CN108139623A - 美学表面以及具有这种表面的显示设备 - Google Patents

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J·高里尔
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Abstract

显示设备(100)包括图像显示单元(130)、美学层(144)和聚焦层(142)。该美学层(144)包括矩阵材料(148)和在矩阵材料(148)中的孔径(150)的阵列。该聚焦层(142)被设置在图像显示单元(130)和美学层(144)之间并且包括光学元件(146)的阵列，所述光学元件(146)的阵列被定位成共同地聚焦由图像显示单元(130)生成的图像通过美学层(144)的孔径(150)的阵列。

Description

美学表面以及具有这种表面的显示设备
背景
本申请要求于2015年6月2日提交的美国临时申请62/169815的权益，该临时申请的内容通过引用整体结合于此。
1.领域
本公开涉及显示设备，并且更具体地涉及具有被配置为传输通过其的图像以供观看者观看的美学(aesthetic)表面的显示设备。
2.技术背景
显示设备通常包括生成图像的多个像素。该像素可以自己发光(例如，在有机发光二极管(OLED)显示器、等离子显示器或电致发光(EL)显示器中)或者光可以由背光发射并且穿过像素(例如，在液晶显示器(LCD)中)。所得到的图像可以由观看者直接观看或投影到表面上供观看者观看。
发明内容
本文公开的是具有美学表面的显示设备。美学表面可以在显示设备处于关闭状态时提供具有期望的外观的显示设备的外表面，并且当显示设备处于开启状态时使得能够通过美学表面观看可观看的图像。
本文公开的是一种示例性的显示设备，其包括图像显示单元、美学层和聚焦层。美学层包括矩阵材料(matrix material)和在矩阵材料中的孔径的阵列。聚焦层被设置在图像显示单元和美学层之间并且包括光学元件的阵列，所述光学元件的阵列被定位成共同地聚焦由图像显示单元生成的图像通过美学层的孔径的阵列。
以下的详细描述将阐述附加的特征和优点，这些特征和优点部分地对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施本文所述的实施例可认识到，包括以下详细描述、权利要求书以及附图。
应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者仅仅是示例性的，并旨在提供用于理解权利要求本质和特性的概览或框架。各个附图被包括以提供进一步理解，各个附图被收入并构成本说明书的一部分。附图示出一个或多个实施例，并与说明书一起用来解释各实施例的原理和操作。
附图说明
图1是显示设备的一个示例性实施例的示意图。
图2是美学层的一个示例性实施例的前视图。
图3是美学层的另一个示例性实施例的前视图。
图4是美学表面单元的示例性实施例的示意图。
图5是安装在车辆中的显示设备的一个示例性实施例的图示。
图6是美学表面单元的示例性实施例的示意图。
图7是美学表面单元的另一个示例性实施例的示意图。
图8是显示设备的另一个示例性实施例的示意图。
图9是准直单元的一个示例性实施例的示意图。
图10是准直单元的另一个示例性实施例的示意图。
图11是显示设备的另一个示例性实施例的示意图。
图12是显示设备的另一个示例性实施例的示意图。
详细描述
将详细参照实施例，在附图中示出了这些实施例的示例。在可能时，将在所有附图中使用相同的附图标号来指示相同或类似的部件。这些附图中的部件不一定按比例绘制，而是着重于图示示例性实施例的原理。
在各种实施例中，显示设备包括图像显示单元和美学表面单元。美学表面单元包括聚焦层和美学层。聚焦层包括光学元件的阵列。美学层包括矩阵材料和在矩阵材料中的孔径的阵列。孔径的阵列对应于光学元件的阵列。例如，孔径的阵列被定位成共同地聚焦由图像显示单元生成的图像通过美学层的孔径的阵列。在一些实施例中，显示设备包括漫射单元(例如，在光学元件的阵列和美学层之间和/或在美学层的孔径内)。聚焦层被设置在图像显示单元和美学层之间。在一些实施例中，图像显示单元包括像素的阵列。在这样的实施例中的一些实施例中，聚焦层和图像显示单元被布置为使得聚焦层的每个光学元件与图像显示单元的至少一个对应的像素对齐。
图1是显示设备100的一个示例性实施例的示意图。显示设备100包括光单元，该光单元包括发光单元110和准直单元120。显示设备100包括图像显示单元130和美学表面单元140。将理解，显示设备100的相邻部件可以彼此粘附(例如通过光学透明粘合剂)，被固定在边框或框架内(其间具有或不具有气隙)或者通过另一个合适的耦合机制被耦合。
发光单元110包括每个被配置成发光的一个或多个光源。例如，光源包括发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、卤素灯、白炽灯或另一个合适的光源。在一些实施例中，发光单元110包括以二维(2D)阵列布置的多个LED。在另一个实施例中，发光单元110包括与导光片(sheet)相邻并且包括一排(例如，1维阵列的)LED的灯条。该灯条将光发射到导光片的边缘中，且导光片从导光片的表面分散并发射光。在一些实施例中，发光单元110发射非准直光112。
准直单元120被定位成与发光单元110相邻，使得从发光单元发射的光入射在准直单元上。准直单元120被配置成准直由发光单元110发射的光。例如，从发光单元110发射的非准直光112穿过准直单元120以形成准直光122。准直单元120包括圆柱形透镜、菲涅耳透镜或另一个合适的准直设备。例如，在一些实施例中，准直单元120包括菲涅耳透镜的阵列。
尽管准直单元120在图1中被示出为与发光单元110分离，但是在本公开中包括其他实施例。在一些实施例中，准直单元与发光单元成一体。例如，发光单元的输出表面包括集成的准直单元。因此，光单元被配置为准直光单元。
图像显示单元130被定位成与准直单元120相邻，使得从准直单元发射的准直光122入射在图像显示单元上。图像显示单元130包括显示像素132的阵列。例如，显示像素132的阵列包括具有合适的x尺寸和y尺寸的2D阵列，以显示期望的大小的图像。每个显示像素132包括被配置为控制光通过那儿的光阀。例如，图像显示单元120包括LCD面板，并且显示像素132的阵列包括LCD单元的阵列。每个LCD单元被配置为打开和关闭以控制光通过它们。在一些实施例中，每个显示像素132被分成多个子像素，每个子像素与专用的显示颜色分量(例如红色、绿色或蓝色)相关联。彩色图像可以通过使用相邻的红色、绿色和蓝色子像素来生成。在一些实施例中，准直光122穿过图像显示单元130的显示像素132以形成图像像素134。例如，准直光122穿过图像显示单元130的多个显示像素132以形成协同地生成可观看图像的多个图像像素134。在一些实施例中，图像显示单元130包括一个或多个偏振层(例如，输入偏振器和输出偏振器)。
在使光穿过图像显示单元120之前(例如，通过将准直单元120定位在发光单元和图像显示单元之间)对由发光单元110发射的光进行准直可有助于增加可观看图像相对于常见的显示设备的强度或亮度。因此，在一些实施例中，显示设备100包括至少约500cd/m2、至少约600cd/m2、至少约700cd/m2、至少约800cd/m2、至少约900cd/m2、至少约1000cd/m2、至少约1100cd/m2、至少约1200cd/m2、至少约1300cd/m2，至少约1400cd/m2或至少约1500cd/m2的输出亮度或辉度(luminance)。
美学表面单元140被定位成与图像显示单元130相邻，使得从图像显示单元发射的光入射在美学表面单元上。在一些实施例中，美学表面单元140被配置为美学表面片。美学表面片可以是基本平坦的或平面的。替代地，美学表面片可以是非平面的。例如，美学表面片可以是弯曲的、卷曲的(例如成管)、弯折的(例如，在一个或多个边缘处)，或者被形成为另一个非平面配置。美学表面单元140包括聚焦层142和美学层144。在图1所示的实施例中，美学表面单元140的第一主表面包括聚焦层142，并且美学表面单元的第二主表面包括美学层144。因此，美学表面单元140包括单一式(unitary)美学表面单元。在其他实施例中，聚焦层和美学层可以是被布置成如本文所述地起作用的独立的层。聚焦层142包括光学元件146的阵列。美学层144包括矩阵材料148和在矩阵材料中的孔径150的阵列。孔径150的阵列对应于光学元件146的阵列。例如，每个光学元件146与至少一个孔径150对齐。
在一些实施例中，光学元件146包括如图1所示的微透镜。该微透镜被配置为柱状(lenticular)透镜、球面透镜、非球面透镜、另一种合适的透镜形状或其组合。例如，在一些实施例中，该微透镜被配置为至少部分地跨美学表面单元的宽度和/或长度延伸的柱状透镜。在其他的实施例中，该微透镜被配置为分散在美学表面单元的宽度和/或长度周围(例如，以二维阵列)的球形透镜。另外或替代地，孔径150具有圆形形状、矩形形状、另一种合适的形状或其组合。例如，图2是具有在矩阵材料148中形成的细长矩形孔径150的美学层144的一个示例性实施例的前视图。孔径具有至少部分地跨美学层的宽度和/或长度延伸的细长的矩形形状。因此，细长孔径可以与柱状微透镜对齐。图3是具有在矩阵材料148中形成的圆形孔径150的美学层144的另一个示例性实施例的前视图。孔径具有圆形形状，并被分散在美学层的宽度和/或长度周围。因此，圆形孔径可以与球面微透镜对齐。在各种实施例中，孔径的形状和/或放置对应于微透镜的配置和/或放置。
尽管图1中所示的实施例的光学元件146被描述为包括微透镜，但是其他实施例被包括在本公开中。在一些实施例中，光学元件包括镜子。例如，镜子中的一个或多个镜子被配置为抛物面反射器腔，其中腔的口部(例如，较宽的端部)面向图像显示单元，并且开口被形成为通过抛物面反射器腔与该口部相对(例如，在窄端中)且与美学层的对应的孔径对齐。
美学表面单元140和图像显示单元130被布置为使得光学元件146的阵列被设置在图像显示单元和美学层148之间。因此，第一主表面包括美学表面单元140的输入表面，并且第二主表面包括美学表面单元的输出表面。穿过图像显示单元130的光通过第一主表面进入美学表面单元140，并通过第二主表面离开美学表面单元，以传输可观看的图像供观看者观看。在一些实施例中，图像显示单元130和美学表面单元140被布置为使得光学元件146将图像像素134聚焦在对应的孔径150上。例如，由图像显示单元130传输的多个图像像素134通过光学元件146的阵列被聚焦在孔径150的阵列上，使得图像像素穿过美学层144中的孔径，以将可观看的图像传输通过美学层供观看者观看。在一些实施例中，美学层144的厚度是孔径150的尺寸(例如，圆形孔径的直径或矩形孔径的宽度)的至多约125％、至多约120％、至多约115％、至多约110％、至多约105％。例如，美学层144的厚度小于或等于孔径150的尺寸。
尽管图1中所示的图像显示单元130被描述为包括包括光阀的像素132，但是在本公开中包括其他实施例。在一些实施例中，图像显示单元包括多个像素，每个像素包括发射元件。例如，发射元件包括LED、微型LED、OLED、等离子体单元、电致发光(EL)单元或被配置成发射辐射的另一个合适的元件。在一些实施例中，发射元件被配置为点光源。例如，点光源包括LED、OLED或被配置成从小的表面区域发射辐射的另一个合适的发射元件。在图像显示单元包括多个像素(每个像素包括发射元件)的实施例中，显示像素自身发光以生成可观看的图像。因此，光单元可以被省略。另外或替代地，准直单元可以被定位于图像显示单元和美学表面单元之间(例如，以准直由图像显示单元的发射元件发射的光)。在一些实施例中，图像显示单元和美学表面单元被布置成使得聚焦层的光学元件将由图像显示单元生成的图像像素聚焦在美学层的对应的孔径上。例如，由图像显示单元发射的多个图像像素通过光学元件的阵列被聚焦在孔径的阵列上，使得图像像素穿过美学层中的孔径，以通过美学层传输可观看的图像供观看者观看。
尽管图1中所示的显示设备100被配置为直接观看显示设备，其中由背光单元110和图像显示单元130生成的图像为由用户直接可观看而不被投影到屏幕上，但是在本公开中包括其它实施例。在其他实施例中，显示设备包括投影显示设备，其中将由背光单元和图像显示单元或者没有背光单元的图像显示单元生成的图像投影到屏幕上。在这样的实施例中，美学表面单元可以用作图像被投影在其上的屏幕。
图像显示设备100在开启状态和关闭状态之间是可切换的，在开启状态中，图像由图像显示单元110生成并被传输通过美学层144，在关闭状态中，没有图像被图像显示单元生成并被传输通过美学层。在一些实施例中，图像显示设备100的外表面(例如，从观看位置观看到的美学表面单元140的输出表面)的外观至少部分地由美学层的特性来确定。因此，由孔径150占据的区域相对较小。例如，孔径150占据美学层144的表面面积的至多约50％、至多约40％、至多约30％、至多约20％、至多约10％、至多约5％或至多约1％。将孔径150限制到美学层144的表面面积的这样的小部分可以使得孔径基本上对裸眼不可见。因此，在显示设备100处于关闭状态的情况下，显示设备的外表面对于观看者具有矩阵材料148的外观。然而，将显示设备100切换到开启状态导致图像传输通过孔径150，使得显示设备的外表面对于观看者具有图像的外观。因此，当观看处于关闭状态的显示设备100时，观看者看见美学层144的矩阵材料148，并且当观看处于开启状态的显示设备时，观看者看见传输通过美学层中的孔径150的图像。
在一些实施例中，矩阵材料148的外部表面包括基本上纯色。例如，基本上纯色包括黑色、白色、红色、绿色、蓝色、另一种颜色或其组合。因此，在显示设备100处于关闭状态的情况下，显示设备的外表面对于观看者呈现为具有纯色的纯表面(solid surface)。在其他实施例中，矩阵材料148的外部表面包括装饰图案。例如，该装饰图案包括木纹图案、皮革纹理图案、织物纹理图案、金属纹理图案(例如，拉丝、抛光或金刚石板)、碳纤维纹理图案、另一种合适的图案或设计，或其组合。因此，在显示设备100处于关闭状态的情况下，显示设备的外表面对于观看者呈现为具有装饰图案的纯表面。矩阵材料148可以包括基本上均质的材料或不均质的材料。例如，不均质的材料包括多层材料。矩阵材料148可以包括具有纯色或装饰图案的均质材料或具有拥有纯色或装饰图案的外层的多层材料。
图4是美学表面单元140a的示例性实施例的示意图。美学表面单元140a类似于关于图1所描述的美学表面单元140。例如，美学表面单元140a包括聚焦层142和美学层144a。在图4所示的实施例中，美学层144a包括多层材料，该多层材料包括内层144b和外层144c。内层144b包括光吸收材料。光吸收材料148a可以包括如本文关于图1所示的实施例所描述的矩阵材料。外层144c包括装饰层(例如，包括如本文所述的装饰图案)。美学层144a包括在其中的孔径150a的阵列。例如，孔径150a完全延伸通过美学层144a(例如，通过内层144b和外层144c两者)。在使用中，穿过图像显示单元130的光通过第一主表面进入美学表面单元140a，并通过第二主表面离开美学表面单元以传输可观看的图像以供观看者观看。
通过减少显示设备反射和/或散射的环境光的量并且还通过减少显示设备内部能够逃脱的杂散光的量，美学表面单元可以以两种不同的方式帮助改善显示设备的对比度。两者都导致改进的(例如较暗的)黑色级，并因此导致对于相同白色级的较高的对比度。显示设备内部的杂散光可以被描述为当光阀(例如，LCD单元)处于完全“关闭”或100％“黑色”状态时未被光阀完全阻挡的任何光。例如，杂散光可以包括角度太高而不能被显示单元的底部偏振器或输入偏振器完全偏振的光，并且因此不被顶部偏振器或输出偏振器完全阻挡，或者包括被驱动TFT结构散射并且以使得偏振未转变满90度而达到相同效果的方向或角度被引导通过光阀的光。美学表面单元可以通过阻挡在美学层处(例如，在穿过聚焦层之后)未被准直的任何光线来帮助减少杂散光。然而，在美学层没有完全吸收或没有基本上完全吸收(例如，不是黑色)的实施例中，一些杂散光可能能够穿过美学层。在这样的实施例中的一些实施例中，美学层包括多层(例如，如本文关于图4所述的内层144b和外层144c)。内层可以包括光吸收层(例如黑色层)。另外或者替代地，外层可以包括装饰层(例如，以在反射中提供期望的美学特征)。因此，内层可以吸收杂散光以提供对比度改善，并且外层可以提供期望的美学外观。该多层的总厚度(例如，多层美学层的总厚度)可以仅稍微大于、或小于或等于如本文所述的孔径的尺寸。
矩阵材料148的纯色或装饰图案可以使得处于关闭状态的显示设备100能够与周围环境基本上不可区分或协调。在一些实施例中，显示设备100可被安装成使得显示设备的外表面与表面成一体或形成表面的一部分。例如，该表面可以是车辆(例如汽车、船、飞机或另一种车辆)、电器(例如，冰箱、烤箱、炉子或另一个电器)、壁(例如，建筑物的内壁或外壁)的表面或另一种合适的表面。矩阵材料148的纯色或装饰图案可以与该表面的纯色或装饰图案基本上相同或协调，使得处于关闭状态的显示设备100与该表面基本上不可区分或协调。图5是被安装在车辆中使得显示设备的外表面与车辆的仪表板成一体的显示设备100的一个示例性实施例的图示。在一些实施例中，矩阵材料148的纯色或装饰图案基本上与仪表板的纯色或装饰图案相同，使得处于关闭状态的显示设备100融入到仪表板中。然而，将显示设备100切换到开启状态使得能够通过孔径150传输图像，从而给出图像正在由仪表板生成的错觉。在各种实施例中，车辆的表面可以是仪表板、控制台、门板、支柱、座椅(例如，头枕的后表面)或另一种合适的车辆表面。
在一些实施例中，美学层144可以帮助增强显示单元100的对比度。环境光(例如来自太阳、室内照明或另一种光源)可以从观看侧落在美学表面单元140上。也就是说，来自外部显示设备100的环境光可以落在美学表面单元140的第二主表面上。在一些实施例中，美学层144的矩阵材料148吸收落在孔径150外部的美学层上的这种环境光的至少一部分。例如，矩阵材料148包括高光密度(例如，黑色矩阵树脂材料)。对环境光的这种吸收可以增加显示设备100的对比度(例如，因为被吸收的环境光不被反射以干涉从美学表面单元发射作为可观看的图像的光)。
在图1所示的实施例中，美学表面单元140包括衬底152。例如，衬底152包括玻璃衬底。与聚合物衬底相比，这样的玻璃衬底可以实现改善的尺寸稳定性(例如，减少的由诸如温度和/或湿度之类的环境条件的改变所引起的变形)。这种改善的尺寸稳定性可以帮助在变化的环境条件下维持显示像素的阵列与光学元件的阵列之间的对齐，这可以帮助阻止例如莫尔图案(Moire pattern)，即使在图像显示单元的像素节距(pitch)和光学元件的节距不相等的实施例中。在其他实施例中，衬底152包括聚合物材料或另一种合适的衬底材料。树脂层154被设置在衬底152的表面上，且在树脂层中形成光学元件146的阵列。例如，光学元件146的阵列可以使用微复制工艺、压印工艺或另一种合适的形成工艺来形成。在其他实施例中，光学元件的阵列被直接地形成在衬底中。例如，光学元件的阵列可以通过压印或机械加工衬底的表面来形成。在一些实施例中，美学层144包括设置在与光学元件146的阵列相对的衬底152的表面上的矩阵材料148。在一些实施例中，衬底152包括厚度为至多约300μm、至多约250μm、至多约150μm、至多约120μm、至多约110μm、或至多约100μm的玻璃衬底。这种薄玻璃衬底可以实现显示设备的减小的厚度而不牺牲尺寸稳定性。
在一些实施例中，该衬底包括多个衬底。例如，该衬底包括具有设置在其表面上的光学元件的第一衬底和具有设置在其表面上的美学层的第二衬底。第一衬底和第二衬底可以被定位为彼此相邻以形成包括具有设置在其相对表面上的光学元件和美学层的衬底的美学表面单元。
在一些实施例中，美学表面单元包括漫射单元。漫射单元被配置成散射穿过其中的光以增加光的漫射角。例如，漫射单元可以包括光散射材料。图6是美学表面单元240的示例性实施例的示意图，其类似于本文参考图1所描述的美学表面单元140。在图6所示的实施例中，美学表面单元240包括配置为设置在光学元件146和光吸收层148之间的漫射层的漫射单元256。例如，漫射单元256被设置在衬底152和美学层144之间，如图6所示。图7是美学表面单元340的示例性实施例的示意图，其类似于本文参考图1所描述的美学表面单元140。在图7所示的实施例中，美学表面单元340包括漫射单元356，其被配置为设置在美学层144中的一个或多个孔径150内的漫射材料。例如，一个或多个孔径150可以被填充有漫射材料以在孔径内形成漫射构件356。在一些实施例中，漫射单元356被设置在每个孔径150内，如图7所示。漫射单元可以帮助增加显示设备的视角。
在一些实施例中，漫射单元与美学表面单元的衬底成一体。例如，衬底的表面(例如，在其上形成光学元件的表面和/或在其上形成美学层的表面)包括使穿过其中的光漫射的粗糙化表面。因此，漫射单元包括衬底的粗糙化表面。
在一些实施例中，美学层144包括设置在美学层的孔径150中的一个或多个孔径的边缘处的光吸收边界(例如，图6中所示的光吸收边界258或图7中所示的光吸收边界358)。另外或替代地，光吸收边界至少部分地围绕边缘的周边延伸。光吸收边界可以包括设置在一个或多个孔径150的边缘的内表面上的光吸收材料(例如，黑色矩阵树脂)的层(例如，环或圈)。光吸收边界可以帮助阻止光在美学层144内散射而代替被传输通过美学层以供观看者观看。美学层内的这种散射可以导致图像的失真。在一些实施例中，美学层144包括覆盖矩阵材料148的外部表面的至少一部分的半透明层。这样的半透明层可以帮助减少来自矩阵材料的外部表面的眩光，而不会实质性修改美学表面的外观。在矩阵材料不是实质性光吸收的实施例中，光吸收边界和/或半透明层可以是有益的。例如，在矩阵材料包括非黑色的实施例中，光吸收边界和/或半透明层可以通过减少不期望的光的散射来帮助改善图像质量。
在一些实施例中，显示设备100包括透明盖160。透明盖160包括玻璃衬底(例如，钠钙玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃，和/或碱金属铝硼硅酸盐玻璃)、聚合物衬底(例如，聚碳酸酯)或另一种合适的衬底。透明盖160被设置在显示设备100的外部表面上。透明盖160可以包括平面(例如平片)或非平面(例如弯曲片)的配置。在一些实施例中，透明盖160包括在透明盖的外部表面上的防眩光(AG)和/或防反射(AR)涂层。透明盖160可以包括强化的(例如，热强化的、机械强化的和/或化学强化的)玻璃，其可以有助于保护显示设备100的其他部件免于划擦和/或破损。
图8是示例性显示设备400的示意图。显示设备400类似于参考图1所描述的显示设备100。例如，显示设备400包括光单元、图像显示单元130和美学表面单元140。光单元包括发光单元110和准直单元120。在图8所示的实施例中，光单元包括漫射单元424。
在一些实施例中，发光单元110包括光源的系列114a。光源的系列114a被布置成在第一方向上延伸的排。例如，第一方向在图8中被示出为延伸进入图中的z方向。在一些实施例中，该排基本上是线性的，如图8所示。在其他实施例中，该排是弯曲的(例如，用于在弯曲的显示设备中使用)。在一些实施例中，光源的系列114a被配置为包括多个LED或OLED的灯条。
准直单元120被设备为与光源的系列114a相邻。例如，准直单元120基本上平行于该排延伸。准直单元120被配置成在基本上垂直于该排的第二方向上对由光源的系列114a发射的光进行准直，而不在基本平行于该排的第一方向上对光进行准直。被准直的光包括在光被准直的方向或多个方向上小于10度的发散角。例如，第二方向在图8中被示出为x方向(例如，图8所示的取向中的垂直方向)。准直单元120包括与光源的系列114a对齐的准直透镜。例如，准直透镜包括圆柱形透镜、圆柱形菲涅耳透镜、另一种合适的透镜或其组合。在一些实施例中，准直单元120与光源的系列114a间隔开基本上等于准直单元的焦距的距离。例如，系列114a的每个单独光源的顶部表面与准直单元120之间的距离(例如，在y方向上)基本上等于准直单元的焦距。
在图8所示的实施例中，准直单元120包括圆柱形菲涅耳透镜。图9是准直单元520的另一个示例性实施例的示意图。准直单元520包括调节元件526和准直元件528。准直单元520被布置成使得调节元件526被设置在光源的系列114a和准直元件528之间。在一些实施例中，由光源的系列114a发射的光包括在第二方向上具有基本上朗伯(Lambertian)角强度分布的广角光。在一些实施例中，在朗伯角强度分布中，在不同方向上行进的光功率不是均匀的，而是与和表面(例如，光源表面)法线的角度的余弦成比例。调节元件526被配置成将广角光转换成在与调节元件间隔开的参考平面处在第二方向上具有基本上均匀的角强度分布的均匀光。将准直单元定位在参考平面处以使得准直单元被均匀光基本上均匀地照射可以是有益的。例如，调节元件526包括圆柱形透镜、菲涅耳透镜(例如圆柱形菲涅耳透镜)、另一种合适的透镜或其组合。准直元件528被配置成在第二方向上准直该均匀光。例如，准直元件528包括圆柱形透镜、菲涅耳透镜(例如圆柱形菲涅耳透镜)、另一种合适的透镜或其组合。调节元件可以帮助跨准直元件的表面均匀地照射准直元件，这可以帮助降低可能由光源的系列的朗伯输出引起的由显示设备生成的图像中的亮度不均匀的可能性。
图10是准直单元620的另一个示例性实施例的示意图。准直单元620包括调节元件626、准直元件628和会聚元件629。准直单元620被布置成使得调节元件626被设置在光源的系列114a和准直元件628之间，并且会聚元件629被设置在光源的系统和调节元件之间。会聚元件629被配置成将由光源的系列114a发射的朗伯光会聚到调节元件626上。例如，会聚元件629包括折射部分629a和反射部分629b。在一些实施例中，折射部分629a包括透镜部分以朝向调节元件629引导光。另外或替代地，反射部分629b包括镜表面以朝向调节元件629引导光。在一些实施例中，会聚元件629包括模制的折射/反射类型的准直器。调节元件626被配置成将由光源的系列114a发射的朗伯光转换为在第二方向上具有基本上均匀的强度分布的均匀光。例如，调节元件626包括圆柱形透镜、菲涅耳透镜(例如圆柱形菲涅耳透镜)、另一种合适的透镜或其组合。准直元件628被配置成在第二方向上准直该均匀光。例如，准直元件628包括圆柱形透镜、菲涅耳透镜(例如圆柱形菲涅耳透镜)、另一种合适的透镜或其组合。会聚元件可以帮助收集由光源的系列发射的光的相对较大部分，并且将光引导到调节元件。例如，在一些实施例中，会聚元件被配置成收集和/或至少部分地准直由光源的系列发射的光的多达约80％。调节元件可以帮助跨准直元件的表面均匀地照射准直元件，这可以帮助降低由显示设备生成的图像中的亮度不均匀的可能性。
尽管在图7至图9中所示的准直单元被描述为包括例如圆柱形透镜和/或圆柱形菲涅耳透镜的一维准直单元，但是在本公开中包括其他实施例。例如，在其他实施例中，准直单元被配置为包括球面和/或非球面菲涅耳透镜的二维准直单元。在各种实施例中，准直单元的形状可对应于美学表面单元的光学元件的形状。例如，一维准直单元可以与包括柱状透镜的美学表面单元一起使用。另外或替代地，二维准直单元可以与包括球面和/或非球面透镜的美学表面单元一起使用。
漫射单元424被设置为与光源的系列114a相邻，如图8所示。例如，漫射单元424被配置成在基本上平行于该排的第一方向(例如，z方向)上漫射由该光源的系列发射的光，而没有在基本上垂直于该排的第二方向(例如，x方向)上漫射光。因此，漫射单元424包括一维漫射器。在一些实施例中，漫射单元包括多个小的折射或反射元件，折射或反射元件中的每个使光束偏转在零和确定的漫射角之间的随机角度。如果这样的角度平行于仅一个轴，则漫射单元起到一维漫射器的作用。如果这些角度形成锥体或锥体的一部分，其中一些角度沿着一个轴而另一些角度沿着另一个垂直的轴，则该漫射单元起到二维漫射器的作用。漫射单元可以帮助使显示设备的照明均质化。例如，漫射器可以被设计成使光在一个方向上被准直，但是在另一个方向上漫射该光，使得显示设备的观看者将不会看见被暗空间分离的亮线(对应于单独的光源位置)。
漫射单元424被设置在发光单元110和美学表面单元140之间。例如，漫射单元424被设置在准直单元120和美学表面单元140之间和/或在准直单元和图像显示设备130之间。在一些实施例中，准直单元120被设置在发光单元110和漫射单元424之间，如图8所示。这种配置可以有助于将漫射单元适当地与发光单元间隔开，而不会不必要地增加显示设备的厚度。
在一些实施例中，漫射单元424基本上平行于光源的系列114a延伸，并且与光源的系列间隔开。例如，光源的系列114a包括第一光源和与第一光源直接地相邻设置且与第一光源间隔开距离X(例如在z方向上)的第二光源。漫射单元424与光源的系列114a间隔开距离Y(例如，在y方向上)。为了使漫射单元有效地实现亮度均匀性，漫射角应该大于从漫射器位置可见的在单独光源之间的间隙的角尺寸。例如，漫射单元424包括满足公式θ>arctan(X/Y)的漫射角θ。
尽管图8中所示的漫射单元被描述为在一个方向上漫射光的一维漫射单元，但是在本公开中包括其它实施例。例如，在其他实施例中，漫射单元被配置为二维漫射单元，其被配置成在两个垂直的方向上漫射光。在各种实施例中，漫射单元的配置可以对应于美学表面单元的光学元件的形状和/或准直单元的配置。例如，一维漫射单元可以与包括柱状透镜的美学表面单元和/或与一维准直单元一起使用。另外或替代地，二维漫射单元可以与包括球面和/或非球面透镜的美学表面片和/或与二维准直单元一起使用。
在一些实施例中，显示设备400包括光源的多个系列。例如，在图8所示的实施例中，显示设备400包括与系列114a直接相邻的光源的第二系列114b。光源的第二系列114b被布置在第二排中。第二系列114b的第二排与系列114a的排间隔开。在一些实施例中，第二系列114b的第二排基本上平行于系列114a的排。因此，第二系列114b的第二排在第一方向上延伸。系列114a和/或第二系列114b的单独光源被彼此间隔开，使得光源沿显示设备130的长度和/或宽度被分散(例如，均匀分散)。在一些实施例中，系列114a和第二系列114b包括相同数量的单独光源。在图8所示的实施例中，显示设备400包括与第二系列114b直接地相邻的光源的第三系列114c，与第三系列114c直接地相邻的光源的第四系列114d以及与第四系列114d直接地相邻的光源的第五系列114e。光源的每个系列被布置成排。在一些实施例中，这些排基本上彼此平行。另外或替代地，直接相邻的排之间的间隔基本上是恒定的。
在一些实施例中，显示设备400包括多个准直单元。例如，在图8所示的实施例中，显示设备400包括设置为与光源的每个系列相邻的准直单元。因此，由光源的每个系列发射的光通过对应的准直单元被准直和/或漫射，如本文参考光源的系列114a和准直单元120所描述的。在一些实施例中，多个准直单元为单一式准直片的相邻部分，如图8所示。这种单一式准直片可以使用微复制工艺、压印工艺或另一种合适的形成工艺来形成
在一些实施例中，漫射单元424包括如图8所示的漫射片。这样的漫射片可以被设置为与光源的多个系列相邻以漫射如本文所述的由光源的多个系列中的每个系列发射的光。
虽然显示设备400被描述为包括被布置成五排的光源的五个系列，但是在本公开中包括其他实施例。在其他实施例中，显示设备包括被布置成排的确定数量(例如，1、2、3、4、6或更多)的光源的系列。光源的每个系列包括确定数量(例如2、3、4或更多)的单独光源。在一些实施例中，美学表面单元的光学元件的焦距除以准直单元的焦距近似等于美学表面单元的孔径的尺寸除以光单元的光源的尺寸。这种关系可以被用来确定光源的数量和/或放置。
在一些实施例中，光单元包括被设置在光源的系列的任一个端部处的端壁。例如，端壁在其每个端部处基本上垂直于光源的系列延伸。在一些实施例中，端壁包括反射性内表面(例如，向内面向显示设备)。这样的反射性内表面可以将光反射到显示设备中，以避免在显示设备的边缘处的亮度降低的区域。
尽管本文描述了一维和二维的设计，但是在一些应用中，一维设计可以是有优势的。例如，对于制造，一维设计可以相对不那么复杂(例如，作为更简单的光学器件和/或在显示设备的各种部件之间的不那么严格的对齐容差的结果)。另外或替代地，一维漫射单元可以实现进入的光的光学相位的“加扰(scrambling)”，这可以帮助防止否则可能在光穿过一组等距孔径之后创建强的空间不均匀性的干涉。
图11是示例性显示设备700的示意图。显示设备700类似于参考图1所描述的显示设备100和参考图8所描述的显示设备400。例如，显示设备700包括光单元、图像显示单元130和美学表面单元140。光单元包括发光单元110和准直单元120。
在一些实施例中，发光单元110包括一个或多个光源。例如，在图11所示的实施例中，发光单元110包括光导716和被定位为将光注入到该光导的边缘中的一个或多个光源。在一些实施例中，光导716被配置为光导片。光导716被配置成引导被注入到边缘中的光并从光导的至少一个表面发射光。光导716包括玻璃衬底、聚合物衬底、气隙或另一种合适的光导装置。在一些实施例中，该一个或多个光源被配置为包括设置为与光导的边缘相邻的多个LED或OLED的灯条。
在一些实施例中，发光单元110包括反射型漫射单元718。反射型漫射单元718被配置为在光导716的一个表面处反射和漫射光，并朝向光导的相对表面引导被反射和被漫射的光。例如，在图11所示的实施例中，反射型漫射单元718包括设置为与光导716的第一表面相邻的衬底，以反射和漫射从第一表面发射的光，并引导被反射和被漫射的光到光导中且朝向与第一表面相对的第二表面。在其他实施例中，光导的第一表面可以用作反射型漫射单元。例如，可以将涂层和/或表面处理(例如表面粗糙化)应用到光导的第一表面以用作反射型漫射单元。在一些实施例中，光导的第一表面被涂布有反射涂层(例如，白色涂层或镜面涂层)和/或被粗糙化以用作反射型漫射单元。反射型漫射单元可以帮助增加朝向光导的第二表面引导的光的量以被发射以生成供观看者观看的图像。
在一些实施例中，发光单元110包括亮度增强单元719。亮度增强单元719被配置为在光导716的一个表面处收集光并引导光离开光导。例如，在图11所示的实施例中，亮度增强单元719包括设置为与光导716的第二表面相邻的增亮膜。因此，光导716被设置在反射型漫射单元718和亮度增强单元719之间。亮度增强单元719包括增亮膜(BEF)、双增亮膜(DBEF)或另一种合适的亮度增强结构。
准直单元120被设置为与发光单元110相邻。准直单元120被配置为在至少一个方向上准直由发光单元110发射的光。在图11所示的实施例中，准直单元120包括与美学表面单元140类似但是如下面所描述被修改的对比度增强单元。例如，准直单元120包括第一主表面742和与第一主表面相对的第二主表面744。第一主表面742包括光学元件746的阵列。光学元件746的阵列可以被如本文关于光学元件146的阵列所描述的那样配置。在一些实施例中，光学元件746的阵列包括准直透镜(例如，圆柱形透镜、菲涅耳透镜、圆柱形菲涅耳透镜或其组合)的阵列。第二主表面744包括光反射层748和在光反射层中的孔径750的阵列。光反射层748包括反射材料(例如，白色层或镜面层)。孔径750的阵列可以被配置为如本文关于孔径150的阵列所述的那样。孔径750的阵列对应于光学元件746的阵列。例如，每个光学元件746与至少一个孔径750对齐。准直单元120与美学表面单元140相比是反向的。例如，准直单元120被设置为与发光单元110相邻，使得从发光单元发射的光入射在准直单元的第二表面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。准直单元120和发光单元110被布置为使得光反射层748被设置在发光单元和光学元件746的阵列之间。
在图11中所示的实施例中，孔径的阵列包括在第一方向上延伸的细长的孔径的阵列，并且光学元件746的阵列包括在第一方向上延伸的柱状透镜的阵列。因此，第一方向与细长的孔径的长度和/或柱状透镜的纵向轴线对齐。从光导716的第二表面发射的光接触准直单元120的第二表面744。在光反射层748的孔径处接触第二表面744的光穿过光反射层被光学元件聚焦并且被引导朝向图像显示单元130和/或美学表面单元140。接触第二表面744的剩余的光被光反射层748反射到光导716中。因此，光可被再循环到光导716中，直到被允许通过准直单元120的孔径。准直单元120被配置成准直从光导716发射的光(例如，通过迫使光通过相对较窄的孔径)。另外或者替代地，亮度增强单元719可以帮助确保只有适合的偏振穿过孔径。具有如本文所述的细长的孔径和柱状透镜的准直单元120被配置成在第二方向(例如，垂直于孔径和柱状透镜)上准直光而不在第一方向(例如平行于孔径和柱状透镜)上准直光。因此，准直单元120可以被配置为一维准直单元。因为图11中所示的发光单元110包括反射型漫射单元718，所以由准直单元120发射的光可以在第一方向上被漫射，而无需使用额外的漫射单元。
尽管光学元件146的阵列和光学元件746的阵列在图11中被示出为具有相同的节距，但是其他实施例被包括在本公开中。在其它实施例中，光学元件的阵列可以具有相同或不同的节距，相同或不同的形状，以及相同或不同的尺寸。尽管孔径150的阵列和孔径750的阵列在图11中被示出为具有相同的节距，但是其他实施例被包括在本公开中。在其它实施例中，孔径的阵列可以具有相同或不同的节距，相同或不同的形状，以及相同或不同的尺寸。
图12是示例性显示设备800的示意图。显示设备800类似于参考图1所描述的显示设备100、参考图8所描述的显示设备400和参考图11所描述的显示设备700。例如，显示设备800包括图像显示单元130和美学表面单元140。在图12所示的实施例中，图像显示单元130包括发射型图像显示单元。因为该图像显示单元被配置成发射光，所以光单元被省略。例如，图像显示单元130包括被布置成二维阵列的多个像素。每个像素包括一个或多个发射元件(例如，OLED)。例如，每个像素包括红色、绿色和蓝色发射元件(例如子像素)使得像素被配置成发射具有期望颜色的可见光。
美学表面单元140可以包括非平面的形状。例如，在图12所示的实施例中，美学表面单元140包括弯曲的形状。这种非平面的形状可以使得显示设备的外表面能够与如本文所述的表面(例如，车辆表面)成一体或形成该表面的一部分。
尽管图12示出了具有基本上相同的非平面的形状的图像显示单元130和美学表面单元140，但是其他实施例被包括在本公开中。例如，在一些实施例中，图像显示单元是基本上平面的，并且美学表面单元是非平面的。在其他实施例中，图像显示单元和美学表面单元两者都是基本上平面的或者具有不同的非平面的形状。
尽管图1、7、10和11示出了具有基本上相同的表面面积的图像显示单元130和美学表面单元140，但是其他实施例被包括在本公开中。例如，在一些实施例中，图像显示单元具有比美学表面单元小的表面面积。在这样的实施例中，由图像显示单元生成的图像可以被投影到美学表面单元上，用于传输通过美学层中的孔径并由观看者观看。
本文描述的不同实施例的各种部件可以被彼此组合使用。例如，图11中所示的准直单元120可以和图8中所示的光单元110一起使用。另外或替代地，图8中所示的准直单元120可以和图11中所示的光单元110一起使用。另外或替代地，图6中所示的美学表面单元240或图7中所示的美学表面单元340可以和图8中所示的准直单元120或图11中所示的准直单元120以及图8中所示的光单元110或图11中所示的光单元110一起使用。
在一些实施例中，一种用于生成可由观看者直接观看的图像的方法包括：发射光，在第二方向上准直光而不在与第二方向垂直的第一方向上准直光，以及在第一方向上漫射光而不在第二方向上漫射光。在一些实施例中，发射光包括发射在第二方向上具有基本上朗伯强度分布的朗伯光，并且该方法进一步包括在在第二方向上准直光之前将朗伯光转变成在第二方向上具有基本上均匀的强度分布的均匀光。在一些实施例中，该方法进一步包括将光聚焦到光吸收层的孔径的阵列中以供观看者直接观看。
在各种实施例中，本文描述的显示设备可以被结合到诸如汽车的车辆、船和飞机(例如镜子、支柱、门的侧面板、头枕，仪表板、控制台或车辆的座椅，或其任何部分)、建筑固定物或结构(例如建筑物的内壁或外壁或地板)、电器(例如冰箱、烤箱、炉子、洗衣机、烘干机或另一种电器)、消费电子器件(例如电视机、膝上型电脑、计算机监视器以及诸如移动电话、平板电脑和音乐播放器之类的手持式电子器件)、家具、信息亭、零售亭等。
对本领域技术人员显而易见的是在不背离本发明的精神或范围的情况下可作出各种修改和变化。因此，本发明不受限制，除非鉴于所附权利要求书及其等效物。

Claims (30)

1.一种显示设备，包括：
图像显示单元；
美学层，所述美学层包括矩阵材料和在所述矩阵材料中的孔径的阵列；以及
聚焦层，所述聚焦层设置在所述图像显示单元和所述美学层之间，且包括光学元件的阵列，所述光学元件的阵列被定位成共同地聚焦由所述图像显示单元生成的图像通过所述美学层的所述孔径的阵列。
2.如权利要求1所述的显示设备，其中所述矩阵材料的外部表面包括基本上纯色。
3.如权利要求2所述的显示设备，其中所述纯色是非黑色。
4.如权利要求1所述的显示设备，其中所述矩阵材料的外部表面包括装饰图案。
5.如权利要求1所述的显示设备，其中：
所述美学层包括内层和外层；
所述内层包括所述矩阵材料；以及
所述外层包括装饰层。
6.如权利要求5所述的显示设备，其中所述装饰层包括基本上纯色。
7.如权利要求6所述的显示设备，其中所述纯色是非黑色。
8.如权利要求5所述的显示设备，其中所述装饰层包括装饰图案。
9.如权利要求1至8中任一项所述的显示设备，进一步包括覆盖所述美学层的外部表面的至少一部分的半透明层。
10.如权利要求1至9中任一项所述的显示设备，其中所述美学层包括非平面形状。
11.如权利要求1至10中任一项所述的显示设备，其中所述图像显示单元包括点光源阵列。
12.如权利要求11所述的显示设备，其中所述图像显示单元包括非平面形状。
13.如权利要求1至10中任一项所述的显示设备，其中所述图像显示单元包括背光单元和光阀阵列，并且所述图像显示单元被定位成使得所述光阀阵列在所述背光单元和所述聚焦层之间。
14.如权利要求1至13中任一项所述的显示设备，进一步包括设置在所述聚焦层和所述美学层之间的漫射层。
15.如权利要求1至14中任一项所述的显示设备，进一步包括设置在所述美学层的所述孔径中的一个或多个孔径内的漫射材料。
16.如权利要求1至15中任一项所述的显示设备，进一步包括设置在所述美学层的所述孔径中的一个或多个孔径的边缘处的光吸收边界。
17.如权利要求16所述的显示设备，其中所述光吸收边界至少部分地围绕所述边缘的周边延伸。
18.如权利要求1至17中任一项所述的显示设备，其中所述孔径占据所述美学层的表面面积的至多约50％。
19.如权利要求1至18中任一项所述的显示设备，其中所述美学层的厚度为所述孔径的尺寸的至多约125％。
20.一种显示设备，包括：
图像显示单元；
美学层，所述美学层包括在其中的孔径的阵列，所述美学层的外部表面包括装饰表面；以及
聚焦层，所述聚焦层设置在所述图像显示单元和所述美学层之间，且包括光学元件的阵列，所述光学元件的阵列被定位成共同地聚焦由所述图像显示单元生成的图像通过所述美学层的所述孔径的阵列。
21.如权利要求20所述的显示设备，其中所述美学层包括光吸收层。
22.如权利要求21所述的显示设备，其中所述光吸收层是内层且所述美学层包括外层，所述外层包括所述装饰表面。
23.一种美学表面单元，包括：
美学层，所述美学层包括在其中的孔径的阵列，所述美学层的外部表面包括装饰表面；以及
聚焦层，所述聚焦层包括光学元件的阵列，所述光学元件的阵列被定位成共同地聚焦由图像显示单元生成的图像通过所述美学层的所述孔径的阵列。
24.如权利要求23所述的美学表面单元，其中所述装饰层包括光吸收层。
25.如权利要求24所述的美学表面单元，其中所述光吸收层是内层且所述美学层包括外层，所述外层包括所述装饰表面。
26.如权利要求23至25中任一项所述的美学表面单元，其中所述装饰层包括基本上纯色。
27.如权利要求26所述的美学表面单元，其中所述纯色是非黑色。
28.如权利要求23至25中任一项所述的美学表面单元，其中所述装饰层包括装饰图案。
29.一种显示设备，包括：
图像显示单元；以及
如权利要求23至28中任一项所述的美学表面单元。
30.一种车辆，包括如权利要求1至22和29中任一项所述的显示设备。
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