[发明专利]一种液晶显示与光致发光材料结合的显示系统

说明书

技术领域

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

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LCD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。

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

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)、LCD(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LCD上呈现的是紫外光图像。LCD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LCD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一起，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。

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。