CN214474315U - 视角切换模块及显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种视角切换模块包括视角限制器、第一电控视角切换器、第二电控视角切换器、第一偏光片以及第二偏光片。视角限制器具有吸收轴，且吸收轴的轴向平行于视角限制器的厚度方向。视角限制器、第一电控视角切换器、第一偏光片、第二电控视角切换器以及第二偏光片重叠设置。第一偏光片的第一吸收轴的轴向平行于第二偏光片的第二吸收轴的轴向。一种采用视角切换模块的显示装置亦被提出。本实用新型提出的视角切换模块及显示装置具有较佳的光能利用率。

Description

视角切换模块及显示装置
技术领域
本实用新型是有关于一种视角切换技术，且特别是有关于一种视角切换模块及显示装置。
背景技术
一般而言，显示装置为了能让多个观看者一起观看，通常具有广视角的显示效果。然而，在某些情况或场合，例如在公开场合浏览私人网页、机密资讯或输入密码时，广视角的显示效果却容易使机密资讯被旁人所窥视而造成机密资讯外泄。为了达到防窥效果，一般的做法是在显示面板前方放置光控制膜(Light Control Film,LCF)，以滤除大角度的光线。相反地，在没有防窥需求时，再以手动的方式将光控制膜自显示面板前方移除。换言之，此类光控制膜虽具有防窥效果，但其操作上的便利性仍有改善的空间。因此，如何开发出一种视角切换极为便利且防窥效果俱佳的显示装置已成为相关厂商的重要课题。
实用新型内容
本实用新型提供一种显示装置，其防窥模式与分享模式的切换较便利，且其能耗也较低。
本实用新型提供一种视角切换模块，其具有较佳的光能利用率。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型的一实施例提出一种显示装置。显示装置包括背光模块、视角限制器、第一电控视角切换器、第二电控视角切换器、第一偏光片、第二偏光片以及显示面板。视角限制器与显示面板重叠设置于背光模块，且具有吸收轴。吸收轴的轴向平行于视角限制器的厚度方向。第一电控视角切换器重叠设置于视角限制器，且包括第一液晶层、第一配向膜与第二配向膜。第一液晶层夹设于第一配向膜与第二配向膜之间。第一配向膜的第一配向方向平行或垂直于第二配向膜的第二配向方向。第二电控视角切换器重叠设置于第一电控视角切换器，且包括第二液晶层、第三配向膜与第四配向膜。第二液晶层夹设于第三配向膜与第四配向膜之间。第三配向膜的第三配向方向平行于第四配向膜的第四配向方向。第一偏光片设置在第一电控视角切换器与第二电控视角切换器之间。第一电控视角切换器位于视角限制器与第一偏光片之间。第二偏光片设置在第二电控视角切换器背离第一电控视角切换器的一侧。第一偏光片的第一吸收轴的轴向平行于第二偏光片的第二吸收轴的轴向。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型的一实施例提出一种视角切换模块。视角切换模块包括视角限制器、第一电控视角切换器、第二电控视角切换器、第一偏光片以及第二偏光片。视角限制器具有吸收轴，且吸收轴的轴向平行于视角限制器的厚度方向。第一电控视角切换器重叠设置于视角限制器，且包括第一液晶层、第一配向膜与第二配向膜。第一液晶层夹设于第一配向膜与第二配向膜之间。第一配向膜的第一配向方向平行或垂直于第二配向膜的第二配向方向。第二电控视角切换器重叠设置于第一电控视角切换器，且包括第二液晶层、第三配向膜与第四配向膜。第二液晶层夹设于第三配向膜与第四配向膜之间。第三配向膜的第三配向方向平行于第四配向膜的第四配向方向。第一偏光片设置在第一电控视角切换器与第二电控视角切换器之间。第一电控视角切换器位于视角限制器与第一偏光片之间。第二偏光片设置在第二电控视角切换器背离第一电控视角切换器的一侧。第一偏光片的第一吸收轴的轴向平行于第二偏光片的第二吸收轴的轴向。
基于上述，在本实用新型的一实施例的视角切换模块及显示装置中，透过视角限制器在特定方向上的吸收特性以及与两个电控视角切换器之间的配合关系，可增加视角切换模块的光能利用率，从而降低显示装置的操作能耗。同时，还可提升显示装置在大视角下的防窥效果。另一方面，两个电控视角切换器的可电控特性，可让显示装置在防窥模式与分享模式之间的切换极为便利。
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A及图1B分别是本实用新型的第一实施例的显示装置操作在分享模式与防窥模式下的剖视示意图。
图2是图1A的显示装置的部分膜层的示意图。
图3A是图1A的显示装置操作在分享模式下的穿透率分布图。
图3B是图1B的显示装置操作在防窥模式下的穿透率分布图。
图4是图1A的第二电控视角切换器的视角对穿透率的曲线图。
图5A及图5B是本实用新型的另一些实施例的背光模块的侧视示意图。
图6A是图1B的显示装置采用图5A的背光模块且操作在防窥模式下的穿透率分布图。
图6B是图1A的显示装置采用图5A的背光模块且操作在分享模式下的穿透率分布图。
图7是本实用新型的第二实施例的显示装置的部分膜层的示意图。
图8是图7的显示装置操作在防窥模式下的穿透率分布图。
图9是本实用新型的第三实施例的显示装置的部分膜层的示意图。
图10A及图10B分别是本实用新型的第四实施例的显示装置操作在防窥模式与分享模式下的剖视示意图。
图11是图10A的显示装置的部分膜层的示意图。
图12是本实用新型的第五实施例的显示装置的剖视示意图。
图13是图12的显示装置的部分膜层的示意图。
图14是本实用新型的第六实施例的显示装置的部分膜层的示意图。
图15是本实用新型的第七实施例的显示装置的剖视示意图。
图16是图15的显示装置的部分膜层的示意图。
图17是本实用新型的第八实施例的显示装置的剖视示意图。
图18是图17的显示装置的部分膜层的示意图。
图19是本实用新型的第九实施例的显示装置的剖视示意图。
图20是图19的显示装置的部分膜层的示意图。
具体实施方式
有关本实用新型之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型。
图1A及图1B分别是本实用新型的第一实施例的显示装置操作在分享模式与防窥模式下的剖视示意图。图2是图1A的显示装置的部分膜层的示意图。图3A是图1A 的显示装置操作在分享模式下的穿透率分布图。图3B是图1B的显示装置操作在防窥模式下的穿透率分布图。图4是图1A的第二电控视角切换器的视角对穿透率的曲线图。
请参照图1A、图1B及图2，显示装置10包括背光模块BLU、显示面板DP与视角切换模块50。视角切换模块50重叠设置于背光模块BLU，且包括视角限制器100、第一电控视角切换器210、第二电控视角切换器220、第一偏光片310及第二偏光片320。在本实施例中，显示面板DP，重叠设置于该背光模块，并设置在背光模块BLU与视角切换模块50之间，例如，第一电控视角切换器210与第二电控视角切换器220设置在视角限制器100与显示面板DP之间，显示面板DP设置在第二电控视角切换器220与背光模块BLU之间，且第一电控视角切换器210设置在视角限制器100与第二电控视角切换器220之间，但不局限于此。详细而言，第二电控视角切换器220例如位于显示面板DP与第一电控视角切换器210之间，且显示面板DP例如位于视角限制器100与背光模块BLU之间。
视角限制器100重叠设置于背光模块BLU，视角限制器100具有吸收轴AX，且吸收轴AX的轴向平行于视角限制器100的厚度方向(例如方向Z)。具体而言，视角限制器100包括高分子基材PS与多个染料分子DM。这些染料分子DM分散地设置于高分子基材PS内。在本实施例中，高分子基材PS具有基材表面PSa，且这些染料分子 DM的吸收轴AX的轴向可垂直于高分子基材PS的基材表面PSa(吸收轴AX的轴向例如平行于视角限制器100与显示面板DP的堆叠方向，例如方向Z)。特别说明的是，这些染料分子DM在视角限制器100的厚度方向(即基材表面PSa的法线方向，例如方向Z)上具有第一吸收系数，且在垂直于此厚度方向(例如方向X或方向Y)上具有第二吸收系数，且第一吸收系数不同于第二吸收系数。
在本实施例中，这些染料分子DM的第一吸收系数明显大于第二吸收系数，且第一吸收系数与第二吸收系数的比值介于2至10000之间。据此，可有效增加视角限制器 100在侧视角的滤光效果以及在可视角范围内的透光度，进而提升显示装置10的防窥性能以及其他视角的光线在出射显示装置10后的整体亮度。在一较佳的实施例中，多个染料分子DM的第一吸收系数与第二吸收系数的比值可介于100至1000之间。在另一较佳的实施例中，多个染料分子DM的第一吸收系数与第二吸收系数的比值也可介于 500至1000之间。
举例来说，染料分子DM的材质包括偶氮(Azo)型化合物或蒽醌(Anthraquinone)型化合物，高分子基材PS的材质包括液晶聚合物(liquid crystal polymer)，而此处的液晶聚合物可经由对液晶混合材料层进行紫外光照光程序来形成，其中液晶混合材料层包含多个液晶分子LC、具有特定掺杂浓度的反应性单体(Reactive Mesogen)以及光起始剂(photo initiator)。然而，本实用新型不限于此，根据其他实施例，上述的液晶聚合物也可以是具有类似二色性染料结构的化学官能基的材料。亦即，在该实施例中，视角限制器可不具有上述的染料分子DM。
在本实施例中，视角限制器100还可选择性地包括保护层101与保护层102，分别设置在高分子基材PS相对两侧的基材表面PSa与基材表面PSb上。此保护层101与保护层102可以是硬化膜(hard coat)、低反射(low-reflection)膜、抗反射(anti-reflection) 膜、抗污(anti-smudge)膜、抗指纹(anti-fingerprint)膜、抗眩(anti-glare)膜、防刮 (anti-scratch)膜、或上述的复合膜层，但不局限于此。
第一电控视角切换器210重叠设置于视角限制器100，并可选择性地包括第一基板211、第二基板212、第一电极E1、第二电极E2以及第一液晶层LCL1。对向设置的第一电极E1与第二电极E2分别设置于第一基板211与第二基板212上，第一电极E1与第二电极E2例如为面电极，但不局限于此。第一液晶层LCL1设置于第一电极E1与第二电极E2之间，且包含多个液晶分子LC1。第一基板211与第二基板212的材质可包括玻璃、石英、有机聚合物、或其他合适的透明材料。第一电极E1与第二电极E2例如是光穿透式电极，而光穿透式电极的材质包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、或其它合适的氧化物、极薄的金属、镂空的金属层(metal mesh or wire grid)、纳米碳管、纳米银线(Ag nano-wire)、石墨烯或者是上述至少两者之堆叠层。
为了让第一液晶层LCL1的多个液晶分子LC1的光轴在无外加电场的作用下(亦即，两电极之间未被施加电压时)能朝特定的方向排列，或排列成特定的分布型态，第一电控视角切换器210还包括第一配向膜AL1与第二配向膜AL2。第一配向膜AL1设置于第一电极E1与第一液晶层LCL1之间，第二配向膜AL2设置于第二电极E2与第一液晶层LCL1之间，且第一液晶层LCL1夹设于第一配向膜AL1与第二配向膜AL2 之间。在本实施例中，第一配向膜AL1的第一配向方向AD1平行于方向X，第二配向膜AL2的第二配向方向AD2平行于方向Y。亦即，第一配向膜AL1的第一配向方向 AD1大致上垂直于第二配向膜AL2的第二配向方向AD2，但不局限于此。在其他的实施例中，第一配向膜AL1的第一配向方向AD1可大致上平行或反平行于第二配向膜 AL2的第二配向方向AD2。更具体地说，本实施例的第一液晶层LCL1的这些液晶分子LC1在无外加电场的作用下是以扭转形变(twist deformation)的方式排列于第一配向膜AL1与第二配向膜AL2之间(如图1A所示)。
相似地，第二电控视角切换器220重叠设置于第一电控视角切换器210，且可选择性地包括第三基板221、第四基板222、第三电极E3、第四电极E4以及第二液晶层LCL2。对向设置的第三电极E3与第四电极E4分别设置于第三基板221与第四基板222上，第三电极E3与第四电极E4例如为面电极，但不局限于此。第二液晶层LCL2设置于第三电极E3与第四电极E4之间，且包含多个液晶分子LC2。第三基板221与第四基板 222的材质可包括玻璃、石英、有机聚合物、或其他合适的透明材料。第三电极E3与第四电极E4例如是光穿透式电极，而光穿透式电极的材质包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、或其它合适的氧化物、极薄的金属、镂空的金属层(metal mesh or wire grid)、纳米碳管、纳米银线(Agnano-wire)、石墨烯或者是上述至少两者之堆叠层。
为了让第二液晶层LCL2的多个液晶分子LC2的光轴在无外加电场的作用下(亦即，两电极之间未被施加电压时)能朝特定的方向排列，或排列成特定的分布型态，第二电控视角切换器220还包括第三配向膜AL3与第四配向膜AL4。第三配向膜AL3设置于第三电极E3与第二液晶层LCL2之间，第四配向膜AL4设置于第四电极E4与第二液晶层LCL2之间，且第二液晶层LCL2夹设于第三配向膜AL3与第四配向膜AL4 之间。在本实施例中，第三配向膜AL3的第三配向方向AD3(例如方向Y)是平行或反向平行(anti-parallel)于第四配向膜AL4的第四配向方向AD4。也就是说，第二液晶层LCL2的这些液晶分子LC2大致上都以平行于方向Y的方式排列于第三配向膜AL3 与第四配向膜AL4之间。
特别说明的是，第一电控视角切换器210的第一配向膜AL1的第一配向方向AD1 或第二配向膜AL2的第二配向方向AD2(第一配向方向AD1或第二配向方向AD2其中之一)与第二电控视角切换器220的第三配向膜AL3的第三配向方向AD3(或第四配向膜AL4的第四配向方向AD4)之间的夹角介于0度至45度。举例来说，在本实施例中，第一电控视角切换器210的第二配向膜AL2的第二配向方向AD2可平行于第二电控视角切换器220的第三配向膜AL3的第三配向方向AD3(或反向平行于第四配向膜AL4的第四配向方向AD4)，但不局限于此。
另一方面，视角切换模块50的第一偏光片310与第二偏光片320分别设置在第二电控视角切换器220的相对两侧。更具体地说，第一偏光片310设置在第一电控视角切换器210与第二电控视角切换器220之间，且第一电控视角切换器210位于视角限制器 100与第一偏光片310之间，而第二偏光片320设置在第二电控视角切换器220背离第一电控视角切换器210的一侧。在本实施例中，第一偏光片310与第二偏光片320例如分别贴附于第二电控视角切换器220的相对两侧，但不局限于此。应注意的是，第一偏光片310的第一吸收轴AX1的轴向平行于第二偏光片320的第二吸收轴AX2的轴向。在本实施例中，第一偏光片310的第一吸收轴AX1的轴向以及第二偏光片320的第二吸收轴AX2的轴向可平行于第一电控视角切换器210的第二配向膜AL2的第二配向方向AD2(亦即平行于第二电控视角切换器220的第三配向膜AL3的第三配向方向AD3 与第四配向膜AL4的第四配向方向AD4)，但不局限于此。
显示面板DP包括液晶盒LCC与第三偏光片330，且第三偏光片330设置在液晶盒LCC背离第二电控视角切换器220的一侧。第三偏光片330的第三吸收轴AX3的轴向垂直于第一偏光片310的第一吸收轴AX1的轴向与第二偏光片320的第二吸收轴AX2 的轴向。液晶盒LCC例如适于使通过光束的偏振方向旋转90度。特别说明的是，不同于一般的显示面板大都具有上、下偏光片，由于本实施例的第二偏光片320是设置(例如贴附)在第二电控视角切换器220与显示面板DP之间，因此显示面板DP仅具有下偏光片(即第三偏光片330)，而显示面板DP的上偏光片则是以第二电控视角切换器 220上的第二偏光片320来替代。也就是说，本实施例的显示面板DP与第二电控视角切换器220共用第二偏光片320。应可理解的是，在另一实施例中，第二偏光片320也可改设置在显示面板DP的上侧表面，以作为显示面板DP常用的上偏光片。然而，本实用新型不限于此，在又一实施例中，显示面板DP与第二电控视角切换器220的相对两表面上可分别设有吸收轴轴向相同的两个偏光片。亦即，显示面板DP与第二电控视角切换器220也可不共用偏光片。
以下将针对显示装置10的防窥模式与分享模式进行示范性地说明(例如以显示装置10显示白画面，即光穿透模式示例)。请继续参照图1A与图1B，首先，来自背光模块BLU的非偏振光束，例如以正向出射的光束LB1与斜向出射的两光束LB2、LB3 的光束来举例说明，在通过显示面板DP后具有第一线偏振P1。举例来说，此第一线偏振P1的偏振方向在第三偏光片330上的垂直投影可平行于第三吸收轴AX3的轴向(光束通过第三偏光片330后，经液晶盒LCC使偏振方向旋转90度)，但不局限于此。在其他实施例中，通过显示面板DP的光束也可具有椭圆偏振，且椭圆偏振的长轴大致上垂直于第二偏光片320的第二吸收轴AX2。
在本实施例中，当显示装置10操作在分享模式时(如图1A所示)，第一电控视角切换器210与第二电控视角切换器220都不被致能。亦即，第一电控视角切换器210的第一电极E1与第二电极E2之间不被施加电压，且第二电控视角切换器220的第三电极E3与第四电极E4之间不被施加电压。
由于第二电控视角切换器220的第二液晶层LCL2在未被施加电场的情况下，多个液晶分子LC2是平行排列，例如以平行于第二偏光片320的第二吸收轴AX2的轴向的方式排列。因此，来自显示面板DP的光束(例如光束LB1～光束LB3)在依序通过第二偏光片320、第二电控视角切换器220与第一偏光片310后，其偏振态及偏振电场的强度并不会改变。相反地，由于第一电控视角切换器210的第一液晶层LCL1在未被施加电场的情况下，多个液晶分子LC1是以扭转形变的方式排列(例如扭转90度)。因此，来自第二电控视角切换器220的光束在通过第一电控视角切换器210后，其偏振态会从第一线偏振P1转变为第二线偏振P2。第一线偏振P1的偏振方向例如垂直于第二线偏振P2的偏振方向。
当来自第一电控视角切换器210的光束入射视角限制器100时，其电场偏振方向是垂直于染料分子DM的吸收轴AX的轴向。因此，无论是斜向入射的光束LB2与光束 LB3，或者是正向入射的光束LB1都能通过视角限制器100，并且不产生实质上的光能损耗。也就是说，使用者在方向X上能以较大的视角范围(如图3A所示)进行显示装置10的操作，以达到显示影像分享的效果。
进一步而言，当显示装置10操作在防窥模式时(如图1B所示)，第一电控视角切换器210与第二电控视角切换器220都被致能(enabled)。亦即，第一电控视角切换器 210的第一电极E1与第二电极E2之间被施加电压，且第二电控视角切换器220的第三电极E3与第四电极E4之间被施加电压。
由于第二电控视角切换器220的第二液晶层LCL2在被施加电场的情况下，部分的液晶分子LC2会在YZ平面上倾斜排列(例如液晶分子LC2的光轴与第三配向膜AL3 的膜面之间具有大于45度且小于等于90度的夹角)。因此，以斜向入射的光束LB2’与光束LB3’在依序通过第二偏光片320、第二电控视角切换器220与第一偏光片310 后，其偏振态会转变为偏振电场强度减弱的第一线偏振P1’。以正向入射的光束LB1’在依序通过第二偏光片320、第二电控视角切换器220与第一偏光片310后，其偏振态与偏振电场的强度维持不变，即光束LB1’仍具有第一线偏振P1。
特别说明的是，以不同斜向角度入射第二偏光片320的光束，其偏振态的偏振电场强度减弱的程度不同。详细而言，透过上述的第二电控视角切换器220的配置方式(即，第二液晶层LCL2的配向方向、第一偏光片310的第一吸收轴AX1的轴向以及第二偏光片320的第二吸收轴AX2的轴向的相对关系)，可让第二电控视角切换器220具有特定视角范围的截光效果。举例来说，当第二液晶层LCL2的总相位延迟量为2.24微米时，第二电控视角切换器220可具有视角范围24度至30度的截光效果(如图4所示)。当视角更大(例如大于35度)时，第二电控视角切换器220的截光效果则会明显变差。亦即，当显示装置10操作在防窥模式时，第二电控视角切换器220仅用来达成小视角范围(例如视角范围24度至30度)的防窥效果(或截光效果)。
进一步而言，由于第一电控视角切换器210的第一液晶层LCL1在被施加电场的情况下，多个液晶分子LC1大致上会以垂直第一配向膜AL1的膜面的方式排列。因此，来自第二电控视角切换器220的光束在通过第一电控视角切换器210后，其偏振态并未产生实质上的改变。也因此，正向入射视角限制器100的光束LB1’，因其电场偏振方向垂直于染料分子DM的吸收轴AX的轴向而未被吸收。斜向入射视角限制器100的光束LB2’与光束LB3’，其电场偏振方向平行于染料分子DM的吸收轴AX的光分量会被染料分子DM吸收。由于不同入射角的光束于视角限制器100内的光路径长度不同以及光束电场偏振方向与吸收轴AX的夹角不同，其第一线偏振P1’的光分量被吸收的程度也不同，例如：入射角度越大的光线，其第一线偏振P1’的光分量被染料分子DM吸收的越多。也因此，可使视角限制器100具有大视角的滤光效果。应可理解的是，视角限制器100在侧视角的滤光效果还可借由染料分子DM的添加浓度、吸收系数或高分子基材PS的膜厚改变来调整。
透过视角限制器100在大视角的滤光效果以及第二电控视角切换器220在小视角范围内的截光效果，可让使用者在方向X上能以较小的视角范围(如图3B所示)进行显示装置10的操作，以达到防窥的效果。
在本实施例中，背光模块BLU可以是一般的背光模块，例如包含导光板、发光元件、扩散片、棱镜片与反射片，其中导光板具有入光面以及连接入光面且彼此相对的出光面与底面，发光元件设置在导光板的入光面的一侧，扩散片设置在导光板的出光面的一侧，而反射片设置在导光板的底面的一侧。然而，本实用新型不限于此，在其他实施例中，为了取得更好的防窥效果及分享效果，显示装置可采用光型可切换的背光模块。
图5A及图5B是本实用新型的另一些实施例的背光模块的侧视示意图。图6A是图1B的显示装置采用图5A的背光模块且操作在防窥模式下的穿透率分布图。图6B是图 1A的显示装置采用图5A的背光模块且操作在分享模式下的穿透率分布图。请参照图 1A、图1B、图5A、图6A与图6B，图5A的显示装置与图1A的显示装置10的差异仅在于：图1A的背光模块BLU可以图5A示出的背光模块BLU-A来取代。背光模块 BLU-A包括第一导光板LGP1、第二导光板LGP2、多个第一发光元件LED1、多个第二发光元件LED2、第一棱镜片410、第二棱镜片420、第三棱镜片430以及扩散片DF。第一导光板LGP1具有彼此相对的两入光面LGP1s1、LGP1s2以及连接两入光面 LGP1s1、LGP1s2且彼此相对的出光面LGP1s3与底面LGP1s4，第一导光板LGP1例如为侧入式背光的导光板。第一导光板LGP1的两入光面LGP1s1、LGP1s2的两侧分别设有多个第一发光元件LED1，且其出光面LGP1s3的一侧设有第一棱镜片410。第一棱镜片410的多个棱镜结构410P位于基材411与第一导光板LGP1之间，亦即第一棱镜片410为逆棱镜片。
第一导光板LGP1的底面LGP1s4的一侧设有第二导光板LGP2，且第二导光板 LGP2具有彼此相对的入光面LGP2s1与出光面LGP2s2，其中出光面LGP2s2朝向第一导光板LGP1的底面LGP1s4，第二导光板LGP2例如为直下式背光的导光板。多个第二发光元件LED2设置在第二导光板LGP2的入光面LGP2s1的一侧。第二导光板LGP2 的出光面LGP2s2与第一导光板LGP1的底面LGP1s4之间设有第二棱镜片420、第三棱镜片430与扩散片DF，其中扩散片DF设置在较靠近第二导光板LGP2的位置。此处，第二棱镜片420的多个棱镜结构420P与第三棱镜片430的多个棱镜结构430P相对设置。也就是说，棱镜结构420P与棱镜结构430P是设置在第二棱镜片420的基材421 与第三棱镜片430的基材431之间，亦即第二棱镜片420与第三棱镜片430例如分别为逆棱镜片与正棱镜片，但不局限于此。在其他实施例中，请同时参照图5B，图5B的背光模块BLU-B与图5A的背光模块BLU-A的差异在于：背光模块BLU-B的第二棱镜片420的棱镜结构420P与第三棱镜片430的棱镜结构430P也可背对设置；亦即，第二棱镜片420的基材421与第三棱镜片430的基材431也可位于棱镜结构420P与棱镜结构430P之间。
特别说明的是，此背光模块BLU-A(或背光模块BLU-B)可对应显示装置的操作模式进行光型的切换。举例来说，当显示装置操作在防窥模式时，仅第一发光元件LED1 被致能而发出照明光束，位于第一导光板LGP1的底面LGP1s4的一侧的光学组件(即第二导光板LGP2与第二发光元件LED2)不作用。此时，背光模块BLU-A(或背光模块BLU-B)发出的光束具有较窄的光型，有助于进一步提升显示装置的防窥效果(如图6A所示)。当显示装置操作在分享模式时，仅第二发光元件LED2被致能(或第一发光元件LED1及第二发光元件LED2同时被致能)而发出照明光束。此时，背光模块 BLU-A(或背光模块BLU-B)发出的光束具有较开阔的光型，有助于进一步增加显示装置在方向X上的可视角范围(如图6B所示)。
以下将列举另一些实施例以详细说明本揭露，其中相同的构件将标示相同的符号，并且省略相同技术内容的说明，省略部分请参考前述实施例，以下不再赘述。
图7是本实用新型的第二实施例的显示装置的部分膜层的示意图。图8是图7的显示装置操作在防窥模式下的穿透率分布图。请参照图7及图8，本实施例的显示装置10A 与图2的显示装置10的差异在于：显示装置10A的第一电控视角切换器210’的第二配向膜AL2’的第二配向方向AD2’是垂直于第一偏光片310的第一吸收轴AX1的轴向(亦即，第一电控视角切换器210’的第一配向膜AL1’的第一配向方向AD1’是平行于第一偏光片310的第一吸收轴AX1的轴向)。据此，可扩大显示装置10A在斜向方位角(例如XY平面上的方位角60度或方位角120度)的可视角范围(如图8所示)。
图9是本实用新型的第三实施例的显示装置的部分膜层的示意图。请参照图9，本实施例的显示装置10B与图7的显示装置10A的差异在于：偏光片的吸收轴的轴向不同。具体而言，显示装置10B的显示面板的第三偏光片330’的第三吸收轴AX3’的轴向是平行于第三配向膜AL3的第三配向方向AD3与第四配向膜AL4的第四配向方向 AD4。第一偏光片310’的第一吸收轴AX1’的轴向与第二偏光片320’的第二吸收轴AX2’的轴向是垂直于第三配向膜AL3的第三配向方向AD3与第四配向膜AL4的第四配向方向AD4。也就是说，本实用新型的第一偏光片的第一吸收轴(或第二偏光片的第二吸收轴)的轴向可平行或垂直于第三配向膜AL3的第三配向方向AD3与第四配向膜AL4 的第四配向方向AD4。
图10A及图10B分别是本实用新型的第四实施例的显示装置操作在防窥模式与分享模式下的剖视示意图。图11是图10A的显示装置的部分膜层的示意图。请参照图10A、图10B及图11，本实施例的显示装置11与图1A和图1B的显示装置10的差异在于：第一电控视角切换器的第一液晶层的排列方式不同。在本实施例中，视角切换模块50A 的第一电控视角切换器210A的第一液晶层LCL1A在未被施加电场时，其多个液晶分子LC1A的排列方向大致上会垂直于第一配向膜AL1-A的膜面。更具体地说，本实施例的第一电控视角切换器210A例如是垂直配向(vertical alignment，VA)型液晶盒。然而，本实用新型不限于此，在其他实施例中，第一电控视角切换器也可以是电控双折射(electrically controlledbirefringence，ECB)型液晶盒。
特别注意的是，在本实施例中，第一配向膜AL1-A的第一配向方向AD1-A是反向平行于第二配向膜AL2-A的第二配向方向AD2-A，且与第一偏光片310的第一吸收轴 AX1的轴向之间的夹角为45度。以下将针对显示装置11的防窥模式与分享模式进行示范性地说明。
首先，来自背光模块BLU的非偏振光束，例如正向出射的光束LB4与斜向出射的两光束LB5、LB6，在通过显示面板DP后具有第一线偏振P1。举例来说，此第一线偏振P1的偏振方向在第三偏光片330上的垂直投影可平行于第三吸收轴AX3的轴向，但不局限于此。在其他实施例中，通过显示面板DP的光束也可具有椭圆偏振，且椭圆偏振的长轴大致上垂直于第二偏光片320的第二吸收轴AX2。
不同于图1A的显示装置10，本实施例的显示装置11操作在防窥模式时(如图10A所示)，第一电控视角切换器210A与第二电控视角切换器220是不被致能的。亦即，第一电控视角切换器210A的第一电极E1与第二电极E2之间不被施加电压，且第二电控视角切换器220的第三电极E3与第四电极E4之间不被施加电压。
由于第二电控视角切换器220的第二液晶层LCL2在未被施加电场的情况下，多个液晶分子LC2是以平行于第二偏光片320的第二吸收轴AX2的轴向以及第三配向膜 AL3(或第四配向膜AL4)的膜面的方式排列。因此，来自显示面板DP的光束在依序通过第二偏光片320、第二电控视角切换器220与第一偏光片310后，其偏振态及偏振电场的强度并不会改变。相似地，由于第一电控视角切换器210A的第一液晶层LCL1A 在未被施加电场的情况下，多个液晶分子LC1A是以垂直于第一配向膜AL1-A膜面的方式排列。因此，来自第二电控视角切换器220的光束在通过第一电控视角切换器210A 后，其偏振态及偏振电场的强度也不会改变。
因此，正向入射视角限制器100的光束LB4，因其电场偏振方向垂直于染料分子DM的吸收轴AX的轴向而未被吸收。斜向入射视角限制器100的光束LB5与光束LB6，其电场偏振方向平行于染料分子DM的吸收轴AX的光分量会被染料分子DM吸收。由于不同入射角的光束于视角限制器100内的光路径长度不同以及光束电场偏振方向与吸收轴AX的夹角不同，其第一线偏振P1的光分量被吸收的程度也不同，例如：入射角度越大的光线，其第一线偏振P1的光分量被染料分子DM吸收的越多。也因此，可使视角限制器100具有大视角的滤光效果。
透过视角限制器100在大视角的滤光效果，可让使用者在方向X上能以较小的视角范围进行显示装置11的操作，以达到防窥的效果。
进一步而言，当显示装置11操作在分享模式时(如图10B所示)，第一电控视角切换器210A与第二电控视角切换器220都被致能。亦即，第一电控视角切换器210A 的第一电极E1与第二电极E2之间被施加电压，且第二电控视角切换器220的第三电极E3与第四电极E4之间被施加电压。
由于第二电控视角切换器220的第二液晶层LCL2在被施加电场的情况下，部分的液晶分子LC2会在YZ平面上倾斜排列(例如液晶分子LC1的光轴与第三配向膜AL3 的膜面之间具有大于45度且小于等于90度的夹角)。因此，以斜向入射的光束LB5’与光束LB6’在依序通过第二偏光片320、第二电控视角切换器220与第一偏光片310 后，其偏振态会转变为偏振电场强度减弱的第一线偏振P1’。以正向入射的光束LB4’在通过第二偏光片320、第二电控视角切换器220与第一偏光片310后，其偏振态与偏振电场的强度维持不变，即光束LB4’仍具有第一线偏振P1。
当第一电控视角切换器210A的第一液晶层LCL1A被施加电场时，大部分的液晶分子LC1A会倾斜于第一配向膜AL1与第二配向膜AL2的膜面排列，且这些液晶分子 LC1在XY平面上的垂直投影与方向X或方向Y的夹角例如大致上为45度。因此，无论是正向入射第一液晶层LCL1A的光束LB4’，或者是斜向入射第一液晶层LCL1A的光束LB5’与光束LB6’，其偏振态都会因第一液晶层LCL1A的相位延迟量的变化而改变，例如：从第一线偏振P1转变成第二线偏振P2以及从第一线偏振P1’转变成第二线偏振P2’。
由于来自第一电控视角切换器210A的光束，其电场偏振方向是垂直于染料分子DM的吸收轴AX的轴向。因此，无论是斜向入射的光束LB5’与光束LB6’，或者是正向入射的光束LB4’都能通过视角限制器100，并且不产生实质上的光能损耗。也就是说，使用者在方向X上能以较大的视角范围进行显示装置10的操作，以达到显示影像分享的效果。
图12是本实用新型的第五实施例的显示装置的剖视示意图。图13是图12的显示装置的部分膜层的示意图。图14是本实用新型的第六实施例的显示装置的部分膜层的示意图。请参照图12及图13，本实施例的显示装置12与图1A的显示装置10的差异在于：显示面板的配置方式不同以及偏光片的吸收轴的轴向配置不同。具体而言，显示装置12的显示面板DP-A位于视角切换模块50’的第一电控视角切换器210与第二电控视角切换器220之间，且显示面板DP-A位于视角限制器100与背光模块BLU之间。显示装置12例如为背光模块BLU、第二电控视角切换器220、显示面板DP-A、第一电控视角切换器210、视角限制器100依序重叠设置。特别注意的是，显示面板DP-A的第三偏光片330’是设置在液晶盒LCC远离第二电控视角切换器220的一侧。
另一方面，在本实施例中，第三偏光片330’的第三吸收轴AX3’的轴向可平行于第三配向膜AL3的第三配向方向AD3与第四配向膜AL4的第四配向方向AD4，而第一偏光片310’的第一吸收轴AX1’的轴向与第二偏光片320’的第二吸收轴AX2’的轴向垂直于第三偏光片330’的第三吸收轴AX3’的轴向。然而，本实用新型不限于此，在其他实施例中，显示装置12A的多个偏光片各自的吸收轴的轴向与两个电控视角切换器各自的配向膜的配向方向的配置关系(如图14所示)也可相似于图2的显示装置10。
由于本实施例的显示装置12的操作方式相似于图1A及图1B的显示装置10的操作方式，因此详细的说明请参考前述实施例的相关段落，于此便不再赘述。
图15是本实用新型的第七实施例的显示装置的剖视示意图。图16是图15的显示装置的部分膜层的示意图。请参照图15及图16，本实施例的显示装置13与图1A的显示装置10的主要差异在于：显示面板的配置方式不同。在本实施例中，显示装置13的视角切换模块50B可选择性地设置在显示面板DP-A与背光模块BLU之间，其中第一电控视角切换器210R与视角限制器100位于显示面板DP-A与背光模块BLU之间，第二电控视角切换器220R位于显示面板DP-A与第一电控视角切换器210R之间。显示装置13例如为背光模块BLU、视角限制器100、第一电控视角切换器210R、第二电控视角切换器220R、显示面板DP-A依序重叠设置。特别注意的是，本实施例的第一电控视角切换器210R与第二电控视角切换器220R的各膜层在光束行进方向的排列顺序相反于图1A的显示装置10的第一电控视角切换器210与第二电控视角切换器220的各膜层在光束行进方向的排列顺序。
在本实施例中，由于视角限制器100是设置在较靠近背光模块BLU的位置，因此来自背光模块BLU的一部分光束在通过视角限制器100后可具有线偏振态，而另一部分光束在通过视角限制器100后仍维持非偏振态。
举例来说，正向入射视角限制器100的光束，因其光路径平行于染料分子DM的吸收轴AX的轴向而未被吸收，使通过视角限制器100的正向光束仍具有非偏振态。斜向入射视角限制器100的光束，因其光路径相交于染料分子DM的吸收轴AX的轴向而至少部分的光能量会被染料分子DM吸收，使通过视角限制器100的斜向光束具有不同程度的偏光度(degreeof polarization)。更具体地说，通过视角限制器100的光束所具有的偏光度会随着光束的入射角度越大而增加。
由于本实施例的视角切换模块50B的第一电控视角切换器210R与第二电控视角切换器220在不同模式下各自对于斜向光束的作用原理相似于图1A的视角切换模块50，因此详细的说明请参考前述实施例的相关段落，于此便不再赘述。
图17是本实用新型的第八实施例的显示装置的剖视示意图。图18是图17的显示装置的部分膜层的示意图。请参照图17及图18，本实施例的显示装置14与图15的显示装置13的差异在于：显示装置14的显示面板DP是设置在第一电控视角切换器210R 与第二电控视角切换器220R之间。显示装置14例如为背光模块BLU、视角限制器100、第一电控视角切换器210R、显示面板DP、第二电控视角切换器220R依序重叠设置。由于本实施例的显示装置14在不同模式下的操作原理相似于图15的显示装置13，因此详细的说明请参考前述实施例的相关段落，于此便不再赘述。
图19是本实用新型的第九实施例的显示装置的剖视示意图。图20是图19的显示装置的部分膜层的示意图。请参照图19及图20，本实施例的显示装置15与图1A的显示装置10的差异在于：显示装置15还包括补偿膜400，设置在视角限制器100与第一电控视角切换器210之间。举例来说，在本实施例中，补偿膜400的光轴n的轴向可平行于第一偏光片310的第一吸收轴AX1的轴向，但不局限于此。在其他实施例中，补偿膜的光轴的轴向也可垂直于第一偏光片310的第一吸收轴AX1的轴向。透过此补偿膜400的设置，可扩大或缩减显示装置15在特定方向(例如方向X)上的防窥范围或可视角范围。
综上所述，在本实用新型的一实施例的视角切换模块及显示装置中，透过视角限制器在特定方向上的吸收特性以及与两个电控视角切换器之间的配合关系，可增加视角切换模块的光能利用率，从而降低显示装置的操作能耗。同时，还可提升显示装置在大视角下的防窥效果。另一方面，两个电控视角切换器的可电控特性，可让显示装置在防窥模式与分享模式之间的切换极为便利。
惟以上所述者，仅为本实用新型较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即凡依本实用新型权利要求书及实用新型内容所作的简单等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围。另外本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和实用新型名称仅是用来辅助专利文件检索，并非用来限制本实用新型的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记说明：
10、10A、10B、11、12、12A、13、14、15:显示装置
50、50’、50A、50B:视角切换模块
100:视角限制器
101、102:保护层
210、210’、210A、210R:第一电控视角切换器
211:第一基板
212:第二基板
220、220R:第二电控视角切换器
221:第三基板
222:第四基板
310、310’:第一偏光片
320、320’:第二偏光片
330、330’:第三偏光片
400:补偿膜
410:第一棱镜片
410P、420P、430P:棱镜结构
411、421、431:基材
420:第二棱镜片
430:第三棱镜片
AD1、AD1’、AD1-A:第一配向方向
AD2、AD2’、AD2-A:第二配向方向
AD3:第三配向方向
AD4:第四配向方向
AL1、AL1’、AL1-A:第一配向膜
AL2、AL2’、AL2-A:第二配向膜
AL3:第三配向膜
AL4:第四配向膜
AX、AX1、AX1’、AX2、AX2’、AX3、AX3’:吸收轴
BLU、BLU-A、BLU-B:背光模块
DF:扩散片
DM:染料分子
DP、DP-A:显示面板
E1～E4:第一电极～第四电极
LB1～LB3、LB1’～LB3’、LB4～LB6、LB4’～LB6’:光束
LC、LC1、LC1A、LC2:液晶分子
LCC:液晶盒
LCL1、LCL1A:第一液晶层
LCL2:第二液晶层
LED1:第一发光元件
LED2:第二发光元件
LGP1:第一导光板
LGP1s1、LGP1s2、LGP2s1:入光面
LGP1s3、LGP2s2:出光面
LGP1s4:底面
LGP2:第二导光板
n:光轴
P1、P1’:第一线偏振
P2、P2’:第二线偏振
PS:高分子基材
PSa、PSb:基材表面
X、Y、Z:方向。

Claims (13)

1.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括背光模块、视角限制器、第一电控视角切换器、第二电控视角切换器、第一偏光片、第二偏光片以及显示面板，其中：
所述视角限制器重叠设置于所述背光模块，且具有吸收轴，所述吸收轴的轴向平行于所述视角限制器的厚度方向；
所述第一电控视角切换器重叠设置于所述视角限制器，且包括：
第一液晶层；以及
第一配向膜与第二配向膜，所述第一液晶层夹设于所述第一配向膜与所述第二配向膜之间，所述第一配向膜的第一配向方向平行或垂直于所述第二配向膜的第二配向方向；
所述第二电控视角切换器重叠设置于所述第一电控视角切换器，且包括：
第二液晶层；以及
第三配向膜与第四配向膜，所述第二液晶层夹设于所述第三配向膜与所述第四配向膜之间，所述第三配向膜的第三配向方向平行于所述第四配向膜的第四配向方向；
所述第一偏光片设置在所述第一电控视角切换器与所述第二电控视角切换器之间，所述第一电控视角切换器位于所述视角限制器与所述第一偏光片之间；
所述第二偏光片设置在所述第二电控视角切换器背离所述第一电控视角切换器的一侧，其中所述第一偏光片的第一吸收轴的轴向平行于所述第二偏光片的第二吸收轴的轴向；以及
所述显示面板重叠设置于所述背光模块。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一配向膜的所述第一配向方向或所述第二配向膜的所述第二配向方向与所述第三配向膜的所述第三配向方向之间的夹角介于0度至45度之间。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述视角限制器包括：
高分子基材；以及
多个染料分子，其分散地设置于所述高分子基材内，所述多个染料分子在所述视角限制器的所述厚度方向上具有第一吸收系数，所述多个染料分子在垂直于所述厚度方向上具有第二吸收系数，且所述第一吸收系数与所述第二吸收系数的比值介于2至10000之间。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第二电控视角切换器位于所述显示面板与所述第一电控视角切换器之间，且所述显示面板位于所述视角限制器与所述背光模块之间。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述第一配向膜的所述第一配向方向垂直于所述第二配向膜的所述第二配向方向，且所述第二配向膜的所述第二配向方向平行或垂直于所述第一偏光片的所述第一吸收轴的轴向。
6.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述第一配向膜的所述第一配向方向平行于所述第二配向膜的所述第二配向方向，且所述第一配向膜的所述第一配向方向与所述第一偏光片的所述第一吸收轴的轴向之间的夹角为45度。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板位于所述第一电控视角切换器与所述第二电控视角切换器之间，且所述显示面板位于所述视角限制器与所述背光模块之间。
8.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一电控视角切换器与所述视角限制器位于所述显示面板与所述背光模块之间。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述第二电控视角切换器位于所述显示面板与所述第一电控视角切换器之间。
10.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板位于所述第一电控视角切换器与所述第二电控视角切换器之间。
11.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，还包括：
补偿膜，其设置在所述视角限制器与所述第一电控视角切换器之间，所述补偿膜的光轴的轴向平行或垂直于所述第一偏光片的所述第一吸收轴的轴向。
12.一种视角切换模块，其特征在于，所述视角切换模块包括视角限制器、第一电控视角切换器、第二电控视角切换器、第一偏光片以及第二偏光片，其中：
所述视角限制器具有吸收轴，所述吸收轴的轴向平行于所述视角限制器的厚度方向；
所述第一电控视角切换器重叠设置于所述视角限制器，且包括：
第一液晶层；以及
第一配向膜与第二配向膜，所述第一液晶层夹设于所述第一配向膜与所述第二配向膜之间，所述第一配向膜的第一配向方向平行或垂直于所述第二配向膜的第二配向方向；
所述第二电控视角切换器重叠设置于所述第一电控视角切换器，且包括：
第二液晶层；以及
第三配向膜与第四配向膜，所述第二液晶层夹设于所述第三配向膜与所述第四配向膜之间，所述第三配向膜的第三配向方向平行于所述第四配向膜的第四配向方向；
所述第一偏光片设置在所述第一电控视角切换器与所述第二电控视角切换器之间，所述第一电控视角切换器位于所述视角限制器与所述第一偏光片之间；以及
所述第二偏光片设置在所述第二电控视角切换器背离所述第一电控视角切换器的一侧，其中所述第一偏光片的第一吸收轴的轴向平行于所述第二偏光片的第二吸收轴的轴向。
13.根据权利要求12所述的视角切换模块，其特征在于，还包括背光模块，其中所述第二电控视角切换器位于所述背光模块与所述第一电控视角切换器之间。
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