显示设备和头戴式显示器的制作方法

本申请涉及一种显示设备和包含其的头戴式显示器。

背景技术：

1、虚拟现实技术(vr，virtual reality)或增强现实技术(ar，augmented reality)是通过投影图像的偏差或叠加增加用户感官体验的显示技术。

2、在现有vr和ar设备中，显示光源发出的光通过一系列的光学设备，将光线会聚至人眼。由于传统的显示器光源所发出的光较为分散，对于显示器中心位置的光，其中大部分可以进入人眼，而自显示器的中心位置至其边缘位置，发光点与设备的接收端距离变远，光线发散后无法有效地到达人眼，尤其是显示器的边缘位置，其光利用率较低，存在显示器发出的部分光不汇入人眼，从而会造成大量光的浪费，进而设备整体存在能耗大的问题。

3、综上所述，现有显示设备存在其图像光线发散使得设备能耗大的问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，即现有显示设备的图像光线发散造成设备电源损耗大的问题，本申请提出了一种显示设备，所述显示设备包括显示装置和光束控制装置，其中所述显示装置包括至少一个显示发光元件或由至少一个显示发光元件构成，并且其中所述光束控制装置包括至少一个超透镜或由至少一个超透镜构成；

2、其中，所述光束控制装置配置成，对来自对应的所述显示发光元件的光进行方向和发散角控制；

3、其中，所述超透镜包括基底和设置在所述基底的表面上的多个超结构单元，所述超结构单元具有至少一个纳米结构，所述纳米结构的尺寸和/或排布设置成，使得能够通过超透镜对光的发散角和出射方向进行调节。

4、本申请的一个实施方式中，超透镜的相位分布满足公式：

5、

6、其中，和与所述光的波长λ相关，表示对于所述光的发散角的调制，表示对所述光的出射方向的调制。

7、本申请的一个实施方式中，所述显示装置包括显示发光元件阵列，且所述光束控制装置包括超透镜阵列，其中所述显示发光元件阵列的每个阵列单元分别包括多个所述显示发光元件的一部分，所述超透镜阵列的每个阵列单元分别包括多个所述超透镜阵列的一部分，其中所述超透镜阵列的每个阵列单元能够分别与所述显示发光元件阵列的一个或多个阵列单元相对应。

8、本申请的一个实施方式中，所述光束控制装置的轮廓能够与所述显示设备的轮廓相匹配。

9、本申请的一个实施方式中，所述显示装置是平面或曲面的显示装置。

10、本申请的一个实施方式中，所述显示装置为多色显示装置，并且所述光束控制装置附加地配置成，对由所述多色显示装置发射的多色光进行色差抑制。

11、本申请的一个实施方式中，所述光束控制装置还包括控制器，且所述光束控制装置的所述超透镜或超透镜阵列至少部分地包括可调超透镜或由可调超透镜构成，其中，所述控制器与所述可调超透镜连接，使得所述控制器通过外加激励的调控方式调控所述可调超透镜，以动态地改变由所述显示发光元件发射的光的发散角和出射方向。

12、本申请的一个实施方式中，外加激励包括电激励、光激励或机械激励。

13、本申请的一个实施方式中，所述可调超透镜与所述控制器电连接，所述控制器能够通过改变施加于所述可调超透镜上的加载电压调节所述可调超透镜的相位。

14、本申请的一个实施方式中，所述超结构单元上设置为多个圆环区域，所述多个圆环区域按照所述超透镜或超透镜阵列的阵列单元径向的等效折射率周期性排列，所述等效折射率介于纳米结构材料折射率与空气折射率之间，通过所述多个圆环区域的光，形成无色差聚焦。

15、本申请还提出了一种头戴式显示器，例如ar或vr头戴式显示器，其包括上述的显示设备。

16、借助上述实施方案，本申请至少可以实现以下有益效果：本申请提供的显示设备通过借助基于超透镜的光束控制装置可以优化出射光束的发散角和出射方向，使由显示装置发射的光更好地集中，从而提高显示效率，降低设备能耗。

技术特征：

1.一种显示设备，其特征在于，所述显示设备包括显示装置和光束控制装置，其中所述显示装置包括至少一个显示发光元件或由至少一个显示发光元件构成，并且其中所述光束控制装置包括至少一个超透镜或由至少一个超透镜构成；

2.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述超透镜的相位分布均满足公式：

3.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述显示装置包括显示发光元件阵列，且所述光束控制装置包括超透镜阵列，其中所述显示发光元件阵列的每个阵列单元分别包括多个所述显示发光元件的一部分，所述超透镜阵列的每个阵列单元分别包括多个所述超透镜的一部分，其中所述超透镜阵列的每个阵列单元能够分别与所述显示发光元件阵列的一个或多个阵列单元相对应。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的显示设备，其特征在于，所述光束控制装置的轮廓能够与所述显示装置的轮廓相匹配。

5.根据权利要求4所述的显示设备，其特征在于，所述显示装置是平面或曲面的显示装置。

6.根据权利要求1或3所述的显示设备，其特征在于，所述显示装置为多色显示装置，并且所述光束控制装置附加地配置成，对由所述多色显示装置发射的多色光进行色差抑制。

7.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述光束控制装置还包括控制器，且所述光束控制装置的所述超透镜至少部分包括可调超透镜或由可调超透镜构成，其中，所述控制器与所述可调超透镜连接，使得所述控制器通过外加激励的调控方式调控所述可调超透镜，以动态地改变由所述显示发光元件发射的光的发散角和出射方向。

8.根据权利要求3所述的显示设备，其特征在于，所述光束控制装置还包括控制器，且所述光束控制装置的所述超透镜阵列至少部分包括可调超透镜或由可调超透镜构成，其中，所述控制器与所述可调超透镜连接，使得所述控制器通过外加激励的调控方式调控所述可调超透镜，以动态地改变由所述显示发光元件发射的光的发散角和出射方向。

9.根据权利要求8所述的显示设备，其特征在于，外加激励包括电激励、光激励或机械激励。

10.根据权利要求9所述的显示设备，其特征在于，所述可调超透镜与所述控制器电连接，所述控制器能够通过改变施加于所述可调超透镜上的加载电压调节所述可调超透镜的相位。

11.根据权利要求6所述的显示设备，其特征在于，所述超结构单元的排布设置成形成多个圆环区域，所述多个圆环区域按照所述超透镜或超透镜阵列的阵列单元径向的等效折射率周期性排列，所述等效折射率介于纳米结构材料折射率与空气折射率之间，通过所述多个圆环区域的光，形成无色差聚焦。

12.一种头戴式显示器，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一所述的显示设备。

技术总结
本申请公开了一种显示设备，其具有显示装置和光束控制装置，其中光束控制装置配置成，对来自对应的显示发光元件的光进行方向和发散角控制。借助本申请的显示设备可以使由显示装置发射的光更好地集中，从而提高显示效率，降低设备能耗。本申请还涉及一种具有该显示设备的头戴式显示器。

技术研发人员：段佳龙,朱瑞,郝成龙,谭凤泽,朱健
受保护的技术使用者：深圳迈塔兰斯科技有限公司
技术研发日：20230110
技术公布日：2024/1/12