CN101295219B - 柔性屏幕弯曲检测方法和配备实施该方法屏幕的设备 - Google Patents

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Abstract

当今技术允许生产柔性屏幕，具体得是OLED屏幕技术。本发明涉及配备有发光柔性屏幕的设备。从光学单元发出的部分光线被限制在衬底层之间，从一层反射到屏幕旁边的另一层出口。光电检测器排列在屏幕侧边以便捕捉入射光。基于发光元件的位置以及提供给检测器的数值，中央处理器确定屏幕上所受弯曲的区域。因此，可以通过在屏幕的特定区域形成弯曲以导入命令。本发明还涉及具有能够执行该方法实现命令导入的柔性屏幕以及弯曲传感器的设备。

Description

柔性屏幕弯曲检测方法和配备实施该方法屏幕的设备
技术领域
本发明涉及一种检测显示图片的屏幕弯曲的弯曲检测方法，以及具有该种屏幕以实施该方法的设备。 
背景技术
近来，许多通讯由光纤传导。光电发射器在由半透明(translucent)材料制成的光纤内部发光。然后，光在光纤的内壁上反射，并从由光敏器捕捉的一端出射。由于足够的反射率，光纤不必呈直线型。光线在光纤的内壁上反射，并且向一端延续其路径。 
在另一领域，有必要知道固体的形变。例如，通过附加到金属梁的阻抗网络的值，金属梁的形变是可检测的。电阻值或多或少地根据弯曲的方向变化。 
在另一领域，压力传感器是公知的，例如试图用在触摸屏上的压力传感器。可压缩衬底层组成电容器，其中如果中间层受压，介电常数发生变化。衬底层沉积在屏幕的下表面，并划定区域。这些区域的周长通过刻在屏幕上的丝网印刷或者通过显示线显示。通过将衬底层与检测器组相连，可以检测受到压力的区域。 
最近，出现了在柔性支撑上实现的柔性屏幕。由富士公司提出并在2006年2月23日公布的专利申请US2006/039031描述了一种带有柱状空腔的照相机。空腔内设有围绕轴折叠的柔性屏幕，固定在屏幕侧边的杆允许用户从间隔中抽出屏幕，并展开它使之可见。由该照相机拍摄的照片显示在展开屏幕上。用户接口由排列在与柔性屏幕连接的刚性部件上的键实现。在柔性屏幕技术中，会引用OLED(有机发光二极管)屏幕。OLED设备的结构包括厚度为几十纳米的有机层叠。沉积在薄的柔性支撑上，这样的结构具有可忽略的厚度，因此可以支撑且对弯曲支撑造成的 形变没有损害。但是，这样薄的结构不允许其用于可压缩衬底，以便实施这种屏幕触知。然而，通过屏幕简单弯曲传递命令的可能性提供了更大的导航可能性。如前所述，公知将阻抗网粘在柔性材料上。但是阻抗网与柔性屏幕背面的粘接要求实现连接路径以将它们连接到电阻变化检测器。然后屏幕和阻抗网的组装变得易碎。 
公布于2005年3月24日的文件WO 2005/026938描述了一种平面触摸屏，用于可以在上面形施加压力。单元发出与平面表面垂直的光束。用户用手指接触想要接触的区域，该区域具有反射光束的效应，结果光线在透明衬底中传播。置于侧边的检测器可以检测手指的位置，该检测器例如是位于透镜前的CCD线。使用诸多技术以确定产生放射区域的位置。所有这些技术都包括排列多个光束发射器以检测用户是否在特定区域施加了压力。这些技术体现了发射器和相关检测器多样化应用，如果表面受压敏感则会导致较高成本。 
发明内容
本发明建议用另一种方法检测平面的弯曲，这种方法具有更高的可靠性。 
本发明的主旨是一种检测在柔性平面上所受弯曲的弯曲检测方法，所述柔性屏幕包括至少一种发出多个光束的衬底以及表示显示图片的所述光束的一部分与之相交的透明衬底； 
其特征在于另一部分光束在透明衬底中反射，并从透明衬底的至少一端出射，所述方法包括多个与屏幕区域相关联的图像显示步骤以及多个检测从衬底的至少一端出射光束的振幅的检测步骤，每个检测步骤都测量来自屏幕上的显示图像的光束的振幅，以便确定与图像相关联的区域是否存在弯曲。 
按照这种方式，屏幕发出的光用于测量沿屏幕厚度方向传播的光线，并从中推断所述屏幕所受弯曲的区域的位置。每个检测步骤都与确定图像相关联，以确定屏幕上所受弯曲的区域。按照这种方式，可以扫描屏幕，逐区域地确定是否受到弯曲。根据一种改进，屏幕扫描期间提供的取值变化使得能够推断所受弯曲的曲率半径。按照这种方式，可以 向屏幕管理应用提供新的输入参数。 
根据另一种改进，为检测弯曲的图像显示发生地足够迅速以致用户看不见，其余时间，屏幕显示另一个图像。按照这种方式，弯曲检测是迅速的，并且不影响其他必须被用户看见的图像的可视性。根据另一种改进，这些显示的其他图像限定了下述区域，这些区域上所受的弯曲使得能够实现命令的导入。按照这种方式，通过划定如果弯曲就能触发动作的区域，屏幕变为可触摸式。 
根据另一种改进，屏幕还包括透明衬底中的光波导，用于导光束，使光束在透明衬底内部反射向检测器。按照这种方式，弯曲的检测会更加精确。根据另一种改进，所述方法包括校准步骤，在所述校准步骤期间屏幕不会弯曲，并且在透明衬底中进行光束反射测量。因此，通过设置成水平，设备计算出标准数值，然后所述标准值用于与屏幕弯曲时测量到的数值进行比较。 
根据另一种改进，用于测量在所述透明衬底内部反射的光束的两组检测器设置在屏幕的相对两侧，每组检测器所进行的测量使得能够检测不同的弯曲。因此，可以检测到屏幕上所受的多个弯曲。根据具体的实施例，屏幕呈矩形，至少在相对的两侧具有检测器。根据另一种改进，柔性屏幕在本身置于刚性表面的珠子阵列上，弯曲存在于珠子之间的屏幕形变。因此，通过使用微珠限定在屏幕特定区域是刚性的，可以在屏幕制造时限定区域个别是柔性的。 
本发明的目的还在于包括柔性图像显示屏的设备，所述屏幕包括发射多个表示所显示图像的光束的至少一个衬底，其特征在于另一部分光束在透明衬底中反射，并从柔性屏幕至少一侧出射，所述设备包括用于检测衬底内的光束的振幅的检测器，形成多个图像的光束连续地显示在屏幕的预定区域上，每个检测器测量每个屏幕区域显示图像的光束振幅以便确定这一区域是否发生弯曲。 
附图说明
下面将参考附图作为给出的实施例的更详细地描述本发明的其他特征和优点，其落在所附描述的范围内，其中： 
图1是配备有根据本发明实施例中柔性屏幕的命令导入设备的方框图； 
图2是屏幕厚度发出光线路径的示意图； 
图3是示出了当屏幕平整和弯曲时光波的传播原理图； 
图4是示出了屏幕边角带有传感器的屏幕结构图； 
图5示出了柔性屏幕结构的另一种示例，其上发生了弯曲。 
具体实施方式
利用图1，首先以便携电子设备1的形式描述了本发明实施例的一个示例，例如PDA或者便携电视。其他设备也可以用于本发明，例如MP3播放器、移动电话、个人计算机或者任何带有显示器和命令输入装置的设备。设备1包括与程序存储器3以及电池4相连的中央处理器2，所述电池4与至少几个小时操作自主性相关。有利地，将运行程序存储在只读存储器中。也可以用中央处理器2以诸如ASIC型专用电路之类的形式实现。设备1还包括接口5，用于与高比特率数字总线6的通信，以允许音频以及/或者视频数据的实时接收。 
设备1还具有通过OLED技术实现的显示屏7。经由专用电路8执行显示管理，该电路包括文本及图形发生器，以在屏幕上显示菜单、突出导航栏、图符(缩放窗口、图标)以及一个或多个按钮条等。显示管理电路由中央处理器2控制。屏幕7制造在柔性支撑上，允许其上具有一定的弹性。它包括至少两层：发出多个表示所显示图像光束的衬底以及被至少部分光束穿过的透明衬底。OLED技术允许屏幕在其操作的同时弯曲。OLED结构的一个特性是捕捉一部分自身发出的光线，并横向地传导。因此，OLED结构类似与光纤光纤可比较的光波导。 
光电检测器9，典型地单元，设置在屏幕的侧边，使得在透明衬底中反射并从侧边出射的入射光直接入射到单元的光敏表面。检测器9与管理电路10电相连，以便将检测器9提供的模拟信号转换成可以用于中央处理器2的数字值。 
图2示出了OLED发射衬底发出光的路径。注意，80％的光被衬底层捕捉，测试显示了发出的光根据下面的比例在各种介质中消失： 
52％在有机层和ITO(氧化铟锡)中， 
26％在玻璃衬底中， 
20％的光线从屏幕有效地发挥色， 
2％由于不同材料吸收而消失。 
如图2所示，部分光线在OLED结构的厚度方向上传播，在两层具有不同折射率材料之间的界面上反射。结果，一部分光线由屏幕侧边出射。至少一个光电检测器置于侧边用于测量在透明衬底中反射的这部分光线。如果屏幕发生弯曲，更多的光线将从屏幕中出射，落在检测器上的比例将下降。本发明包括测量从屏幕侧边出射的光线，以及推断在所述屏幕上所受弯曲的特性。 
图3示出了当屏幕保持平整时，由光电发射单元发出并且在屏幕中传播以从侧边再次出射的光的数量最大。然而，如果屏幕弯曲，光的数量下降，因为一部分光可以通过以小于折射角的角度在弯曲表面上反射而离开衬底。 
光线在屏幕层之间的传播能力取决于折射率。光发射单元并不是非常定向的，并且以180°角发射光束。当光线在相对于法线方向的特定角度入射到半透明表面，折射光线的夹角根据折射系数变化。在衬底用于OLED屏幕的情况下，光线从比外层折射率更大的一层出射，如果入射光掠过屏幕的内表面，折射角将超过极值，光线将完全在衬底上反射，然而得到全反射的情况，屏幕的两个表面作为波导。但是如果屏幕弯曲，入射角将减小直到小于反射角，使得光线将出射衬底层并且离开屏幕。当屏幕在发光区和光电检测器之间弯曲时，光束将不落在检测器上。在这种情况下，检测器将提供接收到的光振幅的最小值或0值。 
图4示出了带有光电检测器9的屏幕7的实施例。屏幕结构也有多个波导以引导屏幕内部发出的光线至屏幕每个角上放置的检测器9。波导是厚度小于200μm的结构。光线由这些结构和两个玻璃片引导至检测器。在图4的示例中，4个波导沿屏幕厚度方向排列，并且与4个检测器相连。这种结构限制了检测器的数量，但是也限制了弯曲的检测精度。 
其他结构通过将一行检测器9全部沿屏幕7的一条边排列，允许实现屏幕的全交叉排线(cross-hatching)。实验已经证明波导的宽度覆盖 5至25个基本像素。波导的宽度取决于所需弯曲的位置精度以及产生该弯曲产生的手段：用手时，该弯曲区域至少1厘米且波导较宽。然而如果用户使用铁笔(其接触端在mm2量级)，则波导不需要那么宽却需要较多数量。这些波导的排列使得每个波导至少一端与光电检测器相对。有利地，光电检测器的光敏表面呈矩形，以与波导的形状融合在一起。也可以是其他形状，如线形、圆形、多边形等。检测器的光敏表面从几十μm2 到几mm2变化。 
光束的中断使得能够定位弯曲的区域。为了定位所述中断的区域，管理电路8向显示器传输图像图案，然后管理电路10分析每个检测器感知的光幅度。如果检测器9提供的值远小于正常值，光束在显示图像图案的屏幕区域与该检测器9之间中断。为了精确地定位弯曲区域，中央处理器命令显示管理电路8执行屏幕和检测器管理电路扫描，测量每个变化。有利地，图像图案成线形，其宽度对应于波导的宽度，这样可以分析屏幕的正方形部分，向为使用弯曲信息的应用提供更易开发的结果。 
管理电路10向中央处理器2提供了对应于检测器9测量结果的数值表。根据屏幕显示的图像图案以及检测器管理电路提供的数值，中央处理器2确定屏幕弯曲产生的区域。根据优选实施例，检测器9置于屏幕7的左侧。结果表明，对于边长为12cm的正方形屏幕，10×10的矩阵足够识别屏幕的弯曲区域。屏幕被划分成10行和10列，从而100个区域清晰地分离出来。根据该示例，一列对应于十分之一的屏幕，因此一条照亮的行至多是屏幕宽度的十分之一。扫描从左至右进行，第一扫描包括照亮屏幕最左边的列1。检测器9向中央处理器发送第一组数据的10个数值，每个数值对应一行。10个检测器中每个检测器提供的数值与接收到的光量成比例。在列1后，位于第1列右边的列2被照亮，然后继续，直到最后位于屏幕右边的最后的列10。当所有测量都完成后，工作存储器包括10组数据，每组有10个数值。 
下表是检测器根据10列扫描模式提供的数值。 
  列.1   列.2   列.3   列.4   列.5   列.6   列.7   列.8   列.9   列.10
  10   10   10   9   8   1   1   1   1   1
  10   10   10   10   9   1   1   1   1   1
  10   10   10   9   8   1   1   1   1   1
  10   10   10   9   8   1   1   1   1   1
  10   10   10   9   8   1   1   1   1   1
  10   10   10   10   8   1   1   1   1   1
  10   10   10   9   8   1   1   1   1   1
  10   10   10   9   8   1   1   1   1   1
  10   10   10   2   9   1   1   1   1   1
  10   10   10   10   8   1   1   1   1   1
                           表1 
中央处理器2对给定的行进行分析，分析某一列和下一列数值的偏差，然后找出与前一列数值具有最大偏差值的一列。在上表所示示例中，列5的数值与其后列6的数值偏差最大。实际上，当列1、2、3、4和5被照亮时，置于左边的检测器接收到所有穿过屏幕传播的光线，因为发光振幅值最大。对于列6，接收到的光量几乎为0。因此，光线被位于列5的连续垂直弯曲中断。管理屏幕显示的应用考虑了被检弯曲的位置，并且根据被检弯曲的位置修改所显示的图像。扫描在短时间内进行以至于不被用户察觉，典型地每列被照亮1毫秒，扫描持续10毫秒，且每秒出现一次。因此，扫描仅占用1％的时间，故不被用户察觉。为了达到更好的分辨率，例如100列扫描，需要减少每列照亮的持续时间以便全部扫描在10毫秒左右。 
按照这种方式，中央处理器2确定屏幕发生弯曲的区域。如果设备1具有移动电视功能，存储器3运行的程序包括电子节目指南应用程序，允许用于选择视听节目。通过数字总线6传播并由接口5接收的节目可以通过屏幕7上显示的列表选择。显示节目标识区域的弯曲允许选择节目。 
为了保证测量的可靠性，其中一种技术包括执行学习操作。开始，用户通过菜单激活屏幕学习步骤，触发下述消息：“在3秒内学习，请把屏幕放平”。然后用户小心地把屏幕放在平整的表面上以便消除所有弯 曲。3秒后，执行扫描以测量屏幕未弯曲时每列检测器的数值。中央处理器存储检测器的参考数值表，该表的结构与表1相同。然后，在正常操作的扫描期间，中央处理器对由检测器测量的当前值和相应参考值进行比较，计算出比例|(测量值×10)/参考值|。计算结果置于表1，并进行处理以确定弯曲区域。 
屏幕及其测量设备还允许检测屏幕上的一次性按压。用户将屏幕置于柔软表面(塑料)上，用手指或铁笔按压屏幕的某一区域。中央处理器检测屏幕小区域上的弯曲而非检测每列上的弯曲。表2显示了这种情况： 
  列.1   列.2   列.3   列.4   列.5   列.6   列.7   列.8   列.9   列.10
  10   10   10   10   10   10   10   10   10   10
  10   10   10   10   10   10   10   10   10   10
  10   10   10   10   10   10   7   2   1   1
  10   10   10   10   10   10   8   1   1   1
  10   10   10   10   10   10   10   10   10   10
  10   10   10   10   10   10   10   10   10   10
  10   10   10   10   10   10   10   10   10   10
  10   10   10   10   10   10   10   10   10   10
  10   10   10   10   10   10   10   10   10   10
  10   10   10   10   10   10   10   10   10   10
                         表2 
在表2所示的示例中，列7的数值与下一列列8的数值具有较大的偏差，但仅限于屏幕上方的行3和行4。因此，中央处理器推断屏幕7在其右上方的区域出现形变。 
中央处理器2运行存储在存储器3中的应用程序。该应用程序在屏幕上显示菜单和图像，限定了区域。用户在这些区域上施加弯曲以便导入命令。例如，照片冲洗程序能显示图像，而且根据屏幕产生的弯曲，照片形变。示例包括用户把屏幕向自己方向弯曲以放大弯曲区域为中心的图像。弯曲区域的检测方法还可以检测弯曲的特征，例如曲率半径。如果从一列到另一列的数值突变，则曲率半径是非常明显的。对于一个10cm宽的屏幕，两个连续列的数值从“2”变化到“9”与1cm的曲率半 径相对应。如果数值从“2”变化到“9”占用了4列，则半径大约为4cm。因此，中央处理器将曲率半径作为输入参数，例如曲率半径限定了上述应用的缩放放大值。 
根据一种改进，检测器置于屏幕的每条边上，按照这种方式可以检测若干个弯曲。下表10列扫描的数值包括左边(第一个数值)和右边(第二个数值)检测器提供的数值。该示例是屏幕产生两个弯曲情况下的数值表。 
  列.1   列.2   列.3   列.4   列.5   列.6   列.7   列.8   列.9   列.10
  10/1   10/1   9/1   1/1   1/1   1/1   1/2   1/4   1/9   1/10
  10/1   10/1   8/1   1/1   1/1   1/1   1/1   1/5   1/8   1/10
  10/1   10/1   9/1   1/1   1/1   1/1   1/1   1/5   1/8   1/10
  10/1   10/1   9/1   1/1   1/1   1/1   1/1   1/4   1/9   1/10
  10/1   10/1   9/1   1/1   1/1   1/1   1/1   1/5   1/9   1/10
  10/1   10/1   9/1   2/1   1/1   1/1   1/2   1/4   1/8   1/10
  10/1   10/1   9/1   1/1   1/1   1/1   1/1   1/4   1/8   1/10
  10/1   10/1   9/1   1/1   1/1   1/1   1/1   1/5   1/9   1/10
  10/1   10/1   8/1   2/1   1/1   1/1   1/1   1/4   1/8   1/10
  10/1   10/1   9/1   1/1   1/1   1/1   1/2   1/4   1/8   1/10
                           表3 
表3所示示例中，由屏幕7左边的检测器9提供的列3的数值与下一列列4的数值具有最大的偏差，因此中央处理器推断第一个弯曲出现在列3的位置，曲率半径较小。由屏幕8右边检测器9提供的列7、8和9的数值也体现了偏差，因此中央处理器推断第二个弯曲以列8为中心，由于偏差涉及3列，因此推断曲率半径较大。 
根据优选实施例，OLED型屏幕由分别在左右两边的两个把手固定，以使用户通过把握把手在屏幕上产生弯曲。本发明的其他实施例也可以，例如数字照片设备包括一个隔间，用于支撑镜头，且带有缠绕在轴上的OLED屏幕。用户通过拉动侧边把屏幕从隔间中抽出，然后在上面形成弯曲以导入命令。 
图5示出了本发明的另一个实施例，其中柔性屏幕设置在本身置于刚性表面的珠子阵列上。用户在两个珠子之间的区域上施力，在屏幕上 产生局部弯曲。置于侧边的光电检测器测量作用于屏幕的形变。 
参考具体图示的实施例描述了本发明，所述发明绝不限于这些实施例，但限于所附权利要求。本领域普通技术人员可以在不背离本发明框架的前提下对前述实施例进行其他变化或改进。 

Claims (15)

1.一种检测柔性屏幕(7)上的弯曲的弯曲检测方法，所述柔性屏幕包括至少一个发出多个光束的发光衬底以及透明衬底，表示显示图像的所述光束的一部分与所述透明衬底相交，
其特征在于另一部分光束在透明衬底中反射，并从透明衬底的至少一侧出射，所述方法包括多个与屏幕(7)区域相关联的图像显示步骤以及多个检测从衬底的至少一侧出射光束的振幅的检测步骤，每个检测步骤测量来自屏幕上的显示图像的光束的振幅，以便确定与图像相关联的区域是否发生弯曲。
2.根据权利要求1所述的弯曲检测方法，其特征在于所述方法包括对检测步骤期间提供的振幅的数值偏差进行分析的步骤，以便推断所受弯曲的曲率半径。
3.根据权利要求1或2所述的弯曲检测方法，其特征在于用于检测的图像显示的间隔足够迅速而不被用户察觉，在剩余时间，屏幕(7)显示另一个图像。
4.根据权利要求3所述的弯曲检测方法，其特征在于显示的另一个图像限定了下述区域，在所述区域上所受的弯曲允许命令的导入来改变屏幕的状态。
5.根据权利要求1所述的弯曲检测方法，其特征在于所述屏幕还包括置于透明衬底中的光波导，用于引导光束，使光束在透明衬底内部反射直至检测器(9)。
6.根据权利要求1所述的弯曲检测方法，其特征在于所述方法包括校准步骤，在所述校准步骤期间，屏幕(7)不发生弯曲，并且对在透明衬底中反射的光束进行测量。
7.根据权利要求6所述的弯曲检测方法，其特征在于所述用于测量在透明衬底中反射的光束的两组检测器(9)设置在屏幕(7)的相对两侧，每组检测器所进行的测量允许检测不同区域的弯曲。
8.根据权利要求1所述的弯曲检测方法，其特征在于所述柔性屏幕(7)设置在本身置于刚性表面的珠子阵列上，所述弯曲存在于所述珠子之间的屏幕形变。
9.一种检测柔性屏幕(7)上的弯曲的设备(1)，包括柔性图像可视化屏幕(7)，所述屏幕包括发射多个表示显示图像的光束的至少一个发光衬底，其特征在于另一部分光束在透明衬底中反射，并从柔性屏幕(7)的至少一侧出射，所述设备包括用于检测衬底内的光束的振幅的检测器(9)，所述光束形成多个在屏幕的确定区域上连续显示的图像，每个检测器(9)测量从屏幕(7)的某一区域显示的每个图像所发出的光束的振幅，以便确定该区域是否发生弯曲。
10.根据权利要求9所述的设备(1)，其特征在于所述设备包括分析装置(2、3)，用于来自每个显示图像的光束的振幅的偏差分析，以便推断该区域上所受弯曲的曲率半径。
11.根据权利要求9或10所述的设备(1)，其特征在于所述显示的图像足够迅速地出现而不被用户察觉，在剩余时间，屏幕(7)显示另一个图像。
12.根据权利要求9所述的设备(1)，其特征在于所述屏幕还包括位于透明衬底中的光波导，用于引导光束，使光束在透明衬底内部反射直至检测器(9)。
13.根据权利要求9所述的设备(1)，其特征在于所述设备包括校准装置(2、3)，在所述校准期间，屏幕(7)不发生弯曲，并对在透明衬底中反射的光束进行测量。
14.根据权利要求9所述的设备(1)，其特征在于所述设备包括用于测量在透明衬底中反射的光束的两组检测器(9)，所述两组检测器设置在屏幕(7)相对的两侧，每组检测器所进行的测量允许检测不同区域的弯曲。
15.根据权利要求9所述的设备(1)，其特征在于所述柔性屏幕(7)设置在本身置于刚性表面的珠子阵列上，弯曲存在于所述珠子之间的屏幕形变。
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