具有针孔状聚集器阵列的背面投影屏幕的制作方法

本发明总体上涉及显示技术，具体地但非排他地涉及背面投影屏幕。

背景技术：

传统的背面投影屏幕使用磨砂屏幕形式的薄漫射层(diffusinglayer)。图像被投影到漫射层的后面上，在那里其被漫射并散射到观察环境中。漫射层提供图像表面，并且其漫射性质用于增加可以观察图像的视角。通常，这些简单的漫射层投影屏幕在光线充足的房间中具有差的对比度。这种差的对比度至少部分地由于环境光的往回散射到观察环境中，从而有害地影响背面投影屏幕的黑色水平和对比度。

附图说明

参考以下附图描述本发明的非限制性和非穷尽性实施例，其中除非另有说明，相同的附图标记贯穿各种视图表示相同部件。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明所描述的原理上。

图1示出了根据本公开的实施例的显示面板，其包括具有带金属反射涂层的聚集结构的阵列的背面投影屏幕。

图2示出了根据本公开的实施例的显示面板，其包括具有形成具有抛物线横截面的聚集光学路径的聚集结构的阵列的背面投影屏幕。

图3示出了根据本公开的实施例的显示面板，其包括具有覆盖的圆形偏振器的背面投影屏幕。

图4示出了根据本公开的实施例的显示面板，其包括背面投影屏幕，背面投影屏幕包括设置在聚集器结构的阵列后的线性偏振层。

图5示出了根据本公开的实施例的显示面板，其包括具有(“tir”)全内反射界面的聚集结构的阵列的背面投影屏幕。

图6示出了根据本公开的实施例的显示面板，其包括具有(“tir”)全内反射界面的聚集结构的阵列的背面投影屏幕。

图7示出了根据本公开的实施例的显示面板，其包括具有光焦度的弯曲的针孔状孔的阵列的背面投影屏幕。

图8示出了根据本公开的实施例的显示面板，其包括具有散射元件和针孔状孔的阵列的背面投影屏幕。

图9a和9b示出了根据本公开的实施例的包括背面投影屏幕和用于弄弯主光线的各种透镜层的显示面板。

图10a、10b和10c示出了根据本公开的实施例的聚集器结构的针孔状孔和输入孔的各种示例横截面形状。

图11a和11b是根据本公开的实施例的聚集器结构的示例阵列的透视图。

图12是示出根据本公开的实施例的示例背面投影显示器的功能层的透视图。

具体实施例方式

这里描述了包括针孔状孔阵列的背面投影屏幕的装置、系统和操作方法的实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者用其他方法、组件、材料等实践本文描述的技术。在其他情况下，公知的结构、材料或操作未被详细地示出或描述以避免模糊某些方面。

在本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合实施例来描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的各个地方的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征、结构或特征可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中。

图1-9示出了背面投影屏幕的实施例，其包括由聚集器结构的阵列围绕的针孔状孔的阵列，所述每个实施例都包括各种特征的。应当理解，在许多情况下，图1到9不说明相互排斥的特征。相反，图1至9所示的特征可以以各种不同的组合实施例组合，并且各种特征可以彼此协作地操作。

图1示出了根据本公开的实施例的显示面板100。显示面板100的所示实施例包括显示模块105和背面投影屏幕110。背面投影屏幕110的所示实施例包括透明基板115，所述透明基板115具有横过背面投影屏幕110的与观察侧130相对的后侧125设置的聚集器结构120的阵列。阵列120的所示实施例包括具有反射界面140的结构135，所述反射界面140限定聚集光学路径145。聚集光学路径145具有用于从显示模块105接收显示光101的输入孔150和用于将显示光101发射到观察环境中的针孔状孔155。应当理解，在许多情况下，仅标记具有许多实例的所示元件的单个实例，以便不会使附图混乱。

聚集器结构120的阵列限定了将显示光101收集和聚集到针孔状孔155的阵列中的聚集光学路径145。较大的输入孔150通过增加显示光101的接收角而有效地收集从显示模块105输出的显示光101。每个光学路径145将来自较大输入孔150的收集的光反射地向下聚集到较小的针孔状孔155。显示光101到针孔状孔155中的这种聚集用于增加从观察侧130发射的显示光101的发散。增加的发散提供更大的显示面板100的视角。

在一个实施例中，结构135由黑光吸收材料(例如，图案化的光刻胶等)形成，所述黑光吸收材料吸收从观察侧130入射到结构135上的环境光。光学路径145的聚集横截面形状增加观察侧130的光吸收表面面积，从而增加背面投影屏幕110的图像对比度。从观察侧130，聚集结构120限定针孔状孔155的黑光吸收阵列。从后侧125，聚集器结构120限定大的输入孔145，所述输入孔145有效地收集显示光101。

透明基板115是机械机构，聚集器结构120设置于所述机械结构上。透明基板115可以由各种透明材料，比如玻璃或塑料制成。反射界面140沿着结构135的倾斜表面设置，以限定光学路径145。反射界面140可以实施为金属(比如，铝、银、锡等)的反射涂层或者实施为全内反射(“tir”)表面，其中光学路径145具有比反射界面140的材料更高的折射率。在一个实施例中，光学路径145填充有透明平坦化材料。在另一实施例中，光学路径145填充有气体(比如，空气)。

显示模块105可以用各种显示技术来实施。例如，显示模块105可以实施为背光显示器，例如由照明结构从背光照亮的液晶显示器(“lcd”)。在另一实施例中，显示模块105可以是诸如有机发光二极管(“oled”)显示器的方向发射显示技术。可以使用其他显示技术。

图1示出了其中结构135具有限定具有梯形横截面的聚集光学路径145的三角形横截面的实施例。当然，在各种其他实施例中，结构135可以具有限定具有不同聚集横截面形状的光学路径145的不同横截面。例如，图2示出了背面投影屏幕210，其中结构235具有限定具有抛物线横截面的聚集光学路径245的弯曲表面。可以实施其他斜率或曲率。

图3示出了根据本公开的实施例的显示面板300，其包括具有覆盖的圆形偏振器302的背面投影屏幕310。图3示出了本文公开的背面投影屏幕如何能够并入圆偏振器以减少从观察侧130的环境光反射，并进一步增加背面投影屏幕的对比比率。在一个实施例中，圆偏振器302包括层压到四分之一波长延迟器的线性偏振层。该结构将入射到观察侧130的非偏振光转换成具有第一旋向性的圆偏振光，所述圆偏振光在从透明基板115反射时翻转到相反的旋向性并随后被吸收。

图4示出了根据本公开的实施例的显示面板400，其包括具有线性偏振层402以提高光学效率的背面投影屏幕410。聚集器结构420的所示实施例包括具有被实施为反射散射层440的反射界面的结构135。反射散射层440在反射时使显示光的偏振随机化。线性偏振层402被实施为反射偏振层。

在操作期间，从显示模块105输出的显示光101可以是被调准以通过线性偏振层402的偏振光。在从聚集器结构420反射之后，显示光的第一部分(例如，显示光101)被聚集并穿过针孔状孔155至观察侧130。然而，显示光的第二部分(例如，显示光403)朝向显示模块105被往回反射。通过在聚集器结构420和显示模块105之间定位线性偏振层402，往回反射的显示光再次入射到线性偏振层402上。由于反射散射层440使反射的显示光403的偏振随机化，反射的显示光403的一部分(例如，高达50％)再次朝向观察侧130往回反射，以便发射出针孔状孔155。

显示面板400的所示实施例还包括可选的光学层404。光学层404可以是增加发射效率的抗反射涂层，减少环境光反射的防眩光涂层，和/或进一步增加发射的显示光的发散以增加视角的微透镜的阵列。添加线性偏振层402和光学层404中的一个或两者用于增加显示面板的光学效率。

图5和图6示出了各种显示面板实施例，其中聚集器结构的反射界面使用tir来反射和聚集显示光101。图5示出了包括具有透明基板515的背面投影屏幕510的显示面板500。聚集器结构520的阵列设置在透明基板515中并横过透明基板515。聚集器结构520的所示实施例包括衬有(linewith)tir界面层540的结构535。在一个实施例中，tir界面层540和透明基板515包括透明光学材料，其中透明基板515的折射率高于tir界面层540的折射率。例如，透明基板515可以由光学级塑料和使用uv压印工艺形成在透明基板515中的结构535和经由光学结合技术设置在结构535中的tir界面层540制成。在一个实施例中，结构535可以填充有黑光吸收材料(类似于图1中的显示面板100)以改善屏幕对比度。

图6示出了根据本分开的实施例的包括具有透明基板615的背面投影屏幕610的显示面板600。聚集器结构620的tir反射界面640形成为透明基板615与透明平坦化层617之间的折射界面(indexinterface)。在所示实施例中，透明基板615具有比透明平坦化层617更高的折射率。也可以使用uv压印工艺和光学结合的组合来制造背面投影屏幕610。

图7示出了根据本公开的实施例的显示面板700，其包括具有光焦度的被弯曲的针孔状孔755的阵列的背面投影屏幕710。显示面板700与显示面板100类似，但包括弯曲的针孔状孔755，所述针孔状孔755形成在透明基板715中每个聚集器结构120之间。通过用具有不同于透明基板715的折射率的折射率的平坦化层716围绕聚集器结构720来实现透镜焦度(lensingpower)。透明基板715可以由光学级塑料制成，而平坦化层716可以由uv光学胶制成。可以选择弯曲的针孔状孔755的曲率以及透明基板715和平坦化层716的各自的折射率，以增加通过弯曲的针孔状孔755发射的显示光101的发散。

图8示出了根据本公开的实施例的显示面板800，其包括具有设置在由聚集器结构820的阵列限定的一个或多个孔处的散射元件的背面投影屏幕810。显示面板800与图1所示的显示面板100相似，但是还包括沿着输入孔布置的散射元件851的阵列和/或沿着针孔状孔设置的散射元件856的阵列。散射元件851和/或856用于进一步散射显示光101从而进一步增加通过针孔状孔发射的显示光的发散，以及扩大显示面板800的视角。可以使用各种元件或技术来制造散射元件851和856的阵列。例如，散射元件851和856可以是具有与周围平坦化层816或透明基板815不同的折射率的透明球形珠。或者，散射元件851和856可以是衍射光栅(例如，布拉格光栅(bragggratings)、全息光栅等)、刻划到表面中的扇贝形(scallops)、图案化的光刻胶或其它光散射结构。

图9a和9b示出了根据本公开的实施例的具有用于弄弯主光线的各种透镜层的显示面板。显示面板901和902二者都包括可以用上面结合图1-8所公开的背面投影屏幕的任何一种或其各种组合来实施的背面投影屏幕905。

显示面板901的所示实施例包括由包括透镜阵列915和917的双面透镜阵列形成的透镜层910。透镜阵列915和917从彼此偏移和对齐，以使显示光的主光线920朝向透明基板115的法线弯。在所示实施例中，显示模块105发射发散的显示光。随着主光线920从显示模块105的中心向外移动，它们从透明基板115的法线变得越来越倾斜。该可变倾斜度可导致从观察侧的不均匀的角亮度。因此，透镜层910用于将主光线920朝向透明基板115的法线弯，从而改善发射到观察侧的显示光的角亮度均匀性。

尽管图9a示出了透镜层910的双面透镜和背面投影屏幕905上的针孔状孔之间的一对一对准，在其他实施例中，该关系不一定是一对一的。在一个实施例中，双面透镜的间距大于聚集器结构之间的间距。在另一个实施例中，聚集器结构和针孔状孔的位置可以被随机化以减少来自反射的光的干扰。

图9b示出了具有透镜层930的另一实施例的显示面板902，所述透镜层930将显示光的主光线920朝向透明基板115的法线弯。透镜层930的所示实施例包括两个菲涅尔透镜935和940。菲涅耳透镜935和940还用于弄弯从显示模块105输出的发散显示光，以使主光线920具有更法向的入射。主光线弄弯可以用单个菲涅尔透镜实现；然而，通过多层菲涅尔透镜改善了主光线的法向性。尽管未示出，但是在背面投影屏幕905、透镜层930和显示模块105之间设置有一个或多个平坦化/偏移层。

图10a、10b和10c示出了根据本公开的实施例的上述聚集器结构的针孔状孔和输入孔的多个示例横截面形状。图10a是具有方形针孔状孔1010和方形输入孔1015的聚集器结构1005的平面图。

图10a是具有方形针孔状孔1010和方形输入孔1015的聚集器结构1005的平面图。图10b是具有圆形针孔状孔1025和方形输入孔1030的聚集器结构1020的平面图。聚集器结构1020是混合结构，其中其方形输入孔1030用于收集更多输入显示光，而其圆形针孔状孔1025提供改进的角度均匀性。图10c是具有圆形针孔状孔1040和圆形输入孔1045的聚集器结构1035的平面图。可以实施其他形状和形状的组合。

图11a和11b是根据本公开的实施例的聚集器结构的示例阵列的透视图。图11a示出了聚集器结构的一维(“1d”)阵列的两层1105和1110。每个层1105和1110提供显示光的1d光学聚集。然而，1d阵列彼此正交延伸以提供二维的光学聚集。每个层1105和1110由交替部分1115和1120形成，部分1115具有梯形横截面且部分1120限定通过部分1115的聚集光学路径。图11b示出了形成在基板1130上单层中的单个聚集器结构1125的2d阵列。当然，可以实施用于聚集光的其它结构。

图12是示出根据本公开的实施例的示例背面投影显示器1200的功能层的透视图。显示器1200的所示实施例包括照明层1205、显示层1210和屏幕层1215。屏幕层1215可以利用上面结合图1-11所描述的任何背面投影屏幕或其各种组合来实现。应当理解，上面公开的背面投影屏幕也可以与其它背面投影构架一起使用。

照明层1205的所示实施例包括照明源1220的阵列。显示层1210的所示实施例包括通过间隔区域1235彼此分隔开的透射像素阵列1230。屏幕层1215的所示实施例被划分为用于显示整体统一图像的图像部分1250的区域。背面投影显示器1200由多个像素组成，每个像素包括照明源1220、透射像素阵列1230和用于显示图像部分1250的屏幕区域，其全部在通过显示器1200的列内对齐。

在所示实施例中，每个照明源1220在对应的像素阵列1230下对齐，以用灯光照亮对应的像素阵列的后侧。照明源1220可以被实现为独立的光源(例如，彩色或单色led、量子点等)，其以限定的角度扩展或锥发射光线，以完全照亮其驻留在显示层1210上方的对应的透射像素阵列1230。照明层1205和显示层1210彼此分隔开固定距离1245(例如8mm)。这种分隔可以使用透明中间体(例如，玻璃或塑料层)来实现，并且还可以包括一个或多个透镜层(包括透镜、孔、光束限制器等)，以控制或操纵从照明源1220发射的灯光的角度范围和横截面形状。在一个实施例中，照明控制器可以耦合到照明源1220以控制其照明强度。照明层1205可以包括其上设置有照明源1220的基板。

透射像素阵列1230设置在显示层1210上，并且每个透射像素阵列1230包括透射像素的阵列(例如，100像素乘100像素)。在一个实施例中，透射像素可以被实现为背光液晶像素。每个透射像素阵列1230是通过显示层1210上的间隔区域1235与相邻透射像素阵列1230分隔开的独立显示阵列。将相邻像素阵列1230彼此分隔开的内部间隔区域1235可以是将给定像素阵列1230与显示层1210的外边缘分隔开的周边间隔区域1235的宽度的两倍。在一个实施例中，内部间隔区域1235具有4mm的宽度，而周边间隔区域1235具有2mm的宽度。当然，可以实施其它尺寸。

如图所示，透射像素阵列1230在具有间隔区域1235的矩阵中横过显示层1210间隔，间隔区域1235分隔每个透射像素阵列1230。在一个实施例中，透射像素阵列1230各自表示分开且独立的显示像素的阵列(例如，背光lcd像素)。间隔区域1235明显大于给定透射像素阵列1230的像素之间的像素间分隔。间隔区域1235为布线信号线或包括诸如显示控制器的附加电路提供了改进的灵活性。沿着显示层1210的外部周边驻留的间隔区域1235还为显示器1200的边框装饰提供空间。沿着外部周边驻留的间隔区域1235还为电源和/或通信端口提供空间。

尽管图12示出了显示层1210，其包括布置成两行和三列的六个透射像素阵列1230，但是应当理解，显示器1200的各种实施例可以包括被组织成行和列的不同组合的更多或更少的透射像素阵列1230。这样，在具有照明源1220与透射像素阵列1230的一对一比例的实施例中，照明层1205上的照明源1220的数量和布局也可以变化。虽然图12为了清楚起见没有示出三个所示层之间的中间层，应当理解，实施例可以包括各种中间的光学子层或结构子层，例如透镜阵列、提供机械刚度和光学偏移的透明基板、保护层或其他。

在显示控制器的控制下切换透射像素阵列1230，以调制灯光并将图像部分1250投影到屏幕层1215的后侧。图像部分1250在屏幕层1215上共同地融合在一起，以从屏幕层1215的观察侧向观察者呈现基本上没有接缝的统一的图像。换句话说，由透射像素阵列1230产生的图像在越过显示层1210和屏幕层1215之间的分隔1255(例如2mm)投影时被放大。图像部分1250被放大得足以延伸并覆盖形成无缝统一图像的间隔区域1235。放大系数取决于分隔1255和由照明源1220发射的灯光的角度扩展。在一个实施例中，图像部分1250被放大约1.5倍。统一图像不仅覆盖内部间隔区域1235，而且覆盖周边间隔区域1235。这样，显示器1200可以定位成与其他显示拼片(displaytiles)1200相邻并且通信地互连以形成较大的复合无缝显示器，在这种情况下，由单个显示拼片生成的统一图像变成多拼片统一图像的子部分。

上述对本发明的说明性实施例的描述，包括摘要中所描述的，并不旨在是穷尽性的或将本发明限制于所公开的精确形式。虽然为了说明的目的在本文中描述了本发明的具体实施方案和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内，各种修改是可能的。

根据上述详细描述，可以对本发明进行这些修改。所附权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中公开的特定的实施方式。相反，本发明的范围将完全由所附权利要求确定，这些权利要求将根据所建立的权利要求解释原则进行解释。