一种可实现VR与AR切换及混合现实的显示装置的制作方法

本实用新型涉及一种可实现VR与AR切换以及混合现实(MR)效果的显示装置，属于图像显示技术领域。

背景技术：

随着显示技术的不断进步，人们对更高级别的显示方式和显示质量，诸如3D、全息、投影、互动等多方位的体验要求越来越高，因此，近几年来各类显示技术的发展非常迅猛。目前市场上比较火爆的显示技术主要涉及VR(虚拟现实)3D显示眼镜、AR(增强现实)显示技术，还有全息投影裸眼3D显示技术等，它们各有特色，各有自身优势。其中，VR(虚拟现实，Virtual Reality)技术呈现的是全封闭的虚拟环境，AR(增强现实，Augmented Reality)技术是一种将虚拟场景叠加在现实环境中的增强投影方式，这两种较流行的显示方式已经进入了大众的视野，开始被广泛应用。但从实际使用中可以看到，VR技术目前应用较多，但其应用环境局限在仅呈现虚拟影像方面，用户必须全程佩戴几乎全封闭的VR眼镜沉浸于纯虚拟环境中，在现实环境中无法使用，应用范围受限，同时长期佩戴还容易产生眩晕感。而AR技术虽然可以在现实环境中透射虚拟影像，但目前技术还是局限于视角和透射画面质量的限制，由于AR技术通常都采用全反射或折射的原理来实现近距成像，这就要求同时兼顾现实环境外界光线透过率及虚拟投影画面的显示效果，为了提升虚拟投影画面的显示效果，就需要通过采取增加滤光镜片来阻挡更多的外界光线射入来降低外界光线穿透率，减小实现虚拟与现实环境之间的亮度差异来提高虚拟影像的视觉体验目的，但这样做对现实环境的遮蔽和透过度也会受到影响。所以，设计出一种可调节光线透过率的设备来平衡上述矛盾，并同时兼顾VR与AR的优点，实现可切换虚拟与现实模式，并能自动调节适应实际应用模式并增强模式的显示效果的MR混合现实技术，显得尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可实现VR与AR切换及混合现实的显示装置，其通过电子扩散调光片可实现VR模式与AR模式之间的自由切换并能够增强各模式的显示效果，实现更强的MR混合现实效果。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种可实现VR与AR切换及混合现实的显示装置，其特征在于：它包括AR/VR显示屏，AR/VR显示屏的背面通过空气隔离层或粘结胶连接有电子扩散调光片，可在全透明态、对外呈现黑色的磨砂态与半透明灰度渐进态之间切换的电子扩散调光片为近晶相液晶染色调光片或PDLC聚合物分散液晶染色调光片，AR/VR显示屏与AR/VR显示驱动控制器连接并对应设有朝AR/VR显示屏投影虚拟环境画面的微投影设备，电子扩散调光片与调光控制器连接。

所述近晶相液晶染色调光片可包括依次层叠设置的基体层、第一导电电极层、近晶相液晶混合层、第二导电电极层，第一、第二导电电极层分别与所述调光控制器的相应信号端口连接，其中：第二导电电极层与所述AR/VR显示屏的背面通过粘结胶相接。

所述近晶相液晶染色调光片也可包括两个基体层，两个基体层中间设有近晶相液晶混合层，两个基体层朝向近晶相液晶混合层的一侧分别设有第一、第二导电电极层，第一、第二导电电极层分别与所述调光控制器的相应信号端口连接，其中：两个基体层中的一个基体层与所述AR/VR显示屏的背面通过粘结胶相接，或者两个基体层中的一个基体层与所述AR/VR显示屏的背面之间相分离而形成所述空气隔离层。

所述显示装置被制成片状。

所示AR/VR显示屏、所示电子扩散调光片的外露面上可粘贴有保护膜。

本实用新型的优点是：

本实用新型结构及制作工艺简单，操作便捷，使用者可通过电子扩散调光片来调节控制外界光透过率，实现VR模式与AR模式之间的自由切换，以及MR(混合现实，Mixed Reality)效果。

本实用新型弥补了传统VR与AR技术在应用中的缺陷和限制，使得用户可以自由地调节和选择显示模式，既可以为全遮蔽的沉浸式VR模式，又可以随时切换回全透明的AR模式及实现现实与虚拟环境相混合的MR模式，带来全新体验，其中：当电子扩散调光片处于全透明态时，光线透过率高达95％以上，对外界光屏蔽非常少，用户可以很清楚地看到现实环境，同时也可以在传统AR模式下投射增强现实画面；当电子扩散调光片处于磨砂态时，对外呈现黑色，外界光被更彻底地屏蔽，现实环境接近不可见，而虚拟环境的沉浸感大大增强，VR投影画面的清晰度、对比度得到提升，图像显示效果和显示质量好，极大提升了用户的互动体验效果；另外，还可根据实际显示需求使电子扩散调光片处于某一种半透明灰度渐进态，实现所需程度的MR效果，将虚拟物体叠加在现实环境中，给人以一种真假不可分的互动体验感。

附图说明

图1是本实用新型的组成示意图。

图2是电子扩散调光片处于磨砂态的原理图。

图3是本实用新型处于VR模式的说明图。

图4是电子扩散调光片处于全透明态的原理图。

图5是本实用新型处于AR模式的说明图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型可实现VR与AR切换及混合现实的显示装置100包括AR/VR显示屏110，AR/VR显示屏110的背面(侧表面)通过空气隔离层或粘结胶叠加式地连接有电子扩散调光片120，可在全透明态、对外呈现黑色的磨砂态与对外呈现某一程度黑色的半透明灰度渐进态之间切换的电子扩散调光片120可为近晶相液晶染色调光片或PDLC聚合物分散液晶染色调光片，AR/VR显示屏110与AR/VR显示驱动控制器(图中未示出)连接并在一旁对应设有朝向AR/VR显示屏110投影虚拟环境画面(虚拟影像)的微投影设备150，电子扩散调光片120与调光控制器(图中未示出)连接。

在实际应用中，本实用新型显示装置可被制成片状，来应用于眼镜片，以及手套、跟踪器、头盔上的显示屏幕等产品上。

在实际设计中，较佳地，如图1，AR/VR显示屏110、电子扩散调光片120的外露面(朝外的侧表面)上分别粘贴有保护膜140。

在本实用新型中，AR/VR显示屏110、微投影设备150为本领域的熟知产品，故其具体构成和工作原理不再赘述。

在本实用新型中，近晶相液晶染色调光片可包括依次层叠设置的基体层、第一导电电极层、近晶相液晶混合层、第二导电电极层，第一、第二导电电极层分别与调光控制器的相应信号端口连接，其中：第二导电电极层与AR/VR显示屏110的背面通过粘结胶相接。

或者，近晶相液晶染色调光片也可包括两个基体层，两个基体层中间设有近晶相液晶混合层，两个基体层朝向近晶相液晶混合层的一侧分别设有第一、第二导电电极层，第一、第二导电电极层分别与调光控制器的相应信号端口连接，其中：两个基体层中的一个基体层与AR/VR显示屏110的背面通过粘结胶相接，或者两个基体层中的一个基体层与AR/VR显示屏110的背面之间相分离而形成空气隔离层130。

在近晶相液晶染色调光片中，近晶相液晶混合层可由近晶相液晶、添加物和可呈现黑色的二色性染料混合而成，近晶相液晶可为A类近晶相液晶有机化合物，添加物可为带导电特性的化合物，近晶相液晶混合层的构成还可有其它形式，并不局限于上述。

基体层可由透明玻璃或有机透明材料制作而成，厚度范围为大于0且小于等于5cm，透明玻璃可为普通玻璃、汽车玻璃、建筑外窗玻璃、钢化玻璃或特种玻璃等，有机透明材料可为PET、PMMA、丙烯酸树脂、透明硅胶等有机树脂透明材料。第一、第二导电电极层可由透明的ITO(氧化铟锡)制成，也可由碳纳米管、石墨烯、银纳米线掺杂的聚合物分子材料等具备透明导电性能的有机材料、无机材料或复合材料制成，或者在上述任一或任几种材料中添加含铜、银、金、碳等金属或非金属导电材料制成。

关于近晶相液晶染色调光片的具体结构和工作原理，可参考中国发明专利“一种电控调光介质”(专利号200710175959.9)等专利文献来理解，在此不再对此熟知技术做详细阐述。

在本实用新型中，PDLC聚合物分散液晶染色调光片为本领域的熟知产品，故其具体构成和工作原理不再赘述。PDLC聚合物分散液晶染色调光片也可与近晶相液晶染色调光片一样具有两种结构，一种为具有两个基体层、通过粘结胶或空气隔离层的形式连接在AR/VR显示屏110的背面上，另一种为仅具有一个基体层而连接在AR/VR显示屏110的背面上。

在本实用新型中，AR/VR显示驱动控制器、调光控制器为本领域的熟知技术，其可包括信号接收处理电路、电压处理电路、电压调节电路、驱动电路，其具体构成不在这里详述。

在实际应用中，AR/VR显示驱动控制器与调光控制器可为单独的独立器件，两者之间通过有线或无线的方式连接，而后还可与总控制装置连接，另外，AR/VR显示驱动控制器与调光控制器也可集成为一体。

下面以近晶相液晶染色调光片为例来说明本实用新型的工作过程和原理，PDLC聚合物分散液晶染色调光片可参考近晶相液晶染色调光片来理解。

AR模式时，AR/VR显示屏110在AR/VR显示驱动控制器的控制下启动AR应用，微投影设备150向AR/VR显示屏110投射虚拟环境画面，以实现增强现实的图像显示效果。此时，通过调光控制器对近晶相液晶染色调光片进行控制，使近晶相液晶染色调光片处于全透明态。具体来说，参考图4和图5来理解，通过调光控制器向近晶相液晶染色调光片的第一、第二导电电极层上施加合理的高频电压，使近晶相液晶混合层内的近晶相液晶分子以其长光轴垂直于导电电极层平面的方式呈规则形态排列，此时近晶相液晶染色调光片处于全透明态，光线透过率可达到95％以上，现实环境(或称真实环境)中的光进入近晶相液晶染色调光片后的出射方向未发生明显改变，从而使用户可透过AR/VR显示屏110能清晰看到外界的现实场景，以及也可看到微投影设备150投射显示出的增强现实画面。此应用场景适用于对现实环境可见度要求较高的普通AR模式。

VR模式时，AR/VR显示屏110在AR/VR显示驱动控制器的控制下启动VR应用，微投影设备150向AR/VR显示屏110投射虚拟环境画面，以实现虚拟现实的图像显示效果。此时，通过调光控制器对近晶相液晶染色调光片进行控制，使近晶相液晶染色调光片处于磨砂态。具体来说，参考图2和图3来理解，通过调光控制器向近晶相液晶染色调光片的第一、第二导电电极层上施加合理的低频电压，使近晶相液晶混合层内的近晶相液晶分子呈乱序形态排列，此时近晶相液晶染色调光片处于磨砂态，现实环境中的光进入近晶相液晶染色调光片后，大部分的光被吸收，其余透过的光发生散射，对外呈现黑色，从而使用户无法看清外界的现实场景，近晶相液晶染色调光片有效隔绝了现实场景与AR/VR显示屏110自身展现的虚拟场景，实现了VR应用，虚拟环境沉浸感强，展现出的画面清晰度高，互动体验效果好。

进一步地，在实际使用中，在AR/VR显示屏110受AR/VR显示驱动控制器的控制，并借由微投影设备150投射的虚拟影像来实现VR或AR应用的基础上，还可根据实际显示需求来使近晶相液晶染色调光片处于某一种半透明灰度渐进态，具体来说，通过控制向近晶相液晶染色调光片的两个导电电极层上施加的电压大小、频率或作用时间，使近晶相液晶分子在介于规则与乱序形态之间的某一形态下排列，即近晶相液晶分子部分扭曲，近晶相液晶染色调光片处于介于全透明态与磨砂态之间的某一种半透明灰度的渐进态，对外呈现某一程度的黑色，雾度范围在1％到99％可调，光线透过率可保持在80％以上，从而实现对现实环境中的光进入近晶相液晶染色调光片后的出光方向、出光强弱等的调节，以通过适当调节来实现所需程度的MR效果，使虚拟物体叠加在现实环境中的真实效果加强，给人以一种真假不可分的互动体验感。

当本实用新型达到上述所需各显示效果后，调光控制器便可停止对近晶相液晶染色调光片的控制，即撤去施加到近晶相液晶染色调光片上的电压。当撤去电压后，近晶相液晶染色调光片仍然会保持加载电压时已产生的透光效果，也就是说，近晶相液晶染色调光片的保持不需要电压来维持，这是因为近晶相液晶染色调光片具有“多稳态”的记忆特性及“零耗电”特性。

本实用新型的优点是：

本实用新型结构及制作工艺简单，操作便捷，使用者可通过电子扩散调光片来调节控制外界光透过率，实现VR模式与AR模式之间的自由切换，以及MR效果。

本实用新型弥补了传统VR与AR技术在应用中的缺陷和限制，使得用户可以自由地调节和选择显示模式，既可以为全遮蔽的沉浸式VR模式，又可以随时切换回全透明的AR模式及实现现实与虚拟环境相混合的MR模式，带来全新体验。

以上所述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。