CN108028990B - 声音再现显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种显示装置(1；101)，其包括：成像平面(2；103)，其被配置成可控地显示图像；背板(3)，其位于成像平面(2；103)后面；若干声音致动器(4；104，105)，其被配置成基于驱动信号(5)产生振动；以及用于每个声音致动器(4；104，105)的至少一个机械耦合元件(6)，其被配置成穿过背板(3)将成像平面(2；103)与声音致动器(4；104，105)机械地耦合。

Description

声音再现显示器
技术领域
本发明涉及显示装置和用显示装置再现声音的方法。
背景技术
尽管可应用于任何再现声音的系统，但本发明仍将结合具有集成声音生成装置的显示装置进行描述。
在现代显示应用中，不仅需要经由显示器显示视觉内容。通常还需要与视觉数据一起再现相应的音频数据，例如，播放视频。因此，已知的显示装置通常配备有独立的内部或外部扬声器以再现音频内容。将扬声器包含在例如移动电话或电视机中需要相应装置的外壳中的额外空间，并且扬声器必须被恰当地定位以再现具有可接受的质量的声音。
因此，已经开发了如下显示器，其中，整个显示器，即相应装置的前表面，被振动装置振动来生成声波。
这样的换能器需要机械地接触相应显示器的前表面。这可以通过另外的不透明面板来实现，该面板围绕显示器并且通过放置在显示单元旁边的相应换能器振动。但是该选择会增加边框尺寸，这是不希望的效果。可替选地，可以在显示器前面使用另外的透明面板。但是这会降低显示器的整体亮度。
根据文献US2014/0241558进一步了解，使包括前玻璃、单元和BLU组件的整个屏幕振动。此外，在WO2001/074114中，使分段式LCD显示器单独地振动。
文献EP 1100288A2公开了一种声辐射器，其包括板状构件，该板状构件在用于声辐射的驱动频带中具有弹性特性。文献EP 0847677 A1公开了一种惯性振动换能器，其特征在于板状压电弯曲器和适于将弯曲器安装在待振动构件上的装置。文献US 2015/0086063A1公开了一种扬声器，其包括中空玻璃基板和多个振动激励器，其中，振动激励器附接至玻璃基板以驱动玻璃基板振动。
因此，需要一种用显示装置再现声音的改进方法。
发明内容
本发明提供了具有权利要求1的特征的显示装置和具有权利要求6的特征的方法。
因此，提供了一种显示装置，该显示装置包括：成像平面，其被配置成可控地显示图像；背板，其位于成像平面后面(即，当从前方观看该显示装置时位于后面)；若干(即，一个或更多个)声音致动器，其被配置成基于驱动信号产生振动；以及用于每个声音致动器的至少一个机械耦合元件，其被配置成穿过背板将成像平面与声音致动器机械地耦合。
此外，提供了一种用显示装置再现声音的方法，该方法包括以下步骤：在显示装置中用若干(即，一个或更多个)声音致动器基于驱动信号产生振动；用用于每个声音致动器的至少一个机械耦合元件穿过显示装置的背板将振动机械地传递至显示装置的成像平面。
根据本发明的显示装置可以是任意类型的有源显示器，例如，用于手持或移动装置或者智能手表的显示器、计算机显示器、电视显示器等。
本发明提供了一种显示装置，其中，有源成像平面，即LCD单元或平面、包括有源有机LED的OLED平面等，通过也被称为换能器或激励器的声音致动器来机械地直接接触和振动。声音致动器或激励器可以包括电磁换能器、压电换能器、磁致伸缩换能器、动圈式电机等。原则上可以使用可以被构造得足够小以适应显示装置的背板后面的外壳的任意技术。
背板可以在基于LCD的成像平面的情况下例如为显示装置的背光单元。这种背光单元或BLU可以例如是使用LED作为边缘定位光源的侧光式BLU。这意味着LED位于显示装置的边缘处，并且光被均匀地分布在LCD单元或面板后面以照亮由LCD单元所示出的图像。除边缘LED之外，背板还可以包括不同的光漫射层、棱镜层和/或导光板等，以提供来自边缘定位的LED的光在背板的完整表面上的均匀分布。可替选地，可以在BLU中提供全阵列LED背板，其中，LED均匀分布在背板的表面上。此外，可以使用冷阴极荧光背光等。根据用于有源成像平面的技术，可以提供相应的其他背板。
如果声音致动器位于有源成像平面与背板之间，则声音致动器会遮挡背板并且会在成像平面中可见为黑点，这是因为光不能从背板传播到成像平面。因此，声音致动器位于背板后面。为了致动成像平面并在成像平面中引起振动，声音致动器被配置成机械地耦合至成像平面并且经由该机械耦合将振动传递至成像平面。这意味着声音致动器被定位于背板后面，并且因此不会遮挡背板和从背板发出的光。
总之，根据本发明的显示装置或更具体地成像平面被用作一种弯曲波扬声器或声辐射器平面，并且使得在显示装置中使用分离的扬声器有讨论的余地。同时，声音致动器可以非常灵活地放置在背板后面，而不需要另外的边框或其他干扰层在成像平面上。
因此，根据本发明的显示装置在具有严格空间限制的应用像例如智能手机、平板计算机、智能手表等的移动应用中尤其有用。尽管如此，根据本发明的显示装置也可以用于必须再现图像和声音的任意其他应用中。这样的应用可以例如是电视机、膝上型计算机、导航系统屏幕等。
参考附图，本发明的另外的实施方式是另外的从属权利要求和以下描述的主题。
在可能的实施方式中，机械耦合元件可以各自包括若干支撑杆，所述支撑杆一端耦合至相应的声音致动器并且另一端耦合至成像平面。这样的支撑杆或支柱提供声音致动器与成像平面之间的直接机械耦合，并且因此提供将振动从声音致动器传递至成像平面的简单且有效的方式。
在另一可能的实施方式中，背板可以包括用于支撑杆的孔，所述孔具有与支撑杆的外轮廓间隔开预定距离的内轮廓。这意味着背板的所有层、板或子平面包括相同位置处的孔。这些孔穿过整个背板。孔的轮廓可以例如是圆形的。在这样的实施方式中，孔的直径大于支撑杆的直径。对于具有方形截面的支撑杆，孔的宽度将大于支撑杆的宽度。背板中的这些孔使得杆能够自由移动并有效地将振动传递至背板前面的成像平面。
在可能的实施方式中，背板可以包括导光板，其中，支撑杆包括被配置成至少部分地引导光的材料。这样的材料选择使得光能够从导光板耦合至支撑杆中，所述支撑杆然后将光引导至成像平面。这将使得能够照亮位于支撑杆正前方的成像平面的像素。因此，显示装置将提供均匀照明的图像。
在另一可能的实施方式中，显示装置可以包括导光板中特别是孔的边缘处的光耦合元件，光耦合元件被配置成将来自导光板的光耦合至支撑杆中。提供的专用的光耦合元件，像例如特别形成的透明塑料元件如棱镜，提供了从导光板到支撑杆的高透射率，即，经由支撑杆提供给成像平面的光的强度几乎与直接经由导光板提供给成像平面的光的强度相同。
在可能的实施方式中，支撑杆的截面可以小于成像平面的三个像素，特别是小于成像平面的两个像素或小于成像平面的一个像素。支撑杆越小，在成像平面上可见的光分布均匀性方面的干扰越少。
在另一可能的实施方式中，显示装置可以包括两个声音致动器，所述两个声音致动器在显示装置的前视图中被放置在显示装置的在显示装置的成像平面后面的相对侧且不同高度上。一个声音致动器可以例如被放置在左下侧，而另一声音致动器可以被放置在右上侧。这以最大可能的距离将声音致动器放置在显示装置中。因此，由声音致动器引入成像平面的振动尽可能小地相互干扰。
在一个实施方式中，显示装置包括多个声音致动器，其被配置成集体地执行声音的波场合成。因此，分离的声音致动器和成像平面的相应部分一起形成扬声器阵列。
在一个实施方式中，显示装置包括多个机械解耦的显示部分，所述机械解耦的显示部分各自包括成像平面、背板和声音致动器。在一个实施方式中，这样的解耦的显示部分也可以用于执行声音的波场合成。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图参考以下描述。下面使用附图中的示意图中指定的示例性实施方式更详细地解释本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的智能手机或平板显示器的示意图；
图2示出了根据本发明的用显示装置再现声音的方法的实施方式的流程图；
图3示出了根据本发明的电视机的图；
图4示出了根据本发明的电视机的另一图；
图5示出了根据本发明的电视机的另一图；
图6示出了根据本发明的电视机的另一图；
图7示出了根据本发明的电视机的另一图；以及
图8示出了根据本发明的电视机的另一图。
除非另有说明，否则附图中相似的附图标记表示相似的元件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的显示装置1的实施方式的示意图。
显示装置1是智能手机或平板显示器1并且包括作为成像平面2的LCD单元。因为LCD单元2不能主动发光，所以在LCD单元2的情况下，需要单独的照明源来照亮显示装置1或由显示装置1显示的图像。
因此，显示装置1包括背板3，背板3包括边缘安装的LED 7-1，7-2。在图1中示出了仅LED 7-1和7-2，但是可以使用任意足够数量的LED来照亮显示装置1。在边缘安装的LED7-1，7-2的情况下，由LED发射的光进入背板3，其中，光尽可能均匀地分布以照亮成像平面2并且用显示装置1提供均匀的图像。成像平面2和背板3原则上足以用显示装置1显示图像。
除用显示装置1显示图像之外，本发明还提供了用显示装置1再现可听声音而不需要专用扬声器的方法。因此，在图1中，声音致动器4被定位于背板3的后面。声音致动器4基于驱动信号5生成振动，驱动信号5可以例如由(未示出的)音频放大器502(参见图7)生成。为了实际生成可听声波，声音致动器4经由耦合元件6机械地连接至成像平面2，耦合元件6穿过背板3并且将来自声音致动器4的振动传递至成像平面2。
因此，如果使声音致动器4或声音致动器4的有源元件振动，则该振动被传递至显示装置1的前面，即，使成像平面2相应地振动。如果成像平面2振动，则其辐射声波，所述声波穿过显示装置1前方的空气并且可以例如被显示装置1附近的用户感知为可听声音。
为了易于理解，没有示出用于控制成像平面2、背板3即LED 7-1，7-2和声音致动器4的控制单元以及驱动这些元件所需的另外的电路系统。但是应该理解，根据需要，可以将任意数量的这样的控制单元和其他电路系统并入显示装置1中。
图2示出了根据本发明的用于用显示装置1，101再现声音的方法的实施方式的流程图。
在第一步骤S1中，在显示装置1，101中用若干声音致动器4，104，105基于驱动信号5产生振动。在步骤S2中，这些振动被用用于每个声音致动器4，104，105的至少一个机械耦合元件6穿过显示装置1的背板3机械地传递至显示装置的成像平面2，103。
机械地传递振动的步骤S2可以包括用支撑杆306-1至306-3传递振动，支撑杆306-1至306-3一端耦合至相应的声音致动器4，104，105并且另一端耦合至成像平面2，103。为了使支撑杆306-1至306-3自由移动，可以在背板3中设置孔8-1至8-3，其具有与支撑杆306-1至306-3的外轮廓间隔开预定距离的内轮廓。这意味着在移动期间支撑杆306-1至306-3不接触背板3。
为了照亮由显示装置1显示的图像，可以在背板3中例如用导光板304引导光。为了提供均匀的图像，还可以通过支撑杆306-1至306-3至少部分地将光从导光板304引导至成像平面2的前面。为了改善光透射，可以在导光板304中使用例如棱镜等的光耦合元件6将光耦合至支撑杆306-1至306-3中。
图3示出了根据本发明的显示装置101的实施方式的另一图。图3中的显示装置被实现为LCD电视机101。
电视机101包括前边框102，其围绕LCD单元103，亦称成像平面。此外，在图3中以虚线圆圈示出了两个声音致动器104，105。虚线圆圈表示声音致动器104，105被定位于电视机101的外壳内部，但在电视机101的LCD单元103和不可见背板后面。
图3的配置使得能够用LCD单元103再现立体声。从电视机101的前面看，声音致动器104被定位于LCD单元103的右上角后面。声音致动器105被定位于LCD单元103的左下角后面。声音致动器104，105的位置提供声音致动器104，105之间的最大可能距离。因此，声音致动器104，105的振动尽可能小地互相干扰。应该理解，在声音致动器104，105与边框102之间将提供振动容限，其使声音致动器104，105或LCD单元103的相应部分能够自由地振动。因此，不将声音致动器104，105放置在LCD单元103的边缘处，而是与边框102间隔开所述振动容限。
图4示出了显示装置101的局部图，特别是LCD单元103的具有声音致动器104，105的部分。因为具有声音致动器104，105的LCD单元103的配置在两种情况下是相同的，所以对于两个声音致动器104，105示出了仅一个图。
在图4中，LCD单元103的三个像素201被分别标记，因为在这些像素201后面，支撑杆306-1至306-3(参见图5)接触LCD单元103并且将LCD单元103耦合至相应的声音致动器104，105。这意味着这三个像素201可能较少地通过背板3被照射，因为光的路径被支撑杆306-1至306-3遮挡。
在实际应用中，支撑杆306-1至306-3可以用能够将光引导至LCD单元103的前面的材料设置。光可以例如从导光板304(参见图5)耦合至支撑杆306-1至306-3，然后耦合至LCD单元103。即使由支撑杆306-1至306-3提供到LCD单元103的光少于在LCD单元103的其余像素处的光，这种差异也不会或几乎不被人类观察者察觉。LCD单元103的单像素的照度差异变得与较高分辨率显示器甚至较不相关。在具有全高清分辨率的50英寸屏幕上，每英寸有大约44个像素或者每厘米有大约17.3个像素。在具有4K超高清分辨率的50英寸屏幕上，每英寸有大约88个像素或者每厘米有大约34.6个像素。这意味着4K超高清中的每个单像素仅0.28mm宽。
图5示出了显示装置101的具有声音致动器104，105的部分的详细侧视图。与图4一样，因为两个部分是相同的，所以示出了仅一个声音致动器104，105。
在图5中，背板3从前到后包括漫射膜301、棱镜片302、漫射膜303、导光板304、反射片307和金属后盖308。漫射膜301、棱镜片302、漫射膜303、导光板304和反射片307一起形成用于LCD单元103的背光。金属后盖308向膜和片的这种堆叠提供机械稳定性。
在背板3的后面设置有声音致动器104，105，其经由穿过背板3的支撑杆306-1至306-3机械连接至LCD单元103。为此目的，孔8-1，8-2，8-3(参见图8)设置在背板3中。导光板304和支撑杆306-1至306-3全被描绘为点型元件。这用于说明导光板304和支撑杆306-1至306-3均包括相同或类似的材料。这种情况下的类似指的是材料的导光能力。这意味着穿过导光板304的光可以离开导光板304并且被耦合至将光引导至LCD单元103的支撑杆306-1至306-3。
图6示出了电视机101的截面侧视图。在图6中可以看出，将图5中已经示出的堆叠序列提供给整个电视机101或电视机101的完整表面。对应于图3，声音致动器104被定位于LCD单元103的上边缘上，以及声音致动器105被定位于LCD单元103的下边缘上。
此外，在导光板304的下边缘上示出了LED 401。该LED 401仅被示例性地示出为代表可能在导光板304的周边上的多个LED。包括漫射膜301、棱镜片302、漫射膜303、导光板304和反射片307的堆叠将边缘LED 401的光尽可能均匀地分布在LCD单元103的表面上。
图7示出了漫射膜301、棱镜片302和漫射膜303的堆叠的详细视图。另外的层通过三个点暗示。
所描绘的层中的每一个包括孔8-1、8-2和8-3，其中，支撑杆306-1至306-3穿过背板3。孔8-1、8-2和8-3大于支撑杆306-1至306-3，使得支撑杆306-1至306-3可以在孔8-1、8-2和8-3内自由移动。
在图7中，孔8-1、8-2和8-3以及支撑杆306-1至306-3是圆形的，即其具有圆形的截面。应该理解，方形、椭圆形截面或任意其他截面也是可行的。
图8示出了根据本发明的显示装置101的实施方式的框图。
显示装置101包括主板501，该主板501以电子方式耦合至音频放大器502，音频放大器502进而以电子方式耦合至声音致动器104，105以用相应的驱动信号5驱动所述声音致动器104，105。
主板501可以包括需要对视频和音频信号进行接收或解码并将视频信号转发至LCD单元103以及将音频信号转发至音频放大器502的任意数字和/或可编程电子电路系统。
音频放大器502可以例如接收数字音频数据流并将所述音频数据流转换成模拟电压或电流信号，该模拟电压或电流信号表示相应音频数据并且当被提供给声音致动器104，105时使声音致动器104，105相应地振动。应该理解，音频数据流的转换也可以由主板501执行，主板501可以向音频放大器502提供模拟音频信号。
尽管本文中已经示出并描述了具体的实施方式，但是本领域的普通技术人员将理解，存在各种替选和/或等同实现方式。应该理解，一个或多个示例性实施方式仅是示例，并且不旨在以任何方式限制范围、适用性或配置。相反，前面的概述和详细描述将为本领域技术人员提供用于实现至少一个示例性实施方式的方便的路线图，应当理解，在不脱离所附权利要求书及其合法等同物中所阐述的范围的情况下，可以在示例性实施方式中描述的元件的功能和布置方面做出各种改变。一般地，本申请旨在覆盖本文讨论的具体实施方式的任意修改或变化。
例如，尽管结合智能手机显示器和LCD电视进行了描述，但是本发明可以用于包括显示器并需要用来再现声音的任意装置。此外，不仅基于LCD的显示器可以用于本发明。例如，等离子体屏幕、OLED或AMOLED显示器等也可以用于本发明。
尽管上面描述为立体声音频系统，例如具有两个声音致动器的电视机，但是本发明可以用于通过在显示装置中提供多个扬声器来提供扬声器阵列。这种扬声器阵列可以例如用于执行波场合成。
如上所述的本发明描述了一种显示装置，该显示装置包括：成像平面，其被配置成可控地显示图像；背板，其位于成像平面后面；若干声音致动器，其被配置成基于驱动信号产生振动；以及用于每个声音致动器的至少一个机械耦合元件，其被配置成穿过背板将成像平面与声音致动器机械耦合。
附图标记列表
1，101 显示装置
2，103 成像平面
3， 背板
4，104，105 声音致动器
5 驱动信号
6 耦合元件
7-1，7-2，401 LED
306-1至306-3 支撑杆
8-1至8-3 孔
304 导光板
102 前边框
201 像素
301，303 漫射膜
302 棱镜片
307 反射片
308 金属后盖
402 中间框架
501 主板
502 音频放大器

Claims (15)

1.一种显示装置(1；101)，包括：
成像平面(2；103)，其被配置成可控地显示图像；
背板(3)，其位于所述成像平面(2；103)后面；
若干声音致动器(4；104，105)，其被配置成基于驱动信号(5)产生振动；以及
用于每个声音致动器(4；104，105)的至少一个机械耦合元件(6)，其被配置成穿过所述背板(3)将所述成像平面(2；103)与所述声音致动器(4；104，105)机械地耦合，
其中，所述机械耦合元件(6)各自包括若干支撑杆(306-1至306-3)，所述若干支撑杆(306-1至306-3)一端耦合至相应的声音致动器(4；104，105)并且另一端耦合至所述成像平面(2；103)；
其中，所述背板(3)包括用于所述支撑杆(306-1至306-3)的孔(8-1至8-3)，所述孔(8-1至8-3)具有与所述支撑杆(306-1至306-3)的外轮廓间隔开预定距离的内轮廓。
2.根据权利要求1所述的显示装置(1；101)，其中，所述背板(3)包括导光板(304)，并且其中，所述支撑杆(306-1至306-3)包括被配置成至少部分地引导光的材料。
3.根据权利要求2所述的显示装置(1；101)，包括所述导光板(304)中的光耦合元件(6)，所述光耦合元件(6)被配置成将来自所述导光板(304)的光耦合至所述支撑杆(306-1至306-3)中。
4.根据权利要求3所述的显示装置(1；101)，其中，所述光耦合元件(6)在所述孔(8-1至8-3)的边缘处。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的显示装置(1；101)，其中，所述支撑杆(306-1至306-3)的截面小于或等于所述成像平面(2；103)的三个像素。
6.根据权利要求5所述的显示装置(1；101)，其中，所述支撑杆(306-1至306-3)的截面小于或等于所述成像平面(2；103)的两个像素或者小于或等于所述成像平面(2；103)的一个像素。
7.根据权利要求1至4和6中任一项所述的显示装置(1；101)，包括两个声音致动器(4；104，105)，所述两个声音致动器(4；104，105)在所述显示装置(1；101)的前视图中被放置在所述显示装置(1；101)的相对侧且不同高度上并且在所述显示装置(1；101)的成像平面(2；103)后面。
8.根据权利要求5所述的显示装置(1；101)，包括两个声音致动器(4；104，105)，所述两个声音致动器(4；104，105)在所述显示装置(1；101)的前视图中被放置在所述显示装置(1；101)的相对侧且不同高度上并且在所述显示装置(1；101)的成像平面(2；103)后面。
9.一种用显示装置(1；101)再现声音的方法，包括以下步骤：
在显示装置(1；101)中用若干声音致动器(4；104，105)基于驱动信号(5)产生(S1)振动；
用用于每个声音致动器(4；104，105)的至少一个机械耦合元件(6)穿过所述显示装置(1；101)的背板(3)将所述振动机械地传递(S2)至所述显示装置(1；101)的成像平面(2；103)；
其中，机械地传递所述振动包括用支撑杆(306-1至306-3)穿过所述背板(3)中的孔(8-1至8-3)传递所述振动，所述支撑杆(306-1至306-3)一端耦合至相应的声音致动器(4；104，105)并且另一端耦合至所述成像平面(2；103)，所述孔(8-1至8-3)具有与所述支撑杆(306-1至306-3)的外轮廓间隔开预定距离的内轮廓。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括在所述背板(3)中用导光板(304)引导光并且通过所述支撑杆(306-1至306-3)至少部分地引导来自所述导光板(304)的光。
11.根据权利要求10所述的方法，包括在所述导光板(304)中用光耦合元件(6)将光耦合至所述支撑杆(306-1至306-3)中。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，机械地传递所述振动包括用支撑杆(306-1至306-3)传递所述振动，所述支撑杆(306-1至306-3)具有小于所述成像平面(2，103)的三个像素的截面。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述支撑杆(306-1至306-3)具有小于所述成像平面(2，103)的两个像素或小于所述成像平面(2，103)的一个像素的截面。
14.根据权利要求9至11和13中任一项所述的方法，包括用两个声音致动器(4；104，105)或者用多个声音致动器(4；104，105)机械地传递所述振动，所述两个声音致动器(4；104，105)在所述显示装置(1；101)的前视图中被放置在所述显示装置(1；101)的相对侧且不同高度上并且在所述显示装置(1；101)的成像平面(2；103)后面，所述多个声音致动器(4；104，105)被配置成集体地执行波场合成。
15.根据权利要求12所述的方法，包括用两个声音致动器(4；104，105)或者用多个声音致动器(4；104，105)机械地传递所述振动，所述两个声音致动器(4；104，105)在所述显示装置(1；101)的前视图中被放置在所述显示装置(1；101)的相对侧且不同高度上并且在所述显示装置(1；101)的成像平面(2；103)后面，所述多个声音致动器(4；104，105)被配置成集体地执行波场合成。
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