CN101681038B - 可卷式或可绕式显示装置的顺光照明 - Google Patents

可卷式或可绕式显示装置的顺光照明 Download PDF

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Abstract

一种显示装置，包括壳体、与壳体连接并且配置成在屏幕的第一部分以灰度级显示数据的屏幕以及与壳体连接的至少一个光源。光源配置成在屏幕的第二部分投射彩色内容。屏幕是柔性的和/或在包括在壳体中的卷轴上是可卷的。屏幕可以是电泳和/或反射的。显示装置还可包括将光从光源导引到屏幕的光学器件或导光管。此外，可提供光学器件以便检测从屏幕所反射的光，以及将更多光导向具有降低照度的屏幕的部分。

Description

可卷式或可绕式显示装置的顺光照明
本发明涉及可卷式或可绕式显示装置，例如提供有顺光照明的反射可卷式显示装置。
透射显示器通常采用背光照明系统来照射，其中来自背光照明源的光通过透射显示器传递到观看者。反射显示器因非透射(即反射)显示器的背光的阻塞而无法使用常规背光照明系统。因此，为反射显示器研制了顺光照明系统。例如，这些顺光照明系统包括在反射显示器的边缘处的光源以及在显示器顶部具有导光管的光导系统。导光管在其表面上具有输出耦合结构(out-coupling structure)，用于将光输出耦合到反射显示器。这样，光均匀分布于整个显示区域，并且反射到观看者。
与透射显示器的背光照明系统相比，由于通过直接到观看者而不是例如首先从反射显示器反射的光的不希望的输出耦合产生的对比度降级，反射显示器的顺光照明系统的性能很差。
对于目前作为主流显示器技术的反射液晶显示器(LCD)，目前使用的顺光照明系统的优良备选方案不可用。一个原因是因为光必须以几乎与显示器表面垂直的角度耦合到反射LCD中。否则，因LCD效果固有的观看角度问题而发生灰度水平偏移。
对于电泳显示器，情况是不同的。电泳显示器的显示效果没有与LCD显示器关联的观看角度问题。相反，电泳显示器是光的几乎完美的(Lambertian)漫散射器。因此，顺光无需以与显示器表面垂直的角度耦合到电泳显示器中。这发展了制作可以是柔性显示器的电泳显示器的优良顺光照明系统的新方式。在授予Yuasa的美国专利No.6906851和授予Kawai的美国专利申请公布No.2005/0179852中描述了常规电泳单元，通过引用将它们的每个完整地结合到本文中。
预计包括可卷式或可绕式显示器的柔性显示器将变得更普遍。可绕式或可卷式显示器可使用沉积到柔性衬底上或者夹在柔性衬底(如聚合物衬底)之间的例如LCD元件或有机发光显示(OLED)元件等各种显示元件来制造。发光聚合物提供各种优点，例如极好的观看角度和对比度以及低功耗。
反射可绕式或可卷式显示器不能令人满意地使用常规液晶(LC)中使用的常规顺光照明系统，因为顺光照明系统的厚度增加用顺光的显示器的总厚度。对于可绕式或可卷式显示器，典型厚度要求为小于200微米，而用顺光的典型显示器将大约为至少1mm厚。这种厚的显示器无法卷起或缠绕，最多不适当地卷起。因此，需要采用顺光照明系统来照射的可绕式或可卷式反射显示器。
本系统和方法的一个目的是克服常规反射显示器的缺点，并且提供可绕和/或可卷的顺光照明反射显示器。
这个及其它目的通过包括壳体、与壳体连接并且配置成在屏幕的第一部分以灰度级显示例如文本等数据的屏幕以及与壳体连接的至少一个光源的显示装置和方法来实现。光源配置成在屏幕的第二部分上投射彩色内容。屏幕在壳体中包含的卷轴上可以是可绕和/或可卷的。屏幕可以是电泳和/或反射的。显示装置还可包括将光从光源导引到屏幕的导光管或光学器件。此外，可提供光学器件以便检测从屏幕所反射的光，以及将更多光导向具有降低照度的屏幕的部分。
通过以下提供的详细描述，本系统和方法的适用性的其它领域将变得非常清楚。应当理解，详细描述和具体示例虽然指出显示器和方法的示范实施例，但是意在仅用于进行说明而不是要限制本发明的范围。
通过以下描述、所附权利要求书和附图，将会更好地理解本发明的设备、系统和方法的这些及其它特征、方面和优点，附图包括：
图1示出根据一个实施例、处于未卷起状态的可卷式显示装置的截面；
图2示出根据另一个实施例的可卷式显示装置的透视图；
图3示出以两个极限角从显示器表面直接反射的光；
图4示出可卷式显示装置的主视图；
图5示出根据另一个实施例的可卷式显示系统；
图6示出处于卷起状态的图1的可卷式显示装置的截面；以及
图7-9示出显示装置的其它实施例。
某些示范实施例的以下描述实际上只是示范，而决不是要限制本发明、本发明的应用或使用。在本系统、装置和方法的实施例的以下详细描述中，参照形成其部分的附图，并且在附图中通过示例示出其中所述装置和方法可实施的具体实施例。充分详细地描述这些实施例，以便使本领域的技术人员能够实施目前所公开的系统和方法，以及要理解，可利用其它实施例，并且在不背离本系统的精神和范围的情况下，可进行结构和逻辑变更。
因此，以下详细描述不以限制意味来理解，本系统的范围仅由所附权利要求书来定义。本文的附图中的参考标号的前导数位通常对应于图号，除了在多个图中出现的相同组件由相同参考标号表示以外。此外，为了清晰起见，省略对众所周知的装置、电路和方法的详细描述，以免妨碍对本系统的描述。
图1示出具有壳体110的可卷式显示装置100的截面，壳体110包括柔性或可卷显示器130卷绕其上的卷轴120。图1示出处于展开位置、在刚性或半刚性材料的盖板或框架140上铺开的可卷式显示器130。盖板或框架140可通过活动方式诸如经由铰链等与例如壳体110的一侧附连，用于在闭合位置覆盖壳体。盖板或框架140可包括在闭合位置锁定到壳体110上的啮合单元的弹簧键(latch)，并且在开启位置是可移动或者可旋转到任何预期倾斜角θ，例如与膝上型计算机的活动或可倾斜显示器相似。至少一个光源150包含在壳体110中，用于照射处于打开位置在盖板140上铺开时的可卷式显示器130。图1示出表示为虚线160的来自光源140的照射以及查看可卷式显示屏幕130的观看者165。
图2示出可卷式显示装置200的透视图，其中可卷式显示器130的照射光线160从壳体110的远角(相对显示器130)附近的两个位置210、220提供。两个光源可在各位置210、220处提供。备选地，单个光源230(例如位于两个位置210、220之间，例如实质上在其中心处)可连同两个导光管240、242一起用于将光从光源230导引到离开位置210、220。从两个光离开位置210、220或者光源照射显示器130解决了用户165的手或手指在操作显示装置100时可能的阴影。
在授予Nakamura的美国专利No.6380921中描述了采用位于显示器盖上的两个光源来照射的常规显示器，而在授予Huppi的美国专利No.6776497和授予Hunter的国际公布No.WO 02/17683中描述了具有显示器上的光源来照射键盘的其它常规显示装置，通过引用将它们的每个完整地结合到本文中。
可使用任何光源，其中发光二极管(LED)特别适合于提供预期照射和/或彩色图像，并且具有较小尺寸和/或重量。此外，LED可易于配置成提供具有变化光属性(诸如变化颜色、强度、色调、饱和度和其它属性)的图像和/或光，并且通常具有用于控制和调整各种光属性的电子驱动电路。当然，LED可包括与子像素关联的单独可控制的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)LED，它们结合提供或形成任何预期颜色的像素，其中像素形成RGB或彩色图像，或者提供具有任何预期颜色、强度等的照射。
应当注意，如果显示器130以与装置主体或壳体110成钝角θ从装置100展开，则实现更好的照射。这个角θ应当选择成使得光不是以镜面方式从显示器130的表面反射。
通常当光线与照射表面之间的角很浅或很小时，更多光将从显示器表面直接反射、因而损失(例如反射到不在观看者的视野中的部分)。例如来自镜面反射的光损失可能是因为显示器的透明涂层，其中透明涂层通常不像E-ink那样是光的“完美”的漫散射器。这种情况如图3示意所示，其中光源310照射显示器表面320。一条光线330以40°角α入射到表面320上，而另一条光线340以10°角β入射。在40°角处，因反射而存在大约±5％损失(其中97％在垂直平面)，而在10°角处，因反射而存在大约±40％损失(其中70％在垂直平面)。
因镜面反射引起的这类光损失可通过使用光学器件来补偿，其中光学器件包括诸如两个位置210、220的可控制和/或活动透镜和/或检测器250、260，它们检测从屏幕反射的光，并且将更多光发送到显示屏幕130中不希望的反射(如镜面反射)并因而损失为最高或者比其它屏幕区域更高的那些部分。这类光学器件、控制器和检测器还可用于补偿以下简单事实：更接近光源的显示器的部分每平方毫米接收更多光，因为来自点光源的立体角分布于更小面积。不希望的或者镜面反射可通过使用正确偏振光来减小。因此，光源顶部的偏振滤光镜或者显示器顶部的抗反射涂层是消除从表面直接到观看者眼睛的反射的部分的一种解决方案。备选地，具有比偏振滤光镜更高功效的光路中的光源或光学器件可用于产生光的优选偏振。
具有如所述的照明系统的可卷式显示器特别适合于显示以漫射方式反射光的效果，例如可向E ink Corporation或SiPix Imaging Inc.购买的电泳显示器。一个原因在于，漫反射系数容许(tolerant to)入射光的角度。
除了采用白光照射可卷式显示器130之外，光源150、230还可(或备选地)提供彩色照射以及投射彩色图像。当使用顺光照明系统时，彩色光源150、230可提供不同颜色来照射显示器130或者它的部分。特别关注的应用包括使用可控制光源来提供任何预期颜色，诸如在光源150、230的至少一个或每个中可包括红色、绿色和蓝色LED的LED，其中，例如RGB LED形成提供任何预期颜色的像素的子像素。可提供LED阵列用于照射和/或投影彩色图像，其中LED或像素阵列形成彩色图像。
改变光源150、230的颜色将显示器130的颜色变成包括黑色和白色的任何颜色，取决于应用或者应用中的上下文。此外，当使用能够将图像投射到可卷式显示器130上的彩色且分段或像素化(pixelated)光源150、230时，则能够以不同颜色来照明显示器的不同区域。当LED阵列150、230的分段或像素化大于显示器130的像素结构时，显示器的不同段可具有不同颜色，取决于应用上下文(例如红色和黑色的广告)。
当光源150、230的像素化与显示器130的像素化匹配时，则全色图像可采用光源150和显示器的组合来创建。例如，显示器130可产生灰度水平，而光源150、230可产生彩色。此外，显示器130可产生灰度水平，而彩色图像可由配置作为全色投影仪的光源150、230产生并投射到显示器130上或者它的部分。在这种情况下，可卷式显示器130可产生更多灰度水平或者处于灰度级模式的更大动态范围，并且可以是可转换到投影模式以便显示从光源150、230投射到显示器130上的彩色图像。
另一种模式可包括灰度级和投影模式的组合。这允许更好的显示，其中，例如如图4所示，黑和白或灰度级文本使用灰度级可卷式显示器130在一个显示部分410显示，而彩色图像从光源150、230投射到可卷式显示器130的另一个部分420。可卷式显示器130在各种模式之间是可手动转换(响应来自用户接口535的用户输入和选择)或者诸如在由可卷式显示装置100、200的检测器或处理器510(图5)检测到被显示的内容或数据的类型、如黑和白或灰度级的文本(或图像)(将以灰度级显示)或者彩色的图像(或文本)(将以彩色显示)时自动转换。处理器510可配置成检测内容以便确定内容是包括文本、彩色图像还是它们两者的组合以及各种类型的内容的位置。基于内容分析和检测，处理器510还可配置成自动选择最佳显示模式。字符和/或图像的内容分析和检测是众所周知的，诸如在授予Dimitrova的美国专利No.6714594和授予Nesvadba的美国专利申请公布No.2004/0168205中所述，通过引用将它们的每个完整地结合到本文中。
图5示出可卷式显示器的显示系统图500。显示系统500包括在操作上经由诸如有线或无线链路等的任何类型的链路与内容源520、存储器530、用户接口535、可卷式显示屏幕130和至少一个可控制光源150耦合的处理器510。用户接口535可包括键盘或按键、鼠标等。来自内容源520的内容540可以是文本、视频和/或音频内容，它们可以是即时的或者记录的，例如由广播方广播或者从因特网接收。例如，内容源520还可包括其它存储器，所述其它存储器(如存储器530)可以是其中存储或记录内容540和其它数据的任何适当类型的存储器，包括通过网络、例如因特网等局域网或广域网可访问的远程存储器或者例如硬盘驱动器等系统200的本地存储器或者包括DVD的可移动存储器。
存储内容540的存储器可以是同一存储器530或者是除了存储器530之外的其它存储器。至少一个存储器530还可存储由处理器510可访问的应用数据以及其它预期数据，用于将它配置成执行根据本系统的操作动作。操作动作包括控制显示器130显示内容540(在对其进行处理时，例如解码和产生视频信号以便在显示器130上显示)，其中内容520的文本部分由灰度级屏幕显示器130来显示，而内容520的图像部分由光源150投射到显示器130上的显示屏幕130的适当部分410、420，(例如)如图4所示。处理器510与可控制光学器件、透镜和检测器250、260结合，还可配置成检测屏幕130的照射区域，以及控制光源150将更多光导向屏幕130中具有降低照度(illumination)的部分。
很清楚，处理器510、内容源520的存储器、存储器530、显示屏幕150和/或光源150可以全部或部分作为单个(完全或部分)集成单元、如图1所示的显示装置100的一部分，它可以是具有显示器的任何装置，例如可卷式显示装置、诸如clamshell phone等电话、电泳显示器、包括个人数字助理(PDA)、电视机、计算机系统在内的具有反射LC显示器的装置或者其它电子装置。此外，不是集成在单个装置中，处理器可分布在一个电子装置或壳体与可附连显示装置100之间。
本系统的方法特别适合于由计算机软件程序来执行，这种程序包含与本系统所述的和/或所设想的各个步骤或动作的一个或多个对应的模块。这种程序当然可包含在计算机可读媒介中，诸如集成芯片、外围装置或存储器、如与处理器510耦合或者处理器510可访问的存储器530或者其它存储器。
计算机可读媒介和/或存储器530和/或与内容源520关联的用于存储内容540的存储器可以是任何可记录媒介(例如RAM、ROM、可移动存储器、CD-ROM、硬盘驱动器、DVD、软盘或存储卡)，或者可以是传输媒介(例如包括光纤的网络、万维网、电缆或者使用时分多址、码分多址的无线信道或者其它射频信道)。适合与计算机系统一起使用的可存储和/或传送信息的已知或开发的任何媒介可用作计算机可读媒介和/或存储器。
还可使用附加存储器。存储内容540的计算机可读媒介、存储器530和/或任何其它存储器可以是长期、短期或者长期和短期存储器的组合。这些存储器将处理器510配置成实现本文所公开的方法、操作动作和功能。存储器可以是分布的或者本地的，以及在可提供附加处理器的情况下，处理器510也可以是分布的或者可以是单一的。存储器可实现为电、磁或光存储器或者这些或其它类型的存储装置的任何组合。此外，术语“存储器”应当充分广义地理解为包含能够从处理器所访问的可寻址空间的地址读取或者向其中写入的任何信息。通过这种定义，例如网络上的信息仍然在存储器530或者存储内容540、与内容源520关联的存储器中，因为处理器510可从网络检索信息用于根据本系统的操作。
处理器510能够提供控制信号以便控制光源150、230，和/或响应检测到从显示屏幕130所反射的光而执行操作，以便控制可控制LED和/或活动透镜和光学器件250、260在显示屏幕130的预期位置处发出预期光或图像，包括向显示屏幕130中光损失或杂散反射为最大的部分发送更多光，以便提供均匀照射的屏幕或者它的部分。
处理器510可以是专用或通用集成电路。此外，处理器510可以是用于根据本系统来执行的专用处理器，或者可以是通用处理器，其中许多功能中只有一个功能操作用于根据本系统来执行。处理器510可利用程序部分、多个程序段来操作，或者可以是利用专用或多功能集成电路的硬件装置，诸如解码器、解调器或者渲染器，例如TV、DVD播放器/记录器、PDA、移动电话等。
可使用任何类型的处理器，例如专用或共享处理器。处理器可包括微处理器、中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、ASIC或者任何其它处理器或控制器，例如数字光学装置或者执行相同功能并且采用电子技术和架构的模拟电子电路。处理器例如通常受软件控制，并且具有存储软件和例如用户偏好等其它数据的存储器或者与其通信。处理器配置成将环境光与相干显示图像区域上显示的视频信息、如屏幕的边缘附近所显示的内容相关。
处理器还可包括任何智能装置，它可允许直接或间接控制光源150，使得从其中制作的输出光的性质(character)改变，以便将彩色图像投射到屏幕130上，和/或提供具有包括颜色、色调、饱和度、强度或其它测光质量、如镜面反射性质、回射性质等的任何预期光属性的照射。
图6示出具有所提出的照明系统的可卷式显示装置100，其中显示器(图1所示的130)卷绕到壳体110中，而同时光源150打开。这使例如纸张610等其它对象或者例如移动电话、PDA等任何其它对象或装置的照明能够向观看者165提供更好的可见性。
图7-9示出显示装置的其它实施例。具体来说，图7示出包括可在显示器壳体720中卷起或者缠绕显示器壳体720的显示器710的显示装置700。提供光源730、735以便照射显示器710或者将图像投射到显示器710的部分或者整个显示器710。虽然图7示出从显示器壳体720水平延伸的显示器710，但是应当理解，显示器710可以是相对于显示器壳体720以任何预期角度θ可倾斜的，如图1所示，以便由光源730、735在显示器710上提供更好的照射或图像投影。
图8示出显示装置800，它包括具有关联壳体830、840的两个可卷式或可绕式显示器810、820，它们通过任何活动部件850、诸如铰链和/或诸如(例如)柔性塑料等金属或非金属等的柔性和/或弹性材料带以活动方式连接，它允许壳体830、840在任何预期位置移动和定位。一个或多个光源860、870可在各壳体830、840上提供，以便照射和/或将图像投射到与其它壳体关联的显示器上。例如，光源860照射显示器820，而光源870照射显示器810。
图9示出另一个显示装置900，它包括从壳体920的一部分延伸的可卷式显示器910以及例如从壳体920的另一部分延伸的键盘930等输入装置。至少一个光源还在壳体920上提供，以便照射和/或将图像925投射到显示器910上，其中两个源940、950如图9所示。图9还示出可延伸的支承结构960，它将显示器910保持在铺开或展开位置。
备选地，光源150、230、730、735、860、870、940、950可安装于可在闭合与打开位置之间枢轴转动(pivote)的臂的顶部，其中它将光投射到屏幕，以便照射和/或将图像投射到显示器上。当然要理解，上述实施例或过程的任一个可与一个或多个其它实施例或过程组合，以便提供查找和匹配具有特定个性的用户以及提供相关推荐方面的更进一步改进。
最后，以上所述意在只是说明本系统，而不应当理解为将所附权利要求书局限于任何具体实施例或者实施例组。因此，虽然参照本系统的特定示范实施例具体详细地描述了本系统，但是还应当理解，可由本领域的技术人员设计许多修改和备选实施例，而没有背离如以下权利要求书所提出的本系统的更广义的预计精神和范围。因此，说明书和附图将被看作是说明性的，而不是要限制所附权利要求书的范围。
在解释所附权利要求书时，应当理解：
a)词语“包括”不排除给定权利要求中所列之外的其它元件或动作的存在；
b)在元件之前使用词语“一个”不排除多个这类元件的存在。
c)权利要求书中的任何参考标号不限制其范围；
d)若干“部件”可由相同或不同的项或硬件或软件实现结构或功能来表示；
e)所公开元件的任一个可由硬件部分(例如包括分立和集成电子电路)、软件部分(例如计算机编程)以及它们的任何组合组成；
f)硬件部分可由模拟和数字部分中的一个或两者组成；
f)所公开装置或者它的部分的任一个可组合在一起或者分离为其它部分，除非另外特别说明；以及
h)没有动作或步骤的特定顺序将是需要的，除非特别指出。

Claims (18)

1.一种显示装置，包括：
壳体；
与所述壳体连接的屏幕，所述屏幕配置成在所述屏幕的第一部分上以灰度级显示数据；以及
与所述壳体连接的至少一个光源；所述至少一个光源配置成在所述屏幕的第二部分上投射彩色内容。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述屏幕是柔性的，并且可卷绕到所述壳体中和/或可缠绕所述壳体。
3.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述屏幕是反射性的。
4.如权利要求1所述的显示装置，还包括：配置成将光从所述至少一个光源导引到所述屏幕的导光管或光学器件。
5.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述屏幕是电泳的。
6.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述屏幕配置成以漫射方式来反射光。
7.如权利要求1所述的显示装置，还包括：光学器件，所述光学器件配置成通过将更多光导向显示器的一部分来加亮显示所述部分以及配置成检测从所述屏幕所反射的光并且将更多光导向具有降低的照度的所述屏幕的部分中的至少一个。
8.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述至少一个光源配置成当所述屏幕卷绕到所述壳体中时照射对象。
9.一种显示装置，包括：
壳体；
与所述壳体连接的屏幕，所述屏幕配置成在所述屏幕上显示内容，所述屏幕是柔性的且可卷绕到所述壳体中和/或可缠绕所述壳体；以及
与所述壳体连接的至少一个光源；所述至少一个光源配置成在所述屏幕上投射彩色光。
10.如权利要求9所述的显示装置，其中，所述彩色光投射到所述屏幕的至少一部分上，以便改变所述至少一部分的颜色。
11.如权利要求9所述的显示装置，还包括：配置成将光从所述至少一个光源导引到所述屏幕的导光管或光学器件。
12.如权利要求9所述的显示装置，还包括：光学器件，所述光学器件配置成通过将更多光导向显示器的一部分来加亮显示所述部分以及配置成检测从所述屏幕所反射的光并且将更多光导向具有降低的照度的所述屏幕的部分中的至少一个。
13.如权利要求9所述的显示装置，其中，所述至少一个光源配置成当所述屏幕卷绕到所述壳体中时照射对象。
14.一种显示内容的方法，包括以下动作：
在为柔性的且可卷绕到壳体中和/或可缠绕所述壳体的屏幕的第一部分显示所述内容的第一部分；以及
将所述内容的第二部分从至少一个光源投射到所述屏幕上。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一部分包括文本，而所述第二部分包括图像。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述文本以灰度级显示，而所述图像以彩色显示。
17.如权利要求14所述的方法，还包括以下动作：
检测所述屏幕的照射区域；以及
控制所述至少一个光源来执行如下步骤中的至少一个：通过将更多光导向显示器的一部分来加亮显示所述部分以及将更多光导向具有降低的照度的所述屏幕的部分。
18.如权利要求17所述的方法，还包括壳体，所述壳体包括卷轴和所述至少一个光源。
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