CN1649755A - 显示装置 - Google Patents

Abstract

一种显示装置，具有插入布置在两个光控制元件之间的指示器。该光控制元件在至少两个方向共同限制显示器的视野角。仅仅其中一个光校准元件限制进入显示器的外界光的角度。

Description

显示装置

发明领域

本发明涉及显示器，尤其是需要控制视野角度的显示器。

背景技术

在例如用于陆地车辆、水运工具和飞行器上的发光仪表板显示器具有一个问题，即显示器发射的光在一宽视野角度中存在。一些光可以照射到附近的反射面上，例如挡风玻璃或飞机驾驶室玻璃，且朝飞行器的操作员反射光。在白天日光通常使得这种反射不明显，然而在晚上通常清晰可见。这种反射由于分散操作员的注意力或甚至防碍操作员的视线，会造成危险状况。

除了显示器发射的光的反射，显示器的屏幕朝向操作员反射的外界光也可以使显示器本身变得模糊。外界光源可以是例如从附近窗口进入的光或者是操作员身穿的白衬衣反射的光。

为了消除上述反射，已经使用不同形式的外壳、遮板、和类似物来至少部分遮盖或包围显示器，以防止外界光直接用在显示器的前表面上，并且控制显示器自身发射光的角度。使用外壳的一个例子是具有一个或多个凹入的显示器的仪表板。遮板显示器的一个例子是一汽车仪表板具有向外延伸越过显示器的一仪表板的顶部或边缘，以遮挡例如穿过挡风玻璃进入的阳光和速度计屏幕朝驾驶员反射的阳光。边缘还帮助阻止间接光源的反射，例如上述的“白衬衫”的反射。

使用外壳、遮板、边缘和类似物来控制外界光或发射光的一个缺点是增加了仪表板的附加重量和深度。例如汽车制造商力求减少整车重量以提高燃油经济性。减少仪表板的深度有助于减少车重。减少仪表板的深度还可以在周围提供更多可用空间。

用于帮助防止显示器前表面的漫反射的无边缘仪表板的显示器表面的随机结构或构造也是已知的。这种结构不会使显示器发射的光反射。

光校准膜典型地包括一系列微型隔栅元件，用于限制膜传播的光视野角。该光校准膜已被使用在显示器的前面，例如在计算机显示器屏幕前，以限制视野角，这使得只有直接位于屏幕前面的人可以看见屏幕上的内容。光校准膜出于同一目的已被用在液晶显示器后面，例如在公众使用的自动提款机(ATM)的显示器中使用。然而在这些例子中的光控制膜的使用仅仅在一个方向上限制视野角。

布置在已报道的显示器前面的光校准膜的两个相邻面结合，他们的校准轴线彼此正交，但是这种结合具有如下不如意之处。

发明概述

本发明包括一显示装置，其具有可控的亮度和视野。在一个实施例中，一显示元件与第一和第二光控制元件组合。该第一和第二光控制元件共同限制来自光源的光的方向，该光源在至少两个方向照亮显示元件。仅仅第一和第二光控制元件其中之一限制反射外界光的方向，该反射外界光照亮显示器。

在一特定实施例中，一显示装置布置在一光源和一观察者之间。该显示装置可以包括一显示元件，例如指示器。一第一光校准元件布置在指示器和光源之间，一第二光校准元件布置在指示器的前面，例如在观察者和指示器之间。

在再一个实施例中，该显示装置包括一模拟显示器。该指示器可以是一指针型指示器。

在又一个实施例中，显示装置包括一数字显示器。该指示器可以是一数字指示器，例如液晶显示器。

在另一个实施例中，显示装置包括一被动显示器，其中指示器或刻度都不响应外界因素，例如机械或电子输入。

附图简述

图1表示了本发明一通用显示装置的侧视图。

图2表示本发明一实施例的斜视图。

图3表示了一光校准膜的部面图。

图4表示本发明第二实施例的斜视图。

详细说明

在这里除非特别指出，否则术语“在...之前”和“向前”指的是接近于或位于显示器或仪表板内的朝向观察者的位置，术语“在...之后”和“向后”指的是接近于或位于显示器或仪表板内的远离观察者的相对位置。

本发明大体上涉及一显示装置，其中两个光控制元件与一个光源共同操作以限制显示器发射光的方向。光控制元件至少在两个方向控制光。光控制元件之一进一步限制进入显示器中的反射的外界光的方向。一方面，显示装置的使用可以减少或消除接近显示器表面的反射，例如，在显示器的上面和侧面部分，可以在至少两个方向上控制显示器发射的光的方向或视野角度。另一方面，由于显示装置可以仅在一个方向限制进入显示器的反射的外界光的方向性，当减少或消除不想要的来自显示器自身的外界光的反射时，显示器可以通过外界光被看到。限制显示器反射的外界光的方向性还可以用于得到如下所述的可视的死面外观(dead-front appearance)。

如在这里所述的，光控制元件、举例为光校准膜，被插入的显示元件或指示器分割开。与前面的在指示器的前面或后面仅仅结合两个相邻的光校准膜的方法相比，本发明允许外界光和背光的可接收执行。当两个光校准膜通过透明的光学粘接剂粘接在一起时，使得一膜的光校准轴线方向垂直于另一膜的光校准轴线的方向，这种粘接的膜布置在显示装置的前面，由于组合膜减少了光的传输很难在外界光下看清显示器。在使用中，这种显示装置需要显示器连续的背景光以确保显示器和组合校准膜后面的刻度足够的清晰度。持续的背景光会减少光源的寿命从而导致附加成本，且给使用者带来不便。另一方面，当组合膜布置在指示装置的后面时，外界光可以从指示器或刻度的前表面反射，导致至少部分遮挡显示器。

根据本发明的一个实施例，一仪表板显示器包括显示装置，该显示装置不需要外壳、边缘或类似物，而且有效地减少不想要的由于显示器发射的光的反射。该显示装置还有效地减少不想要的从显示器表面反射的外界光。这个很重要，因为对于许多显示器来说，外界光是重要的光源，因此当没有附加光源时，无论使用什么装置来阻止反射，必需允许足够的外界光进入显示器中以照亮显示器。根据本发明一方面的显示器通过光源传来的光和单靠外界光反射的光可视。

图1表示了根据本发明的一通用显示装置。该显示装置100包括一第一光控制元件120、一第二光控制元件130、和插在第一和第二光校准膜之间的一显示元件125。如上所述，光控制元件120和130共同控制外界光以防止或减少不想要的反射。其中一个离屏幕最近的光控制元件，例如，进一步用于减少外界光的反射。一光源，未示出，进一步用于照亮显示器。

根据本发明一方面的一特定实施例如图2所示，图2表示了一模拟显示装置200。已知模拟显示器可以用指针型仪表表示，例如速度计、高度计、油压表、和类似仪表。指针型仪表通常具有一指示器，例如一可转动地连接到一机械或机电执行装置上的指针。在图2中，一显示元件或指示器225图示为指针型指针，且所示与一转动连接轴240的一端连接。轴240的另一端装配到一指示器执行机构中，例如一机械的或机电仪表马达(未示出)。轴240穿过第一光校准膜220上的一孔215。

光源235用于照亮该显示装置。该光源可以是一个或多个白炽灯、日光灯、光发射二极管、场致发光板和类似物。光源235典型地布置在显示装置200的后面，这样光源235发射的光被第一校准膜220传输，照亮指示器225，以及被第二校准膜230朝向观察者传输。然而还需要考虑的是，例如典型地用于液晶显示器或光学纤维光导管的投影背景光的光源，每个都允许实际光源布置在除了显示装置后面的其他位置。

插入布置在指示器225和光源235之间的是第一光校准膜220，其具有朝向第一方向的第一校准轴线。布置在指示器225前面的是第二光校准膜230，其具有朝向第二方向的第二校准轴线。在一具体实施例中，第一校准膜220的光校准轴线的方向与第二校准膜230的光校准轴线的方向完全不同。当从背后照亮显示器时，光源235发射的光被第一校准膜220在第一方向上校准，校准后的光照亮指示器，然后被第二校准膜230在第二方向上校准，减少发射光的视野角。通常，当第一校准膜220的校准轴线与第二校准膜230的校准轴线成大约90°时，可以获得从一侧到另一侧、从顶部到底部的最大限制的视野角。需要在这里指出的是，校准指的是减少光的视野角(或锥角)，不需要光被很好地校准。

当外界光照射到显示器表面时，一些外界光穿过第二校准膜230的隔栅进入以照亮指示器225，从而使得观察者甚至在没有背景灯的情况下也可以看到显示器。

为了说明，在图2中，一个或多个标记或刻度260显示在第一光校准膜220的朝前的表面上。举例刻度是数字，在速度计中代表米每小时、在高度计中表示英尺、或是图形符号，例如水温表中表示水的符号、或油压表中表示油的符号，等类似物。

刻度的布置不限于第一校准膜220的表面，可以是任一表面。例如，可以根据显示器外观的需要将刻度标识在指示器后面的表面上或指示器前面的表面上。将刻度标识在指示器225的前面，例如在第二光校准膜230的表面上，会产生相对于指示器的空间浮动。可选择地，将刻度标识在第一校准膜220的表面上位于指示器225的后面。将刻度标识在第二校准膜230的前表面可以通过反射或传输的光在所有时候被看到，而将刻度标识在第二光校准膜230朝后的表面上仅仅通过传输光趋向可视，且依靠膜230的校准轴线的方向，使得仅仅位于显示器正前面的操作者才可以看见。

为了可视，优选地刻度是不透明的，但是还可以使用例如半透明的刻度，甚至透明的刻度，只要通过比较颜色或质地在显示器上可视就行。刻度可以通过许多方法来提供。例如，刻度可以是热冲压的、通过丝印或其他印刷技术印上的、可以是浮雕、或粘接到显示器表面上的。

光校准膜是已知的。例如一种形式的光控制膜是一层薄的塑料薄片，其包含紧密交互的微型隔栅，或光传导和光吸收材料的校准元件。第二种形式的光控制膜，例如通常是透明的薄塑料薄板，其在膜的一面或两面上具有光校准结构。

光控制膜已经应用在计算机屏幕和其他固定显示器上，以保护使用者的隐私以及增加对比度。隔栅通常在垂直方向上具有限制显示器一侧到另一侧视野角的光校准方向。隔栅通常在水平方向上具有限制显示器从顶部到底部视野角的光校准方向。而且，光控制膜帮助减少反射以及来自显示器的光，通过本体阻止外界光到达显示器屏幕来增加对比度。适合应用于本发明的光校准膜的例子是3M，St Paul，MN销售的光控制膜；通过切割方法制成的隔栅膜在专利US3524789中进行了说明，光透射膜的槽或沟都填充或涂覆有光吸收材料，例如在专利US5204160中所述。

在图3中示出的一具体的校准膜只起到解释说明的目的而不是限制本发明。图3表示了一片3M光控制膜300的不成比例的放大截面图，其包括交互的光透射隔栅元件320和光吸收隔栅元件310。膜传输的光束350被隔栅元件朝隔栅角α确定的方向校准。本领域技术人员已知，校准后的光具有一最大视野角θ，其由隔栅角、隔栅元件之间的距离、膜厚、和根据斯涅耳折射定律的板的折射率确定。因此，可以例如通过增加膜厚、通过减少光透射隔栅元件的厚度、或两者结合来获得一较窄的视野角。

不管是传输光或反射外界光，显示器的可见度仍然是光校准膜的光透射的函数。膜的光传递的角度部分是光吸收隔栅元件之间距离，即膜的光传递元件的厚度的函数。吸收的隔板元件之间的距离越大，就会有越多的光通过校准膜。较多的传输校准膜将允许更多的外界光进入前面的校准膜以照亮指示器，以及允许更多的光被从位于显示器后面的光源经过显示器朝向观察者传输。

通过运用显示装置中的隔栅角度和两个光校准膜的校准轴线的不同组合，显示装置发射的光的方向和视野角可控。例如在一具有多个显示器的仪表板中，通过校准轴线、隔栅角度和尤其是第二校准膜的传递角度的适当选择，每个显示器发射的光直接朝向静止的操作员位置，不管显示器、刻度或仪表位于上面，下面或操作员的侧面。

再次参见图2，在一种适用于无边缘汽车仪表板的显示装置的结构中，第一光校准膜220具有0°的隔栅角度，其校准轴线通常位于垂直方向上。第二光校准膜230的校准轴线通常位于水平位置上。第一膜220校准的光减少侧面发射的光，从而消除显示器侧面反射面的反射。第二膜230传输的光的校准减少垂直发射的光，从而趋向消除显示器上面和/或下面反射的光，但是同时允许车辆内乘客至少可以看到从显示器的一个位置到侧面的一部分。另外，第二校准膜230的隔栅帮助阻止外界光进入显示器，以及使指示器装置225或刻度260变清晰。

根据本发明一实施例的显示器的另一个优点是，通过光校准膜的适当选择以及定位，尤其是第二光校准膜230，可以通过光源235传输的光来观看显示器，也可以单独靠外界反射的光使得显示器可视。

已知一种显示器，其指示器和刻度仅仅通过传输光可视，反射光就不可视，其具有一可视的死面外观。一黑的、可视死面显示器被认为有特点、有造型、有美观的外观。可以通过本发明的一方面获得显示器的这种外观。以图2所示的实施例为例，当第二校准膜230的校准轴线位于垂直方向上且第二校准膜230的视野角足够窄时，指示器225和刻度260在第二校准膜230的视野角范围外不可视。在一汽车仪表板显示器中，例如，这个显示器对于驾驶员可视，但是对于坐于前排乘客座位的人呈现视觉死面外观。

相反，当图2所示的显示器的第二校准膜230具有足够大的视野角，或如果第二校准膜230的校准轴线位于水平方向上时，不但驾驶员而且乘客也可以通过反射的外界光和传输光看到指示器225和刻度260。

图4表示另一个实施例，其中显示器400包括一数字式指示器425。在这个具体实施例中，一光源435安装在一无边缘汽车仪表板405上。指示器425是液晶显示器(LCD)，其通过例如场致发光(EL)板435的背景灯被照亮。插入布置在LCD425和EL板435之间的是第一光校准膜420。一第二光校准膜430布置在LCD425和观察者之间。在这个具体实施例中，图示一柔性第二光校准膜430以凹入的方式朝观察者布置。在第二光校准膜430的凹入结构中，例如，观察者身穿的白衬衣朝显示器反射的外界光入射到显示器的前面，该外界光从显示器向除了返回观察者的方向的其他方向反射，从而减少白衬衣的反射。

使用一柔性光校准膜的优点是，例如进一步控制显示器的视野角，或控制显示器的亮度。光校准膜的弯曲会影响隔栅元件的相对方向。例如，当具有彼此大体平行的且大体垂直于膜厚度的隔栅元件的光校准膜绕着一轴线弯曲时，该轴线通常平行于膜的光校准轴线，弯曲膜内的相邻的隔栅元件的平面不再彼此大体平行，而是大体平行于弯曲部分的半径。从而，增加从弯曲膜凹入侧传输到凸出侧的光的视野角。相似地，减小从膜的凸出侧传递到凹入侧的光的视野角。在一绕着大体垂直于膜的光校准轴线的轴线弯曲的光校准膜中，相邻隔栅元件的平面保持彼此平行，且膜的视野角保持不变。具有发射光的一宽视野角的膜同样具有外界光穿过膜进入的一宽入射角。在根据本发明的显示器中，为了控制显示器的特定的可视性或亮度，可以对一个或多个光校准膜进行弯曲，例如膜弯曲或成型。不需要对整个膜进行弯曲，但是需要对膜的局部区域进行弯曲，以进行局部光控制。

在上述本发明的实施例中，发光装置435发出的至少一部分光被传输以及被第一校准膜420校准，穿过LCD指示器425的传输区域，被第二校准膜430校准。

在本发明的另一个实施例中，显示装置可以即包括一虚拟显示器又包括一数字显示器。这种实施例的一个实例是速度计，其具有以英里每小时指示速度的指针式指示器，和显示驾驶总公里数的数字指示器。

在又一个实施例中，显示装置是被动的。例如，一被动指示器，其指示器和刻度都不响应外界因素，例如机械或电子输入。根据本发明的被动显示装置的一个范例中，指示器是一信号元件(signage element)，例如一通用光透射底层，在其上附加有不透名的刻度或可选择地一不透明的底层，其具有光透射区域。

本领域技术人员可以想到没有超出本发明构思和范围的不同的变形和改进。例如，使用位于显示器中的一个或多个滤色镜或光校准膜上的有颜色的隔栅元件来改变显示装置的外观。一包括刻度的附加传递膜可以布置在显示器中，例如在第一校准膜和指示器之间或指示器和第二校准膜之间。包括光校准膜的上述膜的一个或多个表面可以被涂覆或进行表面处理，以为膜提供防闪光、防反射、抗脏或抗磨损性。这些涂层或处理的任何结合可以用来满足特定的显示器要求。显示器的一个或多个元件可以封闭在一个支架中或壳体中。

需要理解本发明不限于前述的实施例和实例，这些实施例和实例只是为了解释说明，下面的权利要求限制了本发明的范围。

Claims (19)

1、一显示装置，包括：

第一光校准膜，其具有第一校准方向；

第二光校准膜，其具有第二校准方向；以及

至少一显示元件，其布置在所述第一和第二光校准膜之间。

2、根据权利要求1的显示装置，其中：所述显示元件包括模拟指示器、数字指示器、被动显示器或他们的任何结合。

3、根据权利要求1的显示装置，其中：第一校准膜的第一校准方向与第二校准膜的第二校准方向不同。

4、根据权利要求3的显示装置，其中：第一校准方向和第二校准方向相差大约90°。

5、根据权利要求1的显示装置，其中：任一光校准膜包括光吸收和光透射材料的交互的隔栅元件。

6、根据权利要求1的显示装置，其特征在于：其具有视觉死面外观。

7、根据上述任何一个权利要求的显示装置，其中：第一和第二光校准膜的至少一面包括防闪光表面、防反射表面、抗脏表面、抗磨损表面或他们的任何结合。

8、一显示器，包括：

光源；

第一光校准膜，其具有第一校准方向；

一第二光校准膜，其具有第二校准方向；以及

至少一显示元件，其布置在所述第一和第二光校准膜之间，这样光源发射的光被第一校准膜校准，照亮显示元件，然后被第二校准膜校准。

9、根据权利要求8的显示器，其中：所述显示元件包括模拟指示器、数字指示器、被动显示器或他们的任何结合。

10、根据权利要求8的显示器，其中：第一校准膜的第一校准方向与第二校准膜的第二校准方向不同。

11、根据权利要求10的显示器，其中：第一校准方向和第二校准方向相差大约90°。

12、根据权利要求8的显示器，其中：光校准膜包括光吸收和光透射材料的交互的隔栅元件。

13、根据权利要求8的显示器，其特征在于：指示器单独通过外界光可视。

14、根据权利要求8-13中任一个的显示器，其中：第一和第二光校准膜的至少一面包括防闪光表面、防反射表面、抗脏表面、抗磨损表面或他们的任何结合。

15、一无边缘仪表板，其至少包括一个权利要求8所述的显示器。

16、一显示装置，包括：

显示元件，以及

第一和第二光控制元件，

其中：该第一和第二光控制元件共同限制来自光源的光的方向，该光源至少在两个方向照亮显示元件，仅仅第一和第二光控制元件的其中一个限制反射的外界光的方向，该反射的外界光照亮显示器。

17、根据权利要求16的显示装置，其中：所述显示元件包括模拟指示器、数字指示器、被动显示器或他们的任何结合。

18、根据权利要求16的显示装置，其中：光控制元件包括光吸收和光透射材料的交互的隔栅元件。

19、根据权利要求16-18任何一个的显示装置，其中：第一和第二光控制元件的至少一面包括防闪光表面、防反射表面、抗脏表面、抗磨损表面或他们的任何结合。

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