CN101331422B

CN101331422B - 具有可变漫射体的显示系统

Info

Publication number: CN101331422B
Application number: CN2006800469107A
Authority: CN
Inventors: A·J·S·M·德瓦恩
Original assignee: TP Vision Holding BV
Current assignee: TP Vision Holding BV
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2026-12-05
Also published as: WO2007069125A3; US7755827B2; EP1963910A2; CN101331422A; US20080278791A1; WO2007069125A2

Abstract

一种显示系统，包括具有用于显示图像的显示屏(DS)的显示设备(DD)。在显示设备(DD)的前面设置漫射体(DI)。控制器(CO)控制漫射体(DI)的至少一部分使其处于显示屏(DS)可见的透明状态，或者处于隐藏显示屏(DS)的不透明状态。控制器(CO)还控制照明系统(IS)在不透明状态时照射漫射体(DI)的所述至少一部分。

Description

具有可变漫射体的显示系统

技术领域

本发明涉及在显示设备前面包含漫射体的显示系统、漫射体系统、以及显示系统中的控制方法。

背景技术

当将显示仪器切换到其截止状态时，显示仪器的显示设备的显示屏具有与其周围环境不协调的显示。通常，当不显示图像时显示屏宁可发黑。

WO 02/084695公开了一种图像显示设备，其具有在上面显示图像的有效部分(显示屏)。尺寸与显示设备的有效部分的尺寸相当的LC光阀被固定在显示设备前面的显示设备的表面上。LC光阀根据显示设备的导通/截止操作而被通电。LC光阀包括具有LC凝胶的LC盒，其可以在透光状态与不透明状态(特别是散射状态)之间切换。当显示设备处于导通状态时LC光阀是透明的，在截止状态下是不透明的。在LC光阀的不透明状态，向观察者隐藏显示屏，从而使其对周围环境的干扰较小。

不过，LC光阀的问题在于其隐藏效果有限。如果LC光阀提供良好的隐藏效果，那么，该光阀要么在显示仪器导通期间在其透光状态下显示出稍许漫射，要么需要提供另外一层以便在增大周围环境光反射的同时减小日光对比度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进隐藏效果与漫射之间的折衷的显示系统。

本发明的第一方面提供一种如权利要求1所述的显示系统。本发明的第二方面提供一种如权利要求14所述的漫射体系统。本发明的第三方面提供一种如权利要求16所述的控制方法。在从属权利要求中限定了优选实施例。

根据本发明第一方面的显示系统包括显示设备，具有在上面显示图像的显示屏。图像可以为照片、电影、广播事件、文本、由例如计算机产生的合成图像，或者处于一幅图像中的任何其他图形信息或者图形信息的组合。图像可以包括运动信息。将漫射体设置在显示屏前面，使观察者通过漫射体观看显示屏上显示的图像。该显示系统进一步包括能照射漫射体的照明系统。控制器控制漫射体处于显示屏可见的透明状态，或者处于为观察者隐藏显示屏的、通常是散射状态的不透明状态。控制器控制照明系统在不透明状态下照射漫射体。因此，当漫射体处于不透明状态时，漫射体将光照射到显示系统的周围。在显示时可使用不透明状态隐藏图像，或者当显示设备处于其截止状态时隐藏显示屏。由于照明系统的光照射漫射体，增大了漫射体的隐藏效果。因此，如果使用同一漫射体，则会增大隐藏效果，同时不改变漫射体的漫射性。因此，当漫射体处于其透明状态时，图像的锐度不发生改变。可替换地，利用漫射更小的漫射体能够实现相同的隐藏效果。这种漫射更小的漫射体如果处于其透明状态漫射会更小，从而改进对比度以及显示设备所显示图像的视觉感知锐度。在两种应用中，获得了改进的漫射体处于不透明状态时显示屏的隐藏效果与漫射体处于透明状态时图像的漫射性之间的折衷。还可以使用增加的照明系统来选择不太漫射的漫射体，从而同时增大隐藏效果和图像的锐度。

根据第二方面的漫射体系统包括具有透明状态和不透明状态的漫射体。漫射体系统进一步包括照明系统，当漫射体处于不透明状态时照射漫射体。该照明系统包括沿漫射体的至少一个边缘设置的光源，以及将光源发射出的光朝向漫射体引导的光导。并且，照明改进了漫射体处于其不透明状态时的隐藏效果。可替换地，如果选择具有更低漫射性的漫射体：不透明状态期间的隐藏效果有可能相同或者得到稍许改善，同时，减小透明状态期间的漫射性。

注意，整个漫射体可以处于透明状态或者不透明状态。可替换地，可以将漫射体分成单独的可控制部分，对其进行单独控制。优点是，通过有选择地控制漫射体部分，在显示设备所显示的图像上可产生重叠图像。例如，通过使形成时钟显示的漫射体部分处于不透明状态，而漫射体的其余部分处于透明状态，可显示与图像重叠的时钟。可替换地，使形成时钟的部分是透明的，而通过控制漫射体的相关部分是不透明的，使图像的其余部分是不可见的(或者可见度下降)。还可以使用比显示设备的屏幕面积更大的漫射体。例如，没有覆盖显示设备的漫射体区域可以处于漫射状态，此时漫射体的其余部分是透明的，在显示屏的周围显示一个亮线。可以将没有覆盖显示设备的屏幕区域的漫射体部分分成可独立控制的部分，在显示设备的显示区域的外部创建附加的显示图像区。该附加的显示图像区例如可以显示时钟或任何其他信息。

在如权利要求2所述的实施例中，在不透明状态期间控制器将照明系统切换到相对较高的亮度水平，并且在透明状态期间将其切换到相对较低的亮度水平。在不透明状态期间相对较高的亮度导致很好地隐藏显示时的图像或者不显示图像时的显示屏，而透明状态期间相对较低的亮度不会妨碍显示屏上所显示的图像。

在如权利要求3所述的实施例中，显示设备具有不显示图像的截止状态，以及显示图像的导通状态。控制器控制漫射体在截止期间实现不透明状态，并且在导通期间实现透明状态。另外，控制器控制照明系统在截止状态期间比在导通状态期间发射出具有更高亮度的光。

如果高质量地制造漫射体，使得漫射体中的光不会太大程度地恶化图像质量，在观看图像时光可以保留下来。因而，只有在图像应当可见时才使光暗淡。无需将光完全切断。

在如权利要求4所述的实施例中，在不透明状态期间控制器激活照明系统，并且在透明状态期间切断照明系统。因而，在透明状态期间照明系统不照射漫射体，最低限度地干扰图像。

在如权利要求5所述的实施例中，漫射体包括单独的可控制部分。如果将可切换的漫射体设置成图案，可以在显示屏上显示的图像附近或重叠地显示附加图像。例如，可以在图像周围产生小亮条，或者在显示屏上显示的图像附近(或者重叠地)产生时钟。

在如权利要求6所述的实施例中，照明系统照射漫射体指向显示设备的一侧。因而，光源发射出的光不能直接到达观察者，只能通过处于不透明状态的漫射体。因此，所发射出的光不会使观察者感到目眩。

在如权利要求7所述的实施例中，照明系统包括沿其至少一个边缘设置的光源。优选地，在至少两个边缘处具有光源，以获取对漫射体均匀的照射。不过，均匀照射漫射体并不是必需的。观察者可能会发现，在漫射体上具有预定的照明梯度是令人愉快的。

在如权利要求8所述的实施例中，光源包括至少一个，不过优选包括一行诸如发光二极管的发光设备。可替换地，光源为激光器。

在如权利要求10所述的实施例中，照明系统包括光导，用于将光源发射出的光朝向漫射体引导。这种光导使得能够在漫射体上获得预定的照明图案。优选地，使用光导在漫射体上获得均匀的照明。

在如权利要求11所述的实施例中，至少在光进入光导的侧面处，除具有使光能够进入光导的至少一个孔外，将该侧面制造成反射性的。这改进了系统的操作：因为光导侧面泄漏出的光更少。优选地，将光导的所有侧面制造成反射性的。

在如权利要求12所述的实施例中，漫射体的面积与显示设备显示图像的面积相对应。漫射体具有的最佳尺寸是如果其完全覆盖显示设备上显示图像的面积而不更大，从而如果漫射体处于其透明状态则整个图像都能够被观察者看到，同时使漫射体的尺寸最小。

在如权利要求13所述的实施例中，漫射体的面积与显示设备的面积相对应，并且将光导构造成基本照射漫射体的整个区域。此时，在漫射体的透明状态下可以看见完整的图像，并且在漫射体的不透明状态期间向观察者隐藏了整个显示屏。

由下面所述的实施例，本发明的这些和其他方面是显而易见的，并将参照下面所述的实施例进行说明。

附图说明

在附图中：

图1示出了根据本发明的显示系统的一个实施例，以及

图2示出了根据本发明的显示系统的另一实施例。

应当注意，在不同附图中具有相同附图标记的项具有相同结构特征和相同功能，或者为相同的信号。而已经解释了该项的功能和/或结构，在详细描述中不必进行重复说明。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的显示系统的一个实施例。该显示系统包括用于支持显示设备DD的机壳CA、照明系统IS、夹在两个透明板FP和BP之间的可切换漫射体DI。照明系统IS包括可选的光导LG，以及至少一个光源LS。在漫射体DI所处的一侧，机壳是打开的，使得当漫射体DI透明时观察者OB能够观看显示设备DD的显示屏DS上显示的图像。该显示系统进一步包括控制器CO，其将控制信号DCS输送给漫射体DI，并将控制信号LCS输送给光源LS。

在图1所示的实施例中，显示系统具有第一状态，其中，控制器CO控制漫射体DI使其是透明的，并且显示设备DD的显示屏DS可由观察者OB看到。显示系统具有第二状态，其中控制器CO控制漫射体DI使其是不透明的，并且向观察者OB隐藏显示设备DD的显示屏DS。在第二状态期间，控制器控制光源LS发光，从图中远离观察者OB的一侧照射漫射体DI。这种光增大了漫射体的隐藏效果。

将控制器CO构造成分别利用控制信号DCS和LCS控制漫射体DI和照明系统IS的状态。优选使这些状态同步，在漫射体DI处于其不透明状态的时间周期期间，与漫射体DI处于其透光状态的时间周期期间相比，使照明系统IS具有更高亮度。优选地，在漫射体是透明的时间周期期间，特别是如果在显示屏DS上显示图像，照明系统IS不照射漫射体DI。

可将控制器CO构造成接收输入信号(未示出)，其表明显示系统是处于在显示屏DS上显示图像的导通状态，还是处于不显示图像的截止状态。此时，在显示系统的导通状态期间，控制器CO输送控制信号DCS，得到透明的漫射体DI，并且输送控制信号LCS，控制照明系统IS不产生光。此外，在显示系统的截止状态期间，控制器CO输送控制信号DCS，获得不透明的漫射体DI，并且输送控制信号LCS，控制照明系统照射漫射体DI。

有多种可能来设计用于此应用的适当光导。光导的一个非常适当的实施例是薄透明板(例如，具有4mm的厚度)。光(例如由若干LED发出)从具有这样的光学子系统的侧面输入到该波导中，该光学子系统使得光以通过全内反射(TIR)将光俘获到波导内的角度分布通过波导。为了在LED与光导之间获得高效率和紧凑的耦合光学，光导优选由具有高折射率的材料制造而成。优选地，将可切换漫射体粘接到波导上，使得波导内的光线能够从可切换漫射体进入承载板BP内，并到达漫射层DI。当光线到达漫射体时，光线被漫射，并且光朝向观察者的方向离开系统。不过，由于在可切换漫射体承载板FP与处于观察者一侧的空气之间的界面处的全内反射，部分光将反射回波导中。由于光在观察者一侧离开系统，对于从LED进入光导的光线来说优选产生这样一种光场，使得朝向波导后表面(此表面处于显示设备DD一侧)的角分布稍微集中。

通过使用光线跟踪程序可找出最佳情形，并且可由能够操作该程序的熟练的光学工程师来进行。

在显示设备为LCD显示器的情形中，并且利用了离开LCD板的光被线性地偏振这一事实，能够进行进一步系统优化。在波导中可包括反光元件，透过来自LCD板的偏振光，同时反射来自光源的具有相反偏振态的光。

当将漫射体的四个薄侧面涂上反射器时，可进一步改善系统的光学效率。此时，这些反射器中留有孔，允许光源发出的光进入波导，而在侧面涂有反射涂层的部分，光反射回波导中。没有该反射层，反射光将损失掉。

导致漫射体照明最佳均匀性的光场，为进入光导的光线大致平行的光场。当相对于波导的入射区而言光源的发光区较小时，这种情况近似是最佳的。在给定情况中，这意味着当使波导更厚时(或者在光学等效物中由更高折射率的材料制造)可改进均匀性，或者所使用更小类型的的光源(优选是激光器)。

在图1所示的实施例中，显示设备DD是平板显示器，诸如例如LCD、或等离子体显示器。优选地，该显示设备DD是矩阵显示器。光导LG和背板BP可以为同一元件。

图2示出了根据本发明的显示系统的另一实施例。图2中所示的显示系统基于图1中所示的显示系统。惟一的区别在于省略了光导，并且显示设备DD为阴极射线管而不是平板显示器。在显示设备DD的显示屏DS的前面，以预定的距离设置透明前板FP、漫射体DI和透明背板BP的叠层，从而在背板BP与显示屏DS之间具有一定体积V。将光源LS设置成使得所发射的光进入体积V中。在此体积V中，通过光逆向显示屏玻璃的反射实现光导效果。优选地，该体积V充满空气，不过可使用另外的透明材料。如果光源LS的光能直接被耦合到背板BP中，则可省略体积V。从而，可以将前板FP、漫射体DI和背板BP的叠层直接安装到显示屏DS的表面上。

应当注意，上述实施例说明了而非限制了本发明，并且本领域技术人员在不偏离所附权利要求范围的条件下能设计出多种其他的实施例。

其次，应当注意，本发明使得新一代设计成为可能，诸如可以被切换成装饰发光元件的电视机产品，以及相反的：可以将位于生活区的装饰发光元件切换成显示模式。

在权利要求中，任何放置于圆括号之间的附图标记不应当被理解为限制该权利要求。动词“包括”及其变化形式的使用不排除存在除权利要求中提及之外的元件或步骤。元件前面的冠词“一个”不排除存在多个这种元件。本发明可利用包括多个独立元件的硬件，以及利用适当编程的计算机来实现。在列举多个装置的设备权利要求中，可由同一个硬件来实现这多个装置。惟一的事实是，在互不相同的从属权利要求中提到的某些措施不表明不能使用这些措施的组合获得益处。

Claims

1.一种显示系统，包括：

具有用于显示图像的显示屏(DS)的显示设备(DD)，

设置在该显示设备(DD)前面的漫射体(DI)，

照明系统(IS)，以及

控制器(CO)，用于控制漫射体(DI)的至少一部分使其处于透明状态，其中显示屏(DS)的相应部分通过漫射体(DI)的该至少一部分是可见的，或者使其处于不透明状态，以隐藏显示屏(DS)的相应部分，并且用于控制照明系统(IS)，以便在漫射体(DI)的至少一部分处于不透明状态时照射该至少一部分。

2.如权利要求1所述的显示系统，其中，将控制器(CO)构造成在不透明状态期间将该照明系统(IS)切换到第一亮度级，并且在透明状态期间将该照明系统(IS)切换到低于第一亮度级的第二亮度级。

3.如权利要求1所述的显示系统，其中，显示设备(DD)具有在其中不显示图像的截止状态，以及在其中显示图像的导通状态，并且其中，将控制器(CO)构造成在截止状态期间获得漫射体的不透明状态，并且在导通状态期间获得漫射体的透明状态，并且用于控制照明系统(IS)在截止状态期间发射比在导通状态期间具有更高亮度的光。

4.如权利要求1、2或3所述的显示系统，其中，将控制器(CO)构造成在不透明状态期间将照明系统(IS)切换成导通，并且在透明状态期间将该照明系统(IS)切换成截止。

5.如权利要求1、2或3所述的显示系统，其中，将漫射体(DI)分成单独的可控制部分，并且其中将该控制器(CO)构造成用于控制该单独的可控制部分，以便获得处于不透明状态的所述部分的第一子集，以及处于透明状态的所述部分的第二子集。

6.如权利要求1、2或3所述的显示系统，其中，将照明系统(IS)构造成照射漫射体(DI)指向显示设备(DD)的侧面。

7.如权利要求1、2或3所述的显示系统，其中，照明系统(IS)包括沿其至少一个边缘的光源(LS)。

8.如权利要求7所述的显示系统，其中，该光源(LS)包括至少一个发光设备。

9.如权利要求7所述的显示系统，其中，光源(LS)包括至少一个激光器。

10.如权利要求1、2或3所述的显示系统，其中，照明系统(IS)包括将由光源(LS)发射的光朝向漫射体(DI)引导的光导(LG)。

11.如权利要求10所述的显示系统，其中，至少在光导(LG)朝向光源(LS)的侧面处涂覆反射涂层，并且其中，该反射涂层具有至少一个孔，使得来自光源(LS)的光能够进入光导(LG)。

12.如权利要求1、2或3所述的显示系统，其中，漫射体(DI)的面积与显示屏(DS)的面积相对应。

13.如权利要求10所述的显示系统，其中，漫射体(DI)的面积与显示屏(DS)的面积相对应，并且其中，将光导(LG)构造成基本上照射漫射体(DI)的整个区域。

14.一种漫射体系统，包括：

漫射体(DI)，具有在透明状态或不透明状态下可以控制的至少一个部分，和

照明系统(IS)，用于在处于不透明状态时照射漫射体(DI)的该至少一部分，其中该照明系统(IS)包括沿漫射体(DI)的至少一个边缘设置的至少一个光源(LS)，

控制器(C0)，用于控制漫射体(DI)的该至少一部分以使其处于透明状态或处于提供隐藏效果的不透明状态，并且当处于不透明状态时用于控制照明系统(IS)至少照射漫射体(DI)的该至少一部分。

15.如权利要求14所述的漫射体系统，其中该照明系统(IS)还包括至少将由该光源(LS)发射的光朝向漫射体(DI)的该至少一部分引导的光导(LG)。

16.一种在显示系统中控制漫射体(DI)和照明系统(IS)的方法，该显示系统包括具有用于显示图像的显示屏(DS)的显示设备(DD)，该漫射体(DI)设置在该显示设备(DD)的前面，该照明系统(IS)被设置成照射该漫射体(DI)的至少一部分，该方法包括控制(CO)：

漫射体(DI)的该至少一部分以使其处于透明状态，在该透明状态中显示屏(DS)是可见的，或者使其处于隐藏该显示屏(DS)的不透明状态，以及

照明系统(IS)，当处于不透明状态时使其至少照射该漫射体(DI)的该至少一部分。