CN106646987A - 一种透明显示器 - Google Patents

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蒋向东
高升旭
曾雄
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Abstract

本发明公开了一种透明显示器，涉及光电显示技术领域，其包括依次层叠设置的TFT‑LCD层、量子转换层、PDLC或PNLC层、导光板层和液晶变光层，TFT‑LCD层是包含前后偏振片的组合阵列基板结构；量子转换层用于将光线透射的光波长转换成另一种波长的光，对应照亮TFT‑LCD层处于显像模式下的成像；PDLC或PNLC层用于使透过的光线呈现散射态或透明态；导光板层用于将LED强光发散照亮TFT‑LCD层中的成像；液晶层变光层是具有通电变为镜面玻璃或断电变为透明玻璃的层状结构。采用本发明，能在提高显示器对比度和透过率的同时具有较低的能耗和更长的使用寿命，与一般方案依靠反射光线相比，显示效果更佳，通透性更好，在现有工艺技术下，更易于实施，成本较低。

Description

一种透明显示器
技术领域
本发明涉及光电显示技术领域，确切地说涉及一种透明显示器。
背景技术
随着显示技术的发展，液晶显示装置件被广泛的应用于从小型信息终端至透射型大型 投影设备的广大领域。越来越多的厂商相继推出了具有透视功能的透明显示器，使用透明显示器，在施加电压时可以看到显示屏上的显示信息，而在不施加电压时可以通过显示屏看到显示屏背面的物体。透明显示装置可用除原有的显示功能外，更具备提供资讯等未来显示器特色，因此受到市场关注，未来可能会取代部分使用显示器的市场，预期大量的现有的显示器市场将被透明显示器取代，例如在车辆挡风玻璃、广告屏幕、移动电话、笔记本电脑等电子产品中得到了应用涉及建筑、广告和公共信息领域。目前，具有 3D 观看能力的透明显示器尚不是可用的。
透明显示器分为抬头显示器、透明液晶显示器即透明LCD与透明有机电致发光显示器即透明OLED，在这些透明显示中，抬头显示是采用影像投影的方法实现，而透明LCD与透明OLED属于真正意义上的透明显示。
透明显示器一般包括背光模组、阵列基板、液晶层、透明电极、偏振片或配向膜，通过电场控制来改变液晶分子的转动或是其他电致变色材料，不同区域从一侧进入的光具有左旋或右旋特性，透过液晶层时被反射或者透射。那么在另一侧的人眼就能看到显示屏上的显示信息，或是显示屏背面的物体。如公开号为105242447A，公开日为2016年1月13日的中国专利文献公开了一种透明显示器，其包括沿影像显示方向依次层叠设置的背光模组、阵列基板、液晶层和彩膜基板，所述彩膜基板包括多个相邻设置的像素区，每个所述像素区均包括显示区与透明区，所述显示区包括红色子像素区、绿色子像素区和蓝色子像素区，所述透明区包括白色子像素区，所述阵列基板上设置有多个呈阵列分布的薄膜晶体管，所述多个薄膜晶体管与所述彩膜基板的所述红色子像素区、所述绿色子像素区、所述蓝色子像素区和所述白色子像素区一一对应。
但是以上述专利文献为代表的现有透明显示器存在对比度低的缺点，其对比度比普通显示器低很多。原因在于，由于透明显示器具有一定程度的光穿透性，透明显示器后侧的背景会干扰透明显示器所显示的图像，例如是当后侧的背景所具有的图案与透明显示器所显示的图像重叠或是呈现相似的颜色时，易造成透明显示器显示的图像清晰度不佳以及人眼视觉疲劳等负面影响。
发明内容
本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种透明显示器，采用本发明，能在提高显示器对比度和透过率的同时具有较低的能耗和更长的使用寿命，与一般方案依靠反射光线相比，显示效果更佳，通透性更好，在现有工艺技术下，更易于实施，成本较低。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种透明显示器，其特征在于，包括依次层叠设置的TFT-LCD层、量子转换层、PDLC或PNLC层、导光板层和液晶变光层，其中：
所述的TFT-LCD层是包含前后偏振片的组合阵列基板结构；
所述的量子转换层用于将光线透射的光波长转换成另一种波长的光，对应照亮TFT-LCD层处于显像模式下的成像；
所述的PDLC或PNLC层用于使透过的光线呈现散射态或透明态；
所述的导光板层用于将LED强光发散照亮TFT-LCD层中的成像；
所述的液晶层变光层是具有通电变为镜面玻璃或断电变为透明玻璃的层状结构。
所述的基板为透明的玻璃基板或塑料基板。
所述的TFT-LCD是薄膜晶体管液晶显示器。
所述的PDLC是指聚合物分散液晶，所述的PNLC是指聚合物网络液晶。
所述的量子转换层是由量子膜或量子涂层形成的量子层。
所述的导光板层采用导光有机材料板材制成。
在导光板层内设置有直线式LED灯条。
所述的液晶变光层是由现有的变光液晶窗户中采用的液晶-聚合物复合材料制成。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：
1、本发明中，采用TFT-LCD层、量子转换层、PDLC或PNLC层、导光板层和液晶变光层这样顺序设置形成的透明显示器，量子转换层的应用，使得色域更广，通透性更好，图画显示效果好。液晶变光层，当处于显像模式时，向液晶变光层施加电压，该层中的材料发生可逆的变化，导致光学性能改变，透过率骤降，反射率提高，液晶变光层具有了镜面特性。而不加电时，透过率恢复，呈现出普通透明玻璃材料的特性。本申请中，液晶变光层的使用，使得本申请与一般方案依靠反射光线相比，显示效果更佳，通透性更好，在现有工艺技术下，更易于实施，成本较低。
在TFT-LCD层， PDLC或PNLC层，液晶变光层施加合适的电压 ，此时，TFT-LCD层提供视频图像源，需要后面的层状结构提供背光照亮。PDLC或PNLC层因施加电压，液晶微粒的光轴垂直于薄膜表面排列，即与电场方向一致。微粒之寻常光折射率与聚合物的折射率基本匹配，构成了一基本均匀的介质，该层薄膜呈透明状。液晶变光层因施加电压，材料发生可逆的变化，导致光学性能改变，透过率骤降，反射率提高，液晶变光层具有了镜面特性。此时导光板层作为装置的光源，强光在导光板层中被均匀的发散，靠变光层的一侧光线会在镜面的变光层结构全反射，层状结构密封好，也不会从两侧漏光，这一侧的光束得到充分的利用。导光板层靠近液晶层一侧的光线结合另一侧反射过来的光线几乎无衰减的透过呈透明状态的液晶层，进而再透过波长变换的量子层，光线中不同波长的成分转换成所需的波长长度，最终投射到TFT-LCD层，作为强光面光源，使得TFT-LCD层色彩鲜艳，对比度高，图像具有很高的质量。人眼就能清晰地观察到TFT-LCD层中的显示的图像。
2、本发明中，使用直线的LED灯条通过导光板，转换成两位平面画面照射使用的背光，可以减少LED灯珠的用量，容易批量生产，降低生产成本。当工作在显像模式下，开启导光板层，LED强光在导光板层中被均匀的发散照亮TFT-LCD层中的成像，避免了透过图像局部产生光斑亮暗不均。
3、本发明中，PDLC或PNLC层的应用，如果施加低频电压，液晶分子由于电场的作用，使透过的光线呈现散射态，去掉低频电压后，散射状态保持不变，如果施加高频电压，液晶分子随着电场的驱动，呈现平行排列，使得液晶层显示透明态，同样去掉高频电压后仍可保持透明态。由于维持在一个状态时无需持续加电压，因此本显示器的能耗显著降低。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明结构示意图。
图中标记：
1、TFT-LCD层，2、量子转换层，3、PDLC或PNLC层，4、导光板层，5、液晶变光层，6、LED灯条，7、透明工作模式，8、透明显像模式，9、前偏振片，10、后偏振片，11、透明电极。
具体实施方式
作为本发明的最佳实施方式，请参阅图 1，本发明实施例提供的透明显示器包括常白模式的TFT-LCD（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）层1 和量子转换层2， PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal)或PNLC (Polymer Network LiquidCrystal)层3，导光板层4，液晶变光层5。
如图所示， TFT-LCD层1的设计是包含前后偏振片的组合阵列基板结构，具有成像和透明两种状态。组合阵列基板结构在图上是指1，9, 10 三层组合结构，整个叫阵列基板。其中9 是所述的前偏振片结构，起偏作用。10 后偏振片，检偏作用。所述基板为透明的玻璃基板或塑料基板，所述的偏振片除了改变传输到量子层2的光旋转或延迟，还能够用来改进显示器的对比率和减少透射时的眩光。其工作模式分为常白透明模式7和显像模式8，当发明处于常白透明模式时，配合导光板4处于关闭状态，液晶变光层5处于通透状态。光线以透明状态7无障碍穿过整个结构，人眼可以清晰地看到发明之后的景象。
量子转换层2将光线透射的光波长转换成另一种波长的光，对应照亮TFT-LCD层1处于显像模式8下的成像，使得画面显示有色彩变换效果。该量子转换层是由量子膜或量子涂层形成的量子层，使得色域更广，生产成本低，图画显示效果好。
PDLC或PNLC层3中包括：高分子聚合物，如果施加低频电压，液晶分子由于电场的作用，使透过的光线呈现散射态，去掉低频电压后，散射状态保持不变，如果施加高频电压，液晶分子随着电场的驱动，呈现平行排列，使得液晶层显示透明态，同样去掉高频电压后仍可保持透明态。由于维持在一个状态时无需持续加电压，因此显示装置的能耗显著降低。驱动液晶所包括的透明电极材料为透明金属氧化物。
导光板层4按照透光的图像形状通过激光切割或者模具注塑成型的方法制作成型。导光板层采用测发光原理。可以用具备光扩散性的PS（聚苯乙烯）、PC（聚碳酸酯）、PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）材料的薄膜型导光板，具有一定雾度、透光率，能有效的将点或线光源转化为柔和、均匀的面光源，在达到透光率的前提下，同时具有良好的光源点阵遮蔽性，且价格便宜。也可以采用厚度较厚的PMMA（亚克力）材料来制成扩散导光板，此种扩散导光板通过其表面的微特征结构的阵列排列，使光线向不同方向进行折射。PMMA型的导光板材料可以改变微观结构和排布，调整扩散角度、光场的空间和能量分布。相比传统导光板，亮度更高，尺寸安定性优良，耐久性优异，不易黄化。使用直线的LED灯条6通过导光板，转换成两位平面画面照射使用的背光，可以减少LED灯珠的用量，容易批量生产，降低生产成本。当本发明工作在显像模式8下，开启导光板层，LED强光在导光板层中被均匀的发散照亮TFT-LCD层1中的成像，避免了透过图像局部产生光斑亮暗不均。
液晶变光层5，是利用液晶变光窗中的液晶材料。电致变色材料能在外加较低的驱动电压或电流作用下，发生可逆的颜色变化，是材料的价态和组分发生可逆的变化，使材料的光学性能发生改变或者保持改变。当发明处于显像模式8，向液晶变光层5施加电压，该层中的材料发生可逆的变化，导致光学性能改变，透过率骤降，反射率提高，液晶变光层5具有了镜面特性。而不加电时，透过率恢复，呈现出普通透明玻璃材料的特性。
液晶变光层可以采用的如 CN202810544U，公开日为 2013年3月20日中所述的变光窗体的结构。
本方案提供的透明显示器，包括沿影像显示方向依次层叠设置的TFT-LCD层1、量子转换层2、PDLC或PNLC层3、导光板层4、液晶变光层5。
当本发明工作在透明工作模式7时，液晶变光层5不加电，处于通透状态可以理解成高透过率透明玻璃，导光板层4不加电，由自然光几乎无衰减透过，PDLC或PNLC层3也不影响光线通过。量子转换层2可以将光线中不同波长的成分转换成所需的波长长度。只有TFT-LCD层加电，开启常白模式，使得光线无障碍透射。处于该工作模式下，人眼可以清晰地观察到发明之后的景象。
当本发明工作在显像模式8时，在TFT-LCD层1， PDLC或PNLC层3，液晶变光层5施加合适的电压 ，此时，TFT-LCD层1提供视频图像源，需要后面的层状结构提供背光照亮。PDLC或PNLC层3因施加电压，液晶微粒的光轴垂直于薄膜表面排列，即与电场方向一致。微粒之寻常光折射率与聚合物的折射率基本匹配，构成了一基本均匀的介质，该层薄膜呈透明状。液晶变光层5因施加电压，材料发生可逆的变化，导致光学性能改变，透过率骤降，反射率提高，液晶变光层5具有了镜面特性。此时导光板层4作为装置的光源，强光在导光板层中被均匀的发散，靠变光层的一侧光线会在镜面的变光层结构全反射，层状结构密封好，也不会从两侧漏光，这一侧的光束得到充分的利用。导光板层靠近液晶层一侧的光线结合另一侧反射过来的光线几乎无衰减的透过呈透明状态的液晶层，进而再透过波长变换的量子层，光线中不同波长的成分转换成所需的波长长度，最终投射到TFT-LCD层，作为强光面光源，使得TFT-LCD层色彩鲜艳，对比度高，图像具有很高的质量。人眼就能清晰地观察到TFT-LCD层中的显示的图像。

Claims (7)

1.一种透明显示器，其特征在于，包括依次层叠设置的TFT-LCD层、量子转换层、PDLC或PNLC层、导光板层和液晶变光层，其中：
所述的TFT-LCD层是包含前后偏振片的组合阵列基板结构；
所述的量子转换层用于将光线透射的光波长转换成另一种波长的光，对应照亮TFT-LCD层处于显像模式下的成像；
所述的PDLC或PNLC层用于使透过的光线呈现散射态或透明态；
所述的导光板层用于将LED强光发散照亮TFT-LCD层中的成像；
所述的液晶层变光层是具有通电变为镜面玻璃或断电变为透明玻璃的层状结构。
2.根据权利要求1所述的一种透明显示器，其特征在于，所述的基板为透明的玻璃基板或塑料基板。
3.根据权利要求1所述的一种透明显示器，其特征在于，所述的TFT-LCD是薄膜晶体管液晶显示器。
4.根据权利要求1所述的一种透明显示器，其特征在于，所述的PDLC是指聚合物分散液晶，所述的PNLC是指聚合物网络液晶。
5.根据权利要求1所述的一种透明显示器，其特征在于，所述的量子转换层是由量子膜或量子涂层形成的量子层。
6.根据权利要求1所述的一种透明显示器，其特征在于，所述的导光板层采用导光有机材料板材制成。
7.根据权利要求1所述的一种透明显示器，其特征在于，在导光板层内设置有直线式LED灯条。
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