TWI553625B - 視角可切換的顯示器及其操作方法 - Google Patents

Description

視角可切換的顯示器及其操作方法

本發明是有關於一種顯示器的像素結構，尤其是有關於一種視角可切換的顯示器的像素結構。

隨著智慧型手機以及平板電腦等可攜式電子裝置的普及，人們有更多的機會以及時間在人潮眾多的地方使用通訊軟體、瀏覽網頁或是處理電子郵件，例如是在捷運或公車等大眾運輸工具上的時候，此時電子裝置上顯示的畫面資訊可能會被鄰近的乘客看到，而例如個資或私人密碼等隱私資訊便有可能在使用者不知情的狀況下外流。為了改善這個問題，目前市面上的光學防窺片可以保護螢幕上的資料不被旁人窺視，但是也伴隨著螢幕正面亮度以及顯示的銳利度降低等衍生問題。

除了光學防窺片之外，也有研究人員開發出利用液晶的出光角度來干擾旁人所看到的顯示資訊內容，這種做法簡單來說是在紅、綠、藍三原色子像素之外再增加一個白色子像素，當使用者開啟防窺功能的時候，此白色子像素由於出光角度的關係會降低原本三原色子像素在側面的可視度，但在防窺功能沒有開啟的時候，為了避免例如色偏、純色過暗或是白色過亮，白色子像素會被關閉，也就是說一個 像素裡面只有三原色子像素是用來出光，如此一來螢幕的開口率會降低。此外，在這種做法之下，顯示裝置中的多個白色子像素通常是以規律的方式排列，干擾像素的出光角度有可能存在著死角而使得旁人只要稍微換個角度便能看到螢幕上的顯示資訊，因此在防窺的效果上也有需要改進的空間。

本發明提供一種視角可切換的顯示器，其可用來改善先前技術中的問題。

本發明另提供一種適用於上述視角可切換的顯示器的操作方法。

本發明提出的一種視角可切換的顯示器，包括第一像素以及第二像素。第一像素具有第一子像素以及第二子像素，第二像素具有第三子像素、第四子像素以及第五子像素。第五子像素用以在窄視角模式之下致能並且在廣視角模式之下禁能，當第五子像素致能的時候，第一子像素、第二子像素、第三子像素以及第四子像素受第五子像素的影響而使得可視角較小而在第五子像素禁能的時候較大。

本發明又提出的一種視角可切換的顯示器的操作方法，此操作方法適用於包括第一像素以及第二像素的顯示器，第一像素具有第一子像素以及第二子像素，第二像素具有第三子像素、第四子像素以及第五子像素，第一子像素、第二子像素以及第三子像素的面積為第四子像素的n倍，n為正數，此操作方法包括下列步驟：偵測主要目標以及次要目標；以及若測得次要目標則使顯示器執行於窄視角模式；其中，在窄視角模式下致能第五子像素，當致能第五子像素時，第一子像素、第二子像素、第三子像素以及第四子像素 受到第五子像素的影響而使得可視角較小而在第五子像素未致能時較大。

本發明的顯示器因在第二像素中配置第四子像素以及第五子像素，因此當第五子像素在窄視角模式下被致能而發光的時候，第五子像素的側向出光會使第一子像素、第二子像素、第三子像素以及第四子像素的可視角變小，而當第五子像素在廣式角模式下被禁能而不發光的時候，第一子像素、第二子像素、第三子像素以及第四子像素的可視角維持不變，藉此達到防窺的功效，而且可以使顯示器在窄式角模式下有更好的開口率。

100、300‧‧‧顯示器

101、102‧‧‧像素

R、G、B、W1、W2‧‧‧子像素

TH‧‧‧色域臨界值

AvgE‧‧‧畫面平均色差

S401、S402‧‧‧步驟

圖1為本發明一實施例的視角可切換的顯示器的示意圖；圖2為本發明一實施例的子像素出光方向示意圖；圖3為本發明一實施例的視角可切換的顯示器的示意圖；圖4為色域臨界值與畫面平均色差的曲線圖；圖5為本發明一實施例的視角可切換的顯示器的操作流程圖；圖6為本發明另一實施例的視角可切換的顯示器的操作流程圖。

圖1為本發明一實施例的視角可切換的顯示器的示意圖。如圖1所示，視角可切換的顯示器100包括多個像素101以及像素102。在本實施例中，每個像素101包括子像素R以及子像素G，而每個像素102包括子像素B、子像素 W1以及子像素W2，在本實施例中，子像素R、子像素G、子像素B以及子像素W2例如分別是紅色子像素、綠色子像素、藍色子像素以及白色子像素，而子像素W1則是視角控制子像素，當視角控制子像素W1發光時，由於液晶的導引而使其出光方向傾斜，因此使用者實質上在顯示器100的正面看不到視角控制子像素W1發出的光。綠色子像素G與紅色子像素R相鄰配置，藍色子像素B與綠色子像素G相鄰配置，白色子像素W與藍色子像素B相鄰配置。視角控制子像素W1用以在窄視角模式之下致能而發光並且在廣視角模式之下禁能而不發光，當視角控制子像素W1致能而發光的時候，由於液晶的導引而使其出光的方向傾斜而非正向出光(如圖2所示)，藉此干擾紅色子像素R、綠色子像素G、藍色子像素B以及白色子像素W2在顯示器100之側向的可視度，導致其可視角較小而在視角控制子像素W1禁能而不發光的時候較大，以達到防窺的效果。

除此之外，如圖1所示，在本實施例中，位於同一列之像素101以及像素102彼此交錯設置，而位於同一行之像素101以及像素102彼此也是交錯設置，因此視角控制子像素W1在顯示100是呈現類似棋盤格的配置方式，在此種配置方式之下，當多個視角控制子像素W1在窄視角模式被致能的時候，可以增加其側向出光的不規則程度而使顯示器100整體的紅色子像素R、綠色子像素G、藍色子像素B以及白色子像素W2在側向的可視度更低而達到更好的防窺效果。

圖3為本發明一實施例的視角可切換的顯示器的示意圖。如圖3所示，顯示器300更包括偵測單元切換單元、處理單元、時序控制器、資料驅動器、閘驅動器、背光以及 像素陣列，像素陣列包括圖1所示的多個像素101及像素102。偵測單元用以偵測主要目標以及次要目標，舉例來說，偵測單元例如是偵測主要使用者的人臉(主要目標)，並且還可以在偵測範圍內偵測位於主要使用者旁邊的人臉(次要目標)，當偵測單元偵測到主要目標而沒有偵測到次要目標時，輸出第一控制訊號至切換單元控制顯示器300執行於廣視角模式，而當偵測單元偵測到次要目標與主要目標存在時，輸出第二控制訊號至切換單元控制顯示器300執行於窄視角模式。在本實施例中，偵測單元可以例如是圖形偵測器，用來偵測主要使用者以及次要使用者的臉部形狀，但本發明並不以此為限，熟習本領域之技術人員亦可因應不同的需求而採用不同的偵測器來偵測主要目標以及次要目標，儘管如此，類似的技術手段均在本發明所請求保護的專利範圍之內。

在圖3的顯示器300的像素陣列中，其紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B的長寬比為2：1，且紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B的面積為白色子像素W2的n倍，n為正數。在本實施例中，將以n=2來做說明，但本發明並不以此為限。處理單元用以依據可動態調整的色域臨界值來決定顯示器300的背光亮度，色域臨界值的範圍介於0~1之間且每一色域臨界值各自具有對應的背光亮度，當色域臨界值為1時，處理單元控制背光亮度為全開。資料驅動器，用以提供紅色像素R、綠色像素G以及藍色像素B所需的顯示資料。

需要注意的是，在本實施例中，白色子像素W2所發出的白光是用以提升紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B的亮度，藉此對操作於窄式角模式之下的顯示 器100做開口率的補償。處理單元依據紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B所接收的顯示資料而萃取出白色子像素W2所要輸出的顯示資料。具體來說，處理單元先將紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B的顯示資料由訊號域轉換為亮度域，也就是將每個子像素的顯示資料的灰階值轉換為亮度值，藉此讓每個子像素的顯示資料的灰階值與顯示器300的背光亮度可以正確搭配，將背光亮度取倒數可以得到對應的映射值，所謂的映射值將在後面說明。

承上述，當顯示資料由訊號域轉換為亮度域後，依據可調整的色域臨界值來決定顯示器300的背光亮度，舉例來說，當決定色域臨界值為100%的時候，所對應的背光亮度為1，也就是說在背光亮度全開的情況之下，每個子像素所顯示的顏色都在其正常的色域範圍內，若是決定色域臨界值為80%，則處理單元會計算出對應的背光亮度，例如是0.85，如此一來便可以藉由降低背光亮度而達到省電的功效。然而，例如當色域臨界值為80%的時候，是代表每個子像素所顯示的顏色資訊有20%會超出正常的色域範圍。在較佳的情況下，色域臨界值的範圍實質上落在80%~100%之間所產生的色差對於人眼來說差異較不顯著，如圖4所示。圖4中，橫軸表示色域臨界值TH，縱軸表示畫面平均色差AvgE，由圖3可看出當色域臨界值低於80%則畫面平均色差AvgE的值會顯著地增加。

承上述，要從紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B的顯示資料萃取出白色子像素W2的顯示資料之前，必須要先將紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素的顯示資訊進行訊號放大的運算，也就是將其原本的訊 號量乘以前述的映射值。處理單元用以提取紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B所接收的顯示資料之中的亮度最小者，再將其乘以前面所述的映射值以萃取出白色子像素W2所要輸出的顯示資料，其中，映射值與背光亮度成反比。舉例來說，假設映射值為a，則白色子像素W2在亮度域的訊號量是將紅色子像素R的訊號量、綠色子像素G的訊號量、藍色子像素B的訊號量分別乘以a之後取最小者，可以用數學式表示為：W=a×[RGB]_min；W表示白色子像素W2在亮度域的訊號量，a表示映射值，[RGB]_min表示紅色子像素R的訊號量、綠色子像素G的訊號量、藍色子像素B的訊號量之中的最小者。

當顯示器300是操作在廣視角模式之下，處理單元還用以分別將紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B所接收的顯示資料乘以映射值之後再減去校正值，並據此決定紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B所要輸出的顯示資料，而所述的校正值係為白色子像素W2所要輸出的顯示資料值除以n，由於在前面的敘述中將n舉例為2，因此可以將紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B在從訊號域轉換為亮度域後所要輸出的顯示資訊以數學式表示為：Cout=a×Cin-(W/2)；Cout表示紅色子像素R、綠色子像素G或是藍色子像素B在亮度域所要輸出的訊號量，a表示映射值，Cin表示紅色子像素R、綠色子像素G或是藍色子像素B在亮度域所接收的訊號量，W表示白色子像素W2在亮度域的訊號量。

承上述，在紅色子像素R、綠色子像素G、藍色子像素以及白色子像素W2在亮度域的訊號量都決定了之 後，將這些亮度域的訊號量轉換回訊號域的灰階訊號並輸出之。如此一來，當顯示器300操作在廣視角模式的時候，由於視角控制子像素W1禁能而不發光，因此並不影響其它子像素的可視角，此外，藉由放大紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B在亮度域的訊號量而萃取出白色子像素W2所需的訊號量，所以白色子像素W2所發出的白光可以提升顯示器100的亮度而維持開口率，且因為紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B所接收的顯示資料在乘以映射值之後會再減去與子像素W2發出的白光有關的校正值，所以可以避免白色子像素W2發出的白光影響影像品質。

另一方面，當顯示器300是操作在窄視角模式的時候，視角控制子像素W1致能而發光，其所發出的光由於液晶引導的關係，在垂直於顯示器100之表面的出光量實質上可被忽視，而主要是從顯示器100之表面的側向而出光，也就是說出光的方向與顯示器100的表面之間夾角在0~90度以內(例如圖2所示)，藉以干擾在顯示器100兩側的次要使用者所看到的顯示資訊。在實際應用上，為了使位於顯示器100正面的主要使用者在視角控制子像素W1發光時具有較好的觀賞體驗，因此在窄視角模式之下，處理單元會將背光亮度控制為全開，此時映射值為1，且紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B要輸出的畫面資訊也不必減去前述的校正值。換句話說，在窄式角模式之下為了維持顯示器100正視時的影像亮度，紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B所接收的顯示資訊的資訊量即為所要輸出的資訊量，而且背光亮度也維持在全開的狀態。此外，在窄視角模式之下，白色子像素W2的訊號量可以用數學式表示為： W=[RGB]_min/n；而因為在本實施例中，紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B的面積是白色子像素W2的2倍，因此n=2，也就是說因為子像素W2的面積只有紅色子像素R、綠色子像素G以及藍色子像素B的一半，所以需要的亮度通常來說也只要一半，以免因白色子像素W2所發出的白光太亮而影響畫面的品質。在本實施例中，視角控制子像素W1的出光亮度可調整。特別一提的是，在本實施例中雖然是藉由液晶來將視角控制子像素W1的出光方向引導至側向，但本發明並不以此為限，其也可藉由例如光學透鏡等元件來達到相同的功效。

圖5為本發明一實施例的視角可切換的顯示器的操作方法的流程圖。將前面所述的特徵歸納後，可以得到如圖5所示的操作方法，其包括步驟S401~S402。步驟S401：偵測主要目標以及次要目標。步驟S402：若測得該次要目標則使該顯示器執行於窄視角模式。

特別一提的是，本發明之視角可切換的顯示器300，由於像素101僅包含紅色子像素R以及綠色子像素G，因此在顯示資料的時候可以藉由子像素渲染(SPR)的技術來對缺少的顏色資訊進行補償(例如缺少藍色的顏色資訊)。同樣地，像素102亦可以採用相同的做法來對缺少的顏色資訊進行補償，而本發明主要是利用像素結構的配置以及對應的操作方法來達到視角切換的防窺目的，因此有關於子像素渲染的技術手段不於此再多做贅述。

圖6為本發明另一實施例的視角可切換的顯示器的操作方法的流程圖。圖6所示為本發明更詳細的操作方法流程圖，其各步驟的內容由前述的實施例歸納而來，因此不再贅述。

綜上所述，本發明所提出的顯示器藉由像素結構的配置以及對應的操作方法來達成防窺的功效並且在防窺模式下對顯示器的開口率進行補償。視角控制子像素用來降低顯示器在側面觀看的可視度以達到防窺的功效，並藉由白色子像素來維持顯示器的開口率。此外，本發明還藉由可調整的色域臨界值來控制顯示器操作在廣視角模式之下的背光亮度，一方面可以達到省電的功效，另一方面還可以藉由背光亮度的倒數而得到映射值，將RGB訊號從訊號域轉換為亮度域之後乘以此映射值以進行訊號放大，接著由放大的RGB訊號當中萃取最小者來做為白色子像素的亮度域訊號，白色子像素的亮度域訊號除以n會得到校正值，而RGB訊號在亮度域放大後的訊號減去校正值可得RGB在亮度域所要輸出的訊號量，n表示RGB像素相對於白色子像素的面積倍數。而在窄視角模式下，由於背光亮度維持全開，因此映射值為1，RGB在亮度域的輸入訊號量即為輸出的訊號量，不需要減去校正值，且白色子像素在亮度域要輸出的訊號量為RGB在亮度域的訊號量的最小者除以n。透過本發明所描述的像素架構以及操作方法，不但在窄視角模式下能夠有防窺效果，且在廣視角模式下亦能維持開口率。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧顯示器

101、102‧‧‧像素

R、G、B、W1、W2‧‧‧子像素

Claims (18)

1. 一種視角可切換的顯示器，包括：多個第一像素，至少其中一個該第一像素具有一第一子像素以及一第二子像素；以及多個第二像素，該些第二像素與該些第一像素相鄰配置，該第二像素具有一第三子像素、一第四子像素以及一第五子像素，該第五子像素用以在一窄視角模式之下致能而在一廣視角模式之下禁能，當該第五子像素致能的時候，該第一子像素、該第二子像素、該第三子像素以及該第四子像素受到該第五子像素的影響而使得可視角較小而在該第五子像素禁能的時候較大，位於同一列之該些第一像素以及該些第二像素彼此交錯設置，位於同一行之該些第一像素以及該些第二像素彼此交錯設置。
2. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器，其更包括一偵測單元以及一切換單元，該偵測單元用以偵測一主要目標以及一次要目標，當該偵測單元偵測到該主要目標而沒有偵測到該次要目標時輸出一第一控制訊號至該切換單元控制該顯示器處於該廣視角模式，當該偵測單元偵測到該次要目標與該主要目標存在時輸出一第二控制訊號至該切換單元控制控制該顯示器為該窄視角模式。
3. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器，其中，該第一子像素、該第二子像素、以及該第三子像素的長寬比為2：1，該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素的面積為該第四子像素的n倍，n為正數。
4. 如申請範圍第3項所述的顯示器，其包括一處理單元，該處理單元用以依據一可動態調整的色域臨界值來決定該顯示器的背光亮度，該色域臨界值的範圍介於0~1之間且每一色域臨界值各自具有對應的背光亮度，當該色域臨界值為1時，該處理單元控制該背光亮度為全開。
5. 如申請專利範圍第4項所述的顯示器，其包括一顯示資料驅動器，用以提供該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素所需的顯示資料。
6. 如申請專利範圍第7項所述的顯示器，其中，該處理單元用以依據該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素所接收的顯示資料而萃取出該第四子像素所要輸出的顯示資料。
7. 如申請專利範圍第6項所述的顯示器，其中，該處理單元用以提取該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素所接收的顯示資料之中亮度最小者，再將其乘以一映射值以萃取出該第四子像素所要輸出的顯示資料，該映射值與該背光亮度成反比。
8. 如申請專利範圍第7項所述的顯示器，其中，在該廣視角模式之下，該處理單元用以分別將該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素所接收的顯示資料乘以該映射值之後再減去一校正值，並據此決定該第一子像素、該第二子 像素以及該第三子像素所要輸出的顯示資料，該校正值為該第四子像素所要、輸出的顯示資料值除以n。
9. 如申請專利範圍第7項所述的顯示器，在該窄視角模式之下，該映射值為1，該處理單元用以提取該第一子像素、該第二子像素以及該第三像素子所接收的顯示資料之中的亮度最小者，再將所提取的該顯示資料值除以n以萃取出該第四子像素所要輸出的顯示資料。
10. 如申請專利範圍第9項所述的顯示器，其中，在該窄視角模式之下，該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素所接收的顯示資料實質上等同於其所輸出的顯示資料。
11. 一種視角可切換的顯示器的操作方法，該顯示器包括一第一像素以及一第二像素，該第一像素具有一第一子像素以及一第二子像素，該第二像素具有一第三子像素、一第四子像素以及一第五子像素，該第一子像素、該第二子像素以及該第主子像素的面積為該第四子像素的n倍，n為正數，該操作方法包括：偵測一主要目標以及一次要目標；以及若測得該次要目標則使該顯示器執行於一窄視角模式；其中，在該窄視角模式下致能該第五子像素，當致能該第五子像素時，該第一子像素、該第二子像素、該第三子像素以及該第四子像素受到該第五子像素致能的影響而使得可視角較小而在該第五子像素禁能時較大。
12. 如申請專利範圍第11項所述的操作方法，其中，當僅測得該主要目標而未測得該次要目標時，該顯示器操作於一廣視角模式，在該廣視角模式之下，禁能該第五子像素，並提供一顯示資料至該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素，並依據該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素所接收的顯示資料而萃取出該第四子像素所要輸出的顯示資料。
13. 如申請專利範圍第12項所述的操作方法，其中，在該廣視角模式之下，依據一可動態調整的色域臨界值來決定該顯示器的背光亮度，並提取該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素所接收的顯示資料之中亮度最小者，再將其乘以一映射值以萃取出該第四子像素所要輸出的顯示資料，該映射值與該背光亮度成反比。
14. 如申請專利範圍第13項所述的操作方法，其中，在該廣視角模式之下，將該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素所接收的顯示資料乘以該映射值之後再減去一校正值，並據此決定該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素所要輸出的顯示資料，該校正值為該第四子像素所要輸出的顯示資料值除以n。
15. 如申請專利範圍第11項所述的操作方法，其中，在該窄視角模式之下，提取該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素所接收的顯示資料之中亮度最小者，再將所提 取的該顯示資料值除以n以萃取出該第四子像素所要輸出的顯示資料。
16. 如申請專利範圍第15項所述的操作方法，在該窄視角模式之下，該第一子像素、該第二子像素以及該第三子像素所接收的顯示資料實質上等同於其所輸出的顯示資料。
17. 如申請專利範圍第16項所述的操作方法，其中，致能該第五子像素時，該第五子像素係發出一單色光，該單色光的顯示亮度可調整。
18. 如申請專利範圍第13項所述的操作方法，其中該色域臨界值的範圍介於0~1之間且每一色域臨界值各自具有對應的背光亮度，當該色域臨界值為1時，該處理單元控制該背光亮度為全開。