显示装置及其操作方法

摘要

一种显示装置及其操作方法，显示装置包括第一影像产生单元以及第一波导玻璃。第一影像产生单元配置以发射第一光线。第一波导玻璃面对第一影像产生单元。第一波导玻璃包括第一微结构、两第二微结构以及第三微结构。第一微结构位于两第二微结构的两同侧端之间。第三微结构位于两第二微结构之间。第三微结构具有第一光栅与第二光栅。第一光栅的延伸方向不同于第二光栅的延伸方向。第二微结构配置以接收经由第一微结构传递的第一影像产生单元的第一光线并将第一光线传递至第三微结构。

权利要求

1.一种显示装置，包含：

一第一影像产生单元，配置以发射一第一光线；以及一第一波导玻璃，面对该第一影像产生单元，且包含：一第一微结构；

两第二微结构，其中该第一微结构位于该两第二微结构的两同侧端之间；以及一第三微结构，位于该两第二微结构之间，其中该第三微结构具有一第一光栅与一第二光栅，该第一光栅的一延伸方向不同于该第二光栅的一延伸方向，且该两第二微结构配置以接收经由该第一微结构传递的该第一影像产生单元的该第一光线并将该第一光线传递至该第三微结构。

2.如权利要求1所述的显示装置，还包含：

一第二影像产生单元，配置以发射一第二光线，其中该第二光线的波长不同于该第一光线的波长；以及一第二波导玻璃，面对该第二影像产生单元且邻近该第一波导玻璃。

3.如权利要求2所述的显示装置，其中该第二波导玻璃的光栅周期不同于该第一波导玻璃的光栅周期。

4.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一微结构的光栅的延伸方向不同于该两第二微结构的其中一者的光栅的延伸方向。

5.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一微结构具有相邻的一第一部分与一第二部分。

6.如权利要求5所述的显示装置，其中该第一微结构的该第一部分的光栅的延伸方向不同于该第一微结构的该第二部分的光栅的延伸方向。

7.如权利要求1所述的显示装置，其中该第三微结构的该第一光栅与该第二光栅至少部分重叠。

8.如权利要求1所述的显示装置，其中该第三微结构的该第一光栅的该延伸方向垂直于该第三微结构的该第二光栅的该延伸方向。

9.如权利要求1所述的显示装置，其中该第三微结构具有相邻的一第三部分与一第四部分。

10.如权利要求9所述的显示装置，其中该第三微结构的该第一光栅位于该第三部分，该第三微结构的该第二光栅位于该第四部分。

11.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一微结构与该第三微结构在水平方向上位置对应。

12.如权利要求1所述的显示装置，其中该两第二微结构沿该第一微结构与该第三微结构的中心线对称设置。

13.一种显示装置的操作方法，包含：

通过一第一影像产生单元发射一第一光线至一第一波导玻璃的一第一微结构；

通过该第一波导玻璃的该第一微结构传递该第一光线至该第一波导玻璃的两第二微结构，其中该第一微结构位于该两第二微结构的两同侧端之间；以及通过该第一波导玻璃的该两第二微结构传递该第一光线至该第一波导玻璃的一第三微结构，其中该第三微结构具有一第一光栅与一第二光栅，该第一光栅的延伸方向不同于该第二光栅的延伸方向。

14.如权利要求13所述的方法，还包含：

通过该第一波导玻璃的该第三微结构传递该第一光线至位于该第一波导玻璃外的第一目标区。

15.如权利要求13所述的方法，还包含：

通过一第二影像产生单元发射一第二光线至一第二波导玻璃，其中该第一光线的波长不同于该第二光线的波长，且该第二波导玻璃的光栅周期不同于该第一波导玻璃的光栅周期；以及通过该第二波导玻璃传递该第二光线至位于该第二波导玻璃外的第二目标区。

说明书

显示装置及其操作方法

技术领域

[0001] 本公开涉及一种显示装置以及一种显示装置的操作方法。

背景技术

[0002] 一般而言，应用于增强现实(Augmented Reality,AR)眼镜的显示装置通常具有影像产生器与相互堆叠的多片波导玻璃，使影像产生器提供的影像可通过堆叠的波导玻璃叠加至真实场景中，以达到提供使用者辅助信息的效果。然而，虽然使用多片堆叠的波导玻璃可改善显示装置的可视角，但堆叠的波导玻璃将会增加显示装置的整体厚度。此外，使用多片堆叠的波导玻璃也会提高显示装置的制造成本及整体重量。

发明内容

[0003] 本公开的一技术实施方式为一种显示装置。

[0004] 根据本公开一实施方式，一种显示装置包括第一影像产生单元以及第一波导玻璃。第一影像产生单元配置以发射第一光线。第一波导玻璃面对第一影像产生单元。第一波导玻璃包括第一微结构、两第二微结构以及第三微结构。第一微结构位于两第二微结构的两同侧端之间。第三微结构位于两第二微结构之间。第三微结构具有第一光栅与第二光栅。第一光栅的延伸方向不同于第二光栅的延伸方向。两第二微结构配置以接收经由第一微结构传递的第一影像产生单元的第一光线并将第一光线传递至第三微结构。

[0005] 在本公开一实施方式中，上述显示装置还包括第二影像产生单元以及第二波导玻璃。第二影像产生单元配置以发射第二光线，其中第二光线的波长不同于第一光线的波长。第二波导玻璃面对第二影像产生单元且邻近第一波导玻璃。

[0006] 在本公开一实施方式中，上述第二波导玻璃的光栅周期不同于第一波导玻璃的光栅周期。

[0007] 在本公开一实施方式中，上述第一微结构的光栅的延伸方向不同于两第二微结构的其中一者的光栅的延伸方向。

[0008] 在本公开一实施方式中，上述第一微结构具有相邻的第一部分与第二部分。

[0009] 在本公开一实施方式中，上述第一微结构的第一部分的光栅的延伸方向不同于第一微结构的第二部分的光栅的延伸方向。

[0010] 在本公开一实施方式中，上述第三微结构的第一光栅与第二光栅至少部分重叠。

[0011] 在本公开一实施方式中，上述第三微结构的第一光栅的延伸方向垂直于第三微结构的第二光栅的延伸方向。

[0012] 在本公开一实施方式中，上述第三微结构具有相邻的第三部分与第四部分。

[0013] 在本公开一实施方式中，上述第三微结构的第一光栅位于第三部分，第三微结构的第二光栅位于第四部分。

[0014] 在本公开一实施方式中，上述第一微结构与第三微结构在水平方向上位置对应。

[0015] 在本公开一实施方式中，上述两第二微结构沿第一微结构与第三微结构的中心线对称设置。

[0016] 本公开的一技术实施方式为一种显示装置的操作方法。

[0017] 根据本公开一实施方式，一种显示装置的操作方法包括：通过第一影像产生单元发射第一光线至第一波导玻璃的第一微结构；通过第一波导玻璃的第一微结构传递第一光线至第一波导玻璃的两第二微结构，其中第一微结构位于两第二微结构的两同侧端之间；以及通过第一波导玻璃的两第二微结构传递第一光线至第一波导玻璃的第三微结构，其中第三微结构具有第一光栅与第二光栅，第一光栅的延伸方向不同于第二光栅的延伸方向。

[0018] 在本公开一实施方式中，上述方法还包括通过第一波导玻璃的第三微结构传递第一光线至位于第一波导玻璃外的第一目标区。

[0019] 在本公开一实施方式中，上述方法还包括：通过第二影像产生单元发射第二光线至第二波导玻璃，其中第一光线的波长不同于第二光线的波长，且第二波导玻璃的光栅周期不同于第一波导玻璃的光栅周期；以及通过第二波导玻璃传递第二光线至位于第二波导玻璃外的第二目标区。

[0020] 在本公开上述实施方式中，显示装置的第一影像产生单元发射的第一光线可经由第一波导玻璃的两第二微结构从第三微结构的两侧入射，因此改善了第一光线的亮度均匀性并提高了显示装置的影像品质。此外，显示装置可通过第一波导玻璃的第一微结构、第二微结构以及第三微结构的配置改善第一影像产生单元发射的第一光线的色散现象，因此使用者可观测到显示品质较高的影像，改善了显示装置的光学效果。

附图说明

[0021] 当结合随附诸图阅读时，得自以下详细描述最佳地理解本公开的一实施方式。应强调，根据工业上的标准实务，各种特征并未按比例绘制且仅用于说明目的。事实上，为了论述清楚，可任意地增大或减小各种特征的尺寸。

[0022] 图1示出根据本公开一实施方式的显示装置使用时的前视图。

[0023] 图2示出图1的显示装置使用时的上视图，其忽略了图1的第二微结构。

[0024] 图3示出根据本公开又一实施方式的显示装置的前视图。

[0025] 图4示出根据本公开一实施方式的显示装置的操作方法的流程图。

[0026] 附图标记说明：

[0027] 100,100b：显示装置

[0028] 110：第一影像产生单元

[0029] 120,120b：第一波导玻璃

[0030] 121,121b1,121b2：光栅

[0031] 122,122b：第一微结构

[0032] 122b1：第一部分

[0033] 122b2：第二部分

[0034] 123,123b：光栅

[0035] 124,124b：第二微结构

[0036] 125：光栅

[0037] 126,126b：第三微结构

[0038] 126b1：第三部分

[0039] 126b2：第四部分

[0040] 127,127b：第一光栅

[0041] 128,128b：第二光栅

[0042] 130：第二影像产生单元

[0043] 140,140b：第二波导玻璃

[0044] 141,141b1,141b2：光栅

[0045] 142,142b：第一微结构

[0046] 142b1：第一部分

[0047] 142b2：第二部分

[0048] 143,143b：光栅

[0049] 144,144b：第二微结构

[0050] 145：光栅

[0051] 146,146b：第三微结构

[0052] 146b1：第三部分

[0053] 146b2：第四部分

[0054] 147,147b：第一光栅

[0055] 148,148b：第二光栅

[0056] A1：第一目标区

[0057] A2：第二目标区

[0058] C1：中心线

[0059] C2：中心线

[0060] D1：延伸方向

[0061] D2：延伸方向

[0062] D3：延伸方向

[0063] D4：延伸方向

[0064] D5：延伸方向

[0065] E1：同侧端

[0066] L1：第一光线

[0067] L2：第二光线

[0068] S1：步骤

[0069] S2：步骤

[0070] S3：步骤

具体实施方式

[0071] 以下公开的实施方式内容提供了用于实施所提供的标的的不同特征的许多不同实施方式，或实例。下文描述了元件和布置的特定实例以简化本公开。当然，该等实例仅为实例且并不意欲作为限制。此外，本公开可在各个实例中重复元件符号及/或字母。此重复用于简便和清晰的目的，且其本身不指定所论述的各个实施方式及/或配置之间的关系。

[0072] 诸如“在……下方”、“在……之下”、“下部”、“在……之上”、“上部”等等空间相对术语可在本文中为了便于描述的目的而使用，以描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。空间相对术语意欲涵盖除了附图中所示的定向之外的在使用或操作中的装置的不同定向。装置可经其他方式定向(旋转90度或以其他定向)并且本文所使用的空间相对描述词可同样相应地解释。

[0073] 图1示出根据本公开一实施方式的显示装置100使用时的前视图。显示装置100包括第一影像产生单元110以及第一波导玻璃120。第一影像产生单元110配置以发射第一光线L1。举例来说，第一光线L1可包括绿光波长及红光波长，但并不以此为限。第一波导玻璃120面对第一影像产生单元110。第一波导玻璃120包括第一微结构122、两第二微结构124以及第三微结构126，并且第一微结构122、第二微结构124以及第三微结构126位于第一波导玻璃120的同一表面上。第一微结构122位于两第二微结构124的两同侧端E1之间。第二微结构124可为折叠(Fold)光学元件以接收经由第一微结构122传递的第一影像产生单元110的第一光线L1并将第一光线L1传递至第三微结构126。

[0074] 在一些实施方式中，第一微结构122可具有光栅121。两第二微结构124的其中一者(如图1上方的第二微结构124)可具有光栅123，而两第二微结构124的另一者(如图1下方的第二微结构124)可具有光栅125。第一微结构122的光栅121的延伸方向D1不同于第二微结构124的光栅123的延伸方向D2与光栅125的延伸方向D3。此外，光栅123的延伸方向D2不同于光栅125的延伸方向D3。也就是说，光栅121的延伸方向D1、光栅123的延伸方向D2以及光栅125的延伸方向D3皆不同。此外，第一微结构122、第二微结构124以及第三微结构126三者之间可维持光学动量守恒，以降低第一光线L1传递时产生的光损耗。

[0075] 在一些实施方式中，两第二微结构124沿第一微结构122与第三微结构126的中心线C1对称设置。第一微结构122与第三微结构126在水平方向(即延伸方向D1)上位置对应。在本文中，位置对应可意指大致对齐排列(设置)。第三微结构126位于两第二微结构124之间。第三微结构126具有第一光栅127与第二光栅128。第三微结构126的第一光栅127的延伸方向D4不同于第二光栅128的延伸方向D5。

[0076] 具体而言，显示装置100的第一影像产生单元110发射的第一光线L1可经由第一波导玻璃120的两第二微结构124从第三微结构126的两侧入射。这样的配置可改善第一光线L1于第三微结构126的亮度均匀性以提高显示装置100所输出的影像品质。此外，第一波导玻璃120的第一微结构122、第二微结构124以及第三微结构126的配置可降低第一光线L1在传递时所产生的色散现象，因此可观测到影像品质较佳的第一光线L1，改善了显示装置100的整体光学效果。

[0077] 在一些实施方式中，显示装置100还包括第二影像产生单元130以及第二波导玻璃140。第二影像产生单元130配置以发射第二光线L2。举例来说，第二光线L2可包括绿光波长及蓝光波长，但并不以此为限。第二光线L2的波长不同于第一光线L1的波长。第二波导玻璃
140面对第二影像产生单元130且邻近第一波导玻璃120。第二波导玻璃140包括第一微结构
142、两第二微结构144以及第三微结构146，并且第一微结构142、第二微结构144以及第三微结构146位于第二波导玻璃140的同一表面上。第一微结构142可具有光栅141。两第二微结构144的其中一者(如图1上方的第二微结构144)可具有光栅143，而两第二微结构144的另一者(如图1下方的第二微结构144)可具有光栅145。第三微结构146可具有第一光栅147与第二光栅148。两第二微结构144沿第一微结构142与第三微结构146的中心线C2对称设置。

[0078] 此外，第二波导玻璃140的光栅周期不同于第一波导玻璃120的光栅周期。举例来说，第一光线L1的波长可对应第一波导玻璃120的光栅周期，并且第一波导玻璃120的光栅周期可在330nm至460nm之间。第二光线L2的波长可对应第二波导玻璃140的光栅周期，并且第二波导玻璃140的光栅周期可在250nm至380nm之间。在一些实施方式中，第一波导玻璃120的第三微结构126的第一光栅127与第二光栅128至少部分重叠。详细来说，第一光栅127与第二光栅128彼此交错，并且第一光栅127与第二光栅128于交错处重叠。第一波导玻璃
120的第三微结构126的第一光栅127的延伸方向D4可垂直于第三微结构126的第二光栅128的延伸方向D5。

[0079] 图2示出图1的显示装置100使用时的上视图，其忽略了图1的第二微结构124、144。第一波导玻璃120的第一微结构122与第二波导玻璃140的第一微结构142可为入耦合(In‑coupling)光学元件，使第一光线L1与第二光线L2分别入射至第一波导玻璃120与第二波导玻璃140后，于第一波导玻璃120与第二波导玻璃140中进行全反射。第一波导玻璃120的第三微结构126与第二波导玻璃140的第三微结构146可为出耦合(Out‑coupling)光学元件，可分别接收第一光线L1与第二光线L2，并分别将第一光线L1与第二光线L2传递至第一目标区A1与第二目标区A2。举例来说，使用者的左眼可位于第一目标区A1，并且使用者的右眼可位于第二目标区A2。使用者的左眼与右眼在分别接收到第一光线L1与第二光线L2之后，大脑可将第一光线L1与第二光线L2提供的影像结合为全彩影像。也就是说，分别传递第一光线L1与第二光线L2至第一目标区A1与第二目标区A2的设计可增加显示装置100的可视角以改善显示装置100的光学效果。

[0080] 在以下叙述中，将说明其他形式的显示装置。已叙述的元件连接关系、材料与技术效果将不重复赘述，合先叙明。

[0081] 图3示出根据本公开又一实施方式的显示装置100b的前视图。图3的显示装置100b与图1所示的实施方式不同地方在于，显示装置100b的第一波导玻璃120b的第一微结构122b具有相邻的第一部分122b1与第二部分122b2。第一微结构122b的第一部分122b1的光栅121b1的延伸方向D5不同于第一微结构122b的第二部分122b2的光栅121b2的延伸方向D4。第一波导玻璃120b的第二微结构124b具有光栅123b，并且第二微结构124b可提供亮度均匀化的效果。第一波导玻璃120b的第三微结构126b具有相邻的第三部分126b1与第四部分126b2。第三微结构126b的第一光栅127b位于第三部分126b1，第三微结构126b的第二光栅128b位于第四部分126b2。

[0082] 在一些实施方式中，显示装置100b的第二波导玻璃140b的第一微结构142b具有相邻的第一部分142b1与第二部分142b2。第一微结构142b的第一部分142b1的光栅141b1的延伸方向D5不同于第一微结构142b的第二部分142b2的光栅141b2的延伸方向D4。第二波导玻璃140b的第二微结构144b具有光栅143b，并且第二波导玻璃140b的第二微结构144b可提供亮度均匀化的效果。第二波导玻璃140b的第三微结构146b具有相邻的第三部分146b1与第四部分146b2。第三微结构146b的第一光栅147b位于第三部分146b1，第三微结构146b的第二光栅148b位于第四部分146b2。

[0083] 在以下叙述中，将说明显示装置的操作方法。

[0084] 图4示出根据本公开一实施方式的显示装置的操作方法的流程图。显示装置的操作方法包括下列步骤。首先在步骤S1中，通过第一影像产生单元发射第一光线至第一波导玻璃的第一微结构。接着在步骤S2中，通过第一波导玻璃的第一微结构传递第一光线至第一波导玻璃的两第二微结构，其中第一微结构位于两第二微结构的两同侧端之间。之后在步骤S3中，通过第一波导玻璃的两第二微结构传递第一光线至第一波导玻璃的第三微结构，其中第三微结构具有第一光栅与第二光栅，第一光栅的延伸方向不同于第二光栅的延伸方向。在以下叙述中，将详细说明上述各步骤。

[0085] 请参照图1，可通过第一影像产生单元110发射第一光线L1至第一波导玻璃120的第一微结构122。举例来说，第一光线L1可包括绿光波长及红光波长，但并不以此为限。接着，可通过第一波导玻璃120的第一微结构122传递第一光线L1至第一波导玻璃120的两第二微结构124，其中第一波导玻璃120的第一微结构122可位于两第二微结构124的两同侧端E1之间。举例来说，第一波导玻璃120的第二微结构124可为折叠(Fold)光学元件以接收经由第一微结构122传递的第一影像产生单元110的第一光线L1，并且第二微结构124可提供亮度均匀化的效果。接着，可通过第一波导玻璃120的两第二微结构124传递第一光线L1至第一波导玻璃120的第三微结构126，其中第三微结构126具有第一光栅127与第二光栅128，第一光栅127的延伸方向D4不同于第二光栅128的延伸方向D5。第一波导玻璃120的第一微结构122、第二微结构124以及第三微结构126三者之间可维持光学动量守恒，以降低第一光线L1传递时产生的光损耗。

[0086] 请参照图2，在第一光线L1传递至第一波导玻璃120的第三微结构126后，可通过第一波导玻璃120的第三微结构126传递第一光线L1至位于第一波导玻璃120外的第一目标区A1。相似地，可通过第二影像产生单元130发射第二光线L2至第二波导玻璃140。第一光线L1的波长不同于第二光线L2的波长。举例来说，第二光线L2可包括绿光波长及蓝光波长。值得注意的是，第二波导玻璃1400的光栅周期不同于第一波导玻璃120的光栅周期。接着，可通过第二波导玻璃140传递第二光线L2至位于第二波导玻璃140外的第二目标区A2。

[0087] 在一些实施方式中，第一波导玻璃120的第三微结构126与第二波导玻璃140的第三微结构146可分别接收第一光线L1与第二光线L2，并分别将第一光线L1与第二光线L2传递至第一目标区A1与第二目标区A2。举例来说，使用者的左眼可位于第一目标区A1，并且使用者的右眼可位于第二目标区A2。使用者的左眼与右眼在分别接收到第一光线L1与第二光线L2之后，大脑可将第一光线L1与第二光线L2提供的影像结合为全彩影像。也就是说，分别传递第一光线L1与第二光线L2至第一目标区A1与第二目标区A2的设计可改善显示装置100的光学效果。

[0088] 前述概述了几个实施方式的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本公开的实施方式。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地将本公开用作设计或修改其他过程和结构的基础，以实现与本文介绍的实施方式相同的目的和/或实现相同的优点。本领域技术人员还应该认识到，这样的等效构造不脱离本公开的构思和范围，并且在不脱离本公开的构思和范围的情况下，它们可以在这里进行各种改变，替换和变更。