基于LC的光学显示系统技术方案

提出了一种光学活性结构和显示装置。该显示装置利用了光学活性结构，所述光学活性结构包括液晶材料和多个纳米棒，所述多个纳米棒构造成响应于泵浦光而发射一个或多个预定范围中的光。液晶的取向变化致使纳米棒取向变化并且调制从其发射的光。

Optical display system based on LC

An optically active structure and display device are presented. The display device using the optical activity structure of the optically active structure comprises a liquid crystal material and a plurality of the plurality of nanorods, nanorod structure in response to the pump and the emission of one or more predetermined range of light. The orientation change of the liquid crystal leads to the change of the orientation of the nanorods and modulates the light emitted from them.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于LC的光学显示系统
本专利技术整体涉及光学显示系统领域，更特别地涉及平板显示系统领域。
技术介绍
平板显示系统广泛应用于各种装置/系统中，诸如计算机监视器、手提电脑、移动电话、电视机等等。总的来说，平板显示器在市场中成为主要显示器类型。基于液晶(LC)的显示系统在各种平面屏幕显示系统中占据主要部分。基于LC的显示系统利用了分子材料，所述分子材料将某些液体性质与分子间的类晶体次序组合在一起。液体性质的存在允许LC材料响应外部场、例如电场而变化取向。通常可通过具有不同光学性质、例如偏振光的双折射和/或透射或旋转来区分LC分子的不同取向。通常，基于LC的显示系统利用对应的背式照射单元，所述背式照射单元在装置的整个表面上提供了高强度和大部分均匀的照射。显示系统的LC面板通过完全地或部分地阻挡沿着表面来自不同区域的光来提供对均匀的背式照射的调制。为了提供充分调制，由背式照射单元发出的光转换成偏振光(例如，通过输入偏光器，所述输入偏光器附接到液晶单元的底部部分)，同时LC材料的相位变化(例如，旋转)使得其对偏振光的透射发生变化。本领域已知各种基于LC的显示器，其包括基于LC材料的装置，所述LC材料具有负介电各向异性，例如美国专利No.5,384,065和5,599,480中描述的那些材料。另外，已知各种背式照射单元，其包括利用纳米颗粒(例如纳米点和棒状纳米颗粒)的光学发射的单元。例如在美国专利No.8,471,969和美国专利公开2013/181,234和2014/009,902中描述了这种光学显示器和照射单元，以上所有专利都被转让给本申请的受让人。这种基于纳米颗粒的发光单元能够提供具有所需色温的高强度照射，同时降低了能源成本并且在一些情况中消除或者至少减少了对偏振过滤的需要。此外，若干显示装置构造针对来自显示系统的背侧的光提供了一定的透明度。提供至少部分透明显示器的一些已知技术包括：半透明全息投影系统；透明有机发光二极管(TOLED)显示器；反射平视显示器(HUD)；基于蓝色反射厚板的显示器；和透明LCD。这些技术向用户提供了显示，同时允许光通过显示器透射，以使得用户能够观察显示系统的背侧场景。例如，US2014/0292839提供了一种透明显示装置，其包括液晶面板。液晶面板包括滤色器基板、阵列基板、液晶层、第一偏光器和第二偏光器。第一偏光器布置在滤色器基板的远离液晶层的一侧上。第二偏光器布置在阵列基板的远离液晶层的一侧上。滤色器基板包括透明基部和形成在透明基部上的滤色器。滤色器包括复合像素区域，其中，复合像素区域中的每一个均具有彩色子像素区域和透明子像素区域。第二偏光器包括非偏振图案，所述非偏振图案在空间上对应于滤色器中的透明子像素区域，在光通过非偏振图案之后，偏振状态保持不变。
技术实现思路
如上所述，基于LC的显示装置通常利用各种光透射提供调制的照射(即，显示图像)。更特别地，通过阻挡或者部分地阻挡通过显示装置的不同区域/像素的光透射生成显示在显示装置上的图像。这种基于透射阻挡的显示技术需要高强度的背式照射，这导致它们在能源效率上处于劣势。另外，透明或部分透明显示系统的传统构造受到各种限制，例如，视角有限，对比度和亮度低，以及显示尺寸难以放大。本专利技术的技术利用光学活性纳米颗粒、特别是纳米棒和来自其的光学发射提供透明显示系统，所述透明显示系统能够提供所需高亮度，同时保持系统的透明度(例如，透射通过显示器的可见光的15％以上，优选30％，更优选40％以上)。因此本领域需要一种新型显示装置构造。本专利技术提供了一种光学活性层/光学活性结构，所述光学活性层/光学活性结构构造成应用在显示装置中。光学活性结构能够允许显示装置以提高的能源效率操作。另外，使用本专利技术的光学活性结构使得能够设计光学透明显示系统。本专利技术的光学活性系统包括一层或多层，所述一层或多层具有嵌入在液晶(LC)分子基质中的多个光学活性棒状纳米颗粒。棒状纳米颗粒优选地与LC材料对准，使得LC分子的取向变化致使纳米颗粒与LC分子一起旋转/移动。光学活性棒状纳米颗粒被选择成吸收预定第一波长范围内的光和响应发射一个或多个第二波长范围(通常处于可见光谱中)的光，所述预定第一波长范围典型对应于介于蓝光与紫外光之间的范围，典型包括长波紫外线(UVA)范围(320-400nm)和/或紫光波长范围(380-450nm)。应当注意的是，根据纳米颗粒的尺寸、几何形状和材料成分来确定第二波长范围的波长。类似地，典型根据纳米颗粒的材料成分来确定第一波长范围的光的吸收。根据一些优选实施例，纳米颗粒被选择为各向异性纳米颗粒，即，一条轴线长于其它轴线。另外，根据优选实施例中的一些，纳米颗粒被选择为棒状半导体纳米颗粒。这种棒状纳米颗粒(也称作纳米棒)可以具有核-壳、核-双壳或核-多壳结构，其中，核由第一材料成分形成，而一个或多个壳由一种或多种其它材料成分形成。另外，核本身可以是单材料核、核-壳或核-多壳并且可以是各向异性几何结构或者非各向异性几何结构。棒状纳米颗粒(纳米棒)响应于光学泵浦或电泵浦能量而总体上显示偶极状光学发射。另外，纳米棒典型地提供了具有所发射的光的相对高的偏振比(PR)的光学发射。为此，偏振比通常定义为具有关于纳米棒的配向轴线的平行偏振和垂直偏振的光的发射强度之比。更具体地，在适当泵浦时，纳米棒发射根据纳米棒参数确定的预定波长范围的光，并且所发射的光大体沿着垂直于纳米棒的长轴线的方向传播。另外，由纳米棒发射的光基本线性地偏振，即，可以具有高于1.5或优选高于4的偏振比(PR)，所述偏振比定义为关于纳米棒的长配向轴线的平行和垂直偏振的纳米棒的发射强度之间的测量比率。因此，纳米棒的旋转改变从其发射的光的传播方向并且还可以改变所发射的光的偏振和偏振取向。为此，LC层构造成响应于外部场而改变LC分子的取向，在所述LC层中嵌入有纳米棒。一般而言，LC层构造成通过改变LC分子的取向而响应外部电场，所述外部电场是直流(DC)或交流(AC)电场。在一些实施例中，LC分子构造成沿着一个取向(平面取向)平行于该层的表面配向并且沿着第二取向(垂直/垂面取向)垂直于该层的表面配向。另外，LC材料的旋转优选地构造成还改变嵌入在其中的纳米棒的取向。纳米棒的该旋转可以影响由纳米棒吸收的泵浦能量和由纳米棒发射的光的一种或多种性质中的至少一者，如将在下文更详细描述的那样。因此，如上所述，根据一些实施例，本专利技术提供了显示系统，所述显示系统承载光学活性结构，所述光学活性结构构造成并且能够操作成响应输入泵浦能量(例如，泵浦光)并且根据控制单元的操作命令提供由该装置发射的结构光。在一些实施例中，显示系统构造成对于可见光至少部分地透明。显示装置典型地构造成改变从其发射的光，以生成一个或多个输出图像，所述输出图像具有预定显现时间(例如，视频显示)。因此，根据一个广泛方面，本专利技术提供了一种光学活性结构，所述光学活性结构包括至少一层，所述至少一层包括液晶材料和多个光学活性纳米棒，所述液晶材料和多个光学活性纳米棒一起混合在所述至少一层中，其中，沿着液晶材料的一个取向，纳米棒通过以第一强度水平发射一个或多个预定第二波长范围的光而响应第一泵浦波长范围的输入辐射，并且沿着液晶材料的另一个取向，将来自纳米棒的发射降低至第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示系统，其包括光学活性结构，所述光学活性结构构造成产生图案化照射，所述图案化照射生成所需图像，所述光学活性结构包括至少一层，所述至少一层包括光学活性纳米棒和液晶材料，所述光学活性纳米棒构造成响应于泵浦能量而发射预定波长范围的输出光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.22 US 62/053,2991.一种显示系统，其包括光学活性结构，所述光学活性结构构造成产生图案化照射，所述图案化照射生成所需图像，所述光学活性结构包括至少一层，所述至少一层包括光学活性纳米棒和液晶材料，所述光学活性纳米棒构造成响应于泵浦能量而发射预定波长范围的输出光。2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述显示系统对于可见光至少部分地透明。3.根据权利要求1或2所述的显示系统，其中，所述至少一层包括所述光学活性纳米棒和所述液晶材料的混合物，使得所述液晶材料的取向变化致使所述光学活性纳米棒的取向对应地变化。4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的显示系统，其中，所述光学活性纳米棒构造成能响应泵浦能量，从而发射一个或多个第二波长范围的光，所述泵浦能量是第一预定波长范围的光学泵浦。5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述第一波长范围包括下列中的至少一个：紫光波长和紫外光波长，并且其中所述一个或多个第二波长范围包括可见光。6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的显示装置，其中，所述光学活性结构包括电极装置，所述电极装置构造成将电场选择性地施加在所述液晶材料上，从而致使其取向发生变化。7.根据权利要求6所述的显示系统，其中，所述电极装置包括多个电极元件，所述多个电极元件限定了所述光学活性结构的多个单独操作的像素区域。8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的显示装置，其中，所述光学活性纳米棒包括两种或更多种类型的纳米棒，根据所述纳米棒的尺寸和结构以及成分选择每种纳米棒的类型，以发射不同的预定波长范围的光。9.根据权利要求8所述的显示装置，其中，所述两种或更多种类型的纳米棒包括至少三种类型的纳米棒，选择每种类型以发射对应于基色的预定波长范围的光。10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的显示装置，其中，所述显示装置包括泵浦光源，所述泵浦光源构造成提供第一波长范围的光学泵浦形式的泵浦能量，从而致使所述光学活性纳米棒发射一个或多个第二波长范围的光。11.根据权利要求10所述的显示装置，其中，所述泵浦光源构造成位于离开所述光学活性结构的预定距离处，所述预定距离大于1厘米。12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的显示装置，还包括至少一个滤光层，所述至少一个滤光层构造成过滤掉不需要的波长范围的光。13.根据权利要求12所述的显示装置，其中，所述滤光层构造成阻挡紫外光照射的透射、但允许可见光谱的光的透射。14.根据权利要求1至13中的任意一项所述的显示装置，其中，所述光学活性结构的所述液晶材料和所述光学活性纳米棒混合在一起，使得在所述光学活性结构的某一区域中的所述液晶材料的取向变化致使所述区域中的所述光学活性纳米棒的旋转变化，从而增大或减小所述纳米棒响应于泵浦能量发射的光学发射。15.根据权利要求1至14中的任意一项所述的显示装置，其中，所述液晶材料和所述对应的光学活性纳米棒的取向变化提供了OFF状态和ON状态，在所述OFF状态，所述光学活性纳米棒配向成其长轴线平行于输出光传播的总体方向，在所述ON状态，所述光学活性纳米棒配向成其长轴线平行于所述至少一层的表面并且响应于泵浦能量而发射光。16.根据权利要求15所述的显示装置，其中，所述光学活性结构还构造成提供与所述液晶材料的取向相关联的一个或多个中间状态，从而实现来自一个或多个像素区域的光学发射的一个或多个中间水平。17.一种光学活性结构，所述光学活性结构包括至少一层，所述至少一层包括在所述至少一层内混合在一起的液晶材料和多个光学活性纳米棒，其中，沿着所述液晶材料的一个取向，所述光学活性纳米棒通过以第一强度水平发射一个或多个预定第二波长范围的...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·巴尼，H·阿贝尔，B·里格尔，MC·吴，
申请(专利权)人：耶路撒冷希伯来大学伊森姆研究发展公司，琼光纳米技术有限公司，默克专利股份有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL