TW202109135A - 顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
顯示裝置包括顯示器、影像光束平移器以及導光元件。顯示器產生影像光束。影像光束平移器接收影像光束並產生投射影像光束。導光元件接收投射影像，並依序傳導投射影像至目標區的不同位置上。其中，影像光束平移器分時投射所述投射影像光束至導光元件的不同位置。
Description
本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種可提供虛擬實境影像、擴增實境影像或混合實境影像的顯示裝置。
隨著電子科技的進步，提供高品質的顯示效能，已經成為電子產品的重要趨勢。因此，可提供虛擬實境影像、擴增實境影像或混合實境影像的穿戴式顯示裝置因應而生。
對於穿戴式顯示裝置的要求，追求其模組輕薄化與較高的解析度，可提供較佳的使用者體驗。但是，隨著顯示裝置所需要提供的顯示畫面的解析度的提升，顯示裝置的價格、體積以及重量相對應被增加。隨著顯示裝置體積以及重量的增加，造成使用者在攜帶上的不方便。而顯示裝置的價格增加，則可能降低消費者的購買意願。
本發明提供多種顯示裝置，可減小穿戴式顯示裝置的體積。
本發明的顯示裝置包括顯示器、影像光束平移器以及導光元件。顯示器產生影像光束。影像光束平移器接收影像光束並產生投射影像光束。導光元件接收投射影像，並依序傳導投射影像至目標區的不同位置上。其中，影像光束平移器分時投射所述投射影像光束至導光元件的不同位置。
本發明的另一顯示裝置包括顯示器、影像光束平移器以及導光元件。顯示器產生影像光束。影像光束平移器接收影像光束並產生第一投射影像光束以及第二影像光束。導光元件接收第一投射影像光束以及第二投射影像光束，並傳導第一投射影像光束至第一目標區，傳導第二投射影像光束至第二目標區，其中第一目標區與第二目標區不相同。
基於上述，本發明實施例透過影像光束平移器來使投射影像光束可同時或分時的被傳送至不同的位置上。如此一來，顯示器的面積可以有效的縮減，降低穿戴式顯示裝置的尺寸以及重量。
請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的顯示裝置的示意圖。顯示裝置100包括顯示器110、影像光束平移器120以及導光元件130。顯示器110用以產生影像光束IGB。影像光束平移器120與顯示器110重疊配置，並接收顯示器110所產生的影像光束IGB。影像光束平移器120可依據影像光束IGB產生投射影像光束TGB。在本實施例中，影像光束平移器120所產生投射影像光束TGB，依據產生時間的不同，可以依序為投射影像光束TGB1、TGB2，影像光束平移器120分別在不同的時間區間，依序將投射影像光束TGB1、TGB2傳送至導光元件130。
值得注意的，在本實施例中，影像光束平移器120可針對投射影像光束TGB1、TGB2的至少其中之一的位置進行平移，並使投射影像光束TGB1在第一時間區間，在影像光束平移器120上的被發射位置，與投射影像光束TGB2在第二時間區間，在影像光束平移器120上的被發射位置不相同。
導光元件130用以分時接收投射影像光束TGB1、TGB2。基於投射影像光束TGB1、TGB2的被發射位置不相同，導光元件130可依序將投射影像光束TGB1、TGB2分別傳導，並投射至不同位置的第一分區PZ1以及第二分區PZ2上。此導光元件130可為波導(waveguide)、自由曲面透鏡(Freeform lens)、半反射鏡(Half-Mirror)等一般常見之用於光學視穿型擴增實境顯示器(Optical-See-Through Augment Reality Display)。
在本發明實施例中，顯示器110在第一時間區間產生的影像光束IGB可以對應第一顯示畫面，顯示器110在第二時間區間產生的影像光束IGB則可以對應第二顯示畫面，其中第一顯示畫面與第二顯示畫面不相同。如此一來，使用者可以看見第一顯示畫面與第二顯示畫面相互連接的組合式顯示畫面。也就是說，在不增加顯示器110的尺寸的情況下，可以增加顯示裝置所產生的顯示畫面的尺寸及/或解析度。
本實施例的顯示裝置100可以為產生虛擬實境影像、擴增實境影像或混合實境影像的顯示裝置。顯示裝置100可以為任意形式的穿戴式顯示裝置。
以下請參照圖2，圖2繪示本發明實施例的顯示裝置的一實施方式的示意圖。顯示裝置200包括顯示器210、影像光束平移器220以及導光元件230。影像光束平移器220包括相位延遲片221、電控偏振光柵222以及223。其中相位延遲片221、電控偏振光柵222以及223依序與顯示器210相互重疊配置。
在本實施方式中，顯示器210分別在第一時間區間以及第二時間區間產生影像光束IGB1、IGB2。影像光束平移器220的相位延遲片221則依序接收影像光束IGB1、IGB2，並為線偏振光的影像光束IGB1、IGB2分別轉換為圓偏振光的影像光束IGB1、IGB2。在本實施方式中，相位延遲片221可以為1/4波片（quarter wave plate）。
電控偏振光柵222以及223可接收控制信號CTR，並依據為電氣信號的控制信號CTR，來決定是否偏折所接收的影像光束IGB1、IGB2。在本實施方式中，電控偏振光柵222在第一時間區間中，依據控制信號CTR以使所接收的影像光束IGB1可直接通過。電控偏振光柵222並在第二時間區間中，依據控制信號CTR以使影像光束IGB2偏折一第一偏折角度來產生偏折影像光束IGB2’。此外，電控偏振光柵223在第一時間區間同樣依據控制信號CTR以直接通過影像光束IGB1來產生投射影像光束TGB1。電控偏振光柵223並在第二時間區間依據控制信號CTR以使偏折影像光束IGB2’偏折一第二偏折角度來產生投射影像光束TGB2。其中，第一偏折角度例如為+A度，第二偏折角度則可以為-A度（A為任意實數），也就是說，第一偏折角度與第二偏折角度可以互為相反數（加法反元素）。
基於第一偏折角度與第二偏折角度互為相反數，投射影像光束TGB2可以與投射影像光束TGB1具有互相平行的投射方向。並且，基於電控偏振光柵222以及223在第二時間區間中所產生的光線偏折動作，投射影像光束TGB1與投射影像光束TGB2的發射位置可以不同。如此一來，光導元件230可使投射影像光束TGB1被傳導至目標區TZ的第一分區，並使投射影像光束TGB2被傳導至目標區TZ的第二分區。其中第一分區與第二分區不相同。並使目標區TZ上的人眼可以分時觀察到不同的顯示畫面。
附帶一提的，本實施例的電控偏振光柵222、223為可電控的液晶偏振光柵。
請參照圖3，圖3繪示本發明實施例的顯示裝置的另一實施方式的示意圖。顯示裝置300包括顯示器310、影像光束平移器320以及導光元件330。影像光束平移器320則包括相位調節器321、相位延遲片322以及偏振光柵323、324。其中，相位調節器321、相位延遲片322以及偏振光柵323、324依序與顯示器310相互重疊配置。
在本實施方式中，顯示器310分別在第一時間區間以及第二時間區間產生影像光束IGB1、IGB2。影像光束平移器320在第一時間區間中可以為通電狀態，使為線偏振光源的影像光束IGB1的偏振狀態不變，並被傳送至相位延遲片322。另外，影像光束平移器320可在第二時間區間中為不通電狀態，並使為線偏振光源的影像光束IGB2的偏振狀態被改變，並被傳送至相位延遲片322。
相位延遲片322則在第一時間區間中，使未改變偏振狀態的影像光束IGB1轉換為具有第一旋向的光束，並在第二時間區間，使已改變偏振狀態的影像光束IGB2轉換為具有第二旋向的光束，其中的第一旋向與第二旋向是相反的。相位延遲片322可以為1/4波片，用以使線偏振光轉換為圓偏振光。
並且，偏振光柵323在第一時間區間接收為第一旋向的影像光束IGB1，並使為圓偏振光的影像光束IGB1偏轉一第一偏折角度以產生偏折影像光束IGB1’，並傳送偏折影像光束IGB1’至偏振光柵324。偏振光柵323另在第二時間區間接收為第二旋向的影像光束IGB2，並使為圓偏振光的影像光束IGB2偏轉一第二偏折角度以生偏折影像光束IGB2’，並傳送偏折影像光束IGB2’至偏振光柵324。
偏振光柵324則在第一時間區間中，接收偏折影像光束IGB1’，並使為圓偏振光的偏折影像光束IGB1’偏轉一第三偏折角度以產生投射影像光束TGB1。偏振光柵324並在第二時間區間中接收偏折影像光束IGB2’，並使為圓偏振光的偏折影像光束IGB2’偏轉一第四偏折角度以產生投射影像光束TGB2。在本實施方式中，第一偏轉角度與第三偏轉角度可以互為相反數，第二偏轉角度與第四偏轉角度可以互為相反數。
透過偏振光柵323、324的作用，投射影像光束TGB1、TGB2投射至導光元件330的位置可以被錯開。也因此，導光元件330可傳導投射影像光束TGB1、TGB2至目標區TZ上的不同分區。
值得一提的，本實施方式中的偏振光柵323、324為不可電控的偏振光柵，例如為不可電控的液晶偏振光柵。
以下請參照圖4，圖4繪示本發明實施例的顯示裝置的動作示意圖。在圖4中，狀態信號S1表示影像光束平移器的工作狀態。其中，當狀態信號S1為高準位時，表示影像光束平移器工作於第一時間區間t11、t21、t31，當狀態信號S1為低準位時，表示影像光束平移器工作於第二時間區間t12、t22、t32。
在第一時間區間t11間，顯示器提供對應顯示畫面DP1的影像光束。影像光束平移器則依據狀態信號S1使投射影像光束被投射至導光元件的第一位置上。在接下來的第二時間區間t12間，顯示器提供對應顯示畫面DP2的影像光束。影像光束平移器則依據狀態信號S1使投射影像光束被投射至導光元件的第二位置上。如此一來，顯示畫面DP1、DP2可相互結合以在目標區產生組合式的顯示畫面DPA1。
另外，在第一時間區間t21間，顯示器提供對應顯示畫面DP3的影像光束。影像光束平移器則依據狀態信號S1使投射影像光束被投射至導光元件的第一位置上。在接下來的第二時間區間t22間，顯示器提供對應顯示畫面DP4的影像光束。影像光束平移器則依據狀態信號S1使投射影像光束被投射至導光元件的第二位置上。如此一來，顯示畫面DP3、DP4可相互結合以在目標區產生組合式的顯示畫面DPA2。
同理，在第一時間區間t31間，顯示器可提供對應顯示畫面DP5的影像光束。影像光束平移器則依據狀態信號S1使投射影像光束被投射至導光元件的第一位置上。在接下來的第二時間區間t32間，顯示器提供對應顯示畫面DP6的影像光束。影像光束平移器則依據狀態信號S1使投射影像光束被投射至導光元件的第二位置上。如此一來，顯示畫面DP5、DP6可相互結合以在目標區產生組合式的顯示畫面DPA3。
由上述說明可以得知，透過分時交錯的改變投射影像光束的投射位置，可以利用單一個顯示器，以產生兩倍尺寸（或兩倍解析度）的組合顯示畫面，在不增加顯示器的尺寸、重量的條件下，提升顯示裝置的工作效能。
以下請參照圖5，圖5繪示本發明另一實施例的顯示裝置的示意圖。顯示裝置500包括顯示器510、影像光束平移器520以及導光元件530。影像光束平移器520則包括微位相差膜521、相位延遲片522以及偏振光柵523。微位相差膜521、相位延遲片522以及偏振光柵523相互重疊配置，並依序配置在顯示器510以及導光元件530間。
在本實施例中，顯示器510產生影像光束IGB，其中影像光束IGB包括第一影像光束IGBP1以及第二影像光束IGBP2。第一影像光束IGBP1以及第二影像光束IGBP2可分別對應顯示器510所要產生的顯示畫面中的第一眼顯示畫面以及第二眼顯示畫面。
微位相差膜521接收第一影像光束IGBP1以及第二影像光束IGBP2，並分別使第一影像光束IGBP1以及第二影像光束IGBP2具有不相同的（線）偏振狀態，例如使第一影像光束IGBP1為P態的偏振狀態，並使第二影像光束IGBP2為S態的偏振狀態。相位延遲片522可以為1/4波片，並用以使第一影像光束IGBP1以及第二影像光束IGBP2可具有不相同的旋向。例如，相位延遲片522可以使第一影像光束IGBP1以及第二影像光束IGBP2分別為左旋光束以及右旋光束；或者使第一影像光束IGBP1以及第二影像光束IGBP2分別為右旋光束以及左旋光束。
偏振光柵523為不可電控的偏振光柵。用以依據具有不同旋向的第一影像光束IGBP1以及第二影像光束IGBP2，以產生第一投射影像光束TGB1以及第二投射影像光束TGB2。第一投射影像光束TGB1為具有第一偏轉角度的旋光，第二投射影像光束TGB2具有第二偏轉角度的旋光，第一偏轉角度與該第二偏轉角度不同，例如第一偏轉角度與第二偏轉角度可以互為相反數。
導光元件530接收第一投射影像光束TGB1以及第二投射影像光束TGB2，基於第一投射影像光束TGB1以及第二投射影像光束TGB2具有相反的偏轉角度，導光元件530可將第一投射影像光束TGB1以及第二投射影像光束TGB2分別傳導至不相同的第一目標區TZ1以及第二目標區TZ2。
以顯示裝置500為頭戴式顯示裝置為範例，第一目標區TZ1以及第二目標區TZ2可以分別對應使用者的左眼以及右眼。第一投射影像光束TGB1以及第二投射影像光束TGB2可分別對應第一眼顯示畫面以及第二眼顯示畫面，並可有效呈現三維的立體顯示畫面。
參照圖6，圖6繪示本發明另一實施例的顯示裝置的示意圖。在圖6中，顯示裝置600包括顯示器610、影像光束平移器620以及導光元件630。影像光束平移器620則包括相位調節器621、相位延遲片622以及偏振光柵623。相位調節器621、相位延遲片622以及偏振光柵623相互重疊配置，並依序配置在顯示器610以及導光元件630間。相位調節器621可以為扭曲向列型液晶胞（TN cell），用以決定顯示器610輸出畫面的偏極態。顯示器610與相位調節器621以分時多工的方式驅動，分別產生S偏極態的影像光束IGB1與P偏極態的影像光束IGB2，其中影像光束IGB1、IGB2具有不相同的偏振狀態。影像光束IGB1、IGB2再經由相位延遲片622、偏振光柵623而分別產生投射影像光束TGB1、TGB2。再藉由導光元件630將所產生的投射影像光束TGB1、TGB2分別傳輸至左眼以及右眼。
綜上所述，本發明的顯示裝置透過影像光束平移器來分時或同時傳送投射影像光束至目標區不同的位置或不相同的目標區，並藉以產生組合式顯示畫面或三維的立體顯示畫面。在不需增大顯示器尺寸的前提下，提升顯示裝置的顯示效能。
100、200、300、500、600:顯示裝置
110、210、310、510、610:顯示器
120、220、320、520、620:影像光束平移器
130、230、330、530、630:導光元件
221、322:相位延遲片
222、223:電控偏振光柵
323、324:偏振光柵
321:相位調節器
521:微位相差模
522:相位延遲片
523:偏振光柵
610:顯示器
621:相位調節器
622:相位延遲片
623:偏振光柵
CTR:控制信號
IGB、IGB1、IGB2、IGBP1、IGBP2:影像光束
IGB1’、IGB2’:偏折影像光束
TGB、TGB1、TGB2:投射影像光束
TZ、TZ1、TZ2:目標區
PZ1、PZ2:分區
S1:狀態信號
t11、t12、t21、t22、t31、t32:時間區間
DP1~DP6、DPA1、DPA2、DPA3:顯示畫面
圖1繪示本發明一實施例的顯示裝置的示意圖。
圖2繪示本發明實施例的顯示裝置的一實施方式的示意圖。
圖3繪示本發明實施例的顯示裝置的另一實施方式的示意圖。
圖4繪示本發明實施例的顯示裝置的動作示意圖。
圖5繪示本發明另一實施例的顯示裝置的示意圖。
圖6繪示本發明另一實施例的顯示裝置的示意圖。
100:顯示裝置
110:顯示器
120:影像光束平移器
130:導光元件
IGB:影像光束
TGB、TGB1、TGB2:投射影像光束
PZ1、PZ2:分區
Claims (11)
- 一種顯示裝置，包括： 一顯示器，產生一影像光束； 一影像光束平移器，接收該影像光束並產生一投射影像光束；以及 一導光元件，接收該投射影像，並依序傳導該投射影像光束至一目標區的不同位置上， 其中，該影像光束平移器分時投射該投射影像光束至該導光元件的不同位置。
- 如請求項1所述的顯示裝置，其中該顯示器依序在一第一時間區間以及一第二時間區間分別產生一第一影像光束以及一第二影像光束；該影像光束平移器使一第一投射影像光束投射至該導光元件的一第一位置以及使一第二投射影像光束投射至該導光元件的一第二位置，該第一位置與該第二位置不相同。
- 如請求項2所述的顯示裝置，其中該第一投射影像光束以及該第二投射影像光束分別對應一第一顯示畫面以及一第二顯示畫面。
- 如請求項2所述的顯示裝置，其中該導光元件傳導該第一投射影像至該目標區的一第一分區，該導光元件並傳導該第二投射影像至該目標區的一第二分區，該第一分區與該第二分區不相同。
- 如請求項1所述的顯示裝置，其中該影像光束平移器包括： 一相位延遲片，接收該影像光束； 一第一電控偏振光柵，與該相位延遲片重疊配置，依據一控制信號在一第一時間區間直接通過該影像光束，並在一第二時間區間以一第一偏折角度偏折該影像光束以產生一偏折影像光束；以及 一第二電控偏振光柵，與該第一電控偏振光柵重疊配置，依據該控制信號在該第一時間區間直接通過該影像光束以產生一第一投射影像光束，並在該第二時間區間以一第二偏折角度偏折該影像光束以產生一第二投射影像光束， 其中該第一偏折角度與該第二偏折角度互為相反數。
- 如請求項1所述的顯示裝置，其中該影像光束平移器包括： 一相位調節器，接收該影像光束； 一相位延遲片，與該相位調節器重疊配置，傳送該影像光束； 一第一偏振光柵，與該相位延遲片重疊配置，在一第一時間區間中，使該影像光束偏折一第一偏折角度以產生一第一偏折影像光束，並在一第二時間區間中，使該影像光束偏折一第二偏折角度以產生一第二偏折影像光束；以及 一第二偏振光柵，與該第一偏振光柵重疊配置，在該第一時間區間中，使該第一偏折影像光束偏折一第三偏折角度以產生一第一投射影像光束；並在該第二時間區間中，使該第二偏折影像光束偏折一第四偏折角度以產生一第二投射影像光束； 其中該第一偏折角度與該第三偏折角度互為相反數，該第二偏折角度與該第四偏折角度互為相反數。
- 一種顯示裝置，包括： 一顯示器，產生一影像光束； 一影像光束平移器，接收該影像光束並產生一第一投射影像光束以及一第二投射影像光束；以及 一導光元件，接收該第一投射影像光束以及該第二投射影像光束，並傳導該第一投射影像光束至一第一目標區以及傳導該第二投射影像光束至一第二目標區；其中該第一目標區與該第二目標區不相同。
- 如請求項7所述的顯示裝置，其中該第一投射影像光束以及該第二投射影像光束分別對應一第一眼顯示畫面以及一第二眼顯示畫面。
- 如請求項7所述的顯示裝置，其中該影像光束平移器包括： 一微位相差膜，接收該影像光束，並使該影像光束中的一第一影像光束以及一第二影像光束具有不相同的偏振狀態； 一相位延遲片，與該微位相差膜重疊配置，使該第一影像光束以及該第二影像光束具有不相同的旋向；以及 一偏振光柵，與該相位延遲片重疊配置，用以產生該第一投射影像光束以及該第二投射影像光束。
- 如請求項7所述的顯示裝置，其中該影像光束平移器包括： 一相位調節器，接收該影像光束，並使該影像光束中的一第一影像光束以及一第二影像光束具有不相同的偏振狀態； 一相位延遲片，與該相位調節器重疊配置，用以使該第一影像光束以及該第二影像光束具有不相同的旋向；以及 一偏振光柵，與該相位延遲片重疊配置，用以產生該第一投射影像光束以及該第二投射影像光束。
- 如請求項7所述的顯示裝置，其中該第一投射影像光束為具有一第一偏轉角度的旋光，該第二投射影像光束具有一第二偏轉角度的旋光，該第一偏轉角度與該第二偏轉角度不同。
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