CN104254883B - 具有闪耀减少表面的多色像素化显示 - Google Patents

Abstract

提供一种多色像素化显示器，其中闪耀减少表面包括定位于图像显示元件和显示表面之间的微米级衍射元件。更具体地，依据本公开的一个实施例，提供包括图像显示元件和透明显示盖的多色像素化显示器。图像显示元件包括被分成多个与相应的专用显示颜色分量相关联的显示子像素的显示像素的阵列。透明显示盖包括易受刻划的显示表面和闪耀减少表面。闪耀减少表面定位于沿像素化显示器的光路的图像显示元件和显示表面之间且与图像显示元件隔开光学距离D。闪耀减少表面包括微米级衍射元件。

Description

具有闪耀减少表面的多色像素化显示

本申请涉及于2011年5月27日提交的美国临时申请No.61/490,706(案卷号No:SP11-106)，但并未要求对其的优先权。本申请根据35USC§119要求2011年11月17日提交的美国临时申请No.61/561,011的优先权权益，本申请基于其内容并通过引用将其内容而整体结合于此。

背景

本公开涉及像素化显示器以及，更具体地，涉及用于像素化显示器的闪耀减少技术。

诸如液晶显示(LCD)和有机发光二极管(OLED)之类的像素化显示器被广泛用于各种信息、通讯、以及娱乐设备。显示“闪耀”通常是不受欢迎的副作用，其可发生于当显示表面被划伤、弄脏、或以其它方式被刻划时，并典型表现为亮、暗、和/或带色颗粒或斑点，大约在像素级的大小尺度，其图案典型表现为随视角的改变而移动。

简要概述

根据本公开的主题，提供多色像素化显示器，其中包括微米级衍射元件的闪耀减少表面被定位于图像显示元件和显示表面之间。

更具体地，依据本公开的一个实施例，提供包括图像显示元件和透明显示盖的多色像素化显示器。图像显示元件包括被分成多个与相应的专用显示颜色分量相关联的显示子像素的显示像素的阵列。透明显示盖包括易被刻划的显示表面以及闪耀减少表面。该闪耀减少表面沿着像素化显示器的光路被定位于图像显示元件和显示表面之间并与图像显示元件隔开光学距离D。闪耀减少表面包括微米级衍射元件。

依据本公开的另一个实施例，图像显示元件包括以像素间距x排列并被分成多个与相应的专用显示颜色分量相关联的显示子像素的显示像素的阵列。个体显示像素的显示子像素与专用显示颜色分量相关联，其中之一位于大约490nm和大约570nm之间的波长λ_G。闪耀减少表面包括由衍射周期T表征的微米级衍射元件，衍射周期T近似为如下关系式

其中

附图中若干视图的简要描述

当结合下面的附图阅读时，本公开的特定实施例的如下详细描述可被更好地理解，其中相似的结构用相似的附图标记表示，并且在其中：

图1示出依据本公开的一个实施例的像素化显示器；

图2示出依据本公开的另一个实施例的像素化显示器；以及

图3示出依据本公开用于像素化显示器的闪耀减少表面的周期性衍射元件的有利取向。

详细描述

依据本公开的一个实施例的多色像素化显示10在图1中示出，包括图像显示元件20和与图像显示元件20隔开的透明显示盖30。

图像显示元件20包括显示像素阵列，每个像素被分成多个与相应的专用显示颜色分量相关联的显示子像素。例如，图3示出实施例，其中显示像素阵列的每个像素沿X方向分成3个子像素，分别用于显示的红(R)、绿(G)、和蓝(B)颜色分量。在像素化显示器(如LCD显示器或类似的显示器)中，彩色图像通常是通过使用相邻的红(R)、绿(G)、和蓝色(B)子像素来创建。这些子像素在X方向上大约是像素尺寸(或间距)的三分之一，且在Y方向上与像素的尺寸相同。作为这种类型的几何形状的结果，单一颜色的图像会构成间隙大约为像素尺寸的2/3的子像素。这个像素间的间隙导致在由多个像素生成的图像内引起某种程度的闪耀。如果没有像素间的间隙存在或被观众所感知，闪耀就不容易被观察到。

那些本领域的技术人员将意识到，本公开包括与图3所示不同的像素和子像素的几何形状。其它像素几何形状包括，但不限于：不同尺寸的子像素，例如，蓝色子像素是红色和绿色子像素的两倍来补偿蓝光源的低亮度；非矩形的子像素；具有多于3个子像素的像素，包括非标准颜色的子像素，例如，RGB加白色；其中具有进一步细分的子像素；以及被排列在具有比图3中所示更复杂的几何形状的配置中的子像素。

透明显示盖30包括易受刻划的显示表面32和闪耀减少表面34。举例来说，而不是通过限制的方式，该显示表面可以包括钠钙玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、碱铝硼硅酸盐玻璃、或它们的组合的涂覆或无涂覆玻璃基板35的表面。在其它实施例中，该显示盖30包括聚合物材料(例如，但不限于，聚碳酸酯板或类似物)的透明板。透明显示盖30可以是平板或三维板，例如，弯曲板。

在一个实施例中，显示表面包括形成在玻璃基板35上的防眩光表面36，以通过减少环境光的镜面反射来加强显示器的可视性。这样的防眩光表面典型地通过提供某种粗糙度的显示盖30以在特定角度上扩散表面反射光来形成。这可以例如通过施加具有粗糙表面或纹理的膜或通过粗糙化基板的原生表面来实现。

闪耀减少表面34沿着像素化显示器的光路定位于图像显示元件20和显示表面32之间，且与图像显示元件隔开光学距离D,其相当于物理距离d乘以物理距离d所跨越的区域的光学折射率。

闪耀减少表面34由微米级衍射元件38形成，出于本公开的目的，微米级衍射元件38的特点是微米、几十微米、或几百微米量级的衍射周期。该衍射元件38可与玻璃基板35一体地形成，或可包括添加到玻璃基板35上的组件，且为根据衍射法则改变光的光学元件。例如，而不是通过限制的方式，在一些实施例中，衍射元件38包括周期性光栅或纹理。可以预期的是，衍射元件38可包括通过填充在像素化显示器内子像素之间的空隙来减少闪耀的周期性光栅、准周期性光栅、非周期性光栅、或随机相位图案。也可预期的是，光栅可是正弦或方形。

像素化显示器10的每个子像素R、G、B被复制到对应于衍射元件38的-1、0、+1阶衍射的3个图像中，三个图像优选地幅度相等以保持显示的均匀性。那些复制图像沿着所述X轴(图1)移动等于下式(一阶近似)的幅度或位移：

△x＝Dtanθ

其中θ＝λ/T，dx是横向位移，D是从像素到衍射元件38的光学距离，θ是衍射角，λ是波长，以及T是衍射周期。因此，给定按像素间距x排列的显示像素阵列，衍射元件38可被配置成定义衍射周期T，周期T近似为如下关系式：

其中Δx表示所需的像素图像移位而λ_G表示目标颜色分量。典型地，λ_G将代表视觉光谱的绿色部分，即，介于大约490nm和大约570nm之间，因为，如发明人所意识到的，人眼对这个波段内的闪耀最敏感(在白图像内大约70％的亮度由绿色子像素产生)。此外，发明人已经意识到，在很多情况下，所需的像素图像移位Δx应近似为如下关系式

△x≌(a±10％)x

其中a表示在波长λ_G处的专用显示颜色分量的近似占空因数。

对于与图3示意性示出相似的像素化显示器，其中沿X方向的像素占空因数大约是33％，所需的像素图像移位Δx将典型地近似为如下关系式

更普遍地，注意到衍射元件影响通过透明显示盖30所看到的图像的分辨率，并且闪耀减少应与像素模糊平衡，可以预见的是衍射光栅周期T可选择为提供稍大于或稍小于(即，在±10％内)1/3像素尺寸x的像素图像移位Δx，以便平衡闪耀减少和模糊。优选的衍射元件典型地由介于约5微米和约50微米间的衍射周期T来表征。当周期性结构具有大于三阶衍射时，过高阶衍射必须具有比中央阶更高的幅度，以便实现相同的均匀图像扩散。

对于具有三阶衍射的光栅，一些对应于不同类型显示器的典型光栅周期列于表1。光栅周期是按530nm波长λ计算的。

在高分辨率显示器中，例如，像素尺寸为大约75μm，对绿色来优化显示系统的参数并假定光学距离D为3mm，对应于63.8μm光栅周期，衍射角为8.3mRd(0.48度)。假定折射率n＝1的空气间隙在像素化显示器间且衍射元件包括周期性正弦光栅，粗糙度的最佳幅度为0.48μm，其对应于相对较浅的表面轮廓，即，光栅振幅大约是光栅周期的百分之一。

在其它实施例中，衍射元件可包括随机相位图案。随机相位图案可具有截止频率，使得漫射角能量分布是矩形分布，其衍射锥等于像素尺寸除以从像素到闪耀减少表面的光学距离D。

尽管在此描述的各种实施例主要涉及通过表面纹理化得到的衍射元件，但是可以预期的是，依据本公开的衍射元件也可包括具有主体散射特性的组件。例如，衍射元件可包括透明基板的部分，其中透明基板的折射率已被更改(例如通过用掩模对玻璃基板进行离子交换)来创建折射率的局部变化。当光传播通过基板时，那些局部变化将相位调制引入光波，从而产生类似表面纹理化的衍射效果。

图3也示出了依据本公开的定向衍射元件的优选方式。具体而言，图3示出多色像素化显示器，其中显示子像素R、G、B被排列在显示器的相应像素内以限定各向异性显示器，即，具有沿着X方向的分数颜色分量占空因数和沿着Y方向的接近100％的颜色分量占空因数的显示器。对于各向异性显示器，可预期的是，闪耀减少表面的衍射元件将优选地包括特征为沿X方向隔开的光栅周期的衍射光栅，如图3示意性示出。在这种配置里，可实现最大程度的闪耀减少而不会损失过多图像分辨率。

图2示出一个附加实施例，其中像素化显示器10'进一步包括与闪耀减少表面34接触的部分折射率匹配介质40。例如，部分折射率匹配介质40可包括从闪耀减少表面34延伸到显示元件20的环氧树脂。部分折射率匹配介质40选择为具有部分匹配衍射元件38的折射率以便在闪耀减少表面和显示元件的表面上消除菲涅尔(Fresnel)反射。部分折射率匹配介质40具有不同于衍射元件38的折射率，但限定足够低以衰减菲涅尔反射的折射率对比度。同时，折射率对比度足够大以将闪耀减少表面34的粗糙度幅度保持在合理水平。对于0.05的折射率对比度，例如，菲涅尔反射的幅度大约是0.04％，且对于正弦波和方形光栅，理想的光栅振幅分别是4.8μm和3.4μm。给定20μm到40μm的数量级上的相对较大的周期，这样的振幅对于光栅制造工艺(如微刻、浮雕、复制等)是可实现的。例如，可预期的是部分折射率匹配介质40和透明显示盖30的闪耀减少表面34可限定介于大约0.02和大约0.3之间的折射率对比度以及大约0.03％的数量级的反射系数。

参照图1的扩展部分，在本公开的一些实施例里，优选设计衍射元件38，使得衍射元件深度b和衍射元件的折射率n₁被选择成使得在反射的相位调制幅度Φ_R近似为给定目标波长(即，介于大约490nm和大约570nm的之间的波长λ_G)的整数倍，其中

Φ_R＝2n₁b

通过这样做，衍射元件可被定制成限制图像降级散射光的幅度同时仍旧保持闪耀减少表面34的有益效果。

值得注意的是，本文中对本公开的组件被以特定方式“配置”成以特定方式具体化特定属性或功能的叙述是结构性叙述，而不是预期用途的叙述。更具体地，在本文中对“配置”组件的方式的引用表示该组件的现有物理条件，并且如此将被视为对该部件的结构特征的明确叙述。

值得注意的是，如“优选”、“通常”、和“典型”之类的术语当在此使用时，并非用来限定所要求保护的发明的范围或暗示某些特征对于所要求保护的发明的结构或功能而言是关键的、必要的、或甚至是重要的。相反，这些术语仅旨在标识出本公开的实施例的特定方面或强调可能会或可能不会被用于本公开的特定实施例的替代或附加特征。

出于对本公开进行描述和限定的意图，值得注意的是，术语“约”和“大约”在本文中用于表示固有不确定度，其可能归因于任何定量比较、值、度量、或其他表示。术语“约”和“大约”在此也被用来表示定量表示可从规定基准改变而不导致所讨论主题的基本功能改变的程度。

已经通过参考其具体实施例详细描述了本公开的主题，值得注意的是，在此公开的各种细节不应被视为暗示这些细节涉及在此描述的各种实施例的基本组分元素，即使在伴随本描述的每个附图中示出特定的元素的情况下。相反，所附的权利要求应被视为本公开的广度和本文所描述的各种公开的相应范围的唯一表示。进一步地，显而易见的是，在不背离所附的权利要求限定的本发明的范围的情况下，修改和变化是可能的。更具体地，尽管本公开的一些方面在本文中确定为优选的或特别有利的，可以预期的是，本公开不必局限于这些方面。

值得注意的是，所附权利要求的一个或多个使用了术语“其特征在于/其中”作为过渡语。出于限定本发明的目的，值得注意的是，此术语被引入权利要求中作为开放式的过渡性短语，其用于引入一系列的结构特征的叙述，并应以与更通用的开放式引导术语“包括”类似的方式被解释。

Claims (16)

1.一种包括图像显示元件和透明显示盖的多色像素化显示器，其中：

所述图像显示元件包括显示像素阵列，每个显示像素被分成多个与相应的专用显示颜色分量相关联的显示子像素，其中给定颜色分量的子像素跨越多个显示像素形成所述给定颜色分量的子像素阵列；

所述透明显示盖包括易受刻划的显示表面和闪耀减少表面；

所述闪耀减少表面定位于沿像素化显示器的光路的图像显示元件和显示表面之间并与图像显示元件隔开光学距离D；

所述闪耀减少表面包括微米级衍射元件，所述微米级衍射元件包括在至少一个方向上、在显示表面处大于子像素的尺寸并小于或等于显示像素阵列的间距x的距离X₁上扩散由子像素发出的能量的纹理，其中所述子像素的尺寸大约是间距x的三分之一，使得并且

其中所述衍射元件由介于大约5微米和大约50微米之间的衍射周期T表征。

2.如权利要求1所述的多色像素化显示器，其特征在于，相应子像素阵列具有沿着显示像素阵列根据线性方向变化的线性占空因数，其中所述线性占空因数被测量或计算，且其中所述线性占空因数的变化包括沿着给定线性方向的最小线性占空因数，且其中由子像素发出的能量优先地在所述给定线性方向上扩散。

3.如权利要求1-2中任一项所述的多色像素化显示器，其特征在于：

所述显示像素阵列以像素间距x排列；

专用显示颜色分量之一的波长λ_G介于大约490nm和大约570nm之间；

所述衍射元件由近似为如下关系式的衍射周期T表征：

$T={\mathrm{\λ}}_G/{\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}x}{D}$

其中

D为从像素到衍射元件的光学距离，以及

x为像素间距，

Δx是所需的像素图像移位。

4.如权利要求3所述的多色像素化显示器，其特征在于，所述衍射元件由衍射周期T表征，其中Δx＝(1/3±10％)x。

5.如权利要求3所述的多色像素化显示器，其特征在于，所述衍射元件由衍射周期T表征，其中且a表示在波长λ_G处的专用显示颜色分量的近似占空因数。

6.如权利要求1所述的多色像素化显示器，其特征在于：

所述显示子像素排列在相应像素内，以限定具有沿X方向的分数颜色分量占空因数的各向异性显示器；以及

所述闪耀减少表面的衍射元件包括由沿X方向隔开的光栅周期表征的衍射光栅。

7.如权利要求1所述的多色像素化显示器，其特征在于：

所述显示子像素排列在相应像素内，以限定具有沿X方向的分数颜色分量占空因数的各向异性显示器；以及

所述闪耀减少表面的衍射元件包括沿X方向隔开的周期性衍射元件。

8.如权利要求1所述的多色像素化显示器，其特征在于，所述显示器进一步包括与闪耀减少表面接触且沿光路定位在图像显示元件和透明显示盖之间的部分折射率匹配介质。

9.如权利要求8所述的多色像素化显示器，其特征在于，所述部分折射率匹配介质和透明显示盖的闪耀减少表面限定了介于约0.02和约0.3之间的折射率对比度以及约0.03％量级的反射系数。

10.如权利要求1所述的多色像素化显示器，其特征在于：

所述闪耀减少表面的衍射元件包括深度为b的周期性衍射元件；以及

所述衍射元件深度b和衍射元件的折射率n₁被选择成使得反射内的相位调制幅度Φ_R近似为介于大约490nm和大约570nm之间的波长λ_G的整数倍，其中

Φ_R＝2n₁b。

11.如权利要求1所述的多色像素化显示器，其特征在于，所述衍射元件包括随机相位图案。

12.如权利要求11所述的多色像素化显示器，其特征在于，所述随机相位图案限定截止频率，所述截止频率被选择成使得所述衍射元件的漫射角度能量分布为具有等于像素尺寸除以光学距离D的衍射锥的矩形分布。

13.一种多色像素化显示器，包括图像显示元件和透明显示盖，其中：

所述图像显示元件包括以像素间距x排列并被分成多个与相应的专用显示颜色分量相关联的显示子像素的显示像素的阵列；

个体显示像素的显示子像素与专用显示颜色分量相关联，专用显示颜色分量之一的波长λ_G介于大约490nm和大约570nm之间；

所述透明显示盖包括易受刻划的显示表面和闪耀减少表面；

所述闪耀减少表面定位于沿像素化显示器的光路的图像显示元件和显示表面之间，并与图像显示元件隔开光学距离D；

所述闪耀减少表面包括由近似为如下关系式的衍射周期T表征的微米级衍射元件，

$T={\mathrm{\λ}}_G/{\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}x}{D}$

其中

Δx是所需的像素图像移位。

14.如权利要求13所述的多色像素化显示器，其特征在于：

所述显示子像素排列在相应像素内，以限定具有沿X方向的分数颜色分量占空因数的各向异性显示器；以及

所述闪耀减少表面的衍射元件包括沿X方向隔开的周期性衍射元件。

15.如权利要求13所述的多色像素化显示器，其特征在于，所述显示器进一步包括与闪耀减少表面接触且沿光路定位在图像显示元件和透明显示盖之间的部分折射率匹配介质，以及其中在反射中的相位调制幅度Φ_R近似为介于大约490nm和大约570nm之间的波长λ_G的整数倍，其中

Φ_R＝2*(n₂-n₁)b，

其中，b是衍射元件深度，n₁是部分折射率匹配介质的折射率，以及n₂是衍射元件的折射率。

16.如权利要求15所述的多色像素化显示器，其特征在于，所述部分折射率匹配介质和透明显示盖的闪耀减少表面限定了介于约0.02和约0.3之间的折射率对比度以及约0.03％量级的反射系数。