CN105684067A - 具有周边放大的无缝可铺设显示器 - Google Patents

Abstract

一种可铺设显示面板包括屏幕层、显示层和照明层。显示层包括多个透射像素，以将整合图像共同投射到屏幕层的背侧上。布置在显示层的周边区域内的透射像素具有比布置在显示层的中央区域内的透射像素更小的透射孔径。照明层产生灯光以照明显示层的背侧。照明层被耦接以产生入射到显示层的背侧上的灯光，其中在周边区域中的入射到显示层的背侧的灯光具有比在中央区域中的入射到显示层的背侧上的灯光更大的发散度。

Description

具有周边放大的无缝可铺设显示器

技术领域

本发明总地涉及光学显示器，并尤其但不专门涉及光学显示器的无缝铺设(tiling)。

背景技术

大型墙壁显示器(walldisplay)由于制造显示面板的成本随着单体(monolithic)显示面积呈指数上升而会是令人却步地昂贵。成本的这种呈指数上升源自于大型单体显示器的增加的复杂性、与大型显示器相关联的生产率的下降(对于大型显示器而言更大数量的部件必须是无缺陷的)，并且增加的运输、传送和设置成本。铺设较小的显示面板以形成较大的多面板显示器可以帮助减少与大型单体显示器相关联的很多成本。

图1A和图1B图示了将多个较小、不那么昂贵的显示面板100铺设到一起如何能够实现可以用作大型墙壁显示器的大型多面板显示器105。每个显示面板100显示的单独的图像可以构成由多面板显示器105共同显示的较大的整体复合图像的子部分。虽然多面板显示器105能够降低成本，但其在视觉上有主要缺点。每个显示面板100包括围绕其周边的边框110。边框110是容纳其中布置显示像素的像素区域115的机械结构。近年来，制造商已经将边框110的厚度相当可观地减小到了小于2mm。然而，即使这些薄边框，镶边(trim)对于裸眼来说仍非常明显、分散观看者的注意力以及以其它方式有损整体视觉体验。

附图说明

参照附图描述本发明的非限制性且非穷尽性实施例，图中相同的参考标记贯穿各个视图中表示相同的零件，除非另有所指。附图不必是按比例的，而是重点放在图示所描述的原理。

图1A和图1B图示了传统显示面板铺设；

图2A是图示根据本公开的实施例的可铺设显示面板的功能层的透视图；

图2B是根据本公开的实施例的两个可铺设显示面板的功能层的横截面视图，其中每个可铺设显示面板包括漫射辐射器模块和近点源辐射器；

图3是图示根据本公开的实施例的可铺设显示面板的显示层上的周边像素集和中央像素阵列的平面图；

图4是根据本公开的实施例的两个可铺设显示面板的功能层的横截面视图，其中每个可铺设显示面板包括漫射辐射器模块和利用光导实现的近点源辐射器；

图5是根据本公开的实施例的两个可铺设显示面板的功能层的横截面视图，其中每个可铺设显示面板包括用于背光的单个漫射辐射器模块；

图6是根据本公开的实施例的两个可铺设显示面板的功能层的横截面视图，其中每个可铺设显示面板包括单个漫射辐射器模块和连续光调节层。

具体实施方式

在此描述具有周边放大的无缝可铺设显示器的系统和设备的实施例。在下面的描述中，许多特定细节被陈述以提供对实施例的全面理解。然而，相关领域技术人员将认识到，在此描述的技术能够在没有这些特定细节中的一个或多个的情况下或利用其它方法、部件、材料等来实践。在其它实例中，公知的结构、材料或操作没有详细示出或描述以避免模糊某些方面。

遍及本说明书，对“一个实施例”或“实施例”的提及意思为联系该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。从而，遍及本说明书的各个地方，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不必都指代相同的实施例。此外，特定的特征、结构或特征可以按照任何适当方式在一个或多个实施例中组合。

图2A和2B图示了根据本公开的实施例的可铺设显示面板200，其包括漫射辐射器模块(diffuseradiatormodule)和近点源辐射器(near-point-sourceradiator)。图2A是图示可铺设显示面板200的功能层的透视图，而图2B是并排对齐以形成多面板显示器的两个可铺设显示面板200的横截面视图。可铺设显示面板200的所图示实施例包括照明层205、显示层210和屏幕层215。照明层205包括漫射辐射器模块220、近点源辐射器225、光调节层230(图2B)、透镜元件235(图2B)和边框壳体237(图2B)。光调节层230、透镜元件235和边框壳体237在图2A中省略，并且仅在图2B中图示，以便不模糊图2A中的其它特征。显示层210的所图示实施例包括中央像素层240和周边像素集(pixelet)245，中央像素层240和周边像素集彼此由间隔区域250分隔开。

在操作过程中，照明层205产生灯光，该灯光照明显示层210的背侧。显示层210包括中央像素阵列240和周边像素集245，它们都是透射型显示像素的阵列，如液晶显示器。像素集245和像素阵列240将图像投射到屏幕层215的背侧上，屏幕层215是哑光(matte)材料，如漫射性背面投射屏幕(diffusiverear-projectionscreen)。每个像素集245将分开的子图像246投射到屏幕层215上，同时像素阵列240将子图像247投射到屏幕层215上。子图像246和247对齐并且无缝地一起混合成屏幕层215上的整合图像(unifiedimage)。在一个实施例中，中央像素阵列240类似于周边像素集245，但是包括更大数量的透射像素(即，更大的阵列)，并且在一些实施例中，也包括具有更大透射孔径的透射像素。

照明层205和显示层210彼此分隔开固定距离H1(例如，8mm)。这个分离可以利用透明中介物(例如，玻璃或塑料层)和光学元件(例如，透镜、光学薄膜、孔径、光束约束器等)实现，以控制或操纵从近点源辐射器225和漫射辐射器模块220发射的灯光的角度范围和横截面形状。在一个实施例中，照明控制器被包括在照明层205内并耦接到近点源辐射器225和漫射辐射器模块220，以控制他们的亮度和/或色度。

周边像素集245由近点源辐射器225照明。近点源辐射器225可以实现为独立光源(例如，彩色或单色LED、量子点、小发射孔径等)，该独立光源以限定的角扩展或锥形发射光，以充分照明驻留在显示层210上方的其对应像素集245。透镜元件235可以被包括在近点源辐射器225与相对应的像素集245之间，以进一步控制灯光的发散度和横截面形状。例如，每个透镜元件235可以利用具有限定的孔径尺寸和形状的折射微透镜实现，以控制光锥的横截面形状。从近点源辐射器225发射的灯光的发散性质为周边像素集245投射的子图像246提供放大。屏幕层215可以利用透明衬底从显示层210偏移(距离H2)，以实现期望的放大因数(例如，1.5或其它)。这个放大横向扩展了子图像246以从可铺设显示面板200的前侧上的视角看来其与边框壳体237和间隔区域250重叠并覆盖它们。因此，如图2B中所图示的，可铺设显示面板200可以与相邻可铺设显示面板200对齐并且紧密配合，以形成可察觉接缝很小或不存在的可变尺寸的更大型的多面板显示器。通过在边框壳体237内包括通信端口，可铺设显示面板能够通信地互连，以共同显示多面板图像。

在所图示的实施例中，漫射辐射器模块220在中央像素阵列240下方对齐。漫射辐射器模块220是大型单体光源，它产生漫射的朗伯(Lambertian)光，该光在照明中央像素层240的下侧之前通过光调节层230准直。漫射辐射器模块220可以利用漫射器或漫射光导来实现，该漫射器或漫射光导可以经由一个或多个LED或其它光源边缘照明或背面照明。

光调节层230操作以准直从漫射辐射器模块220发射的漫射光。这样，入射到中央像素阵列240上的背光基本上不发散并因此子图像247基本上不扩展或放大。为了确保整合图像不扭曲并且投射到屏幕层215上的图像像素在子图像246和子图像247之间尺寸一致，在一个实施例中，中央像素阵列240的透射像素具有比像素集245内的透射像素更大的透射孔径。该尺寸偏差被选择以抵消从近点源辐射器225输出的发散灯光所赋予的放大。

如本领域中已知的，光调节层230可以利用多种不同技术来实现。在一个实施例中，光调节层230可以实现为微透镜的阵列。在另一实施例中，光调节层230可以实现为具有嵌入式微结构的薄膜，如垂直对齐的微纤维的阵列(例如，熔融纤维束的薄横截面切片)。该薄膜可以包括其它特征，如用于提高效率的在微纤维的进入孔径之间的底侧的反射性涂层和/或用于吸收非垂直对齐的光的微纤维的表面的内侧上的光吸收涂层。当然，其它多层薄膜或光学结构可以用于准直从漫射辐射器模块220输出的漫射光。

像素集245以及从近点源辐射器225发射的发散光的使用利于隐藏边框壳体237和间隔区域250，而这二者都可以用于将隐藏的电子器件定位在可铺设显示面板200内。间隔区域250大于像素阵列240或像素集245的像素间分离节距(pitch)，并且甚至能够足够大到用来定位各种电子器件。例如，放大的子图像246可以被扩展以隐藏2mm的边框镶边和/或将相邻像素集245分离开来的4mm的间隔区域250。这样，并入可铺设显示面板200的设计中的像素集245的数量越多，能够隐藏的空间越大。然而，每个像素集245创建分开的子图像246，分开的子图像246必须对齐到其相邻的子图像，其亮度和色度必须被校准以与其相邻的子图像混合，并且在操作过程中的校准漂移应该保持在公差之内或者被主动监视并平衡。这样，增加独立光源以及分开的像素阵列的数量具有与为了跨整合图像实现无缝且均匀的图像质量的对齐和校准相关联的增加成本。由于边框壳体237仅围绕可铺设显示面板200的周边存在，因此仅需要围绕周边对像素放大以隐藏边框壳体237。因此，在所图示的实施例中，通过利用被较小子图像246围绕的较大中央子图像247，子图像246的数量被减少。较大中央子图像247然后能够利用单个均匀背光模块和公共像素阵列产生，由此减少了要跨可铺设显示面板200对齐和校准的独立子图像的数量。

图3是图示根据本公开的实施例的周边像素集245和中央像素阵列240在显示层300上的演示性布局的平面图。显示层300是图2A和2B中所图示的显示层210的一种可能的实现方式。如所图示的，周边像素集245被布置在显示层300的周边区域中，并且围绕布置在显示层300的中央区域中的中央像素阵列240。

显示层300图示了像素集245的像素具有比中央像素阵列240的像素更小的透射孔径。在像素集245中的像素的较小尺寸补偿了相对于照明中央像素阵列240的经准直灯光的照明像素集245的发散灯光所赋予的放大因数。虽然图3仅图示了两个不同的像素尺寸，其中周边区域中的像素集245的像素相对于中央区域中的中央像素阵列240的像素之间具有陡峭的变化，但是在其它实施例(未图示)中，像素尺寸可以跨显示层210的表面连续变化，其中尺寸随着像素从显示面板300的中央移出而逐渐减小。

虽然图3图示了十六个像素集245，其中每个像素集245实现为围绕中央像素阵列240的3×3的透射像素阵列，中央像素阵列240实现为8×8的透射像素阵列，但是应该领会的是，图3仅仅是演示性的并且并不旨在作为示意性表示。实际的实现方式可以包括每个像素集实现为100×100个像素的透射像素阵列的像素集245，而中央像素阵列240可以实现为在10000×1000个像素量级的透射像素阵列。类似地，各种实施例可以包括沿着显示面板300的给定侧布置的一列或一行像素集245。像素集245和中央像素阵列240不需具有方形尺度，而是形状可以是矩形。当然，可以实现其它尺寸和布局。

图4是根据本公开的实施例的两个可铺设显示面板400的功能层的横截面视图，其中每个显示面板包括漫射辐射器模块405和利用光导415实现的近点源辐射器410。可铺设显示面板400除了下述对照明层401的改变以外类似于上述可铺设显示面板200。尤其，照明层410利用小发射孔径的光导415而非独立光源来实现近点源辐射器410。

光导415从漫射辐射器模块405向外分出(route)到居中定位在每个像素集245下方的位置，在该点处，光被向上朝显示层210上的像素集245转移。从光导415发出的光可以利用成一定角度放置的镜子、通过弯曲光导415的端部使得它们的发射孔径面朝上、通过在光导415的顶侧上在适当位置处形成发射孔径或者以其它方式来向上转移。如所图示的，光导415引出(tapinto)漫射辐射器模块405产生的光。在本设计中，均匀的色度是固有的。控制光导415的发射孔径的固定尺寸提供了一种对从近点源辐射器410发射的灯光的发散的粗略控制，而对发散的进一步控制能够通过透镜元件235来实现。通过将光导415的发射孔径设计为足够小，它们类似于近点源辐射器，使得入射到像素集245内的给定像素的背侧上的光对于该像素而言局部接近准直。换言之，入射到像素集的给定位置上的光仅源自于单个方向。点源辐射器或近点源辐射器的这种局部接近准直性质保留了投射到屏幕层215上的图像质量。

图5是根据本公开的实施例的两个可铺设显示面板500的功能层的横截面视图，其中每个可铺设显示面板500包括用于背光的单个漫射辐射器模块505。可铺设显示面板500除了下述对照明层510的改变以外类似于上述可铺设显示面板200。照明层510的所图示实施例包括漫射辐射器模块505和光调节层510。光调节层510的所图示实施例包括中央部分515、周边部分520和遮光(blackout)区域525。

漫射辐射器模块505和光调节层510在显示层210的中央区域和周边区域二者下方延伸。漫射辐射器模块505产生用于照明整个显示层210的灯光。这提供了用于从背部照明整个显示层210的均匀光特性。漫射辐射器模块505发射漫射灯光，该漫射灯光入射到光调节层510的中央部分515上。光调节层510的中央部分515操作，以准直该漫射灯光，如以上所讨论的。相反，周边部分520不完全准直从漫射辐射器模块505发射的灯光，而是将光转变成一系列近点源，其中一个近点源在每个像素集245下方，具有限定的发射度以向像素集245提供放大。在一个实施例中，漫射辐射器模块505包括小发射孔径，其中每个发射孔径在相应的像素集245下方对齐。这些发射孔径从漫射辐射器模块505内产生的漫射灯光释放发散光。周边部分520可以利用用于操纵这种光的发散的已知技术制造。在其它实施例中，光调节层510的周边部分520从漫射灯光产生发散的近点源光。遮光区域525将光调节层510的周边部分520与中央部分515分离开，以为通过像素集245投射的发散光提供空间，以将其扩展到屏幕层215上。

图6是根据本公开的实施例的两个可铺设显示面板600的功能层的横截面视图，其中每个可铺设显示面板600包括单个漫射辐射器模块和连续光调节层。可铺设显示面板600的所图示实施例每个包括照明层605、显示层610和屏幕层215。照明层605的所图示实施例包括漫射辐射器模块505和光调节层615。显示层610的所图示实施例包括连续像素阵列620。

可铺设显示面板600类似于可铺设显示面板500，除了与具有不同像素尺寸的不同的周边像素集和中央像素阵列相比，连续像素阵列620的像素尺寸和间隔逐渐改变。因此，在连续像素阵列620内的透射像素的透射孔径尺寸从显示层610的中央区域到显示层610的周边区域在尺寸上逐渐减小。由于连续像素阵列620具有逐渐改变的像素结构，因此光调节层615也具有逐渐改变的结构，以将从漫射辐射器模块发射的漫射灯光转变成入射到连续像素阵列620的中央区域上的准直光以及入射到连续像素阵列620的周边区域上的发散光，所述发散光在像素粒度水平(pixellevelofgranularity)局部准直。光调节层615可以通过以下方式实现：利用以上针对光调节层描述的结构，但是通过具有从其中心径向向外逐渐改变的结构，以在中间提供完全准直光且在周边附近提供发散光。光调节层615的逐渐改变的性质以补偿显示层610中逐渐改变的像素尺寸的比率变化，使得投射到屏幕层215上的像素图像跨屏幕层215保持尺寸基本恒定。

以上对本发明所图示实施例的描述，包括在摘要中描述的在内，并不意在是穷尽性的或将本发明限制于所公开的精确形式。虽然在此出于说明的目的描述了本发明的特定实施例及其示例，但是本领域技术人员将会认识到，在本发明的范围内，各种修改是可能的。

鉴于以上详细描述可以对本发明做出这些修改。在所附权利要求中使用的术语不应被诠释为将本发明限制于说明书中公开的特定实施例。而是，本发明的范围完全由所附权利要求确定，其要根据所确立的权利要求解释的原则来诠释。

Claims (21)

1.一种可铺设显示面板，包括：

屏幕层，整合图像被从背侧投射到该屏幕层上；

显示层，其包括多个透射像素，以将整合图像共同投射到所述屏幕层的背侧上，其中布置在所述显示层的周边区域内的透射像素具有比布置在所述显示层的中央区域内的透射像素更小的透射孔径；以及

照明层，其产生灯光以照明所述显示层的背侧，其中所述照明层被耦接以产生入射到所述显示层的背侧上的灯光，其中在所述周边区域中的入射到所述显示层的背侧上的灯光具有比在所述中央区域中的入射到所述显示层的背侧上的灯光更大的发散度。

2.如权利要求1所述的可铺设显示面板，其中，入射到所述周边区域上的灯光的发散度通过布置在周边区域内的透射像素的较小透射孔径来平衡，使得投射到所述屏幕层的背侧上的图像像素跨屏幕层从中心到周边基本上尺寸均匀。

3.如权利要求1所述的可铺设显示面板，其中，所述照明层包括：

漫射辐射器模块，其被居中布置在照明层上，以向所述显示层的中央区域发射漫射灯光；以及

光调节层，其被布置在漫射辐射器模块与显示层之间，以在所述漫射灯光入射到所述显示层的中央区域之前准直所述漫射灯光。

4.如权利要求3所述的可铺设显示面板，其中，所述照明层还包括：

多个近点源辐射器，其围绕所述照明层、周边布置在漫射辐射器模块的周围，以向所述显示层的周边区域发射发散灯光。

5.如权利要求4所述的可铺设显示面板，其中，所述照明层还包括：

多个透镜元件，所述多个透镜元件被布置在所述近点源辐射器与所述显示层之间，所述透镜元件中的每一个被布置在所述近点源辐射器中的相应近点源辐射器上方以调整所述发散灯光的发散度和横截面形状。

6.如权利要求4所述的可铺设显示面板，其中，所述近点源辐射器包括光导的发射孔径，该光导被耦接以从漫射辐射器模块引出灯光，其中所述光导从所述漫射辐射器模块分出。

7.如权利要求3所述的可铺设显示面板，其中，所述漫射辐射器模块在所述显示层的中央区域和周边区域二者下方延伸，且其中所述光调节层在所述中央区域和周边区域二者下方延伸，所述光调节层包括：

中央部分，其在漫射灯光入射到所述显示层的中央区域上之前准直所述漫射灯光；以及

周边部分，其操纵所述漫射灯光以使其具有特定发散度。

8.如权利要求7所述的可铺设显示面板，其中，所述光调节层还包括：

布置在所述中央部分与所述周边部分之间的遮光区域。

9.如权利要求3所述的可铺设显示面板，其中，所述显示层还包括：

间隔区域，其被布置在周边区域与中央区域之间，以将周边区域的透射像素与中央区域的透射像素分离开偏移距离，所述偏移距离大于所述中央区域的透射像素之间的像素间分离节距。

10.如权利要求3所述的可铺设显示面板，

其中，所述漫射辐射器模块和光调节层在所述显示层的中央区域和周边区域二者下方延伸；

其中，所述显示层包括连续像素阵列，并且所述透射像素的透射孔径从所述显示层的中央区域向周边区域逐渐变小，并且

其中，所述光调节层包括连续光调节层，所述连续光调节层从在中央区域中的准直到在周边区域中的发散逐渐改变入射到显示层的背侧上的灯光的发散度。

11.如权利要求1所述的可铺设显示器，还包括：

围绕所述照明层和所述显示层的边框壳体，其中，投射到所述屏幕层的背侧上的整合图像的周边被入射到显示层的周边区域上的灯光的发散扩展，以从屏幕层的前侧重叠和隐藏边框壳体，其中，所述屏幕层是漫射性背面投射屏幕。

12.一种显示系统，包括：

多个显示面板，每个显示面板被容纳在边框镶边中，该边框镶边允许显示面板相对于彼此对齐并通信地耦接，以跨显示面板共同显示多面板图像，其中，显示面板中的每一个包括：

屏幕层，整合面板图像被从背侧投射到所述屏幕层上；

显示层，其包括多个透射像素，以将所述整合面板图像共同投射到所述屏幕层的背侧上，其中，布置在所述显示层的周边区域内的透射像素具有比布置在所述显示层的中央区域内的透射像素更小的透射孔径；以及

照明层，其产生灯光以照明所述显示层的背侧，其中，所述照明层被耦接以产生入射到所述显示层的背侧上的灯光，在所述周边区域中的入射到所述显示层的背侧上的灯光具有比在所述中央区域中的入射到所述显示层的背侧上的灯光更大的发散度，

其中，所述多面板图像沿着每个显示面板的周边被入射到所述显示层的周边区域上的灯光的发散扩展，以从所述屏幕层的前侧重叠所述显示面板的边框镶边并隐藏所述边框镶边。

13.如权利要求12所述的显示系统，其中，入射到所述周边区域上的灯光的发散度由布置在所述周边区域内的透射像素的较小透射孔径来平衡，使得投射到所述屏幕层的背侧上的图像像素跨屏幕层从中央到周边基本上尺寸均匀。

14.如权利要求12所述的显示系统，其中，所述照明层包括：

漫射辐射器模块，该漫射辐射器模块居中布置在所述照明层上，以向所述显示层的中央区域发射漫射灯光；以及

光调节层，该光调节层布置在所述漫射辐射器模块与显示层之间，以在所述漫射灯光入射到所述显示层的中央区域之前准直该漫射灯光。

15.如权利要求14所述的显示系统，其中，所述照明层还包括：

多个近点源辐射器，所述多个近点源辐射器围绕照明层、周边布置在漫射辐射器模块周围，以向所述显示层的周边区域发射发散灯光。

16.如权利要求15所述的显示系统，其中，所述照明层还包括：

多个透镜元件，所述多个透镜元件布置在所述近点源辐射器与显示层之间，所述透镜元件中的每一个布置在所述近点源辐射器中的相应近点源辐射器上方，以调整所述发散灯光的发散度和横截面形状。

17.如权利要求15所述的显示系统，其中，所述近点源辐射器包括光导的发射孔径，所述光导被耦接以从所述漫射辐射器模块引出灯光，其中所述光导从所述漫射辐射器模块分出。

18.如权利要求14所述的显示系统，其中，所述漫射辐射器模块在所述显示层的中央区域和周边区域二者下方延伸，且其中，所述光调节层在所述中央区域和周边区域二者下方延伸，所述光调节层包括：

中央部分，该中央部分在所述漫射灯光入射到所述显示层的中央区域上之前准直所述漫射灯光；以及

周边部分，所述周边部分操纵所述漫射灯光以使其具有特定发散度。

19.如权利要求18所述的显示系统，其中，所述光调节层还包括：

布置在所述中央部分与所述周边部分之间的遮光区域。

20.如权利要求14所述的显示系统，其中，所述显示层还包括：

布置在所述周边区域与所述中央区域之间的间隔区域，以将所述周边区域的透射像素与所述中央区域的透射像素分离开偏移距离，该偏移距离大于所述中央区域的透射像素之间的像素间分离节距。

21.如权利要求14所述的显示系统，

其中，所述漫射辐射器模块和所述光调节层在所述显示层的中央区域和周边区域二者下方延伸，

其中，所述显示层包括连续像素阵列，且所述透射像素的透射孔径从显示层的中央区域向周边区域逐渐变小，并且

其中，所述光调节层包括连续光调节层，所述连续光调节层从在中央区域中的准直到在周边区域中的发散逐渐改变入射到所述显示层的背侧上的灯光的发散度。