的光集中器与光导/光扩散单元的距离的装置和方法。除此之外，本发明的目的在于提供一种装置及方法，以使液晶显示装置可简单地达到此功能。这样一来既可降低生产成本，同时可使装置运行稳定、视觉正确且准确。最后，可借助于所组成材料的性质与特征来调整光集中单元与光导/光扩散单元的距离。
具体而言，本发明的目的在于提供能用于正确的二维/三维视野的液晶显示装置，与现有装置相比，即使观看者位于不同的观察点观看，该显示装置也可提供更清楚和更一致的可视影像。在此装置中，可调整式的背光模块被设置于液晶显示单元后方或下方，且可调整式的背光模块包括引导单元、感光单元、以及可调整式结构单元，其中，该可调整式结构单元可精确地控制引导单元与感光单元彼此间的距离，以提供最佳化的二维/三维视野。
本发明的又一目的在于提供一种液晶显示方法，用以提供正确的二维/三维视野，即使观看者位于不同的观察点观看，仍可提供更清楚和更一致的可视影像。此方法包括将可调整式的背光单元设置于液晶显示单元后方或下方，此方法还包括提供具有引导单元、感光单元、以及可调整式结构单元的可调整式背光模块，其中，可调整式结构单元可精确控制引导单元与感光单元彼此间的距离，以提供最佳的二维/三维视野。
再者，可依照人眼视野与距离的最佳点对材料特性与特征(电性、膨胀特性、温度特性、压力特性)进行修正。除此之外，本发明亦可应用于传统液晶显示装置的机械结构，以降低制造与运行的成本与复杂度。
因此，借助于本发明可调整双凸透镜、平行遮光组件、以及二维/三维显示装置之间的距离。通过组成材料的特性与特征(电性、膨胀特性、温度特性、压力特性)可调整上述部件彼此间的距离。
在本发明的一实施方式中，通过改变组成材料的特性与特征来调整双凸透镜与平行遮光元件之间的距离。
本发明再一目的在于应用现有的二维/三维显示装置和机械结构调整光集中单元与平行遮光单元之间的距离。
附图说明
为使本发明的所述目的、特征和优点更明显易懂，下面结合附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。
图1A-1B为现有的一种具有可调整式结构的液晶显示装置；
图2A-2B为现有的另一种具有多个可调整式结构的液晶显示装置；
图3A-3B为现有的三维液晶显示装置结构；
图4A-4B为现有的三维液晶显示装置结构；
图5A-5B为本发明一实施方式的液晶显示装置的调整结构的剖面图；
图6A-6E为本发明不同实施方式的液晶显示装置的调整结构单元的剖面图；
图7A-7F为本发明不同实施方式的液晶显示装置的调整结构的剖面图；
图8为本发明液晶显示装置的可调整背光单元的棱镜导光单元顶点相对于感光单元的棱镜单元顶点彼此间角度范围的剖面图。
附图标记说明：
101    光导单元
101a   光源
102    光扩散单元
103    液晶屏幕显示单元
104    双凸透镜棱镜阵列
105    可调整式结构
201    光导扩散单元
203    显示单元
204    光集中器
205    可调整式结构
301    光导单元
302    光扩散器
303    显示单元
304    光集中器
305    可调整式结构
306    三维显示面
401    光导单元
402    光扩散器
403    显示单元
404    光集中器
405    可调整式结构
406    三维显示面
501    背光单元
502    液晶显示单元
503    光源
504    光导单元
505    可调整式感光单元
506    可调整式结构
507    棱镜阵列
701    可调整式背光模块
702    液晶显示单元
703    光源
704    引导单元
704(a) 棱镜阵列
705    感光单元
705(a) 棱镜阵列
705(b) 上平面
705(c) 上平面
705(d) 低平面
706    可调整式结构单元
707    上平面
801    引导单元
802    棱镜阵列
802(a) 棱镜阵列顶部
803    感光层
804    棱镜阵列
804(a)    棱镜阵列顶部
805       光放射面
2α               导光单元棱镜阵列顶部的夹角
2β               感光层棱镜阵列顶部的夹角
具体实施方式
以下结合附图描述本发明的实施方式，并以可调整式的二维/三维液晶显示装置及其显示方法为例。
本发明中，利用组成材料的独特特征(电性、膨胀特性、温度特性、压力特性)来改变感光单元彼此间的距离。除此之外，现有的液晶显示装置的机械设计亦应用于调整光集中单元与平行遮光单元之间的距离，其中平行遮光单元包括光导单元、光导扩散器、扩散单元、以及极化单元。
在二维/三维液晶显示装置中，三维显示影像的形成特征受到光扩散单元与显示单元、以及显示单元与凸透镜(光集中器)之间距离的影响，且不同的距离将导致不同的光轴，因而改变在三维显示端的影像形成。因此，本发明的主要目的在于制造可调整式的二维/三维显示装置。
应用电机结构来制造可调整式三维显示装置非常复杂且缺乏影像稳定性与正确性。为解决现有缺点，本发明借助于可调整式结构组成材料本身的特征，并结合现有的机械结构以制造出可调整的二维/三维显示面。
因此，如图5A所示，三维影像的可视深度与距离即可正确控制。图5A示出了本发明液晶显示装置的可调整式背光单元501及液晶显示单元502的一优选实施方式，其中，可调整式背光单元501由光源503、光导单元504、可调整式感光单元505、以及可调整式结构506组成。在本发明中，可调整式感光单元505可为平行遮光元件、扩散器、极化器、或光集中单元以及所述器件彼此间的结合运用。
本发明中，三维显示的清晰度可通过用现有的机械设计方法所制造的光导单元、扩散器、平行遮光单元、或显示板来调整。
图5B为本发明此优选实施方式的局部放大图，其中，本发明的可调整式背光单元501具有可调整式感光单元505，在本发明中，可调整式感光单元505可包括棱镜阵列(prism array)507作为波导(wave guide)或光导(lightguide)。
棱镜阵列507可为具有不同反射率的凸透镜或凹透镜基板，而本发明的可调整式背光单元501可由透镜阵列如双凸透镜所组成。
图6A-6E示出了本发明不同实施方式中的可调整式结构，其中，利用组成材料的特性(电性、膨胀特性、温度特性、压力特性)加上和/或结合传统的机械设计来调整背光单元501元件(光导单元/波导/棱镜阵列结构)与可调整式感光单元505(平行遮光单元)彼此间的空间距离(上、下、左、右)，而可调整式背光结构506被设置在液晶显示单元502下方。
本发明的可调整式结构示于图6A-6E中。图6A描绘出其从低温(h)到高温(H)的变化；图6B描绘出其从低电压(h)到高电压(H)的变化；图6C描绘出其从低压(h)到高压(H)的变化；图6D描绘出其从低机械高度(h)到高机械高度(H)的变化；最后，图6E描绘出其从低液压(h)到高液压(H)的变化。因此，本发明可提供多种调整可调整式结构的方法，以使感光单元与可调整式背光模块之间在空间距离上移动。
图7A-7F示出了本发明的液晶显示调整装置的不同实施方式的情况。图7A中，本实施方式包括液晶显示调整装置，其具有可调整式背光单元701及液晶显示单元702。可调整式背光单元701还包括光源703、引导单元704、引导单元棱镜阵列704(a)、具有棱镜阵列705(a)的感光单元705、可调整式结构单元706，在放大图中亦包括上述设置。在本实施方式中，如扩散器、极化器等感光单元705具有上平面705(b)。而本发明的引导单元704可为光导或波导，引导单元704与感光单元705之间的距离可通过可调整式结构单元706来调整。应注意的是，本实施方式包括两种棱镜阵列704(a)与705(a)。
图7B-7E示出了本发明其它可供选择的实施方式。在图7B中，引导单元704未设有棱镜阵列704(a)，但是具有上平面707；在图7C中，感光单元705为具有凸透镜上表面705(c)的双凸透镜棱镜阵列；在图7D中，引导单元704具有上平面707；在图7E中，感光单元705具有低平面705(d)、以及凹透镜上平面705(c)；最后，图7F所示的是引导单元704具有上平面707，并配合由双凸透镜形成的感光单元705，且感光单元705具有低平面705(d)。
应注意的是，本发明的光导、波导、以及扩散单元可由一个或多个棱镜阵列组成，且此棱镜阵列可为规则或不规则的形状，同时也可以组成为连续的或分开的，另外，可具有相同或不同的角度。
本发明最终的平行遮光效应可借助于不同的可调整式背光单元透镜阵列、光集中器、或平行遮光单元的结合与设置而产生。
在本发明中，应用了可调整式结构的电子特性如线性膨胀系数、温度、压力特征，且此种结构可通过油压、温度或电压的调整、压力(气体或液体)调整来控制，亦可以轮轴、螺杆、以及材料弹性的方式来控制。如前所述，本发明亦运用了现有的机械结构来取代可调整式感光元件。
本发明的可调整式结构可以是手动式、无线式、或者通过直接或略使可调整式结构与感光单元接触。
图8示出了可调整式背光导光单元801(光导或波导)棱镜阵列802与感光层803{光集中器、棱镜阵列804的顶部804(a)}之间的角度关系。因此，感光层的棱镜804具有上顶部804(a)直接朝向导光单元801的光放射面805。而感光层803的棱镜阵列顶部804(a)彼此间的夹角为2β(10度到70度)，同时，导光单元801的棱镜阵列顶部802(a)的夹角则为2α(140度到179度)。
因此，利用本发明，无论显示单元为垂直、水平或任意方向，通过调整背光单元与所构成的感光单元彼此间的距离，可增强显示装置的清晰度。
总而言之，本发明的可调整式背光单元的感光层的距离可调整，以使二维/三维液晶显示装置的视角分布特征最佳。本发明的方法可容许调整背光单元中棱镜的顶角角度，以进一步控制光线传输至液晶显示装置可视角的分布。
以上所述仅用来说明本发明的原理，尽管在此未作明确叙述或图示，本领域技术人员在不超出本发明的构思和范围的前提下，可以作出不同的变换来实施本发明。因此，在此所描述的实施方式与有条件的语言主要用来说明并辅助公众了解本发明的结构与本发明的构思，以实施本发明，而并非用来限制本发明。此外，在此所有的对本发明的结构、外观与实施方式的描述仅为举例性的，并包括结构与其相等的功能。另外，亦指出与上述相同的元件，包括现在所知与未来将开发的，例如，在不考虑结构下，开发任何具有相同功能的元件。
本发明虽以优选实施方式披露如上，但这并非是对本发明的限制，本领域任何技术人员在不超出本发明的构思和范围的前提下，可作出许多变换与润饰，因此本发明的保护范围应以所附权利要求所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种用于改善二维/三维视野的液晶显示装置，包括：
液晶显示屏幕单元；及
可调整式背光模块，其中，该可调整式背光模块被设置于所述液晶显示屏幕单元后方。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述可调整式背光模块包括：
引导单元；
感光单元；及
可调整式结构单元，其中，该可调整式结构单元用以改变所述引导单元与所述感光单元之间的空间距离。
3.如权利要求2所述的液晶显示装置，其中，所述感光单元包括扩散器、或平行遮光元件、或光集中器、或所述器件的任意组合。
4.如权利要求2所述的液晶显示装置，其中，所述引导单元包括光导单元或波导单元。
5.如权利要求2所述的液晶显示装置，其中，所述可调整式结构单元根据外加温度、压力或电子输入信号来改变其本身的线性维度，以控制所述引导单元与所述感光单元彼此相对关系的线性转换。
6.如权利要求2所述的液晶显示装置，其中，所述可调整式结构单元根据外加的机械应变来改变其本身的线性维度，以控制所述引导单元与所述感光单元彼此相对关系的线性转换。
7.一种用于改善二维/三维视野的液晶显示方法，包括：
提供液晶显示屏幕单元；及
在所述液晶显示屏幕单元后方设置可调整式背光模块。
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