專利名稱：利用視頻顯示單元作為光源進行環(huán)境照明的無源擴散器框架系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視頻顯示器及其環(huán)境照明效果的產(chǎn)品。尤其，本發(fā)明涉及利用視頻顯示光作為光源進行環(huán)境照明的無源擴散器框架系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括顯示光的空間和色度的轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生不能由常規(guī)視頻顯示單元或透光設(shè)備提供的效果。
背景技術(shù)：
工程師已經(jīng)長時間探索拓寬通過消耗視頻容量，例如通過擴大屏幕和投射區(qū)域，對于逼真的3維效果調(diào)制聲音，以及改進視頻圖像，包括更寬的視頻色域、分辨率，以及圖像縱橫比，例如具有高清晰度(HD)數(shù)字電視和視頻系統(tǒng)而獲得的感覺經(jīng)驗。此外，電影、電視和視頻產(chǎn)物還試圖利用視聽設(shè)備，例如通過巧妙地使用顏色、場景剪輯、視角、周圍場景以及計算機輔助圖形表示來影響觀眾的感受。這一點還將包括劇場舞臺照明。照明效果，例如通常與視頻或演出場景同步被記錄，并在儀器或計算機的幫助下再現(xiàn)，該儀器或計算機被編程成具有利用期望的方案編碼的合適的場景劇本。照明對于場景中，尤其是通常對未計劃或未記錄的場景中的快速變化的自動適應(yīng)通常是不可能的。
飛利浦公司(荷蘭)和其它公司已經(jīng)公開了用于改變環(huán)境或周圍照明以增加典型的家庭或商業(yè)應(yīng)用的視頻容量的裝置，但是這一點涉及利用傳統(tǒng)的光源，以及期望的照明效應(yīng)的改進的腳本或編碼的一些類別。這一腳本和傳統(tǒng)光源的使用總是不可能的或不為人們所預(yù)期的。
這個發(fā)明利用無源框架光導(dǎo)和發(fā)光器，利用從視頻顯示單元本身捕獲的視頻顯示光來產(chǎn)生光氛圍和光效應(yīng)。視頻顯示單元可用使用任何技術(shù)或平臺，例如CRT(陰極射線管)、LCD(液晶顯示器)、PDP(等離子體顯示面板)、FED(場致發(fā)光顯示器)或其它技術(shù)。對于視頻或視覺信息的傳送甚至可以使用任何傳送介質(zhì)，例如建筑物的窗戶中能找到的。為了清楚地討論，此處使用視頻顯示器來示意性地說明。
感覺經(jīng)驗無疑是人類視覺某一方面天生的一種功能，其利用非常復(fù)雜的感覺和神經(jīng)組織產(chǎn)生對顏色和光效應(yīng)的感知。人類能區(qū)分大約一千萬種不同的顏色。在人的眼睛中，對于顏色接收或光適應(yīng)力，存在三組大約為兩百萬個稱為錐體的感覺體，它們具有尖鋒值在445、535和565nm，并具有大量交迭的的光波的吸收分布。這三種錐體類型形成所謂的三色系統(tǒng)，出于歷史原因稱為B(藍色)、G(綠色)和R(紅色)；該尖鋒值不必要與顯示器中使用的任何基色，例如通常使用的RGB磷光體相對應(yīng)。對于微光體，或稱為視網(wǎng)膜桿的所謂的夜視體也存在相互作用。人類的眼睛典型地具有一億兩千萬個視網(wǎng)膜桿，這影響到視覺體驗，尤其對于例如在家庭影院中找到的低照度狀態(tài)。
建立彩色視頻是基于人類視覺的原理，且已知的人類視覺的三色和對立通道理論已經(jīng)加入到我們對于如何影響眼睛看到期望的顏色以及對于原始或預(yù)定的圖像具有高保真的效果的理解。在多數(shù)的彩色模式和空間中，三維或座標用于描述人類的視覺體驗。
彩色視頻絕對依賴于位變異構(gòu)現(xiàn)象，其利用小數(shù)目的基準色質(zhì)允許彩色感覺的產(chǎn)生，而不是期望顏色和字符的實際光。這樣，在人類的頭腦中利用有限個數(shù)目的基準色質(zhì)，例如在全世界視頻再現(xiàn)中使用的已知的RGB(紅、綠、藍)三色系統(tǒng)來再現(xiàn)顏色的整個色域。例如，通過在各像素或像元中產(chǎn)生大致相等數(shù)目的紅色和綠色光，幾乎所有的視頻顯示器顯示黃色景物光是已知的。像素相對于它們對著的立體角而言較小，且眼睛被愚弄而感知黃色；而并不是感知其實際傳播的綠色或紅色。
存在多種彩色模式以及確定顏色的方法，包括已知的CIE(國際照明委員會(Commission Interationale de I’eclairage))彩色座標系統(tǒng)用于描述和確定視頻再現(xiàn)的顏色。在此公開中沒有任何東西排除顯示器或彩色空間使用雙色或四色系統(tǒng)，或產(chǎn)生多種基準色質(zhì)的系統(tǒng)。在本發(fā)明中可以使用任何數(shù)目的彩色模式，包括使用對立顏色空間，例如CIEL*U*V*(CIELUV)或CIE L*a*b*(CIELAB)系統(tǒng)。建于1931年的CIE是一個對于所有彩色管理和再現(xiàn)的機構(gòu)，其成果是利用x、y和z三個座標的色品圖。該三維系統(tǒng)中最大亮度的區(qū)域根據(jù)x和y通常用于描述顏色，且稱為1931x，y色品圖的該區(qū)域被認為能夠描述人類感知的所有顏色。這就和色彩再現(xiàn)形成了顯著的對比，在彩色再現(xiàn)中位變異構(gòu)現(xiàn)象用于愚弄眼睛和大腦。今天使用多種彩色模式或空間用于通過使用立體三基色或磷光體，其中有ISO RGB、Adobe RGB、NTSC RGB等來再現(xiàn)顏色。
然而，注意到這一點是很重要的，即利用這些三色系統(tǒng)的視頻系統(tǒng)展示的所有可能顏色的范圍是有限的。NTSC(國際電視標準委員會)RGB系統(tǒng)具有相對較寬的可用的顏色范圍，但是該系統(tǒng)僅能再現(xiàn)人類感知的所有顏色的一半。利用傳統(tǒng)視頻系統(tǒng)的可行的范圍不能足夠地給予多種藍色和紫色、藍-綠色以及橙/紅色。
此外，人類的視覺系統(tǒng)被賦予了補償和識別的能力，對其的理解對于設(shè)計任何視頻系統(tǒng)是必須的。人類的色彩出現(xiàn)在表現(xiàn)的多種模式中，其中有目標模式和發(fā)光模式。
在目標模式中，光刺激作為目標反射從光源發(fā)出的光而被感知。在發(fā)光模式中，目光刺激作為光源被感知。發(fā)光模式包括在復(fù)雜域中的刺激，該刺激比其它的刺激更明亮。其不包括作為光源，例如視頻顯示器已知的刺激，其亮度和照度小于或等于視力的場景或區(qū)域的全部亮度，從而使該刺激表現(xiàn)為目標模式。
特別的，存在只出現(xiàn)在目標模式中的多種顏色，其中，褐色、橄欖色、栗色、灰色以及淺褐肉色。例如不存在諸如作為褐色發(fā)光源的物體，例如褐色的交通標志燈。
出于這種原因，試圖增加目標顏色的視頻系統(tǒng)的補充利用直接光源不能做到這一點。沒有在近范圍的亮紅和綠色LED(發(fā)光二極管)的組合能再現(xiàn)褐色或栗色，這一點在相當程度上限制了選擇。只有在亮度和飽和度不同的彩虹的光譜顏色能夠通過發(fā)光光源的直接觀察而再現(xiàn)。
因此可用的色域超過傳統(tǒng)的光源是優(yōu)選的。擴大典型的三色視頻系統(tǒng)再現(xiàn)的可能的色域也是優(yōu)選的。最后，還希望通過調(diào)制或改變發(fā)送給視頻用戶的顏色，開發(fā)人類眼睛的特性，例如不同顏色的相對亮度作為亮度級的函數(shù)的改變。
關(guān)于人類視覺、色彩學(xué)和感知、彩色空間、比色法和圖像著色，包括視頻再現(xiàn)的信息能在下面的參考中找到，在此結(jié)合它們的全部內(nèi)容作為參考參考[1]Color Perception，Alan R.Robertson，PhysicsToday，1992年12月，45卷，12號，24-29頁；參考[2]The Physics andChemistry of Color，第二版，Kurt Nassau，John Wiley&Sons公司，紐約2001；參考[3]Principles of Color Technology，第3版，Roy S.Berns，John Wiley&Sons公司，紐約2000；參考[4]StandardHandbook of Video and Television Engineering，第4版，JerryWhitaker和K.Blair Benson，McGraw-Hill，紐約2003。
圍繞視頻屏幕的現(xiàn)有的框架不能按著這里所述的本發(fā)明捕獲、改變方向以及傳播光的方式來行使功能。相比于多種現(xiàn)有的設(shè)計，本發(fā)明不涉及顯示器內(nèi)部的側(cè)光，例如傳統(tǒng)的CRT。例如，與R.M.BOWIE的US專利2837734環(huán)境光結(jié)構(gòu)相比較，本發(fā)明僅捕獲來自于顯示表面前面的光，而在該US專利中來自于透明玻璃22的光帶的CRT側(cè)光被平面透明部件30所捕獲。
本發(fā)明涉及一種視頻顯示單元的無源擴散器框架系統(tǒng)的設(shè)備和方法，該視頻顯示單元利用能夠選擇性地由單個物理組件產(chǎn)生的兩個功能組件設(shè)定尺寸、形成以及定位用于允許與視頻顯示單元進行光通訊用來捕獲部分輸出光的一個光導(dǎo)；與光導(dǎo)進行光通訊的一個分配的外部框架，該分配的外部框架被定尺寸、定位以及光學(xué)形成為使來自于其自身的輸出光改變方向使得變成冷發(fā)射環(huán)境光。
該分配的外部框架能夠被光學(xué)形成以提供光學(xué)擴散器用于提供非成像環(huán)境光，或光學(xué)形成使得光分離或以至少一個分離方向向后分離，該方向與視頻顯示器向外發(fā)射的輸出光的方向相反。該分配的外部框架還能光學(xué)形成以將各向異性的輸出光提供到其自身的選擇區(qū)域，例如測角光度元件，其允許冷發(fā)射環(huán)境光改變作為視角的函數(shù)的亮度。光導(dǎo)管適合或與分配的外部框架形成整體用于進一步將環(huán)境光直接射入顯示器周圍的空間。
光導(dǎo)還可能形成為通過反射從視頻顯示單元分離要被改變方向的部分輸出光，然而其它輸出光被允許直接從其向外通過作為觀眾可辨別的成像光。在顯示器沒有丟失部分原始圖像的情況下，這允許使用無源擴散器框架。
例如，可以使用分光棱鏡，其包括定尺寸、定位以及形成用于在內(nèi)部反射并重新改變部分輸出光的方向，而對于其它輸出光基本上是透明的，從而允許成像光從該臨界表面中顯現(xiàn)出來。這種特定的設(shè)置至少允許對于視頻顯示單元原本發(fā)出的原始圖像具有識別力，該視頻顯示單元緊鄰處于光通訊中的光導(dǎo)。
可選擇地，光導(dǎo)可以包括部分反射分離器，其包括執(zhí)行相同功能的部分反射表面。
當使用時，形成無源擴散器框架以允許視頻顯示單元的顯示區(qū)域中不同位置的輸出光中兩種顏色不同的發(fā)光元可以混合在一起以形成與兩種顏色不同的發(fā)光源中的一個的原始顏色具有不同顏色的觀眾目標模式或發(fā)光模式中的混合圖像。在目標模式中，這允許該混合圖像能類似目標模式顏色，例如褐色、橄欖色、栗色、灰色、淺褐肉色，以及在鄰近范圍中不可能創(chuàng)建為正常明亮光源(例如LED)的顏色。
為了進一步調(diào)制產(chǎn)生環(huán)境光的顏色，分配的外部框架能包括至少一個吸收器，反射或透射(例如染色或薄金屬膜)以用于移除輸出光的部分光譜分布以改變環(huán)境光的顏色。
利用本發(fā)明的另一實施例可以影響家庭影院中更刺激的顏色調(diào)制，該實施例中分配的外部框架包括至少一個光致發(fā)光器用于提供輸出光的光譜調(diào)制，從而調(diào)制至少部分無源擴散器框架系統(tǒng)發(fā)出的環(huán)境光的顏色。
光致發(fā)光器可以包括熒光材料，光致發(fā)光材料可以選擇為[1]當環(huán)境光由觀眾感知時超出MacAdam限制；和/或[2]產(chǎn)生一種新的顏色，該顏色是在獨立于無源擴散器框架的視頻顯示單元本身產(chǎn)生的輸出光顏色的色域之外。
光致發(fā)光器還可以通過使用磷光材料產(chǎn)生延時效應(yīng)，該材料的發(fā)光延遲的時間常數(shù)大于10^-8秒，例如一秒。
除了提供一個使用測角光度元件用于提供環(huán)境光的實施例之外，該環(huán)境光改變亮度作為無源擴散器框架系統(tǒng)的觀察角度的函數(shù)，該公開還講述了是測角色度的實施例的用途，從而提供改變顏色作為觀察角度的函數(shù)的環(huán)境光。該測角色度元件包括光學(xué)棱鏡或透鏡，以及通過蝕刻或其它調(diào)整測角色度元件的表面特征的方法，和/或通過使用測角色度材料，例如金屬薄片、玻璃薄片、塑料玻片、顆粒物質(zhì)、石油、魚鱗精華、鳥嘌泠的薄片、2烏嘌呤、云母、磨砂玻璃、磨砂塑料、珠光材料、斑銅礦以及孔雀銅礦制造的反射和透射表面。
給出的方法包括從視頻顯示器發(fā)出的以及無源擴散器框架捕獲的輸出光提供冷發(fā)射環(huán)境光的方法，其包括[1]利用光導(dǎo)從顯示器捕獲輸出光；[2]將至少部分輸出光改向到為了觀眾感知而形成并定位的分配的外部框架中的表面?？蛇x擇的增加步驟包括 利用適當形成的分配外部框架調(diào)整輸出光，使得輸出光變成非成像光；[4]利用擴散器調(diào)整輸出光，使得輸出光變成非成像光；[5]利用分配的外部框架改變輸出光的方向，誼分配的外部框架被形成、定尺寸并定位用于分離環(huán)境光；[6]非各向同性地改變輸出光的方向；[7]利用光導(dǎo)管改變輸出光的方向，用于改變輸出光的方向使得變成通過光導(dǎo)管傳播的環(huán)境光；[8]利用分配的外部框架通過反射來改變輸出光的方向，該分配的外部框架被形成、定尺寸并定位用于分離來自于視頻顯示單元要改變方向的部分輸出光，并允許其它輸出光作為成像光從其中基本向外通過；[9]將視頻顯示單元區(qū)域中處于不同位置的輸出光中的兩種不同顏色的發(fā)光源混合在一起，用于形成一種色度的取景器目標模式中的混合圖像，該色度不同于兩種不同顏色的發(fā)光源中任一種的原始色度；[10]在目標模式的顏色中產(chǎn)生不同的色度，該顏色選自于褐色、橄欖色、栗色、灰色以及淺褐肉色；[11]將視頻顯示單元區(qū)域中處于不同位置的輸出光中的兩種不同顏色的發(fā)光源混合在一起，用于形成一種色度的取景器發(fā)光模式中的混合圖像，該色度不同于兩種不同顏色的發(fā)光源中任一種的原始色度；[12]利用分配的外部框架中的吸收器移除輸出光的部分光譜分布，從而改變環(huán)境光的顏色；[13]輸出光與光致發(fā)光器相互作用用于提供輸出光的光譜調(diào)制，從而調(diào)制從至少部分無源擴散器框架發(fā)射的環(huán)境光的顏色；[14]輸出光與光致發(fā)光器相互作用用于提供輸出光的光譜調(diào)制，從而調(diào)制從至少部分無源擴散器框架發(fā)射的環(huán)境光的顏色，磷光材料具有大于10^-8秒的長延遲時間；[15]從顯示器輸出光期間產(chǎn)生的環(huán)境光中產(chǎn)生至少一種新的顏色，新顏色在獨立于無源擴散器框架的視頻顯示單元本身可產(chǎn)生的輸出光顏色的色域之外；[16]利用與分配的外部框架中的輸出光進行光通訊的測角光度元件，提供是測角光度的環(huán)境光，即改變亮度作為無源擴散器框架系統(tǒng)的觀察角的函數(shù)； 將所述輸出光反射離開所述測角光度元件；[18]通過測角光度元件傳播輸出光；[19]利用與分配的外部框架中的輸出光進行光通訊的測角色度元件，提供是測角色度的環(huán)境光，即改變顏色作為無源擴散器框架系統(tǒng)的觀察角的函數(shù)；[20]將所述輸出光反射離開所述測角色度元件；以及[21]通過測角色度元件傳播輸出光。


圖1示出具有用于產(chǎn)生環(huán)境光的基準區(qū)域的矩形視頻顯示器的正面視圖；圖2示出圖1的顯示器中常規(guī)的RGB視頻像素的正面示意圖；圖3和圖4分別示出配備有根據(jù)本發(fā)明的一個無源擴散器框架的陰極射線管顯示器和平板顯示器的截面?zhèn)纫晥D；圖5示出圖4的截面的上部分的特寫圖，其表示整體的光通量；圖6示出利用無源框架將顯示場景光傳播到外部環(huán)境中的顯示器的正視圖；圖7示出具有分離到后壁上的環(huán)境光的圖5的示意圖；圖8示出配備有根據(jù)本發(fā)明的廣義塊狀無源框架的顯示器的右上部分的傾斜示意圖；圖9示出與圖5和圖7類似的截面的特寫圖，其中無源擴散器框架包括光導(dǎo)和具有擴散器的分配的外部框架；圖10示出圖9的無源散射器框架，其配備有一種類型的測角光度元件；圖11示出與圖6類似的對于圖10中測角光度無源擴散器框架的正面示意圖；圖12示出圖10的無源擴散器框架，表示給出作為視角的函數(shù)的光亮度以及特性的測角光度效應(yīng)；圖13示出與圖9類似的無源擴散器框架，利用透明光導(dǎo)內(nèi)部的局部內(nèi)在反射，用于對環(huán)境光分布方面幫助光分配到擴散器；圖14示出與圖13類似的視圖，利用簡單的塊狀擴散器作為光導(dǎo)和分配的外部框架；圖15示出與圖14類似的視圖，利用簡單的透射塊作為光導(dǎo)和分配的外部框架；圖16示出圖13的無源擴散器框架，其中在沒有正面擴散器的情況下，形成透明光導(dǎo)以允許環(huán)境光向上激射；圖17和18示出配備有分光棱鏡的顯示器的上部分的截面特寫圖，該分光棱鏡裝配有根據(jù)本發(fā)明另一實施例的無源擴散框架，其包括光導(dǎo)和分配的外部框架，對于環(huán)境光分布利用臨界表面處的局部內(nèi)在反射改變光的方向，并同時提供光向前傳播，使能夠看到具有示意的光射線所示的，包括框架圖像光以及非成像環(huán)境光的顯示圖像光；圖19示出圖18的實施例的顯示器和無源框架的上部分的正面示意圖，示出通過無源擴散器框架的圖像的連續(xù)性以及環(huán)境光的產(chǎn)生；圖20示出圖18的實施例，其中光導(dǎo)包括為了進一步分配環(huán)境光的兩個光導(dǎo)管；圖21示出與圖18所示的功能相同的本發(fā)明的另一實施例，利用局部反射器替代臨界表面上的內(nèi)在反射，并利用正面反射器以增加環(huán)境光的向后分離；圖22和23示出圖18和19的實施例，利用已經(jīng)示出的相同的視圖，并表示視頻顯示器上顏色合成圖像的色彩混合用于產(chǎn)生環(huán)境光的色度，該環(huán)境光的色度是組合單個顯示區(qū)域中多個顯示像素的輸出的結(jié)果，具有紅色和綠色原始視頻圖像顏色的元件在場景組合中產(chǎn)生黃色環(huán)境光；圖24和25示出圖13的實施例用于表示圖23的另外的顏色混合，在發(fā)光模式中利用高亮度的紅色和綠色原始顯示圖像光用于產(chǎn)生黃色的環(huán)境光，其中圖25示出基本框圖的過程；圖26和27示出圖13的實施例用于表述圖23的另外的顏色混合，在目標模式中利用低亮度的紅色和綠色原始顯示圖像光用于產(chǎn)生褐色的環(huán)境光，其中圖27示出基本框圖的過程；圖28-31示出與圖24-27類似的相似的成對圖，對于本發(fā)明的兩個更具說明性的實施例，其中無源擴散器框架包括透射吸收器和反射吸收器，分別具有所示的光減少和光增加過程；圖32和33示出本發(fā)明的另一實施例，其中無源擴散器框架利用位于光導(dǎo)和分配的外部框架之間的光致發(fā)光器執(zhí)行顏色轉(zhuǎn)換，以利用螢光顏料的受激和再發(fā)射，按照圖33示意性示出的過程產(chǎn)生具有在原始視頻圖像中原本不存在的新的顏色的環(huán)境光；
圖34示出根據(jù)本發(fā)明圖33的顏色轉(zhuǎn)換過程與顯示器常規(guī)的視頻顏色的產(chǎn)生的顏色轉(zhuǎn)換過程之間的比較，利用基色R，G和B示意性地示出原始視頻圖像以產(chǎn)生不是顯示器本身產(chǎn)生的新的橙色，利用顯示器本身產(chǎn)生的光比較最接近顏色的產(chǎn)生。該圖示出利用根據(jù)本發(fā)明的光致發(fā)光器，無源擴散器框架產(chǎn)生的光能超出該色度的MacAdam限制；圖35用原理圖一般性地示出該過程，通過該過程本發(fā)明的無源擴散器框架能使用熒光以產(chǎn)生由視頻顯示器通常產(chǎn)生的色域之外的顏色；圖36示出對于圖32-35所示的實施例中可用的典型的熒光材料，激勵、反射、熒光以及總輸出光譜分布的現(xiàn)有的曲線圖；圖37示出簡單分光棱鏡的傾斜截面圖，無源擴散器框架元件包括將輸出光調(diào)制為環(huán)境光的光致發(fā)光器；圖38示出標準CIE彩色地圖上兩種可能的顏色或色度座標，該座標位于PAL/SECAM、NTSC和Adobe RGB顏色產(chǎn)生方法所獲得的色域之外；圖39示出本發(fā)明的另一實施例，其中無源擴散器框架包括測角色度元件以產(chǎn)生不同的光顏色、亮度和特性作為視角Theta和Phi的函數(shù)。無源擴散器框架以傾斜截面示出，其包括與測角色度元件進行光通訊的光導(dǎo)和/或分配的外部框架，且兩者之間設(shè)置有光致發(fā)光器；圖40和41分別示出對于圖39說明的測角色度的實施例，產(chǎn)生的環(huán)境光的主導(dǎo)顏色波長相對于視角Phi和Theta的笛卡兒曲線圖；圖42示出對于圖39說明的測角色度的實施例，產(chǎn)生的環(huán)境光的相對亮度相對于視角Phi的直角坐標曲線圖。
具體實施例方式
全文自始至終將使用下述定義-環(huán)境光-意思是包圍、環(huán)繞顯示器的光或顯示器周圍或附近發(fā)射的光，例如從分配的外部框架發(fā)出的或分離到墻壁上的或顯示器后方通常向外發(fā)出的光。這與顯示器通過其本身的設(shè)計向外發(fā)出的光形成對比。
-擴散-表示光相互作用的性質(zhì)，光相互作用是非圖像傳送和亮度或照度中稍微典型的或基本上的各向同性。然而，本發(fā)明的標題使用更通常設(shè)置的意思、含義分布，而不必要移除圖像。
-分配的外部框架-表示無源擴散器框架的一部分，其轉(zhuǎn)播從光導(dǎo)獲得的光。分配的外部框架可以是遠距離的，例如與圖20所示的光導(dǎo)管進行光通訊的可選主體。
-測角光度-表示給出不同光亮度、透光性和/或顏色作為視角或觀察角的函數(shù)的性質(zhì)，例如珠光、火光或反光現(xiàn)象中出現(xiàn)的。
-測角色度-表述給出不同顏色或色度作為視角或觀察角的函數(shù)的性質(zhì)，例如彩虹產(chǎn)生的顏色。
-成像光-成像光是允許標準的觀察者或任何其它的觀察者識別顯示器描繪的外觀或狀態(tài)，例如根據(jù)本發(fā)明的一個實施例通過分光棱鏡的光，允許視頻顯示圖像的原始狀態(tài)被傳遞到觀眾。
-光導(dǎo)-根據(jù)本發(fā)明表示無源擴散器框架的任何結(jié)構(gòu)或從視頻顯示器接收光的那部分。光導(dǎo)能與顯示單元機械連接，例如安裝于其前面的Lucite棱鏡，或其可以被懸掛或遠程設(shè)置，且僅用于與顯示器進行光通訊。以棱鏡塊形式的無源擴散器框架可與光導(dǎo)和分配的外部框架整合在一起。它們不必是單獨的組件。
-透明的-包括稍微透明的，以及幾乎100％透明的。
-視頻-表示任意視覺或光產(chǎn)生裝置，或者是產(chǎn)生光需要能量的有源裝置，或者傳遞圖像信息的任何傳播媒介，例如辦公大樓中的窗戶，或者遠程獲得圖像信息的光導(dǎo)。
現(xiàn)在參考圖1，示出了矩形視頻顯示器D的正面視圖，如所示的，其具有總有效或發(fā)光正面面積DA，DA等于高度h和寬度w的乘積。如圖所示顯示器D包括產(chǎn)生顯示輸出光K的像元或像素數(shù)目U。出于說明性的目的，表示為FA的周圍面積用作致力于利用本發(fā)明產(chǎn)生和分配環(huán)境光的參考面積。
現(xiàn)在參考圖2，示出了圖1的顯示器中常規(guī)RGB視頻像素的正面示意圖。如圖大多數(shù)顯示器一樣，從部分像素U的子像素或組分的顯示輸出光K是多方向的，使得視頻顯示器D能從較寬的視角范圍內(nèi)被看到。輸出的多方向性通常具有優(yōu)勢，例如圖18中描述的實施例中出現(xiàn)的。
現(xiàn)在參考圖3和4，分別示出陰極射線管顯示器和平板顯示器的截面示意圖。在各圖中，顯示器D被定向，使得顯示輸出光K以所示的普通輸出光向外方向D(K)被射到多個方向以到達所示的頁面上的右側(cè)。根據(jù)本發(fā)明各顯示器D配備有一個無源擴散器框架P，使得其與顯示器進行光通訊，如圖1所示捕獲從基準區(qū)域FA發(fā)出的光。為了清楚起見，這里只示出顯示器的有源部分，從而如所示的顯示器的整個高度h是有效的。在大致D(K)方向的一定距離處是觀察者或觀眾Q，示意性地示出作為眼睛部分。
現(xiàn)在參考圖5，示出了圖4的截面部分的上部的特寫圖。顯示器D的上部被示出光學(xué)上與無源擴散器框架P相連。無源擴散器框架P能機械地安裝到顯示器D上，出于該目的，無源擴散器框架可以包括凸緣和容易安裝的幾何形狀，或者其可以被懸掛起來僅用于與顯示器D之間進行光通訊。無源擴散器框架P可由多種通常使用的透明或半透明材料以及所知其它的聚合物樹脂制成，透明或半透明材料例如透明塑膠，例如Lexan、Lucite，聚合物樹脂如PET和ABS樹脂，并利用已知的制造技術(shù)形成。任何已知的，具有穩(wěn)定的必須的機械和光學(xué)特性的光傳輸材料可以被使用。允許顯示輸出光K進入并光學(xué)連接于無源擴散器框架P的無源擴散器框架P的部分被稱為光導(dǎo)；用作轉(zhuǎn)播光使得變?yōu)榄h(huán)境光的部分被稱為分配的外部框架，其將在下文描述。如圖所示，然后顯示輸出光K被改變方向，顯示為被改變方向的光J，從而變成環(huán)境光M。環(huán)境光M可以向任何方向發(fā)射，例如所示的朝向觀眾Q，還以與普通輸出光向外方向D(K)相反的方向發(fā)射，例如遠離觀眾Q的分離光(所示，分離)。由此觀眾Q接收由顯示器的非基準區(qū)域示出的原始顯示圖像光1，以及所示的從無源擴散器框架P產(chǎn)生的環(huán)境光M。
現(xiàn)在參考圖6，直觀地示出通常的效果。其示出顯示器D的正面視圖，其利用無源擴散器框架P捕獲從圖1中所示的基準區(qū)域FA的顯示場景光(示出太陽光和基本的地面特征)。利用光導(dǎo)(未示出)捕獲光用于通過分配的外部框架PF(示出)重新分配到外部環(huán)境作為環(huán)境光M。在分配的外部框架PF的幾何形狀上沒有限制，這里示出具有大于圖1中所示的有源顯示器D的高度h和寬度w的高度H和寬度W。
圖7示出具有分離到后壁N的環(huán)境光的圖5的示意圖，變?yōu)榄h(huán)境反射光MR，其沿著普通輸出光向外方向D(K)傳遞的原始顯示圖像光大概可以被觀眾看到。分配的外部框架PF包括分配的外部框架表面PS，其是環(huán)境光M的實際發(fā)射表面。無源擴散器框架P可以包含不同的擴散器效果以依據(jù)期望的視覺效果產(chǎn)生半透光或其它現(xiàn)象，例如磨砂的或光滑的表面PS；有棱紋的玻璃或塑料；或有孔的結(jié)構(gòu)，例如利用金屬或其它的內(nèi)部阻斷劑。為了清楚起見這里示出簡單的無源擴散器框架P。
如圖8所示，是預(yù)期的，但不是必要的，根據(jù)本發(fā)明的無源擴散器框架P事實上將是僅利用從顯示器周邊上的基準區(qū)域FA的光的外圍設(shè)備。圖8示出了配備有根據(jù)本發(fā)明的廣義的塊狀無源框架P的顯示器D的右上部分的傾斜示意圖。為了清楚起見只示出部分的框架。注意環(huán)境光M如何以與普通輸出光向外方向D(K)相反的方向發(fā)射，包括顯示器D的側(cè)面和頂部。
現(xiàn)在參考圖9，示出與圖5和7相同的截面示意圖的特寫圖，其中無源擴散器框架包括光學(xué)連接顯示器D的光導(dǎo)PG，以及分配的外部框架PF，用于發(fā)射由此獲得并改變方向的顯示器輸出光K以變成環(huán)境光M。如圖所示，顯示器輸出光K進入光導(dǎo)PG并向內(nèi)傳播到分配的外部框架PF中。
正如這里所描述的，分配的外部框架PF可以包括一擴散器以改變環(huán)境光的特性，使之成為非成像光?？梢允褂萌我鈹?shù)目的已知的擴散或散射材料或現(xiàn)象，包括從擴散器主體、堅硬的泡沫塑料、有云紋的塑料或樹脂、利用膠體、乳劑、1-5∶m或更小，例如小于1∶m的液滴的配制品內(nèi)部較小的懸浮粒子擴散的，包括壽命長的有機混合物、凝膠和溶膠，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的產(chǎn)品和制造物?？梢栽O(shè)計散射現(xiàn)象以包括可見光波長，例如環(huán)境光的藍色增加的藍色產(chǎn)物的Rayleigh散射。所產(chǎn)生的顏色可以按照區(qū)域定義，例如在特定區(qū)域中整體的藍色色調(diào)或者區(qū)域色調(diào)，例如產(chǎn)生藍色光的頂部。
現(xiàn)在參考圖10-12，其示出了本發(fā)明的另一實施例，其中無源擴散器框架P具有測角光度的功能。圖10示出本發(fā)明的這一實施例，其中圖9的無源擴散器框架配備有一種類型的測角光度元件PN，這里示出為形成在、整合于、或插入光導(dǎo)PG和/或分配的外部框架PF內(nèi)的圓柱形棱鏡或透鏡。這允許特殊的效果，即產(chǎn)生的環(huán)境光M的特性作為觀眾的位置的函數(shù)而發(fā)生改變。無源擴散器框架P和顯示器D的外觀示出在圖11中，其中如圖6所示的類似，示出了圖10的測角光度的無源擴散器框架的正面示意圖。如所示的顯示器D發(fā)出原始的顯示器成像光1。如果有具有擴散器芯或特性的分配的外部框架PF，環(huán)境光M采取所示的框架非成像光3，以及還以圖10的截面圖中所示的測角光度元件PN產(chǎn)生的框架非成像測角光度光4的形式。該光學(xué)形式的效果從圖12中可看出，圖12再一次示出圖10的無源擴散器框架，并示出測角光度的效果，該效果給出框架非成像測角光度光4的不同的光亮度和特性作為視角的函數(shù)。如所示的，顯示輸出光K通過光導(dǎo)PG進入圓柱形棱鏡或測角光度元件PN。在所示的樣品射線中，光是從測角光度元件PN各向異性地改變方向-如所示的，取決于圓柱形棱鏡的圓柱形表面上的進入點-如所示的，以如所示的處于中間有利點的觀眾或人類觀察者Q將比正下方的觀察者-Q以及上方的觀察者+Q接收不同的測角光度元件PN的光亮度。例如，該效果可以允許用戶或觀眾看到從椅子上站起的效果，或允許用戶對于觀察位置作一小的調(diào)整以獲得接收的光能級或亮度不同于測角光度元件PN的光。基于觀察位置的小的改變，這允許基于個人愛好改變產(chǎn)生的環(huán)境光的亮度?？梢允褂闷渌墓鈱W(xué)形狀及形式，包括矩形、三角形或不規(guī)則形狀的棱鏡或形狀，且它們可以如所期望的置于或整合于分配的外部框架PF上。不同于各向同性的輸出，這里獲得的效果可能是投射到周圍墻壁、物體以及位于顯示器D的表面的感興趣的光的波段，使得一種光顯示在黑色房間中作為顯示器上場景元素、顏色以及亮度的變化?？梢允褂玫臏y角光度元件的數(shù)目和類型幾乎是無限的，包括多塊塑料、玻璃以及由蝕刻和適度破壞的制造技術(shù)生產(chǎn)的視覺效果。對于不同的戲劇效果，無源擴散器框架P可以是唯一的，甚至也可以是互換的。
現(xiàn)在參考圖13-16，示出了光導(dǎo)和分布的多個可替換的實施例。圖13示出與圖9類似的無源擴散器框架，但是利用部分內(nèi)部反射以提供無源擴散器框架P內(nèi)部光的無損失變向。在該實施例中，形成光導(dǎo)PG用于提供在其上發(fā)生100％內(nèi)部反射的臨界表面，這一點將在下面圖18的說明中更詳細地描述。這一點，如顯示輸出光K進入光導(dǎo)PG，恰巧超過內(nèi)部反射臨界角的部分多方向光被改變方向，被內(nèi)部反射變成了如所示的內(nèi)部反射輸出光KX，而顯示輸出光K的其它多方向光保持在臨界角之下，通過光導(dǎo)PG變成所示的被傳遞的或不偏斜的輸出光KT。這樣，光導(dǎo)PG作為分離器或分配器。如所示，這一點能增加分配的外部框架PF上所選擇的面積，具有位于分配的外部框架頂端處特別好的光產(chǎn)量，顯示為框架非成像光3，并在圖中所示的右側(cè)具有不被偏斜以通過無源框架的正面的實際剩余的顯示輸出光K。在該實施例中，如所示的，從指定為框架非成像光3的兩點處的分配的外部框架PF產(chǎn)生高亮度的光。
這里包含簡單的塊狀無源擴散器框架P的任何東西可以被使用。圖14示出與圖13相似的視圖，利用簡單的塊狀擴散器作為光導(dǎo)和分配的外部框架，而圖15示出類似的實施例，在沒有擴散器材料的情況下，利用簡單的透明塊作為光導(dǎo)和分配的外部框架。同樣，擴散器材料的使用可用于有限的方法中，例如在示出圖13的無源擴散器框架的圖16中，其中在沒有正面擴散器的條件下，形成透明光導(dǎo)以允許環(huán)境光向上射出。正如能夠看到的，內(nèi)部反射輸出光KX向上傳送，通過光導(dǎo)PG向外以變成被傳送到外部環(huán)境的框架非成像光3。
在前面的實施例中，犧牲所描述的顯示器D的基準面積FA用來提供輸入到無源擴散器框架P的光。這一點對于原始顯示成像光1在可用的圖像尺寸中作為不允許的減少的一些而言可能是令人不滿意的。場景細節(jié)的丟失可能冒犯或惹惱或者減小對于這種環(huán)境光系統(tǒng)的興趣。本發(fā)明的另一實施例允許觀察邊緣像素(由于折射效應(yīng)可能在空間上被移動)，同時允許將顯示輸出光K射入到無源擴散器框架P的光導(dǎo)PG中。
現(xiàn)在參考圖17和18，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例裝配有分光棱鏡的顯示器上部的截面特寫圖，該分光棱鏡裝配有無源擴散器框架。在各圖中，如所示形成光導(dǎo)PG以允許臨界表面CS存在于用于全部內(nèi)部反射的臨界角處或附近。在圖18中，例如，顯示在圖的右方上分配的外部框架PF的正面被傾斜以形成臨界表面CS，該臨界表面CS的法向矢量大約從容易看到的普通輸出光向外方向D(K)偏離45度。由于大部分粒子的內(nèi)部反射的臨界角典型的大約為42度，這提供了一種將光分解進入到光導(dǎo)PG的機會，因為所選擇的幾何形狀，如所示的，幾乎一半進入的光將超過臨界角以變成內(nèi)部反射輸出光KX，如所示的變成框架非成像光3(盡管嚴格的講，如果擴散被控制，如所示對于向上投射可以保留圖像)-且進入光導(dǎo)PG的另一半光將不被改變方向，而是向前發(fā)射而變成被傳送的輸出光KT，且如所示變成框架圖像光2。因此，觀眾將接收或區(qū)分基準區(qū)域FA中原始顯示圖像的原始特性，然而，同時對于環(huán)境分布，光可用來從分配的外部框架PF向上發(fā)射。因此透亮的或透明的無源擴散器框架P允許在整個顯示區(qū)域在減小的亮度下看到原始的顯示圖像，這一點由于人類視覺系統(tǒng)本身的補償特性而沒有特別注意到。
還示出了附加的特征，即使用正面反射器或反射表面T以反射光導(dǎo)PG內(nèi)部的反射光以變成環(huán)境分離光(示出，分離)。該光能照亮圖7中所示的后壁。
通過說明，本實施例的外觀的表現(xiàn)示出在圖19中，圖19示出了圖18的實施例的顯示器和無源框架上部分的正面示意圖，以及通過無源擴散器框架的圖像的連續(xù)性，而允許顯示輸出光改變方向以變成環(huán)境光。示出的太陽的一部分以及顯示在顯示原始圖像上的飛機可以越過臨界表面CS通過分配的外部框架PF被看到。通過分配的外部框架PF看到的這種圖像被顯示為框架圖像光2；如以前一樣也示出從分配的外部框架PF產(chǎn)生的框架非成像光3。為了美觀的目的，所示的正面反射器或反射表面T在功能上是鉻或其它金屬邊飾的兩倍，而其行使光學(xué)的功能，即幫助環(huán)境光射出無源擴散器框架P的后方之外以提供后側(cè)分離(未示出)。
通常，這里給出的教導(dǎo)還可應(yīng)用于多個方面。對于分配的外部框架PF的分光棱鏡的幾何形狀可包括整個框架邊界單一的平面，如圖中所示的；可替換的，框架包括四個平面，每個對應(yīng)于顯示基準邊界的每側(cè)，即，頂部、底部、左側(cè)和右側(cè)?？商鎿Q的，可能存在區(qū)域棱鏡或小棱鏡，即使像素尺寸的棱鏡以獲得小規(guī)模上相同的影響。
通常，無源擴散器框架P的形式可以與預(yù)期的光變化效應(yīng)一樣變化。環(huán)境光的分布可能是簡單的或復(fù)雜的。簡單的擴散器塊等等可用于分布基準面積FA中大致邊界像素U的光，然后該光可以等角地分布到分配的外部框架PF中的整個無源框架正面(和/或側(cè)面)以給予從框架榆出的普通顏色。另一方面，通過特定地形成光導(dǎo)PG和分配的外部框架PF能獲得區(qū)域或特技效果用于在所選擇的區(qū)域給出優(yōu)選的光通道或變向。例如，在特定的方向或出于特定的目的，可能存在周期性的通道，例如提供環(huán)境光的測標，例如將光傳送到預(yù)期的區(qū)域，或照亮特定的特征，例如紅球、藍線等等?？梢垣@得對框架自身的特定的側(cè)面或邊界影響。
參考示出了圖18的實施例的圖20可以看到一個示例，圖20中光導(dǎo)PG包括為了進一步分布環(huán)境光到特定位置或處于特定目的的兩個光導(dǎo)管P1和P2，未示出。示出的從這兩個光導(dǎo)管產(chǎn)生的環(huán)境光M為了在其它地方使用，例如安裝光分配器(未示出)的底板或產(chǎn)生特殊效果的天花板閃光單元(未示出)可以被光抽運到其它的光學(xué)結(jié)構(gòu)中。出于環(huán)境分布的目的，為了放大，光導(dǎo)管還可用于傳送光。
圖18-20示出了分光棱鏡實施例的一個可替換的實施例。圖21示出了功能與18示出的相同的本發(fā)明，利用部分反射表面T2替代臨界表面CS的內(nèi)部反射。如同以前，部分光，即內(nèi)部反射輸出光KX為了環(huán)境分布和發(fā)射向上反射作為框架非成像光3，而其它光被傳遞并變成被傳遞的輸出光KT。如所示的，分配的外部框架PF大部分可以是中空的，并具有圖18所示的光通道。利用局部反射表面T2可以是有利的，因為圖像上不存在折射錯位效應(yīng)，就像具有圖18示出的折射的內(nèi)部反射一樣通過臨界表面CS被識別；然而，利用局部反射表面具有在反射表面引入一些光損失的缺點，而圖18的臨界表面CS處100％的內(nèi)部反射是絕對的。此外，如所示的，正面反射器T在整個顯示器D的頂部上用于增加環(huán)境光的向后分離。作為局部反射表面T2的可替換實施例，可以小規(guī)模地利用選擇的反射器，其直接反射并改變所有顯示光的方向，在光通過這些選擇的反射器之間的通道以變成框架成像光。
本發(fā)明可獲得的功能之一是通過從原始顯示圖像光1獲得的，而不是實際存在的色度的無源框架的產(chǎn)物。這一點通過無源框架在沒有任何有源介入的情況下執(zhí)行，且并不依賴于熱的或現(xiàn)行的光源，例如LED，即使當基色被組合時，如先前所述其色度很難被控制。由分配的外部框架PF變向的光可以是非成像的且被混合，允許基色光或其它顏色光組合。這一點允許來自于顯示器上兩個不同的場景區(qū)域的兩種顏色A和B能形成未示出在原始圖像上的色度C，但是對眼睛是令人愉悅的，正如其從原始圖像的內(nèi)容中獲得。這一點可以參考圖22-31看出。
參考圖22和23，給出了圖18和19的實施例，利用已經(jīng)示出了的相同的觀點，并表示視頻顯示器上顏色合成圖像的顏色混合以產(chǎn)生環(huán)境光色度，該色度是單個顯示區(qū)域中多個顯示像素的輸出組合的結(jié)果。圖22示出與圖19類似的正面的頂部。在該示例中，示出在無源擴散器器框架P后面可識別的飛機是紅色的，并產(chǎn)生亮紅色框架成像光2R，而如所示的，一些樹的頂部產(chǎn)生高亮度的綠色框架成像光2G。在圖23中，相應(yīng)的顯示輸出光K分別作為兩種不同的光源KR和KG，即紅色和綠色顯示輸出光被示出。該彩色光KR和KG的一部分基本上不被偏離，產(chǎn)生框架成像光2，而一些被內(nèi)部反射并向上變向，在分配的外部框架PF的頂面處結(jié)合，且如圖所示混合(MIX)以產(chǎn)生如所示的位變異構(gòu)的黃色框架非成像光3Y。因此，當場景元件是不同的且單獨的紅色和綠色時，無源框架產(chǎn)生的環(huán)境光可以是黃色的，以提供感興趣的戲劇效果。這一點隨著擴散器的使用尤其得到改進，如圖24所示，圖24在功能上與圖13類似。在照明模式中行使這種功能需要該示例中的紅色和綠色光的光源是亮的，例如當利用內(nèi)部釘子和光導(dǎo)管將光帶入并施加于分配的外部框架PF的小部分上時。該基本原理圖的過程示出在圖25中，其中亮紅光和綠光由光導(dǎo)PG帶入到一起以施加于執(zhí)行額外混合的分配的外部框架PF上，從而導(dǎo)致所示的黃色環(huán)境光Y。
在同樣的情況下，然而，紅光和綠光的流量不是非常強，無源擴散器框架P將以目標模式行使功能，如圖26和27所示。在那里，如示出的分配的外部框架PF中額外的顏色混合產(chǎn)生褐色光(褐色)，如上所述，利用明亮的有源光源例如近范圍內(nèi)的LED，這一點通常不是可能的。
在探尋利用人類眼睛特性的過程中，可以通過本發(fā)明獲得顏色調(diào)制。給出對于不同視覺波長的檢測靈敏度的發(fā)光度函數(shù)作為亮度級的函數(shù)改變。
依賴于視網(wǎng)膜桿的暗視覺或夜視覺對于藍色光或綠色光傾向于更敏感。利用視網(wǎng)膜錐體的亮視覺更適用于檢測較長的波長，例如紅色和黃色。在黑暗的家庭影院環(huán)境中，作為亮度級的函數(shù)的不同顏色的相對發(fā)光度的這些變化在某些程度上通過調(diào)制或改變傳送給視頻用戶的顏色被抵消。這一點利用顏色相減步驟實現(xiàn)。
因此，圖28-31示出了與圖24-27中相似的對于本發(fā)明的兩個說明性的實施例的成對圖，其中無源擴散器框架P分別包括透射吸收器TA(圖28)，以及反射吸收器(圖30)，分別具有圖29和31中示意性示出的相應(yīng)的光減少和增加過程。尤其，在圖28中，分配的外部框架PF的內(nèi)表面與透射吸收器TA成一條直線，該透射吸收器的功能是從作為框架非成像光3被傳播的光中吸收選擇的波長。該透射吸收器TA可以是金屬薄膜，例如金、或苯胺染料；或在無源擴散器框架P中能行使光學(xué)功能且穩(wěn)定的任何其它的吸收器。金屬薄膜例如金薄膜允許綠色光和藍色光通過其中，吸收較長波長的光，這一點可以被期望具有高亮度級的視角。這里示意性地示出另一示例，其中在通過透射吸收器TA之后，RGB光具有一些被吸收的綠色光，從而產(chǎn)生了低亮度的綠光g。
替代透射吸收器TA，可以使用反射吸收器。以類似的方式，圖30和31示出排列在光導(dǎo)PG的一個側(cè)面或多個側(cè)面的反射吸收器RA，因此如所示的，對于環(huán)境分布，反射光從其向上通過或通過到分布的外部框架PF的其它地方。
利用本發(fā)明的其它實施例，進一步的色彩變換是可能的。參考圖32和33，示出本發(fā)明的另一實施例，其中無源擴散器框架利用光致發(fā)光器執(zhí)行色彩變換。如示例中所示，光導(dǎo)PG與光致發(fā)光器PE成直線，該光致發(fā)光器用于從引入的顯示輸出光K吸收或經(jīng)受激勵，并經(jīng)受再發(fā)射到期望的波長。通過光致發(fā)光器的該激勵和再發(fā)射，例如熒光顏料可以允許呈現(xiàn)在原始視頻圖像中不存在的新的顏色，也許還有不在顯示器的運行本身的色域或顏色范圍中的新的顏色。在圖33所示的相應(yīng)的示意性的過程中，示出光致發(fā)光器PE的新層或功能步驟，其具有橙色光，例如搜索器的橙色的說明性的示例，對于該示例可用的熒光顏料是已知的(參見ref[2])。給出的示例涉及到熒光色彩，與熒光通常的現(xiàn)象和相關(guān)的現(xiàn)象相反，為此致力于該圖。任何光致混合物、物質(zhì)或材料可用于光致發(fā)光器PE，只要它對于響應(yīng)顯示輸出光K具有激活或激勵能量即可。
利用熒光橙色或其它熒光染色種類可特別地用于低照度狀態(tài)，其中對于長波長光，紅色和橙色光的增加可以抵消暗視覺的減小的靈敏度。
熒光染色可以包括染料種類中已知的染色，例如二萘嵌苯、萘酰亞胺、香豆素、噻噸、蒽醌、硫靛以及適合的染料種類，例如由美國俄亥俄州克利夫蘭市的Day-Glo彩色公司制造的染料?？捎玫念伾ò⑴疗觞S色、底格里斯河黃色、大草原黃色、Pocono黃色、莫霍克黃色、波拖馬可河黃色、萬壽菊橙色、渥太華紅色、伏爾加河紅色、橙粉色、哥倫比亞藍色。這些染料種類可以被加入到樹脂，例如PS、PET和ABS中。
熒光染料和材料具有改進的視覺效果，因為它們被設(shè)計為比相同色度的非熒光材料亮很多。用于通常的熒光色的傳統(tǒng)的橙色顏料的所謂的使用期限的問題在最近二十年內(nèi)得到了解決，因為技術(shù)進步已經(jīng)導(dǎo)致了耐用的熒光顏料的發(fā)展，該熒光顏料當暴露在陽光下能保持它們鮮明的顏色7-10年。因此這些顏料在UV射線入口最小的家庭影院的環(huán)境中幾乎是破壞不了的。
熒光感光色素通過吸收短波光工作，并且重新發(fā)射作為長波例如紅色或橙色的光。技術(shù)進步的無機顏料現(xiàn)在容易地可使用且利用可見光經(jīng)受刺激，例如藍色光和紫色光，波長為400-440nm的光。
高度熒光材料作為已知的熒光產(chǎn)生單色光，熒光彩色現(xiàn)象的心理物理感知，該單色光發(fā)出看起來不自然的亮度。
當該現(xiàn)象大量地保持未經(jīng)開發(fā)時，作為色度函數(shù)的最大理論可獲得亮度(相對于白色)之間的關(guān)系由MacAdam在數(shù)量上建模，并在色彩科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)作為MacAdam限制為人們所知。已經(jīng)建議熒光可以由Y/YMacAdam(x，y)描述，其中Y是熒光彩色激勵的相對反射系數(shù)或表觀反射系數(shù)，YMacAdam(x，y)是熒光彩色激勵的色度坐標(x，y)的MacAdam限制。
圖34示出對于最近可行的色度根據(jù)本發(fā)明的圖33的彩色轉(zhuǎn)變過程與具有由顯示器產(chǎn)生的常規(guī)的視頻彩色產(chǎn)物的彩色轉(zhuǎn)變過程之間的比較。如所示的，和利用顯示器本身產(chǎn)生的光的最近色度的相同彩色的產(chǎn)物相比較，利用基色R、G和B可以產(chǎn)生顯示器本身不產(chǎn)生的新的橙色。該解示出根據(jù)本發(fā)明利用光致發(fā)光發(fā)光器無源擴散器框架可以超出該色度的MacAdam限制。
這種光致發(fā)光過程允許顯示器D本身的操作產(chǎn)生的色域之外的分布的外部框架PF產(chǎn)生的顏色。這一點圖解顯示在圖35中，其中熒光導(dǎo)致色域之外的產(chǎn)物。
為了說明目的，圖36示出對于圖32-35示出的實施例可以使用的熒光材料(搜索器的橙色)，激活、反射、熒光和總輸出的現(xiàn)有的頻譜分布圖(來自于ref[2]，第365頁)。該示例中的光致發(fā)光器PE由所示為E的較短光波激勵。R示出的普通的反射過程由F示出的熒光發(fā)射光譜的分布來補充，相加得到H0所示的高輸出的總發(fā)射，其可以位于顯示器D本身的色域之外。
圖37示出部分簡單的分光棱鏡分布的外部框架PF的傾斜截面圖，PF與光導(dǎo)PG整合在一起。改變方向使得不變成框架成像光2，例如所示的藍色光的光按圖中向上傳送到分布的外部框架PF頂端所示的光致發(fā)光器PE墊。這一點以與圖36所示的相同的方式將輸出光(例如藍色光)轉(zhuǎn)變?yōu)樯蛑獾某壬?，作為所示的框架非成像?顯現(xiàn)出來。
該過程能夠容易地產(chǎn)生顯示器D本身的色域之外的環(huán)境光?，F(xiàn)在參考圖38，示出為M+的兩種可能的環(huán)境顏色或色度坐標可以在標準CIEx-y色度圖表或彩色地圖上找到。該地圖示出作為色度坐標x和y的函數(shù)的最大亮度的所有已知的顏色，為了參考示出具有納米波長的光以及CIE標準發(fā)光的白點。容易示出環(huán)境彩色M+的色度位于所示的PAL/SECAM、NTSC和Adobe RGB三色激勵產(chǎn)物標準可獲得的色域之外。
類似于前面所示的反射吸收器RA，光致發(fā)光器PE可以加入反射的熒光材料，具有形成分布的外部框架PF并用于利用反射作為類似于圖30所示的方法的彩色調(diào)制方法，圖30中反射光致發(fā)光器PE替代反射吸收器RA，從而使熒光種類是反射涂層。
還必須注意到具有較長張馳時間的任何數(shù)目的已知的光致發(fā)光材料(例如比10^-8秒長，例如1秒)可以由光致發(fā)光器PE中的熒光材料替代或添加于其中。這一點能夠考慮到特殊的效果。例如當場景元件在顯示器D上放出時，無源擴散器框架P的發(fā)光過程中的時間延遲或拖拉。這一效果使得環(huán)境光輸出看起來象事先準備好的。
在本發(fā)明的另一實施例中，圖39示出無源擴散器框架的傾斜截面，其包括測角色度元件PN以產(chǎn)生不同光的顏色、亮度以及如所示的作為視角Theta和Phi的函數(shù)的特性。Phi沿水平方向被測得，Theta沿垂直方向被測得。如所示的，示出作為光導(dǎo)PG和分配的外部框架PF的組合的簡單的分光棱鏡用來接收來自于顯示器(未示出)的輸入光R、G和B。光致發(fā)光器PE如前所示-，且顯著地，光導(dǎo)PG和/或分配的外部框架PF與這里作為前表面FF示出的測角光度元件PN進行光通訊。以前面FF的形式的測角光度元件PN可以使用單獨的或者其組合的多種測角光度元件和測角色度元件，例如金屬及珍珠透光著色劑；利用已知的衍射或薄膜干涉效應(yīng)的彩虹色材料，例如，利用魚鱗精華鳥嘌呤的薄片，或具有防腐劑的2烏嘌呤。優(yōu)選地，云母或其它物質(zhì)可以使用，例如由氧化層組成的珍珠材料，斑銅礦或孔雀銅礦；金屬薄片、玻璃薄片、塑料薄片，顆粒物質(zhì)、石油、磨砂玻璃以及磨砂塑料。
前表面FF可以用作、形成為或評分以提供測角色度效應(yīng)。例如，前表面FF包括鋸齒狀、凸紋、磨砂區(qū)域、內(nèi)含物，包括被捕獲的氣體或粒子，例如一塊樹脂或玻璃。測角色度效應(yīng)可以通過使用與圖28和30類似的，如前所述的反射或透射材料來實現(xiàn)，這一點將為本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到。還必須注意到圖12描述的實施例由于使用棱鏡可用到的散射現(xiàn)象可以適度地被測角色度。
這種無源擴散器框架P的效果可以是戲劇性的元件，其選擇性地改變光特性作為觀眾位置的函數(shù)，例如看到藍色火花，然后當從椅子上站起來時看到紅色光。
為了說明這一點，圖40和41分別對于圖39示出的測角色度的實施例，利用彩虹色的正面FF，示出產(chǎn)生的環(huán)境光的占主導(dǎo)顏色的波長相對于視角Phi和Theta的笛卡兒曲線。光的波長或顏色分別作為Phi和Theta的函數(shù)而改變。
正面FF的評分或其它處理，包括這里小彩色元件的內(nèi)含物允許光亮度按照圖42所示測角光度發(fā)生改變，圖42對于圖39示出的另一測角色度的實施例，示出產(chǎn)生的環(huán)境光的相對光亮度相對于視角Phi的笛卡兒曲線。
通常，多種包括小元件的光學(xué)元件可以用作給分配的外部框架的多種供應(yīng)。
結(jié)合與這里所述的相同的元件和特性，這里給出的宗旨可以應(yīng)用于設(shè)計并構(gòu)建視頻顯示器或與視頻顯示器相關(guān)的光透射裝置。例如，視頻顯示器的正面如這里所述可以制成為具有整體特征。無源擴散器框架不必是附加元件。
基于這些宗旨，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改這里所述的以及要求的設(shè)備和方法，因此，例如形態(tài)上和拓撲上重新設(shè)置或改造元件用于適應(yīng)特定的應(yīng)用。
正如利用上述示例公開的，本發(fā)明可以僅利用上述部分特征來實現(xiàn)。
此外，這里所述的以及要求的都不排除在其它附加的結(jié)構(gòu)和功能元件之外。
明顯地，根據(jù)上述宗旨，本發(fā)明的多種修改和變化都是可能的。因此可以理解，在所附的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)，本發(fā)明可以通過除這里所述的和建議的之外的方法來實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于視頻顯示單元(D)的無源擴散器框架系統(tǒng)(P)，包括光導(dǎo)(PG)，其被設(shè)定尺寸、形成且定位成允許與視頻顯示單元之間進行光通訊從而捕獲來自于視頻顯示單元的輸出光(K)；與所述光導(dǎo)進行光通訊的分配的外部框架(PF)，所述分配的外部框架被設(shè)定尺寸、形成且定位成使得改變輸出光自身的方向使之變?yōu)槔浒l(fā)射環(huán)境光(M)。
2.如權(quán)利要求1所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述分配的外部框架光學(xué)形成為使得所述環(huán)境光是非成像光(3)。
3.如權(quán)利要求1所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述分配的外部框架包括透射至少部分所述環(huán)境光的外表面(PS)。
4.如權(quán)利要求3所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中分配的外部框架包括通過所述外表面散射來自于所述視頻顯示單元的輸出光用于散射發(fā)光的散射器。
5.如權(quán)利要求3所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述外表面被形成、設(shè)定尺寸且定位成在至少一個分離方向上分離所述環(huán)境光，該分離方向與視頻顯示器向外發(fā)出的所述輸出光(D(K))的方向相反。
6.如權(quán)利要求1所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述分配的外部框架光學(xué)形成為將所述輸出光的各向異性的方向提供給其被選擇部分(PN)。
7.如前述權(quán)利要求1所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述分配的外部框架包括光導(dǎo)管(P1、P2)，用于將所述輸出光改變方向以變成通過其透射的環(huán)境光。
8.如權(quán)利要求1所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述光導(dǎo)被形成為使得通過反射分離來自于所述視頻顯示單元的要改變方向的部分輸出光，并允許其它輸出光作為成像光基本上從其向外透射。
9.如權(quán)利要求8所述無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述光導(dǎo)包括分光棱鏡，其依次包括臨界表面(CS)，其被設(shè)定尺寸、定位且形成為內(nèi)反射且基本上改變部分所述輸出光的方向，且對于其它的輸出光基本上是透明的，從而允許所述成像光從所述臨界表面出現(xiàn)，從而允許至少由視頻顯示單元本身發(fā)出的原始成像的識別緊緊地鄰近與其進行光通訊的光導(dǎo)。
10.如權(quán)利要求8所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述光導(dǎo)包括部分反射分離器，其包括部分反射表面(T2)，其被設(shè)定尺寸、定位且形成為內(nèi)反射且基本上改變部分所述輸出光的方向，且對于所述其它輸出光是透明的，從而允許至少由視頻顯示單元本身發(fā)出的原始成像的識別緊緊地鄰近與其進行光通訊的光導(dǎo)。
11.如權(quán)利要求1所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述分配的外部框架被設(shè)定尺寸、定位且形成為使得在視頻顯示單元的顯示區(qū)域(DA)中不同位置的所述輸出光中兩個色度不同的發(fā)光源混合在一起以形成觀眾目標模式中的混合圖像，該圖像的色度(褐色)與所述兩種色度不同的發(fā)光源的任何一個的原始色度(R、G)不同。
12.如權(quán)利要求11所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述混合圖像的所述不同色度與從由褐色、橄欖色、栗色、灰色和米肉色組成的組中選擇的目標模式顏色相似。
13.如權(quán)利要求1所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述分配的外部框架被設(shè)定尺寸、定位及光學(xué)形成為使得在視頻顯示單元的顯示區(qū)域(DA)中不同位置的所述輸出光中兩個色度不同的發(fā)光源混合在一起以形成觀眾發(fā)光模式中的混合圖像，該圖像的色度(Y)與所述兩種色度不同的發(fā)光源的任何一個的原始色度(R、G)不同。
14.如權(quán)利要求1所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述分配的外部框架包括至少一個吸收器(TA、RA)以除去所述輸出光的光譜分布的一部分，從而改變所述環(huán)境光的顏色。
15.如權(quán)利要求14所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述吸收器包括金屬薄膜，該薄膜被定向和形成為具有足夠薄的厚度從而允許透射過所述輸出光。
16.如權(quán)利要求15所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述金屬薄膜包括金。
17.如權(quán)利要求14所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述吸收器包括苯胺染料。
18.如權(quán)利要求14所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述吸收器是透射型吸收器(TA)。
19.如權(quán)利要求14所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述吸收器是反射型吸收器(RA)。
20.如權(quán)利要求1所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述分配的外部框架包括至少一個光致發(fā)光器(PE)以提供所述輸出光的光譜調(diào)制，從而調(diào)制從所述無源擴散器框架系統(tǒng)的至少一部分發(fā)射的所述環(huán)境光的顏色。
21.如權(quán)利要求20所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述光致發(fā)光發(fā)射器包括熒光材料。
22.如權(quán)利要求21所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述熒光材料被選擇，且所述分配的外部框架被設(shè)定尺寸、定向并形成為使得當觀眾感知所述環(huán)境光時超出MacAdam限制。
23.如權(quán)利要求20所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述光致發(fā)光器包括磷光材料，該磷光材料具有大于10^-8秒的發(fā)光張馳時間常數(shù)。
24.如權(quán)利要求20所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中選擇所述光致發(fā)光器使得從所述顯示器輸出光期間產(chǎn)生的所述環(huán)境光包括至少一種新的顏色，該顏色在獨立于無源擴散器框架的視頻顯示單元本身可產(chǎn)生的所述輸出光顏色的色域之外。
25，如權(quán)利要求1所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述分配的外部框架被形成為具有測角光度元件(PN)，從而提供環(huán)境光，該環(huán)境光是測角光度的，即作為所述無源擴散器框架系統(tǒng)的觀察角(N，2)的函數(shù)改變亮度。
26.如權(quán)利要求25所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述測角光度元件是光學(xué)透鏡。
27.如權(quán)利要求26所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述光學(xué)透鏡是棱鏡。
28.如權(quán)利要求25所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述測角光度元件是反射表面。
29.如權(quán)利要求25所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述測角光度元件是透射型的。
30.如權(quán)利要求25所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述測角光度元件包括從下述組中選擇的材料，該組由金屬薄片、玻璃薄片、塑料薄片、顆粒物質(zhì)、石油、魚鱗精華、鳥嘌呤的薄片，2烏嘌呤、云母、磨砂玻璃、磨砂塑料、珍珠材料、斑銅礦和孔雀銅礦組成。
31.如權(quán)利要求1所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述分配的外部框架被形成為具有測角色度元件(PN)以提供環(huán)境光，該環(huán)境光是測角色度的，即作為所述無源擴散器框架系統(tǒng)的觀察角(N，2)的函數(shù)改變顏色。
32.如權(quán)利要求31所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述測角色度元件是光學(xué)透鏡。
33.如權(quán)利要求32所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述光學(xué)透鏡是棱鏡。
34.如權(quán)利要求31所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述測角色度元件是反射表面。
35.如權(quán)利要求31所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述測角色度元件是透射型的。
36.如權(quán)利要求31所述的無源擴散器框架系統(tǒng)，其中所述測角色度元件包括從下述組中選擇的材料，該組由金屬薄片、玻璃薄片、塑料薄片、顆粒物質(zhì)、石油、魚鱗精華、鳥嘌呤的薄片，2烏嘌呤、云母、磨砂玻璃、磨砂塑料、珍珠材料、斑銅礦和孔雀銅礦組成。
37.一種提供冷發(fā)射環(huán)境光(M)的方法，該環(huán)境光來自于視頻顯示器(D)發(fā)出并由無源擴散器框架捕獲的輸出光(K)，該方法包括以下步驟[1]利用光導(dǎo)從所述顯示器捕獲所述輸出光；[2]將所述輸出光的至少一部分變向到為觀眾接收而形成并定位的分配的外部框架(PF)中的表面(PS)。
38.如權(quán)利要求37的方法，還包括步驟[3]利用適當形成的分配的外部框架調(diào)整所述輸出光，使得所述輸出光變?yōu)榉浅上窆?3)。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括步驟[4]利用擴散器調(diào)整所述輸出光，使得所述輸出光變?yōu)榉浅上窆?3)。
40.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括步驟[5]利用分配的外部框架改變所述輸出光的方向，該框架被形成、設(shè)定尺寸并定位成使得在至少一個分離方向上分離所述環(huán)境光。
41.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括步驟[6]利用分配的外部框架改變所述輸出光的方向，該框架被形成、設(shè)定尺寸并定位成提供各向異性地改變所述輸出光的方向。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，還包括步驟[7]利用光導(dǎo)管(P1，P2)改變所述輸出光的方向，以改變所述輸出光的方向從而變?yōu)橥ㄟ^該光導(dǎo)管傳遞的環(huán)境光。
43.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括步驟[8]利用分配的外部框架改變所述輸出光的方向，該框架被形成、設(shè)定尺寸并定位成通過反射分離來自于所述視頻顯示單元的要改變方向的部分輸出光，并允許其它輸出光作為成像光(2)基本上從其向外傳遞。
44.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括步驟[9]在視頻顯示單元的顯示區(qū)域(DA)中不同位置的所述輸出光中兩個色度不同的發(fā)光源混合在一起以形成觀眾目標模式中的混合圖像，該混合圖像的色度(褐色)與所述兩種色度不同的發(fā)光源的任何一個的原始色度(R、G)不同。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，還包括步驟[10]從由褐色、橄欖色、栗色、灰色和米肉色組成的組中選擇的目標模式顏色中產(chǎn)生所述不同的色度。
46.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括步驟[11]在視頻顯示單元的顯示區(qū)域(DA)中不同位置的所述輸出光中兩個色度不同的發(fā)光源混合在一起以形成觀眾發(fā)光模式中的混合圖像，該混合圖像的色度(Y)與所述兩種色度不同的發(fā)光源的任何一個的原始色度(R、G)不同。
47.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括步驟[12]利用在所述分配的外部框架中的吸收器(TA、RA)除去部分所述輸出光的光譜分布的一部分，從而改變所述環(huán)境光的顏色。
48.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括步驟[13]所述輸出光與光致發(fā)光器(PE)相互作用以提供所述輸出光的光譜調(diào)制，從而調(diào)制從所述無源擴散器框架系統(tǒng)的至少一部分發(fā)射的所述環(huán)境光的顏色。
49.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括步驟[14]所述輸出光與磷光材料相互作用以提供所述輸出光的光譜調(diào)制，從而調(diào)制從所述無源擴散器框架系統(tǒng)的至少一部分發(fā)射的所述環(huán)境光的顏色，所述磷光材料具有大于10^-8秒的較長的張馳時間。
50.如權(quán)利要求48所述的方法，還包括步驟[15]從所述顯示器輸出光期間產(chǎn)生的所述環(huán)境光中產(chǎn)生至少一種新的顏色，該顏色在獨立于無源擴散器框架的視頻顯示單元本身可產(chǎn)生的所述輸出光顏色的色域之外。
51.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括步驟[16]產(chǎn)生為測角光度的環(huán)境光，即，利用與所述分配的外部框架中的所述輸出光進行光通訊的測角光度元件(PN)，作為所述無源擴散器框架系統(tǒng)的觀察角(N，2)的函數(shù)改變亮度。
52.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括步驟[17]將所述輸出光反射離開所述測角光度元件。
53.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括步驟[18]通過所述測角光度元件傳遞所述輸出光。
54.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括步驟[19]產(chǎn)生為測角色度的環(huán)境光，即，利用與所述分配的外部框架中的所述輸出光進行光通訊的測角色度元件(PN)，作為所述無源擴散器框架系統(tǒng)的觀察角(N，2)的函數(shù)改變顏色。
55.如權(quán)利要求54所述的方法，還包括步驟[20]將所述輸出光反射離開所述測角色度元件。
56.如權(quán)利要求54所述的方法，還包括步驟[21]通過所述測角色度元件傳遞所述輸出光。
全文摘要
無源擴散器框架利用從視頻顯示器正面發(fā)出的光產(chǎn)生冷發(fā)射環(huán)境光效應(yīng)，其具有捕獲顯示成像光的光導(dǎo)并與改變光方向的分配的外部框架進行光通訊。該環(huán)境光可以被擴散、非成像形成、變向為分離光或變向到光導(dǎo)管。測角光度元件或測角色度元件允許改變作為視角函數(shù)的環(huán)境光的亮度和顏色。光導(dǎo)可以使用棱鏡分離器或局部反射器，以改變光的方向并同時允許觀察原始顯示圖像。顏色混合的加減和光致發(fā)光物質(zhì)允許新的色度，包括獨立的視頻顯示單元本身可產(chǎn)生的輸出光顏色的色域之外的熒光顏色和新的顏色。
文檔編號H04N5/72GK1998231SQ200580021998
公開日2007年7月11日 申請日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者E·M·A·迪德里克斯, M·J·埃爾廷 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司