CN105393294A - 可拼合显示装置 - Google Patents

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CN105393294A CN201480041030.5A CN201480041030A CN105393294A CN 105393294 A CN105393294 A CN 105393294A CN 201480041030 A CN201480041030 A CN 201480041030A CN 105393294 A CN105393294 A CN 105393294A
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Abstract

一种显示装置包括屏幕层、照明层和显示层。屏幕层用于在屏幕层的观察侧上向观察者显示整合图像。照明层包括光源的阵列，且阵列中的每个光源被构造成发射具有有限角扩展的发散投影光束。显示层设置在屏幕层和照明层之间。显示层包括像素集的矩阵和设置在该矩阵中的像素集之间的间隔区域。光源的阵列定位成发射具有有限角扩展的发散投影光束，以将由像素集显示的子图像投影到屏幕层的背侧上成为放大子图像。放大子图像组合以形成基本上无缝的整合图像。

Description

可拼合显示装置
与相关申请的横向参考
本申请基于35U.S.C.§119(e)的规定要求2013年7月19日提交的美国临时申请第61/856,458号和2013年12月31日提交的美国非临时申请第14/144,998号的优先权。
技术领域
本申请总地涉及显示器，并尤其是但非排它地涉及可拼合(tileable)显示器。
背景技术
大型显示器由于制造显示面板的成本与显示面积成指数增长而非常昂贵。这种指数的成本增长是由大型单片(monolithic)显示器的复杂性增加、与大型显示器相关联的生产率下降(对于大型显示器而言，更多部件必须是无缺陷的)以及增加的运输、传送和设置成本造成的。拼合较小的显示面板以形成较大的多面板显示器能够有助于降低与大型整片显示器相关的很多成本。
将多个较小的、不太昂贵的显示面板拼合到一起能够实现大型多面板显示器，其可以用作大型墙壁显示器。每个显示面板所显示的单个图像可以构成由该多面板显示器共同显示的较大的整体图像的子部分。虽然多面板显示器能够降低成本，但是在视觉上其具有大的缺陷。尤其是，围绕显示器的边框区域在由多面板显示器显示的整体图像中带来接缝或裂缝。这些接缝使观察者分心并降低了整体视觉体验。此外，当很多高分辨率显示器被用于实现大型多面板显示器时，整体图像处于极其高分辨率，这对于向极其高分辨率显示器驱动图像内容(尤其是视频)来说，产生带宽和处理挑战。
附图说明
参照附图描述本发明的非限制性且非穷尽的实施方式，其中相同的附图标记在各个视图中表示相同的部件，除非另有说明。
图1A-1C示出根据本公开的实施方式的显示装置，该显示装置包括设置在屏幕层和照明层之间的显示层。
图2示出根据本公开的实施方式的通过屏幕层至显示层看到的显示装置的半透明平面图。
图3示出根据本公开的实施方式的拼合到一起以形成拼合显示器的多于一个的显示装置。
具体实施方式
在此描述可拼合显示器的装置和系统的实施方式。在下面的描述中，陈述多种特定细节，以提供实施方式的全面理解。但是，本领域技术人员将认识到在此描述的技术能够在没有一个或多个特定细节的情况下、或利用其它方法、部件、材料等实施。在其它情况下，众所周知的结构、材料或操作没有详细示出或描述以避免使某些方面模糊不清。
贯穿这个说明书对“一个实施方式”或“实施方式”的称谓意味着结合实施方式描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中。因而，在整个说明书中在各个地方，短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”的出现并不必全部指代相同的实施方式。此外，特定的特征、结构或者特性可以按照任何适当的方式在一个或多个实施方式中结合。
图1A-1C示出根据本公开的实施方式的显示装置101，该显示装置101包括设置在屏幕层110和照明层130之间的显示层120。图1A示出照明层130包括阵列光源131、132、133、134、135和136。光源阵列中的每个光源照射相应的像素集(pixelet)以将像素集的子图像投影到屏幕层110上成为整合图像。在图1A所示的实施方式中，每个像素集包括布置成行和列(例如100像素乘100像素)的透射式像素阵列。
图1B包括用于更详细讨论显示装置101的额外附图标记。图1B也示出包括光源131、132、133、134、135和136的照明层130。在所示的实施方式中，每个光源设置在照明层130的共同平面上。在一个实施方式中，每个光源是激光器。在一个实施方式中，每个光源是从相对小的发射开口发射光的发光二极管(“LED”)。例如，可以使用具有150-300微米的发射开口的LED。LED可以发射白光。可以使用其它技术作为光源。在一个实施方式中，每个光源是从由至少一个其它光源共享的光整合腔(lightintegrationcavity)发射光的开口。
显示层120包括像素集121、122、123、124、125和126的矩阵。在所示的实施方式中，像素集的矩阵中的每个像素集在显示层120的共同平面上取向。像素集可以是液晶显示器(“LCD”)，该液晶显示器可以是彩色LCD或单色LCD。像素集可以利用其它空间光调制器技术。在一个实施方式中，每个像素集是通过间隔区域128在显示层120上隔开的独立显示阵列。在一个实施方式中，每个像素集测量为20×20mm。图1B示出像素集121-126的2×3矩阵。矩阵内的每个像素集之间的节距可以是相同的。换言之，一个像素集的中心和其相邻像素集的中心之间的距离可以是相等距离。在所示的实施方式中，光源阵列中的每个光源与像素集具有一一对应关系。例如，光源131对应于像素集121，光源132对应于像素集122，光源133对应于像素集123，等等。而且，在所示的实施方式中，每个光源在其各自的相应像素集之下居中。
每个光源131-136被构造成发射具有有限角扩展的发散投影光束147，该发散投影光束147被指向显示层120中的特定相应像素集，如图1C所示。在实施方式中，发散投影光束147可以基本上成形为锥形(圆形开口)或颠倒的金字塔(矩形/方形开口)。额外的光学器件可以设置在光源阵列中的每个光源上以限定从光源发射的发散投影光束147的有限的角扩展(例如，20-70度)和/或横截面形状。额外的光学器件(包括折射性的和/或衍射性的光学器件)也可以增加在发散投影光束147中的显示光的亮度均匀性，使得入射在给定像素集中的每个像素上的发散投影光束147的强度基本上类似。
在一些实施方式(图1C中未示出)中，来自不同光源的发散投影光束147可以在显示层120的背侧上重叠在间隔区域128上。在一些实施方式中，每个像素集仅通过来自其相应的光源的一个发散投影光束被直接照射，该光源可以大概是点光源。在某些实施方式中，来自非相应光源的非常小的百分比的光会由于来自非相应光源的发散投影光束147的未被吸收反射而间接入射在像素集上。间隔区域128和照明层130可以涂有光吸收涂层(本领域中是已知的)，以减少来自非相应光源的反射最终入射在与该光源不对应的像素集上。光源的有限角扩展可以被设计成确保发散投影光束147仅直接照射与特定光源相应的像素集。相反，传统LCD技术利用具有大致朗伯(Lambertian)光分布的灯(例如，LED或冷阴极荧光灯)和漫射滤光器，以试图产生用于从后面照亮LCD面板的均匀漫射光。
返回参照图1B，显示层120还包括围绕像素集121-126的间隔区域128。在图1B中，像素集126邻近像素集123和125。像素集126与像素集125间隔开尺寸162并且与像素集123间隔开尺寸164。在一些实施方式中，尺寸162和164可以被认为是“内部间隔”并且是相同的距离。像素集126还与显示层120的边缘间隔开尺寸161和163。在一些实施方式中，尺寸161和163可以被认为是“外部间隔”并且是相同的距离。在一个实施方式中，尺寸161和163是尺寸162和164的距离的一半。在一个示例中，尺寸161和163都是2mm，而尺寸162和164都是4mm。在所示的实施方式中，像素集之间的内部间隔显著大于包括在每个像素集内的像素的像素节距(像素之间的间隔)。
间隔区域128包含背板区域，该背板区域包括用于驱动像素集中的像素的像素逻辑。显示装置101的架构的一个潜在优点是增加用于背板区域内的额外电路的空间。在一个实施方式中，背板区域用于像素内存储器(memory-in-pixel)逻辑。导致该像素存储器可以允许每个像素被单独刷新，而非在每个刷新间隔(例如，60帧每秒)刷新一行内的每个像素。在一个实施方式内，背板区域用于辅助成图处理。当显示装置101用于高分辨率大格式显示器时，额外的图像处理能力将对于图像信号处理，例如将图像分成由像素集显示的子图像来说是有用的。在另一实施方式中，背板区域用于嵌入图像传感器。在一个实施方式中，背板区域包括用于感测显示装置环境内的3D场景的红外图像传感器。
在操作中，来自光源(例如，光源131)的发散投影光束147内的显示光朝向其相应的像素集(例如，像素集121)传播。每个像素集驱动它们的像素以在像素集上显示子图像，使得传播经过像素集的显示光包括由像素集显示的子图像。由于光源从小开口产生发散投影光束147，并且发散投影光束147具有有限的角扩展，所以显示光中的子图像随着它进一步远离像素集而变大。因此，当显示光(包括子图像)遇到屏幕层110时，子图像的放大版本被投影到显示层110的背侧上。
屏幕层110从像素集121-126偏移固定距离166，以允许子图像随着显示光(在发散投影光束147内)从驱动子图像的像素集进一步传播而变大。因此，固定距离166将是子图像的放大率多大的一个分量。在一个实施方式中，固定距离166是2mm。在一个实施方式中，由像素集121-126产生的每个子图像被放大1.5x。在一些实施方式中，由每个像素集121-126产生的每个子图像被放大1.05至1.25x。偏移固定距离166可以通过利用透明的中间件(例如，玻璃或塑料层)实现。在一个实施方式中，屏幕层110由适于后投影的不光滑(matte)材料制成，该不光滑材料被涂覆到透明衬底上，该透明衬底提供偏移固定距离166。
屏幕层110的背侧与屏幕层110的观察侧112相对。屏幕层110可以由漫射屏幕制成，该漫射屏幕通过散射来自每个像素集121-126的发散投影光束147(包括子图像)内的显示光而在屏幕层110的观察侧112上呈现整合图像。屏幕层110可以类似于后投影系统中使用的那些。
图2示出根据本公开的实施方式的透过屏幕层110至显示层120看到的显示装置101的半透明平面图。图2示出显示装置如何能够利用由光源131-136以及它们相应的像素集121-126产生的放大子图像192来产生整合图像193。在图2中，像素集124产生子图像191，该子图像(利用来自光源134的发散投影光束147中的显示光)被投影到屏幕层110上，成为放大的子图像192。虽然未示出，但是每个像素集121、122、123、125和126也可以将与放大子图像192相同尺寸的放大子图像投影到屏幕层110上。这五个放大子图像与放大子图像192组合，以形成整合图像193。并且，由于放大子图像的几何对准将在放大子图像之间实际上不留间隙(如果有的话)，整合图像193将被观察者观察为无缝的。图2示出在屏幕层110的背侧上的放大子图像横向组合以形成整合图像193。子图像的放大允许整合图像到达屏幕层110的边缘，同时显示层120和照明层130仍可以包括机械边框，该机械边框为电连接提供刚性和支撑，该机械边框在显示装置101的观察者的视线之外。
在图2中，放大子图像将各自为相同尺寸并且可以是方形形状的。为了产生相同尺寸的放大子图像，显示层120和其像素集121-126可以从光源131-136偏移固定尺寸165(如图1中所示)。在一个实施方式中，尺寸165是8mm。虽然图1A-1C并未示出层110、120和130之间的中间层，但是应该理解的是，实施方式可以包括各种中间光学和结构层，如透镜阵列、光学偏移和透明衬底，以提供机械刚性。
图3示出根据本公开的实施方式的显示装置101和301拼合到一起以形成拼合显示器300。拼合显示器300显示整体图像，该整体图像是显示装置101所投影的整合图像(例如，整合图像193)和显示装置301投影的整合图像的组合。在图3中，显示装置301基本上与显示装置101相同，但是使用不同附图标记以用于讨论。要理解的是，显示装置101可以与其它显示装置以模块化方法拼合到一起以构建拼合显示器300。在一个实施方式中，自愈性(self-healing)粘合剂施加在屏幕层110和屏幕层310之间。该粘合剂将混合屏幕层110和屏幕层310，以隐藏在拼合显示器300内的屏幕层110和310之间的容易察觉的接缝。在一个实施方式中，自愈性粘合剂由聚合物制成。
在一个实施方式中，单片(monolithic)屏幕层设置在显示层120和320之上，使得屏幕层没有接缝。具有适当的机械夹具的单片屏幕层可以尺寸确定为多个显示装置101的共同拼合布置(例如，2×2、3×3、4×4)。
在图3中，尺寸167与尺寸162是相同距离。这保持像素集126和324之间的节距，如图所示。因此，由光源334和像素集324产生的放大子图像的边缘在几何上与由光源136和像素集126产生的放大子图像的边缘对准。类似地，由光源331和像素集321产生的放大子图像的边缘在几何上与由光源133和像素集123产生的放大子图像的边缘对准。以这种方式，投影在屏幕层310上的整合图像与投影在屏幕层110上的整合图像对准，成为拼合显示器300显示的整体图像。
由于每个显示装置101和301的放大子图像(并因此整合图像)在屏幕层110/310上在它们的边缘处对准，所以整体图像的像素节距和密度能够保持相同，甚至在显示装置101和301联接到一起的位置处也保持相同。由此，在传统拼合显示器在两个显示层联接到一起处具有分散注意力(distracting)的边框的情况下，拼合显示器300可以具有不可察觉的接缝，因为近乎无接缝的视觉整合的整合图像作为拼合显示器300上的整体图像。
可以理解的是，与显示装置101相同的第三和第四显示装置可以加入到拼合显示器300中，以形成更大的拼合显示器，该更大的拼合显示器是显示装置101的2×2矩阵并且更大的显示器可以具有与关于拼合显示器300所解释的相同的潜在优点。当然，也可以形成大于2×2矩阵的显示器。
在一些实施方式(未示出)中，机械结构可以加入到每个显示装置101中，以有助于额外显示装置的正确物理对准。在一个实施方式中，有助于功率和图像信号的电连接器被包括在显示装置101中，以有助于利用显示装置101的拼合显示器的模块化构造。
上面解释的过程在计算机软件和硬件方面描述。所描述的技术可以构成嵌入在可触摸或非瞬态机器(例如，计算机)可读存储介质内的机器可执行指令，该指令在由机器执行时将使得机器执行所描述的操作。另外，该过程可以在硬件内实施，诸如专用集成电路(“ASIC”)或其它硬件。
可触摸非瞬态机器可读存储介质包括任何机构，该机构以机器(例如，计算机、网络装置、个人数字助理、制造工具、具有一组一个或多个处理器的任何装置等)可访问的形式提供(即，存储)信息。例如，机器可读存储介质包括可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存装置等)。
本发明的所示出的实施方式的上述描述，包括在摘要中描述的那些，不意在是穷尽性的或将本发明限制为所公开的精确形式。虽然在此为了说明目的描述了本发明的特定实施方式和示例，但是在本发明的范围内，各种变形都是有可能的，如本领域技术人员将认识到的。
这些变形可以鉴于上述详细描述而对本发明做出。随后的权利要求中使用的术语不应解释为将本发明限制于在说明书中公开的特定实施方式。而是，本发明的范围将完全通过随后的权利要求书限定，这将根据权利要求解释的所建立的法律原则来理解。

Claims (20)

1.一种显示装置，包括：
屏幕层，所述屏幕层用于在与所述屏幕层的背侧相反的所述屏幕层的观察侧上向观察者显示整合图像；
具有光源的阵列的照明层，其中，所述阵列中的每个光源被构造成发射具有有限角扩展的发散投影光束；以及
设置在所述屏幕层和所述照明层之间的显示层，所述显示层包括：
像素集的矩阵；以及
设置在所述矩阵中的所述像素集之间的间隔区域，其中，所述光源的阵列定位成发射具有有限角扩展的发散投影光束以将由所述像素集显示的子图像投影在所述屏幕层的背侧上成为放大子图像，所述放大子图像组合以形成基本上无缝的整合图像。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述像素集从所述光源的阵列中的所述光源偏移第二固定距离。
3.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述矩阵中的每个相邻像素集之间的内部间隔是第一尺寸。
4.如权利要求3所述的显示装置，其中，所述显示层的边缘和所述像素集的边缘之间的外部间隔是第二尺寸，所述第二尺寸是所述第一尺寸的一半。
5.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述光源的阵列中的每个光源与所述像素集的矩阵中的相应像素集具有一一对应关系。
6.如权利要求5所述的显示装置，其中，所述阵列中的每个光源在其相应像素集之下居中。
7.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述间隔区域的至少一部分包括背板区域，所述背板区域包括用于驱动所述像素集中的像素的像素逻辑。
8.如权利要求7所述的显示装置，其中，所述像素逻辑包括像素内存储器。
9.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述光源的阵列中的光源是激光器或发光二极管中的至少一种。
10.如权利要求1所述的显示装置，其中，额外的光学器件设置在所述光源的阵列中的光源之上，以限定所述发散投影光束的有限角扩展。
11.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述矩阵中的每个像素集定位成从所述光源的阵列中的相应光源接收具有有限角扩展的发散投影光束，但是未定位成从所述光源阵列中的除了所述相应光源之外的光源接收发散投影光束。
12.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述像素集从所述屏幕层偏移固定距离。
13.如权利要求1所述的显示装置，其中，在所述显示层的背侧上的放大子图像横向组合以形成整合图像。
14.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述发散投影光束基本上成形为倒金字塔形。
15.一种多面板显示器，包括：
多个可拼合显示器，布置为形成所述多面板显示器，每个可拼合显示器包括：
屏幕层，所述屏幕层用于在与所述屏幕层的背侧相对的所述屏幕层的观察侧上向观察者显示整合图像；
具有光源的阵列的照明层，其中所述阵列中的每个光源被构造成发射具有有限角扩展的发散投影光束；以及
设置在所述屏幕层和所述照明层之间的显示层，所述显示层包括：
像素集的矩阵；以及
设置在所述矩阵中的像素集之间的间隔区域，
其中，所述光源的阵列定位成发射具有有限角扩展的发散投影光束，以将由所述像素集显示的子图像投影在所述屏幕层的背侧上成为放大子图像，所述放大子图像组合以形成基本上无缝的整合图像，
其中，来自每个可拼合显示器的整合图像组合以形成由所述多面板显示器显示的整体图像。
16.如权利要求15所述的多面板显示器，其中，所述光源的阵列中的每个光源与所述像素集的矩阵中的相应像素集具有一一对应关系。
17.如权利要求16所述的多面板显示器，其中，所述阵列中的每个光源在其相应像素集之下居中。
18.如权利要求15所述的多面板显示器，其中，所述矩阵中的每个像素集定位成从所述光源的阵列中的相应光源接收具有有限角扩展的发散投影光束，但是没有定位成直接从所述光源的阵列中的除了所述相应光源之外的光源接收发散投影光束。
19.如权利要求15所述的多面板显示器，其中，所述显示层的背侧上的放大子图像横向组合以形成整合图像。
20.如权利要求15所述的多面板显示器，其中，额外的光学器件设置在所述光源的阵列中的光源之上，以限定所述发散投影光束的有限角扩展。
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