CN113917684A - 反射式显示器 - Google Patents

Abstract

所公开的技术总体上涉及反射式显示器，并且更具体地涉及被配置为显示具有定制和改进的观察参数的图像的反射式显示器。一方面，反射式显示器包括多个光反射性微面元，该多个光反射性微面元被配置为通过反射从光源入射在其上的光来显示图像，其中，由微面元中的不同微面元反射的光线被定向在非平行方向上。

Description

反射式显示器

通过引用任何优先权申请合并

与本申请一起提交的申请数据表中识别出优先权要求的任何和所有申请根据37CFR 1.57通过引用并入本文。

本申请要求于2020年7月7日提交的题为“REFLECTIVE PROJECTOR DISPLAY”的美国临时专利申请序列号63/048,898的优先权权益，其内容通过引用明确地整体并入本文。

技术领域

所公开的技术总体涉及显示器，并且更具体地涉及被配置为提供改善的观察参数的反射式显示器。

背景技术

与基于发光的显示系统相比，反射式显示系统可以提供各种优点。例如，由于图像是从投影仪远距离投影的，因此反射式显示系统可以提供可自定义的图像尺寸。另外，由于相对于基于发光的显示系统，投影的图像可以相对较大(例如，>100英寸)并且可以从相对较长的距离观察，因此反射式显示系统可以提供更高的眼睛舒适度。此外，因为投影仪相对紧凑并且可以部署在不同的位置处，所以反射式显示系统可以更便携、提供更细微的外观并可以允许更有效地利用其使用的周围空间。最后，与基于发光的显示器相比，反射式显示系统可以为可比较的尺寸和图像质量提供相对低成本解决方案。由于这些和其他优点，越来越需要改善反射式显示系统的各个方面，包括投影仪的亮度、对比度和定位的灵活性。

发明内容

一方面，反射式显示器包括多个光反射性微面元(microfacet)，所述多个光反射性微面元被形成在其主表面上并且被配置为通过反射从光源入射在其上的光来显示图像。由微面元中的不同微面元反射的光线被定向在非平行方向上。

在另一方面，反射式显示器包括多个光反射性微面元，所述多个光反射性微面元被形成在其主表面上并被配置为通过反射从光源入射在其上的光来显示图像。所述微面元具有微面元取向的分布，使得在水平方向和垂直方向之一或两者上穿过观察窗的光的强度剖面基本上是非高斯的。观察窗限定了平行于主表面的与其相距一个观察距离处的观察平面中的区域。

在另一方面，反射式显示器包括在其上形成有多个光反射性微面元的主表面，该多个光反射性微面元被配置为通过反射从光源入射在其上的光来显示图像。所述微面元被布置为形成多个像素，其中，像素中的至少一些内的微面元中的不同微面元被配置为反射光线以穿过观察窗的非重叠区域中的唯独的非重叠区域。观察窗限定了平行于主表面的与其相距一个观察距离处的观察平面中的区域。

附图说明

特别地阐述了本发明的新颖特征。通过参考下面阐述了示例性实施例的详细描述(其中利用了本发明的原理)以及附图(在此也为“图”和“图形”)，将获得对本发明的特征和优点的更好的理解，其中：

图1示出了包括将光投射到反射式显示器上的超短距(ultra-short throw，UST)投影仪的示例反射式显示系统。

图2示出了包括UST投影仪、反射式显示器和径向对称漫射器的示例反射式显示系统。

图3示出了包括UST投影仪、反射式显示器和非对称漫射器的示例反射式显示系统。

图4A示出了根据实施例的包括投影仪和基于微面元的反射式显示器的基于微面元的反射式显示系统的透视图。

图4B示出了根据实施例的包括被配置用于正面反射的基于微面元的反射式显示器的基于微面元的反射式显示系统的侧视图。

图4C示出了根据实施例的包括被配置用于背面反射的基于微面元的反射式显示器的基于微面元的反射式显示系统的侧视图。

图4D示出了根据实施例的包括被配置为提供定制的定向反射和定制的光形状的反射式显示器的基于微面元的反射式显示系统的示意图。

图5示出了根据实施例制造的微面元的扫描光学显微镜图像。

图6示出了根据比较示例的使用对称正面漫射器的基于菲涅耳的UST反射式显示器的测量出的增益剖面和对应的观察窗剖面。

图7示出了根据实施例的基于微面元的UST的基于微面元的反射式显示器的测量出的增益剖面和对应的观察窗剖面。

图8示出了根据实施例的将微面元分配给观察窗内的对应位置以在观察窗内实现相对均匀的强度剖面的示例方案。

图9示出了根据实施例的基于微面元的反射式显示器，其被配置为通过布置微面元而在观察窗内分布光线以为了增强的强度均匀性，其中，针对所有微面元随机选择了来自投影仪的光线所穿过的观察窗内的点的分布。

图10示出了根据一些实施例的基于微面元的反射式显示器，其被配置为通过将微面元布置成多个光反射部分(其可以是像素或块)而在观察窗内分布光线以为了增强的强度均匀性。

图11示出了根据一些其他实施例的基于微面元的反射式显示器，其被配置为通过将微面元布置成多个部分(其可以是像素或块)而在观察窗内分布光线以为了增强的强度均匀性。

图12示出了某些观察到的屏幕颗粒状的可能原因。

图13示出了根据一些其他实施例的基于微面元的反射式显示器，其被配置为通过将微面元布置成多个部分(其可以是像素或块)而在观察窗内分布光线以为了增强的强度均匀性。

图14示出了根据实施例的观察子窗口的优化以适应基于微面元的反射式显示器内的不同位置。

图15示出了根据实施例的基于微面元的反射式显示器，其被配置为补偿观察窗内的不均匀亮度。

图16示出了根据实施例的用于制造基于微面元的反射式显示器的主模板。

图17示出了根据实施例的被配置为通过减少环境光反射来增强对比度的基于微面元的反射式显示器的侧视图。

图18示出了根据实施例的被配置为通过减少环境光反射来增强对比度的基于微面元的反射式显示器的侧视图。

图19示出了根据实施例的与基于微面元的反射式显示器一起被编程或集成的计算机系统。

具体实施方式

通过以下详细描述，本公开的其他方面和优点对于本领域技术人员将变得显而易见，其中，仅示出和描述了本公开的说明性实施例。将会认识到，本公开能够具有其他和不同的实施例，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开内容。因此，附图、等式和描述本质上应被认为是说明性的，而不是限制性的。

尽管本文已经示出和描述了本发明的各种实施例，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，这些实施例仅借由示例提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以想到许多变化、改变和替代。应当理解，可以采用本文描述的本发明的实施例的各种替代。

如上面描述的，反射式显示系统可以提供各种优点。然而，许多挑战继续限制某些反射式显示系统的实用性、有效性和广泛使用。某些反射式显示系统的一个限制是与从屏幕表面反射的图像的亮度相关联。在反射式显示系统中，很大一部分光被反射(对于前投影系统)或透射(对于后投影系统)到没有观察者的位置。例如，对于基于前投影的反射式显示系统，流行的屏幕类型是基本的基于白色织物的屏幕，其在所有方向上广泛地漫射光。结果，不期望地，大部分投影光在没有观察者的方向上反射或散射。对于典型的前投影显示屏，在行业中以及此处用作从屏幕表面反射回的图像的亮度的度量的增益值约为0.9到1.1，其中1.0的增益值表示使用白色云母块进行校准的亮度测量。

与一些反射式显示系统相关联的另一个限制与由于环境光导致的有限的对比度相关联。例如，某些常规的基于织物的反射式显示器具有相对较低的对比率，这是因为屏幕表面是白色的，并且在宽角度范围内散射光，这导致大量环境光反射并散射到用户的眼睛中。为了减轻这种影响，一些反射式显示器利用环境光抑制(ALR)性质来提高对比率性能。这些反射式显示器可以减少反射到观察者眼睛的环境光量，从而提高对比率。然而，这些类型的反射式显示器的增益值因此被减小，其中对于峰值观察位置处的增益，典型值小于约1.5，并且随着观察者远离峰值观察位置而通常下降至小于1.0的增益。

另一个限制与投影仪与反射式显示器之间的相对较大的无障碍视线距离相关联，这可能是某些传统反射式显示系统需要的，其继而可能涉及复杂的安装程序。例如，对于100英寸的屏幕，永久安装的传统投影仪可能会利用放置在距离屏幕至少10英尺处的天花板安装(如果不是更大的话)，这提供了所需的投射距离(取决于投影仪)和清晰的无障碍视线，其防止观察者每次在其穿过投影光时在图像上投射阴影。一些投影仪，称为超短距(UST)投影仪，其投射比显着小于传统的长距(LT)投影仪。如在工业中和本文中所使用的，投射比是指投影仪的透镜与屏幕表面之间的距离(也称为投射距离)与屏幕的宽度之比。如果投影仪或反射式显示器的投射比被配置为小于约0.4，例如0.15-0.30，则认为其被配置为用于UST；如果投影仪或反射式显示器的投射比被配置为在约0.4和1.0之间，则其被配置为用于短投射(ST)；并且如果投影仪或反射式显示器的投射比被配置为大于1.0，则其被配置为用于LT。一些UST反射式显示器利用径向菲涅尔光学元件或百叶窗式表面形貌来帮助引导光和/或减少反射回观察者的环境光的反射。但是，这些反射式显示器仍然将很大一部分入射光反射到观察者不太可能占据的位置。结果，这些屏幕的增益值典型地在～0.75x-1.5x的范围内，其与常规织物投影屏幕相当。当前的UST反射式显示器的附加限制是亮度或增益可能具有类高斯剖面，其在观察窗的中心附近具有高亮度，并且在远离观察窗的中心处显着降低。

为了解决现有反射式显示器和系统的上面提及的限制，本公开提供了根据基于微面元的反射式显示器的显示器、显示系统和显示方法，以设计和优化所显示的图像。各种实施例针对基于微面元的反射式显示器，其包括多个光反射性微面元，该光反射性微面元被形成在反射式显示器的主表面上并被配置为通过集体反射从诸如投影仪之类的光源入射在反射式显示器上的光而显示图像。实施例经光学设计以优化从基于微面元的反射式显示器反射的光的形状、强度剖面和方向中的一个或多个，使得各种观察参数(诸如亮度、均匀性、观察窗、对比度和环境光眩光减少)可以针对特定目的或设置进行改进和调整。

本公开提供了用于反射式显示器的系统和方法，其解决了当前可用的反射式显示系统的各种限制。特别地，为了解决上面描述的未满足的需求以及基于微面元的反射式显示系统的各种其他未满足的需求，本文公开了一种基于用于LT、ST和UST反射式显示器的反射性微面元的基于微面元的反射式显示系统，其可以提供具有良好ALR性质的高增益。反射式显示器包括各种介质或层的组合，有时包括反射式介质或层以及一个或多个光学功能介质或一个或多个层。作为常规显示屏的替代，某些显示系统使用具有拥有设计的光学性质的反射式光学元件阵列的光学层，其可以与光形光学调制层或漫射层结合，以使能显着的亮度增加以及ALR能力。此方法已被证明实现显着提高屏幕增益性能，以及改善用户体验的独特观察窗特性。本文公开的实施例提供了这个和其他技术优点。实施例提供但不限于以下技术优点。

实施例提供了具有微面元的基于微面元的反射式显示器，其被设计成使得可以针对特定的观察目的定制观察窗内的反射光剖面的形状。显示系统利用所设计的反射性微面元的各个方面，包括其取向，以便控制和定制限定了所显示图像的性质的度量。使用精确定向的面元的阵列，可以将所显示图像的性质控制到：使用常规反射式显示器可能无法实现的程度。根据实施例的基于微面元的反射式显示器的一个优点在于，它们可以生成具有不同于使用常规反射式显示器可实现的光的典型分布的形状的所设计的光剖面，例如，类高斯分布或类朗伯分布。例如，可以实现具有相对平坦的高原状形状的光剖面。另外，可以实现具有相对锐利的观察窗截止的所设计的光剖面，其继而增加了可供观察者观察的光量。观察窗可以对应于观察者的位置，使得可以减少定向到非观察位置的光量。

实施例另外地提供了具有微面元的基于微面元的反射式显示器，其被设计为使得观察窗内的反射光剖面可以具有高均匀性和减少的伪影。显示系统利用所设计的反射性微面元的各个方面，包括其取向，以使能减少或消除伪影，诸如观察到的图像的不均匀性或颗粒状。通过算法地确定反射性微面元的取向，可以系统性地减少或消除否则可能可见的颗粒状和/或重复块图案。例如，可以通过防止来自不同微面元穿过观察窗的反射光线的随机或系统性重叠来实现高均匀性和减少的伪影。它们还可以通过在整个观察窗上保持整体均匀的观察窗覆盖的同时防止屏幕内的重复块并局部随机化观察窗的覆盖来实现。

实施例另外地提供了用于设计反射性微面元的分布的算法，以便根据屏幕上的位置改变观察窗的大小或形状，以及改变观察窗的剖面或分布，以便补偿否则可能导致观察窗不理想的过程交互。这可以在宏观水平上完成，或者可以在微观水平上完成。例如，在制造期间对相邻屏幕区部进行平铺可能导致由相邻屏幕区部之间的界面引起的观察窗内的视觉伪影。对于微面元的特定群体，可以在设计阶段期间补偿这种影响。在另一个示例中，将与反射式显示器的不同位置相对应的子观察窗设计为不同补偿了与位置相关的不同观察窗偏移。

实施例另外地提供了用于制造具有所设计的微面元的基于微面元的反射式显示器的方法。在屏幕上的不同位置制造具有唯独取向的被精确设计的微面元的密集阵列可能既费时又费钱。发明人发现，制造具有微面元的拼贴(tile)并将拼贴组装成基于微面元的反射式显示器可以使能其成本有效地制造。拼贴继而由子拼贴制成。通过重新使用具有微面元阵列的至少一些子拼贴，可以显着降低制造成本和时间，同时仍保持所需的观察窗性能和均匀性。

实施例另外地提供了具有所设计的微面元的基于微面元的反射式显示器，其可以减少环境光反射并改善屏幕对比率。这样的基于微面元的反射式显示器可以通过例如改变微面元中某些表面的金属化和反射率的组合以及使用附加的吸收层来实现。为了在需要减少金属化的区域中进一步定制金属化覆盖，还可以在微面元阵列中改变微面元的台阶高度。

现在将参考附图。将意识到，其中的附图和特征不必按比例绘制。

图1示出了反射式显示系统的示意图，该反射式显示系统包括超短距(UST)投影仪101和反射式显示器102，例如操作中的常规白色反射式显示器。该示例示出了与基于UST投影仪的显示系统相关联的挑战，其中UST投影仪101被配置为：以相对于垂直于UST投影仪101表面的方向(例如从反射式显示器102的下方)的高入射角将光投射到常规反射式显示器102上。在该图的左侧，光线103入射在反射式显示器102的左上角。反射光线104示意性地示出了反射光的方向(如果屏幕具有无漫射性质的镜面状表面的话)。在这种情况下，由于高的偏离法线的入射角，反射的光线104的方向指向页面的左上角，并且观察者将无法观察到。在屏幕的右侧，示出了另一入射光线105。为了说明的目的，在这种情况下，假设漫反射表面，并且所得到的反射光剖面106示意性地由宽三角形(或3D圆锥形)形状表示。用于反射光的这种宽反射光剖面106是常规反射式显示器的典型，并且具有的优点在于，更多的观察者可以能够看到反射式显示器102上的图像。但是，这种常规方法的缺点在于，这些常规屏幕中使用的高漫射表面导致非常低的图像亮度(例如，由于入射光线105的很大一部分朝着可能不存在观察者的方向散射)，并且对比率差(例如，由于除了反射光剖面106之外还可能将大量的环境光定向到一个或多个观察者)。

基于菲涅耳的反射式显示器和系统

图2示意性地示出了反射式显示系统，该反射式显示系统包括超短距(UST)投影仪201、反射式显示器202以及形成在反射式显示器202上的径向对称漫射器。如本文描述的，漫射器是指内插在反射式显示器和光源之间的光漫射层或介质，其被配置为成形或调制穿过其中的光的强度分布。例如，漫射器可以沿着平行于反射式显示器的主表面的至少一个方向加宽或漫射本征强度分布。在示出的示例中，径向对称漫射器布置在反射式显示器202上方。这种配置中的径向对称漫射器可以包括例如光学漫射器层，其中穿过其的光的漫射量在所有径向方向上大约相同。在该UST配置中，UST投影仪201被放置在非常靠近反射式显示器202的底部前部。反射式显示器202可以具有偏移反射菲涅耳结构，如虚线轮廓说明性地表示的。可替选地，某些UST反射式显示器使用百叶窗式屏幕配置，其中每个百叶窗的上表面上为深色，并且百叶窗的反射部分上为白色表面。在这种配置中，白色表面以径向对称的方式非常广泛地散射光。径向对称漫射器的使用可导致一个返回光剖面或观察窗203，其由在图2中围绕中间观察者的阴影区域示意性地示出。可以看出，这种类型的配置在光利用方面可能是低效的，其中大量的光被定向到典型观察位置的上方和下方。另外，可能难以增加观察窗203的宽度，导致一些观察者几乎或完全在观察窗203之外，在该观察窗203之外图像质量可能是不可接受的。

图3示意性地示出了根据实施例的反射式显示系统，其包括超短距(UST)投影仪301和在其上形成有非对称漫射器的反射式显示器302。这种配置中的非对称漫射器可以包括例如光学漫射器层，其中穿过漫射器的光的漫射量在不同的方向(例如，垂直方向和水平方向)上是不同的。在该UST配置中，UST投影仪301被放置的非常靠近反射式显示器302的前部。反射式显示器302还可以具有定向反射层，如由反射式显示器302上示出的短虚箭头线所表示的。在一些实施方式中，定向反射层可以包括与以上关于图2描述的偏移菲涅耳光学层相似的偏移菲涅耳光学层。在一些其他实施方式中，定向反射层还可以包括提供定向反射功能而不是使用偏移反射式菲涅耳层的反射性微面元阵列。在又一些其他实施方式中，可以采用反射性微面元阵列来提供定向反射功能以及用于非对称漫射的光形状调制功能。非对称漫射器的使用导致一个返回光剖面或观察窗303，其由包围图3中的三个观察者的阴影区域示意性地示出。可以看出，与以上关于图2描述的反射式显示系统相比，示出的反射式显示系统在光利用方面可以显着地更有效，其中实质上更多的光被定向到观察者最可能位于的位置的附近。屏幕302反射的光的返回角的范围(例如由微面元取向产生的返回角的范围)可以取决于特定的应用。例如，对于某些应用，可能希望在水平方向和垂直方向上具有不同的有效观察窗，例如以产生如所示出的拉长的观察窗。尽管示出的反射式显示系统是对以上相对于图2所描述的反射式显示系统的改进，但是对于各种观察参数(包括亮度、强度均匀性、观察窗可定制性、对比度和环境光眩光减少)还存在进一步的改进空间。

基于微面元的反射式显示器

在下文中，描述了基于微面元的反射式显示器的各种实施例，其在本文中也可以称为基于微面元的显示器、基于微面元的屏幕或基于微面元的投影仪屏幕。基于微面元的反射式显示器具有在其主表面上形成的微面元，这些微面元被布置为使得可以定制观察窗内的强度剖面。

图4A示意性地示出了根据本文描述的各种实施例的基于微面元的反射式显示系统的透视图。基于微面元的反射式显示系统400包括基于微面元的反射式显示器408和光源404，例如投影仪。在图4A的上部中描绘的基于微面元的反射式显示系统400示出了光源404将光投射到基于微面元的反射式显示器408上。基于微面元的反射式显示器包括多个部分408P，其可以是像素或块，如下文描述的。在图4A的下部中描绘的基于微面元的反射式显示系统400示出了基于微面元的反射式显示器408的部分408P之一，其反射从光源404入射在其上的光以在观察者可位于的观察距离处的观察窗420内显示图像。部分408P中的每个包括多个光反射性微面元，其被配置为集体地反射从光源404入射在其上的光，以将图像显示给观察者。

图4B示意性地示出了图4A中示出的基于微面元的反射式显示系统的实施方式的侧视图。具体地，基于微面元的反射式显示系统400A包括被配置用于正面反射的基于微面元的反射式显示器408。基于微面元的反射式显示器408的示出的部分408P1包括形成在其正面上并且被配置为反射入射在其上的光以在观察窗420内显示图像的多个光反射性微面元412。

图4C示意性地示出了图4A中示出的基于微面元的反射式显示系统的另一实施方式的侧视图。具体地，基于微面元的反射式显示系统400B包括配置用于背面反射的基于微面元的反射式显示器408。基于微面元的反射式显示器408的示出的部分408P2包括形成在其背面并被配置为反射入射在其上的光以在观察窗420内显示图像的多个光反射性微面元412。在下文中，参考图4A和图4B，其中相同的附图标记是指相似的组件。

光源404可以是例如投影仪。如本文描述的，投影仪是指被配置为将光投射或定向到基于微面元的反射式显示器上的光源或发光装置。投射的光可以形成静止图像和/或运动图像(即，视频)的帧。举几个例子，投影仪404可以是阴极射线管(CRT)投影仪、液晶(LCD)投影仪、多晶硅LCD投影仪或数字光处理(DLP)投影仪。一些CRT投影仪包括透镜，其可以在不同的光轴上，以将不同颜色的光(例如红色、绿色和蓝色)的图像分开地聚焦到屏幕上。一些LCP投影仪包括一个或多个液晶面板，其由灯(例如，金属卤化物灯)照明。一系列的滤光器和反射器可以将光谱上的白光分成红色、绿色和蓝色的光线。这些光束中的每个照亮液晶面板，并且来自面板的图像会聚在透镜的焦点处。一些DLP投影仪使用具有数千个微镜的微芯片来调制灯的光并通过一个或多个透镜对其进行投影。

基于微面元的反射式显示器408或其部分408P包括主表面408S，在该主表面408S上形成有多个光反射性微面元412。如本文描述的，主表面408S是指基于微面元的反射式显示器408的整个表面或其部分408A，并且不一定是指由微面元412形成的局部形貌。因此，虽然微面元412本身可以具有拥有不同取向且在不同平面中延伸的表面，但是主表面408S可以指在平面内延伸的总体表面。例如，在示出的示例中，主表面408S可以是由微面元412在其中延伸的平面的平均值形成的平面。光反射性微面元412具有光反射表面。可以通过例如形成在具有微面元表面的基板410上的光反射涂层来形成光反射表面。可替选地，光反射表面可以由形成在光反射块状基板410上的微面元形成。微面元412被配置为通过以不同的(例如非平行)方向集体地反射从光源404入射在其上的光来显示图像。

如本文描述的，微面元是指具有相对高反射性的反射表面(例如，镜状表面)的反射光学元件。取决于用于制造微面元的材料和方法，微面元的反射性质可以包括光泽反射和镜面反射之一或两者。如本文描述的，光泽反射是指强度相等的反射，而与光的入射角度无关。另一方面，镜面反射是指相对于垂直方向或法线方向以较大角度到达的光线的更强烈的反射。

根据各种实施例，光反射性微面元具有总体上平坦的光反射表面，其被配置为基本反射入射在其上的光。例如，微面元的光反射表面可以反射从光源入射到其上的大于50％、60％、70％、80％、90％、95％或由这些值中的任何所限定的范围内的值的光。

仍然参考图4B，微面元412中的每个可以通过微面元角来表征。如本文所使用的，微面元的微面元角是指主表面408S的总体法线方向与微面元的反射性微面元表面的局部法线方向之间具有两个自由度的复合角。因此，如果微面元的微面元表面与反射屏幕408的总体主表面408S或其部分408P1平行，则该微面元的微面元角将为零。根据各种实施例，微面元412的微面元角可以大于1°、2°、5°、10°、20°、30°、40°、50°或在由这些值中的任何两个所限定的范围内的值。

如本文描述的，返回角是指由从光源(例如，投影仪的透镜)定向到屏幕上的位置(例如，一个或多个微面元)的入射光线以及来自屏幕上相同位置的反射光线形成的角。在图4B中的示出的配置中，其中微面元412直接反射入射在其上的光，返回角θ由入射在示出的微面元412上的入射光416a的光线和从相同的微面元412反射的反射光416b的光线形成。在示出的配置中，微面元412中的不同微面元具有不同的取向，使得由入射在其上的相应光线和反射光线中的相应反射光线所形成的返回角不同。在图4C中的其中微面元412反射通过透明材料428入射在其上的光的所示出配置中，返回角θ由入射光416a的光线和反射光416b的光线形成，所述入射光416a的光线入射在透明材料428的表面上的、与反射入射光416a的光线的微面元412相对应或在其上的位置上；所述反射光416b的光线从相同的微面元412反射并从透明材料428的表面射出。

如本文描述的，观察窗是指在基于微面元的反射式显示器和一个或多个观察者之间在观察距离处平行的观察平面内的二维横截面区域，其是由从基于微面元的反射式显示器反射并穿过观察平面的光形成的。观察窗可以平行于面向一个或多个观察者的基于微面元的反射式显示器的主表面。观察窗还指二维区域，在该二维区域之外，由一个或多个观察者观察到的反射光的强度实质地下降。例如，在观察窗之外，反射光的强度可能相对于穿过观察平面的反射光的峰值强度或平均强度下降超过30％、50％、1/e、70％、90％、99％或者这些值中的任一个限定的范围内的值。在图4B中示出的配置中，观察窗420由以下反射光的光线形成，其穿过与基于微面元的反射式显示器408的主表面408S或其部分408P1相距观察距离D处的观察平面424。

应当理解，可以以几种方式描述观察窗。在本文描述的一些示例中，观察窗可以根据在观察平面内的区域来描述，观察平面由沿着横向方向的横向尺寸限定，其可以平行于基于微面元的反射式显示器的主表面。例如，观察窗可以描述为由水平观察长度/宽度和垂直观察宽度/长度限定的观察平面内的矩形区域，由基于微面元的反射式显示器反射的光线跨越并且如上面描述的穿过观察平面，在其之外，强度下降了上面指示出的值中的任何一个。应当理解，虽然在图4A-图4C中示出的配置中观察窗被示为矩形，但是实施例不限于此，并且观察窗可以具有任何合适的形状，包括多边形、圆形或椭圆形，仅举几例。

可替选地，在本文描述的一些示例中，可以根据由一个或多个圆锥体穿过的观察平面内的区域来描述观察窗，该一个或多个圆锥体具有由基于微面元的反射式显示器的主表面的中心位置处的表面法线形成的轴和在中心位置上形成的顶点，其中中心位置可以是基于微面元的反射式显示器的主表面的几何中心或质心。角的一个或多个圆锥体继而可以由该圆锥体所跨越的一个或多个角来描述。例如，可以根据横向方向上的角(例如，由圆锥体跨越的水平角和/或由相同或不同圆锥体跨越的垂直角)来描述观察窗，在其之外强度下降了上面指示出的值中的任何一个。因此，当观察窗具有正方形形状时，可以在水平方向和垂直方向上以相同角来描述观察窗。另一方面，当观察窗具有矩形形状时，可以针对水平方向和垂直方向通过不同角描述观察窗。

如本文描述的，观察窗可以由一个或多个子观察窗形成。子观察窗是指观察平面内的二维横截面区域，其可以平行于面向一个或多个观察者的、在基于微面元的反射式显示器和一个或多个观察者之间在观察距离处的屏幕的主表面，其是由从穿过观察平面的屏幕的一部分反射的光形成的。以与观察窗类似的方式，子观察窗可以被定义为二维区域，在该二维区域之外，来自屏幕的部分的反射光的强度实质地以如上面描述的相对于观察窗的任何百分比下降。与子观察窗相对应的基于微面元的反射式显示器的部分可以是基于微面元的反射式显示器的任何合适的部分。例如，在图4A-图4C的示出的配置中，部分408P1(图4B)或408P2(图4C)可以是微面元的块的屏幕像素，如本文描述的。子观察窗的各种属性可以类似于观察窗的对应属性，除了源于与基于微面元的反射式显示器的一部分而不是整个基于微面元的反射式显示器的光与子观察窗相关联之外。因此，与来自反射屏幕的不同部分的所有子观察窗重叠的区域可以形成观察窗。

如本文描述的，入射角或屏幕进入角是指由从光源(例如，投影仪的透镜)到屏幕上给定位置(例如，一个或多个微面元)的定向到屏幕上的位置的入射光线以及基于微面元的反射式显示器的主表面的表面法线形成的角。在图4B中示出的配置中，其中微面元412直接反射入射在其上的光，入射角由入射在微面元412之一上的入射光416a的光线和垂直于主表面408S和观察平面424的表面法线所形成。在示出的配置中，由于相对于光源404的不同位置，因此微面元412中的不同微面元以不同的角度接收入射光416a的相应光线，使得由不同的入射光线形成的入射角不同。在图4C中的其中微面元412反射通过透明材料428入射在其上的光的所示出配置中，相对于透明材料428的入射角由入射透明材料428上的在与反射入射光416a的光线的微面元412相对应或在其上的位置上的入射光416a的光线、以及垂直于主表面408S和观察平面424的表面法线所形成。对于图4C中的配置，应当理解，入射角也可以相对于特定微面元412被定义为以下角，其由在进入透明材料428之后入射到特定微面元412上的入射光416a的光线以及垂直于主表面408S和观察平面424的表面法线所形成。即，对于给定的入射光416a的光线，由于入射光416a的光线在进入折射率基本上大于1的透明材料428中时发生弯曲(对于合适的透明固体材料而言的情况)，因此透明材料428上入射的角可以与微面元412上入射的角不同。

仍然参考图4A-图4C，根据各种实施例，将微面元412中的不同微面元设计为具有取向，使得由微面元412中的不同微面元反射的反射光线被定向到彼此不平行的不同方向上。这部分地通过例如配置微面元412来实现，使得可以跨越像素的一部分或一个或多个像素的微面元412中的相邻微面元具有在横向方向上不单调变化(增加或减小)的微面元角以导致微面元的不同位置，例如垂直和/或水平方向。应当理解，这种布置可以比其中反射光线基本上彼此平行的布置有利。例如，所得到的观察窗420的尺寸和/或形状可以被定制为例如大于基于微面元的反射式显示器408的尺寸。另外，观察者可以观察到由实质地整个屏幕形成的图像，而不管观察者的眼睛或观察者可以位于观察窗420内的特定位置如何。

作为共同的整体，由微面元412反射的光线可以在至少一个方向上从基于微面元的反射式显示器的主表面408S发散或会聚，以在观察窗420内形成在该方向上具有比基于微面元的反射式显示器408/408A的尺寸更大或更小的尺寸的图像。可以期望更大的观察窗，例如以在观察窗内容纳多个观察者。可以期望较小的观察窗，例如以改善观察者的私密性。

如图4A-图4C中示出的，微面元412具有微面元取向的分布，使得由可包括像素或块的不同部分408P1(图4B)、408P2(图4C)中的每一个反射的光线可基本覆盖整个观察窗420。即，由给定部分408P1、408P2的微面元412反射并穿过观察平面424的光线分布在观察窗420内，以基本上跨越其整个区域。如本文中所描述的，穿过观察窗420的反射光线对观察窗420的实质上覆盖或跨越是指相对于观察窗420的区域跨越大于50％、60％、70％、80％、90％、99％或由这些值中的任何所限定的范围内的值。覆盖区域可以例如由通过连接被反射光线穿过的最外侧的点所限定的区域来限定。如上面关于观察窗所描述的，覆盖区域还可以通过强度下降来限定。

如上面描述的，所示出部分408P1(图4B)、408P2(图4C)可以表示基于微面元的反射式显示器408(图4A)的多个微面元412当中的微面元的屏幕像素或块。如本文描述的，屏幕像素或块表示基于微面元的反射式显示器408/408A的一部分或子区域，其包括反射屏幕408的微面元412的总数的一部分。相邻像素或块彼此不重叠或在它们之间共享微面元。如本文描述的，屏幕像素和块的概念在某些情况下可以重叠。但是，在其他情况下，屏幕像素和块的概念是可区分的。当基于微面元的反射式显示器408的子区域被称为屏幕像素时，应当理解，所描述的部分或子区域根据其分辨率对应于基于微面元的反射式显示器408的可分辨部分。例如，屏幕像素可以对应于基于微面元的反射式显示器408的子区域或一部分，其包括至少两个微面元，同时其尺寸足够小以提供目标分辨率。屏幕像素可以包括例如超过2个、5个、10个、20个、50个、100个、200个、500个、1000个、2000个、5000个、10,000个微面元或由这些值中的任何所限定的范围内的值，例如625。另一方面，当基于微面元的反射式显示器408的一部分或子区域被称为微面元块时，将理解的是，所描述的部分或子区域根据其分辨率可以对应于基于微面元的反射式显示器408的大于屏幕像素的部分或基于微面元的反射式显示器408的可分辨部分。因此，块可以包含一个或多个屏幕像素，其包括大于1的屏幕像素的部分。

在一些实施例中，不同的像素或块可以具有相同数量的微面元。然而，实施例不限于此，并且不同的像素或块可以具有不同数量的微面元。根据实施例，取决于微面元的大小、反射屏幕的尺寸和/或由投影仪提供的分辨率中的一个或多个，像素或块可以包括适当数量的微面元。例如，像素或块可以具有m×n个微面元，其中m和n中的每个可以大于2、5、10、50、100或由这些值中的任何所限定的范围内的值，例如25。取决于每个像素或块的微面元数量，根据实施例的基于微面元的反射式显示器可以包括M×N个像素或块，其中M表示反射屏幕的长度方向上的像素或块的数量，并且N表示反射屏幕的宽度方向上的像素或块的数量。M和N中的每个可以例如是大于100、200、500、1000、2000、5000、10,000、20,000、50,000或在由这些值中的任何所限定的范围内的值。可以自定义m、n、M和N以提供目标分辨率，例如，其可以是4K(例如4096×2160像素)、HD(1920×1080像素)、WXGA(1280×800像素)和XGA(1024×768像素)、或超过或介于任何这些分辨率中的任何一个之间的分辨率。

参照图4A，观察窗420包括或可以被划分为多个非重叠观察窗区域428。如示出的，非重叠观察窗区域428可以在观察平面424内占据与观察窗420相同的面积。非重叠观察窗区域428中的每个在所有侧面上邻接非重叠观察窗区域428中的相邻的非重叠观察窗区域。根据各种实施例，可以表示像素或块的部分408P1(图4B)、408P2(图4C)内的微面元412中的不同微面元被配置为将相应的反射光线定向至观察窗420的非重叠观察窗区域428中的不同的非重叠观察窗区域。在图4A-图4C的示出的配置中，观察窗420被划分为具有与给定部分408P1(图4B)、408P2(图4C)内的光反射性微面元412的数量相同的非重叠观察窗区域428的数量，其可以是像素或块。仅借由示例，当部分408P1(图4B)、408P2(图4C)具有25×25＝625个微面元412时，观察窗420也可以具有相同的25×25＝625个非重叠观察窗区域428。仅借由示例，对于具有16英尺的宽度和5英尺的高度的观察窗，非重叠区域中的每个可以是0.64×0.2＝0.128ft²。如图4A-图4C中示出的，根据一些实施例，反射屏幕408的至少一些部分408P1(图4B)、408P2(图4C)内的微面元412中的每个被配置为将相应的反射光线定向到非重叠观察窗区域428中的唯独的一个非重叠观察窗区域。

通常根据实施例，在基于微面元的反射式显示器的部分408Pl(图4B)、408P2(图4C)(例如像素或块)内的微面元412的数量和非重叠观察窗区域428的数量之间可存在对应关系。例如，像素或块内的微面元412的数量与非重叠观察窗区域428的数量可以相同，或者可以通过比例因子相关。在示出的示例中，像素或块内的微面元412的数量和非重叠观察窗区域428的数量每个为625(25×25)。

根据实施例，可以将例如像素或块的部分408P1(图4B)、408P2(图4C)布置为包括m×n个微面元412的阵列，由按顺序布置的m列微面元412和按顺序布置的n行微面元412形成。因此，可以通过第i列和第j行来标识微面元412，其中i＝1，2，…，m并且j＝1，2，…，n。类似地，当像素或块内的微面元412的数量和非重叠区域428的数量相同(即，m×n)时，示出的观察窗420可具有由n列非重叠观察窗区域428和m行非重叠观察窗区域428形成的m×n个非重叠区域428。因此，观察窗420的非重叠观察窗区域428可以由第k列和第l行标识，其中k＝1，2，…，m并且l＝1，2，…，n。在至少某些像素或块中，具有特定列(i)和行(j)组合的微面元412不会将光反射到具有相同列(k＝i)和行(l＝j)组合的非重叠观察窗区域428。

在一些配置中，给定部分408P1、408P2的微面元412可被分配为将光反射到被划分为具有相同面积的非重叠区域428的观察窗420上。然而，在一些其他配置中，观察窗420被划分为具有不同面积的非重叠区域428。例如，非重叠区域428可具有不同面积，例如，基于立体角或兰伯特余弦定律，如下文关于图8所描述的。

尽管所示出的部分408P1(图4B)、408P2(图4C)可以表示一个像素或一个块，但是基于微面元的反射式显示器408的像素或块的至少一些或全部也可以被配置为：使得像素或块中的每个内的微面元412中的不同微面元被配置为，将相应的反射光线定向到观察窗420的非重叠观察窗区域428中的不同的非重叠观察窗区域，例如唯独的非重叠观察窗区域。

在一些配置中，不同像素或块的对应微面元412可以被配置为将相应的反射光线定向到非重叠观察窗区域428中的相同非重叠观察窗区域。即，在至少一些像素或块中，具有特定列(i)和行(j)组合的一个像素或块中的微面元412和具有相同的对应列(i)和行(j)组合的另一个像素或块中的微面元412将光反射到相同的非重叠观察窗区域428。在其他配置中，不同像素或块的对应微面元412可以被配置为将相应的反射光线定向至非重叠观察窗区域428中的不同非重叠观察窗区域。即，在至少一些像素或块中，具有特定列(i)和行(j)组合的一个像素或块中的微面元412以及具有相同的对应列(i)和行(j)组合的另一个像素或块中的微面元412不会将光反射到相同的非重叠观察窗区域428上。下面进一步描述不同像素或块的对应微面元412之间的对应或不对应。

在图4B中示出的实施例中，基于微面元的反射式显示器408的部分408P1被配置为使得来自光源404的光(例如，入射光线416a)直接入射在部分408P1上，并且由光反射性微面元412反射的光(例如，反射的光线416b)直接到达观察窗420。即，光反射性微面元412形成了基于微面元的反射式显示器408的最上表面，并且在来自光源404的光和观察窗420的路径中可以不存在中间结构或介质。这种配置在本文中可以称为正面反射模式。

相比之下，在图4C中示出的实施例中，基于微面元的反射式显示器408的所示出部分408P2示出了具有背面的透明材料428，在该背面上形成了光反射性微面元412。以与上面关于图4A-图4B描述的反射式显示系统400、400A所描述的类似的方式，所示出的基于微面元的反射式显示系统400B包括具有其部分408P2的基于微面元的反射式显示器408和光源404。具有其部分408P2的基于微面元的反射式显示器408包括多个光反射性微面元412，其反射从光源404入射在其上的光以在观察窗420内显示图像。与图4B中示出的基于微面元的反射式显示器408及其部分408P1不同，图4C中示出的微面元412未形成在基于微面元的反射式显示器408的最上表面或面向投影仪的表面处。取而代之，微面元412形成在透明材料428的后表面上。即，与以上关于图4B描述的实施例不同，透明材料428的表面形成了基于微面元的反射式显示器408的平面主表面408S和面向投影仪的表面。结果，代替来自光源404的光(例如，入射光线416a)直接入射到基于微面元的反射式显示微面元412上，光在被微面元412反射之前首先入射到透明材料428上。类似地，代替直接反射到观察窗420中的反射光(例如，反射光线416b)，反射光在到达观察窗420之前穿过透明材料428。这种配置在本文中可以称为背面反射模式。

仍然参考图4C，透明材料428可以被配置为使得：入射光线416a入射在透明材料428的表面上的位置上的入射角大于入射光线416a入射在被形成在透明材料428的背面上的对应微面元412上的入射角。有利地，透明材料428允许微面元412的微面元角相对于关于在没有透明材料428的情况下的图4B所描述的那些而言更浅或更少倾斜，用于在可比较的观察窗420内显示图像。这继而可以允许所示出的基于微面元的反射式显示系统400B相对于上面关于图4B描述的基于微面元的反射式显示系统400A将光源404定位成更大的入射角。例如，微面元412的微面元角取决于透明材料428的折射率平均可以减小例如超过1°、2°、5°、10°、20°、30°、40°、50°、或在由这些值中的任何两个限定的范围内的值。入射光的入射角可以例如平均地增加相似或相同的幅度。可替选地，微面元的倾斜角可以更小，这简化了它们的制造过程并且可以降低其成本。

透明材料428包括从由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)或它们的组合组成的群组中选出的光学透明聚合物材料。透明材料428的折射率可以大于1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8或在由这些值中的任何所限定的范围内的值。透明材料428的厚度可以大于1μm、10μm、100μm、1mm、10mm、或由这些值中的任何所限定的范围内的值。

在各种实施例中，基于微面元的反射式显示器的微面元例如至少部分地随机布置，以在观察窗的至少一部分内具有基本均匀的强度剖面。如本文描述的，基本均匀的强度剖面的强度变化可以小于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、1％、或由这些值中的任何所限定的范围内的值，其可以通过相对于观察窗内的投影图像的平均、平均值或中值强度的标准偏差或强度范围进行量化。

本文公开的各种基于微面元的反射式显示器可以具有各种尺寸和配置。屏幕可以是基本上平坦的或弯曲的。当弯曲时，屏幕的曲率相对于观察者可以是凸的或凹的。屏幕可以具有至少约为1米(m)、2m、5m、10m、20m、30m、40m、50m、或者由这些值中的任何所限定的范围内的值的宽度以及至少约为0.5m、1m、2m、5m、10m、20m、50m或这些值中的任何所限定的范围内的值的高度。屏幕也可以具有非矩形的形状。例如，屏幕可以具有任何合适的多边形、椭圆形或圆形形状。屏幕也可以是非固定的。

对于本文公开的各种基于微面元的反射式显示器，可以出于特定目的将光源或投影仪放置在合适的位置。例如，可以将投影仪布置在观察者和基于微面元的反射式显示器之间的合适位置。投影仪可以布置在距基于微面元的反射式显示器适当的距离处，例如，以获得期望的投射比。投影仪可以布置在基于微面元的反射式显示器所占据的横向区域的外部，使得当在垂直于基于微面元的反射式显示器的方向上观察基于微面元的反射式显示器时，投影仪不与基于微面元的反射式显示器的区域重叠。投影仪可以布置在基于微面元的反射式显示器的边缘之外的任何合适的位置处。例如，对于ST和UST应用，可能期望将投影仪布置在基于微面元的反射式显示器的底部边缘下方，例如，在基于微面元的反射式显示器的中央底部边缘下方。因此，根据一些实施例，基于微面元的反射式显示器被配置为反射来自垂直布置在基于微面元的反射式显示器的下边缘下方的投影仪的光。在一些其他实施例中，显示器被配置为：当沿着穿过基于微面元的反射式显示器的中心位置的法线方向从面向基于微面元的反射式显示器的观察者观察基于微面元的反射式显示器时，反射来自垂直地布置在基于微面元的反射式显示器的上边缘上方、水平地位于显示器的左边缘的左侧或右边缘的右侧的投影仪的光。

对于本文公开的各种基于微面元的反射式显示器，投影仪可以被布置为以相对于基于微面元的反射式显示器的平面以相对较浅的投影角投射光。例如，投影仪的透镜可以被配置为以相对于基于微面元的反射式显示器的平面以5°、10°、20°、30°、40°、50°或这些值中任意之间的范围内的值的投影角投射入射光。

对于本文公开的各种基于微面元的反射式显示器，微面元或与其对应的显示位置可取决于各种因素提供具有合适值的返回角，这些因素包括光在微面元或基于微面元的反射式显示器上的对应位置上的入射角、和微面元的取向。例如，微面元或与其对应的显示位置可以提供具有大于40°、60°、80°、100°、120°、140°、160°的值或这些值中的任何之间的范围内的值的返回角。例如，当基于微面元的反射式显示器被配置为在基本垂直于基于微面元的反射式显示器的主表面的方向上反射光时，从投影仪的透镜入射到基于微面元的反射式显示器上的光与从屏幕反射的光之间的返回角可能相对较小。例如，在这些配置中，返回角可以具有小于85°、80°、70°、60°、50°、40°的值或在由这些值中的任何所限定的范围内的值。

除非相反地公开，否则本文描述的各种基于微面元的反射式显示器实施例可具有与以上关于图4A-图4C描述的基于微面元的反射式显示器相似的观察窗属性。例如，观察窗可以具有水平尺寸(长度或宽度)，该水平尺寸在观察距离D(图4B-图4C)处由水平角来限定，该水平角由具有在屏幕跨度的中心位置处形成的顶点和穿过屏幕跨度的中心位置处的表面法线的轴的圆锥体所形成，例如+/-10度、+/-20度、+/-30度、+/-40度、+/-50度或更大、或者由这些值中的任何两个限定的范围内的值。观察窗还可以具有垂直尺寸(宽度或长度)，该垂直尺寸在观察距离D(图4B-图4C)处由垂直角来限定，该垂直角由具有在屏幕跨度的中心位置处形成的顶点和穿过屏幕跨度的中心位置处的表面法线的轴的圆锥体所形成，例如，+/-1度、+/-3度、+/-5度、+/-8度、+/-10度、+/-15度、+/-30度或更多、或由这些值中的任何两个所限定的范围内的值。在一些实施例中，观察窗的垂直和水平尺寸可以相同。

如以上关于图4A-图4C所描述的，由基于微面元的反射式显示器408反射的光可以集体地会聚或发散，以穿过具有可以与基于微面元的反射式显示器408本身的尺寸和/或形状不同的尺寸和/或形状的观察窗。在本文公开的一些实施例中，观察窗的横向尺寸中的一个或多个比基于微面元的反射式显示器的对应横向尺寸大一个因数，该因数大于1、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、或由这些值中的任何所限定的范围内的值。例如，对于配置为供多个观察者观察的基于微面元的反射式显示器，这种尺寸可能是期望的。然而，实施例不限于此，并且在一些其他实施例中，观察窗的横向尺寸中的一个或多个可以比基于微面元的反射式显示器的对应横向尺寸小一个因数，该因数大于1、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0或由这些值中的任何所限定的范围内的值。

可以基于观察平面内的区域来可替选地或附加地描述观察窗的尺寸。观察平面可以距基于微面元的反射式显示器的距离D(图4B-图4C)超过例如1m、2m、5m、10m、20m、30m、40m、50m、或具有由这些值中的任何所限定的范围内的值。取决于屏幕的尺寸和观察平面距屏幕的距离，观察窗可以具有大于1m、2m、5m、10m、20m、30m、40m、50m、60m、70m或由这些值中的任何所限定的范围内的值的水平尺寸，并且具有可以大于0.1m、0.2m、0.5m、1m、2m、5m、10m、20m或由这些值中的任何所限定的范围内的值的垂直尺寸。

根据本文公开的各种实施例，基于微面元的反射式显示器和系统适合作为基于LT、ST和UST微面元的反射式显示器和系统，并且可以具有大于约1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1或由这些值中的任何所限定的范围内的值的投射比。特别地，基于微面元的反射式显示器和系统可以特别适合作为具有小于约1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1或由这些值中的任何所限定的范围内的值的投射比的基于ST和UST微面元的反射式显示器和系统。

根据各种实施例，根据实施例的微面元可以具有主反射表面，该主反射表面具有任何合适的形状，包括但不限于规则形状，诸如圆形、椭圆形或多边形。举几个例子，多边形形状可以包括例如正方形、三角形、六边形或平行四边形。然而，示例不受限制，并且微面元可以具有不规则形状，其可以不被描述为上述形状中的任何一种。

根据各种实施例，微面元具有反射性主表面，该反射性主表面具有小于1mm²、0.1mm²、0.01mm²、0.001mm²、1×10^-4mm²、1×10^-5mm²、1μm²、0.1μm²的面积或在由这些值中的任何所限定的范围内的面积。当微面元具有规则形状时，由连接周长的两个点的直线限定的最长横向距离(例如，圆的直径或矩形的长度)可以大于或小于1mm、0.1mm、0.01mm、1μm、0.1μm或100nm或由这些值中的任何所限定的范围内的值。

根据各种实施例，本文公开的基于微面元的反射式显示器中的微面元的数量可以是至少1×10⁷、2×10⁷、5×10⁷、1×10⁸、2×10⁸、5×10⁸、1×10⁹、2×10⁹、5×10⁹、1×10¹⁰、2×10¹⁰、5×10¹⁰、1×10¹¹或由这些值中任何所限定的范围内的值。

根据各种实施例，为了提高亮度，基于微面元的反射式显示器的整个主表面区域的很大一部分被微面元占据。例如，微面元所占据的基于微面元的反射式显示器的总表面区域的部分可以超过60％、70％、80％、90％、95％、99％或由这些值中的任何所限定的范围内的值。

根据各种实施例，基于微面元的反射式显示器的微面元的至少一个子集被定向为使得从该子集的每个微面元反射的光线穿过观察窗内的对应位置。在观察窗内具有对应位置的微面元子集可以是屏幕的微面元总数的至少70％、90％、90％、95％、99％、或由这些值中的任何所限定的范围内的百分比。

所述微面元可以具有光滑的表面或有意弯曲或有意粗糙的表面。当使表面粗糙时，粗糙度被定义为使得入射在微面元上的入射光的强度与来自微面元的反射光的强度之比可以大于0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1或由这些值中的任何所限定的范围内的值。来自微面元的反射光可以具有分布的强度，使得相对于峰值强度定义的半最大值的全宽度可以跨越至少+/-1度、+/-3度、+/-5度、+/-8度、+/-10度、+/-15度、+/-20度、+/-30度、+/-40度、+/-50度、或由这些值中的任何所限定的范围内的值。分布强度可以关于峰值强度的方向对称或非对称。

所述微面元可以是完全平坦的，或者可以包括轻微的正曲率或负曲率。定义为曲率半径的倒数的曲率可以例如小于0.1、0.001、0.0001、0.0001或在由这些值中的任何所限定的范围内的值。当微面元具有曲率时，微面元角可以定义为基于微面元的反射式显示器的主表面的总体法线方向与具有微面元角的特定微面元的弯曲的主反射表面的局部法线方向的平均值之间的角度。

通过定制本文描述的基于微面元的反射式显示器的各种属性，可以定制反射的方向以及反射光的强度剖面。图4D示出了根据实施例的基于微面元的反射式显示系统，其包括被配置为提供定制的方向反射和光形状调制的基于反射性微面元的显示器。基于投影的显示系统400包括代表性的投影仪404和基于微面元的反射式显示器408的组合。将理解的是，尽管仅出于说明目的，将投影仪404描绘为布置在屏幕的最左位置附近，但是实施方式不限于此，并且投影仪可以放置在适合于投影以上描述的图像的任何合适的位置，例如，用于UST配置的任何合适的位置。根据实施例，在图4D的微面元的中间示出了基于微面元的反射式显示器408的部分408P的放大的俯视图。部分408P表示屏幕的区域，其包含如上面描述的多个微面元，由图4D中的倾斜段表示。由于投影仪位置在屏幕上特定位置的左侧很远，因此，当从上向下观察时，微面元所面向的方向的平均和中值可能相对于屏幕主表面的平面略微顺时针取向被定向。为了针对屏幕的不同部分相对于投影仪的不同位置进行调整，可以将屏幕的不同部分调整为具有不同的平均微面元取向，这可以基于适当的几何计算来确定。然后每个部分处的微面元角的实际分布可以被设计为具有返回角的分布。例如，在部分408P中，虽然所有绘制的微面元都从屏幕的平面顺时针定向，但是微面元中的一些可以被定向为具有略微更大或更小的微面元角。图4D的中部示出了部分408P的所示出的微面元的所得到的反射光线403。以较低的放大率示出了微面元的相同集合的所得到的反射光403，以相对于图4D底部的观察窗420更好地可视化定向和扩散功能的组合。所示出的示例示出了微面元提供了双重的技术效果。首先，可以看出，反射光线的分布的平均方向朝向期望的方向定向，例如，在所示出的示例中朝向左侧。其次，反射光线的分布在反射光剖面中引入了适当的扩散。如示出的，根据本文所述的各种实施例使用反射性微面元阵列的关键技术优势在于，可以利用包括微面元的相同光学层同时控制反射光的方向以及反射光的扩散。该优选实施例的关键特性是可以布置为阵列的屏幕的微面元的取向可被设计成使得屏幕上不同位置处的屏幕的不同部分(例如，本文描述的不同像素或块)具有不同的平均微面元取向。例如，屏幕的每个部分(例如，像素或块)可以具有拥有平均微面元取向的微面元，使得平均而言，来自投影仪的光可以朝向观察窗的中心位置反射，而扩散使得来自每个部分(例如，像素或块)的光基本跨越观察窗420或其子观察窗，其中子观察窗的叠加组合可以形成整体观察窗。

图5示出了根据实施例制造的微面元的光学显微镜图像。图像501、502以不同的放大率和图像角度示出了所制造的微面元412。成像的微面元412的形状近似为正方形，并且具有大约20μm的标称长度和宽度。根据本文描述的各种实施例，微面元可以是例如包括微面元412的阵列的屏幕的部分408P1(图4B)或408P2(图4B)的一部分。图像501示出了微面元412的阵列的自上而下的图像，并且与图像501相比，图像502以更高的放大率示出了微面元412的阵列的透视图像。在所示出的示例中，微面元中的每个通常具有矩形或正方形形状。在图像501中，不同微面元的阴影的不同级别可以归因于不同微面元倾斜角。

定制观察窗形状和亮度均匀性的微面元取向设计

图6示出了根据比较示例的来自使用对称正面漫射器的基于菲涅耳的UST反射式显示器的示例测量出的增益剖面和对应的强度剖面。UST反射式显示器可以类似于以上关于图2描述的显示器。测量出的增益剖面601示出了作为水平方向(当面向反射式显示器时为左右)上的水平角的函数的代表性亮度增益剖面(y轴)。如上面关于图4A-图4C所描述的，水平角可类似于由限定观察窗的圆锥体限定的角度。在测量出的增益剖面601中，观察到经典的近高斯亮度剖面。针对这种类型的屏幕的用户的观察体验可能是，从几何中心更靠近表面法线的观察者可以观察到相对明亮的图像，而在此区域之外可能会出现亮度的显着且相对快速的下降。强度剖面602示出了用于这种类型的屏幕的强度剖面的二维表示。因为使用了径向对称漫射器，所以观察窗可以具有大致圆形的形状。出于说明的目的，在观察平面和观察距离处的三个观察者的位置被叠加在强度剖面602中，其示出了位于快速强度下降区域中的左和右观察者。除了可能比所描述的期望要小的观察窗之外，由于相对的高斯剖面，观察窗内强度的均匀性也相对较差。此外，由于在这种类型的屏幕中使用了对称漫射器，因此大量的反射光被定向到观察平面内的在垂直方向上过高和/或过低的区域，这些区域预计不会期望出现观察者，导致用于显示目的反射光的使用效率低下。本文公开的各种实施例解决了包括UST反射式显示器的一些反射式显示器的这些和其他缺点。

图7示出了根据实施例的基于微面元的反射屏幕的测量出的增益剖面和对应的观察窗剖面的示例。测量出的增益剖面701示出了作为水平方向(当面向基于微面元的反射式显示器时为左右)上的水平角的函数的代表性的亮度增益剖面(y轴)。如上面关于图4A-图4C所描述的，水平角可以是由限定观察窗的圆锥体限定的角度。在测量出的增益剖面701中，与图6的高斯剖面不同，观察到相对平坦的、高原状的亮度剖面。对于这种类型的屏幕的用户的观察体验可以是，具有相对恒定强度的明亮图像可以在限定了观察窗的宽广水平角范围内被更多的观察者观看。强度剖面702示出了根据实施例的用于这种类型的屏幕的强度剖面的二维表示。通过根据本文描述的实施例使反射屏幕的微面元定向，观察窗可以具有定制的形状。定制的形状可以具有合适的形状，诸如多边形、椭圆形或圆形形状。定制的形状可以在横向方向上被拉长，例如以容纳一个或多个观察者的位置。例如，定制的形状可以在两个正交的横向方向(例如，水平方向和垂直方向)上具有横向尺寸的比率，其超过1、2、3、4、5或者具有由这些值中的任何所限定的范围内的值。在示出的示例中，观察窗基本上形成在水平方向上拉长的大体矩形形状。为了说明的目的，三个观察者在观察平面上的位置和观察距离被叠加在强度剖面702中，示出了现在处于明亮观察窗内的左右观察者。除了可能相对较大的观察窗之外，由于相对恒定的矩形剖面，观察窗内强度的均匀性也相对恒定。可以通过在算法上映射具有微面元取向的微面元位置来实现高原状，使得观察窗中的某个区域被特别希望的均匀性剖面覆盖。根据各种实施例，观察窗内的反射光的强度相对于观察窗内的平均强度可以变化小于50％、40％、30％、20％、10％、5％或由这些值中的任何所限定的范围内的百分比。另外，在观察窗的边缘处的强度下降可能相对突然。例如，在与小于30％、20％、10％、5％或由这些值中的任何所限定的范围内的值相对应的横向尺寸内，强度可以在横向方向上下降超过30％、50％、70％、90％或由这些值中的任何所限定的范围内的值，。

返回参考图4A-图4C，根据一些实施例，在可以是屏幕像素或块的部分408P1(图4B)、408P2(图4C)中的至少一些中的微面元412中的至少一些反射光线以穿过随机分配的观察窗的非重叠区域之一。仅借由示例，映射具有对应的微面元角的微面元位置的非常简单的说明性算法可以包括以下步骤。首先，对于基于微面元的反射式显示器上的每个微面元位置，可以分配观察窗内的随机位置。例如，对于紧密包装或分成20×20μm²微面元的2200mm×1240mm的屏幕，微面元的数量可以多达110,000×62,000＝69.2亿个微面元。对于4米宽×1.5米高的说明性观察窗，可以在观察窗内为69.2亿个微面元中的每个分配随机位置。其次，对于分配给观察窗内随机位置的微面元，可以计算对应的微面元取向，使得来自光源的光线入射到对应微面元的给定位置，该光线由于可被布置在反射屏幕上的各种光学层而可能经历折射和反射。因此，反射的光线在对应的随机选择的位置处反射到观察窗中。对于屏幕的每个微面元重复此过程。因此，可以存储和累积计算出的微面元取向以用于制造。尽管此基本实施方式可以致力于产生类似于图7示出的可接受的观察窗，但可以进一步完善微面元取向方法，以减少伪影和意外的不均匀性，从而改善和定制用户的视觉体验，如下面描述的。

图8示出了根据实施例的将微面元分配给观察窗内的对应位置以在观察窗内实现相对均匀的强度剖面的示例性方法。特别地，示出了从基于微面元的反射式显示器804的给定区域(例如部分408P)在观察窗420内分布反射光的三种示例方案，该给定区域可包括位于基于微面元的反射式显示器804的右上区域的像素或块。基于微面元的反射式显示器804被配置为将入射光反射到观察窗中。这三种示例方案被设计为在观察窗内产生反射光的对应分布801、802和803。在分布801、802和803的每个中，每个黑点表示观察窗内的特定位置，其由上面描述的微面元角靶向。应该理解的是，尽管观察窗中的特定位置可由单个黑点表示，但其可能没有接收到对应微面元所靶向的光的全部。而是，由于可能存在的光强度的固有扩散，因此可以在观察窗内实现平滑的光强度变化，包括所示出的黑点之间的区域。示例分布801示出了代表性的观察窗分布，其中可以分配给定部分408P的微面元412以将光反射到被划分为具有相同面积的非重叠区域428(图4A)的观察窗420上。反射光跨观察窗420分布，使得在每个面积的基础上，跨观察窗420到观察者的返回光通量是恒定的。即，示例分布801表示设计的光分布，其中来自均匀且静止的测试图像的、每单位时间每单位面积穿过观察窗420的光子数，跨观察窗420的至少一部分(例如60％、70％、80％、90％、99％或由这些值中的任何所限定的范围内的百分比)，是恒定的。这由跨观察窗420的黑点的恒定密度表示。示例分布802示出了代表性的观察窗分布，其中可以分配给定部分408P的微面元412以将光反射到被划分为具有不同面积的非重叠区域428(图4A)的观察窗420上。反射光跨观察窗420分布，使得在每个立体角的基础上，跨观察窗到观察者的返回光通量是恒定的。即，示例分布801表示设计的光分布，其中对于正在显示的均匀静止图像，每单位立体角穿过观察窗的光子的平均数跨观察窗420的至少一部分(例如60％、70％、80、90％、99％、或由这些值中的任何所限定的范围内的百分比)是恒定的。在这种情况下，由于观察窗的左侧距离所讨论的屏幕位置更远，因此，将黑点之间的间距调整为针对观察窗的左侧更大，以便匹配在观察窗右侧看到的每角度扩散的光子密度。示例分布803示出了另一种代表性的观察窗分布，其中可以分配给定部分408P的微面元412以将光反射到被划分为具有不同面积的非重叠区域428(图4A)的观察窗420上。反射光分布为使得从反射窗内的偏心位置观察时，到观察者的返回光通量正模拟跨观察窗420的亮度的自然(或朗伯)分布。如本文描述的，朗伯反射率是指限定了理想的“无光泽”或漫反射表面的性质。无论观察者的视角如何，朗伯表面对观察者的视在亮度基本相同。换句话说，表面的亮度是各向同性的，并且发光强度服从朗伯的余弦定律。即，示例分布803表示所设计的光分布，其中穿过观察窗420的光子的数量是跨观察窗420的至少一部分(例如60％、70％、80％、90％、99％或由这些值中的任何所限定的范围内的百分比)的朗伯数。在这种情况下，由于与观察窗的右侧相比，观察窗的左侧相对于所讨论的屏幕位置的法线矢量具有更大的角度，因此对于观察窗的左侧，将黑点之间的间距调整为更大，以便保持从屏幕804反射的光子的朗伯分布。

用于减少视觉不均匀性的微面元取向设计

图9示出了根据一些实施例的基于微面元的反射式显示器，其被配置为通过布置微面元而在观察窗内分布光线以为了增强的强度均匀性。在下文中，除非另有指示，否则投影仪404位于基于微面元的反射式显示器的底边缘的中心下方。如上面描述的，根据实施例的基于微面元的反射式显示器包括具有多个微面元的至少一个子集的部分408P，其被定向为使得从部分408P的每个微面元反射的光线穿过观察窗内的随机选出的位置。所示出的示例示出了由基于微面元的反射式显示器901(例如，基于UST微面元的反射式显示器)生成的所得到的观察窗902，其中根据实施例，对于部分408P内的所有微面元，随机选择来自部分408P(其可以是像素或块)的光线所穿过的观察窗902内的点的分布。类似于图8，每个黑点表示观察窗902内的特定位置或非重叠观察窗区域428，其被来自基于微面元的反射式显示器901的微面元的光线穿过。使用类似于上面关于图7所描述的用于确定微面元的微面元角的合适算法，与例如高斯剖面相比，可以实现强度剖面的均匀性的显着改善。但是，当纯粹地随机分配微面元角时，可能会出现一些观察质量问题，其中由于概率上的偶然性，观察窗902中的一些非重叠观察窗区域428可能会从基于微面元的反射式显示器901的给定可分辨部分408P接收更大级别的通量(由返回光路904和反射光路904的端点附近的对应的较大黑点指示)，而观察窗中的某些其他位置可能会从屏幕的另一个给定可分辨区域接收较低级别的通量(由第二反射光路905和在第二反射光路905的端点附近省略黑点的区域指示)。如示出的，在某些情况下，如果观察窗的分布对于屏幕上的给定位置是不均匀的，并且如果该不均匀性在屏幕位置上是随机的，则结果可能是，对于给定的观察窗位置，如由示例屏幕位置903示出的，屏幕上可能存在感知到的不均匀性。如果在观察窗内的光线的分配和分布为随机的，则屏幕位置903中的图像示出了观察者可以感知的视觉不均匀性和颗粒状。

在下文中，描述了用于在观察窗内的增强的强度均匀性和定制的强度剖面的基于微面元的反射式显示器配置，其中，微面元被布置成多个部分，诸如像素块，以减少这种不受约束的随机性可能导致的视觉不均匀性。

根据各种实施例，诸如像素或块的不同部分具有不同的平均微面元角，其中平均微面元角由基于微面元的反射式显示器的主表面的总体法线方向和相应块内的相应微面元的局部法线方向形成。

图10示出了根据实施例的基于微面元的反射式显示器，其被配置为通过将微面元布置成多个部分(例如，的像素或块)而在观察窗内分布光线以为了增强的强度均匀性和视觉不均匀性减小。在示出的实施例中，基于微面元的反射式显示器1001被布置成多个部分，其可以是每个具有相等数量的微面元的像素或块。可以是像素或块的至少两个部分1003、1004(例如部分的相邻配对)被配置为，使得部分1003、1004的配对的微面元(例如，具有如上面关于图4B和图4C描述的对应列和行组合)的一个或多个对应配对被配置为：将来自投影仪的光反射到观察窗1002内的相同位置或非重叠观察窗区428。使用可替选算法，与诸如以上关于图9描述的将微面元随机分配给观察窗内的点所产生的光线的分布相比，观察窗1002内的光线的分布调整得更加均匀。所示出的观察窗1002可以在xy方向上具有类似于示例分布801的强度均匀性(图8)。然而，本文描述的方法还可以应用于其他观察窗分布，诸如示例分布802和803(图8)。所示出的方法包括将基于微面元的显示器1001划分为多个部分，诸如部分408P(图4A)，其可以是像素或块。部分1003和1004可以表示基于微面元的显示器1001的不同部分，例如，部分408P中的相邻部分，每个都具有25×25(625)个微面元。根据实施例，一种能够在观察窗1002内实现更高水平的光线分布均匀性的方法包括将观察窗1002细分成预定数量的部分408P并迫使部分408中的至少一些(诸如包含匹配数量的微面元的所示出部分1003、1004)具有使得微面元具有以下取向：在部分1003、1004中的每个内，每个微面元都被定向为使所得到的反射光线与观察窗1002内的唯独的位置或非重叠观察窗区域428相匹配。微面元可以被定向为针对给定部分防止重复并避免大量间隙。在所示出的示例中，每个部分408P的625个微面元对应于观察窗内的625个位置或非重叠观察窗区域428。但是，微面元的具体数量和观察窗位置可能会有所不同。这可以通过根据实施例的合适的计算手段来实现。例如，对于基于微面元的显示器1001的给定部分1003中的每个微面元，以与上面关于图9所描述的类似的方式，可以通过从观察窗位置或非重叠观察窗区域428的群体中的随机选择来确定微面元角。然而，不同于关于图9描述的非重叠观察窗区域428的随机分配，图10中的示出的示例可以另外包括在选择时从所允许的位置移除每个观察窗位置以防止重复。可替选地，可以随机地变换(shuffle)观察窗位置或非重叠观察窗区域428，并且然后顺序地将其应用于微面元的块内的每个微面元。另外，不同部分(例如相邻部分1003、1004)可以具有对应的微面元(例如，具有如以上关于图4B和4C所述的对应列和行组合)，其被定向为指向观察窗1002内基本相同的位置或相同的非重叠观察窗区域428。这在图10中进行了示意性表示，其中部分1003和1004在第一行中具有微面元的对应6个配对，其中每对将光定向到观察窗1002内的相同位置或相同的非重叠观察窗区域428。这在图10中通过指向相同观察窗区域48的返回光路1005示出。此方法的优点包括显着减少了由于观察窗不均匀性而导致的感知到的颗粒状。

图11是根据一些其它实施例的基于微面元的反射式显示器的示意图，该反射式显示器被配置为通过将微面元布置成多个部分(例如，像素或块)而在观察窗内分布光线以为了增强的强度均匀性和视觉不均匀性减小。可以是像素或块的部分408P(图4A)的尺寸和横向布置以及其中的微面元类似于以上关于图10描述的那些，包括例如每部分408P的微面元的数量。然而，不同于以上关于图10所示出的基于微面元的反射式显示器1001(其中相邻部分408P具有对应的微面元，这些微面元定向成指向观察窗1002内的基本上相同的位置或相同的非重叠观察窗区域428)，图11示出了用于观察窗和不同部分408P的微面元的优化的可替选方法，其可以通过减少在某些情况下在屏幕上可观察到的重复的网格状图案来进一步改善观察体验。与以上相对于图10描述的实施例不同，在图11的所示出的实施例中，至少两个部分1103、1104(例如部分的相邻配对)被配置为使得部分1103、1104的微面元(例如，具有如以上关于图4B和图4C所描述的对应列和行组合)的一个或多个对应配对被配置为将来自投影仪的光反射到观察窗1102内的不同的位置或非重叠观察窗区域428。在图11中示出的所示出的块布置中，不同部分1103、1104(例如相邻部分1103和1104)具有微面元取向，使得在给定部分内，每个微面元具有微面元角，使得所得光线映射到观察窗1102内的唯独的位置或非重叠观察窗区域428，其中对于给定屏幕块没有重复且没有间隙。在这种布置中，不同部分1103、1104(例如，相邻部分1103、1104)可以具有在观察窗1102内具有不同映射位置的对应微面元。结果，表示来自出自不同的部分1103、1104(例如相邻的块1103、1104)的微面元的对应配对的返回光路1105的所示出的箭头终止于观察窗1102内的不同的位置或非重叠观察窗区域428处。这与图10相反，在图10中，来自出自一些不同部分(例如，相邻部分1003、1004(图10))的微面元的对应配对的箭头终止于观察窗1002(图10)内的相同的位置或非重叠观察窗区域428处。图11中的该示出的方法可以有利地进一步减少或基本上消除重复块视觉伪影。

发明人已经发现，即使当采用诸如上面相对于图10和图11所描述的那些的微面元布置方法时，在某些情况下，仍然可以观察到一些视觉上的不均匀性残留颗粒状。对于这种视觉上的不均匀或颗粒状的原因没有限制，图12描述了颗粒状的可能原因。图12示出了包括其9个连续部分408P的基于微面元的反射式显示器1201的一部分。可以是像素或块的部分的尺寸和横向布置以及其中的微面元类似于以上关于图10所描述的那些，包括例如每块微面元的数量。仅出于说明的目的，利用深色线示出了相邻部分408之间的界面，以更容易地可视化独立块。仅出于说明性目的，由虚线包围的可分辨部分1202可以表示基于微面元的反射式显示器1201的区域，其可能由观察者在观察距离处在观察窗1204内视觉上可分辨。例如，如果每个微面元的尺寸为20μm×20μm，则包括25×25个微面元的每个像素或块的尺寸可以大致为0.5mm×0.5mm，因此可分辨部分1202的尺寸将为0.7mm×0.7mm。这是屏幕上的、可以由观察者从例如1-3米的观察距离解析大小。所示出的配置示出了示例情况，其中对应于基于微面元的反射式显示器1201的部分1202中的9个部分408P中的每个中的至少一个微面元的返回光路2005穿过特定位置1206(其可以是观察窗1204内的非重叠观察窗区域428(图4A))。如示出的，9个部分408P中的每个都具有在可分辨部分1202中的微面元，其可能接近在特定的观察距离处观察者可分辨的内容的限制。所示出的情况可使基于微面元的反射式显示器1201的可分辨部分1202显得比相邻区域显着更亮。发明人已经认识到，尽管在图10中示出的布置中可能不会发生所示出的情况，但是可能会发生在图11中所示出的布置中，这限制了部分408P在观察窗内均匀地分布光——如果在观察大于一个部分408P的可分辨区域时没有防止相邻部分408P在观察窗1204中对相邻部分408P碰巧地过采样或欠采样的话。

图13是根据一些其他实施例的基于微面元的反射式显示器的示意图，该反射式显示器被配置为通过将微面元布置成多个部分(例如，像素或块)而在观察窗内分布光线以为了增强的强度均匀性和不均匀性的减少。特别地，图13示出了一种方法，用于在观察窗内均匀地分布光线，同时解决屏幕的颗粒状和重复的块图案——这可由以上关于图12描述的效果引起。与上面关于图10和图11描述的配置不同，至少两个部分1303、1304(例如相邻部分)被配置为使得部分1303、1304的微面元(例如，具有如上面关于图4B和图4C描述的不同的列和行组合)的非对应配对被配置为：将来自投影仪的光朝向观察窗1302中的相同的位置或相同的非重叠观察窗区域428反射。部分和其微面元的尺寸和横向布置与上面关于图10的描述的那些相似，包括例如每部分的微面元的数量。在基于微面元的反射式显示器1301的所示出的配置中，在某些方面，与图10中示出的配置相似地布置不同的部分1303、1304(例如相邻部分)和观察窗1302。然而，关键的区别通过分别布置在部分1302、1304的圆圈区域1305和1306中的微面元示出。出于说明的目的，区域1305和1306在第一行中具有微面元的对应6个配对。类似于图10中所示出的配置，相邻的屏幕块1303和1304中的每个的六个代表性位置将光定向到观察窗1302内的六个对应位置。然而，不同于图10中所示出的配置，其中微面元的对应配对将光定向到观察窗1302内的相同的位置或非重叠观察窗区域428，在示出的配置中，在部分1303、1304中的对应微面元的返回光路1305之间不存在一对一的匹配。例如，部分1303中的最上面一行微面元内的最左侧微面元将光定向到观察窗1302的底部中间附近的位置，而部分1304中的最上面一行微面元内的对应的最左侧微面元将光定向到观察窗1302左上方附近的位置。通过限制每个部分内的细分区域以映射到相同的观察窗位置或非重叠观察窗区域428，同时以这种方式强制在不同部分之间进行随机分配，可以避免屏幕颗粒状和重复块缺陷。

因此，在如上面描述的关于图9、图10、图11和图13的各种实施例中，基于微面元的反射式显示器的不同部分408P(图4A)(例如，基于微面元的反射式显示器的不同像素或块)可以被设计为将光反射到公共共享观察窗上。然而，实施例不限于此。在一些其他实施例中，基于微面元的反射式显示器的不同区域或不同块可以被设计为将光反射到不同的相应子观察窗上，其中不同的相应观察子窗口可以以大小和/或观看平面内的位置而不同，如下面描述的。在这些实施例中，观察子窗口的叠加组合可以统称为观察窗。

图14示出了如何根据屏幕位置来改变观察子窗口。投影仪404(未示出)位于基于微面元反射的显示器1401的底部中间边缘下方。观察子窗口1402A表示与从基于微面元的反射式显示器1401的第一区域反射的光相对应的标称观察子窗口，而观察子窗口1402B表示与从基于微面元的反射式显示器1401的第二区域反射的光相对应的观察子窗口。在所示出的示例中，与观察子窗口1402A相比，观察子窗口1402B在垂直方向上显着更高。例如，由于投影设置和参数变化，由于从基于微面元的反射式显示器1401的底部中间附近反射的光可能发生大的观察子窗口偏移，因此可能期望这种配置。由于在基于微面元的反射式显示器的该区域中的这种增加的灵敏度，可以期望与屏幕的较下部相对应的相对较大的观察子窗口尺寸，例如，屏幕的较下的30％至50％。例如，被从屏幕下部反射的光穿过的观察子窗口的大小可以在x、y或两个方向上增加2％、5％、10％、20％、30％、40％、50％或由这些值中的任何所限定的范围内的值，以确保观察窗覆盖所需空间，而与传入变化无关。有利地，在基于微面元的反射式显示器配置中，其中根据上面描述的各种示例，针对基于微面元的反射式显示器上的每个位置，微面元阵列的布置已经利用专门设计的微面元取向进行了定制，包括作为屏幕位置的函数而调制观察窗大小的算法可以协同执行。相比之下，应当理解，如果要使用具有不同漫射器强度和在不同屏幕位置处的x和y方向的比率不同的前漫射器来调制观察窗的尺寸，则漫射器设计以及漫射器制造都将显著增加复杂性。

仍然参考图14，除了作为屏幕位置的函数改变观察窗的大小以外，还可以在更局部的范围上根据屏幕位置来改变微面元角。为了说明，基于微面元的反射式显示器1401的代表性区域1403包括对应于两个相邻拼贴的拼贴区域1404、1405。如本文描述的，拼贴是指母版(master)的最小组件单元，其可以被装配成母版以制造根据实施例的基于微面元的反射式显示器。为了保持无缝外观，使得在拼贴区域1405、1405之间的界面不可见，可以在两个拼贴之间的界面处匹配平均微面元角。在连接相邻拼贴的制造过程中，可能会在界面附近引入小的但不希望有的微面元角偏移。例如，对于在界面的0.5mm内的微面元，可以观察到1度偏移。如果这种不期望的角度偏移被理解并且是系统性的，则可以修改设计的微面元角以便补偿意外的微面元角偏移。仅借由图示，可以利用诸如以下规则来实施算法：在拼贴的左边缘和顶部边缘的0.5mm内，将微面元角增加在拼贴边缘处为1度的一个校正因子，并线性地减小校正系数以在距拼贴边缘0.5mm的距离处为零。

图15示出了根据实施例的基于微面元的反射式显示器，该反射式显示器被配置为补偿观察窗内的不均匀亮度。借由示例，所示出的基于微面元的反射式显示器1501具有不均匀的垂直观察窗亮度分布，其中朝向观察窗顶部的亮度水平增加，而朝向观察窗底部的亮度水平减小。观察窗1502是具有均匀点密度的代表性观察窗，该均匀点密度表示由于遍及观察窗1502具有均匀亮度的设计目标而产生的反射光分布，这可以对应于以上关于图8描述的分布801。强度剖面1503可表示测量出的垂直观察窗的亮度或强度分布，其示出朝向观察窗的顶部增加的亮度和朝向观察窗底部的减小的亮度。这种类型的效果可能是由于例如一系列非预期因素而发生的，这些非预期因素非对称地调制观察窗中的光强度，包括但不限于诸如微面元边缘/圆角的效果。为了适应这种亮度变化，可以将观察窗修改为具有反射光强度分布设计，该反射光强度分布设计被设计为补偿调制所需观察窗均匀性的下游因素。如果投影仪引起的不均匀性在很大程度上是可重复的，并且难以以其他方式补偿，例如由于UST投影仪固有的光学设计限制，其中从投影仪到屏幕上的各个目标点的距离相对于彼此的变化较大，则非均匀投影仪递送的光强度也可以以这种方式进行补偿。在观察窗1504中，可以看到穿过观察窗1504的反射光线的密度可以被设计为有意偏斜，例如朝向观察窗1504的底部更高。强度剖面1505表示测量出的垂直观察窗亮度，其显着改善了垂直观察窗亮度或强度均匀性。可以通过多种手段来实现表示朝向观察窗1504的底部的强度增加的点的密度增加。例如，补偿观察窗内的强度变化的方法包括首先提供基于微面元的反射式显示器，该反射式显示器被设计为针对给定的观察平面、观察距离和投影仪位置，在观察窗内产生均匀的强度分布。该方法另外包括测量观察窗内的实际强度分布，并确定沿着观察窗跨一个或多个横向方向的亮度或强度变化。例如，在所示出的示例中，根据垂直方向进行变化的确定，该垂直方向示出了朝着观察窗1502的顶部和对应的强度剖面1503的增加。该方法另外包括计算对应的、补偿沿观察窗跨一个或多个横向方向的亮度或强度变化。在所示出的示例中，补偿变化包括成比例地增加穿过观察窗的反射光线的密度，或减小朝向观察窗1504的底部的点的行与对应的强度剖面1505之间的间隔，使得亮度不均匀或强度得到补偿。

基于微面元的反射式显示器制造

可以使用各种合适的方法之一来制造根据本文公开的各种实施例的基于微面元的反射式显示器。在一些制造方法中，包括压印和模制工艺，可以将主模板用作用于制造的模板模具。然而，由于上描述的各种技术问题，用于基于微面元的反射式显示器的制造母版可能是困难且昂贵的。例如，被配置用于不同投影仪位置和/或具有不同尺寸的不同屏幕可以在不同位置处具有不同的微面元取向。但是，为每个配置从头开始重新创建母版可能会很昂贵。因此，需要一种用于母版的通用制造方法，用于制造横向尺寸为数十英寸且包括数亿至数百亿个微面元的基于微面元的反射式显示器。

用于制造本文描述的基于微面元的反射式显示器的大面积母版和工具可以使用例如灰度光刻来实施。大面积的母盘和工具可以通过将母版的较小子单元平铺以创建大面积的工具来完成，该大面积的工具可以用于制造具有组件光学器件的全尺寸投影幕，如本文描述的。

图16示意性地示出了根据实施例的用于制造基于微面元的反射式显示器的主模板。所示出的母版可以被用来制造基于微面元的反射式显示器，其具有降低的成本、更快的速度以及针对根据实施例的基于微面元的反射式显示器的不同尺寸和配置的增强的适应性。发明人已经认识到使用较小的组件单元创建母版具有显着的优势。可以装配成母版的母版的最小组件单元在本文中称为拼贴。拼贴可以具有任何合适的形状，可以紧密包装以形成更大的单元。尽管实施方式不受此限制，但是不同的拼贴可以具有相同的尺寸和相同数量的微面元。在所示出的母版中，拼贴具有矩形形状，并且被布置成24行和24列。在一些实施方式中，母版的不同拼贴可具有具有不同取向的对应的微面元。然而，在一些其他实施方案中，母版的不同拼贴(例如一些相邻拼贴)可具有拥有相同微面元取向的对应的微面元。一些拼贴可以装配成更大的单元，在本文中称为子母版。在所示出的实施例中，由粗线界定的拼贴是相同子母版的一部分，并且具有相同的微面元布置，而由粗线分离的拼贴具有不同的微面元布置。例如，子母版1601包括相同拼贴的3×4阵列。在这种情况下，可以在光刻母版阶段仅使用一个拼贴创建子母版区域，从而节省大量成本和时间。但是，由于如上面描述的可能希望微面元取向在屏幕上的不同位置处是不同的，例如，为了提高均匀性，因此将单个拼贴复制到屏幕上的其他位置可能会在观察窗内的强度分布中引入一些非理想性或移位/偏斜。当在距理想位置较远的位置重新使用拼贴时，偏移/偏斜会增加。另外，对于UST投影仪/屏幕几何形状(其中投影仪位于靠近基于微面元的反射式显示器的底部中间)，偏移/偏斜的大小可能朝向屏幕底部中间最大，而朝向屏幕的上角最小。因此，根据实施例，可以引入非均匀的拼贴重用方案。作为示例，在图16中，与子母版1601不同，屏幕的底部中间区域使用相邻的拼贴1602，其是唯独的而不进行复制以形成子母版。另一方面，屏幕的上部中间区域示出了子母版1603，其包括相同拼贴的1×4阵列。

对比度增强的基于微面元的反射式显示器

图17示意性地示出了根据实施例的被配置为通过减少环境光反射来增强对比度的基于微面元的反射式显示器的侧视图。图17(顶部)示出了基于微面元的反射式显示器1705的侧视图，其类似于以上关于图5所示出的，用于示出环境光的反射和散射路径。基于微面元的反射式显示器的观察表面被配置为使得微面元的相邻微面元通过连接表面连接。光路(实线箭头)1703表示从由观察者1702观察到的从投影仪投射的示例光反射路径。另一方面，光路(虚线箭头)1701表示可由观察者1702观察到的示例环境光反射路径，其可以降低观察到的图像的对比度。本文描述了示例微面元布置，其可以通过减少中继到观察者的环境光量来增强对比度。基于微面元的反射式显示器1705的侧视图示出了多个锯齿形状。每个锯齿具有主表面，该主表面表示用于沿着光路1703反射来自投影仪的入射光的微面元表面。每个锯齿还具有连接表面1706，在本文中也称为“锯齿背面”，其主要负责用于沿着光路1701将环境光反射到观察者1702。

仍然参考图17(右下/左下)，示出了配置用于环境光反射和增强的对比度的示例微面元表面。所示出的示例通过减小连接表面相对于锯齿形状的主表面的反射率来实现对比度增强。借由图示，示出了单个锯齿1707(左下)、1704(右下)。参照锯齿1707，在光入射表面上形成配置用于增强的环境光抑制的多层结构。多层结构包括高吸收层1710和在其上形成的反射层1708。参考锯齿1704，为了增强对比度，与锯齿1707的主表面相比，锯齿的连接表面1706的反射率可以降低。可以通过几种方式来降低连接表面1706的反射率。例如，锯齿的连接表面1706可以覆盖有相对于锯齿的主表面具有较低反射率或较高吸光度的材料。在所示出的锯齿1704中，可以在连接表面1706上选择性地形成耗尽反射层1711。可以例如通过相对于在锯齿1704的主表面上形成的反射材料减少反射材料的数量或覆盖率来形成耗尽反射层1711。如所配置的，位于耗尽反射层1711下方的吸收层1710可以在连接表面处更有效地吸收入射的环境光，从而抑制环境光的反射并增强对比度。

图18示意性地示出了根据实施例的被配置用于通过环境光减少来增强对比度的基于微面元的反射式显示器的侧视图。图18中示出的对比度增强方法通过增加吸收了入射环境光的表面的总面积来扩展了图17所采用的方法。上面关于图17描述的微面元的反射式显示器(其在侧视图中具有锯齿剖面)可以具有相对较小的连接表面或“锯齿背面”表面，如基于微面元的反射式显示器的侧视剖面1801中所示出的。在这样的配置中，锯齿形状的连接表面的表面积可以限制可以存在以减少环境反射的吸收层的量。认识到这种可能的限制，图18示出了根据实施例的基于微面元的反射式显示器的侧视剖面1802，其具有不同的微面元设计，并在主微面元表面之间增加了台阶高度1806，以增加可用于吸收环境光的表面积。在该实施例中，用于反射来自投影仪的光的微面元的相邻主表面通过较大的台阶高度1806连接。所得到的拓扑实质上增加了可用于吸收环境光的表面积。如所示出的，基于对比度增强的微面元的反射式显示器1805示出了所得到的表面，其包括可以在其上形成耗尽的反射层的增加的表面积。尽管侧视图剖面1801和1802表示三维微面元结构的二维横截面剖面，但是自上而下的剖面1803表示基于微面元的反射式显示器的自上而下的矢状二维视图，其中暗区1804指示由观察者感知为对比度增加的环境光减少。通过如本文描述相同的选择性反射层耗尽和随后的吸收层施加策略可以实现这些对比度增加的区域，但是具有用于环境光减少的吸收层和薄反射层的表面是由台阶高度1806指示出的“强制台阶(forcedstep)”。

根据各个实施例，根据实施例的基于微面元的反射式显示器在观察窗内具有大于1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0或这些值中的任何所限定的范围内的值。

用于基于微面元反射式显示系统的计算机系统

本公开的另一方面提供一种系统，该系统被编程或以其他方式配置为使用本文公开的各种反射式显示器来显示图像。该系统可以包括可操作地耦合到投影仪和光电检测器的计算机服务器。投影仪和光电检测器可以是独立的单元，或者可以集成为投影和检测系统。

图19示出了根据实施例的与基于微面元的反射式显示器一起编程或集成的计算机系统。计算机系统2400包括计算机服务器(“服务器”)2401，其被编程为实施本文公开的方法。服务器2401包括中央处理单元(CPU，这里也称为“处理器”和“计算机处理器”)2405，其可以是单核或多核处理器，或者是用于并行处理的多个处理器。服务器2401还包括存储器2410(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪速存储器)、电子存储单元2415(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口2420(例如，网络适配器)以及外围设备2425诸如高速缓存、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器。存储器2410、存储单元2415、接口2420和外围设备2425通过诸如主板的通信总线(实线)与CPU2405通信。存储单元2415可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据存储库)。服务器2401可以借助于通信接口2420可操作地耦合到计算机网络(“网络”)。该网络可以是Internet、因特网和/或外联网、或者处于与Internet通信中的内联网和/或外联网。在某些情况下，该网络是电信和/或数据网络。该网络可以包括一个或多个计算机服务器，其可以使能分布式计算，诸如云计算。在某些情况下，该网络可以借助服务器2401来实施对等网络，该对等网络可以使能耦合到服务器2401的设备充当客户端或服务器。

存储单元2415可以存储文件或数据。服务器2401可以包括服务器2401外部的一个或多个附加数据存储单元，诸如位于通过内联网或Internet与服务器2401通信的远程服务器上。

在一些情况下，系统2400包括单个服务器2401。在其他情况下，系统2400包括通过内联网和/或Internet彼此通信的多个服务器。

服务器2401可适于存储投影环境或与投影环境有关的用户信息和数据，诸如例如显示角度和强度设置。服务器2401可以被编程为通过耦合到服务器2401的投影仪显示图像或视频。

如本文所述的方法可以借由存储在服务器2401的电子存储位置上的机器(或计算机处理器)可执行代码(或软件)来实施，诸如例如存储在存储器2410或电子存储单元上2415。在使用期间，代码可以由处理器2405执行。在某些情况下，可以从存储单元2415检索代码并将其存储在存储器2410中，以供处理器2405随时访问。在某些情况下，可以排除电子存储单元2415，并且将机器可执行指令存储在存储器2410中。

代码可以进行预编译并被配置为与具有适合于执行代码的处理器的机器一起使用，或者可以在运行期间进行编译。可以以编程语言来提供代码，该编程语言被选择为使能代码以预编译或编译后的方式执行。

服务器2401耦合到投影仪2430和光电检测器2435(例如，与之通信)。在示例中，投影仪2430可以将图像或视频投影到回射屏幕上。在另一个示例中，投影仪2430可以将紫外光或红外光投射到回射屏幕上。光电检测器2435可以检测(或测量)来自回射屏幕的反射光。

投影仪2430可以包括用于将图像或视频定向和/或聚焦在回射屏幕上的一个或多个光学器件。光电检测器可以是被配置为在暴露于光时生成电流的设备，诸如例如电荷耦合设备(CCD)。投影仪可包括例如但不限于，电影投影仪、阴极射线管(CRT)投影仪、激光投影仪、数字光处理器(DLP)或数字微镜设备(DMD)投影仪、液晶显示器(LCD)投影仪或硅上液晶(LCOS)投影仪。

本文提供的系统和方法的各个方面(诸如服务器2401)可以以编程体现。可以将技术的各个方面视为典型地以承载在或体现在一种类型的机器可读介质中的机器(或处理器)可执行代码和/或相关联的数据的形式的“产品”或“制造品”。机器可执行代码可以存储在电子存储单元上，诸如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪速存储器)或硬盘。“存储”类型的介质可以包括计算机、处理器或诸如此类的任何或所有有形存储器，或其相关联的模块，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器和诸如此类，其可以随时为软件编程提供非暂时性存储。软件的全部或部分有时可以通过Internet或其他各种电信网络进行通信。例如，这样的通信可以使能将软件从一个计算机或处理器加载到另一计算机或处理器，例如从管理服务器或主机加载到应用服务器的计算机平台。因此，可以承载软件元素的另一种类型的介质包括光波、电波和电磁波，诸如跨本地设备之间的物理接口、通过有线和光学座机网络以及在各种空中链路上所使用的。诸如有线或无线链路、光链路或诸如此类的承载这种波的物理元件也可以被视为承载软件的介质。如本文所使用的，除非限于非暂时性的有形“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”的术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。

因此，诸如计算机可执行代码的机器可读介质可以采用多种形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，诸如任何一个或多个计算机中的任何存储设备或诸如此类，诸如可用于实施附图中所示出的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如这种计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆、铜导线和光纤，包括包含计算机系统内的总线的导线。载波传输介质可以采用电信号或电磁信号的形式，或者声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间生成的那些。因此，计算机可读介质的常见形式包括例如：软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、打孔卡纸带、具有孔图案的任何其他物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒带、运输数据或指令的载波、运输此类载波的电缆或链路、或计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。这些形式的计算机可读介质中的许多可能涉及将一个或多个指令的一个或多个序列承载到处理器以供执行。

本公开的方法和系统可以借由一种或多种算法来实施。在中央处理单元2405执行时，可以借由软件来实施算法。

附加示例：

1、一种反射式显示器，包括多个光反射性微面元，所述多个光反射性微面元被形成在其主表面上并且被配置为通过集体地反射从光源入射在其上的光来显示图像，其中由微面元中的不同微面元反射的光线被定向在不同的非平行方向上。

2、一种反射式显示器，包括多个光反射性微面元，所述多个光反射性微面元被形成在其主表面上并且被配置为通过集体地反射从光源入射在其上的光来显示图像，其中所述微面元具有微面元取向的分布，使得在水平方向和垂直方向之一或两者上穿过观察窗的光的强度剖面基本上是非高斯的，该观察窗限定了在平行于主表面的与其相距一个观察距离处的观察平面中的区域。

3、一种反射式显示器，包括多个光反射性微面元，所述多个光反射性微面元被形成在其主表面上并且被配置为通过集体地反射从光源入射在其上的光来显示图像，其中，由所述微面元反射的光线从所述主表面集体地发散，以在观察窗内形成尺寸大于反射式显示器的尺寸的图像，该观察窗限定了在平行于主表面的与其相距一个观察距离处的观察平面中的区域，其中在观察窗之外，所显示图像的强度相对于观察窗内的峰值强度下降超过30％。

4、一种反射式显示器，包括在其上形成有多个光反射性微面元的主表面，该多个光反射性微面元被配置为通过集体地反射从光源入射在其上的光来显示图像，其中，该光反射性微面元被布置为形成多个屏幕像素，其中屏幕像素中的至少一些屏幕像素内的微面元中的不同微面元被配置为反射光线以穿过观察窗的非重叠区域中的不同且唯独的非重叠区域，该观察窗限定了在平行于主表面的与其相距一个观察距离处的观察平面中的区域，其中，在观察窗之外，所显示图像的强度相对于观察窗内的峰值强度下降超过30％。

5、一种反射式显示器，包括在其上形成有多个光反射性微面元的主表面，该多个光反射性微面元被配置为通过集体地反射从光源入射在其上的光来显示图像，其中，该光反射性微面元被布置为形成多个屏幕像素，其中屏幕像素中的至少一些内的微面元中的不同微面元被配置为反射光线以穿过观察窗的非重叠区域中的随机分配的非重叠区域，该观察窗限定了在平行于主表面的与其相距一个观察距离处的观察平面中的区域，其中，在观察窗之外，所显示图像的强度相对于观察窗内的峰值强度下降超过30％。

6、一种反射式显示器，包括在其上形成有多个光反射性微面元的主表面，该多个光反射性微面元被配置为通过集体地反射从光源入射在其上的光来显示图像，其中，该光反射性微面元被布置为形成多个屏幕像素，其中由穿过观察窗的屏幕像素中的至少一些屏幕像素的微面元中的至少一些反射的光线被分布为跨越观察窗的至少50％，该观察窗限定了在平行于反射式显示器的主表面的与其相距一个观察距离处的观察平面中的区域，其中，在观察窗之外，所显示图像的强度相对于观察窗内的峰值强度下降超过30％。

7、一种反射式显示器，包括多个光反射性微面元，所述多个光反射性微面元被形成在其主表面上并且被配置为通过集体地反射从光源入射在其上的光来显示图像，其中所述微面元具有微面元取向的分布，使得在水平方向和垂直方向之一或两者上穿过观察窗的光的强度剖面基本上是非高斯的，该观察窗限定了在平行于主表面的与其相距一个观察距离处的观察平面中的区域。

8、一种反射式显示器，包括在其上形成有多个光反射性微面元的主表面，该多个光反射性微面元被配置为通过集体地反射从光源入射在其上的光来显示图像，其中，该光反射性微面元被布置为形成多个屏幕像素，其中从不同屏幕像素反射的光线穿过观察窗内的重叠区域，其中观察窗限定了在平行于反射式显示器的主表面的与其相距一个观察距离处的观察平面中的区域。

9、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中至少一些像素内的微面元中的相邻微面元具有在横向方向上不单调变化的微面元角，其中，微面元角由反射式显示器的主表面的总体表面法线和微面元中的相应一个的局部表面法线形成。

10、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器被配置为使得来自所述光源的光直接入射在所述微面元上，并且由所述微面元反射的光直接到达所述观察窗。

11、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述光反射性微面元形成所述反射式显示器的最上表面。

12、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述光反射性微面元被形成在透明材料上。

13、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述光反射性微面元被形成在透明材料上，并且其中，所述透明材料形成被配置为面向所述光源的最上平面。

14、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述光反射性微面元被形成在透明材料上，并且其中所述透明材料的折射率为1.2-1.8。

15、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，在所述光反射性微面元上形成透明涂层，并且其中，所述透明材料使得光线在透明材料位置上的入射角大于光线在对应于该位置的微面元之一上入射的入射角。

16、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，屏幕像素中的至少一些内的微面元中的至少一些反射光线以穿过观察窗的非重叠区域中的唯独的一个。

17、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，屏幕像素中的至少一些内的微面元中的至少一些反射光线以穿过观察窗的非重叠区域中的随机分配的非重叠区域。

18、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，屏幕像素中的至少一些内的微面元中的至少一些反射光线以穿过观察窗的非重叠区域中的随机分配但不同的非重叠区域。

19、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，屏幕像素中的至少一些内的微面元中的至少一些反射光线以穿过具有相等面积的观察窗的非重叠区域。

20、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，屏幕像素中的至少一些内的微面元中的至少一些反射光线以穿过具有不同面积的观察窗的非重叠区域。

21、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，屏幕像素中的至少一些内的微面元中的至少一些反射光线以穿过具有不同面积的观察窗的非重叠区域，其中，远离微面元中的至少一些布置的非重叠区域相对于靠近微面元中的至少一些的非重叠区域具有更大的面积。

22、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，每个屏幕像素具有与所述观察窗的非重叠区域的数量相同的微面元数量。

23、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中屏幕像素的至少一个配对具有在阵列内具有对应行和列组合的微面元的对应配对，其中来自微面元的对应配对的光线穿过非重叠区域中的相同非重叠区域。

24、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中屏幕像素的至少一个配对具有在阵列内具有对应行和列组合的对应微面元，其中来自微面元的对应配对的光线穿过非重叠区域中的不同非重叠区域。

25、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中屏幕像素的至少一个配对具有在阵列内具有非对应行和列组合的非对应微面元，其中来自非对应微面元的光线穿过非重叠区域中的相同非重叠区域。

26、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器被配置为利用布置在比观察者更靠近反射式显示器的光源来在观察距离处显示图像。

27、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器是短距(ST)或超短距(UST)反射式显示器，其具有在第一横向方向上延伸的宽度并且被配置为在垂直于所述第一横向方向的第二横向方向上与所述光源相距一定距离，使得投射比小于1.0。

28、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器是ST反射式显示器，其具有在第一横向方向上延伸的宽度并且被配置为在垂直于第一横向方向的第二横向方向上与所述光源相距一定距离，使得投射比在0.4到1.0之间。

29、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器是UST反射式显示器，其具有在第一横向方向上延伸的宽度并且被配置为在垂直于第一横向方向的第二横向方向上与所述光源相距一定距离，使得投射比在0.1到0.4之间。

30、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器具有在水平方向上延伸超过1米的宽度。

31、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器具有在垂直距离上延伸超过约0.5米的高度。

32、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述观察窗在超过1米的观察距离处布置。

33、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器被配置为通过反射相对于反射式显示器的主表面的表面法线以大于40度的入射角从光源入射在其上的光来显示图像。

34、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器被配置为相对于所述反射式显示器的下边缘反射来自垂直布置在所述反射式显示器下方的光源的光。

35、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器被配置为：当从面向反射式显示器的观察者沿着穿过反射式显示器的中心位置的法线方向观察反射式显示器时，反射来自水平布置于反射式显示器的左边缘的左侧或反射式显示器的右边缘的右侧的光源的光。

36、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中反射式显示器包括至少一千万个光反射性微面元。

37、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述微面元被布置为包括多个行的微面元和多个列的微面元的阵列。

38、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述微面元具有矩形形状。

39、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，微面元中的独立微面元的最长横向尺寸小于1mm。

40、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述多个微面元具有微面元取向的分布，使得所述反射式显示器被配置为在宽度大于1米的观察窗内显示图像，其中观察窗限定了在平行于反射式显示器的与反射式显示器的主表面相距超过1米的观察距离处的观察平面中的区域，其中，在观察窗之外，所显示图像的强度相对于观察窗内的峰值强度下降超过30％。

41、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述多个微面元具有微面元取向的分布，使得所述反射式显示器被配置为在高度大于0.5米的观察窗内显示图像，其中观察窗限定了在平行于反射式显示器的与反射式显示器的主表面相距超过1米的观察距离处的观察平面中的区域，其中，在观察窗之外，所显示图像的强度相对于观察窗内的峰值强度下降超过30％。

42、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述多个微面元具有微面元取向的分布，使得所述反射式显示器被配置为在观察窗内显示图像，该观察窗的宽度由形成于穿过反射式显示器的水平面中并且相对于反射式显示器的中心位置处的表面法线跨越至少+/-10度的水平角限定，其中观察窗限定了在平行于反射式显示器的与反射式显示器的主表面相距超过1米的观察距离处的观察平面中的区域，其中，在观察窗之外，所显示图像的强度相对于观察窗内的峰值强度下降超过30％。

43、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述多个微面元具有微面元取向的分布，使得所述反射式显示器被配置为在观察窗内显示图像，该观察窗的高度由形成于穿过反射式显示器的垂直平面中并且相对于反射式显示器的中心位置处的表面法线跨越至少+/-1度的垂直角限定，其中观察窗限定了在平行于反射式显示器的与反射式显示器的主表面相距超过1米的观察距离处的观察平面中的区域，其中，在观察窗之外，所显示图像的强度相对于观察窗内的峰值强度下降超过30％。

44、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述多个微面元具有微面元取向的分布，使得在水平或垂直方向上跨所述观察窗的反射光的强度剖面相对于观察窗内的平均强度变化了小于30％。

45、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述多个微面元具有微面元取向的分布，使得在水平方向和垂直方向之一或两者上跨所述观察窗的反射光的强度剖面基本上是非高斯的。

46、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，穿过所述观察窗的光的强度剖面在相对于垂直方向的水平方向上被拉长。

47、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中所述多个微面元的至少一个子集被定向为使得从所述子集的每个微面元反射的光线穿过所述观察窗内的对应的唯独的位置。

48、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中多个微面元的至少一个子集被定向为使得从该子集的每个微面元反射的光线穿过观察窗内的随机选出的位置。

49、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述多个微面元布置成多个光反射块，每个光反射块包括相同数量的微面元，其中，每个光反射块具有至少一个微面元，该微面元与光反射块中的其他光反射块中的对应微面元相比具有不同微面元角，其中微面元角由反射式显示器的主表面的总体法线和相应微面元的局部法线形成。

50、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述多个微面元被布置成多个光反射块，每个光反射块包括屏幕像素中的一个或多个。

51、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述多个微面元布置成多个光反射块，每个光反射块包括相同数量的微面元，其中，不同的光反射块具有由反射式显示器的主表面的总体法线方向和相应块内的相应微面元的局部法线方向形成的平均微面元角。

52、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述多个微面元布置成多个光反射块，每个光反射块包括具有至少两行和两列的微面元的阵列，其中，不同的光反射块具有由反射式显示器的主表面的总体法线方向和相应块内的相应微面元的局部法线方向形成的平均微面元角。

53、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，光反射块中的每个被配置为使得由相应光反射块反射的光覆盖相应子观察窗，其中，在该观察窗之外，反射光的强度相对于子观察窗内的峰值强度下降超过30％。

54、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，光反射块中的不同光反射块被配置为使得由所述光反射块中的不同光反射块反射的光覆盖不同的子观察窗，其中，至少一个子观察窗与另一个子观察窗重叠。

55、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述光反射块中的不同光反射块被配置为使得由所述光反射块中的不同光反射块反射的光覆盖不同的子观察窗，其中，至少一个子观察窗与另一个子观察窗重叠。

56、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，光反射块的至少一个配对被配置为使得该光反射块配对中的微面元的每个对应配对被配置为将来自光源的光朝向观察窗中的相同位置反射。

57、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，相邻光反射块的至少一个配对被配置为使得相邻光反射块配对中的微面元的每个对应配对被配置为将来自光源的光朝向观察窗中的相同位置反射。

58、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，光反射块的至少一个配对被配置为使得该光反射块配对中的微面元的每个对应配对被配置为将来自光源的光朝向观察窗中的不同位置反射。

59、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，相邻光反射块的至少一个配对被配置为使得相邻光反射块配对中的微面元的每个对应配对被配置为将来自光源的光朝向观察窗中的不同位置反射。

60、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，光反射块的至少一个配对被配置为使得光反射块配对中的微面元的非对应配对被配置为将来自光源的光朝向观察窗中的相同位置反射。

61、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，相邻的光反射块的至少一个配对被配置为使得相邻光反射块配对中的微面元的非对应配对被配置为将来自光源的光朝向观察窗中的相同位置反射。

62、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述光反射块中的不同光反射块被配置为使得由所述光反射块中的不同光反射块反射的光覆盖了不同的子观察窗，其中，与从更远离光源的光反射块反射的光相比，与从更靠近光源的光反射块反射的光相对应的至少一个子观察窗具有更大的子观察窗。

63、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器的观察表面被配置为使得微面元中的相邻微面元由连接表面连接，其中，所述连接表面相对于所述微面元具有更高的吸光度。

64、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器的观察表面被配置为使得所述微面元中的相邻微面元由连接表面连接，其中，在横截面图中，所述微面元和所述连接表面形成了锯齿形状的相对表面。

65、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器的观察表面被配置为使得所述微面元中的相邻微面元由连接表面连接，其中，在横截面图中，所述微面元和所述连接表面形成了与凹槽交替的突起，其中突起的顶表面和面向观察位置的凹槽的底表面形成突起的侧壁和微面元，并且凹槽形成连接表面。

66、根据上述实施例中的任一项所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器在所述观察窗内具有大于1.4的平均增益比。

除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包含”、“包含了”、“包括”、“包括了”和诸如此类应理解为包括性含义，而不是排他性或穷举性；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。如本文中通常使用的，术语“耦合”是指两个或多个元件，其可以直接连接，或借由一个或多个中间元件连接。同样地，如本文中通常使用的，术语“连接”是指可以直接连接或借由一个或多个中间元件连接的两个或多个元件。另外，当在本申请中使用时，词语“在此”、“上方”、“下方”和类似含义的词语应整体上指本申请，而不是指本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，上述具体实施方式中使用单数或复数的词语也可以分别包括复数或单数。词语“或”指的是两个或多个项目的列表，该词语涵盖该词语的以下所有解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及在列表中项目的任何组合。

此外，本文中使用的条件语言，除其他之外，诸如“可”、“可以”、“也许”、“可能”、“如”、“例如”、“诸如”和诸如此类，除非另外具体说明，或在所使用的上下文中在其他方面理解的，通常旨在传达某些实施例包括(而某些实施例不包括)某些特征、元素和/或状态。因此，这样的条件语言通常不旨在暗示特征、元素和/或状态以任何方式对于一个或多个实施例是必需的，或者这些特征、元素和/或状态是否被包括或将在任何特定实施例中执行。。

尽管已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅借由示例给出的，并且不旨在限制本公开的范围。实际上，本文描述的新颖的装置、方法和系统可以以多种其他形式来体现；此外，在不脱离本公开的精神的情况下，可以对本文描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。例如，虽然以给定的布置来呈现块，但是可替选实施例可以执行具有不同组件和/或电路拓扑的类似功能，并且可以删除、移动、添加、细分、组合和/或修改一些块。这些块中的每个可以以各种不同的方式来实施。可以将上面描述的各种实施例的元素和动作的任何适当组合进行组合以提供进一步的实施例。上面描述的各种特征和过程可以彼此独立地实施，或者可以以各种方式组合。本公开的特征的所有可能的组合和子组合旨在落入本公开的范围内。

Claims (30)

1.一种反射式显示器，包括：

多个光反射性微面元，所述多个光反射性微面元被形成在其主表面上并且被配置为通过反射从光源入射在其上的光来显示图像，

其中由所述微面元中的不同微面元反射的光线被定向在非平行方向上。

2.根据权利要求1所述的反射式显示器，其中，所述微面元被布置为形成多个像素，每个像素包括两个以上的微面元，其中，所述像素限定了所述反射式显示器的分辨率。

3.根据权利要求2所述的反射式显示器，其中，所述像素中的至少一些内的微面元中的相邻微面元具有在横向方向上不单调变化的微面元角，其中，微面元角由所述反射式显示器的主表面的总体表面法线和所述微面元中的相应一个的局部表面法线形成。

4.根据权利要求3所述的反射式显示器，其中，所述像素中的至少一些内的微面元中的不同微面元被配置为对光线进行反射以穿过观察窗的非重叠区域中的唯独的非重叠区域，所述观察窗限定了在平行于所述主表面的与其相距一个观察距离处的观察平面中的区域，其中在所述观察窗之外，所显示图像的强度相对于所述观察窗内的所显示图像的峰值强度下降超过30％。

5.根据权利要求4所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器具有在水平方向上延伸超过1米的宽度和在垂直方向上延伸超过0.5米的高度中的一者或两者。

6.根据权利要求5所述的反射式显示器，其中，所述观察距离超过1米，其中，由所述微面元中的不同微面元反射的光线从所述主表面集体地发散，以在所述观察窗内形成尺寸大于所述反射式显示器的尺寸的图像。

7.根据权利要求4所述的反射式显示器，其中，所述像素中的每个具有与所述观察窗的非重叠区域的数量相同的微面元数量。

8.根据权利要求1所述的反射式显示器，其中所述微面元形成被配置为面向所述光源的反射式显示器的最上表面。

9.根据权利要求1所述的反射式显示器，其中所述光反射性微面元被形成在透明材料片的背面上，所述背面被配置为背对所述光源。

10.根据权利要求9所述的反射式显示器，其中所述透明材料片形成被配置为面向所述光源的平面前表面。

11.根据权利要求10所述的反射式显示器，其中所述透明材料具有1.2-1.8的折射率。

12.根据权利要求11所述的反射式显示器，其中，入射在所述透明材料片上的位置上的光线的入射角大于入射在穿过所述透明材料片后与所述位置对应的微面元上的光线的入射角。

13.根据权利要求1所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器是短距(ST)或超短距(UST)反射式显示器，其具有在第一横向方向上延伸的宽度，并且被配置为在垂直于所述第一横向方向的第二横向方向上与所述光源相距一定距离，使得所述距离与所述宽度之间的投射比小于1.0。

14.根据权利要求1所述的反射式显示器，其中，所述反射式显示器被配置为：通过反射相对于所述反射式显示器的主表面的表面法线以大于30度的入射角从所述光源入射在其上的光，来显示所述图像。

15.一种反射式显示器，包括：

多个光反射性微面元，所述多个光反射性微面元被形成在其主表面上并且被配置为通过反射从光源入射在其上的光来显示图像，

其中所述微面元具有微面元取向的分布，使得在水平方向和垂直方向之一或两者上穿过观察窗的光的强度剖面基本上是非高斯的，所述观察窗限定了在平行于所述主表面的与其相距一个观察距离处的观察平面中的区域。

16.根据权利要求15所述的反射式显示器，其中，所述微面元被布置为形成多个像素，每个像素包括两个以上的微面元，其中，所述像素限定了所述反射式显示器的分辨率，其中，所述像素中的至少一些内的微面元中的不同微面元被配置为反射光线以穿过所述观察窗的非重叠区域中的唯独的非重叠区域。

17.根据权利要求16所述的反射式显示器，其中所述观察窗使得在所述观察窗之外，所显示图像的强度相对于所述观察窗内的所显示图像的峰值强度下降超过30％。

18.根据权利要求16所述的反射式显示器，其中，穿过所述观察窗的光的强度剖面在相对于所述垂直方向的水平方向上被拉长。

19.根据权利要求16所述的反射式显示器，其中，所述观察距离超过1米，其中，由所述微面元中的不同微面元反射的光线从所述主表面集体地发散，以在所述观察窗内形成尺寸大于所述反射式显示器的尺寸的图像。

20.根据权利要求16所述的反射式显示器，其中，在所述像素中的至少一些内的微面元中的至少一些被配置为反射光线以穿过具有相等面积的观察窗的非重叠区域。

21.根据权利要求16所述的反射式显示器，其中，所述像素中的至少一些内的微面元中的至少一些被配置为反射光线以穿过具有不同面积的观察窗的非重叠区域，其中，远离所述微面元中的至少一些布置的非重叠区域相对于更接近所述微面元中的至少一些的非重叠区域具有更大的面积。

22.一种反射式显示器，包括：

在其上形成有多个光反射性微面元的主表面，所述多个光反射性微面元被配置为通过反射从光源入射在其上的光来显示图像，其中，所述微面元被布置为形成多个像素，其中，所述像素中的至少一些内的微面元中的不同微面元被配置为反射光线以穿过观察窗的非重叠区域中的唯独的非重叠区域，所述观察窗限定了在平行于所述主表面的与其相距一个观察距离处的观察平面中的区域。

23.根据权利要求22所述的反射式显示器，其中，在所述观察窗之外，所显示图像的强度相对于所述观察窗内的所显示图像的峰值强度下降超过30％。

24.根据权利要求22所述的反射式显示器，其中，由穿过所述观察窗的像素中的至少一些的微面元中的至少一些反射的光线被分布为跨越所述观察窗的至少50％。

25.根据权利要求22所述的反射式显示器，其中由所述像素中的至少一些的微面元中的至少一些反射的光线穿过所述观察窗内的非重叠区域中的随机选出的非重叠区域。

26.根据权利要求22所述的反射式显示器，其中，所述像素中的每个具有与所述观察窗的非重叠区域的数量相同的微面元数量。

27.根据权利要求26所述的反射式显示器，其中，所述像素中的每个包括具有至少两行和两列的微面元阵列。

28.根据权利要求27所述的反射式显示器，其中所述像素的至少一个配对具有在相应阵列内具有对应行和列组合的对应微面元，其中来自所述对应微面元的光线穿过所述非重叠区域中的相同非重叠区域。

29.根据权利要求27所述的反射式显示器，其中所述像素的至少一个配对具有在相应阵列内具有对应行和列组合的对应微面元，其中来自所述对应微面元的光线穿过所述非重叠区域中的不同非重叠区域。

30.根据权利要求27所述的反射式显示器，其中所述像素的至少一个配对具有在相应阵列内具有非对应行和列组合的非对应微面元，其中来自非对应微面元的光线穿过所述非重叠区域中的相同非重叠区域。

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