本實(shí)用新型涉及一種可實(shí)現(xiàn)VR與AR切換以及混合現(xiàn)實(shí)(MR)效果的顯示裝置，屬于圖像顯示技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著顯示技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對更高級別的顯示方式和顯示質(zhì)量，諸如3D、全息、投影、互動等多方位的體驗(yàn)要求越來越高，因此，近幾年來各類顯示技術(shù)的發(fā)展非常迅猛。目前市場上比較火爆的顯示技術(shù)主要涉及VR(虛擬現(xiàn)實(shí))3D顯示眼鏡、AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))顯示技術(shù)，還有全息投影裸眼3D顯示技術(shù)等，它們各有特色，各有自身優(yōu)勢。其中，VR(虛擬現(xiàn)實(shí)，Virtual Reality)技術(shù)呈現(xiàn)的是全封閉的虛擬環(huán)境，AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，Augmented Reality)技術(shù)是一種將虛擬場景疊加在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的增強(qiáng)投影方式，這兩種較流行的顯示方式已經(jīng)進(jìn)入了大眾的視野，開始被廣泛應(yīng)用。但從實(shí)際使用中可以看到，VR技術(shù)目前應(yīng)用較多，但其應(yīng)用環(huán)境局限在僅呈現(xiàn)虛擬影像方面，用戶必須全程佩戴幾乎全封閉的VR眼鏡沉浸于純虛擬環(huán)境中，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中無法使用，應(yīng)用范圍受限，同時長期佩戴還容易產(chǎn)生眩暈感。而AR技術(shù)雖然可以在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中透射虛擬影像，但目前技術(shù)還是局限于視角和透射畫面質(zhì)量的限制，由于AR技術(shù)通常都采用全反射或折射的原理來實(shí)現(xiàn)近距成像，這就要求同時兼顧現(xiàn)實(shí)環(huán)境外界光線透過率及虛擬投影畫面的顯示效果，為了提升虛擬投影畫面的顯示效果，就需要通過采取增加濾光鏡片來阻擋更多的外界光線射入來降低外界光線穿透率，減小實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)環(huán)境之間的亮度差異來提高虛擬影像的視覺體驗(yàn)?zāi)康?，但這樣做對現(xiàn)實(shí)環(huán)境的遮蔽和透過度也會受到影響。所以，設(shè)計(jì)出一種可調(diào)節(jié)光線透過率的設(shè)備來平衡上述矛盾，并同時兼顧VR與AR的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可切換虛擬與現(xiàn)實(shí)模式，并能自動調(diào)節(jié)適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用模式并增強(qiáng)模式的顯示效果的MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)VR與AR切換及混合現(xiàn)實(shí)的顯示裝置，其通過電子擴(kuò)散調(diào)光片可實(shí)現(xiàn)VR模式與AR模式之間的自由切換并能夠增強(qiáng)各模式的顯示效果，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的MR混合現(xiàn)實(shí)效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：

一種可實(shí)現(xiàn)VR與AR切換及混合現(xiàn)實(shí)的顯示裝置，其特征在于：它包括AR/VR顯示屏，AR/VR顯示屏的背面通過空氣隔離層或粘結(jié)膠連接有電子擴(kuò)散調(diào)光片，可在全透明態(tài)、對外呈現(xiàn)黑色的磨砂態(tài)與半透明灰度漸進(jìn)態(tài)之間切換的電子擴(kuò)散調(diào)光片為近晶相液晶染色調(diào)光片或PDLC聚合物分散液晶染色調(diào)光片，AR/VR顯示屏與AR/VR顯示驅(qū)動控制器連接并對應(yīng)設(shè)有朝AR/VR顯示屏投影虛擬環(huán)境畫面的微投影設(shè)備，電子擴(kuò)散調(diào)光片與調(diào)光控制器連接。

所述近晶相液晶染色調(diào)光片可包括依次層疊設(shè)置的基體層、第一導(dǎo)電電極層、近晶相液晶混合層、第二導(dǎo)電電極層，第一、第二導(dǎo)電電極層分別與所述調(diào)光控制器的相應(yīng)信號端口連接，其中：第二導(dǎo)電電極層與所述AR/VR顯示屏的背面通過粘結(jié)膠相接。

所述近晶相液晶染色調(diào)光片也可包括兩個基體層，兩個基體層中間設(shè)有近晶相液晶混合層，兩個基體層朝向近晶相液晶混合層的一側(cè)分別設(shè)有第一、第二導(dǎo)電電極層，第一、第二導(dǎo)電電極層分別與所述調(diào)光控制器的相應(yīng)信號端口連接，其中：兩個基體層中的一個基體層與所述AR/VR顯示屏的背面通過粘結(jié)膠相接，或者兩個基體層中的一個基體層與所述AR/VR顯示屏的背面之間相分離而形成所述空氣隔離層。

所述顯示裝置被制成片狀。

所示AR/VR顯示屏、所示電子擴(kuò)散調(diào)光片的外露面上可粘貼有保護(hù)膜。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)及制作工藝簡單，操作便捷，使用者可通過電子擴(kuò)散調(diào)光片來調(diào)節(jié)控制外界光透過率，實(shí)現(xiàn)VR模式與AR模式之間的自由切換，以及MR(混合現(xiàn)實(shí)，Mixed Reality)效果。

本實(shí)用新型彌補(bǔ)了傳統(tǒng)VR與AR技術(shù)在應(yīng)用中的缺陷和限制，使得用戶可以自由地調(diào)節(jié)和選擇顯示模式，既可以為全遮蔽的沉浸式VR模式，又可以隨時切換回全透明的AR模式及實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)與虛擬環(huán)境相混合的MR模式，帶來全新體驗(yàn)，其中：當(dāng)電子擴(kuò)散調(diào)光片處于全透明態(tài)時，光線透過率高達(dá)95％以上，對外界光屏蔽非常少，用戶可以很清楚地看到現(xiàn)實(shí)環(huán)境，同時也可以在傳統(tǒng)AR模式下投射增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)畫面；當(dāng)電子擴(kuò)散調(diào)光片處于磨砂態(tài)時，對外呈現(xiàn)黑色，外界光被更徹底地屏蔽，現(xiàn)實(shí)環(huán)境接近不可見，而虛擬環(huán)境的沉浸感大大增強(qiáng)，VR投影畫面的清晰度、對比度得到提升，圖像顯示效果和顯示質(zhì)量好，極大提升了用戶的互動體驗(yàn)效果；另外，還可根據(jù)實(shí)際顯示需求使電子擴(kuò)散調(diào)光片處于某一種半透明灰度漸進(jìn)態(tài)，實(shí)現(xiàn)所需程度的MR效果，將虛擬物體疊加在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，給人以一種真假不可分的互動體驗(yàn)感。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的組成示意圖。

圖2是電子擴(kuò)散調(diào)光片處于磨砂態(tài)的原理圖。

圖3是本實(shí)用新型處于VR模式的說明圖。

圖4是電子擴(kuò)散調(diào)光片處于全透明態(tài)的原理圖。

圖5是本實(shí)用新型處于AR模式的說明圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)VR與AR切換及混合現(xiàn)實(shí)的顯示裝置100包括AR/VR顯示屏110，AR/VR顯示屏110的背面(側(cè)表面)通過空氣隔離層或粘結(jié)膠疊加式地連接有電子擴(kuò)散調(diào)光片120，可在全透明態(tài)、對外呈現(xiàn)黑色的磨砂態(tài)與對外呈現(xiàn)某一程度黑色的半透明灰度漸進(jìn)態(tài)之間切換的電子擴(kuò)散調(diào)光片120可為近晶相液晶染色調(diào)光片或PDLC聚合物分散液晶染色調(diào)光片，AR/VR顯示屏110與AR/VR顯示驅(qū)動控制器(圖中未示出)連接并在一旁對應(yīng)設(shè)有朝向AR/VR顯示屏110投影虛擬環(huán)境畫面(虛擬影像)的微投影設(shè)備150，電子擴(kuò)散調(diào)光片120與調(diào)光控制器(圖中未示出)連接。

在實(shí)際應(yīng)用中，本實(shí)用新型顯示裝置可被制成片狀，來應(yīng)用于眼鏡片，以及手套、跟蹤器、頭盔上的顯示屏幕等產(chǎn)品上。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，較佳地，如圖1，AR/VR顯示屏110、電子擴(kuò)散調(diào)光片120的外露面(朝外的側(cè)表面)上分別粘貼有保護(hù)膜140。

在本實(shí)用新型中，AR/VR顯示屏110、微投影設(shè)備150為本領(lǐng)域的熟知產(chǎn)品，故其具體構(gòu)成和工作原理不再贅述。

在本實(shí)用新型中，近晶相液晶染色調(diào)光片可包括依次層疊設(shè)置的基體層、第一導(dǎo)電電極層、近晶相液晶混合層、第二導(dǎo)電電極層，第一、第二導(dǎo)電電極層分別與調(diào)光控制器的相應(yīng)信號端口連接，其中：第二導(dǎo)電電極層與AR/VR顯示屏110的背面通過粘結(jié)膠相接。

或者，近晶相液晶染色調(diào)光片也可包括兩個基體層，兩個基體層中間設(shè)有近晶相液晶混合層，兩個基體層朝向近晶相液晶混合層的一側(cè)分別設(shè)有第一、第二導(dǎo)電電極層，第一、第二導(dǎo)電電極層分別與調(diào)光控制器的相應(yīng)信號端口連接，其中：兩個基體層中的一個基體層與AR/VR顯示屏110的背面通過粘結(jié)膠相接，或者兩個基體層中的一個基體層與AR/VR顯示屏110的背面之間相分離而形成空氣隔離層130。

在近晶相液晶染色調(diào)光片中，近晶相液晶混合層可由近晶相液晶、添加物和可呈現(xiàn)黑色的二色性染料混合而成，近晶相液晶可為A類近晶相液晶有機(jī)化合物，添加物可為帶導(dǎo)電特性的化合物，近晶相液晶混合層的構(gòu)成還可有其它形式，并不局限于上述。

基體層可由透明玻璃或有機(jī)透明材料制作而成，厚度范圍為大于0且小于等于5cm，透明玻璃可為普通玻璃、汽車玻璃、建筑外窗玻璃、鋼化玻璃或特種玻璃等，有機(jī)透明材料可為PET、PMMA、丙烯酸樹脂、透明硅膠等有機(jī)樹脂透明材料。第一、第二導(dǎo)電電極層可由透明的ITO(氧化銦錫)制成，也可由碳納米管、石墨烯、銀納米線摻雜的聚合物分子材料等具備透明導(dǎo)電性能的有機(jī)材料、無機(jī)材料或復(fù)合材料制成，或者在上述任一或任幾種材料中添加含銅、銀、金、碳等金屬或非金屬導(dǎo)電材料制成。

關(guān)于近晶相液晶染色調(diào)光片的具體結(jié)構(gòu)和工作原理，可參考中國發(fā)明專利“一種電控調(diào)光介質(zhì)”(專利號200710175959.9)等專利文獻(xiàn)來理解，在此不再對此熟知技術(shù)做詳細(xì)闡述。

在本實(shí)用新型中，PDLC聚合物分散液晶染色調(diào)光片為本領(lǐng)域的熟知產(chǎn)品，故其具體構(gòu)成和工作原理不再贅述。PDLC聚合物分散液晶染色調(diào)光片也可與近晶相液晶染色調(diào)光片一樣具有兩種結(jié)構(gòu)，一種為具有兩個基體層、通過粘結(jié)膠或空氣隔離層的形式連接在AR/VR顯示屏110的背面上，另一種為僅具有一個基體層而連接在AR/VR顯示屏110的背面上。

在本實(shí)用新型中，AR/VR顯示驅(qū)動控制器、調(diào)光控制器為本領(lǐng)域的熟知技術(shù)，其可包括信號接收處理電路、電壓處理電路、電壓調(diào)節(jié)電路、驅(qū)動電路，其具體構(gòu)成不在這里詳述。

在實(shí)際應(yīng)用中，AR/VR顯示驅(qū)動控制器與調(diào)光控制器可為單獨(dú)的獨(dú)立器件，兩者之間通過有線或無線的方式連接，而后還可與總控制裝置連接，另外，AR/VR顯示驅(qū)動控制器與調(diào)光控制器也可集成為一體。

下面以近晶相液晶染色調(diào)光片為例來說明本實(shí)用新型的工作過程和原理，PDLC聚合物分散液晶染色調(diào)光片可參考近晶相液晶染色調(diào)光片來理解。

AR模式時，AR/VR顯示屏110在AR/VR顯示驅(qū)動控制器的控制下啟動AR應(yīng)用，微投影設(shè)備150向AR/VR顯示屏110投射虛擬環(huán)境畫面，以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的圖像顯示效果。此時，通過調(diào)光控制器對近晶相液晶染色調(diào)光片進(jìn)行控制，使近晶相液晶染色調(diào)光片處于全透明態(tài)。具體來說，參考圖4和圖5來理解，通過調(diào)光控制器向近晶相液晶染色調(diào)光片的第一、第二導(dǎo)電電極層上施加合理的高頻電壓，使近晶相液晶混合層內(nèi)的近晶相液晶分子以其長光軸垂直于導(dǎo)電電極層平面的方式呈規(guī)則形態(tài)排列，此時近晶相液晶染色調(diào)光片處于全透明態(tài)，光線透過率可達(dá)到95％以上，現(xiàn)實(shí)環(huán)境(或稱真實(shí)環(huán)境)中的光進(jìn)入近晶相液晶染色調(diào)光片后的出射方向未發(fā)生明顯改變，從而使用戶可透過AR/VR顯示屏110能清晰看到外界的現(xiàn)實(shí)場景，以及也可看到微投影設(shè)備150投射顯示出的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)畫面。此應(yīng)用場景適用于對現(xiàn)實(shí)環(huán)境可見度要求較高的普通AR模式。

VR模式時，AR/VR顯示屏110在AR/VR顯示驅(qū)動控制器的控制下啟動VR應(yīng)用，微投影設(shè)備150向AR/VR顯示屏110投射虛擬環(huán)境畫面，以實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的圖像顯示效果。此時，通過調(diào)光控制器對近晶相液晶染色調(diào)光片進(jìn)行控制，使近晶相液晶染色調(diào)光片處于磨砂態(tài)。具體來說，參考圖2和圖3來理解，通過調(diào)光控制器向近晶相液晶染色調(diào)光片的第一、第二導(dǎo)電電極層上施加合理的低頻電壓，使近晶相液晶混合層內(nèi)的近晶相液晶分子呈亂序形態(tài)排列，此時近晶相液晶染色調(diào)光片處于磨砂態(tài)，現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的光進(jìn)入近晶相液晶染色調(diào)光片后，大部分的光被吸收，其余透過的光發(fā)生散射，對外呈現(xiàn)黑色，從而使用戶無法看清外界的現(xiàn)實(shí)場景，近晶相液晶染色調(diào)光片有效隔絕了現(xiàn)實(shí)場景與AR/VR顯示屏110自身展現(xiàn)的虛擬場景，實(shí)現(xiàn)了VR應(yīng)用，虛擬環(huán)境沉浸感強(qiáng)，展現(xiàn)出的畫面清晰度高，互動體驗(yàn)效果好。

進(jìn)一步地，在實(shí)際使用中，在AR/VR顯示屏110受AR/VR顯示驅(qū)動控制器的控制，并借由微投影設(shè)備150投射的虛擬影像來實(shí)現(xiàn)VR或AR應(yīng)用的基礎(chǔ)上，還可根據(jù)實(shí)際顯示需求來使近晶相液晶染色調(diào)光片處于某一種半透明灰度漸進(jìn)態(tài)，具體來說，通過控制向近晶相液晶染色調(diào)光片的兩個導(dǎo)電電極層上施加的電壓大小、頻率或作用時間，使近晶相液晶分子在介于規(guī)則與亂序形態(tài)之間的某一形態(tài)下排列，即近晶相液晶分子部分扭曲，近晶相液晶染色調(diào)光片處于介于全透明態(tài)與磨砂態(tài)之間的某一種半透明灰度的漸進(jìn)態(tài)，對外呈現(xiàn)某一程度的黑色，霧度范圍在1％到99％可調(diào)，光線透過率可保持在80％以上，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的光進(jìn)入近晶相液晶染色調(diào)光片后的出光方向、出光強(qiáng)弱等的調(diào)節(jié)，以通過適當(dāng)調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)所需程度的MR效果，使虛擬物體疊加在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的真實(shí)效果加強(qiáng)，給人以一種真假不可分的互動體驗(yàn)感。

當(dāng)本實(shí)用新型達(dá)到上述所需各顯示效果后，調(diào)光控制器便可停止對近晶相液晶染色調(diào)光片的控制，即撤去施加到近晶相液晶染色調(diào)光片上的電壓。當(dāng)撤去電壓后，近晶相液晶染色調(diào)光片仍然會保持加載電壓時已產(chǎn)生的透光效果，也就是說，近晶相液晶染色調(diào)光片的保持不需要電壓來維持，這是因?yàn)榻嘁壕旧{(diào)光片具有“多穩(wěn)態(tài)”的記憶特性及“零耗電”特性。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)及制作工藝簡單，操作便捷，使用者可通過電子擴(kuò)散調(diào)光片來調(diào)節(jié)控制外界光透過率，實(shí)現(xiàn)VR模式與AR模式之間的自由切換，以及MR效果。

本實(shí)用新型彌補(bǔ)了傳統(tǒng)VR與AR技術(shù)在應(yīng)用中的缺陷和限制，使得用戶可以自由地調(diào)節(jié)和選擇顯示模式，既可以為全遮蔽的沉浸式VR模式，又可以隨時切換回全透明的AR模式及實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)與虛擬環(huán)境相混合的MR模式，帶來全新體驗(yàn)。

以上所述是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及其所運(yùn)用的技術(shù)原理，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不背離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，任何基于本實(shí)用新型技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。