一种液晶显示与光致发光材料结合的显示系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种液晶显示与光致发光材料结合的显示系统，主要包含分离的紫外投影光源，对紫外光成像的LCD屏(做为显示图像的紫外光透射光阀)，以及由光致发光材料构成的膜层(用于可见光图像的生成)。光致发光材料作为最终的成像材料，紫外光线透过LCD照射到光致发光材料上激发其发出可见光成像。这种显示系统的屏可以做成透明的或是半透明，系统成实像，视角大，亮度高，对比度好，安装简便，可广泛应用于汽车、航空、控制系统人机界面、媒体广告等诸多领域。
【专利说明】一种液晶显示与光致发光材料结合的显示系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种液晶显示与光致发光材料结合的显示系统。
【背景技术】
[0002]许多应用场合希望显示屏是透明的，比如抬头显示系统(HUD)。普通的IXD显示屏为了提高亮度，普遍采用了背光系统，使得显示屏无法成为透明状态，如果不使用背光的话，LCD在很多场合下无法使用(比如在黑暗或低光照环境)。人们可以使用投影式显示系统来实现类似功能，比如用LCD投影或者DLP投影，但是这些系统将影像投影成像到显示屏上，或者通过光学系统将虚像映射到人的视网膜上，这些系统对光学成像的要求非常高，要求光学像差小，对焦准确，对安装结构、系统尺寸、使用环境都有很高要求，系统成本昂贵。目前还有一种新技术是利用光致发光材料(比如:纳米荧光材料的受激与辐射发光机制)，制成光致发光膜，再利用LCD投影或者DLP投影将图像(可以是紫外光图像，X光图像等)投射到光致发光膜上，利用光致发光膜的受激与辐射发光机制产生可见光图像。这种技术也可以将显示屏做成透明的，而且其成像的亮度和对比度指标都不错，但是，系统的影像投射需要精密的光学对焦，系统成本高，使用场合亦很受限制，比如，很难在有震动的场合使用。
[0003]本发明的任务是提供一种液晶显示与光致发光材料结合的显示系统，具有成本低、体积小、高像素、结构简单、应用方便等特点，系统光源采用不可见紫外光，同时具有前投和背投功能，显示屏可以呈现透明状态。系统成实像，视角大，亮度高，对比度好，可广泛应用于汽车、航空、控制系统人机界面、媒体广告等诸多领域。
【发明内容】
[0004]这是一种新型的光电显示系统，基本结构如图1所示，包括:紫外光源、照明投影光学系统(含偏振元件使得照明光源为面偏振光)、图像成像显示系统、控制与驱动系统(用于控制与驱动LCD成像以及光源发光)。其中图像成像显示系统(屏)由透明的基板(用于承载固定显示系统各个组件)、IXD(含偏振膜)、透明的第二基板(如果系统结构强度足够的话，此第二基板可以省略，或者，仅用第二基板而省掉前面的透明基板)、光致发光材料膜层以及保护膜组成。光致发光材料作为最终的成像发光体，紫外光线透过LCD照射到光致发光材料上激发其发出可见光成像。LCD由其驱动电路驱动，与普通的LCD成像原理一样，但是本系统采用紫外光为照射光源，LCD驱动电路对每个液晶像素单元所加电场电压作用于对紫外照射光源之波长的紫外光成像，对可见光而言由于光波长不一样，这时的LCD对可见光波段而言是透光的。LCD驱动电路驱动使LCD对于紫外光源之波长的光成像(即IXD上呈现的是紫外光图像。IXD的功能从另一个角度来讲是作为一个紫外光的投射控制光阀，控制那些光线可以通过，那些不能通过)，此图像被照明投影光学系统发射过来的紫外偏振光投影到光致发光材料上，透射过来的紫外光使光致发光材料再产生相应可见光图像，图像越透明部分(对紫外光源而言)透过的紫外光光强就越强，被其照射的光致发光材料再激发产生出的可见光也越亮，图像越不透明部分(同样对紫外光源而言)透过的紫外光光强就越弱，被其照射的光致发光材料再产生出的可见光也就越暗；光致发光材料被紫外光激发产生可见光图像的r曲线校正可以通过调整LCD驱动电路对液晶像素单元所加电场电压的相应调整来实现(对应的是IXD各像素单元对紫外偏振光的透过率调整)，亦既可实现本光电显示系统的r曲线校正，从而实现图像成像系统上的图像正确显示。保护膜处在光致发光材料膜层的外面，目的是防止外界的紫外光长期照射光致发光材料；保护膜的设计要求(光谱特性):对外界而来的、在光致发光材料所激发光用辐射光波段的紫外光线具有反射或吸收的功能，从而与LCD —起，保护夹在他们之间的光致发光材料层，减少其被紫外光长时间照射而导致的发光性能衰减，延长使用寿命，同时也因为滤除了产生背景噪音(杂光)的外来杂散紫外光线从而提高系统显示图像的对比度和图像质量。
[0005]本新型的光电显示系统在结构上的典型特征是:系统包含分离的紫外投影光源、对紫外光成像的LCD屏(做为显示图像的紫外光透射光阀)、以及由光致发光材料构成的膜层(用于可见光图像的生成)。在此系统中，投影光源可在系统的光轴上，也可以在系统的光轴外，如图2所示的离轴照明，或者图3所示的倾斜照明；偏振元件可以在照明光学系统中，如图1所示，也可以在成像LCD系统中，如图4所示；系统的照明投影光学系统可采用光源光强分布重构系统，如混光棒、混光桶、透镜阵列(Lens array)等，如图5所示；光源可采用紫外灯、紫外发光二极管(LED)和紫外激光二极管(LD)，光源可采用单个波段的光源、或者多个波段的多个光源，以实现多种色彩的显示；观察者，可以在光源同侧，也可以在光源的相对侧。
[0006]图像成像显示系统(屏)里的两块基板(图1中所示的基板和第二基板)并非是必需的，如果LCD和光致发光材料本身强度足够，或者有其他方式固定，那么基板可以省去，它们的作用只是固定系统。同时，它们在LCD与光致发光材料膜层之间放置的位置顺序无关紧要，可以任意位置与顺序放置。保护膜亦非成像的关键元件，在有些情况下也可以省去，不过它的存在可以延长使用寿命和改善性能，大多数情况建议保留。
[0007]这种新型的光电显示系统可应用于很多领域，比如:抬头显示系统(HUD)、数字媒体广告(透明数字橱窗)、控制系统的人机界面等。系统图像显示区域呈现透明或半透明，使本系统不同于普通的LCD和电视等系统；紫外光源激发的光致发光使得本系统在成像时提供更高与更好的亮度和对比度。不同于其它显示系统(比如基于DLP的显示系统)，本系统中LCD屏仍然用于图像生成，但是它的作用是作为紫外光阀，加载在每一个像素单元上的相应扫描电场，控制液晶的偏转，使得此像素区域对照射它的相应波长的紫外偏振光产生明暗图像，从而控制紫外照射光源对其背面的光致发光材料的相应激发，产生光致发光的可见光图像。紫外照射光源仅相当于照明光源而不承担成像功能，相比于传统图像投影系统，不需要精密的光学对焦系统，大大降低了系统的安装精度要求，降低了系统成本；而相比于常规IXD显示系统，本系统采用紫外光源作为IXD的照射光源，IXD驱动电路只对紫外光波成像，光致发光材料再将紫外图像转换为可见光图像，使得LCD屏对于可见光波段而言，是透射光线的，对人眼观察而言就是透明的。系统的偏振元件、光致发光材料(膜层)、保护膜等也设计成对可见光波段透明的，所以人们观察到的系统成像区域(显示屏)可以做成透明的或者是半透明。
[0008]本系统可以用于单色与彩色显示。当作为单色显示系统时，系统仅用一种(或单层)光致发光材料，其受激发产生的光仅为一种颜色，系统的控制与驱动电路使LCD仅让单色光致发光材料所需受激发光的紫外光波通过。当作为彩色显示系统时，系统需要多种(或多层)光致发光材料(比如采用三种光致发光材料，它们被不同波长的紫外光照射，可以分别发出红、黄、蓝三种颜色的光)贴在LCD背面(LCD相对于照射光源的另一面为背面)，照射光源也相对应于光致材料所需的光谱特性采用多光源不同波长照射，系统的控制与驱动电路使LCD让不同波长的照射光源按照顺序遂帧遂次通过，相应的光致发光材料由不同波长的照射光源遂帧遂次照射发光，其照射激发的光波为不同波长(比如红、黄、蓝)，当扫描频率足够高，便可产生稳定的彩色图像。
【专利附图】
【附图说明】
图1是系统基本结构图；图2是尚轴照明不意图；图3是倾斜照明不意图；图4是偏振元件在成像LCD系统中的位置示意图；图5是光源强度分布重构示意图，左边为混光照明方式，右边为Lens array混光照明方式。
【具体实施方式】
[0009]I)应用于汽车电子，可以将本显示系统的显示屏贴在车挡风玻璃上或安装在仪表盘的上方，紫外光源安装在车内其他可以照射到屏的地方(比方:车项，仪表盘内部或上方……)成为汽车的抬头显示仪或平视显示仪。系统可将车辆的驾驶仪表状态信息、导航信息与兴趣点(POI)、路况与交通信号识别、危险提示等等信息显示在本系统显示屏上；也可将探测道路上信息和障碍物的摄像头捕获的图像(如夜视图像等)，以及从车载传感器检测到的关键任务信息，显示在本系统显示屏上，作为驾驶辅助系统的显示系统。本系统可以让驾驶员在视线不偏移前方道路的情况下及时获取信息，大大增加了驾驶的舒适性、便捷性和安全性。由于本系统 采用的光致发光成像技术，系统无视角限制，可以达到很高亮度与对比度；系统无精密的光学聚焦系统，安装容易，不怕震动，成本低。
[0010]2)应用于数字媒体广告领域，本显示系统可广泛应用于信息发布、广告、品牌推介、产品公告等等，基于透明的显示屏技术将为使用者提供新颖、全新的视觉冲击效果。其360度可观看，图像悬浮的震撼感，在做橱窗展示时，将本系统于PC等后台发布系统对接，不仅能达到显示信息的要求，而且可以极大的吸引观众的眼球。在展览展示领域，透明自发光显示系统会因其独特、新颖、科技感强的特点被广泛采纳和应用。也可在公共汽车、火车、地铁列车等公共交通工具玻璃上显示公告、车辆行驶、广告等信息。
[0011]3)应用于控制系统的人机界面，以及其他需要透明显示屏技术的场合。在一些特殊的场合，需要透明显示屏技术，本显示系统将会大有用武之地。
【权利要求】
1.一种液晶显示与光致发光材料结合的显示系统，其特征在于:系统主要包含I)分离的紫外投影光源(产生紫外偏振光)，2)对紫外光成像的LCD屏(做为显示图像的紫外光透射光阀)，以及，3)由光致发光材料构成的膜层(用于可见光图像的生成)；光致发光材料作为最终的成像发光体，紫外光线透过LCD照射到光致发光材料上激发其发出可见光成像；LCD由其驱动电路驱动，与普通的LCD成像原理一样，但是本系统采用紫外光为照射光源，LCD驱动电路对每个液晶像素单元所加电场电压作用于对紫外照射光源之波长的紫外光成像，对可见光而言由于光波长不一样，这时的IXD对可见光波段而言是透光的；IXD驱动电路驱动LCD对紫外光源之波长的光成像(即LCD上呈现的是紫外光图像)，此图像被照明投影光学系统发射过来的紫外偏振光投影到光致发光材料上，透射过来的紫外光使光致发光材料再产生相应可见光图像。
2.根据权利要求1所述的显示系统，可以用于单色与彩色显示，其特征是:当作为单色显示系统时，系统仅用一种(或单层)光致发光材料，其受激发产生的光仅为一种颜色，系统的控制与驱动电路使LCD仅让单色光致发光材料所需受激发光的紫外光波通过；当作为彩色显示系统时，系统需要多种(或多层)光致发光材料(比如采用三种光致发光材料，它们被不同波长的紫外光照射，可以分别发出红、黄、蓝三种颜色的光)贴在LCD背面(LCD相对于照射光源的另一面为背面)，照射光源也相对应于光致材料所需的光谱特性采用多光源不同波长照射，系统的控制与驱动电路使LCD让不同波长的照射光源按照顺序遂帧遂次通过，相应的光致发光材料由不同波长的照射光源遂帧遂次照射发光，其照射激发的光波为不同波长(比如红、黄、蓝)，当扫描频率足够高，便可产生稳定的彩色图像。
3.根据权利要求1所述的显示系统，可以通过增加一层保护膜层来延长使用寿命以及增强图像质量，其特征是:增加一层保护膜，位于光致发光材料膜层的外面(相对与照射光源的另一面)，目的是防止外界的紫外光长期照射光致发光材料，保护膜的设计要求(光谱特性)需要对外界而来的、在光致发光材料所激发光用辐射光波段的紫外光线具有反射或吸收的功能，从而与LCD —起，保护夹在它们之间的光致发光材料层，减少其被紫外光长时间照射而导致发光性能衰减，延长使用寿命，同时也因为滤除了产生背景噪音(杂光)的外来杂散紫外光线从而提高系统显示图像的对比度和图像质量。
4.根据权利要求1所述的显示系统，可以做r曲线校正，其特征是:光致发光材料被紫外光激发产生可见光图像的r曲线校正可以通过调整LCD驱动电路对液晶像素单元所加电场电压的相应调整来实现(对应的是IXD各像素单元对紫外偏振光的透过率调整)，亦既可实现本光电显示系统的r曲线校正。
5.根据权利要求1所述的显示系统，其特征是:投影光源可在系统的光轴上，也可以在系统的光轴外采用离轴照明，或者倾斜照明；偏振元件可以在照明光学系统中，也可以在成像IXD系统中；系统的照明投影光学系统可采用光源光强分布重构系统，如混光棒、混光桶、透镜阵列(Lensarray)等；光源可采用紫外灯、紫外发光二极管(LED)和紫外激光二极管(LD)，光源可采用单个波段的光源、或者多个波段的多个光源，以实现多种色彩的显示；观察者，可以在光源同侧，也可以在光源的相对侧。
【文档编号】G02F1/1335GK103885237SQ201310466917
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】不公告发明人 申请人:上海怡鼎信息科技有限公司