CN105676459B - 显示模块与应用其的头戴式显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种显示模块，应用于头戴式显示装置，其包含下基板、多个显示像素与扩散模块。显示模块具有解析度。显示像素置于下基板与扩散模块之间。扩散模块具有厚度与雾度，其中，扩散模块的雾度符合以下条件：A<Haze(％)<B；其中 以及其中PPI为显示模块的解析度，T为扩散模块的厚度，而Haze为扩散模块的雾度。

Description

显示模块与应用其的头戴式显示装置
【技术领域】
本揭露是有关于一种显示模块，特别是关于一种应用于虚拟实境的头戴式显示装置。
【背景技术】
虚拟实境(Virtual Reality,VR)为一种以电脑科技以呈现虚像并产生虚拟空间的技术。利用虚拟实境眼镜可将显示器贴近用户的眼睛，通过光路设计以在近距离对眼睛投射影像以产生虚像，提供用户关于视觉的体验。配合其他的设备，用户亦可同时具有听觉、触觉的感受。虚拟实境结合了电脑模拟、人工智慧、显示与处理等技术，为一种高技术的模拟系统。
【发明内容】
本揭露的一态样提供一种显示模块，包含下基板、多个显示像素与扩散模块。显示模块具有解析度。显示像素置于下基板与扩散模块之间。扩散模块具有厚度与雾度。扩散模块的雾度符合：
A<Haze(％)<B；其中
以及
其中PPI为显示像素的解析度，T为扩散模块的厚度，而Haze为扩散模块的雾度。
在一或多个实施方式中，扩散模块包含扩散板，包含扩散层与基材。基材置于扩散层与下基板之间。
在一或多个实施方式中，扩散模块更包含承载元件，置于扩散板与下基板之间。
在一或多个实施方式中，扩散板的扩散层包含披覆层与多个微结构。披覆层置于基材上。微结构分布于披覆层中。
在一或多个实施方式中，微结构的直径为约2微米至约20微米。
在一或多个实施方式中，扩散层的厚度为约8微米至约20微米。
在一或多个实施方式中，每一显示像素包含有源元件与发光材料。发光材料电性连接有源元件。
在一或多个实施方式中，显示像素的发光材料为为有机发光二极管。
在一或多个实施方式中，0.6≤NP≤1.46。
在一或多个实施方式中，0.4≤NT≤2.6。
本揭露的另一态样提供一种头戴式显示装置，包含上述的显示模块与至少一放大元件。显示模块的扩散模块置于放大元件与显示模块的下基板之间。
在一或多个实施方式中，放大元件的放大倍率为约2倍。
在一或多个实施方式中，放大元件与显示模块相距约0.5公分至约3公分。
上述实施方式的头戴式显示装置借由调整显示模块的解析度、扩散模块的厚度以及扩散模块的雾度之间的关系，以提供良好的显示品质。借由符合上述关系式，头戴式显示装置可在画面的颗粒感与模糊感之间取得平衡，以提供良好的显示品质。
【附图说明】
图1为本揭露一实施方式的头戴式显示装置与观赏者的眼睛的示意图。
图2为图1的扩散板的示意图。
图3为本揭露另一实施方式的头戴式显示装置与观赏者的眼睛的示意图。
图4为图1的区域M的局部放大图。
图5至图7为图1的显示模块于不同实施方式的上视图。
图8为本揭露一实施例的显示模块的归一化灰度值与位置的关系图。
图9与图10为本揭露二实施例的显示模块的颗粒感与模糊感与扩散模块的雾度之间的关系图。
图11为本揭露一实施例的显示模块的颗粒感、模糊感、扩散模块的雾度与厚度之间的关系图。
图12与图13为本揭露二实施例的显示模块的扩散模块的雾度与厚度的关系图。
【符号说明】
10：头戴式显示装置
20：眼睛
100：显示模块
110：下基板
120：显示像素
122：红色子像素
124：绿色子像素
126：蓝色子像素
132：有源元件
134：发光材料
136：下电极
138：上电极
140：框胶
210：扩散模块
220：扩散板
222：扩散层
224：基材
224s：表面
225：披覆层
226：微结构
230：承载元件
300：放大元件
901、902、903、904、905、906、912、914、922、924、932、934、942、944、952、954、962、964、A、B：线段
C、M：区域
d、pH、pL：距离
D：直径
p：节距
T、T1、T1’、T2、T3：厚度
【具体实施方式】
以下将以图式揭露本揭露的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，该多个实务上的细节不应用以限制本揭露。也就是说，在本揭露部分实施方式中，该多个实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些已知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示的。
图1为本揭露一实施方式的头戴式显示装置10与观赏者的眼睛20的示意图。头戴式显示装置10包含显示模块100与至少一放大元件300，例如，在图1中，头戴式显示装置10包含二放大元件300，以分别对应观赏者的左右眼睛20。显示模块100包含下基板110、多个显示像素120与扩散模块210。显示模块100具有解析度。显示像素120置于下基板110与扩散模块210之间。扩散模块210具有厚度T以及雾度(Haze)，且扩散模块210的雾度符合以下条件：
A<Haze(％)<B；其中
以及
其中Haze为扩散模块210的雾度，PPI为显示模块100的解析度，而NP为显示像素120的节距(单位为微米)(由显示模块100的解析度换算)除以63微米，NT为扩散模块210的厚度T(单位为微米)除以500微米。在本实施方式中，雾度的量测方式是采用日本工业规格(Japanese Industrial Standards,JIS)K7105的规范，即穿透光角度大于2.5度(相对于扩散模块210欲测量的表面224s的法线方向)的光占总穿透光的比例。
本实施方式的头戴式显示装置10借由调整显示模块100的解析度、扩散模块210的厚度T以及扩散模块210的雾度之间的关系，以提供良好的显示品质。具体而言，观赏者配戴头戴式显示装置10后，借由放大元件300可看到显示模块100所显示的画面。然而因放大元件300有放大画面的效果，因此若画面的解析度不足，观赏者可能会看到呈现颗粒状的画面。此种情况可借由调整下基板110与显示像素120上扩散模块210(亦即置于放大元件300与下基板110之间)的雾度以改善画面的颗粒感。扩散模块210可将显示像素120所显示的画面模糊化，以适度改善画面的颗粒感。然而当扩散模块210的雾度与/或厚度T增加时，画面可能会过度模糊化，观赏者反而会看到呈现模糊感的画面。因此本实施方式的显示模块100借由符合上述关系式，以在画面的颗粒感与模糊感之间取得平衡，让显示模块100能提供良好的显示品质。
在本实施方式中，扩散模块210包含扩散板220与承载元件230，承载元件230置于扩散板220与下基板110之间，承载元件230例如为玻璃基板或塑胶基板，下基板110例如为玻璃基板或塑胶基板。扩散板220包含扩散层222与基材224。扩散模块210的雾度主要取决于扩散层222的设计。基材224置于扩散层222与承载元件230之间，而基材224具有表面224s。
图2为图1的扩散板220的示意图。扩散板220的扩散层222包含披覆层225与多个微结构226。披覆层225置于基材224上，而微结构226分布于披覆层225中。微结构226可为微米尺寸的粒子，其直径D为约2微米至约20微米。该多个微结构226可具有实质相同的直径D(如图2所示)，然而亦可具有不同的直径D，只要微结构226的直径D分布于约2微米至约20微米的范围中，即在本揭露的范畴中。微结构226的材质可为有机材料或其他合适的材料，而微结构226可为颗粒状，具有规则或非规则的外观。
披覆层225可为透明材质，披覆层225可将微结构226固定于基材224上。扩散层222的雾度可借由调整微结构226于披覆层225中的密度(或者于基材224的表面224s的分布密度)、微结构226的尺寸、扩散层222的表面起伏程度或扩散层222的材质而改变。举例而言，微结构226的密度越高，则扩散层222的雾度便越高，反之则越低。微结构226可随意地分布于披覆层225中，亦即微结构226之间的间距可不同，可呈非周期性排列。另外，基材224可为低雾度、透明材质，例如塑材(如聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、三醋酸纤维素(TAC))、胶材、玻璃或其堆叠结构，本揭露不以此为限。
在一些实施方式中，基材224的厚度T1可为约50微米至约100微米，而扩散层222的厚度T2可为约8微米至约20微米，然而本揭露不以此为限。在一些实施方式中，因基材224的厚度T1远大于扩散层222的厚度T2，因此在计算扩散板220的厚度T1’时，可忽略扩散层222的厚度T2，亦即基材224的厚度T1约略等于扩散板220的厚度T1’。
请回到图1。承载元件230置于扩散板220与下基板110之间。承载元件230可增厚扩散模块210的厚度T，以让扩散模块210能够具有期望的厚度。在一些实施方式中，承载元件230为低雾度、透明材质，例如玻璃或塑材，然而本揭露不以此为限。因承载元件230与扩散板220的基材224皆为透明材质，因此实质上不会降低扩散模块210的穿透率。承载元件230具有厚度T3，可借由调整厚度T3而调整扩散模块210的厚度T，其中，厚度T为承载元件230的厚度T3与扩散板220的厚度T1’的总合。在其他的实施方式中，可加入多个承载元件230以增厚扩散模块210的的厚度T。
然而扩散模块210的结构不以图1为限。请参照图3，其为本揭露另一实施方式的头戴式显示装置10与观赏者的眼睛20的示意图。图3与图1的不同处在于扩散模块210的结构。在图3中，扩散模块210包含扩散板220，或者说图1的基材224与承载元件230为一体成型，因此扩散板220的厚度为扩散模块的厚度T。基本上，不论是改变基材224本身的厚度，或者是在扩散板220下方加入承载元件230以增厚扩散模块210，只要是能够达到改变扩散模块210的厚度T的目的皆在本揭露的范畴中。至于图3的其他细节因与图1相同，因此便不再赘述。
请一并参照图1与图4，其中，图4为图1的区域M的局部放大图。在本实施方式中，显示像素120包含有源元件132与发光材料134。有源元件132例如为晶体管，分别电性连接发光材料134，以分别控制显示像素120的发光。发光材料可为发光二极管(Light EmittingDiode)，例如为有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode)，然而本揭露不以此为限。有机发光二极管制成的显示面板为自发光，具有高对比、低耗电、高反应速率与高彩度的特性，因此可提供良好的显示画面。在图4中，显示像素120更包含下电极136与上电极138。下电极136电性连接有源元件132与发光材料134，而发光材料134置于下电极136与上电极138之间。在一些实施方式中，显示像素120具有多个子像素，包含红色子像素122、绿色子像素124与蓝色子像素126。红色子像素122、绿色子像素124与蓝色子像素126皆置于下基板110与扩散模块210之间。显示模块100更可包含框胶140。框胶140包围显示像素120且连接下基板110与承载元件230(如图1所示)或连接下基板110与扩散板220的基材224(如图3所示)，此时，如图1所式的承载元件230或图3的基材224，可以做为封装盖板，保护显示像素120，但不以此为限。在一些实施方式中，显示像素120上可使用薄膜封装，于发光材料上使有有机或无机材料堆叠进行封装，以保护显示像素120。在一些实施方式中，当显示像素120可为白光有机发光二极管加上彩色滤光层形成红色子像素122、绿色子像素124、蓝色子像素126；在另一实施例中，红色子像素122、绿色子像素124、蓝色子像素126可由具有发光材料材质例如为可分别发出红光、绿光、蓝光的有机发光材料发光。虽然在图1中仅绘示三种子像素(即红色子像素122、绿色子像素124与蓝色子像素126)，然而在其他的实施方式中，亦可加入其他颜色的子像素，以增加显示画面的色彩丰富度。
在图1中，红色子像素122、绿色子像素124与蓝色子像素126沿固定方向交替排列。红色子像素122、绿色子像素124与蓝色子像素126组成一个像素，每像素之间具有节距p。由节距p可推算显示模块100的解析度(PPI,pixel per inch)，亦即每一英吋的像素量。若节距的单位为微米时，则解析度为25400/p。
然而子像素的排列方式不以图1为限。请参照图5至图7，其为图1的显示模块100于不同实施方式的上视图。在图5至图7中，分别以虚线连接一个像素的三个子像素的中心。由此可见，图5至图7的每一像素的子像素皆呈三角形排列。在图5中，每二相邻像素即共用一个红色子像素122、一个绿色子像素124或一个蓝色子像素126，如此的设置能够让较少量的子像素达成高解析度的画面，此设计纵方向的像素的节距p为距离pH(约63微米)，而横方向的像素的节距p为距离pL/4(约63微米)，亦即在图5中，显示模块100的解析度为约25400/63＝403，即每一英吋具有约403个像素。在图6中，纵方向的像素的节距p为距离pH/4(约92微米)，而横方向的像素的节距p为距离pL(约92微米)，亦即在图6中，显示模块100的解析度为约25400/92＝276，即每一英吋具有约276个像素。另外，在图7中，每二相邻像素即共用一个红色子像素122与一个蓝色子像素126，如此的设置能够让较少量的子像素达成高解析度的画面。纵方向的像素的节距p为距离pH(约39微米)，而横方向的像素的节距p为距离pL/4(约39微米)，亦即在图7中，显示模块100的解析度为约25400/39＝652，即每一英吋具有约652个像素。
上述的三种子像素的排列方式仅为例示，并非用以限制本揭露。本领域的通常知识者可依实际需求而弹性设计子像素的排列方式。基本上，显示模块100于横方向的节距为a，于纵方向的节距为b，则显示模块100的节距为(a+b)/2。另外，于图6中，子像素皆未被共用，因此图6所得出的解析度可称为实际解析度；而于图5中，红色子像素122、绿色子像素124与蓝色子像素126皆被共用，于图7中，红色子像素122与蓝色子像素126皆被共用，因此图5与图7所得出的解析度可称为虚拟解析度。另外，扩散模块210不影响显示模块100的解析度，计算解析度时，可不包括扩散模块210或仅包含扩散模块210的基材224或承载元件230。
接着请回到图1。在本实施方式中，放大元件300可为透镜，例如凸透镜与凹透镜的组合。放大元件300的放大倍率可为约2倍，亦即放大元件300可将显示模块100所显示的画面放大约2倍。另外，放大元件300与显示模块100之间的距离d相距约0.5公分至约3公分，然而本揭露并不以上述的放大倍率与距离d为限。
为了在画面的颗粒感与模糊感之间取得平衡，本揭露以分析画面亮度分布的方法取得画面的颗粒感与模糊感与扩散模块的雾度之间的关系。请参照图8，其为本揭露一实施例的显示模块的归一化(normalized)灰度值与位置的关系图。图8的量测方式为利用显示模块显示至少一线段，再量测该线段的亮度沿位置的分布，将量测得到的亮度归一化得到纵轴的归一化灰度值，其中，此线段大约位于图8的区域C中，亦即线段的位置为约1800微米至约4200微米之间。颗粒感的定义为此线段的归一化灰度值标准差，而扩散距离的定义为线段边缘的归一化灰度值自约80％降至约20％在X轴的相对距离，模糊感的定义则为扩散距离除以NP。在本实施例中，NP＝1，且NT＝1。另外，线段901代表约0％的雾度时的归一化灰度值分布，线段902代表约46％的雾度时的归一化灰度值分布，线段903代表约67％的雾度时的归一化灰度值分布，线段904代表约74％的雾度时的归一化灰度值分布，线段905代表约84％的雾度时的归一化灰度值分布，且线段906代表约92％的雾度时的归一化灰度值分布。由图中可得当雾度值低时，随位置变化时，归一化灰度值的变动较高，归一化灰度值标准差较大，颗粒感较大；当雾度值高时，随位置变化时，归一化灰度值的变动较低，归一化灰度值标准差较小，颗粒感较小。另外，当雾度值低时，扩散距离较小，模糊感较低；当雾度值高时，扩散距离较大，模糊感较高。
接着请参照图9与图10，其为本揭露二实施例的显示模块100的颗粒感与模糊感与扩散模块210的雾度之间的关系图。在此二实施例中，扩散模块210的厚度皆为约500微米，亦即NT＝1。量测方式以及各名词的定义与图8相同。
在图9的实施例中，显示模块的节距p为约63微米，亦即NP＝1，其中，线段912为颗粒感，线段914为模糊感。表一为图9的颗粒感、模糊感与扩散模块的雾度值。
表一
在通过人因实验后，得到当雾度为67％～84％之间时，观赏者能感受到较平衡的颗粒感与模糊感。其中人因实验为让观赏者观看各样品，由观赏者通过视觉分析7个样品的颗粒感与模糊感。
另外，在图10的实施例中，显示模块的节距p为约92微米，亦即NP＝1.46，其中，线段922为颗粒感，线段924为模糊感。表二为图10的颗粒感、模糊感与扩散模块的雾度值。
表二
在通过人因实验后，得到当雾度为74％～87％之间时，观赏者能感受到较平衡的颗粒感与模糊感。由上述二实施例可知，当颗粒感小于约0.025且模糊感小于约130微米时，显示模块具有较好的显示品质。在一或多个实施方式中，0.6≤NP≤1.46，较佳1≤NP≤1.46。
接着请参照图11，其为本揭露一实施例的显示模块的颗粒感、模糊感、扩散模块的雾度与厚度之间的关系图。量测方式以及各名词的定义与图8相同。在图11的实施例中，显示模块的节距p为约63微米，亦即NP＝1，其中，线段932为雾度为46％的颗粒感，线段934为雾度为46％的模糊感，线段942为雾度为67％的颗粒感，线段944为雾度为67％的模糊感，线段952为雾度为74％的颗粒感，线段954为雾度为74％的模糊感，线段962为雾度为84％的颗粒感，线段964为雾度为84％的模糊感。表三为图11的颗粒感、模糊感、扩散模块的雾度与厚度值。
表三
接着请参照图12与图13，其为本揭露二实施例的显示模块的扩散模块的雾度与厚度的关系图。在图12中，显示模块的节距p为约63微米，亦即NP＝1，而图13中，显示模块的节距p为约92微米，亦即NP＝1.46。在此二实施例中，不同厚度与不同雾度的头戴式显示装置在进行人因实验后，把得到的显示品质制成图12与图13。在图12与图13中，三角形标号(▲)表示良好的显示品质，圆形标号(●)表示颗粒感较重的显示品质，而菱形标号(◆)表示模糊感较重的显示品质。之后由该多个数据推得线段A、B。线段A为三角形标号与圆形标号之间的界线，其关系式为：
而线段B为三角形标号与菱形标号之间的界线，其关系式为：
当符合
A<Haze<B时，其中，B小于或等于100％，即可得到良好的显示品质。另外，图12与图13中亦可看出良好的显示品质大约落于0.4≤NT≤2.6，然而本揭露不以此为限。
虽然本揭露已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何熟习此技艺者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (13)

1.一种显示模块，其特征在于，包含：
一下基板；
多个显示像素；以及
一扩散模块，该多个显示像素置于该下基板与该扩散模块之间，该扩散模块具有一厚度与一雾度，其中，该扩散模块的该雾度符合以下条件：
A<Haze<B；其中
<mrow> <mi>A</mi> <mo>=</mo> <mn>0.642</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mi>P</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>0.35</mn> </msup> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mi>T</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>0.32</mn> </msup> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
<mrow> <mi>B</mi> <mo>=</mo> <mn>0.821</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mi>P</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>0.45</mn> </msup> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mi>T</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>0.60</mn> </msup> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
以及
<mrow> <mi>N</mi> <mi>T</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>T</mi> <mrow> <mn>500</mn> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>m</mi> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
其中PPI为该显示模块的一解析度，T为该扩散模块的该厚度，而Haze为该扩散模块的雾度。
2.如权利要求1所述的显示模块，其特征在于，该扩散模块包含一扩散板，包含：
一扩散层；以及
一基材，置于该扩散层与该下基板之间。
3.如权利要求2所述的显示模块，其特征在于，该扩散模块更包含一承载元件，置于该扩散板与该下基板之间。
4.如权利要求2所述的显示模块，其特征在于，该扩散板的该扩散层包含：
一披覆层，置于该基材上；以及
多个微结构，分布于该披覆层中。
5.如权利要求4所述的显示模块，其特征在于，该多个微结构的直径为约2微米至约20微米。
6.如权利要求2所述的显示模块，其特征在于，该扩散层的厚度为约8微米至约20微米。
7.如权利要求1所述的显示模块，其特征在于，每一该多个显示像素各包含：
一有源元件；以及
一发光材料，电性连接该有源元件。
8.如权利要求7所述的显示模块，其特征在于，该多个显示像素中的该发光材料为有机发光二极管。
9.如权利要求1所述的显示模块，其特征在于，0.6≤NP≤1.46。
10.如权利要求1所述的显示模块，其特征在于，0.4≤NT≤2.6。
11.一种头戴式显示装置，其特征在于，包含：
如权利要求1所述的显示模块；以及
至少一放大元件，其中，该显示模块的该扩散模块置于该放大元件与该显示模块的该下基板之间。
12.如权利要求11所述的头戴式显示装置，其特征在于，该放大元件的放大倍率为约2倍。
13.如权利要求11所述的头戴式显示装置，其特征在于，该放大元件与该显示模块相距约0.5公分至约3公分。
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