TW201732372A - 用以減少顯示器中之像素分離之可見性的經設計表面 - Google Patents

用以減少顯示器中之像素分離之可見性的經設計表面 Download PDF

Info

Publication number
TW201732372A
TW201732372A TW106104010A TW106104010A TW201732372A TW 201732372 A TW201732372 A TW 201732372A TW 106104010 A TW106104010 A TW 106104010A TW 106104010 A TW106104010 A TW 106104010A TW 201732372 A TW201732372 A TW 201732372A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
pixel
sub
diffraction
periodic
pixels
Prior art date
Application number
TW106104010A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI714719B (zh
Inventor
傑可庫司 高利爾
詹姆斯安德魯 韋斯特
Original Assignee
康寧公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 康寧公司 filed Critical 康寧公司
Publication of TW201732372A publication Critical patent/TW201732372A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI714719B publication Critical patent/TWI714719B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4205—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1066—Beam splitting or combining systems for enhancing image performance, like resolution, pixel numbers, dual magnifications or dynamic range, by tiling, slicing or overlapping fields of view
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1086—Beam splitting or combining systems operating by diffraction only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4272—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having plural diffractive elements positioned sequentially along the optical path
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4272—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having plural diffractive elements positioned sequentially along the optical path
    • G02B27/4277—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having plural diffractive elements positioned sequentially along the optical path being separated by an air space

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

可在表面顯示單元中採用繞射構件來以減少或消除網格效應的方式提供繞射峰，該網格效應在不具有充足像素密度的像素化顯示器中是普遍的。可選擇繞射構件的參數，使得繞射峰相較於相對應的實體像素尺寸提供較大的像素面積的外觀。例如，第一階繞射峰可放置在最近子像素到子像素距離的約1/3的距離處。可針對任何影像顯示器應用採用表面顯示單元以強化影像品質。例如，用於虛擬實境頭戴裝置以移除網格效應。

Description

用以減少顯示器中之像素分離之可見性的經設計表面
此申請案依據專利法主張於2016年2月8日所提出之第62/292,571號美國臨時專利申請案的優先權權益，該申請案之整體內容於本文中以引用方式依附及併入本文中。
本揭示案大致關於影像顯示設備的領域及製造相同物的方法。
在可能時，顯示器中的像素密度被選擇為使得使用者在一般使用距離或之外的距離處不能解析個別像素。對於手持式單元而言，一般檢視距離可為約30 cm，且因此手持式單元需要具有非常高像素密度的螢幕。例如，來自Apple公司的iPhone 6 Plus採用每吋401個像素（ppi），而來自Samsung公司的Galaxy S6採用577 ppi。對於大的TV而言，一般的檢視距離可為約2米，且因此會在像素密度上具有更低的需求。一般而言，可針對高畫質電視（HDTV）組採用小於100 ppi的像素密度。虛擬實境（VR）顯示器的增長的普及性已導致不同類型的檢視典範，該典範已挑戰了甚至現今現存的手持式顯示技術的超高像素密度。
可採用一種繞射構件以在子像素之間提供繞射峰，使得可減輕顯示設備中的網格效應。繞射峰在不實體增加子像素的尺寸的情況下增加表觀的像素照明面積。
依據本揭示案的一態樣，提供一種表面顯示單元，其包括：一像素化顯示設備，包括一二維像素陣列；至少一個透明材料層，定位在該像素化顯示設備上方；及一繞射構件，定位在該至少一個透明材料層上方，且被配置為針對該像素化顯示設備內的像素提供繞射峰。該繞射構件具有選自一固體對環境介面的一介面及相對於該像素化顯示設備是遠端的一前表面處之針對一透明亮面材料層的一介面。
在一個實施例中，表面顯示單元可為虛擬實境頭戴裝置，而像素化顯示設備為被配置為在由虛擬實境頭戴裝置及虛擬顯示頭戴裝置的操作員所定義的無眩光包體內提供顯示影像的頭戴式顯示器。
在一個實施例中，可藉由以下步驟來形成表面顯示設備：提供頭載裝置框架；提供像素化顯示設備、該至少一個透明材料層及繞射構件的組件；及將組件安裝到頭載裝置框架。
依據本揭示案的另一態樣，提供一種虛擬實境頭戴裝置，其包括：頭載裝置框架；及像素化顯示設備、至少一個透明材料層及繞射構件的組件。該組件安裝在該頭載裝置框架上，以提供由該虛擬實境頭戴裝置及該虛擬顯示頭戴裝置的一操作員所定義的一無眩光包體。該像素化顯示設備包括一二維像素陣列。該至少一個透明材料層定位在該像素化顯示設備及該繞射構件之間。該繞射構件被配置為針對該像素化顯示設備內的像素提供繞射峰。
如以上所討論的，本揭示案針對影像顯示設備及製造相同物的方法，在本文中詳細描述其各種態樣。
該等繪圖非依比例繪製。凡繪示構件的單一實例，可複製構件的多個實例，除非原本明確描述或清楚指示不存在構件的複件。僅採用例如為「第一」、「第二」及「第三」的序數來識別類似的構件，且可在不限制的情況下跨本揭示案的說明書及請求項採用不同的序數。如本文中所使用的，定位在第二構件「上」的第一構件可定位在第二構件之表面的外側上或第二構件的內側上。如本文中所使用的，若在第一構件的表面及第二構件的表面之間存在實體接觸，則第一構件「直接」定位在第二構件「上」。
如本文中所使用的，「層」指的是包括具有實質均勻厚度之區域的材料部分。層可延伸在下層或上層結構的整體上，或可具有小於下層或上層結構之範圍的範圍。進一步地，層可為同質或不同質連續結構之具有小於鄰接結構之厚度的厚度的區域。例如，層可定位在鄰接結構之頂面及底面之間或處之水平平面的任何對偶之間。層可水平、垂直及/或沿錐形面延伸。基板可為層、可在其中包括一或更多個層或可在其上、其上方及/或其下方具有一或更多個層。
許多虛擬實境（VR）單元包括光學頭戴裝置，該頭戴裝置在靠近地放置的螢幕（例如高解析度智慧型手機螢幕）上提供影像以提供大視野體驗。此方法的普遍問題是，智慧型手機螢幕的受限的解析度欲以1920 x 1080的像素延展（subtend）約18° x 10°的角度。如本文中所使用的，「像素」指的是包括至少一個發光構件的單元照明構件，且以陣列圖樣重複以提供影像。對於彩色顯示設備而言，像素包括被提供為紅色發光構件、綠色發光構件及藍色發光構件之集合的至少三個發光構件。提供單一色彩之光發射的各發光構件在本文中稱為「子像素」。各像素包括至少一個子像素，且一般包括三個子像素。一般而言，各類型的子像素（例如紅色子像素、綠色子像素或藍色子像素）形成二維週期陣列。在VR頭戴裝置中，相同數量的像素展開超過90°以給予假全景視野。並且，各眼僅看見像素的一半以向各眼發送不同影像。這一般是藉由將螢幕分一半來完成。
最後結果是，在目前的VR頭戴裝置中，非常容易解析個別的像素，導致稱為「網格效應」的效應。參照圖1，網格效應圖形地繪示在圖示在左側上的影像中，其包括暗的二維區域網格，在該等區域中子像素是不存在的。沒有網格效應的影像繪示在右側上以供在圖1中進行比較。在網格效應存在的情況下，可在子像素之間看見黑線，該等子像素可包括紅色子像素、綠色子像素及藍色子像素。網格效應干擾VR頭戴裝置的使用者沉浸進VR頭戴裝置應該要提供的體驗。為了避免由網格效應所造成的干擾，VR設計者尋找更高解析度的顯示器，例如具有2,560x1,440像素的Samsung Quad HD Super AMOLED螢幕，該螢幕可減少網格效應。然而，期望的是，VR設計者將把視野推得甚至更寬廣，這需要甚至更高的解析度。某些人甚至建議，各眼將需要具有大約每吋1,500個像素之解析度的螢幕。此方法增加成本且需要極大地增加計算功率來以所需的圖框率驅動高解析度螢幕。目前的行動設備還未具有所需的解析度或計算功率來適當地執行。
雖然某些使用者回報，它們學習忽略網格效應，網格效應對於許多VR使用者而言是非常令人分心的，因為眼睛被所感知的影像中的高頻內容（例如暗網格圖樣）吸引。網格特徵一般是最高頻的內容，且這是網格效應為何可為非常令人分心的其中一個理由。本揭示案的實施例之益處中的一者是降低來自放大像素的高頻內容，且有效地平滑掉像素邊界。這將不可避免地導致解析度上的某些損失，且可能衝擊子像素呈現技術。
依據本揭示案的一態樣，相較於表面顯示設備的像素密度需要較高像素密度的應用中之表面顯示設備的網格效應可被移除或消除。具體而言，可消除或減少像素之間的暗區域以改良檢視體驗。依據本揭示案的一態樣，可在不在表面顯示單元上強加更高解析度需求的情況下達成網格效應的移除。
依據本揭示案的一態樣，提供了減少或消除網格效應的表面顯示單元。如本文中所使用的，「表面顯示單元」指的是被配置為在表面上顯示影像的單元，該表面可為平坦面或彎曲面。參照圖2及3A，繪示了依據本揭示案之實施例的虛擬實境頭戴裝置。圖3B繪示圖2及3A之虛擬實境頭戴裝置的變化，其是藉由添加透明亮面材料層40來從圖2及3A的虛擬實境頭戴裝置導出的。虛擬實境頭戴裝置為表面顯示單元的說明性實例。虛擬實境頭戴裝置包括頭載裝置框架200以及像素化顯示設備10、至少一個透明材料層20及繞射構件30的組件100。如本文中所使用的，「像素化顯示設備」指的是採用像素陣列以形成影像的顯示設備。如本文中所使用的，「透明材料層」指的是在可見波長範圍（亦即從400 nm到800 nm的範圍）中在光學上透明的材料層。透明材料層可為透明固態層、透明液態層或透明氣態層（亦即氣體（例如空氣）的容積）。在一個實施例中，該至少一個透明材料層可包括氣隙，亦即空氣的容積。如本文中所使用的，「繞射構件」指的是在可見波長範圍內提供光繞射的構件。雖然虛擬顯示頭戴裝置被採用為表面顯示單元的說明性實例，本揭示案的設備可以任何表面顯示單元形成，其可為或可不為虛擬實境頭戴裝置。
在一個實施例中，像素化顯示設備10可包括二維像素陣列112。各像素112包括至少一個子像素集合12。在單色表面顯示設備中，各像素112可以單一子像素12組成。在彩色顯示器中，各像素112可包括不同類型的複數個子像素12，其例如可為以第一波長發射光的第一子像素12R、以第二波長發射光的第二子像素12G及以第三波長發射光的第三子像素12B。各波長可為不同的。在一說明性實例中，第一子像素12R可發射紅光，第二子像素12G可發射綠光，而第三子像素12B可發射藍光。表面顯示設備10可為直接在顯示設備的表面上形成影像的任何顯示設備。在一個實施例中，表面顯示設備10可為有機發光二極體（OLED）顯示設備或液晶顯示器（LCD）設備。基板8可定位在該複數個子像素上，其可向該複數個子像素12提供機械支撐及電連接。基板8可為不透明的基板。可直接藉由光學發射（例如在OLED顯示器中）來發射或藉由使用光學過濾器或色彩轉換技術（包括但不限於染色或量子點）過濾寬頻帶光來發射選擇性的波長。
在一個實施例中，二維像素陣列112可包括以相同尖峰波長發射光且具有一定子像素間距的至少一個週期性子像素陣列12。各週期性子像素陣列12之子像素間距的方向及距離定義各別子像素陣列12的週期性。
在一個實施例中，二維像素陣列112包括複數個週期性子像素陣列12。各相同類型的子像素的集合可形成週期性子像素陣列，使得各週期性陣列具有與像素12的週期性相同的週期性。不同週期性陣列中的子像素12可以不同的尖峰波長發射光。例如，以第一波長發射光的第一子像素12R集合可形成第一週期性子像素12R陣列，以第二波長發射光的第二子像素12G集合可形成第二週期性子像素12G陣列，而以第三波長發射光的第三子像素12B集合可形成第三週期性子像素12B陣列。第一、第二及第三週期性子像素陣列可具有相同的二維週期性，其為像素陣列12的週期性。個別的第一、第二或第三子像素的幾何形狀不一定相同，且可被選擇為針對顯示器提供正確的色彩平衡。
了解的是，可局部決定任何週期性陣列的週期性，且任何陣列的週期性可從區域到區域逐漸改變。例如，像素化顯示設備10在第一區域（例如相對應於人眼之高敏感度視野的中心區域）中可具有更密集的陣列及在第二區域（例如相對應於人眼之低敏感度視野的周邊區域）中可具有較不密集的區域。在此情況下，像素化顯示設備10對於第一區域中的子像素（12R、12G、12B）可具有較短的間距，且對於第二區域中的子像素（12R、12G、12B）可具有較長的間距。亦了解的是，可局部決定子像素的幾何形狀，且任何子像素的幾何形狀可從區域到區域逐漸改變。
在一個實施例中，該至少一個週期性子像素陣列12可包括週期性的紅色子像素陣列（其可實現為第一子像素12R）、週期性的綠色子像素陣列（其可實現為第二子像素12G）及週期性的藍色像素陣列（其可實現為第三子像素12B）。
在一個實施例中，像素化顯示設備10及其中的二維像素陣列112可提供彎曲檢視面以提供強化的檢視體驗，例如在虛擬實境頭戴裝置的情況下。在此情況下，組件10內之額外元件中的所有或某些部分可具有彎曲面來最佳化檢視體驗。
該至少一個透明材料層20定位在像素化顯示設備10及繞射構件30之間。該至少一個透明材料層20可包括單一透明材料層或可包括複數個透明材料層。該至少一個透明材料層20中的各層可包括任何透明材料，例如二氧化矽、玻璃、藍寶石、透明塑膠材料或有機或無機透明聚合物。該至少一個透明材料層20可在各處具有均勻的厚度。在像素化顯示設備10是波狀的情況下，該至少一個透明材料層20可保形地遵循像素化顯示設備10的輪廊。該至少一個透明材料層20的厚度可從50微米到1 mm及/或從100微米到800微米及/或從200微米到600微米，雖然亦可採用更小及更大的厚度。
繞射構件30定位在該至少一個透明材料層20上方，且被配置為針對像素化顯示設備10內的像素112提供繞射峰。
在圖3A中所繪示的一個實施例中，繞射構件30可具有相對於像素化顯示設備10是遠端的前表面處的固體對環境（solid-to-ambient）介面。如本文中所使用的，「固體對環境介面」指的是固態材料及環境氣體材料（其可為空氣）之間的介面。在此情況下，固態材料是由繞射構件30的材料所提供，其例如可包括玻璃、藍寶石、塑膠材料及/或聚合物材料。
在圖3B中所繪示的一個實施例中，透明亮面材料層40可安置在繞射構件30的前表面上。在此情況下，繞射構件30可具有針對前表面處之透明亮面材料層的介面，該前表面相對於像素化顯示設備10是遠端的。
如本文中所使用的，「亮面」指的是具有平滑前及後表面且具有大於90%之影像光澤DOI清晰度的屬性，各表面具有小於20 nm的總均方根（rms）粗糙度。如本文中所使用的，用語「影像清晰度」是由標題為「Standard Test Methods for Instrumental Measurements of Distinctness-of-Image Gloss of Coating Surfaces」之ASTM程序D57 67（ASTM 5767）的方法A定義的，其整體內容以引用方式併入本文中。依據ASTM 5767的方法A，以鏡面檢視角且以稍微偏離鏡面檢視角的角度來在透明材料片的該至少一個粗化表面上作出透明材料反射率因子量測。從這些量測獲取的值被結合以提供DOI值。具體而言，是依據以下等式來運算DOI： DOI = [1 – Ros/Rs ]X 100 其中Ros是徧離鏡面反射方向0.2°及0.4°之間的相對反射強度平均值，而Rs是鏡面方向（在+0.05°及-0.05°之間，居中在鏡面反射方向周圍）上的相對反射強度平均值。若輸入光源角相對於樣本表面法線（在此揭示案各處皆是如此）是+20°，且樣本的表面法線被採取為0°，則鏡面反射的光的量測Rs被採取為約-19.95°到-20.05°之範圍中的平均值，而Ros被採取為約-20.2°到-20.4°之範圍（或從-19.6°到-19.8°，或這兩個範圍兩者的平均值）中的平均反射強度。如本文中所使用的，DOI值應直接被解譯為指定如本文中所定義之Ros/Rs的目標比率。在某些實施例中，透明玻璃片200具有反射的散射輪廓，使得＞95%的反射光學功率被包含在±10的錐體內，其中該錐體居中在針對任何輸入角的鏡面反射方向周圍。
如本文中所使用的，「針對透明亮面材料層的介面」指的是固態材料及透明亮面材料（亦即透明且亮面的材料）之間的介面。在此情況下，固態材料是由繞射構件30的材料所提供，其例如可包括玻璃、藍寶石、塑膠材料及/或聚合物材料。透明亮面材料是由透明亮面材料層40所提供，其例如可包括具有平坦面的硼矽玻璃或不具有任何嵌入式光散射材料的任何同質玻璃材料。
對於本文中所述的任何實施例而言，繞射構件30可為與該至少一個透明材料層20實體區分的構件，或可為該至少一個透明材料層20的表面部分。若繞射構件30為該至少一個透明材料層20的表面部分，該至少一個透明材料層20可被提供為圖樣化層，或可被形成為至少一個平面材料層，該至少一個平面材料層之後可被圖樣化成圖樣化的層。
在表面顯示設備是虛擬實境頭戴裝置的情況下，組件100可安裝在頭載裝置框架200上以提供由虛擬實境頭戴裝置及虛擬顯示頭戴裝置的操作員所定義的無眩光包體。如本文中所使用的，「無眩光包體」指的是在其中不存在環境光源的包體。具體而言，由虛擬實境頭戴裝置及虛擬顯示頭戴裝置的操作員所定義的包體內的唯一照明源可為由像素化顯示設備10的像素112所進行的照明。
在一個實施例中，繞射構件30在接觸該至少一個透明材料層20之表面的背側面處可具有固體對固體介面。如本文中所使用的，「固體對固體介面」指的是第一固態材料實體接觸第二固態材料的介面。固體對固體介面可為單一連續介面，或可為可或可不彼此毗連之離散接觸區域的集合。
參照圖4A-4D，繪示了示例性繞射構件30。各繞射構件30包括具有厚度調變的圖樣化透明材料層。在一個實施例中，繞射構件30可包括一維繞射光柵、至少兩個一維繞射光柵的堆疊及二維繞射光柵中的至少一者。在一個實施例中，繞射構件30可為一維繞射光柵、二維繞射光柵或至少兩個一維繞射光柵的堆疊。在一個實施例中，繞射構件30可沿與繞射構件30的厚度方向垂直的至少一個方向具有前表面及背側面之間的週期性厚度調變。該至少一個方向可為單一方向或兩個不同方向。
在一個實施例中，繞射構件30可包括具有前表面中之第一表面調變的單一材料層，該調變沿第一方向D1延伸，如圖4A及4B中所繪示。沿第一方向D1的厚度調變可為如圖4A中所繪示的方形波類型，或可為如圖4B中所繪示的正弦波類型。厚度調變的週期性T及厚度調變的範圍2A繪示在圖4A及4B中。
在一個實施例中，繞射構件30可包括具有沿第一方向D1延伸之前表面中之第一表面調變且具有沿第二方向D2延伸之背側面中之第二表面調變的單一材料層，該第二方向與該第一方向D1不同，如圖4C中所繪示。
在一個實施例中，繞射構件30可包括兩個一維繞射光柵（30A、30B）的垂直堆疊，其沿不同的方向繞射光，如圖4D中所繪示。
選自繞射構件30的前表面及繞射構件30的背側面的至少一個表面可具有有著從0.25微米到1微米之範圍2A的週期性高度變化。在一個實施例中，選自繞射構件30的前表面及繞射構件30的背側面的僅一個表面可具有有著從0.25微米到1微米之範圍2A的週期性一維或二維高度變化。在另一實施例中，繞射構件30的前表面及繞射構件30的背側面兩者可具有有著從0.25微米到1微米之範圍2A的週期性一維或二維高度變化。
參照圖4E，繞射構件30沿與繞射構件的厚度方向垂直的至少一個方向可具有折射率調變。厚度方向為光沿以穿過的主要方向。繞射構件30可包括兩個一維繞射光柵（30A、30B）的垂直堆疊、僅一個一維繞射光柵（30A或30B）或二維繞射光柵。雖然兩個一維繞射光柵（30A、30B）被繪示為處於分離位置下，了解的是，兩個一維繞射光柵（30A、30B）可安置在彼此上，或可甚至合併以形成二維繞射光柵。可藉由引入摻雜材料來提供折射率調變以局部變換矩陣材料的折射率。具有原始折射率的矩陣材料部分構成具有第一折射率的第一折射率區域31，而包括摻雜原子的矩陣材料部分構成第二折射率區域32。第一折射率區域31及第二折射率區域32可在一維週期性陣列中或在二維週期性陣列中交錯。
在以上實施例中的各者中，繞射構件30可被配置為針對該至少一個週期性子像素陣列12提供繞射峰。在一說明性實例中，繞射構件30可具有從2微米到20微米之範圍中的週期性T。繞射峰出現在從各別子像素12側向偏移小於各別子像素間距之距離的位置處。圖5A及5B繪示用於藉由繞射構件30產生繞射峰的機構。
了解的是，可局部決定繞射構件30的週期性，及繞射構件30的週期性可從區域到區域逐漸改變。因此，繞射構件的週期性可具有視野內的變化以調節最佳檢視及最佳製造成本的組合。若繞射構件30是彎曲的，則繞射構件30的週期性可被局部決定，且可跨視野在方向上及/或在距離上變化。
參照圖5A，繪示了比較性示例性設備中的光學件，其中不在該至少一個透明材料層20上方採用繞射光柵。為了說明的目的，僅繪示第二子像素12G，且不繪示第一子像素12R及第三子像素12B。為了簡化，該至少一個透明材料層20被繪示為具有折射率n及厚度Z的單一透明材料層。在此情況下，該至少一個透明材料層20的光學厚度被Z/n給定。在該至少一個透明材料層20由各具有折射率ni 及厚度Zi 之N個透明材料層的堆疊所給定的情況下，該至少一個透明材料層20的光學厚度由以下給定，其中i為從1到N的索引：
第二子像素12G的視位13G定位在圖5A的垂直距離處，該垂直距離與該至少一個透明材料層20的光學厚度相同。固體對環境介面處的光折射繪示在圖5A中。
參照圖5B，繪示了繞射構件30及該至少一個傳導材料層20之組合中的光學件。虛線繪示針對第二子像素12G之繞射峰15G的視向（apparent direction）。中心峰14G的位置與圖5A中之第二子像素12G的視位13G相同。中心峰14G相對應於繞射圖樣的第零階尖峰，而繞射峰15G相對應於繞射圖樣的第一階尖峰。第二階繞射峰（未圖示）相較於繞射峰15G（其為第一階繞射峰）的位置可距各別的中心峰14G以雙倍距離隔開。
在一個實施例中，繞射峰15G的側向偏移距離對各別子像素間距的比率可約為1/3。繞射峰15G的側向偏移距離指的是繞射峰15G及中心峰14G之間的側向距離（在與影像顯示器的平面或像素化顯示器的平面平行的平面內），對於該中心峰而言繞射峰15G是繞射圖樣的第一階最大值。子像素間距是沿連接中心峰14G及繞射峰15G的方向提供繞射圖樣之光源的子像素間距，例如第二子像素12G沿連接中心峰14G及繞射峰15G之方向的間距。在一個實施例中，繞射峰15G的側向偏移距離對各別子像素間距的比率可在0.25到0.45的範圍中，及/或在從0.28到0.40的範圍中，及/或在從0.30到0.37的範圍中，雖然亦可採用較小及較大的比率。
參照圖6，繪示單色顯示設備的俯視圖，該顯示設備包括具有繞射構件30的兩個區域及不具有繞射構件的一區域。具有繞射構件30的兩個區域在本文中稱為繞射光柵區域G，且不具有繞射構件的區域在本文中稱為非繞射區域NG。各繞射區域G可具有圖5B的配置，而非繞射區域NG可具有圖5A的配置。繞射區域G中之網格效應的減輕清楚表現在圖6中。
各像素112可具有本領域中已知的子像素12的任何配置。某些像素配置在子像素之間包含顯著的暗區量。圖7A繪示針對Samsung Super AMOLED Quad HDTM所採用的示例性像素配置。
在一般像素配置中，各像素112包括一個第一子像素12R（亦即以第一波長（例如紅光波長（例如590 nm））發射光之第一類型的子像素）、兩個第二子像素12G（亦即以第二波長（例如綠光波長（例如530 nm））發射光之第二類型的兩個子像素）及第三子像素12B（亦即以第三波長（例如藍光波長（例如450 nm））發射光之第三類型的子像素）。在Samsung Super AMOLED Quad HDTM的示例性情況下，第一子像素12R為紅色像素，第二子像素12G為綠色子像素，而第三子像素12B為藍色子像素。
各相同類型的子像素集合12針對各別子像素提供照明面積。因此，第一子像素12R集合提供如圖7B中所繪示的第一照明面積，其為第一子像素12R之所有面積的總和。同樣地，第二子像素12G集合提供如圖7C中所繪示的第二照明面積，其為第二子像素12G之所有面積的總和，而第三子像素12B集合提供如圖7D中所繪示的第三照明面積，其為第三子像素12B之所有面積的總和。
在一說明性實例中，可如圖3A及3B中所繪示地採用包括光學特徵（例如繞射光柵）之二維週期性陣列的繞射構件20，以針對各類型的子像素提供繞射峰。在一說明性實例中，可基於受選類型之子像素的波長及週期性來選擇繞射光柵30之特徵沿像素陣列112之各週期性方向的週期性。例如，可針對最佳效能選擇具有最小照明面積的子像素或具有中間波長的子像素。在一說明性實例中，可在RGB顯示器中選擇綠色子像素，因為綠光具有紅光及藍光之間的中間波長。在此情況下，綠色子像素之繞射峰的側向偏移距離對綠色子像素的子像素間距的比率可在0.25到0.45的範圍中，及/或在從0.28到0.40的範圍中，及/或在從0.30到0.37的範圍中，雖然亦可採用較小及較大的比率。在此情況下，綠色子像素的繞射峰可定位在子像素間距（亦即綠色子像素的最近相鄰距離）的約1/3。
圖7E、7F及7G繪示在放置繞射構件30之後的表觀照明面積（如由似乎發射（以尖峰強度之至少1 %的強度）顯著光量的區域所決定的），該繞射構件被配置為產生具有與第零階尖峰（亦即中心峰）相同強度的第一階繞射峰。圖7E繪示如由檢視者針對紅色像素所觀察的表觀照明面積，圖7F繪示如由檢視者針對綠色像素所觀察的表觀照明面積，而圖7G繪示如由檢視者針對藍色像素所觀察的表觀照明面積。
如圖7E、7F及7G中所繪示，本揭示案之繞射構件30的使用以預定義方式（亦即基於繞射構件30中之光學特徵的週期性來採用針對各波長獨一地決定的強度輪廓）增加表觀的照明面積。
總發光子像素面積對暗面積（如在相同類型的所有子像素發光而所有其他類型的子像素關閉時所運算的）的比率稱為針對各類型之子像素的子像素填充分數。不同類型的子像素可具有不同的填充比率。在一般的檢視條件下，眼睛不能解析子像素，而暗區在視覺上消失了。然而，虛擬實境（VR）系統包含如圖3A中所繪示的額外透鏡300。透鏡300放大個別的子像素，使得暗區非常明顯，如圖1的左側圖片中所繪示。本揭示案的方法藉由增加表觀照明面積（亦即發光面積）同時減少暗面積，來消除或減少此類暗區。
依據本揭示案的一態樣來增加表觀照明面積的方法與藉由引入隨機散射（例如採用漫射材料塗層）來增加表觀照明面積的技術不同。本揭示案的繞射構件30針對發射相同尖峰波長的光的各子像素提供預定義及受控的均勻光強度分佈輪廓，雖然使用漫射材料引入了隨機的光的散射，卻造成了隨機變化光的強度分佈輪廓。因此，本揭示案的方法相較於採用引入不可預測的隨機光散射的漫射材料層的方法可提供更尖銳的影像。
在一個實施例中，該至少一個週期性子像素陣列中的一或更多者可具有小於像素化顯示設備10的總顯示面積0.25倍的總面積。如本文中所使用的，子像素陣列的「總面積」指的是陣列中之子像素之所有面積的總和。如本文中所使用的，像素化顯示設備的「總顯示面積」指的是由像素化顯示設備之像素陣列的周邊所包容的顯示區域面積。
在一個實施例中，各第一階繞射峰相對於相對應的中心峰（亦即第零階尖峰）可具有可比較的強度，亦即中心峰之強度的至少50 %。在一個實施例中，對於該至少一個週期性子像素陣列中的一者而言，第一階繞射峰對各別第零階繞射峰的強度比率可在從0.5到1.5的範圍中，及/或在從0.75到1.25的範圍中。在一個實施例中，對於各個週期性子像素陣列而言，第一階繞射峰對各別第零階繞射峰的強度比率可在從0.5到1.5的範圍中，及/或在從0.75到1.25的範圍中。
在一個實施例中，僅中心峰（亦即第零階尖峰）及第一階繞射峰可具有顯著的強度（亦即對於居中在中心峰周圍的任何照明圖樣而言大於最大照明強度10 %的強度）。在一個實施例中，對於該至少一個週期性子像素陣列中的一者而言，第二階繞射峰對各別第零階繞射峰的強度比率可小於0.1，及/或小於0.05，及/或小於0.01。在一個實施例中，對於各週期性子像素陣列而言，第二階繞射峰對各別第零階繞射峰的強度比率可小於0.1，及/或小於0.05，及/或小於0.01。
在一個實施例中，依據本揭示案之實施例的表面顯示單元可為虛擬實境頭戴裝置，而像素化顯示設備10可為被配置為在由虛擬實境頭戴裝置及虛擬顯示頭戴裝置的操作員所定義的無眩光包體內提供顯示影像的頭戴式顯示器，該操作員穿戴該虛擬實境頭戴裝置。在一個實施例中，該至少一個透明材料層20可接觸像素化顯示設備10及繞射構件30。在一個實施例中，頭戴式顯示器中的二維像素陣列可具有不足的像素密度卻移除網格效應。例如，頭戴式顯示器中的二維像素陣列可具有從每吋200像素到每吋2,500像素之範圍中的解析度，其對於在無繞射構件30的情況下消除網格效應的用途而言是不足或邊際的。在此情況下，該至少一個透明材料層20上之繞射構件30的存在可完全或部分消除網格效應。
在一個實施例中，可藉由提供頭載裝置框架200、提供像素化顯示設備10、該至少一個透明材料層20及繞射構件30的組件100以及將組件100安裝到頭載裝置框架200，來形成本揭示案的表面顯示單元。如以上所討論的，繞射構件30可具有相對於像素化顯示設備10是遠端的前表面處的固體對環境介面。
在一個實施例中，二維像素陣列包括複數個週期性子像素陣列，使得不同週期性陣列中的子像素以不同尖峰波長發射光，且該繞射構件可包括一維繞射光柵、兩個一維繞射光柵的堆疊及二維繞射光柵中的至少一者。
附加性或替代性地，二維像素陣列可包括以相同尖峰波長發射光且具有一子像素間距的至少一個週期性子像素陣列；該繞射構件可被配置為在從各別子像素側向偏移一距離的位置處針對該至少一個週期性子像素陣列提供繞射峰，該距離小於一各別子像素間距；一繞射峰的一側向偏移距離對該各別子像素間距的一比率可在從0.25到0.45的範圍中；該至少一個週期性子像素陣列可包括一紅色子像素週期性陣列、一綠色像素週期性陣列及一藍色像素週期性陣列；該至少一個週期性子像素陣列中的一者可具有小於該像素化顯示設備之一總顯示面積0.25倍的一總面積；對於該至少一個週期性子像素陣列中的一者而言，一第一階繞射峰對一各別第零階繞射峰的一強度比率可在從0.5到1.5的範圍中；及/或對於該至少一個週期性子像素陣列中的該一者而言，一第二階繞射峰對一各別第零階繞射峰的一強度比率可小於0.1。
附加性或替代性地，該至少一個透明材料層可具有從50微米到1 mm之一範圍中的一厚度；該繞射構件可具有從2微米到20微米之一範圍中的一週期性；選自該繞射構件的該前表面及該繞射構件的一背側面的一表面可具有有著從0.25微米到1微米之一範圍的一週期性高度變化；及該二維像素陣列可具有從每吋200像素到每吋2,500像素之一範圍中的一解析度。
以下討論進一步描述設計本揭示案之繞射構件30的原理及非限制性說明性實例。雖然在下文討論，可以與以上說明一致的任何方式採用本揭示案的設備及方法，因為僅為了描述所揭露之設備的一般運作原理及示例性應用而提供以下說明，且以下說明並不限制本揭示案的範圍。 基本光柵設計
消除暗面積的理想方法是在使像素間距恆定的同時個別稍微放大各像素。這可能看來是不可能的，但小心設計的繞射透射光柵將準確執行所需運作。用於透射之方形及正弦波形繞射光柵之輪廓的討論為了簡化起見在本文中限於圖4A或4B中所繪示的那些輪廓。圖4A及4B的光柵亦稱為相位光柵。對於方形光柵而言，光相位由以下所給定： 其中T是週期，Dn是表面任一側上的折射率對比，l是波長，而A是物理振幅因數。各種繞射階m的繞射效率DE由以下給定：
理想上，繞射光柵在m=0及m=±1階上會具有大約相等的繞射效率，雖然這對於移除網格效應而言並非是嚴格地必要的。若假設相等，則以下條件是需要的：
這個的第一解是Df~1.0，但對於Df存在一系列的解。這導致約87.6%的光在中心階中而12.4%的光在較高的繞射階中。較高階中的光將導致不想要的像素模糊。
對於正弦光柵而言，相位及繞射效率由以下給定： 其中J0 及J1 為第一類貝索函數。現在m=0及m=±1在Df~1.43時且對於在|J0 (Df)|= |J1 (Df)|時發現的一系列的其他值而言是相等的。對於正弦透射光柵而言，~ 90%的光將在m=0及m=±1階中。
對於正入射角而言，m階的繞射角qm 由以下給定：為了以距像素距離Z的光柵獲取dx的側向像素偏移，需要的是：其中n是光柵及像素間之材料的折射率。對於正入射及小的qm 而言，所需的光柵週期由以下給定：
對於|m|=1，獲取了以下條件：在此情況下，dx會被選擇為消除像素之間的暗區。合適的選擇可為dx=L/3，其中L是完整的像素間距。
對於高解析度顯示器而言，用於光柵的玻璃基板可能需要相對地厚以獲得容易製造的間距。例如，對於0.530微米的波長、Z=100微米、n=1.5且dx=44/3微米而言，光柵週期僅為2.4微米。這可需要光學平版印刷術且可為昂貴的。若基板被增加到Z=500微米，則間距將增加到12微米，且可以更廣種類的技術（包括鑽石車削及微複製）來製造光柵。 波長相依性
雖然等式取決於波長，人眼的明視響應相較於在其他色彩中在綠色中是更高的，白色影像中約70%的亮度是由綠色所產生的。如此，一般較佳的是最佳化綠色（~ 530 nm）中的系統參數及接受其他波長處的某些降級（稍微較低的解析度）。
例如，針對530 nm設計的方形光柵將在m=0及m=±1階中具有大約29%的功率（對於總共87%而言）。然而在430 nm處，m=0及m=±1階會分別具有11%及36%（對於總共83%而言），而在630 nm處，它們會分別具有44%及23%（對於總共89%而言）。 角相依性
在VR系統中，使用者的眼睛相對於顯示器的位置是固定的。顯示器亦非常靠近眼睛，且因為此臨近性，視野之極端中的像素（垂直及水平的兩者）可能需要藉由稍微更改的光柵來檢視。這可被了解，若吾人注意到：  (1)在光柵qi (x)的情況下具有非零入射角的射線遵循稍微更複雜的光柵等式：其中qi (x)及qm (x)皆是相對於光柵法線而定義的，所以它們具有相反的符號。 (2)極端像場處的射線前行通過Z/cos(qi (x))的光柵基板厚度，其中由|qi (x) -qm (x)|所給定。
這兩個效應結合以向光柵週期給予空間相依性，該空間相依性可使用以上等式來解出。然而，發明人已發現的是，角相依性僅具有小的衝擊。此入射角（玻璃中的）可高達20度（假設在空氣中是30度）。使用我們的實例（0.530微米的波長、Z=100微米、n=1.5及dx=44/3微米），m=±1的像素偏折會是20度下的17.3及15.9微米而非針對Samsung OLED顯示器的44/3=14.7微米。這看起來並不像是顯著的損害，且不會需要光柵間距校正。
此問題的替代解決方案會為具有彎曲螢幕前面之彎曲光柵的實施例。 光柵設計
雖然僅具體提及一維方形及正弦波形透射光柵，已知的是，其他光柵形狀可進一步改良所需的階中的繞射效率。這些光柵可能更難以製造，特別是在想要有薄的基板時。
雖然僅具有dx=L/3之情況下之m=0及m=±1階的光柵是較佳的，可能具有有著dx=L/5情況下之m=0、m=±1及m=±2階的光柵，或甚至具有dx=L/7情況下之m=0, m=±1、m=±2及m=±3階的光柵。這會導致較大的光柵週期T，其可較容易製造。
本文中已將討論限制於僅一維的光柵，但此處所述的概念可延伸至二維以在兩個維度中消除網格效應。例如，2D矩形光柵會由以下所給定：
像素圖樣（例如圖7A中的Super AMOLED Quad HD）會需要在各維度中具有12微米週期的對稱的2D繞射光柵（假設500微米的基板，其中n=1.5）。這會是針對2D矩形光柵之棋盤狀的光柵圖樣，或針對2D正弦光柵之平滑凸緣的方晶格。如先前區段中所述，會針對綠色波長設計光柵，且其他色彩會因此具有次佳的光柵週期及振幅。
另一實施例會是兩個正交的1D光柵，其放置在彼此附近以單獨繞射各方向，如圖4D中所繪示。
存在各式各樣的像素幾何形狀及填充分數。發明人預料的是，可藉由作為一設計選擇0.530微米波長及定向光柵使得綠色子像素被適當置換，來設計適當的2D光柵。光柵週期及正交方向上的振幅可為不同的，以考慮不對稱的幾何形狀。
必須選擇光柵的定向以避免由光柵及像素兩者的週期性本質造成的莫瑞條紋。這需要準確地製造光柵週期，且對準亦必須非常準確。莫瑞條紋將呈現為以平行條帶方式跨越顯示器的暗帶。
本文中討論週期性光柵，繞射圖樣可以隨機相位圖樣製造，該隨機相位圖樣的截止頻率使得繞射角能量分佈是矩形分佈，其中繞射錐體等於像素尺寸除以像素到繞射構件的距離。此圖樣可為一或二維，且可使用兩個層狀的1D光柵。
光柵的物理振幅由以下等式中的2A所給定：
對於矩形光柵而言，在m=0及m=±1階中產生相等強度的光柵相位振幅為Df=1。對於l=0.530微米且假設玻璃/空氣介面（Dn=0.5），光柵的振幅是2A=0.338微米。對於正弦光柵而言，這會是2A=0.480微米。
若以環氧樹脂將光柵黏合在顯示器中，則可能不存在玻璃空氣介面。重要的是，環氧樹脂的折射率高於或低於玻璃的折射率，使得Dn是非零的。若Dn被減少至0.1（亦即n=1.4的環氧樹脂），則新的光柵振幅會是2A=2.4微米，以在m=0及m=±1階中達成相等的繞射。
可能製造不需要表面起伏的體積光柵（volume grating）。反而，A必須被解譯為材料裡面的等效距離，折射率在該距離上已變化。為於具有梯度折射率（在顯示器的平面上變化、與顯示器平面正交地變化或皆與顯示器平面平行及垂直地變化）的材料而言，可能需要積分表達式來計算通過材料累積的光相位。在該情況下，最好假設以下的光柵相位： 彎曲的基板
對於VR系統的未來設計可包含彎曲的顯示螢幕。可將此處所述的所有技術用在彎曲基板上，該彎曲基板可減輕針對以非正入射檢視的顯示區域補償光柵的需要。 製造：
可藉由浮花壓製法、微複製、印刷、雷射圖樣化、平版印刷術、微機械加工、3D列印等等在聚合物或玻璃材料中以各種方式製造低成本的繞射光柵。光柵可為：透明基板上的表面處理；層壓至基板的單獨薄膜；或透明基板中的體積光柵。可在高溫鹽浴中使用離子交換玻璃藉由離子交換法來製造後者的實施例。
氣隙可併入在光柵的任一側上以供改良效能。光柵亦可包括抗反射鍍膜以避免肇因於反射的損失。
對於VR系統的未來設計可包含彎曲的顯示螢幕。此處所述的所有技術可用在彎曲基板上。 實驗示範：
已為了示範發明性概念採用離子交換光柵以提供強化的視野。發明人亦已使用商用相位光柵來示範發明性概念。
雖然以上參照特定較佳實施例，將了解的是，本揭示案並不如此受限。本領域中具有通常技藝者將發生的是，可對所揭露的實施例作出各種更改，且此類更改要是在本揭示案的範圍內。凡在本揭示案說明採用特定結構及/或配置的實施例，了解的是，可以功能上等效的任何其他相容結構及/或配置實行本揭示案，假設此類替換未被明確禁止或本領域中具有通常技藝者原本就知道是不可能的。
亦要了解的是，如本文中所使用的，用語「該」、「一（a）」或「一（an）」指的是「至少一個」，且不應限於「只有一個」，除非明確地相反指示。例如，因此對於「層」的指稱包括具有二或更多個如此層的實例，除非原本上下文清楚指示。同樣地，「複數」或「陣列」欲指示「多於一個」。
範圍在本文中可表達為從「約」一個特定值及/或至「約」另一特定值。當表達此類範圍時，實例包括從該一個特定值及/或至該另一特定值。類似地，當藉由使用先行詞「約」將值表達為近似值時，將了解的是，該特定值形成另一態樣。將進一步了解的是，範圍中之各者的端點相對於另一端點及獨立於另一端點而言皆是顯著的。
如本文中所使用的用語「實質」、「實質地」及其變化係欲註記的是，所述特徵係相等或大約相等於一值或說明。例如，「實質均勻」的表面欲指示均勻的或大約均勻的表面。
除非原本明確表明，絕不欲本文中所闡述的任何方法被建構為需要其步驟以特定順序執行。據此，凡方法實際上並不記載要由其步驟所遵循的順序或在請求項或說明書中原本未具體表明將步驟限於特定順序，絕不欲推斷任何特定順序。
雖然可使用傳統用句「包括」來揭露特定實施例的各種特徵、構件或步驟，要了解的是，係隱含替代性實施例（包括可能使用傳統用句「包含」或「實質包含」來描述的那些實施例）。例如，因此，對於包括A+B+C之方法所隱含的替代性實施例包括方法包含A+B+C的實施例及方法實質包含A+B+C的實施例。
8‧‧‧基板
10‧‧‧表面顯示設備
12‧‧‧子像素
12B‧‧‧第三子像素
12G‧‧‧第二子像素
12R‧‧‧第一子像素
13G‧‧‧視位
14G‧‧‧中心峰
15G‧‧‧繞射峰
20‧‧‧傳導材料層
30‧‧‧繞射構件
30A‧‧‧一維繞射光柵
30B‧‧‧一維繞射光柵
31‧‧‧第一折射率區域
32‧‧‧第二折射率區域
40‧‧‧透明亮面材料層
100‧‧‧組件
112‧‧‧二維像素陣列
200‧‧‧頭載裝置框架
300‧‧‧透鏡
A‧‧‧物理振幅因數
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
G‧‧‧繞射區域
NG‧‧‧非繞射區域
T‧‧‧週期性
Z‧‧‧厚度
L‧‧‧像素間距
圖1為網格效應的說明。圖1的左側影像顯示網格效應，其中各像素由暗區域所圍繞。圖1的右側影像圖示不具有網格效應的影像，可例如藉由採用具有更多影像像素的螢幕及更大的檢視距離來獲取該影像。
圖2為依據本揭示案之實施例之虛擬實境頭戴裝置的透視圖，該頭戴裝置採用像素化顯示設備及繞射構件的組合。
圖3A為圖2之虛擬實境頭戴裝置之變化的示意橫截面圖。
圖3B為圖2之虛擬實境頭戴裝置之變化的示意橫截面圖。
圖4A為本揭示案之繞射構件之第一實施例的透視圖。
圖4B為本揭示案之繞射構件之第二實施例的透視圖。
圖4C為本揭示案之繞射構件之第三實施例的透視圖。
圖4D為本揭示案之繞射構件之第四實施例的透視圖。
圖4E為本揭示案之繞射構件之第五實施例的透視圖。
圖5A為比較性示例性設備之光學件的示意說明，其中未採用繞射光柵。
圖5B為本揭示案之示例性設備中之光學件的示意說明。
圖6為單色顯示設備的俯視圖，該顯示設備包括具有繞射構件的兩個區域及不具有繞射構件的一區域。
圖7A為具有像素陣列之三色顯示設備的俯視圖。
圖7B為圖7A之三色顯示設備的俯視圖，其中僅第一類型的子像素在該等子像素上沒有繞射光柵的情況下發射光。
圖7C為圖7A之三色顯示設備的俯視圖，其中僅第二類型的子像素在該等子像素上沒有繞射光柵的情況下發射光。
圖7D為圖7A之三色顯示設備的俯視圖，其中僅第三類型的子像素在該等子像素上沒有繞射光柵的情況下發射光。
圖7E為圖7A之三色顯示設備的俯視圖，其中僅第一類型的子像素在該等子像素上有繞射光柵的情況下發射光。
圖7F為圖7A之三色顯示設備的俯視圖，其中僅第二類型的子像素在該等子像素上有繞射光柵的情況下發射光。
圖7G為圖7A之三色顯示設備的俯視圖，其中僅第三類型的子像素在該等子像素上有繞射光柵的情況下發射光。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
(請換頁單獨記載) 無
100‧‧‧組件
200‧‧‧頭載裝置框架

Claims (20)

  1. 一種表面顯示單元，包括： 一像素化顯示設備，包括一二維像素陣列； 至少一個透明材料層，定位在該像素化顯示設備上方；及 一繞射構件，定位在該至少一個透明材料層上方，且被配置為針對該像素化顯示設備內的像素提供繞射峰， 其中該繞射構件具有選自一固體對環境介面的一介面及相對於該像素化顯示設備是遠端的一前表面處之針對一透明亮面材料層的一介面。
  2. 如請求項1所述之表面顯示單元，其中該繞射構件在接觸該至少一個透明材料層的一表面的一背側面處具有一固體對固體介面。
  3. 如請求項2所述之表面顯示單元，其中該繞射構件沿至少一個方向具有該前表面及該背側面之間的一厚度調變。
  4. 如請求項1所述之表面顯示單元，其中該繞射構件沿至少一個方向具有一折射率調變。
  5. 如請求項1所述之表面顯示單元，其中： 該二維像素陣列包括以相同尖峰波長發射光且具有一子像素間距的至少一個週期性子像素陣列；及 該繞射構件被配置為針對該至少一個週期性子像素陣列提供繞射峰，該等繞射峰出現在從各別子像素側向偏移一距離的位置處，該距離小於一各別子像素間距。
  6. 如請求項5所述之表面顯示單元，其中一繞射峰的一側向偏移距離對該各別子像素間距的一比率是在從0.25到0.45的範圍中。
  7. 如請求項5所述之表面顯示單元，其中： 該至少一個週期性子像素陣列包括一紅色子像素週期性陣列、一綠色像素週期性陣列及一藍色像素週期性陣列；及 該至少一個週期性子像素陣列中的一者具有小於該像素化顯示設備之一總顯示面積0.25倍的一總面積。
  8. 如請求項5所述之表面顯示單元，其中： 對於該至少一個週期性子像素陣列中的一者而言，一第一階繞射峰對一各別第零階繞射峰的一強度比率是在從0.5到1.5的範圍中；及 對於該至少一個週期性子像素陣列中的該一者而言，一第二階繞射峰對一各別第零階繞射峰的一強度比率小於0.1。
  9. 如請求項1所述之表面顯示單元，其中： 該二維像素陣列包括複數個週期性子像素陣列，其中不同週期性子像素陣列中的子像素以不同尖峰波長發射光；及 該繞射構件包括一一維繞射光柵、兩個一維光柵的一堆疊及一二維繞射光柵中的至少一者。
  10. 如請求項1所述之表面顯示單元，其中該繞射構件包括沿不同方向繞射光的兩個一維繞射光柵的一垂直堆疊。
  11. 如請求項1所述之表面顯示單元，其中該繞射構件包括一單一材料層，該單一材料層具有該前表面中沿一第一方向延伸的一第一表面調變，且具有一背側面中沿一第二方向延伸的一第二表面調變，該第二方向與該第一方向不同。
  12. 如請求項1所述之表面顯示單元，其中： 該至少一個透明材料層具有從50微米到1 mm之一範圍中的一厚度； 該繞射構件具有從2微米到20微米之一範圍中的一週期性；及 選自該繞射構件的該前表面及該繞射構件的一背側面的一表面具有有著從0.25微米到1微米之一範圍的一週期性高度變化。
  13. 如請求項1所述之表面顯示單元，其中： 該表面顯示單元為一虛擬實境頭戴裝置；及 該像素化顯示設備為一頭戴式顯示器，該頭戴式顯示器被配置為在一無眩光包體內提供一顯示影像，該無眩光包體是由該虛擬實境頭戴裝置及該虛擬顯示頭戴裝置的一操作員所定義。
  14. 如請求項13所述之表面顯示單元，其中： 該至少一個透明材料層接觸該像素化顯示設備及該繞射構件；及 該二維像素陣列具有從每吋200像素到每吋2,500像素之一範圍中的一解析度。
  15. 如請求項1所述之表面顯示單元，其中該至少一個透明材料層包括一氣隙。
  16. 一種虛擬實境頭戴裝置，包括： 一頭戴裝置框架；及 一像素化顯示設備、至少一個透明材料層及一繞射構件的一組件， 其中： 該組件安裝在該頭載裝置框架上，以提供由該虛擬實境頭戴裝置及該虛擬顯示頭戴裝置的一操作員所定義的一無眩光包體； 該像素化顯示設備包括一二維像素陣列； 該至少一個透明材料層定位在該像素化顯示設備及該繞射構件之間；及 該繞射構件被配置為針對該像素化顯示設備內的像素提供繞射峰。
  17. 如請求項16所述之虛擬實境頭戴裝置，其中該繞射構件具有選自一固體對環境介面的一介面及相對於該像素化顯示設備是遠端的一前表面處之針對一透明亮面材料層的一介面。
  18. 如請求項16所述之虛擬實境頭戴裝置，其中： 該二維像素陣列包括複數個週期性子像素陣列，其中不同週期性子像素陣列中的子像素以不同尖峰波長發射光；及 該繞射構件包括一一維繞射光柵、至少兩個一維繞射光柵的一堆疊及一二維繞射光柵中的至少一者。
  19. 如請求項16所述之虛擬實境頭戴裝置，其中： 該二維像素陣列包括以相同尖峰波長發射光且具有一子像素間距的至少一個週期性子像素陣列； 該繞射構件被配置為在從各別子像素側向偏移一距離的位置處針對該至少一個週期性子像素陣列提供繞射峰，該距離小於一各別子像素間距； 一繞射峰的一側向偏移距離對該各別子像素間距的一比率是在從0.25到0.45的範圍中； 該至少一個週期性子像素陣列包括一紅色子像素週期性陣列、一綠色像素週期性陣列及一藍色像素週期性陣列； 該至少一個週期性子像素陣列中的一者具有小於該像素化顯示設備之一總顯示面積0.25倍的一總面積； 對於該至少一個週期性子像素陣列中的一者而言，一第一階繞射峰對一各別第零階繞射峰的一強度比率是在從0.5到1.5的範圍中；及 對於該至少一個週期性子像素陣列中的該一者而言，一第二階繞射峰對一各別第零階繞射峰的一強度比率小於0.1。
  20. 如請求項16所述之虛擬實境頭戴裝置，其中： 該至少一個透明材料層具有從50微米到1 mm之一範圍中的一厚度； 該繞射構件具有從2微米到20微米之一範圍中的一週期性； 選自該繞射構件的該前表面及該繞射構件的一背側面的一表面具有有著從0.25微米到1微米之一範圍的一週期性高度變化；及 該二維像素陣列具有從每吋200像素到每吋2,500像素之一範圍中的一解析度。
TW106104010A 2016-02-08 2017-02-08 用以減少顯示器中之像素分離之可見性的繞射構件以及包括該繞射構件的表面顯示單元及虛擬實境頭戴裝置 TWI714719B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662292571P 2016-02-08 2016-02-08
US62/292,571 2016-02-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201732372A true TW201732372A (zh) 2017-09-16
TWI714719B TWI714719B (zh) 2021-01-01

Family

ID=58054541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106104010A TWI714719B (zh) 2016-02-08 2017-02-08 用以減少顯示器中之像素分離之可見性的繞射構件以及包括該繞射構件的表面顯示單元及虛擬實境頭戴裝置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10921607B2 (zh)
TW (1) TWI714719B (zh)
WO (1) WO2017139245A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI694271B (zh) * 2018-05-20 2020-05-21 宏達國際電子股份有限公司 操作方法、頭戴式裝置及追蹤系統

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102648410B1 (ko) * 2016-03-11 2024-03-18 엘지디스플레이 주식회사 근안 표시 장치
US10684482B2 (en) * 2017-04-05 2020-06-16 Facebook Technologies, Llc Corrective optics for reducing fixed pattern noise in head mounted displays
KR20200090819A (ko) * 2017-12-20 2020-07-29 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 구조화된 광학 표면 및 광학 이미징 시스템
KR102650669B1 (ko) * 2018-07-19 2024-03-26 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
DE102018132542A1 (de) 2018-12-17 2020-06-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronische leuchtvorrichtung und herstellungsverfahren
US11094128B2 (en) * 2019-10-08 2021-08-17 Panasonic Avionics Corporation Utilizing virtual reality and hi-definition camera technology to allow passengers to experience flight path
US11908846B1 (en) 2019-12-03 2024-02-20 Apple Inc. Displays with non-periodic opaque structures
US11650368B1 (en) 2019-12-05 2023-05-16 Apple Inc. Electronic device with an optical coupling layer and diffractive layer
US11567311B1 (en) 2020-05-14 2023-01-31 Apple Inc. Devices with displays having transparent openings
US12058916B1 (en) 2020-05-28 2024-08-06 Apple Inc. Devices with displays having transparent openings and a diffractive layer
CN115956357B (zh) 2020-08-10 2024-01-02 苹果公司 具有透明开口的显示器
CN114360367B (zh) * 2020-10-13 2023-04-11 京东方科技集团股份有限公司 可穿戴显示设备
US11854490B1 (en) 2021-08-16 2023-12-26 Apple Inc. Displays with gate driver circuitry in an active area
US11864452B1 (en) 2021-08-24 2024-01-02 Apple Inc. Black masking layer in displays having transparent openings
US11751462B1 (en) 2022-03-01 2023-09-05 Apple Inc. Devices with displays having transparent openings and touch sensor metal

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5755501A (en) * 1994-08-31 1998-05-26 Omron Corporation Image display device and optical low-pass filter
TW456722U (en) 1998-04-14 2001-09-21 Shie Han Ping Image improving diffractive grating for electronic imaging system
JP2000098293A (ja) 1998-06-19 2000-04-07 Canon Inc 画像観察装置
US7365721B2 (en) 2002-07-08 2008-04-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Projection display
US20100177129A1 (en) 2009-01-12 2010-07-15 Fredlund John R Artifact reduction in optical scanning displays
US9535280B2 (en) 2011-05-27 2017-01-03 Corning Incorporated Engineered antiglare surface to reduce display sparkle
US9952042B2 (en) 2013-07-12 2018-04-24 Magic Leap, Inc. Method and system for identifying a user location
KR102200036B1 (ko) * 2014-06-13 2021-01-07 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 스파클 감소용 광학 스택

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI694271B (zh) * 2018-05-20 2020-05-21 宏達國際電子股份有限公司 操作方法、頭戴式裝置及追蹤系統

Also Published As

Publication number Publication date
US10921607B2 (en) 2021-02-16
US20190041658A1 (en) 2019-02-07
WO2017139245A1 (en) 2017-08-17
TWI714719B (zh) 2021-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI714719B (zh) 用以減少顯示器中之像素分離之可見性的繞射構件以及包括該繞射構件的表面顯示單元及虛擬實境頭戴裝置
US8749722B2 (en) Display device displaying an image for a first viewpoint and an image for a second viewpoint
KR102105576B1 (ko) 스파클 감소 표면을 갖는 멀티-칼라 픽셀형 디스플레이
JP5792616B2 (ja) 光学装置及びその光学装置を組み込んだ自動立体視ディスプレイ装置
KR101512578B1 (ko) 렌티큘라 렌즈 격자, 액정 격자 및 디스플레이 장치
CN107923600A (zh) 使用移位多束衍射光栅对多视图显示器角度子像素渲染
JP5544646B2 (ja) 表示装置及び端末装置
US9274345B2 (en) Multiple view display
WO2010073191A1 (en) Autostereoscopic display device
CN108605121B (zh) 使用具有正方形元件轮廓的折射光束映射器减少自动立体显示器中的莫尔干涉的方法和系统
CN110832381A (zh) 具有结构化表面的虚拟和增强现实设备
US11415728B2 (en) System and method for holographic displays
CN114545648B (zh) 一种显示面板及其制作方法
US8378940B2 (en) Display apparatus
CN108770384B (zh) 用折射光束映射器减少包括多个显示器的显示系统中的莫尔干涉的方法和系统
Fattal et al. A multi-directional backlight for a wide-angle, glasses-free 3D display
US20070030552A1 (en) Optical element, optical device, mobile information terminal, and manufacturing method
JP2014115576A (ja) 表示装置
US10684491B2 (en) Method and system using refractive beam mapper having square element profiles to reduce moire interference in a display system including multiple displays
JP5295911B2 (ja) 液晶表示装置
KR101409992B1 (ko) 휘도강화 확산필름
CN221303616U (zh) 一种耦出组件及光波导
CN111183391A (zh) 用于在包括多个显示器的显示系统中减少菲涅耳去偏振以改善图像对比度的方法和系统
TWI734640B (zh) 集成式立體影像顯示裝置
KR20230066102A (ko) 광학 필름 및 표시 장치