CN110161691A - 一种虚拟现实显示装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种虚拟现实显示装置，包括显示装置和透镜系统，显示装置包括多个像素单元，透镜系统具有在不同时间段的多个不同光轴；在不同时间段，通过不同光轴，多个像素单元形成多个像素虚像，本发明还提供上述虚拟现实显示装置的驱动方法。本发明提供的虚拟现实显示装置及驱动方法，通过在多个时间段设置位于透镜系统不同位置的光轴，使得显示设备的每个像素单元在不同时间段分别产生不同的像素虚像，当多个时间段快速切换时，形成分辨率多倍提升的视觉效果。

Description

一种虚拟现实显示装置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种可提高分辨率的虚拟现实显示装置及其驱动方法。

背景技术

VR(VirtualReality，虚拟现实)显示在20世纪80年代被提出的，综合了计算机图形技术，计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思。现有技术中的虚拟现实显示装置，一般包括计算机处理系统、图像处理系统、显示面板、光学系统。其中，计算机处理系统通过外部传感器对人物行为及外界环境进行捕捉，然后根据相应场景做出处理，再由图像处理系统进行渲染处理，然后输出到显示面板，显示面板的像经光学系统，成一个放大的虚像，被眼睛接收，光学系统主要用于将显示面板产生的近处影像通过拉到远处放大，近乎充满人的视野范围，从而产生沉浸感。

现有技术的虚拟现实显示装置也存在着一些问题，比如分辨率低和视角小的问题，分辨率低易产生“纱窗效应”。“纱窗效应”是指虚拟现实显示装置的分辨率不足导致的人眼会直接看到显示屏的像素点，就好比在纱窗之后看东西一样。如果提高分辨率，则因为显示区域无法做大，视角较少，形成的沉浸感也会较差。因此怎样保证在大视角的情况下提高分辨率，是现有的虚拟现实显示装置待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明提供一种虚拟现实显示装置，包括显示装置和透镜系统，所述显示装置包括多个像素单元，所述透镜系统具有在多个时间段的多个不同光轴；在所述多个时间段中，通过所述多个不同光轴，所述多个像素单元分别形成多个像素虚像。

可选地，所述多个像素单元之间具有多个间隔；在所述多个时间段中，所述多个间隔分别形成多个间隔虚像；在至少两个不同时间段中，所述像素虚像和所述间隔虚像的位置重叠。

可选地，所述透镜系统包括至少一个液晶透镜。

可选地，在所述不同时间段，通过改变所述液晶透镜的液晶折射率分布，形成所述多个不同光轴。

可选地，所述液晶透镜包括多个像素单元，每个像素单元包括第一电极和第二电极，以及设置在所述第一电极和第二电极之间设置有液晶层。

可选地，在所述多个时间段，分别对所述第一电极、第二电极施加驱动电压，控制所述液晶层的液晶分子围绕当下所述时间段对应的光轴位置旋转对称分布。

可选地，在所述多个时间段，以当下所述时间段对应的光轴位置为对称轴的多个像素单元的驱动电压相等；位于所述当下所述时间段对应的光轴位置一侧的各像素单元的驱动电压逐渐升高或者逐渐降低。

可选地，述透镜系统包括多个所述液晶透镜，所述多个液晶透镜在同一所述时间段形成的光轴位于相同。

一种虚拟现实显示装置的驱动方法，所述虚拟现实显示装置包括显示装置和透镜系统，所述透镜系统包括至少一个液晶透镜；所述驱动方法包括多个时间段，在所述多个时间段，分别驱动所述至少一个液晶透镜的液晶层形成不同的折射率分布以形成不同光轴，所述显示装置的多个像素单元通过所述不同光轴形成不同像素虚像。

可选地，所述多个像素单元之间具有间隔，在所述多个时间段，所述多个像素单元之间的间隔形成多个间隔虚像；在至少两个不同时间段中，所述像素虚像和所述间隔虚像重叠。

可选地，在所述多个时间段，驱动所述液晶透镜的液晶分子围绕当下所述时间段对应的光轴位置旋转对称分布。

本发明提供的虚拟现实显示装置及驱动方法，通过在多个时间段设置位于透镜系统不同位置的光轴，使得显示设备的每个像素单元在不同时间段分别产生不同的像素虚像，当多个时间段快速切换时，形成分辨率多倍提升的视觉效果。并且，通过设置不同位置的间隔虚像在多个时间段被同一位置的像素虚像所覆盖，可以在视觉上消除非显示区域，从而完全消除“纱窗效应”，提供优异的视觉显示效果。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的虚拟现实显示装置的示意图；

图2为图1所示虚拟现实显示装置的工作示意图；

图3为本发明实施例二提供的透镜系统的示意图；

图4为第1时间段液晶透镜中液晶折射率的分布情况；

图5为第1时间段液晶透镜的驱动示意图；

图6为第2时间段液晶透镜中液晶折射率的分布情况；

图7为第2时间段液晶透镜的驱动示意图；

图8为该驱动方法具体实施方式的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。

附图中所示的图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并、部分合并或调整执行步骤，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

实施例一

请参考图1和图2，图1为本发明实施例一提供的虚拟现实显示装置的示意图，图2为图1所示虚拟现实显示装置的工作示意图。如图1所示，虚拟现实显示装置包括在Z轴上排列的显示装置1和透镜系统2，显示装置1包括多个在X轴和Y轴上呈矩阵排列的像素单元11，透镜系统2具有在多个时间段的多个不同光轴，在多个时间段中，通过该不同光轴，多个像素单元11分别形成多个像素虚像4，人眼3通过透镜系统2对显示装置1进行观察，可以看到显示装置1形成的放大虚像4。

以下结合附图，以两个时间段为列对本发明提供的虚拟现实显示装置进行说明，透镜系统2在第1时间段具有第一光轴H1，在第2时间段具有第二光轴H2，第一光轴H1、第二光轴H2平行于Z轴方向。

在第1时间段，多个像素单元11通过光轴H1形成第一像素虚像，在第2时间段，多个像素单元11通过光轴H2形成第二像素虚像，同一像素单元11的第一像素虚像和第二像素虚像相互相邻。如图2所示，在第1时间段，像素单元11A通过第一光轴H1形成第一像素虚像4A′，像素单元11B通过第一光轴H1形成第一像素虚像4B′；在第2时间段，像素单元11A通过第二光轴H2形成第二像素虚像4A″，像素单元11B通过第二光轴H2形成第二像素虚像4B″，第一像素虚像4A′和第二像素虚像4A″的位置相邻不重合，第一像素虚像4B′和第二像素虚像4B″的位置也是相邻不重合。虽然对于像素单元11A，第一像素虚像4A′和第二像素虚像4A″不是同时存在，对于像素单元11B，第一像素虚像4B′和第二像素虚像4B″也不是同时存在，但在第1时间段和第2时间段高速切换时，人眼的视觉停留效应会使得人眼不能在时间上区分第一像素虚像4A′和第二像素虚像4A″、第一像素虚像4B′和第二像素虚像4B″，人眼3会认为第一像素虚像4A′和第二像素虚像4A″、第一像素虚像4B′和第二像素虚像4B″是同时出现在视野中的，从而形成分辨率增加一倍的视觉效果。

以上是以设置两个时间段为例说明本发明提供的虚拟现实显示装置的技术内容，本发明的虚拟现实显示装置还可以为其他多个时间段的，在每个时间段，都形成有一光轴。图1和图2中，第一光轴H1和第二光轴H2为上下相邻的位置，在其他实施方式中，不同光轴还可以为左右位置相邻等设置。在不同时间段，通过不同光轴，多个像素单元形成多个像素虚像，同一个像素单元的多个像素虚像不重叠并且位置为相互相邻，在多个时间段快速切换时，人眼会认为这个像素单元的多个像素虚像是同时出现在视野中的，从而形成分辨率多倍提升的视觉效果。

本发明提供的虚拟现实显示装置，通过在多个时间段设置位于透镜系统不同位置的光轴，使得显示装置的每个像素单元在不同时间段分别产生不同的像素虚像，当多个时间段快速切换时，形成分辨率多倍提升的视觉效果。本发明提供的虚拟现实显示装置，结构简单但分辨率高，视角大，可提供细腻的画面显示效果及极佳的视觉沉浸感。

请接着参考图1和图2，显示装置1的多个像素单元11之间具有间隔12，间隔12通常是设置显示装置的各种走线的区域，通过黑色矩阵进行遮挡不进行显示。在像素单元11形成像素虚像时，间隔12也会形成间隔虚像42，通过透镜系统2的放大效应，间隔虚像42的面积会比间隔12的实际面积大很多，在视觉上形成黑色间隔线，也就是“纱窗效应”，纱窗效应会使虚拟现实显示装置的视觉体验降低。

作为优选实施方式，在上述实施方式的基础上，设置在多个时间段中的至少两个不同时间段中，像素虚像和间隔虚像重叠。在图2中，在第1时间段，像素单元11A通过第一光轴H1形成第一像素虚像4A′，同时，紧邻像素单元11A的间隔12会形成间隔虚像42，像素单元11B通过第一光轴H1形成第一像素虚像4B′，同时紧邻像素单元11B的间隔12也会形成间隔虚像42。在第2时间段，像素单元11A通过第二光轴H2形成第二像素虚像4A″，像素单元11B通过第二光轴H2形成第二像素虚像4B″，并且第二像素虚像4A″的位置和第1时间段中紧邻像素单元11A的间隔12形成的间隔虚像42的位置重叠，第二像素虚像4B″的位置和第1时间段中紧邻像素单元11B的间隔12形成的间隔虚像42的位置重叠。因此，通过第2时间段产生的像素虚像覆盖了第1时间段产生的间隔虚像，会形成间隔虚像位置也产生图案显示的视觉效果，从而降低了“纱窗效应”。

优选地，可设置在第1时间段产生的像素虚像位置和第2时间段产生间隔虚像位置相重叠，并且第1时间段产生的间隔虚像位置和第2时间段产生的像素虚像位置相重叠，从而使用一个时间段产生的像素虚像去覆盖同一位置不同时间段产生的间隔虚像，不同位置的间隔虚像都被像素虚像所覆盖，在视觉上消除了非显示区域，完全消除“纱窗效应”，提供优异的视觉显示效果。

以上是以设置两个时间段为例说明本发明提供的虚拟现实显示装置的技术内容，本发明的虚拟现实显示装置还可以为其他多个时间段的，只要使用一个时间段产生的像素虚像去覆盖同一位置不同时间段产生的间隔虚像就可以降低“纱窗效应”；并且通过设置不同时间段的间隔虚像都被同一位置的像素虚像所覆盖，可以在视觉上消除非显示区域，从而完全消除“纱窗效应”，提供优异的视觉显示效果。

实施例二

请参考图3，为本发明实施例二提供的透镜系统的示意图，请参考图1和图3，如图所示，透镜系统2包括一个液晶透镜221，通过改变该液晶透镜221的液晶折射率分布，形成多个不同光轴。

液晶透镜221包括多个像素单元，每个像素单元包括设置在第一基板222的内侧设置有第一电极223和设置在第二基板226内侧的第二电极225，在图3所示结构中，第一电极223为公共电极，第二电极225为像素电极，液晶透镜的各像素单元的像素电极225相互独立，各像素单元的公共电极223相互连接在一起。在第一电极223和第二电极225之间设置有液晶层224，液晶224中包含许多定向排列的液晶分子2241。通过对第一电极223及不同像素单元的第二电极225施加驱动电压，可以改变液晶分子2241的折射率分布，形成多个不同光轴。本发明实施例二还提供包括如上透镜系统的虚拟现实显示装置的驱动方法，该驱动方法包括多个时间段，在多个时间段，分别驱动该液晶透镜的液晶分子，形成不同的液晶折射率分布，从而形成不同光轴，显示装置的多个像素单元在多个时间段，通过不同光轴分别形成不同像素虚像。图8为该驱动方法具体实施方式的示意图，请结合图1至图8，本发明实施例二提供的虚拟现实显示装置的驱动方法包括：

步骤S1：第1时间段，驱动液晶透镜液晶折射率分布形成第一光轴，显示装置的多个像素单元形成第一像素虚像；

步骤S2：第2时间段，驱动液晶透镜液晶折射率分布形成第二光轴，显示装置的多个像素单元形成第二像素虚像；

……

步骤S(n-1)：在第n-1时间段，驱动并改变液晶透镜液晶折射率分布形成第n-1个光轴，显示装置的多个像素单元形成第n-1像素虚像；

步骤Sn：在第n时间段，驱动并改变液晶透镜液晶折射率分布形成第n个光轴，显示装置的多个像素单元形成第n像素虚像。其中n为大于1的自然数。

以下以两个时间段为例对本发明实施例二的液晶透镜以及虚拟现实显示装置的驱动方法进行说明，图4为第1时间段液晶透镜中液晶折射率的分布情况，图5为第1时间段液晶透镜的驱动示意图，图6为第2时间段液晶透镜中液晶折射率的分布情况，图7为第2时间段液晶透镜的驱动示意图。

步骤S1：第1时间段，驱动液晶透镜的液晶分子，形成第一折射率分布，从而形成第一光轴，显示装置的多个像素单元通过该第一光轴形成多个第一像素虚像。如图4和图5所示，在第1时间段，需要设置第二电极2254对应的像素单元处形成第一光轴H1，并且第一光轴H1平行于Z轴方向。在第1时间段内，对各像素单元的第一电极223和第二电极225施加驱动电压，以第一光轴H1产生处的像素单元为对称轴，对该像素单元对称两侧的像素单元施加相同的驱动电压，并且在第一光轴H1的一侧，从靠近第一光轴H1到远离第一光轴H1方向，各像素单元的驱动电压逐渐升高。比如第二电极2253对应的像素单元和第二电极2255对应的像素单元为对称设置的两个像素电极，对第二电极2253、第二电极2255施加相同的驱动电压V1；第二电极2252对应的像素单元和第二电极2256对应的像素单元为对称设置的两个像素电极，对第二电极2252、第二电极2256施加相同的驱动电压V2；第二电极2251对应的像素单元和第二电极2257对应的像素单元为对称设置的两个像素电极，对第二电极2251、第二电极2257施加相同的驱动电压V3。并且在第一光轴H1处也就是第二电极2254对应的像素单元处为对称轴，在第二电极2254对应的像素单元的一侧，从靠近第二电极2254对应的像素单元到远离第二电极2254对应的像素单元的方向，第二电极2254、第二电极2253、第二电极2252、第二电极2251的驱动电压V0、V1、V2、V3是逐渐升高的；在第二电极2254对应的像素单元的另一侧，从靠近第二电极2254对应的像素单元到远离第二电极2254对应的像素单元的方向，第二电极2254、第二电极2255、第二电极2256、第二电极2257的驱动电压V0、V1、V2、V3也是逐渐增高的。透镜221的各像素单元产生了以第二电极2254对应的像素单元为对称轴的第一液晶折射率分布，因此在第二电极2254对应的像素单元处形成了第一光轴H1。

步骤S2：第2时间段，驱动液晶透镜的液晶分子，形成第二折射率分布，从而形成第二光轴，显示装置的多个像素单元通过该第二光轴形成多个第二像素虚像。如图6和图7所示，在第2时间段，需要设置第二电极2253对应的像素单元处形成第二光轴H2，并且第二光轴H2平行于Z轴方向。在第2时间段内，对各像素单元的第一电极223和第二电极225施加驱动电压，以第二光轴H2产生处的像素单元为对称轴，对该像素单元对称两侧的像素单元施加相同的驱动电压，并且在该像素单元的一侧，从靠近该像素单元到远离该像素单元方向，各像素单元的驱动电压逐渐升高或者逐渐降低。比如第二电极2252对应的像素单元和第二电极2254对应的像素单元为对称设置的两个像素单元，对第二电极2252、第二电极2254施加相同的驱动电压V1′；第二电极2251对应的像素单元和第二电极2255对应的像素单元为对称设置的两个像素单元，对第二电极2251、第二电极2255施加相同的驱动电压V2′。并且在第二电极2253对应的像素单元处为对称轴，在第二电极2253对应的像素单元的一侧，从靠近第二电极2253对应的像素单元到远离第二电极2253对应的像素单元的方向，第二电极2253、第二电极2252、第二电极2251的驱动电压V0′、V1′、V2′是逐渐增高的；在第二电极2253对应的像素单元的另一侧，从靠近第二电极2253对应的像素单元到远离第二电极2253对应的像素单元的方向，第二电极2253、第二电极2254、第二电极2255、第二电极2256、第二电极2257的驱动电压V0′、V1′、V2′、V3′、V4′也是逐渐增高的。透镜的各像素单元产生了以在第二电极2253对应的像素单元为对称轴的第二液晶折射率分布，并且第二液晶折射率分布不同于第一液晶折射率分布，因此在第二电极2254对应的像素单元处形成了不同于第一光轴H1的第二光轴H2。

在其他实施方式中，在产生光轴处的像素单元为对称轴，从靠近该像素单元到远离该像素单元的方向，各像素单元的驱动电压还可以是是逐渐降低的，也会产生以该像素单元为对称的液晶折射率分布，进而形成光轴。

在其他实施方式中，如图1所示，透镜系统2还可以包括多个如上所述的液晶透镜221，多个液晶透镜221在同一时间段形成的光轴位于相同，形成同一光轴。

在其他实施方式中，不同时间段还可以为两个时间以上的时间段，在每个时间段，通过对液晶透镜的驱动，形成不同的液晶折射率分布，进而形成不同的光轴。

优选地，在本发明实施例二提供的驱动方法中，显示装置的多个像素单元之间具有多个间隔，在多个时间段中，多个间隔分别形成多个间隔虚像；在至少两个不同时间段中，像素虚像和间隔虚像的位置重叠，从而视觉上消除非显示区域，消除“纱窗效应”，提供优异的视觉显示效果。

本发明提供的虚拟现实显示装置及驱动方法，通过在多个时间段设置位于透镜系统不同位置的光轴，使得显示设备的每个像素单元在不同时间段分别产生不同的像素虚像，当多个时间段快速切换时，形成分辨率多倍提升的视觉效果。并且，通过设置不同位置的间隔虚像在多个时间段被同一位置的像素虚像所覆盖，可以在视觉上消除非显示区域，从而完全消除“纱窗效应”，提供优异的视觉显示效果。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种虚拟现实显示装置，其特征在于，包括显示装置和透镜系统，所述显示装置包括多个像素单元，所述透镜系统具有在多个时间段的多个不同光轴；在所述多个时间段中，通过所述多个不同光轴，所述多个像素单元分别形成多个像素虚像。

2.如权利要求1所述的虚拟现实显示装置，其特征在于，所述多个像素单元之间具有多个间隔；在所述多个时间段中，所述多个间隔分别形成多个间隔虚像；在至少两个不同时间段中，所述像素虚像和所述间隔虚像的位置重叠。

3.如权利要求1所述的虚拟现实显示装置，其特征在于，所述透镜系统包括至少一个液晶透镜。

4.如权利要求3所述的虚拟现实显示装置，其特征在于，在所述多个时间段，通过改变所述液晶透镜的液晶折射率分布，形成所述多个不同光轴。

5.如权利要求4所述的虚拟现实显示装置，其特征在于，所述液晶透镜包括多个像素单元，每个像素单元包括第一电极和第二电极，以及设置在所述第一电极和第二电极之间设置有液晶层。

6.如权利要求5所述的虚拟现实显示装置，其特征在于，在所述多个时间段，分别对所述第一电极、第二电极施加驱动电压，控制所述液晶层的液晶分子围绕当下所述时间段对应的光轴位置旋转对称分布。

7.如权利要求6所述的虚拟现实显示装置，其特征在于，在所述多个时间段，以当下所述时间段对应的光轴位置为对称轴的多个像素单元的驱动电压相等；位于所述当下所述时间段对应的光轴位置一侧的各像素单元的驱动电压逐渐升高或者逐渐降低。

8.如权利要求4所述的虚拟现实显示装置，其特征在于，所述透镜系统包括多个所述液晶透镜，多个所述液晶透镜在同一所述时间段形成的光轴位于相同。

9.一种虚拟现实显示装置的驱动方法，其特征在于，所述虚拟现实显示装置包括显示装置和透镜系统，所述透镜系统包括至少一个液晶透镜；所述驱动方法包括多个时间段，在所述多个时间段，分别驱动所述至少一个液晶透镜的液晶层形成不同的折射率分布以形成不同光轴，所述显示装置的多个像素单元通过所述不同光轴形成不同像素虚像。

10.如权利要求9所述的虚拟现实显示装置的驱动方法，其特征在于，所述多个像素单元之间具有间隔，在所述多个时间段，所述多个像素单元之间的间隔形成多个间隔虚像；在至少两个不同时间段中，所述像素虚像和所述间隔虚像重叠。

11.如权利要求9所述的虚拟现实显示装置的驱动方法，其特征在于，在所述多个时间段，驱动所述液晶透镜的液晶分子围绕当下所述时间段对应的光轴位置旋转对称分布。