CN113419353A - 实现三维显示的显示器、制备方法及三维显示方法 - Google Patents
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Abstract
一种实现三维显示的显示器、制备方法及三维显示方法，该实现三维显示的显示器包括：激光背板；以及两个或多个层状发光结构，沿层法线方向堆叠于所述激光背板上，所述两个或多个层状发光结构为透明结构，所述两个或多个层状发光结构的每个层状发光结构之间绝缘连接，其中，所述每个层状发光结构依次包括第一电极、第一过渡层、光致发光材料层、第二过渡层和第二电极，所述每个层状发光结构通过第一电极和第二电极接入电压。
Description
技术领域
本发明涉及光学显示领域，特别涉及实现三维显示的显示器、制备方法及三维显示方法。
背景技术
三维显示是目前显示领域的一大研究核心，如何呈现出与实际景象最为接近的三维图像，获取事物最完整的视觉信息，是未来的显示技术所重点关心的一大课题。获得真实的三维图像，对于娱乐、教育、航空、军事等领域均有着无可替代的意义。与之相对应的，三维显示屏作为实现三维显示的载体，具有极为广阔的应用前景与市场需求，是显示技术发展的关键。
对三维显示技术的研究已有百余年的历史。最初的三维显示技术依托于相应头戴式设备，在实际应用中有诸多不便，随着移动设备的普遍使用而被逐渐抛弃。当下主流的裸眼3D显示，无论其原理是利用色差、偏振还是光阑，绝大部分是利用双眼视差，使左眼与右眼获得同一个点的不同信息，从而造成大脑错觉，模拟出三维图像。这种技术下的三维显示在当下遇到了众多瓶颈，例如对于硬件有着极大要求，实际应用中视场角局限性较高；并且会由于大脑获取非真实信息而极易产生视疲劳，或者受分辨率与串扰的影响产生图像失真。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供实现三维显示的显示器、制备方法及三维显示方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的第一个方面，提供了一种实现三维显示的显示器，包括；激光背板；以及两个或多个层状发光结构，沿层法线方向堆叠于所述激光背板上，所述两个或多个层状发光结构为透明结构，所述两个或多个层状发光结构的每个层状发光结构之间绝缘连接，其中，所述每个层状发光结构依次包括第一电极、第一过渡层、光致发光材料层、第二过渡层和第二电极。
作为本发明的第二个方面，提供了一种如上所述的显示器的制备方法，包括：制作层状发光结构，包括依次形成第一电极、第一过渡层、光致发光材料层、第二过渡层和第二电极，所述层状发光结构为透明结构；将两个或多个所述层状发光结构沿层法线方向堆叠在激光背板上，所述两个或多个层状发光结构的相邻两个层状发光结构之间绝缘连接。
作为本发明的第三个方面，还提供了一种利用如上所述的显示器进行三维显示的方法，包括：将两个或多个层状发光结构的每个层状发光结构的第一电极和第二电极各自引出，分别接入电压；控制激光背板向目标位置发射激光，使所述每个层状发光结构在所述目标位置发出荧光，获得二维图像；以及对所述每个层状发光结构分别独立地进行电压调控，获得三维图像。
从上述技术方案可以看出，本发明的实现三维显示的显示器、制备方法及三维显示方法具有以下有益效果之一或其中一部分：
本发明通过激光背板对两个或多个层状发光结构中每个层状发光结构的不同位置进行激发点亮，获得二维图像，与此同时，通过将每个层状发光结构通过第一电极和第二电极接入电压，可以对各层状发光结构独立调控，实现三维空间中的像素点独立发光，从而可以真实呈现三维图像，解决视差原理下三维显示存在的问题。
附图说明
图1是本发明的层状发光结构的示意图；
图2a是本发明的实施例中层状发光结构对电压强度的响应；
图2b是本发明的实施例中层状发光结构对电压的时间开关响应；
图3是本发明的实施例中实现三维显示的显示器的结构示意图。
具体实施方式
在实现本发明的过程中发现，在相关研究过程中，尽管存在有利用多层面板控制图像景深的思路，但其本质还是对于背板信号的逐层衰减或散射投影，其光场利用率极低，且未能实现深度方向的独立控制。总体来讲，当下的研究进程中，缺乏对于显示器中出射光的完全调制思路方法。基于此种现状，传统的三维显示技术需要迎来新的突破，如何真正摆脱视觉误差效应，制作出足够接近真实的图像，是解决当下三维显示技术瓶颈的一个崭新思路。因此基于以上问题，本发明提供了一种实现三维显示的显示器设计，利用激光扫描技术，同时佐以利用各层状发光结构光致发光受电压调控淬灭这一开关特性，通过透明层状发光结构的堆叠设计，可以对各层状发光结构独立调控，实现三维空间中的像素点独立发光，从而极大程度上实现对真实三维图像的模拟复现。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
根据本发明的实施例，提供了一种实现三维显示的显示器，包括：激光背板；以及两个或多个层状发光结构，沿层法线方向堆叠于激光背板上，两个或多个层状发光结构为透明结构，两个或多个层状发光结构的相邻两个层状发光结构之间绝缘连接，其中，每个层状发光结构依次包括第一电极、第一过渡层、光致发光材料层、第二过渡层和第二电极，每个层状发光结构通过第一电极和第二电极接入电压。
本发明通过涉及多层透明的层状发光结构，在激光背板所提供的光激发条件下产生光致发光，而在施加外电压后，层状发光结构的光致发光出现急促淬灭现象，并且在电压作用下持续保持淬灭；关闭外电压后，光信号急速恢复，达到接近最初信号的强度，之后仍可重复开关。本发明通过将每个层状发光结构通过第一电极和第二电极接入电压，可以对各层状发光结构独立调控，从而可以真实呈现三维图像，解决视差原理下三维显示存在的问题。
根据本发明的实施例，光致发光材料层为量子点材料层。量子点材料层为II-VI型半导体量子点薄膜材料。可选的，II-VI型半导体量子点薄膜材料为硒化镉量子点薄膜材料，可选的，硒化镉量子点薄膜材料的厚度范围是20nm-50nm。直接利用量子点材料层的光致发光信号，具有良好的单色性和荧光效率。这种第一电极-第一过渡层-量子点材料层-第二过渡层-第二电极结构，具有优秀的电压开关响应效应，包括极短的下降/上升时间，高效的开关比以及较好的恢复能力与稳定性，具体表现为：外加电压可以导致其光致发光的强度出现快速而明显的淬灭，并且在撤去电压之后发光强度能够快速恢复；这种开关响应具有百纳秒级的响应速度，开关比根据外加电压强度的不同可达5％以下，非常适合用作显示调控。
根据本发明的实施例，第一过渡层和第二过渡层分别为载流子传输层，第一电极和第二电极之间经过载流子传输层和光致发光材料层相通，用于实现载流子传输。可选的，第一过渡层和第二过渡层的其中一个为电子传输层，另一个为空穴传输层。可选的，电子传输层为氧化锌，空穴传输层为聚[(N，N′-(4-正丁基苯基)-N，N′-二苯基-1，4-苯二胺)-ALT-(9，9-二正辛基芴基-2，7-二基)](TFB)与[聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)](PEDOT：PSS)。
根据本发明的实施例，电子传输层的厚度范围是30nm-50nm，空穴传输层的厚度范围是20nm-50nm。
根据本发明的实施例，第一电极和第二电极分别为透明导电电极，对其材料并无特殊限制，例如，第一电极和第二电极可分别选自氧化铟锡或掺铝氧化锌。
根据本发明的实施例，显示器还包括两个或多个信号发生器，与所述两个或多个层状发光结构的数量相同且一一对应地设置，两个或多个信号发生器中的每个信号发生器分别和每个层状发光结构的第一电极和第二电极连接。通过信号发生器，以施加不同强度的正反向电压，从而在第一电极和第二电极之间构建起电场，以促使经激光激发产生的激子被解离，而形成离散化的载流子，实现对光致发光的淬灭。
根据本发明的实施例，还提供了一种如上所述的显示器的制备方法，包括：制作层状发光结构，包括依次形成第一电极、第一过渡层、光致发光材料层、第二过渡层和第二电极，层状发光结构为透明结构；将两个或多个层状发光结构沿层法线方向堆叠在激光背板上，两个或多个层状发光结构的相邻两个层状发光结构之间绝缘连接。
根据本发明的实施例，在制作层状发光结构时，形成第一电极、第一过渡层、光致发光材料层、第二过渡层和第二电极的方法并无特殊限制，可依据所选用的材料进行选择，例如可采用涂覆、气相沉积、溅射等方式。
根据本发明的实施例，两个或多个层状发光结构的相邻两个层状发光结构之间的绝缘连接例如可以采用绝缘胶粘接，但并不以此为限。
根据本发明的实施例，还提供了利用如上所述的显示器进行三维显示的方法，包括：将两个或多个层状发光结构的每个层状发光结构的第一电极和第二电极各自引出，分别接入电压；控制激光背板在目标位置发射激光，使每个层状发光结构在目标位置发出荧光，获得二维图像；以及对每个层状发光结构分别独立地进行电压调控，获得三维图像。
根据本发明的实施例，电压沿层状发光结构的法线方向施加于层状发光结构，电压为反向电压，层状发光结构中的光致发光材料对法线方向的外加电压具有响应特性。电压信号可以是任意电压信号，施加电压的时间可根据实际需求进行调整。
根据本发明的实施例，控制激光背板在目标位置发射激光是利用激光扫描技术。激光扫描技术是借助激光扫描显示原理，将二维图像中的各像素点(x，y)采集转化为随时间变化的电信号E(x，y，t)，并输出至激光扫描背板上转化为激光信号，对层状发光结构进行xy平面内的选择激发点亮。
根据本发明的实施例，激光可以为蓝光或紫外光波段，激光的形式可以为脉冲或连续波激发，以适应不同电压开关调控效应的不同需求。
以下列举具体实施例来对本发明的技术方案作详细说明。需要说明的是，下文中的具体实施例仅用于示例，并不用于限制本发明。
实施例1
在本实施例中，制备实现三维显示的显示器的步骤如下：
制备层状发光结构：采用了氧化铟锡(ITO)与金属铝(此处为测试目的使用)分别作为第一电极和第二电极，第一电极和第二电极分别为正负电极；氧化锌作为电子传输层；[聚[(N，N′-(4-正丁基苯基)-N，N′-二苯基-1，4-苯二胺)-ALT-(9，9-二正辛基芴基-2，7-二基)](TFB)与[聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)](PEDOT：PSS)作为空穴传输层；硒化镉量子点作为量子点材料层；从而构建了以正极-空穴传输层-量子点材料层-电子传输层-负极电压关闭效应的层状发光结构。其中，空穴传输层、量子点材料层、电子传输层分别采用旋涂的方法制备，正负电极采用溅射的方法制备。
制备的结构如图1所示，正负电极之间经过载流子传输层与量子点材料层相通，并外接信号发生器，以施加不同强度的正反向电压，从而构建起电场。激发光入射至量子点材料层之后，量子点材料层中的电子吸收能量跃迁，形成电子-空穴对(激子)，激子复合发射出光信号。在保持光激发的前提下，施加外电压而建立电场之后，量子点材料层中原本发光的电子-空穴对在电场作用下发生分离，形成离散化的载流子，后续注入的激子一部分继续被解离，另一部分与离散化的载流子构成暗态带电激子，从而实现对光致发光的淬灭。
在完整的发光结构中，随着外加电压强度的上升，光致发光的强度出现明显下降。根据各层厚度、材料以及激发光功率大小的不同，初始发光强度、实现淬灭所需的电压大小和关闭电压后的恢复强度均会有所不同。
如图2(a)是本发明的实施例中层状发光结构对电压强度的响应，可以看出，在蓝光(405nm)的连续波激发下，层状发光结构光致发光强度随着外加电压的增强而减弱，在施加2V直流电压之后，下降至原发光峰的4.5％，表现出了肉眼可清晰分辨的淬灭现象。而在关闭电压之后，光致发光强度可以完全恢复至原强度。
如图2(b)是本发明的实施例中层状发光结构对电压的时间开关响应，可以看出，发光峰波长范围(610nm-670nm)中整体发光强度随时间的变化，在这一过程中通过手动控制外加反向电压(2V直流)，实现了多次重复开关调制：初始光信号(0～23s)在开启直流电压之后，以远快于时间分辨率的速度下降至淬灭强度。在持续施加激发光与电压的前提下，层状发光结构信号可始终维持在淬灭水平(23～48s)。关闭电压信号后，光致激发迅速恢复至初始强度。由于电场作用下产生的少部分离散化载流子逸出至量子点材料层外表面，这些载流子会在电压关闭后隧穿回量子点材料层内部，从而使得时间图像中存在较为缓慢而小幅度的弛豫恢复过程，可通过进一步调制解决这一问题。
图3是本发明的层状发光结构的示意图，展示了以层状发光结构的开关效应为基础所设计的三维显示的显示器结构。通过设计选取各层材料，可以获得透明度较好的层状发光结构，将这些层状发光结构沿层状发光结构的法线方向(z方向)进行堆叠，通过添加各层电极引脚与层间绝缘，达成各层单独电压调控的目的。(x、y)平面为层状发光结构的平面。将堆叠后的层状发光结构添加在激光背板上，即可实现本实例中的三维显示器设计。在这一三维显示结构当中，任意一点的光致发光强度I(x，y，z，t)同时由激光背板扫描信号和各层电压信号决定，其中激光背板借助激光扫描显示原理，将所需图像中的各点(x，y)采集转化为随时间变化的电信号E(x，y，t)，输出至激光背板上，转化为激光信号，对显示器的层状发光结构中的光致发光材料进行x、y平面中的选择激发；而在控制景深的方向，亦即z方向上，则根据前述的开关效应，通过信号发生器设计满足调制需求的电压信号V(z，t)，对各层图像进行分别调制，辅以考虑各层之间的吸收衰减，最终获得该点的输出光信号I(x，y，z，t)。在这一设计中，每个层状发光结构作为景深的调控最小单元，其厚度和间距决定了该方向上的分辨率。以上设计结构能够从根本上模拟出三维空间中的光强分布，从而获得接近真实的三维显示图像。
至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述，根据以上描述，本领域技术人员应当对本发明的实现三维显示的显示器、制备方法及三维显示方法具有清楚认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各结构和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状、材料或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
综上所述，本发明提供了一种实现三维显示的显示器、制备方法及三维显示方法，通过设计层状发光结构，并将其沿法线方向进行堆叠至激光扫描背板，并引出各层电极分别接入电压，利用各层的电压开关特性和激光扫描技术，对显示结构中的任一点光强进行调控，获得接近真实的三维显示图像。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“x”、“y”、“z”、“法线”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
再者，单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的作用相同或相似的材料或步骤。位于结构单元之前的单词“一”或“一个”不排除同时存在多层作用相同或相近的结构单元。
还需要说明的是，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种实现三维显示的显示器，包括：
激光背板；以及
两个或多个层状发光结构，沿层法线方向堆叠于所述激光背板上，所述两个或多个层状发光结构为透明结构，所述两个或多个层状发光结构的每个层状发光结构之间绝缘连接，其中，所述每个层状发光结构依次包括第一电极、第一过渡层、光致发光材料层、第二过渡层和第二电极，所述每个层状发光结构通过第一电极和第二电极接入电压。
2.如权利要求1所述的显示器，其中，所述光致发光材料层为量子点材料层；
优选的，所述量子点材料层为II-VI型半导体量子点薄膜材料；
优选的，所述II-VI型半导体量子点薄膜材料为硒化镉量子点薄膜材料；
优选的，所述硒化镉量子点薄膜材料的厚度范围是20nm-50nm。
3.如权利要求1所述的显示器，其中，所述第一过渡层和第二过渡层分别为载流子传输层。
优选的，所述第一过渡层和第二过渡层的其中一个为电子传输层，另一个为空穴传输层；
优选的，所述电子传输层为氧化锌，所述空穴传输层为聚[(N，N′-(4-正丁基苯基)-N，N′-二苯基-1，4-苯二胺)-ALT-(9，9-二正辛基芴基-2，7-二基)]与[聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)]；
优选的，所述电子传输层的厚度范围是30nm-50nm，所述空穴传输层的厚度范围是20nm-50nm。
4.如权利要求1所述的显示器，其中，所述第一电极和所述第二电极分别为透明导电电极，第一电极和第二电极为氧化铟锡或掺铝氧化锌；优选的，所述透明导电电极厚度范围为15nm-30nm。
5.如权利要求1所述的显示器，其中，所述显示器还包括两个或多个信号发生器，与所述两个或多个层状发光结构的数量相同且一一对应地设置，所述两个或多个信号发生器中的每个信号发生器分别和所述每个层状发光结构的第一电极和第二电极连接。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的显示器的制备方法，包括：
制作层状发光结构，包括依次形成第一电极、第一过渡层、光致发光材料层、第二过渡层和第二电极，所述层状发光结构为透明结构；
将两个或多个所述层状发光结构沿层法线方向堆叠在激光背板上，所述两个或多个层状发光结构的相邻两个层状发光结构之间绝缘连接。
7.一种利用如权利要求1-5任一项所述的显示器进行三维显示的方法，包括：
将两个或多个层状发光结构的每个层状发光结构的第一电极和第二电极各自引出，分别接入电压；
控制激光背板向目标位置发射激光，使所述每个层状发光结构在所述目标位置发出荧光，获得二维图像；以及
对所述每个层状发光结构分别独立地进行电压调控，获得三维图像。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述电压沿所述层状发光结构的法线方向施加于所述层状发光结构，所述电压为反向电压。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述控制激光背板在目标位置发射激光是利用激光扫描技术。
10.如权利要求7所述的方法，其中，所述激光为蓝光或紫外光波段，所述激光的形式为脉冲或连续波。
Priority Applications (1)
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