CN104570348A - 头戴式显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种头戴式显示装置，其包括一头戴式配件、一基材、一整合芯片、一显示模块及一分光器。基材包括相对的一第一表面及一第二表面、相对的一第三表面及一第四表面。整合芯片配置于基材上。显示模块配置于基材的第一表面且电连接至整合芯片。分光器配置于基材内对应于显示模块的位置或是基材的第二表面。由第三表面进入的光线穿透分光器而传递至第四表面，且来自显示模块的影像被分光器反射而往第四表面的方向传递。

Description

头戴式显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，且特别是涉及一种头戴式显示装置。

背景技术

目前，市面上的头戴式显示装置主要是将显示模块与对应的处理器等元件配置在头戴式配件上。以智能眼镜架为例，使用者可在观看眼前画面时，同时读取其他的影像资讯。此类产品通常以轻薄短小为目标，以方便使用者配戴。

然而，为了增加头戴式显示装置的功能，例如撷取画面、无线通讯等，头戴式显示装置需要加上相机、天线等对应的元件。这些元件一般会分配于头戴式显示装置的不同部位，以使头戴式显示装置的重量平均分配，增加使用者配戴的舒适度。此配置方式却使得头戴式显示装置的尺寸难降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种头戴式显示装置，其整合了不同的元件以提供较小尺寸的头戴式显示装置。

为达上述目的，本发明的一种头戴式显示装置，包括一头戴式配件、一基材、一整合芯片、一显示模块及一分光器。基材包括相对的一第一表面及一第二表面、相对的一第三表面及一第四表面。整合芯片配置于基材上。显示模块配置于基材的第一表面且电连接至整合芯片。分光器配置于基材对应于显示模块的位置。来自显示模块的影像被分光器反射而往第四表面的方向传递。

在本发明的一实施例中，上述的分光器配置于基材内对应于显示模块的位置或是基材的第二表面。

在本发明的一实施例中，上述的第一表面不平行于第二表面。

在本发明的一实施例中，上述的基材为透明材料或是半透明材料。

在本发明的一实施例中，由第三面进入的光线穿透分光器而传递至第四面。

在本发明的一实施例中，上述的基材为不透明材料。

在本发明的一实施例中，上述的基材为玻璃、塑胶、压克力。

在本发明的一实施例中，上述的整合芯片配置于第一表面。

在本发明的一实施例中，上述的基材还包括一第五表面，第五表面连接于第一表面、第二表面、第三表面及第四表面。

在本发明的一实施例中，上述的整合芯片配置于第五表面。

在本发明的一实施例中，上述的第一表面与第五表面的连接处具有一弧度或是一斜面。

在本发明的一实施例中，还包括一第一线路，沿着基材的外轮廓配置，且将显示模块连接至整合芯片。

在本发明的一实施例中，上述的第一线路直接形成于基材上。

在本发明的一实施例中，还包括多个接垫及一排线，其中这些接垫形成于基材上，整合芯片与排线连接于这些接垫，且显示模块连接至排线。

在本发明的一实施例中，还包括一第一影像撷取模块，配置于基材上的第三表面且电连接至整合芯片。

在本发明的一实施例中，还包括一第二线路，沿着基材的外轮廓配置，且将第一影像撷取模块连接至整合芯片。

在本发明的一实施例中，上述的第二线路直接形成于该基材上。

在本发明的一实施例中，还包括多个接垫及一排线，其中这些接垫形成于基材上，整合芯片与排线连接于这些接垫，且第一影像撷取模块连接至排线。

在本发明的一实施例中，还包括一第二影像撷取模块，配置于基材的第四表面且电连接于整合芯片。

在本发明的一实施例中，上述的基材的第四表面包括一第一区及一第二区，第二影像撷取模块配置于第一区。

在本发明的一实施例中，上述的第一区与第二区的法线方向存在一非零夹角。

在本发明的一实施例中，上述的第四表面的第二区平行于第三表面。

在本发明的一实施例中，还包括一第三线路，沿着基材的外轮廓配置，且将第二影像撷取模块连接至整合芯片。

在本发明的一实施例中，上述的第三线路直接形成于基材上。

在本发明的一实施例中，上述的第五表面与第一表面、第三表面及第四表面的各连接处至少其中之一具有一弧度或是一斜面。

在本发明的一实施例中，上述的分光器包括一光学涂层或是一分光镜。

在本发明的一实施例中，还包括一光学元件，配置于显示模块与分光器之间，用以改变自显示模块所发出的影像的焦距。

在本发明的一实施例中，还包括一壳体，配置于基材的第一表面以包覆显示模块、光学元件及连接于整合芯片与显示模块的线路。

在本发明的一实施例中，上述的头戴式配件包括一眼镜架或一头盔。

在本发明的一实施例中，基材可以使用透明材料(例如：玻璃、塑胶、压克力等)、半透明材料或是不透明材料。

在本发明的一实施例中，可以在基材上预先制作电性线路。

基于上述，本发明的头戴式显示装置通过将显示模块、影像撷取模块与整合芯片等多个元件整合在同一基材上，并且通过整合芯片控制显示模块及影像撷取模块等元件，以缩小整体体积与重量。本发明的头戴式显示装置通过分光器让使用者可同时看到眼前影像以及自显示模块发出的影像。此外，本发明的头戴式显示装置通过在显示模块与分光器之间配置光学元件，以缩短影像焦距，而让使用者可看到显示模块所发出的清楚影像。并且，头戴式显示装置通过壳体包覆显示模块、光学元件及附近的线路，以保护元件与线路。为了降低制作工艺制作工艺的困难度并提高良率，在整合芯片所存在的基材的表面与其他元件所存在的表面以弧形连接，以使线路可沿着基材的外轮廓呈弧形或斜面弯折，或是通过排线的方式连接整合芯片以及其他元件来简化制作工艺。

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，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是依照本发明的第一实施例的一种头戴式显示装置的前视示意图；

图1B是图1A的头戴式显示装置的侧视示意图；

图1C是图1A的头戴式显示装置的俯视示意图；

图1D是图1A的头戴式显示装置隐藏头戴式配件之后的另一视角的示意图；

图1E是其他的头戴式显示装置隐藏头戴式配件之后的示意图；

图2A是依照本发明的第二实施例的一种头戴式显示装置隐藏头戴式配件之后的示意图；

图2B是图2A的俯视示意图；

图2C是图2A的另一视角的示意图；

图3A是依照本发明的第三实施例的一种头戴式显示装置隐藏头戴式配件之后的示意图；

图3B是图3A的另一视角的示意图；

图4A是依照本发明的第四实施例的一种头戴式显示装置隐藏头戴式配件之后的前视示意图；

图4B至图4C是图4A的多个视角的示意图；

图5A是依照本发明的第五实施例的一种头戴式显示装置隐藏头戴式配件之后的示意图；

图5B至图5F是图5A的多个视角的示意图；

图6A至6G是依照本发明的第六实施例的一种头戴式显示装置的制作与组装流程的示意图。

符号说明

100：头戴式显示装置

110：头戴式配件

112：电池模块

114：电源开关

120、220、320、420、520、620：基材

122、222、422、522、622：第一表面

124、224：第二表面

126、226、426：第三表面

128、228、328、428：第四表面

229、429、629：第五表面

130、230、330、430、530、630：整合芯片

140、440、540、640：显示模块

150：分光器

160、460、560、660：第一影像撷取模块

170、470、570：第一线路

172、472、572：第二线路

328a：第一区

328b：第二区

374：第三线路

380：第二影像撷取模块

590、690：光学元件

592、692：壳体

674：接垫

676：排线

具体实施方式

图1A是依照本发明的第一实施例的一种头戴式显示装置的前视示意图。图1B是图1A的头戴式显示装置的侧视示意图。图1C是图1A的头戴式显示装置的俯视示意图。

请参阅图1A至图1C，本实施例的头戴式显示装置100包括一头戴式配件110、一基材120、一整合芯片130、一显示模块140、一分光器150、一第一影像撷取模块160、一第一线路170、一第二线路172、一电池模块112与一电源开关114。在本实施例中，头戴式配件110以一眼镜架的形式为例，在其他实施例中，头戴式配件110也可为一头盔或是一头戴式耳机等。

在本实施例中，基材120配置于头戴式配件110的部位是使用者配戴时靠近眼睛的部位，为了让使用者可看到基材120前方的影像，本实施例的基材120可透光。基材120的材料可选用例如是玻璃、塑胶或压克力等透明材料，但基材120配置的位置以及材料可依照需求调整，并不以此为限制，在其他实施例中，基材120也可为半透明材料或是不透明材料。

图1D是图1A的头戴式显示装置隐藏头戴式配件之后的另一视角的示意图。请同时参阅图1C与图1D，基材120包括相对的一第一表面122及一第二表面124、相对的一第三表面126及一第四表面128。在本实施例中，第一表面122与第二表面124为使用者配戴时，眼睛左右的两侧面，第三表面126是远离使用者眼睛的表面，第四表面128则是靠近使用者眼睛的表面，但并不以上述为限，第一表面122与第二表面124也可以视为使用者配戴时，眼睛上下的两侧面。

在本实施例中，整合芯片130与显示模块140配置于基材120的第一表面122上，且显示模块140电连接至整合芯片130。第一影像撷取模块160配置于基材120上的第三表面126且电连接至整合芯片130。如图1D所示，在本实施例中，显示模块140与整合芯片130是通过第一线路170来连接，第一影像撷取模块160与整合芯片130之间是通过第二线路172连接。第一线路170与第二线路172分别沿着基材120的外轮廓配置，其中第一线路170与第二线路172例如是由排线或是直接在基材120上形成导电线路所构成。

第一影像撷取模块160配置于第三表面126以取得与使用者接近的视角，第一影像撷取模块160所撷取到的影像信号传递至整合芯片130，由整合芯片130负责进行影像处理及运算的工作。整合芯片130除了上述功能，同时也负责移动通讯及控制显示模块140等功能。

在本实施例中，基材120是长方体，分光器150可为一光学涂层，倾斜地配置于基材120内对应于显示模块140的位置。但在其他实施例中，分光器150也可是一分光镜，基材120可为梯形体或是其他形状。图1E是其他的头戴式显示装置隐藏头戴式配件之后的示意图。请参阅图1E，显示模块140与分光器150可分别设置于梯形体的非平行的两个相对应的表面，详细而言，在图1E中，基材120的第一表面122不平行于第二表面124。显示模块140若设置在基材120的第一表面122，则分光器150可设置在基材120的第二表面124。在图1E中，分光器150的位置位在基材120外且对应于显示模块140的位置。当然，分光器150与显示模块140的配置位置不以上述为限制。

请回到图1C，当使用者配戴头戴式显示装置100时，眼睛的位置会对应于分光器150的位置。外界的影像由第三表面126进入之后可穿透分光器150往第四表面128的方向传递而进入人眼。另外，来自显示模块140的影像也可被分光器150反射而往第四表面128的方向传递至人眼。因此，使用者可同时看到眼前的影像，以及显示模块140所发出的影像。

本实施例的头戴式显示装置100将上述模块配置于头戴式配件110的前方，电池模块112与电源开关114配置于头戴式配件110的后方，以使头戴式显示装置100的重量平均分配，增加使用者配戴的舒适度。并且，由于整合芯片130、显示模块140、第一影像撷取模块160等元件均被整合在同一个基材120上，整体的尺寸可被缩小，而有效降低头戴式显示装置100的重量与体积。

图2A是依照本发明的第二实施例的一种头戴式显示装置隐藏头戴式配件之后的示意图。图2B是图2A的俯视示意图。图2C是图2A的另一视角的示意图。请同时参阅图1A、图2A至图2C，本实施例与上一实施例的主要差别在于，在本实施例中，整合芯片230配置于基材220的一第五表面229（在本实施例中是指基材220的底面）。如图2A所示，由于本实施例的基材220是长方体，第五表面229连接于第一表面222、第二表面224、第三表面226及第四表面228。

换句话说，在图1A的实施例中，由于整合芯片130与显示模块140均配置于基材120的第一表面122，基材120在设计上会使第一表面122需要较大的面积来同时承载整合芯片130与显示模块140。在本实施例中，将整合芯片230改为配置在第五表面229上，可缩减第一表面222的面积，而使得基材220的整体尺寸下降，大幅降低头戴式显示装置的重量与体积。当然，整合芯片230配置在基材220上的位置不以此为限制，也可配置在基材220的顶面，或是基材220的第二表面224等。

图3A是依照本发明的第三实施例的一种头戴式显示装置隐藏头戴式配件之后的示意图。图3B是图3A的另一视角的示意图。请参阅图3A至图3B，图2A的实施例与图3A的实施例的主要差别在于，在本实施例中，还包括一第二影像撷取模块380及一第三线路374，并且，基材320的第四表面328包括相邻的一第一区328a及一第二区328b。第二影像撷取模块380配置于基材320的第四表面328的第一区328a。第三线路374沿着基材320的外轮廓配置，以将第二影像撷取模块380连接至整合芯片330。其中第三线路374例如是由排线或是直接在基材320上形成导电线路所构成。

在本实施例中，第四表面328的第二区328b平行于第三表面326，且第一区328a与第二区328b的法线方向存在一非零夹角。详细地说，第四表面328的第一区328a与第二区328b的连接处具有转折。第一区328a与第二区328b的法线会在靠近第四表面328的一侧相交。

当使用者配戴头戴式显示装置时，第一区328a会略偏斜于人眼的前方，第二区328b则是对应到人眼的正前方的位置。如图3A所示，由于基材320的第四表面328是最靠近人眼的一个表面，当第二影像撷取模块380配置于第一区328a时，第二影像撷取模块380可朝向人眼的方向，而对人眼进行眼球追踪的功能。但第一区328a与第二区328b的连接处并不以上述为限制，其中第一区328a与第二区328b的连接处也可以不具有转折，仅需由第二影像撷取模块380视需求将其设计为可朝向人眼的方向即可。

图4A是依照本发明的第四实施例的一种头戴式显示装置隐藏头戴式配件之后的前视示意图。图4B至图4C是图4A的多个视角的示意图。请参阅图4A至图4B，图4A的实施例与图2A的实施例的主要差异在于，在图2A中，基材220的各个表面之间的连接处均为直角。在本实施例中，整合芯片430所存在的表面与显示模块440所存在的表面的连接处具有一弧度，也就是指，第一表面422与第五表面429的连接处具有弧度，制作上可将第一表面422与第五表面429的连接处裁切或打磨成圆角。以让第一线路470沿着基材420的外轮廓在第一表面422与第五表面429之间呈弧形，可有效降低第一线路470直接形成在基材420上的制作工艺困难度或是降低排线的第一线路470被基材420直角轮廓损伤的风险。

除此之外，在本实施例中，将第三表面426与第一表面422的连接处也裁切呈具有弧度的形状，连接于整合芯片430与第一影像撷取模块460的第二线路472便可沿着第五表面429、第一表面422与第三表面426分布，并在第五表面429与第一表面422的交界处以及第一表面422与第三表面426的交界处呈弧形。当然，在其他实施例中，也可直接将整合芯片430所存在的表面与第一影像撷取模块460所存在的表面的连接处具有一弧度，例如是直接将第五表面429与第三表面426之间的连接处裁切呈具有弧度的形状，第二线路472便可直接布线在第五表面429与第三表面426上，且在第五表面429与第三表面426的交界处呈弧形。另外，在上述具有线路配置的各相邻表面的交界处除了呈弧形外也可以是一斜面。

图5A是依照本发明的第五实施例的一种头戴式显示装置隐藏头戴式配件之后的示意图。图5B至图5F是图5A的多个视角的示意图。请参阅图5A至图5B，由于自显示模块540发出的影像至人眼的光学路径较短，为了可以提高影像的清晰度，在本实施例中，还包括一光学元件590，配置于显示模块540与基材520之间，用以改变自显示模块540所发出的影像的焦距，例如是缩短自显示模块540所发出的影像的焦距。

此外，为了固定光学元件590与显示模块540的位置，并且保护这些元件，在本实施例中，还包括一壳体592，配置于基材520的第一表面522以包覆显示模块540、光学元件590、连接于整合芯片530与显示模块540的第一线路570及部分的连接于整合芯片530与第一影像撷取模块560的第二线路572。如图5C至图5F所示，当壳体592固定在基材520上时，覆盖了基材520的第一表面522、显示模块540、光学元件590及之间的线路，以降低此类元件与线路受到外界碰撞而损坏的机率。

图6A至6G是依照本发明的第六实施例的一种头戴式显示装置的制作与组装流程的示意图。首先，请先参阅图6A，在基材620的第五表面629进行例如光刻制作工艺(lithography)并产生相关布线，以制作出多个接垫674。接着，如同图6B所示，把一整合芯片630接合至这些接垫674。再来，请参阅图6C与图6D，将一排线676的一端连接至这些接垫674，另一端连接至显示模块640与第一影像撷取模块660，以使显示模块640与第一影像撷取模块660电连接至整合芯片630。接着，请参阅图6E至图6G，将光学元件690配置于显示模块640与基材620之间，且把壳体692覆盖于显示模块640、光学元件690、排线676及基材620的第一表面622。

在本实施例中，通过排线676让显示模块640与第一影像撷取模块660电连接至整合芯片630的方式不但可以加快组装速度，也可以大幅度减少线路制作工艺的复杂度。

另外，上述除了利用光刻制作工艺(lithography)产生相关布线，也可以用喷印、印刷、激光或贴附的方式产生相关布线。且上述制作方式并不限于制作出多个接垫，也可以视需要制作出上述实施例中的第一线路、第二线路或第三线路，并与上述各影像撷取模块、显示模块适当的接合达到与整合芯片电连接的目的。

值得注意的是，在上述的所有实施例中，所述「设置于基材的第一表面或第二表面」或类似的用语，仅是用以说明本发明的实施方式，并不限定所述构件须直接接触基材的表面。举例来说，所述「显示模块140配置于基材120的第一表面122上」的实施方式，并不限定显示模块140需直接接触基材120上的第一表面122，实际上显示模块140与第一表面122之间可依据需求配置其他构件（例如是光学元件）或显示模块140仅是相对于第一表面122配置并未直接接触，本发明并不以此为限制。

综上所述，本发明的头戴式显示装置通过将显示模块、影像撷取模块与整合芯片等多个元件整合在同一基材上，并且通过整合芯片控制显示模块及影像撷取模块等元件，以缩小整体体积与重量。本发明的头戴式显示装置通过分光器让使用者可同时看到眼前影像以及自显示模块发出的影像。此外，本发明的头戴式显示装置通过在显示模块与分光器之间配置光学元件，以缩短影像焦距，而让使用者可看到显示模块所发出的清楚影像。并且，头戴式显示装置通过壳体包覆显示模块、光学元件及附近的线路，以保护元件与线路。为了降低制作工艺的困难度并提高良率，在整合芯片所存在的基材的表面与其他元件所存在的表面以弧形连接，以使线路可沿着基材的外轮廓呈弧形或斜面弯折，或是通过排线的方式连接整合芯片以及其他元件来简化制作工艺。

Claims (29)

1.一种头戴式显示装置，包括：

头戴式配件；以及

基材，配置于该头戴式配件上，该基材包括相对的第一表面及第二表面、相对的第三表面及第四表面；

整合芯片，配置于该基材上；

显示模块，配置于该基材的该第一表面且电连接至该整合芯片；以及

分光器，配置于该基材对应于该显示模块的位置，其中来自该显示模块的影像被该分光器反射而往该第四表面的方向传递。

2.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中该分光器配置于该基材内对应于该显示模块的位置或是该基材的该第二表面。

3.如权利要求2所述的头戴式显示装置，其中该第一表面不平行于该第二表面。

4.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中该基材为透明材料或是半透明材料。

5.如权利要求4所述的头戴式显示装置，其中由该第三面进入的光线穿透该分光器而传递至该第四面。

6.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中该基材为不透明材料。

7.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中该基材为玻璃、塑胶、压克力。

8.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中该整合芯片配置于该第一表面。

9.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中该基材还包括第五表面，该第五表面连接于该第一表面、该第二表面、该第三表面及该第四表面。

10.如权利要求9所述的头戴式显示装置，其中该整合芯片配置于该第五表面。

11.如权利要求9所述的头戴式显示装置，其中该第一表面与该第五表面的连接处具有弧度或是斜面。

12.如权利要求1所述的头戴式显示装置，还包括第一线路，沿着该基材的外轮廓配置，且将该显示模块连接至该整合芯片。

13.如权利要求12所述的头戴式显示装置，其中该第一线路直接形成于该基材上。

14.如权利要求1所述的头戴式显示装置，还包括多个接垫及排线，其中该些接垫形成于该基材上，该整合芯片与该排线连接于该些接垫，且该显示模块连接至该排线。

15.如权利要求1所述的头戴式显示装置，还包括第一影像撷取模块，配置于该基材上的该第三表面且电连接至该整合芯片。

16.如权利要求15所述的头戴式显示装置，还包括第二线路，沿着该基材的外轮廓配置，且将该第一影像撷取模块连接至该整合芯片。

17.如权利要求16所述的头戴式显示装置，其中该第二线路直接形成于该基材上。

18.如权利要求15所述的头戴式显示装置，还包括多个接垫及排线，其中该些接垫形成于该基材上，该整合芯片与该排线连接于该些接垫，且该第一影像撷取模块连接至该排线。

19.如权利要求1所述的头戴式显示装置，还包括第二影像撷取模块，配置于该基材的该第四表面且电连接于该整合芯片。

20.如权利要求19所述的头戴式显示装置，其中该基材的该第四表面包括第一区及第二区，该第二影像撷取模块配置于该第一区。

21.如权利要求20所述的头戴式显示装置，其中该第一区与该第二区的法线方向存在非零夹角。

22.如权利要求20所述的头戴式显示装置，其中该第四表面的该第二区平行于该第三表面。

23.如权利要求19所述的头戴式显示装置，还包括第三线路，沿着该基材的外轮廓配置，且将该第二影像撷取模块连接至该整合芯片。

24.如权利要求23所述的头戴式显示装置，其中该第三线路直接形成于该基材上。

25.如权利要求9所述的头戴式显示装置，其中该第五表面与该第一表面、该第三表面及该第四表面的各连接处至少其中之一具有弧度或是斜面。

26.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中该分光器包括光学涂层或是分光镜。

27.如权利要求1所述的头戴式显示装置，还包括光学元件，配置于该显示模块与该分光器之间，用以改变自该显示模块所发出的影像的焦距。

28.如权利要求27所述的头戴式显示装置，还包括壳体，配置于该基材的该第一表面以包覆该显示模块、该光学元件及连接于该整合芯片与该显示模块的线路。

29.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中该头戴式配件包括眼镜架或头盔。