CN111381372A

CN111381372A - 穿透式显示设备及增强现实显示器

Info

Publication number: CN111381372A
Application number: CN201811619586.4A
Authority: CN
Inventors: 贾芳凯
Original assignee: Yongzhong Technology Co ltd
Current assignee: Yongzhong Technology Co ltd
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-07-07
Also published as: WO2020134521A1

Abstract

本发明公开了一种穿透式显示设备，该穿透式显示设备包括：布局有金属电路的一薄型透光基板；复数个Micro LED晶粒，彼此间隔设置于该薄型透光基板，且上述Micro LED晶粒总面积小于该薄型透光基板面积的十分之一，上述Micro LED晶粒的主发光波长分别为红色、蓝色及绿色，且分别具有一个主发光方向；一封盖透光板；一透光接合层，该透光接合层是以具透光性的一胶性基材制成，该透光接合层被密封于上述薄型透光基板与该封盖透光板之间。此外，本发明还公开一种具有穿透式显示设备的增强现实显示器。

Description

穿透式显示设备及增强现实显示器

技术领域

本发明涉及一种穿透式显示设备，此外，本发明还涉及一种具有穿透式显示设备的增强现实显示器。

背景技术

穿透式显示设备是指装置本身具有透光的特性，能让观看者看到显示画面或显示器所呈现影像的同时，也能够让观看者看到显示设备后方的外部实际景象，使虚拟图像与实体世界两者能够结合观察，因此常用于车辆的车窗、建筑物的窗户、展示橱窗甚至游戏等应用。

目前，穿透式显示设备大致有薄膜晶体管液晶显示器(Thin film transistorliquid crystal display，TFT-LCD)、场色序显示器(Field-Sequential-Color)、AMOLED面板等方法来完成，TFT-LCD是藉由设置没有彩色滤光的透明区域，利用外界或侧入式的光源来当作背光；当光线经过面板时，有彩色滤光片的区域即显示画面，而没有彩色滤光片的区域则显示后方的景象。但上述方法中显示器的透明度仍有限，因此，有研发人员提出省略彩色滤光片，改以场色序法的方式实现，其作法是利用侧入的RGB光源快速地循环闪烁，并配合液晶快速显示相应的像素位置，透过人眼具有视觉暂留的特性形成图案，取代彩色滤光片。

虽然场色序法能够取代偏光片，但液晶需要有极快的响应速度，目前场色序法的响应时间仍然较慢。因此，出现以自发光AMOLED的方式来实现穿透式显示设备，而透过AMOLED面板实现的方式为采用透明材料作为阴阳两极，而由OLED本身发出的光同时射向阴阳两极的方向，进而达到透明显示的效果。但是，直接以OLED做为画素的显示器，分辨率受限于OLED尺寸而无法大幅提升。

另一方面，现今虚拟现实(VR)和增强现实(AR，亦称扩增实境)的技术也日益成熟，常见的虚拟现实是透过头盔或眼罩完全遮住视野，由虚拟画面提供视觉感官的仿真，且当用户移动时，计算机可立即进行运算改变模拟画面，让使用者感觉身历其境产生临场感；增强现实则是将虚拟信息加入实际生活场景，常见的例子有Google glass及汽车车载系统，Google glass是利用45度角棱镜，把迷你投影机产生的光反射进人眼，使投射出来的光线与现实生活的光线混合，让视网膜成像时，产生虚拟图像与实际影像混合的效果；而汽车的车载系统是将车速、车况等信息投影或反射在挡风玻璃上，让驾驶可以避免低头分心，以提高驾驶的安全性，但利用投影及反射的方式，往往需要较大的距离或空间，因此车载系统往往受限于车内空间，仅能投影小范围的虚拟画面至挡风玻璃上。

因此，如何藉由LED技术的进步，妥善利用尺寸更微小的微发光二极管(microLED)作为光源，提出一种穿透式显示设备及具该装置的增强现实显示器，使穿透式显示设备的光穿透率大幅提升，且进一步大幅提高显示设备的分辨率，就成为本发明亟需解决的问题。尤其是可以更进一步藉由液晶或其他遮光材料，选择性地作为增强现实或虚拟现实显示设备，有效增加产品的使用弹性。

发明内容

针对现有技术的上述不足，根据本发明的实施例，希望提供一种穿透式显示设备，旨在实现以下目的：(1)藉由减少发光二极管晶粒所占用面积，有效提升显示设备的光穿透率；(2)藉由缩小画素尺寸，大幅提升显示设备的分辨率；(3)藉由额外增加的可调式遮光板，使得显示设备的透光率可以被调整，增加产品使用弹性。

此外，本发明还希望提供一种具有穿透式显示设备的增强现实显示器，旨在实现以下目的：(1)将高分辨率的虚拟图像与实际影像迭合，创造出更为拟真的增强现实；(2)藉由可调式遮光板，使得透光率可调整，甚至转化作为虚拟现实显示器。

为达上述目的，本发明提供的一种穿透式显示设备，包括：

一薄型透光基板，布局有金属电路；

复数个Micro LED晶粒，彼此间隔设置于该薄型透光基板，且上述Micro LED晶粒总面积小于该薄型透光基板面积的十分之一，上述Micro LED晶粒的主发光波长分别为红色、蓝色及绿色，且分别具有一个主发光方向；

一封盖透光板，供上述Micro LED晶粒朝向上述主发光方向所发光束穿透；

一透光接合层，该透光接合层是以具透光性的一胶性基材制成，该透光接合层被密封于上述薄型透光基板与该封盖透光板之间。

本发明提供的一种具有穿透式显示设备的增强现实显示器，包括：

一具有一特定曲度的穿戴主体；一增强现实处理装置，设置于该穿戴主体；

一穿透式显示设备，设置于该穿戴主体且连结于该增强现实处理装置，该穿透式显示设备包括：

布局有金属电路的一薄型透光基板，厚度小于1.0mm，具有与该穿戴主体相对应的曲度；

一封盖透光板，供上述Micro LED晶粒朝向上述主发光方向所发的光束穿透，该封盖透光板具有与该薄型透光基板相对应的曲度；

相较于现有技术，本发明提供的穿透式显示设备，藉由透光度高的薄型透光基板、封盖透光板及透光接合层，搭配彼此间隔设置的Micro LED晶粒，使穿透式显示设备能有高度的透光率，且因为Micro LED晶粒尺寸极小，可使穿透式显示设备较习知的显示器容纳更多晶粒，让穿透式显示设备具有高分辨率的画质，进一步搭配遮光板，增加产品使用弹性。此外，本发明将穿透式显示设备应用于增强现实显示器，更能将高分辨率的虚拟图像与实际影像迭合，使增强现实的效果更接近真实，尤其可以选择增加遮光板，并且自由调节透光率，可以随使用者需求转作为虚拟现实显示器。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例提供的穿透式显示设备的示意图。

图2为图1实施例的剖视图。

图3为本发明第二较佳实施例提供的穿透式显示设备的示意图。

图4为本发明具有穿透式显示设备的增强现实显示器之第一较佳实施例的架构图。

图5为图4实施例的外部结构示意图。

图6为图5实施例的剖视图。

图7为本发明具有穿透式显示设备的增强现实显示器之第二较佳实施例的剖视图。

其中：11为挡风玻璃；12、32、43为穿透式显示设备；13、33、44为薄型透光基板；14、34、45为Micro LED晶粒；15、35、46为透光接合层；16、36、47为封盖透光板；20、30、50为使用者；31为玻璃窗；37、49为可调式遮光板；38为控制器；40为增强现实显示器；41为穿戴主体；42为增强现实处理装置；48为光学镜头组。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修改同样落入本发明权利要求所限定的范围。

第一较佳实施例(穿透式显示设备)

本发明穿透式显示设备的第一较佳实施例如图1所示，本实施例中穿透式显示设备12是设置于汽车的挡风玻璃11，穿透式显示设备12上显示有车速、车况、导航等重要的行车信息，且穿透式显示设备12的可见光穿透率高，因此不会阻挡驾驶人的视线，且行车信息是显示于挡风玻璃11上，驾驶人不需要低头查看仪表板上的行车信息，避免忽略抬头与低头时外界环境产生的快速变化，并减缓眼睛焦距需要不断调整产生的不适。

图2为图1实施例的剖视图，为了方便表示对应关系，图中穿透式显示设备12与挡风玻璃11为分离的状态，而穿透式显示设备12具有与挡风玻璃11相对应的曲度，使两者贴合时能有良好的密合度。穿透式显示设备12包含厚度小于1.0mm的薄型透光基板13、复数个Micro LED晶粒14、透光接合层15和封盖透光板16；薄型透光基板13上布局有极细微的金属电路，供彼此间隔设置于薄型透光基板13的Micro LED晶粒14电性导接，Micro LED晶粒14的长宽尺寸均小于100微米，并且依照晶粒正向立体角的发光强度差异，界定出一个立体角范围通常为炮弹型的主发光方向，本实施例中各晶粒的主发光方向朝向图式左侧的驾驶人眼睛，藉此提供驾驶人图像数据。

穿透式显示设备12的每一个画素是以主发光波长分别为红色、蓝色及绿色的晶粒构成，使得穿透式显示设备12画面直接呈现各Micro LED晶粒发光基准颜色，藉此凸显穿透式显示设备12的色彩鲜艳度。为了维持穿透式显示设备12的透明度，Micro LED晶粒14的总面积约略小于薄型透光基板13的十分之一，让光线可以从画素彼此之间的间隔穿透。封盖透光板16则设置于Micro LED晶粒14主发光方向上，供Micro LED晶粒14所发光束穿透，并保护Micro LED晶粒14，避免受外力磨损或受潮。薄型透光基板13和封盖透光板16之间密封有透光接合层15，透光接合层15是以具透光性的胶性基材固化而成，分布于Micro LED晶粒14的间隔中，使薄型透光基板13和封盖透光板16能稳固结合。

因为薄型透光基板13、透光接合层15和封盖透光板16的可见光穿透率高，加上Micro LED晶粒14彼此间一定的间隔，可让足以维持透明度的光线穿透。当使用者20驾驶交通工具时，因为穿透式显示设备12的可见光穿透率高，使得挡风玻璃11相反于使用者20的另一侧的外部光线可以穿透挡风玻璃11以及穿透式显示设备12，让使用者20能同时看到交通工具外的路况，以及穿透式显示设备12所显示的影像，解决驾驶中需要低头观看仪表板的问题，并提升驾驶的舒适度。

第二较佳实施例(穿透式显示设备)

图3所示为本发明穿透式显示设备的第二较佳实施例，与前一实施例相同部分于此例不再赘述，仅就差异部分提出说明。本实施例中穿透式显示设备32不具有曲度，且是设置于玻璃帷幕建筑物的玻璃窗31的内侧，作为对外侧发光的广告墙；穿透式显示设备32包含薄型透光基板33、复数个Micro LED晶粒34、透光接合层35和封盖透光板36，且是以封盖透光板36贴近玻璃窗31的方向设置，使Micro LED晶粒34所发光束能朝建筑物外侧照射，让大楼外侧路过的使用者30能够看到穿透式显示设备32的画面。另方面，由于穿透式显示设备32的可见光穿透率高，建筑物外侧的光线也能同时朝建筑物内部照射，使建筑物内的工作环境维持一定的天光照明。

穿透式显示设备32在远离封盖透光板36侧，可进一步设置可调式遮光板37，本实施例中可调式遮光板37为具有复数液晶分子的液晶板，液晶分子可受控制器38控制，改变液晶分子的排列方式，藉此阻挡外部过强的太阳光线照射进入建筑物内部，或藉此改变照射进入建筑物内部光线的强度。当然，如熟悉本技术领域人士所能轻易理解，可调式遮光板也可改采具有可动式窗片的百叶窗，控制光线照射进入建筑物内部的程度。此外，当建筑物一楼的工作人员不希望内部工作情况被过路的使用者看见时，也可以选择将后方的可调式遮光板37调节为不透光模式，即可达成各自需求。

第一较佳实施例(增强现实显示器)

上述实施例中的穿透式显示设备，更可应用于增强现实显示器，如图4至图6中具有穿透式显示设备的增强现实显示器的第一较佳实施例所示，其中图4为架构图、图5为增强现实显示器40的外部结构示意图以及图6为增强现实显示器40的剖视图。增强现实显示器40包括穿戴主体41、增强现实处理装置42及穿透式显示设备43，穿戴主体41是供配戴于使用者50的头部，让使用者50的眼睛能够同时看到穿透式显示设备43的显示画面以及增强现实显示器40外部的实际影像。

穿透式显示设备43具有与前一实施例相同的结构，包括薄型透光基板44、复数个Micro LED晶粒45、透光接合层46、封盖透光板47以及光学镜头组48，本实施例中具有一增强现实处理装置42设置于穿戴主体41，并且与穿透式显示设备43连结，使增强现实处理装置42能够将影像讯号传送至薄型透光基板44，使Micro LED晶粒45显示出影像画面。本实施例中薄型透光基板44是以较坚固耐磨的材质制成，设置于靠近穿戴主体41外侧处，外部实际影像的光线会从薄型透光基板44照射进入穿戴主体41内部。由于穿透式显示设备43所发的光线，会被光学镜头组48所偏折，藉由光学镜头组48改变Micro LED晶粒45所发光束的方向，让穿透式显示设备43的光源发光在远离使用者50眼睛侧面够成虚像，藉以避免穿透式显示设备距离使用者眼睛太近，无法提供充分距离让影像成像于用户眼底的问题。因此，使用者穿戴此面罩后，即可自行将虚拟图像与实体世界混合，提供例如抓宝等游戏的立体影像。当然，如熟悉本技术领域人士所能轻易理解，此处所谓光学镜头组，仅是作为偏折光线的装置总称，并不局限镜头的形式，尤其如果位在Micro LED晶粒45和用户之间的光学镜头组会造成后方真实世界影像的失真，亦可在Micro LED晶粒的后方设置另一组补偿光学透镜，藉此消除后方透射而来的真实世界影像经过上述光学镜头组所造成的失真。

第二较佳实施例(增强现实显示器)

增强现实显示器更可以如图7所示，设置可调式遮光板49于薄型透光基板44相反于Micro LED晶粒45主发光方向的一侧，可调式遮光板49在本实施例中，为具有复数液晶分子的液晶板，增强现实处理装置42能同步改变液晶分子的排列方式，使液晶分子的光穿透率能够被改变，当增强现实显示器外部的光线完全被可调式遮光板49阻隔时，使用者50仅能看到穿透式显示设备43的影像，使增强现实显示器也能够具有虚拟现实的效果，可以让使用者直接进入影片或游戏的世界。当然，即使在前述第一实施例中，也可经由增设例如液晶材质的可调式遮光板，藉以智能控制调节，藉此造成全面性或部分区域性的透光率降低，避免车外环境的逆光或反射光等，使得行车安全可以进一步提升。

综上所述，本发明的穿透式显示设备，藉由透光度高的薄型透光基板、封盖透光板及透光接合层，搭配彼此间隔设置的画素，使穿透式显示设备能有高度的可见光穿透率；且在相同的显示范围下，能够有较一般穿透式显示器高的分辨率和更佳的色彩鲜艳度，尤其不须经由液晶调节各画素亮度，让晶粒直接依照通电强弱显示亮暗，节约能源使用而可延长待机或操作时间；具有穿透式显示设备的增强现实显示器，更透过高分辨率的穿透式显示设备，让使用者能体验更佳的增强现实，尤其可视情况将增强现实切换为虚拟现实，适应不同需求而能提供使用弹性。

Claims

1.一种穿透式显示设备，其特征是，包括：

布局有金属电路的一薄型透光基板，厚度小于1.0mm；

2.如权利要求1项所述的穿透式显示设备，其特征是，进一步包括一可调式遮光板，设置于该薄型透光基板远离该封盖透光板的一侧。

3.如权利要求2所述的穿透式显示设备，其特征是，该可调式遮光板为一具有复数液晶分子的液晶板，藉此阻挡至少部分外部光线穿透。

4.如权利要求2所述的穿透式显示设备，其特征是，该可调式遮光板为一具有复数个可动式窗片的百叶窗，供阻挡至少部分外部光线穿透。

5.如权利要求1所述的穿透式显示设备，其特征是，上述Micro LED晶粒的尺寸小于100微米。

6.一种具有穿透式显示设备的增强现实显示器，其特征是，包括：

一具有特定曲度的穿戴主体；

一增强现实处理装置，设置于该穿戴主体；

一透光接合层，该透光接合层是以具透光性的一胶性基材制成，该透光接合层被密封于上述薄型透光基板与该封盖透光板间。

7.如权利要求6所述的具有穿透式显示设备的增强现实显示器，其特征是，进一步包括一设置于该穿透式显示设备至少一侧的光学镜头组，供改变上述Micro LED晶粒所发上述光束的主发光方向。

8.如权利要求6所述的具有穿透式显示设备的增强现实显示器，其特征是，进一步包括一可调式遮光板，设置于该薄型透光基板相反于上述Micro LED晶粒的上述主发光方向的一侧。

9.如权利要求8所述的具有穿透式显示设备的增强现实显示器，其特征是，该可调式遮光板为一液晶板，包括有复数受该增强现实处理装置控制而同步改变其光穿透率的液晶分子，藉此阻挡至少部分外部光线穿透。