CN101542342A - 用于显示器的缘边系统 - Google Patents

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CN101542342A CNA2007800438917A CN200780043891A CN101542342A CN 101542342 A CN101542342 A CN 101542342A CN A2007800438917 A CNA2007800438917 A CN A2007800438917A CN 200780043891 A CN200780043891 A CN 200780043891A CN 101542342 A CN101542342 A CN 101542342A
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B·A·萨尔特斯
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Abstract

本发明涉及用于诸如TV或计算机显示器之类的显示器的缘边系统。可控光源用来发射至少一个波长的光束到光导内，所述光导包括内侧和外侧以及前侧和后侧，该光导适于对由光源发射的入射光进行导向。光导5包括耦合输出结构，以用于与在光导内被导向的光相互作用从而使得该光从光导的前侧被提取出来。光源被耦合到光导以使得所发射的从光导内到达内侧和外侧的光束相对于内侧和外侧以斜角被反射。

Description

用于显示器的缘边系统
技术领域
本发明涉及一种用于显示器的缘边(rim)系统，并且涉及一种显示系统，所述显示系统包括附着到该显示系统的外围的缘边系统。
背景技术
流光溢彩(Ambilight)是这样的概念：当观看电视(TV)时通过应用环境照明以便将图像延伸到TV屏幕的边界之外，从而增强观看体验。这种概念近来已经被引入市场中并且发现对配有这种特征的高端LCD的销售具有极大的正面影响。
在流光溢彩的概念中，由于目前它是借助于例如位于电视机后面的低压气体放电灯、比如CCFL(冷阴极荧光)灯来实施的，所以图像的延伸被投射到TV后面的墙壁上。每个灯可以被认为是在显示器后面的墙壁上(或者在附着到显示器的专用漫反射或漫透射屏幕上)创建光的“像素”。每个灯的强度可以被独立地改变并且根据某种算法从实际的视频信息中被导出。原则上，这是以帧到帧为基础完成的。
在现有的流光溢彩电视机中，由显示器产生的图像和TV后面的墙壁上的流光溢彩图像不是接合在一起的，而是被显示器的缘边打断。这会容易导致因长时间观看引起的疲劳。
WO01/17240公开了一种包括蓝光源的框架，其中这些光源的强度被远程地控制。这篇参考文献针对的是在TV图像观看期间降低疲劳的有效方法。该发明是基于蓝光具有如下生理效应的事实：降低动脉血压、降低脉膊率(G.P.Popov，“Engineering psychology inradiolocation”，莫斯科，1971(俄罗斯))。分析所显示图像的亮度和环境光的强度，并且根据这些结果，借助于遥控器或自动地控制外部照明的亮度。这些光源被设置成使得避免屏幕上图像的闪烁。在这篇参考文献中，由屏幕的周边所生成的照明图案仅对环境光的亮度或者来自遥控器的输入做出响应。它不会对屏幕所显示的信息做出响应。假如环境照明条件没有变化，则照明图案的强度和颜色是静态的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于适于发射均匀光的显示器的缘边系统。本发明的目的还涉及提供一种包括该缘边系统的显示系统。
根据一个方面，本发明涉及一种用于显示器的缘边系统，包括：
-至少一个可控光源，适于发射至少一个波长的光束；
-光导，包括内侧和外侧以及前侧和后侧，所述光导适于对由光源发射的入射光束进行导向，所述光导包括耦合输出结构，用于与在光导内被导向的光束相互作用从而使得该光束从光导的前侧被提取出来，
其中所述至少一个可控光源被耦合到光导，以使得所发射的从光导内到达内侧和外侧的光束相对于内侧和外侧以斜角(oblique angle)被反射。
由于光以斜角入射到光导的内侧和外侧，所以它会朝光导的相对侧被反射，并且因而在被从光导中耦合出去之前将在光导内行进更大距离。这会导致从光导被耦合输出的光的均匀性会好得多。其另一个优点在于，将需要更少的光源和/或耦合输出结构的密度能够小得多。
在一个实施例中，缘边系统还包括邻近光导的后侧放置的光反射装置。
因而，从后侧而不是从光导的前侧被偶然反射出去的所有光将被反射回到光导内并且从前侧被反射出去。
在一个实施例中，光导的内侧或外侧、或者其组合设有光反射装置。
这样，就确保了从光导内到达光导侧面的大多数光束将被反射回到光导内。因而，可忽略的光量将被从侧面传导出光导。
在一个实施例中，光反射装置选自以下的组：
-镜；
-金属性涂层；
-多层介电材料。
在一个实施例中，光导由折射率大于光导周围的相邻介质的折射率的玻璃或透明塑性材料制成，所述至少一个可控光源被耦合到缘边系统以使得所发射的到达光导的内侧和外侧的光束被全反射。
由此不需要光反射装置，会实施全内反射定律以确保光会被维持在光导内，类似于在纤维光缆中的那样，直到光与耦合输出结构相互作用。
在一个实施例中，所述至少一个可控光源包括发光二极管(LED)。
因此可以实现平坦的薄表面(光导)，其由LED照射以使得所发射的朝向观看方向的光变得均匀或处于“像素化(pixilated)”形式。
在一个实施例中，所述至少一个可控光源包括发光二极管(LED)，该系统还包括光混合器，该光混合器包括至少两个具有不同波长的LED被耦合到其内的第一端以及被耦合到光导的第二端，两个或更多LED和第一端之间的布置是这样的：使得光在经由第二端被传导至光导之前在光导内交叠。
由于LED近乎是点状光源，所以如果需要例如白光的话，将可能生成光并且在光进入光导中之前对光进行混合。这样，不同颜色的光在被传导至光导内之前已经被混合。
在一个实施例中，光导的内侧或外侧、或者其组合通过楔形结构的重复来形成，所述楔形结构包括在与光导的相对侧有关的结构的顶部的凹槽，至少一个光源被集成到凹槽中，光源在凹槽中的配置使得从光源发射的光利用楔形结构的至少一个相邻侧而被反射到光导中。
在一个实施例中，光导的内侧或外侧的形状、或者内侧和外侧这两者的形状由阶梯式结构形成，所述阶梯式结构由第一表面和第二表面的重复形成，至少一个光源的放置包括把光源附着到第一表面或第二表面。
在一个实施例中，缘边系统还包括：
-至少一个图像分析器，用于从输入视频信号或显示器中确定颜色信息；和
-控制单元，用于利用所检测的颜色信息来控制LED的发射颜色以使得发射颜色对应于在显示器的外围处检测的颜色。
这样，在显示器的外围检测的光将被直接转换到光导内。
在一个实施例中，缘边系统还包括：
-至少一个图像分析器，用于确定当前图像帧的颜色信息；
-控制单元，用于利用所确定的颜色信息来把图像帧上的当前图像延伸到至少光导。
在一个实施例中，该缘边系统还包括：
-存储器，用于存储预定量的图像帧；
-延迟机构，用于延迟发送图像帧到显示器；
-图像分析器，用于从所存储的图像帧确定颜色信息；以及
-控制单元，用于当显示图像帧时利用所确定的颜色信息来将图像延伸到至少光导。
因此，可以将显示器上正在显示的图像延伸到框架结构。因此，框架结构充当显示器的延伸。
在一个实施例中，该缘边系统还包括：
-至少一个图像分析器，用于从输入视频信号或显示器确定颜色信息；
-至少一个环境分析器，用于检测环境颜色信息；
-控制单元，用于利用所检测的显示器和环境颜色信息来控制来自所述至少一个光源的发射颜色，以使得发射颜色适合于显示器和环境颜色信息。
这样，在显示器的外围和环境处检测的光将被直接转换到光导内，从而允许在实际显示器上显示的娱乐信息节目和例如投射到位于显示器后面的墙壁上的流光溢彩娱乐信息节目之间的平滑过渡。
在一个实施例中，光导包括被安装在一起的两个或更多子光导。
因此，能够形成子光导的阵列，这使得光导更似像素。
在一个实施例中，耦合输出结构选自以下的组：白色涂料的点阵列，凹槽阵列。
在一个实施例中，缘边系统还包括放置在光导的外侧的可控流光溢彩源，用于将离开缘边系统的光发射到环境中。
因此，提供一种这样的缘边系统：其能够把在实际显示器上显示的娱乐信息节目以连续的方式延伸到环境(例如位于显示器后面的墙壁)中，以使得在显示器和环境之间没有形成“间隙”。
根据另一个方面，本发明涉及一种显示系统，其包括附着到显示器外围的所述缘边系统。
在一个实施例中，显示系统包括TV监视器或计算机屏幕监视器。
在一个实施例中，TV监视器或计算机屏幕监视器还包括适于把光投射到监视器周围的环境中的一个或多个可控流光溢彩光源。
本发明的这些方面每一方面都可以与任何其它方面结合。通过参照下文描述的实施例，本发明的这些以及其它方面将显现出来并被阐明。
附图说明
将仅通过示例方式并参照附图来描述本发明的实施例，其中：
图1示出了根据本发明的用于显示器的缘边系统；
图2图解说明了显示器中的娱乐信息节目(infotainment)通过缘边系统延伸到环境；
图3示出了光导的一个实施例的顶视图/侧视图；
图4-6示出了根据本发明的光导的三个实施例；
图7-8示出了根据本发明的光导的两个实施例的横截面；
图9示出了具有与两个或更多LED(或光源)耦合的入口的光混合器的一个示例；以及
图10-12示出了根据本发明的缘边系统的三个实施例。
具体实施方式
图1示出了用于显示器105(例如LCD或PDP)的缘边系统100，该缘边系统100包括：至少一个可控光源102，适于发射至少一个波长的光束120；光导101，包括内侧106和外侧107以及前侧108和后侧109，所述光导适于对由光源102发射的入射光进行导向。这个光导101包括耦合输出结构(out-coupling structure)103以用于与在光导101内被导向的光相互作用从而使得光从光导101的前侧108被提取出来。在一个实施例中，耦合输出结构选自：白色涂料点阵列和/或凹槽阵列的组。至少一个可控光源被耦合到光导以使得由光源102所发射的从光导101内到达内侧106和/或外侧107的光束120相对于内侧和外侧以斜角119被反射。
在一个实施例中，光导101的折射率大于光导周围的相邻介质的折射率。从而不需要光反射装置，会实现全内反射定律以确保光会被维持在光导内，类似于在纤维光缆中的那样，直到光与耦合输出结构103相互作用。
在其中这不是必需的另一个实施例中，光导的内侧106和外侧107设有光反射装置121、122，例如用于把光束120维持在光导内的镜、金属性涂层、多层介电材料等等。因而，把光束120导出光导101的唯一可能性是当其与耦合输出结构103相互作用时。
在一个实施例中，光源102包括发光二极管(LED)，其中每个相应的二极管适于发射至少一个波长的光。所发射的波长可以例如是蓝色、绿色和红色。这些LED可以适于发射一个或多个波长的光，这意味着同一个LED发射例如红光、绿光和蓝光。假如这些LED仅发射一个波长的光，则优选的是一组发射红光、一组发射绿光而一组发射蓝光。优选地，发射所述红光、绿光和蓝光的LED被一起布置在局部区域或者彼此相邻地进行布置以用于实现光的混合。举例来说，如果LED沿图1所示的框架结构进行布置，则可能优选的是这些LED形成红、绿和蓝LED序列的重复。也可以通过使用如图9所示的光混合器来实现光的混合。这将在稍后进行更详细的描述。
在一个实施例中，系统100还包括至少一个图像分析器104a，所述图像分析器104a用于分析输入视频信号或显示器以从显示器上的显示图像中确定颜色信息。在这里所示的实施例中，图像分析器104a位于光导101的内侧106以用于检测在显示器105的外围处的显示颜色信息，并且控制单元(C_U)114利用所检测的颜色信息以控制来自LED102的发射颜色，从而使来自LED的发射颜色对应于在显示器的外围101处所检测的颜色。因而，在外围的颜色将被延伸到光导101。这种图像分析器包括现有技术已知的算法，该算法适于从例如视频内容中确定要向光导的每个像素发送什么颜色和照度(1uminance)。
在一个实施例中，图像分析器104a适于分析当前图像中的颜色信息，并且控制单元(C_U)114利用所确定的颜色信息来把图像帧上的当前图像延伸到至少光导101以便框架结构充当显示图像105的延伸。可能需要处理所分析的图像以用于关于图像的延伸进行预测。因而，图像的处理以及到光导的延伸近似是实时执行的。
在一个实施例中，所述系统还包括用于存储预定量的图像帧的存储器110以及用于延迟图像帧到显示器105的发送的延迟机构(D_M)111。在这个实施例中，所述图像分析器104a可以用来确定所存储的图像帧的颜色信息。然后当显示图像帧105时，控制单元(C_U)114利用所确定的颜色信息来把图像延伸到至少光导101。因而，图像的处理以及到光导的延伸以一定延迟来执行。
在一个实施例中，缘边系统100还包括至少一个环境分析器(A_A)104b，所述环境分析器可以例如被布置在光导的外侧，比如优选地基本与图像分析器104a相对，用于检测环境颜色信息。控制单元(C_U)114利用所检测的显示器和环境颜色信息来控制来自LED 102的发射颜色以使得发射颜色适合于显示器105和环境颜色信息。因而，在显示器105的外围和环境处检测的光将被直接转换到光导101内，从而允许在实际显示器105上显示的娱乐信息节目和例如投射到位于显示器后面的墙壁上的流光溢彩娱乐信息节目之间的平滑过渡。
光导101可以由诸如PMMA的透明塑性材料构成，但可以使用其它种类的材料，比如玻璃。在一个实施例中，光导101的厚度是2mm或更小。然而，大于2mm的厚度也是可以的。
在一个实施例中，使用喷砂来生成耦合输出结构103的图案，以例如将微细的点形成到PMMA中。因而，这些点充当漫射体并把光耦合出去。这些点的直径可以在光导上变化以便确保大致均匀的分布；这可能意味着，在LED的附近这些点较小而远离LED时变得更大。
也可以使用丝印法(silk-screening)来制作白色涂料的漫射或反射点的精细图案。这种方法的优点在于其非常经济。
应当注意，光源当然能够附加地位于光导101的上侧和下侧(不仅位于左侧和右侧)、或者仅仅位于光导101的上侧和下侧、或者位于光导的内侧106和外侧107这两者上。
此外，这里所示的耦合输出结构103没有任何预定的图案。如上所述，可以实现各种类型的图案，例如矩阵状的图案，这取决于例如光导101的大小/尺寸。
图2图解说明了显示器105中的娱乐信息节目通过缘边系统100到环境202的所述延伸，例如延伸到显示器105后面的墙壁。在这种情况下，显示器可以例如是电视屏、或包括高分辨率的计算机屏，光导101典型地具有中等分辨率，而环境、例如电视机后面的墙壁具有低分辨率。为了对比起见，示出了现有技术的显示器201。如这里所示的，图像从光导到环境的延伸起到了娱乐信息节目的延伸的作用。
图3示出了光导101的一个实施例的顶视图/侧视图，还示出了耦合输出结构103。在这个实施例中，光反射装置300被提供并且邻近光导的后侧放置。这用于防止光从后侧107而不是从光导的前侧108被偶然反射出去，所述光将被反射回到光导内并且从前侧被反射出去。光反射装置300可以例如包括镜、金属性涂层、多层介电材料等等。
图4示出了光导101的一部分，还示出了发射光束120的光源102以及用于掩蔽光源的可见性的一层(例如漫射器)300。这种漫射器300还可以被提供用于掩蔽耦合输出结构103的可见性。在这个实施例中，光导101具有由第一表面301和第二表面302的重复组成的重复性阶梯式结构，其中第二表面的法线具有相对于相对的平坦表面304的角位置303。光源102附着到第二表面302以使得所发射的光束120以所述斜角入射到相对表面340。在图5所示的实施例中，示出了类似的光导101，但在这个实施例中，相对表面(图4中标为304)具有类似的阶梯式结构。
图6示出了光导101的又一个实施例，其中光导101的一侧包括具有第一侧面501和第二侧面502的凹槽503。如这里所示的，使光源处于与表面和相对表面基本平行并且基本在凹槽503上方，以使得所发射的光束504将首先以使得光束504被反射到光导101内的角度入射到第一表面501。尽管这里没有示出，但是这个光导还可以设有用于掩蔽光源和耦合输出结构的漫射器300。
图7示出了根据本发明的光导101的横截面，其中例如先前所讨论的类型的基本平坦的光反射装置701位于光导的端部以把所发射的光束702反射到光导101内。
图8示出了光导101的这样的横截面的另一个实施例，其中光反射装置801是弯曲形状的并反射所发射的光束802。在这个实施例中，提供一种包括多个耦合输出结构的重定向箔803，在该实施例中所述多个耦合输出结构为凹槽804。光束将(例如基于全反射定律)在光导内被来回反射直到该光束入射到凹槽并从光导被耦合出去。
图9示出了具有入口902的光混合器901的一个示例，两个或更多LED(或光源)耦合到所述入口902，所述LED例如为蓝色、红色和绿色LED。如这里所示的，LED具有某角展度以使得所发射的光束在经由例如弯曲形状的光反射装置903而被引导至光导101中之前在光混合器内进行混合。如这里所示的，光混合器可以被认为是一种没有任何耦合输出结构的光导。优选的是，光混合器901的长度为使其允许所发射的光束在被反射到光导内之前被混合。
图10-12示出了根据本发明的缘边系统100的不同实施例，其中缘边系统包括安装在一起的两个或更多子光导101以及与各相应的子光导耦合的用于发射至少一个波长的光的至少一个可控发光二极管(LED)。在图10中，缘边系统由附着在一起的两个(或更多)对称框架、如光导101a、101b制成，其中每个框架包括所述光源102a、102b。在图11中，光导是附着在一起的垂直光导101c，而在图12中，光导101是基本类似方形的。因而，能够形成子光导的阵列，这使得光导更似像素。
为了解释而非限制的目的，阐述了所公开实施例的某些特定细节，以便提供对本发明的清楚彻底的理解。然而，本领域技术人员应当理解，本发明可能以其它实施例来实践，这些实施例不与本文所阐述的细节正好一致，但没有显著偏离本公开内容的精神和范围。此外，在本文中，为了简单明了起见，省略了对众所周知的设备、电路和方法的详细描述以避免不必要的细节和可能的混淆。
权利要求中包含附图标记，然而附图标记的包含仅仅出于清楚的原因而不应当解释为限制权利要求的范围。

Claims (19)

1.一种用于显示器(105)的缘边系统(100)，包括：
-至少一个可控光源(102)，适于发射至少一个波长的光束(120)；
-光导(101)，包括内侧(106)和外侧(107)以及前侧(108)和后侧(109)，所述光导(101)适于对由光源(102)发射的入射光束进行导向，所述光导包括耦合输出结构(103)，用于与在光导内被导向的光束(120)相互作用从而使得该光束从光导(101)的前侧(108)被提取出来，
其中所述至少一个可控光源(102)被耦合到光导(101)，以使得所发射的从光导内到达内侧(106)和外侧(107)的光束(120)相对于内侧和外侧以斜角(119)被反射。
2.如权利要求1所述的缘边系统，还包括邻近光导(101)的后侧(109)放置的光反射装置(300)。
3.如权利要求1所述的缘边系统，其中光导的内侧或外侧、或者其组合设有光反射装置(121，122)。
4.如权利要求3所述的缘边系统，其中光反射装置(121，122)选自以下的组：
-镜；
-金属性涂层；
-多层介电材料。
5.如权利要求1所述的缘边系统，其中光导(101)由折射率大于光导周围的相邻介质的折射率的玻璃或透明塑性材料制成，所述至少一个可控光源(102)被耦合到缘边系统(100)，以使得所发射的到达光导的内侧(106)和外侧(107)的光束被全反射。
6.如权利要求1所述的缘边系统，其中所述至少一个可控光源(102)包括发光二极管(LED)。
7.如权利要求1所述的缘边系统，其中所述至少一个可控光源(102)包括发光二极管(LED)，该系统还包括光混合器(901)，该光混合器包括第一端(902)和第二端(904)，具有不同波长的至少两个LED被耦合到所述第一端(902)中，所述第二端(904)被耦合到光导(101)，两个或更多个LED与所述第一端之间的布置使得光在经由所述第二端被传导至光导之前在光导内交叠。
8.如权利要求1所述的缘边系统，其中光导(101)的内侧(106)或外侧(107)、或者其组合通过楔形结构的重复来形成，所述楔形结构包括在与光导(101)的相对侧有关的结构的顶部的凹槽(503)，至少一个光源被集成到凹槽中，光源在凹槽中的配置使得从光源发射的光利用楔形结构的至少一个相邻侧(501)而被反射到光导中。
9.如权利要求1所述的缘边系统，其中光导的内侧或外侧的形状、或者内侧和外侧这两者的形状由阶梯式结构形成，所述阶梯式结构由第一表面(301)和第二表面(302)的重复形成，至少一个光源(102)的放置包括把光源附着到第一表面或第二表面。
10.如权利要求1所述的缘边系统，其中缘边系统(100)还包括：-至少一个图像分析器(104a)，用于从输入视频信号或显示器(105)确定颜色信息；和
-控制单元(114)，用于利用所检测的颜色信息来控制LED(102)的发射颜色，以使得发射颜色对应于在显示器(105)的外围处检测的颜色。
11.如权利要求1所述的缘边系统，其中该缘边系统(100)还包括：
-至少一个图像分析器(104a)，用于确定当前图像帧的颜色信息；
-控制单元(114)，用于利用所确定的颜色信息来把图像帧上的当前图像延伸到至少光导。
12.如权利要求1所述的缘边系统，其中该缘边系统(100)还包括：
-存储器(110)，用于存储预定量的图像帧；
-延迟机构(111)，用于延迟图像帧到显示器的发送；
-图像分析器(104a)，用于从所存储的图像帧中确定颜色信息；以及
-控制单元(114)，用于当显示图像帧时利用所确定的颜色信息来将图像延伸到至少光导。
13.如权利要求1所述的缘边系统，其中该缘边系统还包括：
-至少一个图像分析器(104a)，用于从输入视频信号或显示器(105)确定颜色信息；
-至少一个环境分析器(104b)，用于检测环境颜色信息；
-控制单元(114)，用于利用所检测的显示器和环境颜色信息来控制来自至少一个光源(102)的发射颜色以使得发射颜色适合于显示器和环境颜色信息。
14.如权利要求1所述的缘边系统，其中光导(101)包括被安装在一起的两个或更多个子光导(101a，101b)。
15.如权利要求1所述的缘边系统，其中耦合输出结构(103)选自以下的组：白色涂料的点阵列，凹槽阵列。
16.如权利要求1所述的缘边系统，其中该缘边系统(100)还包括在光导(101)的外侧放置的可控流光溢彩源(130)，用于将离开缘边系统的光发射到环境中。
17.一种显示系统(105)，包括如权利要求1所述的缘边系统(100)，该缘边系统附着到显示系统(105)的外围。
18.如权利要求17所述的显示系统，其中该显示系统包括TV监视器或计算机监视器。
19.如权利要求18所述的显示系统，其中TV监视器或计算机监视器还包括一个或多个可控流光溢彩光源，所述可控流光溢彩光源适于把光投射到监视器周围的环境中。
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