CN210983445U - 电子设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种电子设备。该电子设备包括：显示器叠层，显示器叠层包括限定延伸穿过显示器叠层的半透明孔的一组不透明元件；光接收器，光接收器与显示器叠层的后表面间隔开并且在显示器叠层的后表面的后面；和至少一个微光学元件，至少一个微光学元件形成在显示器叠层的后表面上，在显示器叠层和光接收器之间，至少一个微光学元件包括具有位于半透明孔内的焦点的微光学元件；其中光接收器被配置为通过半透明孔和至少一个微光学元件接收光。通过使用根据本公开的一些实施例，可以实现相应的技术效果，例如可以增加显示器的尺寸。

Description

电子设备
技术领域
所述的实施方案整体涉及具有显示器下光发射器、光接收器和/或光学传感器的设备(例如，智能电话、平板电脑或其他设备)。更具体地，所描述的实施方案涉及通过微光学元件(例如，微透镜阵列)的通过显示器的光学传输或接收，以及在一些情况下涉及通过微光学元件的通过显示器的光学感测。
背景技术
在一些情况下，可能期望确定对象或用户是否接近设备、确定对象或用户与设备之间的距离，或确定对象或用户相对于设备的速度或加速度。也可能期望捕获接近设备的对象或用户的二维(2D)或三维(3D)图像。在一些情况下，2D或3D图像可以是指纹、面部或视场(FoV)中的场景的图像。在一些情况下，在设备之间无线地发送或接收信息可能是有用的。采集与设备的环境相关的图像或数据也可能是有用的。在所有这些情况下，可在光学上感测或采集测量结果、图像或其他数据。
实用新型内容
鉴于上述技术问题，本公开的实施例提出一种改进的电子设备。
根据本公开的第一方面，提供一种电子设备。该电子设备包括：显示器叠层，显示器叠层包括限定延伸穿过显示器叠层的半透明孔的一组不透明元件；光接收器，光接收器与显示器叠层的后表面间隔开并且在显示器叠层的后表面的后面；和至少一个微光学元件，至少一个微光学元件形成在显示器叠层的后表面上，在显示器叠层和光接收器之间，至少一个微光学元件包括具有位于半透明孔内的焦点的微光学元件；其中光接收器被配置为通过半透明孔和至少一个微光学元件接收光。
在一些实施例中，显示器叠层包括有机发光二极管阵列。
在一些实施例中，显示器叠层包括限定延伸穿过显示器叠层的不同的半透明孔的不同组的不透明元件。
在一些实施例中，形成在显示器叠层的后表面上的至少一个微光学元件包括形成在显示器叠层的后表面上的微透镜阵列；其中：具有位于半透明孔内的焦点的微光学元件包括微透镜阵列的第一微透镜。
在一些实施例中，半透明孔为第一半透明孔；微光学元件为第一微光学元件；不同的半透明孔包括第二半透明孔；至少一个微光学元件包括第一微光学元件和第二微光学元件；第二微光学元件具有位于第二半透明孔内的焦点；以及光接收器被配置为通过第一半透明孔和第一微光学元件以及通过第二半透明孔和第二微光学元件接收光。
根据本公开的第二方面，提供一种电子设备。该电子设备包括：多层显示器叠层，多层显示器叠层包括一组不透明元件，一组不透明元件包括：一组发光元件；一组驱动电路，一组驱动电路耦接到一组发光元件；和导电迹线的多层网孔，导电迹线的多层网孔被配置为将电信号路由到一组驱动电路；其中不透明元件的不同子组限定从显示器叠层的前表面延伸到后表面的不同的半透明孔；光学模块，光学模块与显示器叠层的后表面间隔开并且在显示器叠层的后表面的后面；和至少一个微光学元件，至少一个微光学元件形成在显示器叠层的后表面上，在显示器叠层和光学模块之间。
在一些实施例中，至少一个微光学元件包括具有位于半透明孔中的一个半透明孔内的焦点的微光学元件。
在一些实施例中，光学模块包括被定位成通过显示器叠层和至少第一微光学元件接收光的光接收器。
在一些实施例中，光学模块包括定位在第一微光学元件和光接收器之间的聚光透镜。
在一些实施例中，光学模块还包括被定位成通过至少第二微光学元件和显示器叠层发射光的光发射器。
在一些实施例中，光学模块包括：聚光透镜，聚光透镜定位在第一微光学元件和光接收器之间；和准直透镜，准直透镜定位在光发射器和第二微光学元件之间。
在一些实施例中，光学模块包括被定位成通过至少第一微光学元件和显示器叠层发射光的光发射器。
在一些实施例中，该电子设备还包括：衍射光栅，衍射光栅使由光发射器发射的光在离开第一微光学元件时成形。
在一些实施例中，光学模块包括被定位成通过至少第一微光学元件和显示器叠层发射光的至少两个光发射器；以及通过第一微光学元件发射的光由不同的半透明孔中的至少两个半透明孔成形。
在一些实施例中，至少一个微光学元件包括微透镜阵列。
在一些实施例中，至少一个微光学元件包括至少一个梯度折射率透镜。
在一些实施例中，不同的半透明孔中的第一半透明孔具有第一孔尺寸；不同的半透明孔中的第二半透明孔具有第二孔尺寸；至少一个微光学元件的第一微光学元件与第一半透明孔对准并且具有第一尺寸；以及至少一个微光学元件的第二微光学元件与第二半透明孔对准并且具有第二尺寸。
在一些实施例中，不同的半透明孔中的至少一个半透明孔是透明的。
在一些实施例中，光学模块包括被定位成通过不同的半透明孔中的多个半透明孔发射光的光发射器；发射光通过至少一个微光学元件和显示器发射；以及发射光在至少第一共轭焦平面中提供漫射照明，并在至少第二共轭焦平面中提供结构光图案。
在一些实施例中，该电子设备还包括：设置在多层显示器叠层上方的盖；其中，第一共轭焦平面位于盖的外表面或距盖的外表面第一距离内；以及第二共轭焦平面在距盖的外表面第二距离处，第二距离大于第一距离。
在一些实施例中，该电子设备还包括：相机，相机被配置为获取由光发射器照明的对象的图像；和处理器，处理器被配置为使用对象的图像，生成对象的三维图；以及在至少第二共轭焦平面中的结构光图案的参数。
在一些实施例中，该电子设备还包括：处理器；其中，光学模块包括被定位成通过不同的半透明孔中的多个半透明孔发射光的光发射器；发射光通过至少一个微光学元件和显示器发射；处理器被配置为在第一时间段期间激活光发射器的第一发射器子组，并且在第二时间段期间激活光发射器的第二发射器子组；第一发射器子组的激活在共轭焦平面中产生第一结构光图案；以及第二发射器子组的激活在共轭焦平面中产生第二结构光图案。
通过使用根据本公开的实施例，可以实现相应的技术效果，例如可以增加显示器的尺寸。
除了所述示例性方面和实施方案之外，参考附图并通过研究以下描述，更多方面和实施方案将为显而易见的。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将容易理解本实用新型，其中类似的参考标号指代类似的结构元件，并且其中：
图1A和图1B示出了具有显示器的设备的示例性实施方案；
图2A和图2B示出了显示器叠层和光学模块的示例性实施方案；
图3示出了参照图2A和图2B描述的显示器叠层的另选的平面图；
图4示出了图2A和图2B中所示的显示器叠层的另选的正视图，具有光学模块的另选的配置；
图5示出了图2A和图2B中所示的显示器叠层的另一另选的正视图，具有如参照图4所述配置的光学模块；
图6示出了图2A和图2B中所示的显示器叠层的又一另选的正视图，其中可以通过显示器叠层中的倾斜的半透明孔发射或接收光；
图7A示出了图2A和图2B中所示的显示器叠层的另一另选的正视图，具有如参照图4所述配置的光学模块，但包括多个光发射器；
图7B示出了图7A所示的另选方案，具有仅包括单个光发射器的光学模块，并且所述微光学元件限定超颖表面，该超颖表面使由光发射器发射的光在离开微光学元件时成形；
图8示出了由光发射器阵列发射的示例性照明图案，该光发射器可以定位在显示器叠层的后面并且通过显示器叠层中的半透明孔发射光；
图9A至图9F示出了在显示器叠层的后表面上形成微透镜阵列的示例性方法；
图10相对于近场和远场共轭焦平面示出了显示器叠层和光学模块的另一示例性实施方案；
图11A示出了显示器下光学模块对近场共轭焦平面的示例性照明；
图11B示出了显示器下光学模块对远场共轭焦平面的示例性照明；
图12相对于微光学元件阵列示出了包括在显示器下光学调制中的一组发射器的示例性平面图；
图13A和图13B中的每一个图示出了沿着共轭焦平面的x轴和y轴的照明(例如，归一化辐照度)，该共轭焦平面平行于穿过参考图12描述的一组发射器或微光学元件阵列的平面；
图14示出了感测对象与具有发光显示器的设备的接近度的示例性方法；
图15示出了对视场进行照明的示例性方法；以及
图16示出了电子设备的示例性电气框图。
附图中的交叉影线或阴影的用途通常被提供以阐明相邻元件之间的边界并还有利于附图的易读性。因此，存在或不存在无交叉影线或阴影均不表示或指示对特定材料、材料属性、元件比例、元件尺寸、类似图示元件的共同性或在附图中所示的任何元件的任何其他特性、性质、或属性的任何偏好或要求。
此外，应当理解，各个特征部和元件(以及其集合和分组)的比例和尺寸(相对的或绝对的)以及其间呈现的界限、间距和位置关系在附图中被提供，以仅用于促进对本文所述的各个实施方案的理解，并因此可不必要地被呈现或示出以进行缩放并且并非旨在指示对所示的实施方案的任何偏好或要求，以排除结合其所述的实施方案。
具体实施方式
现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求限定的所述实施方案的实质和范围内的另选形式、修改形式和等同形式。
本实用新型中描述的***、设备、方法和装置的实施方案涉及显示器下光学传输、光学接收和/或光学感测。根据所描述的技术，可以将光发射器、光接收器、光收发器或多个光发射器、光接收器和/或光收发器定位在设备的显示器后面，并且可以通过从设备的显示器叠层的前表面延伸到后表面的半透明孔来发射或接收光。这样，光发射器、光接收器或光学传感器可“通过”显示器发射或接收。光发射器、光接收器或光学传感器可以通过显示器叠层中的可用半透明孔来机会性地发射或接收光，或者显示器叠层可以被配置为以确定性图案提供半透明孔。当将光发射器、光接收器或光学传感器定位在设备的显示器下方时，不必将设备的显示表面的一部分保留给光发射器、光接收器或光学传感器，并且在一些情况下，设备的显示器尺寸可以增加。
在第一方面，本实用新型描述了一种包括显示器叠层和光接收器的设备。显示器叠层可以包括限定半透明孔的一组不透明元件。半透明孔可以延伸穿过显示器叠层。光接收器可以与显示器叠层的后表面间隔开并且在显示器叠层的后表面的后面。至少一个微光学元件可以形成在显示器叠层的后表面上或者邻接显示器叠层的后表面，在显示器叠层和光接收器之间。所述至少一个微光学元件可包括具有位于半透明孔内的焦点的微光学元件。光接收器可以被配置为通过半透明孔和至少一个微光学元件接收光。
在另一方面，本实用新型描述了一种包括多层显示器叠层和光学模块的设备。多层显示器叠层可以包括一组不透明元件。所述一组不透明元件可以包括一组发光元件、耦接到所述一组发光元件的一组驱动电路，以及导电迹线的多层网孔。所述导电迹线的多层网孔可以被配置为将电信号路由到所述一组驱动电路。不透明元件的不同子组可限定从显示器叠层的前表面延伸到后表面的不同的半透明孔。光学模块可以与显示器叠层的后表面间隔开并在显示器叠层的后表面的后面。至少一个微光学元件可以形成在显示器叠层的后表面上，在显示器叠层与光学模块之间。所述至少一个微光学元件可包括具有位于半透明孔中的一个半透明孔内的焦点的微光学元件。光学模块可以包括光发射器、光接收器或光收发器。当光学模块包括发射器(或具有发射部件的收发器)时，所述发射器可以被配置为使用至少一个微光学元件以最小的传输损耗通过一个或多个半透明孔发射光。
在本实用新型的又一方面，描述了一种感测对象与具有发光显示器的设备的接近度的方法。该方法可以包括：通过发光显示器的显示表面中的半透明孔来接收光；准直所述接收光；将所述准直的接收光朝向光接收器会聚；量化所述光接收器的输出；以及将光接收器的量化的输出和对象与设备的接近度相关。在一些实施方案中，半透明孔可以是第一半透明孔，并且该方法还可以包括从光发射器发射光；准直所述发射光；以及将准直的发射光朝向显示表面中的第二半透明孔聚焦。在一些实施方案中，发射光可以被聚焦和/或重新成像以使光在远场中成形。
以下公开内容涉及光学感测，并且更具体地，涉及显示器下光学感测。当将光学传感器定位在发光显示器下方时，不必将设备的显示表面的一部分保留给光学传感器，并且在一些情况下，可以增加设备的显示器尺寸。但是，将光学传感器定位在显示器下方的障碍是显示器的显示器叠层中包含许多不透明元件。不透明元件可以包括例如发光元件，驱动电路，将电信号路由到驱动电路的导电迹线，光学、电气、物理和/或化学屏蔽或限制元件等。为了本实用新型的目的，发光元件被认为包括半导体发光元件，诸如发光二极管(LED)；半导体驱动的电致发光的发光元件，诸如包括通过薄膜晶体管充电的有机材料的有机LED(LED)；以及其他类型的发光元件。
显示器叠层中的多层不透明元件可反射、吸收、漫射和衍射进入显示器叠层的前表面或后表面的光，并且可为穿过显示器叠层的光提供高传输损耗(低通量)。实际上，显示器叠层中不透明元件的密度能够使整个显示器叠层看起来相对不透明。在一些情况下，显示器叠层可以允许大约1％的可见光通过，并且允许大约2％至4％的红外光通过。一种可能的解决方案是替代性地将一些显示器叠层的不透明元件(例如，导电迹线)制造为透明元件。例如，导电迹线可以由氧化铟锡(ITO)制成。然而，透明元件通常与成本相关联，诸如更高的薄层电阻。此外，在OLED显示器的情况下，在OLED发射器下方需要高反射率的表面，以使OLED的光提取最大化。另外，透明的导电迹线可以使有机材料暴露于来自显示器下光发射器的光辐射，这可导致有机材料发热、发光、老化、降解等。
对于显示器下光学传感器，尤其是OLED下显示器光学传感器，特别需要关注的是将电信号路由到用于显示器叠层中的发光元件的驱动电路的导电迹线(例如，阳极金属迹线)。导电迹线可以向发光元件(或像素)提供电力和控制信号，并且可以从像素(例如，从每个像素的薄膜晶体管(TFT))读取数据。导电迹线通常被包括在显示器叠层的多个层中，并且可以沿不同方向(例如，正交或其他重叠方向)取向，使得它们形成导电迹线的网孔。在一些情况下，导电迹线可以覆盖显示器叠层的表面积的85％至95％，并且因此可以防止光穿过大约85％至95％的显示器叠层。这大大降低了位于显示器下配置中的光学传感器的信噪比(SNR)和动态范围。导电迹线不仅不透明，而且在许多情况下具有高反射性。这可在光发射器和光接收器之间，或在光收发器的发射部件和接收部件之间产生明显的串扰，并且可以进一步降低光学传感器的SNR和动态范围。更进一步，阳极金属迹线的规则间距(通常等于显示器像素间距的整数或分数)可使阳极金属迹线的网孔成为有效的衍射光栅。无论如何，在导电迹线之间存在半透明(有时是透明的)孔，并且这些半透明孔中的一些通常从显示器叠层的前表面延伸到后表面。
对于包括近红外(NIR)显示器下发射器(即发射700nm至1100nm或更高波长范围内的光的波长的光发射器)的显示器下光学传感器，尤其需要注意的是，当显示器叠层中的TFT暴露于发射器背光时，通过TFT多晶硅层和其他敏感层的光吸收，可以在短期和长期内显著改变TFT的控制和驱动操作。通过显示器叠层的半透明孔(“开放”区域)在空间上最大化光发射器的发射功率，并最小化到显示器叠层的TFT的直接背光，可大大减轻显示器下光发射器对显示性能的负面影响。
本实用新型描述了其中微光学元件(例如，微透镜或梯度折射率(GRIN)透镜)形成在显示器叠层的后表面上(或与之邻接)的***、设备、方法和装置。该微光学元件可以与显示器叠层中已经存在的半透明孔对准(例如，所述微光学元件可以机会性地对准)，或者与通过确定性地布线导电迹线而形成的半透明孔对准，在预先确定的位置处提供预先确定的尺寸的半透明孔。在一些情况下，微光学元件可以通过将显示器叠层的前表面暴露于穿过半透明孔的电磁辐射(例如，紫外线(UV)辐射)以使施加到显示器叠层的后表面的光致抗蚀剂图案化来形成。以这种方式，微光学元件可以被认为通过显示器叠层自对准。
显示器下光学传感器可以不同地包括光发射器、光接收器、光收发器或多个光发射器、多个光接收器和/或多个光收发器。在一些情况下，可以在设备的显示器下方提供多个光学传感器，并且可以将其用于执行相同或不同的功能。显示器下光学传感器可以用作例如接近传感器(或测距传感器)、环境光传感器、指纹传感器、相机(2D或3D)、无线通信器或控制器、飞行时间(ToF)传感器(例如，短脉冲光源和单光子雪崩二极管(SPAD)检测器或SPAD阵列)等等。没有对应的光接收器的一个或多个光发射器也可以位于显示器下方(例如，用于提供泛光照明、闪光灯或光学指示器(例如，红外(IR)指示器))。在一些实施方案中，可以在显示器下方提供光发射器和/或接收器，并且可以在显示器附近提供光发射器和/或光接收器。
显示器下光学传感器的提供可最大化可用于提供显示器的显示表面基板面，并且在一些情况下可以启用边缘到边缘显示器(即跨100％的显示表面的显示器)。另外，本文所述的显示器集成的微光学元件可增强通过显示器的光学传输，减少显示器的背反射和衍射，减少背光引起的显示失真，并改善通过显示器的光接收效率。
下文参照图1A至图15讨论这些实施方案和其他实施方案。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。
图1A和图1B示出了具有显示器104的设备100的示例。更具体地，图1A示出了设备100的前部的透视图，并且图1B示出了设备100的侧面的正视图。设备的尺寸和形状因数(包括其长边的长度与其短边的长度的比率)表明设备100是移动电话(例如，智能电话)。然而，设备的尺寸和形状因数是任意选择的，并且设备100可以另选地是任何便携式电子设备，包括例如移动电话、平板电脑、便携式计算机、便携式音乐播放器、健康监视器设备、便携式终端或其他便携式或移动设备。设备100还可以是半永久地位于或安装在单个位置的设备。
设备100可以包括至少部分地围绕或支撑显示器104的外壳102。在一些示例中，外壳102可以包括或支撑前盖106和/或后盖108。前盖106可以定位在显示器104上方，并且可以提供窗口，通过该窗口可以观看显示器104。在一些实施方案中，显示器104可附接到(或邻接)外壳102和/或前盖106。
如图1A主要所示，设备100可以包括各种其他部件。例如，设备100的前部可以包括一个或多个前向摄像机110、扬声器112、麦克风或被配置为向设备100发送信号或从该设备接收信号的其他部件114(例如，音频部件、成像部件或感测部件)。在一些情况下，单独或与其他传感器组合，前向摄像机110可以被配置为作为生物认证或面部识别传感器来操作。设备100还可以包括各种输入设备，包括可以从设备100的前表面(或显示表面)访问的机械或虚拟按钮116。在一些情况下，设备100的前向摄像机110、虚拟按钮116和/或其他传感器可以与显示器104的显示器叠层集成并且在显示器104下方移动。
设备100还可以包括沿外壳102的侧壁118定位和/或定位在设备100的后表面上的按钮或其他输入设备。例如，音量按钮或多功能按钮120可以沿侧壁118定位，并且在一些情况下可以延伸穿过侧壁118中的孔。以举例的方式，设备100的后表面可包括后向摄像机或其他光学传感器。闪光灯或光源也可以沿设备100的后部定位(例如，靠近后向摄像机)。在一些情况下，设备100的后表面可以包括多个后向摄像机。
显示器104可以包括一个或多个发光元件，包括例如LED、OLED、液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(EL)或其他类型的发光元件。显示器104还可包括一个或多个触摸传感器和/或力传感器，或与之相关联，该触摸传感器和/或力传感器被配置为检测施加到前盖106的表面的触摸和/或力。
外壳102的各种部件可以由相同或不同的材料形成。例如，侧壁118可以使用一种或多种金属(例如，不锈钢)、聚合物(例如，塑料)、陶瓷或复合材料(例如，碳纤维)形成。在一些情况下，侧壁118可以是包括一组天线的多段侧壁。天线可以形成侧壁118的结构部件。天线可以通过侧壁118的一个或多个非导电段在结构上联接(彼此或与其他部件)并且电隔离(彼此或与其他部件)。可以例如使用玻璃、晶体(例如，蓝宝石)或透明聚合物(例如，塑料)中的一种或多种来形成前盖106，所述玻璃、晶体或透明聚合物使用户能够通过前盖106观看显示器104。在一些情况下，前盖106的一部分(例如，前盖的周边部分)可以涂覆有不透明油墨，以遮盖外壳102内所包括的部件。后盖108可以使用与用于形成侧壁118或前盖106的材料相同的材料形成。在一些情况下，后盖108可以是也形成侧壁118的整体式元件的一部分(或者在侧壁118是多段侧壁的情况下，侧壁118的那些部分是非导电的)。在其他实施方案中，外壳102的所有外部部件可以由透明材料形成，并且设备100内的部件可以被外壳102内的不透明油墨或不透明结构遮盖或不遮盖。
前盖106可被安装到侧壁118以覆盖由侧壁118限定的开口(即，进入内部体积的开口，其中可以定位设备100的各种电子部件(包括显示器104))。可以使用紧固件、粘合剂、密封件、垫圈或其他部件将前盖106安装至侧壁118。
包括显示器104的显示器叠层或设备叠层(以下称为“叠层”)可以附接(或邻接)到前盖106的内表面并且延伸到设备100的内部体积中。在一些情况下，叠层可以包括触摸传感器(例如，电容、电阻、基于应变的、超声或其他类型的触摸感测元件的网格)或光学、机械、电气或其他类型的部件的其他层。在一些情况下，触摸传感器(或触摸感测***的一部分)可以被配置为检测施加到前盖106的外表面(例如，到设备100的显示表面)的触摸。
在一些情况下，可以将力传感器(或力感测***的一部分)定位在显示器104下方和/或侧面的内部体积内。可以响应于触摸传感器检测到前盖106上的一个或多个触摸(或者前盖106上一个或多个触摸的一个或多个位置)来触发力传感器(或力感测***)，并且可以确定与每个触摸相关联的力的大小，或与整个触摸集合相关联的力的大小。
在一些实施方案中，一个或多个微光学元件可以形成在显示器104下方的显示器叠层的后表面122上(或与之邻接)。每个微光学元件可以与从显示器叠层的前表面延伸到后表面122的一个或多个(即，一个或多个)半透明孔相应地对准。微光学元件中的一些或全部可将由一个或多个显示器下光发射器发射的光聚焦在半透明孔中的一者或多者中，以增加穿过半透明孔的光的百分比，减少暴露于背光的TFT，并减少背反射。同样或另选地，微光学元件中的一些或全部可以准直通过半透明孔接收的光，使得光不在显示器后面散射，而是可聚焦到一个或多个光接收器上，从而提高设备100的光收集效率。
图1B示出了从位于设备100的显示器叠层的后表面122的后面的光发射器发射的光124。发射光124可以从后表面122朝向前盖106行进，并且可以穿过前盖106。穿过前盖106后，发射光124可以朝向对象126(诸如用户的耳朵)行进，从对象126反射，并作为反射光128朝向设备100行进。反射光128可以穿过显示器叠层并且被位于显示器叠层的后表面122的后面的光接收器接收。然后，设备100的处理器可以确定对象126与设备100的接近度。处理器还可以或另选地基于设备100发射和接收的光，或基于设备100接收(但不是发射的)的光，进行其他确定。
图2A和图2B示出了显示器叠层200和光学模块202的示例性实施方案。在一些情况下，显示器叠层200和光学模块202可以被包括在参照图1A和图1B描述的设备100中。图2A示出了显示叠层200和光学模块202的正视图，而图2B示出了显示器叠层200的平面图(其中光学模块202被显示器叠层200隐藏在视线之外)。
显示器叠层200可以附接到或邻接到盖214(例如，玻璃盖或“覆盖玻璃”)，并且可以包括多个层(例如，层204、206、208、210和212)。换句话说，显示器叠层200可以是多层显示器叠层200。显示器叠层200的层204-212可以包括一组不透明元件。不透明元件可以不同地包括一组发光元件216(例如，发光层208(例如，有机层)中的一组OLED)、一组驱动电路(例如，驱动层210中的一组TFT，该TFT可被用作OLED驱动电路以驱动发光元件216组(例如，发光层208中的OLED组))、在一个或多个层212中的一组导电迹线(例如，用于发光元件216的底部高反射器、用于驱动层210中的驱动电路的电接触件和/或用于驱动电路的互连迹线)，光学、电气、物理和/或化学屏蔽或限制元件等等。不同的不透明元件可以包括在相同或不同的层中，在一些情况下可以跨越两层或更多层。显示叠层200还可以包括与感兴趣的光波长的部分透射、吸收和/或反射相关联的一组材料，和/或一组不透明和/或透明的材料，诸如发光元件之间的电介质材料、阴极层206中的阴极，以及偏振器、触摸传感器电极和/或一层或多层204中的其他元件。
一个或多个层212中的导电迹线可以被配置为路由用于(即，去往和/或来自)驱动层210中的驱动电路的电信号(例如，去往和/或来自驱动层210中的TFT)。在一些情况下，导电迹线可以由金属制成，诸如铜、金、银、铝或金属合金。导电迹线可以在层212中形成导电迹线的多层网孔。例如，在第一一个或多个层中的导电迹线可以在第一方向上基本彼此平行地延伸，并且在第二一个或多个层中的导电迹线可以在正交于第一方向的第二方向上基本彼此平行地延伸。在一些实施方案中，可以处理导电迹线的后表面(或导电迹线的前表面和后表面两者)以减小其反射率。例如，不透明油墨或其他层可以被施加到层212的后表面(或层212的前表面和后表面)，但是除了用于通向半透明孔218的开口。另选地，可以涂覆或处理导电迹线或覆盖层212的电介质，以减小显示器叠层200的反射率，但是除了通向半透明孔218的开口。此类油墨、粗糙化或其他处理也可以帮助减少位于显示器叠层200下方的光发射器和光接收器之间的光学串扰。
该组不透明元件可以限定一个或多个半透明孔218。半透明孔218可以延伸穿过显示器叠层200(例如，从显示器叠层200的前表面(或面向用户的表面)到显示器叠层200的后表面)。例如，具有矩形或正方形横截面的半透明孔218可以由显示器叠层200的第一组一个或多个层中的导电迹线界定于第一组相对侧上，以及由显示器叠层200的第二组一个或多个层中的导电迹线界定于第二组相对侧上。在一些情况下，其他不透明元件(例如，发光元件216，光学、电气、物理和/或化学屏蔽或限制元件等)也可以或另选地界定并限定半透明孔218。在一些情况下，半透明孔218的部分或全部可以由用于形成一个或多个基板或中间层的电介质(或多种电介质)填充，在该基板或中间层上(或在其中)形成不透明元件。电介质(多种)可以允许具有一个或多个预先确定的波长的光穿过半透明孔218。在一些情况下，预先确定的波长范围内的光或任何波长的光可以穿过半透明孔218。在一些实施方案中，半透明孔218可以对其通过的一些或全部波长的光透明。
在一些实施方案中，该组不透明元件可以包括对于一些波长的光是不透明的(例如，对于可见、红外和/或其他波长的光不透明)但是对于其他波长的光是半透明或透明的元件。如本文所使用的，术语“光”被广泛地用于指代电磁辐射的可见和不可见形式。
显示器叠层200中的半透明孔218可以均匀地或不均匀地分布在显示器叠层200上。半透明孔218可以具有相同或不同的尺寸(例如，大小)。显示器叠层的不透明元件的不同子组可以限定半透明孔218中的不同半透明孔。在一些情况下，显示器叠层200可以包括相对于显示器叠层200的前表面和后表面倾斜的半透明孔218(即，与显示器叠层200的前表面和后表面以90度角以外的角度相交的半透明孔218)。在一些情况下，倾斜的孔可以与一个或多个垂直的孔相交。
光学模块202可以位于显示器叠层200的后表面220的后面，并且可以与显示器叠层200的后表面220间隔开(例如，定位在平行于显示器叠层200的后表面220的平面中，并且面向显示器叠层200的后表面220)。光学模块202可以包括光接收器224和/或光发射器226，并且在一些情况下可以包括多个光接收器和/或光发射器(或光收发器)。另选地，多个光学模块可以位于显示器叠层200的后表面220的后面并与之间隔开，其中每个光学模块包括光接收器、光发射器或两者(例如，光收发器)。
至少一个微光学元件228(例如，一个或多个微透镜或GRIN透镜)可以在显示器叠层200和光学模块202之间形成在显示器叠层200的后表面220上。每个微光学元件228可具有位于半透明孔218中的一个半透明孔内、与该半透明孔对准或在其附近的焦点。
光接收器224可以被定位成通过显示器叠层200(例如，通过一个或多个半透明孔218)和至少第一微光学元件228来接收光。在一些情况下，光学模块202可以包括位于至少第一微光学元件228和光接收器224之间的聚光透镜242。
在一些实施方案中，光接收器224可以通过至少第一和第二半透明孔218接收光，该第一和第二半透明孔218分别与具有位于第一和第二半透明孔218内、与第一和第二半透明孔218对准或在其附近的焦点的第一和第二微光学元件228对准。在这些实施方案中，光接收器224可以被配置为通过第一半透明孔218和第一微光学元件228以及通过第二半透明孔218和第二微光学元件228接收光。通过更多的半透明孔218接收光可以增加光接收器224的光收集能力并增加SNR。
光发射器226可以被定位成通过至少第二微光学元件228和显示器叠层200(例如，通过半透明孔218中的一者或多者)来发射光。在一些情况下，光学模块202可以包括位于光发射器226和至少第二微光学元件228之间的准直透镜232。
在一些实施方案中，光发射器226可通过至少第一和第二半透明孔218发射光，该第一和第二半透明孔218分别与具有位于第一和第二半透明孔218内、与第一和第二半透明孔218对准或在其附近的焦点的第一和第二微光学元件228对准。在这些实施方案中，光发射器226可以被配置为通过第一半透明孔218和第一微光学元件228以及通过第二半透明孔218和第二微光学元件228发射光。通过更多的半透明孔218发射光可以增加发射功率。
在一些实施方案中，显示器叠层200可以被安装到背板234(反之亦然)。光学模块202也可以安装到背板234。如图所示，光学模块202可以包括具有从其垂直延伸的一个或多个壁的基板236。壁可用于将光学模块安装到背板234或显示器叠层200。可以在光接收器224和光发射器226之间设置壁238，或者壁可以围绕光接收器224和光发射器226中的每一者，以减轻光接收器224和光发射器226之间的光学串扰。例如，当由光发射器226发射的光从微光学元件228、显示器叠层200的层或盖214反射并且在首次离开盖214之前撞击在光接收器224上时，可能发生光学串扰。
如前所述，图2B示出了显示器叠层200的平面图。举例来说，显示器叠层200被示出为包括导电迹线240的网孔(例如，在显示器叠层200的其他层中的其他迹线上方或下方交叉的导电迹线)。在图2B中仅具体示出了一些导电迹线240。
显示器叠层200还包括发光元件216，并且在一些情况下可以包括其他元件。导电迹线240可以是不透明的，使得光(或期望波长的光)仅能够在导电迹线240之间穿过显示器叠层200。在一些情况下，导电迹线240的网孔可以是主要不透明元件，其限定从显示器叠层200的前表面延伸到后表面的多个半透明孔218的边界。然而，其他不透明元件也可以限定一些或所有半透明孔218的部分。
微光学元件228的阵列可以与一些或所有半透明孔218对准。例如，在一些情况下，微透镜阵列可以形成在显示器叠层200的后表面上。阵列中的每个微透镜可具有位于半透明孔218中的一个半透明孔内、与该半透明孔对准或在其附近的焦点。
可以对图2B中所示的导电迹线240的布局进行优化，以提供通过显示器叠层200的稍微更大、更均等间隔且线性的半透明孔218。导电迹线240的此类优化布局可使得更容易在显示器叠层200的后表面上形成微光学元件228的阵列(例如，相同尺寸的微透镜的阵列)。然而，在一些情况下，显示器叠层200中的导电迹线240可能不具有优化的布局，如图3所示。
图3示出了参照图2A和图2B描述的显示器叠层200的另选的平面图。类似于图2B中所示的显示器叠层200，图3中所示的显示器叠层200包括导电迹线240的网孔。显示器叠层200还包括发光元件216，并且在一些情况下可以包括其他元件。然而，与参照图2B描述的布局相比，发光层208、驱动层210和图3中所示的导电迹线240的层212中的不透明元件不是优化的并且显示器叠层200中的半透明孔218具有变化的尺寸(例如，不同的宽度、不同的长度等等)。不同的尺寸是由于导电迹线240的间距和密度的变化与发光层208和驱动层210中的重叠形状的不透明元件的组合，这些变化可能是由于薄膜晶体管的位置及其连接以及与发光元件216相关联的其他部件所致。
微光学元件228的阵列可以与一些或所有半透明孔218对准，其中阵列的不同微光学元件228具有相同或不同的尺寸。在一些情况下，较小尺寸(例如，较小直径)的微光学元件228可以形成在显示器叠层200的后表面上(或与之邻接)，并与较小尺寸的半透明孔对准。类似地，较大尺寸(例如，较大直径)的微光学元件228可以形成在显示器叠层200的后表面上(或与之邻接)，并与较大尺寸的半透明孔218对准。附加地或另选地，多个微光学元件228的集合可以形成在(或邻接到)显示器叠层200的后表面上，并且平铺在单个半透明孔218上。相似地，单个微光学元件228可以形成在(或邻接到)显示器叠层200的后表面上并且跨越(或覆盖或与其对准)多个半透明孔218的集合。
图4示出了图2A和图2B中所示的显示器叠层200的另选的正视图，具有光学模块202的另选的配置。该另选的正视图类似于图2A中所示的正视图，但是具有形成在显示器叠层200的后表面230上(或与之邻接)的不同尺寸的微光学元件228。举例来说，微光学元件228被示为具有不同直径的微透镜。
在一些情况下，微光学元件228的尺寸可以不同，以将更多或更少的光聚焦或分布在视场或视野的不同部分中(例如，以成形发射到视场中的一个或多个光束)。在一些情况下，不同的半透明孔218的尺寸或大小可以不同，并且与不同尺寸的半透明孔218对准的微光学元件228的尺寸可以不同，以确保不同尺寸的微光学元件228的焦点都与不同尺寸的半透明孔218位于相同或期望的位置。另选地，不同的微光学元件228的尺寸可以不同，以将不同的微光学元件228的焦点移动到半透明孔218内或外的不同位置。例如，第一半透明孔218可以具有第一孔尺寸，第二半透明孔218可以具有与第一孔尺寸不同的第二孔尺寸。在这些实施方案中，第一微光学元件228可以与第一半透明孔218对准并且具有第一尺寸，并且第二微光学元件可以与第二半透明孔218对准并且具有第二尺寸。可以调整一个或多个微光学元件228的参数(例如，焦点、数值孔径(NA)等)以在距显示器叠层200的前表面特定距离处提供均匀或不均匀的光分布(或者更多或更少的均匀光分布)。
光学模块202可以类似于参照图2A描述的光学模块，但是以举例的方式示出仅包括光发射器226。另外，光发射器226被示为通过更多数量的半透明孔218和微光学元件228接收光。
在一些实施方案中，通过显示器叠层200发射的光束可以由显示器叠层200的一个或多个层中包括的元件进一步或另选地成形。在一些情况下，这些元件可以以波长为目标，使得它们成形具有一个或多个预先确定的波长的光，但是对其他光没有影响(例如，对由发光元件216发射的可见光没有影响)。
图5示出了图2A和图2B中所示的显示器叠层200的另一另选的正视图，具有如参照图4所述配置的光学模块202。另选的正视图类似于图2A所示的正视图，但是具有以GRIN透镜阵列(而不是微透镜阵列)形式形成在显示器叠层200的后表面220上(或与之邻接)的微光学元件228。GRIN透镜可以具有变化的光学折射率，诸如从透镜的***到中心变化的光学折射率。变化的光学折射率可以使光通过镜头时以不同的方式弯曲。
可以通过使用显示器叠层200的导电迹线作为用于执行离子注入的掩模来制造诸如GRIN透镜的平面光学器件。例如，可以通过改变GRIN透镜的折射率分布、厚度和/或z位置来定制GRIN透镜提供的光束形状。
在图5所示的另选方案中，微光学元件2 12828可以包括菲涅耳透镜、衍射光学元件等等。在一些实施方案中，微光学元件228可被集成到显示器叠层200的现有层中或包括在显示器叠层200的附加层中(例如，在半透明孔218内)。平面光学器件有时更易于集成到显示器叠层的一层中。
图6示出了图2A和图2B中所示的显示器叠层200的又一另选的正视图，其中可以通过显示器叠层200中的倾斜的半透明孔218发射或接收光。倾斜的半透明孔218可以具有以除90度角之外的角度从显示器叠层200的前表面延伸到后表面的轴线(即，倾斜的半透明孔218不垂直于显示器叠层200的前表面和后表面)。倾斜的半透明孔218可以由显示器叠层200中的不透明元件界定(并由其限定)，类似于参照图2A、图2B、图3、图4和图5描述的半透明孔。
光学模块202可以位于显示器叠层200的后表面220的后面，并且与显示器叠层200的后表面220间隔开(例如，位于平行于显示器叠层200的后表面220的平面中并面向显示器叠层200的后表面220)。光学模块202可以包括光接收器和/或光发射器，但是在图6中被示出为仅包括光发射器226。在一些情况下，光学模块202可以包括透镜232。可以在显示器叠层200的后表面220上形成微光学元件228，在显示器叠层200和光学模块202之间。微光学元件228可以与倾斜的半透明孔218的一端对准或至少部分地对准。
当光学模块包括光发射器226时，可以将微光学元件228和/或透镜232配置为重定向(例如，弯曲和准直或转向)由光发射器226发射的光，使得其可通过倾斜的半透明孔218发射。当光学模块202包括光接收器时，微光学元件228和/或透镜232可以被配置为重定向(例如，弯曲和会聚或转向)通过倾斜的半透明孔218接收的光，使得它可被光接收器接收。在一些情况下，微光学元件228或透镜232可以包括衍射光学元件。
在图6所示的光学模块放置的另选方案中，光学模块可以被安装在倾斜的表面上，并且类似于参照图2A所描述的光接收器或光发射器通过垂直于显示器叠层取向的半透明孔接收或发射光的方式从倾斜的半透明孔218接收光或将光发射到倾斜的半透明孔218。
在参照图6描述的倾斜的半透明孔218的另选方案中，参照图6描述的微光学元件228和/或透镜232可以用于通过垂直于显示器叠层200取向的半透明孔以一定角度接收或发射光。
图7A示出了图2A和图2B中所示的显示器叠层200的另一另选的正视图，具有如参照图4所述配置的光学模块202，但是包括多个光发射器226(例如，第一光发射器226-1、第二光发射器226-2和第三光发射器226-3)。图7A将显示器叠层200示出为单数结构，并且未标出参照其他附图描述的各种显示器叠层。然而，图7A中所示的显示器叠层200可以包括其他附图中描述的层，和/或其他或不同的层。
图7A中所示的是具有宽度“d”的至少一维的像素700。微光学元件228可以与像素700的宽度对准，但是不是必须的。在另选的实施方案中，多于一个的微光学元件228可以与像素700对准或重叠。显示器叠层200内的不透明元件可限定从显示器叠层200的前表面延伸到后表面220的多个半透明孔218，如层702中的开口大体所示。每个微光学元件228可以位于多个半透明孔218的后面。多个像素可以以平行于显示器叠层200的显示表面取向的阵列分布，并且每个像素可以被配置为与像素700相似(或不同)。
由光发射器226-1、226-2、226-3中的每一个光发射器发射的光可以穿过相同或不同组的一个或多个微光学元件228，并且穿过单个微光学元件228的光可以穿过相同或不同组的多个半透明孔218。如果半透明孔218的视觉上澄清的部分大体为矩形或正方形，则穿过显示器叠层200中的每个半透明孔218的光束在远场中可具有大体为矩形或正方形的横截面。取决于光学模块202和显示器叠层200内的各种元件的构造，并且取决于从盖214到远场的距离，矩形或正方形截面的光束可以重叠或不重叠。
在一些实施方案中，所有光发射器226-1、226-2、226-3可以***作为同时发射光。在其他实施方案中，光发射器226-1、226-2、226-3可以***作为单个地发射光，或者与其他光发射器226-1、226-2、226-3以不同的组合发射光。将光发射器226-1、226-2、226-3配置为单独地寻址和操作可实现在远场中光束成形或光束扫描。
在一些实施方案中，光发射器226-1、226-2、226-3可以发射具有相同波长(或颜色)的光。在其他实施方案中，不同的光发射器226-1、226-2、226-3可以发射具有不同波长(或颜色)的光。由不同的光发射器发射的光可以穿过显示器叠层200中的相同或不同的半透明孔218。
在一些实施方案中，准直透镜232可以具有焦距“F”，并且微光学元件228可以具有焦距“f”。在这些实施方案中，并且在一些情况下，F和f之间的比率可以匹配从光发射器间距到半透明孔间距的放大率，使得可以通过半透明孔218针对每个像素700对光发射器进行再成像。在一些情况下，当准直透镜232与微光学元件228之间的工作距离为F+f时，可以实现通过半透明孔218的最佳再成像光束质量和最低的光学传输损耗。准直透镜232和微光学元件228之间的横向对准不是必须的。使用参照图7A描述的显示器叠层200、微光学元件228和光学模块202生成的示例性远场图像在图8中示出。
在一些实施方案中，F/f比率、显示器像素直径(D)、半透明孔尺寸、微光学元件间距(D)和/或发射器孔径/间距/分段/阵列尺寸可被配置为允许一个或多个通用或特定发射器、区段、阵列通过一个或多个通用或特定的半透明孔218聚焦。
参照图7A所描述的显示器叠层200、微光学元件228以及光学模块202可用于通过参照图3所描述的每个像素的多个半透明孔218发射光。
图7B示出了图7A所示的另选方案，其中光学模块202仅包括单个光发射器226，并且微光学元件228限定超颖表面706，该超颖表面706使由光发射器226所发射的光在离开微光学元件228时成形。例如，微光学元件228可以具有位于微光学元件228与显示器叠层200之间的超颖表面706(例如，衍射光栅)，该超颖表面706分离由微光学元件228聚焦的光。另选地，微光学元件228可以具有不同的构造，或者具有形成在微光学元件228的不同表面上的超颖表面。
图8示出了由一个或多个光发射器发射的照明图案800，该光发射器可以位于显示器叠层的后面，并通过显示器叠层中的半透明孔来发射光，如参照图2A至图2B、图3、图4、图5、图6和图7A至图7B所描述的。如图所示，通过每个半透明孔投射的光在远视场中可以具有大致矩形或正方形的长径比。例如，通过第一半透明孔发射的光可以具有形状802，通过第二半透明孔发射的光可以具有形状804，并且通过第三半透明孔发射的光可以具有形状806。形状802和804彼此重叠，但是形状802或804都不与形状806重叠。表面或对象上的图案的各个方面的尺寸，包括各个光束的尺寸或偏斜(例如，尺寸808)，或者不同光束之间的尺寸或偏斜(例如，光束之间的距离或光束的重叠量，诸如尺寸810)，可以用来确定对象与光发射器的接近度或距离。
图9A至图9F示出了在显示器叠层的后表面上形成微透镜阵列的示例性方法。转到图9A，方法开始于包括一组不透明元件(例如，导电迹线的网孔，该迹线耦接到一组发光元件216的TFT)的显示器叠层200。导电迹线的网孔可以包括连接到发光元件216的背面的阳极迹线。可以在发光元件的正面(即，发光面)上形成附加的一组元件，包括用于一组发光元件216的阴极接触件、形成触摸传感器的导电迹线的网孔、偏振器等。在一些实施方案中，发光元件可以包括OLED。以举例的方式，显示器叠层200被示出为包括在参照图2A所描述的显示器叠层中包括的相同层。
如参照图2A、图2B、图3、图4、图5、图6和图7A至图7B所描述的，一组半透明孔218可以由显示器叠层200的不透明元件限定，并且可以从显示器叠层200的前表面延伸到后表面220。
图9B示出了参照图9A描述的显示器叠层200的倒置，并且示出了将光致抗蚀剂900施加到显示器叠层200的后表面220上。光致抗蚀剂900可以包括半透明(或透明)材料，该材料用于在显示器叠层200上生长微透镜阵列。
图9C示出了显示器叠层200的前表面暴露于电磁辐射902(例如，紫外线(UV)辐射)。显示器叠层200的不透明元件，特别是连接到发光元件的背面的导电迹线的网孔用作光掩模，使得电磁辐射902穿过半透明孔218并固化与半透明孔218对准的光致抗蚀剂900的部分904。将显示器叠层200内的不透明元件用作光掩模提供了微透镜与半透明孔218的自对准，如参照图9D至图9F进一步解释的。
如图9D所示，可以去除(例如，通过蚀刻)光致抗蚀剂900的未固化部分，从而留下多个种子906以生长微透镜阵列。图9E示出了已经生长后的微透镜阵列(包括微透镜或微光学元件228)，其中阵列中的每个微透镜均关于种子906中的一个种子为中心。在一些情况下，可以使用回流工艺(例如，通过回流种子906或添加到种子906中的材料)来生长微透镜阵列。
图9F示出了再次被倒置并附接到盖214的底侧(内侧)之后的显示器叠层200。在一些实施方案中，盖214可以是玻璃或塑料盖。在一些实施方案中，可以使用透明粘合剂将显示器叠层200附接到盖214。在将显示器叠层200附接到盖214上之后，一个或多个光学模块可以被定位在显示器叠层200的后面并且与显示器叠层200间隔开，如参照图2A、图2B、图3、图4、图5、图6或图7A至图7B所描述的。
在其他实施方案中，微光学元件228可与显示器叠层200分开地构造或形成，然后与显示器叠层200中的半透明孔218主动或被动地对准。
图10示出了显示器叠层200和光学模块202的另一示例性实施方案。相对于光学模块202的近场共轭焦平面1000和远场共轭焦平面1002示出了显示器叠层200和光学模块202。
以举例的方式，显示器叠层200被配置为如图2A和图2B所示。显示器叠层200还可以以其他方式配置，并且可以包括在其他附图中描述的层和/或其他层或不同的层。
光学模块202被示为包括多个光发射器226(例如，第一光发射器226-1、第二光发射器226-2和第三光发射器226-3)，但是可以另选地包括单个光发射器(例如，如参照图4所描述的)。
一个或多个微光学元件228可以形成在显示器叠层200的后表面上。以举例的方式，示出了微光学元件228的阵列。在一些实施方案中，微光学元件228可以为或包括微透镜或GRIN透镜。微光学元件228可以为球形的或具有其他形状(例如，正方形、圆角正方形等)。
显示器叠层200内的不透明元件可限定从显示器叠层200的前表面延伸到后表面220的多个半透明孔218。每个微光学元件228可位于一个半透明孔218或多个半透明孔218的后面或与其对准。光通过一个或多个微光学元件228以及多个半透明孔218可以使光衍射(即，孔218可以用作衍射光栅)。来自同一相干发射器的光在穿过一个或多个微光学元件228和半透明孔218时会发生衍射，可以在光学模块202的一个或多个共轭焦平面上相长地和相消地组合以产生结构光图案。穿过孔218的光的几何重新成像和/或衍射可同时在光学模块202的一个或多个其他共轭焦平面中提供漫射照明(例如，均匀或基本均匀的照明)。例如，可以在与半透明孔218相交的至少第一共轭焦平面1000中提供漫射或均匀照明，并且可以在盖214外部的至少第二共轭焦平面1002中提供结构光图案。这样，显示器叠层200和光学模块202可以用作多共轭焦平面投影***。
在一些实施方案中，第一共轭焦平面1000可以在距微光学元件距离Z1处，并且可以与半透明孔218相交。在另选的实施方案中，第一共轭焦平面可一定程度地位于半透明孔218的内部或外部(例如，距光发射器226更近或更远)。第二共轭焦平面1002可以在距第一共轭焦平面距离Z2处，并且以举例的方式，第二共轭焦平面1002被示出为在盖214的外部(并且在包括盖214的设备的外部)。光发射器226的孔可以与微光学元件228相距距离Z0。在其他实施方案中，各种阵列和共轭焦平面可以被定位在距彼此的其他距离处和/或在距显示器叠层200的部件的其他距离处。在一些其他情况下，微光学元件228的间距(D)、模块工作距离(Z0)和/或发射器孔径/间距/分段/阵列尺寸可以被配置为允许一个或多个通用或特定的发射器、区段或阵列通过一个或多个通用或特定的半透明孔218聚焦，以及优化远场界面处的结构光图案布置和/或对比度。
由光发射器226-1、226-2、226-3中的每一个光发射器发射的光可以穿过相同或不同组的一个或多个微光学元件228，并且穿过单个微光学元件228的光可以穿过相同或不同组的多个半透明孔218。
在一些实施方案中，所有光发射器226-1、226-2、226-3可以***作为同时发射光。在其他实施方案中，光发射器226-1、226-2、226-3可以***作为单个地发射光，或者与其他光发射器226-1、226-2、226-3以不同的组合发射光。将光发射器226-1、226-2、226-3配置为单独寻址和操作，或者以两个或更多个重叠(交替的)或非重叠(非交替的)子组来寻址，可使光学模块202能够在近场和/或远场(例如，在第二共轭焦平面1002中)提供不同类型的结构光图案。
在一些实施方案中，光发射器226-1、226-2、226-3可以发射具有相同波长(或颜色)的光。在其他实施方案中，不同的光发射器226-1、226-2、226-3可以发射具有不同波长(或颜色)的光。由不同的光发射器发射的光可以穿过显示器叠层200中的相同或不同的半透明孔218。
图11A和图11B示出了近场照明和远场照明的示例，该照明可以由类似于参考图10所描述的显示器下光学模块提供。更具体地，图11A示出了近场共轭焦平面的示例性照明1100(照明强度)，并且图11B示出了远场共轭焦平面的示例性照明1110(照明强度)。如从图11A中可看出，近场共轭焦平面被漫射地照明(例如，以基本上均匀的方式)，而远场共轭焦平面则以结构光图案照明。
在一些实方案中，设备可以包括一个或多个显示器下光接收器(例如，光电探测器)，该光接收器感测从进入或在近场共轭焦平面内移动的对象反射的发射光的量，并根据感测到的反射光的量确定一个或多个对象的存在、接近度、位置或尺寸。附加地或另选地，该设备可以包括相机，该相机感测反射光的量、反射光的颜色或图案等，并且使用感测到的光的参数来确定进入或在近场共轭焦平面内移动的一个或多个对象的存在、接近度、位置、尺寸或其他参数。在一些示例中，相同设备可以使用相机(例如，显示器下相机)获取由显示器下光学模块的光发射器照明的对象的图像或图像集，并且处理器可以被配置为至少在远场共轭焦平面中使用对象的一个或多个图像和结构光图案的参数来确定对象的参数。例如，处理器可以至少在远场共轭焦平面中使用对象的一个或多个图像和结构光图案的参数来生成对象的三维图。
图12示出了可以包括在显示器下光学模块中的一组发射器1202的示例性平面图1200。相对于微光学元件1204的阵列示出了该组发射器1202。
参考图12所描述的设计考虑因素可以应用于包括更大或更小的发射器组和/或更大或更小的微光学元件阵列的设备。发射器1202相对于微光学元件1204的相对尺寸也仅是示例，并且在其他实施方案中可以改变。另外，不同的发射器1202可以具有相同或不同的形状或尺寸，并且不同的微光学元件1204可以具有相同或不同的形状或尺寸。
在一些实施方案中，处理器可以使用图12中所示的发射器1202以在不同时间在共轭焦平面中提供不同的结构光图案(例如，以提供其中结构光图案可以在一个帧与另一帧之间不同的多帧投影)。例如，处理器可以被配置为在第一时间段期间(在第一帧期间)激活发射器1202的第一子组1206，并且在第二时间段期间(例如，在第二帧期间)激活发射器1202的第二子组1208。发射器1202的第一子组1206的激活可以产生第一结构光图案(例如，图13A中所示的结构光图案1300)，并且发射器1202的第二子组1208的激活可以产生第二结构光图案(例如，图13B中所示的结构光图案1310)。
以举例的方式，发射器1202的第二子组1208被示为包括与发射器1202的第一子组1206相同数量和图案的发射器，但是被旋转并且在空间上偏移发射器1202的第一子组1206。在一些实施方案中，第一子组1206和第二子组1208中的发射器1202可以被配置和定位为在在第一共轭焦平面(例如，近场共轭焦平面)中提供漫射或均匀照明，但在一个或多个其他共轭焦平面(例如，在相同或不同的远场共轭焦平面中)中提供不同的结构光图案。
在一些实施方案中，发射器1202的第一子组1206和第二子组1208和/或它们在远场共轭焦平面中的不同的结构光图案可以在空间上被多路复用(例如，在空间上彼此偏移)。在其他实施方案中，发射器1202的第一子组1206和第二子组1208和/或它们在远场共轭焦平面中的不同的结构光图案可以是交替的或重叠的。
图12示出了如何通过改变发射器1202的阵列相对于微光学元件1204的阵列的放置来实现不同的结构光图案。附加地或另选地，可以通过改变发射器1202的孔径或间距(例如，改变VCSEL孔径或间距)来实现不同的结构光图案；改变发射器到微光学元件的工作距离(例如，改变VCSEL到MLA的工作距离)；改变微光学元件参数(例如，改变MLA曲率)；等等。在一些实施方案中，发射器1202的不同子组可以是单独可寻址的。在一些实施方案中，每个发射器1202可以是单独可寻址的。发射器1202的单独可寻址能力可使得能够通过各种相长/相消干涉效应来生成大量结构光图案。单独可寻址能力(或寻址发射器1202的更细粒度子组的能力)可帮助减少能够产生多个结构光图案的显示器下光发射器的占有面积(或裸片面积)。
在一些实施方案中，远场结构光图案的差异(或不规则部分，或不同的结构光图案独特性)和距离依赖(或距离无关)结构光图案可以在保持近场共轭焦平面中的最佳通过显示效率的同时实现。
可以顺序地(例如，在不同的帧中)、同时地或根据需要生成不同的结构光图案。在一些情况下，相机可以获取指示不同的结构光图案如何照亮对象的图像，并且使用图像更准确地确定对象的参数(例如，生成对象的更精确或更精细分辨率的三维图)。另选地，可以感测或提供环境条件或对象参数，并且处理器可以激活发射器1202的一个或多个子组，使得针对感测或提供的环境条件或对象参数适当地照亮对象。在一些实施方案中，多帧投影和/或可寻址的发射器或发射器的子组可实现功率和时间高效的三维感测或其他三维感测/显示投影任务。
图13A和图13B中的每一个图示出了沿着共轭焦平面的x轴和y轴的照明(例如，归一化辐照度)，该共轭焦平面平行于穿过参考图12描述的一组发射器1202或微光学元件1204的阵列的平面，或者平行于参照图10和其他附图描述的盖的外部表面。图13A和图13B中的每一个图表示范围为0到1的归一化辐照度，以瓦特/平方米(W/m2)为单位。
在本文所述的显示器叠层和光学模块的一些实施方案中，设置在显示器叠层下面的微光学元件可以不附接或形成在显示器叠层的后表面上，而是替代地它可以邻接到显示器叠层或以其他方式定位在显示器下光学模块和显示器叠层之间。在这些实施方案的一些实施方案中，微光学元件可以被提供为光学模块的一部分。在一些实施方案中，微光学元件可以在光发射器(例如，VCSEL)或光检测器(例如，光电二极管)的单个或一组上形成(或生长)。在一些情况下，微光学元件可以与光发射器或光检测器精确对准(反之亦然)。在其他情况下，微光学元件可以被松散地与光发射器或光检测器对准，并且可以基于特定设备或一组设备中零件的实际对准来校准设备。
图14示出了感测对象与具有发光显示器的设备的接近度的方法1400。可以使用本文描述的任何显示器叠层和光学模块，结合处理器诸如参照图16描述的处理器，来执行方法1400。
在框1402处，方法1400可以可选地包括从光发射器发射光。在框1404处，可以准直发射光，并且在框1406处，可以将准直的发射光朝向发光显示器的显示表面中的第一半透明孔聚焦。
在框1408处，方法1400可以包括通过显示表面中的第二半透明孔接收光。在框1410处，可以对接收光进行准直，并且在框1412处，可以将准直的接收光朝向光接收器会聚。在框1414处，可以量化(例如，通过设备的处理器)光接收器的输出，并且在框1416处，可以使光接收器的量化的输出和对象与设备的接近度相关。
在框1406处，朝向第一半透明孔聚焦的光可以具有预先确定的一组一个或多个波长。预先确定的波长组(或单个波长)可以通过光发射器的配置或通过由准直透镜或聚焦透镜执行的过滤来建立。类似地，由光接收器接收的光可以具有预先确定的一组一个或多个波长(或单个波长)。由光接收器接收的预先确定的波长组(或单个波长)可以通过由准直透镜或聚光透镜执行的过滤或者通过光接收器的配置来建立。
在其中框1402-1406处的操作被执行并且从光发射器发射的光包括光脉冲的实施方案中，方法1400还可以包括记录光脉冲的发射时间；使用所述光接收器来确定所述光脉冲的反射的接收时间；以及使用发射时间和接收时间(例如，基于光脉冲的ToF和光速)来确定对象与设备之间的距离。
在方法1400的一些实施方案中，量化光接收器的输出可以包括量化光接收器的输出的变化。
在一些情况下，方法1400可以被修改为通过显示表面中的多个半透明孔发射和/或接收光。方法1400还可以被修改为做出其他确定，用于获取图像(包括指纹或面部的图像)、进行测量(例如，环境光测量)或者发射和接收无线通信。
图15示出了对视场进行照明的示例性方法。可以使用本文描述的任何显示器叠层和光学模块(只要光学模块包括光发射器)，结合处理器诸如参照图16描述的处理器，来执行方法1400。
在框1502处，方法1500可以包括从光发射器的阵列发射光。可以通过附接到显示器叠层(例如，发光显示器的显示器叠层)的背面(或以其他方式定位在其后面)的微光学元件阵列来发射光，并且该微光学元件阵列可以将发射光的至少一部分引导通过显示器叠层中的半透明孔阵列。
在框1504处，可以感测从第一对象(例如，位于设置在显示器叠层上方的盖上或其附近的手指或触笔)反射的发射光的量。在一些实施方案中，反射的光可以由位于显示器叠层下面或后面的光接收器感测。光接收器可以包括光电二极管阵列。
在框1506处，以及在框1504处的操作之前、之后或与之并行，可以获取第二对象的至少一个图像(例如，用户的面部或头部，或用户面部的组成部分，或用户的手)。在一些实施方案中，一个或多个图像可以由设置在显示器叠层下面或后面的图像传感器(例如，相机)获取。在一些实施方案中，位于光发射器和显示器叠层之间的微光学元件可以不被定位在显示器叠层和图像传感器之间，以便图像传感器可以适当地识别照亮第二对象的结构光图案中的不规则部分。当获取一个或多个图像时，第二对象可以由结构光图案或多个结构光图案照明。可以通过在框1502处发射的光的相长和相消干涉来形成一个或多个结构光图案。
在框1508处，方法1500可以包括使用所感测的反射光的量来确定第一对象的接近度和/或位置。
在框1510处，方法1500可以包括使用所获取的一个或多个图像来生成第二对象的三维图。
在一些情况下，可以针对相同对象执行在框1508处做出的确定和在框1510处生成的三维图，以及/或者将其用作生物识别认证功能的一部分。
图16示出了电子设备1600的示例性电气框图，在一些情况下，该电子设备可以采用参照图1A和图1B所描述的设备的形式，和/或具有参照图1A至图15所描述的显示器叠层和显示器下光学传感器。电子设备1600可包括显示器1602(例如，发光显示器)、处理器1604、电源1606、存储器1608或存储设备、传感器***1610或输入/输出(I/O)机构1612(例如，输入/输出设备、输入/输出端口或触觉输入/输出接口)。处理器1604可以控制电子设备1600的一些或所有操作。处理器1604可直接或间接地与电子设备1600的一些或所有其他部件进行通信。例如，***总线或其他通信机构1614可提供显示器1602、处理器1604、电源1606、存储器1608、传感器***1610和I/O机构1612之间的通信。
处理器1604可以被实现为能够处理、接收或发送数据或指令的任何电子设备，无论这些数据或指令是软件还是固件的形式或以其他方式编码。例如，处理器1604可包括微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、控制器或此类设备的组合。如本文所述，术语“处理器”意在涵盖单个处理器或处理单元、多个处理器、多个处理单元或一个或多个其他适当配置的计算元件。
应当指出的是，电子设备1600的部件可由多个处理器控制。例如，电子设备1600的选择部件(例如，传感器***1610)可由第一处理器控制并且电子设备1600的其他部件(例如，显示器1602)可由第二处理器控制，其中第一处理器和第二处理器可或不可彼此通信。
电源1606可利用能够向电子设备1600提供能量的任何设备来实现。例如，电源1606可包括一个或多个电池或可充电电池。附加地或另选地，电源1606可以包括将电子设备1600连接到另一电源诸如壁装电源插座的电源连接器或电源线。
存储器1608可以存储可由电子设备1600使用的电子数据。例如，存储器1608可以存储电数据或内容，诸如，例如，音频和视频文件、文档和应用程序、设备设置和用户偏好、定时信号、控制信号以及数据结构或数据库。存储器1608可包括任何类型的存储器。仅以举例的方式，存储器1608可以包括随机存取存储器、只读存储器、闪存存储器、可移动存储器、其他类型的存储元件或这些存储器类型的组合。
电子设备1600还可包括被定位在电子设备1600上的几乎任何位置处的一个或多个传感器***1610。然而，至少一个光学传感器，或光接收器或光发射器可以位于显示器1602下方，并且可以通过显示器1602发射和/或接收光。一个或多个传感器***1610可以被配置为感测一种或多种类型的参数，诸如但不限于光；触摸；力；热；移动；相对运动；用户的生物计量数据(例如，生物参数)；等等。以举例的方式，一个或多个传感器***1610可包括热传感器、位置传感器、光或光学传感器、加速度计、压力换能器、陀螺仪、磁力仪、健康监测传感器等。此外，一个或多个传感器***1610可利用任何适当的感测技术，包括但不限于电容、超声波、电阻、光学、超声、压电和热感测技术。
I/O机构1612可以发送或接收来自用户或另一个电子设备的数据。I/O机构1612可包括显示器1602、触摸感测输入表面、冠部、一个或多个按钮(例如，图形用户界面“home”按钮)、一个或多个相机(包括显示器下相机)、一个或多个麦克风或扬声器、一个或多个端口诸如麦克风端口和/或键盘。附加地或另选地，I/O机构1612可以经由通信接口诸如无线、有线和/或光通信接口发送电子信号。无线和有线通信接口的示例包括但不限于蜂窝和Wi-Fi通信接口。
上述描述为了进行解释使用了特定命名来提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，在阅读本说明书之后，不需要具体细节即可实践所述实施方案。因此，出于举例说明和描述的目的，呈现了对本文所述的具体实施方案的前述描述。它们并非旨在是穷举性的或将实施方案限制到所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，在阅读本说明书之后，鉴于上面的教导内容，许多修改和变型是可能的。

Claims (22)

1.一种电子设备，其特征在于，包括：
显示器叠层，所述显示器叠层包括限定延伸穿过所述显示器叠层的半透明孔的一组不透明元件；
光接收器，所述光接收器与所述显示器叠层的后表面间隔开并且在所述显示器叠层的所述后表面的后面；和
至少一个微光学元件，所述至少一个微光学元件形成在所述显示器叠层的所述后表面上，在所述显示器叠层和所述光接收器之间，所述至少一个微光学元件包括具有位于所述半透明孔内的焦点的微光学元件；其中：
所述光接收器被配置为通过所述半透明孔和所述至少一个微光学元件接收光。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述显示器叠层包括有机发光二极管阵列。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述显示器叠层包括限定延伸穿过所述显示器叠层的不同的半透明孔的不同组的不透明元件。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其特征在于，
形成在所述显示器叠层的所述后表面上的所述至少一个微光学元件包括形成在所述显示器叠层的所述后表面上的微透镜阵列；其中：
具有位于所述半透明孔内的所述焦点的所述微光学元件包括所述微透镜阵列的第一微透镜。
5.根据权利要求3所述的电子设备，其特征在于，
所述半透明孔为第一半透明孔；
所述微光学元件为第一微光学元件；
所述不同的半透明孔包括第二半透明孔；
所述至少一个微光学元件包括所述第一微光学元件和第二微光学元件；
所述第二微光学元件具有位于所述第二半透明孔内的焦点；以及
所述光接收器被配置为通过所述第一半透明孔和所述第一微光学元件以及通过所述第二半透明孔和所述第二微光学元件接收光。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
多层显示器叠层，所述多层显示器叠层包括一组不透明元件，所述一组不透明元件包括：
一组发光元件；
一组驱动电路，所述一组驱动电路耦接到所述一组发光元件；和
导电迹线的多层网孔，所述导电迹线的多层网孔被配置为将电信号路由到所述一组驱动电路；其中：
所述不透明元件的不同子组限定从所述显示器叠层的前表面延伸到后表面的不同的半透明孔；
光学模块，所述光学模块与所述显示器叠层的所述后表面间隔开并且在所述显示器叠层的所述后表面的后面；和
至少一个微光学元件，所述至少一个微光学元件形成在所述显示器叠层的所述后表面上，在所述显示器叠层和所述光学模块之间。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述至少一个微光学元件包括具有位于所述半透明孔中的一个半透明孔内的焦点的微光学元件。
8.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述光学模块包括被定位成通过所述显示器叠层和至少第一微光学元件接收光的光接收器。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述光学模块包括定位在所述第一微光学元件和所述光接收器之间的聚光透镜。
10.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述光学模块还包括被定位成通过至少第二微光学元件和所述显示器叠层发射光的光发射器。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述光学模块包括：
聚光透镜，所述聚光透镜定位在所述第一微光学元件和所述光接收器之间；和
准直透镜，所述准直透镜定位在所述光发射器和所述第二微光学元件之间。
12.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述光学模块包括被定位成通过至少第一微光学元件和所述显示器叠层发射光的光发射器。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其特征在于，还包括：
衍射光栅，所述衍射光栅使由所述光发射器发射的光在离开所述第一微光学元件时成形。
14.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，
所述光学模块包括被定位成通过至少第一微光学元件和所述显示器叠层发射光的至少两个光发射器；以及
通过所述第一微光学元件发射的光由所述不同的半透明孔中的至少两个半透明孔成形。
15.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述至少一个微光学元件包括微透镜阵列。
16.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述至少一个微光学元件包括至少一个梯度折射率透镜。
17.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，
所述不同的半透明孔中的第一半透明孔具有第一孔尺寸；
所述不同的半透明孔中的第二半透明孔具有第二孔尺寸；
所述至少一个微光学元件的第一微光学元件与所述第一半透明孔对准并且具有第一尺寸；以及
所述至少一个微光学元件的第二微光学元件与所述第二半透明孔对准并且具有第二尺寸。
18.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述不同的半透明孔中的至少一个半透明孔是透明的。
19.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，
所述光学模块包括被定位成通过所述不同的半透明孔中的多个半透明孔发射光的光发射器；
所述发射光通过所述至少一个微光学元件和所述显示器发射；以及
所述发射光在至少第一共轭焦平面中提供漫射照明，并在至少第二共轭焦平面中提供结构光图案。
20.根据权利要求19所述的电子设备，其特征在于，还包括：
设置在所述多层显示器叠层上方的盖；其中，
所述第一共轭焦平面位于所述盖的外表面或距所述盖的所述外表面第一距离内；以及
所述第二共轭焦平面在距所述盖的所述外表面第二距离处，所述第二距离大于所述第一距离。
21.根据权利要求19所述的电子设备，其特征在于，还包括：
相机，所述相机被配置为获取由所述光发射器照明的对象的图像；和
处理器，所述处理器被配置为使用所述对象的所述图像，
生成所述对象的三维图；以及
在至少所述第二共轭焦平面中的所述结构光图案的参数。
22.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，还包括：
处理器；其中，
所述光学模块包括被定位成通过所述不同的半透明孔中的多个半透明孔发射光的光发射器；
所述发射光通过所述至少一个微光学元件和所述显示器发射；
所述处理器被配置为在第一时间段期间激活所述光发射器的第一发射器子组，并且在第二时间段期间激活所述光发射器的第二发射器子组；
所述第一发射器子组的激活在共轭焦平面中产生第一结构光图案；以及
所述第二发射器子组的激活在所述共轭焦平面中产生第二结构光图案。
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