TWI829283B - 顯示裝置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種顯示裝置包括第一影像產生單元以及第一波導玻璃。第一影像產生單元配置以發射第一光線。第一波導玻璃面對第一影像產生單元。第一波導玻璃包括第一微結構、兩第二微結構以及第三微結構。第一微結構位於兩第二微結構的兩同側端之間。第三微結構位於兩第二微結構之間。第三微結構具有第一光柵與第二光柵。第一光柵的延伸方向不同於第二光柵的延伸方向。第二微結構配置以接收經由第一微結構傳遞之第一影像產生單元的第一光線並將第一光線傳遞至第三微結構。

Description

顯示裝置及其操作方法
本揭露係關於一種顯示裝置以及一種顯示裝置的操作方法。
一般而言，應用於擴增實境(Augmented Reality, AR)眼鏡的顯示裝置通常具有影像產生器與相互堆疊的多片波導玻璃，使影像產生器提供的影像可藉由堆疊的波導玻璃疊加至真實場景中，以達到提供使用者輔助資訊之效果。然而，雖然使用多片堆疊的波導玻璃可改善顯示裝置的可視角，但堆疊的波導玻璃將會增加顯示裝置的整體厚度。此外，使用多片堆疊的波導玻璃也會提高顯示裝置的製造成本及整體重量。
本揭露之一技術態樣為一種顯示裝置。
根據本揭露一實施方式，一種顯示裝置包括第一影像產生單元以及第一波導玻璃。第一影像產生單元配置以發射第一光線。第一波導玻璃面對第一影像產生單元。第一波導玻璃包括第一微結構、兩第二微結構以及第三微結構。第一微結構位於兩第二微結構的兩同側端之間。第三微結構位於兩第二微結構之間。第三微結構具有第一光柵與第二光柵。第一光柵的延伸方向不同於第二光柵的延伸方向。兩第二微結構配置以接收經由第一微結構傳遞之第一影像產生單元的第一光線並將第一光線傳遞至第三微結構。
在本揭露一實施方式中，上述顯示裝置還包括第二影像產生單元以及第二波導玻璃。第二影像產生單元配置以發射第二光線，其中第二光線的波長不同於第一光線的波長。第二波導玻璃面對第二影像產生單元且鄰近第一波導玻璃。
在本揭露一實施方式中，上述第二波導玻璃的光柵週期不同於第一波導玻璃的光柵週期。
在本揭露一實施方式中，上述第一微結構的光柵的延伸方向不同於兩第二微結構之其中一者的光柵的延伸方向。
在本揭露一實施方式中，上述第一微結構具有相鄰的第一部分與第二部分。
在本揭露一實施方式中，上述第一微結構的第一部分的光柵的延伸方向不同於第一微結構的第二部分的光柵的延伸方向。
在本揭露一實施方式中，上述第三微結構的第一光柵與第二光柵至少部分重疊。
在本揭露一實施方式中，上述第三微結構的第一光柵的延伸方向垂直於第三微結構的第二光柵的延伸方向。
在本揭露一實施方式中，上述第三微結構具有相鄰的第三部分與第四部分。
在本揭露一實施方式中，上述第三微結構的第一光柵位於第三部分，第三微結構的第二光柵位於第四部分。
在本揭露一實施方式中，上述第一微結構與第三微結構在水平方向上位置對應。
在本揭露一實施方式中，上述兩第二微結構沿第一微結構與第三微結構的中心線對稱設置。
本揭露之一技術態樣為一種顯示裝置的操作方法。
根據本揭露一實施方式，一種顯示裝置的操作方法包括：藉由第一影像產生單元發射第一光線至第一波導玻璃的第一微結構；藉由第一波導玻璃的第一微結構傳遞第一光線至第一波導玻璃的兩第二微結構，其中第一微結構位於兩第二微結構的兩同側端之間；以及藉由第一波導玻璃的兩第二微結構傳遞第一光線至第一波導玻璃的第三微結構，其中第三微結構具有第一光柵與第二光柵，第一光柵的延伸方向不同於第二光柵的延伸方向。
在本揭露一實施方式中，上述方法還包括藉由第一波導玻璃的第三微結構傳遞第一光線至位於第一波導玻璃外的第一目標區。
在本揭露一實施方式中，上述方法還包括：藉由第二影像產生單元發射第二光線至第二波導玻璃，其中第一光線的波長不同於第二光線的波長，且第二波導玻璃的光柵週期不同於第一波導玻璃的光柵週期；以及藉由第二波導玻璃傳遞第二光線至位於第二波導玻璃外的第二目標區。
在本揭露上述實施方式中，顯示裝置的第一影像產生單元發射的第一光線可經由第一波導玻璃的兩第二微結構從第三微結構的兩側入射，因此改善了第一光線的亮度均勻性並提高了顯示裝置的影像品質。此外，顯示裝置可藉由第一波導玻璃的第一微結構、第二微結構以及第三微結構的配置改善第一影像產生單元發射的第一光線的色散現象，因此使用者可觀測到顯示品質較高的影像，改善了顯示裝置的光學效果。
以下揭示之實施方式內容提供了用於實施所提供的標的之不同特徵的許多不同實施方式，或實例。下文描述了元件和佈置之特定實例以簡化本案。當然，該等實例僅為實例且並不意欲作為限制。此外，本案可在各個實例中重複元件符號及/或字母。此重複係用於簡便和清晰的目的，且其本身不指定所論述的各個實施方式及/或配置之間的關係。
諸如「在……下方」、「在……之下」、「下部」、「在……之上」、「上部」等等空間相對術語可在本文中為了便於描述之目的而使用，以描述如附圖中所示之一個元件或特徵與另一元件或特徵之關係。空間相對術語意欲涵蓋除了附圖中所示的定向之外的在使用或操作中的裝置的不同定向。裝置可經其他方式定向(旋轉90度或以其他定向)並且本文所使用的空間相對描述詞可同樣相應地解釋。
第1圖繪示根據本揭露一實施方式之顯示裝置100使用時的前視圖。顯示裝置100包括第一影像產生單元110以及第一波導玻璃120。第一影像產生單元110配置以發射第一光線L1。舉例來說，第一光線L1可為全 彩的。第一波導玻璃120面對第一影像產生單元110。第一波導玻璃120包括第一微結構122、兩第二微結構124以及第三微結構126，並且第一微結構122、第二微結構124以及第三微結構126位於第一波導玻璃120的同一表面上。第一微結構122位於兩第二微結構124的兩同側端E1之間。第二微結構124可為折疊(Fold)光學元件以接收經由第一微結構122傳遞之第一影像產生單元110的第一光線L1並將第一光線L1傳遞至第三微結構126。
在一些實施方式中，第一微結構122可具有光柵121。兩第二微結構124之其中一者(如第1圖上方的第二微結構124)可具有光柵123，而兩第二微結構124之另一者(如第1圖下方的第二微結構124)可具有光柵125。第一微結構122的光柵121的延伸方向D1不同於第二微結構124的光柵123的延伸方向D2與光柵125的延伸方向D3。此外，光柵123的延伸方向D2不同於光柵125的延伸方向D3。也就是說，光柵121的延伸方向D1、光柵123的延伸方向D2以及光柵125的延伸方向D3皆不同。此外，第一微結構122、第二微結構124以及第三微結構126三者之間可維持光學動量守恆，以降低第一光線L1傳遞時產生的光損耗。
在一些實施方式中，兩第二微結構124沿第一微結構122與第三微結構126的中心線C1對稱設置。第一微結構122與第三微結構126在水平方向(即延伸方向D1)上位置對應。在本文中，位置對應可意指大致對齊排列(設 置)。第三微結構126位於兩第二微結構124之間。第三微結構126具有第一光柵127與第二光柵128。第三微結構126的第一光柵127的延伸方向D4不同於第二光柵128的延伸方向D5。
具體而言，顯示裝置100的第一影像產生單元110發射的第一光線L1可經由第一波導玻璃120的兩第二微結構124從第三微結構126的兩側入射。這樣的配置可改善第一光線L1於第三微結構126的亮度均勻性以提高顯示裝置100所輸出的影像品質。此外，第一波導玻璃120的第一微結構122、第二微結構124以及第三微結構126的配置可降低第一光線L1在傳遞時所產生的色散現象，因此可觀測到影像品質較佳的第一光線L1，改善了顯示裝置100的整體光學效果。
在一些實施方式中，顯示裝置100還包括第二影像產生單元130以及第二波導玻璃140。第二影像產生單元130配置以發射第二光線L2。舉例來說，第二光線L2可為全彩的。第二光線L2的波長不同於第一光線L1的波長。第二波導玻璃140面對第二影像產生單元130且鄰近第一波導玻璃120。第二波導玻璃140包括第一微結構142、兩第二微結構144以及第三微結構146，並且第一微結構142、第二微結構144以及第三微結構146位於第二波導玻璃140的同一表面上。第一微結構142可具有光柵141。兩第二微結構144之其中一者(如第1圖上方的第二微結構144)可具有光柵143，而兩第二微結構144 之另一者(如第1圖下方的第二微結構144)可具有光柵145。第三微結構146可具有第一光柵147與第二光柵148。兩第二微結構144沿第一微結構142與第三微結構146的中心線C2對稱設置。
此外，第二波導玻璃140的光柵週期不同於第一波導玻璃120的光柵週期。舉例來說，第一光線L1的波長可對應第一波導玻璃120的光柵週期，並且第一波導玻璃120的光柵週期可在330nm至460nm之間。第二光線L2的波長可對應第二波導玻璃140的光柵週期，並且第二波導玻璃140的光柵週期可在250nm至380nm之間。在一些實施方式中，第一波導玻璃120的第三微結構126的第一光柵127與第二光柵128至少部分重疊。詳細來說，第一光柵127與第二光柵128彼此交錯，並且第一光柵127與第二光柵128於交錯處重疊。第一波導玻璃120的第三微結構126的第一光柵127的延伸方向D4可垂直於第三微結構126的第二光柵128的延伸方向D5。
第2圖繪示第1圖之顯示裝置100使用時的上視圖，其忽略了第1圖之第二微結構124、144。第一波導玻璃120的第一微結構122與第二波導玻璃140的第一微結構142可為入耦合(In-coupling)光學元件，使第一光線L1與第二光線L2分別入射至第一波導玻璃120與第二波導玻璃140後，於第一波導玻璃120與第二波導玻璃140中進行全反射。第一波導玻璃120的第三微結構126與第二波導玻璃140的第三微結構146可為出耦合 (Out-coupling)光學元件，可分別接收第一光線L1與第二光線L2，並分別將第一光線L1與第二光線L2傳遞至第一目標區A1與第二目標區A2。舉例來說，使用者的左眼可位於第一目標區A1，並且使用者的右眼可位於第二目標區A2。使用者的左眼與右眼在分別接收到第一光線L1與第二光線L2之後，大腦可將第一光線L1與第二光線L2提供的影像結合為全彩影像。也就是說，分別傳遞第一光線L1與第二光線L2至第一目標區A1與第二目標區A2的設計可增加顯示裝置100的可視角以改善顯示裝置100的光學效果。
在以下敘述中，將說明其他形式的顯示裝置。已敘述的元件連接關係、材料與功效將不重覆贅述，合先敘明。
第3圖繪示根據本揭露又一實施方式之顯示裝置100b的前視圖。第3圖之顯示裝置100b與第1圖所示之實施方式不同地方在於，顯示裝置100b的第一波導玻璃120b的第一微結構122b具有相鄰的第一部分122b1與第二部分122b2。第一微結構122b的第一部分122b1的光柵121b1的延伸方向D5不同於第一微結構122b的第二部分122b2的光柵121b2的延伸方向D4。第一波導玻璃120b的第二微結構124b具有光柵123b，並且第二微結構124b可提供亮度均勻化之效果。第一波導玻璃120b的第三微結構126b具有相鄰的第三部分126b1與第四部分126b2。第三微結構126b的第一光柵127b位於第三部分126b1，第三微結構126b的第二光柵128b 位於第四部分126b2。
在一些實施方式中，顯示裝置100b的第二波導玻璃140b的第一微結構142b具有相鄰的第一部分142b1與第二部分142b2。第一微結構142b的第一部分142b1的光柵141b1的延伸方向D5不同於第一微結構142b的第二部分142b2的光柵141b2的延伸方向D4。第二波導玻璃140b的第二微結構144b具有光柵143b，並且第二波導玻璃140b的第二微結構144b可提供亮度均勻化之效果。第二波導玻璃140b的第三微結構146b具有相鄰的第三部分146b1與第四部分146b2。第三微結構146b的第一光柵147b位於第三部分146b1，第三微結構146b的第二光柵148b位於第四部分146b2。
在以下敘述中，將說明顯示裝置的操作方法。
第4圖繪示根據本揭露一實施方式之顯示裝置的操作方法的流程圖。顯示裝置的操作方法包括下列步驟。首先在步驟S1中，藉由第一影像產生單元發射第一光線至第一波導玻璃的第一微結構。接著在步驟S2中，藉由第一波導玻璃的第一微結構傳遞第一光線至第一波導玻璃的兩第二微結構，其中第一微結構位於兩第二微結構的兩同側端之間。之後在步驟S3中，藉由第一波導玻璃的兩第二微結構傳遞第一光線至第一波導玻璃的第三微結構，其中第三微結構具有第一光柵與第二光柵，第一光柵的延伸方向不同於第二光柵的延伸方向。在以下敘述中，將詳細說明上述各步驟。
請參照第1圖，可藉由第一影像產生單元110發射第一光線L1至第一波導玻璃120的第一微結構122。舉例來說，第一光線L1可為全彩的。接著，可藉由第一波導玻璃120的第一微結構122傳遞第一光線L1至第一波導玻璃120的兩第二微結構124，其中第一波導玻璃120的第一微結構122可位於兩第二微結構124的兩同側端E1之間。舉例來說，第一波導玻璃120的第二微結構124可為折疊(Fold)光學元件以接收經由第一微結構122傳遞之第一影像產生單元110的第一光線L1，並且第二微結構124可提供亮度均勻化之效果。接著，可藉由第一波導玻璃120的兩第二微結構124傳遞第一光線L1至第一波導玻璃120的第三微結構126，其中第三微結構126具有第一光柵127與第二光柵128，第一光柵127的延伸方向D4不同於第二光柵128的延伸方向D5。第一波導玻璃120的第一微結構122、第二微結構124以及第三微結構126三者之間可維持光學動量守恆，以降低第一光線L1傳遞時產生的光損耗。
請參照第2圖，在第一光線L1傳遞至第一波導玻璃120的第三微結構126後，可藉由第一波導玻璃120的第三微結構126傳遞第一光線L1至位於第一波導玻璃120外的第一目標區A1。相似地，可藉由第二影像產生單元130發射第二光線L2至第二波導玻璃140。第一光線L1的波長不同於第二光線L2的波長。舉例來說，第二光線L2可為全彩的。值得注意的是，第二波導玻璃1400 的光柵週期不同於第一波導玻璃120的光柵週期。接著，可藉由第二波導玻璃140傳遞第二光線L2至位於第二波導玻璃140外的第二目標區A2。
在一些實施方式中，第一波導玻璃120的第三微結構126與第二波導玻璃140的第三微結構146可分別接收第一光線L1與第二光線L2，並分別將第一光線L1與第二光線L2傳遞至第一目標區A1與第二目標區A2。舉例來說，使用者的左眼可位於第一目標區A1，並且使用者的右眼可位於第二目標區A2。使用者的左眼與右眼在分別接收到第一光線L1與第二光線L2之後，大腦可將第一光線L1與第二光線L2提供的影像結合為全彩影像。也就是說，分別傳遞第一光線L1與第二光線L2至第一目標區A1與第二目標區A2的設計可改善顯示裝置100的光學效果。
前述概述了幾個實施方式的特徵，使得本領域技術人員可以更好地理解本揭露的態樣。本領域技術人員應當理解，他們可以容易地將本揭露用作設計或修改其他過程和結構的基礎，以實現與本文介紹的實施方式相同的目的和/或實現相同的優點。本領域技術人員還應該認識到，這樣的等效構造不脫離本揭露的精神和範圍，並且在不脫離本揭露的精神和範圍的情況下，它們可以在這裡進行各種改變，替換和變更。
100,100b:顯示裝置
110:第一影像產生單元
120,120b:第一波導玻璃
121,121b1,121b2:光柵
122,122b:第一微結構
122b1:第一部分
122b2:第二部分
123,123b:光柵
124,124b:第二微結構
125:光柵
126,126b:第三微結構
126b1:第三部分
126b2:第四部分
127,127b:第一光柵
128,128b:第二光柵
130:第二影像產生單元
140,140b:第二波導玻璃
141,141b1,141b2:光柵
142,142b:第一微結構
142b1:第一部分
142b2:第二部分
143,143b:光柵
144,144b:第二微結構
145:光柵
146,146b:第三微結構
146b1:第三部分
146b2:第四部分
147,147b:第一光柵
148,148b:第二光柵
A1:第一目標區
A2:第二目標區
C1:中心線
C2:中心線
D1:延伸方向
D2:延伸方向
D3:延伸方向
D4:延伸方向
D5:延伸方向
E1:同側端
L1:第一光線
L2:第二光線
S1:步驟
S2:步驟
S3:步驟
當結合隨附諸圖閱讀時，得自以下詳細描述最佳地理解本揭露之一實施方式。應強調，根據工業上之標準實務，各種特徵並未按比例繪製且僅用於說明目的。事實上，為了論述清楚，可任意地增大或減小各種特徵之尺寸。 第1圖繪示根據本揭露一實施方式之顯示裝置使用時的前視圖。 第2圖繪示第1圖之顯示裝置使用時的上視圖，其忽略了第1圖之第二微結構。 第3圖繪示根據本揭露又一實施方式之顯示裝置的前視圖。
第4圖繪示根據本揭露一實施方式之顯示裝置的操作方法的流程圖。
100:顯示裝置
110:第一影像產生單元
120:第一波導玻璃
121:光柵
122:第一微結構
123:光柵
124:第二微結構
125:光柵
126:第三微結構
127:第一光柵
128:第二光柵
130:第二影像產生單元
140:第二波導玻璃
141:光柵
142:第一微結構
143:光柵
144:第二微結構
145:光柵
146:第三微結構
147:第一光柵
148:第二光柵
C1:中心線
C2:中心線
D1:延伸方向
D2:延伸方向
D3:延伸方向
D4:延伸方向
D5:延伸方向
E1:同側端
L1:第一光線
L2:第二光線

Claims (14)

  1. 一種顯示裝置，包含：一第一影像產生單元，配置以發射一第一光線；以及一第一波導玻璃，面對該第一影像產生單元，且包含：一第一微結構，具有相鄰的一第一部分與一第二部分；兩第二微結構，其中該第一微結構位於該兩第二微結構的兩同側端之間；以及一第三微結構，位於該兩第二微結構之間，其中該第三微結構具有一第一光柵與一第二光柵，該第一光柵的一延伸方向不同於該第二光柵的一延伸方向，且該兩第二微結構配置以接收經由該第一微結構傳遞之該第一影像產生單元的該第一光線並將該第一光線傳遞至該第三微結構。
  2. 如請求項1所述之顯示裝置，更包含：一第二影像產生單元，配置以發射一第二光線，其中該第二光線的波長不同於該第一光線的波長；以及一第二波導玻璃，面對該第二影像產生單元且鄰近該第一波導玻璃。
  3. 如請求項2所述之顯示裝置，其中該第二波導玻璃的光柵週期不同於該第一波導玻璃的光柵週期。
  4. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該第一微 結構的光柵的延伸方向不同於該兩第二微結構之其中一者的光柵的延伸方向。
  5. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該第一微結構的該第一部分的光柵的延伸方向不同於該第一微結構的該第二部分的光柵的延伸方向。
  6. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該第三微結構的該第一光柵與該第二光柵至少部分重疊。
  7. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該第三微結構的該第一光柵的該延伸方向垂直於該第三微結構的該第二光柵的該延伸方向。
  8. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該第三微結構具有相鄰的一第三部分與一第四部分。
  9. 如請求項8所述之顯示裝置，其中該第三微結構的該第一光柵位於該第三部分，該第三微結構的該第二光柵位於該第四部分。
  10. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該第一微結構與該第三微結構在水平方向上位置對應。
  11. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該兩第二微結構沿該第一微結構與該第三微結構的中心線對稱設置。
  12. 一種顯示裝置的操作方法，包含：藉由一第一影像產生單元發射一第一光線至一第一波導玻璃的一第一微結構，其中該第一微結構具有相鄰的一第一部分與一第二部分；藉由該第一波導玻璃的該第一微結構傳遞該第一光線至該第一波導玻璃的兩第二微結構，其中該第一微結構位於該兩第二微結構的兩同側端之間；以及藉由該第一波導玻璃的該兩第二微結構傳遞該第一光線至該第一波導玻璃的一第三微結構，其中該第三微結構具有一第一光柵與一第二光柵，該第一光柵的延伸方向不同於該第二光柵的延伸方向。
  13. 如請求項12所述之方法，更包含：藉由該第一波導玻璃的該第三微結構傳遞該第一光線至位於該第一波導玻璃外的第一目標區。
  14. 如請求項12所述之方法，更包含：藉由一第二影像產生單元發射一第二光線至一第二波導玻璃，其中該第一光線的波長不同於該第二光線的波長，且該第二波導玻璃的光柵週期不同於該第一波導玻璃的光 柵週期；以及藉由該第二波導玻璃傳遞該第二光線至位於該第二波導玻璃外的第二目標區。
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