CN113589527A - 基于MicroLED显示的增强现实眼镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MicroLED显示的增强现实眼镜，镜片的内表面设置有MicroLED显示单元，所述MicroLED显示单元包括透明基板以及在所述透明基板上以阵列排列的像素单元，所述像素单元包括驱动单元和MicroLED芯片，所述驱动单元设置在所述透明基板与所述MicroLED芯片之间，所述MicroLED芯片包括可见光MicroLED芯片和红外光MicroLED芯片，所述可见光MicroLED芯片所发出的光在可见光波段，所述红外光MicroLED芯片所发出的光在红外波段，MicroLED芯片的顶面为透明出光层。MicroLED显示单元的透光率高于65％，避免影响眼镜的透光性，可见光MicroLED芯片可以提高显示的亮度，同时将红外光MicroLED芯片集成在MicroLED显示单元阵列内，能够为眼球提供均匀的、结构化的红外照明，有效提高眼球追踪稳健性。

Description

基于MicroLED显示的增强现实眼镜

技术领域

本发明涉及智能眼镜领域，特别是一种基于MicroLED显示的增强现实眼镜。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，AR)技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术。AR智能眼镜作为智能可穿戴设备的主要产品，将在人们的生产生活等方面发挥重要的应用。AR智能眼镜拥有广阔的市场价值，融资占比逐年走高。各大公司也争先布局AR智能眼镜，比如谷歌、微软、苹果、索尼、Magic Leap等都相继发布了有关AR智能眼镜的技术和产品计划。根据不同的场景以及不同的要求，AR眼镜都有着广泛的应用。在医疗方面，AR智能眼镜可以作为工具在诊疗过程和日常工作上帮助医生解决问题，如利用AR技术轻易地进行手术部位的精确定位。在教育方面，AR技术有潜力成为教育领域的标准工具，能够变革学生在基础教育和高等教育阶段的受教方式。教师可以利用增强现实技术让学生们在3D环境中与物体进行互动。在工业应用方面，可以通过AR眼镜实现远程指导、远程辅助以及远程售后服务。AR眼镜面临的主要技术难题包括：(1)如何提供高亮度的显示图像，由于AR眼镜为眼球提供的AR图像以环境光为背景，AR图像必须有足够高的亮度，否则会被环境背景光掩盖，现有的技术方案主要依靠镜片内的全反射波导效应进行扩瞳，光路的光学效率很低，导致亮度受损；(2)如何有效地实现眼球追踪，AR眼镜的图像必须跟随人眼眼球的转动进行图像调整，才能满足沉浸式使用体验的要求，因此必须监控眼球的转动，现有的技术方案通过红外光源持续照射眼球，由红外相机拍摄眼球的图像并识别判断出眼球中心线的方位从而实现眼球追踪，但是如何在眼镜框狭小的空间内进行红外光源的排布，给眼球表面提供均匀的照度，往往成为眼球追踪的瓶颈；(3)如何减轻重量，减重是可穿戴设备永恒的追求方向，AR眼镜的显示模块、电池模块是最有希望降低重量的组件，通过提高显示模块的电光转换效率，能够延长待机时长、减小电池重量。

MicroLED显示采用尺寸在几微米至几十微米之间的MicroLED芯片作为像素单元。由于MicroLED芯片具有自发光、高效、长寿命等优势，MicroLED显示具有高亮度、高效率、高可靠性等诸多优点，是AR智能眼镜的理想显示单元，能够同时解决提高亮度和降低重量两个难题。中国专利CN110610668A在AR智能眼镜的镜片上设置MicroLED芯片和光伏发电单元，进行AR显示的同时，光伏发电单元将照射到眼镜镜片上的部分环境光转化为电能，其缺点在于，MicroLED芯片和光伏发电单元设置于眼球前方遮挡/吸收进入眼球的环境光，造成“墨镜”效应，使用者会有严重的视觉不适。

中国专利CN110824699A、CN305791180S等均提供了AR眼镜的眼球追踪技术方案，通过在眼镜框内侧排布多颗红外LED光源，给眼球表面提供红外照射，但是由于眼镜框内侧排布的红外LED光源均只能斜向照射眼球，红外相机通常只能拍摄到眼球的部分图像，给眼球追踪造成困难。

有鉴于此，需要提出一种能够同时提高MicroLED显示亮度和眼球追踪效果的增强现实眼镜技术方案。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本申请的实施例提出了一种基于MicroLED显示的增强现实眼镜来解决以上的问题。

本申请的实施例提出了一种基于MicroLED显示的增强现实眼镜，包括镜片框、设置在镜片框内的镜片以及安装在镜片框两侧的镜腿，至少一个镜片的内表面设置有MicroLED显示单元，所述MicroLED显示单元包括透明基板以及在所述透明基板上以阵列方式排列的像素单元，所述像素单元包括驱动单元和MicroLED芯片，所述驱动单元设置在所述透明基板与所述MicroLED芯片之间，所述MicroLED芯片包括可见光MicroLED芯片和红外光MicroLED芯片，所述可见光MicroLED芯片所发出的光在可见光波段，所述红外光MicroLED芯片所发出的光在红外波段。

在可选的实施例中，所述可见光MicroLED芯片所发出的光的波长在400纳米至780纳米之间，所述红外光MicroLED芯片所发出的光的波长在810纳米至960纳米之间。

在可选的实施例中，所述可见光MicroLED芯片包括第一MicroLED芯片、第二MicroLED芯片和第三MicroLED芯片，所述第一MicroLED芯片所发出的光的波长在400纳米至500纳米之间，所述第二MicroLED芯片所发出的光的波长在500纳米至600纳米之间，所述第三MicroLED芯片所发出的光的波长在600纳米至780纳米之间。

在可选的实施例中，所述透明基板通过透明胶层粘合在所述镜片上，所述像素单元之间设置有透光间隙，所述MicroLED显示单元的透光率高于65％。

在可选的实施例中，所述MicroLED显示单元与所述镜片框之间设置有连接排线，所述镜片框内设置有连接线缆，所述镜腿内设置有控制模块和电池，通过所述连接线缆将所述连接排线与所述控制模块、电池进行连接。

在可选的实施例中，所述MicroLED显示单元的所述透明基板上还设置有至少四根连接线路，通过所述连接线路将所述连接排线与所述驱动单元进行连接。

在可选的实施例中，所述驱动单元为薄膜晶体管，所述薄膜晶体管之间设置有绝缘层，所述薄膜晶体管的顶面设置有焊盘，所述MicroLED芯片为倒装结构，所述MicroLED芯片的底面为焊接引脚，所述焊接引脚焊接在所述焊盘上，所述MicroLED芯片的顶面为出光面，所述MicroLED芯片的长和宽均小于100微米。

在可选的实施例中，同一个像素单元内的所述MicroLED芯片之间设置有光扩散介质。

在可选的实施例中，所述MicroLED芯片上方覆盖有透明密封层。

在可选的实施例中，所述MicroLED显示单元的面积小于或等于所述镜片的面积。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)半透明的MicroLED显示单元贴合在镜片上，出光直接照射向眼睛，从而能够提供较高亮度的AR成像；

(2)半透明的MicroLED显示单元内不仅有用于成像的可见光MicroLED芯片，还有用于眼球追踪的红外光MicroLED芯片，红外光MicroLED芯片集成在MicroLED显示单元阵列内，能够为眼球提供均匀的、结构化的红外照明，有效提高眼球追踪稳健性。

(3)避免造成体积厚、难以集成、光线相互遮挡等一系列问题，可以满足可穿戴设备的高集成度要求。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1为本申请的实施例一的基于MicroLED显示的增强现实眼镜的结构示意图；

图2为本申请的实施例二的基于MicroLED显示的增强现实眼镜的结构示意图；

图3为本申请的实施例二的基于MicroLED显示的增强现实眼镜的MicroLED芯片分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例一

请参考图1，一种基于MicroLED显示的增强现实眼镜包括镜片框1、镜腿2和镜片3，所述镜片3、镜腿2均设置有两个，所述镜片3嵌入在所述镜片框1中，所述镜腿2设置在所述镜片框1的左右两侧，其中至少一个镜片3的内表面设置有MicroLED显示单元4，所述MicroLED显示单元4包括透明基板和像素单元，若干个像素单元在透明基板上排布成阵列，所述每个像素单元包括驱动单元和MicroLED芯片5，所述驱动单元设置在透明基板与MicroLED芯片5之间，所述MicroLED芯片5包括可见光MicroLED芯片和红外光MicroLED芯片，所述可见光MicroLED芯片所发出的光在可见光波段，用于实现单色显示；所述红外光MicroLED芯片所发出的光在红外波段，用于为眼球追踪提供结构光照明。并且驱动单元与MicroLED芯片5一一对应，每一颗MicroLED芯片5均有一个独立的驱动单元控制该MicroLED芯片5的电流大小，从而对其发光进行控制。具体地，所述可见光MicroLED芯片所发出的光的波长在400纳米至780纳米之间，所述红外光MicroLED芯片所发出的光的波长在810纳米至960纳米之间。因此本发明的增强现实眼镜不仅可以提供高亮度的显示图像，还可以实现眼球追踪，将红外光MicroLED芯片也同时集成在MicroLED显示单元4内，可以有效减轻装置的重量。

在具体的实施例中，所述像素单元之间设置有透光间隙，同一像素单元内的MicroLED芯片5之间设置有光扩散介质。MicroLED芯片5上方还覆盖有透明密封层。所述透明基板通过透明胶层粘合在所述镜片3上，所述MicroLED显示单元4的透光率高于65％。由于MicroLED显示单元4具有较高的透光率，避免影响眼镜的透光性，可以减小使用者的视觉不适。

在具体的实施例中，所述MicroLED显示单元4与镜片框1之间设置有连接排线41，连接排线41设置在镜片框1的最边缘，所述镜片框1内设置有连接线缆，所述镜腿2内设置有控制模块和电池，所述连接线缆将所述连接排线41与所述控制模块、电池进行连接。MicroLED显示单元4的透明基板上还设置有至少四根连接线路，所述连接线路将所述驱动单元与所述连接排线进行连接。电池为MicroLED显示单元4提供电源，控制模块与驱动单元结合可以控制MicroLED芯片5的发光以及MicroLED显示单元4的显示。

所述可见光MicroLED芯片根据控制模块提供给驱动单元的电信号，实现不同的灰阶的亮度，从而整个可见光MicroLED芯片的阵列整体呈现出显示画面。该显示画面位于镜片上，并且MicroLED显示单元4本身透明，从而人眼会从镜片看到一个叠加在现实物理环境上的显示图像，从而实现增强现实显示。

所述红外光MicroLED芯片根据眼球追踪的工作模式，控制模块提供给驱动单元的电信号的时序不同，从而具体可分为两种工作状态。其一为常亮状态，控制模块同时提供给红外光MicroLED芯片对应的驱动单元相同的电信号，即MicroLED显示单元4中所有的红外光MicroLED芯片全部同时点亮，为眼球表面提供高照度的红外光线；其二为扫描状态，控制模块同时提供给位于阵列中同一行(或同一列)的红外光MicroLED芯片对应的驱动单元相同的电信号，即MicroLED显示单元4中位于阵列中同一行(或同一列)的红外光MicroLED芯片同时点亮，并进行逐行(或逐列)扫描，为眼球表面提供结构化的红外光线照射。

在具体的实施例中，所述驱动单元为薄膜晶体管，所述薄膜晶体管之间还设置有绝缘层，所述薄膜晶体管的顶面设置有焊盘，所述MicroLED芯片5为倒装结构，所述MicroLED芯片5的底面为焊接引脚，所述焊接引脚焊接在所述焊盘上，MicroLED芯片5的顶面为出光面，所述MicroLED芯片5的长和宽均小于100微米。

在具体的实施例中，所述MicroLED显示单元4的面积小于所述镜片3的面积的1/2，且MicroLED显示单元4设置于靠近所述镜片3上边缘的位置。在其他实施例中，所述MicroLED显示单元4的面积和在镜片3上的位置可以根据需求进行设置。所述MicroLED显示单元4不需要占据在镜片3的全部位置，可以降低成本，减轻器件的重量，并不影响AR显示的效果。

实施例二

请参考图2至图3，实施例二与实施例一的区别在于，所述可见光MicroLED芯片5包括第一MicroLED芯片51、第二MicroLED芯片52和第三MicroLED芯片53，所述第一MicroLED芯片51所发出的光的波长在400纳米至500纳米之间，峰值波长450纳米，发出蓝光。所述第一MicroLED芯片51至少含有一个多量子阱发光层，其由两种不同组分、厚度在纳米级的半导体层交替堆叠而成，所述两种半导体层的化学通式为Al_xIn_yGa_zN(其中，x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)。所述第二MicroLED芯片52所发出的光的波长在500纳米至600纳米之间，峰值波长525纳米，发出绿光。所述第二MicroLED芯片52至少含有一个多量子阱发光层，其由两种不同组分、厚度在纳米级的半导体层交替堆叠而成，所述两种半导体层的化学通式为In_yGa_zN(其中，y+z＝1，0≤y≤1，0≤z≤1)。所述第三MicroLED芯片53所发出的光的波长在600纳米至780纳米之间峰值波长628纳米，发出红光。所述第三MicroLED芯片53至少含有一个多量子阱发光层，其由两种不同组分、厚度在纳米级的半导体层交替堆叠而成，所述两种半导体层的化学通式为Al_xGa_yIn_zP(其中，x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)。这三种MicroLED芯片5用于实现三基色显示，可以实现彩色显示。红外光MicroLED芯片54所发出的光的波长在810纳米至960纳米之间，峰值波长940纳米，发出红外光，用于为眼球追踪提供结构光照明。所述红外光MicroLED芯片54至少含有一个半导体发光层，半导体发光层的化学通式为Al_xGa_yAs_z(其中，x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)。所述MicroLED显示单元4的面积大于所述镜片3面积的1/2，且MicroLED显示单元4设置于靠近所述镜片3中心的位置。所述同一像素单元内的MicroLED芯片5之间设置有光扩散介质8。所述MicroLED芯片5上方还覆盖有透明密封层9。其余部分与实施例一相同。

实施例二通过设置发出三种不同波段的光的可见光MicroLED芯片5，因此可以实现彩色显示。MicroLED显示单元4的面积和在镜片3上的位置也同样可以根据需求进行设置。

本发明公开了一种基于MicroLED显示的增强现实眼镜，该眼镜上将半透明的MicroLED显示单元贴合在镜片上，能够提供较高亮度的AR成像。半透明的MicroLED显示单元内不仅有用于成像的可见光MicroLED芯片，还有用于眼球追踪的红外光MicroLED芯片，红外光MicroLED芯片集成在MicroLED显示单元阵列内，能够为眼球提供均匀的、结构化的红外照明，有效提高眼球追踪稳健性。本发明的增强现实眼镜可以避免造成体积厚、难以集成、光线相互遮挡等一系列问题，并满足可穿戴设备的高集成度要求。

以上描述了本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。措词‘包括’并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。元件前面的措词“一”或“一个”并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。

Claims (10)

1.一种基于MicroLED显示的增强现实眼镜，包括镜片框、设置在镜片框内的镜片以及安装在镜片框两侧的镜腿，其特征在于，至少一个镜片的内表面设置有MicroLED显示单元，所述MicroLED显示单元包括透明基板以及在所述透明基板上以阵列方式排列的像素单元，所述像素单元包括驱动单元和MicroLED芯片，所述驱动单元设置在所述透明基板与所述MicroLED芯片之间，所述MicroLED芯片包括可见光MicroLED芯片和红外光MicroLED芯片，所述可见光MicroLED芯片所发出的光在可见光波段，所述红外光MicroLED芯片所发出的光在红外波段。

2.根据权利要求1所述的基于MicroLED显示的增强现实眼镜，其特征在于，所述可见光MicroLED芯片所发出的光的波长在400纳米至780纳米之间，所述红外光MicroLED芯片所发出的光的波长在810纳米至960纳米之间。

3.根据权利要求2所述的基于MicroLED显示的增强现实眼镜，其特征在于，所述可见光MicroLED芯片包括第一MicroLED芯片、第二MicroLED芯片和第三MicroLED芯片，所述第一MicroLED芯片所发出的光的波长在400纳米至500纳米之间，所述第二MicroLED芯片所发出的光的波长在500纳米至600纳米之间，所述第三MicroLED芯片所发出的光的波长在600纳米至780纳米之间。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于MicroLED显示的增强现实眼镜，其特征在于，所述透明基板通过透明胶层粘合在所述镜片上，所述像素单元之间设置有透光间隙，所述MicroLED显示单元的透光率高于65％。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的基于MicroLED显示的增强现实眼镜，其特征在于，所述MicroLED显示单元与所述镜片框之间设置有连接排线，所述镜片框内设置有连接线缆，所述镜腿内设置有控制模块和电池，通过所述连接线缆将所述连接排线与所述控制模块、电池进行连接。

6.根据权利要求5所述的基于MicroLED显示的增强现实眼镜，其特征在于，所述MicroLED显示单元的所述透明基板上还设置有至少四根连接线路，通过所述连接线路将所述连接排线与所述驱动单元进行连接。

7.根据权利要求1所述的基于MicroLED显示的增强现实眼镜，其特征在于，所述驱动单元为薄膜晶体管，所述薄膜晶体管之间设置有绝缘层，所述薄膜晶体管的顶面设置有焊盘，所述MicroLED芯片为倒装结构，所述MicroLED芯片的底面为焊接引脚，所述焊接引脚焊接在所述焊盘上，所述MicroLED芯片的顶面为出光面，所述MicroLED芯片的长和宽均小于100微米。

8.根据权利要求1所述的基于MicroLED显示的增强现实眼镜，其特征在于，同一个像素单元内的所述MicroLED芯片之间设置有光扩散介质。

9.根据权利要求1所述的基于MicroLED显示的增强现实眼镜，其特征在于，所述MicroLED芯片上方覆盖有透明密封层。

10.根据权利要求1所述的基于MicroLED显示的增强现实眼镜，其特征在于，所述MicroLED显示单元的面积小于或等于所述镜片的面积。

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