CN110192219A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种显示装置包括：至少部分透明的显示器，该显示器被配置为生成光，以形成用于向位于显示器前方的用户显示的图像；以及位于显示器后方的至少一个光发送和/或光接收设备，其中该至少一个光发送和/或光接收设备被配置为穿过显示器的至少一部分发送和/或接收光，其中该至少一个光发送和/或光接收设备包括或形成光学无线通信(OWC)装置的一部分，该OWC装置被配置为穿过显示器的至少一部分发送和/或接收光。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及一种用于具有至少一个集成光电组件的电子设备的显示装置，例如，一种用于具有集成光学无线通信收发器的电子设备的显示装置。
背景技术
许多电光组件可能需要进行光接收和/或光发送，以实现其操作。这样的组件可以包括但不限于：光学无线通信(OWC)收发器、基于光的运动检测器、相机、光学传感器、太阳能电池、接近传感器或闪光灯(flashlight)。
需要进行光接收和/或光发送以实现其操作的电光组件可能需要在光学检测器或发送器与外部环境之间的路径是完全无阻碍的。
由相机的传感器捕获的可见光可能需要在被捕获的图像与传感器之间的路径是基本上无阻碍的。由接近传感器发射并接收的红外(IR)光可能需要在接近传感器与进入的IR辐射之间的路径是完全无阻碍的，以便进行检测。OWC发送器可能需要完全无阻碍的路径，以成功发射用于上行链路(UL)通信的辐射(例如，IR光)。OWC接收器可能需要完全无阻碍的路径，以成功接收用于下行链路(DL)通信的辐射(例如，可见光辐射)。
在许多已知的设备中，电光组件被置于电子设备(例如，移动电话、平板电脑、膝上型电脑或其他计算机)的表面处或表面附近。例如，用于相机、接近传感器、OWC发送器或OWC接收器或者其他光接收或光发射组件的光学器件可以集成在这些组件所嵌入的用户设备的表面处。电光组件可以朝向设备的边缘放置，避免对设备的其他组件造成阻挡或被它们阻挡。
图1是包括集成相机模块和集成接近传感器的移动电话的示意图。移动电话10的前表面(其中该前表面是用户通常看的表面)包括显示屏幕区域12、第一边框区域14和第二边框区域16。每个边框区域14、16包括电话的前表面的不提供显示功能的区域。相机18和接近传感器20被集成到移动电话10的第一边框区域14中。
例如，显示屏幕区域12可以包括显示器，该显示器包括液晶(LCD)层和位于LCD层后方的LED阵列。LED被配置为提供LCD层(其自身并不产生光)的背光。
用于相机18和接近传感器20的光学器件集成在移动电话10的表面处。因此，相机18和接近传感器20集成在边框区域(第一边框区域14)中屏幕的一侧(即，显示屏幕区域12外部)，在该边框区域中存在可用于相机18和接近传感器20的组件的空间。
OWC模块可以以类似的方式集成到移动电话的边框区域中，使得入射在移动电话上的光可以被OWC模块的光学检测器收集。OWC模块的光学发送器所发射的光可能需要能够根据光学前端设计者的要求从设备逸出并进行辐射。OWC设备的发送器(TX)和/或接收器(RX)光学器件可以类似于图1中所示的相机18和接近传感器20那样位于边框的表面。
边框区域14、16中的空间可能是有限的。边框14、16中的有限空间可能会对OWC模块的尺寸以及可以放置在边框中的附加模块的尺寸造成极大的限制。
近来的手机设计具有使一个或多个边框区域的尺寸不断缩小的趋势，并且还认为，一些设计者可能希望能将边框完全去掉(例如，具体做法是创造出手机的整个前表面被显示屏幕完全覆盖的设计)。
已知的是提供透明太阳能电池模块，该模块可以集成在移动电话屏幕的顶部，使得在太阳能电池获取能量的同时，移动电话仍可以实现预期的用途。已经提出太阳能电池可以潜在地用作OWC检测器。然而，透明太阳能电池的性质在于：大部分光穿过太阳能电池，而仅获取少量入射光。如果情况不是这样，那么太阳能电池就不会是透明的，这可能会使太阳能电池下方的显示器所发出的显示图像劣化。对于现代无线通信标准中所使用的高速数据速率而言，太阳能电池可能过于慢了，而这一点可能会限制透明太阳能电池被用作OWC检测器。
发明内容
在本发明的第一方面，提供了一种显示装置，该显示装置包括：至少部分透明的显示器；以及位于显示器后方的至少一个光发送和/或光接收设备；其中该至少一个光发送和/或光接收设备被配置为穿过显示器的至少一部分发送和/或接收光。显示器可以被配置为生成光，以形成用于向用户显示的图像，例如，位于显示器前方的用户。该至少一个光发送和/或光接收设备可以包括或形成光学无线通信(OWC)装置的一部分，该OWC装置被配置为穿过显示器的至少一部分发送和/或接收光。
该至少一个光发送设备可以被配置为将包括上行链路数据信号的经调制光发送到另外的OWC设备。该OWC装置(例如，OWC装置的收发器)可以被配置为将上行链路数据信号编码在发送的经调制光中。该至少一个光接收设备可以被配置为从另外的OWC设备接收包括下行链路数据信号的经调制光。OWC装置(例如，OWC装置的收发器)可以被配置为对接收的经调制光进行解码，以获得被编码在接收的经调制光中的下行链路数据信号。
显示器可以包括一个或多个层。例如，显示器可以包括一起提供显示功能的多个子层。该至少一个光接收设备可以包括至少一个光检测器。
显示器的至少部分透明性使得光能穿过显示器的至少一部分。因此，光发送和/或光接收设备可以放置在显示层后方，而不是放置在显示器外部的区域中(例如，边框区域)。在一些情况下，通过将一个或多个光发送和/或光接收设备放置在显示器后方而不是边框中，可以允许边框的尺寸减小，或者可以允许完全去掉边框。
与光发送和/或光接收设备被放置在边框中的情形相比，在一些情况下，光发送和/或光接收设备可以被制造得更大。可以将光发送和/或光接收设备放置在包括显示屏幕区域的主要部分的区域上。
多个光发送和/或光接收设备可以位于显示屏幕后方的单个层上。不同的光发送和/或光接收设备可以位于显示屏幕后方的不同层上。在一些情况下，光发送和/或光接收设备可以是单独的模块。这些单独的模块可以位于显示屏幕后方彼此相邻。单独的模块可以位于显示屏幕后方，使得没有对这些单独模块所属的层的清晰限定。
可以通过显示器的存在来掩藏光发送和/或光接收设备。可以在显示器上显示图像，这可以遮挡用户对显示器后方的光发送和/或光接收设备的视线。
显示器可以基本上是平面的。将至少一个光发送和/或光接收设备定位在显示器后方可以包括将至少一个光发送和/或光接收设备定位在显示器平面的与用户看显示器的一侧相对的一侧。
至少部分透明的显示器可以对可见光、紫外光、红外光中的至少一种是至少部分透明的。
显示器的透明度可以与显示器上显示的图像无关。显示器的透明程度可以不依赖于图像内容而变化，例如，图像颜色和/或强度。
显示器可以包括多个至少部分透明的显示元件。
多个至少部分透明的显示元件可以均提供显示器所显示的图像的相应像素。多个显示元件可以包括不同颜色的显示元件，例如，红色显示元件、绿色显示元件和蓝色显示元件。显示屏幕还可以包括多个非透明显示元件。
至少部分透明的显示元件可以包括透明有机发光二极管(TOLED)。
至少部分透明的显示元件包括以下中的至少一种：微型LED、量子点LED或光场显示元件。
至少一个光发送和/或光接收设备可以独立于至少部分透明的显示元件。至少一个光发送和/或光接收设备可以以与至少部分透明的显示元件不同的波长和/或调制速度和/或功率输出进行操作。
至少一个光发送和/或光接收设备可以包括至少一个电光设备，可选地，电光设备阵列。至少一个光发送和/或光接收设备可以包括以下中的至少一种：至少一个收发器；至少一个LED，可选地至少一个微型LED、量子点LED或光场显示元件。
至少一个光发送和/或光接收设备可以包括或形成光学无线通信(OWC)装置的一部分，例如，OWC收发器、OWC接收器、OWC发送器。至少一个光发送和/或光接收设备可以包括基于光的运动检测器、相机、太阳能电池、接近传感器、闪光灯、光水平检测器。
由至少一个光发送和/或光接收设备发送和/或接收的光可以包括可见光、红外光、紫外光中的至少一种。
由至少一个光发送和/或光接收设备发送的光可以具有与由显示器生成的光相同的波长。例如，显示器可以被配置为生成可见光谱中的光，并且至少一个光发送和/或光接收设备也可以被配置为发送可见光。由至少一个光发送和/或光接收设备发送光可以与显示器生成光无关。
由至少一个光发送和/或光接收设备发送的光可以与由显示器生成的光不同。例如，显示器可以生成可见光，并且至少一个光发送和/或光接收设备可以发送红外光。用户可能感觉不到所发送的红外光。作为另一示例，显示器可以生成可见光，并且至少一个光发送和/或光接收设备可以发送不可见光。
通过使用不是显示器的一部分的至少一个光发送和/或光接收设备来发送光，所发送的光可以独立于屏幕上显示的图像。由至少一个光发送和/或光接收设备发送的光的参数可以不受屏幕上显示的图像的变化影响，例如，不受图像颜色或强度的变化影响。例如，由至少一个光发送和/或光接收设备发送的光可以具有不随图像内容而变化的波长和/或强度。
作为显示器一部分的LED在一些情况下可能不适合于通信。使用单独的光发送设备可以允许通信得以实现，同时还不会对显示造成影响。
由OWC发送器和/或接收器发送和/或接收的光可以包括可见光、紫外光、红外光中的至少一种。由OWC发送器发送的光可以包括红外光。由OWC接收器接收的光可以包括可见光。
OWC发送器和/或接收器可以包括光保真(LiFi)发送器和/或接收器。由OWC发送器发送的光可以包括LiFi上行链路信号。由OWC接收器接收的光可以包括LiFi下行链路信号。
OWC发送器和/或接收器可以被配置为例如根据调制方案，对穿过显示器的至少一部分发送的光进行调制，以将数据编码在发送的光中。OWC发送器和/或接收器可以被配置为对穿过显示器的至少一部分接收的光进行解调，以获得被编码在接收光中的数据，例如根据调制方案或所述调制方案编码的数据。
调制方案可以包括开关键控(OOK)、相移键控(PSK)、M进制脉冲幅度调制(M-PAM)、M进制正交幅度调制(M-QAM)或正交频分多路复用(OFDM)中的至少一种。
至少一个光发送和/或光接收设备可以包括至少一个太阳能电池。
至少一个太阳能电池可以被配置为至少部分地为显示装置供电。至少一个太阳能电池可以被配置为至少部分地为其中包含显示装置的电子设备供电。至少一个太阳能电池可以被配置为对蓄电池充电。
至少一个太阳能电池可以被配置为检测光信号。光信号可以包括通信信号。至少一个太阳能电池可以被配置为检测光水平。光水平可以包括环境光水平。
通过将太阳能电池放置在显示器后方，与将太阳能电池放置在非显示区域中(例如，放置在边框中)的情况相比，太阳能电池可以制造得更大。一个或多个太阳能电池可以占据显示区域的较大部分，例如，大于显示区域的20％，可选地大于显示区域的50％，进一步可选地大于显示区域的80％。太阳能电池面积的增大可以使得所捕获的太阳能增多。可以延长电子设备的蓄电池寿命。
至少一个光接收和/或光发送设备可以包括基于光的运动检测器、相机、接近传感器、闪光灯、光水平检测器中的至少一种。
至少一个光接收和/或光发送设备可以包括至少一个大面积光电检测器。该至少一个大面积光电检测器可以占据至少10mm2，可选地至少20mm2，进一步可选地至少50mm2，进一步可选地至少100mm2，进一步可选地至少200mm2的面积。该至少一个大面积光电检测器可以占据显示区域的至少10％，可选地显示区域的至少20％，进一步可选地显示区域的至少50％。
至少一个光接收和/或光发送设备可以包括多个光电检测器。
大面积光电检测器和/或多个光电检测器的使用可以允许在比一些现有系统中更大的区域上捕获光。在一些情况下，大面积光电检测器和/或多个光电检测器的使用可以减少或消除与至少一个光接收和/或光发送设备相关联的光学器件。
至少一个光发送和/或光接收设备可以定位成使得在至少一个光发送和/或光接收设备与显示器之间没有附加的光学组件。
至少一个光接收和/或光发送设备可以包括多个发送器。发送器可以分散在显示区域上。
至少一个光接收和/或光发送设备可以包括至少一个大面积发送器。该至少一个大面积发送器可以占据至少10mm2，可选地至少20mm2，进一步可选地至少50mm2，进一步可选地至少100mm2，进一步可选地至少200mm2的面积。该至少一个大面积发送器可以占据显示区域的至少10％，可选地显示区域的至少20％，进一步可选地显示区域的至少50％。
使用分散和/或大面积发送器可以在较大的区域上分布辐射光(例如，辐射的红外光)。在较大区域上分布辐射光可以允许缓和与眼睛安全性有关的限制。例如，与从较小的发送器或较少的发送器辐射光的情况相比，可以辐射较高的光总量。
显示装置还可以包括用于处理信号的模块，该信号表示由至少一个光发送和/或光接收设备接收的光。
用于处理的模块(例如，处理器、软件和/或硬件布置)可以被配置为处理表示由至少一个光发送和/或光接收设备接收的光的信号，以识别、补偿和/或至少部分地去除信号的表示由显示器的至少一部分发射的光的分量。
显示器的至少一部分可以向后发射光。显示器的至少一部分可以朝向光发送和/或光接收设备发射光以及朝向用户发射光。处理器可以区分穿过显示器接收的光(其可以包括期望的信号)和已经由显示器发射的光(其可以包括不利的干扰)。处理器可以处理由具有至少一个光敏元件的任何光发送和/或光接收设备接收到的光，例如，通信接收器、相机传感器或接近传感器。
信号的处理可以基于以下中的至少一种：信号的波长；信号的调制频率。由于干扰相对于通信系统的速度缓慢地发生变化，因此可以估计出干扰，并且可以通过数字处理来消除或减少干扰。
信号的处理可以包括按波长对信号进行滤波。信号的处理可以包括按调制频率对信号进行滤波。光发送和/或光接收设备可以包括OWC设备，该OWC设备被配置为接收经调制光信号，例如，在1Hz和100GHz之间，可选地1MHz和100GHz之间，可选地100kHz和1PHz之间的调制频率下调制的基带调制信号。对于处理器，显示器发射的光可以表现为被添加到接收的OWC信号的低频干扰信号。例如，显示器上显示的图像可以以30Hz和200Hz之间的刷新率显示。
显示装置可以被配置为至少部分地补偿显示器的光学效果，例如，显示装置可以包括用于至少部分地补偿由显示器引起的光学效果的模块。
显示器的光学效果可以是改变穿过显示器的光的传播分布(propagationprofile)。显示器的光学效果可以包括穿过显示器的至少一部分发送和/或接收的光的至少一个参数的变化。该至少一个参数可以包括以下中的至少一种：传播分布参数、波长、偏振参数、方向、像差参数、色散参数、折射参数、衍射参数。
显示装置可以包括被配置为补偿显示器的光学效果的至少一个光学组件。显示器的光学效果的补偿可以包括通过显示器的至少一个光学组件改变由至少一个光发送和/或光接收设备发送和/或接收的光的至少一个参数的值。
例如，至少一个光学组件可以包括至少一个透镜。作为另一示例，至少一个光学组件可以包括以下中的至少一种：透镜阵列、微透镜阵列、液晶显示器、偏振器。
至少一个光学组件可以包括一个或多个滤波器。例如，一个或多个滤波器可以包括以下中的至少一种：吸收滤波器；干涉滤波器；法布里-珀罗滤波器；二向色滤波器；带通滤波器；可调滤波器；等离子体滤波器。
显示器的光学效果的补偿可以包括由显示装置的处理器执行对由至少一个光发送和/或光接收设备发送和/或接收的光的信号处理。信号处理可以包括数字信号处理。信号处理可以包括模拟信号处理。
显示器的光学效果的补偿可以允许至少一个光发送和/或光接收设备如同显示器不存在那样或者几乎如同显示器不存在那样执行。作为补偿的结果，信号的发送或接收可能基本上不会受到位于至少一个光发送和/或光接收设备前方的显示器的存在的影响。
显示装置可以被配置为在改变由显示器的至少一部分发射的光的至少一个特性，和/或改变在至少一个光发送和/或光接收设备穿过显示器的至少一部分发送和/或接收光的时间段期间显示器的操作。该至少一个特性可以包括强度。光的至少一个特性的改变可以包括以下中的至少一种：降低由显示器的至少一部分发射的光的强度，和/或关闭显示器的至少一部分。显示装置可以被配置为在至少一个光发送和/或光接收设备穿过显示器的至少一部分接收光的时间段期间，关闭显示器的至少一部分。
在穿过显示器接收光的同时改变由显示器的至少一部分发射的光的强度，可以防止从显示器向后方发射的光对至少一个光发送和/或光接收设备穿过显示器接收的光产生影响。在一些情况下，关闭屏幕的至少一部分可以去除源自显示器的光，且这种方式的效率比使用信号处理来去除此光的效率更高。显示装置可以被配置为使得仅在短时间段内关闭显示器的至少一部分或者降低显示器的至少一部分的强度。例如，该时间段可以在0.001秒和1秒之间，可选地在0.001秒和0.1秒之间，进一步可选地在0.01秒和0.1秒之间。
显示器的至少一部分的强度的改变可以与正在发送或接收的信号的调制同步。
至少一个光发送和/或光接收设备可以包括相机的传感器元件。时间段可以包括相机采集图像的时间段。
通过在相机采集图像期间关闭显示器的至少一部分，可以获取到图像，而无需通过信号处理来移除源自显示器的光。与在图像采集期间开启显示器相比，接收到的光可以包括较少的干扰。
至少一个光发送和/或光接收设备和多个显示元件可以被配置为使得来自多个显示元件的光不会使至少一个光发送和/或光接收设备饱和。
至少一个光发送和/或光接收设备可以被配置为接收穿过显示器的光和源自显示器的光，同时还不会出现饱和。
显示装置还可以包括位于显示器前方的至少部分透明的覆盖层。显示装置还可以包括位于显示器前方的电容层。显示装置还可以包括背板层，至少一个光发送和/或光接收设备安装在该背板层上。
显示器可以是集成显示屏幕的一部分。至少一个光发送和/或光接收设备可以位于集成显示屏幕后方。集成显示屏幕可以包括以下中的至少一种：至少部分透明的覆盖层、电容层、背板层。集成显示屏幕可以封装在不包含至少一个光发送和/或光接收设备的封装件中。
将至少一个光发送和/或光接收设备定位在集成显示屏幕后方可以掩藏集成显示屏幕后方的至少一个光发送和/或光接收设备，使得用户无法看到它们。
使用至少部分透明的显示屏幕可以允许至少一个光发送和/或光接收设备与显示屏幕分开制造，然后在组装阶段被放置在显示屏幕后方。
至少一个光发送和/或光接收设备可以包括多个不同的光发送和/或光接收设备。
若干不同类型的设备可以集成在单个显示器后方。例如，OWC收发器、接近传感器和太阳能电池可以集成到单个设备中。通过将若干光发送和/或光接收设备集成到显示区域中，可以减小或消除非显示区域(例如，边框区域)。
在可以独立提供的本发明的第二方面中，提供了一种操作显示装置的方法，该显示装置包括至少部分透明的显示器和位于显示器后方的至少一个光发送和/或光接收设备，该方法包括：由至少一个光发送和/或光接收设备穿过显示器的至少一部分发送和/或接收光，从而例如使用经调制光提供光学无线通信(OWC)。该方法可以包括由显示器显示图像，例如，向位于显示器前方的用户显示。
在可以独立提供的本发明的另一方面中，提供了一种显示装置，该显示装置包括光学无线通信(OWC)装置和显示器，该显示器包括元件阵列，该元件阵列包括：
包括红色元件、绿色元件和蓝色元件的多个显示元件，该多个显示元件被配置为向用户显示图像；以及
多个光发送元件，该多个光发送元件被配置为将包括数据信号(例如，上行链路数据信号)的经调制光发送到另外的OWC设备，其中OWC装置被配置为对发送的经调制光中的数据信号进行编码；和/或
多个光接收元件，该多个光接收元件被配置为从另外的OWC设备接收包括数据信号(例如，下行链路数据信号)的经调制光，其中OWC装置被配置为对接收的经调制光进行解码，从而获得被编码在接收的经调制光中的数据信号；
其中a)或b)中的至少一项：
a)光发送和/或光接收元件以一个或多个光发送和/或光接收元件的组的形式分布在显示器中，其中一个或多个所述组至少部分地被显示元件包围，使得元件阵列包括单位单元的重复布置，每个单位单元包括至少一个光发送和/或光接收元件、至少一个红色元件和至少一个绿色元件和至少一个蓝色元件；或者
b)光发送和/或光接收元件布置在显示器内或边缘处一行或多行或一列或多列中。
在可以独立提供的本发明的另一方面中，提供了一种显示装置，该显示装置包括显示器，该显示器包括元件阵列，该元件阵列包括：被配置为向用户显示图像的多个显示元件；以及多个光发送和/或光接收元件；其中光发送和/或光接收元件：以一个或多个光发送和/或光接收元件的组的形式分布在显示器中，其中一个或多个所述组至少部分地被显示元件包围；或者布置在显示器内或边缘处一行或多行或一列或多列中。
通过使光发送和/或光接收元件散布在显示元件之间，光发送和/或光接收元件可以集成到显示区域中，而显示元件不是透明的。
多个光发送和/或光接收元件可以包括多个光电二极管和/或多个LED。
多个光发送和/或光接收设备可以包括以下中的至少一种：雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩光电二极管(SPAD)、光电倍增管、太阳能电池、在太阳能电池模式下操作(正向偏置)的光电二极管。
多个光发送和/或光接收设备可以包括LED、激光二极管中的至少一种。
阵列可以包括单位单元的重复布置，每个单位单元包括至少一个光发送和/或光接收元件以及多个显示元件。
光发送和/或光接收元件可以以一个或多个光发送和/或光接收元件的组的形式分布在显示器中，其中一个或多个所述组至少部分地被显示元件包围，使得元件阵列包括单位单元的重复布置，每个单位单元包括至少一个光发送和/或光接收元件、至少一个红色元件和至少一个绿色元件和至少一个蓝色元件
多个光发送元件可以被配置为将包括上行链路数据信号的经调制光发送到另外的OWC设备，其中OWC收发器被配置为将上行链路数据信号编码在发送的经调制光中。多个光接收元件可以被配置为从另外的OWC设备接收包括下行链路数据信号的经调制光，其中OWC收发器被配置为对接收的经调制光进行解码，以获得被编码在接收的经调制光中的下行链路数据信号。
发送的经调制光的调制频率可以在100KHz和1PHz之间。接收的经调制光的调制频率可以在100KHz和1PHz之间。
发送的经调制光的调制频率可以在1MHz和100GHz之间。接收的经调制光的调制频率可以在1MHz和100GHz之间。
发送的经调制光可以具有与显示元件所发射的可见光的波长不同的波长。发送的调制光可以是不可见光。发送的经调制光可以是红外光。
每个光发送元件可以具有与每个显示元件不同的输出功率。
光接收元件可以布置在多于一个的光接收区域中，使得每个光接收区域被配置为接收具有不同波长的光。
显示装置可以包括用于每个光接收区域的信号收集电路，该信号收集电路被配置为从光接收区域中的每个光接收元件收集检测信号，并且还被配置为对光接收区域上检测信号的收集进行同步。
用于对发送的经调制光进行编码的调制方案和/或用于对接收的经调制光进行解码的调制方案可以包括以下中的至少一种：开关键控(OOK)、相移键控(PSK)、M进制脉冲幅度调制(M-PAM)、M进制正交幅度调制(M-QAM)或正交频分多路复用(OFDM)。
多个光接收元件可以包括多个光电二极管，并且多个光发送元件可以包括多个LED和/或激光二极管。
显示器可以包括一个或多个层。例如，显示器可以包括一起提供显示功能的多个子层。
显示器可以包括多个至少部分透明的显示元件。
至少部分透明的显示元件可以包括透明有机发光二极管(TOLED)。
至少部分透明的显示元件可以包括以下中的至少一种：微型LED、量子点LED或光场显示元件。
显示装置还可以包括多个非透明显示元件。
元件阵列还可以包括多个光学前端电路元件。
每个单位单元可以包括至少一个光学前端电路元件。光学前端电路元件中的至少一个可以布置在显示器内或边缘处一行或多行或一列或多列中。
光学前端电路元件中的至少一个可以包括：放大电路元件、缓冲电路元件或多路复用电路元件。
至少一些显示元件可以是至少部分透明的。显示装置还可以包括位于显示器后方的至少一个另外的光发送设备和/或光接收设备。该至少一个另外的光发送和/或光接收设备可以被配置为穿过显示器的至少一部分发送和/或接收光。
红色元件、绿色元件和蓝色元件可以被配置为将包括上行链路数据信号的经调制光发送到另外的OWC设备。
多个光发送元件和多个光接收元件可以包括至少一个太阳能电池。
至少一个太阳能电池可以被配置为至少部分地为显示装置供电。至少一个太阳能电池可以被配置为至少部分地为其中包含显示装置的电子设备供电。至少一个太阳能电池可以被配置为对至少一个蓄电池充电。
至少一个太阳能电池可以被配置为检测光信号。例如，光信号可以包括通信信号。至少一个太阳能电池可以被配置为检测光水平。例如，光水平可以包括环境光水平。
显示装置还可以包括用于处理表示由至少一个光接收设备接收的光的信号的模块，以识别、补偿和/或至少部分地去除信号的表示由显示器的至少一部分发送的光的分量。
显示装置可以包括用于至少部分地补偿由显示器引起的光学效果的模块。用于至少部分地补偿由显示器引起的光学效果的模块可以包括被配置为补偿显示器的光学效果的至少一个光学组件。
至少一个光学组件可以包括以下中的至少一种：透镜、透镜阵列、微透镜阵列、液晶显示器、偏振器。
至少一个光学组件可以包括一个或多个滤波器。例如，至少一个光学组件可以包括以下中的至少一种：吸收滤波器；干涉滤波器；法布里-珀罗滤波器；二向色滤波器；带通滤波器；可调滤波器；等离子体滤波器。
显示器的光学效果的补偿可以包括以下中的至少一种：a)由显示器的至少一个光学组件改变由至少一个光发送和/或光接收设备发送和/或接收的光的至少一个参数的值；b)由显示装置的处理器执行对由至少一个光发送和/或光接收设备发送和/或接收的光的信号处理，例如，其中信号处理包括模拟或数字信号处理。
显示装置可以被配置为改变由显示器的至少一部分发射的光的至少一个特性。显示装置可以被配置为改变显示器在至少一个光发送设备穿过显示器的至少一部分发送光的时间段期间的操作。显示装置可以被配置为改变显示器在至少一个光接收设备光穿过显示器的至少一部分接收光的时间段期间的操作。
显示装置可以被配置为使得仅在短时间段内显示器的至少一部分被关闭或者显示器的至少一部分的强度降低。显示装置可以被配置为使得仅在短时间段内与正在发送或接收的信号的调制同步地关闭显示器的至少一部分或者降低显示器的至少一部分的强度。该时间段可以在0.001秒和1秒之间。该时间段可以在0.001秒和0.1秒之间。该时间段可以在0.01秒和0.1秒之间。
可以通过显示器的存在来掩藏光发送设备。可以通过显示器的存在来掩藏光接收设备。
可以提供一种电子设备，该电子设备包括如本文所要求保护或描述的显示装置。可以提供一种包括根据第一方面或第三方面的显示装置的电子设备。电子设备可以包括移动电话、平板电脑、计算机、膝上型电脑中的至少一种。电子设备可以包括汽车显示器、航空驾驶舱显示器、电视、金融交易终端、工业控制面板中的至少一种。
在可以独立提供的另一方面，提供了一种提供光学无线通信(OWC)的方法，包括：
提供包括红色元件、绿色元件和蓝色元件的多个显示元件，该多个显示元件被配置为向用户显示图像；以及
提供多个光发送元件，该多个光发送元件被配置为将包括数据信号(例如，上行链路数据信号)的经调制光发送到另外的OWC设备，其中OWC装置被配置为将数据信号编码在发送的经调制光中；和/或
提供多个光接收元件，该多个光接收元件被配置为从另外的OWC设备接收包括数据信号(例如，下行链路数据信号)的经调制光，其中OWC装置被配置为对接收的经调制光进行解码，以获得被编码在接收的经调制光中的数据信号；
其中a)或b)中的至少一项：
c)光发送和/或光接收元件以一个或多个光发送和/或光接收元件的组的形式分布在显示器中，其中一个或多个所述组至少部分地被显示元件包围，使得元件阵列包括单位单元的重复布置，每个单位单元包括至少一个光发送和/或光接收元件、至少一个红色元件以及至少一个绿色元件和至少一个蓝色元件；或者
d)光发送和/或光接收元件布置在显示器内或边缘处一行或多行或一列或多列中。
还可以提供基本上如本文中参考附图所述的装置或方法。
本发明的一个方面的任何特征可以以任何适当的组合应用于本发明的其他方面。例如，第一方面的特征可以应用于第三方面的特征，反之亦然。例如，装置特征可以应用于方法特征，反之亦然。
附图说明
现在通过非限制性示例的方式描述并在以下附图中示出本发明的实施例，在附图中：
图1是移动电话的示意图；
图2是根据实施例的使用透明有机发光二极管(TOLED)显示矩阵的集成LiFi支持屏幕的示意图；
图3是移动设备与接入点之间的LiFi通信的示意图；
图4是根据实施例的采用TOLED显示掩藏的集成LiFi模块的示意图；
图5是根据实施例的具有集成光电检测器和IR LED的RGB显示矩阵的示意图；
图6是根据实施例的具有集成光电检测器和IR LED的RGB显示矩阵的示意图；
图7(a)和图7(b)示出了具有集成OWC发送器和接收器的显示器的像素结构的示意图；
图8是微型LED阵列的示意图；
图9是多波长微型LED阵列的示意图；以及
图10是微型LED的结构化可寻址阵列的示意图。
具体实施方式
图2是根据实施例的LiFi支持屏幕30的示意图。LiFi支持屏幕30可以位于移动电话或另一设备的显示屏幕区域中。例如，LiFi支持屏幕可以在另一移动计算设备(如平板电脑或膝上型电脑)中使用，或者可以在台式计算机中使用。LiFi支持屏幕30可以包括在具有显示屏幕的任何设备中，例如，包括在家用电器或销售点设备中。LiFi支持屏幕30可以被称为显示装置。
LiFi支持屏幕30包括多个基本上平坦的层。图2用分解图示出了从侧向观察到的层。这些层被表示为使得最靠近移动电话的前表面的层位于图2的顶部。尽管在本实施例中这些层是平坦且呈矩形的，但在其他实施例中，这些层可以具有任何适当的形状。
在图2的实施例中，LiFi支持屏幕30的层包括覆盖层32、电容层34、显示层36和背板38。
覆盖层32位于移动电话的前表面处，基本上是透明的，并且被配置为保护移动电话的组件。在本实施例中，覆盖层32是保护玻璃层32。在其他实施例中，可以使用任何合适的材料。
在本实施例中，电容层34是位于覆盖玻璃32正后方的电容电路平面34，并且可以用于提供触摸屏功能。
显示层36位于电容层36的正后方并且包括透明有机发光器件(TOLED)矩阵。TOLED矩阵形成显示器，该显示器被配置为生成光，进而形成图像。TOLED矩阵是红色TOLED、蓝色TOLED和绿色TOLED的阵列，其也可以被称为显示元件或像素。每个TOLED对可见光基本上是透明的，并且对红外光也可以是基本上透明的。TOLED可以将光向后发射到移动电话中以及向前朝向用户发射光。
在过去5年，TOLED已经实现了商用，不同的电子公司已经开始提供采用TOLED技术的全透明或接近全透明的显示器。TOLED与其他一些类型的OLED或LED之间的区别在于：用于构建TOLED的材料几乎是完全透明的。可以使用TOLED来构建透明LED显示矩阵。TOLED技术可以在透明显示设备和显示窗口产品中使用。
在其他实施例中，显示层可以由至少部分透明的任何材料形成。可以使用能够构建透明显示层的任何技术来形成显示层。
在一些实施例中，显示层包括任何合适的红色显示元件、绿色显示元件和蓝色显示元件的阵列，其中每个显示元件是至少部分透明的。在一些实施例中，显示层包括一些透明的显示元件和一些非透明的显示元件。例如，透明红色LED可以与非透明蓝色LED组合使用。显示层可以包括多个子层。
背板层38位于TOLED矩阵36的正后方。多个电光设备安装在背板层38的上表面上。在本实施例中，电光器件包括IR LED 40和多个光电二极管42。IR LED 40和多个光电二极管42耦合到OWC收发器52(图2中未示出)。在本实施例中，TOLED可以在两个方向上发光，使得来自TOLED的一些光入射在光电二极管42上。因此，光电二极管42被配置为使得来自TOLED的光不会使它们饱和。
尽管在本实施例中屏幕30包括覆盖层32、电容层34、显示层36和背板层38，但是在其他实施例中，可以包括附加层。可以省略图2的实施例的一个或多个层。层可以按照不同的顺序放置。在一些实施例中，对显示层36进行驱动的电路位于与显示层36本身不同的层上。例如，驱动电路可以位于背板层38上或后方。
可以使用任何合适的技术、手段和材料来执行电光器件的布线和/或其他组件的布线，例如，使用显示器制造领域的既定技术、手段和材料。
在一些实施例中，屏幕30还包括位于光电二极管42顶部的至少一个光学滤波器和/或光学放大器。至少一个光学滤波器和/或光学放大器可以位于光电二极管42的正前方，或者位于处于光电二极管42前方的任何层之间或前方。光学滤波器和/或光学放大器可以以任何顺序定位。
现在描述光学无线通信的一些原理。发送器装置被配置为将无线光学信号通过光学通信信道发送到接收器装置，其中，信息被编码在该无线光学信号中。光学通信信道可以是自由空间通信信道。光学通信信道具有特征性光学波长。可以通过上行链路和/或下行链路信号的发送和/或接收来建立和/或操作信道。
自由空间通信信道包括通过空气、空间、真空、诸如水之类的液体等对光信号的传输。自由空间通信可以不包括通过固体材料的通信。
可以在不同设备上设置发送器和接收器。所使用的一种类型的设备是接入点。接入点可以提供对另一网络的接入。另一种类型的设备是站。站可以是便携式的或固定式的。站的示例包括个人计算机、台式机、膝上型电脑和智能设备(包括移动设备在内)，而没有任何限制。便携站可以由它们自己的电池资源供电。
接入点可以向有线网络或Wi-Fitm(无线保真)或其他无线网络和/或其他光学无线通信网络(可选地，LiFi网络)提供数据传输和/或从其提供数据传输。
发送器装置包括发光二极管(LED)、激光器或其他合适的光源，以及用于驱动LED或激光器以产生光学信号的相关驱动电路。相关驱动电路包括被配置为提供光学光通信信号的频率特性的调制信号的数模转换器。作为发送器装置的一部分设置的或与发送器装置相关联的另一处理器将数据调制到驱动电流上，并且驱动电路向LED或激光器提供该驱动电流。然后，LED或激光器产生携带数据的输出的经调制光学无线通信信号。
接收器装置包括光电二极管或其他合适的光检测器，其具有用于调节任何接收信号的相关电路。光电二极管将接收的光转换成电子信号，该电子信号随后由调节电路进行调节。调节可以包括一个或多个滤波步骤；对弱电信号的放大；接收信号的均衡和使用模数转换器将模拟信号转换为数字信号。然后，可以将数字信号提供给另一处理器(其作为接收器装置的一部分设置或者与接收器装置相关联)，以被解调，从而提取出通信数据。参考图4更详细地描述典型接收器装置的示例，其中调节电路和另外的处理器对应于光学前端模块和基带处理器资源。
可以使用任何合适的调制方案，例如，在一些实施例中使用正交频分多路复用(OFDM)调制方案，并且解调是根据OFDM调制方案的解调。在一些实施例中，可以使用其他调制方案。光学无线通信发送器和接收器可以一起设置为收发器。
图3是移动电话50的示意图，在移动电话50中集成了图2中所示的LiFi支持屏幕30。移动电话50还包括OWC收发器52，该OWC收发器52位于显示屏幕30的后方(该定位由虚线表示的OWC示出)。OWC收发器包括处理器54。移动电话还包括不是OWC收发器52的一部分的其他处理器。例如，移动电话包括处理器，该处理器被配置为处理数据并驱动图像在显示屏幕30上的显示。
OWC收发器可以形成包括在显示装置中的OWC装置的一部分，其可以包括根据已知的OWC技术提供OWC传输或检测的其他组件，例如，数模转换器和/或模数转换器、放大器、滤波可调增益/衰减组件、LED驱动电路中的一个或多个的任何合适的布置(未示出)。
在本实施例中，OWC收发器52是LiFi收发器，其被配置为使用调制光从其他LiFi设备接收数据并向其他LiFi设备发送数据。可以认为OWC收发器52充当站。
通过对光的调制使用光来无线地传输数据的方法可以被称为光学无线通信(OWC)。LiFi(光保真)是OWC的一种形式，在一些情况下，OWC对于至少一些应用而言可以被认为是类似于射频通信中的Wi-Fi。然而，LiFi与Wi-Fi之间也存在着显著的技术差异。可以使用任何合适的LiFi协议，例如，符合合适标准的任何协议。
图3还示出了LiFi接入点(AP)56。AP 56被配置为使用调制光从其他设备接收数据并将数据发送到其他设备。例如，AP 56被配置为从移动电话50接收数据并向移动电话50发送数据。AP 56包括多个组件，这些组件为了清楚起见未被示出，但是可以包括例如模数转换器和数模转换器、驱动器电路、放大器电路和处理电路。AP 56还包括至少一个光源和至少一个光传感器。
现在描述其中包括屏幕30的移动电话50使用LiFi与AP 56进行通信的实施例。然而，在其他实施例中，移动电话50可以使用光学无线通信与任何合适的设备进行通信。在一些实施例中，移动电话50可以同时或几乎同时与多个设备进行通信。在一些另外的实施例中，将OWC收发器52替换为没有发送器的OWC接收器，并且移动电话50被配置为接收但不发送OWC信号。
在使用时，在显示层36上向用户显示图像。该图像可以包括例如移动电话的用户界面、网络浏览器或用户正在查看的内容(例如，文本内容或视频内容)。在一些情况下，图像可以是简单图像，例如，包括单一颜色、有限范围的颜色或徽标的图像。在本实施例中，向用户显示图像的刷新率是60Hz(每秒60帧)。在其他实施例中，刷新率可以是任何合适的速率，例如，在30Hz至200Hz之间。
AP 56接收输入数据(例如，以太网数据)。AP 56的处理器使用开关键控对输入数据进行编码。在其他实施例中，可以使用任何合适的调制方案。AP 56的驱动电路驱动AP 56的可见光源(在本实施例中，其包括至少一个LED)，从而通过光源强度的调制来发送编码数据。由此，来自AP 56的调制光用于使用调制可见光来发送下行链路数据信号。
AP 56所发送的光的一部分入射到屏幕30的前面。光在屏幕30上的入射方向由图2中的箭头44示出。在图3所示的实施例中，光以垂直于屏幕平面的角度入射。在其他实施例中，光可以从任何适当的角度入射到屏幕的前面。
入射到屏幕30上的光穿过保护玻璃层32、电容电路平面34和显示层36。入射到屏幕上的一些光可能会因为光穿过保护玻璃层32、电容电路平面34和TOLED矩阵层36时的反射或吸收而损耗。然而，在本实施例中，入射到屏幕30上的大部分光穿过TOLED矩阵层36，到达背板层38上。入射到屏幕30上的光的至少一部分由光电二极管42接收。在一些实施例中，由光电二极管42接收的光由至少一个光学滤波器进行滤波和/或由至少一个光学放大器进行放大。光电二极管还接收由显示层36的TOLED发射的一些光。
由光电二极管42接收的光被转换成电信号并传递到OWC收发器52的处理器54。处理器54对电信号加以处理，以获得由AP 56发送的下行链路数据信号。
处理器54被配置为处理电信号，以区分从TOLED发射的光和从AP 56接收的光。由于TOLED可以在两个方向上发光，因此，从显示层36的TOLED显示元件发射的光可以连同从AP 56接收的光一起到达光电二极管42。在本实施例中，对于OWC收发器52，来自显示层36的光为低频干扰信号。干扰信号的频谱在60Hz的刷新率附近，这远远低于经调制可见光的调制频率。OWC收发器52的处理器54通过使用信号处理技术来去除源自显示层36的光。在其他实施例中，可以使用任何合适的方法来区分从显示层36发射的光和通过显示层接收的光。例如，可以按波长对光进行滤波，或者可以在接收器系统的模拟电子器件部分中对不期望的低频信号进行电性滤波。
在本实施例中，由于穿过了显示层36的TOLED矩阵，光电二极管42接收到的光的传播分布发生变化。(在其他实施例中，传播分布可以因穿过覆盖层32、电容层34或光电二极管42前方的任何其他层而改变)。传播分布的改变可以包括光的频率、方向或偏振的改变。传播分布的改变可以包括像差、色散、折射或衍射。传播分布的改变可能会导致通信覆盖范围的失真。
处理器54被配置为使用数字信号处理技术来补偿传播分布的变化。在其他实施例中，光电二极管40的光学器件可以被配置为至少部分地校正传播分布的变化。例如，可以使用至少一个光学组件(例如，至少一个透镜)来补偿传播分布的变化。
处理器54对接收到的信号进行解调，以获得由AP 56发送的下行链路数据信号。
除了使用经调制可见光从AP 56接收下行链路数据之外，OWC收发器52还被配置为驱动IR LED 40，以使用经调制红外光来发射上行链路数据信号。OWC收发器使用合适的调制方案对上行链路数据进行编码，并且驱动IR LED 40以通过对IR LED 40所发射的IR光的调制来发送经编码的上行链路数据。
IR LED 40独立于用于在显示层36上形成图像的TOLED。在本实施例中，IR LED 40在与显示层36的TOLED不同的频率下操作。
来自IR LED 40的红外光被发射通过TOLED矩阵显示层36。例如，来自IR LED 40的红外光可以沿与箭头44的方向相反的方向行进。红外光穿过显示层36、电容层34和覆盖层32，而离开屏幕30。可以在显示层36上显示图像的同时发射上行链路数据信号。来自IRLED40的光由AP 56的光学检测器接收并由AP 56进行处理，以通过对IR LED 40所发射的IR光的解调来获得上行链路数据信号。
将红外光用于上行链路可以避免在发送上行链路数据时产生明亮的可见光，例如，可以照到用户脸上的明亮可见光。
尽管上面描述了单个AP 56和移动设备30，但是在其他实施例中，移动设备30可以向多个AP或其他计算设备发送信号和/或从多个AP或其他计算设备接收信号。AP可以向多个移动设备30或其他计算设备发送信号和/或从多个移动设备30或其他计算设备接收信号。
由于将光学收发器52集成在了透明显示矩阵的后方，因此，从用户的角度来看，光学收发器52会变得不那么显眼。在使用透明显示矩阵的情况下，可以为OWC收发器52提供用于成功地发射上行链路通信所需的辐射(图3的实施例中的IR光)的完全无阻碍的路径，以及用于成功地接收下行链路通信所需的辐射(图3的实施例中的可见光)的完全无阻碍的路径。
此外，图2和图3的实施例中使用的技术可以允许借助于光进行操作的附加电子组件被集成在移动电话50内或任何其他设备内。这样的组件可以包括例如基于光的运动检测器、相机、光学传感器、太阳能电池、接近传感器或闪光灯。集成到移动电话50中或另一电子设备中的组件可以包括需要发射光或接收光的任何设备。该组件可以是发射和/或接收一波长的光的任何设备，显示屏幕对于该波长的光是至少部分透明的。
在实施例中，任何合适的光发送和/或光接收OWC设备可以位于显示层36的后方，例如，安装在背板38上。例如，光发送和/或光接收设备可以是光学无线通信(OWC)收发器、OWC接收器、OWC发送器、基于光的运动检测器、相机、太阳能电池、接近传感器或闪光灯。在一些实施例中，不止一种类型的光发送和/或光接收设备位于单个显示层36的后方。例如，不同的设备可以位于显示层36的不同区域的后方。
光发送和/或光接收设备可以包括任何合适的光检测器，例如，光电二极管、雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩光电二极管(SPAD)、光电倍增管、太阳能电池、在太阳能电池模式下操作(正向偏置)的光电二极管、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、硅光电倍增管(SiPM)和多像素光子计数器(MPPC)。光发送和/或光接收设备可以包括任何合适的光源，例如，LED或激光二极管。
入射到显示层36的TOLED矩阵上的光穿过LED(不包括由于光穿过不同材料时的反射和吸收而损失的任何光)并到达TOLED矩阵下方的光学检测器或光学检测器光学器件。任何光接收设备都可以用作光学检测器。光接收设备可以包括或可以不包括光电二极管。
来自位于显示层36后方的任何发光器件的光(例如，来自LiFi发送器的IR光或来自接近传感器的IR光中的光)可以穿过显示层36的TOLED矩阵并从设备向外发射。可以通过发射器/检测器的光学器件中的相应调整和/或通过数字信号处理技术来校正接收或发送的光传播分布的改变。可以使用任何合适的处理器来处理接收的数据，该处理器可以是或可以不是OWC收发器的一部分。在一些实施例中，移动设备50的多个处理器可以用于处理由光接收设备接收的数据。
位于显示层后方的光发送设备可以独立于光源(例如，显示层的TOLED)，该光源的光用于形成待显示的图像。用于形成显示图像的光源可以与用于通信(例如，用于OWC通信)的光源不同。
在一个实施例中，相机的传感器元件(例如，CCD或CMOS元件)位于背板表面38上。传感器元件接收穿过显示层36的光，并使用此光来形成图像。
穿过显示层36的光的传播分布的改变可能会使成像相机所捕获的图像出现失真。这种改变可以通过至少一个光学组件和/或通过处理器中的信号处理来加以校正。处理器可以是或者可以不是相机的一部分。在一个实施例中，处理器的信号处理还用于消除TOLED向后发射的并由相机的传感器元件接收的任何光的影响。
在另一实施例中，处理器被配置为在相机拍摄照片的同时将可能会影响相机模块的TOLED(例如，位于传感器元件前方的TOLED)关闭一小段时间。例如，可以将显示层的一部分或全部关闭1/30秒或1/60秒。在一些实施例中，例如，根据相机的采集时间，显示层的至少一部分被关闭的时间段可以在0.001秒和1秒之间。在其他实施例中，可以在位于显示层后方的任何合适设备接收和/或发送光的任何时间段内关闭一些或所有的显示元件或降低它们的强度。在一些实施例中，显示屏幕的开启和关闭(或强度降低)可以与脉冲信号同步，例如，与LiFi脉冲同步。显示屏幕的开启和关闭(或强度降低)可以与显示层后方的设备所发送的光的调制同步。
在一个实施例中，安装在背板38上的IR LED和光电二极管用作接近检测器。从IRLED发射的IR光穿过层36、34和32并例如在基本上垂直于屏幕30的平面的方向上从屏幕30被发射。部分IR光从位于屏幕30前方的对象被反射。反射的IR光穿过层32、34和36进入屏幕30并由光电二极管检测。光电二极管将反射的IR光转换成电信号。集成有屏幕30的移动设备包括处理器，该处理器被配置为使用来自光电二极管的表示反射的LED光的信号来确定对象的接近度。在一些实施例中，光学无线通信收发器被配置为充当接近检测器。
在另一实施例中，太阳能电池位于背板表面38上。例如，太阳能电池可以包括多个光电二极管。太阳能电池可以被配置为接收通过显示层的可见光、红外光和/或紫外光。太阳能电池被配置为将接收到的光转换成用于为移动设备供电的电力。在一些实施例中，太阳能电池用作光学无线通信检测器和/或接近传感器检测器。在一些实施例中，太阳能电池被配置为检测光水平，例如，环境光水平。
通过将光发送和/或光接收设备定位在显示层后方，可以利用整个移动设备显示区域来放置光电组件，例如，适用于OWC、光学感测或太阳能发电的光电组件。在上面参考图2和图3描述的电子设备中，电子设备的设计使得，当采用透明显示矩阵36时，OWC收发器52能够被集成。另外，可以使用上述技术来集成其他光电组件，包括但不限于基于光的运动检测器、相机、光学传感器、太阳能电池、接近传感器或闪光灯。
一个商业化示例可以是移动电话上的集成相机模块和接近传感器，使用上述技术可以将该集成相机模块和接近传感器集成在显示区域中的显示矩阵后方，而不是集成在诸如边框之类的非显示区域中。在使用透明显示器的情况下，相机传感器所捕获的可见光在捕获的图像与传感器自身之间可以具有完全无阻碍的路径，而由接近传感器发射和接收的红外光在传感器与进入的IR辐射之间可以具有完全无阻碍的路径，以进行检测。
在一些情况下，通过将组件放置在显示器后方可以使其不那么显眼(无论这些组件的尺寸如何)。
由于缩小移动设备屏幕边框的趋势，因此，可以带来与可以将有限空间用于其他光学组件有关的益处。在一些情况下，通过将光发送和/或光接收设备定位在显示层后方而不是定位在移动设备的显示区域之外的区域中，能够完全去除移动设备的边框。
在一些情况下，将太阳能电池集成到移动设备中(例如，通过将太阳能电池放置在显示层后方)可以显著增加移动设备的电池寿命。在一些实施例中，整个屏幕区域可用于太阳能电池(例如，高效太阳能电池)的集成。可以由太阳能电池捕获的电力量可以由太阳能电池的尺寸决定。
在一些实施例中，由于显示层后方可用的区域较大，因此，在将光电检测器定位在显示层后方时，能够使用大面积光电检测器和/或使用多个光电检测器。当一个或多个光电检测器未被限定于边框时，可以使用更大的光电检测器或更多数量的光电检测器。
在一些实施例中，使用大面积光电检测器和/或多个光电检测器可以显著地减少或者去掉任何接收器和/或发送器光学器件。在一些系统中，接收器和/或发送器光学器件可以位于接收器和/或发送器的前方，以便收集更多的光。当一个或多个光电检测器的有效区域足够大时，那么在一些情况下，可以在不使用这些光学器件的情况下捕获足够的光，或者可以减少所使用的光学器件。
在一些实施例中，将发送器定位在显示层后方使得能够使用分散的和/或大面积发送器。例如，发送器在被放置在显示层后方时可以占据比放置在边框中时更大的区域。在一些实施例中，多个发送器放置在显示区域的各个位置处。在一些实施例中，一个或多个大面积发送器占据显示区域的很大一部分，例如，显示区域的10％。
分散的和/或大面积发送器的使用可以减少因为眼睛安全性所带来的限制。如果使用单个小光源，那么，眼睛安全性规定可以对可从该光源发射的光量设置限值。例如，可以限制所发射的红外光的水平，以防止造成眼睛损伤。当一个或多个发送器的有效区域较大时，那么，辐射光(例如，辐射的红外光)分布在较大的区域上，这样可以放宽眼睛安全性限制。例如，与从单个小光源发射时相比，当分布在整个显示区域上时，可以发射更高的总光量。
在图2的实施例中，IR LED 40和光电二极管42被集成到LiFi支持屏幕30的背板中。在其他实施例中，任何光发送和/或光发射设备可以定位在背板38上。在另外的实施例中，任何合适的光发送和/或光接收设备可以位于显示层后方的任何合适位置。例如，不同的设备可以位于显示层的不同部分后方。在一些实施例中，屏幕包括显示层后方的多个层，作为背板的替代或背板的补充，并且光发送和/或光接收设备可以位于这些多个层中的任何一个层上。
通过使用与形成显示器的光源分开的光发送设备，设备可以适于进行显示和通信(例如，OWC通信)。在一些情况下，形成显示器的屏幕LED(例如，TOLED)可以具有相对较低的调制速度和相对较低的功率输出。在一些情况下，屏幕LED可能不适合于通信，或者可能仅适合于短距离的通信。
如果屏幕LED用于通信，则它们可能会非常得亮，以便在用于通信的距离处(例如，在适合于LiFi类型的连接的实际距离处)提供高数据速率。将红外光用于上行链路通信可以避免出现亮光照射到用户脸上的情形。
在图2中，电光器件被集成在屏幕30中，该屏幕30可以作为单个单元安装到移动电话中。在另一实施例中，如图4所示，显示装置包括透明显示屏幕60和光学传感器和/或通信设备，其中，透明显示屏幕60已经是完整且完全可操作的透明显示器，而光学传感器和/或通信设备被集成在透明TOLED显示屏幕60的后方。
透明显示屏幕60可以包括覆盖层、电容层、背板和/或其他层。已经在光学传感器和/或通信设备未被集成到显示器封装件中的情况下，对透明显示屏幕60进行封装。显示屏幕60还可以包括被配置为将显示屏幕连接到移动电话的其他组件的连接器。在图4的实施例中，光学传感器和/或通信模块不作为显示屏幕60的一部分进行封装，而是被放置在显示屏幕60下方。
在图4所示的实施例中，光学传感器是光电二极管66，光学通信设备是IR LED 64。光电二极管66和IR LED 64安装在不是集成显示屏幕60的一部分的另一层62上。光电二极管66和IR LED 64可以封装在除显示屏幕60的封装之外的另外的封装中。在其他实施例中，任何光发送和/或光接收设备可以位于集成显示屏幕60的后方。光发送和/或光接收设备可以需要或可以不需要另外的封装。
在图4的实施例中，可以显示任意图像或颜色的屏幕60可以用于掩藏下方的光学传感器模块66。对放置在屏幕60后方的设备的掩藏可以有利于将设备更美观地集成到更大的电子设备内或周围环境内。屏幕60可以隐藏光电检测器和/或发射器。光电检测器和/或发射器的隐藏可以是出于美观原因考虑，也可以不是。
将光发发送和/或光接收设备放置在单独的完整透明屏幕后方可以使得屏幕能够与光发送和/或光接收设备分开制造。
在图2至图4的实施例中，TOLED技术用于解决在采用显示器的电子设备中集成光学检测器和发射器的问题。
图5是其中使用不同的集成方法将光学无线通信中使用的检测器和发射器集成到屏幕的显示矩阵中的另一实施例的图示。图5的实施例可以不需要透明显示矩阵，这是因为检测器和发射器被集成在显示矩阵中的单个像素或像素组的位置。
在图5的实施例中，包括显示矩阵的显示层用于向用户呈现图像。显示层可以位于保护玻璃层和电容电路层的后方，例如，类似于图2中所示的。图5示出了例如用户在与显示层的平面垂直的方向上观察到的显示矩阵的一部分的正视图。可以在显示层的其余部分上重复图5中所示的显示矩阵的一部分的布局。
显示矩阵包括多个显示元件，这些显示元件也可以被称为像素。在图5的实施例中，显示元件是OLED。在其他实施例中，可以使用任何合适的显示元件，例如，TOLED。在一些实施例中，显示元件可以是LCD屏幕的背光LED。多个显示元件包括多个红色显示元件72、多个绿色显示元件74和多个蓝色显示元件76。在图5中，红色显示元件72由竖直条纹方块表示，绿色显示元件74由水平条纹方块表示，而蓝色显示元件76由斜条纹方块表示。
在显示元件之间定位有多个光电二极管78和多个IR LED 80。在图5中，光电二极管78由黑色方块表示，IR LED 80由白色方块表示。
图5中所示的显示层的一部分包括单位单元的四次重复，单位单元包括四个元件乘以四个元件的正方形。单位单元的组成元件是显示元件72、74、76、光电二极管78和IRLED 80的混合。
从单位单元的左上侧开始，第一行按从左到右的顺序包括红色显示元件72、绿色显示元件74、另一红色显示元件72和另一绿色显示元件74。第二行包括蓝色显示元件76、光电二极管78、另一蓝色显示元件76和另一光电二极管78。第三行与第一行相同。第四行包括蓝色显示元件76、光电二极管78、另一蓝色显示元件76和IR LED 80。
光电二极管78和LED 80散布在显示元件72、74、76内，使得每个光电二极管78或LED 80被显示元件72、74、76包围。
在其他实施例中，如果RGB显示器按照重复像素配置包括红色LED、绿色LED和蓝色LED，那么，第四IR LED或传感器(例如，光电二极管)可以被集成为像素配置的一部分。
在另外的实施例中，光电二极管和/或LED布置在一行或多行或一列或多列中。在这样的实施例中，作为每个光电二极管78或LED 80被显示元件72、74、76包围的代替，每个光电二极管78或LED 80可以与至少一个另外的光电二极管78或LED 80相邻。在一些实施例中，一行或多行或一列或多列光电二极管和/或LED沿着显示元件72、74、76的阵列的一个或多个边缘放置。在一些实施例中，一行或多行或一列或多列光电二极管78和/或LED 80放置在显示元件72、74、76的阵列内。例如，一行光电二极管78和/或LED 80可以放置在两行显示元件72、74、76之间。
尽管图5示出了光电二极管78和LED 80具有与显示元件72、74、76相似的尺寸的示例，但是在其他实施例中，可以使用任何相对尺寸的光电二极管、LED或显示元件。任何合适的光发送和/或光接收设备可以替代光电二极管和/或LED或作为其补充。
任何合适的光电检测器可以替代光电二极管或作为其补充，例如，雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩光电二极管(SPAD)、光电倍增管、太阳能电池、在太阳能电池模式下操作(正向偏置)的光电二极管、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、硅光电倍增管(SiPM)和多像素光子计数器(MPPC)。任何合适的光发射器(例如，激光二极管)可以替代LED或作为其补充。
通过将光发送和/或光接收设备集成到显示层中而不是集成到另一层中，这些设备可以具有进入或离开屏幕的基本上无阻碍的光路径。这些设备可以被集成到显示屏幕中，而不是占用非显示区域(例如，移动电话的边框)中的空间。这可以允许缩小边框的尺寸或者去掉边框。
被集成到显示层中的光发送设备可以具有与用于形成图像的光源不同的波长、调制速度和/或功率。在一些情况下，用于形成图像的光源可以具有低调制速度和/或低功率输出。光发送设备可以具有更高的功率输出和/或更快的调制速度。
图5示出了包含显示元件和光电二极管的显示矩阵。在其他实施例中，可以提供包含不同光学元件或硬件组件(特别是光学前端接收器的组件)的显示矩阵。
图6是其中使用不同的集成方法将光学无线通信中使用的检测器和发射器集成到屏幕的显示矩阵中的另一实施例的图示。如图5所示，图6中所示的显示层的一部分包括不同单位单元的四次重复，该单位单元包括四个元件乘以四个元件的正方形。如图5所示，单位单元的组成元件是显示元件72、74、76、光电二极管78和IR LED 80的混合。图6的单位单元还具有作为前端电子元件82的组成元件。前端电子元件包括在用于光学无线通信的光学前端中存在的任何组件，例如，驱动电路元件、放大电路元件、缓冲电路元件或多路复用电路元件。
如图5所示，图6示出了由黑色方块表示的光电二极管78以及由白色方块表示的IRLED 80。前端电子元件82由灰色方块表示。从单位单元的左上侧开始，第一行按从左到右的顺序包括红色显示元件72、绿色显示元件74、另一红色显示元件72和另一绿色显示元件74。第二行包括蓝色显示元件76、光电二极管78、另一蓝色显示元件76和另一光电二极管78。第三行包括红色显示元件72、绿色显示元件74、前端电子元件82的第一部分和前端电子元件82的第二部分。第四行包括蓝色显示元件76、光电二极管78、前端电子元件82的第三部分和IR LED 80。
在一些实施例中，显示装置的每个像素包括OWC发送器和接收器，以及常见的像素电路和显示元件。图7示出了一个示例实施例。
图7(a)示出了根据实施例的OLED和相关电路的结构。相关电路包括孔径110、氧化铟锡(ITO)接触部112、薄膜晶体管(TFT)驱动器114、电容线116、扫描线118、数据线120、开关TFT 122、电源线124和电容器126。
图7(b)示出了具有集成的OWC发送器和接收器的显示器的像素结构。图7(b)示出了孔径90，该孔径90包括红色显示元件92、绿色显示元件94、蓝色显示元件96。像素结构还具有IR LED 98和光电二极管100。附加电路在图7(b)中被示意性地示出，并作为像素的一部分包括在内。附加电路可以包括用于OWC的光学前端电路。IR LED 98和光电二极管100以及光学前端电路102允许像素用作OWC设备的一部分。
上述像素结构允许OWC功能被集成到任何显示技术中，例如，LCD、OLED或RGB LED。通过在显示器中利用多个这样的像素结构，整个显示区域可以用于发送和接收数据，因而将任何信号丢失风险降至最低。像素结构还可以允许OWC被集成到具有显示器的任何设备中，包括TV、智能广告条(smart banner)、监视器等。图7(b)的像素结构可以结合到图5和图6所示的显示矩阵中。
在一些实施例中，可以通过使用用于显示的发光设备来生成OWC信号。例如，可以对一个或多个显示器LED进行调制，以便由显示器发送光学信号。数据传输可以与显示信号同步。例如，如果在显示屏幕上显示的场景或图像大部分是红色的，则可以对红色LED进行调制以发送光学通信信号。例如，如果场景移动到主要是蓝色的场景，则可以对蓝色LED进行调制以发送光学通信信号。在这种情况下，光电二极管可以设置为显示屏幕本身的一部分或设置在显示屏幕后方。
现在在下文中描述图2至图4中所示的屏幕和图5和图6中所示的显示矩阵的其他实施例。如上所述，光发送和光接收设备可以包括电光设备的阵列。在一些实施例中，屏幕和/或显示矩阵被配置为包括对不同波长敏感的占据不同区域的光学通信设备。
在第一示例实施例中，提供了多于一个的OWC接收区域。可以在与显示器不同的层上设置多于一个的OWC接收区域，例如，在屏幕的背板上，如图2至图4所示。替代地，通过选择单位单元中对不同波长敏感的光电二极管，多于一个的OWC接收区域可以形成为显示矩阵的一部分。在一些实施例中，显示矩阵被布置成具有第一区域和第二区域，第一区域包括具有对第一波长敏感的光电二极管的单位单元的重复图案，第二区域包括具有对第二波长敏感的光电二极管的单位单元的重复图案。可以设置对其他波长敏感的其他区域。在一些实施例中，可以设置以象限形式布置的四个接收区域。
每个接收区域被配置为接收不同光波长的OWC信号。这可以通过提供适当的滤波器或其他光学元件来实现，其中所述滤波器或其他光学元件仅允许特定波长的光通过而到达接收区域的光电二极管。可以使用多个滤波器或其他光学元件或者单个滤波器或光学元件。替代地，第一OWC接收区域可以包括第一光电二极管类型的光电二极管，第二OWC接收区域可以包括第二光电二极管类型的光电二极管，使得第一光电二极管类型和第二光电二极管类型是不同的，并且第一光电二极管类型和第二光电二极管类型分别对第一波长和第二波长的光敏感。在一些实施例中，可以设置多于两个的具有对应光电二极管类型的OWC区域。
在一些实施例中，每个接收区域对IR光谱中具有不同波长的光敏感。
在一些实施例中，每个接收区域设置有相关联的信号收集电路，用于收集来自接收区域中的每个光电二极管的模拟检测信号并对其进行求和。因此，收集电路针对每个接收区域产生求和信号或以其他方式组合的信号。来自于被布置在距收集电路不同距离处的光电二极管的信号可能会耗费不同的时间以到达收集电路。因此，收集电路可以具有处理器或另外的同步电路，其被配置为抵消(off-set)来自不同二极管的收集时间，使得收集电路的收集信号对应于一个时刻的接收信号的总和。
另外，在一些实施例中，每个接收区域的收集电路可以具有每个接收区域的相关放大器。每个接收区域的放大器可以布置为放大求和信号并将经放大的信号提供给ADC。
通过设置不同的接收区域，可以实现接收信号的多路复用，进而允许装置接收多于一个的光学波长信道上的信号。因此，可以提高接收信号的数据速率和/或带宽。
回到LiFi支持屏幕(如图2所示)以及如上所述的相关实施例，显示层36包括TOLED矩阵，并且背板层38具有多个电光设备，在一些实施例中，该多个电光设备包括IR LED 40和多个光电二极管42。在另一实施例中，IR LED 40设置在与多个光电二极管不同的层上。在一些实施例中，IR LED 40设置在显示层36上，并且多个光电二极管设置在背板层上。在一些实施例中，IR LED 40设置在背板层38上，并且多个光电二极管设置在显示层36上。
在另一实施例中，可以使用不同的外延层或膜来提供透明RGB发送器和IR检测器。
作为示例，在半导体内，上层可以较浅，因而对较短波长的光(如紫外线(UV))或蓝色波长更敏感，而在半导体内的较深处，设备可能对较长的波长更敏感，例如，红外线。在一些实施例中，可以在显示器的背面上设置薄膜OLED作为层叠层，用于接收红外线。
尽管在上述一些实施例中显示装置被配置为发射用于上行链路通信的红外光并接收用于下行链路通信的可见光，但是应当理解的是，替代实施例可以使用可见光提供上行链路通信并使用红外光提供下行链路通信。这种功能可以通过使用对IR光敏感的光电二极管或被配置为对光电二极管的红外光进行滤波的合适滤波器来实现。而且，可以驱动可见LED来产生经调制光学信号。
应进一步理解的是，替代实施例可以使用红外光提供上行链路通信和下行链路通信。这种功能可以通过使用对红外光敏感的光电二极管或者被配置为对该光电二极管的红外光进行滤波的合适滤波器和红外LED或被配置为对该LED的红外光进行滤波的合适滤波器来实现。在另外的替代实施例中，上行链路通信和下行链路通信都可以使用可见光。而且，在另外的替代实施例中，UV光可以用于上行链路通信和/或下行链路通信中的至少一种。
在一些实施例中，发送和接收光学通信信号可以以半双工或全双工模式操作。
在一些实施例中，当在背板层上设置接收元件时，可以在显示层上设置滤波元件，从而在光穿过显示层时对光进行滤波。
应当理解，来自显示矩阵实施例的适当特征可以与来自显示屏幕实施例的适当特征进行组合。
如上所述，TOLED技术用于解决在采用显示器的电子设备中集成光学检测器和发射器的问题。然而，也可以使用其他LED技术。在一些实施例中，可以设置微型LED阵列。在一些实施例中，微型LED阵列可以实现为显示矩阵的一部分。在另外的实施例中，可以将微型LED阵列作为至少部分透明的显示屏幕的一部分包含在内。特别地，作为图2的实施例的一部分，可以将微型LED阵列设置为显示层36的一部分。在另外的实施例中，微型LED阵列或任何其他合适的LED设备可以作为电光设备40和42设置在背板层中。
由此，提供对微型LED的进一步讨论。以下内容提供了适用于光学无线通信(OWC)的微型LED的一些非限制性示例。以下重点关注的是对光学无线通信最有用的微型LED的特性。
关于微型LED的讨论可以在以下文献中找到：Islim等人的“Towards 10Gb/sorthogonal frequency division multiplexing-based visible light communicationusing a GaN violet micro-LED”，第5卷，第2期，2017年4月，光子学研究(PhotonicsResearch)；Rajbhandari等人的“A review of gallium nitride LEDs formultigigabit-per-second visible light data communications”，Semicond.Sci.Technol.32(2017)023001；Tsonev等人的“A 3-Gb/s Single-LED OFDM-Based Wireless VLC Link Using a Gallium Nitride μLED”，IEEE PHOTONICSTECHNOLOGY LETTERS，第26卷，第7期，2014年4月1日；以及Ferreira等人的“HighBandwidth GaN-Based Micro-LEDs for Multi-Gb/s Visible Light Communications”，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，第28卷，第19期，2016年10月1日。
成功的OWC系统的一些参数可以包括以下的合适值：电气带宽；总辐射通量；厚度；光束输出锥角和转换效率(电光效率)。如下所述,通过在芯片上设置一个或多个微型LED阵列，微型LED可以实现这些参数的合适值。微型LED可以提供单个低分布光源。
微型LED可以用作源，如下所述。第一选项是设置包括微型LED阵列的源，此微型LED阵列在1×1mm2的面积内具有0.1W的总输出功率并具有经过调适的输出角度分布。第二选项是在具有与选项1类似的总功率和面积的子阵列中设置具有不同波段的多波长微型LED阵列。第三选项是将红色、绿色、蓝色和红外微型LED组合在结构化阵列中，同时还保持单个微型LED的带宽优势。
图8示出了具有经调适的输出角度分布的微型LED阵列。通过提供经调适的输出角度分布，微型LED阵列无需使用外部光学器件来生成所需的锥角。图8示出了半高全宽为60°的来自每个微型LED的输出的目标锥角。然而，该锥角可以被调适到其他锥角。作为另一示例，感兴趣的是半高全宽(FWHM)为90°的锥角。
图8的微型LED阵列具有发射光的发光层140。反射侧壁142以弯曲形状设置，并设置在发光层140的一侧。侧壁142成形为将光反射并引导到具有锥角的光锥144中。图8还示出了微型LED的n接触部146和p接触部148。
为了实现经调适的输出角度，可以将多个微型LED进行组合，以在给定的目标锥角内给出来自阵列的例如100mW的所需峰值输出功率。例如，期望的操作波长可以是900nm。该系统还需要保持用于LiFi应用的微型LED具有高电气带宽的优点。
微型LED阵列的设计参数的初始列表以及所述参数的可能值具体如下。辐射通量可以具有0.1W的典型值，其覆盖了来自阵列的组合输出。管芯和载体的最大厚度可以是5mm，可选地是1mm，可选地是0.5mm。阵列可以具有典型值为5mm，可选地为1mm的宽度。阵列可以具有典型值为5mm，可选地为1mm的长度。典型的期望操作波长可以是900nm，并且典型的波长范围可以是880nm至920nm。光谱带宽可以具有50nm的典型值。3dB处的电气带宽可以具有大于250MHz，可选地500MHz的典型最小值。电光转换效率可以具有50％的目标值。
微型LED阵列的第二选项如图9所示。图9示出了多波长微型LED阵列。该阵列被细分为不同的区域，使得阵列的每个区域被配置为在不同波长下操作。例如，如图9所示，第一区域在第一波长下操作，第二区域在第二波长下操作。阵列的每个区域包括多于一个的微型LED。每个区域单独寻址，并使用单独的数据流独立地进行调制。每个部分中的波段在光谱带宽上是分开的，并且不与来自阵列的其他区域的任何其他波段产生光谱重叠。
微型LED阵列的设计参数的初始列表以及所述参数的可能典型值可以具体如下。辐射通量可以具有0.1W的典型值，其覆盖了来自阵列的组合输出。管芯和载体的最大厚度可以是5mm，可选地是1mm，可选地是0.5mm。阵列可以具有典型值为5mm，可选地为1mm的宽度。阵列可以具有典型值为5mm，可选地为1mm的长度。半高全宽处的锥角可以具有60度的典型值。每个波段的光谱带宽可以具有25nm的典型值。3dB处的电气带宽可以具有大于250MHz，可选地500MHz的典型最小值。电光转换效率可以具有50％的目标值。
作为示例，针对图8的阵列，波长范围的典型值可以如下：对于第一区域，在795nm和805nm之间，通常为800nm；对于第二区域，在845nm和855nm之间，通常为850nm；对于第三区域，在895nm和905nm之间，通常为900nm。
第三选项如图10所示。图10示出了结构化可寻址阵列。该阵列可以被认为是单位单元的重复图案。每个单元具有至少四个微型LED，每个微型LED在不同的波长下操作。作为非限制性示例，图10示出了包括例如红色、绿色、蓝色和IR微型LED的单位单元。
结构化微型LED阵列的设计参数的初始列表以及所述参数的典型值具体如下。辐射通量可以具有0.1W的典型值，其覆盖了来自阵列的组合输出。管芯和载体的最大厚度可以是5mm，可选地是1mm，可选地是0.5mm。阵列可以具有典型值为7cm的宽度。阵列可以具有典型值为11cm的长度。每个单位单元可以具有10μm×10μm的尺寸。半高全宽处的锥角可以具有120度的典型值。3dB处的电气带宽可以具有大于250MHz，可选地500MHz的典型最小值。电光转换效率可以具有50％的目标值。
在一些实施例中，直径为40-50μm的单个像素的典型功率输出值为约2-5mW。在一些实施例中，直径大约为10μm的像素具有0.1mW的典型功率输出值。
作为示例，针对图10中的阵列，四个不同的微型LED可以在以下光谱带中操作：约450nm、约530nm、约630nm和约850nm，其中，每个光谱带具有50nm的典型带宽值。
在另外的实施例中，不同的光源技术可以用作屏幕的一部分。讨论了可用的不同显示技术。这些技术可以用作在其后方可以放置LiFi发送器和/或接收器的显示屏幕(例如，图2的屏幕)的一部分，和/或用作包含LiFi元件的阵列(例如，图5的显示器)的一部分。
在一些实施例中，TOLED、微型LED、量子点LED(qLED)和光场显示器可以用作在其后方可以放置LiFi发送器和/或接收器的显示屏幕的一部分。TOLED可以提供如下优点：可以使用不包含发光显示元件和/或显示区域可以弯曲的标准LiFi平台。此外，通过增强对比度，LiFi性能支持显示性能。TOLED还提供了实现可以适于不同显示器的模块化解决方案的优点。如果物理放置对于获得改进视野而言很重要，那么这是有利的。在这些实施例中，微型LED阵列可以带来较小的形状因子，并且阵列可以提供选择性方向性。微型LED还提供高带宽和多波长选项。在这些实施例中，qLED显示器可以提供如下优点：qLED显示器的使用将能够提高上行链路强度。例如，qLED显示器使用波长转换元件来扩展色域。由于qLED通常是放置在背光中，因此，很容易进行调制并作为LiFi上行链路信号发送出去。与标准背光相比，功率代价可能是发射器驱动器的效率。qLED最终将能够增加UL信号。光场显示器可以提供实现双向方向性的优点。
如上所述，可以在包含LiFi元件的阵列中提供不同的显示技术。在这样的实施例中，微型LED可以提供如下优点：LiFi平台可以集成到背板中并且可以提供每像素的高光学功率上行链路。在这样的实施例中，qLED显示技术可以提供LiFi组件可以集成到qLED显示器的背光中的优点。此外，qLED技术可以提供复杂性和成本较低的替代方案。光场显示器可以提供可以提高上行链路和/或下行链路效率的优点。
尽管已经结合移动电话描述了上述实施例，但是它们可以在具有显示屏幕的任何适当的设备中实现，例如，移动电话、平板电脑、膝上型或台式计算机、家用电器或销售点设备。
已经描述了接收可见光并发送红外光的实施例。然而，在其他实施例中，可以发送和/或接收任何合适波长的光，例如，可见光、红外光或紫外光。
尽管本文描述的实施例的组件已经用软件实现，但应该理解的是，任何这样的组件可以用例如ASIC或FPGA形式的硬件来实现，或者可以用硬件和软件的组合来实现。类似地，本文描述的实施例的一些或所有硬件组件可以用软件或者用软件和硬件的适当组合来实现。
应当理解，上面仅通过示例的方式描述了本发明，并且可以在本发明的范围内作出细节上的修改。在说明书中公开的每个特征以及(在适当的情况下)权利要求和附图可以独立地或以任何适当的组合提供。

Claims (81)

1.一种显示装置，包括：
至少部分透明的显示器，所述显示器被配置为生成光，以形成用于向位于所述显示器前方的用户显示的图像；以及
至少一个光发送和/或光接收设备，位于所述显示器后方；
其中所述至少一个光发送和/或光接收设备被配置为穿过所述显示器的至少一部分发送和/或接收光，其中所述至少一个光发送和/或光接收设备包括或形成光学无线通信OWC装置的一部分，所述OWC装置被配置为穿过所述显示器的所述至少一部分发送和/或接收所述光。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中
所述至少一个光发送设备被配置为向另外的OWC设备发送包括上行链路数据信号的经调制光，其中所述OWC收发器装置被配置为将所述上行链路数据信号编码在发送的经调制光中，和/或
所述至少一个光接收设备被配置为从所述另外的OWC设备接收包括下行链路数据信号的经调制光，其中所述OWC装置被配置为对接收的经调制光进行解码，以获得被编码在接收的经调制光中的所述下行链路数据信号。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的显示装置，其中所述显示器包括一个或多个层，可选地，其中所述显示器包括一起提供显示功能的多个子层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述显示器包括多个至少部分透明的显示元件。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中所述至少部分透明的显示元件包括透明有机发光二极管(TOLED)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述至少部分透明的显示元件包括以下中的至少一种：微型LED、量子点LED或光场显示元件。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的显示装置，其中所述多个显示元件包括不同颜色的显示元件，例如，红色显示元件、绿色显示元件和蓝色显示元件。
8.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述显示装置还包括多个非透明显示元件。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的显示装置，其中以下中的至少一项：
a)所述至少一个光发送和/或光接收设备独立于所述至少部分透明的显示元件；
b)所述至少一个光发送和/或光接收设备以与所述至少部分透明的显示元件不同的波长和/或调制速度和/或功率输出进行操作。
10.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中a)或b)中的至少一项：
a)由所述至少一个光发送和/或光接收设备发送和/或接收的所述光包括可见光、红外光、紫外光中的至少一种；
b)所述至少一个光发送和/或光接收设备包括以下中的至少一种：至少一个收发器；至少一个LED，可选地至少一个微型LED、量子点LED或光场显示元件。
11.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述OWC装置被配置为对穿过所述显示器的所述至少一部分的发送的所述光进行调制，以将数据编码在发送的光中，和/或对穿过所述显示器的所述至少一部分的接收的所述光进行解调，以获得被编码在接收的光中的数据。
12.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中由所述至少一个光发送和/或光接收设备发送的光具有与所述显示器生成的光不同的至少一个特性，例如具有不同的波长，可选地，其中所述显示器生成可见光，并且所述至少一个光发送和/或光接收设备发送和/或接收不可见光。
13.根据权利要求12所述的显示装置，其中所述至少一个光发送和/或光接收设备发送红外光。
14.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述至少一个光发送和/或光接收设备还包括至少一个太阳能电池。
15.根据权利要求14所述的显示装置，其中a)至c)中的至少一项：
a)所述至少一个太阳能电池被配置为至少部分地为所述显示装置供电；
b)所述至少一个太阳能电池被配置为至少部分地为包含所述显示装置的电子设备供电；
c)所述至少一个太阳能电池被配置为对至少一个蓄电池充电。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的显示装置，其中a)和b)中的至少一项：
a)所述至少一个太阳能电池被配置为检测光信号，可选地，其中所述光信号包括通信信号；
b)所述至少一个太阳能电池被配置为检测光水平，可选地，其中所述光水平包括环境光水平。
17.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述至少一个光发送和/或光接收设备还包括以下中的至少一种：基于光的运动检测器、相机、接近传感器、闪光灯、光水平检测器。
18.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，还包括模块，所述模块用于处理表示所述至少一个光接收设备接收的光的信号，以识别、补偿和/或至少部分地去除所述信号的表示所述显示器的所述至少一部分发射的光的分量。
19.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述显示装置包括用于至少部分地补偿由所述显示器引起的光学效果的模块。
20.根据权利要求19所述的显示装置，其中用于至少部分地补偿由所述显示器引起的光学效果的所述模块包括被配置为补偿所述显示器的光学效果的至少一个光学组件。
21.根据权利要求20所述的显示装置，其中所述至少一个光学组件包括以下中的至少一种：透镜、透镜阵列、微透镜阵列、液晶显示器、偏振器。
22.根据权利要求20或权利要求21所述的显示装置，其中所述至少一个光学组件包括一个或多个滤波器，可选地，其中所述一个或多个滤波器包括以下中的至少一种：
吸收滤波器；干涉滤波器；法布里-珀罗滤波器；二向色滤波器；带通滤波器；可调滤波器；等离子体滤波器。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的显示装置，其中所述显示器的所述光学效果的补偿包括以下中的至少一项：
a)由所述显示器的至少一个光学组件改变由所述至少一个光发送和/或光接收设备发送和/或接收的所述光的至少一个参数的值；
b)由所述显示装置的处理器执行对由所述至少一个光发送和/或光接收设备发送和/或接收的光的信号处理，可选地，其中所述信号处理包括模拟信号处理或数字信号处理。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的显示装置，其中a)或b)中的至少一项：
a)所述显示器的光学效果例如是改变穿过所述显示器的光的传播分布；
b)所述显示器的光学效果包括穿过所述显示器的所述至少一部分的发送和/或接收的光的至少一个参数的变化，可选地，所述至少一个参数是以下中的至少一种：传播分布参数、波长、偏振参数、方向、像差参数、色散参数、折射参数、衍射参数。
25.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述显示装置被配置为改变由所述显示器的至少一部分发射的光的至少一个特性，和/或改变在所述至少一个光发送和/或光接收设备穿过所述显示器的至少一部分发送和/或接收光的时间段期间所述显示器的操作。
26.根据权利要求25所述的显示装置，其中所述显示装置被配置为使得所述显示器的所述至少一部分被关闭选定的持续时间，例如，仅在短时间段内关闭所述显示器的所述至少一部分或者使所述显示器的所述至少一部分的强度降低。
27.根据权利要求26所述的显示装置，其中所述显示装置被配置为使得所述显示器的所述至少一部分与正在发送或接收的信号同步地被关闭，例如，仅在短时间段内与正在发送或接收的信号的调制同步地关闭所述显示器的所述至少一部分或者使所述显示器的所述至少一部分的强度降低。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的显示装置，其中所述时间段在a)、b)或c)中的一项之间：
a)0.001秒和1秒；
b)0.001秒和0.1秒；
c)0.01秒和0.1秒。
29.根据权利要求25至28所述的显示装置，其中所述至少一个光接收设备包括相机的传感器元件，并且其中所述时间段包括所述相机采集图像的时间段。
30.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述至少一个光接收和/或光发送设备包括至少一个大面积光电检测器和/或至少一个大面积光发送器。
31.根据权利要求30所述的显示装置，其中所述至少一个大面积光电检测器占据至少10mm2或至少20mm2或至少50mm2或至少100mm2或至少200mm2的面积。
32.根据权利要求30或权利要求31所述的显示装置，其中所述至少一个大面积光电检测器占据所述显示区域的至少10％或所述显示区域的至少20％或所述显示区域的至少50％。
33.根据权利要求30至32中任一项所述的显示装置，其中所述至少一个大面积光发送器占据至少10mm2或至少20mm2或至少50mm2或至少100mm2或至少200mm2的面积。
34.根据权利要求30至33中任一项所述的显示装置，其中所述至少一个大面积光发送器占据所述显示区域的至少10％或所述显示区域的至少20％或所述显示区域的至少50％。
35.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述光发送和/或光接收设备因所述显示器的存在而被掩藏。
36.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述图像被显示在所述显示器上，以遮挡用户对所述显示器后方的所述光发送和/或光接收设备的视线。
37.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述至少部分透明的显示器对可见光、紫外光、红外光中的至少一种是至少部分透明的。
38.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述至少一个光接收和/或光发送设备包括多个光接收区域，使得每个光接收区域被配置为接收具有不同波长的经调制光。
39.根据权利要求38所述的显示装置，还包括用于每个光接收区域的信号收集电路，所述信号收集电路被配置为从所述光接收区域中的每个光接收元件收集检测信号，并且还被配置为对所述光接收区域上检测信号的收集进行同步。
40.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中用于对所述至少一个光发送和/或光接收设备发送的所述光进行编码的调制方案和/或用于对所述至少一个光发送和/或光接收设备接收的所述光进行解码的调制方案包括以下中的至少一种：开关键控OOK、相移键控PSK、M进制脉冲幅度调制M-PAM、M进制正交幅度调制M-QAM或正交频分多路复用OFDM。
41.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中发送和/或接收的经调制光的调制频率在100kHz和1PHz之间。
42.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中发送和/或接收的经调制光的调制频率在1MHz和100GHz之间。
43.一种操作显示装置的方法，所述显示装置包括：至少部分透明的显示器，所述显示器被配置为生成光，以形成用于向位于所述显示器前方的用户显示的图像；以及位于所述显示器后方的至少一个光发送和/或光接收设备，所述方法包括：
使用所述至少一个光发送和/或光接收设备穿过所述透明显示器的至少一部分发送或接收经调制光，从而使用经调制光提供光学无线通信OWC。
44.一种显示装置，所述显示装置包括光学无线通信OWC装置和显示器，所述显示器包括元件阵列，所述元件阵列包括：
包括红色元件、绿色元件和蓝色元件的多个显示元件，所述多个显示元件被置为向用户显示图像；以及
多个光发送元件，被配置为向另外的OWC设备发送包括诸如上行链路数据信号之类的数据信号的经调制光，其中所述OWC装置被配置为将所述数据信号编码在发送的经调制光中；和/或
多个光接收元件，被配置为从另外的OWC设备或所述另外的OWC设备接收包括诸如下行链路数据信号之类的数据信号的经调制光，其中所述OWC装置被配置为对接收的经调制光进行解码，以获得被编码在接收的经调制光中的所述数据信号；
其中a)或b)中的至少一项：
a)所述光发送和/或光接收元件以一个或多个光发送和/或光接收元件的组的形式分布在所述显示器中，其中一个或多个所述组至少部分地被显示元件包围，使得元件阵列包括单位单元的重复布置，每个单位单元包括至少一个光发送和/或光接收元件、至少一个红色元件和至少一个绿色元件和至少一个蓝色元件；或者
b)所述光发送和/或光接收元件布置在所述显示器内或边缘处一行或多行或一列或多列中。
45.根据权利要求44所述的显示装置，其中发送的经调制光的调制频率在100KHz和1PHz之间，和/或接收的经调制光的调制频率在100KHz和1PHz之间。
46.根据权利要求44所述的显示装置，其中发送的经调制光的调制频率在1MHz和100GHz之间，和/或接收的经调制光的调制频率在1MHz和100GHz之间。
47.根据权利要求44至46中任一项所述的显示装置，其中发送的经调制光具有与所述显示元件发射的可见光的波长不同的波长。
48.根据权利要求44至47中任一项所述的显示装置，其中发送的经调制光是不可见光。
49.根据权利要求48所述的显示装置，其中发送的经调制光是红外光。
50.根据权利要求44至49中任一项所述的显示装置，其中所述光发送元件中的至少一个，可选地每个光发送元件具有与所述显示元件中的至少一个，可选地每个显示元件不同的输出功率。
51.根据权利要求44至50中任一项所述的显示装置，其中所述光接收元件布置在多于一个的光接收区域中，使得至少一些，可选地每个光接收区域被配置为接收具有不同波长的光。
52.根据权利要求51所述的显示装置，还包括用于每个光接收区域的信号收集电路，所述信号收集电路被配置为从所述光接收区域中的每个光接收元件收集检测信号，并且还被配置为对所述光接收区域上检测信号的收集进行同步。
53.根据权利要求44至52中任一项所述的显示装置，其中用于对发送的经调制光进行编码的调制方案和/或用于对接收的经调制光进行解码的调制方案包括以下中的至少一种：开关键控OOK、相移键控PSK、M进制脉冲幅度调制M-PAM、M进制正交幅度调制M-QAM或正交频分多路复用OFDM。
54.根据权利要求44至53中任一项所述的显示装置，其中所述多个光接收元件包括多个光电二极管，并且所述多个光发送元件包括多个LED和/或激光二极管。
55.根据权利要求44至54中任一项所述的显示装置，其中所述显示器包括一个或多个层，可选地，其中所述显示器包括一起提供显示功能的多个子层。
56.根据权利要求44至55中任一项所述的显示装置，其中所述多个显示元件包括多个至少部分透明的显示元件。
57.根据权利要求56所述的显示装置，其中所述至少部分透明的显示元件包括透明有机发光二极管TOLED。
58.根据权利要求56所述的显示装置，其中所述至少部分透明的显示元件包括以下中的至少一种：微型LED、量子点LED或光场显示元件。
59.根据权利要求44至58中任一项所述的显示装置，其中所述显示装置还包括多个非透明显示元件。
60.根据权利要求44至59中任一项所述的显示装置，其中元件阵列还包括多个光学前端电路元件。
61.根据权利要求60所述的显示装置，其中每个单位单元包括至少一个光学前端电路元件，或者所述光学前端电路元件中的至少一个光学前端电路元件布置在所述显示器内或边缘处一行或多行或一列或多列中。
62.根据权利要求60或权利要求61所述的显示装置，其中所述光学前端电路元件中的至少一个，可选地每个光学前端电路元件包括：放大电路元件、缓冲电路元件或多路复用电路元件。
63.根据权利要求44至62中任一项所述的显示装置，其中：
所述显示元件中的至少一些显示元件是至少部分透明的；
所述显示装置还包括位于所述显示器后方的至少一个另外的光发送设备和/或光接收设备；并且
所述至少一个另外的光发送和/或光接收设备被配置为穿过所述显示器的至少一部分发送和/或接收光。
64.根据权利要求44至63中任一项所述的显示装置，其中所述红色元件、所述绿色元件和所述蓝色元件被配置为向另外的OWC设备发送包括上行链路数据信号的经调制光。
65.根据权利要求44至64中任一项所述的显示装置，其中所述多个光发送元件和所述多个光接收元件还包括或形成至少一个太阳能电池的一部分。
66.根据权利要求65所述的显示装置，其中a)至c)中的至少一项：
a)所述至少一个太阳能电池被配置为至少部分地为所述显示装置供电；
b)所述至少一个太阳能电池被配置为至少部分地为包含所述显示装置的电子设备供电；
c)所述至少一个太阳能电池被配置为对至少一个蓄电池充电。
67.根据权利要求65或权利要求66所述的显示装置，其中a)和b)中的至少一项：
a)所述至少一个太阳能电池被配置为检测光信号，可选地，其中所述光信号包括通信信号；
b)所述至少一个太阳能电池被配置为检测光水平，可选地，其中所述光水平包括环境光水平。
68.根据权利要求44至67中任一项所述的显示装置，还包括模块，所述模块用于处理表示所述至少一个光接收设备接收的光的信号，以识别、补偿和/或至少部分地去除所述信号的表示所述显示器的至少一部分发射的光的分量。
69.根据权利要求44至68中任一项所述的显示装置，其中所述显示装置包括用于至少部分地补偿由所述显示器引起的光学效果的模块。
70.根据权利要求69所述的显示装置，其中用于至少部分地补偿由所述显示器引起的光学效果的模块包括被配置为补偿所述显示器的光学效果的至少一个光学组件。
71.根据权利要求70所述的显示装置，其中所述至少一个光学组件包括以下中的至少一种：透镜、透镜阵列、微透镜阵列、液晶显示器、偏振器。
72.根据权利要求70或权利要求71所述的显示装置，其中所述至少一个光学组件包括一个或多个滤波器，可选地，其中所述一个或多个滤波器包括以下中的至少一种：
吸收滤波器；干涉滤波器；法布里-珀罗滤波器；二向色滤波器；带通滤波器；可调滤波器；等离子体滤波器。
73.根据权利要求68至72中任一项所述的显示装置，其中所述显示器的所述光学效果的补偿包括以下中的至少一项：
a)由所述显示器的至少一个光学组件改变所述至少一个光发送和/或光接收设备发送和/或接收的所述光的至少一个参数的值；
b)由所述显示装置的处理器执行对所述至少一个光发送和/或光接收设备发送和/或接收的光的信号处理，可选地，其中所述信号处理包括模拟信号处理或数字信号处理。
74.根据权利要求44至73中任一项所述的显示装置，其中所述显示装置被配置为改变由所述显示器的至少一部分发射的光的至少一个特性，和/或改变在所述至少一个光发送和/或光接收设备穿过所述显示器的至少一部分发送和/或接收光的时间段期间所述显示器的操作。
75.根据权利要求44至74中任一项所述的显示装置，其中所述显示装置被配置为使得所述显示器的所述至少一部分被关闭选定的持续时间，例如，仅在短时间段内关闭所述显示器的所述至少一部分或者使所述显示器的所述至少一部分的强度降低。
76.根据权利要求75所述的显示装置，其中所述显示装置被配置为使得所述显示器的所述至少一部分与正在发送或接收的信号同步地被关闭，例如，仅在短时间段内与正在发送或接收的信号的调制同步地关闭所述显示器的所述至少一部分或者使所述显示器的所述至少一部分的强度降低。
77.根据权利要求76所述的显示装置，其中所述时间段在a)、b)或c)中的一项之间：
a)0.001秒和1秒；
b)0.001秒和0.1秒；
c)0.01秒和0.1秒。
78.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述光发送和/或光接收设备因所述显示器的存在而被掩藏。
79.一种包括根据权利要求1至42或44至78中任一项所述的显示装置的电子设备。
80.根据权利要求79所述的电子设备，所述电子设备包括移动电话、平板电脑、计算机、膝上型电脑、汽车显示器、航空驾驶舱显示器、电视、金融交易终端、工业控制面板中的至少一种。
81.一种提供光学无线通信OWC的方法，包括：
提供包括红色元件、绿色元件和蓝色元件的多个显示元件，所述多个显示元件被配置为向用户显示图像；以及
提供多个光发送元件，所述多个光发送元件被配置为向另外的OWC设备发送包括诸如上行链路数据信号之类的数据信号的经调制光，其中所述OWC装置被配置为将所述数据信号编码在发送的经调制光中；和/或
提供多个光接收元件，所述多个光接收元件被配置为从另外的OWC设备或所述另外的OWC设备接收包括诸如下行链路数据信号之类的数据信号的经调制光，其中所述OWC装置被配置为对接收的经调制光进行解码，以获得被编码在接收的经调制光中的所述数据信号；
其中a)或b)中的至少一项：
a)所述光发送和/或光接收元件以一个或多个光发送和/或光接收元件的组的形式分布在所述显示器中，其中一个或多个所述组至少部分地被显示元件包围，使得元件阵列包括单位单元的重复布置，每个单位单元包括至少一个光发送和/或光接收元件、至少一个红色元件和至少一个绿色元件和至少一个蓝色元件；或者
b)所述光发送和/或光接收元件布置在所述显示器内或边缘处一行或多行或一列或多列中。
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