CN110596901A - 一种微型显示组件及头戴式显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及头戴式显示装置技术领域，公开一种微型显示组件及头戴式显示装置。其中，所述微型显示组件被配置为用于头戴式显示装置中，包括显示屏和配光元件，所述配光元件位于所述显示屏的出光光路上，被配置为减小所述显示屏的出射光线的出光角度，以使得所述出光角度小于或等于45度。本发明的微型显示组件应用于头戴式显示装置中，可以大大提高头戴式显示设备的光能利用率，在相同的功耗下可以获得显著更高的观看亮度，或者要获得相同的观看亮度时，采用本发明显示组件的头戴式显示装置可以显著降低功耗。另外，采用本发明显示组件的头戴式显示装置可以显著减小光学***的杂光干扰，从而获得更好的观看体验。
Description
技术领域
本发明涉及头戴式显示装置技术领域，特别涉及一种微型显示组件及头戴式显示装置。
背景技术
现有技术下，在虚拟现实、增强现实和混合现实的头戴式显示装置中都要用到微型显示屏。对于目前的虚拟现实、增强现实或混合现实的显示应用来说，加强显示画面的亮度和对比度，提升显示体验是比较普遍的市场追求。
发明内容
本发明公开了一种显示组件及头戴式显示装置，目的是提高头戴式显示器中的光能利用率，加强显示画面的亮度和对比度，提高观看体验。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种微型显示组件，被配置为用于头戴式显示装置中，所述微型显示组件包括显示屏和配光元件，所述配光元件位于所述显示屏的出光光路上，被配置为减小所述显示屏的出射光线的出光角度，以使得所述出光角度小于或等于45度。
现有技术中的头戴式显示装置，一般都包括微型显示屏以及用于将影像投射于眼睛上的光学投影组件；目前常规头戴式显示装置中，微型显示屏的出光角度接近90°，然而，发明人经研究发现，目前常规的头戴式显示装置中，微型显示屏出射光线中只有出光角度较小的一部分光线最终经过投影到达眼睛，出光角度较大的出射光线几乎都被浪费掉，并且由于头戴式显示装置具有封闭的光学环境，因此这部分光线在头戴式显示装置中造成干扰杂光，影响观看体验。
本发明的显示组件为微型显示组件，具体可以应用于头戴式显示设备中；该显示组件中，通过设置配光元件，将显示屏的出射光几乎都集中于45度的出光角度内，从而使得显示组件的大部分出射光都能够通过光学投影组件投射至眼睛上。该显示组件应用于头戴式显示装置中后，对比传统的头戴式显示装置，可以大大提高光能利用率，在相同的功耗下可以获得显著更高的观看亮度，或者在获得相同的观看亮度时，采用本发明显示组件的头戴式显示装置可以显著降低功耗。另外，由于本发明的显示组件极大消除了大出光角度的光线，从而可以有效避免这些光线在头戴式显示装置中造成干扰杂光，因此，采用本发明显示组件的头戴式显示装置可以显著减小光学***的杂光干扰，提高观看画面的对比度和清晰度，从而获得更好的观看体验。综上所述，本发明实施例提供的显示组件可以用于头戴式显示装置中，以提高头戴式显示装置的光能利用率，获得更高的观看亮度和对比度，提升观看体验。
可选的，所述配光元件包括透镜组件、棱镜膜组件或者两者的组合。
可选的，所述显示屏包括液晶显示面板和用于为所述液晶显示面板提供背光的背光源，所述配光元件设置在所述背光源和所述液晶显示面板之间。
可选的，所述背光源为直下式背光源，包括阵列分布的LED灯珠；
所述配光元件包括透镜组件，所述透镜组件包括与所述LED灯珠一一对应的透镜组，每个透镜组包括至少一个光轴与对应的所述LED灯珠的光轴重合的透镜。
可选的，每个所述透镜组与对应的所述LED灯珠之间的间距大于或等于10mm。
可选的，所述配光元件包括棱镜膜组件，所述棱镜膜组件包括一层棱镜膜，所述棱镜膜的顶角大于或等于110度，所述棱镜膜的折射率大于或等于1.5。
可选的，所述棱镜膜的顶角大于或等于120度，折射率大于或等于1.56。
可选的，所述显示屏为有机电致发光显示屏；
所述配光元件设置在所述有机电致发光显示屏的出光面上。
可选的，所述配光元件被配置为减小所述显示屏的出射光线的出光角度，以使得所述出光角度小于或等于25度。
可选的，所述配光元件被配置为减小所述显示屏的出射光线的出光角度，以使得所述出光角度小于或等于15度。
一种头戴式显示装置，包括上述任一项所述的微型显示组件。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种显示组件的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的一种显示组件的结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的一种显示组件的结构示意图；
图4为显示屏的出光角度示意图；
图5为本发明实施例提供的一种头戴式显示装置的光路示意图；
图6为本发明另一实施例提供的一种头戴式显示装置的光路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一方面，如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种微型显示组件，被配置为用于头戴式显示装置中，该微型显示组件包括显示屏1和配光元件2，其中，所述配光元件2位于所述显示屏1的出光光路上，被配置为减小所述显示屏1的出射光线的出光角度，以使得所述出光角度小于或等于45度。
具体的，所述‘显示屏的出光光路’，包括从显示屏内的光源出发、直至从显示屏中出射并到达下一个器件(一般指光学投影组件)的所有光线路程。所述‘出光角度’，为出射光线与垂直于所述显示屏1的轴线之间的夹角；如图4所示，N为垂直于所述显示屏1的轴线，或者称为法线，出射光线P与法线N之间的夹角A即为光线P的出光角度；同理，出射光线Q与法线N之间的夹角A即为光线Q的出光角度。具体的，实际操作中，出射光不可能被百分之百地集中在45度范围内，本申请中‘使得所述出光角度小于或等于45度’可以认定为，至少90％以上的出射光集中在小于或等于45度的出光角度内，同理，下文中描述的‘使得所述出光角度小于或等于25度/15度’等，也可以按此理解。
现有技术中的头戴式显示装置，一般都包括微型显示屏以及用于将影像投射于眼睛上的光学投影组件；目前常规头戴式显示装置中，微型显示屏的出光角度接近90°；然而，发明人经研究发现，目前的常规头戴式显示装置中，微型显示屏出射光线中只有出光角度较小的一部分光线最终经过投影到达眼睛，出光角度较大的出射光线几乎都被浪费掉，并且由于头戴式显示装置具有封闭的光学环境，因此这部分光线在头戴式显示装置中会造成干扰杂光，影响观看体验。
本发明的显示组件为微型显示组件，具体可以应用于头戴式显示设备中；该显示组件中，通过设置配光元件，显示屏的出射光能几乎都被集中于45度的出光角度内，因此，如图5和图6所示，本发明实施例提供的微型显示组件3的大部分出射光都能够通过光学投影组件4投射至眼睛5上。该显示组件应用于头戴式显示装置中后，对比传统的头戴式显示装置，可以大大提高光能利用率，在相同的功耗下可以获得显著更高的观看亮度，或者在获得相同的观看亮度时，采用本发明显示组件的头戴式显示装置可以显著降低功耗。另外，由于该显示组件极大地消除了大出光角度的光线，从而可以有效避免这些光线在头戴式显示装置中造成干扰杂光，因此，采用本发明显示组件的头戴式显示装置可以显著减小光学***的杂光干扰，提高观看画面的对比度和清晰度，从而获得更好的观看体验。综上所述，本发明实施例提供的显示组件可以应用于头戴式显示装置中，以提高头戴式显示装置的光能利用率，提高观看画面的对比度和清晰度，获得更好的观看体验。
一种具体的实施例中，所述配光元件可以包括棱镜膜组件(BEF)、透镜组件或者两者的组合。
示例性的，配光元件设置在显示屏的出光光路上。棱镜膜组件可以是包括一层棱镜膜，也可以是包括沿光路方向上依次设置的两层或多层棱镜膜的组合；透镜组件可以包括一个透镜或者透镜组，也可以包括阵列设置的多个透镜或透镜组。
具体的，通过棱镜膜组件和/或透镜组件可以将光线汇聚，从而达到使显示屏的出射光线的出光角度缩小至设定范围内。
如图1和图2所示，一种可选的实施例中，所述显示屏1可以为液晶显示屏；所述显示屏1包括液晶显示面板11和用于为所述液晶显示面板11提供背光的背光源12，所述配光元件2可以设置在所述背光源12和所述液晶显示面板11之间。
一种具体的实施方式中，如图1所示，所述背光源12为直下式背光源，包括阵列分布的LED灯珠121；所述配光元件2包括透镜组件，所述透镜组件包括与所述LED灯珠121一一对应的透镜组21，每个透镜组21包括至少一个透镜211，每个透镜21的光轴与对应的LED灯珠121的光轴重合。
具体的，每个透镜组21与其对应的LED灯珠121之间的间距大于或等于10mm，以使得透镜组21能够更好地起到光线汇聚的作用。另外，液晶显示面板11与透镜组21也要隔开适当距离，以使配光透镜组21射出的发散光线能均匀覆盖液晶显示面板11，满足显示亮度均匀性的要求。
另一种具体的实施方式中，如图2所示，所述配光元件2包括棱镜膜组件，所述棱镜膜组件包括一个棱镜膜22，该棱镜膜22设置在所述背光源12和所述液晶显示面板11之间；所述棱镜膜22的顶角r大于或等于110度，所述棱镜膜22的折射率大于或等于1.5。具体的，上述棱镜膜的顶角和折射率的设置，可以使得符合角度要求(出射角度在45度内)的光线能够折射出去，超过该角度的光线将被反射回背光***中得以重复利用，直至以符合要求的角度导出。
示例性的，所述棱镜膜22的顶角r大于或等于120度，折射率大于或等于1.56。此时，仿真得到出光角度小于45°的光能占比可以达到91％及其以上，即至少91％的出射光都集中在小于或等于45度的出光角度内。
具体的，所述配光元件2也可以既包括与LED灯珠121一一对应的透镜组21，又包括棱镜膜22，实际应用中可以根据出光角度的要求而定。
当然，可选的，所述显示屏1也可以为有机电致发光显示屏1；如图3所示，此时，所述配光元件2设置在所述有机电致发光显示屏1的出光面一侧。
一种具体的实施例中，所述配光元件被配置为减小所述显示屏的出射光线的出光角度，以使得该出光角度小于或等于25度，即至少90％的出射光线的出光角度小于或等于25度。具体的，当配光元件为透镜组件时，可以通过调节透镜组中透镜的具体数量、型号和间距，以使得显示组件的90％以上出射光的出光角度小于或等于25度。或者，当配光元件为棱镜膜组件时，可以通过调节沿光路方向上依次设置的棱镜膜的数量、顶角和折射率，以使得90％以上出射光线的出光角度小于或等于25度。
图5为一种头戴式显示设备的显示光路示意图；如图5所示，该头戴式显示设备内部，显示组件3的出射光线中只有出光角度小于20°的光线能经过投影到达眼睛5上；通过模拟分析得出，将显示组件3出射光线的出光角度设置为小于等于25°，相比于常见的80°出光角度范围来说，人眼观看亮度前者是后者的8.8倍；同时，杂光干扰具有明显的减弱，观看体验可以得到显著的提升。
另一种具体的实施例中，所述配光元件被配置为减小所述显示屏的出射光线的出光角度，以使得该出光角度小于或等于15度，即至少90％的出射光线的出光角度小于或等于15度。具体的，当配光元件为透镜组件时，可以通过调节透镜组中透镜的具体数量、型号和间距，以使得显示组件的90％以上出射光的出光角度小于或等于15度。或者，当配光元件为棱镜膜组件时，可以通过调节沿光路方向上依次设置的棱镜膜的数量、顶角和折射率，以使得90％以上出射光线的出光角度小于或等于15度。
图6为另一种头戴式显示设备的显示光路示意图；如图6所示，该头戴式显示设备内部，显示组件3的出射光线中只有出光角度小于11°的光线能经过投影到达眼睛5上；通过模拟分析得出，将显示组件3出射光线的出光角度设置为小于等于15°，相比于常见的80°出光角度范围来说，人眼观看亮度前者是后者的24倍；同时，杂光干扰具有非常明显的减弱，观看体验可以得到更加显著的提升。
第二方面，本发明实施例还提供一种头戴式显示装置，包括上述任一项所述的显示组件。
具体的，如图5和图6所示，本发明实施例提供的头戴式显示装置还包括光学投影组件4，该光学投影组件4位于显示组件3和眼睛5之间，用于放大显示屏的图像，并将图像投射于眼睛5上。
示例性的，本发明实施例提供的头戴式显示装置可以为虚拟现实(VR)头戴式显示装置、增强现实(AR)头戴式显示装置、或者混合现实(MR)头戴式显示装置。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种微型显示组件，其特征在于，被配置为用于头戴式显示装置中，所述微型显示组件包括显示屏和配光元件，所述配光元件位于所述显示屏的出光光路上，被配置为减小所述显示屏的出射光线的出光角度，以使得所述出光角度小于或等于45度。
2.如权利要求1所述的微型显示组件，其特征在于，所述配光元件包括透镜组件、棱镜膜组件或者两者的组合。
3.如权利要求2所述的微型显示组件，其特征在于，所述显示屏包括液晶显示面板和用于为所述液晶显示面板提供背光的背光源，所述配光元件设置在所述背光源和所述液晶显示面板之间。
4.如权利要求3所述的微型显示组件，其特征在于，所述背光源为直下式背光源，包括阵列分布的LED灯珠；
所述配光元件包括透镜组件，所述透镜组件包括与所述LED灯珠一一对应的透镜组，每个透镜组包括至少一个光轴与对应的所述LED灯珠的光轴重合的透镜。
5.如权利要求4所述的微型显示组件，其特征在于，每个所述透镜组与对应的所述LED灯珠之间的间距大于或等于10mm。
6.如权利要求3所述的微型显示组件，其特征在于，所述配光元件包括棱镜膜组件，所述棱镜膜组件包括一层棱镜膜，所述棱镜膜的顶角大于或等于110度，所述棱镜膜的折射率大于或等于1.5。
7.如权利要求6所述的微型显示组件，其特征在于，所述棱镜膜的顶角大于或等于120度，折射率大于或等于1.56。
8.如权利要求2所述的微型显示组件，其特征在于，所述显示屏为有机电致发光显示屏；
所述配光元件设置在所述有机电致发光显示屏的出光面上。
9.如权利要求1-8任一项所述的微型显示组件，其特征在于，所述配光元件被配置为减小所述显示屏的出射光线的出光角度，以使得所述出光角度小于或等于25度。
10.如权利要求1-8任一项所述的微型显示组件，其特征在于，所述配光元件被配置为减小所述显示屏的出射光线的出光角度，以使得所述出光角度小于或等于15度。
11.一种头戴式显示装置，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的微型显示组件。
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