CN108196374A - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种显示装置。该显示装置包括：高密度指向光单元，包括多个点光源，高密度指向光单元用于发出多束不同指向性的光线；图像显示单元，设置在高密度指向光单元的一侧，各光线经过图像显示单元后形成具有图像信息的图像光线，至少有两束图像光线在图像显示单元的远离高密度指向光单元的一侧相交，并入射至人的同一个眼睛中。该显示装置可以在瞳孔内投射多个视点，形成光场显示，由于晶状体的聚焦深度发生变化，且能够与双眼的会聚深度一致，从而很好地缓解了视觉辐辏调节冲突的现象。并且，利用高分辨率的高密度指向光单元就可以得到高分辨率的图像。

Description

显示装置

技术领域

本申请涉及近眼3D显示领域，具体而言，涉及一种显示装置。

背景技术

随着增强现实(AR)和虚拟现实(VR)技术的发展，近眼式显示器也开始获得市场的广泛关注。这些显示装置因能够带来极佳的沉浸感和良好的3D显示效果，被认为是极具发展前景的显示产品。

目前，市面上已经出现VR以及AR眼镜，这些眼镜有的是利用双目视差融合产生立体感，这些眼镜的出现，促进了人们对于显示装置的研究。

虽然这些显示装置能够带来新的视觉革命，但是，从现阶段的用户体验来看，目前的一些显示装置普遍存在视觉辐辏调节冲突(Vergence-Accommodation Conflict，以下简称VAC)的问题，简单的说人眼正常观看时，会用到两个基本的功能，双目的会聚和单目的调焦，但是在使用显示装置进行观赏时，辐辏随着内容的变化在不断的变化调节，即眼部运动产生的会聚深度会随着3D物体的空间位置而变化，使用到了双目会聚的功能；而由晶状体调节产生的聚焦深度一直固定的显示屏上，即晶状体的对焦距离则是恒定的，这就导致聚焦深度与会聚深度不一致，晶状体没有调焦变化，没有用到单目调焦的功能，这种不匹配造成人们在近眼显示的体验时会出现生理上的不适，即人们常常提到的晕眩感。这个问题严重影响着显示装置的普及，因此，解决VAC问题已经成为近眼显示领域最为重要的课题之一。

目前行业内已经出现不少解决显示装置VAC问题的方案，但是，这些方案均存在结构复杂、分辨率较低以及视场受限等问题。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种显示装置，以解决现有技术中难以提供结构简单且能够解决VAC问题的显示装置的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种显示装置，该显示装置包括：高密度指向光单元，包括多个点光源，上述高密度指向光单元用于发出多束不同指向性的光线；图像显示单元，设置在上述高密度指向光单元的一侧，各上述光线经过上述图像显示单元后形成图像光线，至少有两束上述图像光线在上述图像显示单元的远离上述高密度指向光单元的一侧相交。

进一步地，相交的两束上述图像光线的夹角为δ1，δ1≤δ，其中，δ＝2arctan(b/2z)，z为人眼聚焦物体的距离，b为瞳孔的直径。

进一步地，上述高密度指向光单元包括：光源，包括多个上述点光源；指向调节设备，设置在上述光源与上述图像显示单元之间，上述指向调节设备用于将上述点光源发出的多束光线调整为多束不同指向性的光线。

进一步地，上述指向调节设备包括：微透镜阵列，设置在上述光源的表面上，上述微透镜阵列包括多个依次排列的微透镜。

进一步地，上述指向调节设备还包括：会聚透镜，设置在上述微透镜阵列与上述图像显示单元之间且靠近上述图像显示单元设置。

进一步地，上述显示装置还包括：目镜，设置在上述图像显示单元的远离上述高密度指向光单元的一侧。

进一步地，上述图像显示单元包括多个间隔设置的图像区域，一个上述图像区域对应一束上述指向性的光线。

进一步地，上述显示装置还包括：控制单元，与上述高密度指向光单元以及上述图像显示单元分别电连接，用于控制上述高密度指向光单元以及上述图像显示单元的工作状态。

进一步地，上述光源为阵列光源，优选上述阵列光源包括LCD显示器、LED显示器、OLED显示器、Micro LED显示器与Micro OLED显示器中的至少一种。

进一步地，上述图像显示单元为透射式的LCD显示面板。

应用本申请的技术方案，该显示装置中包括高密度指向光单元与图像显示单元，高密度指向光单元中可以发出多束不同指向性的光线，这些光线经过图像显示单元形成图像光线，至少有两束图像光线在图像显示单元的远离高密度指向光单元的一侧相交，并且随后入射至人的同一个眼睛中，眼睛的晶状体进行调焦，使得眼睛可以聚焦在其中的两条图像光线的某个交点上，即该交点落在视网膜上，其他的光线的交点有的落在视网膜的前方或者后方，从而不仅实现了图像本身的显示还实现了图像的深度信息的显示，实现了3D显示并且很好解决了VAC问题。

该显示装置可以在瞳孔内投射多个远近不同的视点，形成光场显示，使得晶状体的聚焦深度发生变化，且与双眼的会聚深度一致，从而很好地缓解了VAC现象。并且，利用高分辨率的高密度指向光单元就可以得到高分辨率的图像。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请的一种实施例提供的显示装置的光路图；

图2示出了本申请的另一种实施例提供的显示装置的光路图；

图3示出了本申请的再一种实施例提供的显示装置的光路图；

图4示出了本申请的实施例1提供的显示装置的局部光路图；

图5示出了本申请的实施例2提供的显示装置的局部光路图；以及

图6示出了人眼聚焦物体时的光路示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、高密度指向光单元；2、图像显示单元；3、目镜；4、眼睛；11、光源；12、微透镜阵列；13、会聚透镜；20、图像区域；41、视网膜；42、晶状体；110、点光源；5、物体的像。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及下面的权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“电连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，现有技术中，缓解或者解决VAC问题的显示装置的结构较复杂，且难以得到高分辨率的图像，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种显示装置。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种显示装置，如图1至3所示，该显示装置包括高密度指向光单元1与图像显示单元2，高密度指向光单元1包括多个点光源110，上述高密度指向光单元1经过指向调节设备后发出多束不同指向性的光线；图像显示单元2设置在上述高密度指向光单元1的一侧，各上述光线经过上述图像显示单元2后形成图像光线，至少有两条上述图像光线在上述图像显示单元2的远离上述高密度指向光单元1的一侧相交，并且，随后在小于等于视觉暂留时间的时间段内入射至人的同一个眼睛4中。

需要说明的是，上述各束图像光线都包括至少两条平行的光线，两束图像光线在上述图像显示单元2的远离上述高密度指向光单元1的一侧相交，实际上有至少两对光线在上述图像显示单元2的远离上述高密度指向光单元1的一侧相交，并且这两对光线的交点的位置不同，这样在人眼中的交点的位置也不同，即在通孔中形成至少两个视点，从而实现了图形深度信息的显示，更好地解决了VAC问题。

上述的高密度指向光单元可以发出较密的光线，使得显示的物体的更立体，更逼真，保证了该显示装置的3D显示效果更好。

该显示装置中包括高密度指向光单元与图像显示单元，高密度指向光单元中可以发出多束不同指向性的光线，这些光线经过图像显示单元形成图像光线，至少有两束图像光线在图像显示单元的远离高密度指向光单元的一侧相交，并且随后入射至人的同一个眼睛中，眼睛的晶状体进行调焦，使得眼睛可以聚焦在其中的两条图像光线的某个交点上，即该交点落在视网膜上，如图1所示，该交点位置对应的图像是清晰的；其他的光线的交点有的落在视网膜的前方或者后方，如图2与图3所示，对应的图像是模糊的，从而不仅实现了图像本身的显示还实现了图像的深度信息的显示，实现了3D显示并且很好解决了VAC问题。

该显示装置可以在瞳孔内投射多个远近不同的视点，形成光场显示，使得晶状体的聚焦深度发生变化，且与双眼的会聚深度一致，从而很好地缓解了VAC现象。并且，利用高分辨率的高密度指向光单元就可以得到高分辨率的图像。

为了进一步保证相交的图像光线后续可以进入人眼中，本申请的一种实施例中，相交的两束上述图像光线的夹角需要满足聚焦条件。由于各束图像光线均包括至少两个平行的图像光线，所以，在两束相交的图像光线中，任意相交的两个图像光线的夹角均相同，均满足聚焦条件，即δ1≤δ，其中，δ＝2arctan(b/2z)，如图6所示，z为人眼聚焦物体的距离，b为瞳孔的直径，人眼聚焦物体后看到物体的像5上的某一像点。

当然，本申请的相交的两束上述图像光线的夹角并不限于上述的范围内，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的夹角，只要能够保证相交的图像光线后续可以进入人眼中即可。

本申请的一种实施例中，如图1至图3所示，上述高密度指向光单元1包括光源11与指向调节设备，光源11包括多个上述点光源110，该光源为高密度光源；指向调节设备设置在上述光源11与上述图像显示单元之间，上述指向调节设备用于将上述点光源110发出的多束光线调整为多束不同指向性的光线。

本申请中的光源可以是现有技术中的任何一种高密度光源，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的光源。

本申请的一种实施例中，上述光源11为阵列光源，该阵列光源包括多个阵列排布的点光源，各点光源呈现朗伯分布，通过指向调节设备将光源收敛为小角度的光源，并且具有一定的指向。

需要说明的时，光源中，可以是一个点光源可以对应一个指向，也可以是多个点光源对应一个指向，本领域技术人员可以根据实际情况，点亮一个点光源或点亮一个区域范围内的点光源对应一个指向。

本申请的一种实施中，上述阵列光源包括LCD显示器、LED显示器、OLED显示器、Micro LED显示器与Micro OLED显示器中的至少一种。

为了更简单高效地实现对点光源发出的光的方向进行调节，如图1至图3所示，本申请的一种实施例中，上述指向调节设备包括微透镜阵列12，微透镜阵列12设置在上述光源11的表面上，上述微透镜阵列12包括多个依次排列的微透镜。

上述的微透镜阵列可以只将点光源发出的朗伯分布的一束光线调整为发散角较小的一束光线，也可以将点光源发出的朗伯分布的一束光线调整为具有一定指向的一束光线，该束光线包括多个平行的光线。

本申请的指向性的光线就是指具有一定方向的光线，一束指向性的光线就是指包括多个平行的指向性的光线。

本申请的另一种实施例中，上述微透镜阵列直接将点光源发出的朗伯分布的一束光线调整为具有一定指向的一束光线，该微透镜阵列中的各微透镜至少覆盖两个上述点光源110。这样一个微透镜才能同时对两束光线进行调整，进而才能同时将两束光线调整为两束具有指向性的光线。

为了进一步保证将经过微透镜阵列的多束光线调整为指向性的光束，本申请的一种实施例中，如图1至图3所示，上述指向调节设备还包括会聚透镜13，会聚透镜13设置在上述微透镜阵列12与上述图像显示单元2之间且靠近上述图像显示单元2设置。

上述的会聚透镜可以是现有技术中的任何具有会聚作用的透镜，可以是普通的光学透镜，也可以是菲涅尔透镜或菲涅尔薄膜。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的会聚透镜。

为了使得人可以看到更大更清晰的图像，本申请的一种实施例中，如图1至图3所示，上述显示装置还包括目镜3，目镜3设置在上述图像显示单元2的远离上述高密度指向光单元1的一侧，用于将图像放大。

上述的目镜可以是现有技术中的任何具有放大作用的透镜，可以是普通的光学透镜，也可以是菲涅尔透镜或菲涅尔薄膜。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的目镜。

本申请的再一种实施例中，上述图像显示单元2包括多个间隔设置的图像区域20，一个上述图像区域20对应一束上述指向性的光线。一束上述指向性的光线简称指向性的光线束，即指向性的光线束与图像区域20一一对应。这样可以保证各个图像区域对应的图像均能够呈现很好的3D效果。这里的一一对应不仅是指位置上的一一对应，还指工作状态上的一一对应，即点亮指向性光线束对应的一个点光源或多个点光源时，同时控制图像显示单元显示对应的图像区域中的图像。

当然，本申请的图像显示单元中的图像区域并不一定均间隔设置，部分的图像区域也可以重叠，这样重叠的该部分图像就可能无法实现很好的3D效果了。

为了更好地控制光源中的点光源的点亮以及控制图像显示单元的显示，上述显示装置还包括控制单元，上述控制单元与上述高密度指向光单元1以及上述图像显示单元2分别电连接，用于控制上述高密度指向光单元1以及上述图像显示单元2的工作状态。

当不同的图像区域有重叠时，为了实现更好的3D显示效果，本申请的一种实施例中，可以采用时分复用技术控制两个具有重叠部分的图像区域对应的点光源不同时点亮，并且控制图像显示单元在不同的时刻显示这两个图像区域的图像，在此过程中，要保证点亮点光源的同时，控制图像显示单元显示对应的图像区域的图像，进而实现两束不同指向性光线在两个时刻进入人眼中，并且，保证这两个时刻的差值小于视觉暂留时间，从而实现较好的3D效果的显示。

当然，对于图像显示单元中的图像区域为间隔设置的情况时，也可以采用时分复用技术来控制两个图像区域对应的点光源不同时点亮，并且控制图像显示单元在不同的时刻显示这两个图像区域的图像，这样可以提高3D图像的显示分辨率。

本申请中的图像显示单元2可以是现有技术中的任何结构的显示设备，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适结构的图像显示单元。

本申请的一种实施例中，上述图像显示单元2为透射式的LCD显示面板，该显示面板具有成本低、亮度高以及对比度较高等优点，进而实现更好的显示效果。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明本申请的技术方案。

实施例1

如图1至图3所示，该显示装置包括高密度指向光单元1、图像显示单元2以及控制单元，其中，高密度指向光单元1包括光源11、微透镜阵列12以及会聚透镜13。图像显示单元2包括多个间隔的图像区域，各图像区域用于不同图像的显示。各个结构的位置关系见图1至图3。

光源为阵列光源，即包括多个阵列排布的点光源，具体为Micro LED，其具有超高分辨率，亮度高的特点。微透镜对应覆盖一个点光源。

图像显示单元2为LCD显示面板。

一般瞳孔的直径范围在2mm到7mm，本实施例取瞳孔直径为5mm。

一般近眼显示装置的眼距(即最接近于眼睛的目镜到眼睛的距离)在18mm到25mm时较为合适，本实施例取眼距为20mm。

该显示装置的工作过程可参见图4，具体包括：

控制单元控制同时点亮两个点光源，两个点光源之间的间距为2.53mm，对应的微透镜将对应的点光源发出的朗伯分布的一束光线收敛为30°光形角度的一束光线，

会聚透镜13的焦距f1为4.73mm，经过会聚透镜后，两个点光源发出的两束光线对应形成两个指向，光源位于会聚透镜13的焦平面，即点光源发出的光线经过会聚透镜13后形成接***行一束的光线，控制单元控制LCD显示面板呈现两束指向性的光线对应的图像，形成两束指向性的图像光线，这两束指向性的图像光线在LCD显示面板前方形成交汇，目镜3的焦距f2为53mm，目镜3距离位于会聚透镜13前方14.57mm位置，交汇的图像光经过目镜3后汇聚在人的眼睛4，此时进入到人眼的相交的图像光线的夹角恰好满足人眼聚焦条件，即晶状体42可以自动根据远景进行调焦动作，从而实现有些交点位于视网膜41上，有些交点位于视网膜41前，有些交点位于视网膜41后。

实施例2

如图5所示，与实施例1不同之处在于，两个图像区域有重叠部分，进而显示的图像也有重叠的部分。

具体的工作过程中，控制单元控制两个点光源中一个在t1时刻点亮，另一个在t2时刻点亮，即控制单元控制两个点光源时序点亮；且控制图像显示单元在t1时刻显示对应的图像区域的图像，在t2时刻显示对应的图像区域的图像，即控制单元控制两个图像区域对应的图像时序显示，并且，|t2-t1|小于人眼的视觉暂留时间。从而实较好的3D效果。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请的显示装置中包括高密度指向光单元与图像显示单元，高密度指向光单元中可以发出多束不同指向性的光线，这些光线经过图像显示单元形成图像光线，至少有两束图像光线在图像显示单元的远离高密度指向光单元的一侧相交，并且随后入射至人的同一个眼睛中，眼睛的晶状体进行调焦，使得眼睛可以聚焦在其中的两条图像光线的某个交点上，即该交点落在视网膜上，其他的光线的交点有的落在视网膜的前方或者后方，从而不仅实现了图像本身的显示还实现了图像的深度信息的显示，实现了3D显示并且很好解决了VAC问题。

该显示装置可以在瞳孔内投射多个远近不同的视点，形成光场显示，使得晶状体的聚焦深度发生变化，且与双眼的会聚深度一致，从而很好地缓解了VAC现象。并且，利用高分辨率的高密度指向光单元就可以得到高分辨率的图像。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括：

高密度指向光单元(1)，包括多个点光源(110)，所述高密度指向光单元(1)用于发出多束不同指向性的光线；以及

图像显示单元(2)，设置在所述高密度指向光单元(1)的一侧，各所述光线经过所述图像显示单元(2)后形成具有图像信息的图像光线，至少有两束所述图像光线在所述图像显示单元(2)的远离所述高密度指向光单元(1)的一侧相交。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，相交的两束所述图像光线的夹角为δ1，δ1≤δ，其中，δ＝2arctan(b/2z)，z为人眼聚焦物体的距离，b为瞳孔的直径。

3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述高密度指向光单元(1)包括：

光源(11)，包括多个所述点光源(110)；以及

指向调节设备，设置在所述光源(11)与所述图像显示单元之间，所述指向调节设备用于将所述点光源(110)发出的多束光线调整为多束不同指向性的光线。

4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述指向调节设备包括：

微透镜阵列(12)，设置在所述光源(11)的表面上，所述微透镜阵列(12)包括多个依次排列的微透镜。

5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述指向调节设备还包括：

会聚透镜(13)，设置在所述微透镜阵列(12)与所述图像显示单元(2)之间且靠近所述图像显示单元(2)设置。

6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：

目镜(3)，设置在所述图像显示单元(2)的远离所述高密度指向光单元(1)的一侧。

7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述图像显示单元(2)包括多个间隔设置的图像区域(20)，一个所述图像区域(20)对应一束所述指向性的光线。

8.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：

控制单元，与所述高密度指向光单元(1)以及所述图像显示单元(2)分别电连接，用于控制所述高密度指向光单元(1)以及所述图像显示单元(2)的工作状态。

9.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述光源(11)为阵列光源，优选所述阵列光源包括LCD显示器、LED显示器、OLED显示器、Micro LED显示器与Micro OLED显示器中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述图像显示单元(2)为透射式的LCD显示面板。