CN114355611A - 近眼显示装置以及近眼显示装置的对比度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种近眼显示装置，包括：光波导，用于接收并传输图像光和环境光，光波导包括波导基板；耦入单元，设置在波导基板的耦入区域，用于将入射到其上的图像光耦入波导基板；耦出单元，设置在波导基板的耦出区域，用于将图像光耦出至佩戴者的眼中；染料液晶光阀，设置在光波导上与佩戴者相对的一侧，用于将环境光透射到光波导，环境光的透射率与染料液晶光阀的工作电压相关；控制器，配置成可调节染料液晶光阀的工作电压，以调整耦出至佩戴者眼中的图像光与通过染料液晶光阀和光波导后的环境光的对比度。本发明可在较宽范围内调控环境光透过率，解决图像光叠加环境光对比度差的问题，还可以拓展显示装置的色域宽度，既时尚又充满科技感。

Description

近眼显示装置以及近眼显示装置的对比度调节方法

技术领域

本公开涉及AR/VR领域，尤其涉及一种近眼显示装置以及一种近眼显示装置的对比度调节方法。

背景技术

随着半导体工艺的高度发展，人与计算机之间的交互方式正在飞速发展，增强现实(Augmented Reality，简称AR)可以提供给人类以更多维度的信息，AR眼镜是增强现实领域的重要媒介之一，然而现有AR眼镜显示系统存在亮度低的问题，导致AR眼镜在明亮环境中使用存在对比度差的问题，限制了AR眼镜的推广。

现有AR眼镜采用电致变色镜片或扭曲向列相液晶光阀调节亮度。电致变色镜片采用WO3、NiO、IrO等无机过渡金属氧化物，存在响应速度慢、能耗高等问题。扭曲向列相液晶光阀为偏振依赖，需要与线偏振片搭配，而线偏振片会损失50％以上入射光，与AR波导显示系统搭配后，会导致AR眼镜应用环境受限。

背景技术部分的内容仅仅是公开发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

有鉴于现有的一个或多个缺陷，本发明涉及一种近眼显示装置，包括：

光波导，用于接收并传输图像光和环境光，所述光波导包括：

波导基板；

耦入单元，设置在所述波导基板的耦入区域上，用于将入射到其上的图像光耦入所述波导基板；和

耦出单元，设置在所述波导基板的耦出区域上，用于将入射到其上的图像光耦出至佩戴者的眼中；

染料液晶光阀，设置在所述光波导上与佩戴者相对的一侧，用于将环境光透射到所述光波导上，环境光的透射率与所述染料液晶光阀的工作电压相关；和

控制器，配置成可调节所述染料液晶光阀的工作电压，以调整耦出至佩戴者眼中的图像光与通过所述染料液晶光阀和所述光波导后的环境光的对比度。

根据本发明的一个方面，其中所述染料液晶光阀包括：覆盖第一PI配向膜的第一导电电极、覆盖第二PI配向膜的第二导电电极以及填充在所述第一PI配向膜和所述第二PI配向膜之间的染料液晶层。

根据本发明的一个方面，其中所述染料液晶层中的液晶在第一工作电压时呈垂直织构状态，在断电时呈平面织构状态。

根据本发明的一个方面，其中所述染料液晶层包括：82％-90％的液晶、5％-15％的二色性染料以及1％-4％的手性剂。

根据本发明的一个方面，其中所述染料液晶层填充于液晶盒中，第一PI配向膜与所述第二导电PI配向膜的配向方向相互垂直。

根据本发明的一个方面，其中所述染料液晶层中的液晶在第一工作电压时呈垂直织构状态，在断电时呈焦锥织构状态。

根据本发明的一个方面，其中所述染料液晶层包括：82％-90％的液晶、5％-15％的二色性染料、1％-4％的手性剂、1％-5％的液晶单体以及2％-7％的光引发剂。

根据本发明的一个方面，其中所述染料液晶层填充于液晶盒中，其中所述第一PI配向膜与所述第二PI配向膜的配向方向反向平行；所述染料液晶光阀由所述染料液晶层填充于所述液晶盒后假点固化形成。

根据本发明的一个方面，其中所述第一导电电极和所述第二导电电极为像素寻址电极，用于图形化驱动以改变所述环境光在所述染料液晶光阀上的通过区域。

根据本发明的一个方面，其中所述第一导电电极和所述第二导电电极为像素寻址电极，所述控制器还配置成根据图像内容控制所述像素寻址电极的通断，以局部调整耦出至佩戴者眼中的图像光与通过所述染料液晶光阀和所述光波导后的环境光的对比度。

根据本发明的一个方面，其中所述二色性染料为三原色的任一种或多种的组合。

根据本发明的一个方面，其中所述染料液晶光阀通过光学胶与所述光波导连接，所述染料液晶光阀与所述光波导之间设置空气层，所述光波导包括衍射光波导、体全息光波导、阵列光波导、自由曲面棱镜波导中的任一种。

根据本发明的一个方面，其中所述染料液晶光阀与所述光波导可拆卸连接。

根据本发明的一个方面，近眼显示装置还包括：光机，所述光机配置成输出所述图像光，所述控制器耦接到所述光机，并配置成调节所述光机输出的图像光的亮度和对比度。

根据本发明的一个方面，其中所述光机包括Microled光机、DLP光机、Lcos光机、MEMS光机中的任一种。

根据本发明的一个方面，其中所述控制器还配置成控制所述染料液晶光阀通电或断电，使得所述近眼显示装置在AR模式和VR模式之间进行切换。

根据本发明的一个方面，近眼显示装置还包括环境光传感器，用于感知所述环境光的亮度，所述控制器与所述环境光传感器相通讯，并配置成基于所述环境光的亮度，调节所述染料液晶光阀的工作电压。

根据本发明的一个方面，近眼显示装置还包括用户操作接口，所述用户操作接口配置成可接收关于图像光与环境光对比度的用户输入，所述控制器与所述用户操作接口耦接，并配置成根据所述用户输入调节所述染料液晶光阀的工作电压，以调整耦出至佩戴者眼中的图像光与通过所述染料液晶光阀和所述光波导后的环境光的对比度。

本发明还涉及一种如上所述的近眼显示装置的对比度调节方法，包括：

基于环境光的亮度和/或图像光的亮度，调节所述近眼显示装置的染料液晶光阀的工作电压，以调节耦出至佩戴者眼中的图像光与通过所述染料液晶光阀和所述光波导后的环境光的对比度。

本发明设计染料液晶光阀搭配AR波导的近眼显示装置，可在较宽范围内调控环境光透过率，解决图像光叠加环境光对比度差的问题，由于染料液晶光阀中的二向色性染料存在各种颜色，还可以拓展显示装置的色域宽度，可以使得近眼显示装置像墨镜一样时尚且充满科技感。

附图说明

构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明一个实施例的近眼显示装置示意图；

图2示出了本发明又一个实施例的近眼显示装置的光路示意图；

图3示出了本发明一个实施例的染料液晶光阀示意图；

图4a示出了本发明一个实施例的第一种染料液晶光阀的两种状态对比示意图；

图4b示出了第一种染料液晶光阀的工作电压VS环境光透射率曲线示意图；

图4c示出了本发明一个实施例的使用第一种染料液晶光阀的近眼显示装置示意图；

图5a示出了本发明一个实施例的第二种染料液晶光阀的两种状态对比示意图；

图5b示出了第二种染料液晶光阀的工作电压VS环境光透射率曲线示意图；

图5c示出了本发明一个实施例的使用第二种染料液晶光阀的近眼显示装置示意图；

图6示出了本发明一个实施例的像素化染料液晶光阀的近眼显示装置示意图；

图7示出了本发明一个实施例的使用环境光传感器的近眼显示装置示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明一个实施例的近眼显示装置示意图，近眼显示装置100包括光波导10、染料液晶光阀20和控制器30。具体地：

光波导10用于接收并传输图像光和环境光。光波导10包括波导基板11、耦入单元12和耦出单元13。其中，波导基板11作为传输图像光和环境光的媒介，其上设置有耦入单元12和耦出单元13。如图1所示，耦入单元12设置在波导基板11的耦入区域，用于将入射到其上的图像光耦入波导基板11。耦出单元13，设置在波导基板11的耦出区域，用于将入射到其上的图像光耦出至佩戴者的眼中。例如，近眼显示装置100还包括光机40，用于输出图像光。光波导10例如为衍射光波导，参考图2，图像光经过耦入单元12耦入至波导基板11中，然后经过多次全反射，入射到耦出单元13上，部分图像光衍射后从耦出单元13出射，部分图像光继续全反射，最终全部图像光耦出至佩戴者眼中。

根据本发明的一个优选实施例，光波导10可以为衍射光波导、体全息光波导、阵列光波导、自由曲面棱镜波导中的任一种。上述光波导类型均为现有技术，此处不再赘述。

染料液晶光阀20，设置在光波导10上与佩戴者相对的一侧，用于将环境光透射到光波导10上，环境光的透射率与染料液晶光阀20的工作电压相关。

液晶光阀是通过电压控制液晶分子的空间排布来改变光线透射率的装置。在液晶中溶解二色性染料可构成一种宾主关系,液晶为主(Host),二色性染料为宾(Guest)。在外电场作用下,染料分子随着液晶分子转动，通过对光线的吸收或反射实现光线透射率可调。其中，二色性染料具有光吸光度各向异性的性质,根据染料分子的吸收轴同分子轴的方位关系可把二向性染料分为正性二色性染料和负性二色性染料。当光线的E矢量与二向性染料的光轴垂直时,光线基本上通过；当光线的E矢量与二向性染料的光轴平行时,光线基本上被吸收。这一类染料为正性二色性染料。负性二色性染料则正好相反,根据正负性染料的特性,对光产生吸收或透过,从而改变液晶层的透射率。染料液晶光阀利用二色性染料对光选择性透过,无需偏振片,既可满足光阀的性能要求。

根据本发明的一个优选实施例，参考图3，染料液晶光阀20包括：覆盖第一PI配向膜24的第一导电电极21、覆盖第二PI配向膜25的第二导电电极22以及填充在第一PI配向膜24和第二PI配向膜25之间的染料液晶层23。结合图2，第一导电电极21和第二导电电极22优选为整片的面电极，例如为铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)或者铟锌氧化物(IndiumZinc Oxide，IZO)等透明导电材料制成。在第一导电电极21的上表面覆盖有第一PI配向膜24和第二导电电极22的下表面均覆盖有第二PI配向膜25，第一PI配向膜24和第二PI配向膜25之间填充染料液晶层23。优选地，在第一导电电极21和第一PI配向膜24之间、以及第二导电电极22和第二PI配向膜25之间均设置绝缘层(图3未示出)。在制作染料液晶光阀20时，首先在透明导电玻璃表面旋涂聚酰亚胺(PI)；然后使用摩擦机对其表面进行定向摩擦，定向摩擦使得PI表面定向锚定能，并可以使液晶产生预倾角；接着将定向后的透明导电玻璃进行异形切割后贴合为液晶盒；最后将染料液晶混合物灌入液晶盒形成染料液晶光阀。其中，透明导电玻璃表面的PI定向方向分为两种，第一种为垂直，第二种为反向平行。此处仅为示例性说明，本发明并不对染料液晶光阀的制作方法进行限定。

根据本发明的一个优选实施例，其中染料液晶层23中的液晶在第一工作电压时呈垂直织构状态(homeotropictexture)，在断电时呈平面织构状态(planar texture)。图4a示出了本发明一个实施例的第一种染料液晶光阀的两种状态对比示意图，因为液晶分子是极性分子，由于分子间的作用力，当液晶分子集合在一起时，分子长轴总是相互平行或有一个择优方向。液晶分子长轴的平均趋向的单位矢量称为液晶的指向矢，指向矢一般由极角和方位角来确定，其描述了液晶分子在空间的排列方向，可以表征液晶的宏观结构和状态。在染料液晶光阀20上施加电压时，液晶分子从一种平衡状态达到另一种平衡状态。例如，向染料液晶光阀20施加第一工作电压时，染料液晶层23的状态为垂直织构状态；断开电压时，染料液晶层23的状态为平面织构状态。调节施加于染料液晶光阀20的工作电压，可调节染料液晶层23中的分子排列方式，参考图4b，随着工作电压的增大，环境光透射率增加，从而可以通过调节染料液晶光阀20的工作电压来调节环境光的透射率。结合图4b和图4c，当工作电压为0V时，染料液晶层23处于平面织构状态，染料液晶光阀20关断，环境光透射率约为21％；当工作电压为5V时，染料液晶层23处于垂直织构状态，环境光透射率约为90％；当工作电压为2.5V时，染料液晶层23处于中间状态，环境光透射率约为55％。亦即，工作电压在0V到5V之间调节时，可控制环境光透射率在21％-90％之间变化。

根据本发明的一个优选实施例，第一种染料液晶层包括：82％-90％的液晶、5％-15％的二色性染料以及1％-4％的手性剂。具体地，在制作第一类染料液晶光阀时，将液晶(例如E7、SLC092315-200、SLC131330-000等)、手性剂(例如R6N，S811，R1011、CB15等)以及二向色性染料，按照一定比例进行混合，其中二向色性染料为棒状结构。其中，液晶占比82％-90％，二色性染料占比5％-15％，手性剂占比1％-4％，其中二色性染料的比例与最终染料液晶光阀的调光范围相关。将上述材料混合后形成染料液晶，将染料液晶通过毛吸作用灌入液晶盒形成第一类染料液晶光阀。此处仅为示例性说明，本发明并不对染料液晶光阀的制作方法进行限定。

根据本发明的一个优选实施例，第一种染料液晶层填充于液晶盒中，第一PI配向膜24与第二PI配向膜25的配向方向相互垂直。

根据本发明的一个优选实施例，其中染料液晶层23中的液晶在第一工作电压时呈垂直织构状态(homeotropictexture)，在断电时呈焦锥织构状态(focal conic texture)。图5a示出了本发明一个实施例的第二种染料液晶光阀的两种状态对比示意图，例如，向染料液晶光阀20施加第一工作电压时，染料液晶层23的状态为垂直织构状态；断开电压时，染料液晶层23的状态为焦锥织构状态。由此可见，调节施加于染料液晶光阀20的工作电压，可调节染料液晶层23中的分子排列方式，参考图5b，随着工作电压的增大，环境光透射率增加，从而可以通过调节染料液晶光阀20的工作电压来调节环境光的透射率。结合图5b和图5c，当工作电压为0V时，染料液晶层23处于焦锥织构状态，染料液晶光阀20关断，环境光透射率约为8％；当工作电压为8V时，染料液晶层23处于垂直织构状态，环境光透射率约为90％；当工作电压为4V时，染料液晶层23处于中间状态，环境光透射率约为50％。亦即，工作电压在0V到8V之间调节时，可控制环境光透射率在8％-90％之间变化。

根据本发明的一个优选实施例，第二种染料液晶层包括：82％-90％的液晶、5％-15％的二色性染料、1％-4％的手性剂、1％-5％的液晶单体以及2％-7％的光引发剂。具体地，在制作第二类染料液晶光阀时，将液晶(例如E7、SLC092315-200、SLC131330-000等)、手性剂(例如R6N，S811，R1011、CB15等)、二向色性染料、液晶单体(例如RM82、RM257、PFDA、2-EHA等)以及光引发剂(BME、Irgacure 184等)按照一定比例混合；这里液晶占比82％-90％，二色性染料占比5％-15％，手性剂占比1％-4％，液晶单体占比1％-5％，光引发剂占比2％-7％。将上述材料混合后形成染料液晶，将染料液晶通过毛吸作用灌入液晶盒形成第二类染料液晶光阀。此处仅为示例性说明，本发明并不对染料液晶光阀的制作方法进行限定。

根据本发明的一个优选实施例，第二种染料液晶层填充于液晶盒中，其中第一PI配向膜24与第二PI配向膜25的配向方向反向平行；染料液晶光阀20由第二种染料液晶层填充于液晶盒后加电固化形成。

以上通过两种不同组分比的染料液晶层23介绍了液晶状态以及染料液晶光阀20的环境光透射率。对于第一种染料液晶光阀，液晶在配向层锚定作用和手性剂扭曲作用的共同效果下形成平面织构状态，该状态液晶为螺旋结构，染料在宾主效应的作用下掺杂亦未螺旋结构对光有一定的吸收；在液晶盒两端加电，液晶在电场作用下，长轴平行电场，此时液晶为垂直织构状态，而染料跟随液晶筹取向，此状态染料和液晶长轴与液晶盒光轴平行，对光无吸收所以液晶盒为透明态。对于第二种染料液晶光阀，将液晶盒加电后使用紫外光对混合液晶中的液晶单体进行固化，固化结束后撤电，此时液晶受聚合物网格的锚定作用、手性作用、液晶配向锚定作用形成焦锥织构状态，液晶为散乱排布，染料已为散乱排布，此时染料对光有强烈吸收，且对光的吸收不依赖于偏振。两种染料液晶光阀均具有良好的环境光透射率，并且可调节的动态范围较大，可以有效解决现有的AR显示装置在明亮环境中对比度差的问题。

根据本发明的一个优选实施例，参考图2，染料液晶光阀20通过光学胶与所光波导10连接，染料液晶光阀20与光波导10之间设置空气层，避免染料液晶光阀20对光波导内部的图像光传输产生负面影响。优选地，在第一导电电极21和第二导电电极22之间设置光学胶，用以将正负电极隔离。

控制器30，配置成可调节染料液晶光阀20的工作电压，以调整耦出至佩戴者眼中的图像光与通过染料液晶光阀20和光波导10后的环境光的对比度。结合图1-3，控制器30与染料液晶光阀20的第一导电电极21以及第二导电电极22连接，用于调节施加于染料液晶光阀20的工作电压，进而改变环境光透射率。

根据本发明的一个优选实施例，近眼显示装置100还包括：光机40，配置成输出图像光，参考图1，控制器30耦接到光机40，并配置成调节光机40输出的图像光的亮度和对比度。配合染料液晶光阀20对环境光透光率的调节，可以解决图像光叠加环境光对比度差的问题。

根据本发明的一个优选实施例，其中光机40包括Microled光机、DLP光机、Lcos光机、MEMS光机中的任一种。上述光机类型均为现有技术，此处不再赘述。

综上所述，本发明使用光波导10作为图像显示窗口，光机40发出的图像光投射至光波导10的耦入单元12，在波导基板11内传输至耦出单元13后耦出进入佩戴者眼中，环境光通过染料液晶光阀20和光波导10透射后进入佩戴者眼中，图像光与环境光叠加后达到虚拟和现实混合的效果。当环境光较亮时，采用本发明的技术方案，调节图像光与环境光的对比度，有效解决现有技术中图像光直接叠加环境光后对比度差的问题。

根据本发明的一个优选实施例，染料液晶光阀20的第一导电电极21和第二导电电极22为像素寻址电极，用于图形化驱动以改变环境光在染料液晶光阀上的通过区域。参考图6，染料液晶光阀20的导电电极采用像素寻址电极，即电极可像素化驱动。染料液晶光阀20由于驱动电极为像素寻址电极，可以进行图形化驱动。例如，光波导10显示的图像内容为数字“9”，控制器30根据图像内容对需要驱动的像素电极加电后，染料液晶光阀20的对应图像“9”的区域出现图形化分布。控制器30对该区域的电极施加工作电压，并且工作电压可调节，对其它区域断电，从而精准控制环境光和图像光的对比度。

根据本发明的一个优选实施例，染料液晶光阀20中的第一导电电极21和第二导电电极22为像素寻址电极，控制器30还配置成根据图像内容控制像素寻址电极的通断，以局部调整耦出至佩戴者眼中的图像光与通过染料液晶光阀和光波导后的环境光的对比度。采用像素化液晶光阀，对于未显示内容的区域，不需要环境光透过，而对于光波导显示内容的区域，可以通过像素化驱动液晶光阀，使得光波导显示内容对比度局部可调。

根据本发明的一个优选实施例，染料液晶光阀20中的二色性染料为三原色的任一种或多种的组合。例如，二色性染料的颜色为红色、绿色或蓝色三元色的其中一种，或者多种进行组合以拓展色域，使得近眼显示装置100像墨镜一样充满时尚感，并且充满科技感。

根据本发明的一个优选实施例，染料液晶光阀20与光波导10可拆卸连接。例如，在光照度较低的环境中佩戴近眼显示装置100时，可以将用于控制环境光透射率的染料液晶光阀20拆掉，以使得环境光最大限度的通过光波导10后进入佩戴者眼中。

根据本发明的一个优选实施例，控制器30还配置成控制染料液晶光阀20通电或断电，使得近眼显示装置100在AR模式和VR模式之间进行切换。例如，参考图5b，对第二种染料液晶光阀施加8V电压时，环境光透射率约为90％，佩戴者可以看到环境光和环境实景，也可以看到图像光形成的虚拟图像，此时近眼显示装置为AR模式；对第二种染料液晶光阀断电时，环境光透射率约为8％，佩戴者几乎看不到环境光和环境实景，但可以看到图像光形成的虚拟图像，此时近眼显示装置为VR模式。

根据本发明的一个优选实施例，近眼显示装置100还包括环境光传感器50，用于感知所环境光的亮度，控制器30与环境光传感器50相通讯，并配置成基于环境光的亮度，调节染料液晶光阀20的工作电压。参考图7，通过环境光传感器采集外界环境光线亮度，反馈给控制器30，控制器30可动态调节染料液晶光阀20的环境光透射率，进而改变进入佩戴者眼中的环境光亮度，减轻眼部疲劳，并且无需佩戴者手动调节，提升用户体验。

根据本发明的一个优选实施例，近眼显示装置100还包括用户操作接口，用户操作接口配置成可接收关于图像光与环境光对比度的用户输入，控制器30与用户操作接口耦接，并配置成根据用户输入调节染料液晶光阀20的工作电压，以调整耦出至佩戴者眼中的图像光与通过染料液晶光阀20和光波导10后的环境光的对比度。例如，近眼显示装置100可以基于环境光传感器50自动调整环境光透射率，也可以接收佩戴者的指令，从自动模式切换至手动模式，从而满足不同佩戴者的需求，提升用户体验。

本发明还涉及一种如上所述的近眼显示装置100的对比度调节方法，包括：

基于环境光的亮度和/或图像光的亮度，调节近眼显示装置100的染料液晶光阀20的工作电压，以调节耦出至佩戴者眼中的图像光与通过染料液晶光阀20和光波导10后的环境光的对比度。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种近眼显示装置，包括：

光波导，用于接收并传输图像光和环境光，所述光波导包括：

波导基板；

耦入单元，设置在所述波导基板的耦入区域上，用于将入射到其上的图像光耦入所述波导基板；和

耦出单元，设置在所述波导基板的耦出区域上，用于将入射到其上的图像光耦出至佩戴者的眼中；

染料液晶光阀，设置在所述光波导上与佩戴者相对的一侧，用于将环境光透射到所述光波导上，环境光的透射率与所述染料液晶光阀的工作电压相关；和

控制器，配置成可调节所述染料液晶光阀的工作电压，以调整耦出至佩戴者眼中的图像光与通过所述染料液晶光阀和所述光波导后的环境光的对比度。

2.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其中所述染料液晶光阀包括：覆盖第一PI配向膜的第一导电电极、覆盖第二PI配向膜的第二导电电极以及填充在所述第一PI配向膜和所述第二PI配向膜之间的染料液晶层。

3.根据权利要求2所述的近眼显示装置，其中所述染料液晶层中的液晶在第一工作电压时呈垂直织构状态，在断电时呈平面织构状态。

4.根据权利要求3所述的近眼显示装置，其中所述染料液晶层包括：82％-90％的液晶、5％-15％的二色性染料以及1％-4％的手性剂。

5.根据权利要求4所述的近眼显示装置，其中所述染料液晶层填充于液晶盒中，所述第一PI配向膜与所述第二PI配向膜的配向方向相互垂直。

6.根据权利要求2所述的近眼显示装置，其中所述染料液晶层中的液晶在第一工作电压时呈垂直织构状态，在断电时呈焦锥织构状态。

7.根据权利要求6所述的近眼显示装置，其中所述染料液晶层包括：82％-90％的液晶、5％-15％的二色性染料、1％-4％的手性剂、1％-5％的液晶单体以及2％-7％的光引发剂。

8.根据权利要求7所述的近眼显示装置，其中所述染料液晶层填充于液晶盒中，其中所述第一PI配向膜与所述第二PI配向膜的配向方向反向平行；所述染料液晶光阀由所述染料液晶层填充于所述液晶盒后加电固化形成。

9.根据权利要求2所述的近眼显示装置，其中所述第一导电电极和所述第二导电电极为像素寻址电极，用于图形化驱动以改变所述环境光在所述染料液晶光阀上的通过区域。

10.根据权利要求2所述的近眼显示装置，其中所述第一导电电极和所述第二导电电极为像素寻址电极，所述控制器还配置成根据图像内容控制所述像素寻址电极的通断，以局部调整耦出至佩戴者眼中的图像光与通过所述染料液晶光阀和所述光波导后的环境光的对比度。

11.根据权利要求4或7所述的近眼显示装置，其中所述二色性染料为三原色的任一种或多种的组合。

12.根据权利要求1-10中任一项所述的近眼显示装置，其中所述染料液晶光阀通过光学胶与所述光波导连接，所述染料液晶光阀与所述光波导之间设置空气层，所述光波导包括衍射光波导、体全息光波导、阵列光波导、自由曲面棱镜波导中的任一种。

13.根据权利要求1-10中任一项所述的近眼显示装置，其中所述染料液晶光阀与所述光波导可拆卸连接。

14.根据权利要求1-10中任一项所述的近眼显示装置，还包括：光机，所述光机配置成输出所述图像光，所述控制器耦接到所述光机，并配置成调节所述光机输出的图像光的亮度和对比度。

15.根据权利要求14所述的近眼显示装置，其中所述光机包括Microled光机、DLP光机、Lcos光机、MEMS光机中的任一种。

16.根据权利要求1-10中任一项所述的近眼显示装置，其中所述控制器还配置成控制所述染料液晶光阀通电或断电，使得所述近眼显示装置在AR模式和VR模式之间进行切换。

17.根据权利要求1-10中任一项所述的近眼显示装置，还包括环境光传感器，用于感知所述环境光的亮度，所述控制器与所述环境光传感器相通讯，并配置成基于所述环境光的亮度，调节所述染料液晶光阀的工作电压。

18.根据权利要求1-10中任一项所述的近眼显示装置，还包括用户操作接口，所述用户操作接口配置成可接收关于图像光与环境光对比度的用户输入，所述控制器与所述用户操作接口耦接，并配置成根据所述用户输入调节所述染料液晶光阀的工作电压，以调整耦出至佩戴者眼中的图像光与通过所述染料液晶光阀和所述光波导后的环境光的对比度。

19.一种如权利要求1-18中任一项所述的近眼显示装置的对比度调节方法，包括：

基于环境光的亮度和/或图像光的亮度，调节所述近眼显示装置的染料液晶光阀的工作电压，以调节耦出至佩戴者眼中的图像光与通过所述染料液晶光阀和所述光波导后的环境光的对比度。

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