TWI775069B

TWI775069B - 頭戴式顯示器

Info

Publication number: TWI775069B
Application number: TW109114020A
Authority: TW
Inventors: 邱奕榮; 黃士挺; 李彥賢; 塗宗偉; 石維國
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2022-08-21
Also published as: TW202141118A; US11281011B2; US20210333553A1

Abstract

一種頭戴式顯示器，其包括兩個顯示單元。每一個顯示單元包括顯示模組以及設置在顯示模組前方的光學組件。顯示模組包括承載體以及多個發光元件。承載體包括多個凹槽。每一個凹槽具有底面以及連接底面的反光側壁。多個發光元件位於多個凹槽中。每一個發光元件設置在對應的一個凹槽的底面上。光學組件設置在顯示模組的前方。

Description

頭戴式顯示器

本發明是有關於一種顯示器，且特別是有關於一種頭戴式顯示器。

隨著顯示技術的進步，使用者已無法滿足於只觀看平面的影像。為了提供使用者更具有現實感與立體感的視覺娛樂，虛擬實境(Virtual Reality，VR)成為目前顯示技術的新潮流。虛擬實境是利用模擬出一個三維空間的虛擬場景，提供使用者關於視覺等感官體驗，讓使用者能夠及時觀看三維空間的影像，甚至進一步能與虛擬影像進行互動。目前常見的虛擬實境顯示器包括頭戴式顯示器。現有的頭戴式顯示器雖已具有不錯的顯示品質，但諸如亮度或訊雜比等問題仍有待改善。

本發明提供一種頭戴式顯示器，其具有良好的亮度或訊雜比。

本發明的的一實施例提供一種頭戴式顯示器，其包括兩個顯示單元。每一個顯示單元包括顯示模組以及光學組件。顯示模組包括承載體以及多個發光元件。承載體包括多個凹槽。每一個凹槽具有底面以及連接底面的反光側壁。多個發光元件位於多個凹槽中。每一個發光元件設置在對應的一個凹槽的底面上。光學組件設置在顯示模組的前方。

在本發明的一實施例中，多個發光元件包括多個微型發光二極體、多個微型有機發光二極體、或上述兩者的組合。

在本發明的一實施例中，反光側壁包括斜面或曲面。

在本發明的一實施例中，顯示模組還包括多個透光體以及多個聚光透鏡元件。多個透光體設置在多個凹槽中且覆蓋多個發光元件。多個聚光透鏡元件分別設置在多個透光體上。

在本發明的一實施例中，每一個透光體是固化膠體，且固化膠體接觸底面以及反光側壁。

在本發明的一實施例中，每一個透光體是透光件，且透光件嵌入對應的一個凹槽中。

在本發明的一實施例中，多個聚光透鏡元件為多個菲涅耳透鏡元件。

在本發明的一實施例中，多個透光體的厚度小於多個凹槽的深度，且設置在多個透光體上的多個聚光透鏡元件位於多個凹槽中。

在本發明的一實施例中，多個透光體的厚度等於多個凹槽的深度，且設置在多個透光體上的多個聚光透鏡元件位於多個凹槽的外部。

在本發明的一實施例中，頭戴式顯示器還包括外殼。外殼包括兩個容置槽。兩個顯示單元設置在兩個容置槽中。每一個容置槽的側壁面為粗糙表面。

基於上述，本發明的實施例中，利用凹槽的反光側壁將設置在凹槽中的發光元件所發出光束的發散角度收斂，有助於提升亮度或降低雜散光。因此，本發明的實施例的頭戴式顯示器能具有良好的亮度或訊雜比。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本文中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本發明。

在附圖中，各圖式繪示的是特定實施例中所使用的方法、結構或材料的通常性特徵。然而，這些圖式不應被解釋為界定或限制由這些實施例所涵蓋的範圍或性質。舉例來說，為了清楚起見，各膜層、區域或結構的相對尺寸、厚度及位置可能縮小或放大。

在下述實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號，且將省略其贅述。此外，不同實施例中的特徵在沒有衝突的情況下可相互組合，且依本說明書或申請專利範圍所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本專利涵蓋的範圍內。

本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名分立(discrete)的元件或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限，也並非用以限定元件的製造順序或設置順序。此外，一元件/膜層設置在另一元件/膜層上(或上方)可涵蓋所述元件/膜層直接設置在所述另一元件/膜層上(或上方)，且兩個元件/膜層直接接觸的情況；以及所述元件/膜層間接設置在所述另一元件/膜層上(或上方)，且兩個元件/膜層之間存在一或多個元件/膜層的情況。

圖1是本發明的一實施例的一種頭戴式顯示器1的示意圖。在圖1中，除了頭戴式顯示器1之外，還繪示出使用者的雙眼(兩個眼睛E)，以便於理解頭戴式顯示器1與使用者雙眼之間的相對關係。

請參照圖1，頭戴式顯示器1可包括兩個顯示單元10。兩個顯示單元10分別設置在使用者的兩個眼睛E前方，以利提供使用者關於視覺等感官體驗。舉例來說，兩個顯示單元10可透過頭盔或眼罩等固定元件來配戴在使用者的頭上並設置在使用者的兩個眼睛E前方，但不以此為限。此外，頭戴式顯示器1的應用範疇可包括虛擬實境，但亦不以此為限。

每一個顯示單元10可包括顯示模組100以及光學組件102。顯示模組100適於提供具有影像資訊(例如灰階、色彩等資訊)的光束B。圖2是本發明的第一實施例的顯示模組100的局部剖面示意圖。圖3是本發明的第一實施例的顯示模組100的局部上視示意圖。請參照圖2及圖3，顯示模組100可包括承載體1000以及多個發光元件1002。

承載體1000適於承載多個發光元件1002。在一些實施例中，承載體1000可包括將多個發光元件1002與外部電路(未繪示)電連接的線路結構(未繪示)，但不以此為限。

承載體1000包括多個凹槽R。每一個凹槽R具有底面SB以及連接底面SB的側壁面SS。在凹槽R的側壁面SS本身具有反光特性的情況下，例如當承載體1000的材料包括金屬(如銅或鋁等，但不以此為限)、合金或上述兩者的組合時，承載體1000的側壁面SS可作為反光側壁RS，在此情況下，可以不用在凹槽R的側壁面SS上額外形成反光層(如金屬層，但不以此為限)。另一方面，在凹槽R的側壁面SS本身的反光率低的情況下，例如當承載體1000的材料包括透光材料(如玻璃或塑膠)時，可以在凹槽R的側壁面SS上額外形成反光層(未繪示)，在此情況下，反光層作為反光側壁RS。在一些實施例中，如圖2所示，反光側壁RS(側壁面SS)可包括斜面，但不以此為限。在另一些實施例中，反光側壁RS(側壁面SS)可包括曲面。

多個發光元件1002適於提供光束B。舉例來說，多個發光元件1002可包括多個微型發光二極體、多個微型有機發光二極體、或上述兩者的組合，但不以此為限。光束B包括可見光。在一些實施例中，多個發光元件1002可包括提供紅光的多個紅色發光元件(未繪示)、提供綠光的多個綠色發光元件(未繪示)及提供藍光的多個藍色發光元件(未繪示)，但發光元件1002的顏色種類可依需求改變，而不以上述為限。

多個發光元件1002位於多個凹槽R中。每一個發光元件1002設置在對應的一個凹槽R的底面SB上。在一些實施例中，如圖2及圖3所示，每一個凹槽R中可設置有一個發光元件1002，然而，每一個凹槽R中所設置的發光元件1002的數量可依需求改變，而不以此為限。

請再參照圖1，光學組件102設置在顯示模組100的前方，並位於光束B的傳遞路徑上，以將顯示模組100輸出的光束B傳遞至對應的眼睛E中。

舉例來說，光學組件102可包括一個或多個透鏡元件(未繪示)，但不以此為限。所述一個或多個透鏡元件可包括凸透鏡、凹透鏡或上述兩個的組合。當光學組件102包括多個透鏡元件，多個透鏡元件可具有相同或不同的光學參數設計。此外，設置在使用者的兩個眼睛E前方的兩個顯示單元10可具有相等或不等數量的透鏡元件，且所述相等或不等數量的透鏡元件可具有相同或不同的光學參數設計。在一些實施例中，所述一個或多個透鏡元件可為一個或多個菲涅耳透鏡元件，以使頭戴式顯示器1輕薄化。

如圖2所示，利用凹槽R的反光側壁RS將光束B中的大角度光束(如光束B’)反射，能夠有效地將自發光元件1002輸出的光束B的發散角度收斂，使得自顯示模組100輸出的光束B大部分集中於小角度，而有助於提升螢幕亮度。此外，由於光束B中造成雜散光的比例降低，因此訊雜比得以提升。是以，頭戴式顯示器1能具有良好的亮度或訊雜比。

應說明的是，雖然圖1示意性繪示出兩個顯示單元10平行地設置在使用者的兩個眼睛E前方(即兩個顯示單元10之間的夾角為180度)，然而兩個顯示單元10的相對設置關係(如兩個顯示單元10之間的夾角)不以此為限。在一些實施例中，兩個顯示單元10之間的夾角可小於180度，即兩個顯示單元10可斜向設置在使用者的兩個眼睛E前方，以提升頭戴式顯示器1在第一方向D1上的視場(field of view，FOV)，即擴增虛擬影像在第一方向D1上的成像範圍。以下實施例皆可同此修改，於下便不再重述。

此外，如圖2及圖3所示，顯示模組100可視為由多個結構單元U組成。這些結構單元U沿著與承載體1000的法線方向D3垂直的第一方向D1及第二方向D2排列，其中在第一方向D1上排列的相鄰兩個結構單元U的間距可相同或不同於在第二方向D2上排列的相鄰兩個結構單元U的間距。另外，雖然圖3示意性繪示出發光元件1000的形狀為四邊形，而凹槽R的形狀為圓形，但發光元件1000的形狀或凹槽R的形狀可依需求改變，而不以圖3所顯示的為限。以下實施例皆可同此修改，於下便不再重述。

以下搭配圖4至圖9說明顯示模組的其他實施例。在圖4至圖9中，僅示意性繪示出顯示模組的一個結構單元。

圖4是本發明的第二實施例的顯示模組100A的局部剖面示意圖。請參照圖4，顯示模組100A與圖2的顯示模組100的主要差異如下所述。在顯示模組100A中，每一個凹槽R中設置有一個以上的發光元件，如一個紅色發光元件1002R、一個綠色發光元件1002G及一個藍色發光元件1002B。此外，紅色發光元件1002R、綠色發光元件1002G及藍色發光元件1002B例如依序堆疊在同一個凹槽R的底面SB上。藉由將不同顏色的發光元件重疊設置在同一個凹槽R的底面SB上，可有效縮減用於設置發光元件的面積，從而有助於實現體積微型化或解析度的提升。然而，在其他實施例中，每一個凹槽R中所設置的發光元件的數量、顏色種類、相對設置關係或堆疊順序可依需求改變，而不以此為限。

圖5是本發明的第三實施例的顯示模組100B的局部上視示意圖。請參照圖5，顯示模組100B與圖3的顯示模組100A的主要差異如下所述。在顯示模組100B中，紅色發光元件1002R、綠色發光元件1002G及藍色發光元件1002B皆設置在同一個凹槽R的底面SB上並與底面SB接觸。雖然圖5示意性繪示出紅色發光元件1002R、綠色發光元件1002G及藍色發光元件1002B沿第一方向D1排列，然而，在其他實施例中，每一個凹槽R中所設置的發光元件的數量、顏色種類或相對設置關係可依需求改變，而不以此為限。

圖6是本發明的第四實施例的顯示模組100C的局部剖面示意圖。請參照圖6，顯示模組100C與圖2的顯示模組100的主要差異如下所述。在顯示模組100C中，反光側壁RS(側壁面SS)可包括曲面。曲面的曲率半徑可依需求改變，而不以圖6所顯示的為限。

圖7是本發明的第五實施例的顯示模組100D的局部剖面示意圖。圖8是本發明的第五實施例的顯示模組100D的局部上視示意圖。請參照圖7及圖8，顯示模組100D與圖2及圖3的顯示模組100的主要差異如下所述。顯示模組100D還包括多個透光體1004以及多個聚光透鏡元件1006。多個透光體1004設置在多個凹槽R中且覆蓋多個發光元件1002。多個聚光透鏡元件1006分別設置在多個透光體1004上。在一些實施例中，如圖7所示，每一個結構單元中的透光體1004以及聚光透鏡元件1006的數量可皆為一個，所述一個透光體1004設置在對應的一個凹槽R中且覆蓋設置在凹槽R的底面SB上的一個或多個發光元件1002，所述一個聚光透鏡元件1006設置在所述一個透光體1004上且位於所述一個或多個發光元件1002上方。為了清楚表示聚光透鏡元件1006、發光元件1002、底面SB及反光側壁RS(側壁面SS)的相對關係，圖8省略繪示出透光體1004。

透光體1004適於保護發光元件1002或承載聚光透鏡元件1006。在一些實施例中，透光體1004例如是固化膠體，且固化膠體接觸底面SB以及反光側壁RS。在另一些實施例中，透光體1004例如是透光件(如模鑄成型的透光件，但不以此為限)，且透光件可嵌入對應的一個凹槽R中。在又一些實施例中，透光件可透過透光黏著層(未繪示)或其他機構件(未繪示)而固定在凹槽R中，但不以此為限。

聚光透鏡元件1006可用於進一步收斂光束的發散角度，使得螢幕亮度進一步提升或雜散光進一步降低。在一些實施例中，聚光透鏡元件1006可包括一個或多個透鏡元件(未繪示)。所述一個或多個透鏡元件可包括凸透鏡、凹透鏡或上述兩個的組合。在一些實施例中，所述一個或多個透鏡元件可為一個或多個菲涅耳透鏡元件，以使顯示模組100D輕薄化。

在一些實施例中，如圖7所示，透光體1004的厚度T1004可小於凹槽R的深度DR，且設置在透光體1004上的聚光透鏡元件1006可位於凹槽R中。然而，厚度T1004與深度DR的相對關係或聚光透鏡元件1006與凹槽R的相對關係可依需求改變，而不以圖7所顯示的為限。

圖9是本發明的第六實施例的顯示模組100E的局部剖面示意圖。請參照圖9，顯示模組100E與圖7的顯示模組100D的主要差異如下所述。在顯示模組100E中，透光體1004的厚度T1004等於凹槽R的深度DR，且設置在透光體1004上的聚光透鏡元件1006位於凹槽R的外部，即聚光透鏡元件1006不位於凹槽R中。

圖10是本發明的另一實施例的一種頭戴式顯示器1A的示意圖。請參照圖10，頭戴式顯示器1A與圖1的頭戴式顯示器1的主要差異如下所述。除了兩個顯示單元10之外，頭戴式顯示器1A還包括外殼12。外殼12包括兩個容置槽120。兩個顯示單元10設置在兩個容置槽120中。每一個容置槽120的側壁面S120為粗糙表面。舉例來說，容置槽120的側壁面S120可經由表面霧化處理或設置光散射粒子等方式來達到光擴散效果，藉此降低雜散光的光強度，從而提升訊雜比。

綜上所述，本發明的實施例中，利用凹槽的反光側壁將設置在凹槽中的發光元件所發出光束的發散角度收斂，有助於提升亮度或降低雜散光。因此，本發明的實施例的頭戴式顯示器能具有良好的亮度或訊雜比。在一些實施例中，反光側壁可依需求而包括斜面或曲面。在一些實施例中，每一個凹槽中可設置有一個或多個發光元件，所述多個發光元件可垂直堆疊在凹槽的底面上或皆設置在凹槽的底面上並皆與凹槽的底面接觸。在一些實施例中，顯示模組可進一步包括透光體以保護發光元件。在一些實施例中，顯示模組可進一步包括聚光透鏡元件，以進一步提升螢幕亮度或進一步降低雜散光。在一些實施例中，頭戴式顯示器可進一步包括外殼，其中外殼的容置槽的側壁面可為粗糙表面，以降低雜散光的光強度，從而提升訊雜比。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1、1A:頭戴式顯示器 10:顯示單元 100、100A、100B、100C、100D、100E:顯示模組 1000:承載體 1002:發光元件 1002R:紅色發光元件 1002G:綠色發光元件 1002B:藍色發光元件 1004:透光體 1006:聚光透鏡元件 102:光學組件 12:外殼 120:容置槽 B、B’:光束 D1:第一方向 D2:第二方向 D3:法線方向 DR:深度 E:眼睛 R:凹槽 RS:反光側壁 SB:底面 SS、S120:側壁面 T1004:厚度 U:結構單元

圖1是本發明的一實施例的一種頭戴式顯示器的示意圖。圖2是本發明的第一實施例的顯示模組的局部剖面示意圖。圖3是本發明的第一實施例的顯示模組的局部上視示意圖。圖4是本發明的第二實施例的顯示模組的局部剖面示意圖。圖5是本發明的第三實施例的顯示模組的局部上視示意圖。圖6是本發明的第四實施例的顯示模組的局部剖面示意圖。圖7是本發明的第五實施例的顯示模組的局部剖面示意圖。圖8是本發明的第五實施例的顯示模組的局部上視示意圖。圖9是本發明的第六實施例的顯示模組的局部剖面示意圖。圖10是本發明的另一實施例的一種頭戴式顯示器的示意圖。

100:顯示模組

1000:承載體

1002:發光元件

B、B’:光束

D1:第一方向

D2:第二方向

D3:法線方向

R:凹槽

RS:反光側壁

SB:底面

SS:側壁面

U:結構單元

Claims

一種頭戴式顯示器，包括：兩個顯示單元，每一個顯示單元包括：顯示模組，包括：承載體，包括多個凹槽，每一個凹槽具有底面以及連接所述底面的反光側壁；多個發光元件，位於所述多個凹槽中，且每一個發光元件設置在對應的一個凹槽的所述底面上；多個透光體，設置在所述多個凹槽中且覆蓋所述多個發光元件；以及多個聚光透鏡元件，分別設置在所述多個透光體上；以及光學組件，設置在所述顯示模組的前方；以及外殼，包括兩個容置槽，其中所述兩個顯示單元設置在所述兩個容置槽中，且每一個容置槽的側壁面為粗糙表面。
如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中所述多個發光元件包括多個微型發光二極體、多個微型有機發光二極體、或上述兩者的組合。
如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中所述反光側壁包括斜面或曲面。
如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中每一個透光體是固化膠體，且所述固化膠體接觸所述底面以及所述反光側壁。
如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中每一個透光體是透光件，且所述透光件嵌入對應的一個凹槽中。
如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中所述多個聚光透鏡元件為多個菲涅耳透鏡元件。
如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中所述多個透光體的厚度小於所述多個凹槽的深度，且設置在所述多個透光體上的所述多個聚光透鏡元件位於所述多個凹槽中。
如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中所述多個透光體的厚度等於所述多個凹槽的深度，且設置在所述多個透光體上的所述多個聚光透鏡元件位於所述多個凹槽的外部。