头戴式显示器的制作方法

1.本发明涉及一种显示器，尤其涉及一种头戴式显示器。


背景技术：

2.随着显示技术的进步，使用者已无法满足于只观看平面的图像。为了提供使用者更具有现实感与立体感的视觉娱乐，虚拟现实(virtual reality，vr)成为目前显示技术的新潮流。虚拟现实是利用模拟出一个三维空间的虚拟场景，提供使用者关于视觉等感官体验，让使用者能够及时观看三维空间的图像，甚至进一步能与虚拟图像进行互动。目前常见的虚拟现实显示器包括头戴式显示器。现有的头戴式显示器虽已具有不错的显示质量，但诸如亮度或信噪比等问题仍有待改善。


技术实现要素：

3.本发明提供一种头戴式显示器，其具有良好的亮度或信噪比。
4.根据本发明的实施例，头戴式显示器包括两个显示单元。每一个显示单元包括显示模块以及光学组件。显示模块包括承载体以及多个发光元件。承载体包括多个凹槽。每一个凹槽具有底面以及连接底面的反光侧壁。多个发光元件位于多个凹槽中。每一个发光元件设置在对应的一个凹槽的底面上。光学组件设置在显示模块的前方。
5.在根据本发明的实施例中，多个发光元件包括多个微型发光二极管、多个微型有机发光二极管、或上述两者的组合。
6.在根据本发明的实施例中，反光侧壁包括斜面或曲面。
7.在根据本发明的实施例中，显示模块还包括多个透光体以及多个聚光透镜元件。多个透光体设置在多个凹槽中且覆盖多个发光元件。多个聚光透镜元件分别设置在多个透光体上。
8.在根据本发明的实施例中，每一个透光体是固化胶体，且固化胶体接触底面以及反光侧壁。
9.在根据本发明的实施例中，每一个透光体是透光件，且透光件嵌入对应的一个凹槽中。
10.在根据本发明的实施例中，多个聚光透镜元件为多个菲涅耳透镜元件。
11.在根据本发明的实施例中，多个透光体的厚度小于多个凹槽的深度，且设置在多个透光体上的多个聚光透镜元件位于多个凹槽中。
12.在根据本发明的实施例中，多个透光体的厚度等于多个凹槽的深度，且设置在多个透光体上的多个聚光透镜元件位于多个凹槽的外部。
13.在根据本发明的实施例中，头戴式显示器还包括外壳。外壳包括两个容置槽。两个显示单元设置在两个容置槽中。每一个容置槽的侧壁面为粗糙表面。
14.基于上述，在本发明的实施例中，利用凹槽的反光侧壁将设置在凹槽中的发光元件所发出光束的发散角度收敛，有助于提升亮度或降低杂散光。因此，本发明的实施例的头
戴式显示器能具有良好的亮度或信噪比。
15.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
16.包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
17.图1是本发明的一实施例的一种头戴式显示器的示意图；
18.图2是本发明的第一实施例的显示模块的局部剖面示意图；
19.图3是本发明的第一实施例的显示模块的局部上视示意图；
20.图4是本发明的第二实施例的显示模块的局部剖面示意图；
21.图5是本发明的第三实施例的显示模块的局部上视示意图；
22.图6是本发明的第四实施例的显示模块的局部剖面示意图；
23.图7是本发明的第五实施例的显示模块的局部剖面示意图；
24.图8是本发明的第五实施例的显示模块的局部上视示意图；
25.图9是本发明的第六实施例的显示模块的局部剖面示意图；
26.图10是本发明的另一实施例的一种头戴式显示器的示意图。
27.附图标号说明
28.1、1a：头戴式显示器；
29.10：显示单元；
30.100、100a、100b、100c、100d、100e：显示模块；
31.1000：承载体；
32.1002：发光元件；
33.1002r：红色发光元件；
34.1002g：绿色发光元件；
35.1002b：蓝色发光元件；
36.1004：透光体；
37.1006：聚光透镜元件；
38.102：光学组件；
39.12：外壳；
40.120：容置槽；
41.b、b’：光束；
42.d1：第一方向；
43.d2：第二方向；
44.d3：法线方向；
45.dr：深度；
46.e：眼睛；
47.r：凹槽；
48.rs：反光侧壁；
49.sb：底面；
50.ss、s120：侧壁面；
51.t1004：厚度；
52.u：结构单元。
具体实施方式
53.本文中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。
54.在附图中，各附图示出的是特定实施例中所使用的方法、结构和/或材料的通常性特征。然而，这些附图不应被解释为界定或限制由这些实施例所涵盖的范围或性质。举例来说，为了清楚起见，各膜层、区域或结构的相对尺寸、厚度及位置可能缩小或放大。
55.在下述实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号，且将省略其赘述。此外，不同实施例中的特征在没有冲突的情况下可相互组合，且依本说明书或权利要求所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明涵盖的范围内。
56.本说明书或权利要求中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名分立(discrete)的元件或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限，也并非用以限定元件的制造顺序或设置顺序。此外，一元件/膜层设置在另一元件/膜层上(或上方)可涵盖所述元件/膜层直接设置在所述另一元件/膜层上(或上方)，且两个元件/膜层直接接触的情况；以及所述元件/膜层间接设置在所述另一元件/膜层上(或上方)，且两个元件/膜层之间存在一或多个元件/膜层的情况。
57.图1是本发明的一实施例的一种头戴式显示器1的示意图。在图1中，除了头戴式显示器1之外，还示出使用者的双眼(两个眼睛e)，以便于理解头戴式显示器1与使用者双眼之间的相对关系。
58.请参照图1，头戴式显示器1可包括两个显示单元10。两个显示单元10分别设置在使用者的两个眼睛e前方，以利提供使用者关于视觉等感官体验。举例来说，两个显示单元10可通过头盔或眼罩等固定元件来配戴在使用者的头上并设置在使用者的两个眼睛e前方，但不以此为限。此外，头戴式显示器1的应用范畴可包括虚拟现实，但亦不以此为限。
59.每一个显示单元10可包括显示模块100以及光学组件102。显示模块100适于提供具有图像信息(例如灰阶、色彩等信息)的光束b。图2是本发明的第一实施例的显示模块100的局部剖面示意图。图3是本发明的第一实施例的显示模块100的局部上视示意图。请参照图2及图3，显示模块100可包括承载体1000以及多个发光元件1002。
60.承载体1000适于承载多个发光元件1002。在一些实施例中，承载体1000可包括将多个发光元件1002与外部电路(未示出)电连接的线路结构(未示出)，但不以此为限。
61.承载体1000包括多个凹槽r。每一个凹槽r具有底面sb以及连接底面sb的侧壁面ss。在凹槽r的侧壁面ss本身具有反光特性的情况下，例如当承载体1000的材料包括金属(如铜或铝等，但不以此为限)、合金或上述两者的组合时，承载体1000的侧壁面ss可作为反光侧壁rs，在此情况下，可以不用在凹槽r的侧壁面ss上额外形成反光层(如金属层，但不以此为限)。另一方面，在凹槽r的侧壁面ss本身的反光率低的情况下，例如当承载体1000的材料包括透光材料(如玻璃或塑料)时，可以在凹槽r的侧壁面ss上额外形成反光层(未示出)，
在此情况下，反光层作为反光侧壁rs。在一些实施例中，如图2所示，反光侧壁rs(侧壁面ss)可包括斜面，但不以此为限。在另一些实施例中，反光侧壁rs(侧壁面ss)可包括曲面。
62.多个发光元件1002适于提供光束b。举例来说，多个发光元件1002可包括多个微型发光二极管、多个微型有机发光二极管、或上述两者的组合，但不以此为限。光束b包括可见光。在一些实施例中，多个发光元件1002可包括提供红光的多个红色发光元件(未示出)、提供绿光的多个绿色发光元件(未示出)及提供蓝光的多个蓝色发光元件(未示出)，但发光元件1002的颜色种类可依需求改变，而不以上述为限。
63.多个发光元件1002位于多个凹槽r中。每一个发光元件1002设置在对应的一个凹槽r的底面sb上。在一些实施例中，如图2及图3所示，每一个凹槽r中可设置有一个发光元件1002，然而，每一个凹槽r中所设置的发光元件1002的数量可依需求改变，而不以此为限。
64.请再参照图1，光学组件102设置在显示模块100的前方，并位于光束b的传递路径上，以将显示模块100输出的光束b传递至对应的眼睛e中。
65.举例来说，光学组件102可包括一个或多个透镜元件(未示出)，但不以此为限。所述一个或多个透镜元件可包括凸透镜、凹透镜或上述两个的组合。当光学组件102包括多个透镜元件，多个透镜元件可具有相同或不同的光学参数设计。此外，设置在使用者的两个眼睛e前方的两个显示单元10可具有相等或不等数量的透镜元件，且所述相等或不等数量的透镜元件可具有相同或不同的光学参数设计。在一些实施例中，所述一个或多个透镜元件可为一个或多个菲涅耳透镜元件，以使头戴式显示器1轻薄化。
66.如图2所示，利用凹槽r的反光侧壁rs将光束b中的大角度光束(如光束b’)反射，能够有效地将自发光元件1002输出的光束b的发散角度收敛，使得自显示模块100输出的光束b大部分集中于小角度，而有助于提升屏幕亮度。此外，由于光束b中造成杂散光的比例降低，因此信噪比得以提升。是以，头戴式显示器1能具有良好的亮度或信噪比。
67.应说明的是，虽然图1示意性示出两个显示单元10平行地设置在使用者的两个眼睛e前方(即两个显示单元10之间的夹角为180度)，然而两个显示单元10的相对设置关系(如两个显示单元10之间的夹角)不以此为限。在一些实施例中，两个显示单元10之间的夹角可小于180度，即两个显示单元10可斜向设置在使用者的两个眼睛e前方，以提升头戴式显示器1在第一方向d1上的视场(field of view，fov)，即扩增虚拟图像在第一方向d1上的成像范围。以下实施例皆可同此修改，于下便不再重述。
68.此外，如图2及图3所示，显示模块100可视为由多个结构单元u组成。这些结构单元u沿着与承载体1000的法线方向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上排列的相邻两个结构单元u的间距可相同或不同于在第二方向d2上排列的相邻两个结构单元u的间距。另外，虽然图3示意性示出发光元件1000的形状为四边形，而凹槽r的形状为圆形，但发光元件1000的形状或凹槽r的形状可依需求改变，而不以图3所显示的为限。以下实施例皆可同此修改，于下便不再重述。
69.以下搭配图4至图9说明显示模块的其他实施例。在图4至图9中，仅示意性示出显示模块的一个结构单元。
70.图4是本发明的第二实施例的显示模块100a的局部剖面示意图。请参照图4，显示模块100a与图2的显示模块100的主要差异如下所述。在显示模块100a中，每一个凹槽r中设置有一个以上的发光元件，如一个红色发光元件1002r、一个绿色发光元件1002g及一个蓝
色发光元件1002b。此外，红色发光元件1002r、绿色发光元件1002g及蓝色发光元件1002b例如依序堆叠在同一个凹槽r的底面sb上。通过将不同颜色的发光元件重叠设置在同一个凹槽r的底面sb上，可有效缩减用于设置发光元件的面积，从而有助于实现体积微型化或分辨率的提升。然而，在其他实施例中，每一个凹槽r中所设置的发光元件的数量、颜色种类、相对设置关系或堆叠顺序可依需求改变，而不以此为限。
71.图5是本发明的第三实施例的显示模块100b的局部上视示意图。请参照图5，显示模块100b与图3的显示模块100a的主要差异如下所述。在显示模块100b中，红色发光元件1002r、绿色发光元件1002g及蓝色发光元件1002b皆设置在同一个凹槽r的底面sb上并与底面sb接触。虽然图5示意性示出红色发光元件1002r、绿色发光元件1002g及蓝色发光元件1002b沿第一方向d1排列，然而，在其他实施例中，每一个凹槽r中所设置的发光元件的数量、颜色种类或相对设置关系可依需求改变，而不以此为限。
72.图6是本发明的第四实施例的显示模块100c的局部剖面示意图。请参照图6，显示模块100c与图2的显示模块100的主要差异如下所述。在显示模块100c中，反光侧壁rs(侧壁面ss)可包括曲面。曲面的曲率半径可依需求改变，而不以图6所显示的为限。
73.图7是本发明的第五实施例的显示模块100d的局部剖面示意图。图8是本发明的第五实施例的显示模块100d的局部上视示意图。请参照图7及图8，显示模块100d与图2及图3的显示模块100的主要差异如下所述。显示模块100d还包括多个透光体1004以及多个聚光透镜元件1006。多个透光体1004设置在多个凹槽r中且覆盖多个发光元件1002。多个聚光透镜元件1006分别设置在多个透光体1004上。在一些实施例中，如图7所示，每一个结构单元中的透光体1004以及聚光透镜元件1006的数量可皆为一个，所述一个透光体1004设置在对应的一个凹槽r中且覆盖设置在凹槽r的底面sb上的一个或多个发光元件1002，所述一个聚光透镜元件1006设置在所述一个透光体1004上且位于所述一个或多个发光元件1002上方。为了清楚表示聚光透镜元件1006、发光元件1002、底面sb及反光侧壁rs(侧壁面ss)的相对关系，图8省略示出透光体1004。
74.透光体1004适于保护发光元件1002或承载聚光透镜元件1006。在一些实施例中，透光体1004例如是固化胶体，且固化胶体接触底面sb以及反光侧壁rs。在另一些实施例中，透光体1004例如是透光件(如模铸成型的透光件，但不以此为限)，且透光件可嵌入对应的一个凹槽r中。在又一些实施例中，透光件可通过透光黏着层(未示出)或其他机构件(未示出)而固定在凹槽r中，但不以此为限。
75.聚光透镜元件1006可用于进一步收敛光束的发散角度，使得屏幕亮度进一步提升或杂散光进一步降低。在一些实施例中，聚光透镜元件1006可包括一个或多个透镜元件(未示出)。所述一个或多个透镜元件可包括凸透镜、凹透镜或上述两个的组合。在一些实施例中，所述一个或多个透镜元件可为一个或多个菲涅耳透镜元件，以使显示模块100d轻薄化。
76.在一些实施例中，如图7所示，透光体1004的厚度t1004可小于凹槽r的深度dr，且设置在透光体1004上的聚光透镜元件1006可位于凹槽r中。然而，厚度t1004与深度dr的相对关系或聚光透镜元件1006与凹槽r的相对关系可依需求改变，而不以图7所显示的为限。
77.图9是本发明的第六实施例的显示模块100e的局部剖面示意图。请参照图9，显示模块100e与图7的显示模块100d的主要差异如下所述。在显示模块100e中，透光体1004的厚度t1004等于凹槽r的深度dr，且设置在透光体1004上的聚光透镜元件1006位于凹槽r的外
部，即聚光透镜元件1006不位于凹槽r中。
78.图10是本发明的另一实施例的一种头戴式显示器1a的示意图。请参照图10，头戴式显示器1a与图1的头戴式显示器1的主要差异如下所述。除了两个显示单元10之外，头戴式显示器1a还包括外壳12。外壳12包括两个容置槽120。两个显示单元10设置在两个容置槽120中。每一个容置槽120的侧壁面s120为粗糙表面。举例来说，容置槽120的侧壁面s120可经由表面雾化处理或设置光散射粒子等方式来达到光扩散效果，从而降低杂散光的光强度，从而提升信噪比。
79.综上所述，本发明的实施例中，利用凹槽的反光侧壁将设置在凹槽中的发光元件所发出光束的发散角度收敛，有助于提升亮度或降低杂散光。因此，本发明的实施例的头戴式显示器能具有良好的亮度或信噪比。在一些实施例中，反光侧壁可依需求而包括斜面或曲面。在一些实施例中，每一个凹槽中可设置有一个或多个发光元件，所述多个发光元件可垂直堆叠在凹槽的底面上或皆设置在凹槽的底面上并皆与凹槽的底面接触。在一些实施例中，显示模块可进一步包括透光体以保护发光元件。在一些实施例中，显示模块可进一步包括聚光透镜元件，以进一步提升屏幕亮度或进一步降低杂散光。在一些实施例中，头戴式显示器可进一步包括外壳，其中外壳的容置槽的侧壁面可为粗糙表面，以降低杂散光的光强度，从而提升信噪比。
80.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。