CN115933272A - 一种双视角发光方向可调型显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示领域，具体为一种双视角发光方向可调型显示器，具备定向调制视角亮度和同向调制扩散方向的功能。本发明的结构由上到下依次为：上基底、上电极层、液晶层、微纳结构层、低折射率连接层、下电极层、下基底、上偏光片、显示模组、下偏光片、背光层；所述的上电极层和下电极层优选氧化铟锡(ITO)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)；所述的微纳结构层上下表面同时具有微纳结构，其中上表面为锯齿状非对称结构，下表面为等腰三角形。本发明的增益效果在于能将显示器发出的光波主要集中于主副驾驶视角从而提高显示质量，且显示器的发光方向可追随观看者的视角变化而调制。

Description

一种双视角发光方向可调型显示器

技术领域

本发明涉及显示领域，具体为一种双视角发光方向可调型显示器，具备发光方向的双视角同向可调功能。

背景技术

目前运用主流技术的显示器在离轴视角较大时存在较低的发光亮度和较大的色偏。本发明可实现定向调制视角亮度的功能，也可扩大视角角度，能够运用于车载显示、机载显示等不同显示领域，能够取得良好的经济和社会效益。

随着科技的发展与时代的进步，人们的出行更为便捷，汽车和飞机的使用越来越频繁，相对应汽车和飞机性能方面需要提升，作为媒介工具，车载/机载显示器的技术更新也至关重要。车载显示器主要反馈车速、油量、刹车等车辆相关数据以及周边环境状况；机载显示器作为人机交互的重要设备，除了显示相关飞行数据，还影响着驾驶员对飞机的操作感受。

当驾驶员注意力离开路面时，会造成安全风险，而车载显示器信息传递不清楚会给驾驶员带来额外负担，加剧行车风险；对于机载显示，注意力分散的行为也存在风险，若飞行员能够在读取信息时更加便捷，可在很大程度上缓解了这一安全隐患。据现有技术，常规显示器存在以下几项问题。一方面，实际使用视角越偏离主屏幕则屏幕显示质量越低，存在读取数据困难的情况；另一方面，驾驶员在开车或飞行时会遇到各种情况，做出急刹、连续转弯等行为，此时正副驾驶员的视角均发生改变，显示屏显示质量的降低需要驾驶员花费更多的时间和精力来识别，甚至可能会造成信息误读从而导致对局面的误判和错误操作，最终导致严重的安全问题。

发明内容

本发明旨在提出一种双视角发光方向可调的显示器，主要作用如下：(1)将显示器发出的光波主要集中于主副驾驶双方视角；(2)发光方向可追随人员的视角方向改变，当驾驶员操纵飞机/汽车出现转弯等动作时，本技术可随着使用者观看视角的变化而调整显示器的发光视角方向，提高有效视角方向上的显示质量，进一步保障安全。综上所述，本专利所涉及到的技术能够保障飞机/汽车的驾驶员和副驾驶所处位置的视角亮度，便于驾驶员读取相关数据、了解周围环境，从而为驾驶安全提供保障。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明结构由上至下依次为：上基底、上电极层、液晶层、微纳结构层、低折射率连接层、下电极层、下基底、上偏光片、显示模组、下偏光片、背光层。

所述的上基底和下基底选用柔性基底材料。

所述的上电极层和下电极层是平面透明电极，电极材料为氧化铟锡(ITO)，电极厚度为0.05～0.15μm。

所述的液晶层采用向列相液晶材料或蓝相液晶材料，液晶层厚度为1～200μm，液晶层折射率范围为1.35～2.0。

所述的微纳结构层的选用各向同性材料，其最小周期结构为不规则六边形；微纳结构层的上下两个表面均需要制作出微纳结构，其中上表面的微纳结构为不对称三角形，对应三角形的两个底角分别为1°～45°和45°～90°；其中下表面的微纳结构为对称等腰三角形，对应三角形的两个底角相等，底角大小范围为1°～80°。

所述的低折射率连接层优选低折射率黏附胶水，低折射率连接层用来黏附微纳结构层和下电极层，低折射率连接层的折射率低于微纳结构层。

所述的上偏光片和下偏光片采用碘系吸收型偏光片，且两个偏光片的透光轴相互垂直。

所述的显示模组包括子像素、液晶材料、彩色滤光膜、薄膜场效应晶体管驱动等结构。

所述的背光层优选LED背光源。

对比传统工艺，本专利设计技术有以下增益点：一是通过本专利技术可以将显示器的光波集中于两个观看者对应的使用视角，可使显示器的显示画面质量在较大程度上提升，在车载/机载等应用领域有利于驾驶员/飞行员进行数据读取；二是通过外加电压进行调整显示器的发光视角，满足转弯、刹车等特殊运动状态下的使用需求。需要特别说明的是，在运动状态发生变化时正负驾驶员/飞行员受到的外力方向相同，因此相对于车载/机载显示器将产生同方向的视角角度偏移，本方面可同时追踪双方的视角进行调制，便于读取数据，进一步保障安全。

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是本发明提出的双视角发光方向可调显示器的结构剖面示意图。

图2是传统技术高折射率液晶和低折射率固化胶在开态和关态下光路图。

图3是本发明采用大折射率液晶材料下的光路图。

图4是本发明施加电压时的原理图。

图5是本发明未施加电压时的原理图。

图6是本发明实施例在未施加电压时的光学仿真模拟图。

图7是本发明实施例在施加电压时的光学仿真模拟图。

图8是本发明实施例在开态、关态情况下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说明本发明的具体实施方式；需要说明的是，附图仅以说明为目的，并非按照原始的尺寸比例作图。

本发明的结构剖面示意图如图1所示，该装置包括：

上基底1、上电极层2、液晶层3、微纳结构层4、低折射率连接层5、下电极层6、下基底7、上偏光片8、显示模组9、下偏光片10、背光层11；上基板1可以选择柔性塑料、树脂材料基底；液晶层3选择向列相液晶材料或蓝相液晶材料，在不加驱动电压的状态下液晶层3呈各向同性，不用对液晶层3表面做分子取向处理；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，本实例液晶层3的寻常光折射率no为1.6，非寻常光折射率ne为1.7，施加驱动电压可使棒状液晶分子发生偏转，从而改变液晶层对入射光波的等效折射率；微纳结构层4中的紫外固化胶一面与液晶层3下表面咬合，另一面通过低折射率连接层5与下电极层6贴合，实例中使用的微纳结构层4的折射率为1.4；下电极层5含导电膜，电压可通过微纳结构层4作用到液晶层3中，当液晶层3中的电压大于液晶材料的阈值电压时，液晶分子发生偏转同时液晶层3中的等效折射率改变；上偏光片8和下偏光片10的透光轴垂直，微纳结构层4的栅线方向与上偏光片8的透光轴方向平行；显示模组8控制入射光的偏振方向，通过上偏光片8、下偏光片10和显示模组8共同控制入射光是否能传递到下基底7中；背光层11为光源，起发光作用。

图2是传统技术高折射率液晶和低折射率固化胶在开态和关态下光路图，下侧三角结构保证了光线对称从两侧射出。未施加电压时，微纳结构层4的折射率和液晶层3的折射率相等，光线传播方向不发生改变；施加电压后，液晶层折射率变大，两侧光均发生折射，且折射方向相反。这种情况无法满足运动状态发生改变时正副驾驶员/飞行员相对车载/机载显示器同方向偏转的使用需求，相关问题需要解决。

图3是本发明采用大折射率液晶材料下的光路图，一束垂直光波经过微纳结构层4的等腰三角形的下表面发生了折射，折射后的光波分为两束，这两束光波会再经过微纳结构层4的上表面出射。当施加驱动电压时液晶层3的等效折射率较小时与微纳结构层4的折射率较为接近，两束光波经过微纳结构层4的上表面时发生的光路偏转较小,如图3中虚线所示。当不施加驱动电压时液晶层3的折射率较大且与微纳结构层4的折射率差较大，出射光波经过微纳结构层4的上表面时发生的光路偏转较大，如图3中实线所示。

图4是本发明施加电压时的原理图，图中液晶分子的长轴方向垂直于上基底1的所在平面，光波经上偏振片8后的偏振方向垂直于液晶分子短轴，液晶层3的等效折射率较小且与微纳结构层4的折射率较为接近，光波经过微纳结构层4的上表面时发生的光路偏转角度较小。

图5是本发明未施加电压时的原理图，图中液晶分子的长轴方向平行于微纳结构层4的栅线方向，液晶分子的长轴同时平行于上偏振片8的透光轴方向，液晶层3的等效折射率较大且大于微纳结构层4的折射率差较大，光波经过微纳结构层4的上表面时两束光波的偏转方向较大。

图6是本发明实施例的垂直视角关态时的光学仿真模拟图，此时电压属于关闭状态，液晶层3与微纳结构层4的折射率差为0.3，此时的显示器在极角-38度和0°时亮度达到峰值。

图7是本发明实施例的垂直视角开态时的光学仿真模拟图，通过电压控制驱动液晶层3与微纳结构层4的折射率差约为0.2，此时的显示器屏幕亮度峰值偏移到极角-30°和8°。

图8是电压开态和关态所得数据绘制的在-60°至+60°视角下的归一化亮度对比变化曲线图，其中入射光为垂直方向，电压开启时，显示器亮度峰值分别位于视角-30°和8°；在外加电压关闭后，显示器亮度峰值变为视角-38°与-0°，有利于改善因转弯等动作导致读取数据发生误差的情况从而保障安全。

Claims (6)

1.一种双视角发光方向可调型显示器，该装置的结构由上至下依次为：上基底(1)、上电极层(2)、液晶层(3)、微纳结构层(4)、低折射率连接层(5)、下电极层(6)、下基底(7)、上偏光片(8)、显示模组(9)、下偏光片(10)、背光层(11)；

其中，所述的上基底(1)与下基底(7)为透明柔性基底；所述的上电极层(2)与下电极层(6)选用透明导电材料；所述的上偏光片(8)与下偏光片(10)为吸收型偏光片，且所述的上偏光片(8)与下偏光片(10)的透光轴相互垂直；

其中，所述的液晶层(3)会受到来自上电极层(2)与下电极层(6)的电场作用发生液晶分子指向矢的偏转。

2.如权利要求1所述的一种双视角发光方向可调型显示器，其特征为所述的液晶层(3)用蓝相液晶材料或向列相液晶材料来填充。

3.如权利要求1所述的一种双视角发光方向可调型显示器，其特征为所述的微纳结构层(4)选用各向同性材料。

4.如权利要求1所述的一种双视角发光方向可调型显示器，其特征为所述的低折射率连接层(5)的折射率小于微纳结构层(4)的折射率。

5.如权利要求1所述的一种双视角发光方向可调型显示器，其特征为所述的液晶层(3)在未施加电压时液晶分子的长轴平行于微纳结构层(4)的栅线方向且平行于上偏光片(8)的透光轴方向。

6.如权利要求1所述的一种双视角发光方向可调型显示器，其特征为所述的微纳结构层(4)的最小周期结构为不规则六边形；微纳结构层(4)的上下两个表面均有微纳结构，其中微纳结构层(4)上表面的微纳结构为不对称三角形，对应三角形的两个底角分别为1°～45°和45°～90°；微纳结构层(4)下表面的微纳结构为对称等腰三角形，对应三角形的两个底角相等，底角大小范围为1°～80°。

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