头戴显示设备和头戴显示面板的制作方法

本公开总体上涉及虚拟现实(vr)和增强现实(ar)系统，更具体地，涉及采用头戴显示设备的vr和ar系统。

背景技术：

头戴显示(hmd)设备显示表示靠近用户眼睛的vr或ar环境的图像，以便向用户提供在vr或ar环境中的“存在”感。在一些hmd设备设计中，为每只眼睛提供单独的显示面板，使得每个显示面板可以用特定于对应眼睛的图像来驱动。为了促进调整左眼和右眼透镜装配之间的瞳孔间距(ipd)，每个透镜装配可以与对应的显示面板具有固定的位置关系，并且显示面板和对应的透镜装配可以作为一个单元向左或向右移动。虽然这种双面板配置以比单面板hmd实施方式更高的分辨率提供了对于对每只眼睛显示的图像的更有效的控制，传统显示面板的对称侧边界区域(即，在有源显示区和显示面板的侧边沿之间的区域)的宽度可以限制hmd设备的鼻部区域中的视场(fov)。

技术实现要素：

本发明的一个方面涉及一种头戴显示设备，包括：左眼显示面板和右眼显示面板，所述左眼和右眼显示面板中的每个显示面板包括：近边沿；远边沿；有源显示区，所述有源显示区具有近边界和远边界；以及其中，所述近边界和所述近边沿之间的距离小于所述远边界和所述远边沿之间的距离。

本发明的另一个方面涉及一种头戴显示面板，包括：近边沿；远边沿；有源显示区，所述有源显示区具有近边界和远边界；以及其中所述近边界和所述近边沿之间的距离小于所述远边界和所述远边沿之间的距离。

附图说明

通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且使得其许多特征和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。在不同附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的项。

图1是图示出根据本公开的至少一个实施例的实现具有不对称侧边界的一对显示面板的头戴显示(hmd)设备的后视图的图。

图2是图示出根据本公开的至少一个实施例更详细地示出图1的一对显示面板的图。

图3是图示出根据本公开的至少一个实施例的传统显示面板的对称侧边界的利用与显示面板的不对称侧边界的利用的比较的图。

图4是图示出根据本公开的至少一个实施例的具有不对称侧边界的显示面板的示例实施方式的图。

图5是图示出根据本公开的至少一个实施例的图1的hmd设备的俯视图。

具体实施方式

制造用于hmd设备和其他便携式显示设备的传统显示面板，使得显示面板的有源显示区居中在显示面板的两个侧边沿之间。结果，传统的显示面板具有对称的侧边界；也就是说，在有源显示区和右侧边沿之间的距离等于有源显示区和左侧边沿之间的距离。因此，当这样的传统显示面板在hmd设备中并排实现时，这些近侧边界的宽度(即，右眼显示面板的左边界和左眼显示面板的右边界)限制了有源显示区相对于对应的眼睛的侧范围，从而导致在hmd设备的鼻部区域中不必要的窄视场(fov)。由于人类视觉系统对于直接在前面(即在鼻部区域中)的细节和其他视觉信息最为敏感，因此这种有限的鼻部fov可能会降低观看体验，从而阻碍用户在经由hmd设备呈现的vr或ar环境中的存在感。

本公开描述了显示面板的各种实施例，该显示面板被制造成具有不对称侧边界，使得在hmd设备中实现的一对这样的显示面板具有不对称的侧边界区域，其中，近的侧边界区域或近的边界区域(即，当在hmd设备中实现时，最接近使用者的鼻子的侧边界区域)变窄，并且远侧边界区域或远边界区域(即，当在hmd设备中实现时最接近使用者的太阳穴的侧边界区域)变宽使得显示面板的有源显示区朝向鼻部区域移动。由于显示面板的变窄的近侧边界导致的有源显示区朝向鼻部区域的这种移动与使用一对等同尺寸的传统显示面板hmd设备相比较，促进hmd设备可以提供的鼻部fov的增加或最小ipd的降低之一或两者。

如下面更详细地描述的，显示面板的侧边界之间的不对称可以通过下述方式来实现：设计显示面板，使得门驱动器电路、信号轨迹和用于有源显示区的有源元件的其它面板中电路被包含在远侧边界区域中，而近侧边界区域没有任何电路和/或信号轨迹，并且因此允许近侧边界区域相对于其中两个侧边界区域包含大量的驱动电路和信号轨迹的传统显示面板相当地更小。这允许近的侧边界区域以较小的宽度来确定尺寸，该较小的宽度主要足以允许玻璃/聚碳酸酯透明板与近的侧边界处的底层基板之间的有效密封。相反，与传统的显示面板制造相比，远侧边界可能需要加宽，以便容纳附加的电路和信号轨迹。远端侧边界的扩宽、近侧外侧边界的变窄以及由此导致的有源显示区朝向鼻部区域的移动改善了鼻部fov，但是因此可以相对于具有有源显示区的相同宽度和相同整体侧宽度的传统显示面板减小颞部fov。然而，因为人类视觉系统对视力周边的视觉信息不太敏感，颞部fov的减少影响较小，因此即使以降低的颞部fov为代价，改进的鼻部fov通常提供改进的用户体验。

图1图示出了根据至少一个实施例的被配置为实现具有不对称侧边界的一对显示面板的示例hmd设备100。hmd设备100通过使用捆绑到或以其他方式安装在用户头上的装置安装到使用者的头部，使得hmd设备100固定地定位在使用者的脸部附近，并因此与用户的移动一起移动。然而，在某些情况下，用户可以将手持设备固定到用户的脸部并限制手持设备的移动，使得手持设备相对于用户头部的方位是相对固定的，即使当用户的头部移动时。在这种情况下，以这种方式操作的手持式设备也可以被认为是hmd设备100的实施方式，即使它不是经由向用户的头部的物理附接“被安装”。

hmd设备100包括：外壳102，其具有面向使用者的表面104和相对的前向表面106；以及面部垫片108和带子或线束(为了清楚起见，从图1中省略)的集合，用于将外壳102安装在使用者头部上，使得使用者面向外壳102的表面104。在所示实施例中，hmd设备100是双目hmd，因此具有设置在表面104处的左眼显示面板110和右眼显示面板112。外壳102进一步包括与左眼显示面板110对准的目镜透镜装配114和与右眼显示面板112对准的目镜透镜装配116。虽然示出为单个透镜，但是目镜透镜装配114、116的每个可以包括两个或更多透镜和其它光学元件。如下文更详细描述的那样，目镜透镜装配114(或左眼镜装配114)与左眼显示面板110对齐，而目镜透镜装配116(或右眼镜装配116)与右眼显示面板112对齐。目镜透镜装配114和左眼显示面板110可以被实现为单个单元，使得左眼镜头装配114与左眼显示面板110具有固定的位置关系，并且右眼镜头装配116和显示面板112可类似地被实现为提供固定位置关系的独立单元。因此，hmd设备100可以包括一个机构(未示出)，以相对于另一单元移动这些单元之一的侧位置，以便提供对hmd设备100的瞳孔间距离(ipd)的调整。

在至少一个实施例中，一对显示面板110、112包括具有不对称侧边界区域的显示面板的镜像对，使得靠近hmd设备100的鼻部区域118的每个显示面板的非活动侧边界区域比接近于hmd设备100的太阳穴区域之一(并且因此远离鼻部区域)的非活动侧边界区域窄。参考图2更详细地描述了该配置。

如图2的示例所示，左眼显示面板110包括面板区域202和集成电路(ic)安装区域204。面板区域202包括有源显示区206，其包含像素元件(例如，led像素、oled像素、lcd元件等)的阵列，像素元件用于发射表示图像的光并且由边界区域(本文称为“边界”或“凸缘”)包围，边界区域包括：由显示面板110的顶部边沿210和有源显示区206的顶部边界212限定的顶部凸缘208；由显示面板110的底部边沿216和有源显示区206的底部边界218限定的底部或驱动器凸缘214；由显示面板110的近侧(右)边沿222(此处也称为近边沿222)和有源显示区206的近(右)边界224限定的近侧边界220(此处也称为近边界区域220)；以及由显示面板110的远侧(左)边沿228(此处也称为远边沿228)和有源显示区206的远(左)边沿230限定的远侧边界226(此处也称为远边界区域226)。近边沿222靠近hmd设备100的鼻部区域118，并且远边沿228远离鼻部区域118。类似地，近边沿224接近鼻部区域118，并且远边沿230远离鼻部区域118。ic安装区域204包括：柔性电缆232或与安装在其上的控制系统(未示出)的其它有线或无线互连；以及一个或多个驱动器ic封装234，所述一个或多个驱动器ic封装234用于控制面板区域202的驱动电路(在图2中未示出)，使得基于经由柔性电缆232接收的信号可选择地激活有源显示区206的像素元件。

尽管作为镜像图像，但是右眼显示面板112被类似地配置使得右眼显示面板112包括面板区域242和ic安装区域244。面板区域242包括有源显示区246，其被下述部分包围：由显示面板112的顶部边沿250和有源显示区246的顶部边界252限定的顶部凸缘248；由显示面板110的底部边沿256和有源显示区246的底部边界258限定的底部或驱动器凸缘254；由显示面板112的近侧(左)边沿262(或近边沿262)和有源显示区246的近(左)边界264限定的近侧边界260(或近边界区域260)；以及，由有源显示区246的远端侧(右)边沿268(或远边沿268)和远(右)边界270限定的远侧边界266(或远边界区域266)。近边沿262和近边界264靠近hmd设备100的鼻部区域118，并且远边沿268和远边界270远离鼻部区域118。ic安装区域244包括柔性电缆272或其它有线或无线互连以及安装在其上的一个或多个驱动器ic封装274。

如图2所示，近侧边界220具有比远侧边界226的宽度278(即，在远边沿228和远边界230之间的距离)更窄的宽度276(即，在近边沿222和近边界224之间的距离)。结果，有源显示区206在显示面板110中向右偏向朝向鼻部区域118(图1)。类似地，对于显示面板112，近侧边界260同样具有等于宽度276的宽度，该宽度比远侧边界266的宽度(等于宽度278)窄，因此有源显示区246在显示面板112中向左偏向鼻部区域118。在至少一个实施例中，近侧边界220、260的宽度276基本上窄于具有对称的侧边界的在尺寸上等同的传统显示面板中发现的对应侧边界。因此，假设透镜装配114、116的位置280、282相对于对应的显示面板是固定的，或者位置280、282之间经受最小相对距离284，则由相对于相同大小的传统显示面板更窄的近侧边界220、260提供有源显示区206、246向鼻部区域118的偏移允许更宽的鼻部fov相对，如下文参考图5更详细地描述的。

图3图示出了根据至少一个实施例的用于促进显示面板的近侧面边界变窄以便实现具有不对称侧边界区域的显示面板的示例设计方法。图301图示出了传统显示面板的显示区域的典型布局。如图301所示，传统的显示面板被设计成使得有源显示区302(未按比例示出)在相对的侧板边沿304、306之间居中，使得有源显示区302的左侧边沿308和左面板边沿304限定左侧边界310，并且有源显示区302的右侧边沿312和右面板边沿306限定右侧边界314，并且其中左侧边界310和右侧边界314具有基本相等的宽度316。在传统显示面板中，左侧边界310被包含用于将传统显示面板的基板密封到其左侧的玻璃/塑料顶部透明面板的密封件的密封区域320以及面板内电路322占用。同样，右侧边界314被包含用于密封右侧的密封件的密封区域324以及面板内电路326占用。根据显示器的类型(例如，液晶显示器(lcd)、led、oled等)，密封区域320、324可以包括例如环氧封端密封件、玻璃料端密封件和薄膜封装件等。面板内电路322、326通常包括集成的门驱动器电路以及用于电力线和全局信号线的信号轨迹等。通常，在传统的显示面板中，侧边界310、314两者都包含行驱动器电路，使得有源显示区302的偶数行的像素由面板内电路322驱动，并且奇数行的像素由面板内电路326驱动，或反之亦然。也就是说，传统的显示面板设计通过使用在两个侧边界上的面板内电路来驱动有源显示区302。由于密封件通常需要0.5mm的侧空间，并且由于面板内电路通常取决于门驱动器电路的晶体管的尺寸而需要0.5mm至1.5mm之间的侧空间，所以侧边界310、314每个的宽度316通常为至少1.0mm至2.0mm。

现在转到表示图1和图2的显示面板112的图331，示出了用于实现不对称侧边界的设计方法。在该实现中，远侧边界266不是在有源显示区246的两侧实现面板内电路，而是被设计为包括用于驱动有源显示区246的大部分或全部面板内电路332(顶部凸缘248和底部凸缘254也可能被面板内电路占用)，而近侧边界260被设计为没有这种面板内电路和相关联的信号轨迹。采用这种方法，只有包含对应的密封件的密封区域334可能占据近侧边界260，因此近侧边界260的宽度336可以变窄到密封区域334中的密封件的宽度，并且为了容差的目的而有某个附加距离。然而，因为否则将在近侧(左)边界260中的面板内电路被替代地放置在远侧(右)边界266中，所以远侧边界266中的面板内电路332的侧宽度可能将大于传统显示面板的面板内电路322、326中的任一个的宽度。因此，当与也占据远侧边界266的密封区域338的侧宽度相结合时，远侧边界266的宽度340通常将大于可比较的有源显示区大小的传统显示面板的侧边界区域310、314的宽度316。在示例性布置中，密封区域334包含用于将显示面板112的基板密封到显示面板112的透明面板(未示出)(例如，到透明面板的左侧)的密封件。透明面板可以是玻璃/塑料顶部透明面板。密封区域338包含用于将显示面板112的基板密封到显示面板112的透明面板(未示出)(例如，到透明面板的右侧)的密封件。密封区域334、338可以包括例如环氧树脂端部密封件、玻璃料端部密封件和薄膜封装件等，这取决于显示器的类型(例如，液晶显示器(lcd)、led、oled等等)。

这样，参考上面的面板内电路的示例尺寸，近侧边界260可以比相同总体尺寸的传统显示面板和和相同尺寸的显示有源区的远侧边界266窄至少0.5mm-1.5mm以及比相同总体尺寸的传统显示面板和相同尺寸的显示有源区的远侧边界266窄0.5mm-1.5mm。与相当的传统显示面板相比，远侧边界266的宽度的增加可以减小与相当的传统显示面板相比的颞部fov。然而，如上所述，鼻部fov对提供对于用户的准确的存在感来说比对颞部fov具有更大的影响，因此这种权衡通常为用户与实现这样的显示面板的镜像对的hmd设备100的交互提供总体纯益处。

图4图示出了利用上面关于图3的图331概述的设计方法的图2的右眼显示面板112的示例实施方式。如图所示，远侧边界266实现面板内电路402(面板内电路332的一个实施例)以驱动有源显示区246。同样，顶部凸缘248还可以实现面板内电路(例如，面板内电路404)，就像底部凸缘254(例如，面板内电路406)。面板内电路402、404、406经由仅在远侧边界266、顶部凸缘248和底部凸缘254中路由的信号轨迹(由信号轨迹408、410、412表示)连接到驱动器ic封装274。相反，近侧边界260没有面板内电路，并且可以没有信号轨迹，从而允许制造显示面板112使得近侧边界比远侧边界266窄得多。

图5图示出了根据一些实施例的带有具有不对称侧边界的一对显示面板110、112的hmd设备100的简化俯视图。如顶视图所示，hmd设备100包括两个单独的显示单元：左眼显示单元501和右眼显示单元502。左眼显示单元501包括容纳左眼显示面板110和目镜透镜装配114的外壳503，而右眼显示单元502包括容纳右眼显示面板112和目镜透镜装配116的外壳504。在两个单元501、502中，目镜透镜装配具有与对应的显示面板的有源显示区相交的光轴(例如，光轴505、506)，并且相对于对应的显示面板保持在固定位置。进一步地，在该实施方式中，单元501、502可以使用hmd设备100的机构(未示出)相对于彼此移位侧向移位，以便改变目镜透镜装配114、116之间的ipd。

通常，hmd设备中的鼻部fov受到对于hmd设计而设计的最小ipd的约束，其包含由于外壳壁的厚度、装配容差等导致的在左眼显示面板和右眼显示面板之间的最小间隙。在hmd设备设置在其最小ipd的情况下，鼻部fov的主要因素是鼻部边界大小——即，光轴和有源显示区的近边界之间的有源显示区的侧向宽度。替选地，鼻部fov可以被固定为用于hmd设计的设计参数。然而，由于鼻部fov是对应透镜装配的鼻部边界宽度和焦距两者的因素，所以鼻部fov的固定值又限制了hmd设备的最小ipd。

为了说明在hmd设备设计中作为参数的最小ipd、鼻部fov和鼻部边界宽度之间的关系，hmd设备设计可以使得例如作为54mm的最小ipd的规格可能需要鼻部边界宽度小于1.5mm，而如果hmd设备设计相反指定43度的鼻部fov，并且鼻部边界宽度相同为该相同的1.5mm，则最小ipd可能必须为58mm或更大。其他一切都相同，通常希望具有尽可能低的最小ipd，使得hmd设备可以适应更宽范围的瞳孔间距离，从而适应更宽范围的用户。

如图5所示，hmd设备100具有作为左眼鼻部边界宽度510(光轴505与有源显示区206的右边界或近边界224之间的距离，如宽度512所示)的因素的左眼鼻部fov508和目镜透镜装配114的焦距，并且进一步具有作为右眼鼻部边界宽度516(光轴506和有源显示区246的左边界或近边界264，由宽度518表示)的因素的右眼鼻部fov514。这些参数又影响hmd设备100的设计的最小ipd520。然而，由于与相同尺寸的传统显示面板相比，显示面板110、112的近侧边界区域220、260较窄，所以与具有相同指定的最小ipd520的传统hmd设计相比，hmd设备100的设计可以享受更宽的鼻部fov508、514，与具有相同指定的鼻部fov的传统hmd设计相比，hmd设备100可享受较低的最小ipd，或者与传统的hmd设计相比，hmd设备100可以享受较宽的鼻部fov508、514的一些组合和较低的最小ipd。为了说明，由于显示面板110、112的不对称侧边界区域设计，hmd设备100可以提供例如40-45度的鼻部fov，同时允许54mm的最小ipd。

注意，不一定需要在一般描述中上述的所有活动或元件，可以不需要特定活动或设备的一部分，并且可以执行一个或多个进一步的活动，或者除了描述的那些还包括元件。此外，列出活动的顺序不一定必须是执行它们的顺序。此外，已经参考具体实施例描述了这些概念。然而，本领域的普通技术人员认识到，在不脱离如下面权利要求中阐述的本公开的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，在说明性的而不是限制性的意义上看待说明书和附图，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。

上面已经针对特定实施例描述了益处、其他优点和对问题的解决方案。然而，可能导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更加显著的益处、优点、对问题的解决方案以及任何特征都不应被解释为任何或全部权利要求的关键、必需或基本特征。此外，上面公开的特定实施例仅是说明性的，因为所公开的主题可以以对受益于在此的教导的本领域技术人员显而易见的不同但等同的方式进行修改和实践。没有限制意欲施加到除了在所附的权利要求中所述者之外的本文所示的结构或设计的细节。因此，显而易见的是，上述公开的特定实施例可以被改变或修改，并且所有这些变化被认为在所公开的主题的范围内。因此，本文寻求的保护如所附的权利要求中所述。