CN112534582A - 多功能显示器 - Google Patents

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Abstract

一种多功能显示器(2)，包括显示面板(4)以及感测和发射基座(6)，显示面板(4)包括主体(9)，主体形成基本上在观察者能够看见的、或抵靠其放置对象(1)的观看表面(10)和面向感测和发射基座(6)的基座表面(14)之间延伸的层，并且由阻光材料界定的多个光路(20)被形成在主体(9)内，光路在基座表面(14)中的基座孔口(16)和观看表面(10)中的观看孔口(12)之间延伸以用于光在基座孔口和观看孔口之间通过，感测和发射基座包括定位在基座孔口下方或基座孔口中的至少一个多色光源(28)和定位在基座孔口下方或基座孔口中的至少一个光学传感器(32)。所述显示器包括非光学传感器(34)，每个被布置在显示面板(4)的光路(20)之间的实心区域(18)下方。

Description

多功能显示器
技术领域
本发明涉及一种用于显示静止或运动图像以及用于感测和处理外部信号和信息的多功能显示器。本发明尤其涉及一种具有不可见孔和形成显示器外表面的基本上阻光的材料的显示器，通过不可见孔发射的光形成要显示的图像的像素。
背景技术
US 9,951,935中描述了一种显示器，其包括诸如金属或其它基本上不透明的材料之类的光阻材料，所述显示器包括显示面板，该显示面板具有形成于其中的、位于在其上布置光源的基板与光从其离开显示器的显示器发射表面之间的孔。根据前述文献的显示器包括从基板延伸穿过显示面板到形成在观看表面处的孔的光路，所述基板可以包括诸如LED或OLED的光源。从光源延伸到出孔口的光路具有在位移表面处离开的大致锥形或直径减小的形状，观察者可以从该位移表面观察图像。显示面板可以是基本不透明的固体材料，例如金属、陶瓷、塑料、半导体或复合材料，其可以通过诸如激光在面板中形成孔的减法或通过诸如材料沉积法的加法形成。出孔口的直径优选小于25μm，以便在对于显示图像的观察者的正常观看距离处，孔非常小而不能被人的肉眼看到。孔可以以大约40μm至200μm的距离间隔开，然而该距离取决于显示器的每表面面积所期望的像素的数量，换言之，取决于显示器的期望分辨率。由于静止或运动图像的像素是由通过形成在可能不透明的材料层的表面处的观察者不可见的孔发射的光形成的，因此各种材料可以用于显示面板。此外，发光孔口之间的表面区域可设置有功能元件，诸如，如前述文献US 9,951,935中描述的光伏元件。此外，鉴于为观看表面提供具有各种属性的大范围的材料的能力，可以根据各种功能或美学原因来调整观看表面的外观。
然而，尽管如前述专利US 9,951,935中描述的显示器具有各种优点，鉴于在具有图形用户界面的许多应用中显示设备的普遍存在，增强显示器的功能将是有利的，特别是在增强显示器接收和处理外部信息或命令的能力方面。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种显示器，其具有带有不可见孔洞的上述类型的显示器的优点，不仅能够以高分辨率显示静止或运动图像，而且能够增强用于接收和处理显示器外部的信息的功能。
提供一种具有增强功能的低功耗显示器将是有利的。
提供一种具有增强功能的通用显示器将是有利的。
提供一种具有增强功能的鲁棒的显示器是有利的。
提供一种具有增强功能的显示器是有利的，该显示器在大批量生产中制造是经济的。
提供一种具有增强功能的显示器是有利的，该显示器可以集成到在形式和功能上具有很大通用性的许多不同应用和设备中。
对于某些应用，本发明的一个具体目的是提供一种显示器，其能够接收和处理来自显示器环境的光学信号，特别是执行对与观看表面接触或接近观看表面的对象的扫描。
提供一种具有扫描能力的显示器将是有利的，该扫描能力非常精确，并且尤其是具有高对比度和低功耗。
提供一种具有增强功能的显示器将是有利的，该显示器能够感测诸如用户手指的对象并且基于其接收命令。
提供具有增强功能的显示器将是有利的，所述增强功能包括感测对象在显示器上的接触并且能够辨别对象的各种特性以便确定对象的属性或者接收和处理命令。
提供具有包括生物测定识别的增强功能的显示器将是有利的。
本发明的目的通过提供如独立权利要求中所述的显示器来实现。
本发明公开了一种多功能显示器，包括显示面板以及感测和发射基座，显示面板包括主体，主体形成基本上在观察者能够看见的、或抵靠其放置对象的观看表面和面向感测和发射基座的基座表面之间延伸的层，并且由光阻材料界定的多个光路形成在主体内，所述光路在基座表面中的基座孔口和观看表面中的观看孔口之间延伸，以用于光在基座孔口和观看孔口之间通过，感测和发射基座包括定位在基座孔口下方或基座孔口中的至少一个多色光源和定位在基座孔口下方或基座孔口中的至少一个光学传感器。
根据本发明的第一方面，显示器包括非光学传感器，每个非光学传感器被布置在显示面板的光路之间的实心区域下方。
根据本发明的第二方面，显示器包括扫描功能，其中感测和发射基座可操作以从多色光源发射光，并且同时利用光学传感器检测来自放置在观看表面上的对象的表面的反射光，并且利用微处理器基于所检测到的多个光路的反射光计算所述表面的图像。
在有利的实施例中，所述图像被处理为用于所扫描的表面的视觉再现的输出。
在有利的实施例中，所述图像被处理为对象的表征，例如用于对象的识别。
在有利的实施例中，观看孔口的直径(DO)在1μm至25μm的范围内，相邻观看孔口之间的距离(L)在25μm至200μm的范围内。
在有利的实施例中，基座孔口的直径(DB)在20μm至150μm的范围内。
在有利的实施例中，显示面板的主体的高度(H)在20μm至1000μm的范围内，更优选地在20μm至500μm的区域内。
在有利的实施例中，每个光路和相关联的多色光源在显示器的显示功能中形成静止或运动图像的像素。
在有利的实施例中，在扫描功能中，感测和发射基座可操作以针对每个光路从多色光源连续地发射不同颜色的光，并且同时利用光学传感器连续地检测反射光，由此微处理器根据连续地检测到的反射光的组合来计算所扫描的表面针对每个光路的至少颜色和光强度。
在有利的实施例中，显示器进一步包括非光学传感器，每个非光学传感器布置在显示面板的光路之间的实心区域下方。
在有利的实施例中，非光学传感器的密度和分辨率对应于光路的密度和分辨率的至少10％，优选地对应于光路的密度和分辨率的至少25％，更优选地对应于光路的密度和分辨率的至少50％至100％。
在有利的实施例中，非光学传感器包括压力传感器、热传感器、电容传感器和磁场传感器中的任何一者或多者。
在有利的实施例中，电容传感器包括布置在平行于观看表面的相同平面中或基本上布置在平行于观看表面的相同平面中的第一电极和第二电极。
在有利的实施例中，非光学传感器包括压电元件，其可以用作压力传感器。
在有利的实施例中，压电元件可以连接到控制系统，该控制系统被布置成将压电元件激活为触觉致动器、或激活为声音发生器、或激活为振动发生器。
在有利的实施例中，非光学传感器可以定位在感测和发射基座的基板上。
在有利的实施例中，显示器进一步包括在观看表面上的功能层，该功能层包括用于将在观看表面上接收的光转换成电能、特别是用于对显示器的电源充电的感测元件和/或光伏电池。
在有利的实施例中，显示面板的主体可以由例如金属或陶瓷的耐光材料制成。
在实施例中，显示面板的主体可以替代地由对于可见光和/或红外光透明或部分透明的材料制成，由此光路包括光阻边界层。
在有利的实施例中，在测量与观看表面接触的对象的特性中采用光学和非光学传感器的组合。
本文还公开了一种扫描对象的表面的方法，包括：
a.提供根据前述权利要求中任一项所述的显示器；
b.从多色光源发射光，同时利用光学传感器检测来自置于观看表面上的所述表面的反射光；
c.利用微处理器基于所检测的多个光路的反射光来计算所述表面的图像。
在有利的实施例中，针对每个光路，该方法包括从多色光源连续地发射不同颜色的光，并且同时用光学传感器连续地检测反射光，由此微处理器根据连续检测到的反射光的组合来计算被扫描表面针对每个光路的至少颜色和光强度。
在有利的实施例中，对于每个光路，该方法包括从多色光源发射白光并且同时利用光学传感器检测每个光路的反射光的至少色谱和强度。
在有利的实施例中，该方法还包括确定与观看表面接触的表面的轮廓，并且将光源的激活限制到在所述轮廓内的那些光源，以便降低功耗。
在有利的实施例中，使用显示器的光学传感器和/或非光学传感器来确定轮廓。
在有利的实施例中，通过区分相对恒定的环境光与光源的短脉冲来检测轮廓，所述光源的短脉冲与相应的光传感器的激活和持续时间同步。
本发明的其它目的和有利特征将从权利要求、具体实施方式和附图中显而易见。
附图说明
图1是根据本发明实施例的具有感测功能的显示器的一部分的示意性截面图，其示出了放置在显示器的观看表面上的对象，所述对象例如构成一张纸；
图2是根据本发明的变型的显示器的一部分的示意性截面图像；
图3是根据本发明实施例的显示器的发光和感测基板的示意性顶视图。
示意图不是按比例绘制的，并且是简化的，以便更好地解释本发明的特征和原理，应当理解，这些示意图不代表实际尺寸。
具体实施例
参照附图，根据本发明实施例的显示器2包括显示面板4以及感测和发射基座6。具有待被检测表面3的对象1可以放置在显示器2的观看表面10上。
在所示实施例中的对象1表示诸如在被检测表面3上具有图像或文本的纸张之类的基板的横截面。
如将在下文中更详细地描述的，被检测表面3可以由显示器2感测或扫描。
在本发明的范围内，对象1可以是放置在观看面上的任何其他类型的对象，包括用户的手指，显示器2旨在感测该手指。
显示面板4包括主体9，其形成基本上在观察者可以看到的或者可以抵靠其放置对象1的观看表面10和面向感测和发射基座6的基座表面14之间延伸的层，光路20形成在主体9内并且在基座表面14和观看表面10之间延伸，每个光路20在光路20的基座孔口16和观看表面10处的观看孔口12之间形成用于光通过的通道。
在优选实施例中，光路具有一个基座孔口16，其表面积大于观看孔口12，这些孔口可以是圆形或大致的圆形，然而在本发明的范围内，基座和观看孔口可以具有不同的形状，例如多边形、正方形、矩形和椭圆形。而且，观看孔口12的形状可以与基座孔口16的形状不同，例如，基座孔口可以是正方形，观看孔口可以是圆形。
在优选实施例中，从基座孔口到观看孔口12的光路20的形状具有减小的表面面积或直径，由此形成光路20的边界壁38的轮廓可以具有被配置为将从基座朝向观看孔口发射的光集中的大致抛物线形状，然而，在本发明的范围内可以提供圆锥形状或其他轮廓。
如图2所示，在本发明的范围内，还可以具有形成在基座孔口16和观看孔口12之间的光路内的光导24，用于将光从基座引导到观察面，反之亦然。
透镜25也可以设置在基座孔口和观看孔口之间的光路中。
观看孔口12可以如图1所示是开口的，即没有任何填充材料，然而在实施例中，每个观看孔口也可以提供有布置成漫射发射的光或接收的光的透镜或漫射器27。在如图2所示的漫射器27的示例中，漫射器可以用于混合多个源的光信号，例如RGB(红(R)、绿(G)、蓝(B))光源28的光信号。
功能层8可以设置在显示面板4的主体9的外表面上，根据本发明的各种实施例，功能层8具有各种属性。
在第一实施例中，功能层8包括光电材料或电池，用于将在观看表面10上接收的光转换成电能，特别是对显示器的电源充电。光电层也可以替代地或附加地用作用于感测照射在观看表面10上的光的属性的传感器，该传感器例如可以用于检测观看孔口12的环境特性。如果显示器例如在太阳光下使用，则对太阳光的感测可以用于调节显示器2的光源28的发射强度。
在变型中，功能层可以包括：导电部分、压电部分、磁性部分或用于检测观看孔口上的对象的接触的各种感测元件。例如，功能层组件可以用于检测手指或笔，或光束如激光束，或定点设备，或任何其它对象，并且特别用于定位对象在观看表面10上的特定位置。此外，功能层8可以包括传感器和光伏电池的组合，用于执行多种功能并且同时提供用于显示器的电源。
在优选实施例中，观看孔口12的直径DO优选地在1μm至25μm的范围内，更优选地在2μm至20μm的范围内，相邻观看孔口12之间的距离L优选地在20μm至200μm的范围内，更优选地在20μm至100μm的范围内。
在优选实施例中，基座孔口16的直径DB优选地在20μm至150μm的范围内，更优选地在50μm至150μm的范围内。用于光源28的基座孔口16的相对大的面积使得多个光源和传感器能够定位在基座孔口16的投影表面区域内。
在优选实施例中，显示面板的主体9的高度H优选地在40μm到1000μm的范围内，更优选地在40μm到500μm的范围内。
由于观看孔口12较小，并且观看孔口12口之间的距离L较大，所以观看表面10提供了可用于功能层8的大于显示器总表面积的90％的表面积，例如在显示器总表面积的95％的区域中。因此，观看表面的大部分可以用作光电层，可选地与用于其它功能的传感器结合。在诸如个人计算机、智能电话或智能手表之类的各种便携式计算设备上所见的便携式显示器中，因此可以实现计算设备或显示器的高度自主性。
此外，由于可以选择一定范围的光阻材料，特别是用于面板材料或至少其观看表面10的吸光材料，与具有玻璃表面的常规显示器相比，在强环境照明的情况下，显著减少了增加光源的发射功率的需要。这也参与了根据本发明实施例的显示器的低功耗。
功能层可以直接集成在主体9的顶部上，通过例如在穿透主体和功能层的激光成形技术中的减法或者通过沉积各种层的增材制造技术(例如通过化学气相沉积(CVD)、溅射沉积、印刷和光刻技术、电化学电镀及其组合)来产生孔。
主体9可以由金属材料、半导体材料、或者各种不透明的或部分不透明的非晶或复合材料制成。然而，主体9可以由透明材料制成，在这种情况下，光路20可以包括边界层38，该边界层至少部分地是阻光的并且可选地是反射的，以便减少或防止在基座孔口16处发射的光进入主体9的透明材料中。
主体9的不透明材料，或者在具有透明或部分透明主体材料的变型中的光阻(即，不透明或部分不透明)边界层38，有利地防止了相邻光路20和相关观看孔口12之间以及相邻光路中的光学传感器32之间的光学串扰。因此可以实现高对比度、分辨率和颜色精度，同时为诸如能量捕获(PV电池)和感测的其它功能提供大的可用表面面积。
在具有形成主体9的透明或部分透明材料的实施例中，在观看孔口12之间撞击在观看表面10上的光因此可以被传输到基座表面14。在透明主体变型中，通过显示面板传输到基座表面14的光可以用于感测环境光的目的或者用于读取用作显示器的输入命令的光信号，诸如红外信号或可见光信号。因此，光学传感器可以布置在感测和发射基座6上基座孔口16之间的区域中。
边界层38可以例如包括反射金属涂层，例如金、铂、银、铝及其合金的涂层。
感测和发射基座可以包括基板26和基板26上的光源28，光源28位于显示面板4的基座孔口16内或下方。
感测和发射基座还包括在基板26上或内的传感器30。传感器30包括位于基座孔口16内或下方的光学传感器32，用于接收通过光路20的信号，并且在有利的实施例中，传感器进一步可以包括位于主体9的设置在基座孔口16之间的实心区域18下方的非光学传感器34，可以注意到，用于光发射的LED还可以被配置为光传感器。此外，除了在实心区域下方的非光学传感器34之外，光学传感器还可以在其中显示面板4的主体9由对于可见光、或红外光、或紫外光透明或部分透明的材料制成的变型中布置。
因此，非光学传感器可以用于捕获在观看表面10和基座表面14之间传输的各种性质的信号，包括取决于非光学传感器的类型的电、热、机械和声学信号中的任何一者或多者。
在优选实施例中，光学传感器32包括彩色光传感器，例如RGB(红、绿、蓝)光学传感器，并且可选地包括红外传感器。光学传感器还可以包括宽谱光强度传感器。光学传感器32可以包括用于不同光谱的多个检测器，或者如光学传感器领域中本身已知的一个或多个多光谱检测器。在本发明的某些实施例中优选的光学传感器包括宽谱亮度传感器(至少覆盖发射RGB光源的RGB谱)或具有与发射RGB光源类似的RGB谱的R、G和B传感器、用于环境光的红外传感器以及用于检测热量(例如来自手指的热量)的红外传感器。
在优选实施例中，存在至少一个光学传感器32，特别是亮度或RBG传感器，优选地定位在基座孔口16的中心处或附近。
光学传感器32可以包括围绕其的光阻分隔壁，其允许接收来自观看孔口12的光信号，但是限制与位于基板26上的相邻光源28的串扰。替代地或附加地，可以在光学传感器32正上方的光路20中形成凹透镜或空间，以便减少与相邻光源的任何串扰和/或以便引导从对象1的表面3反射的光。光源28可以包括多个彩色光发射器，特别是红色、绿色和蓝色光发射器(RGB)28r、28g、28b，其在有利的实施例中可以是LED(发光二极管)、OLED(有机发光二极管)或VCSEL(垂直腔表面发射激光器)的形式。上述发光源本身是本领域已知的，在此不需要进一步描述。在基座孔口16的下面或内部设置至少一个彩色发光元件，然而在优选实施例中，在基座孔口16中设置多个彩色发光元件(例如多个LED、OLED或VCSEL)。后者允许优化通过观看孔口12的发射光的强度，和/或可选地允许通过打开和关闭各种光发射器来更精细地控制变化的光强度，和/或通过控制多个不同光谱(例如R、G、B)发射器的打开和关闭来增强可以实现的颜色范围，或者用于颜色校准和测量目的。
根据变型，如图3中最佳示出的，还可以具有多个光学传感器32，优选地在基座孔口16的中心具有至少一个光学传感器，并且其它传感器以分布的方式散布在基座孔口表面面积上，或者布置在基座孔口16的边缘附近。每个光学传感器可以与其他光学传感器相同，或者可以不同，例如不同的光学传感器可以具有不同的感测光谱。例如，光学传感器可以被配置用于可见光范围内的光、用于红外光、用于紫外光、或者用于从红外到紫外的光谱的任何选定部分。还可以包括仅测量光强度(或光亮度)的光学传感器。
位于实心区域18下方的非光学传感器可以特别地包括压力传感器34p、热或温度传感器34t、电容传感器34c和磁场传感器34m。这些传感器34可以用于检测与观看表面10接触或接近观看表面10的有生命或无生命对象1的各种属性，也可以结合使用两个或更多个不同类型的传感器来确定有生命或无生命对象的特定属性。
由于非光学传感器34可以位于每个实心区域18中，其间隔和数量对应于光路20的间隔和数量，因此非光学传感器的分辨率可以与由观看孔口12形成的显示器的像素的分辨率一样高，从而每个观看孔口12可以有利地形成由显示器2显示的静止或运动图像的像素。
非光学传感器34可以定位在形成于基座孔口16之间的每个实心区域18下方，然而在变型中，例如如果对于某些应用提供较低的感测分辨率，则通过仅每第3或第4实心区域18提供传感器，也可以具有没有传感器的实心区域18。而且，不同的实心区域18可以设置有不同的传感器，或者可以设置有传感器的组合。例如，在所示实施例中，在基座孔口16之间的实心区域18设置有至少三个传感器，包括压力传感器34p、热或温度传感器34t和电容传感器34c。所述多个不同的传感器34可以组合地设置在每个实心区域18下方，或者可以设置为单独的传感器，这些传感器以任何期望的图案布置在基底26上。
电容传感器可以用于测量电场，该电场由于与观看表面10接触或紧密接近的对象的存在而改变。
在实施例中，电容传感器34c可包括连接到第一实心区域18-1下方的第一电位的第一电极34c1和连接到相邻第二实心区域18-2下方的第二电位的第二电极。与观看表面10接触或紧邻的改变第一和第二电极之间的电场的对象可以通过连接到电极的电子电路检测，以测量电极之间的电位变化。
在本发明的范围内，其它电极布置也是可能的。例如，在每个实心区域18下方，可以布置处于第一电位的电极，该电位被来自在连接到诸如地的参考电位的相同或基本相同的平面中的第二电极的电介质间隙(例如，在基板26上的环形非导电间隙)包围，所述参考电位对于所有电容传感器是公共的。电容传感器的电极也可以被布置在由介电材料分隔开的层中，所述介电材料在基板26内或在显示面板的主体9内。根据变型，两个电极中的一个或两个可以形成在基板26和主体9的实心区域18之间的界面处，或者在主体的表面上或者在基板的表面上。
在又一变型中，每个电容传感器的电极之一可以位于功能层8中或靠近功能层8。
通过功能层8与感测和发射基座6基板之间的主体9的电路径可以由例如在显示面板4的增材制造工艺期间形成的导电迹提供，或者由每个光路的导电表面38提供。电路径可以形成在光路20之间，并用于将观看表面上的光伏元件和感测元件互连到基板26或显示设备内的基板下方提供的电子电路。电容传感器可以用于检测对电场的任何干扰，或者通过机械地改变分隔互补电极的距离。电容传感器的分辨率可以对应于显示器的像素分辨率，或者对应于较低的分辨率，这取决于电容传感器的分布。
在实施例中，压力传感器可以包括在显示面板主体9的实心区域18下方的基板26上的压阻元件。在实施例中，压电元件还可以作为致动器被主动地控制以根据命令振动或响应于感测的信号振动，例如以响应于施加在观看表面10上的压力而提供触觉反馈。在其他实施例中，可以使用其他压力感测元件，例如，测量由于通过主体9或实心区域18传输的局部压力而引起的变形的应变计，或通过测量分隔互补电极的距离的变化的电容感测技术。
因此，位于显示面板4的实心区域18下方的非光学传感器34允许高达显示器的视觉像素分辨率的非常局部化的测量，以用于宽区域感测或非常局部化的感测，从而允许与观看表面接触或接近观看表面的有生命或无生命对象的属性的准确测量，并且允许具有不同属性的对象之间的准确区分。由于多个传感器34可以设置在与光路20中的光学传感器32组合的实心区域18中，所以来自多个传感器的信号可以被组合以用于对象的属性的高辨别，例如用于生物测定识别。
在主体9由部分透明或完全透明的材料制成的变型中，位于固态区域中的传感器进一步可以包括光学传感器，该光学传感器可以用于检测接近或接触观看表面10的对象的各种光学特性，这可以包括检测可见光谱，例如颜色，或简单地检测光强度。在变型中，这还可以允许通过位于主体的实心区域18下方的红外传感器检测通过主体9的红外线，例如，以用作显示器的接近或移动传感器，或者用于从红外遥控器接收命令以用于显示器的操作。
非光学传感器34可以与光路20中的光学传感器32结合使用，以确定关于对象的属性范围。
非光学传感器可以包括磁场传感器。磁场传感器34m可以例如是霍尔效应传感器或磁阻传感器(它们本身都是本领域已知的)，可以用于检测磁场，该磁场是普通磁场，例如用作指南针或导航应用的地球磁场，或者是局部磁场，例如干扰显示器上的特定位置处的磁场的对象的存在，例如铁磁或磁性指示笔。因此，磁传感器可用于确定与观看表面接触或接近的导电或磁性的定点(pointing)设备或笔的位置。这还允许经由定点设备或笔的各种输入，例如经由显示器输入命令或捕获显示器上用笔自由手写的手写文本。
压力传感器和电容传感器同样也可用于通过显示器输入命令或捕获显示器上用笔自由手写的手写文本。
热或温度传感器34t可以具有不同的配置。在实施例中，温度传感器34t由具有对温度变化敏感的电阻材料的电路轨迹(未示出)形成。可以测量电阻电路轨迹两端的电压以确定温度。
显示器的主体9可以有利地由诸如金属的良好导热材料制成，该材料允许与观看表面10接触的对象1的温度经由传导通过主体9快速地传递到位于实心区域18下面的热传感器34t。与玻璃或聚合物的典型显示材料相反，用具有高热导率的各种金属制造显示面板的能力为显示器提供快速且准确的温度感测能力。由于显示面板主体9具有非常低的高度H，因此薄层的热容量非常低，尤其是如果主体材料是金属的，并且热量将通过传导快速传递。在这方面，它可以单独使用或与其它传感器结合使用，例如用于通过测量随时间的温度变化和几何地横过与例如放置在显示器上的手指接触的表面的生物测定识别。快速温度测量还允许提供用于基于例如用户手指的接触的输入命令的快速接口。
类似于上述非光学传感器34，温度传感器的分辨率可以等于显示器所显示的图像的视觉像素分辨率，或者可以根据应用的需要通过间歇定位的传感器而具有较低的分辨率。
考虑到温度传感器的高可能分辨率，温度感测还可以用于通过测量指纹的脊线接触观看表面以及其间不与观看表面接触的谷线处的温度差来增强或完全执行指纹识别。可替换地或附加地，电容感测可以用于测量与显示器接触的脊线。可替换地或另外地，光路20中的光学传感器32也可以用来光学地捕获与观看表面10接触的对象表面3的像素的颜色和光强度，以确定表面的图形特性。后者可以用于执行对象表面的扫描，以输出对象表面3的图像再现，或者存储和计算对象表面的各种光学特性。
使用两种、甚至三种或更多种不同的测量技术，即光学和非光学测量，也允许极大地增强生物测定识别，并且特别地减少假阳性和假阴性。此外，一个重要的优点是在用户使用显示器来观看图像或输入命令或文本消息的同时执行生物测定识别的能力。
根据本发明的一个方面，多功能显示器2具有扫描功能。因此，显示器可以用作显示静止或运动图像的显示器，以及用作扫描仪，用于扫描抵靠观看表面10放置的有生命或无生命的对象的表面，例如文档、照片、屏幕上的电子静止和运动图像、纺织品和各种对象。对象还可以包括人的手指或其他身体部分，例如皮肤的一部分，应用可以包括生物测定识别，或医学应用，例如以检测病变或皮肤癌作为示例。
因此，在本发明的一个方面中，显示器2可以用作彩色扫描器。根据本发明的彩色扫描器在几何上非常精确，因为其直接接触观看表面并且像素精度由观看孔口限定。根据本发明的彩色扫描器也是色彩上非常精确的，具有高对比度，这是由于在光路20中不存在串扰和环境光干扰，根据这个方面，光源28发射光，光沿着光路20行进到观看孔口12，并从放置在其上的对象1的表面3反射，反射光沿着光路20向下行进，并被一个或多个光学传感器32捕获。
在第一实施例中，具有不同颜色光谱的光源元件，例如红、绿和蓝(RGB)光源28r、28g、28b可以连续地接通和断开，光学传感器同时读取从对象表面3反射的光信号的颜色(色度)和/或光强度(亮度)。
在对象不与观看孔口12重叠的位置，发射的光信号不被反射，并且这种情况也可以被检测，以便确定与观看表面10接触的对象表面的轮廓和存在，可以容易地检测或多或少的慢速环境光和光源的同步脉冲光猝发之间的差异。
不同颜色光谱的光的连续反射允许光学传感器准确地测量覆盖相应观看孔口12的表面部分的颜色，尤其是因为阻光光路阻挡或至少显著地减少了环境光以及相邻光路之间的串扰。
在替代实施例中，来自不同光源28R、28G、28B的不同颜色光谱的光可以同时投射(例如投射白光)，由此光学传感器32被配置成测量反射光的频谱和强度，以便确定覆盖观看孔口12的对象表面的颜色，光源的打开和关闭的频率可以在例如1至100千赫的范围内，这允许对象1在观看表面10上移动，以便执行扫描动作，从而在需要时证明扫描的测量精度。然而，应当注意，由于定义显示器分辨率的像素的数量可以超过500dpi，并且在超过1000dpi的实施例中，提供了高分辨率扫描功能。
上述显示器的扫描功能的重要优点在于相邻光路之间不存在串扰，从而可以实现关于颜色和对比度的非常高的对比度和测量精度。此外，由于由扫描器产生的光通过小的总表面积发射，所以可以执行非常低功率的扫描操作。出于相同的原因，与具有玻璃、蓝宝石或聚合物屏幕表面的常规显示器相比，该显示器还允许以较低的功率显示静止或运动图像。
在实施例中，光学传感器32或非光学传感器34可以向显示器的微处理器提供感测信息以确定与观看表面接触的表面3的轮廓，使得在扫描操作期间控制光源28的微处理器可以将光源的激活限制到在所述轮廓内的那些光源，以便减少功率消耗。
可以注意到，观看表面10可以有利地涂覆有硬保护材料层，例如类金刚石碳(DLC)材料或陶瓷材料。考虑到形成显示或扫描图像的像素的观看孔口12仅构成整个显示面板表面面积的非常小的部分(小于5％)，观看表面进一步可以提供有光滑的或粗糙的或甚至图案化的表面光洁度。
所用标记的列表
对象1
被探测表面3
显示器2
显示面板4
主体9
功能层8
观看表面10
观看孔口12
基座表面14
基座孔口16
实心区域18
中心部分36
光路20(光通道)
聚光器22
边界层38
引导层
光导24
透镜25
出口漫射器27
感测和发射基座6
基板26
光源28(RGB)
LED、OLED、VCSELL
红色光发射器28r
绿色光发射器28g
蓝色发光体28b
传感器30
光学传感器32
RGB，红外，…
对象属性和存在传感器34
压力传感器
热传感器
温度传感器
电场传感器
磁场传感器
接触式传感器
接近传感器
观看孔口直径DO
基座孔径DB
孔口间距L
显示面板高度H

Claims (16)

1.一种多功能显示器(2)，包括显示面板(4)以及感测和发射基座(6)，所述显示面板(4)包括主体(9)，所述主体形成基本上在观察者能够看见的、或抵靠其放置对象(1)的观看表面(10)和面向所述感测和发射基座(6)的基座表面(14)之间延伸的层，并且由阻光材料界定的多个光路(20)被形成在所述主体(9)内，所述光路在所述基座表面(14)中的基座孔口(16)和所述观看表面(10)中的观看孔口(12)之间延伸以用于光在所述基座孔口和所述观看孔口之间通过，所述感测和发射基座包括定位在所述基座孔口下方或所述基座孔口中的至少一个多色光源(28)和定位在所述基座孔口下方或所述基座孔口中的至少一个光学传感器(32)，其特征在于，所述显示器包括非光学传感器(34)，每个所述非光学传感器被布置在所述显示面板(4)的光路(20)之间的实心区域(18)下方。
2.根据前述权利要求所述的显示器，进一步包括非光学传感器(34)，每个所述非光学传感器被布置在所述显示面板(4)的光路(20)之间的实心区域(18)下方。
3.根据前述权利要求所述的显示器，其中，非光学传感器的密度和分辨率对应于光路的密度和分辨率的至少10％，优选地对应于光路的所述密度和分辨率的至少25％，更优选地对应于光路的所述密度和分辨率的至少50％至100％。
4.根据前述权利要求所述的显示器，其中，所述非光学传感器包括以下中的任何一者或多者：压力传感器、热传感器、电容传感器和磁场传感器。
5.根据前述权利要求所述的显示器，其中，所述电容传感器包括布置在平行于所述观看表面的相同平面中或基本上布置在平行于所述观看表面的相同平面中的第一电极和第二电极。
6.根据前述权利要求中任一项所述的显示器，其中，所述非光学传感器包括压电元件，特别是用于压力感测。
7.根据前述权利要求所述的显示器，其中，所述压电元件连接至控制系统，所述控制系统被布置为激活所述压电元件作为触觉致动器、或作为声音发生器、或作为振动发生器。
8.根据四个前述权利要求中的任一项所述的显示器，其中，所述非光学传感器定位在所述感测和发射基座(6)的基板(26)上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的显示器，其中，所述显示器包括扫描功能，在所述扫描功能中，所述感测和发射基座可操作以从所述多色光源发射光，并且同时利用所述光学传感器检测来自放置在所述观看表面上的对象(1)的表面(3)的反射光，以及利用微处理器基于所检测到的多个光路的反射光来计算所述表面的图像。
10.根据前述权利要求所述的显示器，其中，所述图像被处理为用于所扫描的表面的视觉再现的输出，或者被处理为所述对象的表征，例如用于所述对象的识别。
11.根据前述权利要求中任一项所述的显示器，其中，所述观看孔口的直径(DO)在1μm至25μm的范围内，并且相邻观看孔口之间的距离(L)在25μm至200μm的范围内，并且所述基座孔口的直径(DB)在20μm至150μm的范围内。
12.根据前述权利要求中任一项所述的显示器，其中，每个光路和相关联的多色光源在所述显示器的显示功能中形成静止或运动图像的像素。
13.根据前述权利要求中任一项所述的显示器，其中，在所述扫描功能中，所述感测和发射基座可操作以针对每个光路从所述多色光源连续地发射不同颜色的光，并且同时利用所述光学传感器连续地检测所述反射光，由此所述微处理器根据连续地检测到的反射光的组合来计算所扫描的表面针对每个光路的至少光强度和可选地颜色。
14.根据前述权利要求中任一项所述的显示器，进一步包括在所述观看表面(10)上的观看孔口之间的功能层(8)，所述功能层包括用于将在所述观看表面(10)上接收的光转换成电能、特别是用于对显示器的电源充电的感测元件和/或光伏电池。
15.根据前述权利要求中任一项所述的显示器，其中，所述显示面板的所述主体(9)由例如金属或陶瓷的阻光材料制成，或者替代地，所述显示面板的所述主体(9)由对于可见光和/或红外光透明或部分透明的材料制成，由此所述光路(20)包括阻光边界层(38)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的显示器，其中，光学和非光学传感器的组合被用在测量与所述观看表面接触的对象的特性中。
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