TWI669537B

TWI669537B - 顯示裝置

Info

Publication number: TWI669537B
Application number: TW107102443A
Authority: TW
Inventors: 林子傑; 石維國
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2019-08-21
Also published as: CN110082908A; TW201932919A

Abstract

一種顯示裝置包括顯示元件、鏡頭、紅外線光源、紅外線感測器、熱鏡以及第一抗反射層。顯示元件具有顯示面，顯示面用以發出可見光束至使用者的眼睛。鏡頭配置於顯示元件的顯示面與眼睛之間，且位於可見光束的傳遞路徑上。紅外線光源用以發出紅外線光束至眼睛。紅外線感測器配置於被眼睛反射之紅外線光束的傳遞路徑上。熱鏡配置於顯示元件的顯示面與紅外線光源之間。熱鏡能反射紅外線光束，至少部分之可見光束能通過熱鏡。第一抗反射層位於顯示面與熱鏡的一者上，且用以抑制可見光束的反射。

Description

顯示裝置

本發明是有關於一種光學裝置，且特別是有關於一種顯示裝置。

頭戴式顯示器（Head Mounted Display, HMD）可作為擴增實境（Augmented Reality；AR）或是虛擬實境（Virtual Reality； VR）的顯示裝置之用。當頭戴式顯示器應用於虛擬實境時可讓使用者產生沉浸式（immerse）視覺而有身歷其境的感受，因此現今受到許多人的喜愛。沉浸式頭戴式顯示器主要由顯示元件與鏡頭所構成，影像光束由顯示元件發出後經鏡頭傳遞至使用者的眼睛。然而，部分影像光束在傳遞過程中易於鏡頭與顯示元件之間產生反射，而讓使用者觀看到不必要的影像資訊，即鬼影（ghost image）。因此，極需設計出一種能改善鬼影現象的顯示裝置，以提升使用者的視覺感受。

本發明提供一種顯示裝置，能改善鬼影現象、提升使用者的視覺感受。

本發明的顯示裝置包括顯示元件、鏡頭、紅外線光源、紅外線感測器、熱鏡以及第一抗反射層。顯示元件具有顯示面，顯示面用以發出可見光束至使用者的眼睛。鏡頭配置於顯示元件的顯示面與眼睛之間，且位於可見光束的傳遞路徑上。紅外線光源用以發出紅外線光束至眼睛。紅外線感測器配置於被眼睛反射之紅外線光束的傳遞路徑上。熱鏡配置於顯示元件的顯示面與紅外線光源之間。熱鏡能反射紅外線光束，且至少部分之可見光束能通過熱鏡。第一抗反射層位於顯示面與熱鏡的一者上，且用以抑制可見光束的反射。

在本發明的一實施例中，上述的熱鏡具有第一表面與相對於第一表面的第二表面，其中第一表面較第二表面靠近於顯示面，而第一抗反射層配置於熱鏡的第一表面上。

在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置更包括第二抗反射層，其中第二抗反射層位於顯示元件的顯示面與熱鏡的另一者上。

在本發明的一實施例中，上述的抗反射層為干涉膜。

在本發明的一實施例中，上述的熱鏡具有相對於顯示面的第一表面，而熱鏡的第一表面與顯示元件的顯示面夾有銳角。

在本發明的一實施例中，上述的熱鏡設置於顯示元件的顯示面與鏡頭之間。

在本發明的一實施例中，被眼睛反射的紅外線光束依序穿透鏡頭、被熱鏡反射而被紅外線感測器接收。

基於上述，本發明的一實施例的顯示裝置利用設置於顯示元件與熱鏡之至少一者上的抗反射層能抑制可見光束（或稱，影像光束）的反射，進而改善鬼影現象、提升使用者的視覺感受。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明的一實施例的顯示裝置的示意圖。請參照圖1，顯示裝置100包括顯示元件110、鏡頭120、紅外線光源140、紅外線感測器150、熱鏡130及第一抗反射層160。顯示元件110具有顯示面112，顯示面112用以發出可見光束L1至使用者的眼睛10。在本實施例中，顯示元件110可為液晶顯示元件（Liquid Crystal Display；LCD)、有機發光二極體（Organic Light Emitting Diode）顯示元件或其他種類的顯示元件。在本實施例中，可見光束L1攜帶影像資訊，而可見光束L1也可稱為影像光束。

鏡頭120配置於顯示元件110的顯示面112與眼睛10之間，且位於可見光束L1的傳遞路徑上。眼睛10透過鏡頭120能感知到對應可見光束L1所攜帶之影像資訊的放大虛像，進而產生虛擬實境的效果。在本實施例中，鏡頭120可以是單個或多個透鏡之組合。然而，本發明不限於此，根據其它實施例，鏡頭120也可進一步包括為透鏡以外的其它光學構件。

紅外線光源140用以發出紅外線光束L2至眼睛10。在本實施例中，紅外線光束L2的波長可位於760奈米（nm）至1毫米（mm）的範圍。在本實施例中，紅外線光源140可以選擇性地設置在眼睛10周圍。然而，本發明不以此為限，根據其它實施例，紅外線光源140也可以選擇性地設置在其它適當位置。此外，圖1繪出兩個紅外線光源140為示例，但本發明不以此為限，紅外線光源140的數量可視實際需求調整之。

紅外線感測器150配置於被眼睛10反射之紅外線光束L2的傳遞路徑上。透過紅外線感測器150偵測被眼睛10反射之紅外線光束L2的變化，使用者能藉由眼球10的轉動與顯示裝置100互動，例如：改變場景的視角、點選顯示畫面上的選單等。在本實施例中，紅外線光源140發出的紅外線光束L2可依序被眼睛10及熱鏡130反射，而紅外線感測器150可選擇性地設置於熱鏡130之靠近使用者眼睛10的一側，以接收傳遞被熱鏡130反射之至紅外線光束L2。然而，本發明不以此為限，根據其它實施例，紅外線感測器150也可設置在其它適當位置。紅外線感測器150也稱紅外線照相機。在本實施例中，紅外線感測器150可以是能感測紅外光束L2的互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor；CMOS）感光元件或是電荷耦合元件（Charge Coupled Device；CCD），但本發明不以此為限。

在本實施例中，紅外線感測器150用以追蹤使用者眼睛10所注視的方向，進而使顯示裝置100，例如沉浸式（immersive）頭戴顯示器，提供即時的動態回饋，以讓使用者的虛擬實境體驗更加自然流暢。

在本實施例中，熱鏡130可配置於顯示元件110的顯示面112與紅外線光源140之間。更具體來說，熱鏡130可配置於顯示元件110的顯示面112與鏡頭120之間。熱鏡130能反射紅外線光束L2，而至少部分的可見光束L1能通過熱鏡130。在本實施例中，熱鏡130也可稱為紅外線截止濾光片（IR Cut Filter），熱鏡130的材料例如是介電質（dielectric）材料或是二色性（dichroic）材料，但本發明不以此為限。

熱鏡130具有第一表面132與相對於第一表面132的第二表面134，其中第一表面132較第二表面134靠近顯示面112。在本實施例中，熱鏡130的第一表面132與顯示元件110的顯示面112可夾有銳角。換句話說，在本實施例中，熱鏡130可相對顯示元件110的顯示面112傾斜，但本發明不以此為限。

第一抗反射層160位於顯示元件110的顯示面112與熱鏡130的一者上，且用以抑制可見光束L1的反射。在本實施例中，第一抗反射層160可選擇性地設置於熱鏡130的第一表面132上。然而，本發明不限於此，於另一實施例中，第一抗反射層160也可設置於顯示元件110的顯示面112上。舉例而言，在本實施例中，第一抗反射層160可以是能夠針對可見光束L1之波長產生破壞性干涉的干涉膜。然而，本發明不以此為限，在其它實施例中，第一抗反射層160也可以是其它種類的抗反射層。

值得一提的是，透過第一抗反射層160的設置，能抑制可見光束L1在熱鏡130與顯示元件110之間的來回反射，進而改善鬼影現象，讓使用者觀看到的清晰影像，提升視覺感受。

圖2是依照本發明的另一實施例的顯示裝置的示意圖。請參照圖1及圖2，圖2的顯示裝置100A與圖1的顯示裝置100相似，兩者主要差異在於：顯示裝置100A除了包括第一抗反射層160外，還包括第二抗反射層170，其中第二抗反射層170配置於熱鏡130的第一表面132上。在本實施例中，由於熱鏡130的第一表面132及顯示元件110的顯示面112上均設有能抑制可見光束L1反射的抗反射層（即第一反射層160與第二反射層170），因此，可見光束L1在熱鏡130與顯示元件110之間的來回反射能被進一步減少，而更顯著地改善鬼影現象、提升視覺感受。

圖3示出比較例之顯示裝置、第一實施例之顯示裝置100及第二實施例之顯示裝置100A的區域RIO之單一畫素的平均灰階值、灰階值的變化率及模擬之使用者透過顯示裝置所觀察到的影像。請參照圖1、圖2及圖3，圖3所列之第一實施例之顯示裝置100即圖1之顯示裝置100，圖3所列之第二實施例之顯示裝置100A即圖2之顯示裝置100A。比較例之顯示裝置（未繪示）與圖1之顯示裝置100類似，兩者的差異在於，比較例之顯示裝置不包括有圖1之顯示裝置100的第一抗反射層160。

請參照圖3，區域R示出由顯示面112直接發出之可見光束L1所攜帶的影像資訊（例如：Acer字樣），區域RIO為鬼影測試區，區域ROI之單一畫素的平均灰階值定義如下列公式（1）：區域ROI之單一畫素的平均灰階值＝（區域ROI之所有畫素的灰階值的總和/區域ROI之所有畫素的數量），平均灰階值的變化率定義如下列公式（2）：平均灰階值的變化率＝（各例之區域ROI之單一畫素的平均灰階值-比較例之區域ROI之單一畫素的平均灰階值）/ 比較例之區域ROI之單一畫素的平均灰階值。

由圖3的模擬結果知，若顯示元件110與熱鏡130的至少一者上設有抗反射層（如第一、二實施例之顯示裝置100、100A般）時，區域RIO所呈現之鬼影亮度明顯降低。圖3的模擬結果能佐證：於顯示元件110與熱鏡130的至少一者上設置抗反射層確實能改善鬼影現象、提升視覺感受。

綜上所述，本發明的一顯示裝置利用設置於顯示元件與熱鏡之至少一者上的抗反射層，能抑制可見光束在熱鏡與顯示元件之間的來回反射，進而改善鬼影現象、提升視覺感受。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧眼睛

100、100A‧‧‧顯示裝置

110‧‧‧顯示元件

112‧‧‧顯示面

120‧‧‧鏡頭

130‧‧‧熱鏡

132‧‧‧第一表面

134‧‧‧第二表面

140‧‧‧紅外線光源

150‧‧‧紅外線感測器

160‧‧‧第一抗反射層

170‧‧‧第二抗反射層

L1‧‧‧可見光束

L2‧‧‧紅外線光束

R、ROI‧‧‧區域

圖1是依照本發明的一實施例的顯示裝置的示意圖。圖2是依照本發明的另一實施例的顯示裝置的示意圖。圖3示出比較例之顯示裝置、第一實施例之顯示裝置及第二實施例之顯示裝置的區域RIO之單一畫素的平均灰階值、灰階值的變化率及模擬之使用者透過顯示裝置所觀察到的影像。

Claims

一種顯示裝置，包括：一顯示元件，具有一顯示面，該顯示面用以發出一可見光束至一使用者的一眼睛；一鏡頭，配置於該顯示元件的該顯示面與該眼睛之間，且位於該可見光束的傳遞路徑上；一紅外線光源，用以發出一紅外線光束至該眼睛；一紅外線感測器，配置於被該眼睛反射之該紅外線光束的傳遞路徑上，且該紅外線光源與該紅外線感測器配置於該鏡頭的相對兩側；一熱鏡，配置於該顯示元件的該顯示面與該紅外線光源之間，其中該熱鏡能反射該紅外線光束，且至少部分之該可見光束能通過該熱鏡，該熱鏡設置於該顯示元件的該顯示面與該鏡頭之間；以及一第一抗反射層，位於該顯示面與該熱鏡的一者上，且用以抑制該可見光束的反射。
如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該熱鏡具有一第一表面與相對於該第一表面的一第二表面，其中該第一表面較該第二表面靠近於該顯示面，而該第一抗反射層配置於該熱鏡的該第一表面上。
如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，更包括：一第二抗反射層，其中該第二抗反射層位於該顯示元件的該顯示面與該熱鏡的另一者上。
如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該抗反射層為干涉膜。
如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該熱鏡具有相對於該顯示面的一第一表面，而該熱鏡的該第一表面與該顯示元件的該顯示面夾有一銳角。
如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中被該眼睛反射的該紅外線光束依序穿透該鏡頭、被該熱鏡反射而被該紅外線感測器接收。