一种发光方向可调谐型交互式桌面显示器

1.本发明涉及显示领域，具体为一种不同区域显示画面的发光方向可随驱动电压独立控制的交互式桌面显示器。


背景技术：

2.平板显示技术已经给人们的生活方式带来了重大变革，同时也有着很大的商业价值和市场潜力。生活中常见的电脑、电视、手机、监视器等都属于平板显示技术衍生出的产品。虚拟现实(virtual reality,vr)显示和增强显示(augmented reality,ar)，是当今平板显示技术的发展方向和研究热点。该技术可将虚拟信息与真实世界巧妙融合，同时增强人们的沉浸感和交互感。
3.头戴式vr或ar设备可以给使用者带来良好的沉浸感，但需要复杂的外接设备才能给人们带来触觉反馈，交互感不足；在使用的同时还会产生视觉疲劳，使人产生眩晕、恶心等不良感觉。对比头戴式设备，交互式桌面显示器的优点在于不存在视觉疲劳，触觉反馈也不需要复杂的外接设备。但是交互式桌面显示器会将虚拟信息和显示世界十分明显的区分开，无法带给使用者良好的沉浸感。


技术实现要素：

4.本发明意在提出一种新型的显示器，可以解决现有桌面显示器的技术缺陷。由于本发明提出的不同显示区域的显示画面发光方向可进行独立控制，所以相对显示器不同位置的人能观看到不同的画面。这与不同位置的人在真实世界中的观看同一个物体所产生的效果相同。因此会将虚拟的显示信息与真实信息产生较好的融合，增强人们的沉浸感。同时本发明提出的桌面显示器仍然保持了原有技术不存在视疲劳和容易实现触觉反馈的优势。
5.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：上基板1、液晶层2、介电层3、电极层4、下基板5、集光层6和传统显示器7。
6.所述的上基板1和下基板5均为透明基板。
7.所述的液晶层2采用蓝相液晶材料，液晶层厚度为2～200μm。
8.所述的介电层3为平坦结构，优选高介电透明材料，厚度0.01μm～50μm，介电常数为2～1000，透过率大于70％。
9.所述的电极层4是由透明电极和透明电极间隙交错排列组成，其中透明电极间隙被介电层3完全填充，透明电极间隙厚度为0.05～0.15μm；透明电极优选氧化铟锡(ito)透明电极，单个透明电极的形状可以但不限于圆形、矩形、多边形等，透明电极厚度为0.05～0.15μm。
10.所述的集光层6可以为一片或多片微棱镜透明膜片叠加而成，或一片或多片透明孔径阵列膜片叠加而成；光源经过集光层6后光强会集中到主轴方向(垂直于集光层6的方向)出射。
11.所述的传统显示器7可以为液晶显示器(lcd)、机发光二极管显示器(oled)或发光二极管显示器(light emitting diode,led)，优选采用亮度发光分布集中于主轴方向的传统显示器。
12.与传统技术相比，本发明的增益效果是显示画面各个位置上的显示信息传播方向可以进行独立控制，从而实现以下功能的自由切换：1、显示画面向方位角为0
°
方向传播；2、显示画面向方位角为90
°
方向传播；3、显示画面向方位角为180
°
方向传播；4、显示画面向方位角为270
°
方向传播；其中上述四种功能可以在显示同一画面下共存。
13.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
14.图1是本发明提出的一种发光方向可调谐型交互式桌面显示器的结构示意图。
15.图2是本发明提出的一种发光方向可调谐型交互式桌面显示器中电极层的俯视图。
16.图3是本发明在模式一状态下的等效折射率分布示意图。
17.图4是本发明在模式一状态下显示画面传播方向的示意图。
18.图5是本发明在模式二状态下显示画面传播方向的示意图。
19.图6是本发明实施例在显示画面向左传播时液晶层的平均等效折射率图。
20.图7是本发明实施例在显示画面向左传播时电极上的驱动电压分布图。
21.图8是本发明实施例在显示画面向右传播时液晶层的平均等效折射率图。
22.图9是本发明实施例在显示画面向右传播时电极上的驱动电压分布图。
具体实施方式
23.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，附图仅以说明为目的，并非按照原始的尺寸比例作图。
24.本发明的结构示意图如图1所示，该装置包括：上基板1、液晶层2、介电层3、电极层4、下基板5、集光层6和传统显示器7。上基板1和下基板5可以选择透明玻璃材料或柔性塑料、树脂材料基底；液晶层2选择蓝相液晶材料，在不加驱动电压的状态下液晶层2呈各向同性，不用对液晶层表面做分子取向处理；介电层3均匀涂覆于电极层4上，将电极层中的电极间隙填平，介电层3优选高介电材料，可以将驱动电压均匀分布到液晶层2中；电极层4中的各个电极上的驱动电压可独立控制；从传统显示器7中出射的光波经过集光层6后的光偏振方向为平行于水平方向，可通过添加偏光片或波片来调制光的偏振方向达到上述要求；上述各膜层之间紧密贴附，不存在空气间隙。
25.图2是本发明提出的一种发光方向可调谐型交互式桌面显示器中电极层3的俯视图，各电极按照不同的行、列顺序依次排列在下基板5上。
26.图3是本发明在模式一状态下的等效折射率分布示意图，在单个周期内，显示画面左侧对应的液晶层等效折射率随着水平位置的增加呈递增变化，入射光波经过该区域后向左偏转，位于显示器右侧的人无法看到该区域的显示信息；在单个周期内，显示画面右侧对应的液晶层等效折射率随着水平位置的增加呈减增变化，入射光波经过该区域后向右偏
转，位于显示器左侧的人无法看到该区域的显示信息；对于显示画面中间的剩余区域，液晶层等效折射率既有递增变化也有递减变化，显示画面信息会同时向左右两个方向扩散；
27.本发明在模式一状态下同时存在自己可见区域、公共可见区域和仅对方可见区域，如图4所示，模式一下的显示器可以还原真实世界的双人棋牌类游戏，增加使用者的沉浸感。
28.图5是本发明在模式二状态下显示画面传播方向的示意图，除了显示画面中央位置的信息是扩散外，显示器还同时存在四个不同的传播方向，因此对于不同方向的四个观看者，显示器同时存在四个一方可见且三方不可见区域，模式二下的显示器可以还原真实世界的四人棋牌类游戏，增加使用者的沉浸感。
29.本发明实施例中的参数为：液晶层2在不加电场时的液晶折射率n
iso
＝1.536,电场饱和双折射(δn)s＝0.17,饱和电场es＝2.2v/μm,克尔常数k＝13.7nm/v2；电极层3中的电极为1μm宽的正方形，电极厚度为0.1μm，电极间隙为9.5μm；相邻的11个电极组成一个可控微棱镜结构；介电层3厚度2μm，介电常数为311。
30.图6是本发明实施例在显示画面向左传播时液晶层的平均等效折射率图，与图3右侧中本发明设计的等效折射率分布相似；图7是本发明实施例在显示画面向左传播时电极上的驱动电压分布图，因此本发明可以实现显示画面信息的向右侧调制。
31.图8是本发明实施例在显示画面向左传播时液晶层的平均等效折射率图，与图3左侧中本发明设计的等效折射率分布相似；图9是本发明实施例在显示画面向左传播时电极上的驱动电压分布图，因此本发明可以实现显示画面信息的向左侧调制。
32.通过控制驱动电压分布，可以实现图6和图7中等效折射率的依次交错排列，从而在某个显示区域实现光波传播方向同时向左侧和右侧调制的作用；因此实施例可以实现：光波传播两个不同方向的控制、切换以及共存。