CN101689077A - 显示设备 - Google Patents

Abstract

触摸屏能力被加入到彩色显示器(10)，例如具有背光的LCD显示器。此外，波长在沿着水平(x)和竖直(z)方向的两个颜色通道中变化。合并了针对两个相关颜色的分光能力的笔(30)通过测量两个通道的波长来确定其位置。

Description

显示设备

技术领域

本发明涉及一种用于在屏幕上显示图像的设备，更具体地涉及一种提供触摸屏功能的设备。

背景技术

在我们的生活中，大型和小型显示器越来越普通。所期望的是，将触摸屏能力加入到这些显示器中，因为它们提供了附加的功能。典型地，与不得不使用外部设备(比如键盘或鼠标)相比，用户更喜欢通过用他们自己的手触摸屏幕的直观方式进行交互。

下面的基本***当前用于辨识人的触摸：通过利用安装在屏幕上的两个箔片之间的电阻或电容的局部变化来感测压力的***，以及利用表面声波检测的***。对于这两个***，主要问题在于它们给设备带来的附加成本，并且因此没有出现大规模的上市能力。

大多数***由覆盖有特定层的普通玻璃板构成。锐器所造成的意外穿刺能容易地破坏该层，此外该层可以阻挡由显示器发出的一些光。而且，所述完全真实的成本问题结合缺乏在可预见的未来实际地减少这些成本的路线图，意味着这些显示器在商业上不会变得令低收入国家感兴趣。特别是对于教育环境来说，这是一个问题，在教育环境中触摸屏显示器带给学生和教师的益处同样可能是巨大的。

专利申请US2002/0067348A1公开了一种针对本文上面描述的基本***的可替代的触摸屏***。该***使用多个沿着屏幕的边缘布置的红外(“IR”)发射器和接收器，其用于使用轴上和轴下检测以高精度确定IR发射器和接收器之间的触摸的位置。该触摸屏***结合轴上和轴下检测利用发射器和接收器的粗糙和精细扫描来增加所识别的触摸位置的精度。

而且，该***具有以下缺陷：由于需要数量可观的红外发射器和接收器导致成本增加。

本发明的目的是提供一种具有触摸识别功能的低成本显示设备。

发明内容

本发明的这个目的以及其他目的通过根据权利要求1的设备、根据权利要求13的装置、根据权利要求18的***以及根据权利要求19的方法实现。有利实施例由从属权利要求2-12和14-17定义。

根据本发明的一个方面，提供一种包括用于在屏幕上显示图像的设备的***。该设备包括用于发射光成分的发光构件，该光成分作为屏幕上发射该光成分的位置的函数而变化。此外，该***包括用于与所述设备交互的装置，该装置包括用于至少检测由所述设备发射的光成分的构件，根据所检测的光成分，可以确定所述装置相对于所述设备的屏幕的位置或方位。

根据本发明，触摸功能可以通过对显示设备和所述装置提供一些相对简单的修改来提供。因此，避免了较大的附加成本。而且，根据本发明，产生了在同一时间具有多入口的可能性，这意味着如果两个装置在两个不同的位置靠近屏幕，则可以检测到两个位置。

根据本发明的***的主要应用是：为TV或计算机控制提供触摸屏功能。然而，它还可以用于更大的显示器的指示装置和远程控制。在这里，光可以从远处汇集，并且根据该光的光谱可以确定所述指示装置的方位。

优选地，所检测的光成分是光波长。然而，也可以使用其他光成分，比如使其以非可见的频率闪烁的光的闪烁频率。

根据所检测的光成分的波长确定所述装置相对于屏幕的位置或方位可以由该装置本身来执行。可替代地，所述装置将所检测的关于光成分的波长的信息发送给另一设备，该另一设备执行对所述装置相对于屏幕的位置或方位的确定。

优选地，所述光成分对应于显示设备的颜色通道。优选地，颜色通道的波长的总变化小，从而使得裸眼不可察觉该变化。波长的这种变化将稍稍降低显示器的显色性。然而，当颜色范围足够小时，这将不会是很强的影响，并且与轻微降低的显色性相比，触摸屏能力的附加功能的分量更重。

根据第一可替代方案，借助发射相互不同波长的光成分的多个光源来执行发射光成分(该光成分的波长作为其在屏幕上的位置的函数而变化)的功能。该可替代方案非常适合用在显示设备中，其中颜色通道由均发射某种基色光的光源来实现。

根据第二可替代方案，借助用于发射具有基本相同波长的光的多个光源和具有作为屏幕位置的函数而变化的属性的滤光器来实现该功能。该滤光器的透光光谱比所述多个光源的透光光谱更锐利(sharp)。该可替代方案非常适合用在具有背光的LCD显示设备中。

根据本发明的另一实施例，所述光成分作为在屏幕上沿着该屏幕的第一方向的位置的函数而变化，并且所述发光构件适于发射另一光成分，该另一光成分具有作为在屏幕上沿着屏幕的垂直于第一方向的第二方向的位置的函数而变化的波长。通过使用两种具有不重叠波长的光成分，可以以可靠的方式在两个方向上确定所述装置的位置。

优选地，所述光成分中的每一个对应于显示设备的不同颜色通道。

有利地，第一颜色通道对应于基色蓝，而第二颜色通道对应于基色红。在基色蓝的最短波长和基色红的最长波长被改变的情况下，用户将几乎不会察觉显示器的显色性的任何降低，因为几乎处于人类的感知范围之外的发射光谱部分用于将触摸屏功能加入到显示设备。

本发明可以有利地用在彩色显示器中，其中每个像素原则上具有三种基色，基色的强度在显示期间发生改变，其示例为LCD屏、CRT监视器和投影显示器。

根据本发明的另一方面，提供一种用于确定装置相对于显示图像的设备屏幕的位置或方位的方法，该方法包括以下步骤：

-由所述设备发射光成分，该成分作为在屏幕上发射该光成分的位置的函数而变化，

-由所述装置至少检测由所述设备发射的光成分，以及

-至少根据所检测的光成分，来确定所述装置相对于所述设备屏幕的位置或方位。

根据下面描述的实施例，本发明的这些方面以及其他方面将变得清楚，并且参照这些实施例来阐明本发明的这些方面以及其他方面。

附图说明

对于本领域技术人员来说，通过参照附图连同说明书，本发明将被更好地理解并且其许多目的和优点将变得更加清楚，其中：

图1示意性示出根据本发明的显示***的技术原理。

图2示出根据本发明的显示***的框图。

图3示出根据本发明的显示***实施例的侧视图。

图4示出进一步解释所述实施例的图。

在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

一般地，彩色显示器的每个像素原则上具有三种基色，红、绿和蓝，所述基色的强度在显示期间是变化的。以此方式，可以使像素呈现任意数量的不同颜色。可以通过混合红、绿和蓝而产生的颜色数量取决于可以由该显示器获得的不同强度的数量。这适用于普通的CRT监视器、适用于LCD屏幕、投影显示器或其他类型的屏幕。

通常，特定颜色的波长对于显示器中该颜色的所有像素来说是相同的。根据本发明，以受控的方式从三种基色中两种基色的一个像素到另一个像素改变波长。

现在参照图1，描述了根据本发明的***的原理。该图示出显示设备的屏幕20上两种基色的变化。第一基色沿着竖直轴z变化。第二基色沿着水平轴x变化。在本文的剩余部分，将针对第一基色是红色而第二基色是蓝色的情况来描述本发明。当然，这仅仅是示范性的并且可以使用任何其他的基色混合。如图1所示，从屏幕20的顶部到底部的每个红色像素从浅红色变化到暗红色。而且，每个蓝色像素从在屏幕20的左部的浅蓝色变化到在屏幕20的右部的暗蓝色。波长的总变化必定较小，从而不可被裸眼察觉。

根据本发明，装置30的位置被相对于屏幕20来读取。该装置(其可能是笔)具有小的集成的分光传感器35。该传感器35记录红色和蓝色的波长。在所记录的光谱中的这两种红色和蓝色的峰值将取决于笔的位置。随后，该笔可以读取其位置并通过无线连接将该结果发送到感兴趣的装置，比如计算机、TV等等。

除了笔的位置之外，还需要测量笔是否已经接触了屏幕20。该信息可以轻易地通过将简单的触觉传感器(未示出)合并到笔中来获得，该传感器生成附加的信息位：屏幕被接触还是未被接触。在这种触觉传感器不适合的情况下，所述笔还可以将所记录的从屏幕20检测的光强关联到该笔距屏幕20的距离。以此方式，可以对接触与否进行合理的估计。

图2示出根据本发明的***的框图。显示设备10包括屏幕20(早期称谓)，其尤其包括在显示期间改变每个像素的三种基色(红、绿和蓝)的强度的功能。该显示设备10还包括光发射器功能40，其适于沿着屏幕的水平轴改变蓝光的波长并且沿着竖直轴改变红光的波长。而且，该***包括用于根据由分光传感器35检测的光谱确定装置30相对于屏幕的位置的处理器50。该处理器可以是装置30的一部分或另一个装置(其可以是显示设备10本身)的一部分，所述另一装置例如计算机或TV。在后一种情况下，装置30将关于位置确定所需的被检测光谱的信息无线地发送到所述设备。

上述原理可以用在显示设备10中，其中光发射功能40借助均发射某种基色的光源实现颜色通道。通过改变在竖直方向上红色LED发射的光的波长以及改变在水平方向上蓝色LED发射的光的波长，可以获得如图1所示的光图案。在水平方向上红色LED的波长和在竖直方向上蓝色LED的波长未被改变。绿色LED的波长一点也没有被改变。

可替代地，上述原理可以用在如图3所示的具有LED背光源60的LCD显示器的情况中。在这里，原则上，所有LED发射相同波长的光。在现有技术状态的LCD面板20与LED背光源60之间，放置了滤光器70，该滤光器的过滤属性取决于其位置。因此，在这种情况下，光发射功能40由LED背光源60和滤光器70一起来实现。因此，具有背光的LCD显示器的普通结构被使用，其上的仅有的附加物是滤光器70。图3示出该结构的侧视图，其中影响红光成分的滤光器的属性沿z轴变化。滤光器70针对沿着水平轴x的蓝光成分具有相似的属性。该组合可以提供显示器所需的波长依赖，如在该详细描述中前面所讨论的。图4描绘了作为波长λ的函数的光强S。每个LED的透光光谱L十分宽。滤光器70的透光光谱F比LED之一的更锐利。它包括两个峰值，一个用于蓝色成分，一个用于红色成分。它的针对蓝色成分的最大位置λ_b取决于滤光器沿着水平轴z的位置。它的针对红色成分的最大位置λ_r取决于滤光器沿着竖直轴z的位置。该实施例中所使用的滤光器是连续的。

还可以使用不连续的滤光器，其中包括滤光器属性的部分位于相应的LED的前面。

为了最小化其对用户感知的影响，优选地滤光器应当主要影响蓝色像素的最短波长，以及红色像素的最长波长。以此方式，发射光谱的几乎位于人类感知范围之外的部分用于将触摸屏功能加入到显示器。甚至可以使用在红色通道的红外部分中的波长。

所述***不仅可以用于提供触摸屏功能，还可以用于更大显示器的指示装置和远程控制。在这里，可以从远处汇集光，并且根据其光谱，可以确定指示装置的方位。通过改变指示装置的方位，可以控制设备，比如计算机或TV。

而且，波长之外的其他光成分可以根据屏幕的位置改变，比如使其以不可见频率闪烁的光的闪烁频率。

如本领域技术人员将认识到，可以在较宽的应用范围上修改和改变本申请中所描述的创新思想。

因此，获得专利的主题的范围不应当被限于所讨论的任何特定的示范性教导，而是由所附的权利要求来限定。

权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制其范围。

Claims (19)

1.用于在屏幕(20)上显示图像的设备(10)，包括用于发射光成分的发光构件(40)，该光成分作为屏幕(20)上发射该光成分的位置的函数而变化。

2.根据权利要求1的设备(10)，其中所述光成分是波长。

3.根据权利要求2的设备(10)，其中所述光成分对应于颜色通道。

4.根据权利要求2的设备(10)，其中所述发光构件(40)包括多个光源，用于发射具有相互不同波长的光成分。

5.根据权利要求2的设备(10)，其中所述发光构件(40)包括：用于发射具有基本相同波长的光的多个光源、以及具有作为屏幕位置的函数而变化的属性的滤光器(70)，从而使得光成分的波长作为在屏幕上发射光成分的位置的函数而变化。

6.根据权利要求5的设备(10)，其中滤光器(70)的透光光谱比所述多个光源的透光光谱更锐利。

7.根据权利要求5的设备(10)，其中所述光源是背光。

8.根据权利要求2的设备(10)，其中所述光成分作为屏幕(20)上沿着屏幕的第一方向(x)的位置的函数而变化，并且其中所述发光构件(40)适于发射另一光成分，该另一光成分具有作为屏幕(20)上沿着屏幕的垂直于第一方向(x)的第二方向(z)的位置的函数而变化的波长。

9.根据权利要求8的设备(10)，其中所述光成分对应于第一颜色通道，所述另一光成分对应于第二颜色通道。

10.根据权利要求9的设备(10)，其中所述光成分包括基色蓝的最短波长，所述另一光成分包括基色红的最长波长。

11.根据权利要求1的设备(10)，其中所述光成分是闪烁频率。

12.根据权利要求1的设备(10)，包括用于至少根据在装置(30)处所检测的光成分确定所述装置(30)相对于屏幕(20)的位置或方位的构件(50)。

13.用于与根据权利要求1-12的设备(10)交互的装置(30)，包括用于至少检测由设备(10)发射的光成分的构件(35)。

14.根据权利要求13的装置(30)，其中光成分是波长。

15.根据权利要求13的装置(30)，其中所述光成分是闪烁频率。

16.根据权利要求13的装置(30)，包括用于至少根据所检测的光成分来确定装置(30)相对于设备(10)的屏幕(20)的位置或方位的构件(50)。

17.根据权利要求13的装置(30)，包括用于感测装置(30)对屏幕(20)的接触的触觉感测构件。

18.包括根据权利要求1-12中任一权利要求的设备(10)和根据权利要求14-17中任一权利要求的装置(30)的***。

19.用于确定装置(30)相对于用于显示图像的设备(10)的屏幕(20)的位置或方位的方法，包括以下步骤：

-由设备(10)发射光成分，其作为在屏幕(20)上发射该光成分的位置的函数而变化，

-由装置(30)至少检测由设备(10)发射的光成分，以及

-至少根据所检测的光成分确定装置(30)相对于所述设备的屏幕(20)的位置或方位。

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