显示单元、近眼显示光学模组和近眼显示系统技术方案

本发明专利技术提供一种显示单元、近眼显示光学模组和近眼显示系统，该显示单元包括依次层叠设置的线性偏振层、光特性改变层和功能层；功能层内设置有曲面，曲面构成折射面，折射面上设置有出光方向朝向光特性改变层的发光元件，外部环境光的光线依次经过线性偏振层、光特性改变层和功能层，发光元件发出的光线经过光特性改变层和功能层，并在折射面处发生折射，经过光特性改变层和功能层的发光元件的光线与外部环境光的光线平行。本发明专利技术能够保证人眼中的近眼显示图像和外界透射图像均具有较高的显示亮度和清晰度，提高了近眼显示系统的成像质量。

Display unit, near eye display optical module and near eye display system

【技术实现步骤摘要】
显示单元、近眼显示光学模组和近眼显示系统
本专利技术涉及增强现实
，尤其涉及一种显示单元、近眼显示光学模组和近眼显示系统。
技术介绍
增强现实(AugmentedReality，简称AR)是利用虚拟物体和信息对真实场景进行现实增强的技术，从而可以将虚拟物体和真实环境叠加在同一个画面或空间中。广泛应用在科研、军事、工业、游戏、视频以及教育等各个领域。目前的近眼显示系统一般包括透明或半透明的显示屏、负透镜和正透镜，近眼显示系统的图像包括近眼显示图像和外界透射图像，两者在近眼显示系统中是通过不同的成像光路形成的。其中近眼显示图像是显示屏通过正透镜将图像投影至人眼视网膜而成像的，外界透射图像则是环境光经过负透镜、显示屏以及正透镜透射至人眼视网膜而成像的。近眼显示图像和外界透射图像在人眼视网膜中叠加，从而保证用户能够同时看到显示屏的虚拟画面以及外部的真实环境。然而目前的近眼显示系统中存在近眼显示图像和外界透射图像中的一者的显示亮度较低，显示图像不清晰的问题。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中提到的至少一个问题，本专利技术提供一种显示单元、近眼显示光学模组和近眼显示系统，能够调整发光元件进入人眼的虚像距离，同时对外部环境光线不产生任何影响，从而保证人眼中的近眼显示图像和外界透射图像均具有较高的清晰度，提高近眼显示系统的成像质量。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种显示单元，包括依次层叠设置的线性偏振层、光特性改变层和功能层；功能层内设置有曲面，曲面构成折射面；<br>折射面上设置有发光元件，发光元件的出光方向朝向光特性改变层，外部环境光的光线依次经过线性偏振层、光特性改变层和功能层，发光元件发出的光线经过光特性改变层和功能层，并在折射面处发生折射，经过光特性改变层和功能层的发光元件的光线与外部环境光的光线平行。本专利技术提供的显示单元，通过层叠设置线性偏振层、光特性改变层和功能层。当发光元件的光线经过光特性改变层时，光线特性发生改变，并且该特性的光线会在功能层内的折射面处发生折射，从而改变进入人眼的光线的角度和亮度。而外部环境的光线经过线性偏振层后，光特性同样发生改变，该特性的光线不会在折射面处发生折射，因此进入人眼的环境光线不会发生任何变化。通过上述的光线调整过程，可以调整发光元件在人眼中的虚像距离，使其处于人眼的明视距离范围，同时对外部环境光线不产生任何影响，从而保证人眼中的近眼显示图像和外界透射图像均具有较高的清晰度。在上述的显示单元中，可选的是，功能层包括各向异性材料层和折射率匹配层；各向异性材料层层叠设置在折射率匹配层和光特性改变层之间；或，折射率匹配层层叠设置在各向异性材料层和光特性改变层之间。基于折射率匹配层的折射率数值与各向异性材料层的常规折射率相同，小于各向异性材料层的非常规折射率。因此对于偏振方向垂直于各向异性材料层光轴方向的入射光，其在通过液晶层和折射率匹配层之间的弧形界面时不会发生折射。而对于偏振方向平行于各向异性材料层光轴方向的入射光，其在通过液晶层和折射率匹配层之间的弧形界面时会发生折射。在上述的显示单元中，可选的是，各向异性材料层与折射率匹配层的交接面为曲面，曲面的弯曲方向朝向折射率匹配层。在上述的显示单元中，可选的是，光特性改变层包括线栅偏振层，线栅偏振层用于改变发光元件发出的光线的传播方向，以及调节光线的偏振态。线栅偏振层的光反射轴的所在方向、各向异性材料层的光轴的所在方向以及线性偏振层的光吸收轴的所在方向相互平行。通过将光特性改变层设置为线栅偏振层，利用线栅偏振层反射线性偏振态的光线，以使其在经过折射面时发生折射，从而调整进入人眼的光线的角度。在上述的显示单元中，可选的是，光特性改变层包括量子棒层，量子棒层用于改变发光元件发出的光线的颜色和传播方向、以及调节光线的偏振态。量子棒层的光吸收轴的所在方向、各向异性材料层的光轴的所在方向以及线性偏振层的光吸收轴的所在方向相互平行。通过将光特性改变层设置为量子棒层，利用量子棒层改变光线的颜色和传播方向，以及调节光线的偏振态，以使其在经过折射面时发生折射，从而调整进入人眼的光线的颜色和角度。在上述的显示单元中，可选的是，发光元件发出的光线为蓝光，量子棒层为红色量子棒层或绿色量子棒层。通过将发光单元的光线设置为蓝光，并且基于蓝光的波长较短，光强度较高，因此可以保证发光元件的光线经过光特性改变层时，具有足够的能量进行光特性的改变过程。在上述的显示单元中，可选的是，折射面为透光的弧面，且折射面的焦点位于光特性改变层。通过将折射面的焦点设置在光特性改变层，可以通过调整光特性改变层至人眼的距离，从而调整光线进入人眼的角度，保证该发光元件的成像在人眼的明视距离范围内，因而在人眼中能够形成清晰度较高的图像。在上述的显示单元中，可选的是，发光元件设置在弧面的中心位置。通过将发光元件设置在弧面的中心位置，可以保证发光元件的光线均匀分布在光特性改变层上，从而保证该光线的特征发生均匀改变，并且保证进入人眼的光线亮度的均匀性。第二方面，本专利技术提供一种近眼显示光学模组，包括上述的显示单元，多个显示单元中包括至少一个设置有线栅偏振层的第一显示单元，至少一个设置有红色量子棒层的第二显示单元以及至少一个设置有绿色量子棒层的第三显示单元。第一显示单元、第二显示单元和第三显示单元呈阵列排布的方式平铺设置，其中，第一显示单元、第二显示单元和第三显示单元的发光元件发出的光为蓝光。本专利技术提供的近眼显示光学模组，通过将至少一个设置线栅偏振层的第一显示单元、至少一个设置红色量子棒层的第二显示单元以及至少一个设置绿色量子棒层的第三显示单元呈阵列排布的方式平铺设置，从而可以在人眼中形成预设的彩色图像，并且通过使用上述的显示单元，可以调整显示单元的发光元件进入人眼的虚像距离，同时对外部环境光线不产生任何影响，从而保证人眼中的近眼显示图像和外界透射图像均具有较高的显示清晰度，提高近眼显示系统的成像质量。第三方面，本专利技术提供一种近眼显示系统，包括上述的近眼显示光学模组。本专利技术提供的近眼显示系统，通过设置上述的近眼显示光学模组，可以通过其中的显示单元调整发光元件进入人眼的虚像距离，同时对外部环境光线不产生任何影响，从而保证人眼中的近眼显示图像和外界透射图像均具有较高的清晰度，提高近眼显示系统的成像质量。本专利技术的构造以及它的其他专利技术目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一提供的设置量子棒层的显示单元的结构示意图；图2为本专利技术实施例一提供的设置线栅偏振层的显示单元的结构示意图；...

【技术保护点】
1.一种显示单元，其特征在于，包括依次层叠设置的线性偏振层、光特性改变层和功能层；/n所述功能层内设置有曲面，所述曲面构成折射面；/n所述折射面上设置有发光元件，所述发光元件的出光方向朝向所述光特性改变层，外部环境光的光线依次经过所述线性偏振层、所述光特性改变层和所述功能层，所述发光元件发出的光线经过所述光特性改变层和所述功能层，并在所述折射面处发生折射后与所述外部环境光的光线平行。/n

【技术特征摘要】
1.一种显示单元，其特征在于，包括依次层叠设置的线性偏振层、光特性改变层和功能层；
所述功能层内设置有曲面，所述曲面构成折射面；
所述折射面上设置有发光元件，所述发光元件的出光方向朝向所述光特性改变层，外部环境光的光线依次经过所述线性偏振层、所述光特性改变层和所述功能层，所述发光元件发出的光线经过所述光特性改变层和所述功能层，并在所述折射面处发生折射后与所述外部环境光的光线平行。


2.根据权利要求1所述的显示单元，其特征在于，所述功能层包括各向异性材料层和折射率匹配层；
所述各向异性材料层层叠设置在所述折射率匹配层和所述光特性改变层之间；
或，所述折射率匹配层层叠设置在所述各向异性材料层和所述光特性改变层之间。


3.根据权利要求2所述的显示单元，其特征在于，所述各向异性材料层与所述折射率匹配层的界面为所述曲面，所述曲面的弯曲方向朝向所述折射率匹配层。


4.根据权利要求3所述的显示单元，其特征在于，所述光特性改变层包括线栅偏振层，所述线栅偏振层用于改变所述发光元件发出的光线的传播方向，并调节所述光线的偏振态；
所述线栅偏振层的光反射轴的所在方向、所述各向异性材料层的光轴所在方向以及所述线性偏振层的光吸收轴的所在方向相互平行。


5.根据权利要求3所述的显示单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一帆，
申请(专利权)人：昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司，昆山国显光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32