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    • 专利摘要:
    一种基于超表面结构的全面屏装置和电子设备。该基于超表面结构的全面屏装置包括屏幕组件和超表面组件。该屏幕组件包括多个显示单元和透光基底，其中该多个显示单元被对应地设置于该透光基底，用于显示信息，其中多个该显示单元被间隔地排布，以在相邻的该显示单元之间形成透光区域。该超表面组件包括多个超表面透射结构，其中多个该超表面透射结构被设置以对应于该屏幕组件的该透光区域，并且每个该超表面透射结构由亚波长尺度的微纳结构组成，其中该超表面透射结构中的该微纳结构根据所处的视场角进行设计，以在同一视场角下不同的该超表面透射结构具有相同的微纳结构，并在不同视场角下不同的该超表面透射结构具有不同的微纳结构。
    公开号:CN214336203U
    申请号:CN202120037863.1U
    申请日:2021-01-07
    公开日:2021-10-01
    发明作者:李弼华；罗丝；陈杭；胡增新
    申请人:Sunny Optical Zhejiang Research Institute Co Ltd；
    IPC主号:G09F9-33
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及屏下技术领域，特别是涉及一种基于超表面结构的全面屏装置和电子设备。
    [n0002] 在诸如手机等电子设备的全面屏时代，对屏下摄像头成像的需求越来越迫切，这是因为屏下成像技术能够有效地增加全面屏手机的屏占比，给予用户更好的体验。但目前市场上尚未有成熟的全面屏技术，并且以往提出的各种手段，如刘海屏、水滴屏、升降屏、滑屏以及挖孔屏等，都因各种各样的原因而无法满足用户的需求。例如，刘海屏的屏幕遮挡范围大、屏占比低；水滴屏虽然能够实现较大的品占比，但不支持3D显示；升降屏和滑屏的结构设计虽然可以实现100％的真全面屏效果，但设计复杂性和整机重量都偏高，并且机械设计由于降低了机身结构的稳定性导致其易坏风险性增加；挖孔屏则是将摄像头隐藏在屏幕上方的一个小孔里以实现超高的屏占比，但挖孔的设计会影响前置摄像头的进光量，并未真正意义上实现全面屏。
    [n0003] 为了实现真正的全面屏效果，现有技术从屏幕自身的构造着手，研发出了一种透光显示屏，该透光显示屏具有透光部分和离散的不透光部分，这些不透光部分为诸如OLED或液晶单元等显示单元，用来显示信息；而这些透光部分则允许光线透过以被位于屏幕下方的摄像模组接收而成像。
    [n0004] 然而，由于该透光显示屏的透光部分的透光量较小，且不同视场下的光线存在较大的相位差，导致位于屏幕下方的摄像模组因进光量不足和相位差大而无法实现高分辨率和大视场角的成像，因此，为了解决上述问题，现有的一种技术方案是在该透光显示屏的透光部分的下方对应地设置微透镜阵列以提高进光量，进而提高摄像模组的成像质量。这种技术方案虽然在一定程度上增加了进光量而提高了成像分辨率，但是一方面因微透镜阵列并不能消除不同视场下的相位差，仍无法满足用户对大视场成像的需求；另一方面则因微透镜阵列的体积较大、制造和组装难度较高，而无法在工业上得到广泛地应用，使得屏下成像技术仍难以推广和普及。
    [n0005] 本实用新型的一优势在于提供一基于超表面结构的全面屏装置和电子设备，其能够适用于大视场角成像，有助于使真全面屏成像得以实现和推广。
    [n0006] 本实用新型的另一优势在于提供一基于超表面结构的全面屏装置和电子设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述基于超表面结构的全面屏装置和电子设备能够利用超表面结构来实现大视场角的成像，以便在不增大屏幕体积的情况下，实现屏下高分辨率成像。
    [n0007] 本实用新型的另一优势在于提供一基于超表面结构的全面屏装置和电子设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述基于超表面结构的全面屏装置和电子设备能够实现消色差，不仅适用于白光在内的整个可见光波段，而且也适用于红外或紫外等宽光谱波段。
    [n0008] 本实用新型的另一优势在于提供一基于超表面结构的全面屏装置和电子设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述基于超表面结构的全面屏装置和电子设备能够再次细分屏幕上的像素单元，以提高像素密度，有助于实现超高像素的显示。
    [n0009] 本实用新型的另一优势在于提供一基于超表面结构的全面屏装置和电子设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述基于超表面结构的全面屏装置和电子设备能够兼容诸如感光传感器、距离传感器、红外传感器、泛光感应元件或点阵投影器等各种传感器，以在获得真全面屏体验的同时，拓展全面屏的应用范围，便于推广和普及。
    [n0010] 本实用新型的另一优势在于提供一基于超表面结构的全面屏装置和电子设备，其中，为了达到上述目的，在本实用新型中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本实用新型成功和有效地提供一解决方案，不只提供简单的基于超表面结构的全面屏装置和电子设备，同时还增加了所述基于超表面结构的全面屏装置和电子设备的实用性和可靠性。
    [n0011] 为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，本实用新型提供了一基于超表面结构的全面屏装置，包括：
    [n0012] 一屏幕组件，其中所述屏幕组件包括多个显示单元和一透光基底，其中所述多个显示单元被对应地设置于所述透光基底，用于显示信息，其中多个所述显示单元被间隔地排布，以在相邻的所述显示单元之间形成透光区域；和
    [n0013] 一超表面组件，其中所述超表面组件包括多个超表面透射结构，其中多个所述超表面透射结构被设置以对应于所述屏幕组件的所述透光区域，并且每个所述超表面透射结构由亚波长尺度的微纳结构组成，其中所述超表面透射结构中的所述微纳结构根据所处的视场角进行设计，以在同一视场角下不同的所述超表面透射结构具有相同的微纳结构，并在不同视场角下不同的所述超表面透射结构具有不同的微纳结构。
    [n0014] 根据本申请的一实施例，所述超表面透射结构的所述微纳结构为纳米柱，其中所述超表面透射结构对光线的调制取决于所述纳米柱的排布方式和/或所述纳米柱的结构形式。
    [n0015] 根据本申请的一实施例，所述纳米柱的结构形式为块状结构或柱状结构。
    [n0016] 根据本申请的一实施例，所述超表面透射结构直接被形成于所述屏幕组件的所述透光基底。
    [n0017] 根据本申请的一实施例，所述超表面组件进一步包括至少一衬底层，其中所述超表面透射结构被直接形成于所述衬底层，以形成单独的所述超表面组件。
    [n0018] 根据本申请的一实施例，所述超表面组件具有单层结构或多层结构。
    [n0019] 根据本申请的一实施例，所述超表面组件进一步包括多个超表面反射结构，其中多个所述超表面反射结构被设置以分别对应于所述屏幕组件的所述显示单元，并且每个所述超表面反射结构由不同的微纳结构组成，用与反射不同波长的光线。
    [n0020] 根据本申请的一实施例，所述屏幕组件的所述显示单元为OLED或液晶单元。
    [n0021] 根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了电子设备，包括：
    [n0022] 一基于超表面结构的全面屏装置，其中所述基于超表面结构的全面屏装置包括：
    [n0023] 一屏幕组件，其中所述屏幕组件包括多个显示单元和一透光基底，其中所述多个显示单元被对应地设置于所述透光基底，用于显示信息，其中多个所述显示单元被间隔地排布，以在相邻的所述显示单元之间形成透光区域；和
    [n0024] 一超表面组件，其中所述超表面组件包括多个超表面透射结构，其中多个所述超表面透射结构被设置以对应于所述屏幕组件的所述透光区域，并且每个所述超表面透射结构由亚波长尺度的微纳结构组成，其中所述超表面透射结构中的所述微纳结构根据所处的视场角进行设计，以在同一视场角下不同的所述超表面透射结构具有相同的微纳结构，并在不同视场角下不同的所述超表面透射结构具有不同的微纳结构；和
    [n0025] 一传感器装置，其中所述传感器装置被设置于所述基于超表面结构的全面屏装置的下方，用于获取位于所述基于超表面结构的所述全面屏装置上方的信息，或者投射信息至所述基于超表面结构的所述全面屏装置的上方。
    [n0026] 根据本申请的一实施例，所述传感器装置包括一感光组件，其中所述感光组件被对应地设置于所述屏幕组件的下方，用于接收来自所述屏幕组件上方且被所述超表面元件调制后的光线以成像。
    [n0027] 根据本申请的一实施例，所述传感器装置包括一点阵投影器，其中所述点阵投影器被对应地设置于所述屏幕组件的下方，用于在被所述超表面元件调制后投射信息至所述屏幕组件的上方。
    [n0028] 根据本申请的一实施例，所述传感器装置进一步包括一红外摄像头、一距离传感器以及一环境光传感器中的一种或多种。
    [n0029] 通过对随后的描述和附图的理解，本实用新型进一步的目的和优势将得以充分体现。
    [n0030] 本实用新型的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。
    [n0031] 图1是根据本实用新型的一实施例的一基于超表面结构的全面屏装置的结构示意图。
    [n0032] 图2示出了根据本实用新型的上述实施例的所述基于超表面结构的全面屏装置的屏幕组件的结构示意图。
    [n0033] 图3示出了根据本实用新型的上述实施例的所述基于超表面结构的全面屏装置的超表面组件中与零视场角对应的微纳结构的示意图。
    [n0034] 图4示出了根据本实用新型的上述实施例的所述基于超表面结构的全面屏装置的超表面组件中与第一视场角对应的微纳结构的示意图。
    [n0035] 图5示出了根据本实用新型的上述实施例的所述基于超表面结构的全面屏装置的第一变形实施方式。
    [n0036] 图6示出了根据本实用新型的上述实施例的所述基于超表面结构的全面屏装置的第二变形实施方式。
    [n0037] 图7示出了根据本实用新型的上述实施例的所述基于超表面结构的全面屏装置的第三变形实施方式。
    [n0038] 图8示出了根据本实用新型的上述第三变形实施方式的所述基于超表面结构的全面屏装置的超表面组件的示意图。
    [n0039] 图9示出了根据本实用新型的上述第三变形实施方式的所述超表面组件中超表面反射结构的分布示意图。
    [n0040] 图10示出了根据本实用新型的上述第三变形实施方式的所述超表面反射结构的结构示意图。
    [n0041] 图11是根据本实用新型的一实施例的电子设备的结构示意图。
    [n0042] 图12示出了根据本实用新型的上述实施例的所述电子设备的第一个示例。
    [n0043] 图13示出了根据本实用新型的上述实施例的所述电子设备的第二个示例。
    [n0044] 图14示出了根据本实用新型的上述实施例的所述电子设备的第三个示例。
    [n0045] 以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
    [n0046] 在本实用新型中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本实用新型的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。
    [n0047] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
    [n0048] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
    [n0049] 为了实现真正的全面屏效果，现有技术从屏幕自身的构造着手，研发出了一种透光显示屏，该透光显示屏具有透光部分和离散的不透光部分，这些不透光部分为诸如OLED或液晶单元等显示单元，用来显示信息；而这些透光部分则允许光线透过以被位于屏幕下方的摄像模组接收而成像。然而，由于该透光显示屏的透光部分的透光量较小，且不同视场下的光线存在较大的相位差，导致位于屏幕下方的摄像模组因进光量不足和相位差大而无法实现高分辨率和大视场角的成像，因此，为了解决上述问题，现有的一种技术方案是在该透光显示屏的透光部分的下方对应地设置微透镜阵列以提高进光量，进而提高摄像模组的成像质量。这种技术方案虽然在一定程度上增加了进光量而提高了成像分辨率，但是一方面因微透镜阵列并不能消除不同视场角下的相位差，仍无法满足用户对大视场成像的需求；另一方面则因微透镜阵列的体积较大、制造和组装难度较高，而无法在工业上得到广泛地应用，使得屏下成像技术仍难以推广和普及。
    [n0050] 为了解决上述问题，参考说明书附图之图1至图4所示，根据本实用新型的一实施例的一种基于超表面结构的全面屏装置被阐明。具体地，如图1和图2所示，所述基于超表面结构的全面屏装置1可以包括一屏幕组件10和一超表面组件20。所述屏幕组件10包括多个显示单元11和一透光基底12，其中所述多个显示单元11被对应地设置于所述透光基底12，用于显示信息，其中多个所述显示单元11被间隔地排布，以在相邻的所述显示单元11之间形成透光区域120。所述超表面组件20包括多个超表面透射结构21，其中多个所述超表面透射结构21被设置以对应于所述屏幕组件10的所述透光区域120，并且每个所述超表面透射结构21由亚波长尺度的微纳结构211组成，其中所述超表面透射结构21中的所述微纳结构211根据所处的视场角进行设计，以在同一视场角下不同的所述超表面透射结构21具有相同的微纳结构，并在不同视场角下不同的所述超表面透射结构21则具有不同的微纳结构，用于分别调制从各个视场角下的所述透光区域120穿过的光线，有助于消除光线的相位差，从而便于实现大视场角的成像。
    [n0051] 值得注意的是，由于本申请的所述基于超表面结构的全面屏装置1中在同一视场角下不同的所述超表面透射结构21具有相同的微纳结构，并且在不同视场角下不同的所述超表面透射结构21则具有不同的微纳结构，因此在同一视场角下，经由相同的所述微纳结构211调制后的光线仍能够保持一致的相位，而在不同视场角下，经由不同的所述微纳结构211调制后的光线也能够保持一致的相位，有助于消除光线的相位差，进而实现大视场角的成像。换言之，本申请的所述基于超表面结构的全面屏装置1对同一视场角下对应的光线的相位改变是相同的，而对不同视场角下对应的光线的相位改变是不同的，以便消除相位差，有助于后续实现高分辨率的成像。
    [n0052] 示例性地，如图2所示，以F0代表零视场角，以F1代表第一视场角，以此类推，直至Fmax代表最大视场角。具体地，在图2中，与零视场角F0对应的一个所述超表面透射结构21中的微纳结构完全相同；与第一视场角F1对应的四个所述超表面透射结构21中的微纳结构211完全相同；与第二视场角F2对应的四个所述超表面透射结构21中的微纳结构211完全相同；与最大视场角Fmax对应的四个所述超表面透射结构21中的微纳结构211完全相同。与此同时，与不同视场角对应的所述超表面透射结构21中的微纳结构211则互不相同，以便弥补不同视场角下对应的光线的相位差，例如，与零视场角F0对应的所述超表面透射结构21中的微纳结构211如图3所示；与第一视场角F1对应的所述超表面透射结构21中的微纳结构211如图4所示。
    [n0053] 优选地，所述超表面透射结构21的所述微纳结构211可以被实施为纳米柱，其中所述超表面透射结构21对光线的调制取决于所述纳米柱的排布方式和/或所述纳米柱的结构形式。
    [n0054] 更具体地，以零视场角F0为例来阐述所述超表面透射结构21的微纳结构211的具体设计。首先，所述超表面透射结构21的相位分布被实施为下式(1)：
    [n0055]
    [n0056] 其中：为所述超表面结构的半径；(x，y)为所述超表面结构的空间坐标；f为所述超表面结构的焦距；为补偿相位，其与1/λ保持线性关系。
    [n0057] 而为了使所述超表面透射结构21具备消色差功能，所述超表面透射结构21的相位分布可以被拆分成两部分，即
    [n0058] 其中：第一部分与波长λ无关，可依靠几何相位来实现，即可以通过旋转所述纳米柱来获得；第二部分会随波长λ变化，则需要依靠集成共振单元来实现。
    [n0059] 这样，上述式(1)可以被转化成下式(2)：
    [n0060]
    [n0061] 然后，采用数值模拟的方法，基于上述式(2)来仿真所述超表面透射结构21的电磁场性质，以确定所述超表面透射结构21中纳米柱的排布方式。
    [n0062] 最后，采用光刻或纳米压印技术，加工成型以获得所述超表面元件20。
    [n0063] 值得注意的是，所述超表面透射结构21中的纳米柱的单元结构形式可以不被限制。例如，在本申请的一示例中，所述纳米柱的单元结构形式可以被实施为块状结构(如长条型或方块型)，以通过改变所述纳米柱的长宽比或高度差等参数，或者通过增加所述纳米柱的数量或改变所述纳米柱的排列方式，包括旋转角度(如从平行到垂直等)，来获得所需的不同相位偏移，以补偿不同视场角下的相位差。当然，在本申请的另一示例中，所述纳米柱的单元结构形式也可以被实施为柱状结构(如圆柱型或椭圆柱型)，以通过改变纳米柱的直径或高度等参数，来获得不同的相位偏移，进而获得所需的相位分布。此外，在本申请的另一示例中，所述纳米柱的单元结构形式也可以被实施为L型、Y型、△型或其他不规则形状的周期性排列组合。
    [n0064] 根据本申请的上述实施例，所述屏幕组件10的所述显示单元11可以但不限于被实施为OLED或液晶单元。此外，所述超表面透射结构21的所述微纳结构211可以但不限于由诸如金、银、铝等金属材料制成。当然，在本申请的其他示例中，所述超表面透射结构21的所述微纳结构211也可以由氮化镓等介质材料制成。
    [n0065] 值得一提的是，在本申请的上述实施例中，如图1所示，所述超表面组件20的所述超表面透射结构21直接被形成于所述屏幕组件10的所述透光基底12，以使所述屏幕组件10的所述透光基底12作为所述超表面透射结构21的衬底层，从而将所述超表面组件20集成在所述屏幕组件10而形成一体式结构，有助于充分利用所述屏幕组件10的空间结构，以提高所述基于超表面结构的全面屏装置1的紧凑度。
    [n0066] 附图5示出了根据本申请的上述实施例的所述基于超表面结构的全面屏装置1的第一变形实施方式。相比于根据本申请的上述实施例，根据本申请的所述第一变形实施方式的所述基于超表面结构的全面屏装置1的不同之处在于：所述超表面组件20先被独立制造而成，再与所述屏幕组件10一起组装成所述基于超表面结构的全面屏装置1。具体地，所述超表面组件20可以进一步包括至少一衬底层22，其中所述超表面透射结构21被直接形成于所述衬底层22，以形成单独的所述超表面组件20。这样，本申请只需将制作好的所述超表面组件20对应地设置于所述屏幕组件10的下方，就能够组装成所述基于超表面结构的全面屏装置1。
    [n0067] 值得注意的是，在本申请的上述第一变形实施方式中，本申请无需改变所述屏幕组件10的原由结构和制作工艺，只需单独设计和制造所需的超表面组件20，并将所述超表面组件20置于所述屏幕组件10下方，就能够获得所述基于超表面结构的全面屏装置1，以实现大视场角的真全面屏效果，有助于在产业上得以应用和迅速推广。
    [n0068] 在本申请的上述第一变形实施方式中，多个所述超表面透射结构21优选地共用一个所述衬底层22，以形成具有单层结构的所述超表面组件20，有助于降低所述基于超表面结构的全面屏装置1的组装难度。可以理解的是，所述超表面组件20的所述衬底层22可以但不限于由诸如SiO2等常见的高透材料制成，并且所述衬底层22的厚度可根据实际需要进行设计，一般可控制在毫米及以下尺度内。
    [n0069] 更优选地，所述超表面透射结构21的所述微纳结构211可以被单层地设计而成，用于同时调制具有不同波长的光线，以实现消色差的效果。换言之，所述超表面透射结构21的所述微纳结构211被并排地排布于同一个所述衬底层22，以形成单个微纳结构层210，用于同时调制具有不同波长的光线。
    [n0070] 附图6示出了根据本申请的上述实施例的所述基于超表面结构的全面屏装置1的第二变形实施方式。相比于根据本申请的上述第一变形实施方式，根据本申请的所述第二变形实施方式的所述基于超表面结构的全面屏装置1的不同之处在于：所述超表面透射结构21的所述微纳结构211可以被多层地设计而成，以形成具有多层结构的所述超表面组件20，用于分别调制具有不同波长的光线，以实现消色差的效果。换言之，所述超表面组件20可以包括多个所述衬底层22，并且每个所述超表面透射结构21包括多个微纳结构层210，其中多个所述微纳结构层分别被对应地设置于多个所述衬底层22，并且不同的所述微纳结构层210根据不同波长的光线进行设计，用于分别调制具有不同的光线，以实现消色差的效果。
    [n0071] 示例性地，如图6所示，所述超表面组件20可以包括被叠置的第一衬底层22a、第二衬底层22b以及第三衬底层22c，并且所述超表面透射结构21可以包括用于调制红光的第一微纳结构层210a、用于调制绿光的第二微纳结构层210b以及用于调制蓝光的第三微纳结构层210c，其中所述第一微纳结构层210a、所述第二微纳结构层210b以及所述第三微纳结构层210c依次被设置于所述第一衬底层22a、所述第二衬底层22b以及所述第三衬底层22c，以形成具有三层结构的所述超表面组件20，用于消除红光、绿光以及蓝光之间的色差。
    [n0072] 值得注意的是，目前OLED的显示分辨率通常在微米量级，每英寸一般有几百个像素单元来显示，而通过在OLED上结合超表面结构，能够将原有的像素单元再次细分为多个子像素单元，有助于提高单位面积内的像素密度，从而实现电子器件的超高像素显示。具体地，附图7示出了根据本申请的所述基于超表面结构的全面屏装置1的第三变形实施方式。相比于根据本申请的上述实施例，根据本申请的所述第三变形实施方式的所述基于超表面结构的全面屏装置1的不同之处在于：所述超表面组件20可以进一步包括多个超表面反射结构23，其中多个所述超表面反射结构23被设置以分别对应于所述屏幕组件10的所述显示单元11，并且每个所述超表面反射结构23由不同的微纳结构组成，用于反射不同波长的光线，使得原本同一个所述显示单元11能够对应多个显示光谱，也就是本申请的所述基于超表面结构的全面屏装置1成倍地提高了所述屏幕组件10的像素数。
    [n0073] 示例性地，如图7和图8所示，多个所述超表面反射结构23分别被对应地设置于所述屏幕组件10的所述显示单元11的下方(即所述屏幕组件10的发光层的下方)，并且每个所述超表面反射结构23可以对应四种不同的微纳结构设计，如图9所示的H1、H2、H3以及H4，使得所述屏幕组件10的每一个所述显示单元11均对应四种显示光谱，也就是说，每个所述显示单元11(即单个像素单元)被细分成了四个子像素单元，使得所述屏幕组件10的像素数提高了四倍。
    [n0074] 值得注意的是，所述超表面反射结构23中的微纳结构也可以被实施为纳米柱，可以通过改变纳米柱的高度来获得不同的微纳结构，例如，如图10所示，H1、H2、H3以及H4这四种微纳结构的纳米柱高度依次变大。当然，在本申请的其他示例中，所述超表面反射结构23的设计是不限的，可以通过不同形状的纳米柱，如圆柱型、长方体、L型、V型等，或者也可以通过改变纳米柱间的距离、深宽比、周期、旋转角度等参数来实现调制显示的不同光谱波段。
    [n0075] 值得一提的是，根据本申请的另一方面，如图11至图14所示，本申请的一实施例进一步提供了一电子设备，其中所述电子设备包括上述基于超表面结构的全面屏装置1和一传感器装置30，其中所述传感器装置30被设置于所述基于超表面结构的全面屏装置1的下方，用于获取位于所述基于超表面结构的全面屏装置1上方的信息，或者投射信息至所述基于超表面结构的全面屏装置1的上方。
    [n0076] 具体地，所述传感器装置30被对应地设置于所述基于超表面结构的全面屏装置1的所述屏幕组件10的下方，并通过所述超表面元件20获取位于所述屏幕组件10上方的信息；或者通过所述超表面元件20投射信息至所述屏幕组件10的上方。
    [n0077] 示例性地，在本申请的第一示例中，如图12所示，所述传感器装置30可以包括感光组件31，其中所述感光组件31被对应地设置于所述屏幕组件10的下方以作为前置摄像头，用于接收来自所述屏幕组件10上方且被所述超表面元件20调制后的环境光以成像，从而借助所述超表面元件20来替代传统的成像镜头，以实现大视场角的成像。例如，所述感光组件31可以但不限于包括CCD芯片。
    [n0078] 在本申请的第二示例中，如图13所示，所述传感器装置30可以进一步包括一点阵投影器32，其中所述点阵投影器32被对应地设置于所述屏幕组件10的下方，用于在被所述超表面元件20调制后投射信息至所述屏幕组件10的上方。例如，所述点阵投影器32可以包括一VCSEL芯片321、一准直透镜322以及至少一反射镜323，其中所述VCSEL芯片321用于发射红外光，并且所述准直透镜322用于准直经由所述VCSEL芯片321发射的红外光，其中所述至少一反射镜323用于反射被准直后的红外光以传播至所述超表面元件20，其中所述超表面元件20用于调制被反射后的红外光以形成多个红外结构光而出射至所述屏幕组件10的上方。换言之，本申请的所述超表面元件20能够替代现有的点阵投影器中的光学衍射元件(DOE)，以实现屏下投射的效果。
    [n0079] 在本申请的上述示例中，如图13所示，所述传感器装置30可以进一步包括一红外摄像头33，其中所述红外摄像头33被对应地设置于所述屏幕组件10的下方，用于接收来自所述屏幕组件10上方且被所述超表面元件20调制后的红外光以成像，从而借助所述超表面元件20来替代传统的透镜组，以实现大视场角的红外成像。例如，所述红外摄像头33可以包括CMOS芯片331和一红外滤光片332，其中当诸如所述点阵投影器发射出的红外光照射到位于所述屏幕组件10上方的物体时，该物体上反射或散射回的红外光在穿过所述屏幕组件10以被所述超表面元件20调制后，先被所述红外滤光片332过滤，再被所述CMOS芯片331接收以成像。可以理解的是，本申请的所述超表面元件20可以具有红外选择和透过成像功能，以取代传统的透镜组。
    [n0080] 在本申请的第四示例中，如图14所示，所述传感器装置30可以进一步包括一距离传感器34，其中所述距离传感器34被对应地设置于所述屏幕组件10的下方，用于透过所述屏幕组件10探测距离信息。例如，所述距离传感器34被实施为TOF模组，其中所述TOF模组包括VCSEL芯片341和一探测芯片342，其中所述TOF模组的所述VCSEL芯片341用于透过所述超表面元件20发射近红外光以被位于所述屏幕组件10上方的目标物体反射；并且所述探测芯片342用于接收被目标物体反射回的且透过所述超表面元件20的近红外光，以通过计算光线发射和反射的时间差，来确定目标物体与所述TOF模组之间的距离。
    [n0081] 在本申请的上述示例中，如图14所示，所述传感器装置30可以进一步包括一环境光传感器35，其中所述环境光传感器35被对应地设置于所述屏幕组件10的下方，用于透过所述超表面元件20来感知所述屏幕组件10上方的环境光强度，以自动地调节屏幕自身的亮度。可以理解的是，现有的技术方案通常是采用开孔的方式来感知屏幕上方的环境光强度，但由于开孔较小，进光角度有限，使得大角度的光不能被接收，因此现有的技术方案会在所述环境光传感器35的上方增加一扩散片来扩大对环境光的感知。而本申请的电子设备因使用了所述基于超表面结构的全面屏装置1，无需在屏幕上开孔，也无需增加扩散片，位于屏幕上方的环境光就能够透过所述超表面元件20到达所述环境光传感器35以被感知。
    [n0082] 将会理解，此处描述的配置和/或方法本质是示例性的，这些具体实施例或示例不应被视为限制性的，因为许多变体是可能的。此处描述的具体例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个。如此，所示和/或所述的各种动作可以以所示和/或所述顺序、以其他顺序、并行地执行，或者被省略。同样，上述过程的次序可以改变。
    [n0083] 提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本实用新型。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
    [n0084] 本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。
    权利要求:
    Claims (12)
    [0001] 1.基于超表面结构的全面屏装置，其特征在于，包括：
    一屏幕组件，其中所述屏幕组件包括多个显示单元和一透光基底，其中所述多个显示单元被对应地设置于所述透光基底，用于显示信息，其中多个所述显示单元被间隔地排布，以在相邻的所述显示单元之间形成透光区域；和
    一超表面组件，其中所述超表面组件包括多个超表面透射结构，其中多个所述超表面透射结构被设置以对应于所述屏幕组件的所述透光区域，并且每个所述超表面透射结构由亚波长尺度的微纳结构组成，其中所述超表面透射结构中的所述微纳结构根据所处的视场角进行设计，以在同一视场角下不同的所述超表面透射结构具有相同的微纳结构，并在不同视场角下不同的所述超表面透射结构具有不同的微纳结构。
    [0002] 2.如权利要求1所述的基于超表面结构的全面屏装置，其中，所述超表面透射结构的所述微纳结构为纳米柱，其中所述超表面透射结构对光线的调制取决于所述纳米柱的排布方式和/或所述纳米柱的结构形式。
    [0003] 3.如权利要求2所述的基于超表面结构的全面屏装置，其中，所述纳米柱的结构形式为块状结构或柱状结构。
    [0004] 4.如权利要求1所述的基于超表面结构的全面屏装置，其中，所述超表面透射结构直接被形成于所述屏幕组件的所述透光基底。
    [0005] 5.如权利要求1所述的基于超表面结构的全面屏装置，其中，所述超表面组件进一步包括至少一衬底层，其中所述超表面透射结构被直接形成于所述衬底层，以形成单独的所述超表面组件。
    [0006] 6.如权利要求5所述的基于超表面结构的全面屏装置，其中，所述超表面组件具有单层结构或多层结构。
    [0007] 7.如权利要求1至6中任一所述的基于超表面结构的全面屏装置，其中，所述超表面组件进一步包括多个超表面反射结构，其中多个所述超表面反射结构被设置以分别对应于所述屏幕组件的所述显示单元，并且每个所述超表面反射结构由不同的微纳结构组成，用与反射不同波长的光线。
    [0008] 8.如权利要求1至6中任一所述的基于超表面结构的全面屏装置，其中，所述屏幕组件的所述显示单元为OLED或液晶单元。
    [0009] 9.电子设备，其特征在于，包括：
    一基于超表面结构的全面屏装置，其中所述基于超表面结构的全面屏装置包括：
    一屏幕组件，其中所述屏幕组件包括多个显示单元和一透光基底，其中所述多个显示单元被对应地设置于所述透光基底，用于显示信息，其中多个所述显示单元被间隔地排布，以在相邻的所述显示单元之间形成透光区域；和
    一超表面组件，其中所述超表面组件包括多个超表面透射结构，其中多个所述超表面透射结构被设置以对应于所述屏幕组件的所述透光区域，并且每个所述超表面透射结构由亚波长尺度的微纳结构组成，其中所述超表面透射结构中的所述微纳结构根据所处的视场角进行设计，以在同一视场角下不同的所述超表面透射结构具有相同的微纳结构，并在不同视场角下不同的所述超表面透射结构具有不同的微纳结构；和
    一传感器装置，其中所述传感器装置被设置于所述基于超表面结构的全面屏装置的下方，用于获取位于所述基于超表面结构的所述全面屏装置上方的信息，或者投射信息至所述基于超表面结构的所述全面屏装置的上方。
    [0010] 10.如权利要求9所述的电子设备，其中，所述传感器装置包括一感光组件，其中所述感光组件被对应地设置于所述屏幕组件的下方，用于接收来自所述屏幕组件上方且被所述超表面元件调制后的光线以成像。
    [0011] 11.如权利要求9或10所述的电子设备，其中，所述传感器装置包括一点阵投影器，其中所述点阵投影器被对应地设置于所述屏幕组件的下方，用于在被所述超表面元件调制后投射信息至所述屏幕组件的上方。
    [0012] 12.如权利要求11所述的电子设备，其中，所述传感器装置进一步包括一红外摄像头、一距离传感器以及一环境光传感器中的一种或多种。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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