CN111751991A

CN111751991A - 头戴式显示器及其背光装置

Info

Publication number: CN111751991A
Application number: CN202010084246.7A
Authority: CN
Inventors: 蔡育根; 杨博森; 万湘庭; 陈宇恒; 丁领亿
Original assignee: HTC Corp
Current assignee: HTC Corp
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-02-10
Publication date: 2020-10-09
Also published as: TW202036118A; US20200310124A1; TWI748325B

Abstract

本发明公开一种头戴式显示器及背光装置。背光装置适用于头戴式显示器。背光装置包括光导组件、光源以及菱镜结构。光源设置在光导组件的一侧边。菱镜结构具有第一表面以相邻光导组件的第一表面。菱镜结构的第一表面上具有凸起的多个角锥。角锥以数组方式进行排列。

Description

头戴式显示器及其背光装置

技术领域

本发明涉及一种头戴式显示器及其背光装置，且特别是涉及一种可提供准直(collimated)背光光束的头戴式显示器及其背光装置。

背景技术

随着电子技术的进步，在电子装置中，提供高质量的视觉系统，成为一种趋势。近年来，应用在头戴式显示器的高质量立体影像的虚拟现实以及扩增实境的显示技术成为一种新的流行。

头戴式显示器可通过背光装置来产生光束，并搭配显示面板来产生影像光束，并使影像光束投射至用户，以产生视觉效果。在现有技术领域中，背光装置的光束产生方式可分为直下式以及侧入式两种。然而无论是那一种产生方式，现有的背光装置投射出各个光束，都是大范围的散开，并以相对大的视角投射出去。如此一来，现有的背光光束的所提供亮度受到限制。若在要产生足够大亮度的影像光束时，则需要提升背光装置的驱动电流，造成功率上的消耗。

发明内容

本发明是针对一种头戴式显示器以及其背光装置，可提供准直背光光束，并提升显示影像的亮度。

根据本发明的实施例，背光装置适用于头戴式显示器。背光装置包括光导组件、光源以及菱镜结构。光源设置在光导组件的侧边。菱镜结构具有第一表面以相邻光导组件的第一表面。菱镜结构的第一表面上具有凸起的多个角锥。角锥以数组方式进行排列。

根据本发明的实施例，头戴式显示器包括显示面板、透镜组以及如上所述的背光装置。透镜组配置在显示面板的第一表面的外侧。背光装置配置在该显示面板的第二表面的外侧。其中显示面板的第一表面与显示面板的第二表面相对。

基于上述，本发明的实施例的背光装置通过在菱镜结构上设置多个凸起角锥，以使背光装置所产生的光束具有聚光效果。本发明的头戴式显示器并可通过具有凸起角锥的菱镜结构，可有效提升显示光束的亮度，并降低功率的消耗。

附图说明

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明一实施例的背光装置的示意图；

图2为本发明一实施例的头戴式显示器的示意图；

图3A以及图3B为本发明实施例的菱镜结构的角锥的实施方式的示意图；

图4为本发明另一实施例的背光装置的剖面结构示意图；

图5A以及图5B分别为本发明实施例的背光装置所产生的子光束的发射角的分布示意图。

附图标号说明

100、210、400、510：背光装置；

110、410：光导组件；

120：光源；

130、420：菱镜结构；

131～13N、300、300-11～300-MN：角锥；

200：头戴式显示器；

220：显示面板；

230：透镜组；

240：使用者；

31～34：斜边；

310：底面；

430：反射层；

440：软性电路板；

450：金属背盖；

460：空气间隙；

470：边带；

A1、A2：角度；

CE、MAX、MIN：发射角；

CEV、MAXV、MINV：曲线；

HT：高度；

ILB1～ILB3：影像光束；

ILB11、ILB13：子影像光束；

LS1、LS2：源光束；

LS1’、LS2’、LB1、LB2、LB：光束；

SF11、SF13、SF21：第一表面；

SF12、SF22、SF14：第二表面；

TP：顶点。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。

请参照图1，图1绘示本发明一实施例的背光装置的示意图。背光装置100包括光导组件110、光源120以及菱镜结构130。在本实施例中，背光装置100为一侧入式背光装置。光源120设置在光导组件110的侧边。光源120产生源光束LS1、LS2，并传送源光束LS1、LS2至光导组件110中。光导组件110使源光束LS1、LS2产生一次或多次的反射动作，由光导组件110的第一表面SF11发射出光束LS1’以及LS2’。

在本实施例中，光导组件110的第一表面SF11并与菱镜结构130相耦接。菱镜结构130在第一表面SF13上具有凸起的多个角锥131～13N。角锥131～13N可以数组的方式排列在菱镜结构130在第一表面SF13上，并与光导组件110的第一表面SF11相接触。

发射出光束LS1’以及LS2’被投射至角锥131～13N，并通过角锥131～13N的折射动作，可在菱镜结构130的第二表面SF14产生多个光束LB1、LB2，其中，菱镜结构130的第二表面SF14以及第一表面SF13为相对的两个侧面。在本实施例中，在头戴式显示器的应用中，光束LB1、LB2可作为背光光束，并被投射至显示面板上，用于产生影像光束。

值得注意的，在本实施例中，各个光束LB1、LB2中可包括多个子光束。而通过角锥131～13N的折射作用，每一光束(以光束LB1为范例)中所包括的多个子光束可产生相互集中效果。具体来说明，每一光束中所包括的多个子光束的发射角可以被限制在一个参考值以下。如此一来，每一光束的亮度可以有效的获得提升。

附带一提的，本发明实施例的光源120可以是发光二极管，或者也可以由其他类型的各种发光组件来建构。

以下请参照图2，图2绘示本发明一实施例的头戴式显示器的示意图。头戴式显示器200包括背光装置210、显示面板220以及透镜组230。在本实施例中，透镜组230、显示面板220以及背光装置210依序配置。其中，透镜组230可配置在显示面板220的第一表面SF21的外侧，背光装置210则可配置在显示面板220的第二表面SF22的外侧。背光装置210可应用上述实施例的背光装置100来实施。背光装置210所发送的光束(例如光束LB1、LB2)被传送至显示面板220，可使显示面板220对应产生多个影像光束ILB1～ILB3。影像光束ILB1～ILB3被投射至透镜组230，并通过透镜组230的折射动作，以被传送至用户240来产生视觉效果。

在图2中，以影像光束ILB1为范例，基于背光装置210所发送的光束，对应产生的影像光束ILB1包括多个子影像光束ILB11～ILB13。其中，子影像光束ILB11与ILB12的发射角夹角为角度A1，子影像光束ILB12与ILB13的发射角夹角为角度A2，其中角度A1+A2低于参考值，参考值例如为10度。以子影像光束ILB12为中心子影像光束为范例，角度A1、A2可以不大于5度。

如此一来，影像光束ILB1～ILB3的发射范围可以被集中，亮度可以有效的被提升。而在影像光束ILB1～ILB3的亮度可以有效提升的前提下，背光装置210所需的消耗功率也可以有效被降低，达到省电的效能。

此外，通过集中影像光束的ILB1～ILB3的发射范围，还可以有效降低显示显像中所产生的杂散光，降低在影像中产生鬼影的情形。

在本实施例中，透镜组230可以由一个或多个同类型或不同类型的透镜所组成，没有固定的限制。

以下请参照图3A以及图3B，图3A以及图3B绘示本发明实施例的菱镜结构的角锥的实施方式的示意图。在图3A中，菱镜结构可具有多个角锥300。角锥300具有矩形的底面310、顶点TP以及多个斜边31～34。在本实施方式中，斜边31～34的长度可以均相同，也可以部分相同，或者也可以均不相同。顶点TP对底面310的垂直投影可以落在底面310的几何中心上，也可以不落在底面310的几何中心上，没有固定的限制。

在本发明的其他实施例中，角锥300的底面310也可以不是矩形，而可以是任意形状，例如圆形、椭圆形或任意多边形。

图3B为菱镜结构的俯视图。其中菱镜结构上设置以数组排列的多个角锥300-11～300-MN。角锥300-11～300-MN的每一个可以设计如角锥300，其中，所有的角锥300-11～300-MN的倾斜角不需要相同。

角锥300-11～300-MN的每一个用以汇聚投射至菱镜结构的多个子光束，并使背光装置所产生的光束具有聚光的效果。

以下请参照图4，图4绘示本发明另一实施例的背光装置的剖面结构示意图。背光装置400包括光导组件410、菱镜结构420、反射层430、软性电路板440、金属背盖450以及边带(rim tape)470。在本实施例中，光导组件410与菱镜结构420重叠配置于光导组件410的第一表面SF11。反射层430则与光导组件410的第二表面SF12重叠配置。另外，反射层430、软性电路板440、金属背盖450则依序相互重叠配置。

在另一方面，边带470通过空气间隙460覆盖菱镜结构420。

在本实施例中，反射层430用以阻挡光束由光导组件410的第二表面SF12逸出。软性电路板440则用以连接至光导组件410侧边上的光源(例如发光二极管)，用以传输驱动信号至光源。

请参照图5A以及图5B，图5A以及图5B分别绘示本发明实施例的背光装置所产生的子光束的发射角的分布示意图。在图5A中，背光装置510所提供的多个光束LB所具有的多个子光束中，其中位于中心位置的子光束的发射角CE，与最高位置的子光束的发射角MAX以及与最低位置的子光束的发射角MIN，其角度范围不会超过预设的参考值的一半。也就是说，通过本发明实施例的背光装置，背光装置所产生的每一光束的子光束的发射角可以限制在一定的范围中，有效提升发光强度。

在图5B中，随着光束在背光装置上发生位置的高度HT变化，曲线CEV表示光束的中心位置子光束的发射角的变化曲线；曲线MAXV表示光束的最高位置子光束的发射角的变化曲线；以及曲线MINV表示光束的最低位置子光束的发射角的变化曲线。由图5B可以清楚发现，在本发明实施例中，曲线MAXV、曲线MINV、曲线CEV恒定的分布在一个固定的范围(正负5度间)中，其中曲线MAXV以及曲线MINV的差值对应任意的高度HT，都不会大于参考值(例如为10度)。

综上所述，本发明的背光装置以及头戴式显示器通过在菱镜结构上设置多个凸起角锥，以使背光装置所产生的光束具有聚光效果。可有效提升显示光束的亮度，并降低功率的消耗。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种背光装置，适用于头戴式显示器，其特征在于，包括：

光导组件；

光源，设置在所述光导组件的侧边；以及

菱镜结构，其中所述菱镜结构具有第一表面以相邻所述光导组件的第一表面，所述菱镜结构的所述第一表面上具有凸起的多个角锥，所述多个角锥以数组方式进行排列。

2.根据权利要求1所述的背光装置，其特征在于，所述菱镜结构的第二表面上产生多个光束，各所述光束由多个子光束所构成，各所述光束的该些子光束的发射角的范围低于参考值，其中所述菱镜结构的所述第二表面与所述菱镜结构的所述第一表面相对。

3.根据权利要求2所述的背光装置，其特征在于，所述参考值为10度。

4.根据权利要求2所述的背光装置，其特征在于，所述多个角锥与所述光导组件的所述第一表面相接触。

5.根据权利要求2所述的背光装置，其特征在于，还包括：

反射层，具有第一表面与该光导组件的第二表面相互重叠，其特征在于，所述光导组件的所述第一表面与所述光导组件的所述第二表面相对。

6.根据权利要求1所述的背光装置，其特征在于，还包括：

软性电路板；以及

金属背盖，

其中所述反射层、所述软性电路板以及所述金属背盖依序重叠配置。

7.一种头戴式显示器，其特征在于，包括：

显示面板；以及

透镜组，配置在所述显示面板的第一表面的外侧；

背光装置，配置在所述显示面板的第二表面的外侧，所述被背光装置包括：

光导组件；

光源，设置在所述光导组件的侧边；以及

菱镜结构，其中所述菱镜结构具有第一表面相邻所述光导组件的第一表面，所述菱镜结构的所述第一表面上具有凸起的多个角锥，所述多个角锥以数组方式进行排列，其中所述显示面板的所述第一表面与所述显示面板的所述第二表面相对。

8.根据权利要求7所述的头戴式显示器，其特征在于，所述菱镜结构的第二表面上产生多个光束，各所述光束由多个子光束所构成，各所述光束的该些子光束的发射角的范围低于参考值，其中所述菱镜结构的所述第二表面与所述菱镜结构的所述第一表面相对。

9.根据权利要求7所述的头戴式显示器，其特征在于，所述参考值为10度。

10.根据权利要求7所述的头戴式显示器，其特征在于，所述多个角锥与所述光导组件的所述第一表面相接触。