显示设备的制造方法【专利说明】显示设备[0001]相关申请的交叉引用[0002]本申请要求于2013年2月20日提交的日本在先专利申请JP2013-030773的权益，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域：
[0003]本发明涉及一种显示设备，并且具体地涉及一种使用头戴式显示器(HMD)的显示设备。【
背景技术：
】[0004]近年来，增强现实技术(AR技术(augmentedrealitytechnology))引起了人们的注意，其将虚拟物体或作为额外信息和电子信息的各种类型信息与真实环境(或真实环境的一部分)结合，并且呈现所结合的信息。为实现增强现实技术，例如，头戴式显示器作为用于呈现视觉信息的装置已得到研宄。期望头戴式显示器在真实环境中可应用于工作支持(jobsupport)。例如，头戴式显示器可用于向进行维护的工程师提供路径指导信息和技术信息。特别地，由于双手是空闲的，因此使用头戴式显示器非常方便。此外，即使在户外活动的同时欣赏视频或图像的情况下，用户也可同时观看视频或图像以及外部环境。从而用户可顺畅地活动。[0005]例如，JP2006-162767A公开了一种虚拟图像显示装置(图像显示装置)，在该装置中，虚拟图像光学系统将由图像形成装置形成的二维图像变换为放大的虚拟图像，使得观察者可观察到该虚拟图像。[0006]如作为概念图的图34所示，图像显示装置100’包括具有以二维矩阵形式布置的多个像素的图像形成装置111、用于将从图像形成装置111的像素发射的光转换成平行光的准直光学系统112以及其上入射有在准直光学系统112中被转换的平行光的光学装置(光导单元)120，并且光在光学装置120中被引导，并且从光学装置120中被发射出去。光学装置120包括:导光板121，入射光在被全反射的同时在导光板121中传播，并且从导光板121中被发射出去；第一偏转单元130(例如，单层光反射膜)，其用于反射入射至导光板121上的光，使得光在导光板121中被全反射；以及第二偏转单元140(例如，具有多层结构的多层光反射膜)，其使在被全反射的同时在导光板121中传播的光从导光板121中被发射出去。例如，在由图像显示装置100’形成HMD时，可降低该装置的重量和尺寸。对于用于表示图34所示的其他部件的附图标记，请参照根据图1所示的示例I的图像显示装置。[0007]此外，例如，JP2007-94175A公开了一种使用全息衍射光栅的虚拟图像显示装置(图像显示装置)，在该装置中，虚拟图像光学系统将由图像形成装置生成的二维图像变换为放大的虚拟图像，使得观察者可以观察该虚拟图像。[0008]如作为概念图的图35所示，图像显示装置300’大体上包括用于显示图像的图像形成装置111、准直光学系统112和光学装置(光导单元)320，在光学装置320上入射有在图像形成装置111上显示的图像，并且光学装置320将光引导至观察者的瞳孔21。这里，光学装置320包括导光板321、被设置在导光板321上作为反射型体积全息衍射光栅(reflectivevolumehologramdiffract1ngrating)的第一衍射光栅元件330和第二衍射光栅元件340。从图像形成装置111的像素发射的光入射至准直光学系统112上，并且准直光学系统112生成待入射至导光板321上的具有不同入射角度的多条平行光，并接着这些平行光入射至导光板321上。平行光入射到导光板321的第一表面322上，并接着被从中发射出去。同时，第一衍射光栅元件330和第二衍射光栅元件340被接合到导光板321的第二表面323(其与导光板321的第一表面322平行)。对于用于表不图35所不的其他部件的附图标记，可参照根据参考图12的示例3的图像显示装置。[0009]当在图像显示装置100’和300’上显示图像时，观察者可以重叠方式观察所显示的图像和外部图像。[0010]然而，当图像显示装置100’和300’所处的外部环境的亮度很高时或者取决于所显示图像的内容时，观察者所观察的图像可能不会得到足够高的对比度。[0011]例如，JP2004-101197A公开了一种用于解决上述问题的方法。在JP2004-101197A公开的技术中，液晶遮光器控制从外部入射到观察者的瞳孔的入射光的量。[0012]引用列表[0013]专利文献[0014][专利技术文献I][0015]JP2006-162767A[0016][专利技术文献2][0017]JP2007-94175A[0018][专利技术文献3][0019]JP2004-101197A【
发明内容】[0020]在从外部入射的光量突然发生变化时，例如，在行进中的车辆进入隧道时，从外部入射的光量急剧降低。因此，在JP2004-101197A所公开的技术中，液晶遮光器发生从某种程度上的关闭状态改变为突然打开。因此，对于观察者的瞳孔来说，其难以跟随液晶遮光器的这种突然操作。因此，这种突然操作不仅会给佩戴显示设备的观察者带来不舒适的感觉，也会给眼睛造成很大负担。[0021]另外，在将JP2004-101197A所公开的液晶遮光器应用至上述图像显示装置100’或300’时，可产生以下问题。即，由于因液晶遮光器的操作而改变了从外部入射的光量，因此从外部入射到第一偏转单元130或第一衍射光栅元件330的光量发生变化。因此，将出现不希望的杂散光，从而可能使虚拟图像显示装置(图像显示装置)中的图像显示质量下降。另外，由于调光器(dimmer)被安装到虚拟图像显示装置(图像显示装置)，因此增加了虚拟图像显示装置(图像显示装置)的总重量，并且总重量的增加将为虚拟图像显示装置(图像显示装置)的用户带来不舒适的感觉。[0022]因此，本发明的第一目的在于提供一种如下的显示设备，即使在来自外部的入射光量发生变化时，所述显示设备可为佩戴该显示设备的观察者提供舒适的感觉并且也不会强迫眼睛承受很大负担。另外，除本发明的第一目的之外，本发明的第二目的在于提供一种不会因来自外部的入射光而造成图像显示质量的下降的显示设备。另外，除本发明的第一目的之外，本发明的第三目的在于提供一种具有可抑制总重量的增加的构造或结构的显示设备。[0023][技术方案][0024]一些实施例涉及一种包括第一图像显示装置、调光器以及光控装置的显示设备，所述第一图像显示装置包括导光板。所述光控装置被配置成识别所述显示设备接收的光量的变化的开始时间，并且在从所述开始时间经过预定时间量之后，根据所述显示设备接收的光量控制所述调光器的透光率。[0025]一些实施例涉及一种与包括图像显示装置和调光器的显示设备一起使用的方法，所述图像显示装置包括导光板，所述方法包括:识别所述显示设备接收的光量的变化的开始时间；以及在从所述开始时间经过预定时间量之后，根据所述显示设备接收的光量控制所述调光器的透光率。[0026]一些实施例涉及至少一个非易失性计算机可读存储媒介，所述非易失性计算机可读存储媒介用于存储处理器可执行指令，所述处理器可执行指令在被至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器执行用于与包括图像显示装置和调光器的显示设备一起使用的方法，所述图像显示装置包括导光板。所述方法包括识别所述显示设备接收的光量的变化的开始时间，以及在从所述开始时间经过预定时间量之后，根据所述显示设备接收的光量控制所述调光器的透光率。[0027][发明的有益效果][0028]在根据本发明的第一实施例的显示设备中，光控装置根据光接收元件的接收光量测量结果来计算接收光量变化率，根据接收光量变化率来确定调光器的透光率变化率，并且根据所确定的透光率变化率来控制调光器的透光率。因此，可提供一种如下显示设备，即使在来自外部的入射光量发生变化时，该显示设备也可为佩戴该显示设备的观察者提供舒适的感觉并且也不会强迫眼睛承受很大负担。另外，在根据本发明的第二实施例的显示设备中，光控装置根据光接收元件的接收光量测量结果确定接收光量的变化的开始时间，并且在从接收光量的变化的开始时间经过预定时间之后，开始对调光器的透光率进行控制。因此，可提供一种如下显示设备，即使在来自外部的入射光量发生变化时，该显示设备也可为佩戴该显示设备的观察者提供舒适的感觉并且也不会强迫眼睛承受很大负担。另夕卜，调光器的透光率是根据光接收元件的接收光量测量结果进行控制的。因此，可简化显示设备的整体结构，并且可为观察者观察的图像提供高对比度。此外，例如，可依据显示设备的外部环境的照明度来优化图像的观察状态。[0029]在根据本发明的第三或第四实施例的显示设备中，在从来自外部的光量的开始时间经过预定时间之后，调光器的透光率开始变化。因此，可提供一种如下显示设备，即使在来自外部的入射光量发生变化时，该显示设备也可为佩戴该显示设备的观察者提供舒适的感觉并且也不会强迫眼睛承受很大负担。此外，在根据本发明的第三实施例的显示设备中，用于遮挡入射到光学装置的入射光的遮挡元件被布置在光学装置的入射有从图像形成装置发射的光的区域中。因此，即使因调光器的操作而造成来自外部的入射光量的变化，来自外部的光也未入射到光学装置的入射有从图像形成装置发射的光的区域上。因此，不会出现不希望的杂散光，也不会造成显示设备中的图像显示质量的下降。此外，在根据本发明的第四实施例的显示设备中，用于形成调光器的第一基板也用作光学装置的部件。因此，可降低显示设备的总重量，并且为显示设备的用户带来不舒适感觉的可能性很低。【附图说明】[0030]图1A与IB分别是从上部观察到的示例I的显示设备的示意图和光控装置的框图。[0031]图2是示例I的显示设备中的图像显示装置的概念图。[0032]图3A和3B分别是从侧面观察到的示例I显示设备的示意图和从前面观察到的示例I的显示设备的光学装置和部分调光器的示意图。[0033]图4A和4B是示意地示出了示例I的显示设备中的调光器的性能的示意剖面图。[0034]图5是示出了从上部观察到的示例I的显示设备被安装在观察者头部的状态的图(注意，仅示出了图像显示装置而省略的框架的显示)。[0035]图6A和6B是示意地示出了接收光量和调光器的透光率的时间变化的图。[0036]图7A和7B是示意地示出了接收光量和调光器的透光率的时间变化的图。[0037]图8A和8B是示意地示出了接收光量和调光器的透光率的时间变化的图。[0038]图9A和9B是示意地示出了接收光量和调光器的透光率的时间变化的图。[0039]图10是示出了确定调光器的透光率的步骤的流程图。[0040]图11是示例2的显示设备中的图像显示装置的概念图。[0041]图12是示例3的显示设备中的图像显示装置的概念图。[0042]图13是示出了示例3的显示设备中的反射型体积全息衍射光栅的放大部分的示意剖面图。[0043]图14是示例4的显示设备中的图像显示装置的概念图。[0044]图15是从前面观察到的示例5的显示设备的示意图。[0045]图16是从上部观察到的示例5的显示设备的示意图。[0046]图17是从上部观察到的示例7的显示设备的示意图。[0047]图18A和18B是示意地示出了在用于形成示例8的显示设备的图像显示装置的导光板中的光传播的图和示出了导光板的布置状态等的概念图。[0048]图19是从侧面观察到的示例8的显示设备的示意图。[0049]图20A和20B分别是示意地示出了相比于示例8的且从侧面观察到的在用于形成示例1-7的显示设备的图像显示装置的导光板中的光传播的图以及示例1-7的头戴式显示器的示意图。[0050]图21A和21B示意地示出了在用于形成示例9的显示设备的图像显示装置的导光板中的光传播的图和示出了导光板的布置状态等的概念图。[0051]图22是示例12的显示设备的概念图。[0052]图23是从上部观察到的示例12的显示设备的示意图。[0053]图24是从侧面观察到的示例12的显示设备的示意图。[0054]图25是示例13的显示设备的概念图。[0055]图26是示例14的显示设备的概念图。[0056]图27是示例14的显示设备的变形例的概念图。[0057]图28是示例15的显示设备的图像显示装置的概念图。[0058]图29是示例15的显示设备的变形例的概念图。[0059]图30是从前面观察到的示例I至4的显示设备的变形例中的光学装置和调光器的示意图。[0060]图31是示例I至4的显示设备的另一变形例的概念图。[0061]图32是示例I至4的显示设备的又一变形例的概念图。[0062]图33是从上部观察到的通过将示例12所述的遮挡元件应用至示例5所述的显示设备而获得的显示设备的示意图。[0063]图34是相关技术中的显示设备的图像显示装置的概念图。[0064]图35是相关技术中显示设备的变形例中的图像显示装置的概念图。【具体实施方式】[0065]在下文中，将参考附图并根据示例来说明本发明。但是，本发明不局限于这些示例，并且各种数值和材料是示意性的。将按照如下顺序对本发明进行说明。[0066]1.根据本发明的第一至第四实施例的显示设备的整体说明[0067]2.示例I(根据本发明的第一和第二实施例的显示设备)[0068]3.示例2(示例I的变形例)[0069]4.示例3(示例I的另一变形例)[0070]5.示例4(示例3的变形例)[0071]6.示例5(示例I至4的变形例)[0072]7.示例6(示例I至5的变形例)[0073]8.示例7(示例I至6的变形例)[0074]9.示例8(示例I至7的变形例)[0075]10.示例9(示例8的变形例)[0076]11.示例10(示例I至9的变形例)[0077]12.示例11(示例I至9的另一变形例)[0078]13.示例12(根据本发明的第三实施例的显示设备)[0079]14.示例13(示例12的变形例)[0080]15.示例14(示例12的另一变形例)[0081]16.示例15(根据本发明的第四实施例的显示设备)及其他[0082]根据本发明的第一至第四实施例的显示设备的整体说明[0083]在根据本发明的第一实施例的显示设备中，光控装置可包括与接收光量变化率和调光器的透光率变化率之间的关系相关的表(table)。这里，优选地，根据观察者的瞳孔(瞳孔直径)随着从外部入射的光量的变化而发生的变化来创建该表。通过采用包括该表的这种实施例，例如，无需使用摄像机来测量观察者的瞳孔(瞳孔直径)的变化，从而可简化设备的整体结构、降低设备的重量并且抑制功耗。[0084]在根据包括上述各种优选实施例的本发明的第一实施例的显示设备中，光控装置可进一步根据光接收元件的接收光量测量结果来确定接收光量的变化的开始时间，并且在从接收光量的变化的开始时间经过预定时间之后，开始对调光器的透光率进行控制。另外，在此情况下，光控装置可进一步包括用于计算显示设备的移动速度的移动速度计算单元，并且该光控装置可进一步根据由移动速度计算单元计算出的显示设备的移动速度开始对调光器的透光率进行控制。[0085]另外，在根据包括上述各种优选实施例的本发明的第一实施例的显示设备中，光控装置可进一步包括用于计算显示设备的移动速度的移动速度计算单元，并且该光控装置可进一步根据由移动速度计算单元计算出的显示设备的移动速度来确定调光器的透光率变化率。另外，在此情况下，光控装置可进一步根据光接收元件的接接收光量测量结果确定接收光量的变化的开始时间，并且该光控装置可进一步根据由移动速度计算单元计算出的显示设备的移动速度开始对调光器的透光率进行控制。[0086]在根据本发明的第三实施例的显示设备中，优选地，光学装置的被入射有从图像形成装置发射的光的区域被包含在遮挡元件在光学装置上的投影图像中。[0087]在根据包括上述各种优选实施例的本发明的第三实施例的显示设备中，遮挡元件可被布置至光学装置的与图像形成装置相反的侧上，并与光学装置彼此远离。应当注意，在这种构造中，遮挡元件可由不透明塑料材料制成，并且这种遮挡元件可从图像显示装置的壳体整体地延伸，可被安装至图像显示装置的壳体，可从框架整体地延伸，或者可被安装至框架。另外，在根据包括上述各种优选实施例的本发明的第三实施例的显示设备中，遮挡元件可在图像形成装置的相反侧上被布置在光学装置的一部分上，并且遮挡元件可被布置在调光器中。应当注意，在这种构造中，由不透明塑料材料形成的遮挡元件可基于物理气相沉积法(PVD法)或化学气相沉积法(CVD法)形成在光学装置的表面上，可通过印刷法等形成，或可通过接合由不透明材料(塑料材料、金属材料或合金材料等)形成的膜、薄片或箔形成。[0088]另外，在根据包括上述各种优选实施例的本发明的第三实施例的显示设备中，优选地，调光器的端部在光学装置上的投影图像被包含在遮挡元件在光学装置上的投影图像中。[0089]在根据本发明的第四实施例的显示设备中，第二基板可以比第一基板薄。[0090]另外，在根据包括上述各种优选实施例的本发明的第三和第四实施例的显示设备中，显示设备还包括:[0091](V)光控装置，以及[0092](vi)用于测量来自外部的光量的光接收元件，并且[0093]光控装置可根据光接收元件的接收光量测量结果确定接收光量的变化的开始时间，并且在从接收光量的变化的开始时间经过预定时间之后，开始对调光器的透光率进行控制。[0094]另外，在根据本发明的第二实施例的显示设备中，或在根据本发明的第三和第四实施例的显示设备的优选构造中，光控装置可进一步包括用于计算显示设备的移动速度的移动速度计算单元，并且该光控装置可进一步根据由移动速度计算单元计算出的显示设备的移动速度开始对调光器的透光率进行控制。[0095]在根据包括上述各种优选实施例或构造的本发明的第一至第二实施例的显示设备中，或者根据在本发明的第三至第四实施例的优选实施例或结构中，可通过光接收元件计算外部环境的光量。但是，更优选地，光接收元件在光学装置中测量与观察者观察的图像的背景相对应的外部区域的光量。另外，在后者的情况下，优选地，光接收元件具有相对于待接收的光的方向性。为光接收元件提供具有相对于待接收的光的方向性的方法的示例包括:在光接收元件的光入射侧上布置透镜的方法、在光接收元件的光入射侧上布置孔径的方法以及在光接收元件的光入射侧上布置狭缝并且遮挡来自外部的杂散光的方法。[0096]另外，在根据包括上述优选实施例和构造的本发明的第一至第四实施例的显示设备中，光学装置可包括:[0097](a)导光板，入射光通过全反射在导光板内部传播，并且之后被从导光板中发射出去，[0098](b)第一偏转单元，其用于偏转入射在导光板上的光，使得入射到导光板上的光在导光板中被全反射，以及[0099](c)第二偏转单元，其偏转通过多次全反射在导光板中传播的光，使得通过全反射在导光板中传播的光被从导光板发射出去。应当注意，术语“全反射”是指在导光板中的全部的内部反射或全部的反射。在下文中，该定义同样适用。另外，在根据本发明的第一和第二实施例的显示设备中，第二偏转单元可位于调光器的投影图像中，或者调光器可位于第二偏转单元的投影图像中。另外，至少第二偏转单元(具体地，第二偏转单元，或第一偏转单元和第二偏转单元)可被调光器(具体地，下文所描述的用于形成调光器的一个基板(第一基板))覆盖。[0100]另外，在根据包括上述优选实施例的本发明的第一至第四实施例的显示设备中，调光器可由采用液晶遮光器或由因电致变色材料的氧化还原反应而产生的物质的颜色变化的光学遮光器形成。即，调光器可由如下光学遮光器形成，在该遮光器中，光传输控制材料层是由液晶材料层制成或由因电致变色材料的氧化还原反应而产生的物质制成。[0101]应当注意，调光器不局限于上述示例，并且调光器可由光传输控制材料层是由无机电致发光材料层制成的光学遮光器形成、由电泳分散液形成的其中光传输控制材料层是由若干带电电泳粒子和具有不同于电泳粒子的颜色的分散媒介制成的光学遮光器形成、由通过应用由金属(例如，银颗粒)的无损氧化还原反应产生的电镀/电离现象的电镀法(电镀)而生成的光学遮光器形成或由通过电湿润现象控制透光率的光学遮光器形成。[0102]这里，在调光器为光传输控制材料层是由液晶材料层制成的光学遮光器的情况下，用于形成光传输控制材料层的材料的示例包括但不限于:扭转向列(TN)型液晶和超扭转向列(STN)型液晶。另外，在调光器为光传输控制材料层是由电致变色材料的氧化还原反应而产生的物质制成的光学遮光器的情况下，光传输控制材料层可由Ir0x/Ta205/W0^层叠结构形成，或者光传输控制材料层可由通过在水或非水溶液(例如，诸如乙腈、二甲亚砜或甲醇之类的有机溶剂)中溶解硫氰酸盐(AgSCN)或卤化银(AgX:X为卤素原子)而获得的材料形成。另外，在调光器为光传输控制材料层是由无机电致发光材料层制成的光学遮光器的情况下，用于形成光传输控制材料层的材料包括但不限于氧化钨(WO3)。[0103]另外，在根据包括上述优选实施例和构造的本发明的第一至第三实施例的显示设备中，调光器具体地由以下部件制成:面对光学装置的第一基板和面对第一基板的第二基板、分别被设置在第一基板和第二基板中的电极以及被密封在第一基板和第二基板之间的光传输控制材料层。[0104]应当注意，在此情况下，第二基板可以比第一基板薄，并且进一步地，在本示例中，第一基板也用作光学装置的部件。[0105]用于形成第一和第二基板的材料的示例具体地包括:诸如钠钙玻璃或白板玻璃之类的透明玻璃基板、塑料基板、塑料片或塑料膜。这里，塑料的示例包括:诸如聚对苯二甲酸乙二醇醋、聚萘二甲酸乙二醋(polyethylenenaphthal当前第1页1 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