本申請(qǐng)要求于2014年10月7日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/060,934和2015年1月6日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/100,349的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，所述臨時(shí)申請(qǐng)各自通過引用以其全部?jī)?nèi)容結(jié)合在此。

背景

1.技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及顯示設(shè)備，并且更具體地涉及被配置為用于生成具有高亮度和高對(duì)比率的圖像的直視型顯示設(shè)備。

2.

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的液晶顯示器(lcd)設(shè)備通常包括設(shè)置在光源、lcd面板、以及被布置在光源與lcd面板之間的漫射片材。由光源發(fā)射的光穿過lcd面板，以生成可由觀看者觀看到的圖像。漫射片材使由光源發(fā)射的光漫射，以幫助在lcd面板的整個(gè)表面上均勻地照亮lcd面板。lcd設(shè)備通常具有約400cd/m²的輸出亮度或照度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文公開的是顯示設(shè)備和用于直視型顯示設(shè)備的光單元。

本文公開的是一種示例性直視型顯示設(shè)備，所述直視型顯示設(shè)備包括光單元、準(zhǔn)直單元、圖像顯示單元、以及對(duì)比度增強(qiáng)單元。所述對(duì)比度增強(qiáng)單元包括第一主表面以及與所述第一主表面相反的第二主表面。所述第一主表面包括光學(xué)元件陣列。所述第二主表面包括光吸收層、以及位于所述光吸收層中并且對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)元件陣列的開口陣列。所述對(duì)比度增強(qiáng)單元和所述光單元被安排成使得所述光學(xué)元件陣列被布置在所述光單元與所述光吸收層之間。所述準(zhǔn)直單元被布置在所述光單元與所述對(duì)比度增強(qiáng)單元之間。所述圖像顯示單元被布置在所述準(zhǔn)直單元與所述對(duì)比度增強(qiáng)單元之間并且包括像素陣列。所述對(duì)比度增強(qiáng)單元和所述圖像顯示單元被安排成使得所述對(duì)比度增強(qiáng)單元的每個(gè)光學(xué)元件與所述圖像顯示單元的至少一個(gè)對(duì)應(yīng)像素對(duì)準(zhǔn)。

本文還公開的是一種用于直視型顯示設(shè)備的示例性光單元。所述光單元包括光源系列、準(zhǔn)直單元、以及漫射單元。所述光源系列被安排成行并且被配置為用于發(fā)射光。所述準(zhǔn)直單元被布置成與所述光源系列相鄰，以使所述光在垂直于所述行的第二方向上準(zhǔn)直，而基本上不使所述光在平行于所述行的第一方向上準(zhǔn)直。所述漫射單元被布置成與所述光源系列相鄰，以使所述光在與所述行平行的所述第一方向上漫射，而基本上不使所述光在垂直于所述行的所述第二方向上漫射。

本文還公開的是另一種用于直視型顯示設(shè)備的示例性光單元。所述光單元包括光源、調(diào)節(jié)元件、以及準(zhǔn)直元件。所述光源被配置為用于發(fā)射具有基本上朗伯(lambertian)角強(qiáng)度分布的廣角光。所述調(diào)節(jié)元件被布置成與所述光源相鄰，以將所述廣角光變換成在與所述調(diào)節(jié)元件間隔開的參考平面處具有基本上均勻角強(qiáng)度分布的均勻光。所述準(zhǔn)直元件被布置成與所述調(diào)節(jié)元件相鄰，以使所述均勻光在至少一個(gè)方向上準(zhǔn)直。

本文還公開的是另一種用于直視型顯示設(shè)備的示例性光單元。所述光單元包括發(fā)光單元和準(zhǔn)直單元，所述發(fā)光單元被配置為用于發(fā)射光，所述準(zhǔn)直單元被布置成與所述發(fā)光單元相鄰，以使所述光在第二方向上準(zhǔn)直，而基本上不使所述光在與所述第二方向垂直的第一方向上準(zhǔn)直。

附加特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下詳細(xì)描述中予以闡明，并且將部分地從所述描述中對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言變得容易明顯或通過實(shí)踐本文所描述的實(shí)施例而被認(rèn)知，包括以下詳細(xì)說明書、權(quán)利要求書以及附圖。

應(yīng)理解的是，前述概括描述和以下詳細(xì)描述都僅是示例性的，并且旨在為理解權(quán)利要求書的本質(zhì)和特征提供概述或框架。附圖被包括以提供進(jìn)一步的理解并且被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分。附圖展示了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，并且與說明書一起用于解釋不同實(shí)施例的原理和操作。

附圖說明

圖1是顯示設(shè)備的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖。

圖2是光吸收層的一個(gè)示例性實(shí)施例的前視圖。

圖3是光吸收層的另一示例性實(shí)施例的前視圖。

圖4是對(duì)比度增強(qiáng)單元的示例性實(shí)施例的示意圖。

圖5是對(duì)比度增強(qiáng)單元的另一示例性實(shí)施例的示意圖。

圖6是顯示設(shè)備的另一示例性實(shí)施例的示意圖。

圖7是準(zhǔn)直單元的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖。

圖8是準(zhǔn)直單元的另一示例性實(shí)施例的示意圖。

圖9是顯示設(shè)備的另一示例性實(shí)施例的示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)將詳細(xì)參考在附圖中展示出的示例性實(shí)施例。在任何可能的情況下，整個(gè)附圖將使用相同的參考號(hào)指代相同或相似的零件。附圖中的組件并不必須是按比例的，而是將重點(diǎn)放在展示示例性實(shí)施例的原理上。

在各種實(shí)施例中，用于直視型顯示設(shè)備的光單元包括光源系列、準(zhǔn)直單元、以及漫射單元。所述光源系列被安排成行并且被配置為用于發(fā)射光。所述準(zhǔn)直單元被布置成與所述光源系列相鄰，以使所述光在基本上垂直于所述行的第一方向上準(zhǔn)直，而使所述光不在基本上平行于所述行的第二方向上準(zhǔn)直。所述漫射單元被布置成與所述光源系列相鄰，以使所述光在與所述行平行的所述第二方向上漫射，而使所述光不在基本上垂直于所述行的所述第二方向上漫射。

在各種實(shí)施例中，顯示設(shè)備包括光單元、圖像顯示單元、以及對(duì)比度增強(qiáng)單元。所述光單元包括發(fā)光單元和準(zhǔn)直單元。在一些實(shí)施例中，所述光單元包括漫射單元。所述對(duì)比度增強(qiáng)單元包括第一主表面以及與所述第一主表面相反的第二主表面。所述對(duì)比度增強(qiáng)單元的第一主表面包括光學(xué)元件陣列。所述對(duì)比度增強(qiáng)單元的第二主表面包括光吸收層和位于光吸收層中的開口陣列。所述開口陣列對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)元件陣列。在一些實(shí)施例中，所述對(duì)比度增強(qiáng)單元包括漫射元件(例如，位于光學(xué)元件陣列與光吸收層之間、和/或位于光吸收層中的開口內(nèi))。所述對(duì)比度增強(qiáng)單元和所述光單元被安排成使得所述光學(xué)元件陣列被布置在所述光單元與所述光吸收層之間。所述準(zhǔn)直單元被布置在所述光單元與所述對(duì)比度增強(qiáng)單元之間。在一些實(shí)施例中，所述顯示設(shè)備包括被布置在準(zhǔn)直單元與對(duì)比度增強(qiáng)單元之間的圖像顯示單元。圖像顯示單元包括像素陣列。在一些實(shí)施例中，所述對(duì)比度增強(qiáng)單元和所述圖像顯示單元被安排成使得所述對(duì)比度增強(qiáng)單元的每個(gè)光學(xué)元件與所述圖像顯示單元的至少一個(gè)對(duì)應(yīng)像素對(duì)準(zhǔn)。

圖1是顯示設(shè)備100的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖。在一些實(shí)施例中，顯示設(shè)備100包括直視型顯示設(shè)備，所述直視型顯示設(shè)備被配置為用于生成可由用戶直接觀看而不投影到屏幕上的圖像。顯示設(shè)備100包括包含發(fā)光單元110和準(zhǔn)直單元120的光單元。顯示設(shè)備100包括圖像顯示單元130和對(duì)比度增強(qiáng)單元140。應(yīng)當(dāng)理解，顯示設(shè)備100的相鄰組件可以被附加到彼此上(例如，通過光學(xué)透明粘合劑)、緊固在邊框(bezel)或框架內(nèi)(在其間具有或不具有空氣間隙)、或者通過另一合適的聯(lián)接機(jī)構(gòu)聯(lián)接。

發(fā)光單元110包括一個(gè)或多個(gè)光源，每個(gè)光源被配置為用于發(fā)射光。例如，光源包括發(fā)光二極管(led)、有機(jī)發(fā)光二極管(oled)、鹵素?zé)?、白熾燈或另一合適的光源。在一些實(shí)施例中，發(fā)光單元110包括以二維(2d)陣列布置的多個(gè)led。在另一實(shí)施例中，發(fā)光單元110包括與導(dǎo)光片材相鄰并包括led行(例如，一維陣列)的光條。光條將光發(fā)射到導(dǎo)光片材的邊緣中，并且導(dǎo)光片材將光從導(dǎo)光片材的表面分散和發(fā)射。在一些實(shí)施例中，發(fā)光單元110發(fā)射非準(zhǔn)直光112。在一些實(shí)施例中，發(fā)光單元110被定位成使得從發(fā)光單元發(fā)射的光穿過圖像顯示單元130以形成如本文所述的可視圖像。因此，發(fā)光單元110被配置為背光單元。

準(zhǔn)直單元120被定位成與發(fā)光單元110相鄰，使得從發(fā)光單元發(fā)射的光入射在準(zhǔn)直單元上。準(zhǔn)直單元120被配置為用于使由發(fā)光單元110發(fā)射的光準(zhǔn)直。例如，從發(fā)光單元110發(fā)射的非準(zhǔn)直光112穿過準(zhǔn)直單元120以形成準(zhǔn)直光122。準(zhǔn)直單元120包括柱面透鏡、菲涅耳(fresnel)透鏡或另一合適的準(zhǔn)直設(shè)備。例如，在一些實(shí)施例中，準(zhǔn)直單元120包括菲涅耳透鏡陣列。

雖然在圖1中將準(zhǔn)直單元120示出為與發(fā)光單元110分離開，但是本公開中還包括其他實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，準(zhǔn)直單元與發(fā)光單元是一體的。例如，發(fā)光單元的輸出表面包括一體的準(zhǔn)直單元。因此，光單元被配置為準(zhǔn)直光單元。

圖像顯示單元130被定位成與準(zhǔn)直單元120相鄰，使得從準(zhǔn)直單元發(fā)射的準(zhǔn)直光122入射在圖像顯示單元上。圖像顯示單元130包括顯示像素陣列132。例如，顯示像素陣列132包括具有合適的x和y維度(例如，寬度和長(zhǎng)度)的2d陣列，以顯示希望尺寸的圖像。每個(gè)顯示像素132包括光閥，所述光閥被配置為用于控制光穿其而過的通道。例如，圖像顯示單元120包括lcd面板，并且顯示像素陣列132包括lcd單元格(lcdcell)陣列。每個(gè)lcd單元格被配置為用于打開和關(guān)閉以控制光穿其而過的通道。在一些實(shí)施例中，每個(gè)顯示像素132被分成多個(gè)子像素，每個(gè)子像素與專用顯示顏色分量(例如，紅色、綠色或藍(lán)色)相關(guān)聯(lián)。可以通過使用相鄰的紅色、綠色和藍(lán)色的子像素來生成彩色圖像。在一些實(shí)施例中，準(zhǔn)直光122穿過圖像顯示單元130的顯示像素132以形成圖像像素134。例如，準(zhǔn)直光122穿過圖像顯示單元130的多個(gè)顯示像素132以形成多個(gè)圖像像素134，所述多個(gè)圖像像素協(xié)作地生成可見圖像。在一些實(shí)施例中，圖像顯示單元130包括一個(gè)或多個(gè)偏振層(例如，輸入和輸出偏振器)。

相對(duì)于常規(guī)顯示設(shè)備，在由發(fā)光單元110發(fā)射的光穿過圖像顯示單元120之前使所述光準(zhǔn)直(例如通過將準(zhǔn)直單元120定位在發(fā)光單元與圖像顯示單元之間)可以有助于增加可見圖像的強(qiáng)度或亮度。因此，在一些實(shí)施例中，顯示設(shè)備100包括至少約500cd/m²、至少約600cd/m²、至少約700cd/m²、至少約800cd/m²、至少約900cd/m²、至少約1000cd/m²、至少約1100cd/m²、至少約1200cd/m²、至少約1300cd/m²、至少約1400cd/m²、或至少約1500cd/m²的輸出亮度或照度。

對(duì)比度增強(qiáng)單元140被定位成與圖像顯示單元130相鄰，以使得從圖像顯示單元發(fā)射的光入射到對(duì)比度增強(qiáng)單元上。在一些實(shí)施例中，對(duì)比度增強(qiáng)單元140被配置為對(duì)比度增強(qiáng)片材。對(duì)比度增強(qiáng)片材可以是基本上平坦的或平面的?？商娲兀瑢?duì)比度增強(qiáng)片材可以是非平面的。例如，對(duì)比度增強(qiáng)片材可以是彎曲的、成卷的(例如，成管)、彎折的(例如，在一個(gè)或多個(gè)邊緣處)、或者形成另一非平面構(gòu)型。對(duì)比度增強(qiáng)單元140包括第一主表面142、以及與第一主表面相反的第二主表面144。第一主表面142包括光學(xué)元件陣列146。第二主表面142包括光吸收層148和位于光吸收層中的開口陣列150。開口陣列150對(duì)應(yīng)于光學(xué)元件陣列146。例如，每個(gè)光學(xué)元件146與至少一個(gè)開口150對(duì)準(zhǔn)。

在一些實(shí)施例中，光學(xué)元件146包括如圖1所示的微透鏡。微透鏡被配置為雙凸透鏡(lenticularlens)、球面透鏡、非球面透鏡、另一種合適的透鏡形狀、或其組合。例如，在一些實(shí)施例中，微透鏡被配置為至少部分地跨對(duì)比度增強(qiáng)單元的寬度和/或長(zhǎng)度延伸的雙凸透鏡。在其他實(shí)施例中，微透鏡被配置為圍繞對(duì)比度增強(qiáng)單元的寬度和/或長(zhǎng)度分散的球面透鏡(例如，以二維陣列)。另外或可替代地，開口150具有圓形形狀、矩形形狀、另一種合適的形狀、或其組合。例如，圖2是其中形成有細(xì)長(zhǎng)矩形開口150的光吸收層148的一個(gè)示例性實(shí)施例的前視圖。開口具有至少部分地跨對(duì)比度增強(qiáng)單元的寬度和/或長(zhǎng)度延伸的細(xì)長(zhǎng)矩形形狀。因此，細(xì)長(zhǎng)開口可以與雙凸微透鏡對(duì)準(zhǔn)。圖3是其中形成有圓形開口150的光吸收層148的另一示例性實(shí)施例的前視圖。開口具有圓形形狀并且圍繞對(duì)比度增強(qiáng)單元的寬度和/或長(zhǎng)度分散。因此，圓形開口可以與球形微透鏡對(duì)準(zhǔn)。在各種實(shí)施例中，開口的形狀和/或放置對(duì)應(yīng)于微透鏡的構(gòu)型和/或放置。

盡管將圖1所示的實(shí)施例的光學(xué)元件146描述為包括微透鏡，但是本公開中還包括其他實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，光學(xué)元件包括鏡子。例如，鏡子中的一個(gè)或多個(gè)鏡子被配置為拋物面反射器空腔，其中空腔的嘴部(例如，較寬的端部)面向圖像顯示單元，并且開口與嘴部相反地(例如，在窄端部中)形成通過拋物面反射器空腔并且與光吸收層的對(duì)應(yīng)開口對(duì)準(zhǔn)。

對(duì)比度增強(qiáng)單元140和光單元110被安排成使得光學(xué)元件陣列146被布置在光單元與光吸收層148之間。因此，第一主表面142包括對(duì)比度增強(qiáng)單元140的輸入表面，并且第二主表面144包括對(duì)比度增強(qiáng)單元的輸出表面。穿過圖像顯示單元130的光通過第一主表面142進(jìn)入對(duì)比度增強(qiáng)單元140，并且通過第二主表面144離開對(duì)比度增強(qiáng)單元，以傳送可視圖像以供觀看者觀看。在一些實(shí)施例中，圖像顯示單元130和對(duì)比度增強(qiáng)單元140被安排成使得光學(xué)元件146將圖像像素134聚焦在對(duì)比度增強(qiáng)單元的對(duì)應(yīng)開口150上。例如，由圖像顯示單元130傳送的所述多個(gè)圖像像素134通過光學(xué)元件陣列146聚焦在開口陣列150上，使得圖像像素穿過光吸收層中的開口，以將可見圖像傳送通過光吸收層148供觀看者觀看。

在一些實(shí)施例中，對(duì)比度增強(qiáng)單元140和圖像顯示單元130被安排成使得對(duì)比度增強(qiáng)單元的每個(gè)光學(xué)元件146與圖像顯示單元的至少一個(gè)對(duì)應(yīng)像素對(duì)準(zhǔn)。例如，光學(xué)元件陣列中的光學(xué)元件146的數(shù)量可以與像素陣列中的像素?cái)?shù)量相同，并且光學(xué)元件陣列可以在二維中具有與像素陣列相同的間距，每個(gè)光學(xué)元件與一個(gè)對(duì)應(yīng)的像素對(duì)準(zhǔn)，并且每個(gè)像素與一個(gè)對(duì)應(yīng)的光學(xué)元件對(duì)準(zhǔn)?？商娲兀鈱W(xué)元件陣列中的光學(xué)元件146的數(shù)量可以小于像素陣列中的像素的數(shù)量，使得每個(gè)光學(xué)元件與多于一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素對(duì)準(zhǔn)。例如，雙凸光學(xué)元件可以與像素行對(duì)準(zhǔn)。

盡管將圖1所示的顯示設(shè)備100描述為包括圖像顯示單元130，但是在本公開中還包括其他實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，光單元包括多個(gè)像素，每個(gè)像素包括oled或等離子體單元格。因此，光單元包括發(fā)射光以產(chǎn)生可視圖像的顯示像素。在這樣的實(shí)施例中，光單元被配置為集成光單元和圖像顯示單元，并且可以省略分開的圖像顯示單元(例如，圖1所示的圖像顯示單元130)。在一些這樣的實(shí)施例中，光單元和對(duì)比度增強(qiáng)單元被安排成使得光學(xué)元件將由光單元生成的圖像像素聚焦在對(duì)比度增強(qiáng)單元的對(duì)應(yīng)開口上。例如，由光單元發(fā)射的多個(gè)圖像像素通過光學(xué)元件陣列聚焦在開口陣列上，使得圖像像素穿過光吸收層中的開口，以將可見圖像傳送通過光吸收層供觀看者觀看。

環(huán)境光(例如，來自太陽、室內(nèi)照明或另一光源)可以從觀看側(cè)落在對(duì)比度增強(qiáng)單元140上。換句話說，來自顯示設(shè)備100之外的環(huán)境光可以落在對(duì)比度增強(qiáng)單元140的第二主表面144上。光吸收層148吸收落在開口150之外的光吸收層上的這種環(huán)境光的至少一部分。這樣的環(huán)境光的吸收可以增加顯示設(shè)備100的對(duì)比度(例如，因?yàn)樗盏沫h(huán)境光不干擾作為可視圖像的從對(duì)比度增強(qiáng)單元發(fā)出的光)。因此，開口150所占的面積相對(duì)較小可能是有益的。在一些實(shí)施例中，開口150占據(jù)光吸收層148的表面積的至多約50％、至多約40％、至多約30％、至多約20％、至多約10％、至多約5％、或至多約1％。因此，光吸收層148的大部分表面積被光吸收材料占據(jù)以吸收環(huán)境光并且增加顯示設(shè)備100的對(duì)比度。

在圖1所示的實(shí)施例中，對(duì)比度增強(qiáng)單元140包括基板152。例如，基板152包括玻璃基板。與聚合物基板相比，這樣的玻璃基板可以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的尺寸穩(wěn)定性(例如，由諸如溫度和/或濕度的環(huán)境條件的變化引起的變形減少)。這種改進(jìn)的尺寸穩(wěn)定性可以有助于在變化的環(huán)境條件下保持顯示像素陣列與光學(xué)元件陣列之間的對(duì)準(zhǔn)，這可以即使在其中圖像顯示單元的像素間距和光學(xué)元件的間距不相等時(shí)仍例如幫助防止莫爾(moire)圖案。在其他實(shí)施例中，基板152包括聚合物材料或另一合適的基板材料。樹脂層154被布置在基板152的表面上，并且光學(xué)元件陣列146被形成在樹脂層中。例如，可以使用微復(fù)制工藝、壓花(embossing)工藝或其他合適的成形工藝來形成光學(xué)元件陣列146。在其他實(shí)施例中，光學(xué)元件陣列被直接形成在基板中。例如，可以通過對(duì)基板的表面進(jìn)行機(jī)加工來形成光學(xué)元件陣列。在一些實(shí)施例中，光吸收層148包括被布置在基板152的與光學(xué)元件陣列146相反的表面上的樹脂層。光吸收層148的樹脂包括具有高光學(xué)密度的樹脂材料(例如，黑基質(zhì)樹脂)。在一些實(shí)施例中，基板152包括具有至多約300μm、至多約250μm、至多約150μm或至多約120μm的厚度的玻璃基板。這種薄的玻璃基板可以在不犧牲尺寸穩(wěn)定性的情況下實(shí)現(xiàn)顯示設(shè)備的厚度減小。

在一些實(shí)施例中，所述基板包括多個(gè)基板。例如，基板包括第一基板和第二基板，多個(gè)光學(xué)元件被布置在第一基板的表面上，光吸收層被布置在第二基板的表面上。第一基板和第二基板可以被定位成彼此相鄰，以形成對(duì)比度增強(qiáng)單元，所述對(duì)比度增強(qiáng)單元包括基板，光學(xué)元件和光吸收層被布置在所述基板的相反表面上。

在一些實(shí)施例中，對(duì)比度增強(qiáng)單元包括漫射元件。漫射元件被配置為用于使穿其而過的光散射以增加光的漫射角。例如，漫射元件可以包括光散射材料。圖4是對(duì)比度增強(qiáng)單元240的示例性實(shí)施例的示意圖，其類似于本文參考圖1描述的對(duì)比度增強(qiáng)單元140。在圖4所示的實(shí)施例中，對(duì)比度增強(qiáng)單元240包括被布置在光學(xué)元件146與光吸收層148之間的漫射元件256。例如，漫射元件256被配置為被布置在基板152與光吸收層148之間的漫射層，如圖4所示。圖5是對(duì)比度增強(qiáng)單元340的示例性實(shí)施例的示意圖，其類似于本文參考圖1描述的對(duì)比度增強(qiáng)單元140。在圖5所示的實(shí)施例中，對(duì)比度增強(qiáng)單元340包括被布置在光吸收層148中的一個(gè)或多個(gè)開口150內(nèi)的漫射元件356。例如，一個(gè)或多個(gè)開口150可以用漫射材料填充以在開口內(nèi)形成漫射元件356。在一些實(shí)施例中，如圖5所示，漫射元件356被布置在每個(gè)開口150內(nèi)。漫射元件可以有助于增加顯示設(shè)備的視角。

在一些實(shí)施例中，漫射元件與對(duì)比度增強(qiáng)單元的基板是一體的。例如，基板的表面(例如，在其上形成有光學(xué)元件的表面和/或在其上形成有光吸收層的表面)包括使穿其而過的光漫射的粗糙化表面。因此，漫射元件包括基板的粗糙化表面。

在一些實(shí)施例中，顯示設(shè)備100包括透明蓋160。透明蓋160包括玻璃基板(例如，堿石灰玻璃(sodalimeglass)、堿鋁硅酸鹽玻璃(alkalialuminosilicateglass)、和/或堿鋁硼硅酸鹽玻璃(alkalialuminoborosilicateglass))，聚合物基板(例如，聚碳酸酯)，或另一合適的基板。透明蓋160被布置在顯示設(shè)備100的外表面上。透明蓋160可以包括平面構(gòu)型(例如平坦片材)或非平面構(gòu)型(例如彎曲片材)。在一些實(shí)施例中，透明蓋160包括在透明蓋的外表面上的防眩光(ag)和/或抗反射(ar)涂層。透明蓋160可以包括強(qiáng)化的(例如，熱強(qiáng)化的、機(jī)械強(qiáng)化的、和/或化學(xué)強(qiáng)化的)玻璃，這可以有助于保護(hù)顯示設(shè)備100的其他組件免受劃傷和/或破裂。

圖6是示例性顯示設(shè)備400的示意圖。顯示設(shè)備400類似于參考圖1描述的顯示設(shè)備100。例如，顯示設(shè)備400包括光單元、圖像顯示單元130、以及對(duì)比度增強(qiáng)單元140。光單元包括發(fā)光單元110和準(zhǔn)直單元120。在圖6所示的實(shí)施例中，光單元包括漫射單元424。

在一些實(shí)施例中，發(fā)光單元110包括光源系列114a。光源系列114a被安排成沿第一方向延伸的行。例如，圖6中將第一方向示出為延伸到圖中的x方向。在一些實(shí)施例中，所述行基本上是線性的，如圖6所示。在其他實(shí)施例中，所述行是彎曲的(例如，用于彎曲顯示設(shè)備中)。在一些實(shí)施例中，光源系列114a被配置為包括多個(gè)led或oled的光條。

準(zhǔn)直單元120被布置成與光源系列114a相鄰。例如，準(zhǔn)直單元120基本上平行于所述行延伸。準(zhǔn)直單元120被配置為用于使由光源系列114a發(fā)射的光在基本上垂直于所述行的第二方向上準(zhǔn)直，而基本上不使光在基本上平行于所述行的第一方向上準(zhǔn)直或準(zhǔn)直。準(zhǔn)直光包括在光被準(zhǔn)直的一個(gè)或多個(gè)方向上小于10度的發(fā)散角。例如，圖6中將第二方向示出為y方向。準(zhǔn)直單元120包括與光源系列114a對(duì)準(zhǔn)的準(zhǔn)直透鏡。例如，準(zhǔn)直透鏡包括柱面透鏡、柱面菲涅耳透鏡、另一合適的透鏡、或其組合。在一些實(shí)施例中，準(zhǔn)直單元120與光源系列114a間隔開基本上等于或等于準(zhǔn)直單元的焦距的距離。例如，每個(gè)單獨(dú)光源系列114a的頂表面與準(zhǔn)直單元120之間(例如，在z方向上)的距離基本上等于準(zhǔn)直單元的焦距。

在圖6所示的實(shí)施例中，準(zhǔn)直單元120包括柱面菲涅耳透鏡。圖7是準(zhǔn)直單元520的另一示例性實(shí)施例的示意圖。準(zhǔn)直單元520包括調(diào)節(jié)元件526和準(zhǔn)直元件528。準(zhǔn)直單元520被安排成使得調(diào)節(jié)元件526被布置在光源系列114a與準(zhǔn)直元件528之間。在一些實(shí)施例中，由光源的系列114a發(fā)射的光包括在第二方向上具有基本上朗伯角強(qiáng)度分布的廣角光。在一些實(shí)施例中，在朗伯角強(qiáng)度分布中，沿不同方向行進(jìn)的光功率是不均勻的，而是與到表面(例如，光源表面)法線的角度的余弦成比例的。調(diào)節(jié)元件526被配置為用于將廣角光變換成在與調(diào)節(jié)元件間隔開的參考平面處在第二方向上具有基本上均勻角強(qiáng)度分布的均勻光。將準(zhǔn)直元件定位在參考平面以使得準(zhǔn)直元件被均勻光基本上均勻地照射可能是有益的。例如，調(diào)節(jié)元件526包括柱面透鏡、菲涅耳透鏡(例如，柱面菲涅耳透鏡)、另一合適的透鏡、或其組合。準(zhǔn)直元件528被配置為用于使均勻光在第二方向上準(zhǔn)直。例如，準(zhǔn)直單元528包括柱面透鏡、菲涅耳透鏡(例如，柱面菲涅耳透鏡)、另一合適的透鏡、或其組合。調(diào)節(jié)元件可以幫助準(zhǔn)直元件跨準(zhǔn)直元件的表面均勻地照亮準(zhǔn)直元件，這可以有助于減少可能由光源系列的朗伯輸出引起的由顯示設(shè)備生成的圖像的亮度不均勻的可能性。

圖8是準(zhǔn)直單元620的另一示例性實(shí)施例的示意圖。準(zhǔn)直單元620包括調(diào)節(jié)元件626、準(zhǔn)直元件628、以及聚集元件629。準(zhǔn)直單元620被安排成使得調(diào)節(jié)元件626被布置在光源系列114a與準(zhǔn)直元件628之間，并且聚集元件629被布置在光源系列與調(diào)節(jié)元件之間。聚集元件629被配置為用于將由光源系列114a發(fā)射的朗伯光聚集到調(diào)節(jié)元件626上。例如，聚集元件629包括折射部分629a和反射部分629b。在一些實(shí)施例中，折射部分629a包括將光朝向調(diào)節(jié)元件629引導(dǎo)的透鏡部分。另外或者可替代地，反射部分629b包括用于將光朝向調(diào)節(jié)元件629引導(dǎo)的鏡表面。在一些實(shí)施例中，聚集元件629包括模制折射/反射型準(zhǔn)直器。調(diào)節(jié)元件626被配置為用于將由光源系列114a發(fā)射的朗伯光變換為在第二方向上具有基本上均勻強(qiáng)度分布的均勻光。例如，調(diào)節(jié)元件626包括柱面透鏡、菲涅耳透鏡(例如，柱面菲涅耳透鏡)、另一合適的透鏡、或其組合。準(zhǔn)直元件628被配置為用于使均勻光在第二方向上準(zhǔn)直。例如，準(zhǔn)直單元628包括柱面透鏡、菲涅耳透鏡(例如，柱面菲涅耳透鏡)、另一合適的透鏡、或其組合。聚集元件可以幫助收集由光源系列發(fā)射的光的相當(dāng)大的一部分并且將光引導(dǎo)到調(diào)節(jié)元件。例如，在一些實(shí)施例中，聚集元件被配置為用于收集和/或至少部分地準(zhǔn)直由光源系列發(fā)射的光的多達(dá)約80％。調(diào)節(jié)元件可以幫助準(zhǔn)直元件跨準(zhǔn)直元件的表面均勻地照亮準(zhǔn)直元件，這可以有助于減少由顯示設(shè)備生成的圖像的亮度不均勻的可能性。

盡管圖6-8所示的準(zhǔn)直單元被描述為包括例如柱面透鏡和/或柱面菲涅耳透鏡的一維準(zhǔn)直單元，但本公開中還包括其他實(shí)施例。例如，在其他實(shí)施例中，準(zhǔn)直單元被配置為包括球面和/或非球面菲涅耳透鏡的二維準(zhǔn)直單元。在各種實(shí)施例中，準(zhǔn)直單元的形狀可以對(duì)應(yīng)于對(duì)比度增強(qiáng)單元的光學(xué)元件的形狀。例如，一維準(zhǔn)直單元可以與包括雙凸透鏡的對(duì)比度增強(qiáng)單元一起使用。另外或可替代地，二維準(zhǔn)直單元可以與包括球面和/或非球面透鏡的對(duì)比度增強(qiáng)片材一起使用。

如圖6所示，漫射單元424被布置成與光源系列114a相鄰。例如，漫射單元424被配置為用于使由光源系列發(fā)射的光在基本上平行于行的第一方向(例如x方向)上漫射，而基本上不使光在基本上垂直于所述行的第二方向(例如，y方向)上漫射或漫射。因此，漫射單元424包括一維漫射器。在一些實(shí)施例中，漫射單元包括多個(gè)小的折射元件或反射元件，每個(gè)小的折射或反射元件使光束以零與確定漫射角之間的隨機(jī)角度偏轉(zhuǎn)。如果這樣的角度僅平行于一條軸線，則漫射單元用作一維漫射器。如果這樣的角度形成錐體或錐體的一部分，其中一些角度沿著一條軸線并且一些角度沿著另一垂直軸線，則漫射單元用作二維漫射器。漫射單元可以幫助使顯示設(shè)備的照明均質(zhì)化。例如，漫射器可以經(jīng)工程設(shè)計(jì)為使光沿在一個(gè)方向上準(zhǔn)直、但是使光在另一個(gè)方向上漫射，使得顯示設(shè)備的觀看者將不會(huì)看到由暗空間分隔開的亮線(對(duì)應(yīng)于單獨(dú)光源位置)。

漫射單元424被布置在發(fā)光單元110與對(duì)比度增強(qiáng)單元140之間。例如，漫射單元424被布置在準(zhǔn)直單元120與對(duì)比度增強(qiáng)單元140之間和/或在準(zhǔn)直單元與圖像顯示設(shè)備130之間。在一些實(shí)施例中，如圖6所示，準(zhǔn)直單元120被布置在發(fā)光單元110與漫射單元424之間。這樣的構(gòu)型可以有助于將漫射單元與發(fā)光單元適當(dāng)?shù)亻g隔開，而無需不必要地增加顯示設(shè)備的厚度。

在一些實(shí)施例中，漫射單元424基本上平行于光源系列114a延伸并且與光源系列間隔開。例如，光源系列114a包括第一光源和第二光源，所述第二光源被布置成與第一光源直接相鄰并且與第一光源間隔開距離x(例如，在x方向上)。漫射單元424與光源系列114a間隔開距離z(例如，在z方向上)。為了使漫射單元在實(shí)現(xiàn)亮度均勻性方面是有效的，漫射角應(yīng)當(dāng)大于從漫射器位置可見的單獨(dú)光源之間的間隙的角度大小。例如，漫射單元424包括滿足以下公式的漫射角θ：θ>arctan(x/z)。

盡管圖6中所示的漫射單元被描述為在一個(gè)方向上漫射光的一維漫射單元，但是本公開中還包括其他實(shí)施例。例如，在其他實(shí)施例中，漫射單元被配置為二維漫射單元，所述二維漫射單元被配置為在兩個(gè)垂直方向上漫射光。在各種實(shí)施例中，漫射單元的形狀可以對(duì)應(yīng)于對(duì)比度增強(qiáng)單元的光學(xué)元件的形狀和/或準(zhǔn)直單元的形狀。例如，一維漫射單元可以與包括多個(gè)雙凸透鏡的對(duì)比度增強(qiáng)單元和/或與一維準(zhǔn)直單元一起使用。另外或可替代地，二維漫射單元可以與包括多個(gè)球形和/或非球面透鏡的對(duì)比度增強(qiáng)片材和/或與二維準(zhǔn)直單元一起使用。

在一些實(shí)施例中，顯示設(shè)備400包括多個(gè)光源系列。例如，在圖6所示的實(shí)施例中，顯示設(shè)備400包括與光源系列114a直接相鄰的第二光源系列114b。第二光源系列114b被安排成第二行。第二系列114b的第二行與系列114a的行間隔開。在一些實(shí)施例中，第二系列114b的第二行基本上平行于系列114a的行。因此，第二系列114b的第二行在第一方向上延伸。系列114a和/或第二系列114b的單獨(dú)光源彼此間隔開，使得光源沿著顯示設(shè)備130的長(zhǎng)度和/或?qū)挾仁欠稚?例如，均勻分散)的。在一些實(shí)施例中，系列114a和第二系列114b包括相同數(shù)量的單獨(dú)光源。在圖6所示的實(shí)施例中，顯示設(shè)備400包括與第二系列114b直接相鄰的第三光源系列114c、與第三系列114c直接相鄰的第四光源系列114d、以及與第四系列114d直接相鄰的第五光源系列114e。每個(gè)光源系列被安排成行。在一些實(shí)施例中，這些行基本上彼此平行。另外或可替代地，直接相鄰行之間的間隔基本上是恒定的。

在一些實(shí)施例中，顯示設(shè)備400包括多個(gè)準(zhǔn)直單元。例如，在圖6所示的實(shí)施例中，顯示設(shè)備400包括與每個(gè)光源系列相鄰布置的準(zhǔn)直單元。因此，由每個(gè)光源系列發(fā)射的光被如本文參照光源系列114b和準(zhǔn)直單元120所描述的對(duì)應(yīng)準(zhǔn)直單元準(zhǔn)直和/或漫射。在一些實(shí)施例中，如圖6所示，多個(gè)準(zhǔn)直單元是單一準(zhǔn)直片材的相鄰部分?？梢允褂梦?fù)制工藝、壓花工藝或其他合適的成形工藝來形成這樣的單一準(zhǔn)直片材。

在一些實(shí)施例中，如圖6所示，漫射單元424包括漫射片材。這樣的漫射片材可以被布置成與多個(gè)光源系列相鄰，以漫射如本文所描述的多個(gè)光源系列中的每個(gè)光源系列發(fā)射的光。

雖然將顯示設(shè)備400描述為包括被安排成五行的五個(gè)光源系列，但是在本公開中還包括其他實(shí)施例。在其他實(shí)施例中，顯示設(shè)備包括被安排成行的確定數(shù)量(例如，一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、六個(gè)或更多個(gè))的光源系列。每個(gè)光源系列包括確定數(shù)量(例如，兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè))的單獨(dú)光源。在一些實(shí)施例中，對(duì)比度增強(qiáng)單元的光學(xué)元件的焦距除以準(zhǔn)直單元的焦距等于或約等于對(duì)比度增強(qiáng)單元的開口的尺寸除以光單元的光源的尺寸。這樣的關(guān)系可以用于確定光源的數(shù)量和/或放置。

在一些實(shí)施例中，光單元包括被布置在光源系列的任一端部的端壁。例如，端壁在光源系列的每個(gè)端部基本垂直于光源系列延伸。在一些實(shí)施例中，端壁包括反射內(nèi)表面(例如，面向顯示設(shè)備內(nèi))。這樣的反射內(nèi)表面可以將光反射到顯示設(shè)備中，以避免在顯示設(shè)備的邊緣處降低亮度的區(qū)域。

雖然本文描述了一維設(shè)計(jì)和二維設(shè)計(jì)兩者，但是在一些應(yīng)用中，一維設(shè)計(jì)可能是有利的。例如，一維設(shè)計(jì)可以相對(duì)較不復(fù)雜地制造(例如，作為顯示設(shè)備的各個(gè)組件之間的較簡(jiǎn)單的光學(xué)器件和/或較不嚴(yán)格的對(duì)準(zhǔn)公差的結(jié)果)。另外或可替代地，一維漫射單元可以使入射光的光學(xué)相位“加擾(scrambling)”，這可以有助于防止在光穿過一組等距開口之后另外產(chǎn)生的強(qiáng)空間不均勻性的干擾。

圖9是示例性顯示設(shè)備700的示意圖。顯示設(shè)備700類似于參考圖1描述的顯示設(shè)備100和參考圖6描述的顯示設(shè)備400。例如，顯示設(shè)備700包括光單元、圖像顯示單元130、以及對(duì)比度增強(qiáng)單元140。光單元包括發(fā)光單元110和準(zhǔn)直單元120。

在一些實(shí)施例中，發(fā)光單元110包括一個(gè)或多個(gè)光源。例如，在圖9所示的實(shí)施例中，發(fā)光單元110包括光導(dǎo)716和一個(gè)或多個(gè)光源，所述一個(gè)或多個(gè)光源被定位成將光注入光導(dǎo)的邊緣中。在一些實(shí)施例中，光導(dǎo)716被配置為導(dǎo)光片材。光導(dǎo)716被配置為引導(dǎo)注入到所述邊緣中的光并且從光導(dǎo)的至少一個(gè)表面發(fā)射光。光導(dǎo)716包括玻璃基板、聚合物基板、空氣間隙、或另一合適的導(dǎo)光裝置。在一些實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)光源被配置為包括與光導(dǎo)的邊緣相鄰布置的多個(gè)led或oled的光條。

在一些實(shí)施例中，發(fā)光單元110包括反射式漫射單元718。反射式漫射單元718被配置為用于在光導(dǎo)716的一個(gè)表面處反射和漫射光，并且將所反射和漫射的光朝向光導(dǎo)的相反表面引導(dǎo)。例如，在圖9所示的實(shí)施例中，反射式漫射單元718包括基板，所述基板被布置成與光導(dǎo)716的第一表面相鄰以反射和漫射從第一表面發(fā)射的光并且將所反射和漫射的光朝向與第一表面相反的第二表面引導(dǎo)到光導(dǎo)中。在其他實(shí)施例中，光導(dǎo)的第一表面可以用作反射式漫射單元。例如，涂覆和/或表面處理(例如，表面粗糙化)可以應(yīng)用于光導(dǎo)的第一表面以用作反射式漫射單元。在一些實(shí)施例中，光導(dǎo)的第一表面涂覆有反射涂層(例如，白色或鏡面涂層)和/或被粗糙化以用作反射式漫射單元。反射式漫射單元可以有助于增加朝向光導(dǎo)的第二表面引導(dǎo)以被發(fā)射的光量，以生成用于由觀看者觀看的圖像。

在一些實(shí)施例中，發(fā)光單元110包括亮度增強(qiáng)單元719。亮度增強(qiáng)單元719被配置為用于在光導(dǎo)716的一個(gè)表面處收集光并且將光引導(dǎo)離開光導(dǎo)。例如，在圖9所示的實(shí)施例中，亮度增強(qiáng)單元719包括與光導(dǎo)716的第二表面相鄰布置的亮度增強(qiáng)膜。因此，光導(dǎo)716被布置在反射式漫射單元718與亮度增強(qiáng)單元719之間。亮度增強(qiáng)單元719包括亮度增強(qiáng)膜(bef)、雙亮度增強(qiáng)膜(dbef)、或另一合適的亮度增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

準(zhǔn)直單元120被布置成與發(fā)光單元110相鄰。準(zhǔn)直單元120被配置為用于使由發(fā)光單元110發(fā)射的光在至少一個(gè)方向上準(zhǔn)直。在圖9所示的實(shí)施例中，準(zhǔn)直單元120類似于對(duì)比度增強(qiáng)單元140，但如下所述地進(jìn)行了修改。例如，準(zhǔn)直單元120包括第一主表面742、以及與第一主表面相反的第二主表面744。第一主表面742包括光學(xué)元件陣列746。光學(xué)元件陣列746可以如本文中關(guān)于光學(xué)元件陣列146所述的那樣進(jìn)行配置。在一些實(shí)施例中，光學(xué)元件陣列746包括準(zhǔn)直透鏡(例如，柱面透鏡、菲涅耳透鏡、柱面菲涅耳透鏡、或其組合)的陣列。第二主表面744包括光反射層748和位于光反射層中的開口陣列750。光反射層748包括反射材料(例如，白色或鏡面層)。開口陣列750可以如本文中關(guān)于開口陣列150所述的那樣進(jìn)行配置。開口陣列750對(duì)應(yīng)于光學(xué)元件陣列746。例如，每個(gè)光學(xué)元件746與至少一個(gè)開口750對(duì)準(zhǔn)。相比于對(duì)比度增強(qiáng)單元140，準(zhǔn)直單元120是顛倒的。例如，準(zhǔn)直單元120被布置成與發(fā)光單元110相鄰，使得從發(fā)光單元發(fā)射的光入射在準(zhǔn)直單元的第二表面148上。因此，第二表面148包括入口表面，并且第一表面744包括出口表面。準(zhǔn)直單元120和發(fā)光單元110被安排成使得光反射層748被布置在發(fā)光單元與光學(xué)元件陣列746之間。

在圖9所示的實(shí)施例中，開口陣列包括在第一方向上延伸的細(xì)長(zhǎng)開口陣列，并且光學(xué)元件陣列746包括在第一方向上延伸的雙凸透鏡陣列。因此，第一方向與細(xì)長(zhǎng)開口的長(zhǎng)度和/或雙凸透鏡的縱向軸線對(duì)準(zhǔn)。從光導(dǎo)716的第二表面發(fā)射的光接觸準(zhǔn)直單元120的第二表面744。在光反射層748的開口處接觸第二表面744的光穿過光反射層，以被光學(xué)元件聚焦并且朝向圖像顯示單元130和/或?qū)Ρ榷仍鰪?qiáng)單元140引導(dǎo)。接觸第二表面744的剩余光被光反射層748反射到光導(dǎo)716中。因此，光可以被再循環(huán)到光導(dǎo)716中，直到允許通過準(zhǔn)直單元120的開口。準(zhǔn)直單元120被配置為用于使從光導(dǎo)716發(fā)射的光準(zhǔn)直(例如，通過迫使光通過相對(duì)較窄的開口)。另外或可替代地，亮度增強(qiáng)單元719可以幫助確保僅適當(dāng)?shù)钠翊┻^開口。如本文所描述的具有細(xì)長(zhǎng)開口和雙凸透鏡的準(zhǔn)直單元120被配置為用于使光在第二方向上(例如，垂直于開口和雙凸透鏡)準(zhǔn)直，而使光不在第一方向上(例如，平行于開口和雙凸透鏡)準(zhǔn)直。因此，準(zhǔn)直單元120可以被配置為一維準(zhǔn)直單元。由于圖9所示的發(fā)光單元110包括反射式漫射單元718，可以使由準(zhǔn)直單元120發(fā)射的光在第一方向上漫射，而不使用附加的漫射單元。

盡管光學(xué)元件陣列146和光學(xué)元件陣列746在圖9中被示出為具有相同的間距，但是本公開中還包括其他實(shí)施例。在其他實(shí)施例中，光學(xué)元件陣列可以具有相同或不同的間距、相同或不同的形狀、以及相同或不同的尺寸。盡管開口陣列150和開口陣列750在圖9中被示出為具有相同的間距，但是本公開中還包括其他實(shí)施例。在其他實(shí)施例中，開口陣列可以具有相同或不同的間距、相同或不同的形狀、以及相同或不同的尺寸。

本文所描繪的不同實(shí)施例的各種組件可以彼此組合使用。例如，圖9所示的準(zhǔn)直單元120可以與圖6所示的光單元110一起使用。另外或可替代地，圖6所示的準(zhǔn)直單元120可以與圖9所示的光單元110一起使用。另外或可替代地，圖4所示的對(duì)比度增強(qiáng)單元240或圖5所示的對(duì)比度增強(qiáng)單元340可以與圖6所示的準(zhǔn)直單元120或圖9所示的準(zhǔn)直單元120和圖6所示的光單元110或圖9所示的光單元110一起使用。

在一些實(shí)施例中，一種用于生成可由觀看者直接觀看的圖像的方法包括：發(fā)射光；使光在第二方向上準(zhǔn)直，而使光不在垂直于第二方向的第一方向上準(zhǔn)直；以及使光在第一方向上漫射，而使光不在第二方向上漫射。在一些實(shí)施例中，所述發(fā)射光包括發(fā)射在第二方向上具有基本上朗伯強(qiáng)度分布的朗伯光，并且所述方法進(jìn)一步包括在使光在第二方向上準(zhǔn)直之前將朗伯光變換為在第二方向具有基本上均勻強(qiáng)度分布的均勻光。在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將光聚焦到光吸收層的開口陣列上，以便由觀看者直接觀看。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下可以進(jìn)行各種修改和變化。因此，本發(fā)明不受限制，除了所附權(quán)利要求及其等同物之外。