一種液晶顯示與光致發(fā)光材料結(jié)合的顯示系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種液晶顯示與光致發(fā)光材料結(jié)合的顯示系統(tǒng)，主要包含分離的紫外投影光源，對(duì)紫外光成像的LCD屏(做為顯示圖像的紫外光透射光閥)，以及由光致發(fā)光材料構(gòu)成的膜層(用于可見(jiàn)光圖像的生成)。光致發(fā)光材料作為最終的成像材料，紫外光線透過(guò)LCD照射到光致發(fā)光材料上激發(fā)其發(fā)出可見(jiàn)光成像。這種顯示系統(tǒng)的屏可以做成透明的或是半透明，系統(tǒng)成實(shí)像，視角大，亮度高，對(duì)比度好，安裝簡(jiǎn)便，可廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空、控制系統(tǒng)人機(jī)界面、媒體廣告等諸多領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種液晶顯示與光致發(fā)光材料結(jié)合的顯示系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液晶顯示與光致發(fā)光材料結(jié)合的顯示系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]許多應(yīng)用場(chǎng)合希望顯示屏是透明的，比如抬頭顯示系統(tǒng)(HUD)。普通的IXD顯示屏為了提高亮度，普遍采用了背光系統(tǒng)，使得顯示屏無(wú)法成為透明狀態(tài)，如果不使用背光的話，LCD在很多場(chǎng)合下無(wú)法使用(比如在黑暗或低光照環(huán)境)。人們可以使用投影式顯示系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)類(lèi)似功能，比如用LCD投影或者DLP投影，但是這些系統(tǒng)將影像投影成像到顯示屏上，或者通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)將虛像映射到人的視網(wǎng)膜上，這些系統(tǒng)對(duì)光學(xué)成像的要求非常高，要求光學(xué)像差小，對(duì)焦準(zhǔn)確，對(duì)安裝結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)尺寸、使用環(huán)境都有很高要求，系統(tǒng)成本昂貴。目前還有一種新技術(shù)是利用光致發(fā)光材料(比如:納米熒光材料的受激與輻射發(fā)光機(jī)制)，制成光致發(fā)光膜，再利用LCD投影或者DLP投影將圖像(可以是紫外光圖像，X光圖像等)投射到光致發(fā)光膜上，利用光致發(fā)光膜的受激與輻射發(fā)光機(jī)制產(chǎn)生可見(jiàn)光圖像。這種技術(shù)也可以將顯示屏做成透明的，而且其成像的亮度和對(duì)比度指標(biāo)都不錯(cuò)，但是，系統(tǒng)的影像投射需要精密的光學(xué)對(duì)焦，系統(tǒng)成本高，使用場(chǎng)合亦很受限制，比如，很難在有震動(dòng)的場(chǎng)合使用。
[0003]本發(fā)明的任務(wù)是提供一種液晶顯示與光致發(fā)光材料結(jié)合的顯示系統(tǒng)，具有成本低、體積小、高像素、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便等特點(diǎn)，系統(tǒng)光源采用不可見(jiàn)紫外光，同時(shí)具有前投和背投功能，顯示屏可以呈現(xiàn)透明狀態(tài)。系統(tǒng)成實(shí)像，視角大，亮度高，對(duì)比度好，可廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空、控制系統(tǒng)人機(jī)界面、媒體廣告等諸多領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]這是一種新型的光電顯示系統(tǒng)，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:紫外光源、照明投影光學(xué)系統(tǒng)(含偏振元件使得照明光源為面偏振光)、圖像成像顯示系統(tǒng)、控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(用于控制與驅(qū)動(dòng)LCD成像以及光源發(fā)光)。其中圖像成像顯示系統(tǒng)(屏)由透明的基板(用于承載固定顯示系統(tǒng)各個(gè)組件)、IXD(含偏振膜)、透明的第二基板(如果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠的話，此第二基板可以省略，或者，僅用第二基板而省掉前面的透明基板)、光致發(fā)光材料膜層以及保護(hù)膜組成。光致發(fā)光材料作為最終的成像發(fā)光體，紫外光線透過(guò)LCD照射到光致發(fā)光材料上激發(fā)其發(fā)出可見(jiàn)光成像。LCD由其驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，與普通的LCD成像原理一樣，但是本系統(tǒng)采用紫外光為照射光源，LCD驅(qū)動(dòng)電路對(duì)每個(gè)液晶像素單元所加電場(chǎng)電壓作用于對(duì)紫外照射光源之波長(zhǎng)的紫外光成像，對(duì)可見(jiàn)光而言由于光波長(zhǎng)不一樣，這時(shí)的LCD對(duì)可見(jiàn)光波段而言是透光的。LCD驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)使LCD對(duì)于紫外光源之波長(zhǎng)的光成像(即IXD上呈現(xiàn)的是紫外光圖像。IXD的功能從另一個(gè)角度來(lái)講是作為一個(gè)紫外光的投射控制光閥，控制那些光線可以通過(guò)，那些不能通過(guò))，此圖像被照明投影光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射過(guò)來(lái)的紫外偏振光投影到光致發(fā)光材料上，透射過(guò)來(lái)的紫外光使光致發(fā)光材料再產(chǎn)生相應(yīng)可見(jiàn)光圖像，圖像越透明部分(對(duì)紫外光源而言)透過(guò)的紫外光光強(qiáng)就越強(qiáng)，被其照射的光致發(fā)光材料再激發(fā)產(chǎn)生出的可見(jiàn)光也越亮，圖像越不透明部分(同樣對(duì)紫外光源而言)透過(guò)的紫外光光強(qiáng)就越弱，被其照射的光致發(fā)光材料再產(chǎn)生出的可見(jiàn)光也就越暗；光致發(fā)光材料被紫外光激發(fā)產(chǎn)生可見(jiàn)光圖像的r曲線校正可以通過(guò)調(diào)整LCD驅(qū)動(dòng)電路對(duì)液晶像素單元所加電場(chǎng)電壓的相應(yīng)調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)(對(duì)應(yīng)的是IXD各像素單元對(duì)紫外偏振光的透過(guò)率調(diào)整)，亦既可實(shí)現(xiàn)本光電顯示系統(tǒng)的r曲線校正，從而實(shí)現(xiàn)圖像成像系統(tǒng)上的圖像正確顯示。保護(hù)膜處在光致發(fā)光材料膜層的外面，目的是防止外界的紫外光長(zhǎng)期照射光致發(fā)光材料；保護(hù)膜的設(shè)計(jì)要求(光譜特性):對(duì)外界而來(lái)的、在光致發(fā)光材料所激發(fā)光用輻射光波段的紫外光線具有反射或吸收的功能，從而與LCD —起，保護(hù)夾在他們之間的光致發(fā)光材料層，減少其被紫外光長(zhǎng)時(shí)間照射而導(dǎo)致的發(fā)光性能衰減，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)也因?yàn)闉V除了產(chǎn)生背景噪音(雜光)的外來(lái)雜散紫外光線從而提高系統(tǒng)顯示圖像的對(duì)比度和圖像質(zhì)量。
[0005]本新型的光電顯示系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的典型特征是:系統(tǒng)包含分離的紫外投影光源、對(duì)紫外光成像的LCD屏(做為顯示圖像的紫外光透射光閥)、以及由光致發(fā)光材料構(gòu)成的膜層(用于可見(jiàn)光圖像的生成)。在此系統(tǒng)中，投影光源可在系統(tǒng)的光軸上，也可以在系統(tǒng)的光軸外，如圖2所示的離軸照明，或者圖3所示的傾斜照明；偏振元件可以在照明光學(xué)系統(tǒng)中，如圖1所示，也可以在成像LCD系統(tǒng)中，如圖4所示；系統(tǒng)的照明投影光學(xué)系統(tǒng)可采用光源光強(qiáng)分布重構(gòu)系統(tǒng)，如混光棒、混光桶、透鏡陣列(Lens array)等，如圖5所示；光源可采用紫外燈、紫外發(fā)光二極管(LED)和紫外激光二極管(LD)，光源可采用單個(gè)波段的光源、或者多個(gè)波段的多個(gè)光源，以實(shí)現(xiàn)多種色彩的顯示；觀察者，可以在光源同側(cè)，也可以在光源的相對(duì)側(cè)。
[0006]圖像成像顯示系統(tǒng)(屏)里的兩塊基板(圖1中所示的基板和第二基板)并非是必需的，如果LCD和光致發(fā)光材料本身強(qiáng)度足夠，或者有其他方式固定，那么基板可以省去，它們的作用只是固定系統(tǒng)。同時(shí)，它們?cè)贚CD與光致發(fā)光材料膜層之間放置的位置順序無(wú)關(guān)緊要，可以任意位置與順序放置。保護(hù)膜亦非成像的關(guān)鍵元件，在有些情況下也可以省去，不過(guò)它的存在可以延長(zhǎng)使用壽命和改善性能，大多數(shù)情況建議保留。
[0007]這種新型的光電顯示系統(tǒng)可應(yīng)用于很多領(lǐng)域，比如:抬頭顯示系統(tǒng)(HUD)、數(shù)字媒體廣告(透明數(shù)字櫥窗)、控制系統(tǒng)的人機(jī)界面等。系統(tǒng)圖像顯示區(qū)域呈現(xiàn)透明或半透明，使本系統(tǒng)不同于普通的LCD和電視等系統(tǒng)；紫外光源激發(fā)的光致發(fā)光使得本系統(tǒng)在成像時(shí)提供更高與更好的亮度和對(duì)比度。不同于其它顯示系統(tǒng)(比如基于DLP的顯示系統(tǒng))，本系統(tǒng)中LCD屏仍然用于圖像生成，但是它的作用是作為紫外光閥，加載在每一個(gè)像素單元上的相應(yīng)掃描電場(chǎng)，控制液晶的偏轉(zhuǎn)，使得此像素區(qū)域?qū)φ丈渌南鄳?yīng)波長(zhǎng)的紫外偏振光產(chǎn)生明暗圖像，從而控制紫外照射光源對(duì)其背面的光致發(fā)光材料的相應(yīng)激發(fā)，產(chǎn)生光致發(fā)光的可見(jiàn)光圖像。紫外照射光源僅相當(dāng)于照明光源而不承擔(dān)成像功能，相比于傳統(tǒng)圖像投影系統(tǒng)，不需要精密的光學(xué)對(duì)焦系統(tǒng)，大大降低了系統(tǒng)的安裝精度要求，降低了系統(tǒng)成本；而相比于常規(guī)IXD顯示系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用紫外光源作為IXD的照射光源，IXD驅(qū)動(dòng)電路只對(duì)紫外光波成像，光致發(fā)光材料再將紫外圖像轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光圖像，使得LCD屏對(duì)于可見(jiàn)光波段而言，是透射光線的，對(duì)人眼觀察而言就是透明的。系統(tǒng)的偏振元件、光致發(fā)光材料(膜層)、保護(hù)膜等也設(shè)計(jì)成對(duì)可見(jiàn)光波段透明的，所以人們觀察到的系統(tǒng)成像區(qū)域(顯示屏)可以做成透明的或者是半透明。
[0008]本系統(tǒng)可以用于單色與彩色顯示。當(dāng)作為單色顯示系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)僅用一種(或單層)光致發(fā)光材料，其受激發(fā)產(chǎn)生的光僅為一種顏色，系統(tǒng)的控制與驅(qū)動(dòng)電路使LCD僅讓單色光致發(fā)光材料所需受激發(fā)光的紫外光波通過(guò)。當(dāng)作為彩色顯示系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)需要多種(或多層)光致發(fā)光材料(比如采用三種光致發(fā)光材料，它們被不同波長(zhǎng)的紫外光照射，可以分別發(fā)出紅、黃、藍(lán)三種顏色的光)貼在LCD背面(LCD相對(duì)于照射光源的另一面為背面)，照射光源也相對(duì)應(yīng)于光致材料所需的光譜特性采用多光源不同波長(zhǎng)照射，系統(tǒng)的控制與驅(qū)動(dòng)電路使LCD讓不同波長(zhǎng)的照射光源按照順序遂幀遂次通過(guò)，相應(yīng)的光致發(fā)光材料由不同波長(zhǎng)的照射光源遂幀遂次照射發(fā)光，其照射激發(fā)的光波為不同波長(zhǎng)(比如紅、黃、藍(lán))，當(dāng)掃描頻率足夠高，便可產(chǎn)生穩(wěn)定的彩色圖像。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
圖1是系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖；圖2是尚軸照明不意圖；圖3是傾斜照明不意圖；圖4是偏振元件在成像LCD系統(tǒng)中的位置示意圖；圖5是光源強(qiáng)度分布重構(gòu)示意圖，左邊為混光照明方式，右邊為L(zhǎng)ens array混光照明方式。
【具體實(shí)施方式】
[0009]I)應(yīng)用于汽車(chē)電子，可以將本顯示系統(tǒng)的顯示屏貼在車(chē)擋風(fēng)玻璃上或安裝在儀表盤(pán)的上方，紫外光源安裝在車(chē)內(nèi)其他可以照射到屏的地方(比方:車(chē)項(xiàng)，儀表盤(pán)內(nèi)部或上方……)成為汽車(chē)的抬頭顯示儀或平視顯示儀。系統(tǒng)可將車(chē)輛的駕駛儀表狀態(tài)信息、導(dǎo)航信息與興趣點(diǎn)(POI)、路況與交通信號(hào)識(shí)別、危險(xiǎn)提示等等信息顯示在本系統(tǒng)顯示屏上；也可將探測(cè)道路上信息和障礙物的攝像頭捕獲的圖像(如夜視圖像等)，以及從車(chē)載傳感器檢測(cè)到的關(guān)鍵任務(wù)信息，顯示在本系統(tǒng)顯示屏上，作為駕駛輔助系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以讓駕駛員在視線不偏移前方道路的情況下及時(shí)獲取信息，大大增加了駕駛的舒適性、便捷性和安全性。由于本系統(tǒng) 采用的光致發(fā)光成像技術(shù)，系統(tǒng)無(wú)視角限制，可以達(dá)到很高亮度與對(duì)比度；系統(tǒng)無(wú)精密的光學(xué)聚焦系統(tǒng)，安裝容易，不怕震動(dòng)，成本低。
[0010]2)應(yīng)用于數(shù)字媒體廣告領(lǐng)域，本顯示系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于信息發(fā)布、廣告、品牌推介、產(chǎn)品公告等等，基于透明的顯示屏技術(shù)將為使用者提供新穎、全新的視覺(jué)沖擊效果。其360度可觀看，圖像懸浮的震撼感，在做櫥窗展示時(shí)，將本系統(tǒng)于PC等后臺(tái)發(fā)布系統(tǒng)對(duì)接，不僅能達(dá)到顯示信息的要求，而且可以極大的吸引觀眾的眼球。在展覽展示領(lǐng)域，透明自發(fā)光顯示系統(tǒng)會(huì)因其獨(dú)特、新穎、科技感強(qiáng)的特點(diǎn)被廣泛采納和應(yīng)用。也可在公共汽車(chē)、火車(chē)、地鐵列車(chē)等公共交通工具玻璃上顯示公告、車(chē)輛行駛、廣告等信息。
[0011]3)應(yīng)用于控制系統(tǒng)的人機(jī)界面，以及其他需要透明顯示屏技術(shù)的場(chǎng)合。在一些特殊的場(chǎng)合，需要透明顯示屏技術(shù)，本顯示系統(tǒng)將會(huì)大有用武之地。
【權(quán)利要求】
1.一種液晶顯示與光致發(fā)光材料結(jié)合的顯示系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)主要包含I)分離的紫外投影光源(產(chǎn)生紫外偏振光)，2)對(duì)紫外光成像的LCD屏(做為顯示圖像的紫外光透射光閥)，以及，3)由光致發(fā)光材料構(gòu)成的膜層(用于可見(jiàn)光圖像的生成)；光致發(fā)光材料作為最終的成像發(fā)光體，紫外光線透過(guò)LCD照射到光致發(fā)光材料上激發(fā)其發(fā)出可見(jiàn)光成像；LCD由其驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，與普通的LCD成像原理一樣，但是本系統(tǒng)采用紫外光為照射光源，LCD驅(qū)動(dòng)電路對(duì)每個(gè)液晶像素單元所加電場(chǎng)電壓作用于對(duì)紫外照射光源之波長(zhǎng)的紫外光成像，對(duì)可見(jiàn)光而言由于光波長(zhǎng)不一樣，這時(shí)的IXD對(duì)可見(jiàn)光波段而言是透光的；IXD驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LCD對(duì)紫外光源之波長(zhǎng)的光成像(即LCD上呈現(xiàn)的是紫外光圖像)，此圖像被照明投影光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射過(guò)來(lái)的紫外偏振光投影到光致發(fā)光材料上，透射過(guò)來(lái)的紫外光使光致發(fā)光材料再產(chǎn)生相應(yīng)可見(jiàn)光圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，可以用于單色與彩色顯示，其特征是:當(dāng)作為單色顯示系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)僅用一種(或單層)光致發(fā)光材料，其受激發(fā)產(chǎn)生的光僅為一種顏色，系統(tǒng)的控制與驅(qū)動(dòng)電路使LCD僅讓單色光致發(fā)光材料所需受激發(fā)光的紫外光波通過(guò)；當(dāng)作為彩色顯示系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)需要多種(或多層)光致發(fā)光材料(比如采用三種光致發(fā)光材料，它們被不同波長(zhǎng)的紫外光照射，可以分別發(fā)出紅、黃、藍(lán)三種顏色的光)貼在LCD背面(LCD相對(duì)于照射光源的另一面為背面)，照射光源也相對(duì)應(yīng)于光致材料所需的光譜特性采用多光源不同波長(zhǎng)照射，系統(tǒng)的控制與驅(qū)動(dòng)電路使LCD讓不同波長(zhǎng)的照射光源按照順序遂幀遂次通過(guò)，相應(yīng)的光致發(fā)光材料由不同波長(zhǎng)的照射光源遂幀遂次照射發(fā)光，其照射激發(fā)的光波為不同波長(zhǎng)(比如紅、黃、藍(lán))，當(dāng)掃描頻率足夠高，便可產(chǎn)生穩(wěn)定的彩色圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，可以通過(guò)增加一層保護(hù)膜層來(lái)延長(zhǎng)使用壽命以及增強(qiáng)圖像質(zhì)量，其特征是:增加一層保護(hù)膜，位于光致發(fā)光材料膜層的外面(相對(duì)與照射光源的另一面)，目的是防止外界的紫外光長(zhǎng)期照射光致發(fā)光材料，保護(hù)膜的設(shè)計(jì)要求(光譜特性)需要對(duì)外界而來(lái)的、在光致發(fā)光材料所激發(fā)光用輻射光波段的紫外光線具有反射或吸收的功能，從而與LCD —起，保護(hù)夾在它們之間的光致發(fā)光材料層，減少其被紫外光長(zhǎng)時(shí)間照射而導(dǎo)致發(fā)光性能衰減，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)也因?yàn)闉V除了產(chǎn)生背景噪音(雜光)的外來(lái)雜散紫外光線從而提高系統(tǒng)顯示圖像的對(duì)比度和圖像質(zhì)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，可以做r曲線校正，其特征是:光致發(fā)光材料被紫外光激發(fā)產(chǎn)生可見(jiàn)光圖像的r曲線校正可以通過(guò)調(diào)整LCD驅(qū)動(dòng)電路對(duì)液晶像素單元所加電場(chǎng)電壓的相應(yīng)調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)(對(duì)應(yīng)的是IXD各像素單元對(duì)紫外偏振光的透過(guò)率調(diào)整)，亦既可實(shí)現(xiàn)本光電顯示系統(tǒng)的r曲線校正。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，其特征是:投影光源可在系統(tǒng)的光軸上，也可以在系統(tǒng)的光軸外采用離軸照明，或者傾斜照明；偏振元件可以在照明光學(xué)系統(tǒng)中，也可以在成像IXD系統(tǒng)中；系統(tǒng)的照明投影光學(xué)系統(tǒng)可采用光源光強(qiáng)分布重構(gòu)系統(tǒng)，如混光棒、混光桶、透鏡陣列(Lensarray)等；光源可采用紫外燈、紫外發(fā)光二極管(LED)和紫外激光二極管(LD)，光源可采用單個(gè)波段的光源、或者多個(gè)波段的多個(gè)光源，以實(shí)現(xiàn)多種色彩的顯示；觀察者，可以在光源同側(cè)，也可以在光源的相對(duì)側(cè)。
【文檔編號(hào)】G02F1/1335GK103885237SQ201310466917
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
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