CN107179606A

CN107179606A - 头戴式显示设备

Info

Publication number: CN107179606A
Application number: CN201710133588.1A
Authority: CN
Inventors: 金在经; 姜硕桓; 金基棲; 朴源祥
Original assignee: Samsung Display Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2017-09-19
Also published as: JP2017161903A; EP3226061A2; US20170261656A1; EP3226061A3; KR20170105699A; TW201800802A

Abstract

一种头戴式显示设备，包括：显示面板，包括用于显示图像的多个像素；过滤器，在显示面板上并且包括用于散射图像以生成散射的图像的散射层，散射层包括具有第一折射率的基底和与基底混合并且具有大于第一折射率的第二折射率的散射粒子；以及光学系统，在过滤器上用于放大散射的图像。

Description

头戴式显示设备

技术领域

本公开涉及具有提高的显示质量的头戴式显示设备。

背景技术

头戴式显示设备是能安装在用户头上的显示设备，并且能用于实现增强现实或虚拟现实。用于增强现实的头戴式显示设备通过半透明显示器提供虚拟图形图像。在这样的情况下，用户通过显示器同时感知显示器上的虚拟图形图像和实物。用于虚拟现实的头戴式显示设备向用户的眼睛提供虚拟图形图像。用户通过虚拟内容体验虚拟现实。

发明内容

本公开提供一种具有提高的显示质量的头戴式显示设备。

本发明构思的实施方式提供一种头戴式显示设备，包括：显示面板，包括用于显示图像的多个像素；过滤器，在显示面板上并且包括用于散射图像以产生散射的图像的散射层，该散射层包括具有第一折射率的基底和与基底混合并且具有大于第一折射率的第二折射率的散射粒子；以及光学系统，在过滤器上用于放大散射的图像。

过滤器还可以包括在散射层上的用于漫射或消除由显示面板反射的光的表面处理层。

过滤器还可以包括散射层上的中性密度膜层。

过滤器还可以包括在散射层与显示面板之间的粘合层以将散射层联接到显示面板。

散射粒子的每一个可以具有沿垂直于显示面板的表面的方向伸长的条形。

基底可以包括聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物。

散射粒子可以包括乙氧基邻苯基苯酚丙烯酸酯。

散射粒子可以彼此间隔开大约3微米到大约4微米的距离。

散射粒子的每一个可以具有珠形。

散射粒子可以包括具有小于像素之中最小像素的尺寸并且大于约700nm的第一尺寸的主散射粒子。

散射粒子还可以包括具有小于第一尺寸的第二尺寸的辅助散射粒子。

第二尺寸可以小于约1微米。

主散射粒子和辅助散射粒子可以包括相同的材料。

主散射粒子的浓度可以高于辅助散射粒子的浓度。

基底可以包括聚丙烯酸丁酯。

散射粒子可以包括三聚氰胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙交酯、硅氧化物和金属氧化物中的一种。

散射层还可以包括与基底混合的染料粒子。

过滤器还可以包括散射层上的膜，其中膜是透明膜。

膜可以是有色透明膜。

根据以上内容，可以减少其中非像素区域在放大之后被用户感知的现象。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，本公开的以上和另外的特征将轻易地变得显而易见，其中：

图1是示出根据本公开一示例性实施方式的头戴式显示设备的透视图；

图2是示出根据本公开一示例性实施方式的穿戴在用户头上的头戴式显示设备的视图；

图3是示出根据本公开一示例性实施方式的头戴式显示设备的分解透视图；

图4是示出根据本公开一示例性实施方式的头戴式显示设备和用户眼睛的表示的剖面图；

图5是示出根据本公开一示例性实施方式的显示面板的俯视图；

图6是示出根据本公开一示例性实施方式的过滤器的剖面图；

图7是示出根据本公开一示例性实施方式的过滤器的剖面图；

图8是示出根据本公开一示例性实施方式的过滤器的剖面图；

图9是示出根据本公开一示例性实施方式的头戴式显示设备和用户眼睛的表示的剖面图；

图10是示出亮度变化作为显示面板上的位置变化的函数的曲线图；

图11是示出根据本公开一示例性实施方式的过滤器的剖面图；

图12是示出根据本公开一示例性实施方式的头戴式显示设备和用户眼睛的表示的剖面图；

图13是示出根据本公开一示例性实施方式的过滤器的剖面图；

图14是示出根据本公开一示例性实施方式的过滤器的剖面图；以及

图15是示出亮度变化作为显示面板上的位置变化的函数的曲线图。

具体实施方式

通过参照以下对实施方式和附图的详细描述，可以更容易理解本发明构思的特征和实现其的方法。在下文中，将参照附图更详细地描述示例实施方式，附图中相同的附图标记始终表示相同的元件。然而，本发明可以以各种各样不同的形式被体现，并且不应被解释为仅限于在此示出的实施方式。更确切地说，这些实施方式作为示例被提供使得本公开将是全面的和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的方面和特征。因此，可以不描述对于本领域普通技术人员来说对本发明的方面和特征的完整理解不必要的工艺、元件和技术。除非另有说明，否则在通篇附图和书面描述中，相同的附图标记表示相同的元件，因此，将不重复其描述。在附图中，元件、层和区域的相对尺寸可以为了清楚被放大。

将理解，虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在此用于描述各种各样的元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，以下描述的第一元件、部件、区域、层或部分能被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不背离本发明的精神和范围。

为了说明的方便，在此可以使用诸如“在……下面”、“在……下方”、“下部”、“在……之下”、“在……上方”、“上部”等的空间关系术语来描述如图中所示的一个元件或特征的与另外的元件(们)或特征(们)的关系。将理解，除图中所绘的取向之外，空间关系术语旨在涵盖装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为“在”另外的元件或特征“下方”或“下面”或“之下”的元件将取向为“在”所述另外的元件或特征“上方”。因此，示例术语“在……下方”和“在……之下”能涵盖上方和下方两个方向。装置可以被另行取向(例如旋转90度或处于另外的取向)，且在此使用的空间关系描述语应该被相应地解释。

将理解，当一元件、层、区域或部件被称为“在”另外的元件、层、区域或部件“上”，“连接到”或者“联接到”另外的元件、层、区域或部件时，它能直接在所述另外的元件、层、区域或部件上，直接连接到或联接到所述另外的元件、层、区域或部件，或者可以存在一个或更多个居间元件、层、区域或部件。此外，也将理解，当一元件或层被称为“在”两个元件或层“之间”时，它能是所述两个元件或层之间的唯一元件或层，或者也可以存在一个或更多个居间元件或层。

在以下示例中，第一方向、第二方向和第三方向不限于直角坐标系的三个方向，并且可以在更广泛的意义上被解释。例如，第一方向、第二方向和第三方向可以彼此垂直，或者可以表示彼此不垂直的不同方向。

在此使用的术语仅为了描述特定实施方式的目的，且不旨在限制本发明。当在此使用时，单数形式“一”也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地另有所指。还将理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和“包含”指明所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个另外的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。当在此使用时，术语“和/或”包括一个或更多个相关列举项目的任何和所有组合。诸如“中的至少一个”的表述当在一列元素之后时，修饰整列元素，而不修饰该列中的单个元素。

当在此使用时，术语“基本上”、“大约”和类似术语用作近似的术语而不是作为程度的术语，并且旨在解释测量值或计算值中的将被本领域普通技术人员认可的固有偏差。此外，当描述本发明的实施方式时，“可以”的使用指“本发明的一种或更多种实施方式”。当在此使用时，术语“使用”和“被使用的”可以被认为分别与术语“利用”和“被利用的”同义。另外，术语“示例性”旨在指示例或说明。

除非另外规定，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属的领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理解，诸如通用词典中定义的术语的术语应解释为具有与在相关技术和/或本说明书的背景下的它们的含义相一致的含义，且将不在理想化或过度形式化的意义上被解释，除非在这里明确地如此界定。

图1是示出根据本公开一示例性实施方式的头戴式显示设备HMD的透视图，图2是示出根据本公开一示例性实施方式的穿戴在用户头上的头戴式显示设备的视图。

参照图1和2，头戴式显示设备HMD被穿戴在用户US的头上。头戴式显示设备HMD在用户的周边视觉被阻挡的同时向用户提供图像。穿戴头戴式显示设备HMD的用户可以沉浸在虚拟现实中。

头戴式显示设备HMD包括主体部(例如主体)100、绑带部(例如绑带)200和垫子部(例如垫子)300。

主体部100安装在用户US的头上。主体部100容纳用于显示图像的显示面板单元和在其中的加速度传感器。加速度传感器感测用户US的移动，并且将信号施加于显示面板单元。因此，显示面板单元显示对应于用户的移动上的改变的图像。因此，用户US可以体验虚拟现实犹如它是真实的。

除上述部件之外，主体部100可以容纳具有各种功能的部件。例如，操作部(例如控制界面)可以另外安置在主体部100的外部部分上以控制例如音量或屏幕亮度。操作部可以是物理按钮或触摸传感器。此外，主体部100可容纳近距离传感器以确定用户US何时穿戴头戴式显示设备HMD。

绑带部200联接到主体部100以允许用户US容易地穿戴主体部100。绑带部200可以包括主绑带210和上绑带220。

主绑带210穿戴在用户US的头部周围。主绑带210将主体部100固定于用户US使得主体部100贴附于用户US的头部。上绑带220沿用户US头部的上部分连接主体部100和主绑带210。上绑带220防止主体部100滑落。此外，上绑带220分散主体部100的重量以提高头戴式显示设备HMD当穿戴在用户US头上时的舒适度。

图1中所示的主绑带210和上绑带220具有通过使用单独的长度控制部分可调节的长度，但它们不应限于此或受此限制。就是说，根据另一实施方式，当主绑带210和上绑带220具有弹性时，长度控制部分可以被省略。

在主体部100可以固定于用户US的情况下，除图1和2中所示的形状之外，另外的实施方式的绑带部200可以具有各种各样的形状。例如，根据另一实施方式，上绑带220可以被省略。此外，绑带部200可以被提供在联接到主体部100的头盔中，或者被提供在联接到主体部100的一副眼镜的镜腿/眼镜腿中。

垫子部300在主体部100与用户US的头或脸之间。垫子部300包括可以变形的材料。例如，垫子部300可以包括聚合物树脂(例如聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯等等)或通过发泡成型橡胶溶液、聚氨酯基材料或丙烯酸基材料而形成的海绵。

垫子部300允许主体部100贴附或固定于用户US，从而可以改善将头戴式显示设备HMD穿戴在用户上的感觉。垫子部300是与主体部100可分离的并且是可附贴于主体部100的。根据另一实施方式，垫子部300可以被省略。

图3是示出根据本公开一示例性实施方式的头戴式显示设备的分解透视图，图4是示出根据本公开一示例性实施方式的头戴式显示设备和用户眼睛的表示的剖面图。绑带部200(参照图1)在图3中未示出。图4仅示出显示面板单元DU、光学系统OL和用户US的眼睛US_E。

参照图3和4，主体部100包括彼此分离的主体部分(例如主体)100_1和盖子部分(例如盖子)100_2。图3示出主体部分100_1和与主体部分100_1分离的盖子部分100_2，但是它们不应限制于此或受此限制。例如，主体部分100_1和盖子部分100_2可以彼此一体地形成为不可分离的。

显示面板单元DU在主体部分100_1与盖子部分100_2之间。在图3中，左眼图像和右眼图像通过一个显示面板单元DU被显示。显示面板单元DU包括通过其显示左眼图像的左眼图像显示区域L_DA和通过其显示右眼图像的右眼图像显示区域R_DA。左眼图像显示区域L_DA和右眼图像显示区域R_DA可以分别由单独的驱动器驱动，但是它们不应限制于此或受此限制。就是说，左眼图像显示区域L_DA和右眼图像显示区域R_DA可以由一个驱动器驱动。此外，根据另一实施方式，显示面板单元DU可以包括彼此分离的左眼显示面板单元和右眼显示面板单元。

显示面板单元DU包括显示面板DP和过滤器SF。显示面板DP生成对应于输入到其的图像数据的图像。显示面板DP可以是但不限于有机发光显示面板、液晶显示面板、等离子体显示面板、电泳显示面板或电润湿显示面板。在本示例性实施方式中，显示面板DP将被描述为有机发光显示面板，但显示面板DP不应限制于此。

显示面板DP包括基础基板BS、电路层ML、有机发光元件层EL和包封层ECL。

基础基板BS包括玻璃基板、蓝宝石基板和塑料基板中的至少一种。电路层ML、有机发光元件层EL和包封层ECL安置在基础基板BS上。

电路层ML包括布置在显示面板DP上的多条信号线和多个电子器件。例如，电路层ML包括栅线、数据线和分别对应于像素的薄膜晶体管。

有机发光元件层EL包括含有低分子量材料或高分子量有机材料的有机发光层。有机发光层发射光。除有机发光层之外，有机发光元件层EL可以选择性地包括空穴传输层(HTL)、空穴注入层(HIL)、电子传输层(ETL)和电子注入层(EIL)。

包封层ECL包括构造为包括多个无机薄膜层和多个有机薄膜层的薄膜包封层(TFE)。包封层ECL覆盖有机发光元件层EL，并且阻挡空气和水分以保护有机发光元件层EL。在另外的实施方式中，包封层ECL可以用包封基板替换，包封基板可以与基础基板BS间隔开使得有机发光元件层EL在包封基板与基础基板BS之间。包封层ECL和基础基板BS通过沿基础基板BS的边缘布置的密封剂联接到彼此。

过滤器SF附贴于其上显示图像的显示面板DP的表面。过滤器SF包括膜OF和粘合层AL。粘合层AL在膜OF与显示面板DP之间以将膜OF附贴于显示面板DP。在本示例性实施方式中，过滤器SF安置在包封层ECL上。根据另一实施方式，显示面板DP是背面发光型有机发光显示面板，并且过滤器SF可以附贴于基础基板BS。

过滤器SF散射从显示面板DP提供的图像以生成散射的图像。就是说，过滤器SF散射或扩展从显示面板DP提供的光。考虑到像素，从显示面板DP提供的光在穿过过滤器SF的同时被散射，结果，可以增大像素的有效发光面积(例如感知到的发光面积)。稍后将描述过滤器SF的细节。

光学系统OL在主体部100的主体部分100_1内部。光学系统OL放大从显示面板单元DU提供的图像。从显示面板DP提供的图像在穿过过滤器SF的同时被散射，并且光学系统OL放大穿过过滤器SF的图像。

光学系统OL在第一方向DR1上与显示面板DP间隔开，图像在该第一方向DR1上从显示面板DP被显示。光学系统OL在显示面板DP与用户US的眼睛US_E之间。

光学系统OL包括右眼光学系统OL_R和左眼光学系统OL_L。左眼光学系统OL_L在放大图像之后将图像提供给用户US的左瞳孔，右眼光学系统OL_R在放大图像之后将图像提供给用户US的右瞳孔。

左眼光学系统OL_L和右眼光学系统OL_R在交叉第一方向DR1的第二方向DR2上彼此间隔开。左眼光学系统OL_L与右眼光学系统OL_R之间的距离被控制以对应于用户US的两只眼睛US_E之间的距离。此外，光学系统OL与显示面板单元DU之间的距离可以根据用户US的视力被控制。

光学系统OL可以是凸面的非球面透镜。在本示例性实施方式中，左眼光学系统OL_L和右眼光学系统OL_R的每一个只包括一个透镜，但是在另外的实施方式中，左眼光学系统OL_L和右眼光学系统OL_R的透镜数目不限于一个。例如，左眼光学系统OL_L和右眼光学系统OL_R的每一个可以包括多个透镜。

图5是示出根据本公开一示例性实施方式的显示面板的俯视图。图5示出显示面板DP的放大部分。

参照图4和5，第一方向DR1基本平行于显示面板DP的厚度方向。第二方向DR2和交叉第二方向DR2的第三方向DR3各自交叉第一方向DR1。由第二和第三方向DR2和DR3限定的平面可以基本平行于其上显示图像的显示面板DP的表面。

显示面板DP包括第一像素组PG1和第二像素组PG2。第一像素组PG1和第二像素组PG2沿第三方向DR3交替地且重复地布置。

第一像素组PGl包括多个第一像素PXl。第一像素PX1沿第二方向DR2布置。第二像素组PG2包括多个第二像素PX2和多个第三像素PX3。第二像素PX2沿第二方向DR2与第三像素PX3交替布置。

第一、第二和第三像素PX1，PX2和PX3的布置不应限于图5中所示的布置。例如，根据另一实施方式，第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3可以布置成条纹形状并且沿第二方向DR2交替布置。此外，在本实施方式中，第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3的每一个具有矩形形状，但是在另外的实施方式中，第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3的形状不应限于矩形形状。就是说，第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3的每一个可以具有各种各样的形状(例如多边形形状、圆形、椭圆形等等)。此外，虽然在图5中所示的实施方式中，第一像素PX1比第二和第三像素PX2和PX3具有更小的尺寸，但是根据另一实施方式，第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3可以具有相同的尺寸。

在本实施方式中，第一像素PX1是绿色像素，第二像素PX2是蓝色像素，第三像素PX3是红色像素，然而它们不应限制于此或受此限制。

非像素区域GA是第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3中的各个像素之间的区域。

如上所述，头戴式显示设备HMD的光学系统OL放大从显示面板单元DU提供的图像。在这样的情况下，非像素区域GA可以被光学系统OL放大，正如第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3被光学系统OL放大一样。就是说，相邻像素之间的距离BM_w1可以被放大以变大，并且可以被用户US感知。结果，头戴式显示设备HMD的显示质量可以退化。然而，根据本示例性实施方式，过滤器SF在显示面板DP的前面部分以放大第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3的每一个的有效发光区域VEA。因为过滤器SF散射从第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3提供的光，所以感知到光从大于第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3的相应实际区域的单独区域被提供。因此，相邻像素的有效发光区域VEA之间的距离BM_w2可以小于前述相邻像素之间的距离BM_w1。结果，虽然有效发光区域VEA之间的距离BM_w2被光学系统OL放大，但是有效发光区域VEA之间的区域可以不被用户US感知。因此，可以提高头戴式显示设备HMD的显示质量。在下文中，将详细描述过滤器SF的结构。

图6是示出根据本公开一示例性实施方式的过滤器SF1的剖面图。

参照图4和6，本实施方式的过滤器SF1包括粘合层AL1和膜OF1。在图6中所示的本示例性实施方式中，膜OF1被称为散射层。

粘合层AL1插置在显示面板DP与散射层OF1之间以将散射层OF1附贴于显示面板DP。粘合层AL1可以是光学透明的粘合膜，但是它不应限制于此或受此限制。粘合层AL1可以是光学透明的树脂。

散射层OF1包括基底BS1和散射粒子CU1。散射粒子CU1具有比基底BS1的折射率更高的折射率。例如，基底BS1的折射率可以是大约1.48，散射粒子CU1的折射率可以是大约1.57。

散射粒子CU1可以具有在第一方向DR1(例如垂直于显示面板DP的表面的方向)上伸长的条形。散射粒子CU1可以包括可热固化的树脂或可紫外固化的树脂。例如，散射粒子CU1可以是但不限于乙氧基邻苯基苯酚丙烯酸酯。

基底BS1可以包括当散射粒子CU1和基底BS1固化时其中发生相分离的材料。例如，基底BS1可以包括聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物，但基底BS1不应限制于此或受此限制。

相分离可以在基底BS1和散射粒子CU1的固化期间发生在基底BS1与散射粒子CU1之间。因此，散射粒子CU1生长在第一方向DR1上并且具有条形。因为散射粒子CU1具有条形，所以前向散射现象可以容易地发生。

在散射粒子CU1之中，两个相邻散射粒子之间的节距WTa可以在从大约3微米到大约4微米的范围内。然而，应注意，彼此挨着的两个散射粒子之间的节距WTa不应限制于此或受此限制。

散射粒子CU1具有大约40微米到大约200微米的厚度TK(例如在第一方向DR1上的厚度TK)，但散射粒子CU1的厚度TK不应限制于此或受此限制。例如，散射粒子CU1的厚度TK可以由显示面板DP的分辨率控制或确定。

更详细地，随着散射粒子CU1的厚度TK增大，当相对于入射光行进的方向观察时，光以其散射的角度增加。当高分辨率显示面板与低分辨率显示面板相比较时，即使高分辨率显示面板具有比低分辨率显示面板的散射角更小的散射角，高分辨率显示面板的图像显示特性也可以被改善。因此，应用于高分辨率显示面板的过滤器SF1的散射粒子CU1的厚度TK可以小于应用于低分辨率显示面板的过滤器SF1的散射粒子CU1的厚度TK。

图7是示出根据本公开一示例性实施方式的过滤器SF2的剖面图。

参照图7，本实施方式的过滤器SF2包括粘合层AL2和膜OF2，其中粘合层AL2被称为散射层。

散射层AL2包括基底BS2和散射粒子DB1。散射粒子DB1具有比基底BS2的折射率更高的折射率。例如，基底BS2的折射率可以是大约1.46，散射粒子DB1的折射率可以是大约1.54。

散射粒子DB1具有珠形。散射粒子DB1包括有机材料或无机材料。例如，散射粒子DB1包括三聚氰胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙交酯、硅氧化物和金属氧化物中的一种。金属氧化物可以是例如铝氧化物或钛氧化物，但金属氧化物不应限制于此或受此限制。

从显示面板DP提供的光入射到散射粒子DB1，并且被散射到不同的方向。在其中散射粒子DB1的尺寸SZ1(例如直径)大于入射光的波长的情况下，在入射光行进的方向上前向散射的光的量大于在与入射光的行进方向相反的方向上后向散射的光的量。因此，可以不减小光的效率，并且可以防止或减少由于光的散射导致的图像模糊。因此，本实施方式中的散射粒子DB1的尺寸SZ1大于在从大约390nm到大约700nm范围的可见光光谱中的光波长。

然而，当散射粒子DB1的尺寸SZ1增大时，可以发生其中从显示面板DP提供的光闪烁或闪耀的闪耀现象。为了防止闪耀现象的发生，散射粒子DB1的尺寸SZ1可以被设置为小于像素PX1至PX3之中最小像素的尺寸。例如，当第一像素PX1的尺寸最小时，散射粒子DB1的尺寸SZ1可以小于第一像素PX1的尺寸。

散射粒子DB1的尺寸SZ1可以等于或大于700纳米，并且可以等于或小于10微米。更详细地，散射粒子DB1的尺寸SZ1可以在从大约2微米到大约3微米的范围内。在图7中，散射粒子DB1具有恒定的尺寸，但根据另一实施方式，散射粒子DB1可以具有在从大约700纳米到大约10微米的范围内的各种尺寸。

基底BS2围绕散射粒子DB1。基底BS2可以是但不限于光学透明的树脂。例如，基底BS2可以包括聚丙烯酸丁酯(PBA)。

膜OF2附贴于散射层AL2。膜OF2可以是但不限于透明膜，或者可以是包含染料粒子的有色膜。

图8是示出根据本公开一示例性实施方式的过滤器SF3的剖面图。

参照图8，除散射层AL3之外，过滤器SF3具有与图7中所示的实施方式的过滤器SF2相同的结构和功能。散射层AL3包括与基底BS2混合的主散射粒子DB1和辅助散射粒子DB2。主散射粒子DB1可以与参照图7中所示的实施方式描述的散射粒子DB1基本相同。

主散射粒子DB1和辅助散射粒子DB2可以包括相同的材料。辅助散射粒子DB2具有与主散射粒子DB1的浓度相同的浓度或比主散射粒子DB1的浓度更小的浓度。

主散射粒子DB1具有与辅助散射粒子DB2的尺寸不同的尺寸。例如，主散射粒子DB1具有第一尺寸(例如第一直径)SZ1，辅助散射粒子DB2具有小于第一尺寸SZ1的第二尺寸(例如第二直径)SZ2。

主散射粒子DB1的第一尺寸SZ1可以大于如参照图7描述的从大约390纳米到大约700纳米的可见光的光谱中的光波长。例如，主散射粒子DB1的第一尺寸SZ1可以等于或大于约700纳米，并且可以等于或小于约10微米。由于主散射粒子DB1，在从显示面板DP提供的光的行进方向上前向散射的光的量大于在与光的行进方向相反的方向上后向散射的光的量。因此，可以不减小光的效率，并且可以减少或防止由于光的散射导致的图像模糊。

辅助散射粒子DB2的第二尺寸SZ2等于或小于约1微米。例如，辅助散射粒子DB2的第二尺寸SZ2可以在从大约0.2微米到大约1微米的范围内。因此，当辅助散射粒子DB2与主散射粒子DB1相比较时，在辅助散射粒子DB2中，散射到前向方向的光的量与入射光的量之比可以小于散射到所有方向的光的数量与入射光的量之比。因此，当辅助散射粒子DB2被添加到过滤器SF3时，可以减少由光的过度前向散射导致的闪耀现象。

图9是示出根据本公开一示例性实施方式的头戴式显示设备和用户眼睛的表示的剖面图。

参照图9，过滤器SFa还可以包括安置在膜OF上的表面处理层OC。

表面处理层OC可以减少在主体部100中发生的反射(例如在显示面板DP与光学系统OL之间发生的反射)。因此，当包括表面处理层OC的过滤器SFa附贴于显示面板DP时，可以减少或防止由发生在主体部100中的反射另外导致的重影发生。

详细地，表面处理层OC可以是但不限于反射防止层。表面处理层OC可以是分散光以防止反射光被感知的防眩层、消除或吸收光以减少或防止光的反射的抗反射层、或低反射层。表面处理层OC可以具有其中具有不同折射率的多个层彼此堆叠的结构、通过在膜上涂覆低折射率材料形成的结构、或凹凸结构

图10是示出亮度变化作为显示面板上的位置变化的函数的曲线图。

图10中所示的曲线图示出在显示面板DP上沿着从一个点A到另一个点A'伸长的假想线IL测量的亮度变化。

参照图4、5和10，第一曲线图G1示出过滤器SF未附贴于其的显示面板DP的亮度变化，第二曲线图G2示出过滤器SF附贴于其的显示面板单元DU的亮度变化。详细地，第二曲线图G2示出当具有大约90％的雾度值的过滤器SF附贴于显示面板DP时，显示面板单元DU的亮度变化。应注意，在另外的实施方式中，根据本示例性实施方式的过滤器SF的雾度值不应限于90％。

过滤器SF的雾度值根据显示面板DP的分辨率被确定。例如，随着显示面板DP的分辨率增加，过滤器SF的雾度值减小。作为示例，当假设附贴于具有超高清晰度(UHD)分辨率的显示面板DP的过滤器SF的雾度值是大约50％时，附贴于具有全高清晰度(FHD)分辨率的显示面板DP的过滤器SF的雾度值是大约90％。

第一图像WT和第二图像BK可以沿假想线IL通过显示面板DP交替显示。第一和第二图像WT和BK的每一个可以由相应多个第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3显示。例如，第一图像WT可以是白色图像，第二图像BK可以是黑色图像。在这样的情况下，布置在通过其显示第一图像WT的区域中的第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3提供光，布置在通过其显示第二图像BK的区域中的第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3不提供光。

根据第一曲线图G1的对应于通过其显示第一图像WT的区域的部分，具有相对高的亮度的像素区域PA和具有相对较低的亮度的非像素区域GA交替地彼此限定。因为从显示面板DP提供的图像被光学系统OL放大，所以非像素区域GA随像素区域PA一起被放大。因此，放大的非像素区域GA可以被用户感知，结果，头戴式显示设备的显示质量退化。

根据第二曲线图G2，从像素区域PA提供的光被过滤器SF散射，因此，像素区域PA与非像素区域GA之间的亮度上的差异可以在通过其显示第一图像WT的区域中被减小。因此，虽然从显示面板单元DU提供的图像被光学系统OL放大，但是用户感知到非像素区域GA的概率被减小。因此，头戴式显示设备HMD的显示质量被提高。

过滤器SF可以用作谐振频率过滤器。更详细地，过滤器SF可以用作使具有低频分量中的空间频率的图像通过的低通过滤器。交替重复的第一图像WT和第二图像BK的空间频率被称为图像空间频率。图像空间频率可以低于交替重复的像素区域PA和非像素区域GA的空间频率。因为过滤器SF附贴于显示面板DP，所以可以降低像素区域PA与非像素区域GA之间的对比度。因此，像素区域PA与非像素区域GA之间的边界可以不被用户感知。

图11是示出根据本公开一示例性实施方式的过滤器SF4的剖面图。

参照图11，除散射层AL4之外，过滤器SF4具有与图8中所示的过滤器SF3相同的结构和功能。图11中所示的散射层AL4包括与基底BS2混合的主散射粒子DB1、辅助散射粒子DB2和染料粒子DYE。

染料粒子DYE是有色粒子。更详细地，染料粒子DYE是黑色粒子。由于染料粒子DYE，通过显示面板单元DU显示的图像的对比度可以被提高。

因为透射率随着染料粒子DYE的重量百分比(wt％)增加而降低，所以染料粒子DYE的重量百分比(wt％)考虑透射率而设定。例如，包括染料粒子DYE的散射层AL4的透射率在从大约50％到大约90％的范围内，在这样的情况下，染料粒子DYE与散射层AL4的重量百分比(wt％)在大约1％到大约10％的范围内，但染料粒子DYE的重量百分比(wt％)不应限制于此或受此限制。

在图11中，染料粒子DYE被包括在散射层AL4中，但它们不应限制于此或受此限制。例如，根据另一实施方式，染料粒子DYE可以被包括在膜OF2中或被包括在表面处理层OC中。

图12是示出根据本公开一示例性实施方式的头戴式显示设备和用户眼睛的表示的剖面图。

参照图12，过滤器SFb还可以包括中性密度(ND)膜NF。ND膜NF在膜OF与表面处理层OC之间。然而，在本发明另外的实施方式中，ND膜NF的位置可以被改变。

ND膜NF控制光的透射率以提高通过显示面板DP显示的图像的对比度。ND膜NF可以是在一定波长范围内降低光的透射率的膜，或者可以是在全部波长范围内降低光的透射率的膜。ND膜NF可以具有大约40％或更大的透射率。更详细地，ND膜NF具有在从大约40％到大约80％的范围内的透射率。

图13是示出根据本公开一示例性实施方式的过滤器SF5的剖面图，图14是示出根据本公开一示例性实施方式的过滤器SF6的剖面图。

参照图3、13和14，当与图6中所示的实施方式的过滤器SF1相比较时，图13中所示的实施方式的过滤器SF5还包括ND膜NF和表面处理层OC，当与图8中所示的实施方式的过滤器SF3相比较时，图14中所示的实施方式的过滤器SF6还包括ND膜NF和表面处理层OC。

ND膜NF控制光的透射率以改善通过显示面板单元DU显示的图像。表面处理层OC减少或防止由主体部100的内部反射另外导致的重影的产生。

参照图3、5和15，第一曲线图G1示出其中不包括过滤器的显示面板单元的亮度变化，第二曲线图G2示出包括图6至8中所示的过滤器SF1、SF2和SF3之一的显示面板单元DU的亮度变化。第三曲线图G3示出包括图11、13和14中所示的过滤器SF4、SF5和SF6之一的显示面板单元DU的亮度变化。

如由第二和第三曲线图G2和G3所示，当第二和第三曲线图G2和G3与第一曲线图G1相比较时，其中显示第一图像WT的区域中的亮度变化可以被减小。因此，虽然图像被光学系统OL放大，但是在包括图6、7、8、11、13和14中分别所示的过滤器SF1、SF2、SF3、SF4、SF5和SF6之一的显示面板单元DU中，用户感知到非像素区域GA的概率可以被减小。因此，可以提高头戴式显示设备HMD的显示质量。

当第二曲线图G2与第三曲线图G3相比较时，在其中显示第二图像BK的区域中存在亮度上的差异。图11、13和14中分别所示的过滤器SF4、SF5和SF6包括染料粒子DYE和/或ND膜NF。因此，图11、13和14中分别所示的过滤器SF4、SF5和SF6降低光的透射率，从而可以更多地降低第二图像BK的亮度。因此，当显示面板单元DU显示具有低亮度的图像(例如黑色图像)时，显示面板单元DU可以显示具有黑色或低亮度值的屏幕。

虽然已经描述了本发明的示例性实施方式，但是要理解，本发明不应限制于这些示例性实施方式，而是本领域普通技术人员能在如所附权利要求及其功能等同物所声明的本发明的精神和范围内作出各种各样的改变和修改。

本申请要求2016年3月9日提交的韩国专利申请第10-2016-0028477号的优先权和权益，其内容通过引用全文合并于此。

Claims

1.一种头戴式显示设备，包括：

显示面板，包括用于显示图像的多个像素；

过滤器，在所述显示面板上并且包括用于散射所述图像以产生散射的图像的散射层，所述散射层包括：

具有第一折射率的基底；以及

与所述基底混合并且具有大于所述第一折射率的第二折射率的散射粒子；以及

光学系统，在所述过滤器上用于放大所述散射的图像。

2.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述过滤器还包括在所述散射层上的用于漫射或消除由所述显示面板反射的光的表面处理层。

3.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述过滤器还包括在所述散射层上的中性密度膜层。

4.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述过滤器还包括在所述散射层与所述显示面板之间的粘合层以将所述散射层联接到所述显示面板。

5.如权利要求4所述的头戴式显示设备，其中所述散射粒子的每一个具有沿垂直于所述显示面板的表面的方向伸长的条形。

6.如权利要求5所述的头戴式显示设备，其中所述基底包括聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物。

7.如权利要求5所述的头戴式显示设备，其中所述散射粒子包括乙氧基邻苯基苯酚丙烯酸酯。

8.如权利要求5所述的头戴式显示设备，其中所述散射粒子彼此间隔开3微米到4微米的距离。

9.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述散射粒子的每一个具有珠形。

10.如权利要求9所述的头戴式显示设备，其中所述散射粒子包括具有第一尺寸的主散射粒子，该第一尺寸小于所述像素中的最小像素的尺寸并且大于700nm。

11.如权利要求10所述的头戴式显示设备，其中所述散射粒子还包括具有小于所述第一尺寸的第二尺寸的辅助散射粒子。

12.如权利要求11所述的头戴式显示设备，其中所述第二尺寸小于1微米。

13.如权利要求11所述的头戴式显示设备，其中所述主散射粒子和所述辅助散射粒子包括相同的材料。

14.如权利要求11所述的头戴式显示设备，其中所述主散射粒子的浓度高于所述辅助散射粒子的浓度。

15.如权利要求9所述的头戴式显示设备，其中所述基底包括聚丙烯酸丁酯。

16.如权利要求9所述的头戴式显示设备，其中所述散射粒子包括三聚氰胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙交酯、硅氧化物和金属氧化物中的一种。

17.如权利要求9所述的头戴式显示设备，其中所述散射层还包括与所述基底混合的染料粒子。

18.如权利要求9所述的头戴式显示设备，其中所述过滤器还包括在所述散射层上的膜，以及其中所述膜是透明膜。

19.如权利要求18所述的头戴式显示设备，其中所述膜是有色透明膜。