CN106716309B - 漫发射显示器 - Google Patents

Abstract

显示器包括生成数字显示图像的显示叠层。介质层包括以预定图案设置的多个漫发射元件。介质层上的漫发射元件响应于入射到介质层的光而发射经散射的信号。

Description

漫发射显示器

技术领域

本公开涉及漫发射显示器。

背景技术

互连创造性绘图、说明、打草稿和书写的模拟世界与数字应用的需要已经创建了一系列数字设备，其被设计成将笔的运动转变成到数字显示器上的高分辨率、模拟式输入。输入设备典型地作为触摸输入系统或通过一个或多个光学、压力和电气传感器的激活进行操作的输入系统来模拟手指。然而，耦合到显示器的投影电容触摸传感器的输入解决方案提供有限的功能性，而电气传感器可能负面地影响显示器和产品厚度，并且可能增加这样的系统的成本。

发明内容

在本公开的第一个方面，提供了一种显示器，包括：生成数字显示图像的显示叠层；和介质层，包括设置在预定图案中的多个漫发射元件，其中漫发射元件被配置成响应于入射到介质层的红外IR光而发射经散射的信号；其中漫发射元件包括驻留在载体材料中的金属纳米颗粒以响应于红外IR光而引致表面等离子体共振。

在本公开的第二个方面，提供了一种显示装置，包括：显示叠层，包括：生成数字显示图像的至少一个层；介质层；以及以表示信息的经编码的图案设置在介质层上的载体材料，载体材料承载多个漫发射元件以响应于非可见光而发射漫射信号；以及生成红外IR光的近红外IR源；其中漫发射元件包括金属纳米颗粒以响应于红外IR光而引致表面等离子体共振。

在本公开的第三个方面，提供了一种以非可见的经编码的图案提供显示介质的方法，方法包括：提供介质层；提供包括多个非可见漫发射元件的非可见载体材料，其中漫发射元件包括金属纳米颗粒以响应于红外IR光而引致表面等离子体共振；以经编码的图案在介质层上沉积和布置载体材料，其中所述多个非可见漫发射元件中的每一个响应于红外IR光而发射漫射信号；以及将介质层与显示介质对准。

附图说明

图1图示了从显示器接收经位置编码的光学信息的系统的示例。

图2图示了示例经位置编码的显示装置。

图3图示了漫发射元件的经位置编码的图案的示例。

图4图示了另一示例经位置编码的显示装置。

图5图示了图4的经位置编码的装置的截面视图。

图6图示了经位置编码的显示装置的示例实现。

图7图示了经位置编码的显示装置的另一示例实现。

图8图示了用于产生具有经位置编码的图案的介质层的方法的流程图的示例。

具体实施方式

本公开涉及以预定、经位置编码的图案布置在介质层上的漫发射元件，其响应于非可见入射光而以漫射或散射方式发射光。漫发射元件是响应于非可见光（例如可见光谱外部的光）而具有漫发射性质的元件。漫发射元件以预定经编码的图案布置在介质（诸如纸张）或非可见光吸收层或设置在非可见光吸收材料层上的透明层上。如本文所采用的，经散射的发射和/或反射是以最小值提供能够进入检测器和/或成像设备的光学孔的非可见光信号的一个。

设置在介质层上的漫发射元件可以作为用于施加在视觉显示器中的层而提供。诸如数字显示器之类的装置可以包括具有至少一个层的显示叠层以生成数字显示图像。显示叠层典型地包括多个层，其包括例如液晶显示器（LCD）以生成显示图像。装置可以包括介质层，其包括布置在经编码的图案中的漫发射元件。例如，介质层可以是清透塑料膜，其具有设置在其上的、经由涂敷、印刷和叠覆所再现或以其它方式施加到介质层的大体非可见的近IR漫发射图案。漫发射元件响应于施加到漫发射元件的非可见光（例如红外（IR））而提供光的漫发射。漫发射元件响应于非可见光而发射信号（例如反射或发荧光）而介质层则不然。漫发射元件和介质层对从显示叠层生成的可见光大体光学透明。

介质层可以是显示叠层的层，或者漫发射元件可以设置在显示叠层自身上。漫发射元件可以经由诸如与交互式数字笔集成的光源之类的非可见光源（例如近IR）来光照。在光照时，被光照的漫发射元件中的每一个以漫射（例如散射或各向同性）方式发射信号，使得检测器可以收集对应于漫发射元件的相对位置的信息，并且解码该信息以确定笔在显示器上的位置。该位置然后可以用于创建在显示器上轻挪的笔的被光照的可见表示。

图1图示了从显示器接收经位置编码的光学信息的系统100的示例。显示装置110可以包括显示叠层120，其具有被示出为层1至N的至少一个层，以生成数字显示图像，其中N为正整数。显示叠层120典型地包括多个层，其包括例如LCD或发光二极管（LED）层，以生成显示图像。显示叠层120中的其它示例层可以包括反射膜、背光层、光漫射器膜、光偏振器膜、彩色滤波器膜，以及光学清透的粘合剂（OCA），以例如将相应层在显示叠层120中结合在一起。在交互式显示装置的示例中，允许输入的层（诸如触敏电容层）可以包括在显示叠层中。显示叠层中的层的相对位置不限于本文所提供的列表，因为可以依照特定显示装置的要求而对层进行添加、去除或重布置。

如图1中所示，显示装置110可以包括介质层130，其可以包括经位置编码的漫发射元件140，所述元件140被示出为元件ELE 1，ELE 2至ELE M，其中M是正整数。漫发射元件140具有响应于施加到漫发射元件的非可见光而变化的光学特性。非可见光可以包括从检测器（诸如数字笔180）生成的近IR光（例如大约750至1000纳米波长）。数字笔180（以下关于图4来图示）可以包括IR LED源，其可以以相应占空比和频率进行选通以生成非可见光。在一个示例中，非可见光从漫发射元件140反射以指示数字笔180在其朝向和围绕显示装置110定向时的位置和移动。

例如，漫发射元件140（例如表示元件的点）可以对近IR是反射性的/发射性的。背景层可以对来自数字笔180的近IR辐射是吸收性的（例如非反射性的）。例如，该吸收层性质可以在底层显示（underlying display）中是固有的。相机（未示出）可以与数字笔180集成，并且可以通过辨别与吸收背景层相比的从经位置编码的漫发射元件140发射的光来接收和记录笔的移动。

如所示，显示图像从显示叠层120通过介质层130进行传输，并且对处于显示装置110的输出处的用户可见。通过增加（例如从经位置编码的漫发射元件140）反射的光的量，数字笔180可以解码具有更高信噪比（SNR）（例如经位置编码的漫发射元件140与背景之间的更大对比度差异）的更强信号，从而导致更高的SNR。漫发射元件140可以设置在介质层130上（例如印刷/沉积在介质层130上的图案），并且可以经由例如从数字笔180生成的非可见光源（例如近IR）而激发。当光照时，漫发射元件140向处理器返回对应于经编码的图案的经编码的数据，在所述处理器中可以解码经编码的数据。经解码的信息对应于数字笔180的移动，诸如图像的笔画特性的记录（诸如数字签名）。

图2图示了示例显示装置200，其可以包括一个或多个层以提供视觉信息以及用于各种用户交互的附加功能性。例如，显示装置200可以合并任何显示技术，例如LCD、LED、有机LED（OLED）、有源矩阵OLED（AMOLED）或任何其它显示技术。显示装置200可以包括多个层，其包括但不限于，LCD亮度控制线性偏振器和背光层210，其被结合到经投影的电容触摸（PCT）220层。显示装置200还可以包括衬底或介质层230，其不影响通过介质层230透射的光。介质层230可以进而经由结合剂而施加到显示装置200的表面。介质层230可以包括多个漫发射元件240，其可以布置在包含经编码的信息的预定图案中。在其它示例中，漫发射元件240可以直接施加到显示装置200的表面。

当设置在合适的介质层230上或形成在其内时，漫发射元件240对裸眼是大体不可见或不可见的。漫发射元件240可以使用任何方法或系统（包括但不限于，光刻和常规的印刷技术，诸如喷墨、丝网和柔性版印刷）而沉积在介质层230上或以其它方式形成在其内。在一个示例中，漫发射元件240嵌入在透明载体（例如透明墨）中，所述透明载体用于将预定图案印刷到介质层230上。

漫发射元件240可以以独特、特定、空间或位置图案而设置在介质层230中，如作为介质层230上的漫发射元件240的布置的放大视图的框260中所示。这样的图案的使用创建漫发射元件240之间的基于其在显示器200上的位置的位置关系。相对漫发射元件240之间的位置关系可以被读取以确定介质层230和显示器200上的特定位置。漫发射元件240和其上设置元件240的介质的透明性准许与显示装置一起使用这样的系统和方法。设置在透明介质层230中、上或周围的漫发射元件240的透明、预定经编码的图案为系统和方法提供高度精确性，而同时维持高逼真视觉显示器或打印页。

采用检测器的基于检测的技术使用以基准、点或类似标记的形式施加的漫发射元件240的预定系列。标记用于从经编码的图案查明信息，例如显示器上的位置。显示装置200上的漫发射元件240之间的位置关系准许通过检测器和相关联的电子器件/软件来确定信息。当漫发射元件240响应于入射到显示装置200的光而发射信号时，接近显示装置200定位的检测器可以感测所发射的信号。

预定图案可以设置在采用颗粒的清透显示膜上，所述颗粒基于来自近IR光源辐照器（例如近IR LED）的激发而在近IR辐照波长处是漫发射性的。当设置在透明膜或视觉显示器上时，展现期望的漫发射性质的材料应当在可见光谱（例如400nm至700nm）中是大体清透的。例如，光源可以与金属纳米颗粒相互作用以引致具有其相关联的近IR光散射的等离子体共振现象，以及引致来自半导体纳米颗粒（例如量子点）或近IR有机荧光染料的荧光，并且可替换地提供与基于有机的膜的经散射的反射相互作用。前述示例是一组非限制性示例。分布式元件可以被调谐以提供跨整个近IR光谱（例如大约725nm至大约1000nm，或者更具体的波长，例如大约750nm）的漫反射。每一个机构可以设置在透明介质层230上或者直接施加到显示装置200的表面，所述透明介质层230作为显示装置200的一个层而制备。可印刷墨或其它可图案化材料载体将包括构成的漫发射元件240以响应于入射光而提供漫发射。

载体（例如墨）和嵌入在其中的漫发射元件可以设置在透明膜上，诸如将用于创建显示屏叠层（例如显示装置200），以及其它被印刷材料（例如纸张）。用于纸张的交互式位置编码系统可以利用炭黑墨进行印刷，所述炭黑墨吸收近IR有源光照器（例如LED）的大部分，并且因而向相机中的成像器提供可接受的对比度水平。然而，这样的图案在视觉光谱中是反射性的，并且使提供在纸张上的信息失真。这些小点具有高对比率，并且对人眼依稀可见。当与没有该经印刷的膜的显示器比较时，可以容易地辨别图像逼真度中的差异。相应地，漫发射元件的使用将改进经印刷的产品的图像质量，而同时提供印刷在其上的经位置编码的图案的优点。而且，用于印刷漫发射元件的墨或载体将在可见光谱中是大体清透的，使得来自底层介质的图像将不失真或被遮挡。此外，载体将对从IR光源发射的IR光是透明的。

图3图示了漫发射元件的近IR经位置编码的图案的示例。在一个示例中，经编码的图案202可以包括位于近IR吸收背景208（例如显示背景层）上的经位置编码的漫发射元件204（还称为元件），其响应于近IR光谱中的光。因此，在该示例中，当近IR辐射被施加到图案202时，元件204发射信号，并且背景208吸收辐射，其进而提供背景与元件之间的对比度。可以检测被吸收和被反射的光之间的该图案202以确定图案化表面内的位置，诸如确定关于以上描述的数字笔的位置。在一个示例中，经位置编码的元件可以设置为背景208上的点（例如包含漫发射元件的墨的小圆形）。基本上任何形状都可以用于元件（例如圆形、方形、三角形等）。

透明介质层和使用诸如等离子体共振纳米颗粒之类的近IR漫发射元件的载体的使用提供低成本可印刷解决方案，其可以使用在纸张和膜（例如用于显示器）二者上。结果得到的介质层再现经位置编码的点图案，其可以由检测器（例如数字笔）有效地读取。该透明介质层相对于系统的背景对比度要求以及向检测器的用户呈现高逼真度图像（使其在数字显示器或其它表面上）提供相比于近IR吸收墨的显著优点。

此外，采用以漫射或散射图案发射光的颗粒提供相比于其它反射或发射系统的增强的捕获能力。例如，镜面反射表面相对于光照源（例如嵌入在检测器中的光源）的取向而是角度相关的。相比之下，漫发射表面均匀地分布经反射或发射的光，从而创建检测器能够从纳米颗粒接收光的更大的角度范围。

在图2的示例中，漫发射元件240的每一个集合可以能够以漫射或散射图案发射光。例如，漫发射元件240可以组织为包括能够响应于近IR光谱中的入射光而产生表面等离子体共振（SPR）的材料的纳米颗粒集合。漫发射元件的大小和组成（纳米颗粒的浓度）将确定元件在可见光谱中的透明度，以及确保适当的反射特性。因此，表面等离子体共振及其引致的近IR辐照的散射通过控制颗粒的形状和大小以及其上设置颗粒的材料来确定，从而控制光的特定波长与颗粒的表面和所引致的光散射的相互作用。在一个示例中，漫发射元件240是金属纳米颗粒，其响应于预定光频率而引致等离子体效应及其引致的近IR光散射。等离子体效应采用纳米颗粒，其充当收取传入共振单个波长光并且通过围绕金属纳米颗粒的表面等离子体振子创建共振效应的天线。共振等离子体振子然后以散射方式释放经调谐的近IR辐照。该共振转换过程响应于入射光而导致经散射的辐照（近IR）信号。

照此，漫发射元件240可以是金属纳米尺度球体（例如银或金）的集合，其被提供有选择成引致SPR但是保持对可见光透明的尺寸。每一个漫发射元件纳米颗粒240的大小可以基于诸如显示装置200的期望分辨率和总体大小之类的因素而变化。作为示例，漫发射元件240可以制作成在直径方面近似100μm的点，其中具有近似230nm直径的由银制成的大量球形纳米颗粒的分散物分散在点内。可替换地，具有大约10比1的长厚比（例如在长度/直径方面大约120nm并且12nm厚）的银纳米小板的分散物可以用于实现漫发射元件。

在另一示例中，漫反射元件240可以是分散在用于印刷的载体内的量子点。量子点是由半导体材料制成的纳米晶体，所述半导体材料足够小以展现量子机械性质。量子点的电子特性与大小和形状紧密相关。例如，确定响应于入射光而发射的光的频率范围的量子点中的带隙与其大小反相关。在荧光染料应用中，所发射的光的频率随量子点大小减小而增大。因此，所发射的光的波长在使得量子点的大小更小时漂移。这允许量子点的激发和发射是高度可调谐的。照此，量子点可以被特定地调谐以吸收来自光源的近IR中的光并且在IR光谱中重发射光。而且，量子点在实际上每一个方向上发射光，从而确保对适当波长的光源的漫射响应。可替换地，近IR荧光有机染料可以用于通过在墨或用于沉积漫发射元件的其它载体中包括这样的近IR染料来影响漫发射元件。

图4图示了具有与显示装置300交互的数字笔380的示例系统。显示叠层被提供有背光层310、PCT层320、具有设置在其上的漫发射元件的介质层330和透明盖层344。数字笔380可以包括光源350和传感器386，例如对非可见光敏感的相机。在图4的示例中，相机386与数字笔380集成并且设立成感测从漫发射元件的激发发射的信号356。光源350和相机386可以在数字笔380上的位置处并置。相应地，当数字笔380被用作指针或书写用具时，光源350可以光照设置在表面上的漫发射元件，并且相机386可以感测从漫发射元件发射的信号356。

图4示出显示装置300由来自光源350的光354光照，从而激发多个漫发射元件以便以经散射的方式发射信号356。在数字笔380将被用作对平板电脑的输入设备的情况下，或者在数字笔380将与草稿笔类似地使用的情况下，数字笔380跨显示器300的表面的物理移位影响数字笔380的扫描速率、曝光和模糊减少能力以适当地辨别漫发射元件的图案。数字笔380可以包括处理器以运行涉及信号356的捕获和处理的机器可读指令，和/或传输器388以向远程系统（例如显示器300或连接到显示器300的计算机）提供信息。附加逻辑因而可以合并到数字笔380中以至少部分地基于数字笔380以其跨显示器300的表面移动的速度而增加或减小数字笔380扫描速率。类似地，提供曝光补偿和模糊减少的逻辑也可以至少部分地基于数字笔380以其跨显示器300的表面移动的速度而合并到数字笔380中。光源350可以利用预定占空比的一系列脉冲光照显示器以缓解由数字笔380的移动导致的模糊。

图5图示了如图4中所提供的被光照显示装置300的截面视图305。光源可以提供近IR光谱中的光354，例如具有大约750nm至大约1000nm的波长。具有漫发射元件340的预定图案的透明介质层330可以设置成接近显示装置300的表面，以响应于入射光354的至少部分而激发漫发射元件340并且响应于此而提供信号356。穿过介质层330但是不入射在元件340的位置处的光354被显示装置300的背光层310吸收，从而确保由漫发射元件340发射的信号与来自背光层310的吸收效应之间的强烈对比度。

如图5中所示，信号356从以预定图案布置的经激发的漫发射元件340发射，使得检测器捕获所发射的信号356并且读取通过漫发射元件340的位置关系编码的信息是可能的。基于编码在漫发射元件340之间的唯一位置中的信息，检测器可以确定显示器300的表面上的位置。漫发射元件340的图案和密度有助于数字笔在确定关于显示装置300的位置方面的精度。换言之，跨显示装置的表面设置的漫发射元件340的较高密度图案一般改进通过检测器的位置确定的精度。基于漫发射元件之间的经唯一编码的绝对位置信息，关于漫发射元件340的图案的位置的准确确定是可能的。能够提供漫发射元件340之间的经唯一编码的绝对位置信息的任何相当的预定图案可以类似地用于在介质层330中、上或周围设置或定位漫发射元件340。

由于漫发射元件340对人眼而言是不可感知的或者几乎不可感知的，并且不干扰背光层310的视觉内容，因此由背光层310发射的光358将看起来跨显示器是均匀的，而不管漫发射元件340的密度和布置如何。提供包含漫发射元件340的透明介质层330的能力使得能够使用对来自漫发射元件340的IR光的发射敏感的检测器。检测器然后可以确定显示器上的物理位置或定位，并且向检测器提供基于位置的数据而同时从背光层310向用户提供最小受损视图。因此，显示装置具有同时充当输入设备（例如能够检测经由数字笔380的基于位置的输入的设备）和输出设备（例如能够显示数据的设备）二者的能力。

图6是诸如图1-5中描述的显示装置的示例实现。图6提供了与数字显示装置600（诸如计算机监视器、电视屏幕、平板电脑或其它显示表面）交互的数字笔680。当数字笔680跨编码有布置在预定图案中的漫发射元件的显示器移动时，通过数字笔680的移动创建的笔画系列被处理以用于显示装置600上的呈现。在图6的示例中，数字笔680的移动表示字母“A”。然而，可以类似地处理和呈现任何移动。例如，可以呈现形状、外文脚本或自由形式绘图。而且，处理器可以与软件相关联以实现特定字符识别和呈现。

图7是显示装置的另一示例实现。在图7的示例中，数字笔680跨介质610移动，其中漫发射元件640布置在远离显示装置600的经编码的图案中。在图7的示例中，当数字笔680跨介质610移动时，由传输器向显示装置600提供相对于介质610上的位置的信息以用于在其上呈现。因此，跨屏幕的移动（诸如表示字符、图像和/或文本的笔画）可以显示在显示装置600上（甚至在数字笔680不与其直接接触时）。

图8是描绘用于以非可见的经编码图案提供显示介质的方法800的流程图。虽然，出于简化解释的目的，图8的方法800被示出和描述为顺序执行，但是方法800不受所图示的次序限制，因为一些动作可以在其它示例中以不同的次序发生和/或与本文所示出和描述的并发地发生。此外，在本公开或权利要求叙述“一”、“一个”、“第一”或“另一”元件或其等同物的情况下，其应当被理解成包括一个或多于一个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多这样的元件。鉴于以上描述的前述结构和功能特征，示例方法将参照图1-7被更好地领会。

方法800在810处提供透明介质层，诸如参照图2描述的介质层230。在820处，提供非可见载体（例如可印刷墨），其包括多个非可见漫发射元件，例如参照图2描述的漫发射元件240。在830处，以经编码的图案将载体材料沉积和布置到介质层上。例如，经编码的图案布置成提供关于漫发射元件（例如漫发射元件240）的唯一空间布置的信息，如图3中所示。在840处，将介质层与显示介质对准。结果得到的介质层和显示介质可以是例如像关于图2描述的显示装置200的部分。

以上已经描述的是示例。描述组件或方法的每一个可设想到的组合当然是不可能的，但是本领域普通技术人员将认识到，许多另外的组合和置换是可能的。相应地，本公开旨在涵盖落在本申请（包括随附权利要求）的范围内的所有这样的更改、修改和变型。

Claims (13)

1.一种显示器，包括：

生成数字显示图像的显示叠层；和

介质层，包括以预定图案设置的多个漫发射元件，

其中漫发射元件被配置成响应于入射到介质层的红外IR光而发射经散射的信号；

其中漫发射元件包括驻留在载体材料中的金属纳米颗粒以响应于红外IR光而引致表面等离子体共振。

2.如权利要求1所述的显示器，其中红外IR光包括725nm至1000nm的波长。

3.如权利要求1所述的显示器，其中红外IR光以预定占空比被选通。

4.如权利要求1所述的显示器，其中漫发射元件包括量子点以响应于红外IR光而发荧光。

5.如权利要求1所述的显示器，其中漫发射元件包括有机荧光染料以响应于红外IR光而发荧光。

6.如权利要求1所述的显示器，其中漫发射元件包括基于有机物的膜以响应于红外IR光而进行反射。

7.如权利要求1所述的显示器，其中预定图案包括以经编码的图案布置的漫发射元件，所述经编码的图案提供针对相对漫发射元件之间的位置关系的信息以确定介质层上的位置。

8.一种显示装置，包括：

显示叠层，包括：

生成数字显示图像的至少一个层；

介质层；以及

以表示信息的经编码的图案设置在介质层上的载体材料，载体材料承载多个漫发射元件以响应于非可见光而发射漫射信号；以及

生成红外IR光的近红外IR源；

其中漫发射元件包括金属纳米颗粒以响应于红外IR光而引致表面等离子体共振。

9.如权利要求8所述的装置，还包括数字笔，数字笔包括：

收集漫射信号的相机；

从经编码的图案解码信息的处理器；以及

向显示叠层提供信息的传输器。

10.如权利要求9所述的装置，其中红外IR光源以预定占空比选通光。

11.一种以非可见的经编码的图案提供显示介质的方法，方法包括：

提供介质层；

提供包括多个非可见漫发射元件的非可见载体材料，其中非可见漫发射元件包括金属纳米颗粒以响应于红外IR光而引致表面等离子体共振；

以经编码的图案在介质层上沉积和布置载体材料，其中所述多个非可见漫发射元件中的每一个响应于红外IR光而发射漫射信号；以及

将介质层与显示介质对准。

12.如权利要求11所述的方法，其中沉积和布置包括以经编码的图案印刷包括多个非可见漫发射元件的载体材料。

13.如权利要求11所述的方法，还包括将介质层施加到分层的显示叠层。

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