CN115268127A - 一种视角发光方向可调制型驾驶舱显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及显示领域，具体为一种光波调控微纳结构复合薄膜，可实现视角亮度分布的定向调制，提升飞行员视角方向上的显示亮度并降低色偏。本发明结构由上至下依次为：上基板、第一电极层、液晶层、紫外固化胶层、第二电极层、下基板和传统显示器。所述的上基板和下基板采用柔性透明材料；所述的第一电极层和第二电极层优选氧化铟锡透明电极；所述的传统显示器选用液晶显示器(LCD)或有机发光二极管显示器(OLED)；本发明通过改变驱动电压的大小来改变液晶层与紫外固化胶层的折射率差，从而对入射光波进行调制，控制出射光波的方向。
Description
技术领域
本发明涉及显示领域，具体为一种视角发光方向可调制型驾驶舱显示器，可实现视角亮度分布的定向调制，同时扩大视角角度。
背景技术
基于目前主流技术的LCD或OLED等显示器无法满足高画质的超高清显示的现状，针对超高清显示器的视角特性的提升成为了一个亟待解决的重要问题。本发明可实现视角亮度分布的定向调制，也可扩散视角角度，在有效优化显示质量的同时可分别应对不同的使用场景需求，有着较大的经济价值和社会效益。
现代飞机驾驶舱内装备了各式各样的显示器，如何快速有效的读取相关显示信息成为提高飞行安全的重要手段之一。由于驾驶舱显示器显示的正视角与飞行员的最佳视觉角度存在夹角，驾驶舱显示器的显示效果和可读性会随着飞行员视角的增大而降低。驾驶舱显示器除了需要满足多种外部光照条件，还需满足多种飞行运动场景(如爬坡、转弯等)，因此对驾驶舱显示器的显示质量提出了更高的要求。本发明可以提升飞行员视角方向的显示质量，同时，在施加驱动电压的情况下能提高视角角度，适应飞行员因大幅度转弯等原因不断变换角度的需要，避免了飞行员因不容易直接快速准确地判断仪表的信息，而去大幅度的调整自己的头部位置，大大降低飞行员产生空间迷失的可能性，从而提高飞行安全。
发明内容
本发明意在提出一种光学膜层，可通过设计改变膜层微结构面形、周期、占空比、施加不同大小的驱动电压以及选择不同参数的材料来实现光学膜扩散视角角度和扩散量的调控，改变显示器可视角度，提高显示器性能。
本发明可以根据实际需求，灵活地应用于不同的飞行场景中，如飞行平飞和转弯或爬坡状态下飞行员相对驾驶舱显示器的视角会发生变化，本发明可通过驱动电压实时调制显示器的出射光方向，根据飞行员的视角变化优化出机载显示器的最佳显示视角，有效提高飞行安全。
本发明结构示意图如图1所示，该膜层由上至下依次为：上基板1、第一电极层2、液晶层3、紫外固化胶层4、第二电极层5、下基板6和传统显示器7。
所述的上基板1和下基板6选择柔性基底材料。
所述第一电极层2紧密附着于上基板1上，且位于靠近液晶层3的上基板1的内侧表面上。
所述的液晶层3中填充有液晶分子，所述液晶分子为向列相液晶材料。
进一步地，当所述第一电极层2和所述第二电极层5之间无电压差时，所述液晶层3中液晶分子的长轴均平行于所述第一电极层靠近所述液晶层3的表面。
进一步地，当所述第一电极层2和所述第二电极层5之间的电压为2-7V时，所述液晶层3中的液晶分子发生偏转，部分长轴开始垂直于所述第一电极层朝向所述填充层的表面。
进一步地，当所述第一电极层2和所述第二电极层5之间的电压为8-12V时，所述液晶层3中的更多的液晶分子发生偏转，垂直于所述第一电极层朝向所述填充层的表面。
进一步地，当所述第一电极层2和所述第二电极层5之间的电压为13-16V时所述液晶层3中的棒状液晶分子基本全部垂直于所述第一电极层朝向所述填充层的表面。。
进一步地，通过驱动电压的改变所述液晶层3可实现的折射率范围为1.4～1.8，即液晶层3的非寻常轴折射率ne与寻常轴折射率no取值范围为1.4～1.8。
所述紫外固化胶4的周期为0.5μm～100μm，高度为0.5μm～100μm，所述的紫外固化胶层4存在周期性微纳锯齿结构；所述的紫外固化胶层4的折射率小于液晶层3的非寻常轴折射率ne且大于液晶层3的寻常轴折射率no。
与传统技术相比，本发明可实现光波的定向调控，可根据不同使用需求做出针对性的优化设计，突破现有超高清显示技术瓶颈，使发光方向集中到使用者位置，提升所需视角方向的显示质量，降低光波向着无观看者方向传播造成的能量浪费，降低显示系统的整体能耗。
进一步地，在施加驱动电压下，增加视角亮度的稳定性，让俩最优视角的中间角度也能有很好的视角亮度，扩大使用者的视角角度，减少色偏。
下述的参考附图和实施例说明是以详细解释本发明为目的，而不是作为本发明设计范围的设定。
附图说明
图1是本发明提出的一种光波调控微纳结构复合薄膜的结构示意图。
图2是本发明下液晶分子在不施加电压情况下的状态图。
图3是本发明下液晶分子在驱动电压为5V情况下的状态图。
图4是本发明下液晶分子在驱动电压为10V情况下的状态图。
图5是本发明下液晶分子在驱动电压为15V情况下的状态图。
图6是本发明提出技术的在施加不同电压情况下两结构的折射率效果示意图，左上为不施加电压，右上为施加5V电压，左下为施加10V电压，右下为施加15V电压。
图7是本发明下液晶棒状分子的在不施加电压与驱动电压为15V时另一种角度的状态对比图。
图8是本发明实施例施加电压0V(曲线1)、15V(曲线2)和调制前(曲线3)的-90度至+90度视角的归一化亮度对比变化曲线图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员能进一步了解本发明，下面将结合附图详细地说明本发明的具体实施方式。需要说明的是所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都在本申请保护的范围内。
本发明的结构示意图如图1所示，该装置由上至下的结构依次包括：
上基板1、第一电极层2、液晶层3、紫外固化胶层4、第二电极层5和下基板6。其中上基板1和下基板6可以选择透明玻璃材料或柔性基底材料；第一电极层2中均具有导电膜以及透明基底，所述导电膜设于所述透明基底靠近所述液晶层3的一表面上，具有导电性并可传输到液晶层；液晶层3填充有棒状液晶分子，在不施加驱动电压下，液晶层的棒状液晶分子均匀分布，本实例下液晶层的等效折射率为1.741，施加驱动电压可使棒状液晶分子发生偏转，液晶层的等效折射率会根据水平位置的增加呈递减变化；紫外固化胶4一面平滑，另一面形状与液晶层3一表面咬合，实例中使用的固化胶的折射率为1.629；第二电极层5中有导电膜，电压可通过紫外固化胶层4传输到液晶层3，实现液晶层折射率的改变；各膜层之间紧密连接，不存在空气间隙。
图2是不施加电压下液晶棒状分子的状态图，可以看到所有的液晶分子均竖直状态均匀分布，本实例下液晶层的等效折射率为1.741。
图3、图4、图5是分别施加5V、10V、15V驱动电压下液晶分子状态图。棒状液晶分子在电场的作用下发生偏转，可以看到驱动电压越强，垂直分布的液晶分子就越多，液晶层的等效折射率也会发生改变。
图6是分别在0V、5V、10V、15V驱动电压下，液晶层与紫外固化胶层各部分折射率的变化。
图7从另一个角度可以更明显的看到液晶层棒状液晶分子的偏转改变，从而实现光线的折射，使视角亮度发生改变。
图8是驱动电压为0V、15V和调制前根据测试所得数据绘制的在-100度至+100度视角下的归一化亮度对比变化曲线图，其中入射光为散射光源，可以看出在未使用这款光学调控膜调制前，显示器的最大发光亮度在正视视角(90°)，随着视角的偏移亮度分布会随之减少，如曲线3所示；在不施加驱动电压调制后，显示器的最大发光视角会被调制到-16°左右，同时，在30°-45°发光亮度仍然能保持一个较好的水平，比未调制前有较大改善，如曲线1所示；在施加15V驱动电压调制后，显示器的最大发光视角回到了正视视角左右，改善了不施加驱动电压下正视角亮度下降的问题，同时在视角角度-40°-25°与25°-60°区间内，比未经调制的显示器视角亮度有一定的提高，能扩大视角角度，通过施加电压大小来适应显示器所需的各种情况。
Claims (7)
1.一种视角发光方向可调制型驾驶舱显示器，其特征在于，上基板(1)、第一电极层(2)、液晶层(3)、紫外固化胶层(4)、第二电极层(5)、下基板(6)和传统显示器(7)；
其中，所述的上基板(1)和下基板(6)采用柔性透明材料；所述的第一电极层(2)和第二电极层(5)优选氧化铟锡透明电极；所述的传统显示器选用液晶显示器(LCD)或有机发光二极管显示器(OLED)。
2.如权利要求1所述的一种视角发光方向可调制型驾驶舱显示器，其特征在于第一电极层(2)紧密附着于上基板(1)上，且位于靠近液晶层(3)的上基板(1)的内侧表面上。
3.如权利要求1所述的一种视角发光方向可调制型驾驶舱显示器，其特征在于所述的液晶层(3)中填充有液晶材料，所述液晶材料为向列相液晶材料。
4.如权利要求1所述的一种视角发光方向可调制型驾驶舱显示器，其特征在于所述的紫外固化胶层(4)存在周期性微纳锯齿结构；所述的紫外固化胶层(4)的材料折射率小于液晶层(3)的非寻常轴折射率ne且大于液晶层(3)的寻常轴折射率no。
5.如权利要求1所述的一种视角发光方向可调制型驾驶舱显示器，其特征在于所述的液晶层(3)的液晶分子取向角方向沿着紫外固化胶层(4)中周期性微纳锯齿结构的栅线方向。
6.如权利要求1所述的一种视角发光方向可调制型驾驶舱显示器，其特征在于所述第一电极层(2)和所述第二电极层(5)之间有电压差时，液晶分子发生偏转，使液晶层(3)的折射率发生改变。
7.如权利要求1所述的一种视角发光方向可调制型驾驶舱显示器，其特征在于所述第一电极层(2)和所述第二电极层(5)之间有电压差时，液晶层(3)与紫外固化胶层(4)的折射率差值发生变化，引起光波出射角改变从而达到调制显示器发光角度的目的。
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