CN101796571B - 显示装置以及用于激励显示单元以校正光辐射的非均匀性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种显示装置(1)，其具有：背光照明单元(2)以及显示单元(3)，它们设置为使得在显示装置(1)的工作中将由背光照明单元(2)发射的光射到显示单元(3)的背侧上。该显示装置的特征在于，背光照明单元(2)具有至少两个并排的光导体元件(4)，其中背光照明单元(2)构建为使得在光导体元件(4)之间的边界区域(5)中比在边界区域(5)之外发射更高亮度的光，在背光照明单元(2)和显示单元(3)之间设置有漫射层(6)，并且控制单元(7)被设置并且构建为通过显示单元(3)的相匹配的激励来补偿边界区域(5)中的更高的亮度。

Description

显示装置以及用于激励显示单元以校正光辐射的非均匀性的方法
本发明涉及一种显示装置，其具有背光照明单元和显示单元，它们设置为使得在显示装置的工作中由背光照明单元发射的光射到显示单元的背侧上。
这种显示装置涉及计算机平板显示器或者LCD电视的通常的构型。在显示单元被激励期间，为了针对各个像素确定是否发射不同颜色的光和如何发射不同颜色的光，背光照明单元负责产生如下的光：该光通过显示单元朝着观察者的方向发射。
此外，本发明涉及一种用于激励显示装置的显示单元和用于提供背光照明单元的亮度分布的参数的方法。
尽管平板显示器或者LCD电视具有相对于传统的监视器或者电视非常紧凑的构型，然而在技术开发中仍努力将显示装置构造得更为扁平。这特别是在笔记本或者膝上型电脑中的移动应用的平板显示器情况下是特别重要的，因为在那里整个装置的厚度主要由显示装置的厚度一起确定。
为了能够提供薄的显示装置，已知的是，并不对显示单元进行直接背光照明，而是将产生光的部件侧向地设置并且通过光导体让光在所希望的区域中出射。然而在特别大的平板显示器的情况下存在如下问题：由于制造技术的原因并不能提供这种大的光导体。虽然可以并排地设置长的、窄的光导体，然而这会导致并不令人满意的结果，因为在各个光导体之间的边界区域处会可看到在图像上的条纹。
本发明的任务在于提出一种显示装置，其非常平坦并且仍然能够实现无条纹地再现图像。此外，要提出一种用于激励显示单元的相应地合适的方法。
该任务通过开头所述类型的显示装置来解决，其特征在于，背光照明单元具有至少两个并排的光导体元件，其中背光照明单元构建为使得在光导体元件的边界区域中比在边界区域之外发射更高亮度的光，在背光照明单元和显示单元之间设置有漫射层，以及设置有控制单元，其被构建为通过显示单元的相匹配的激励来补偿边界区域中的更高的亮度。
在方法方面，该任务通过根据权利要求12所述的方法来解决。
于是本发明的教导在于，尽管存在潜在的条纹形成仍然使用并排的光导体元件，以便提供显示单元的背光照明。根据本发明的教导，现在两个元件共同作用：一方面有意地将更高亮度的光发射进两个光导体元件的边界区域中，而另一方面设置为通过显示单元的相应激励来阻止“过多”发射的光，这在以下也称作“调光”。由于只须在比较小的区域中对过高的亮度调光，所以根据本发明构建的显示装置的有效的工作方式是可能的。通过在背光照明单元和显示单元之间的漫射层能够实现的是，将边界区域中提高的亮度模糊地显示在显示单元的背侧上并且因此可以比较简单地进行补偿，而人眼并未感知显示单元上的条纹形成。
在本发明的一个改进方案中，在漫射层和显示单元之间构建气隙，该气隙附加地有助于将边界区域中的亮度过剩“模糊”，即用于实现连续的过渡。
在显示装置的一个有利的实施形式中，通过以下方式有利于在边界区域中提高的亮度：在并排的光导体元件的交迭区域中设置有耦合输出结构，这些耦合输出结构有利于光耦合输出。在光导体中，光只有在确定的前提条件下、即满足与光导体材料和周围材料的折射率有关的角度条件时才可以出射。通过在光导体和周围之间的边界区域的特殊构造，因此可以影响出射的光的量。
此外有利的是，光导体元件的厚度从其上设置有LED的光耦合输入部位开始而减小。这用于实现在各个光导体元件的整个面上的均匀的光耦合输出。
在根据本发明的显示装置的一个有利的扩展方案中，该显示装置具有小于15mm、优选小于10mm的厚度。
根据本发明的方案尤其是使用在具有大于60cm的对角线的显示装置情况下是特别有利的。
在根据本发明的显示装置的一个有利的扩展方案中，控制单元设计为将要显示的图像的由视频信号确定的亮度除以背光照明单元的预先确定的亮度分布，并且由此产生显示单元的激励信号。
本发明的其他有利的扩展方案在从属权利要求中进行说明。
以下借助实施例更为详细地阐述本发明。其中：
图1示出了根据本发明的显示装置的一个实施例的示意性横截面，
图2A示出了具有示例性亮度分布的曲线图，
图2B示出了带有示例性亮度分布的另一曲线图，
图3示出了用于产生激励信号的第一方法的流程图，
图4示出了用于产生激励信号的第二方法的流程图，
图5示出了根据本发明的显示装置的俯视图。
图1示出了具有在前侧上的显示单元3以及设置在壳体内的背光照明单元2的显示装置1。在此实施例中，背光照明单元2具有两个光导体元件4，它们在边界区域5中交迭。用于构建光导体元件4的细节例如在德国实用新型文献DE 202005001507U1中公开，就此而言参照该实用新型文献而不在本申请中重复相应的细节。
在光导体元件的朝向显示单元3的前侧上设置有漫射膜6。在漫射膜6与显示单元3之间形成气隙9。该漫射膜6与气隙9结合地实现了：虽然在边界区域5中存在由背光照明单元2发射的光的提高的亮度，然而其并不具有清晰的轮廓，而是出现至提高的亮度的区域的柔和过渡。非技术地表述，亮度提高被“模糊”
光导体元件4具有楔形构型，其中在楔的厚侧上形成光耦合输入面11，在光耦合输入面上分别设置有发光二极管、简称LED 10。由LED 10入射的光在光导体元件4的边界面上部分地被反射，部分地向上朝着显示单元3的方向耦合输出。在一个有利的扩展方案中，在光导体元件的背侧上设置有附加的反射面12，以便避免光损耗。此外，通过反射膜防止了LED 10的光从背侧进入位于其上的光导体元件4中(由此在该区域中会导致无意地强烈提高出射的光的亮度)。
此外，楔形的构型有助于通过光导体元件4的整个面发出基本上相同亮度的光。光通量从LED 10出发连续地沿着楔降低，这是因为光的一部分向上出射。然而在本发明的该实施例中，关于光导体元件4的横截面，光通量保持近似相等。
用于控制光出射量的另一措施是在并排的光导体元件的交迭区域5中设置有耦合输出结构，其有利于光耦合输出。在光导体中，仅仅在确定的前提条件下、即尤其是满足与光导体材料和周围材料的折射率有关的角度条件时，光可以出射。通过在光导体与周围环境之间的边界区域的特别的构造，因此可以影响出射的光的量。合适的措施例如是在光导体元件或者在其表面上的耦合输出棱镜、粗糙化部或者漫射器。在光导体元件4的表面构造方面的措施使得在光束的方向相同的情况下，根据在光导体元件内的位置，光束以其射到光导体元件的边界面上的角度并不相同。漫射器使得影响光束的方向，并且入射角于是不再仅仅与光导体元件的几何形状有关。因此，提高了光束以允许出射的角度射到边界面上的概率。
在显示装置的所示的有利的实施例中，在边界区域中通过如下方式产生提高的亮度：将耦合输出结构构建为使得其让更多的光在边界区域5中耦合输出。
在两个示例性示出的光导体元件4交迭的边界区域5中，背光照明单元2的所发射的光的亮度于是由于所描述的措施而比在光导体元件4并不交迭的区域中更大。这产生了在背光照明单元2上的一种亮度分布，如在图2A中所示。在两个光导体元件4之间的边界区域中出现亮度提高，而在边界区域之外的区域中均匀的亮度占主导。
图2A中所示的亮度分布在该实施例中由结构造成并且因此被预先确定。预先知道的或者预先确定的亮度分布可以作为函数或者作为查找表存储在控制单元7中，该控制单元负责对显示单元3的激励。现在如果通过接口8获得视频信号，其包含要在显示单元3上显示的图像信息，则该视频信号被处理成激励信号，如图3中所示。在处理中，考虑背光照明单元2的已知的亮度分布，并且在背光照明单元2的边界区域5中将显示单元3相应较暗地控制。通过这种方式，补偿在边界区域5中的背光照明单元2的提高的亮度。在技术上来看，显示单元3的激励信号与背光照明单元2的亮度分布的乘积得到根据在接口8上接收的视频信号要显示的亮度。由于这种关联，可以以相对简单的方式从视频信号计算出匹配的激励信号。
控制单元7可以附加地与LED 10相连，以便影响背光照明单元2的亮度。在此情况下，如图4中所示，在产生显示单元(3)的激励信号时必须考虑LED的激励，因为亮度分布不仅与结构引起的因素有关，而且与LED的激励有关。
从能量效率的角度来看，根据本发明的、具有在边界区域5中的亮度提高的构型是特别有利的，因为背光照明单元2的只有比较少的光必然被显示单元3阻挡。参照图2A，涉及的是曲线图的以阴影示出的区域，其在恒定的亮度水平之上，即在边界区域5中的区域。如果光导体元件4构建为使得较暗的区域在边界区域5中，则必须滤除明显更多的光，即图2B中在虚线之上的区域。在边界区域5中的亮度的提高因此带来了能量效率的改进。
优选使用漫射膜6作为漫射层，因为该漫射膜也可以大面积地制造，使得其覆盖多个光导体元件4并且因此也覆盖在边界区域5中的光导体元件4的边缘。
使用发光二极管来产生背光照明单元2的光因此是特别有利的，因为发光二极管非常小。将发光二极管11设置在两个光导体元件4的交迭区域中已证明是有利的，因为这样在光导体元件4的表面上的均匀的亮度分布是可能的。尤其是当发光二极管10具有限定的方向特征时，可以比较精确地计算在光导体元件4内的光路并且相应地构建光导体元件4。
使用带状的光导体元件4能够在特别大的显示器的情况下实现背光照明的高的最大的亮度，因为避免了热的问题。这在借助图5所阐述的例子中是明显的。基于具有a＊b的尺寸的显示器，显示器对角线翻倍至尺寸2a＊2b于是得到四倍的面积。如果背光照明的亮度要保持相同，则必须使用四倍数目的LED。然而在一体式的光导体的情况下，仅仅可以在侧面耦合输出光。然而环周面积只是翻倍，使得沿着环周的LED的密度必然额外地翻倍。因此，关于环周的热增长也翻倍，这导致极大的热问题。
在使用所描述的带状的光导体元件的情况下，对于每个光导体元件4都得到双倍的长度，在LED的相同间距的情况下于是可以使用双倍的LED。因为同时使用了双倍数目的光导体元件4，所以得到了四倍数目的LED，而热负荷并未提高。这样，也可以实现非常大的显示器，而不需要费事的冷却措施。
在根据本发明的显示装置的一个有利的扩展的改进方案中，并不仅仅使用白色光用于背光照明，而是使用所谓的RGB发光二极管，其可以产生不同颜色的光，或者也使用各不同颜色的多个LED。根据要显示的图像信息，可以以不同颜色进行背光照明，这得到所感知的图像的提高的色彩饱和度和提高的对比度。控制单元7设计为不仅在关于视频信号的亮度方面而且也在色彩方面修改显示单元3的控制信号。同时，背光照明单元2被激励为使得对于观察者而言又形成正确的色觉。
在根据本发明的显示装置的进一步简化的扩展方案中，多个光导体元件4设置成矩阵，以便于是能够通过背光照明单元2显示要向观察者显示的图像的不鲜明的图像。例如，可以使用十二个光导体元件4，它们设置成4×3的矩阵。背光照明单元2于是将粗糙的图像投影到显示单元3的背侧上，而显示单元3本身负责使所显示的色彩有细微差别并且能够实现显示清晰的、高对比度的图像。在此额外的优点是进一步改进了能量效率，即降低了能耗。
借助根据本发明的显示装置可以特别简单地实现附加的措施来改进在运动图像情况下被感知的图像清晰度，其被称作“背光扫描(ScanningBacklight)”或者“背光闪烁(Blinking Backlight)”。在该技术中，通过连续时钟控制的背光照明代替通常连续发光的显示器背光照明。在此对于显示器的像素区域在整个图像持续时间的一部分中将背光照明关断。由于人眼的感官特性，对这样产生的运动的图像感知为更为清晰。在根据本发明分成带的背光照明单元的情况下(其中每个带使用独立的一串LED)，可以特别简单地实现连续的、明亮的条纹。以其经过条纹的频率优选与显示器的图像重复频率相一致。
根据本发明的显示装置的另外的实施形式对于本领域技术人员而言是可认识到的并且被本发明所包括。

Claims (10)

1.一种显示装置(1)，具有：
-背光照明单元(2)以及
-显示单元(3)，
它们设置为使得在显示装置(1)的工作中由背光照明单元(2)发射的光射到显示单元(3)的背侧上，
其特征在于，
-背光照明单元(2)具有至少两个并排的光导体元件(4)，其中背光照明单元(2)构建为使得在光导体元件(4)的边界区域(5)中比在边界区域(5)之外发射更高亮度的光，
-在背光照明单元(2)和显示单元(3)之间设置有漫射层(6)，以及
-控制单元(7)被设置并且构建为通过显示单元(3)的相匹配的激励来补偿边界区域(5)中的更高的亮度，其中
-在至少两个并排的光导体元件(4)的交迭的区域中设有有利于光耦合输出的耦合输出结构。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，在漫射层(6)和显示单元(3)之间构建有气隙(9)。
3.根据权利要求1或2所述的显示装置，其特征在于，漫射层(6)通过漫射膜形成。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，将发光二极管(10)设置为光源，以便将光从侧向耦合输入到光导体元件(4)中。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，发光二极管(10)设置在光导体元件(4)的交迭的区域中。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，光导体元件(4)的厚度从其上设置有发光二极管(10)的光耦合输入部位(11)开始减小。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，光导体元件(4)的朝着显示装置(3)的前侧基本上平行于显示装置(3)的背侧走向，并且光导体元件(4)的背侧朝着相应的光耦合输入面倾斜。
8.根据权利要求1或2所述的显示装置，其特征在于，显示装置(1)的厚度小于15mm。
9.根据权利要求1或2所述的显示装置，其特征在于，显示单元(3)具有大于60cm的对角线。
10.根据权利要求1或2所述的显示装置，其特征在于，控制单元(7)构建为将要显示的图像的通过视频信号所确定的亮度除以背光照明单元(2)的预先确定的亮度分布，并且由此产生显示单元(3)的激励信号。
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