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TWI596379B - 顯示模組與應用其之頭戴式顯示裝置 - Google Patents

顯示模組與應用其之頭戴式顯示裝置 Download PDF

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TWI596379B
TWI596379B TW105101897A TW105101897A TWI596379B TW I596379 B TWI596379 B TW I596379B TW 105101897 A TW105101897 A TW 105101897A TW 105101897 A TW105101897 A TW 105101897A TW I596379 B TWI596379 B TW I596379B
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haze
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TW105101897A
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TW201727308A (zh
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蔡尙達
王禹清
趙清煙
施立偉
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友達光電股份有限公司
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Priority to US15/410,164 priority patent/US10267958B2/en
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Description

顯示模組與應用其之頭戴式顯示裝置
本揭露是有關於一種顯示模組，特別是關於一種應用於虛擬實境的頭戴式顯示裝置。
虛擬實境(Virtual Reality,VR)為一種以電腦科技以呈現虛像並產生虛擬空間的技術。利用虛擬實境眼鏡可將顯示器貼近用戶的眼睛，通過光路設計以在近距離對眼睛投射影像以產生虛像，提供用戶關於視覺的體驗。配合其他的設備，用戶亦可同時具有聽覺、觸覺的感受。虛擬實境結合了電腦模擬、人工智慧、顯示與處理等技術，為一種高技術的模擬系統。
本揭露之一態樣提供一種顯示模組，包含下基板、複數個顯示畫素與擴散模組。顯示模組具有解析度。顯示畫素置於下基板與擴散模組之間。擴散模組具有厚度與霧度。擴散模組之霧度符合：A<Haze(%)<B；其中 ；以及 其中PPI為顯示畫素之解析度，T為擴散模組之厚度，而Haze為擴散模組之霧度。
在一或多個實施方式中，擴散模組包含擴散板，包含擴散層與基材。基材置於擴散層與下基板之間。
在一或多個實施方式中，擴散模組更包含承載元件，置於擴散板與下基板之間。
在一或多個實施方式中，擴散板之擴散層包含披覆層與複數個微結構。披覆層置於基材上。微結構分佈於披覆層中。
在一或多個實施方式中，微結構之直徑為約2微米至約20微米。
在一或多個實施方式中，擴散層之厚度為約8微米至約20微米。
在一或多個實施方式中，每一顯示畫素包含主動元件與發光材料。發光材料電性連接主動元件。
在一或多個實施方式中，顯示畫素之發光材料為為有機發光二極體。
在一或多個實施方式中，0.6NP1.46。
在一或多個實施方式中，0.4NT2.6。
本揭露之另一態樣提供一種頭戴式顯示裝置，包含上述之顯示模組與至少一放大元件。顯示模組之擴散模組置於放大元件與顯示模組之下基板之間。
在一或多個實施方式中，放大元件之放大倍率為約2倍。
在一或多個實施方式中，放大元件與顯示模組相距約0.5公分至約3公分。
上述實施方式之頭戴式顯示裝置藉由調整顯示模組之解析度、擴散模組之厚度以及擴散模組之霧度之間的關係，以提供良好的顯示品質。藉由符合上述關係式，頭戴式顯示裝置可在畫面之顆粒感與模糊感之間取得平衡，以提供良好的顯示品質。
10‧‧‧頭戴式顯示裝置
20‧‧‧眼睛
100‧‧‧顯示模組
110‧‧‧下基板
120‧‧‧顯示畫素
122‧‧‧紅色次畫素
124‧‧‧綠色次畫素
126‧‧‧藍色次畫素
132‧‧‧主動元件
134‧‧‧發光材料
136‧‧‧下電極
138‧‧‧上電極
140‧‧‧框膠
210‧‧‧擴散模組
220‧‧‧擴散板
222‧‧‧擴散層
224‧‧‧基材
224s‧‧‧表面
225‧‧‧披覆層
226‧‧‧微結構
230‧‧‧承載元件
300‧‧‧放大元件
901、902、903、904、905、906、912、914、922、924、932、934、942、944、952、954、962、964、A、B‧‧‧線段
C、M‧‧‧區域
d、pH、pL‧‧‧距離
D‧‧‧直徑
p‧‧‧節距
T、T1、T1’、T2、T3‧‧‧厚度
第1圖為本揭露一實施方式之頭戴式顯示裝置與觀賞者之眼睛的示意圖。
第2圖為第1圖之擴散板的示意圖。
第3圖為本揭露另一實施方式之頭戴式顯示裝置與觀賞者之眼睛的示意圖。
第4圖為第1圖之區域M的局部放大圖。
第5圖至第7圖為第1圖之顯示模組於不同實施方式的 上視圖。
第8圖為本揭露一實施例之顯示模組的歸一化灰階值與位置的關係圖。
第9圖與第10圖為本揭露二實施例之顯示模組的顆粒感與模糊感與擴散模組之霧度之間的關係圖。
第11圖為本揭露一實施例之顯示模組的顆粒感、模糊感、擴散模組之霧度與厚度之間的關係圖。
第12圖與第13圖為本揭露二實施例之顯示模組的擴散模組之霧度與厚度的關係圖。
以下將以圖式揭露本揭露的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
第1圖為本揭露一實施方式之頭戴式顯示裝置10與觀賞者之眼睛20的示意圖。頭戴式顯示裝置10包含顯示模組100與至少一放大元件300，例如，在第1圖中，頭戴式顯示裝置10包含二放大元件300，以分別對應觀賞者之左右眼睛20。顯示模組100包含下基板110、複數個顯示畫素120與擴散模組210。顯示模組100具有解析度。顯示畫素120置於下基板110與擴散模組210之間。擴散模組210具有厚度T以及霧度 (Haze)，且擴散模組210之霧度符合以下條件：A<Haze(%)<B；其中 ；以及 其中Haze為擴散模組210之霧度，PPI為顯示模組100之解析度，而NP為顯示畫素120之節距(單位為微米)(由顯示模組100之解析度換算)除以63微米，NT為擴散模組210之厚度T(單位為微米)除以500微米。在本實施方式中，霧度的量測方式係採用日本工業規格(Japanese Industrial Standards,JIS)K7105之規範，即穿透光角度大於2.5度(相對於擴散模組210欲測量之表面224s的法線方向)之光佔總穿透光的比例。
本實施方式之頭戴式顯示裝置10藉由調整顯示模組100之解析度、擴散模組210之厚度T以及擴散模組210之霧度之間的關係，以提供良好的顯示品質。具體而言，觀賞者配戴頭戴式顯示裝置10後，藉由放大元件300可看到顯示模組100所顯示的畫面。然而因放大元件300有放大畫面的效果，因此若畫面的解析度不足，觀賞者可能會看到呈現顆粒狀的畫面。此種情況可藉由調整下基板110與顯示畫素120上擴散模組210(亦即置於放大元件300與下基板110之間)之霧度以改 善畫面的顆粒感。擴散模組210可將顯示畫素120所顯示之畫面模糊化，以適度改善畫面的顆粒感。然而當擴散模組210的霧度與/或厚度T增加時，畫面可能會過度模糊化，觀賞者反而會看到呈現模糊感的畫面。因此本實施方式之顯示模組100藉由符合上述關係式，以在畫面之顆粒感與模糊感之間取得平衡，讓顯示模組100能提供良好的顯示品質。
在本實施方式中，擴散模組210包含擴散板220與承載元件230，承載元件230置於擴散板220與下基板110之間，承載元件230例如為玻璃基板或塑膠基板，下基板110例如為玻璃基板或塑膠基板。擴散板220包含擴散層222與基材224。擴散模組210的霧度主要取決於擴散層222的設計。基材224置於擴散層222與承載元件230之間，而基材224具有表面224s。
第2圖為第1圖之擴散板220的示意圖。擴散板220之擴散層222包含披覆層225與複數個微結構226。披覆層225置於基材224上，而微結構226分佈於披覆層225中。微結構226可為微米尺寸的粒子，其直徑D為約2微米至約20微米。這些微結構226可具有實質相同的直徑D(如第2圖所示)，然而亦可具有不同的直徑D，只要微結構226之直徑D分佈於約2微米至約20微米之範圍中，即在本揭露的範疇中。微結構226的材質可為有機材料或其他合適的材料，而微結構226可為顆粒狀，具有規則或非規則的外觀。
披覆層225可為透明材質，披覆層225可將微結構226固定於基材224上。擴散層222之霧度可藉由調整微結構 226於披覆層225中的密度(或者於基材224之表面224s之分佈密度)、微結構226之尺寸、擴散層222之表面起伏程度或擴散層222之材質而改變。舉例而言，微結構226的密度越高，則擴散層222的霧度便越高，反之則越低。微結構226可隨意地分佈於披覆層225中，亦即微結構226之間的間距可不同，可呈非週期性排列。另外，基材224可為低霧度、透明材質，例如塑材(如聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、三醋酸纖維素(TAC))、膠材、玻璃或其堆疊結構，本揭露不以此為限。
在一些實施方式中，基材224的厚度T1可為約50微米至約100微米，而擴散層222的厚度T2可為約8微米至約20微米，然而本揭露不以此為限。在一些實施方式中，因基材224的厚度T1遠大於擴散層222的厚度T2，因此在計算擴散板220的厚度T1’時，可忽略擴散層222的厚度T2，亦即基材224的厚度T1約略等於擴散板220的厚度T1’。
請回到第1圖。承載元件230置於擴散板220與下基板110之間。承載元件230可增厚擴散模組210的厚度T，以讓擴散模組210能夠具有期望的厚度。在一些實施方式中，承載元件230為低霧度、透明材質，例如玻璃或塑材，然而本揭露不以此為限。因承載元件230與擴散板220之基材224皆為透明材質，因此實質上不會降低擴散模組210的穿透率。承載元件230具有厚度T3，可藉由調整厚度T3而調整擴散模組210的厚度T，其中厚度T為承載元件230之厚度T3與擴散板220之厚度T1’的總合。在其他的實施方式中，可加入複數個承載元件 230以增厚擴散模組210的的厚度T。
然而擴散模組210的結構不以第1圖為限。請參照第3圖，其為本揭露另一實施方式之頭戴式顯示裝置10與觀賞者之眼睛20的示意圖。第3圖與第1圖的不同處在於擴散模組210的結構。在第3圖中，擴散模組210包含擴散板220，或者說第1圖之基材224與承載元件230為一體成型，因此擴散板220的厚度為擴散模組的厚度T。基本上，不論是改變基材224本身的厚度，或者是在擴散板220下方加入承載元件230以增厚擴散模組210，只要是能夠達到改變擴散模組210之厚度T的目的皆在本揭露之範疇中。至於第3圖之其他細節因與第1圖相同，因此便不再贅述。
請一併參照第1圖與第4圖，其中第4圖為第1圖之區域M的局部放大圖。在本實施方式中，顯示畫素120包含主動元件132與發光材料134。主動元件132例如為電晶體，分別電性連接發光材料134，以分別控制顯示畫素120之發光。發光材料可為發光二極體(Light Emitting Diode)，例如為有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode)，然而本揭露不以此為限。有機發光二極體製成之顯示面板為自發光，具有高對比、低耗電、高反應速率與高彩度的特性，因此可提供良好的顯示畫面。在第4圖中，顯示畫素120更包含下電極136與上電極138。下電極136電性連接主動元件132與發光材料134，而發光材料134置於下電極136與上電極138之間。在一些實施方式中，顯示畫素120具有複數個次畫素，包含紅色次畫素122、綠色次畫素124與藍色次畫素126。紅色次畫素122、綠 色次畫素124與藍色次畫素126皆置於下基板110與擴散模組210之間。顯示模組100更可包含框膠140。框膠140包圍顯示畫素120且連接下基板110與承載元件230(如第1圖所示)或連接下基板110與擴散板220之基材224(如第3圖所示)，此時，如第1圖所式之承載元件230或第3圖之基材224，可以做為封裝蓋板，保護顯示畫素120，但不以此為限。在一些實施方式中，顯示畫素120上可使用薄膜封裝，於發光材料上使有有機或無機材料堆疊進行封裝，以保護顯示畫素120。在一些實施方式中，當顯示畫素120可為白光有機發光二極體加上彩色濾光層形成紅色次畫素122、綠色次畫素124、藍色次畫素126；在另一實施例中，紅色次畫素122、綠色次畫素124、藍色次畫素126可由具有發光材料材質例如為可分別發出紅光、綠光、藍光的有機發光材料發光。雖然在第1圖中僅繪示三種次畫素(即紅色次畫素122、綠色次畫素124與藍色次畫素126)，然而在其他的實施方式中，亦可加入其他顏色的次畫素，以增加顯示畫面的色彩豐富度。
在第1圖中，紅色次畫素122、綠色次畫素124與藍色次畫素126沿固定方向交替排列。紅色次畫素122、綠色次畫素124與藍色次畫素126組成一個畫素，每畫素之間具有節距p。由節距p可推算顯示模組100的解析度(PPI,pixel per inch)，亦即每一英吋的畫素量。若節距之單位為微米時，則解析度為25400/p。
然而次畫素的排列方式不以第1圖為限。請參照第5圖至第7圖，其為第1圖之顯示模組100於不同實施方式的 上視圖。在第5圖至第7圖中，分別以虛線連接一個畫素之三個次畫素的中心。由此可見，第5圖至第7圖之每一畫素的次畫素皆呈三角形排列。在第5圖中，每二相鄰畫素即共用一個紅色次畫素122、一個綠色次畫素124或一個藍色次畫素126，如此的設置能夠讓較少量的次畫素達成高解析度的畫面，此設計縱方向之畫素的節距p為距離pH(約63微米)，而橫方向之畫素的節距p為距離pL/4(約63微米)，亦即在第5圖中，顯示模組100的解析度為約25400/63=403，即每一英吋具有約403個畫素。在第6圖中，縱方向之畫素的節距p為距離pH/4(約92微米)，而橫方向之畫素的節距p為距離pL(約92微米)，亦即在第6圖中，顯示模組100的解析度為約25400/92=276，即每一英吋具有約276個畫素。另外，在第7圖中，每二相鄰畫素即共用一個紅色次畫素122與一個藍色次畫素126，如此的設置能夠讓較少量的次畫素達成高解析度的畫面。縱方向之畫素的節距p為距離pH(約39微米)，而橫方向之畫素的節距p為距離pL/4(約39微米)，亦即在第7圖中，顯示模組100的解析度為約25400/39=652，即每一英吋具有約652個畫素。
上述之三種次畫素的排列方式僅為例示，並非用以限制本揭露。本領域之通常知識者可依實際需求而彈性設計次畫素的排列方式。基本上，顯示模組100於橫方向之節距為a，於縱方向之節距為b，則顯示模組100之節距為(a+b)/2。另外，於第6圖中，次畫素皆未被共用，因此第6圖所得出之解析度可稱為實際解析度；而於第5圖中，紅色次畫素122、綠色次畫素124與藍色次畫素126皆被共用，於第7圖中，紅色次畫 素122與藍色次畫素126皆被共用，因此第5圖與第7圖所得出之解析度可稱為虛擬解析度。另外，擴散模組210不影響顯示模組100之解析度，計算解析度時，可不包括擴散模組210或僅包含擴散模組210之基材224或承載元件230。
接著請回到第1圖。在本實施方式中，放大元件300可為透鏡，例如凸透鏡與凹透鏡的組合。放大元件300之放大倍率可為約2倍，亦即放大元件300可將顯示模組100所顯示的畫面放大約2倍。另外，放大元件300與顯示模組100之間的距離d相距約0.5公分至約3公分，然而本揭露並不以上述之放大倍率與距離d為限。
為了在畫面的顆粒感與模糊感之間取得平衡，本揭露以分析畫面亮度分佈的方法取得畫面之顆粒感與模糊感與擴散模組之霧度之間的關係。請參照第8圖，其為本揭露一實施例之顯示模組的歸一化(normalized)灰階值與位置的關係圖。第8圖之量測方式為利用顯示模組顯示至少一線段，再量測該線段之亮度沿位置的分佈，將量測得到的亮度歸一化得到縱軸之歸一化灰階值，其中此線段大約位於第8圖之區域C中，亦即線段的位置為約1800微米至約4200微米之間。顆粒感的定義為此線段之歸一化灰階值標準差，而擴散距離的定義為線段邊緣之歸一化灰階值自約80%降至約20%在X軸的相對距離，模糊感的定義則為擴散距離除以NP。在本實施例中，NP=1，且NT=1。另外，線段901代表約0%之霧度時的歸一化灰階值分佈，線段902代表約46%之霧度時的歸一化灰階值分佈，線段903代表約67%之霧度時的歸一化灰階值分佈，線段 904代表約74%之霧度時的歸一化灰階值分佈，線段905代表約84%之霧度時的歸一化灰階值分佈，且線段906代表約92%之霧度時的歸一化灰階值分佈。由圖中可得當霧度值低時，隨位置變化時，歸一化灰階值的變動較高，歸一化灰階值標準差較大，顆粒感較大；當霧度值高時，隨位置變化時，歸一化灰階值的變動較低，歸一化灰階值標準差較小，顆粒感較小。另外，當霧度值低時，擴散距離較小，模糊感較低；當霧度值高時，擴散距離較大，模糊感較高。
接著請參照第9圖與第10圖，其為本揭露二實施例之顯示模組100的顆粒感與模糊感與擴散模組210之霧度之間的關係圖。在此二實施例中，擴散模組210的厚度皆為約500微米，亦即NT=1。量測方式以及各名詞之定義與第8圖相同。
在第9圖之實施例中，顯示模組的節距p為約63微米，亦即NP=1，其中線段912為顆粒感，線段914為模糊感。表一為第9圖之顆粒感、模糊感與擴散模組之霧度值。
在透過人因實驗後，得到當霧度為67%~84%之間時，觀賞者能感受到較平衡之顆粒感與模糊感。其中人因實驗為讓觀賞者觀看各樣品，由觀賞者透過視覺分析7個樣品的顆粒感與模糊感。
另外，在第10圖之實施例中，顯示模組的節距p為約92微米，亦即NP=1.46，其中線段922為顆粒感，線段924為模糊感。表二為第10圖之顆粒感、模糊感與擴散模組之霧度值。
在透過人因實驗後，得到當霧度為74%~87%之間時，觀賞者能感受到較平衡之顆粒感與模糊感。由上述二實施例可知，當顆粒感小於約0.025且模糊感小於約130微米時，顯示模組具有較好的顯示品質。在一或多個實施方式中，0.6NP1.46，較佳1NP1.46。
接著請參照第11圖，其為本揭露一實施例之顯示模組的顆粒感、模糊感、擴散模組之霧度與厚度之間的關係圖。量測方式以及各名詞之定義與第8圖相同。在第11圖之實施例中，顯示模組的節距p為約63微米，亦即NP=1，其中線段932為霧度為46%之顆粒感，線段934為霧度為46%之模糊感，線段942為霧度為67%之顆粒感，線段944為霧度為67%之模糊感，線段952為霧度為74%之顆粒感，線段954為霧度為74%之模糊感，線段962為霧度為84%之顆粒感，線段964為霧度為84%之模糊感。表三為第11圖之顆粒感、模糊感、擴散模組之霧度與厚度值。
接著請參照第12圖與第13圖，其為本揭露二實施 例之顯示模組的擴散模組之霧度與厚度的關係圖。在第12圖中，顯示模組的節距p為約63微米，亦即NP=1，而第13圖中，顯示模組的節距p為約92微米，亦即NP=1.46。在此二實施例中，不同厚度與不同霧度之頭戴式顯示裝置在進行人因實驗後，把得到的顯示品質製成第12圖與第13圖。在第12圖與第13圖中，三角形標號(▲)表示良好的顯示品質，圓形標號(●)表示顆粒感較重的顯示品質，而菱形標號(◆)表示模糊感較重的顯示品質。之後由該些數據推得線段A、B。線段A為三角形標號與圓形標號之間的界線，其關係式為： 而線段B為三角形標號與菱形標號之間的界線，其關係式為： ；當符合 A<Haze<B時，其中B小於或等於100%，即可得到良好的顯示品質。另外，第12圖與第13圖中亦可看出良好的顯示品質大約落於0.4NT2.6，然而本揭露不以此為限。
雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧頭戴式顯示裝置
20‧‧‧眼睛
100‧‧‧顯示模組
110‧‧‧下基板
120‧‧‧顯示畫素
122‧‧‧紅色次畫素
124‧‧‧綠色次畫素
126‧‧‧藍色次畫素
140‧‧‧框膠
210‧‧‧擴散模組
220‧‧‧擴散板
222‧‧‧擴散層
224‧‧‧基材
224s‧‧‧表面
230‧‧‧承載元件
300‧‧‧放大元件
d‧‧‧距離
p‧‧‧節距
M‧‧‧區域
T、T1’、T3‧‧‧厚度

Claims (13)

  1. 一種顯示模組，包含：一下基板；複數個顯示畫素；以及一擴散模組，該些顯示畫素置於該下基板與該擴散模組之間，該擴散模組具有一厚度與一霧度，其中該擴散模組之該霧度符合以下條件：A<Haze(%)<B；其中 ；以及 其中PPI為該顯示模組之一解析度，T為該擴散模組之該厚度，而Haze為該擴散模組之霧度。
  2. 如請求項1所述之顯示模組，其中該擴散模組包含一擴散板，包含：一擴散層；以及一基材，置於該擴散層與該下基板之間。
  3. 如請求項2所述之顯示模組，其中該擴散模組更包含一承載元件，置於該擴散板與該下基板之間。
  4. 如請求項2所述之顯示模組，其中該擴散板之該擴散層包含：一披覆層，置於該基材上；以及複數個微結構，分佈於該披覆層中。
  5. 如請求項4所述之顯示模組，其中該些微結構之直徑為約2微米至約20微米。
  6. 如請求項2所述之顯示模組，其中該擴散層之厚度為約8微米至約20微米。
  7. 如請求項1所述之顯示模組，其中每一該些顯示畫素包含：一主動元件；以及一發光材料，電性連接該主動元件。
  8. 如請求項7所述之顯示模組，其中每一該些顯示畫素之該發光材料為有機發光二極體。
  9. 如請求項1所述之顯示模組，其中0.6NP1.46。
  10. 如請求項1所述之顯示模組，其中 0.4NT2.6。
  11. 一種頭戴式顯示裝置，包含：如請求項1所述之顯示模組；以及至少一放大元件，其中該顯示模組之該擴散模組置於該放大元件與該顯示模組之該下基板之間。
  12. 如請求項11所述之頭戴式顯示裝置，其中該放大元件之放大倍率為約2倍。
  13. 如請求項11所述之頭戴式顯示裝置，其中該放大元件與該顯示模組相距約0.5公分至約3公分。
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