显示装置和光学装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2014年3月17日提交的日本在先专利申请JP2014-053191的权益， 通过引用将其全部内容结合于本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种显示装置。更具体地，例如，本公开涉及包括调光设备（dimming device)并且被用作头戴式显示器（head mounted display) (HMD)的显示装置或涉及包括 调光设备的光学装置。
【背景技术】
[0004] 例如，基于日本专利申请公开第2006-209144号，用作头戴式显示器的显示装置 是众所周知的。这种眼镜形式的显示装置在其镜腿上包括：接收单元，被配置为从图像信息 发射源接收所发射的图像信号；驱动单元，被配置为解码在接收单元中接收到的图像信号； 显示单元，被配置为显示通过在驱动单元中解码所获得的图像；以及电源单元，被配置为将 电力供应给接收单元、驱动单元和显示单元。显示单元包括显示器，该显示器包括图像输出 设备、光学构件和李普曼-布拉格（Lippman-Bragg)体全息片。
[0005] 此外，摄像设备（imaging device，成像设备）是众所周知的，其使用附接至眼镜 的小型摄像设备对外部进行拍摄（image，成像）。
【发明内容】
[0006] 通常，在上述显示装置上显示图像的区域被设定为超出观察者的视野。因此，根据 设置显示装置的环境，对于观察者来说可能难以立即识别被显示的图像或立即识别将被显 示的图像。此外，对于观察者来说可能难以容易地、可靠地以及立即识别出通过附接至眼镜 的小型摄像设备所拍摄的外部的一部分。
[0007] 因此，首先，期望的是提供一种允许观察者立即识别出所显示的图像或允许观察 者识别出将被显示的图像的配置或结构的显示装置。第二，期望的是提供一种具有允许观 察者容易地、可靠地以及立即识别出通过附接至眼镜的小型摄像设备所拍摄的外部的一部 分的配置或结构的光学装置。第三，期望的是提供一种具有允许观察者容易地、可靠地并且 立即识别出接收设备接收信号的配置或结构的光学装置。
[0008] 根据本公开的实施方式，提供了一种显示装置，包括：框架，佩戴至观察者的头 部上；图像显示设备，附接至框架；以及调光设备，被配置为调整从外部入射的外部光的 光量，基于用于在图像显示设备上显示图像的信号来改变调光设备的部分区域的透光率 (light transmittance)〇
[0009] 根据本公开第一实施方式，提供了一种光学装置，包括：框架，佩戴至观察者的头 部上；摄像设备，附接至框架；以及调光设备，附接至框架并且被配置为调整从外部入射的 外部光的光量，在调光设备上显示通过摄像设备所拍摄的空间区域。
[0010] 根据本公开第二实施方式，提供了一种光学装置，包括：框架，佩戴至观察者的头 部上；接收设备；以及调光设备，附接至框架并且被配置为调整从外部入射的外部光的光 量，基于通过接收设备接收到的信号来改变调光设备的透光率。
[0011] 根据本公开的实施方式的显示装置和根据本公开的第一实施方式和第二实施方 式的光学装置均包括调光设备，该调光设备被配置为调整从外部入射的外部光的光量，使 得能够通过调光设备适当地控制（例如，能够减小）从外部入射的外部光的光量。所以，例 如，在根据本公开的实施方式的显示装置中，在没有被外部光干扰的情况下可以在图像显 示设备中较好地识别图像。在根据本公开的实施方式的显示装置中，基于用于在图像显示 设备上显示图像的信号来改变调光设备的部分区域的透光率。这允许观察者容易地、可靠 地并且立即识别出所显示的图像。可替换地，这允许观察者容易地并且可靠地识别出将被 显示的图像。此外，在根据本公开的第一实施方式的光学装置中，在调光设备上显示通过摄 像设备所拍摄的空间区域。这允许观察者容易地、可靠地并且立即识别出通过摄像设备所 拍摄的外部的一部分。此外，在根据本公开第二实施方式的光学装置中，基于通过接收设备 接收到的信号来改变调光设备的透光率。这允许观察者容易地、可靠地并且立即识别出接 收设备接收信号。应注意，本文中描述的效果仅是示例性的效果而不是限制性的。此外，可 以产生其他的效果。
[0012] 根据如在附图中所示的本公开的最佳模式实施方式的下列详细描述，本公开的这 些和其它目的、特征和优势将变得更加显而易见。
【附图说明】
[0013] 图1是实施方式1的显示装置中的图像显示设备的概念图；
[0014] 图2是当从上方观察时的实施方式1等的显示装置的示意图；
[0015] 图3A和图3B分别是当从侧向观察时的实施方式1的显示设备的示意图以及当从 正面进行观察时的包括在实施方式1的显示装置中的导光单元和调光设备的一部分的示 意图；
[0016] 图4A和图4B是各自示出调光设备的示意性截面图、示意性地示出了在实施方式 1的显示装置中的调光设备的行为；
[0017] 图5是示出了在形成图像显示设备的导光板中的光传播的示意图；
[0018] 图6是在实施方式2的显示装置中的图像显示设备的概念图；
[0019] 图7是在实施方式3的显示装置中的图像显示设备的概念图；
[0020] 图8是在实施方式3的显示装置中的局部放大形式的反射式体全息衍射光栅的示 意性截面示图；
[0021] 图9是在实施方式4的显示装置中的图像显示设备的概念图；
[0022] 图10是当从正面进行观察时的实施方式5的显示装置的示意图；
[0023] 图11是当从上方进行观察时的实施方式5的显示装置的示意图；
[0024] 图12A和图12B分别是当从上方进行观察时的实施方式6的显示装置的示意图以 及用于控制亮度传感器的电路的示意图；
[0025] 图13A和图13B分别是当从上方进行观察时的实施方式7的显示装置的示意图以 及用于控制亮度传感器的电路的示意图；
[0026] 图14是在实施方式8的显示装置中的图像显示设备的概念图；
[0027] 图15是当从上方进行观察时的实施方式8的显示装置的示意图；
[0028] 图16A和图16B分别是当从侧向进行观察时的实施方式8的显示装置的示意图以 及当从正面进行观察时的包括在实施方式8的显示装置中的导光单元和调光设备的一部 分的示意图；
[0029] 图17是实施方式8的显示装置的变形例的概念图；
[0030] 图18是在实施方式9的显示装置中的图像显示设备的概念图；
[0031] 图19是在实施方式10的显示装置中的图像显示设备的概念图；
[0032] 图20是在实施方式10的显示装置中的图像显示设备的变形例的概念图；
[0033] 图21是在实施方式11的显示装置中的图像显示设备的概念图；
[0034] 图22是在实施方式12的显示装置中的图像显示设备的概念图；
[0035] 图23是当从正面进行观察时的实施方式13的显示装置的示意图；
[0036] 图24是当从正面进行观察时的实施方式13的显示装置（在假设移除框架的状态 下）的示意图；
[0037] 图25是当从上方进行观察时的实施方式13的显示装置的示意图；
[0038] 图26是示出了当从上方进行观察时的实施方式13的显示设备被安装在观察者头 部上的状态的示图（仅示出了图像显示设备并且省略框架的示意图）；
[0039] 图27是当从正面进行观察时的实施方式14的显示装置的示意图；
[0040] 图28是当从正面进行观察时的实施方式14的显示装置（在假设移除框架的状态 下）的示意图；
[0041] 图29是当从上方进行观察时的实施方式14的显示装置的示意图；
[0042] 图30是当从正面进行观察时的实施方式15的光学装置等的示意图；
[0043] 图31是当从正面进行观察时的实施方式15的光学装置等的示意图；
[0044] 图32是图像形成单元的变形例的概念图；
[0045] 图33是图像形成单元的另一变形例的概念图；
[0046] 图34是图像形成单元的又一变形例的概念图；
[0047] 图35是图像形成单元的又一变形例的概念图；以及
[0048] 图36是图像图像形成单元的又一变形例的概念图。
【具体实施方式】
[0049] 在下文中，将参考附图基于实施方式来描述本公开，但不限于该实施方式。实施方 式中的各种数值和材料仅仅是示例性数值和材料。应当注意，将按照下列顺序进行描述。
[0050] 1.根据本公开实施方式的显示装置、根据本公开第一实施方式和第二实施方式的 光学装置以及总体描述
[0051] 2.实施方式1 (根据本公开实施方式的显示装置和根据本公开第二实施方式的光 学装置）
[0052] 3.实施方式2 (在实施方式1变形例中的显示装置）
[0053] 4.实施方式3 (在实施方式1另一变形例中的显示装置）
[0054] 5.实施方式4 (在实施方式1又一变形例中的显示装置）
[0055] 6.实施方式5 (实施方式1至4的变形例）
[0056] 7.实施方式6 (实施方式1至4的另一变形例）
[0057] 8.实施方式7 (实施方式1至4的又一变形例）
[0058] 9.实施方式8 (实施方式1至7的变形例）
[0059] 10.实施方式9 (实施方式8的变形例）
[0060] 11?实施方式10 (实施方式8的另一变形例）
[0061] 12.实施方式11 (实施方式8至10的变形例）
[0062] 13?实施方式12 (实施方式11的变形例）
[0063] 14?实施方式13 (实施方式1至12的变形例）
[0064] 15.实施方式14 (实施方式13的变形例）
[0065] 16.实施方式15 (根据本公开第一实施方式的光学装置）及其他
[0066] [根据本公开实施方式的显示装置、根据本公开第一实施方式和第二实施方式的 光学装置以及总体描述]
[0067] 在根据本公开的实施方式的显示装置中，图像显示设备可以包括：
[0068] (A)图像形成单元；以及
[0069] ⑶导光单元，被配置为输入、引导以及输出从图像形成单元输出的光。在这种情 况下，导光单元可以包括：
[0070] (a)导光板，被配置为在输入光通过全反射在导光板内部传播之后输出光；
[0071] (b)第一偏振单元，被配置为使输入至光导板的至少一部分光偏振，以在导光板内 部全反射输入至导光板的光；以及
[0072] (c)第二偏振单元，被配置为使通过全反射在导光板内部传播的光偏振，以从导光 板输出通过全反射在导光板内部传播的光。本文中，术语"全反射"意指内部全反射或在导 光板内部引起的全反射。这同样适用于以下描述。
[0073] 导光单元可以是透射型的或半透射型（透视型（see-through))。具体地，至少与 观察者的瞳孔相对的导光单元的一部分能够被制成透射型或半透射型（透视型），并且能 够通过导光单元的一部分观察外景。根据本公开的实施方式的显示装置可以包括一个图像 显示设备（单目型（monocular type))或两个图像显示设备（双目型（binocular type))。 在双目型中，基于用于显示图像的信号，可以在两个图像显示设备中改变调光设备的部分 区域的透光率，或可以在图像显示设备中的一个中改变调光设备的部分区域的透光率。
[0074] 在本说明书中，在一些情况下使用术语"半透射型"。使用这个术语的意义不是指 入射光的1/2(50% )被透射或被反射，而指的是入射光的部分被透射而其余部分被反射。
[0075] 在根据包括上述期望形式的本公开的实施方式的显示装置中，可以从外部接收用 于在图像显示设备上显示图像的信号。例如，以此方式，可以在所谓的云计算机或服务器中 记录、存储并且保存关于显示在图像显示设备上的图像的信息或数据。当显示装置包括通 信单元时，例如，移动电话或智能电话时，或当显示装置与通信单元相结合时，可以发射和 接收、或者在云计算机或服务器与显示装置之间交换各种类型的信息或数据。此外，可以 接收基于各种类型信息或数据的信号，即，用于在图像显示设备上显示图像的信号。可替换 地，可以在图像显示设备中存储用于在图像显示设备上显示图像的信号。应注意，显示在图 像显示设备上的图像包括各种类型的信息或数据。
[0076] 此外，根据包括上述各种期望形式的本公开的实施方式的显示装置可以进一步包 括传感器，该传感器被配置为测量外部环境中的亮度，并且可以基于在通过传感器所获得 的外部环境中的亮度的测量结果来改变调光设备的部分区域的透光率。传感器可以由众所 周知的亮度传感器构成，并且可以基于设置至图像显示设备的众所周知的控制电路来执行 传感器的控制。每个根据本公开的第一实施方式和第二实施方式的光学装置还可以包括传 感器，该传感器被配置为测量外部环境中的亮度，并且可以基于在通过传感器所获得的外 部环境中的亮度的测量结果来改变调光设备的部分区域的透光率。
[0077] 此外，在根据包括上述各种期望形式的本公开的实施方式的显示装置中，调光设 备可以附接至图像显示设备或框架。在图像显示设备包括如上所述的导光板的情况下，调 光设备可以附接至导光板。更具体地，例如，调光设备可以被布置在其上布置了导光单元的 图像形成单元侧（表面）的不同表面（相对表面）上。
[0078] 在根据本公开的第一实施方式的光学装置中，可以在调光设备中以框架的形式显 示通过摄像设备所拍摄的空间区域的外部边缘（outer edge)。可替换地，使得调光设备中 与通过摄像设备所拍摄的空间区域相对应的区域的透光率可以低于调光设备中与通过摄 像设备所拍摄的空间区域的外侧相对应的区域的透光率。以这种形式，观察者将通过摄像 设备所拍摄的空间区域看作比通过摄像设备所拍摄的空间区域外部更暗的区域。可替换 地，使得调光设备中与通过摄像设备所拍摄的空间区域相对应的区域的透光率可以高于调 光设备中与通过摄像设备所拍摄的空间区域的外侧相对应的区域的透光率。以这种形式， 观察者将通过摄像设备所拍摄的空间区域看作比通过摄像设备所拍摄的空间区域的外部 更亮的区域。
[0079] 此外，根据包括上述各种期望形式的本公开的第一实施方式的光学装置可以进一 步包括调光设备控制设备（dimming-device-controlling device)，并且可以通过调光设 备控制设备校正在调光设备中与通过摄像设备所拍摄的空间区域相对应的区域的位置。具 体地，例如，当根据本公开第一实施方式的光学装置包括移动电话或智能电话时，或当光学 装置结合移动电话、智能电话或个人计算机时，可以在移动电话、智能电话或个人计算机上 显示通过摄像设备拍摄的空间区域。在移动电话、智能电话或个人计算机上显示的空间区 域与调光设备中与通过摄像设备所拍摄的空间区域相对应的区域之间存在差异的情况下， 使用能够通过移动电话、智能电话或个人计算机替代的调光设备控制设备移动/旋转或放 大/收缩调光设备中与通过摄像设备所拍摄的空间区域相对应的区域。因此，可以消除在 移动电话、智能电话或个人计算机上显示的空间区域和调光设备中与通过摄像设备所拍摄 的空间区域相对应的区域之间的差异。
[0080] 可以彼此结合根据本公开的实施方式的显示装置和根据包括上述各种期望形式 的本公开的第一实施方式的光学装置。可以彼此结合根据本公开的实施方式的显示装置和 根据包括上述各种期望形式的本公开的第二实施方式的光学装置。可以彼此结合根据本公 开的第一实施方式的光学装置和根据包括上述各种期望形式的本公开的第二实施方式的 光学装置。可以彼此结合根据本公开的实施方式的显示装置、根据本公开的第一实施方式 的光学装置以及根据包括上述各种期望形式的本公开的第二实施方式的光学装置。
[0081] 在根据本公开的实施方式的显示装置中，调光设备可以包括：
[0082] 第一基板和第二基板，第一基板与导光单元相对，第二基板与第一基板相对；
[0083] 第一电极和第二电极，分别设置在第一基板和第二基板；以及
[0084] 光透射控制材料层，密封在第一基板和第二基板之间。第一基板还可以用作导光 单元的组成构件。为了方便起见，将这种配置被称为"根据本公开第一实施方式的显示装 置"。在根据本公开的第一实施方式的显示装置中，形成调光设备的第一基板还以这种方式 用作导光单元的组成构件。这降低了显示装置的总重量，使得这没有给显示装置的用户带 来不适感。应注意的是，第二基板可以形成为薄于第一基板。
[0085] 此外，每个根据本公开的第一实施方式和第二实施方式的光学装置的调光设备可 以包括：第一基板；第二基板，与第一基板相对；第一电极和第二电极，分别设置在第一基 板和第二基板；以及光透射控制材料层，密封在第一基板与第二基板之间。例如，第一基板 和第二基板中的至少一个可以附接至框架。
[0086] 在调光设备中，光透射控制材料层可以是由液晶材料层形成的光闸（optical shutter，光学快门），或可以是为由无机EL(电致发光）材料层形成的光闸。然而，这并非 限制性的，并且用于调光设备的光闸可以是通过包括大量带电的电泳颗粒和与电泳颗粒不 同变色的分散介质的电泳分散液配置的光闸、通过响应于例如银颗粒的金属的可逆的氧化 还原而发生的电沉积/分离的应用配置的光闸、通过利用响应于电致变色材料的氧化还原 而发生的物质的颜色变化配置的光闸、或通过由电润湿控制透光率所配置的光闸。当调光 设备包括由液晶材料层形成的光闸的光透射控制材料层时，用于光透射控制材料层的材料 例如可以是TN(扭曲向列）液晶、或STN(超扭曲向列）液晶，但是这并非限制性的。当调光 设备包括由无机EL材料层形成的光闸的光透射控制材料层时，用于光透射控制材料层的 材料例如可以是三氧化钨（W03)，但是这并非限制性的。在根据本公开的实施方式的显示装 置中，期望地，导光单元和调光设备从观察者侧以这种顺序布置，但是这种顺序可以颠倒。
[0087] 具体以包括钠钙玻璃和超白玻璃的透明玻璃基板、塑料基板、塑料片材和塑料薄 膜为例说明第一基板和第二基板的材料。本文中，以聚对苯二甲酸乙酯、聚萘二甲酸乙二醇 酯、聚碳酸酯、诸如醋酸纤维素的纤维素酯、诸如聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯和六氟丙烯的共 聚物的含氟聚合物、诸如聚氧化甲烯的聚醚、聚缩醛、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、诸如甲基 戊烯聚合物的聚烯烃、包括聚酰胺亚胺或聚醚酰亚胺的聚酰亚胺、聚酰胺、聚醚砜、聚苯硫 醚、聚偏氟乙烯、四乙酰纤维素、溴苯氧基、聚芳酯、聚砜等举例说明塑料材料。塑料片和薄 膜可以是不易弯曲的硬质的，或可以是弹性的。当第一基板和第二基板分别由透明塑料基 板形成时，基板的内表面可以设置有由无机或有机材料制成的阻挡层（barrierlayer)。
[0088] 第一基板和第二基板分别设置有例如所谓的透明电极的第一电极和第二电极。具 体地，第一电极和第二电极分别由氧化铟锡（IT0,包含掺杂Sn的ln203、晶体IT0和无定形 IT0)、掺杂氟的Sn02 (FTO)、IF0 (掺杂F的ln203)、掺杂锑的Sn02 (ATO)、Sn02、Zn0 (包含掺杂 A1的ZnO和掺杂B的ZnO)、氧化铟锌（IZ0)、尖晶石氧化物、具有YbFe204结构的氧化物、或 包含聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩的导电聚合物。例如，第一电极和第二电极分别可以通过诸如 真空沉积和溅射的物理汽相沉积法（PVD)、各种类型的化学气相沉积（CVD)或各种类型的 涂覆形成。电极的图案化可以通过蚀刻、剥离（liftingoff)或使用各种类型的掩模任意 地进行。通过使用密封剂在外缘部分密封来将第一基板与第二基板粘合在一起。所使用的 密封剂可以包括以下各项的各种类型的树脂：热固性树脂、光固化树脂、湿气固化树脂和厌 氧固化树脂，例如，环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、乙酸乙烯酯树脂、烯硫醇树脂、硅树 脂和改性聚合物树脂。
[0089] 在一些情况下，穿过调光设备的光可以由此以期望的颜色变色。在这种情况下，通 过调光设备选