CN113228156A

CN113228156A - 用于实现降低的显示设备能耗的方法及具有降低的显示设备能耗的装置

Info

Publication number: CN113228156A
Application number: CN201980083109.7A
Authority: CN
Inventors: J·艾敏; S·D·哈特; B·A·海瑟薇; K·W·科奇三世; C·A·考斯克威廉姆斯; A·M·马约利
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2021-08-06
Also published as: TWI816913B; KR20210076068A; WO2021071533A1; TW202022845A; JP2022505364A; EP3867899A1; US11682365B2; US20200126512A1; WO2020081305A1

Abstract

一种减少显示设备能耗的方法，包括：(a)确定显示设备周围的照明条件；(b)确定用户选择在显示设备上观看的内容；(c)使用图像外观模型计算用户对显示质量的感知；以及(d)当感知的显示质量高于目标显示质量时，调节显示设备条件，使得感知的显示质量与目标显示质量匹配，从而降低能耗。一种利用该方法以降低能耗同时向用户提供美学上令人愉悦的观看体验的装置。

Description

用于实现降低的显示设备能耗的方法及具有降低的显示设备能耗的装置

背景

领域

本申请根据35U.S.C.§119要求于2018年10月17日提交的美国临时申请序列No.62/746,811的优先权权益，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用整体并入本文。

本公开总体上涉及显示设备，并且更具体地，涉及用于实现降低的能耗的方法以及具有降低的能耗的显示设备。

背景技术

电子设备(例如，智能电话、智能手表、平板电脑和膝上型计算机)具有消耗能量的显示设备。通常，这些显示设备将在便携式能量源(例如，电池)上运行。快速消耗便携式能量源的容量并且典型地在固定的外部能量源(例如，用户家中的电源插座)处执行频繁的充电事件，是用户沮丧的根源。此外，充电事件所花费的时间减少了用户可以使用电子设备的时间，和/或用户可以远离固定的外部能量源使用电子设备的时间。因此，需要一种具有降低了能耗的显示设备的电子设备，以便延长可以利用便携式能量源使用电子设备的时间。尽管已经存在降低显示器亮度以减少能耗的方法，但是此类方法因降低亮度而牺牲显示图像质量。然而，用户通常不想牺牲显示图像质量或设备功能来延长能量源寿命。因此，需要一种具有降低了能耗但不降低显示图像质量的显示设备的电子设备。

发明内容

本公开描述了实现给用户美学上令人愉悦的观看体验同时还取得降低的能耗的显示设备的方法以及具有该显示设备的电子设备。显示设备具有低反射特性。抗反射涂层在本领域中是已知的，并且已经被应用于电子设备。但是，这些设备，甚至是已包括抗反射涂层的设备，都无法发挥作用，无法在变化的环境照明条件下维持用户所感知的显示图像质量，同时也无法最大化电池寿命和/或最小化显示设备的能耗。因此，需要用于实现美学上令人愉悦的用户观看体验和降低的能耗和/或延长的电池寿命的组合目标的方法。

本公开描述了使用具有涂覆有抗反射涂层的显示器的电子设备和/或对该电子设备进行编程的方法，以及具有涂覆有抗反射涂层的显示器的电子设备。抗反射涂层优选具有高硬度、低反射率和带角度的低色偏。抗反射涂层使显示器的操作能够向用户提供美学上令人愉悦的观看体验，同时还降低能耗。高硬度为设备提供了耐用性。即，如果抗反射涂层被刮擦或以其他方式损坏，则观看体验劣化，并且其反射率可能增加，从而降低了本公开的技术对降低能耗的有效性。本文描述的方法利用以下项的特征中的一个或多个特征来最小化显示器的能耗同时仍向用户提供美学上令人愉悦的内容观看体验：环境照明(例如，包括照度和/或色域)、显示器反射率、显示器亮度、正在显示器上观看的内容的类型(例如，包括视频、电影、图片、图形、文本和/或电子邮件)和/或用于计算用户对显示质量(例如，在用户感知的亮度、用户感知的对比度和/或用户感知的内容色彩饱和度方面，根据显示器反射率、环境照明条件和/或内容类型)的感知的图像外观模型。因此，该方法和采用该方法的装置在不牺牲用户的观看体验(考虑环境照明、显示内容、显示器反射率、显示器亮度、用户感知的亮度、用户感知的对比度、用户感知的内容的色彩饱和度和/或内容类型)的情况下为设备提供了减少的能耗和/或更长的电池寿命。该方法可以被编程到显示设备控制器中并由其执行。

包括附图是为了提供对本文所描述的原理的进一步理解，且附图被纳入本说明书中并构成其一部分。附图图示一个或多个实施例，并与说明书一起用来通过示例解释这些实施例的原理和操作。应理解，本说明书中和附图中所公开的各个特征可以在任何和所有组合中使用。通过非限制性示例，各个特征可以彼此组合，如以下实施例中所阐述：

实施例1。一种减少显示设备能耗的方法，包括：

a.确定显示设备周围的照明条件，

b.确定用户选择在显示设备上观看的内容，

c.使用图像外观模型计算用户对显示质量的感知，

d.当感知的显示质量高于目标显示质量时，调节显示设备条件，使得感知的显示质量与目标显示质量匹配，从而降低能耗。

实施例2。根据实施例1的方法，其中，环境照明条件包括照度。

实施例3。根据实施例1或实施例2的方法，其中，环境照明条件包括色彩。

实施例4。根据实施例1-3中任一项所述的方法，其中，由显示设备主动地感测环境照明条件。

实施例5。根据实施例1-4中任一项的方法，其中，内容包括视频、电影、图片、图形、文本、电子邮件中的一个或多个。

实施例6。根据实施例1-5中任一项的方法，其中，使用图像外观模型确定目标显示质量。

实施例7。根据实施例1-6中任一项的方法，其中，图像外观模型近似于用户对内容的所感知的亮度、对比度或色彩饱和度。

实施例8。根据实施例1-7中任一项的方法，其中，图像外观模型是显示设备反射率、环境照明条件和内容的函数。

实施例9。根据实施例1-8中的任一项的方法，其中，显示设备操作条件包括亮度输出。

实施例10。根据实施例1-9中的任一项的方法，其中，显示设备操作条件包括色域。

实施例11。根据实施例1-10中的任一项的方法，其中，调节显示设备操作条件是显示设备反射率的函数。

实施例12。根据实施例11的方法，其中，由显示设备主动地感测显示设备反射率。

实施例13。根据实施例1-12中任一项的方法，其中，显示设备包括3％或更小的总反射率。

实施例14。根据实施例1-13中任一项的方法，其中，显示设备包括具有1％或更小的第一表面反射率的覆盖基板。

实施例15。根据实施例14的方法，其中，覆盖基板包括在100-500nm的压痕深度范围内具有10GPa或更高的最大硬度的表面。

实施例16。根据实施例14的方法，其中，覆盖基板包括在100-500nm的压痕深度范围内具有12GPa或更高的最大硬度的表面。

实施例17。一种具有降低的能耗的显示设备，包括：

壳体，其包括前表面、后表面和侧表面；以及

至少部分地在壳体内的电气组件，该电气组件包括控制器、存储器和显示器，该显示器在壳体的前表面处或附近；

该控制器被编程用于：

a.确定显示设备周围的照明条件，

b.确定用户选择在显示设备上观看的内容，

c.使用图像外观模型计算用户对显示质量的感知，以及

实施例18。根据实施例17的显示设备，其中环境照明条件包括照度。

实施例19。根据实施例17或实施例18的显示设备，其中环境照明条件包括色彩。

实施例20。根据实施例17-19中任一项所述的显示设备，其中显示设备主动地感测环境照明条件。

实施例21。根据实施例17-20中任一项的显示设备，其中内容包括视频、电影、图片、图形、文本、电子邮件中的一个或多个。

实施例22。根据实施例17-21中任一项的显示设备，其中目标显示质量是使用图像外观模型确定的。

实施例23。根据实施例17-22中任一项的显示设备，其中图像外观模型近似于用户对内容的所感知的亮度、对比度或色彩饱和度。

实施例24。根据实施例17-23中任一项的显示设备，其中图像外观模型是显示设备反射率、环境照明条件和内容的函数。

实施例25。根据实施例17-24中的任一项的显示设备，其中显示设备操作条件包括亮度输出。

实施例26。根据实施例17-25中的任一项的显示设备，其中显示设备操作条件包括色域。

实施例27。根据实施例17-26中任一项的显示设备，其中调节显示设备操作条件是显示设备反射率的函数。

实施例28。根据实施例27的显示设备，其中显示设备主动地感测显示设备反射率。

实施例29。根据实施例17-28中任一项的显示设备，其中显示设备包括3％或更小的总反射率。

实施例30。根据实施例17-29中任一项的显示设备，其中，显示设备包括具有1％或更小的第一表面反射率的覆盖基板。

实施例31。根据实施例30的显示设备，其中，覆盖基板包括在100-500nm的压痕深度范围内具有10GPa或更高的最大硬度的表面。

实施例32。根据实施例30的显示设备，其中，覆盖基板包括在100-500nm的压痕深度范围内具有12GPa或更高的最大硬度的表面。

如本文所讨论的，实施例以及那些实施例的特征是示例性的，并且可以单独提供或者与本文所提供的其他实施例的任何一个或多个特征以任何组合提供，而不脱离本公开的范围。此外，应当理解，上述一般描述和下文详细描述二者都呈现了本公开的实施例，并且旨在提供概述或框架，以供理解所描述和要求保护的实施例的性质和特征。包括附图以提供对实施例的进一步理解，且附图被结合到本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本公开的各种实施例，并且与说明书一起用于说明其原理和操作。

附图说明

图1是根据一些实施例的在用户观看的环境条件下的显示设备的示意表示。

图2是根据一些实施例的具有不同反射率的显示设备显示器1和显示器2的对比度(y轴)相对显示器亮度(x轴)的图形。

图3A和3B是根据一些实施例的在不同环境照明条件下的显示设备显示器1和显示器2的色域描绘。

图4是根据一些实施例的电池寿命(y轴上的百分比)相对时间(x轴上的分钟)的图形。

图5是根据一些实施例的电池寿命(y轴上的小时)相对显示器亮度(x轴上的cd/m²)的图形。

图6A和6B是在不同环境条件下显示设备显示器1和显示器2的PCL(y轴上)相对显示器亮度(x轴上的cd/m²)的图形。

图7是根据一些实施例的PCL比率(y轴上)相对显示器亮度(x轴上的cd/m²)的图形。

图8A是根据一些实施例的并入本文中公开的显示设备和/或涂层堆叠设计中的任一者的示例性电子设备的平面图。

图8B是图8A的示例性电子设备的透视图。

具体实施方式

在以下详细描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的示例实施例，以提供对各种原理和方面的透彻理解。然而，对于已受益于本公开的本领域普通技术人员而言，显而易见的是，所要求保护的主题可以在背离本文中公开的具体细节的其他实施例中实践。此外，可以省略对众所周知的设备、方法和材料的描述，以免模糊本文中阐述的各种原理的描述。最后，在任何适用的地方，相同的参考数字表示相同的元件。

本公开阐述了一种使用具有显示设备的电子设备和/或对具有显示设备的电子设备进行编程的方法，该显示设备具有涂覆有抗反射涂层的覆盖基板。抗反射涂层优选具有：高最大硬度，例如，使用本文所述的Berkovich硬度测试测得的10GPa或更高，或者12GPa或更高；低反射率，包括单表面反射率为1％或更小(例如，0.9％或更小，或0.8％或更小，或0.7％或更小，或0.6％或更小)，作为视觉可见平均值；和/或针对离法线0-60度的所有视角用于a*和b*色彩度量二者的带角度的低色偏(例如，10或更小，或5或更小，或3或更小)(其中法线垂直于显示设备的表面)。如本文所使用的，“法线”包括法线视角和“近法线”视角，“近法线”视角被定义为离法线最高达10度。如本文所使用的，“反射率”指视觉平均反射率，另有规定的除外。“反射率”可以指镜面反射率，或者可以指镜面反射率+漫反射率。除了在此最详细地描述的通常不散射的“抗反射”表面之外，还可以在本公开的方法中利用减小来自显示器的镜面反射率的显示表面，例如，粗糙化或光散射的“抗眩光”表面。“第一表面反射率”是指来自显示器的最靠近用户的表面的反射光。该第一表面可以被涂覆或具有一些微结构，这些微结构从详细的光学模型的角度来看，可被描述为具有多次反射，但是从实际用户和测量的角度来看，通常将前表面作为空气与制品之间的单个界面进行测量。“总反射率”是指来自制品或显示设备的前表面和后表面或掩埋表面二者的反射光。

该方法考虑了以下因素：环境照明、显示器反射率、显示器上正在观看的内容以及用户感知的亮度、对比度和/或色彩的基于图像外观的建模，以调节显示器的能量使用和功耗，同时仍向用户提供可接受的美学上令人愉悦的内容观看体验。特定的目标显示质量取决于亮度、对比度和色彩的级别，这些级别可能是专用的(例如，对于智能手表、智能电话、平板电脑或笔记本电脑可能有所不同)。不管特定的目标显示质量级别如何，都可以应用通用方法，这可以由用户、人为因素研究、应用和/或显示器设计师的经验来确定。

现在将在下文中参考示出了本公开的示例性实施例的附图来更全面地描述方法和装置。只要有可能，在所有附图中均使用相同的附图标记指代相同或相似的部件。然而，本公开可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于这里阐述的实施例。

显示器的亮度、对比度和色域表示图像和显示器自身所发出的光，而环境照明表示从外部源(诸如室内光或太阳光)照射到显示器上的光(该光可以自显示器反射并影响显示器的可观察或可测量的光学性能)。

图1是具有光源14的周围环境12中的显示设备10的示意图。光源14发射光(由射线16描绘)，从而在显示表面处产生特定的照度值。如具有亮度(RL)的射线17所示，所发射的光16从显示设备10反射回用户的眼睛20。显示器在打开时也发射具有特定亮度值(DL)的光(由射线11描绘)。用户的眼睛20感知显示器具有亮度，该亮度受光16和反射光17的影响。

显示器对比度(CR)通常定义为完全打开的“白色”状态下的显示器亮度(Lw)与完全关闭的“黑色”状态下的显示器亮度(Lb)的比率，即CR＝Lw/Lb。更具体地，当显示器关闭时，它显示为黑色。然而，即使当显示器显示黑色时，用户的眼睛20仍感知黑色具有来自反射光17(RL)的亮度(Lb)。当显示器为“打开”并且显示“白色”时，用户的眼睛20感知到白色具有亮度(Lw)，该亮度(Lw)是亮度DL加上来自反射光17的亮度RL。将“白色”显示条件的亮度Lw与“黑色”显示条件的亮度Lb之间的比率称为绝对对比度(CR)。表示为式(1)，则：

CR＝Lw/Lb (1)

将Lw和Lb的值代入式(1)，得出式(2)：

CR＝(RL+DL)/(RL) (2)。

展开式(2)得到式(3)：

CR＝1+(DL/RL) (3)。

从式(3)可以看出，CR随着RL增加而减少，和/或随着DL增加而增加。但是，增加DL导致使用更多的能量，这导致缩短的电源寿命。另一方面，降低RL不会消耗更多来自电源的能量。因此，如以下结合图2所阐述的，可以利用在显示设备上使用抗反射涂层(或者以其他方式降低显示设备的反射率以产生低反射率显示器)来减少显示设备的能耗。

在环境照明下，低反射率显示器的CR较高，这主要是因为显示器反射的环境光更少，从而使Lb变小(显示器的黑色看起来更黑)，这增大了CR。其次，低反射率显示器可以透射更多的光，从而使Lw略高。在这种情况下，Lb倾向于对CR产生更大的影响。

图2是具有1000勒克斯照度的环境照明的两个不同显示器的对比度(CR)相对以坎德拉每平方米(cd/m²)为单位的显示器亮度的图形。线201描绘了具有在其上没有涂层的康宁

大猩猩

玻璃的覆盖基板的第一显示器(显示器1)的关系。显示器1具有约4％的第一表面视觉平均反射率。另一方面，线202描绘了在其上具有光学涂层的康宁

大猩猩

玻璃的覆盖基板的第二显示器(显示器2)的关系。显示器2具有约0.7％的第一表面视觉平均反射率。除了前表面反射率外，这两个显示器是相同的。从图2可以看出，显示器2可以获得与显示器1相同的CR，但使用较低的亮度。更具体地，对于大约5的CR，显示器1使用大约400cd/m²的亮度，而显示器2使用小于200cd/m²的亮度。使用这种理解，从概念上讲，显示图像质量可以与能量、功率和电池寿命节省相关。由于CR是简单的比率Lw/Lb，因此对于(诸如可以通过低反射率显示器实现的)减小的Lb，可以将Lw减小与减小Lb相似的因子，并且实现的CR将相同。因此，如果由于反射率较低，环境照明下的Lb可以降低1/2，则Lw(显示器的亮度输出)也可以降低2的类似因子，例如，从400cd/m²降低到200cd/m²，同时保持类似的CR。

除了CR改进外，利用低反射率第二显示器还改进环境照明下显示器的色域，如图3A和图3B所示。这是因为环境照明往往“冲洗”从显示器正显示的图像的色彩饱和度。因此，降低环境光的反射率(通过提供具有低反射率的显示设备)减小了该冲洗效果，对于给定的环境照明水平增加了色域，从而提升了显示器的美学外观。冲洗色彩饱和度的效果由图3A和图3B示出。

图3A和3B示出了在不同的环境照明水平下显示器1和显示器2的色域描绘(按国际照明委员会(CIE)1976L*、u*、v*色彩空间，更普遍地以其缩写CIELUV为人所知)。更具体地，图3A示出了针对1000勒克斯的环境照度的色域描绘，而图3B示出了针对10000勒克斯的环境照度的相同色域描绘，其中：20-50勒克斯大致与昏暗的室内照明相对应；320-500勒克斯大致与明亮的办公室照明相对应；1000勒克斯大致与户外阴天相对应；10000-25000勒克斯大致与室外晴天的全日照，但不是直射阳光相对应；而32000–100000勒克斯大致与室外的直射阳光相对应。区域300表示“暗”，其中“暗”表示没有环境照度，和/或环境照度设置为零勒克斯。因此，在黑暗条件(这是用于比较的参考和/或基准和/或控制条件)下，显示器不反射光，因为在每种情况(显示器1或显示器2)下，当没有环境照度时，显示器不被冲洗。因此，在图3A中，区域301表示在1000勒克斯的环境照度下用户感知显示器1(设置为620cd/m²的亮度)的色域会如何，而区域302表示用户感知显示器2(设置为640cd/m²的亮度，并且在相同的1000勒克斯环境照度下)的色域会如何。比较区域301和302可以看到，显示器2的色域被感知为比显示器1的色域更宽。类似地，在图3B中，区域311表示在10,000勒克斯的环境照度下用户感知显示器1(设置为620cd/m²的亮度)的色域会如何，而区域312表示用户感知显示器2(设置为640cd/m²的亮度，并且在相同的10,000勒克斯环境照度下)的色域会如何。比较区域311和312可以看到，显示器2的色域被感知为比显示器1的色域更宽。为了在相同的环境照明条件下增加显示器1相对于显示器2的色彩饱和度，可以增加显示器1的亮度，但这样做将缩短电池寿命。或者，如果显示器1的色彩饱和度对特定用户而言是足够的，则可以降低显示器2的亮度，使得显示器2的色彩饱和度趋向于显示器1的色彩饱和度，从而可以延长电池寿命和/或可以降低显示器2的能耗。因此，使用低反射率显示器(例如，显示器2)可以增强显示器的外观，从而向用户提供美学上令人愉悦的观看体验，和/或可以降低能耗。

在图4和图5中描绘了改变显示器亮度(以调节适应环境条件的CR和色域变化)对电池寿命的影响。具体地，图4绘制了显示器亮度为400cd/m²(线401)、211cd/m²(线402)和167cd/m²(线403)的三星Galaxy S8智能手机的电池水平(y轴上的％)相对时间(x轴上的分钟)的关系。智能手机以飞行模式操作，以隔离显示器亮度的影响。当显示器亮度被设置为400cd/m²时，在大约360分钟(大约6小时)，即，线401与x轴相交的点之后，电池水平达到0％。类似地，当显示器亮度被设置为211cd/m²时，在大约660分钟(大约11小时)，即，线402与x轴相交的点之后，电池水平达到0％。并且当显示器亮度被设置为167cd/m²时，在大约800分钟(多于13小时)，即，线403与x轴相交的点之后，电池水平达到0％。尽管显示器功耗是与智能手机等复杂设备中的电池寿命相关的一个组件，但显示器可以是影响电池寿命的重要元件。显示器亮度从400cd/m²降低到211cd/m²显示出将设备电池寿命从大约6小时(大约360分钟)增加到大约11小时(大约660分钟)。回想图2及其讨论，当显示器适当地是抗反射的时，用户将感知在211cd/m²的亮度下该显示器的CR与在400cd/m²亮度下的高反射率显示器具有相同或稍好的CR。因此，为了增加电池寿命和/或减少能耗，可以在显示器的覆盖基板上或在显示器中的另一合适位置处设置抗反射涂层，以减小其反射率。换句话说，可以以某种方式(例如，通过降低亮度)来使用具有低反射率的显示器，以便延长电池寿命，同时仍然向用户提供美学上令人愉悦的观看体验。图5示出了查看与图4所示相同构思的另一种方式。更具体地，图5绘制了与图4中相同数据的1/x拟合，即，y轴上的电池寿命(小时)相对x轴上的显示器亮度(cd/m²)。图5示出：对于400cd/m²的显示器亮度，电池寿命约为6小时；对于略高于200cd/m²的显示器亮度，电池寿命约为11小时；以及对于约160cd/m²的显示器亮度，电池寿命大于约12¹/₂小时。1/x依赖性允许人们针对任意的亮度降低预测电池节省。例如，如果亮度降低20％(即，通过使用本文讨论的构思降低到其原始值的80％)，则寿命增加到1/0.8＝1.25或增加25％，这根据当今标准是相当大的增长，在当今标准下，4％或5％的增长被认为是相当显著的。

基本对比度是显示性能的一种度量。再次，期望为用户维持美学上令人愉悦的观看体验。因此，连同利用基本对比度来减小显示器亮度，并由此增加电池寿命，还使用一种度量来缓和亮度调节，从而为用户维持美学上令人愉悦的观看体验。度量结合了用户对显示性能和质量的感知所涉及的各种要素，例如，感知的对比度、感知的亮度和感知的色域，包括可能由周围环境和显示内容引起的用户眼睛和感知的变化。已开发的一种此类度量是在CIECAM02下定义的感知对比长度(PCL)，CIECAM02是CIE技术委员会8-01在2002年发布的色彩外观模型。从现实世界的用户角度来看，较高的PCL值与较高的感知图像质量相对应。替代的图像外观模型是iCAM06，如Kuang等人的文章“iCAM06：用于HDR图像渲染的精细图像外观模型”(视觉传达与图像表现杂志，第18卷(2007)第406-414页，爱思唯尔公司)中所描述的。用于延长电池寿命的本技术不取决于所使用的特定图像外观模型，其可以取决于特定应用、设计者和用户偏好。此外，随着新数据和理解的并入，模型可以随时间更新。这些模型或类似模型中的任何一个都可以在当前描述的实施例中使用，以计算用户在变化的环境光条件下对显示图像质量、可视性或可读性的感知。在一些实施例中，所采用的模型包括以下目标：用户对显示器亮度的感知、用户对对比度的感知和/或用户对内容的色彩饱和度的感知。在一些实施例中，模型还可以包括或者替代地包括环境光水平、环境照明的色彩、显示器反射率以及在显示器上正示出的内容的类型作为输入。

图6A和图6B描绘了使用抛物线拟合于两个不同的显示器(即，具有约4％的前表面反射率的上述显示器1和具有约0.7％的第一表面反射率的上述显示器2)的所计算的感知的对比度长度(PCL)的数据。这些点表示通过色彩外观模型CIECAM02测得的值以生成亮度Q。白色的亮度Q和黑色的亮度Q之间的差是PCL，在这些附图中绘制了该PCL。使用抛物线拟合，是因为数据在显示器亮度方面是非线性的。如图6A和6B所示，在1000–10000勒克斯的明亮环境照明条件下，具有比显示器1低的反射率的显示器2的PCL增强。更具体地，图6A示出了在1000勒克斯的环境照度下的用于显示器1的PCL(线601)和用于显示器2的PCL(线602)。如图6A中可见，从约200cd/m²到大于600cd/m²，线602在显示器亮度上高于线601。因此，显示器2(具有比显示器1低的反射率)具有比显示器1(具有比显示器2高的反射率)更高的PCL。类似地，图6B示出了在10000勒克斯的环境照度下的用于显示器1的PCL(线611)和用于显示器2的PCL(线612)。如图6B中可见，从约200cd/m²到大于600cd/m²，线612在显示器亮度上高于线611。因此，显示器2(具有比显示器1低的反射率)具有比显示器1(具有比显示器2高的反射率)更高的PCL。在图6A和图6B两者中还可见，对于给定的显示器亮度，PCL的差(即，线601与602和/或611与612之间在y方向上的距离)随着显示器亮度增加而增加。

图7通过绘制低反射率显示器2的PCL与标准反射率显示器1的PCL的归一化比率，总结了图6A和图6B中所示的趋势。更具体地，图7示出了在y轴上的显示器2的PCL除以显示器1的PCL的比率(当显示器1被设置为400cd/m²亮度时)与在x轴上的显示器2的亮度。当图7中的PCL比率等于或为约1时，两个显示器的PCL相同，并且当图7中的比率高于1时，显示器2具有比显示器1更高的PCL和/或更高的感知图像质量。图7进一步说明，对于从1000勒克斯(线710)到10000勒克斯(线720)的这个环境照明范围，显示器2的亮度可以降低到220-280cd/m²的范围(用虚线椭圆730表示)并提供与标准显示器1(设置为400cd/m²)相当的PCL。即，在由虚线椭圆730指定的显示器2的亮度水平内，PCL比率保持为约1。因此，与使用标准显示器1的系统相比，采用显示器2的系统的能量使用的减少(由于显示器亮度降低，并且相对应的电池寿命增加)可以是实质性的。

上述方法可以是：由设备制造商用于对显示设备的操作条件进行编程；编程到显示设备本身中；和/或由端消费者用于修改(例如通过编程算法)显示设备的操作条件；从而实现具有更长电池寿命的设备(与不使用本方法的设备相比)，并向显示设备的用户提供美学上令人愉悦的观看体验。

总而言之，该方法、过程、编程算法和或经编程的显示设备可以结合以下步骤或要素：

(1)获得显示设备和/或覆盖基板的反射率值。反射率值可以基于设备制造配置而被主动感测或可以是固定参数。优选地，显示设备包括低反射率涂层的触摸屏，该触摸屏具有或以其他方式拥有：1％或更低的第一表面反射率，3％或更低的总反射率(包括掩埋界面)，以及在100-500nm的压痕深度范围内10GPa或更高的最大硬度，例如，12GPa或更高，或13GPa或更高，或14GPa或更高，或15GPa或更高，或16GPa或更高，或17GPa或更高，或18GPa或更高，或19GPa或更高，直到达到50GPa；

(2)获得环境照明水平和/或环境照明色彩。这些环境条件可以由显示制品本身内的传感器主动感测或由外部传感器提供给显示制品。

(3)确定用户选择在显示器上观看的内容。例如，内容可以包括视频、电影、图片、图形、文本和/或电子邮件。就显示设备的亮度、色彩水平以及控制器的使用时间而言，不同的内容消耗不同的能量。

(4)使用图像外观模型计算用户对显示质量的感知，该图像外观模型计算、粗略估计或输出对显示图像的用户感知的亮度、用户感知的对比度或用户感知的色彩饱和度。然后可以将感知的显示质量与亮度、对比度和色彩的目标水平进行比较。图像外观模型可以结合步骤1-3中评估的上述显示器反射率、环境照明和显示内容中的一项或多项；以及

(5)当感知的显示质量高于目标显示质量时，调节显示设备条件，使得感知的显示质量与目标显示质量匹配，从而降低能耗。显示设备条件可以包括例如显示器亮度输出和/或色彩，同时维持根据图像外观模型的可接受的目标用户体验。

本文中公开的显示设备可以被结合到另一制品中，诸如具有显示器的制品(或多个显示制品)(例如，消费电子产品，包括移动电话、平板电脑、计算机、导航系统、可穿戴设备(例如，手表)等)、建筑制品、运输制品(例如，汽车、火车、飞机、船舶等)、器具制品或受益于改进的显示器可视性、耐刮擦性、耐磨性或其组合的任何制品。包含本文中公开的任何显示设备和/或抗反射涂层的示例性制品在图8A和图8B中示出。具体地，图8A和图8B示出了消费电子设备800，该消费电子设备800包括：具有前表面804、后表面806和侧表面808的壳体802；电子组件(未示出)，其至少部分地位于壳体内或全部位于壳体内，并且至少包括在壳体的前表面处或附近的控制器、存储器和显示设备810；以及在壳体的前表面处或上方以使其在显示器上方的覆盖基板812。在一些实施例中，将覆盖基板812制成为使显示器具有低反射率的低反射率基板，从而可以根据本文中所述的原理来使用该覆盖基板，以延长电池寿命和/或向用户提供美学上令人愉悦的观看体验。

可以各种方式将显示器制成为是低反射率的。这里描述具有低反射率的覆盖玻璃堆叠的四个示例。

示例1

示例1的制备样品(“示例1”)是通过提供具有标称成分为67mol％SiO₂、4mol％B₂O₃、13mol％Al₂O₃、14mol％Na₂O和2mol％MgO的玻璃基板并且在玻璃基板上设置具有十三(13)个层的抗反射涂层而形成的，如下表1所示。使用反应性溅射工艺沉积该示例中的每个制备样品的抗反射涂层(例如，与本公开中概述的抗反射涂层一致)。

表1：示例1的抗反射涂层属性

示例2

示例2的制备样品(“示例2”)是通过提供具有标称成分为67mol％SiO₂、4mol％B₂O₃、13mol％Al₂O₃、14mol％Na₂O和2mol％MgO的玻璃基板并且在玻璃基板上设置具有十三(13)个层的抗反射涂层而形成的，如下表2所示。使用反应性溅射工艺沉积该示例中的每个制备样品的抗反射涂层(例如，与本公开中概述的抗反射涂层一致)。

表2：示例2的抗反射涂层属性

示例3

示例3的制备样品(“示例3”)是通过提供具有标称成分为69mol％SiO₂、10mol％Al₂O₃、15mol％Na₂O和5mol％MgO的玻璃基板并且在玻璃基板上设置具有五(5)个层的抗反射涂层而形成的，如下表3所示。使用反应性溅射工艺沉积该示例中的每个制备样品的抗反射涂层(例如，与本公开中概述的抗反射涂层一致)。

假设示例3的建模样品(“示例3-M”)采用具有与本示例的制备样品中所采用的玻璃基板相同成分的玻璃基板。此外，假设每个建模样品的抗反射涂层具有如下表3所示的层材料和物理厚度。

表3：示例3的抗反射涂层属性

示例4

示例4的制备样品(“示例4”)是通过提供具有标称成分为69mol％SiO₂、10mol％Al₂O₃、15mol％Na₂O和5mol％MgO的玻璃基板并且在玻璃基板上设置具有七(7)个层的抗反射涂层而形成的，如图2A和下表4中所示。使用反应性溅射工艺沉积该示例中的每个制备样品的抗反射涂层(例如，与本公开中概述的抗反射涂层120一致)。

假设示例4的建模样品(“示例4-M”)采用具有与本示例的制备样品中所采用的玻璃基板相同成分的玻璃基板。此外，假设每个建模样品的抗反射涂层具有如下表4所示的层材料和物理厚度。

表4：示例4的抗反射涂层属性

覆盖基板812可以是上述示例1-4中的任一个，或者可以是在低反射率和高硬度方面实现类似属性的其他示例。低反射率可以是在光波长范围上1％或更低(例如，0.9％或更低、0.8％或更低、0.7％或更低、0.6％或更低、0.5％或更低、0.4％或更低、0.3％或更低、0.25％或更低、或0.2％或更低)的第一表面视觉平均光反射率。可替代地，或附加地，低反射率可以是在光波长范围上4％或更低(例如，3.5％或更低、3.0％或更低、2.5％或更低、或2％或更低)的总视觉平均光反射率。高硬度可包括10GPa或更高(例如，11GPa或更高、或12GPa或更高、或13GPa或更高、或14GPa或更高、或15GPa或更高、或16GPa或更高、或17GPa或更高、或18GPa或更高、或19GPa或更高、或20GPa或更高，并且在一些实施例中高达50GPa)的最大硬度。

在一些实施例中，具有抗反射涂层的制品在光波长范围上表现出1％或更低(例如，0.9％或更低、0.8％或更低、0.7％或更低、0.6％或更低、0.5％或更低、0.4％或更低、0.3％或更低、0.25％或更低、或0.2％或更低)的第一表面视觉平均光反射率(如本文中所使用的，“光波长范围”包括从约380nm到约720nm的波长范围，例如，从约400nm到约800nm，更具体地，当在抗反射表面处测量时从约450nm到约650nm(例如，当例如通过在耦合到吸收器的背表面上使用指数匹配油或其他已知方法从制品的未涂层的背表面去除反射时的第一表面反射率)。除非另有说明，否则平均反射率是在0度法向入射照明角下测量的(但是，可以在近法线入射照明角(即，离法线最多10度)下提供此类测量)。

如本文中所使用的，“视觉平均反射率”通过根据人眼的敏感度对反射率与波长光谱进行加权来模拟人眼的响应。根据已知的惯例(例如，CIE色彩空间惯例)，视觉平均反射率也可以定义为反射光的亮度或三色刺激Y值。视觉平均反射率在式(4)中定义为光谱反射率R(λ)乘以光源光谱I(λ)和CIE的色彩匹配函数

与眼睛的光谱响应相关：

在一些实施例中，具有抗反射涂层的制品在光波长范围上表现出4％或更低(例如，3.5％或更低、3.0％或更低、2.5％或更低、或2％或更低)的总视觉平均光反射率。

在一些实施例中，具有抗反射涂层的制品表现出10GPa或更高(例如，11GPa或更高、或12GPa或更高、或13GPa或更高、或14GPa或更高、或15GPa或更高、或16GPa或更高、或17GPa或更高、或18GPa或更高、或19GPa或更高、或20GPa或更高，并且在一些实施例中高达50GPa)的最大硬度。

如本文中所使用的，最大硬度通过Berkovich压头硬度测试来测量。如本文中所使用的，“Berkovich压头硬度测试”包括通过用金刚石Berkovich压头压入表面来测量材料表面上的材料硬度。Berkovich压头硬度测试包括：用金刚石Berkovich压头压入制品的抗反射表面或抗反射涂层的表面以形成压痕深度介于约50nm至约1000nm范围内(或为抗反射涂层或抗反射层的整个厚度，以较小者为准)的压痕；以及通常使用在Oliver,W.C.、Pharr,G.M中提出的方法，在沿整个压痕深度范围、沿该压痕深度的指定部分(例如，在约100nm至约500nm的深度范围中)、或在特定的压痕深度(例如，在100nm的深度、在500nm的深度等)的不同点处从该压痕测量所述硬度。一种使用载荷和位移感测压痕实验确定硬度和弹性模量的改进技术。参见J.Mater.Res.，第7卷，1992年第6期，1564-1583；以及Oliver,W.C.和Pharr,G.M的“通过仪器压痕测量硬度和弹性模量：方法论的理解和改进的进展”，J.Mater.Res.，第19卷，2004年第1期，3-20。此外，当在压痕深度范围内(例如，在从约100nm到约500nm的深度范围内)测量硬度时，结果可以报告为指定范围内的最大硬度，其中从该范围内每个深度处进行的测量中选择最大值。如本文中所使用的，“硬度”和“最大硬度”二者均指测得的硬度值，而不是硬度值的平均值。类似地，当在压痕深度测量硬度时，从Berkovich压头硬度测试获得的硬度值是针对该特定压痕深度给出的。

通常，在比下面的基板更硬的涂层的纳米压痕测量方法(诸如通过使用Berkovich压头)中，测得的硬度最初由于塑性区在浅压痕深度处的发展可能显得增加，然后在较深压痕深度处增加并达到最大值或稳定水平。此后，由于下面的基板的影响，硬度在更深的压痕深度处开始下降。当使用与涂层相比硬度增加的基板时，可以看到相同的效果；然而，由于下面的基板的影响，硬度在更深的压痕深度处增加。

可以选择压痕深度范围和(多个)特定压痕深度范围处的硬度值以识别本文中所述的光学膜结构及其层的特定硬度响应，而不受下面的基板的影响。当使用Berkovich压头测量光学膜结构(当设置在基板上时)的硬度时，材料的永久变形区域(塑性区)与材料的硬度相关联。在压痕期间，弹性应力场远远超出该永久变形区域。随着压痕深度增加，表观硬度和模量受应力场与下面的基板相互作用的影响。基板对硬度的影响发生在较深的压痕深度处(例如，通常在大于光学膜结构或层厚度的约10％的深度处)。此外，更复杂的是硬度响应利用某个最小载荷在压痕过程期间形成完全的塑性。在某个最小载荷之前，硬度显示出普遍增加的趋势。

在小压痕深度(其也可以被表征为小载荷)(例如，高达约50nm)处，材料的表观硬度似乎相对压痕深度显著增加。这种小的压痕深度范围不代表硬度的真实度量，而是反映了上述塑性区的发展，这与压头的有限曲率半径有关。在中间压痕深度处，表观硬度接近最大水平。在更深的压痕深度处，随着压痕深度增加，基板的影响变得更加明显。一旦压痕深度超过光学膜结构厚度或层厚度的约30％，硬度可能开始急剧下降。

如上所述，在确保涂层和/或制品的从Berkovich压头硬度测试获得的硬度和最大硬度值指示这些要素时，本领域普通技术人员可以考虑各种与测试相关的考虑因素(包括压痕深度)，而不是受到例如基板的过度影响。

本文中描述的实施例和功能操作可以在数字电子电路系统中或在计算机软件、固件或硬件中实现，包括在本说明书中公开的结构及其结构等效物，或者它们中的一者或多者的组合。本文中描述的实施例可被实现为一个或多个计算机程序产品，例如，编码在有形程序载体上的一个或多个计算机程序指令模块，用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。有形程序载体可以是计算机可读介质。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、存储器设备或它们中的一者或多者的组合。

术语“处理器”或“控制器”可以涵盖用于处理数据的所有装置、设备和机器，例如包括可编程处理器、计算机或者多个处理器或计算机。除了硬件之外，处理器还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码(例如，构成处理器固件的代码)、协议栈、数据库管理系统、操作系统、或它们中的一者或多者的组合。

计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以以包括编译或解释语言或者声明性或过程性语言的任何形式的编程语言来编写，并且其可以以包括作为独立程序或者作为模块、部件、子例程或适于在计算环境中使用的其他单元的任何形式来部署。计算机程序不一定与文件系统中的文件相对应。程序可以被存储在保有其他程序或数据的文件的一部分中(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)、在专用于所讨论的程序的单个文件中、或在多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的诸个文件)中。计算机程序可被部署成在一个计算机上或在位于一个站点或跨多个站点分布并通过通信网络互连的多个计算机上执行。

本文中描述的过程可由一个或多个可编程处理器执行，该一个或多个可编程处理器执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能。过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路系统来执行，并且装置也可以作为专用逻辑电路系统来实现，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)等等。

作为示例，适于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何类型的数字计算机中的任何一个或多个处理器。一般而言，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个数据存储器设备。一般而言，计算机还将包括用于存储数据的一个或多个大容量存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)或可操作地耦接至该一个或多个大容量存储设备，以从该一个或多个大容量存储设备接收数据或将数据传输到该一个或多个大容量存储设备，或两者都有。然而，计算机不必具有此类设备。此外，计算机可以嵌入另一设备中，例如，移动电话、个人数字助理(PDA)。

适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括包含非易失性存储器、介质和存储器设备的所有形式的数据存储器，例如包括：半导体存储器设备(例如，EPROM、EEPROM和闪存存储器设备)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动盘)；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路系统补充和/或并入到专用逻辑电路系统中。

为了提供与用户的交互，本文中描述的实施例可在具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器等)以及用户可通过它向计算机提供输入的键盘和指点设备(例如，鼠标或轨迹球)或触摸屏的计算机上实现。其他类型的设备也可用于提供与用户的交互；例如，可以以任何形式接收来自用户的输入，包括声学、语音或触觉输入。

本文中描述的实施例可在计算系统中被实现，该计算系统包括后端组件(例如，作为数据服务器)或包括中间件组件(例如，应用服务器)或包括前端组件(例如，具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，用户能够通过该客户端计算机与本文中描述的主题的实现交互)或一个或多个此类后端、中间件或前端组件的任何组合。系统的组件可由任何形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)互相连接。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如，因特网。

计算系统可包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络交互。客户端和服务器的关系根据在相应计算机上运行且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生。

如本文中所使用，术语“约”是指量、尺寸、配方、参数、和其他数量和特性不是也不需要是精确的，但可以根据需要是近似的和/或更大或更小，从而反映出公差、转换因子、舍入、测量误差等和本领域技术人员已知的其他因素。当在描述值或范围的端点中使用术语“约”时，本公开应被理解为包括所指的特定值或端点。无论说明书中的数值或范围的端点是否记载了“约”，数值或范围的端点旨在包括两个实施例：一个由“约”修饰，并且一个未由“约”修饰。还将理解的是，每一个范围的端点相对于另一个端点都是重要的，并且独立于另一个端点。

本文中所使用的术语“基本”、“基本上”以及它们的变型旨在表示，所描述的特征等于或近似等于一个值或描述。例如，“基本上平面的”表面旨在表示平面的或近似平面的表面。此外，“基本上”旨在表示两个值相等或近似相等。在一些实施例中，“基本上”可表示彼此的大约10％内的值，诸如，彼此的大约5％内、或彼此的大约2％内。

如本文中所使用的方向性术语(例如，上、下、右、左、前、后、顶部、底部、内部、外部)仅参考如所绘制的附图作出，而不旨在隐含绝对取向。

如本文中所使用的术语“所述”、“一”或“一个”是指“至少一个”，且不应被限制成“仅一个”，除非具体地指示了相反含义。因此，例如，对“组件”的引用包括具有两个或多个这样的组件的实施例，除非上下文明确地另作指示。

如本文中所描述的，除非另有说明，否则术语“包括”和“包含”及其变体应解释为同义词和开放式。在过渡短语“包括”或“包含”之后的要素列表是非排他性列表，使得除了列表中具体记载的那些要素之外的要素也可存在。

对本领域的技术人员显而易见的是，可在不背离本公开的精神和范围的情况下对本公开作出各种修改和变化。因此，本公开旨在涵盖此类修改和变化，只要它们落入所附权利要求及其等效物的范围内。

Claims

1.一种减少显示设备能耗的方法，包括：

a.确定显示设备周围的照明条件，

b.确定用户选择在所述显示设备上观看的内容，

c.使用图像外观模型计算所述用户对显示质量的感知，

d.当感知的显示质量高于目标显示质量时，调节显示设备条件，使得所述感知的显示质量与所述目标显示质量匹配，从而降低能耗。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述环境照明条件包括照度。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述环境照明条件包括色彩。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，由所述显示设备主动地感测所述环境照明条件。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述内容包括视频、电影、图片、图形、文本、电子邮件中的一个或多个。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，使用所述图像外观模型确定所述目标显示质量。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述图像外观模型近似于所述用户对所述内容的所感知的亮度、对比度或色彩饱和度。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述图像外观模型是显示设备反射率、所述环境照明条件和所述内容的函数。

9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述显示设备操作条件包括亮度输出。

10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述显示设备操作条件包括色域。

11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，调节所述显示设备操作条件是显示设备反射率的函数。

12.如权利要求11所述的方法，其中，由所述显示设备主动地感测所述显示设备反射率。

13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其中，所述显示设备包括3％或更小的总反射率。

14.如权利要求1-13中任一项所述的方法，其中，所述显示设备包括包含1％或更小的第一表面反射率的覆盖基板。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述覆盖基板包括在100-500nm的压痕深度范围内具有10GPa或更高的最大硬度的表面。

16.如权利要求14所述的方法，其中，所述覆盖基板包括在100-500nm的压痕深度范围内具有12GPa或更高的最大硬度的表面。

17.一种具有降低的能耗的显示设备，包括：

壳体，所述壳体包括前表面、后表面和侧表面；以及

至少部分地在所述壳体内的电气组件，所述电气组件包括控制器、存储器和显示器，所述显示器在所述壳体的所述前表面处或附近；

所述控制器被编程用于：

a.确定所述显示设备周围的照明条件，

b.确定用户选择在所述显示设备上观看的内容，

c.使用图像外观模型计算所述用户对显示质量的感知，以及

18.如权利要求17所述的显示设备，其中，所述环境照明条件包括照度。

19.如权利要求17或18所述的显示设备，其中，所述环境照明条件包括色彩。

20.如权利要求17-19中任一项所述的显示设备，其中，所述显示设备主动地感测环境照明条件。

21.如权利要求17-20中任一项所述的显示设备，其中，所述内容包括视频、电影、图片、图形、文本、电子邮件中的一个或多个。

22.如权利要求17-21中任一项所述的显示设备，其中，所述目标显示质量是使用所述图像外观模型确定的。

23.如权利要求17-22中任一项所述的显示设备，其中，所述图像外观模型近似于所述用户对所述内容的所感知的亮度、对比度或色彩饱和度。

24.如权利要求17-23中任一项所述的显示设备，其中，所述图像外观模型是显示设备反射率、所述环境照明条件和所述内容的函数。

25.如权利要求17-24中的任一项所述的显示设备，其中，所述显示设备操作条件包括亮度输出。

26.如权利要求17-25中的任一项所述的显示设备，其中，所述显示设备操作条件包括色域。

27.如权利要求17-26中任一项所述的显示设备，其中，调节所述显示设备操作条件是显示设备反射率的函数。

28.如权利要求27所述的显示设备，其中，所述显示设备主动地感测所述显示设备反射率。

29.如权利要求17-28中任一项所述的显示设备，其中，所述显示设备包括3％或更小的总反射率。

30.如权利要求17-29中任一项所述的显示设备，其中，显示设备包括具有1％或更小的第一表面反射率的覆盖基板。

31.如权利要求30所述的显示设备，其中，所述覆盖基板包括在100-500nm的压痕深度范围内具有10GPa或更高的最大硬度的表面。

32.如权利要求30所述的显示设备，其中，所述覆盖基板包括在100-500nm的压痕深度范围内具有12GPa或更高的最大硬度的表面。