CN106291959B - 一种虚拟显示面板及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种虚拟显示面板及显示装置，包括：准直光显示结构，设置于准直光显示结构的出光面上的光指向结构。准直光显示结构中分别用于显示左眼或右眼接收图像的第一或第二显示区域出射的准直光束经过光指向结构定向偏折后，射向预先设定的左眼或右眼观看位置，使呈现在左眼或右眼的虚拟图像位于准直光显示结构的入光侧。由于光指向结构可以精确控制光束指向设定的人眼位置，且使人眼看到的虚拟图像相对于实际图像后移，有利于在近眼观看的情况下，使双眼各自观看到的虚拟图像在大脑中进行融合，实现近眼虚拟显示的立体视觉效果。并且，由于采用光指向结构替代现有的厚重的正透镜结构，来实现虚拟显示，因此，有利于虚拟显示面板整体的薄型化。

Description

一种虚拟显示面板及显示装置
技术领域
本发明涉及虚拟显示技术领域，尤其涉及一种虚拟显示面板及显示装置。
背景技术
现有的平板虚拟显示面板，如图1所示，是采用在显示屏1前方的左眼显示区域A和右眼显示区域B分别设置两个正透镜2实现的，且需要使正透镜2的焦距大于显示屏1到正透镜2的距离，从而实现正透镜2起到放大镜的效果。正透镜2放大原理如图2所示，显示屏1显示的图像y通过正透镜2后，使双眼可分别看到放大正立的虚像y’，并在大脑中进行融合，从而产生立体视觉。
上述实现平板虚拟显示的方式中需要用到两个正透镜2，正透镜2较为厚重，且正透镜2作为单透镜会引进光学像差，使得该虚拟显示设备无论在佩戴上还是在画面显示上都使观看者产生不舒服的感觉，不利于近眼观看即人眼在近处观看。
因此，如何在不利用正透镜的情况下，实现平板虚拟图像的显示，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种虚拟显示面板及显示装置，用以实现近眼观看的平板虚拟图像显示。
因此，本发明实施例提供了一种虚拟显示面板，包括：准直光显示结构，设置于所述准直光显示结构的出光面上的光指向结构；其中，
所述准直光显示结构的显示区域分为：用于显示左眼接收图像的第一显示区域，和用于显示右眼接收图像的第二显示区域；
所述光指向结构中对应于所述第一显示区域的部分，用于将所述第一显示区域出射的准直光束定向偏折后射向预先设定的左眼观看位置，使呈现在左眼的虚拟图像位于所述准直光显示结构的入光侧；
所述光指向结构中对应于所述第二显示区域的部分，用于将所述第二显示区域出射的准直光束定向偏折后射向预先设定的右眼观看位置，使呈现在右眼的虚拟图像位于所述准直光显示结构的入光侧。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，所述准直光显示结构中包含的每至少两个物理像素构成一个虚拟像素的显示内容。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，每三个呈品字形排列的所述物理像素构成一个虚拟像素的显示内容。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，所述光指向结构由多个呈阵列排布的直角棱镜构成，且一个所述物理像素对应于至少一个所述直角棱镜，各所述直角棱镜的一个直角边与所述准直光显示结构的出光面相接触。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，各所述直角棱镜的坡度角满足以下公式：α＝θ2-θ1，nsinθ1＝sinθ2；
其中，θ1为所述直角棱镜的斜边所在平面与所述准直光显示结构的出光面之间的夹角，α为所述准直光束定向偏折的角度，θ2为所述准直光束经过所述直角棱镜的斜边所在平面后与所述直角棱镜的斜边所在平面的法线所呈的夹角。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，所述准直光显示结构包括：准直背光源，以及设置于所述准直背光源出光侧的光调节结构。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，所述准直背光源出射的准直光垂直于所述光调节结构的所在平面入射。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，所述光调节结构为液晶显示面板。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，所述准直光显示结构包括：平面显示面板，以及设置于所述平面显示面板出光侧的准直结构，所述准直结构用于将所述平面显示面板发出的光线准直化。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，所述准直结构出射的准直光垂直于所述平面显示面板的所在平面。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，所述平面显示面板为电致发光显示面板、等离子显示面板或电子纸中的任意一种。
另一方面，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的上述虚拟显示面板。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种虚拟显示面板及显示装置，包括：准直光显示结构，设置于准直光显示结构的出光面上的光指向结构。准直光显示结构的显示区域分为：用于显示左眼接收图像的第一显示区域，和用于显示右眼接收图像的第二显示区域；第一显示区域出射的准直光束经过光指向结构定向偏折后，射向预先设定的左眼观看位置，使呈现在左眼的虚拟图像位于准直光显示结构的入光侧；第二显示区域出射的准直光束经过光指向结构定向偏折后，射向预先设定的右眼观看位置，使呈现在右眼的虚拟图像位于准直光显示结构的入光侧。由于光指向结构可以精确控制光束指向设定的人眼位置，且使人眼看到的虚拟图像相对于准直光显示结构显示的实际图像后移，有利于在人眼相对于准直光显示结构较近距离的情况下，使双眼各自观看到的虚拟图像在大脑中进行融合，以实现近眼平板虚拟显示的立体视觉效果。并且，由于采用设置在准直光显示结构出光面上的光指向结构替代现有的厚重的正透镜结构，来实现虚拟显示，因此，有利于虚拟显示面板整体的薄型化。
附图说明
图1为现有技术的虚拟显示面板的结构示意图；
图2为现有技术的虚拟显示面板的虚拟成像原理图；
图3为本发明实施例提供的虚拟显示面板的结构示意图；
图4a和图4b分别为本发明实施例提供的虚拟显示面板的具体结构示意图；
图5为本发明实施例提供的虚拟显示面板中直角棱镜的原理图；
图6为本发明实施例提供的虚拟显示面板的虚拟成像原理图；
图7为本发明实施例提供的虚拟显示面板中的物理像素排列分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的虚拟显示面板及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。
附图中各层薄膜厚度和区域大小形状不反映虚拟显示面板的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供了一种虚拟显示面板，如图3所示，包括：准直光显示结构100，设置于准直光显示结构100的出光面上的光指向结构200；其中，
准直光显示结构100的显示区域分为：用于显示左眼接收图像的第一显示区域a，和用于显示右眼接收图像的第二显示区域b；
光指向结构200中对应于第一显示区域a的部分，用于将第一显示区域a出射的准直光束定向偏折后射向预先设定的左眼观看位置，使呈现在左眼的虚拟图像位于准直光显示结构100的入光侧；
光指向结构200中对应于第二显示区域b的部分，用于将第二显示区域b出射的准直光束定向偏折后射向预先设定的右眼观看位置，使呈现在右眼的虚拟图像位于准直光显示结构100的入光侧。
具体地，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，由于光指向结构200可以精确控制光束指向设定的人眼位置，且使人眼看到的虚拟图像相对于准直光显示结构100显示的实际图像后移，有利于在人眼相对于准直光显示结构较近距离的情况下，使双眼各自观看到的虚拟图像在大脑中进行融合，以实现近眼平板虚拟显示的立体视觉效果。并且，由于采用设置在准直光显示结构100出光面上的光指向结构200替代现有的厚重的正透镜结构，来实现虚拟显示，因此，有利于虚拟显示面板整体的薄型化。
值得注意的是，在实际操作时，一般会根据观看者的左右眼分布情况，即瞳距的大小来设定左右眼在准直光显示结构前方的观看位置，因此，一般可以根据上述特征确定出预先设定的左右眼观看位置。并且，由于在诸如虚拟现实(VRAR)头盔式显示装置等的近眼显示领域中，人眼与屏幕的距离一般是固定的，且相对位置不会变化，且观看者一般位于虚拟显示面板的正前方，因此，第一显示区域a和第二显示区域b一般会是对称分布。并且，由于根据光指向结构200的作用，可以将第一(二)显示区域a(b)出射的准直光束定向偏折后射向预先设定的左(右)眼观看位置，因此，第一显示区域a和第二显示区域b的设置方式可以多种，例如可以如图3所示，第一显示区域a和第二显示区域b将显示区域分为左右对称的两个部分；也可以在整个显示区域内交错设置第一显示区域a和第二显示区域b，类似于黑白棋盘的设置方式，在此不做限定。下面均是以第一显示区域a和第二显示区域b将显示区域分为左右对称的两个部分为例进行说明。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，用于提供准直光束的准直光显示结构100的实现方式有多种。例如，如图4a所示，准直光显示结构100可以具体包括：准直背光源110，以及设置于准直背光源110出光侧的光调节结构120，该光调节结构120可以调节出光亮度，具有显示功能，但不改变光线的传播方向，即从光调节结构120出射的光仍为准直光。
较佳地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，为了可以达到较好的虚拟显示效果，准直背光源110出射的准直光一般需要垂直于光调节结构120的所在平面入射，当然在实际操作时也可以设定偏移角度入射至光调节结构120的所在平面，在此不做限定。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，光调节结构120的实现方式有多种，例如图4a所示，光调节结构120可以具体采用液晶显示面板实现，液晶显示面板可以调节出光的亮度，从而进行显示。液晶显示面板具体可以包括：下偏光片121，下基板122，液晶层123，上基板124和上偏光片125等基本构件。或者，光调节结构120还可以包括例如电致变色材料或可控挡板等部件实现对出光亮度调节的作用，在此不做限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，用于提供准直光束的准直光显示结构100的另一种实现方式，如图4b所示，准直光显示结构100可以具体包括：平面显示面板130，以及设置于平面显示面板130出光侧的准直结构140，准直结构140用于将平面显示面板130发出的光线准直化。
较佳地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，为了可以达到较好的虚拟显示效果，经过准直结构140出射的准直光一般需要垂直于平面显示面板130的所在平面，当然在实际操作时也可以设定偏移角度从平面显示面板的所在平面出射，在此不做限定。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，平面显示面板130的实现方式有多种，例如可以为电致发光显示面板、等离子显示面板或电子纸中的任意一种，在此不做限定。当然，平面显示面板130也可以采用液晶显示面板和背光模组组合的方式，在此不做限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，光指向结构200的作用是将准直光束定向偏折后射向预先设定的单眼(左眼或右眼)观看位置。光指向结构200的具体实现方式有多种，例如如图3所示，光指向结构200可以由多个呈阵列排布的直角棱镜构成，且准直光显示结构100中的一个物理像素对应于至少一个直角棱镜，各直角棱镜的一个直角边与准直光显示结构100的出光面相接触。可以理解的是，直角棱镜的制作方法比透镜简单，且其结构比透镜轻薄，利于实现整体装置的轻薄化并降低成本。
较佳地，一个物理像素(即一个实际的亚像素)对应于一个直角棱镜，且为了保证由至少两个物理像素发出的光线，经棱镜折射后的光线的反向延长线存在交点，人眼才能看到虚拟像素，因此每个物理像素所对应的直角棱镜的尺寸参数都不同。下面均是以一个物理像素对应于一个直角棱镜为例进行说明。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，构成光指向结构200的各直角棱镜时根据折射定律原理控制准直光束的定向折射，以保证可以精确入射至人眼位置，如图5所示，各直角棱镜的坡度角满足以下公式：α＝θ2-θ1，nsinθ1＝sinθ2；
其中，θ1为直角棱镜的坡度角，即直角棱镜的斜边所在平面与准直光显示结构的出光面之间的夹角，也是准直光束相对于坡面的入射角，α为准直光束定向偏折的角度，θ2为准直光束经过直角棱镜的斜边所在平面后与直角棱镜的斜边所在平面的法线所呈的夹角，即准直光束经过直角棱镜的坡面后的折射角。
在实际操作时，根据已知不同物理像素出射光线到达人眼所需具有的不同的偏折角度α，可以计算出各物理像素所对应的直角棱镜的坡度角θ1。并且，各直角棱镜的坡面的倾斜方向是具体根据设定的人眼所在位置决定的，图中只是示意性说明。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，当采用直角棱镜实现光指向结构200的功能时，需要根据所需显示的虚拟像素的数量决定准直光显示结构100中的物理像素数量和光指向结构200中的直角棱镜数量。并且，为了保证人眼看到的虚拟图像相对于准直光显示结构100显示的实际图像后移，即虚拟图像位于实际图像的后方，位于准直光显示结构的入光侧，以实现近眼平板虚拟显示的立体视觉效果，物理像素的数量需要多于虚拟像素的数量，一般地，准直光显示结构100中包含的每至少两个物理像素构成一个虚拟像素的显示内容。在具体实施时，物理像素(即准直显示结构中的实际像素)一般是虚拟像素(即组成虚拟图像的各虚拟像素)的2倍或3倍或更多倍。在图6中示出了两个物理像素构成一个虚拟像素(图6中最左侧的虚线框所示)的显示内容时的结构。值得注意的是，在图6中为了直观展示，并未具体示出物理像素，仅是示出了组成光指向结构200的各直角棱镜，而一个直角棱镜对应一个物理像素，因此，为了方便理解，在图6中可以将直角棱镜等同于物理像素。
并且，在具体实施时，构成一个虚拟像素的显示内容的多个物理像素在准直光显示结构100中可以相邻，也可以间隔设定物理像素，具体根据所需显示的内容和显示结构决定，在此不做限定。
在具体实施时，为了增强虚拟显示的沉静感，希望观看者到显示面板的最小观看距离尽量可能的小。根据如图6所示的显示原理结构图，可以确定以下几何关系：整理，得到：
其中，s为人眼到显示面板的最小观看距离，L为虚拟图像到人眼的距离，d为两虚拟像素间的距离，D为人眼瞳孔直径。
根据如图6所示的显示原理结构图，可以确定出准直光显示结构100中各像素大小p值满足如下几何关系：整理，得到：其中，x为显示面板到人眼的实际距离。
根据上述分析可知，人眼到显示面板的最小观看距离s与L和d有关。因此，减小s有两种方法，一种是减小L，但是L不可减小到小于人眼的近点距离即人眼能通过自动调焦清晰成像的最小距离；另一种是增大d，但d值越大虚拟图像显示就越粗糙。因此，需要通过综合考虑，来选取适合的数值。
并且，根据上述分析可知，在本发明实施例提供的上述虚拟显示面板中，为了使呈现出画质较好的虚拟图像，较佳地，如图7所示，可以每三个呈品字形排列的物理像素构成一个虚拟像素的显示内容，例如图7中虚线框示出的三个物理像素可以构成一个虚拟像素的显示内容。值得注意的是，图7仅是示意性说明，三个呈品字形排列的物理像素可以相邻，也可以间隔设定物理像素，在此不做限定。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的上述虚拟显示面板，该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。该显示装置的实施可以参见上述虚拟显示面板的实施例，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的上述虚拟显示面板及显示装置，包括：准直光显示结构，设置于准直光显示结构的出光面上的光指向结构。准直光显示结构的显示区域分为：用于显示左眼接收图像的第一显示区域，和用于显示右眼接收图像的第二显示区域；第一显示区域出射的准直光束经过光指向结构定向偏折后，射向预先设定的左眼观看位置，使呈现在左眼的虚拟图像位于准直光显示结构的入光侧；第二显示区域出射的准直光束经过光指向结构定向偏折后，射向预先设定的右眼观看位置，使呈现在右眼的虚拟图像位于准直光显示结构的入光侧。由于光指向结构可以精确控制光束指向设定的人眼位置，且使人眼看到的虚拟图像相对于准直光显示结构显示的实际图像后移，有利于在人眼相对于准直光显示结构较近距离的情况下，使双眼各自观看到的虚拟图像在大脑中进行融合，以实现近眼平板虚拟显示的立体视觉效果。并且，由于采用设置在准直光显示结构出光面上的光指向结构替代现有的厚重的正透镜结构，来实现虚拟显示，因此，有利于虚拟显示面板整体的薄型化。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种虚拟显示面板，其特征在于，包括：准直光显示结构，设置于所述准直光显示结构的出光面上的光指向结构；所述光指向结构由多个呈阵列排布的直角棱镜构成,一个物理像素对应于至少一个所述直角棱镜，各所述直角棱镜的一个直角边与所述准直光显示结构的出光面相接触；其中，
所述准直光显示结构的显示区域分为：用于显示左眼接收图像的第一显示区域，和用于显示右眼接收图像的第二显示区域；
所述光指向结构中对应于所述第一显示区域的部分，用于将所述第一显示区域出射的准直光束定向偏折后射向预先设定的左眼观看位置，使呈现在左眼的虚拟图像位于所述准直光显示结构的入光侧；
所述光指向结构中对应于所述第二显示区域的部分，用于将所述第二显示区域出射的准直光束定向偏折后射向预先设定的右眼观看位置，使呈现在右眼的虚拟图像位于所述准直光显示结构的入光侧；
所述准直光显示结构中包含的每至少两个物理像素构成一个虚拟像素的显示内容，其中，所述虚拟像素为呈现在左眼的虚拟图像或呈现在右眼的虚拟图像中的像素。
2.如权利要求1所述的虚拟显示面板，其特征在于，每三个呈品字形排列的所述物理像素构成一个虚拟像素的显示内容。
3.如权利要求1所述的虚拟显示面板，其特征在于，各所述直角棱镜的坡度角满足以下公式：α＝θ2-θ1，n sin θ1＝sin θ2；
其中，θ1为所述直角棱镜的斜边所在平面与所述准直光显示结构的出光面之间的夹角，α为所述准直光束定向偏折的角度，θ2为所述准直光束经过所述直角棱镜的斜边所在平面后与所述直角棱镜的斜边所在平面的法线所呈的夹角，n为所述直角棱镜的折射率。
4.如权利要求1-3任一项所述的虚拟显示面板，其特征在于，所述准直光显示结构包括：准直背光源，以及设置于所述准直背光源出光侧的光调节结构。
5.如权利要求4所述的虚拟显示面板，其特征在于，所述准直背光源出射的准直光垂直于所述光调节结构的所在平面入射。
6.如权利要求4所述的虚拟显示面板，其特征在于，所述光调节结构为液晶显示面板。
7.如权利要求1-3任一项所述的虚拟显示面板，其特征在于，所述准直光显示结构包括：平面显示面板，以及设置于所述平面显示面板出光侧的准直结构，所述准直结构用于将所述平面显示面板发出的光线准直化。
8.如权利要求7所述的虚拟显示面板，其特征在于，所述准直结构出射的准直光垂直于所述平面显示面板的所在平面。
9.如权利要求7所述的虚拟显示面板，其特征在于，所述平面显示面板为电致发光显示面板、等离子显示面板或电子纸中的任意一种。
10.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的虚拟显示面板。
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