TWI596377B

TWI596377B - 穿戴式顯示裝置及其顯示模組

Info

Publication number: TWI596377B
Application number: TW105140516A
Authority: TW
Inventors: 楊立群; 周柏宇; 張元傑
Original assignee: 瑞軒科技股份有限公司
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2017-08-21
Also published as: US20180157453A1; US10345852B2; TW201821859A

Description

穿戴式顯示裝置及其顯示模組

本發明係關於一種顯示裝置以及顯示模組，特別是一種穿戴式顯示裝置以及此穿戴式顯示裝置的顯示模組。

隨著科技的發展，穿戴式顯示裝置已廣泛應用於視訊、電影、醫學、模擬訓練或者是遊戲等各種領域中。近年來，更發展出適用於虛擬實境(Virtual Reality，VR)或擴增實境(Augmented Reality，AR)的頭戴式顯示裝置(Head Mounted Display，HMD)。現有的用於虛擬實境的穿戴式顯示裝置一般包含殼體、平面顯示面板與凸透鏡。凸透鏡將平面顯示面板的畫面成像以產生畫面的正立虛像。當使用者裝備穿戴式顯示裝置後，就能搭配特殊的操作媒介以獲得來自電腦或電子裝置所提供的各種感官模擬，進而達到身處虛擬世界中的使用者體驗。

為了有良好的使用者體驗，穿戴式顯示裝置的尺寸、重量以及成像品質尤為重要。在現有的穿戴式顯示裝置中，平面顯示面板的尺寸以及凸透鏡和顯示面板之間的距離皆過大，而使得穿戴式顯示裝置的尺寸難以縮小。然而，若將平面顯示面板的尺寸縮小，產生的正立虛像會變小，而降低使用者體驗。若是將凸透鏡與平面顯示面板之間的間距變小，同樣會有正立虛像變小的問題；此外，凸透鏡與平面顯示面板過度靠近時還容易產生像差或亮度不均的問題，而會讓使用者產生壓迫感與暈眩感，並且為了修正像差必須額外配置其他光學元件，會導致穿戴式顯示裝置的重量增加。因此，如何提供能同時滿足輕薄化與良好成像品質需求的穿戴式顯示裝置，實乃現在相關領域中重要的課題之一。

鑒於以上的問題，本發明揭露一種穿戴式顯示裝置及其顯示模組，有助於解決習知穿戴式顯示裝置尺寸過大以及成像品質不佳的問題。

本發明所揭露的穿戴式顯示裝置包含一殼體、一顯示面板、一透鏡以及一稜鏡。顯示面板設置於殼體。顯示面板具有相連的二傾斜顯示面，並且二傾斜顯示面之間的夾角大於0度且小於180度。透鏡設置於殼體，且透鏡面向顯示面板的二傾斜顯示面。稜鏡設置於顯示面板與透鏡之間，並且稜鏡包含二折射部。二折射部分別具有非平行的一入光面以及一出光面。二入光面分別面向二傾斜顯示面。二出光面面向透鏡，並且二出光面之間的夾角大於0度且小於180度。其中一入光面實質上平行於其中一傾斜顯示面，且另一入光面實質上平行於另一傾斜顯示面。

本發明所揭露的顯示模組包含一顯示面板以及一稜鏡。顯示面板具有相連的二傾斜顯示面，並且二傾斜顯示面之間的夾角大於0度且小於180度。稜鏡包含二折射部，並且二折射部分別具有非平行的一入光面以及一出光面。二入光面分別面向二傾斜顯示面，並且二出光面之間的夾角大於0度且小於180度。其中一入光面實質上平行於其中一傾斜顯示面，且另一入光面實質上平行於另一傾斜顯示面。

本發明另揭露的穿戴式顯示裝置包含一殼體、一顯示部、一透鏡以及一稜鏡。顯示部設置於殼體，且顯示部包含二顯示面板。二顯示面板分別具有一傾斜顯示面，且二傾斜顯示面之間的夾角大於0度且小於180度。透鏡設置於殼體，且透鏡面向顯示部的二傾斜顯示面。稜鏡設置於顯示部與透鏡之間。稜鏡包含二折射部，且二折射部分別具有非平行的一入光面以及一出光面。二入光面分別面向二傾斜顯示面，且二出光面面向透鏡。二出光面之間的夾角大於0度且小於180度。其中一入光面實質上平行於其中一傾斜顯示面，且另一入光面實質上平行於另一傾斜顯示面。

本發明另揭露的顯示模組包含一顯示部以及一稜鏡。顯示部包含二顯示面板。二顯示面板分別具有一傾斜顯示面，且二傾斜顯示面之間的夾角大於0度且小於180度。稜鏡包含二折射部，且二折射部分別具有非平行的一入光面以及一出光面。二入光面分別面向二傾斜顯示面，且二出光面之間的夾角大於0度且小於180度。其中一入光面實質上平行於其中一傾斜顯示面，且另一入光面實質上平行於另一傾斜顯示面。

根據本發明所揭露的顯示模組以及穿戴式顯示裝置，顯示面板具有相連的二傾斜顯示面。稜鏡的二折射部分別具有非平行的入光面以及出光面。其中一入光面實質上平行於其中一傾斜顯示面，且另一入光面實質上平行於另一傾斜顯示面。藉此，可減少顯示面板佔據容置空間的體積，而有助於殼體的輕薄化，進而縮小穿戴式顯示裝置的整體尺寸。此外，稜鏡能將顯示面板發出之光線的行進方向修正成平行於透鏡的光軸，有助於減少像差以及提升影像周邊亮度。顯示面板與稜鏡的結構配置有助於同時滿足穿戴式顯示裝置的輕薄化與良好成像品質的需求。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請同時參照圖1至圖3。圖1為根據本發明第一實施例之顯示模組的立體示意圖。圖2為圖1之顯示模組的分解示意圖。圖3為圖1之顯示模組的上視示意圖。在本實施例中，穿戴式顯示裝置1包含一殼體10、二透鏡20以及一顯示模組30。穿戴式顯示裝置1例如但不限於是頭戴式的虛擬實境顯示裝置。

殼體10包含一罩體110以及一承載座120。承載座120設置於罩體110，並且罩體110與承載座120共同形成一容置空間130。承載座120具有與容置空間130相連的二開孔121。

透鏡20例如但不限於是凸透鏡，其設置於殼體10之承載座120的開孔121。透鏡20例如但不限於是玻璃材質或塑膠材質。在本實施例中，二透鏡20分別設置於承載座120的二開孔121，但本發明並不以此為限。在部分實施例中，透鏡與承載座之開孔的數量皆為一。

顯示模組30包含一顯示面板310以及一稜鏡320。顯示面板310例如但不限於是液晶顯示器或有機發光二極體顯示器，其設置於殼體10的容置空間130。顯示面板310具有相連的二傾斜顯示面311，並且顯示面板310於二傾斜顯示面311之間具有一連接線312。二傾斜顯示面311皆自連接線312沿接近透鏡20的方向延伸。二傾斜顯示面311之間夾一夾角ε，並且夾角ε大於0度且小於180度。

稜鏡320設置於顯示面板310與透鏡20之間，並且稜鏡320例如但不限於是玻璃材質或塑膠材質。稜鏡320包含相連的二折射部321，並且折射部321的厚度沿接近透鏡20的方向逐漸增大。折射部321的最大厚度T小於等於顯示面板310與透鏡20之間的最小間距D，以使稜鏡320能被完全容納於容置空間130。

每個折射部321分別具有非平行的一入光面321a以及一出光面321b。換句話說，每個折射部321的入光面321a與出光面321b之間具有一夾角α，並且夾角α小於180度。入光面321a與出光面321b分別位於折射部321的相對二側。二入光面321a分別面向顯示面板310的二傾斜顯示面311，並且二入光面321a分別直接接觸二傾斜顯示面311。二出光面321b皆面向透鏡20。二出光面321b之間夾一夾角β，並且夾角β大於0度且小於180度。其中一個折射部321的入光面321a實質上平行於其中一個傾斜顯示面311，並且另一個折射部321的入光面321a實質上平行於另一個傾斜顯示面311。

在本實施例中，顯示模組30的顯示面板310具有傾斜顯示面311，使得顯示面板310呈現彎折狀。藉此，可減少顯示面板310佔據容置空間130的體積，而有助於殼體10之罩體110的輕薄化，進而縮小穿戴式顯示裝置1的整體尺寸。在本實施例中，當顯示面板310設計成彎折狀時，因為傾斜顯示面311發出的光線無法平行於透鏡20的光軸L，會導致透鏡20產生之畫面的正立虛像有像差以及較低的周邊亮度。為了解決上述問題，本實施例於顯示面板310與透鏡20之間設置稜鏡320。藉此，當傾斜顯示面311發出的光線經過稜鏡320時，光線的行進方向可以被修正成平行於透鏡20的光軸L。

在本實施例中，為了使稜鏡320能修正光線的行進方向，需要設計稜鏡320的外形。請同時參照圖3和圖4，其中圖4為圖3之穿戴式顯示裝置之顯示模組的局部放大示意圖。定義一水平參考面40係垂直於透鏡20之光軸L。稜鏡320之折射部321的入光面321a與出光面321b之間的夾角為α，稜鏡320的入光面321a與水平參考面40之間的夾角為θ，稜鏡320的折射率為N1，位於稜鏡320之出光面321b與透鏡20之間的介質之折射率為N2，其滿足下列條件：

N1*sinα = N2*sin(α+θ)。

當符合上述條件時，稜鏡320能將光線B的行進方向修正成平行於透鏡20的光軸L，有助於減少正立虛像的像差以及提升其周邊亮度。用一個具體的設計方法示例說明，當入光面321a與水平參考面40之間的夾角θ為12.0度，稜鏡320的折射率為1.516，並且位於稜鏡320之出光面321b與透鏡20之間的介質之折射率為1(即空氣的折射率)時，將上述數值代入式2可得到α+θ的值約為33.70度。將α+θ的值減去夾角θ(12.0度)後可得到夾角α的數值為21.70度。藉此，可以得知入光面321a與出光面321b之間的夾角α需要設計成21.70度。此外，由夾角α與夾角θ之值並同時考量預先決定的稜鏡320寬度尺寸，能夠得知稜鏡320沿透鏡20之光軸L方向的長度尺寸，進而能得知殼體10之罩體110需要多大的尺寸才能提供足夠的容置空間130以容納顯示模組30。

當入光面321a與水平參考面40之間的夾角θ增大時，能有效縮小穿戴式顯示裝置1的整體尺寸；然而在部分情況下，過度彎折的顯示面板310於組裝時容易干涉到穿戴式顯示裝置1的其他零件，並且會導致顯示面板310的畫面長度小於使用者的視角，不利於提升使用者體驗。在本實施例中，入光面321a與水平參考面40之間的夾角θ有一數值範圍，有助於在穿戴式顯示裝置1的輕薄化與良好使用者體驗之間取得良好平衡。在本實施例中，稜鏡320的入光面321a與水平參考面40之間的夾角θ滿足下列條件：0[度]＜θ＜14.0[度]，但本發明並不以此為限。在部分實施例中，可進一步滿足下列條件：0[度]＜θ＜12.0[度]。在部分實施例中，可更進一步滿足下列條件：10.0[度]＜θ＜12.0[度]。

在第一實施例中，稜鏡的二個折射部一體成型地相互連接，但本發明並不以此為限。請參照圖5，為根據本發明第二實施例之穿戴式顯示裝置的剖切示意圖。由於第一實施例與第二實施例相似，故以下僅就相異處進行說明，相同處則不再贅述。

在本實施例中，稜鏡320的二折射部321為可分離的二個單獨鏡體。當二折射部321設置於顯示面板310時，二折射部321的側緣於二傾斜顯示面311之間的連接線312相接觸。

在第一和第二實施例中，顯示面板為一體成型，並且二傾斜顯示面相連接於連接線，但本發明並不以此為限。請參照圖6，為根據本發明第三實施例之穿戴式顯示裝置的剖切示意圖。由於第三實施例與第一和第二實施例相似，故以下僅就相異處進行說明，相同處則不再贅述。

在本實施例中，穿戴式顯示裝置1”包含一顯示部310”，並且顯示部310”包含二顯示面板311”以及至少一訊號傳輸線312”。每個顯示面板311”具有一傾斜顯示面311a”。訊號傳輸線312”的相對二端分別連接於二顯示面板311”。二傾斜顯示面311a”皆自訊號傳輸線312”沿接近透鏡20的方向延伸。

綜上所述，本發明所揭露的穿戴式顯示裝置中，顯示面板具有相連的二傾斜顯示面。稜鏡的二折射部分別具有非平行的入光面以及出光面。其中一入光面實質上平行於其中一傾斜顯示面，且另一入光面實質上平行於另一傾斜顯示面。藉此，可減少顯示面板佔據容置空間的體積，而有助於殼體的輕薄化，進而縮小穿戴式顯示裝置的整體尺寸。此外，稜鏡能將顯示面板發出之光線的行進方向修正成平行於透鏡的光軸，有助於減少像差以及提升影像周邊亮度。顯示面板與稜鏡的結構配置有助於同時滿足穿戴式顯示裝置的輕薄化與良好成像品質的需求。

另外，相較於直接縮短透鏡與平面顯示面板之間的間距，本發明所揭露的穿戴式顯示裝置在透鏡與顯示面板的中央部分之間仍保有足夠間距，有助於防止顯示面板之畫面的正立虛像變小，還能避免正立虛像的成像位置偏移，進而在縮小穿戴式顯示裝置的整體尺寸同時，還能維持良好的使用者體驗。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1、1”‧‧‧穿戴式顯示裝置
10‧‧‧殼體
110‧‧‧罩體
120‧‧‧承載座
121‧‧‧開孔
130‧‧‧容置空間
20‧‧‧透鏡
30‧‧‧顯示模組
310‧‧‧顯示面板
311‧‧‧傾斜顯示面
312‧‧‧連接線
320‧‧‧稜鏡
321‧‧‧折射部
321a‧‧‧入光面
321b‧‧‧出光面
310”‧‧‧顯示部
311”‧‧‧顯示面板
311a”‧‧‧傾斜顯示面
312”‧‧‧訊號傳輸線
40‧‧‧水平參考面
B‧‧‧光線
D‧‧‧最小間距
L‧‧‧光軸
T‧‧‧最大厚度
ε、α、β、θ‧‧‧夾角

圖1為根據本發明第一實施例之穿戴式顯示裝置的立體示意圖。圖2為圖1之穿戴式顯示裝置的分解示意圖。圖3為圖1之穿戴式顯示裝置的剖切示意圖。圖4為圖3之穿戴式顯示裝置之顯示模組的局部放大示意圖。圖5為根據本發明第二實施例之穿戴式顯示裝置的剖切示意圖。圖6為根據本發明第三實施例之穿戴式顯示裝置的剖切示意圖。

1‧‧‧穿戴式顯示裝置

10‧‧‧殼體

110‧‧‧罩體

120‧‧‧承載座

121‧‧‧開孔

130‧‧‧容置空間

20‧‧‧透鏡

311‧‧‧傾斜顯示面

312‧‧‧連接線

321‧‧‧折射部

321a‧‧‧入光面

321b‧‧‧出光面

D‧‧‧最小間距

L‧‧‧光軸

T‧‧‧最大厚度

ε、α、β‧‧‧夾角

Claims

一種穿戴式顯示裝置，包含：一殼體；一顯示面板，設置於該殼體，該顯示面板具有相連的二傾斜顯示面，且該二傾斜顯示面之間的夾角大於0度且小於180度；一透鏡，設置於該殼體，且該透鏡面向該顯示面板的該二傾斜顯示面；以及一稜鏡，設置於該顯示面板與該透鏡之間，該稜鏡包含二折射部，該二折射部分別具有非平行的一入光面以及一出光面，該二入光面分別面向該二傾斜顯示面，該二出光面面向該透鏡，該二出光面之間的夾角大於0度且小於180度，該二入光面其中之一實質上平行於該二傾斜顯示面其中之一，且另一該二入光面實質上平行於另一該二傾斜顯示面。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式顯示裝置，其中該顯示面板於該二傾斜顯示面之間具有一連接線，且該二傾斜顯示面皆自該連接線沿接近該透鏡的方向延伸。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式顯示裝置，其中該稜鏡的該二入光面分別直接接觸該顯示面板的該二傾斜顯示面。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式顯示裝置，其中一水平參考面垂直於該透鏡的光軸，該入光面與該出光面之間的夾角為α，該稜鏡的該入光面與該水平參考面之間的夾角為θ，該稜鏡的折射率為N1，位於該稜鏡之該出光面與該透鏡之間的介質之折射率為N2，其滿足下列條件：N1*sinα = N2*sin(α+θ)。
如申請專利範圍第4項所述之穿戴式顯示裝置，其中該稜鏡的該入光面與該水平參考面之間的夾角為θ，其滿足下列條件：0[度]＜θ＜14.0[度]。
如申請專利範圍第5項所述之穿戴式顯示裝置，其中該稜鏡的該入光面與該水平參考面之間的夾角為θ，其滿足下列條件：0[度]＜θ＜12.0[度]。
如申請專利範圍第6項所述之穿戴式顯示裝置，其中該稜鏡的該入光面與該水平參考面之間的夾角為θ，其滿足下列條件：10.0[度]＜θ＜12.0[度]。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式顯示裝置，其中該稜鏡之該折射部的厚度沿接近該透鏡的方向逐漸增大。
如申請專利範圍第8項所述之穿戴式顯示裝置，其中該稜鏡之該折射部的最大厚度小於等於該顯示面板與該透鏡之間的最小間距。
一種顯示模組，包含：一顯示面板，具有相連的二傾斜顯示面，該二傾斜顯示面之間的夾角大於0度且小於180度；以及一稜鏡，包含二折射部，該二折射部分別具有非平行的一入光面以及一出光面，該二入光面分別面向該二傾斜顯示面，該二出光面之間的夾角大於0度且小於180度，該二入光面其中之一實質上平行於該二傾斜顯示面其中之一，且另一該二入光面實質上平行於另一該二傾斜顯示面。
一種穿戴式顯示裝置，包含：一殼體；一顯示部，設置於該殼體，該顯示部包含二顯示面板，該二顯示面板分別具有一傾斜顯示面，且該二傾斜顯示面之間的夾角大於0度且小於180度；一透鏡，設置於該殼體，且該透鏡面向該顯示部的該二傾斜顯示面；以及一稜鏡，設置於該顯示部與該透鏡之間，該稜鏡包含二折射部，該二折射部分別具有非平行的一入光面以及一出光面，該二入光面分別面向該二傾斜顯示面，該二出光面面向該透鏡，該二出光面之間的夾角大於0度且小於180度，該二入光面其中之一實質上平行於該二傾斜顯示面其中之一，且另一該二入光面實質上平行於另一該二傾斜顯示面。
如申請專利範圍第11項所述之穿戴式顯示裝置，其中該顯示部更包含至少一訊號傳輸線，該至少一訊號傳輸線的相對二端分別連接於該二顯示面板，該二傾斜顯示面皆自該至少一訊號傳輸線沿接近該透鏡的方向延伸。
如申請專利範圍第11項所述之穿戴式顯示裝置，其中該稜鏡的該二入光面分別直接接觸該顯示部的該二傾斜顯示面。
如申請專利範圍第11項所述之穿戴式顯示裝置，其中一水平參考面垂直於該透鏡的光軸，該入光面與該出光面之間的夾角為α，該稜鏡的該入光面與該水平參考面之間的夾角為θ，該稜鏡的折射率為N1，位於該稜鏡之該出光面與該透鏡之間的介質之折射率為N2，其滿足下列條件：N1*sinα = N2*sin(α+θ)。
如申請專利範圍第14項所述之穿戴式顯示裝置，其中該稜鏡的該入光面與該水平參考面之間的夾角為θ，其滿足下列條件：0[度]＜θ＜14.0[度]。
如申請專利範圍第15項所述之穿戴式顯示裝置，其中該稜鏡的該入光面與該水平參考面之間的夾角為θ，其滿足下列條件：0[度]＜θ＜12.0[度]。
如申請專利範圍第16項所述之穿戴式顯示裝置，其中該稜鏡的該入光面與該水平參考面之間的夾角為θ，其滿足下列條件：10.0[度]＜θ＜12.0[度]。
如申請專利範圍第11項所述之穿戴式顯示裝置，其中該稜鏡之該折射部的厚度沿接近該透鏡的方向逐漸增大。
如申請專利範圍第18項所述之穿戴式顯示裝置，其中該稜鏡之該折射部的最大厚度小於等於該顯示部與該透鏡之間的最小間距。
一種顯示模組，包含：一顯示部，包含二顯示面板，該二顯示面板分別具有一傾斜顯示面，且該二傾斜顯示面之間的夾角大於0度且小於180度；以及一稜鏡，包含二折射部，該二折射部分別具有非平行的一入光面以及一出光面，該二入光面分別面向該二傾斜顯示面，該二出光面之間的夾角大於0度且小於180度，該二入光面其中之一實質上平行於該二傾斜顯示面其中之一，且另一該二入光面實質上平行於另一該二傾斜顯示面。