CN117031812A - 一种液晶相干显示透明屏及液晶激光透明显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液晶相干显示透明屏及液晶激光透明显示系统，该液晶相干显示透明屏采用第一部分反射镜和第二部分反射镜构成的光学谐振微腔，取代现有技术中的起偏器、检偏器和滤光片，进而提高液晶透明显示的透光率。

Description

一种液晶相干显示透明屏及液晶激光透明显示系统
本申请要求于2022年12月22日提交中国专利局、申请号为202211656478.0、发明名称为“一种液晶相干显示透明屏及液晶激光透明显示系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及显示技术领域，更具体地说，涉及一种液晶相干显示透明屏及液晶激光透明显示系统。
背景技术
随着科学技术的不断发展，各种各样的显示技术已广泛应用于人们的生活和工作中，为人们的日常生活带来了极大的便利。
其中，透明显示是在透明介质上显示图像的一种显示技术，其可实现显示内容和应用场景的融合，例如在玻璃上显示内容与应用场景实现虚实结合的显示。
基于液晶显示的透明显示是一种常见的透明显示技术，液晶透明显示系统主要由宽光谱照明光源和液晶透明显示屏组成，其基本显示原理是非偏振的宽光谱照明光经过起偏器产生偏振光，通过电场改变液晶状态和光的偏振态，结合与起偏器正交的检偏器，实现亮度调制和对比显示；此外，为了产生彩色图像信息，需对宽光谱照明光进行滤光处理，产生红、绿和蓝三基色，因此还需要使用滤光片。
显然现有的液晶透明显示系统由于需要用到起偏器、检偏器和滤光片，导致其液晶透明显示时的透光率较低，透光率通常为5％-10％。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种液晶相干显示透明屏及液晶激光透明显示系统，技术方案如下：
一种液晶相干显示透明屏，所述液晶相干显示透明屏包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
位于所述第一基板朝向所述第二基板一侧的第一配向层；
位于所述第二基板朝向所述第一基板一侧的第二配向层；
位于所述第一配向层和所述第二配向层之间的液晶层；
位于所述第一配向层和所述第一基板之间层叠设置的第一电极层和第一部分反射镜；
位于所述第二配向层和所述第二基板之间层叠设置的第二电极层和第二部分反射镜；
其中，所述第一电极层位于所述第一部分反射镜和所述第一基板之间，且所述第二电极层位于所述第二部分反射镜和所述第二基板之间；或，所述第一部分反射镜位于所述第一电极层和所述第一基板之间，且所述第二部分反射镜位于所述第二电极层和所述第二基板之间；或，所述第一电极层位于所述第一部分反射镜和所述第一基板之间，且所述第二部分反射镜位于所述第二电极层和所述第二基板之间；或，所述第一部分反射镜位于所述第一电极层和所述第一基板之间，且所述第二电极层位于所述第二部分反射镜和所述第二基板之间。
优选的，在上述液晶相干显示透明屏中，所述第一基板为玻璃基板，所述第二基板为玻璃基板。
优选的，在上述液晶相干显示透明屏中，所述第一电极层为氧化铟锡电极层，所述第二电极层为氧化铟锡电极层。
优选的，在上述液晶相干显示透明屏中，所述第一配向层为聚酰亚胺配向层，所述第二配向层为聚酰亚胺配向层。
优选的，在上述液晶相干显示透明屏中，所述第一部分反射镜为单层膜层或多层层叠设置的膜层，所述第二部分反射镜为单层膜层或多层层叠设置的膜层。
本申请还提供了一种液晶激光透明显示系统，所述液晶激光透明显示系统包括：
光源、光学组件和权利要求1-5任一项所述的液晶相干显示透明屏。
优选的，在上述液晶激光透明显示系统中，所述光学组件包括：匀场光学组件；
所述匀场光学组件用于对所述光源发出的光进行匀场处理。
优选的，在上述液晶激光透明显示系统中，所述光学组件还包括：整形光学组件；
所述整形光学组件用于对所述匀场光学组件输出的光进行整形处理。
优选的，在上述液晶激光透明显示系统中，所述光学组件还包括：激光传输组件；
所述激光传输组件用于将所述整形光学组件输出的光传输至所述液晶相干显示透明屏。
优选的，在上述液晶激光透明显示系统中，所述光源为激光光源。
相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：
本发明提供的一种液晶相干显示透明屏包括：相对设置的第一基板和第二基板；位于所述第一基板朝向所述第二基板一侧的第一配向层；位于所述第二基板朝向所述第一基板一侧的第二配向层；位于所述第一配向层和所述第二配向层之间的液晶层；位于所述第一配向层和所述第一基板之间层叠设置的第一电极层和第一部分反射镜；位于所述第二配向层和所述第二基板之间层叠设置的第二电极层和第二部分反射镜；其中，所述第一电极层位于所述第一部分反射镜和所述第一基板之间，且所述第二电极层位于所述第二部分反射镜和所述第二基板之间；或，所述第一部分反射镜位于所述第一电极层和所述第一基板之间，且所述第二部分反射镜位于所述第二电极层和所述第二基板之间；或，所述第一电极层位于所述第一部分反射镜和所述第一基板之间，且所述第二部分反射镜位于所述第二电极层和所述第二基板之间；或，所述第一部分反射镜位于所述第一电极层和所述第一基板之间，且所述第二电极层位于所述第二部分反射镜和所述第二基板之间。该液晶相干显示透明屏采用第一部分反射镜和第二部分反射镜构成的光学谐振微腔，取代现有技术中的起偏器、检偏器和滤光片，进而提高液晶透明显示的透光率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种液晶激光透明显示系统的原理结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种液晶激光透明显示系统的原理结构示意图；
图3为本发明实施例提供的又一种液晶激光透明显示系统的原理结构示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种液晶激光透明显示系统的原理结构示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种液晶激光透明显示系统的原理结构示意图；
图6为本发明实施例提供的又一种液晶激光透明显示系统的原理结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种液晶相干显示透明屏的原理结构示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种液晶相干显示透明屏的原理结构示意图；
图9为本发明实施例提供的又一种液晶相干显示透明屏的原理结构示意图；
图10为本发明实施例提供的又一种液晶相干显示透明屏的原理结构示意图；
图11为图7所示液晶相干显示透明屏中像素的反射光谱示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种液晶激光透明显示系统的原理结构示意图，参考图2，图2为本发明实施例提供的另一种液晶激光透明显示系统的原理结构示意图，该液晶激光透明显示系统包括：
光源11、光学组件12和下述实施例所述的液晶相干显示透明屏13。
具体的，在本发明实施例中光源11发出的光经过光学组件12后对液晶相干显示透明屏13进行照明，如图1所示液晶相干显示透明屏13工作在反射模式下，观察者的人眼和光源11位于液晶相干显示透明屏13的同侧，如图2所示液晶相干显示透明屏13工作在透射模式下，观察者的人眼和光源11分别位于液晶相干显示透明屏13的两侧，实现了一种无偏光元件和无滤光片的LC-LTD(Liquid Crystal-Laser Transparent Display，液晶激光透明显示)技术，由于该LC-LTD技术无需偏光元件和滤光片，对于非相干的环境光具有高透光率的优点。
可选的，在本发明另一实施例中，参考图3，图3为本发明实施例提供的又一种液晶激光透明显示系统的原理结构示意图，以反射模式下的液晶相干显示透明屏13为例进行说明。
所述光源11为激光光源14。
具体的，在本发明实施例中使用激光光源14作为液晶激光透明显示系统的照明光源，具有单色性好、颜色极纯等优点，可使显示图像具有大色域的优点；并且激光光源14发出的激光的方向性好，可实现更高的光效利用率，可使显示图像具有高亮度的优点。
可选的，在本发明另一实施例中，参考图4，图4为本发明实施例提供的又一种液晶激光透明显示系统的原理结构示意图，以反射模式下的液晶相干显示透明屏13为例进行说明。
所述光学组件12包括：匀场光学组件15。
所述匀场光学组件15用于对所述光源11发出的光进行匀场处理。
可选的，在本发明另一实施例中，参考图5，图5为本发明实施例提供的又一种液晶激光透明显示系统的原理结构示意图，以反射模式下的液晶相干显示透明屏13为例进行说明。
所述光学组件12还包括：整形光学组件16。
所述整形光学组件16用于对所述匀场光学组件15输出的光进行整形处理。
可选的，在本发明另一实施例中，参考图6，图6为本发明实施例提供的又一种液晶激光透明显示系统的原理结构示意图，以反射模式下的液晶相干显示透明屏13为例进行说明。
所述光学组件12还包括：激光传输组件17。
所述激光传输组件17用于将所述整形光学组件16输出的光传输至所述液晶相干显示透明屏13。
可选的，在本发明另一实施例中，参考图7，图7为本发明实施例提供的一种液晶相干显示透明屏的原理结构示意图，参考图8，图8为本发明实施例提供的另一种液晶相干显示透明屏的原理结构示意图，参考图9，图9为本发明实施例提供的又一种液晶相干显示透明屏的原理结构示意图，参考图10，图10为本发明实施例提供的又一种液晶相干显示透明屏的原理结构示意图，所述液晶相干显示透明屏13包括：
相对设置的第一基板21和第二基板22。
位于所述第一基板21朝向所述第二基板22一侧的第一配向层25。
位于所述第二基板22朝向所述第一基板21一侧的第二配向层28。
位于所述第一配向层25和所述第二配向层28之间的液晶层29。
位于所述第一配向层25和所述第一基板21之间层叠设置的第一电极层23和第一部分反射镜24。
位于所述第二配向层28和所述第二基板22之间层叠设置的第二电极层26和第二部分反射镜27。
其中，如图7所示所述第一电极层23位于所述第一部分反射镜24和所述第一基板21之间，且所述第二电极层26位于所述第二部分反射镜27和所述第二基板22之间；或，如图8所示所述第一部分反射镜24位于所述第一电极层23和所述第一基板21之间，且所述第二部分反射镜27位于所述第二电极层26和所述第二基板22之间；或，如图9所示所述第一部分反射镜24位于所述第一电极层23和所述第一基板21之间，且所述第二电极层26位于所述第二部分反射镜27和所述第二基板22之间；或，如图10所示所述第一电极层23位于所述第一部分反射镜24和所述第一基板21之间，且所述第二部分反射镜27位于所述第二电极层26和所述第二基板22之间。
具体的，在本发明实施例中以两个像素为例进行说明，该液晶相干显示透明屏13的基本结构如图7、图8、图9和图10所示，主要包括第一基板21、第二基板22、第一电极层23、第一部分反射镜24、第一配向层25、第二电极层26、第二部分反射镜27、第二配向层28和液晶层29，其中第一电极层23和第二电极层26用于对液晶层29中的液晶施加电场信号，第一配向层25和第二配向层28用于对液晶层29中的液晶进行锚定操作。
进一步的，在本发明实施例中该液晶相干显示透明屏13采用第一部分反射镜24和第二部分反射镜27构成的光学谐振微腔，取代现有技术中的起偏器、检偏器和滤光片，进而可提高液晶透明显示的透光率。
如图7、图8、图9和图10所示，通过第一电极层23和第二电极层26对左边像素和右边像素施加的电压信号不同，分别为Von和Voff；因此左边像素和右边像素内的液晶状态和液晶等效折射率不同，使对应的光学谐振微腔具有不同的等效腔长和反射或透射光谱。
进一步的，参考图11，图11为图7所示液晶相干显示透明屏中像素的反射光谱示意图。图11中是当激光波长为520nm时，对液晶相干显示透明屏13某一像素施加“全开”和“全关”电压后，该像素的反射光谱示意图。
需要说明的是，图10中此时施加电压前后液晶的折射率变化范围为1.58-1.67，第一电极层23和第二电极层26的厚度为50nm，第一部分反射镜24和第二部分反射镜27的反射率为0.15，液晶层29的厚度为1.5μm，激光的入射角度为9.2°。
当对该像素施加“全开”电压时，该像素的反射光谱峰值位置与激光波长位置重合，此时该像素的亮度最亮；当对该像素施加“全关”电压时，该像素的反射光谱谷值位置与激光波长位置重合，此时该像素的亮度最暗。
通过上述描述可知，本发明实施例提供的一种无偏光元件和无滤光片的LC-LTD技术充分利用了激光光源的高相干光谱特征，结合液晶等效折射率的调控，改变光学谐振微腔的反射光谱，实现亮度调制和对比显示。
可选的，在本发明另一实施例中，所述第一基板21可以为玻璃基板，所述第二基板22可以为玻璃基板。
需要说明的是该第一基板21和第二基板22还可以为其它透明材料的基板，在本发明实施例中以第一基板21和第二基板22均为玻璃基板为例进行说明。
可选的，在本发明另一实施例中，所述第一电极层23可以为氧化铟锡电极层，所述第二电极层26可以为氧化铟锡电极层。
需要说明的是该第一电极层23和第二电极层26还可以为其它透明材料的电极层，在本发明实施例中以第一电极层23和第二电极层26均为氧化铟锡透明电极层为例进行说明。
可选的，在本发明另一实施例中，所述第一配向层25可以为聚酰亚胺配向层，所述第二配向层28可以为聚酰亚胺配向层。
需要说明的是该第一配向层25和第二配向层28还可以为其它通用材料的配向层，在本发明实施例中以第一配向层25和第二配向层28均为聚酰亚胺配向层为例进行说明。
可选的，在本发明另一实施例中，所述第一部分反射镜24可以为单层的Ta2O5等高折射率材料的膜层，该第二部分反射镜27可以为单层的Ta2O5等高折射率材料的膜层。
需要说明的是，该第一部分反射镜24还可以为单层的低折射率膜层或多层层叠设置的膜层，所述第二部分反射镜27为单层的低折射率膜层或多层层叠设置的膜层，在本发明实施例中以第一部分反射镜24和第二部分反射镜27均为单层的Ta2O5高折射率材料的膜层为例进行说明。
可选的，在本发明另一实施例中，以液晶层29中液晶为向列相液晶为例进行说明，例如5CB液晶。
进一步的，下面以一具体实施例的方式对本发明实施例提供的一种液晶相干显示透明屏及液晶激光透明显示系统的原理进行进一步说明：
当激光对光学谐振微腔照明时，将在第一部分反射镜24和第二部分反射镜27表面发生多次反射和透射，以及发生多光束干涉；当透射光为同相时有相长干涉，对应着该光学谐振微腔透射光谱的峰值(即反射光谱的谷值)；当透射光反相时有相消干涉，对应着该光学谐振微腔透射光谱的谷值(即反射光谱的峰值)。
假设光学谐振微腔中液晶的等效折射率为n，液晶层29的厚度为L，激光入射角度为θ，则两束相邻反射光间的光程差ΔL＝2nLcosθ。
在不考虑相移时的相位差为δ＝(4π/λ)nLcosθ。
假设第一部分反射镜24和第二部分反射镜27的反射率相同，等于R，则该光学谐振微腔的透射率函数T由下述公式给出：
其中，
在不考虑介质对光的吸收的情况下，该光学谐振微腔的反射率为R'＝1-T。
液晶在电压改变时液晶分子发生转动和改变了液晶的等效折射率n，从而改变光学谐振微腔的等效腔长nL，透射光谱T和反射光谱R'。
液晶相干显示透明屏13工作在反射模式下时，当激光光谱分别与光学谐振微腔的反射光谱的峰、谷重叠时，得到最亮和最暗的图像，其它电压信号对应的是中间亮度态。
液晶相干显示透明屏13工作在透射模式下时，当激光光谱分别与光学谐振微腔的透射光谱的峰、谷重叠时，得到最亮和最暗的图像，其它电压信号对应的是中间亮度态。
以上对本发明所提供的一种液晶激光透明显示系统及液晶相干显示透明屏进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种液晶相干显示透明屏，其特征在于，所述液晶相干显示透明屏包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
位于所述第一基板朝向所述第二基板一侧的第一配向层；
位于所述第二基板朝向所述第一基板一侧的第二配向层；
位于所述第一配向层和所述第二配向层之间的液晶层；
位于所述第一配向层和所述第一基板之间层叠设置的第一电极层和第一部分反射镜；
位于所述第二配向层和所述第二基板之间层叠设置的第二电极层和第二部分反射镜；
其中，所述第一电极层位于所述第一部分反射镜和所述第一基板之间，且所述第二电极层位于所述第二部分反射镜和所述第二基板之间；或，所述第一部分反射镜位于所述第一电极层和所述第一基板之间，且所述第二部分反射镜位于所述第二电极层和所述第二基板之间；或，所述第一电极层位于所述第一部分反射镜和所述第一基板之间，且所述第二部分反射镜位于所述第二电极层和所述第二基板之间；或，所述第一部分反射镜位于所述第一电极层和所述第一基板之间，且所述第二电极层位于所述第二部分反射镜和所述第二基板之间。
2.根据权利要求1所述的液晶相干显示透明屏，其特征在于，所述第一基板为玻璃基板，所述第二基板为玻璃基板。
3.根据权利要求1所述的液晶相干显示透明屏，其特征在于，所述第一电极层为氧化铟锡电极层，所述第二电极层为氧化铟锡电极层。
4.根据权利要求1所述的液晶相干显示透明屏，其特征在于，所述第一配向层为聚酰亚胺配向层，所述第二配向层为聚酰亚胺配向层。
5.根据权利要求1所述的液晶相干显示透明屏，其特征在于，所述第一部分反射镜为单层膜层或多层层叠设置的膜层，所述第二部分反射镜为单层膜层或多层层叠设置的膜层。
6.一种液晶激光透明显示系统，其特征在于，所述液晶激光透明显示系统包括：
光源、光学组件和权利要求1-5任一项所述的液晶相干显示透明屏。
7.根据权利要求6所述的液晶激光透明显示系统，其特征在于，所述光学组件包括：匀场光学组件；
所述匀场光学组件用于对所述光源发出的光进行匀场处理。
8.根据权利要求7所述的液晶激光透明显示系统，其特征在于，所述光学组件还包括：整形光学组件；
所述整形光学组件用于对所述匀场光学组件输出的光进行整形处理。
9.根据权利要求8所述的液晶激光透明显示系统，其特征在于，所述光学组件还包括：激光传输组件；
所述激光传输组件用于将所述整形光学组件输出的光传输至所述液晶相干显示透明屏。
10.根据权利要求6所述的液晶激光透明显示系统，其特征在于，所述光源为激光光源。
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