CN106328009A - 光学显示系统及其制备方法、应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光学显示系统，所述光学显示系统为电致自偏振发光显示系统，至少包括两组偏振发光二极管器件，所述两组偏振发光二极管器件的量子点发光层为各向异性的核壳结构半导体纳米棒定向排列形成的发光薄膜，且同一组偏振发光二极管器件的所述核壳结构半导体纳米棒的对准轴平行排列，不同组偏振发光二极管器件的所述核壳结构半导体纳米棒的对准轴垂直排列，所述两组偏振发光二极管器件的所产生的光源的偏振角度正交。

Description

光学显示系统及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于3D显示技术领域，尤其涉及一种光学显示系统及其制备方法、应用。
背景技术
三维(3D)显示系统可以直观地表现场景的景深信息，可显著提升观众的视频观感质量。三维显示技术的工作原理是：针对同一场景，使观看者的左眼与右眼分别接收不同图像，由观看者两眼之间的瞳距产生的位置差异，在观看者的左眼与右眼的视网膜上会呈现出两幅稍有差异的图像，这个差异被称为“双眼视差”，而该两副有差异的图像构成一对“立体图像对”，“立体图像对”在经过大脑视觉皮层的融合后，就形成了立体效果。
当前的3D显示系统主要采用两种方法，第一种是基于顺序显示，第二种是基于光的偏振，分别对应裸眼式和眼镜式两大类。基于第一种显示系统裸眼3D显示器一般由光栅和2D显示面板精密耦合而成，包括2D显示面板、隔垫玻璃(Spacer Glass)和光栅，通过隔垫玻璃将光栅和2D显示面板隔开一定距离，从而实现裸眼3D效果。但目前裸眼3D串扰现象严重，其最佳观看距离固定，用户若想无串扰观看3D效果，则不能随意变动观看距离(影响显示效果)。而第二种显示系统是利用光的偏振实现3D显示，其方法相对传统但更可靠的方法，其通过分别提供观众的左眼与右眼的偏振状态的第一图像和正交的(如垂直的)偏振状态的第二图像实现立体显示效果。特别在电影院，通常采用两台投影机把正交的偏振状态影片同时投影到屏幕上，相当于把两部独立的影片投影到观众的双眼上。观众需要使用主动的偏振眼镜，它们使每只眼睛仅仅接收对应的图像。例如，右眼偏光镜可屏蔽偏振状态的光而透射正交偏振状态的光，而左眼偏光镜透射包括正交的偏光镜。然而，基于光的偏振的3D显示目前应用区域有限，主要在3D电影院，无法满足小型化、灵活化的消费类电子显示需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学显示系统及其制备方法和应用，旨在解决现有的基于光的偏振的3D显示需要设置被动光源和偏振片，导致能效降低的问题，以及现有的基于光的偏振的3D显示应用区域受限的问题。
本发明是这样实现的，一种光学显示系统，所述光学显示系统为电致自偏振发光显示系统，至少包括两组偏振发光二极管器件，所述两组偏振发光二极管器件的量子点发光层为各向异性的核壳结构半导体纳米棒定向排列形成的发光薄膜，且同一组偏振发光二极管器件的所述核壳结构半导体纳米棒的对准轴平行排列，不同组偏振发光二极管器件的所述核壳结构半导体纳米棒的对准轴垂直排列，所述两组偏振发光二极管器件所产生的光源的偏振角度正交。
以及，一种光学显示系统的制备方法，包括以下步骤：
提供核壳结构半导体纳米棒，将所述核壳结构半导体纳米棒分散于非极性溶剂中形成量子点分散液，将所述量子点分散液进行过滤处理，得到核壳结构半导体纳米棒溶液；
在102-105Pa的气压下，将所述核壳结构半导体纳米棒溶液分散到极性溶剂表面，均匀挥发所述核壳结构半导体纳米棒溶液中的非极性溶剂，得到定向排列的核壳结构半导体纳米棒薄膜；
将所述核壳结构半导体纳米棒薄膜进行转印处理形成发光层，制备偏振发光二极管器件。
以及，一种光学显示系统在3D影院、手持设备、可穿戴设备上的应用。
本发明提供的光学显示系统，采用两组以核壳结构半导体纳米棒作为发光材料的偏振发光二极管器件作为基本单元，两组偏振发光二极管器件所产生的光源的偏振角度正交。具有该特征的光学显示系统，不需要设置被动光源，由电致发光即可实现自偏振发光，因而无需偏振片，可以大幅增加能效。此外，本发明所述两组偏振发光二极管器件可供应各种颜色，因此，所述光学显示系统灵活、色域广，不仅能够用于3D影院(观众可主动佩戴偏振3D眼睛观看3D显示图像)，而且有望用于相对小型的手持设备或可穿戴设备，特别是在虚拟现实和增强显示设备中有很高的应用潜力。本发明提供的光学显示系统的制备方法，简单可控。本发明提供的光学显示系统的应用，具有很有的市场应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于核壳结构半导体纳米棒的偏振发光二极管显示系统示意图；
图2是本发明实施例提供的光学显示系统中两组偏振发光二极管排列示意图；
图3是本发明实施例提供的光学显示系统中一组偏振发光二极管的发光强度空间分布图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
随着量子点材料的进展深入，研究者发现各向异性的核壳结构半导体纳米棒发射偶极不对称，其发光中心位于核壳结构的核纳米颗粒所在位置，而不是纳米棒尖端，可以形成偏振光发射。此外，核壳结构半导体纳米棒发光的量子效率高、光色纯度高。核壳结构半导体纳米棒作为一种高能效、低成本的发光材料可用于新一代照明和显示器件，基于核壳结构半导体纳米棒的发光二极管可渴望提供一种新颖的技术来提供3D显示效果。
有鉴于此，结合图1-3，本发明实施例提供了一种光学显示系统，所述光学显示系统为电致自偏振发光显示系统，至少包括两组偏振发光二极管器件(P1、P2)，所述两组偏振发光二极管器件的量子点发光层为各向异性的核壳结构半导体纳米棒定向排列形成的发光薄膜，且同一组偏振发光二极管器件的所述核壳结构半导体纳米棒的对准轴平行排列，不同组偏振发光二极管器件的所述核壳结构半导体纳米棒的对准轴垂直排列，所述两组偏振发光二极管器件所产生的光源的偏振角度正交。基于核壳结构半导体纳米棒偏振发光二极管的所述光学显示系统示意图如图1所示。
本发明至少包括两组不同光学特定的偏振发光二极管器件(P1、P2)，具体的，所述两组偏振发光二极管器件的发射光(L1、L2)的偏振光正交。有别于传统的基于光偏振的光学显示系统，本发明实施例所述光学显示系统中，所述两组偏振发光二极管器件(P1、P2)以各向异性的核壳结构半导体纳米棒作为发光材料，所述核壳结构半导体纳米棒还具有量子发光效率高、光学纯度高的优点。具体的，所述核壳结构半导体纳米棒包括但不限于CdSe/CdS、InP/ZnS、CuInS2/ZnS半导体纳米晶及其合金核壳结构半导体纳米晶。
进一步的，各组偏振发光二极管器件中的所述核壳结构半导体纳米棒呈定向排列，具体的，所述同一组偏振发光二极管器件的所述核壳结构半导体纳米棒的对准轴平行排列，不同组偏振发光二极管器件的所述核壳结构半导体纳米棒的对准轴垂直排列，如图2所示。所述核壳结构半导体纳米棒的发射强度角度变化与其偶极相似，较低强度的光沿着长轴方向，较高强度的光沿着与长轴垂直的方向发射，适用于3D显示系统，图3是本发明实施例提供的光学显示系统中一组偏振发光二极管的发光强度空间分布图。通过该设置，所述两组偏振发光二极管器件(P1、P2)中核壳结构半导体纳米棒可电致发光、进而实现相互正交的自偏振光，即可所述两组偏振发光二极管器件所产生的光源的偏振角度正交，从而实现3D显示。由于不需要被动光源，无需设置偏振片，可以消除或至少显著降低对显示系统中的滤色层的需要，从而降低能耗。因此，本发明实施例所述光学显示系统可以大幅增加能效。当所述偏振发光二极管器件的数量超过两个时，所述偏振发光二极管器件在整体上仍以交替的方式来布置偏振和颜色不同的单元组。
由此得到的光学显示系统具有广色域、高能效的优点，不仅能应用于3D影院，而且能在相对小型的手持或可穿戴设备领域使用，特别是杂虚拟现实和增强现实设备中应用。
基于上述特征，本发明实施例所述光学显示系统中，所述两组偏振发光二极管器件(P1、P2)中核壳结构半导体纳米棒的发射波长没有严格限制。作为一个具体实施例，所述核壳结构半导体纳米棒发射相同波长的光。作为另一个具体实施例，所述核壳结构半导体纳米棒发射不同波长的光。
本发明实施例所述光学显示系统中，所述同一组偏振发光二极管器件中，可以分为若干个发射原色的二极管单元。所述核壳结构半导体纳米棒包括红、绿、蓝量子点中的至少一种。作为较佳实施例，所述光学显示系统中，所述同一组偏振发光二极管器件为包括红、绿、蓝三色量子点的彩色发光二极管器件，每个二极管单元中的所述核壳结构半导体纳米棒平行对准，以提供不同颜色的偏振发光，由此可得到广色域的彩色偏振光源。
本发明实施例提供的光学显示系统，采用两组以核壳结构半导体纳米棒作为发光材料的偏振发光二极管器件作为基本单元，两组偏振发光二极管器件所产生的光源的偏振角度正交。具有该特征的光学显示系统，不需要设置被动光源，由电致发光即可实现自偏振发光，因而无需偏振片，可以大幅增加能效。此外，本发明实施例所述两组偏振发光二极管器件可供应各种颜色，因此，所述光学显示系统灵活、色域广，不仅能够用于3D影院(观众可主动佩戴偏振3D眼睛观看3D显示图像)，而且有望用于相对小型的手持设备或可穿戴设备，特别是在虚拟现实和增强显示设备中有很高的应用潜力。
本发明实施例所述光学显示系统的制备方法，可通过下述方法制备获得。
以及，本发明实施例还提供了一种光学显示系统的制备方法，包括以下步骤：
S01.提供核壳结构半导体纳米棒，将所述核壳结构半导体纳米棒分散于非极性溶剂中形成量子点分散液，将所述量子点分散液进行过滤处理，得到核壳结构半导体纳米棒溶液；
S02.在102-105Pa的气压下，将所述核壳结构半导体纳米棒溶液分散到极性溶剂表面，均匀挥发所述核壳结构半导体纳米棒溶液中的非极性溶剂，得到定向排列的核壳结构半导体纳米棒薄膜；
S03.将所述核壳结构半导体纳米棒薄膜进行转印处理形成发光层，制备偏振发光二极管器件。
具体的，上述步骤S01中，将所述核壳结构半导体纳米棒分散于非极性溶剂中，所述核壳结构半导体纳米棒如前文所述，所述非极性溶剂优选但不限于正己烷、甲苯、氯仿中的至少一种。
将分散后形成的量子点分散液进行过滤处理，得到提纯后的核壳结构半导体纳米棒溶液。优选的，所述过滤处理采用注射器将所述量子点分散液通过PTFE filter滤头，得到提纯的核壳结构半导体纳米棒溶液。
上述步骤S02中，在102-105Pa的气压下将所述核壳结构半导体纳米棒溶液滴加到极性溶剂中，从而保证所述核壳结构半导体纳米棒溶液在所述极性溶剂表面均匀分散、以及进一步地保证所述非极性溶剂的挥发。具体优选的，所述极性溶剂为乙二醇。在该步骤条件下，所述非极性溶剂在所述极性溶剂表面缓慢均匀的挥发，所述核壳结构半导体纳米棒浓度增加，所述核壳结构半导体纳米棒之间的距离减小，在表面张力作用下，所述核壳结构半导体纳米棒新成定向排列的薄膜。由此，得到定向的核壳结构半导体纳米棒薄膜。
上述步骤S03中，将所述核壳结构半导体纳米棒薄膜进行转印处理形成发光层，进而制备的偏振发光二极管器件。所述偏振发光二极管器件至少包括两组，且两组所述偏振发光二极管器件中的所述核壳结构半导体纳米棒相互垂直。
本发明实施例提供的光学显示系统的制备方法，简单可控。
以及，本发明实施例还提供了一种上述光学显示系统在3D影院、手持设备、可穿戴设备上的应用。
本发明提供的光学显示系统的应用，具有很有的市场应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学显示系统，其特征在于，所述光学显示系统为电致自偏振发光显示系统，至少包括两组偏振发光二极管器件，所述两组偏振发光二极管器件的量子点发光层为各向异性的核壳结构半导体纳米棒定向排列形成的发光薄膜，且同一组偏振发光二极管器件的所述核壳结构半导体纳米棒的对准轴平行排列，不同组偏振发光二极管器件的所述核壳结构半导体纳米棒的对准轴垂直排列，所述两组偏振发光二极管器件所产生的光源的偏振角度正交。
2.如权利要求1所述的光学显示系统，其特征在于，所述核壳结构半导体纳米棒包括CdSe/CdS、InP/ZnS、CuInS2/ZnS半导体纳米晶及其合金核壳结构半导体纳米晶。
3.如权利要求1所述的光学显示系统，其特征在于，所述两组偏振发光二极管器件中，所述核壳结构半导体纳米棒发射相同波长的光。
4.如权利要求1所述的光学显示系统，其特征在于，所述两组偏振发光二极管器件中，所述核壳结构半导体纳米棒发射不同波长的光。
5.如权利要求1-4任一所述的光学显示系统，其特征在于，所述同一组偏振发光二极管器件中，所述核壳结构半导体纳米棒包括红、绿、蓝量子点中的至少一种。
6.如权利要求5所述的光学显示系统，其特征在于，所述同一组偏振发光二极管器件为包括红、绿、蓝三色量子点的彩色发光二极管器件。
7.一种如权利要求1-6任一所述的光学显示系统的制备方法，包括以下步骤：
提供核壳结构半导体纳米棒，将所述核壳结构半导体纳米棒分散于非极性溶剂中形成量子点分散液，将所述量子点分散液进行过滤处理，得到核壳结构半导体纳米棒溶液；
在102-105Pa的气压下，将所述核壳结构半导体纳米棒溶液分散到极性溶剂表面，均匀挥发所述核壳结构半导体纳米棒溶液中的非极性溶剂，得到定向排列的核壳结构半导体纳米棒薄膜；
将所述核壳结构半导体纳米棒薄膜进行转印处理形成发光层，制备偏振发光二极管器件。
8.如权利要求7所述的光学显示系统的制备方法，其特征在于，所述过滤处理的方法为：用注射器将所述量子点分散液通过PTFE filter滤头，得到提纯的核壳结构半导体纳米棒溶液。
9.如权利要求7所述的光学显示系统的制备方法，其特征在于，所述极性溶剂为乙二醇。
10.一种如权利要求1-6任一所述的光学显示系统在3D影院、手持设备、可穿戴设备上的应用。
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