具有降低功耗的显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种显示装置，其包括用于发光的照明装置(10)、用于调制入射光的空间光调制装置(19)、光学系统和控制装置。光学系统用于生成作为片段的空间光调制装置的至少一个图像，其中光学系统还包括用于将空间光调制装置的图像引导到用户视场(18)中的限定位置的偏转装置(12)。该控制装置连接到该照明装置和该偏转装置，并设计为基于对该偏转装置的控制来切换该照明装置。切换该照明装置。切换该照明装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有降低功耗的显示装置
[0001]本专利技术涉及一种用于显示二维和/或三维信息(如对象或场景)的显示装置，该显示装置提供了低功耗。本专利技术优选地涉及增强现实(AR)显示装置或显示器。例如，这包括头戴式显示器和平视显示器。然而，应注意的是，本专利技术不应被解释为仅限于这种显示器。
[0002]此外，本专利技术还涉及一种显示二维和/或三维信息的方法，通过该方法显示装置的功耗会降低。
[0003]所谓的空间光调制器可以根据所需的信息和要显示的信息来调制入射光，这种空间光调制器通常用于表示二维和/或三维场景的显示装置中。在这种情况下，已知不同类型的空间光调制器(也被称为SLM)。例如，可以用于此目的的一种空间光调制器是LCoS
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SLM(硅基液晶空间光调制器)，它反射而不是透射入射光。LCoS
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SLM的范围通常非常小，例如有小于20毫米的对角线，但可以有很大量的像素，例如4000
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2000像素。LCoS
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SLM作为一种商业产品存在，用于调制光的振幅和相位。LCoS
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SLM的优点显然是它的反射率。然而，也有一些小的缺点，如其速度，这是受到在SLM中液晶的反应时间的限制。在某些情况下，LCoS
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SLM可以实现例如60赫兹，甚至几百赫兹(例如180赫兹或240赫兹)的帧率。然而，不能达到大于500Hz的帧率。
[0004]另一种类型的SLM是MEMS
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SLM(微机电系统空间光调制器)，其比LCoSr/>‑
SLM的主要优势是其更高的速度。另一个优点是它能够以更稳定的方式设置调制值、相位值或振幅值并且比LCoS
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SLM更不容易发生误差。例如，在MEMS
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SLM的情况下，相邻像素的调制值可以改进地相互独立地设置，而在LCoS
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SLM的情况下，相邻像素的调制值会不希望地相互影响。另一方面，商业上可用的振幅调制的MEMS
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SLM目前仅限于二进制类型，且目前在显示市场上没有发现例如用于光刻领域的相位调制的MEMS
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SLM。此外，这种MEMS
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SLM具有相对较少的像素数量，例如少于VGA(640
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480像素)。
[0005]一般来说，制造新的空间光调制器(SLM)的工作量和成本随着像素数量的增加而增加。此外，显示装置中的功耗或电流消耗也起着重要的作用。在这方面，还必须考虑到空间光调制器的电流消耗。空间光调制器的电流消耗的很大一部分可以追溯到对空间光调制器的像素的数据传输。然而，功耗也取决于从空间光调制器的边缘到各个像素的数据线的长度。一个体积较小、平均像素数较低的空间光调制器具有较短的数据线，因此通常功耗较低。因此，与具有大量像素但帧率较低的空间光调制器相比，如果两者单位时间内写入的像素数量相同，即使像素数较低的空间光调制器以高帧率或帧频率操作，其也会更节能。
[0006]对于移动显示装置(例如连接到观察者或用户的头并且不能通过电缆连接到电源系统的头戴式显示器)，功耗是特别重要的因素。
[0007]在这种情况下，使用具有少量像素的空间光调制器的显示装置将被认为是有利的。另一方面，对于头戴式显示器(HMD)，需要大量的像素来产生具有良好分辨率的大视场(FoV)。对于平面二维(2D)图像显示器，典型值是60像素/度视场，因为该值(60像素/度视场)对应于人眼的分辨率。然而，对于三维(3D)场景的全息表示，每度视场需要更多数量的像素。
[0008]例如，60度
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30度的视场需要3600像素
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1800像素来生成平面的二维图像，但是
需要更多的像素(例如15000像素
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7500像素)来生成全息图像。分辨率约为4000像素
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2000像素的LCoS
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SLM已经作为商业产品存在。然而，这些产品仍然有明显的缺点。更高的分辨率通常通过使用更小的像素来实现，例如尺寸为3到5微米的像素，这在LCoS
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SLM中增加了调制值对误差的敏感性，例如相邻像素对调制值的不希望的影响。然而，如果使用较大的像素，例如尺寸为8至10微米的像素，则在4000
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2000像素的分辨率下获得不利于头戴式显示器的安装体积和总重量的LCoS
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SLM的尺寸和重量。该尺寸也会对LCoS
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SLM的生产成本产生不利影响。
[0009]例如，申请人的专利文件(例如专利文献WO 2018/146326A1、WO 2019/012028A1、WO 20118/211074A1、WO 2019/076963A)已公开了头戴式显示器形式的显示装置，每个显示装置包括光导装置、耦合装置和解耦装置以及在光路中布置在光耦合到光导之前的附加光学元件。头戴式显示器不包括光导，但已知布置了聚焦装置，例如透镜元件和/或弯曲反射镜元件，例如来自专利文献US 2010/0097671或US 2013/0222384。
[0010]专利文献US 2013/0222384描述了空间光调制器的分段的多图像。在这种情况下，通过按时间顺序产生各个片段利用成像空间光调制器产生大视场，其中成像空间光调制器各自在视场中的不同位置执行。在专利文献US2013/0222384的一个实施例中，使用以相同程度旋转的两个反射镜的布置来生成片段。
[0011]虽然整个视场或至少其大部分通常充满显示装置(如电视、笔记本或平板电脑或其他VR(虚拟现实)头戴显示器)中的内容或信息，但AR(增强现实)显示装置或AR显示器的情况与此不同。这种增强现实显示器也称为混合现实显示器，其允许人通过透明或半透明的系统查看以观察他们的物理环境，另外还看到虚拟对象的图像(例如文字、图形、视频等)，例如该图像通过叠加的方式作为物理环境的一部分出现。因此，对一个人的自然感知或周围环境的额外信息的显示或表示或叠加被称为增强现实(AR)。在这种情况下，这些额外显示的信息(例如更精确地设定为速度显示、温度显示、标志、警告或作为辅助功能、导航系统功能、无线电功能或商店显示)被覆盖在人的视场中，而人的行为或操作行为不会受到不利影响。因此，对于AR显示来说，除了虚拟生成的对象外，用户仍然可以观察他们的物理环境是很重要的。因此，只有一小部分物理环境可以被对象的内容所隐藏，这些内容通过AR显示器显示给用户。然而，与电视或VR
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HMD等显示装置的应用相比，即使是在有明亮阳光的环境中，AR显示器也需要更大的亮度，因为用户应该以与物理环境中大致相同的亮度水平看到信息或虚拟物体。此外，作为移动装置的AR显示器也需要低功耗，例如AR头戴式显示器(AR
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HMD)。
[0012]因此，本专利技术的目的是提供一种允许三维表示信息的装置和方法。此外，该装置应结构紧凑，重量低，而且要节能。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种显示装置，包括：
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用于发光的照明装置，
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用于调制入射光的空间光调制装置，
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光学系统，所述光学系统用于生成作为片段的空间光调制装置的至少一个图像，其中所述光学系统包括用于将所述空间光调制装置的图像引导到用户视场中的限定位置的偏转装置，以及
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控制装置，所述控制装置连接到所述照明装置和所述偏转装置，并根据对所述偏转装置的控制来实施所述照明装置的切换。2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光学系统被设置用于生成所述空间光调制装置的至少两个图像并根据所述空间光调制装置的所述图像的数量生成虚拟可见区域，其中所述空间光调制装置的所述至少两个图像作为片段存在于所述视场中。3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，在所述视场中作为片段的所述空间光调制装置的所述至少两个图像彼此组合和/或彼此部分重叠或通过间隙彼此隔开。4.根据上述权利要求中任一项所述的显示装置，其特征在于，作为片段的所述空间光调制装置的所述图像的数量在每帧中能够在最小值和最大值之间进行不同地设置，并且作为片段的所述空间光调制装置的所述图像在所述视场中的位置在每帧中能够进行不同地设置。5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，在所述视场中作为片段的所述空间光调制装置的图像的所述数量和所述位置的确定取决于用户的物理环境。6.根据上述权利要求中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述空间光调制装置的所述至少一个图像是整个空间光调制装置的成像或是所述空间光调制装置的仅一部分的成像。7.根据上述权利要求中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述偏转装置包括能够移动地安装的至少一个扫描反射镜元件和/或至少一个光栅元件。8.根据上述权利要求中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述光学系统包括用于将所述虚拟信息叠加到所述视场中的真实信息上的至少一个组合器。9.根据上述权利要求中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述偏转装置布置在所述空间光调制装置和所述组合器之间或在所述照明装置和所述空间光调制装置之间。10.根据上述权利要求中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述偏转装置包括能够以彼此同步的方式旋转的两个扫描反射镜元件。11.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述至少一个组合器包括至少一个聚焦元件或至少一个聚焦功能件。12.根据权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述至少一个聚焦元件被实施为光栅元件，具体是体光栅，尤其是具有有限接受角的光栅元件。13.根据权利要求8或11所述的显示装置，其特征在于，所述至少一个组合器至少部分弯曲。14.根据上述权利要求中任一项所述的显示装置，其特征在于，在所述偏转装置中设置至少一个扫描反射镜元件的连续移动或所述至少一个扫描反射镜元件的固定限定增量的逐步移动。
15.根据权利要求14所述的显示装置，其特征在于，在所述至少一个扫描反射镜元件连续运动的情况下，所述至少一个扫描反射镜元件与补偿反射镜元件结合，所述补偿反射镜元件实施与所述至少一个扫描反射镜元件的运动同步的运动，在两个反射镜元件的运动相同的情况下，在固定不变的位置生成所述空间光调制装置的图像，在所述两个反射镜元件的运动相反的情况下，所述空间光调制装置的图像在视场中移动。16.根据权利要求15所述的显示装置，其特征在于，只要所述照明装置处于开启状态，就提供所述扫描反射镜元件和所述补偿反射镜元件的相同运动。17.根据上述权利要求中任一项所述的显示装置，其特征在于，在帧内具有不同预定速度的所述至少一个扫描反射镜元件的连续运动或具有不同适应性增量的所述至少一个扫描反射镜元件的逐步运动被设置用于在视场中生成作为片段的空间光调制装置的至少两个图像。18.根据权利要求17所述的显示装置，其特征在于，所述至少一个扫描反射镜元件的运动速度或增量被调整为适合于在所述视场中作为片段的所述空间光调制装置的各个图像的所述限定位置。19.根据上述权利要求中任一项所述的显示装置，其特征在于，作为片段的空间光调制装置的所述至少一个图像的尺寸和/或形状在连续帧内变化，或者在所述视场中处于所述限定位置的作为片段的所述空间光调制装置的至少两个图像的尺寸和/或形状在帧内或在连续帧中变化。20.根据上述权利要求中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述至少一个组合器实施为部分反射镜元件或光导。21.根据权利要求20所述的显示装置，其特征在于，所述偏转装置实施为用于将光耦合到实施为光导的组合器内的可切换耦合元件和/或作为使光与实施为光导的所述组合器解耦的解耦元件。22.根据上述权利要求中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述光学系统包括变焦系统，所述变焦系统能够设置在所述视场中作为片段的所述空间光调制装置的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯，
申请(专利权)人：视瑞尔技术公司，
类型：发明
国别省市：