TW202026711A - 穿透式顯示裝置及具該裝置的擴增實境顯示器 - Google Patents

Abstract

一種穿透式顯示裝置及具該裝置的擴增實境顯示器，該擴增實境顯示器包括：一穿戴主體；一擴增實境處理裝置；一穿透式顯示裝置，該穿透式顯示裝置包括：佈局有金屬電路的一薄型透光基板；複數個Micro LED晶粒，彼此間隔設置於該薄型透光基板，且上述Micro LED晶粒總面積小於該薄型透光基板面積的十分之一，上述Micro LED晶粒的主發光波長分別為紅色、藍色及綠色，且分別具有一個主發光方向；一封蓋透光板；一透光接合層，該透光接合層是以具透光性的一膠性基材製成，該透光接合層被密封於上述薄型透光基板與該封蓋透光板之間。

Description

穿透式顯示裝置及具該裝置的擴增實境顯示器

本發明是有關於一種穿透式顯示裝置，尤其是一種具該裝置的擴增實境顯示器。

穿透式顯示裝置是指裝置本身具有透光的特性，能讓觀看者看到顯示畫面或顯示器所呈現影像的同時，也能夠讓觀看者看到顯示裝置後方的外部實際景象，使虛擬影像與實體世界兩者能夠結合觀察，因此常用於車輛的車窗、建築物的窗戶、展示櫥窗甚至遊戲等應用。

目前穿透式顯示裝置大致有薄膜電晶體液晶顯示器(Thin film transistor liquid crystal display，TFT-LCD)、場色序顯示器(Field-Sequential-Color)、AMOLED面板等方法來完成，TFT-LCD是藉由設置沒有彩色濾光的透明區域，利用外界或側入式的光源來當作背光；當光線經過面板時，有彩色濾光片的區域即顯示畫面，而沒有彩色濾光片的區域則顯示後方的景象。但上述方法中顯示器的透明度仍有限，因此，有研發人員提出省略彩色濾光片，改以場色序法的方式實現，其作法是利用側入的RGB光源快速地循環閃爍，並配合液晶快速顯示相應的像素位置，透過人眼具有視覺暫留的特性形成圖案，取代彩色濾光片。

雖然場色序法能夠取代偏光片，但液晶需要有極快的響應速度，目前場色序法的響應時間仍然較慢。因此，出現以自發光AMOLED的 方式來實現穿透式顯示裝置，而透過AMOLED面板實現的方式為採用透明材料作為陰陽兩極，而由OLED本身發出的光同時射向陰陽兩極的方向，進而達到透明顯示的效果。但是，直接以OLED做為畫素的顯示器，解析度受限於OLED尺寸而無法大幅提升。

另方面，現今虛擬實境(VR)和擴增實境(AR)的技術也日益成熟，常見的虛擬實境是透過頭盔或眼罩完全遮住視野，由虛擬畫面提供視覺感官的模擬，且當使用者移動時，電腦可立即進行運算改變模擬畫面，讓使用者感覺身歷其境產生臨場感；擴增實境則是將虛擬資訊加入實際生活場景，常見的例子有Google glass及汽車車載系統，Google glass是利用45度角稜鏡，把迷你投影機產生的光反射進人眼，使投射出來的光線與現實生活的光線混合，讓視網膜成像時，產生虛擬影像與實際影像混合的效果；而汽車的車載系統是將車速、車況等資訊投影或反射在擋風玻璃上，讓駕駛可以避免低頭分心，以提高駕駛的安全性，但利用投影及反射的方式，往往需要較大的距離或空間，因此車載系統往往受限於車內空間，僅能投影小範圍的虛擬畫面至擋風玻璃上。

因此，如何藉由LED技術的進步，妥善利用尺寸更微小的微發光二極體(micro LED)作為光源，提出一種穿透式顯示裝置及具該裝置的擴增實境顯示器，使穿透式顯示裝置的光穿透率大幅提升，且進一步大幅提高顯示裝置的解析度，就成為本案亟需解決的問題。尤其是可以更進一步藉由液晶或其他遮光材料，選擇性地作為擴增實境或虛擬實境顯示裝置，有效增加產品的使用彈性。

有鑑於上述問題，本發明的主要目的，在於提供一種穿透式顯示裝置，藉由減少發光二極體晶粒所佔用面積，有效提升顯示裝置的光穿透率。

本發明的另一目的，在提供一種穿透式顯式裝置，藉由縮小畫素尺寸，大幅提升顯示裝置的解析度。

本發明的再一目的，在提供一種穿透式顯式裝置，並且藉由額外增加的可調式遮光板，使得顯示裝置的透光率可以被調整，增加產品使用彈性。

本發明的又一目的，在提供一種具有穿透式顯示裝置的擴增實境顯示器，可將高解析度的虛擬影像與實際影像疊合，創造出更為擬真的擴增實境。

本發明的又另一目的，在提供一種具有穿透式顯是裝置的擴增實境顯示器，藉由可調式遮光板，使得透光率可調整，甚至轉化作為虛擬實境顯示器。

為達上述目的，本發明提供一種穿透式顯示裝置，包括：一薄型透光基板，佈局有金屬電路；複數個Micro LED晶粒，彼此間隔設置於該薄型透光基板，且上述Micro LED晶粒總面積小於該薄型透光基板面積的十分之一，上述Micro LED晶粒的主發光波長分別為紅色、藍色及綠色，且分別具有一個主發光方向；一封蓋透光板，供上述Micro LED晶粒朝向上述主發光方向所發光束穿透；一透光接合層，該透光接合層是以具透光性的一膠性基材製成，該透光接合層被密封於上述薄型透光基板與該封蓋透光板之間。

本發明同時提供一種具有穿透式顯示裝置的擴增實境顯示器，包括：一具有一特定曲度的穿戴主體；一擴增實境處理裝置，設置於該穿戴主體；一穿透式顯示裝置，設置於該穿戴主體且連結於該擴增實境處理裝置，該穿透式顯示裝置包括：佈局有金屬電路的一薄型透光基板，厚度小於1.0mm，具有與該穿戴主體相對應的曲度；複數個Micro LED晶粒，彼此間隔設置於該薄型透光基板，且上述Micro LED晶粒總面積小於該薄型透光基板面積的十分之一，上述Micro LED晶粒的主發光波長分別為紅色、藍色及綠色，且分別具有一個主發光方向；一封蓋透光板，供上述Micro LED晶粒朝向上述主發光方向所發的光束穿透，該封蓋透光板具有與該薄型透光基板相對應的曲度；一透光接合層，該透光接合層是以具透光性的一膠性基材製成，該透光接合層被密封於上述薄型透光基板與該封蓋透光板之間。

相較於習知技術，本發明揭露的穿透式顯示裝置，藉由透光度高的薄型透光基板、封蓋透光板及透光接合層，搭配彼此間隔設置的Micro LED晶粒，使穿透式顯示裝置能有高度的透光率，且因為Micro LED晶粒尺寸極小，可使穿透式顯示裝置較習知的顯示器容納更多晶粒，讓穿透式顯示裝置具有高解析度的畫質，進一步搭配遮光板，增加產品使用彈性。而將穿透式顯示裝置應用於擴增實境顯示器，更能將高解析度的虛擬影像與實際影像疊合，使擴增實境的效果更接近真實，尤其可以選擇增加遮光板，並且自由調節透光率，可以隨使用者需求轉作為虛擬實境顯示器。

11‧‧‧擋風玻璃

12、32、43‧‧‧穿透式顯示裝置

13、33、44‧‧‧薄型透光基板

14、34、45‧‧‧Micro LED晶粒

15、35、46‧‧‧透光接合層

16、36、47‧‧‧封蓋透光板

20、30、50‧‧‧使用者

31‧‧‧玻璃窗

37、49‧‧‧可調式遮光板

38‧‧‧控制器

40‧‧‧擴增實境顯示器

41‧‧‧穿戴主體

42‧‧‧擴增實境處理裝置

48‧‧‧光學鏡頭組

圖1為本案的穿透式顯示裝置的第一較佳實施例的示意圖。

圖2為圖1實施例的剖視圖。

圖3為本案的穿透式顯示裝置的第二較佳實施例的示意圖。

圖4為本案具有穿透式顯示裝置的擴增實境顯示器的第一較佳實施例的架構圖。

圖5為圖4實施例的外部結構示意圖。

圖6為圖5實施例的剖視圖。

圖7為本案具有穿透式顯示裝置的擴增實境顯示器的第二較佳實施例的剖視圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之優點與功效。

本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書之揭示內容，以供熟悉此技藝之人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，任何結構之修飾、大小之調整或比例關係之改變，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。

本發明穿透式顯示裝置的第一較佳實施例如圖1所示，本例中穿透式顯示裝置12是設置於汽車的擋風玻璃11，穿透式顯示裝置12上顯示有車速、車況、導航等重要的行車資訊，且穿透式顯示裝置12的可見光穿透率高，因此不會阻擋駕駛人的視線，且行車資訊是顯示於擋風玻璃11上，駕駛人不需要低頭查看儀表板上的行車資訊，避免忽略抬頭與低頭時外界環境產生的快速變化，並減緩眼睛焦距需要不斷調整產生的不適。

圖2為圖1實施例的剖視圖，為了方便表示對應關係，圖中穿透式顯示裝置12與擋風玻璃11為分離的狀態，而穿透式顯示裝置12具有與擋風玻璃11相對應的曲度，使兩者貼合時能有良好的密合度。穿透式顯示裝置12包含厚度小於1.0mm的薄型透光基板13、複數個Micro LED晶粒14、透光接合層15和封蓋透光板16；薄型透光基板13上佈局有極細微的金屬電路，供彼此間隔設置於薄型透光基板13的Micro LED晶粒14電性導接，Micro LED晶粒14的長寬尺寸均小於100微米，並且依照晶粒正向立體角的發光強度差異，界定出一個立體角範圍通常為砲彈型的主發光方向，本例中各晶粒的主發光方向朝向圖式左側的駕駛人眼睛，藉此提供駕駛人圖像資料。

穿透式顯示裝置12的每一個畫素是以主發光波長分別為紅色、藍色及綠色的晶粒構成，使得穿透式顯示裝置12畫面直接呈現各Micro LED晶粒發光基準顏色，藉此凸顯穿透式顯示裝置12的色彩鮮豔度。為了維持穿透式顯示裝置12的透明度，Micro LED晶粒14的總面積約略小於薄型透光基板13的十分之一，讓光線可以從畫素彼此之間的間隔穿透。封蓋透光板16則設置於Micro LED晶粒14主發光方向上，供Micro LED晶粒14所發光束穿透，並保護Micro LED晶粒14，避免受外力磨損或受潮。薄型透光基板13和封蓋透光板16之間密封有透光接合層15，透光接合層15是以具透光性的膠性基材固化而成，分布於Micro LED晶粒14的間隔中，使薄型透光基板13和封蓋透光板16能穩固結合。

因為薄型透光基板13、透光接合層15和封蓋透光板16的可見光穿透率高，加上Micro LED晶粒14彼此間一定的間隔，可讓足以維持透明度的光線穿透。當使用者20駕駛交通工具時，因為穿透式顯示裝置12的可 見光穿透率高，使得擋風玻璃11相反於使用者20的另一側的外部光線可以穿透擋風玻璃11以及穿透式顯示裝置12，讓使用者20能同時看到交通工具外的路況，以及穿透式顯示裝置12所顯示的影像，解決駕駛中需要低頭觀看儀表板的問題，並提升駕駛的舒適度。

圖3所示為本發明穿透式顯示裝置的第二較佳實施例，與前例相同部分於此例不再贅述，僅就差異部分提出說明。本例中穿透式顯示裝置32不具有曲度，且是設置於玻璃帷幕建築物的玻璃窗31的內側，作為對外側發光的廣告牆；穿透式顯示裝置32包含薄型透光基板33、複數個Micro LED晶粒34、透光接合層35和封蓋透光板36，且是以封蓋透光板36貼近玻璃窗31的方向設置，使Micro LED晶粒34所發光束能朝建築物外側照射，讓大樓外側路過的使用者30能夠看到穿透式顯示裝置32的畫面。另方面，由於穿透式顯示裝置32的可見光穿透率高，建築物外側的光線也能同時朝建築物內部照射，使建築物內的工作環境維持一定的天光照明。

穿透式顯示裝置32在遠離封蓋透光板36側，可進一步設置可調式遮光板37，本例中可調式遮光板37為具有複數液晶分子的液晶板，液晶分子可受控制器38控制，改變液晶分子的排列方式，藉此阻擋外部過強的太陽光線照射進入建築物內部，或藉此改變照射進入建築物內部光線的強度。當然，如熟悉本技術領域人士所能輕易理解，可調式遮光板也可改採具有可動式窗片的百葉窗，控制光線照射進入建築物內部的程度。此外，當建築物一樓的工作人員不希望內部工作情況被過路的使用者看見時，也可以選擇將後方的可調式遮光板37調節為不透光模式，即可達成各自需求。

上述實施例中的穿透式顯示裝置，更可應用於擴增實境顯示 器，如圖4至圖6中具有穿透式顯示裝置的擴增實境顯示器的第一較佳實施例所示，其中圖4為架構圖、圖5為擴增實境顯示器40的外部結構示意圖以及圖6為擴增實境顯示器40的剖視圖。擴增實境顯示器40包括穿戴主體41、擴增實境處理裝置42及穿透式顯示裝置43，穿戴主體41是供配戴於使用者50的頭部，讓使用者50的眼睛能夠同時看到穿透式顯示裝置43的顯示畫面以及擴增實境顯示器40外部的實際影像。

穿透式顯示裝置43具有與前例相同的結構，包括薄型透光基板44、複數個Micro LED晶粒45、透光接合層46、封蓋透光板47以及光學鏡頭組48，本例中具有一擴增實境處理裝置42設置於穿戴主體41，並且與穿透式顯示裝置43連結，使擴增實境處理裝置42能夠將影像訊號傳送至薄型透光基板44，使Micro LED晶粒45顯示出影像畫面。本例中薄型透光基板44是以較堅固耐磨的材質製成，設置於靠近穿戴主體41外側處，外部實際影像的光線會從薄型透光基板44照射進入穿戴主體41內部。由於穿透式顯示裝置43所發的光線，會被光學鏡頭組48所偏折，藉由光學鏡頭組48改變Micro LED晶粒45所發光束的方向，讓穿透式顯示裝置43的光源發光在遠離使用者50眼睛側面夠成虛像，藉以避免穿透式顯示裝置距離使用者眼睛太近，無法提供充分距離讓影像成像於使用者眼底的問題。因此，使用者穿戴此面罩後，即可自行將虛擬影像與實體世界混合，提供例如抓寶等遊戲的立體影像。當然，如熟悉本技術領域人士所能輕易理解，此處所謂光學鏡頭組，僅是作為偏折光線的裝置總稱，並不侷限鏡頭的形式，尤其如果位在Micro LED晶粒45和使用者之間的光學鏡頭組會造成後方真實世界影像的失真，亦可在Micro LED晶粒的後方設置另一組補償光學透鏡，藉此消 除後方透射而來的真實世界影像經過上述光學鏡頭組所造成的失真。

擴增實境顯示器更可以如圖7所示，設置可調式遮光板49於薄型透光基板44相反於Micro LED晶粒45主發光方向的一側，可調式遮光板49在本例中，為具有複數液晶分子的液晶板，擴增實境處理裝置42能同步改變液晶分子的排列方式，使液晶分子的光穿透率能夠被改變，當擴增實境顯示器外部的光線完全被可調式遮光板49阻隔時，使用者50僅能看到穿透式顯示裝置43的影像，使擴增實境顯示器也能夠具有虛擬實境的效果，可以讓使用者直接進入影片或遊戲的世界。當然，即使在前述第一實施例中，也可經由增設例如液晶材質的可調式遮光板，藉以智能控制調節，藉此造成全面性或部分區域性的透光率降低，避免車外環境的逆光或反射光等，使得行車安全可以進一步提升。

綜上所述，本發明的穿透式顯示裝置，藉由透光度高的薄型透光基板、封蓋透光板及透光接合層，搭配彼此間隔設置的畫素，使穿透式顯示裝置能有高度的可見光穿透率；且在相同的顯示範圍下，能夠有較一般穿透式顯示器高的解析度和更佳的色彩鮮豔度，尤其不須經由液晶調節各畫素亮度，讓晶粒直接依照通電強弱顯示亮暗，節約能源使用而可延長待機或操作時間；具有穿透式顯示裝置的擴增實境顯示器，更透過高解析度的穿透式顯示裝置，讓使用者能體驗更佳的擴增實境，尤其可視情況將擴增實境切換為虛擬實境，適應不同需求而能提供使用彈性。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明涵蓋之範圍內。經過本發明較佳實 施例之描述後，熟悉此一技術領域人員應可瞭解到，本案實為一新穎、進步且具產業實用性之發明，深具發展價值。

40‧‧‧擴增實境顯示器

41‧‧‧穿戴主體

42‧‧‧擴增實境處理裝置

43‧‧‧穿透式顯示裝置

44‧‧‧薄型透光基板

45‧‧‧Micro LED晶粒

46‧‧‧透光接合層

47‧‧‧封蓋透光板

48‧‧‧光學鏡頭組

Claims (9)

1. 一種穿透式顯示裝置，包括：佈局有金屬電路的一薄型透光基板，厚度小於1.0mm；複數個Micro LED晶粒，彼此間隔設置於該薄型透光基板，且上述Micro LED晶粒總面積小於該薄型透光基板面積的十分之一，上述Micro LED晶粒的主發光波長分別為紅色、藍色及綠色，且分別具有一個主發光方向；一封蓋透光板，供上述Micro LED晶粒朝向上述主發光方向所發光束穿透；一透光接合層，該透光接合層是以具透光性的一膠性基材製成，該透光接合層被密封於上述薄型透光基板與該封蓋透光板之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之穿透式顯示裝置，進一步包括一可調式遮光板，設置於該薄型透光基板遠離該封蓋透光板的一側。
3. 如申請專利範圍第2項所述之穿透式顯示裝置，其中該可調式遮光板為一具有複數液晶分子的液晶板，藉此阻擋至少部分外部光線穿透。
4. 如申請專利範圍第2項所述之穿透式顯示裝置，其中該可調式遮光板為一具有複數個可動式窗片的百葉窗，供阻擋至少部分外部光線穿透。
5. 如申請專利範圍第1項所述之穿透式顯示裝置，其中上述Micro LED晶粒的尺寸小於100微米。
6. 一種具有穿透式顯示裝置的擴增實境顯示器，包括：一具有一特定曲度的穿戴主體；一擴增實境處理裝置，設置於該穿戴主體； 一穿透式顯示裝置，設置於該穿戴主體且連結於該擴增實境處理裝置，該穿透式顯示裝置包括：佈局有金屬電路的一薄型透光基板，厚度小於1.0mm，具有與該穿戴主體相對應的曲度；複數個Micro LED晶粒，彼此間隔設置於該薄型透光基板，且上述Micro LED晶粒總面積小於該薄型透光基板面積的十分之一，上述Micro LED晶粒的主發光波長分別為紅色、藍色及綠色，且分別具有一個主發光方向；一封蓋透光板，供上述Micro LED晶粒朝向上述主發光方向所發的光束穿透，該封蓋透光板具有與該薄型透光基板相對應的曲度；一透光接合層，該透光接合層是以具透光性的一膠性基材製成，該透光接合層被密封於上述薄型透光基板與該封蓋透光板間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具有穿透式顯示裝置的擴增實境顯示器，進一步包括一設置於該穿透式顯示裝置至少一側的光學鏡頭組，供改變上述Micro LED晶粒所發上述光束的主發光方向。
8. 如申請專利範圍第6項所述之具有穿透式顯示裝置的擴增實境顯示器，進一步包括一可調式遮光板，設置於該薄型透光基板相反於上述Micro LED晶粒的上述主發光方向的一側。
9. 如申請專利範圍第8項所述之具有穿透式顯示裝置的擴增實境顯示器，其中該可調式遮光板為一液晶板，包括有複數受該擴增實境處理裝置控制而同步改變其光穿透率的液晶分子，藉此阻擋至少部分外部光線穿透。

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