TW201800802A - 頭戴式顯示裝置 - Google Patents

頭戴式顯示裝置

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TW201800802A
TW201800802A TW106107402A TW106107402A TW201800802A TW 201800802 A TW201800802 A TW 201800802A TW 106107402 A TW106107402 A TW 106107402A TW 106107402 A TW106107402 A TW 106107402A TW 201800802 A TW201800802 A TW 201800802A
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scattering particles
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金在經
姜碩桓
金基棲
朴源祥
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三星顯示器有限公司
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Abstract

一種頭戴式顯示裝置，包含顯示面板，其包含用來顯示影像的複數個像素；顯示面板上的濾光片，其包含用來散射該影像以產生散射影像的散射層，散射層包含具有第一折射率之基底，以及摻入基底的散射粒子，散射粒子具有高於第一折射率之第二折射率；以及光學系統，其位於濾光片上，用以放大散射影像。

Description

頭戴式顯示裝置
本申請案主張於2016年3月9日向韓國智慧財產局申請之韓國專利申請號第10-2016-0028477號之優先權及所有效益，其全部內容於此併入作為參照。
本揭露係關於顯示品質得到提升的頭戴式顯示裝置。
頭戴式顯示裝置是一種可以被戴在使用者頭部上的顯示裝置，且可以被用於實現擴增實境或虛擬實境。用於擴增實境的頭戴式顯示裝置透過半透明顯示器提供虛擬圖形影像，在這種情況下，使用者可以透過顯示器同時查看虛擬圖形影像和真實對象。用於虛擬實境的頭戴式顯示裝置為使用者的眼睛提供虛擬圖形影像。使用者透過虛擬內容體驗虛擬實境。
本揭露提供了顯示品質得到提升的頭戴式顯示裝置。
本發明構思的實施例提供一種頭戴式顯示裝置，包括顯示面板，其包括用於顯示影像的複數個像素；顯示面板上的濾光片，其包括用於散射影像以產生散射影像的散射層，散射層包括具有第一折射率的基底和與基底混合的散射粒子，散射粒子的第二折射率大於第一折射率；以及用於放大散射影像的濾光片上的光學系統。
濾光片更可包括散射層上的表面處理層，用於擴散或消除由顯示面板反射的光。
濾光片更可包括散射層上的中性密度膜層。
濾光片更可包括在散射層和顯示面板之間的黏合層，用以將散射層耦合到顯示面板。
每個散射顆粒可以具有沿著垂直於顯示面板的表面的方向延伸的條形。
基底可以包括氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯低聚物（urethane methacrylate oligomer）。
散射粒子可以包括乙氧基化的鄰苯基苯酚丙烯酸酯（ethoxylated o-phenylphenol acrylate）。
散射粒子可以彼此間隔約3微米至約4微米的距離。
每個散射顆粒可以具有珠形。
散射粒子可以包括具有小於像素之中的最小像素的尺寸的第一尺寸的主散射顆粒，並且大於約700nm。
散射粒子更可包括具有小於第一尺寸的第二尺寸的輔助散射粒子。
第二尺寸可以小於約1微米。
主要散射粒子和輔助散射粒子可以包括相同的材料。
主要散射顆粒的密集度可以高於輔助散射粒子的密集度。
基底可以包括丙烯酸丁酯（poly-butyl acrylate）。
散射粒子可以包括三聚氰胺（melamine）、聚苯乙烯（polystyrene）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate）、聚丙交酯（polylactide）、氧化矽和金屬氧化物中的一種。
散射層更可包括與基底混合的染料粒子。
濾光片更可包括散射層上的膜片，其中的膜片是透明膜。
膜片可以是有色透明膜。
根據上述內容，可以減少使用者感知到放大後的非像素區域的現象。
透過參照以下實施例和附圖的詳細描述，可以更容易地理解本發明構思的特徵和實現本發明的方法。在下文中，參照附圖將更詳細地描述示例性實施例，其中，相同的符號標記表示相同的元件。然而，本發明可以以各種不同的形式實施，且不應被解釋為僅限於本文所示之實施例，更確切地，這些實施例被提供為示例，使得本揭露是徹底且完整的，且將向所屬技術領域中具有通常知識者全面地傳達本發明的態樣和特徵。因此，即使不描述非必要的製程、元件和技術，所屬技術領域中具有通常知識者仍可完整理解本揭露的態樣和特徵。除非另有說明，附圖和說明書中，相同的符號標記表示相同的元件，因此，將不重複其描述。為了清楚起見，附圖中元件、層以及區域的相對尺寸可能被誇大。
應當理解，儘管術語「第一」、「第二」以及「第三」等可以用來描述各種元件、部件、區域、層以及/或部分，這些元件、部件、區域、層以及/或部分不應受這些術語的限制，這些術語用於將一個元件、部件、區域、層或部分與另一個元件、部件、區域、層以及/或部分區分開來。因此，在不脫離本發明的精神和範疇之下，以下描述的第一元件、部件、區域、層或部分可以被稱為第二元件、部件、區域、層或部分。
如圖所示，可以使用一些空間相關的術語如「下（beneath）」、「下方（below）」、「下部（lower）」、「在…下（under）」、「上方（above）」以及「上部（upper）」等等，以便於解釋一個元件或特徵與另一元件或特徵間的關係的描述。應當理解，除了圖式中所示的定向，空間相關術語旨在包含使用中或操作中裝置的不同定向，例如，如果圖中的裝置被翻轉，被描述為在其他元件或特徵「下方」、「下」或「在…下」的元件將被定向在其他元件或特徵的「上方」。因此，示例術語「下方」和「在…下」可以包括上下方向的定向。裝置可以以其他方式定向（例如，旋轉90度或其他定向），且空間相關的描述符號應相對地被解釋。
應當理解，當元件、層、區域或部件被稱為「在…上」、「連接到」或「耦合到」另外的元件、層、區域或部件時，可以代表直接「在…上」、「連接到」或「耦合到」另外的元件、層、區域或部件或存在其間的一或多個元件、層、區域或部件。此外，亦應當理解，當元件或層被稱為在兩元件或層「之間」，其可以為兩元件或層之間的唯一元件或層，或也可以存在一或多個中間元件或層在兩元件或層之間。
在下列的示例中，第一方向、第二方向和第三方向不限於矩形座標系的三個方向，且可在更廣泛的意義上被解釋。例如，第一方向、第二方向和第三方向可以相互垂直，或可以表示彼此不垂直的不同方向。
本文使用的術語僅為了描述特定實施例的目的，並非用來限制本發明。如本文所使用的單數形式「一（a）」和「一（an）」，也旨在包括複數形式，除非上下文另有明確指示。應當更進一步理解，說明書中使用的「包括（comprises）」、「包含（comprising）」、「包括（includes）」和「包括（including）」具體指定了所述特徵、整體、步驟、操作、元件及/或部件，但不排除存在或加上一個或多個特徵、整體、步驟、操作、元件及/或部件。如本文所用術語「及/或」 包含一或多個相關列出項目的任何和所有組合。諸如「至少一個（at least one of）」的表達式在一系列元件之前，代表修飾一系列元件而非其中個別元件。
如本文所使用的術語「基本上」、「約」和其他類似術語係用作近似術語而非相等術語，且旨在解釋可由所屬技術領域中具有通常知識者識別之固有的量測或計算偏差。此外，在描述本發明的實施例時使用「可以（may）」 是指「本發明的一個或多個實施例」。如本文所使用的術語「使用」、「正在使用」和「被使用」可以被認為分別是同義詞術語「利用」、「正在利用」和「被利用」。同樣的，術語「示例性的」旨在表示示例或說明。
除非另有定義，本文中所有術語（包含技術和科學術語）具有所屬技術領域中具有通常知識者通常理解之相同含義。將更進一步理解，諸如在常用字典中被定義的術語應與相關領域及/或本發明說明書的上下文有一致的含義，而不應以理想化或過度正式的概念來解釋，除非在此明確定義。
第1圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的頭戴式顯示裝置HMD的透視圖，第2圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的佩戴在使用者的頭部上的頭戴顯示裝置的視圖。
參照第1圖和第2圖，頭戴式顯示裝置HMD配戴在使用者US頭部，頭戴式顯示裝置HMD為用戶提供了影像，同時，使用者的外圍視覺被阻擋。頭戴式顯示裝置的使用者可沉浸在虛擬實境中。
頭戴式顯示裝置HMD包含主體部件（例如，主體）100、條帶部件（例如，條帶）200以及緩衝部件（例如，靠墊）300。
主體部件100安裝在使用者US的頭部，主體部件100容納用於顯示影像的顯示面板單元，以及內部的加速度感測器。加速度感測器感知使用者US的移動，並施加訊號到顯示面板單元。因此，顯示面板單元顯示與使用者移動的變化相對應的影像，因此，使用者US能體驗仿真的虛擬實境。
除了上述的部件，主體部件100能容納具有各種功能的部件。例如，操控部分（例如，控制介面）可以附加在主體部件100的外部部分，以控制例如容量或螢幕亮度。操控部分可以是物理按鈕或觸摸感測器。此外，主體部件100能容納近接感測器，以確定使用者US何時配戴頭戴式顯示裝置HMD。
條帶部件200連接到主體部件100，以允許使用者US能容易地配戴主體部件100，條帶部件200能包含主帶210和上帶220。
主帶210圍繞使用者US的頭部配戴，主帶210將主體部件100固定到使用者US頭部，使得主體部件100貼緊使用者US的頭部。上帶220沿著使用者US頭部的上部連接主體部件100和主帶210，上帶220防止主體部件100滑落。此外，上帶220分配主體部件100的重量，以便配戴在使用者US的頭部上時，能提高頭戴式顯示裝置HMD的舒適度。
如第1圖所示的主帶210和上帶220的長度能透過使用單獨長度控制部件來調整，然而他們不應僅限於此。也就是說，根據另一實施例，當主帶210及上帶220具有彈性，長度控制部件就可以被省略。
在主體部件100可以被固定到使用者US的情況下，除了第1圖和第2圖所示的形狀外，條帶部件200可以具有各種形狀。例如，根據另一實施例，可以省略上帶220。此外，條帶部件200可以設置在連接到主體部件100的頭盔中，或者設置在耦合到主體部件100的一對眼鏡的鏡腿/框（bows）中。
緩衝部件300在主體部件100和使用者US的頭部或臉部之間。緩衝部件300包含可以變形的材料，舉例來說，緩衝部件300可以包含聚合物樹脂，例如聚氨酯（polyurethane）、聚碳酸酯（polycarbonate）、聚丙烯（polypropylene）以及聚乙烯（polyethylene）等，或透過泡沫成形橡膠溶液、氨基甲酸酯基材料（urethane-based material）或丙烯酸類（acrylic-based material）材料形成的海棉。
緩衝部件300允許主體部件100被貼緊或固定到使用者US，進而提升使用者配戴頭戴式顯示裝置HMD的感受，緩衝部件300可以從主體部件100拆解，以及附接到主體部件100。根據另一實施例，緩衝部件300可以被省略。
第3圖係繪示根據本揭露之示例性實施例的頭戴式顯示裝置的分解透視圖，第4圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的頭戴式顯示裝置和代表使用者眼睛的橫截面圖。第3圖中並未繪示條帶部件200（參照第1圖），第4圖僅繪示顯示面板單元DU、光學系統OL以及使用者的眼睛US_E。
參照第3圖和第4圖，主體部件100包含彼此分離的主體部分（例如，主體）100_1和外罩部分（例如，外罩）100_2。第3圖係繪示主體部分100_1以及和主體部分100_1分離之外罩部分100_2，但兩者不應被限制於此。例如，主體部分100_1和外罩部分100_2可以一體成形而彼此不可分離。
顯示面板單元DU位於主體部分100_1和外罩部分100_2之間。如第3圖所示，透過一個顯示面板單元顯示左眼影像以及右眼影像，顯示面板單元DU包括顯示左眼影像的左眼影像顯示區域L_DA和顯示右眼影像的右眼影像顯示區域R_DA。左眼影像顯示區域L_DA和右眼影像顯示區域R_DA可以分別由獨立的驅動器驅動，但是它們不應該被限制於此。也就是說，左眼影像顯示區域L_DA和右眼影像顯示區域R_DA可以由一個驅動器驅動。此外，根據另一實施例，顯示面板單元DU可以包括彼此分離的左眼顯示面板單元和右眼顯示面板單元。
顯示面板單元DU包含顯示面板DP以及濾光片SF，顯示面板DP產生與輸入的影像數據對應的影像，顯示面板DP可以是但不限於有機發光顯示面板、液晶顯示面板、電漿顯示面板、電泳顯示面板或電潤濕顯示面板。在本示例性實施例中，顯示面板DP將被描述為有機發光顯示面板，但是顯示面板DP不應限於此。
顯示面板DP包括基底基板BS、電路層ML、有機發光元件層EL和封裝層ECL。
基底基板BS包括玻璃基板、藍寶石基板和塑料基板中的至少一個。電路層ML、有機發光元件層EL和封裝層ECL位於基底基板BS上。
電路層ML包括佈置在顯示面板DP上的複數條訊號線和電子設備。例如，電路層ML包括分別對應於像素的閘極線、數據線和薄膜電晶體。
有機發光元件層EL包括含有低分子量材料或高分子量有機材料的有機發光層。有機發光層發光。除了有機發光層之外，有機發光元件層EL還可以選擇性地包括電洞傳輸層（HTL）、電洞注入層（HIL）、電子傳輸層（ETL）和電子注入層（EIL）。
封裝層ECL包括薄膜封裝層（TFE），其被配置為包括複數個無機薄膜層及複數個有機薄膜層。封裝層ECL包覆有機發光元件層EL，並阻隔空氣和濕氣，以保護有機發光元件層EL。在其他實施例中，封裝層ELC可以用封裝基板代替，封裝基板可與基底基板BS間隔開，使得有機發光元件層EL位於封裝基板和基底基板BS之間。封裝層和基底基板BS透過沿著基底基板BS的邊緣配置的密封劑彼此連接。
濾光片SF貼附到用來顯示影像的顯示面板DP的表面上。濾光片SF包含膜片OF和黏合層AL，黏合層AL位於膜片OF和顯示面板DP之間，用以將膜片OF附著到顯示面板DP上。本示例性實施例中，濾光片SF位於封裝層ECL上，根據另一實施例，顯示面板DP是背發光型有機發光顯示面板，且濾光片SF可以附接到基底基板BS。
濾光片SF散射由顯示面板DP提供的影像，用以產生散射影像，也就是說，濾光片SF散射或展開由顯示面板DP提供的光。以像素來說，由顯示面板DP提供的光通過濾光片SF後被散射，因此，可以增加像素的有效發光面積（例如，感知發光面積）。稍後將描述濾光片SF的細節。
光學系統OL在主體部件100的主體部分100_1內。光學系統OL放大由顯示面板單元提供的影像。由顯示面板DP提供的影像在通過濾光片SF時被散射，並且在光學系統OL放大通過濾光片SF的影像。
光學系統OL在顯示面板DP顯示影像的第一方向DR1上與顯示面板DP間隔開，光學系統OL介於顯示面板DP和使用者US的眼睛US_E之間。
光學系統OL包含右眼光學系統OL_R及左眼光學系統OL_L，左眼光學系統將影像放大後，將其提供到使用者US的左瞳孔，右眼光學系統將影像放大後，將其提供到使用者US的右瞳孔。
左眼光學系統OL_L及右眼光學系統OL_R在與第一方向DR1交叉的第二方向DR2上彼此間隔開，根據使用者US兩眼US_E之間的距離控制左眼光學系統OL_L及右眼光學系統OL_R之間的距離。此外，可以根據使用者US的視力控制光學系統OL與顯示面板單元DU之間的距離。
光學系統OL可以是非球面凸透鏡。在本示例性實施例中，左眼光學系統OL_L及右眼光學系統OL_R中的每一個僅包含一個透鏡，但在其他的實施例中，左眼光學系統OL_L及右眼光學系統OL_R的透鏡數量不限於一個，例如，左眼光學系統OL_L及右眼光學系統OL_R中每一個可以包含複數個透鏡。
第5圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的顯示面板的平面圖。第5圖係繪示顯示面板DP的放大部分。
參照第4圖和第5圖，第一方向DR1基本上平行顯示面板DP的厚度方向，第二方向DR2以及與第二方向DR2交叉的第三方向DR3之每一個與第一方向交叉。由第二方向DR2及第三方向DR3限定的平面基本上可以平行顯示影像的顯示面板DP。
顯示面板DP包含第一像素組PG1及第二像素組PG2，第一像素組PG1及第二像素組PG2沿著第三方向DR3交替重複排列。
第一像素組PG1包含複數個第一像素PX1，第一像素PX1沿著第二方向DR2排列。第二像素組PG2包含複數個第二像素PX2及第三像素PX3，第二像素PX2沿著第二方向DR2與第三像素PX3交替排列。
第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3的排列不應限於第5圖所示的排列。例如，根據另一實施例，第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3可以被排列成條形，且沿著第二方向DR2交替排列。此外，在本實施例中，第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3之每一個具有矩形形狀，但在其他實施例中，第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3的形狀不應被限制為矩形。也就是說，第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3之每一個可以具有各種形狀（例如，多邊形、圓形以及橢圓形等）。此外，儘管第5圖所示的實施例中，第一像素PX1具有小於第二和第三像素PX2和PX3的尺寸，第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3根據另一實施例可以具有相同的尺寸。
在本實施例中，第一像素PX1為綠色像素，第二像素PX2為藍色像素，第三像素PX3為紅色像素，但不限於此。
非像素區域GA是在第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3之間的區域。
如上所述，頭戴式顯示裝置HMD的光學系統OL放大從顯示面板單元DU提供的影像。在此情況下，只要第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3被光學系統OL放大，非像素區域GA也可以被光學系統OL放大，也就是說，相鄰像素之間的距離BM_w1會因為被放大而增加，且被使用者US感知。因此，頭戴式顯示裝置HMD的顯示品質可能降低。然而，根據本示範性實施例，濾光片SF位於顯示面板DP的前面部分，用以放大第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3之每一個的有效發光面積VEA。因為濾光片SF散射由有第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3提供的光，所以感知到的提供光的各個區域面積大於對應的第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3的實際面積。因此，相鄰像素的有效發光面積VEA之間的距離BM_w2可以小於上述提到的相鄰像素之間的距離BM_w1。如此，儘管有效發光面積VEA之間的距離BM_w2被光學系統OL放大，有效發光面積VEA之間的區域可以不被使用者US感知。因此，頭戴式顯示裝置HMD的顯示品質得以被提升。以下，濾光片SF的結構將被詳述。
第6圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的濾光片SF1的截面圖。
參照第4圖和第6圖，在本實施例中，濾光片SF1包含黏合層AL1以及膜片OF1。在第6圖所示的示例性實施例中，膜片OF1被稱為散射層。
黏合層AL1介於顯示面板DP以及散射層OF1之間，用以將散射層OF1貼附到顯示面板DP上。黏合層AL1可以是透光的黏合劑膜，但不限於此。黏合層AL1可以是透光的樹脂。
散射層OF1包含基底基板BS1以及散射粒子CU1，散射粒子CU1的折射率高於基底基板BS1的折射率，例如，基底基板BS1的折射率可以是約1.48，而散射粒子CU1的折射率可以是約1.57。
散射粒子CU1可以具有在第一方向DR1（例如，垂直於顯示面板DP的一表面的方向）上延伸的條形，散射粒子CU1可以包含熱固性樹脂或紫外線固化樹脂。例如，散射粒子CU1可以是但不限於乙氧基化的鄰苯基苯酚丙烯酸酯（ethoxylated o-phenylphenol acrylate）。
基底基板BS1可以包含使固化的散射粒子CU1和基底基板BS1相分離的材料。例如，基底基板BS1可包含氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯低聚物（urethane methacrylate oligomer），然而，基底基板BS1不應限於此。
當基底基板BS1和散射粒子CU1固化期間，基底基板BS1和散射粒子CU1間可產生相分離，因此，散射粒子CU1在第一方向DR1上生長並具有條形。由於散射粒子CU1具有條形，因此容易發生向前散射現象。
在散射粒子CU1之中，相鄰兩散射粒子之間的間距WTa可以在大約3微米至約4微米的範圍內。然而，應當注意，相鄰兩散射粒子之間的間距WTa 不應限制於此。
散射粒子CU1具有約40微米至約200微米的厚度TK（例如，在第一方向DR1上的厚度TK），然而散射粒子CU1的厚度TK不應被限於此。例如，散射粒子CU1的厚度TK可以由顯示面板DP的解析度控制或決定。
更詳細地，隨著散射粒子CU1的厚度TK增加，由相對於入射光行進方向觀察時，光的散射角度增加。將高解析度顯示面板與低解析度顯示面板比較，即使高解析度顯示面板比低解析度面板具有較小的散射角，也可以提高高解析度顯示面板的影像顯示特性。因此，應用於高解析度顯示面板的濾光片SF1的散射粒子CU1的厚度TK可以小於應用於低解析度顯示面板的濾光片SF1的散射粒子CU1的厚度TK。
第7圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的濾光片SF2的截面圖。
參照第7圖，在本實施例中，濾光片SF2包含黏合層AL2以及膜片OF2，其中，黏合層AL2被稱為散射層。
散射層AL2包含基底基板BS2以及散射粒子DB1，散射粒子DB1的折射率高於基底基板BS2的折射率，例如，基底基板BS2的折射率可以是約1.46，而散射粒子DB1的折射率可以是約1.54。
散射粒子DB1具有珠形。散射粒子DB1包含有機材料或無機材料。例如，散射粒子DB1包含三聚氰胺（melamine）、聚苯乙烯（polystyrene）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate PMMA）、聚丙交酯（polylactide）、氧化矽和金屬氧化物中的一種。金屬氧化物可以是例如氧化鋁或氧化鈦，但金屬氧化物不限於此。
由顯示面板DP提供的光入射到散射粒子DB1，且散射到各個方向。當散射粒子DB1的尺寸SZ1（例如，直徑）大於入射光波長時，入射光行進方向上向前散射的光量大於與入射光行進方向相反的方向上向後散射的光量。因此，可以不降低光的效率，且可以避免或減少由散射所引起的影像模糊。因此，在本實施例中，散射粒子DB1的尺寸SZ1比可見光光譜中的光的波長大約390nm至約700nm左右。
然而，當散射粒子DB1的尺寸SZ1增加時，可能發生閃爍現象，也就是從顯示面板DP提供的光發生閃光或閃爍。為了避免閃爍現象，散射粒子DB1的尺寸SZ1可以被設置為小於像素PX1至PX3中最小像素的尺寸。例如，當第一像素PX1的尺寸最小時，散射粒子DB1的尺寸SZ1可以小於第一像素PX1的尺寸。
散射粒子DB1的尺寸SZ1可以等於或大於700奈米，且等於或小於10微米，更詳細地，散射粒子DB1的尺寸SZ1可以在大約2微米至大約3微米的範圍內。如第7圖所示，散射粒子DB1具有固定的尺寸，但根據其他實施例，散射粒子DB1可以具有在約700奈米至約10微米範圍內的各種尺寸。
基底基板BS2包圍散射粒子DB1，基底基板BS2可以是但不限於透光樹脂。例如，基底基板BS2可以包含丙烯酸丁酯（poly-butyl acrylate PBA）。
膜片OF2貼附於散射層AL2，膜片OF2可以是但不限於透明膜，或是含有染料顆粒的著色膜。
第8圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的濾光片SF3的截面圖。
參照第8圖，除了散射層AL3，濾光片SF3與第7圖所示實施例的濾光片SF2具有相同的結構和功能。散射層AL3包含與基底基板BS2混合的主要散射粒子DB1及輔助散射粒子DB2。主要散射粒子DB1與參照第7圖所示實施例描述的散射粒子DB1基本上是相同的。
主要散射粒子DB1及輔助散射粒子DB2可以包括相同的材料，輔助散射粒子DB2的密集度可以等於或小於主要散射粒子DB1的密集度。
主要散射粒子DB1的尺寸與輔助散射粒子DB2的尺寸不同。例如，主要散射粒子具有第一尺寸SZ1（例如，第一直徑），輔助散射粒子DB2具有小於第一尺寸SZ1的第二尺寸SZ2（例如，第二直徑）。
如針對第7圖之描述，主要散射粒子DB1的第一尺寸SZ1可以比可見光光譜的波長大約390奈米至約700奈米。例如，主要散射粒子DB1的第一尺寸SZ1可以等於或大於約700奈米，且可以等於或小於約10微米。因為主要散射粒子DB1，顯示面板DP提供的光的行進方向上向前散射的光量大於與行進方向相反的方向上向後散射的光量。因此，可以不降低光的效率，並且可以減少或防止由於光的散射引起的影像模糊。
輔助散射粒子DB2的第二尺寸SZ2等於或小於約1微米。例如，輔助散射粒子DB2的第二尺寸SZ2可以介於約0.2微米至約1微米的範圍內。因此，當將輔助散射粒子DB2與主要散射粒子DB1進行比較時，對於輔助散射粒子DB2，朝前散射的光量與入射光量的比率可以小於朝各個方向散射的光量與入射光量的比率。因此，隨著輔助散射粒子DB2被加入濾光片SF3，可以減少由於光過度朝前散射所引起的閃爍現象。
第9圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的頭戴式顯示裝置HMD以及使用者眼睛的橫截面圖。
參照第9圖，濾光片SFa可以進一步包含在膜片OF上的表面處理層OC。
表面處理層OC可以降低發在主體部件100的反射（例如，在顯示面板DP及光學系統OL間發生的反射）。因此，當包含表面處理層OC的濾光片SFa被貼附到顯示面板DP，可以減少或防止在主體部件100內發生反射引起的鬼影。
詳細地，表面處理層OC可以是但不限於反射防止層。表面處理層OC可以是分配光以防止反射光被感知的抗眩層、抵消或吸收光以降低或防止光反射的抗反射層或低反射層。表面處理層OC可以具有互相堆疊且折射率不同的多層結構、透過在膜片上塗佈低折射率材料形成的結構、或凹凸結構。
第10圖係繪示亮度隨在顯示面板上的位置變化的函數而變化的曲線圖。
第10圖係繪示了沿著從顯示面板DP上的一個點A延伸到另一個點A'的假想線IL測量的亮度變化。
參照第4、5和10圖，第一曲線G1係顯示顯示面板DP未貼附濾光片SF時的亮度變化，第二曲線G2係顯示顯示面板單元DU貼附有濾光片SF時的亮度變化。詳細地，第二曲線G2係顯示具有約90%霧度值的濾光片SF被貼附到顯示面板DP時，顯示面板單元的亮度變化。應當注意，在其他實施例中，根據本實施例的濾光片SF的霧度值不應被限於90%。
濾光片SF的霧度值取決於顯示面板DP的解析度。例如，隨著顯示面板DP的解析度增加，濾光片SF的霧度值減少。舉例來說，假設貼附到具有超高清（UHD）解析度的顯示面板DP的濾光片SF具有約50%的霧度值，則貼附到具有全高清（FHD）解析度的顯示面板DP的濾光片SF具有約90%的霧度值。
第一影像WT和第二影像BK可以沿著虛線IL通過顯示面板DP交替地顯示。第一影像WT和第二影像和BK中的每一個可以由複數個對應的第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3顯示。例如，第一影像WT可以是白色影像，而第二影像BK可以是黑色影像，在這種情況下，第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3在第一影像WT顯示的區域提供光，第一、第二和第三像素PX1、PX2和PX3在第二影像BK顯示的區域不提供光。
根據第一曲線G1對應在第一影像WT顯示的區域的部分，具有相對較高亮度的像素區PA和具有相對較低亮度的非像素區GA彼此交替地界定。由於顯示面板DP提供的影像被光學系統OL放大，非像素區GA與像素區PA一起被放大。因此，非像素區GA的放大可能被使用者感知，導致頭戴式顯示裝置的顯示品質下降。
根據第二曲線G2，由像素區PA提供的光透過濾光片SF散射，因此，在第一影像WT顯示的區域內，像素區PA和非像素區GA的亮度差可以降低。因此，儘管由顯示面板單元DU提供的影像被光學系統OL放大，非像素區GA被使用者感知的機率降低。因此，頭戴式顯示裝置HMD的顯示品質得到提升。
濾光片SF可以用作共振頻率濾波片。更詳細地，濾光片SF可以用作低通濾波片，使具有低頻分量的空間頻率的影像通過。交替重複的第一影像WT和第二影像BK的空間頻率可以視為影像空間頻率，其可以低於交替重複的像素區PA和非像素區GA的空間頻率，由於濾光片SF貼附於顯示面板DP，可以降低像素區PA和非像素區GA的對比度，因此，像素區PA和非像素區GA間的界線可以不被使用者感知。
第11圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的濾光片SF4的截面圖。
參照第11圖，除了散射層AL4，濾光片SF4與第8圖所示的濾光片SF3具有相同的結構和功能。第11圖所示的散射層SF4包含與基底基板BS2混和的主要散射粒子DB1、輔助散射粒子DB2以及染料粒子DYE。
染料粒子DYE是著色粒子，更詳細地，染料粒子DYE是黑色粒子。因為染料粒子DYE，可以提高通過顯示面板單元DP顯示的影像的對比度。
由於當染料粒子DYE的重量百分比（wt%）增加時，其透射率會降低，所以會考量透射率來設定染料粒子DYE的重量百分比（wt%）。例如，包含染料粒子DYE的散射層AL4的透射率在約50%至約90%的範圍內，在這樣的情況下，散射層AL4內的染料粒子DYE的重量百分比（wt%）在約1 wt%至約10 wt%的範圍內，然而染料粒子DYE的重量百分比（wt%）不應限於此。
如第11圖所示，染料粒子DYE包含於散射層AL4內，但不應限於此。例如，根據另一實施例，染料粒子DYE可以包含於膜片OF2或表面處理層OC內。
第12圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的頭戴顯示裝置和表示使用者的眼睛的截面圖。
參照第12圖，濾光片SFb進一步包含中性密度（ND）膜NF，中性密度膜NF介於膜片OF和表面處理層OC之間。然而，在本發明的其他實施例中，中性密度膜NF的位置得以改變。
中性密度膜NF控制光的透射率，以改善通過顯示面板DP顯示的影像的對比度，中性密度膜NF可以是降低一定波長範圍的光的透射率的膜，或者可以是降低所有波長範圍內的光的透射率的膜。中性密度膜NF可以具有約40%或其以上的透射率。更具體地，中性密度膜NF的透射率在約40%至約80%的範圍內。
第13圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的濾光片SF5，第14圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的濾光片SF6。
參照第3、13和14圖，相較於第6圖所示實施例的濾光片SF1，第13圖所示實施例的濾光片SF5進一步包含中性密度膜NF及表面處理層OC；相較於第8圖所示實施例的濾光片SF3，第14圖所示實施例的濾光片SF6進一步包含中性密度膜NF及表面處理層OC。
中性密度膜NF控制光的透射率以改善通過顯示面板單元DU顯示的影像，表面處理層OC降低或防止由主體部件100內部反射引起的鬼影。
第15圖係繪示亮度隨在顯示面板上的位置變化的函數而變化的曲線圖。
參照第3、5和15圖，第一曲線G1係顯示未包含濾光片的顯示面板的亮度變化，第二曲線G2係顯示包含第6至8圖所示的濾光片SF1、SF2和SF3中的一個的顯示面板單元DU的亮度變化，第三曲線G3係顯示包含第11、13和14圖所示的濾光片SF4、SF5和SF6中的一個的顯示面板單元DU的亮度變化。
當將第二及第三曲線G2及G3與第一曲線G1進行比較時，在第一影像WT顯示的區域內，亮度的變化降低，如第二及第三曲線G2及G3所示。因此，儘管影像被光學系統OL放大，但是在包含分別由第6、7、8、11、13和14圖所示的濾光片SF1、SF2、SF3、SF4、SF5和SF6中的一個的顯示面板單元DU中，其非像素區GA被使用者感知的機率可以降低。因此，頭戴式顯示裝置HMD的顯示品質得以提升。
當將第二曲線G2和第三曲線G3進行比較時，第二影像BK顯示的區域內存在亮度的差異，分別在第11、13和14圖所示的濾光片SF4、SF5和SF6包含染料粒子DYE及/或中性密度膜NF。因此，分別在第11、13和14圖所示的濾光片SF4、SF5和SF6降低了光的穿透率，使得第二影像BK的亮度可以降低。所以，當顯示面板單元DU顯示具有低亮度的影像時（例如，黑色影像），顯示面板單元DU可以顯示具有黑色或低亮度值的屏幕。
儘管已經描述了本發明的示例性實施例，應當理解，本發明不應限於這些示例性實施例，且所屬技術領域中具有通常知識者可以在本發明以下申請專利範圍和其功能等效物所欲保護的精神和範疇內，進行各種改變和修改。
100‧‧‧主體部件
100_1‧‧‧主體部分
100_2‧‧‧外罩部分
200‧‧‧條帶部件
210‧‧‧主帶
220‧‧‧上帶
300‧‧‧緩衝部件
HMD‧‧‧頭戴式顯示裝置
DU‧‧‧顯示面板單元
OL‧‧‧光學系統
US‧‧‧使用者
US_E‧‧‧眼睛
L_DA‧‧‧左眼影像顯示區域
R_DA‧‧‧右眼影像顯示區域
DP‧‧‧顯示面板
SF‧‧‧濾光片
BS‧‧‧基底
ML‧‧‧電路層
EL‧‧‧有機發光元件層
ECL‧‧‧封裝層
OF‧‧‧膜片
AL‧‧‧黏合層
DR1‧‧‧第一方向
DR2‧‧‧第二方向
DR3‧‧‧第三方向
OL_R‧‧‧右眼光學系統
OL_L‧‧‧左眼光學系統
PG1‧‧‧第一像素組
PG2‧‧‧第二像素組
PX1‧‧‧第一像素
PX2‧‧‧第二像素
PX3‧‧‧第三像素
GA‧‧‧非像素區域
BM_w1‧‧‧相鄰像素之間的距離
VEA‧‧‧有效發光面積
BM_w2‧‧‧相鄰像素的有效發光面積VEA之間的距離
SF1‧‧‧濾光片
AL1‧‧‧黏合層
OF1‧‧‧膜片
BS1‧‧‧基底基板
CU1‧‧‧散射粒子
WTa‧‧‧間距
TK‧‧‧厚度
SF2‧‧‧濾光片
AL2‧‧‧黏合層
OF2‧‧‧膜片
BS2‧‧‧基底基板
DB1‧‧‧散射粒子
SZ1‧‧‧尺寸、第一尺寸
SF3‧‧‧濾光片
AL3‧‧‧散射層
DB2‧‧‧輔助散射粒子
SZ2‧‧‧第二尺寸
SFa‧‧‧濾光片
OC‧‧‧表面處理層
G1‧‧‧第一曲線
G2‧‧‧第二曲線
G3‧‧‧第三曲線
WT‧‧‧第一影像
BK‧‧‧第二影像
PA‧‧‧像素區
SF4‧‧‧濾光片
AL4‧‧‧散射層
DYE‧‧‧染料粒子
SFb‧‧‧濾光片
NF‧‧‧中性密度膜
SF5‧‧‧濾光片
SF6‧‧‧濾光片
當結合附圖考慮時，透過參照以下的詳細描述，本揭露的上述和其他特徵將變得顯而易見，其中：
第1圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的頭戴式顯示裝置的透視圖；
第2圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的佩戴在使用者的頭部上的頭戴顯示裝置的視圖；
第3圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的頭戴顯示裝置的分解透視圖；
第4圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的頭戴顯示裝置和表示使用者眼睛的橫截面圖；
第5圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的顯示面板的平面圖；
第6圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的濾光片的截面圖；
第7圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的濾光片的截面圖；
第8圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的濾光片的截面圖；
第9圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的頭戴式顯示裝置和表示使用者眼睛的橫截面圖；
第10圖係繪示亮度隨在顯示面板上的位置變化的函數而變化的曲線圖；
第11圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的濾光片的截面圖；
第12圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的頭戴式顯示裝置和表示使用者眼睛的橫截面圖；
第13圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的濾光片的截面圖；
第14圖係繪示根據本揭露的示例性實施例的濾光片的截面圖；以及
第15圖係繪示亮度隨在顯示面板上的位置變化的函數而改變的曲線圖。
OL‧‧‧光學系統
US_E‧‧‧眼睛
DP‧‧‧顯示面板
OF‧‧‧膜片
AL‧‧‧黏合層
SFa‧‧‧濾光片
OC‧‧‧表面處理層

Claims (19)

  1. 一種頭戴式顯示裝置，包含： 一顯示面板，係包含複數個像素，用以顯示一影像； 一濾光片，係位於該顯示面板上，包含一散射層，用以散射該影像來產生一散射影像，該散射層係包含： 一基底，係具有一第一折射率；以及 散射粒子，係摻入該基底，並具有高於該第一折射率之一第二折射率；以及 一光學系統，係位於該濾光片上，用以放大該散射影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該濾光片進一步包含一表面處理層，係位於該散射層上，用以漫射或消除來自該顯示面板的反射光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該濾光片進一步包含在該散射層上之一中性密度薄膜層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該濾光片進一步包含一黏合層，係位於該散射層和該顯示面板之間，用以結合該散射層與該顯示面板。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該散射粒子之每一個具有沿著垂直該顯示面板之一表面方向延伸的條形。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該基底係包含聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物（urethane methacrylate oligomer）。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該散射粒子係包含乙氧基化鄰苯基苯酚丙烯酸酯（ethoxylated o-phenylphenol acrylate）。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該散射粒子彼此間隔約3微米至約4微米的距離。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該散射粒子之每一個具有珠形。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該散射粒子包含主要散射粒子，其具有小於該像素中最小像素尺寸之一第一尺寸，其大於約700奈米。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該散射粒子進一步包含輔助散射粒子，其具有小於該第一尺寸之一第二尺寸。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該第二尺寸小於約1微米。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該主要散射粒子和該輔助散射粒子包含相同材料。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該主要散射粒子的密集度高於該輔助散射粒子的密集度。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該基底包含聚丙烯酸丁酯（poly-butyl acrylate）。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該散射粒子包含三聚氰胺（melamine）、聚苯乙烯（polystyrene）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate）、聚丙交酯（polylactide）、氧化矽和金屬氧化物中的一種。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該散射層進一步包含摻入該基底之染料粒子。
  18. 如申請專利範圍第9項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該濾光片進一步包含一膜片，係為一透明膜片。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之頭戴式顯示裝置，其中，該膜片是一有色透明膜片。
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