TW201909155A - 電子顯示器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種電子顯示器，包含多層結構，其在每個層的基礎上降低電子顯示器的封裝尺寸且提供於電子顯示器的優化。此電子顯示器包含驅動層、控制層及介於該驅動層與該控制層之間的中介層。驅動層包含一或多個驅動器用以提供多個控制訊號。控制層包含多個控制電路用於驅動多個發光二極體(LEDs)，該些發光二極體受控於來自驅動層的該些控制訊號。中介層介於驅動層與控制層之間。中介層包含驅動層的該一或多個驅動器與控制層的該些控制電路之間的多個電性連接，以將該些控制訊號從驅動層傳輸至控制層。

Description

電子顯示器及其控制方法
本發明關於一種電子顯示器的構造。
電子顯示器可包含使用不同電壓準位來運作的數位元件及類比元件。舉例來說，顯示器可使用平面結構，於此平面結構中，光源、背板電子器件及驅動電路被設置於同一基板上。平面結構會產生大型的封裝規格(large form factor)，其不適於頭戴式顯示器、行動裝置等。再者，將電子顯示器置的不同元件放置於不同晶片上會導致例如訊號延遲及晶片之間同步問題所造成的效能下降。
實施例係關於提供具有多層結構的電子顯示器。電子顯示器包含驅動層、控制層，以及介於驅動層與控制層之間的中介層。驅動層包含一或多個驅動器用於提供控制訊號。控制層包含控制電路用於驅動受控於驅動層的控制訊號的多個發光二極體(LEDs)。中介層包含介於驅動層的該一或多個驅動器與控制層的該些控制電路之間的電性連接，用於將控制訊號由驅動層傳輸至控制層。
於一些實施例中，電子顯示器包括包含有該些發光二極體(LEDs)的發光二極體層及介於控制層與發光二極體層之間的金屬層。控制層依據來自驅動層的控制訊號產生驅動電流，以驅動該些發光二極體。金屬層包含介於控制層的該些控制電路與發光二極體層的該些發光二極體之間的電性連接，用於將驅動電流由控制層傳輸至發光二極體層。
一些實施例包含一種電子顯示器的控制方法。該方法包含：以包含一或多個驅動器的驅動層產生多個控制訊號；以介於驅動層與控制層的中介層將該些控制訊號從驅動層傳輸至控制層; 以及以控制層驅動受控於驅動層之該些控制訊號的電子顯示器的多個發光二極體(LEDs)。
一些實施例包含一電子顯示器，其包括：包含用於提供多個控制訊號的一或多個驅動器的驅動層；一第一控制層；介於該驅動層與該第一控制層之間的一第一中介層，該第一中介層包含介於該驅動層的該一或多個驅動器與該第一控制層之間的電性連接，用以將該些控制訊號從該驅動層傳輸至該第一控制層；一第二控制層包含多個控制電路用以根據該些控制訊號驅動多個發光二極體(LEDs)；以及介於第一控制層與第二控制層之間的一第二中介層，該第二中介層包含介於第一控制層與該第二控制層的該些控制電路之間的電性連接，用以將該些控制訊號從該第一控制層傳輸至第二控制層。
一些實施例包含頭戴式顯示器(HMD)，其包含電子顯示器。其他方面包含多個元件、裝置、系統、改良、方法、製程、應用、電腦可讀取媒體或是其與上述任一相關的其他技術。
實施例關聯於包含多層結構的電子顯示器。此多層結構可對電子顯示器提供一個縮小的封裝規格適於電子裝置，例如頭戴式顯示器。此多層結構亦可提供電子顯示器於每個層基礎的優化，故可改善系統效能。舉例來說，此多層結構可包含提供多個控制訊號給電子顯示器的一驅動層、驅動受控於來自驅動層的該些控制訊號的多個發光二極體(LEDs)的一控制層、介於驅動層與控制層之間的一中介層、位於控制層上且用於將此控制層連接至該些發光二極體的一金屬層，以及包含位於該金屬層上的該些發光二極體的一發光二極體層。
根據最佳效能與最佳封裝規格，每個層可被不同地優化。舉例來說，相對於控制層，驅動層可包含較小的最小特徵尺寸或是可以較高的頻率進行運作。不同的層可使用不同的製程來製造且可使用中介層來進行接合。
圖1繪示一系統100，其包含頭戴式顯示器(HMD)。此系統100可用於作為一個虛擬實境(VR)系統、擴增實境(AR)系統、混合實境(MR)系統或該些組合。於此例子中，系統100包含頭戴式顯示器105、影像裝置110及輸入/輸出(I/O)介面115，均耦接於控制台 120。雖然圖1繪示單一頭戴式顯示器105、單一影像裝置110以及一輸入/輸出介面115，然而於其他實施例中，此系統的上述該些元件可以係為任何數量。舉例來說，可以有多個頭戴式顯示器105 ，每個頭戴式顯示器具有一相關輸入介面115且被一或多個影像裝置110所監控。每個頭戴式顯示器105、輸入/輸出介面115及影像裝置110與控制台 120溝通。於一個可選的配置中，不同及/或額外的元件亦可被包含於系統100當中。頭戴式顯示器 105可作為虛擬實境、擴增實境及/或混合實境的頭戴式顯示器。混合實境及/或擴增實境的頭戴式顯示器利用電腦生成的元素(例如圖像、視頻、音效等)，增加物理與真實世界環境的視野。
頭戴式顯示器 105呈現內容給予使用者。示範性的內容包圖像、視頻、音頻或上述其他組合。音頻內容可透過頭戴式顯示器 105外部的獨立裝置(例如揚聲器及/或耳機)呈現，此外部的獨立裝置係接收來自頭戴式顯示器105、控制台120或上述兩者的音頻資料。頭戴式顯示器 105包含電子顯示器 155、眼球追蹤模組 160、光學塊 165、一或多個定位器170、慣性量測單元 (IMU) 175、頭部追蹤感測器180、場景渲染模組 185、輻輳處理模組190。
電子顯示器 155具有多行(multi-row)的主動矩陣結構，可獨立地相互傳遞脈衝寬度調變(PWM)、數據負載以及校正。於一些實施例中，電子顯示器 155提供與眼球位置偵測同時的注視跟隨的內容之顯示。眼動追蹤的偵測作為一個輸入，以產生(例如後續視頻幀)注視跟隨內容。
光學塊 165對應來自控制台 120的指令調整其焦距。於一些實施例中，光學塊165包含多個多重焦距塊，用以調整光學塊165的焦距(調整光學塊165的光功率)。
眼球追蹤模組 160追蹤頭戴式顯示器 105的使用者的眼球位置及眼球移動。電子顯示器 155(例如頭戴式顯示器 105的其他位置)的光感測器擷取使用者眼球的影像資料，且眼球追蹤模組 160使用此擷取的資料來決定眼球追蹤資料，例如使用者眼球於顯示面板上的聚焦區域與非聚焦區域、瞳距、兩眼間距、每個眼球相對於頭戴式顯示器 105的三維(3D)位置(例如失真調整的目的)，包含扭轉及旋轉的大小 (例如滾動、傾斜及偏轉) 以及每個眼睛的注視方向。使用者眼晶的位置與方向資訊用於決定使用者所觀看之頭戴式顯示器 105所呈現的虛擬場景中的注視點。
輻輳處理模組190基於注視點或預估的多個注視線的交會處來判斷使用者注視的輻輳深度(vergence depth)，此注視線的交會處係由眼球追蹤模組160所決定。輻輳(Vergence)係為兩眼於相對方向的同步運動或轉動以保持單一的雙眼視覺，其係由人類眼睛自然且自動地執行。因此，使用者眼睛聚合(verged)的位置係為使用者正在觀看的位置並且也是典型使用者眼睛的聚焦處。舉例來說，輻輳處理模組190對該些注視線進行三角量測，以估算關於該些注視線的交會處至使用者的距離或深度。關於該些注視線的交會處的深度可用於作為調適距離的近似值，其係為由使用者至使用者眼睛所針對處的距離。因此，輻輳距離允許使用者眼睛應該聚焦的位置之判斷。
多個定位器170係設置於頭戴式顯示器 105上特定位置的物件，該些定位器170相對應設置於頭戴式顯示器 105上的特定參考點。定位器 170可以係為發光二極體(LED)、角形反射器、反射標記、與頭戴式顯示器 805操作的環境對比的光源類型，或是上述組合。所述的多個主動定位器170(例如發光二極體或其他類型的光發射裝置)可發出位於可見頻寬(~380 奈米(nm)至850奈米(nm))的光線、位於紅外線(IR)頻寬(~850 奈米(nm)至1奈米(nm))的光線、紫外光頻寬 (10 奈米(nm)至380奈米(nm))、電磁頻譜的其他部份或是上述組合。
該些定位器170可設置於頭戴式顯示器105的外表面之下，此外表面係為透明而可使定位器170所發出或反射出的光波長穿透，或是其厚度極薄而不會使定位器170所發出或反射出的光波長有所衰減。進一步地，頭戴式顯示器105的此外表面或其他部份對於可見頻寬光波長來說係為不透光的。因此，當定位器170位於頭戴式顯示器105的外表面之下時，可發出紅外線頻寬的光線，此外表面對於紅外線頻寬的光線來說係為透光的，而對於可見頻寬光的光線來說係為不透光的。
慣性量測單元175係為電子裝置，依據自一或多個頭部追蹤感測器180所接收的量測訊號產生快速校正數據(fast calibration data)，其中該一或多個頭部追蹤感測器180可對應頭戴式顯示器 105的運動而產生一或多個量測訊號。所述的頭部追蹤感測器180可包含例如加速度計、陀螺儀、磁力儀、其他用於偵測運動、修正關於慣性量測單元175之誤差的感測器或是上述組合。該些頭部追蹤感測器180可設置於慣性量測單元 175的外部、慣性量測單元175的內部，或上述組合。
基於來自頭部追蹤感測器180的量測訊號，慣性量測單元175產生快速校正數據，此快速校正數據指示頭戴式顯示器 105的預估位置，其係相對於頭戴式顯示器105的起始位置。舉例來說，頭部追蹤感測器180包含多個加速度計以測量平移運動(前/後、上/下、左/右)，以及多個陀螺儀以測量旋轉運動 (例如傾斜、偏轉及滾動)。慣性量測單元175 例如可快速取樣量測訊號且由所取樣的量測訊號來計算頭戴式顯示器 105的預估位置。舉例來說，慣性量測單元 175 對來自加速度計的量測訊號進行相對於時間的積分以估算速度向量，且對此速度向量進行相對於時間的積分以判斷頭戴式顯示器105上的參考點的預估位置。此參考點係為可用於描述頭戴式顯示器105的位置的點位。一般來說，參考點可被定義為空間內的點，於各種實施例中，參考點被定義為頭戴式顯示器105內的點(例如慣性量測單元175的中央)。或者，慣性量測單元175提供所取樣的量測訊號至控制台 120決定快速校正數據。
慣性量測單元175可額外自控制台120接收一或多個校正參數。如下述進一步地討論，此一或多個校正參數用於保持頭戴式顯示器 105的追蹤。基於所接收的校正參數，慣性量測單元175可調整一或多個慣性量測單元參數(例如取樣率)。於一些實施例中，特定的校正參數使慣性量測單元 175 更新參考點的初始位置，以對應此參考點的下一個校正位置。更新此參考點的初始位置作為此參考點的下一個校正位置，可有助於減少關於預估位置判定的累加誤差。此累加誤差亦可被稱為漂移誤差(drift error)，其會導致參考點的預估位置隨著時間而從參考點的實際位置飄移。
場景渲染模組 185 接收針對來自引擎145的虛擬場景的內容且提供此內容用於在電子顯示器 155上顯示。此外，場景渲染模組 185可基於來自慣性量測單元175、輻輳處理模組830及頭部追蹤感測器180的資訊來調整此內容。場景渲染模組 185基於追蹤模組140、頭部追蹤感測器180或慣性量測單元175當中的一或多個來判斷此內容的一部分顯示於電子顯示器 155上。
影像裝置110根據來自控制台 120的校正參數而產生慢速校正數據(slow calibration data)。慢速校正數據包含一或多個影像，呈現被影像裝置110所檢測的定位器170之觀察到的位置。影像裝置110可包含一或多個照相機、一或多個錄像機、其他能夠擷取包含一或多個定位器之影像的裝置或是上述其他組合。此外，影像裝置 110可包含一或多個濾波器(例如提升訊號雜訊比)。影像裝置110用以偵測於影像裝置110的視野內由定位器170所發出或反射的光線。於定位器170包含被動元件 (例如回射器)的實施例中，影像裝置 110可包含光源照亮部份或所有的定位器 170，朝向影像裝置110內的此光源回復反射光線。慢速校正數據由影像裝置110傳輸至控制台120，且影像裝置110自控制台120接收一或多個校正參數，以調整一或多個影像參數(例如焦距、焦點、幀率、映像檔、感測器溫度、快門速率、光圈等)。
輸入/輸出介面115係為允許使用者傳送動作指令至控制台120的裝置。動作指令係為執行特定動作的指令。舉例來說，動作指令可以開始或結束一個應用程式或是於此應用程式中執行一個特定動作。此輸入/輸出介面115可包含一或多個輸入裝置。輸入裝置例如是包含鍵盤、滑鼠、手持控制器、手套控制器，或是其他用於接收動作指令及將此接收的動作指令傳輸至控制台120的合適裝置。由輸入/輸出介面115所接收的動作指令被傳輸至控制台120執行對應此動作指令的動作。於一些實施例中，輸入/輸出介面115可根據自控制台120接收到的指令提供視觸性回饋(haptic feedback)給使用者。舉例來說，當接收一個動作指令時，由輸入/輸出介面115提供視觸性回饋，或是當控制台 120執行一動作時，控制台120將指令傳輸至輸入/輸出介面115而使輸入/輸出介面115產生視觸性回饋。
控制台120根據自影像裝置110、頭戴式顯示器105或輸入/輸出介面115接收到的資訊而提供內容至頭戴式顯示器105以呈現予使用者。控制台120包含應用程式商店150、追蹤模組140及引擎145。一些實施例的控制台 120具有與圖1所描述之不同或額外模組。類似地，以下進一步描述的功能可分佈於與前述不同態樣的控制台 120 的元件當中。
應用程式商店150儲存有一或多個應用程式用於供控制台120執行。應用程式係為多個指令的集合，當應用程式被處理器所執行時，可產生內容呈現予使用者。應用程式所產生的內容可回應透過頭戴式顯示器105的運動或輸入/輸出介面115而自使用者接收的輸入。應用程式例如包含遊戲應用程式、 會議應用程式、視頻回放應用程式或是其他適用的應用程式。
追蹤模組140使用一或多個校正參數校正此系統100且可調整一或多個校正參數來減少對於頭戴式顯示器105之位置的判斷誤差。舉例來說，追蹤模組140調整影像裝置110的焦點，以對頭戴式顯示器105上所觀測到的定位器170取得更精準的位置。再者，以追蹤模組140所執行的校正亦係為從慣性量測單元 175所接收到的資訊之一部份。此外，假若失去頭戴式顯示器 105的追蹤 (例如影像裝置 110失去至少一閾值數量的定位器170的視線)，則追蹤模組140重新校正系統100的部份或所有的元件。
此外，追蹤模組140使用來自影像裝置110的慢速校正資訊追蹤頭戴式顯示器105的運動，且使用來自慢速校正資訊與頭戴式顯示器105的模型之觀測到的定位器判斷頭戴式顯示器105上的參考點位置。追蹤模組140亦使用來自頭戴式顯示器105上慣性量測單元175的快速校正資訊之位置資訊來判斷頭戴式顯示器105上的參考點位置。此外，追蹤模組160可使用快速校正資訊、慢速校正資訊或上述的組合當中的一部分，以預測頭戴式顯示器105的未來位置提供給引擎145。
引擎145 於系統100內執行應用程式且自追蹤模組140接收頭戴式顯示器105的位置資訊、加速資訊、速度資訊、預測之未來位置或上述組合。基於所接收到的資訊，引擎145 決定內容提供至頭戴式顯示器105以呈現予使用者，例如虛擬實境、用於覆蓋至真實世界場景的一或多個虛擬物件等。
於一些實施例中，引擎145維持光學塊 165的焦點能力資訊(focal capability information)。焦點能力資訊係為描述哪種焦距對光學塊 165係可用的資訊。焦點能力資訊可包含例如光學塊165能夠容納的焦點範圍(例如折光度0至4)、焦點的解析度(例如折光度25)、焦平面的數量、用於映射至特定焦平面的可交換半波片(switchable half wave plates, SHWPs)(例如主動或非主動)的組合設定、用於設定SHWPS以及映射至特定焦平面的主動液晶鏡頭或其組合。
引擎145產生多個指令給光學塊165，該些指令使光學塊165調整其焦距至特定位置。引擎145基於焦點能力資訊產生該些指令，例如來自輻輳處理模組190、慣性量測單元175及頭部追蹤感測器180的資訊。引擎145使用此來自輻輳處理模組190、慣性量測單元175及頭部追蹤感測器180的資訊或上述組合，以選取理想的焦平面以呈現內容予使用者。接著，引擎145使用此焦點能力資訊選取最接近所述理想焦平面的一個焦平面 。在與所選取的焦平面相關的光學塊 165內，引擎145使用此焦距資訊來決定一或多個SHWP的設定、一或多個主動液晶鏡片或上述組合。引擎145基於所決定的設定而產生指令且提供指令至光學塊165。
引擎145根據從輸入/輸出介面115所接收的動作指令而在執行於控制台 120的應用程式內執行一動作，且提供反饋給予使用者以告知該動作被執行。所提供的反饋可以係為透過頭戴式顯示器105的視覺反饋或聽覺反饋，或是透過輸入/輸出介面115的視觸性反饋。
圖2根據一些實施例繪示一頭戴式顯示器105。頭戴式顯示器 105包含前端剛性本體 205及頭帶 210。此前端剛性本體 205包含電子顯示器 (圖中未示)、慣性量測單元 175、一或多個頭部追蹤感測器180以及多個定位器170。於一些實施例中，使用慣性量測單元175、頭部追蹤感測器180及/或定位器170偵測使用者的移動，且根據所偵測到之使用者的移動，透過電子顯示器而將影像顯示給使用者。於一些實施例中，頭戴式顯示器105可用於顯示虛擬實境、擴增實境或混合實境給使用者。
頭部追蹤感測器180根據頭戴式顯示器105的運動而產生一或多個量測訊號。頭部追蹤感測器180例如包含：一或多個加速度計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力儀、偵測運動的其他適合類型的感測器、用於誤差校正慣性量測單元175的一種感測器或是上述組合。頭部追蹤感測器180可設置於慣性量測單元175的外部、慣性量測單元 175的內部或是上述組合。於圖2中，頭部追蹤感測器180設置於慣性量測單元175的內部。對於使用者來說，慣性量測單元175或頭部追蹤感測器皆係為不可見的。
基於來自一或多個頭部追蹤感測器180的一或多個量測訊號，慣性量測單元175產生校正數據，此校正數據指示頭戴式顯示器105的相對於起始位置的一預估位置。於一些實施例中，慣性量測單元175快速地取樣量測訊號且由所取樣的數據來計算頭戴式顯示器105的預估位置。舉例來說，慣性量測單元175針對從加速度計接收到的量測訊號相對於時間進行積分以預估速度向量，且針對此速度向量相對於時間進行積分以判斷頭戴式顯示器105上的參考點的預估位置。可選地，慣性量測單元175提供所取樣的量測訊號至控制台(例如電腦)決定校正數據。參考點係為可用於描述頭戴式顯示器105的位置的點位。一般而言，雖然參考點可被定義為空間內的一個點，然而在實務上，參考點係被定義為頭戴式顯示器105內的一個點位(例如慣性量測單元175的中心)。
該些定位器170係相對於彼此且相對於參考點 215而設置於前端剛性本體205的固定位置。於圖2中，參考點 215係位於慣性量測單元175的中心。每個定位器170發出可被影像裝置(例如照相機或影像感測器)偵測到的光線。於圖2的例子中，該些定位器170或該些定位器170的一部分位於前端剛性本體205的前側240A、頂側240B、底側240C、右側240D及左側240E。
圖3繪示圖2的頭戴式顯示器105之前端剛性本體 205的剖面圖。前端剛性本體 205包含電子顯示器 155及光塊(optical block)230。此光塊230將轉換的影像光從電子顯示器155提供至出射瞳250。此出射瞳250位於使用者眼睛245被對位的前端剛性本體 205之內部。雖然圖3繪示一個單一的光塊230，然而前端剛性本體205可包含二個光學塊，各別對應使用者的眼睛。
光塊230包含光學塊165與眼杯255。眼杯255係機械式地固定於前端剛性本體 205且扣持此光學元件塊165。電子顯示器 155朝光學元件塊165發出影像光。光學元件塊165 放大此影像光且於一些實施例中，校正一或多個額外的光學誤差 (例如失真、像差等)。光學元件塊165將此影像光導引至出射瞳250以呈現予使用者。於一些實施例中，光學元件塊 165及眼杯255可從光塊230當中省略。
電子顯示器 155發出影像光至光塊230。如以下更進一步地討論，電子顯示器155的不同區域可被選擇性地控制以顯示可變的解析框。對應眼睛245之焦點區域的電子顯示器 155的畫素可以原始解析度運行，在此原始解析度中，多個畫素係個別地被編程(例如針對框以網格式方法(raster fashion))，而眼睛245的焦點區域外部的畫素可以降低的解析度進行運作，於此降低的解析度中，多個畫素係以一般畫素值作為一個群組而被編程。
圖4係為依據一實施例所繪示的頭戴式顯示器105內的電子顯示器155的方塊示意圖。電子顯示器 155具有多行主動矩陣結構，傳遞相互獨立的脈衝寬度調變(PWM)、數據負載以及校正。除此之外，電子顯示器155具有高可撓性以優化脈衝寬度調變、數據負載及校正。
電子顯示器 155具有畫素面板400，其包含顯示基板402(或稱 “基板402”)、畫素層404以及光學層 406。畫素層404包含畫素410的陣列定位於顯示基板402上。畫素層404的畫素410發出光線以提供影像框給觀看者。顯示基板402 為各種元件提供結構上的支撐，所述元件例如是畫素410。顯示基板402進一步地透過軌跡線(trace lines)來提供畫素410之次畫素、面板驅動器420、脈衝寬度調變驅動器422及校正驅動器424之間的電性連接。顯示基板402可為可撓性基板，例如聚合物基板，或是顯示基板402可為硬性基板，例如薄膜電晶體(TFT)玻璃基板，且顯示基板402包含主動矩陣結構。如根據圖5所進一步討論的，面板驅動器420提供資料訊號426至電子顯示器155的資料線，且提供掃描訊號428至畫素面板400的掃描線。脈衝寬度調變驅動器422提供脈衝寬度調變訊號 430，以提供脈衝寬度調變至發光二極體的驅動電流，且校正驅動器424提供校正訊號432用於調整施加於每個發光二極體的每個電晶體的閘極電壓。
畫素層404包含該些次畫素，其形成為畫素410。舉例來說，畫素 410可包含由發光二極體 412、414及416所形成的次畫素，其個別提供紅、綠及藍色次畫素。多組的發光二極體 412、414及416彼此相鄰地設置於顯示基板402上，以形成畫素410的矩陣。每個畫素 410的每個發光二極體可發出不同的色光。
於一些實施例中，每個畫素410的每個發光二極體係由微型發光二極體(µLED或Micro-LED)所形成，其係為一種特殊類型的發光二極體，具有小型的主動式發光區域(例如小於2,000平方微米(µm²))及準直的光線輸出。畫素層404的發光二極體可分別被構成，然後結合至顯示基板402。舉例來說，可在原始基板上構成微型發光二極體並且分割，爾後轉換成顯示基板402以形成畫素層404。此微型發光二極體可設於顯示基板402的表面，然後結合與顯示基板402的線路形成電性連接(例如包含TFT層)。因為微型發光二極體的尺寸小且組裝過程會增加缺陷的發生，例如亮度不均勻(mura)，因此在此所述的校正可應用於微型發光二極體。於其他實施例中，畫素校正可應用於其他種類的電子顯示器，包含具有不同結構的電子顯示器，所述的不同結構例如係有機發光二極體(OLED)、液晶顯示器(LCD)或無機發光二極體(ILED)。
光學層 406可設於畫素層404的頂部。光學層 406可包含一或多個光學元件傳輸來自於畫素410的光線。光學層 406 可包含多個增亮膜(BEFs)、擴散片、偏光片等。光學層 406可改變通過光學層 406的光線之特性，例如偏振方向(polarization orientation)、顯示面板的光提取效能等。光學層406亦可對畫素層404的元件提供結構性的保護。於一些實施例中，電子顯示器155可省略光學層406。
圖5係根據一實施例所繪示的用於次畫素的控制電路500的示意圖。電子顯示器 155可包含用於畫素面板400的每個次畫素的控制電路 500用以控制次畫素的發光二極體502。控制電路500提供多行主動式矩陣結構，傳遞脈衝寬度調變(PWM)、數據負載以及校正。控制電路500包含電晶體 504、電晶體506、電晶體508及電晶體510、電容器512及發光二極體 502。
電晶體506係為用於發光二極體502的一驅動電晶體。發光二極體502的第一端連接參考電壓(GND)，且發光二極體502的第二端 連接電晶體506的源極。電晶體506的汲極連接脈衝寬度調變驅動器 420以接收脈衝寬度調變訊號430。電晶體506的閘極於節點A上連接電容器512的第一端以及電晶體504的汲極。電晶體504的源極連接面板驅動器420以接收資料訊號 426，且電晶體504的閘極連接面板驅動器 420 以接收掃描訊號N 428。此掃描訊號N係指施加於控制電路500的次畫素的掃描訊號。
發光二極體502的第一端進一步地連接電晶體508的源極。電晶體508的閘極連接面板驅動器 420以接收掃描訊號N 428。電晶體508的汲極於節點B上連接電容器512的第二端及電晶體506的源極。電晶體506的閘極連接面板驅動器 420以接收掃描訊號N+1 428。此掃描訊號N+1係指針對電子顯示器 155之相鄰次畫素的相鄰掃描線的掃描訊號，例如被面板驅動器 420以逐行掃描的方式對址(addressed)的下一個掃描線。電晶體506的汲極連接校正訊號432。
如以下根據圖6進一步地討論，電晶體504、電容器512、電晶體508、資料訊號426及掃描訊號N 428用於提供數據負載至發光二極體502。脈衝寬度調變訊號430用於將脈衝寬度調變訊號提供給電晶體506以驅動發光二極體502。校正訊號432、掃描訊號N+1 428及電晶體506用於提供校正以調整施加於電晶體506的閘極電壓。於一些實施例中，校正驅動器424係為記憶體，此記憶體針對每個控制電路500儲存有一校正值(或稱“Vcal”)。針對電子顯示器 155之不同發光二極體502或次畫素，校正值可以不同，且校正值可由後端製程校正來決定並儲存於校正驅動器424。
控制電路500的電晶體以及在此所討論的其他控制電路可包含薄膜電晶體(TFTs)。於另一例子中，電晶體可以矽製程(silicon processes)的方式實現。電晶體可包含n型電晶體、p型電晶體，或n型電晶體與p型電晶體的組合。
圖6係為依據一實施例所繪示的電子顯示器155之次畫素的控制方法600的流程圖。方法600可以被執行用以將脈衝寬度調變(PWM)、數據負載以及校正提供至次畫素的發光二極體502。
脈衝寬度調變驅動器 422將用於控制電路500的脈衝寬度調變訊號430 設定為低準位以確保在次畫素的編程過程中電晶體506保持關斷(步驟605)。如下所討論，於方法600中，在脈衝寬度調變訊號 430設定為低準位且關斷電晶體506的狀態下進行次畫素的編程。電晶體506係為用於發光二極體 502的驅動電晶體，因此於次畫素的編程過程中，發光二極體 502亦被關斷且不發出光線。
面板驅動器420將掃描訊號N 428設定至高準位供給控制電路500之電晶體504及510的閘極，且將資料訊號 426 設為Vdata供給電晶體504之源極，進而驅使電晶體 504及510導通且電容器512充電至Vdata (步驟610)。次畫素的電容器512被以Vdata進行編程，且方法600執行校正。
圖7A係為依據一實施例所繪示的於數據負載之後且於校正之前的控制電路 500的示意圖。掃描訊號N 428係為電晶體504及508的閘極而被設定至高準位。脈衝寬度調變訊號430與掃描訊號N+1被設定至低準位。節點A具有電壓Vdata且節點B連接參考電壓(GND)。因為電晶體506被關斷，因此在不會影響控制電路 500的數據負載功能的情形下，校正訊號432可被設定至Vcal或一些其他值。
請回到圖6，面板驅動器420將掃描訊號N 428設定至低準位供給電晶體508的閘極，進而使電容器512轉變為浮動電容(floating capacitor)(步驟615)。特別的是，節點B與參考電壓的連結斷開且電壓Vdata儲存於電容器512所具有的兩個端點，其位於節點A 與節點B之間。透過掃描訊號N 428亦可將電晶體504的閘極設定至低準位。
面板驅動器 420設定掃描訊號N+1 428為高準位用於電晶體506的閘極，進而驅使電晶體506導通 (步驟620)。舉例來說，以Vdata進行的編程係為N掃描線的控制電路500而完成，且面板驅動器 420將掃描訊號N 428設定為低準位並將掃描訊號N+1設定為高準位，以提供數據負載至用於N+1 掃描線的控制電路且同時提供校正給控制電路500。
校正驅動器424 將校正訊號 432設定為Vcal 供給電晶體506的汲極以提供Vcal至節點B，使得節點A 提升為Vdata+Vcal(步驟625)。特別的是，節點B具有電壓Vcal相對於參考電壓且電容器512儲存電壓Vdata，因此節點A具有電壓Vdata + Vcal 相對於參考電壓。節點A係為浮動電容器512的高電位節點，而節點B係為浮動電容器512的低電位節點。此外，節點A的電壓提供至驅動電晶體506的閘極。在數據負載與校正之後，若Vdata + Vcal超過電晶體506的門檻閘極電壓，方法600開始以脈衝寬度調變訊號 430驅動發光二極體。
脈衝寬度調變驅動器 422將脈衝寬度調變訊號430設定為高準位，使得若電晶體506導通，發光二極體 502依據脈衝寬度調變訊號430發光((步驟630)。舉例來說，脈衝寬度調變訊號 430設定為高準位電壓Vdd使電流流經電晶體506以及發光二極體 502。假設Vdata + Vcal滿足電晶體506的門檻閘極電壓且脈衝寬度調變訊號430係為Vdd，則電晶體506導通。假設Vdata + Vcal不滿足電晶體506的門檻閘極電壓，例如當Vdata 係位於低準位時，則電晶體506 關斷。(例如，無論脈衝寬度調變訊號430的準位係為何)。
在電子顯示器的每個掃描週期中，方法600可以重複執行於次畫素。此外，可以使用此方法600而在掃描週期當中控制電子顯示器的每個次畫素。
圖7B係為依據一實施例所繪示的校正後之控制電路 500的示意圖。掃描訊號N 428設置為低準位用於電晶體504 與508的閘極。脈衝寬度調變訊號430設置為高準位Vdd。掃描訊號N+1設置為高準位以關斷電晶體506。節點A具有電壓Vdata + Vcal，且節點B具有電壓Vcal。假設Vdata + Vcal 滿足電晶體506的門檻電壓且PWM 脈衝寬度調變訊號430係為Vdd，則驅動電流I流經電晶體506以及發光二極體502以使發光二極體502發光。脈衝寬度調變訊號430的工作週期或是其他特性可被設定以控制發光二極體502的亮度高低。
圖8係為依據一實施例所繪示的針對電子顯示器 155的控制系統800的方塊示意圖。電子顯示器 155包含畫素的陣列，例如1920行(column) x N 列(row)的畫素。畫素解析度，例如電子顯示器的行之大小可能會變化。舉例來說，電子顯示器並非具有1920行的畫素，而是可包含M 個行，其中M係為整數。
每個畫素包含多個次畫素，例如包括有紅色發光二極體的紅色次畫素、包括有藍色發光二極體的藍色次畫素以及包括有綠色發光二極體的綠色次畫素。控制系統800可以控制每個次畫素類型。舉例來說，控制系統800可包含1920行的次畫素x N 列的次畫素。該些行的次畫素受控於連接面板驅動器420的掃描線S1至SN。每個列的畫素包含畫素P1至P1920。面板驅動器420透過掃描線S1至SN提供掃描訊號428至該些列的畫素。雖然未繪示於圖8中，面板驅動器 420 仍可進一步地提供掃描訊號N+1 428至每個掃描線N，如上述圖5、6、7A及7B。面板驅動器420透過資料線D1至D1920提供資料訊號426至該些行的次畫素。脈衝寬度調變驅動器422透過脈衝寬度調變線P1至PN提供脈衝寬度調變訊號430至該些行的次畫素。對於所有顏色的通道以及次畫素來說，脈衝寬度調變驅動器422係為通用的，因此來自脈衝寬度調變驅動器的脈衝寬度調變線可以提供給一個畫素當中的每個次畫素。
校正驅動器424透過校正線C1至C1920而將校正訊號432提供給多行的次畫素。校正驅動器可以係為記憶體，其具有由畫素數量x 每個畫素四位元(4 bits per pixel)所定義的大小。儲存於記憶體的Vcal值可以在光學檢驗後而被編程。假設即時校正用於設定Vcal，則記憶體係為多次可程式(multiple time programmable, MTP)。若僅執行一次校正，則記憶體可以係為一次性編程(one time programmable, OTP)。多層結構電子顯示器
電子顯示器155可包含多層結構，其包括多個驅動器、用於多個發光二極體的多個控制電路以及形成於獨立層上且彼此疊合的該些發光二極體。多層結構減小電子顯示器 155的封裝規格(form factor)且改善元件之間電性互連的表現。圖9係為依據一實施例所繪示的針對電子顯示器的控制系統800 的方塊示意圖。於圖9中，每個次畫素具有發光二極體502及控制電路500。控制電路500係為類比元件提供用於驅動發光二極體502的電壓與電流。面板驅動器 420、脈衝寬度調變驅動器422以及校正驅動器424係為數位元件，其提供數位電壓準位至控制電路500。於一些實施例中，發光二極體 502、包含控制電路500的類比元件以及包含驅動器420、422、與424的數位元件位於電子顯示器 155的多層結構當中的不同層。
圖10 係依據一實施例所繪示的電子顯示器的多層結構1000的側視示意圖。多層結構 1000 包含數位驅動層1002 (亦稱為驅動層)、中介層1004、 類比控制層1006 (亦稱為控制層)、 金屬層1008以及發光二極體層1010。中介層 1004位於數位驅動層1002上、類比控制層1006位於中介層1004上、金屬層 1008位於類比控制層1006，且包括第一列至第N 列的多個發光二極體1012的發光二極體層1010 位於金屬層1008上。第一列至第N 列當中的每一列可包含多個發光二極體，如圖9所示，因此發光二極體層1010當中定義有發光二極體的陣列 (例如形成多個畫素)。
數位驅動層1002包含一或多個驅動器提供控制訊號至類比控制層 1006。舉例來說，數位驅動層 1002可包含電子顯示器 155的該些驅動器，例如面板驅動器420、脈衝寬度調變驅動器422以及校正驅動器424。整合於數位驅動層1002的該些驅動器之類型可以不同。舉例來說，脈衝寬度調變驅動器422可被取代為非脈衝驅動器。在另一個例子中，假如不使用校正，則校正驅動器424可以被省略。
數位驅動層1002可使用高頻訊號用於數據負載以及處理，且使用數位電壓準位以控制類比控制層1006的運作。於一些實施例中，數位驅動層1002係與此多層結構中的其他層分開建構。於一些實施例中，數位驅動層1002具有45 奈米(nanometer)或更小的最小特徵尺寸 ，例如使用45奈米或更小的製程(fabrication node)進行建構。於一些實施例中，數位驅動層1002可具有大於每秒十億位元(GBps)的接收器，以及整合於數位驅動層當中的電路之運作頻率可大於500兆赫(MHz)。當數位驅動層僅包含數位塊時，此電壓可以被設定為1.1伏特或更小。
中介層 1004係為高密度非活動層，提供數位驅動層1002與類比控制層1006之間的電性互連。中介層1004提供數位驅動層1002的該些驅動器與類比控制層1006的該些控制電路之間的互連，以將控制訊號由數位驅動層 1002傳輸至類比控制層1006。於一些實施例中，數位驅動層1002與類比控制層1006分開建構，然後兩者透過中介層1004結合並且電性互連。於一些實施例中，中介層1004包含M (例如圖9所示的M = 1920) 行 x N 列 的互連，用於電子顯示器155的M 行 x N 列的畫素。
類比控制層1006定義多個控制電路500用於發光二極體層1010中的多個發光二極體 1012。類比控制層1006依據來自數位驅動層 1002的該些控制訊號提供多個驅動電流至發光二極體層110中的該些發光二極體1012。舉例來說，類比控制層 1006設置有電晶體504、506、508及510、以及供資料訊號 426、 校正訊號 432、脈衝寬度調變訊號430的線路及用於每個次畫素的控制電路 500之電容器512。類比控制層1006的頻率可由脈衝寬度調變訊號 430及畫素的列數N所定義。於一些實施例中，類比控制層 1006的頻率低於數位驅動層 1002的頻率。若發光二極體 1012係為微型發光二極體，則類比控制層 1006 的電壓可以為3至5伏特，亦即中間電壓(middle voltage, MV)準位。於一些實施例中，類比控制層1006包含最小特徵尺寸，介於45 奈米(nanometer)與60奈米(nanometer)之間，例如使用45 奈米或 60奈米製程(process node)來建構。
金屬層1008 提供介於發光二極體層1010與類比控制層 1006之間的電性連接(electrical connections)。金屬層1008 將該些驅動電流由類比控制層1006傳輸至發光二極體層1010的該些發光二極體 1012。金屬層1008 係為上層金屬化層置放於類比控制層1008上，以形成與發光二極體層 1010微組裝的微型發光二極體。於一些實施例中，金屬層1008係為銀(Au)層，然而其他材料例如銅(Cu)、金(Au)或銅矽 (Cu-Si)亦可使用作為金屬層1008。當發光二極體1012係為微型發光二極體時，金屬層1008可包含細間距(fine pitch)以支撐類比控制層 1008與發光二極體 1012 之間的互連。
多層結構1000的不同層可以獨立建構，且於一些實施例中使用不同製程並疊合以達到所需的封裝尺寸。透過這樣的方式，每個層可以被優化以組合最佳效能與最佳封裝尺寸。於一個例子中，數位驅動層 1002、類比控制層1006及發光二極體層 1010的發光二極體 1012 係獨立構成。數位驅動層1002與類比控制層 1006透過中介層1004而結合。發光二極體1012透過金屬層1008而結合至類比控制層1006。於一些實施例中，發光二極體層1010與金屬層 1008以及類比控制層 1006係於相同製程中被構成。
圖11係為依據一實施例所繪示的電子顯示器的多層結構1100的側視示意圖。多層結構1100包含數位驅動層1102、中介層 1104、中間電壓 (MV)類比控制層1006、金屬層1108、包含多個發光二極體 1112的發光二極體層1110及高電壓 (HV)類比控制層1114。多層結構 1000中的對應元件之討論可應用於多層結構1100。多層結構1100更包含HV類比控制層 1114 位於中介層 1104上。中介層1104提供介於數位驅動層1102的該些驅動器與HV類比控制層 1114之間的電性互連，以及數位驅動層 1102的該些驅動器與MV類比控制層1106之間的電性互連。
HV類比控制層 1114 可以相對於MV類比控制層 1106之較高的電壓準位驅動電子顯示器的元件。此HV類比控制層 1114可驅動除了發光二極體 1112以外的元件。舉例來說，HV類比控制層1114可驅動微機電系統(MEMS)鏡，反射來自發光二極體層的該些發光二極體或是其他元件所發出的光線。HV類比控制層1114可根據由數位驅動層 1102透過中介層 1104所傳輸而來的控制訊號來控制元件。
於一些實施例中，HV類比控制層1114以不同於數位驅動層 1102與MV類比控制層1106的製程所建構而成，且透過中介層1104而結合於多層結構當中。
圖12係為依據一實施例所繪示的電子顯示器的多層結構1200的側視示意圖。多層結構1200包含數位驅動層1202、將數位驅動層 1202連接至MV類比控制層1206的中介層1204。金屬層1208位於MV類比控制層上，且包括多個發光二極體1212的發光二極體層1210位於金屬層 1208上。此多層結構更包含HV類比控制層1216。多層結構 1100中的對應元件之討論可應用於多層結構 1200。多層結構 1200與多層結構1100的差異在於分離的中介層 1214位於HV類比控制層1216與數位驅動層1202之間且提供介於類比控制層1216與數位驅動層1202之間的電性互連。特別的是，此中介層1214與連接數位驅動層1202及MV類比控制層1206的中介層 1204係為分離的。
於一些實施例中，此HV類比控制層1216係以不同於數位驅動層1202與MV類比控制層1206的製程所建構而成，且透過中介層1104而結合於多層結構 1200當中。
圖13係為依據一實施例所繪示的電子顯示器的多層結構1300 的側視示意圖。多層結構1300包含數位驅動層 1302、將數位驅動層 1302 連接至HV類比控制層 1316的中介層 1304。另一中介層1306位於HV類比控制層 1316上，且將HV類比控制層1316電性連接至MV類比控制層1308。金屬層位於MV類比控制層1308上且提供MV類比控制層 1308 與發光二極體層 1314的多個發光二極體 1312之間的電性連接(electrical connections)。
多層結構 1200中的對應元件之討論可應用於多層結構 1300。此多層結構1300與多層結構 1200之間的差異在於MV類比控制層1308係疊合於 HV類比控制層 1316上。在此，來自數位驅動層 1302且用於控制MV類比控制層 1308的訊號通過中介層1304、HV類比控制層1316及中介層 1306。
於一些實施例中，HV類比控制層 1316、數位驅動層 1302以及MV類比控制層1308以不同製程所建構。這些分開建構的層透過中介層1306與1304結合且電性連接以形成此多層結構 1300。
圖14係為依據一實施例所繪示之用於電子顯示器的次畫素的控制電路1400的示意圖。除了發光二極體 1402係為共陽極拓撲(common anode topology)，控制電路 1400係相似於控制電路500。於此共陽極拓撲中，發光二極體 1402設置於電源供應Vdd與驅動電晶體506的汲極之間。相反地，控制電路 500的發光二極體 502 係為共陰極拓撲(common cathode topology)，其發光二極體 502 設置於驅動電晶體506的源極與參考電壓 (GND)之間。
當Vdata施加於驅動電晶體506的閘極時，根據使用共陰極拓撲或共陽極拓撲，而驅動電晶體506之有效閘極-源極電壓(Vgs, eff)會有所不同。以共陰極來說，驅動電晶體506的Vgs, eff 等於Vdata – VLED，其中VLED 係為發光二極體 502的跨壓。以共陽極來說，驅動電晶體506的Vgs,eff 等於Vdata。故以相同的Vgs, eff (以及用於發光二極體的相同驅動電流)來說，相較於共陽極拓撲，共陰極拓撲的Vdata必須較高。因此，相較於共陰極拓撲來說，共陽極拓撲可用於提供較低的動態數據能量。
圖15係為根據一實施例所繪示的近眼顯示器(near-eye-display, NED)1500的示意圖。近眼顯示器1500呈現媒體給予使用者且係為頭戴式顯示器105的一個例子。近眼顯示器1500所呈現的媒體可例如包含一或多個圖像、視頻、音頻或上述組合。於一些實施例中，音頻可透過外部裝置(例如揚聲器及/或耳機)呈現，此外部的裝置可從近眼顯示器1500接收音頻資訊、控制台(圖中未示)或上述二者，並且基於此音頻資訊呈現音頻數據。近眼顯示器1500 通常用用以作為虛擬實境的近眼顯示器(VR NED)來運作。然而，於一些實施例中，近眼顯示器1500可修改作為擴增實境的近眼顯示器(AR NED)、混合實境的近眼顯示器(MR NED)，或是以上的組合。舉例來說，於一些實施例中，近眼顯示器1500可利用電腦生成的元件(例如圖像、視頻、音頻等)來擴大物理、真實世界的視野。
圖15所示的近眼顯示器1500包含框架1505與顯示器1510。框架1505結合於一起對使用者顯示媒體的一或多個光學元件。於一些實施例中，框架1505可以代表眼鏡的框架。顯示器1510用以供使用者觀看近眼顯示器1500所呈現的內容。顯示器1510可以例如是包含多層結構的電子顯示器155。如同以下圖6中所討論，顯示器1510包含至少一波導顯示器組件(圖中未示)用於導引一或多個影像光至使用者的眼睛。此波導顯示器組件包含例如波導顯示器、層疊波導顯示器、變焦波導顯示器或是上述組合。層疊波導顯示器係為多色顯示器，藉由成疊多個波導顯示器而形成，每個波導顯示器所具有的對應單色源係為不同顏色。
圖16係為依據一實施例所繪示的圖15之近眼顯示器1500的剖面圖。顯示器1510包含至少一顯示器組件1610。出射瞳250係為當使用者穿戴此近眼顯示器1500的時候其眼睛245 所對位的位置。為了說明的目的，圖16 繪示單一眼睛245與單一顯示器組件1610相關的剖面圖，然而並未繪示可選的實施例，與圖16中的此顯示器組件1610分離的另一波導顯示器組件提供另一影像光給予使用者的另一眼睛245。
如以下圖16的說明，顯示器組件1610 係用以通過出射瞳250將影像光導引至眼睛245。顯示器組件1610可由具有一或多個折射率的一或多個材料所組成(例如塑膠、玻璃等)，可有效地將近眼顯示器的重量極小化且擴大其視角(簡稱‘FOV’)。於另一個配置中，近眼顯示器1500包含一或多個光學元件，其介於顯示器組件1510與眼睛245之間。光學元件可執行例如校正顯示器組件1610所發出的影像光內的像差、放大顯示器組件1610所發出的影像光、顯示器組件1610所發出之影像光的一些其他光學調整或是上述組合。光學元件例如包含光圈、菲涅耳透鏡(Fresnel lens)、凸透鏡、凹透鏡、濾光片或是影響影像光的其他合適之光學元件。
於一些實施例中，顯示器組件1610包含一或多個波導顯示器的層疊，其包含但不限於層疊波導顯示器、變焦波導顯示器等。層疊波導顯示器係為多色顯示器(例如紅-綠-藍(RGB)顯示器)，藉由將多個波導顯示器進行層疊而形成，每個波導顯示器所具有的對應單色源係為不同顏色。
圖17係依據一實施例所繪示的波導顯示器1700的等軸視圖。於一些實施例中，波導顯示器1700 (亦可稱為掃描波導顯示器)係為近眼顯示器1500的一元件 (例如顯示器組件1610)。於一可選的實施例中，波導顯示器1700 係為其他近眼顯示器的一部分，或將顯示器影像光導引至特定位置的其他系統。
波導顯示器1700包含光源組件1710、輸出波導器1720以及控制器1730。以說明為目的，圖17繪示關聯於單一眼睛245的波導顯示器1700，但是於一些實施例中，其他的波導顯示器係與波導顯示器1700分離(或部份離)，提供影像光至使用者的另一眼睛。於一個部份分離的系統中，一或多個元件可於用於每個眼睛的該些波導顯示器之間共享。
光源組件1710產生影像光。光源組件1710包含光源1740、光調節組件1760及掃瞄鏡組件1770，如以下圖18的細部描述。光源組件1710產生且輸出影像光1745至輸出波導器1720的耦合元件1750。
光源1740係為光線的來源，其產生至少一同調影像光或部份同調影像。光源1740根據自控制器1730接收到的一或多個亮度參數而發出光線 。光源1740包含一或多個光源元件，其包含但不限於微型發光二極體。
輸出波導器1720係為光波導器，其輸出影像光至使用者的眼睛245。輸出波導器1720於一或多個耦合元件1750中接收影像光1745 ，且將所接收到的輸入影像光導引至一或多個解耦元件1780。於一些實施例中，耦合元件1750將來自光源組件1710的影像光1745 輸出波導器1720。耦合元件1750可以例如是繞射光柵(diffraction grating)、全像光柵(holographic grating)或將影像光1745耦合至輸出波導器1720的其他元件，或是上述組合。舉例來說，於耦合元件1750係為繞射光柵的實施例中， 可選擇繞射光柵的間距以產生內部的全反射，且影像光1745朝向解耦元件 1780進行內部地傳播。舉例來說，繞射光柵的間距可以係介於300 奈米(nm)至600奈米(nm)之間的範圍。
解耦元件 1780對來自輸出波導器1720的此內部全反射影像光進行解耦。解耦元件 1780可以例如是繞射光柵、全像光柵 或是對輸出波導器1720所輸出的影像光進行解耦的其他元件，或上述組合。舉例來說，於解耦元件 1780係為繞射光柵的實施例中，可選擇繞射光柵的的間距以驅使入射影像光自輸出波導器1720出射。藉由改變進入耦合元件1750的影像光1745之方向與位置，以控制從輸出波導器1720出射的影像光之位置與方向。 舉例來說，繞射光柵的的間距可以係介於300 奈米(nm)至600奈米(nm)之間的範圍。
輸出波導器1720可由一或多個材料所組成，其可促進影像光1745內部全反射。輸出波導器1720可由例如矽、塑膠、玻璃或聚化物，或是上述組合所組成。對於頭戴式顯示器來說，輸出波導1720具有相對較小的封裝尺寸。舉例來說，輸出波導器1720沿X維度的寬度可大約是50 毫米(mm)、沿Y維度的長度可大約是30 毫米(mm)、且沿Z維度的厚度可大約是0.5-1毫米(mm)。於一些實施例中，輸出波導器1720 係為二維(2D)光導波器。
控制器1730控制光源組件1710的掃描運作。控制器1730基於至少一或多個顯示器指令來判斷針對光源組件1710的掃描指令。顯示器指令係為用於對一或多個影像進行成像的指令。於一些實施例中，顯示器指令可單純為影像檔 (例如點陣圖(bitmap))。顯示器指令可例如自一虛擬實境(VR)系統 (圖中未示)的控制台所接收。掃描指令係為光源組件1710用於產生影像光1745的指令。掃描指令可包含例如影像光(例如單色、多色)的光源類型、掃描率、掃瞄鏡組件的方向、一或多個亮度參數、或上述組合。控制器1730包含硬體、軟體及/或韌體之組合，然而在此並未示出此硬體、軟體及/或韌體之組合以避免使本發明的其他面向模糊。
圖18係為依據一實施例所繪示之圖17的光源組件1710 的方塊示意圖with a 一維(1D)光源、光源組件1710輸出掃描光。光源組件1710包含光源1840以及光學系統1850。光源1840係為圖17的光源1740之一實施例。光學系統1850包含光調節組件1860與掃瞄鏡組件1870。光調節組件1860係為圖17的光調節組件1760之一實施例。掃瞄鏡組件1870係為圖17的掃瞄鏡組件1770 之一實施例。光源組件1710根據來自圖17的控制器1730的掃描指令而產生光線。
光源1840係為光的來源，其產生至少一同調影像光或部份同調影像光。光源1840根據從控制器1730所接收到的一或多個亮度參數而發出光線。光源1840包含一或多個光源元件1820。光源元件1820可以係為具有至少超高亮度、低耗能及尺寸小的發光二極體。光源元件1820可以例如是微型發光二極體、有機發光二極體 (OLED)、超明亮發光二極體 (SLED)及有機微型發光二極體。微型發光二極體係為體積小的發光二極體，其發光區域可從一微米(micron)至數十微米的範圍。舉例來說，基於氮化鎵基底(GaN-based)的無機發光二極體可以比具有數微米發光面積的有機發光二極體更亮幾個數量級。光源1840可以係為一維(1D)光源、二維(2D)光源或是具有其他維度。
於一實施例中，光源元件1820可以凹曲(concave curved)或線性(linear)方式來佈置。舉例來說，根據顯示器尺寸及數釐米的長度，光源1840 可具有範圍介於數毫米至數釐米的曲率半徑。彎曲陣列的優勢在於彎曲表面當中小型透鏡可較容易具有高品質圖像，而不需校正透鏡的曲率場(field of curvature)。於可選的實施例中，光源元件1820可以平面或線性方式佈置。
光源元件1820 發出光源光線1845至光學系統1850。於一些實施例中，光源光線1845可發出一或多個顏色 (例如紅、綠與藍)。舉例來說，光源元件1820A發出紅色光源光線、光源元件1820B發出藍色光源光線且光源元件1820C發出綠色光源光線。此外，於一些實施例中，一或多個光源元件可發出紅外光。
光學系統1850包含光調節組件1860及掃瞄鏡組件1870。光調節組件1860調節光源的光線並發出調節後的光線至掃瞄鏡組件1870。調節後的光線係指針對掃瞄鏡組件1870上的入射角所調節之光線。光調節組件1860包含一或多個光學元件調整來自光源1840的光線。調整來自光源1840的光線包含例如擴展、調準、校正一或多個光學誤差(例如像場彎曲(field curvature)、色像差(chromatic aberration)等)、其他光線調整或是上述組合。光調節組件1860調節光源光線1845 且發出調節後的光線1865至掃瞄鏡組件1870。
掃瞄鏡組件1870包含一或多個光學元件，透過掃瞄鏡組件1870的一或多個反射部將影像光重新導向。影像光的重新導向所朝向的位置係基於該一或多個 反射部的特定方向。於一些實施例中，掃瞄鏡組件包含單一掃瞄鏡用以於至少二個維度中進行掃描。於其他實施例中，掃瞄鏡組件1870可包含多個掃瞄鏡，每個於彼此的正交方向進行掃描。掃瞄鏡組件1870 可逐行掃描 (水平或垂直)。於一些實施例中，掃瞄鏡組件1870可以一個振動頻率執行一個沿著水平及/或垂直方向的控制振動，以沿著二個維度進行掃描並且產生一個媒體的二維投影線影像呈現予使用者的眼睛。舉例來說，基於所需的振盪頻率，掃瞄鏡組件1870 可沿垂直方向經受每秒數百奈米的峰值間的振盪。掃瞄鏡組件1870基於調節後的光線1865而發出掃描光1875。 掃瞄鏡組件1870沿一特定方向朝輸出波導器1720輸出此掃描光 1875 (根據掃描指令)。
於一些實施例中，掃瞄鏡組件1870包含電流計鏡(galvanometer 鏡面)。舉例來說，電流計鏡可呈現機電量表指示其已藉由使用一或多個鏡面使影像光的光束偏折而感測到電子流 (electric current)。電流計鏡可用以於正交維度進行掃描，以產生掃描光線1875。來自電流計鏡的此掃描光線1875代表媒體的二維列影像呈現予使用者的眼睛。
控制器1730控制光源1840及掃瞄鏡組件1870。控制器1730 提取用於供顯示的內容且將此內容劃分成多個分散區塊。控制器1730指示光源1840依序呈現該些分散區塊。控制器1730指示掃瞄鏡組件1870將所呈現的該些分散區塊掃描至此輸出波導器的耦合元件的不同區域 。對應地，在輸出波導器1720的出射瞳，每個分散部分呈現於不同位置。每個分散區塊於不同時間呈現時，該些分散區塊的呈現與掃描發生的速度足夠快，而使得使用者的眼睛將該些不同的區塊整合為單一影像或一系列影像。
舉例來說，於光源1840包含線性一維陣列的光源元件1820的實施例中，控制器1730將此內容劃分為多個列(lines)，該些列被掃描到輸出波導器1720的耦合元件的不同區域，使得在輸出波導器1720的出射瞳，每個列可於不同位置呈現，使用者的眼睛將其整合為單一影像或一系列影像。
於一些實施例中，顯示器1510包含多層結構。舉例來說，中間電壓類比控制層 (例如層1106、1206或1308)指示光源1840依序呈現該些分散區塊，而高電壓類比控制層 (例如層1114、1216或1316) 指示掃瞄鏡組件1870 將所呈現的該些分散部分掃描至輸出波導器1720的耦合元件的不同區域。在此，掃瞄鏡組件1870 係為微機電系統鏡的一個例子。
圖19 係為依據一實施例所繪示的包含鏡面1902的多層結構 1900的側視圖。多層結構1900如同圖11所示的多層結構 1100 且包含鏡面 1902透過連接部1904耦接HV類比控制層。於一些實施例中，鏡面 1902並非透過連接部1904耦接，而是整合於 HV類比控制層 1114上。
前述實施例的描述呈現係為達到說明之目的；它並非旨在詳盡或將專利權限制在所公開的確切形式上。相關領域的技術人員可以理解的是基於以上公開的內容可以進行許多修改和變化。
說明書當中所使用的語言主要是出於可讀性和教學目的而選擇的，並且可能未選擇它來描繪或限制本發明的主題。因此，專利權的範圍不受限於該詳細描述，而是受限於基於此申請上所載的任何申請專利範圍。
100‧‧‧系統
110‧‧‧影像裝置
120‧‧‧控制台
150‧‧‧應用程式商店
140‧‧‧追蹤模組
145‧‧‧引擎
105‧‧‧頭戴式顯示器
155‧‧‧電子顯示器
160‧‧‧眼球追蹤模組
165‧‧‧光學塊
170‧‧‧定位器
175‧‧‧慣性量測單元(IMU)
190‧‧‧輻輳處理模組
180‧‧‧頭部追蹤感測器
185‧‧‧場景渲染模組
115‧‧‧輸入/輸出介面
210‧‧‧頭帶
240B‧‧‧頂側
240E‧‧‧左側
205‧‧‧前端剛性本體
215‧‧‧參考點
240A‧‧‧前側
240D‧‧‧右側
240C‧‧‧底側
245‧‧‧眼杯
Eye‧‧‧眼睛
230‧‧‧光塊
250‧‧‧出射瞳
406‧‧‧光學層
404‧‧‧畫素層
426‧‧‧資料訊號
428‧‧‧掃描訊號
410‧‧‧畫素
400‧‧‧畫素面板
402‧‧‧顯示基板
412、414、416‧‧‧發光二極體
420‧‧‧面板驅動器
422‧‧‧脈衝寬度調變驅動器
430‧‧‧脈衝寬度調變訊號
424‧‧‧校正驅動器
432‧‧‧校正訊號
540、506、508、510‧‧‧電晶體
512‧‧‧電容器
500、1400‧‧‧控制電路
1000‧‧‧多層結構
1002、1102、1202、1302‧‧‧數位驅動層
1004、1104、1204、1214、1304、1306‧‧‧中介層
1006‧‧‧類比控制層
1008、1108、1208、1310‧‧‧金屬層
1010、1110、1314‧‧‧發光二極體層
502、1012、1112、1212、1312、1402‧‧‧發光二極體
1106、1206、1308‧‧‧MV類比控制層
1114、1216、1316‧‧‧HV類比控制層
1510‧‧‧顯示器
1505‧‧‧框架
1500‧‧‧近眼顯示器
1610‧‧‧顯示器組件
1740、1840‧‧‧光源
1760‧‧‧光調節組件
1770‧‧‧掃瞄鏡組件
1730‧‧‧控制器
1720‧‧‧輸出波導器
1780‧‧‧解耦元件
1745‧‧‧影像光
1710‧‧‧光源組件
1750‧‧‧耦合元件
1845‧‧‧光源光線
1865‧‧‧調節後的光線
1860‧‧‧光調節組件
1870‧‧‧掃瞄鏡組件
1850‧‧‧光學系統
1820A~1280C‧‧‧光源元件
1710‧‧‧光源組件
1830‧‧‧控制器
1875‧‧‧掃描光
1720‧‧‧輸出波導器
圖1係為依據一實施例所繪示的關於頭戴式顯示器(HMD)的系統之方塊示意圖。
圖2係為依據一實施例所繪示的圖1的頭戴式顯示器之透視圖。
圖3係為依據一實施例所繪示的圖2之頭戴式顯示器的前端剛性本體的剖面圖。
圖4係為依據一實施例所繪示的電子顯示器的方塊示意圖。
圖5 係為依據一實施例所繪示的用於電子顯示器之次畫素的控制電路的示意圖。
圖6係為依據一實施例所繪示的電子顯示器之次畫素的控制方法流程圖。
圖7A 係為依據一實施例所繪示的數據負載後且校正前的控制電路的示意圖。
圖7B 係為依據一實施例所繪示的校正後的控制電路的示意圖。
圖8係為依據一實施例所繪示的用於電子顯示器的控制系統的方塊示意圖。
圖9 係為依據一實施例所繪示的用於電子顯示器的控制系統的。
圖10係為依據一實施例所繪示的電子顯示器的多層結構的側視示意圖。
圖11係為依據一實施例所繪示的電子顯示器的多層結構的側視示意圖。
圖12 係為依據一實施例所繪示的電子顯示器的多層結構的側視示意圖。
圖13係為依據一實施例所繪示的電子顯示器的多層結構的側視示意圖。
圖14 係為依據一實施例所繪示的用於電子顯示器之次畫素的控制電路的示意圖。
圖15係為依據一實施例所繪示的近眼顯示器(NED)的示意圖。
圖16 係為依據一實施例所繪示的圖15之近眼顯示器的剖面圖。
圖17係為依據一實施例所繪示的波導顯示器的等軸視圖。
圖18係為依據一實施例所繪示的具有一維光源的光源組件的方塊示意圖，其中光源組件輸出掃描光線。
圖19 係為依據一實施例所繪示的包含鏡面的多層結構的側視示意圖。
上述圖式僅係用於說明本發明的實施例。

Claims (20)

  1. 一種電子顯示器，包含：一驅動層，包含一或多個驅動器用以提供多個控制訊號；一控制層，包含多個控制電路用於驅動多個發光二極體，該些發光二極體受控於來自該驅動層的該些控制訊號；以及一中介層，介於該驅動層與該控制層之間，該中介層包含該驅動層的該一或多個驅動器與該控制層的該些控制電路之間的多個電性連接，以將該些控制訊號從該驅動層傳輸至該控制層。
  2. 如請求項1所述的電子顯示器，更包含：一發光二極體層，包含該些發光二極體，該控制層用以依據來自該驅動層的該些控制訊號產生多個驅動電流，以驅動該些發光二極體；以及一金屬層，介於該控制層與該發光二極體層之間，該金屬層包含該控制層的該些控制電路與該發光二極體層的該些發光二極體之間的多個電性連接，以將該些驅動電流從該控制層傳輸至該發光二極體層。
  3. 如請求項1所述的電子顯示器，其中該驅動層的該一或多個驅動器包含以下至少一者：一面板驅動器，用以將該些控制訊號提供至該控制層，該些控制訊號包含多個資料訊號與多個掃描訊號；一脈衝寬度調變驅動器，用以提供該些控制訊號至該控制層，該些控制訊號包含多個脈衝寬度調變訊號；以及一校正驅動器，用以將該些控制訊號提供至該控制層，該些控制訊號包含多個校準訊號。
  4. 如請求項1所述的電子顯示器，其中：該驅動層包含一第一最小特徵尺寸；以及該控制層包含大於該第一最小特徵尺寸的一第二最小特徵尺寸。
  5. 如請求項1所述的電子顯示器，其中該驅動層以一第一頻率運作，該控制層以低於該第一頻率的一第二頻率運作。
  6. 如請求項1所述的電子顯示器，其中：該控制層用於以一第一電壓準位驅動該些發光二極體；以及該電子顯示器更包含另一控制層連接該驅動層；以及該另一控制層用於以大於該第一電壓準位的一第二電壓準位驅動該電子顯示器的另一元件，該另一元件不同於該些發光二極體。
  7. 如請求項6所述的電子顯示器，其中該中介層介於該驅動層與該另一控制層之間，該中介層包含介於該驅動層與該另一控制層之間的另多個電性連接。
  8. 如請求項6所述的電子顯示器，更包含另一中介層介於該驅動層與該另一控制層之間，該另一中介層包含介於該驅動層與該另一控制層之間的另多個電性連接。
  9. 如請求項6所述的電子顯示器，其中該另一元件包含一微機電系統鏡，反射該些發光二極體所發出的光線。
  10. 一種電子顯示器的控制方法，包含：以包含一或多個驅動器的一驅動層產生多個控制訊號；以介於該驅動層與一控制層之間的一中介層將該些控制訊號從該驅動層傳輸至該控制層；以及以該控制層驅動該電子顯示器的多個發光二極體，該些發光二極體受控於來自該驅動層的該些控制訊號。
  11. 如請求項10所述的控制方法，更包含：以該控制層依據該驅動層的該些控制訊號產生多個驅動電流，以驅動該些發光二極體；以及以介於該控制層與包含該些發光二極體的一發光二極體層之間的一金屬層將該些驅動電流從該控制層傳輸至該發光二極體層。
  12. 如請求項10所述的控制方法，其中以包含該一或多個驅動器的該驅動層產生該些控制訊號包含以下至少一者：以一面板驅動器產生包含多個資料訊號與多個掃描訊號的該些控制訊號至該控制層；以一脈衝寬度調變驅動器產生包含多個脈衝寬度調變訊號的該些控制訊號至該控制層；以及以配置的一校正驅動器產生包含多個校準訊號的該些控制訊號至該控制層。
  13. 如請求項10所述的控制方法，其中：該驅動層包含一第一最小特徵尺寸；以及該控制層包含大於該第一最小特徵尺寸的一第二最小特徵尺寸。
  14. 如請求項10所述的控制方法，其中該驅動層產生包含一第一頻率的該些控制訊號，該控制層以低於該第一頻率的一第二頻率驅動該些發光二極體。
  15. 如請求項10所述的控制方法，其中：以該控制層依據該驅動層的該些控制訊號驅動該些發光二極體，係包含以一第一電壓準位驅動該些發光二極體；以及該控制方法更包含以連接該驅動層的另一控制層以大於該第一電壓準位的一第二電壓準位驅動該電子顯示器的另一元件，該另一元件不同於該些發光二極體，該另一控制層透過介於該驅動層與該控制層的該中介層或介於該驅動層與該另一控制層的另一中介層連接該驅動層。
  16. 如請求項15所述的控制方法，其中該另一元件包含一微機電系統鏡，反射該些發光二極體所發出的光線。
  17. 如請求項1所述的電子顯示器，更包含：另一控制層，介於該中介層與該驅動層之間；以及另一中介層，介於該驅動層與該另一控制層之間，該另一中介層包含介於該驅動層與該另一控制層之間的多個電性連接，該驅動層用以通過該另一中介層、該另一控制層及該中介層提供該些控制訊號至該控制層。
  18. 如請求項17所述的電子顯示器，其中該另一控制層以大於該控制層電壓的一電壓運作，該驅動層以小於該控制層電壓的一電壓運作。
  19. 如請求項17所述的電子顯示器，其中：該控制層用於以一第一電壓準位驅動該些發光二極體；以及該另一控制層用於以大於該第一電壓準位的一第二電壓準位驅動該電子顯示器的另一元件，該另一元件不同於該些發光二極體。
  20. 如請求項19所述的電子顯示器，其中該另一元件係為一微機電系統鏡，反射該些發光二極體所發出的光線。
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