穿戴式显示装置及其显示模块的制作方法

本发明涉及一种显示装置以及显示模块，特别涉及一种穿戴式显示装置以及此穿戴式显示装置的显示模块。

背景技术：

随着科技的发展，穿戴式显示装置已广泛应用于视频、电影、医学、模拟训练或者是游戏等各种领域中。近年来，更发展出适用于虚拟实境(Virtual Reality，VR)或扩增实境(Augmented Reality，AR)的头戴式显示装置(Head Mounted Display，HMD)。现有的用于虚拟实境的穿戴式显示装置一般包含壳体、平面显示面板与凸透镜。凸透镜将平面显示面板的画面成像以产生画面的正立虚像。当使用者装备穿戴式显示装置后，就能搭配特殊的操作媒介以获得来自电脑或电子装置所提供的各种感官模拟，进而达到身处虚拟世界中的使用者体验。

为了有良好的使用者体验，穿戴式显示装置的尺寸、重量以及成像品质尤为重要。在现有的穿戴式显示装置中，平面显示面板的尺寸以及凸透镜和显示面板之间的距离皆过大，而使得穿戴式显示装置的尺寸难以缩小。然而，若将平面显示面板的尺寸缩小，产生的正立虚像会变小，而降低使用者体验。若是将凸透镜与平面显示面板之间的间距变小，同样会有正立虚像变小的问题；此外，凸透镜与平面显示面板过度靠近时还容易产生像差或亮度不均的问题，而会让使用者产生压迫感与晕眩感，并且为了修正像差必须额外配置其他光学元件，会导致穿戴式显示装置的重量增加。因此，如何提供能同时满足轻薄化与良好成像品质需求的穿戴式显示装置，实乃现在相关领域中重要的课题之一。

技术实现要素：

鉴于以上的问题，本发明的目的在于揭露一种穿戴式显示装置及其显示模块，有助于解决现有穿戴式显示装置尺寸过大以及成像品质不佳的问题。

本发明所揭露的穿戴式显示装置包含一壳体、一显示面板、一透镜以及一棱镜。显示面板设置于壳体。显示面板具有相连的二倾斜显示面，并且二倾斜显示面之间的夹角大于0度且小于180度。透镜设置于壳体，且透镜面向显示面板的二倾斜显示面。棱镜设置于显示面板与透镜之间，并且棱镜包含二折射部。二折射部分别具有非平行的一入光面以及一出光面。二入光面分别面向二倾斜显示面。二出光面面向透镜，并且二出光面之间的夹角大于0度且小于180度。其中一入光面平行于其中一倾斜显示面，且另一入光面平行于另一倾斜显示面。

本发明所揭露的显示模块包含一显示面板以及一棱镜。显示面板具有相连的二倾斜显示面，并且二倾斜显示面之间的夹角大于0度且小于180度。棱镜包含二折射部，并且二折射部分别具有非平行的一入光面以及一出光面。二入光面分别面向二倾斜显示面，并且二出光面之间的夹角大于0度且小于180度。其中一入光面平行于其中一倾斜显示面，且另一入光面平行于另一倾斜显示面。

本发明另揭露的穿戴式显示装置包含一壳体、一显示部、一透镜以及一棱镜。显示部设置于壳体，且显示部包含二显示面板。二显示面板分别具有一倾斜显示面，且二倾斜显示面之间的夹角大于0度且小于180度。透镜设置于壳体，且透镜面向显示部的二倾斜显示面。棱镜设置于显示部与透镜之间。棱镜包含二折射部，且二折射部分别具有非平行的一入光面以及一出光面。二入光面分别面向二倾斜显示面，且二出光面面向透镜。二出光面之间的夹角大于0度且小于180度。其中一入光面平行于其中一倾斜显示面，且另一入光面平行于另一倾斜显示面。

本发明另揭露的显示模块包含一显示部以及一棱镜。显示部包含二显示面板。二显示面板分别具有一倾斜显示面，且二倾斜显示面之间的夹角大于0度且小于180度。棱镜包含二折射部，且二折射部分别具有非平行的一入光面以及一出光面。二入光面分别面向二倾斜显示面，且二出光面之间的夹角大于0度且小于180度。其中一入光面平行于其中一倾斜显示面，且另一入光面平行于另一倾斜显示面。

根据本发明所揭露的显示模块以及穿戴式显示装置，显示面板具有相连的二倾斜显示面。棱镜的二折射部分别具有非平行的入光面以及出光面。其中一入光面平行于其中一倾斜显示面，且另一入光面平行于另一倾斜显示面。藉此，可减少显示面板占据容置空间的体积，而有助于壳体的轻薄化，进而缩小穿戴式显示装置的整体尺寸。此外，棱镜能将显示面板发出之光线的行进方向修正成平行于透镜的光轴，有助于减少像差以及提升影像周边亮度。显示面板与棱镜的结构配置有助于同时满足穿戴式显示装置的轻薄化与良好成像品质的需求。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的穿戴式显示装置的立体示意图；

图2为图1的穿戴式显示装置的分解示意图；

图3为图1的穿戴式显示装置的剖视示意图；

图4为图3的穿戴式显示装置的显示模块的局部放大示意图；

图5为根据本发明第二实施例的穿戴式显示装置的剖视示意图；

图6为根据本发明第三实施例的穿戴式显示装置的剖视示意图。

其中，附图标记

1、1” 穿戴式显示装置

10 壳体

110 罩体

120 承载座

121 开孔

130 容置空间

20 透镜

30 显示模块

310 显示面板

311 倾斜显示面

312 连接线

320 棱镜

321 折射部

321a 入光面

321b 出光面

310” 显示部

311” 显示面板

311a” 倾斜显示面

312” 信号传输线

40 水平参考面

B 光线

D 最小间距

L 光轴

T 最大厚度

ε、α、β、θ 夹角

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及附图，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请同时参照图1至图3。图1为根据本发明第一实施例的显示模块的立体示意图。图2为图1的显示模块的分解示意图。图3为图1的显示模块的上视示意图。在本实施例中，穿戴式显示装置1包含一壳体10、二透镜20以及一显示模块30。穿戴式显示装置1例如但不限于是头戴式的虚拟实境显示装置。

壳体10包含一罩体110以及一承载座120。承载座120设置于罩体110，并且罩体110与承载座120共同形成一容置空间130。承载座120具有与容置空间130相连的二开孔121。

透镜20例如但不限于是凸透镜，其设置于壳体10的承载座120的开孔121。透镜20例如但不限于是玻璃材质或塑胶材质。在本实施例中，二透镜20分别设置于承载座120的二开孔121，但本发明并不以此为限。在部分实施例中，透镜与承载座的开孔的数量皆为一。

显示模块30包含一显示面板310以及一棱镜320。显示面板310例如但不限于是液晶显示器或有机发光二极体显示器，其设置于壳体10的容置空间130。显示面板310具有相连的二倾斜显示面311，并且显示面板310于二倾斜显示面311之间具有一连接线312。二倾斜显示面311皆自连接线312沿接近透镜20的方向延伸。二倾斜显示面311之间夹一夹角ε，并且夹角ε大于0度且小于180度。

棱镜320设置于显示面板310与透镜20之间，并且棱镜320例如但不限于是玻璃材质或塑胶材质。棱镜320包含相连的二折射部321，并且折射部321的厚度沿接近透镜20的方向逐渐增大。折射部321的最大厚度T小于等于显示面板310与透镜20之间的最小间距D，以使棱镜320能被完全容纳于容置空间130。

每个折射部321分别具有非平行的一入光面321a以及一出光面321b。换句话说，每个折射部321的入光面321a与出光面321b之间具有一夹角α，并且夹角α小于180度。入光面321a与出光面321b分别位于折射部321的相对二侧。二入光面321a分别面向显示面板310的二倾斜显示面311，并且二入光面321a分别直接接触二倾斜显示面311。二出光面321b皆面向透镜20。二出光面321b之间夹一夹角β，并且夹角β大于0度且小于180度。其中一个折射部321的入光面321a平行于其中一个倾斜显示面311，并且另一个折射部321的入光面321a平行于另一个倾斜显示面311。

在本实施例中，显示模块30的显示面板310具有倾斜显示面311，使得显示面板310呈现弯折状。藉此，可减少显示面板310占据容置空间130的体积，而有助于壳体10的罩体110的轻薄化，进而缩小穿戴式显示装置1的整体尺寸。在本实施例中，当显示面板310设计成弯折状时，因为倾斜显示面311发出的光线无法平行于透镜20的光轴L，会导致透镜20产生的画面的正立虚像有像差以及较低的周边亮度。为了解决上述问题，本实施例于显示面板310与透镜20之间设置棱镜320。藉此，当倾斜显示面311发出的光线经过棱镜320时，光线的行进方向可以被修正成平行于透镜20的光轴L。

在本实施例中，为了使棱镜320能修正光线的行进方向，需要设计棱镜320的外形。请同时参照图3和图4，其中图4为图3的穿戴式显示装置的显示模块的局部放大示意图。定义一水平参考面40系垂直于透镜20的光轴L。棱镜320的折射部321的入光面321a与出光面321b之间的夹角为α，棱镜320的入光面321a与水平参考面40之间的夹角为θ，棱镜320的折射率为N1，位于棱镜320的出光面321b与透镜20之间的介质的折射率为N2，其满足下列条件：

N1*sinα＝N2*sin(α+θ)。

当符合上述条件时，棱镜320能将光线B的行进方向修正成平行于透镜20的光轴L，有助于减少正立虚像的像差以及提升其周边亮度。用一个具体的设计方法示例说明，当入光面321a与水平参考面40之间的夹角θ为12.0度，棱镜320的折射率为1.516，并且位于棱镜320的出光面321b与透镜20之间的介质的折射率为1(即空气的折射率)时，将上述数值代入式2可得到α+θ的值约为33.70度。将α+θ的值减去夹角θ(12.0度)后可得到夹角α的数值为21.70度。藉此，可以得知入光面321a与出光面321b之间的夹角α需要设计成21.70度。此外，由夹角α与夹角θ的值并同时考量预先决定的棱镜320宽度尺寸，能够得知棱镜320沿透镜20的光轴L方向的长度尺寸，进而能得知壳体10的罩体110需要多大的尺寸才能提供足够的容置空间130以容纳显示模块30。

当入光面321a与水平参考面40之间的夹角θ增大时，能有效缩小穿戴式显示装置1的整体尺寸；然而在部分情况下，过度弯折的显示面板310于组装时容易干涉到穿戴式显示装置1的其他零件，并且会导致显示面板310的画面长度小于使用者的视角，不利于提升使用者体验。在本实施例中，入光面321a与水平参考面40之间的夹角θ有一数值范围，有助于在穿戴式显示装置1的轻薄化与良好使用者体验之间取得良好平衡。在本实施例中，棱镜320的入光面321a与水平参考面40之间的夹角θ满足下列条件：0[度]<θ<14.0[度]，但本发明并不以此为限。在部分实施例中，可进一步满足下列条件：0[度]<θ<12.0[度]。在部分实施例中，可更进一步满足下列条件：10.0[度]<θ<12.0[度]。

在第一实施例中，棱镜的二个折射部一体成型地相互连接，但本发明并不以此为限。请参照图5，为根据本发明第二实施例的穿戴式显示装置的剖视示意图。由于第一实施例与第二实施例相似，故以下仅就相异处进行说明，相同处则不再赘述。

在本实施例中，棱镜320的二折射部321为可分离的二个单独镜体。当二折射部321设置于显示面板310时，二折射部321的侧缘于二倾斜显示面311之间的连接线312相接触。

在第一和第二实施例中，显示面板为一体成型，并且二倾斜显示面相连接于连接线，但本发明并不以此为限。请参照图6，为根据本发明第三实施例的穿戴式显示装置的剖视示意图。由于第三实施例与第一和第二实施例相似，故以下仅就相异处进行说明，相同处则不再赘述。

在本实施例中，穿戴式显示装置1”包含一显示部310”，并且显示部310”包含二显示面板311”以及至少一信号传输线312”。每个显示面板311”具有一倾斜显示面311a”。信号传输线312”的相对二端分别连接于二显示面板311”。二倾斜显示面311a”皆自信号传输线312”沿接近透镜20的方向延伸。

综上所述，本发明所揭露的穿戴式显示装置中，显示面板具有相连的二倾斜显示面。棱镜的二折射部分别具有非平行的入光面以及出光面。其中一入光面平行于其中一倾斜显示面，且另一入光面平行于另一倾斜显示面。藉此，可减少显示面板占据容置空间的体积，而有助于壳体的轻薄化，进而缩小穿戴式显示装置的整体尺寸。此外，棱镜能将显示面板发出的光线的行进方向修正成平行于透镜的光轴，有助于减少像差以及提升影像周边亮度。显示面板与棱镜的结构配置有助于同时满足穿戴式显示装置的轻薄化与良好成像品质的需求。

另外，相较于直接缩短透镜与平面显示面板之间的间距，本发明所揭露的穿戴式显示装置在透镜与显示面板的中央部分之间仍保有足够间距，有助于防止显示面板的画面的正立虚像变小，还能避免正立虚像的成像位置偏移，进而在缩小穿戴式显示装置的整体尺寸同时，还能维持良好的使用者体验。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。