一种基于像素力学超材料的显示器

技术领域

本发明涉及超材料技术领域，具体而言，涉及一种基于像素力学超材料的显示器。

背景技术

显示器是电脑的重要显示输出设备，它将一定的电子文件、图像等通过特定的传输设备显示到屏幕上。现有的显示器多由液晶、电子管等复杂电路、装置组成，抗干扰能力强，在外界电磁干扰下，显示器的呈像清晰度会受到较大影响；而且，由于其电路结构复杂，一旦出现故障，需要耗费大量时间进行维修。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有的显示器，抗干扰能力较差，在外界电磁干扰下，显示器的呈像清晰度会受到较大影响；另外，现有的显示器电路结构复杂，一旦出现故障，需要耗费大量时间进行维修。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于像素力学超材料的显示器，包括：

框架结构和多个显示单元，多个所述显示单元以阵列排布的方式各自独立的设置在所述框架结构上；

所述显示单元包括外调节机构、内调节机构和发光部件；

所述外调节机构包括从上至下依次连接的外偏光膜、第一外转筒和外压扭耦合像素超材料结构；所述内调节机构包括从上至下依次连接的内偏光膜、第一内转筒和内压扭耦合像素超材料结构；

所述外偏光膜覆盖在所述第一外转筒的顶部开口上，所述内偏光膜覆盖在所述第一内转筒的顶部开口上；所述第一内转筒位于所述第一外转筒的内部且二者同轴，所述发光部件位于所述第一内转筒的内部；

所述外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料结构均可用于产生压扭耦合变形；当所述外压扭耦合像素超材料结构发生压扭耦合变形时会带动所述第一外转筒绕其轴线转动，当所述内压扭耦合像素超材料结构发生压扭耦合变形会带动所述第一内转筒绕其轴线转动。

较佳地，所述外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料结构均使用具有形状记忆特性的材料制成。

较佳地，所述外调节机构还包括外自动施力机构，所述外自动施力机构与所述外压扭耦合像素超材料结构连接，所述外自动施力机构用于向所述外压扭耦合像素超材料结构施加外力，以使其产生压扭耦合变形；所述内调节机构还包括内自动施力机构，所述内自动施力机构与所述内压扭耦合像素超材料结构连接，所述内自动施力机构用于向所述内压扭耦合像素超材料结构施加外力，以使其产生压扭耦合变形。

较佳地，所述外自动施力机构包括外套筒和第一线性驱动器，所述外套筒套在所述外压扭耦合像素超材料结构上且二者固定连接，所述第一线性驱动器设置在所述外套筒的底部；所述内自动施力机构包括内拉杆和第二线性驱动器，所述内拉杆的上部位于所述内压扭耦合像素超材料结构的内部，且与所述内压扭耦合像素超材料结构固定连接，所述第二线性驱动器设置在所述内拉杆的下端，所述外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料结构的底部连接在所述框架结构上。

较佳地，所述外压扭耦合像素超材料结构包括多个从上至下间隔设置的第一空心长方体，两个相邻的所述第一空心长方体之间通过多个第一韧带连接，且所述第一韧带与两个相邻的所述第一空心长方体之间的连接模式为手性连接模式；所述内压扭耦合像素超材料结构包括多个从上至下间隔设置的第二空心长方体，两个相邻的所述第二空心长方体之间通过多个第二韧带连接，且所述第二韧带与两个相邻的所述第二空心长方体之间的连接模式为手性连接模式；所述外压扭耦合像素超材料结构套设在所述内压扭耦合像素超材料结构的外侧。

较佳地，多个所述第一韧带与所述两个相邻的所述第一空心长方体之间的采取的手性连接模式的方向与多个所述第二韧带与所述两个相邻的所述第二空心长方体之间采取的手性连接模式的方向相反。

较佳地，所述第一韧带和所述第二韧带均呈螺旋状。

较佳地，所述外调节机构还包括外传动结构，所述外传动结构包括第二外转筒，所述第二外转筒连接在所述外压扭耦合像素超材料结构的顶部，所述第一外转筒连接在所述第二外转筒的顶部，且第一外转筒的直径大于所述第二外转筒的直径；所述内调节机构还包括内传结构，所述内传结构包括第二内转筒，所述第二内转筒连接在所述内压扭耦合像素超材料结构的顶部，所述第一内转筒连接在所述第二内转筒的顶部，且所述第一内转筒的直径大于所述第二内转筒的直径；所述第二外转筒套在所述第二内转筒的外部，所述第一外转筒套在所述第一内转筒的外部。

较佳地，所述第一内转筒的底部通过底板封闭，所述发光部件设置在所述底板上。

较佳地，所述发光部件包括颜色可调的LED灯。

与现有技术相比，本发明提供的显示器，通过使外压扭耦合像素超材料结构发生压扭耦合变形，可带动外偏光膜的转动，通过使内压扭耦合像素超材料结构发生压扭耦合变形，可带动内偏光膜的转动，通过控制外压扭耦合像素超材料结构和内压扭耦合像素超材料结构的变形，可以使得外偏光膜和内偏光膜转动角度存在差别，从而实现显示器显示不同的图案的功能，显示器的呈像依赖于显示器结构中相关部件的变形特性，不受外界电磁的干扰，因而抗干扰能力较强。同时，由于显示器是由多个显示单元组成的，当显示器的显示功能发生故障时，也有利于对单个显示单元进行维修。

附图说明

图1为本发明实施例中显示器的结构示意图；

图2为本发明实施例中显示器去除显示单元后的结构示意图；

图3为本发明实施例中显示单元的结构示意图；

图4为本发明实施例中显示单元的组成示意图；

图5为本发明实施例中外压扭耦合像素超材料结构和内压扭耦合像素超材料结构套在一起的结构示意图；

图6为本发明实施例中直线型韧带和螺旋形韧带的结构示意图；

图7为本发明实施例中第一空心长方体与第一韧带的连接方式示意图；

图8为本发明实施例中第二空心长方体与第二韧带的连接方式示意图；

图9为本发明实施例中显示单元的剖视图；

图10为本发明实施例中显示单元的局部剖视图之一；

图11为本发明实施例中显示单元的局部剖视图之二。

附图标记说明：

1、显示屏，2、发光部件，3、外偏光膜，4、第一外转筒，5、内偏光膜，6、第一内转筒，7、第一空心长方体，8、第一韧带，9、第二空心长方体，10、第二韧带，11、第二外转筒，12、第一轴承，13、连接板，14、外套筒，15、第一线性驱动器，16、第二内转筒，17、内拉杆，18、第二轴承，19、第二线性驱动器，20、柱形连接头，21、底板，22、第一水平安装板，23、第二水平安装板，24、第三水平安装板，25、第四水平安装板，26、支撑杆。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互组合。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。以上术语涵盖术语“由……组成”和“基本上由……组成”。

需要说明的是，本发明中“多个所述第一韧带8与所述两个相邻的所述第一空心长方体7之间的采取的手性连接模式的方向与多个所述第二韧带10与所述两个相邻的所述第二空心长方体9之间采取的手性连接模式的方向相反”，应理解为：当多个所述第一韧带8与所述两个相邻的所述第一空心长方体7之间的采取的手性连接模式为左手性连接模式时；多个所述第二韧带10与所述两个相邻的所述第二空心长方体9之间采取的手性连接模式为右手性连接模式；当多个所述第一韧带8与所述两个相邻的所述第一空心长方体7之间的采取的手性连接模式为右手性连接模式时；多个所述第二韧带10与所述两个相邻的所述第二空心长方体9之间采取的手性连接模式为左手性连接模式。

如图1-图4所示，本发明实施例一种基于像素力学超材料的显示器，包括：

显示屏1、框架结构和多个显示单元，多个所述显示单元以阵列排布的方式各自独立的设置在所述框架结构上；所述显示屏1设置在所述框架结构的顶部；

如图3、图4和图10所示，所述显示单元包括外调节机构、内调节机构和发光部件2；

如图9-图11所示，所述外调节机构包括从上至下依次连接的外偏光膜3、第一外转筒4和外压扭耦合像素超材料结构；所述内调节机构包括从上至下依次连接的内偏光膜5、第一内转筒6和内压扭耦合像素超材料结构；所述外调节机构套设在所述内调节机构的外侧，且所述第一外转筒4与所述第一内转筒6在竖直方向处于相对应的位置，所述外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料结构在竖直方向处于相对应的位置；

所述外偏光膜3覆盖在所述第一外转筒4的顶部开口上，所述内偏光膜5覆盖在所述第一内转筒6的顶部开口上；所述第一内转筒6位于所述第一外转筒4的内部且二者同轴，所述发光部件2位于所述第一内转筒6的内部；

所述外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料结构均可用于产生压扭耦合变形；当所述外压扭耦合像素超材料结构发生压扭耦合变形时会带动所述第一外转筒4绕其轴线转动，当所述内压扭耦合像素超材料结构发生压扭耦合变形会带动所述第一内转筒6绕其轴线转动。

本发明实施例的显示器的每个显示单元中，发光部件2发出的光线依次穿过内偏光膜5和外偏光膜3后出射，然后进入显示屏1，然后经过显示屏1显示成像。

与现有技术相比，本发明提供的显示器，通过使外压扭耦合像素超材料结构发生压扭耦合变形，可带动外偏光膜3的转动，通过使内压扭耦合像素超材料结构发生压扭耦合变形，可带动内偏光膜5的转动，通过控制外压扭耦合像素超材料结构和内压扭耦合像素超材料结构的变形，可以使得外偏光膜3和内偏光膜5转动角度存在差别，从而实现显示器显示不同的图案的功能，显示器的呈像依赖于显示器结构中相关部件的变形特性，不受外界电磁的干扰，因而抗干扰能力较强。同时，由于显示器是由多个显示单元组成的，当显示器的显示功能发生故障时，也有利于对单个显示单元进行维修。

需要说明的是，当内偏光膜5的偏光轴和外偏光膜3的偏光轴之间的夹角为90度时，发光部件2发出的光不会透过外偏光膜3；当内偏光膜5和外偏光膜3的偏光轴夹角发生变化时，如夹角为在0-90度之间时，发光部件2发出的光会部分透过外偏光膜3；如夹角为0度，发光部件2发出的光可以最大程度的透过外偏光膜3。通过改变内偏光膜5和外偏光膜3的偏光轴夹角，就可以实现显示器画面的调节。

本发明的实施例中，如图4和图5所示，所述外压扭耦合像素超材料结构包括多个从上至下间隔设置的第一空心长方体7，两个相邻的所述第一空心长方体7之间通过多个第一韧带8连接，且所述第一韧带8与两个相邻的所述第一空心长方体7之间的连接模式为手性连接模式；所述内压扭耦合像素超材料结构包括多个从上至下间隔设置的第二空心长方体9，两个相邻的所述第二空心长方体9之间通过多个第二韧带10连接，且所述第二韧带10与两个相邻的所述第二空心长方体9之间的连接模式为手性连接模式；所述外压扭耦合像素超材料结构套设在所述内压扭耦合像素超材料结构的外侧，第一韧带8和第二韧带10之间留有足够的间隙，从而可以避免在外压扭耦合变形过程中第一韧带8和第二韧带10之间发生相互干涉。

需要说明的是，所谓手性，也称为手征性，分为左手性和右手性，以螺旋为例，定义其手性时，可使右手大拇指指向螺旋的轴向，其余四指握拳并据此比较螺旋的旋转的前进方向。如果螺旋是顺着四指(由指根向指尖)趋向大拇指指尖的方向，则该螺旋称为右手性的；反之，则称为左手性的。采用手性连接模式使得外压扭耦合像素超材料结构和内压扭耦合像素超材料结构均可在轴向变形下产生扭转变形。

如图所5示，示例性地，外压扭耦合像素超材料结构包括四个第一空心长方体7，第一空心长方体7为立方体结构，其边长为a，两个相邻的所述第一空心长方体7之间通过四个螺旋形的第一韧带8连接，当然其它实施例中，第一韧带8的形状也可以是直线型，如图7所示，第一韧带8与两个相邻的第一空心长方体7之间采用右手性连接模式。如图5所示，示例性地，内压扭耦合像素超材料结构包括四个第二空心长方体9，第二空心长方体9的上、下底面为正方形，该上、下底面的边长为b，第二空心长方体9的竖直方向的高度为h，a与h相等，b略小于a，两个相邻的所述第二空心长方体9之间通过四个螺旋形第二韧带10连接，当然其它实施例中，第二韧带10的形状也可以是直线型，如图8所示，第二韧带10与两个相邻的第二空心长方体9之间采用左手性连接模式。图6中给出了直线型韧带和螺旋形韧带示意图；其中，图6a为直线型韧带示意图，图6b为各种螺旋形韧带示意图，

需要说明的是，当多个所述第一韧带8与所述两个相邻的所述第一空心长方体7之间的采取的手性连接模式的方向与多个所述第二韧带10与所述两个相邻的所述第二空心长方体9之间采取的手性连接模式的方向相同时，外压扭耦合像素超材料结构和内压扭耦合像素超材料结构在同时受到压缩或拉伸时，外偏光膜3和内偏光膜5的转动方向相同，因而对于图像调节的幅度较小。当多个所述第一韧带8与所述两个相邻的所述第一空心长方体7之间的采取的手性连接模式的方向与多个所述第二韧带10与所述两个相邻的所述第二空心长方体9之间采取的手性连接模式的方向相反时，外压扭耦合像素超材料结构和内压扭耦合像素超材料结构在同时受到压缩或拉伸时，外偏光膜3和内偏光膜5的转动方向相反，因而对于图像调节的幅度会更大。

本发明的实施例中，如图10和图11所示，所述外调节机构还包括外传动结构，所述外传动结构包括第二外转筒11和第一轴承12，所述外压扭耦合像素超材料结构的顶部连接有连接板13，所述第二外转筒11连接在所述连接板13上，所述第一轴承12套在所述第二外转筒11上，所述第一外转筒4连接在所述第二外转筒11的顶部；所述外调节机构还包括外自动施力机构，所述外自动施力机构包括外套筒14和第一线性驱动器15，所述外套筒14套在所述外压扭耦合像素超材料结构上且与所述连接板13固定连接，所述第一轴承12与所述外套筒14相连接，所述第一线性驱动器15设置在所述外套筒14的底部。

本发明的实施例中，如图10和图11所示，所述内调节机构还包括内传结构，所述内传结构包括第二内转筒16，所述第二内转筒16连接在所述内压扭耦合像素超材料结构的顶部，所述第一内转筒6连接在所述第二内转筒16的顶部；所述第二外转筒11套在所述第二内转筒16的外部，所述第一外转筒4套在所述第一内转筒6的外部。所述内调节机构还包括内自动施力机构，所述内自动施力机构包括内拉杆17、第二轴承18、第二线性驱动器19，所述内拉杆17位于所述内压扭耦合像素超材料结构的内部，所述内拉杆17的顶端设置有柱形连接头20，所述柱形连接头20通过所述第二轴承18固定在所述第二内转筒16的内壁上，所述第二线性驱动器19设置在所述内拉杆17的下端，所述外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料结构的底部连接在所述框架结构上。通过启动第一线性驱动器15和第二线性驱动器19，可以分别施加给外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料结构的上端竖直方向的力，由于外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料结构的底部固定于框架结构上，因此，该竖直方向的力能够使得外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料结构发生压扭耦合变形。并且，由于所述第一轴承12设置在所述第二外转筒11与所述外套筒14之间，因此，所述第二外转筒11与所述外套筒14之间可以相对转动，即所述外套筒14可以带动第二外转筒11直线运动的同时，第二外转筒11也可以随外压扭耦合像素超材料结构的变形而转动；同理，第二轴承18的设置，可以允许内拉杆17与所述第二内转筒16相对转动，即内拉杆17带动第二内转筒16直线运动的同时，第二内转筒16也可以随内压扭耦合像素超材料结构的变形而转动。第一线性驱动器15和第二线性驱动器19可以采用电动的方式，也可以采用气动的方式，这些都属于比较成熟的现有技术，在此，不再赘述。进一步，本发明的显示器还包括控制器，所示控制器与第一线性驱动器15和第二线性驱动器19电连接，所述控制器为PLC控制器。

另外，为了使外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料结构发生压扭耦合变形还可以采用如下方式实现：将外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料结构均使用具有形状记忆特性的材料制成。例如，形状记忆聚合物或形状记忆聚合物复合材料。形状记忆聚合物是一种智能材料，其具有保持临时形状，在加热作用下回复至其初始形状的能力。因此，通过材料的形状记忆功能可改变外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料的构型，从使其发生压扭耦合变形。例如：将压扭耦合像素超材料结构的温度加热至玻璃化转变温度以上，然后施加载荷，使其发生扭转耦合变形而变为目标构型；降低温度至玻璃化转变温度以下，使压扭耦合像素超材料结构保持在该临时构型；将赋形后的压扭耦合像素超材料结构集成至显示器中，当再次加热压扭耦合像素超材料结构后，压扭耦合像素超材料结构又回复至其初始构型，从而改变显示器的显示图案。

本发明的一些实施例中，如图10和图11所示，所述第一内转筒6的底部通过底板21封闭，所述发光部件2设置在所述底板21上。

本发明的一些实施例中，所述发光部件2包括颜色可调的LED灯。

示例性地，如图1和图2所示，框架结构包括从上至下依次相对设置的第一水平安装板22、第二水平安装板23、第三水平安装板24和第四水平安装板25，第一水平安装板22、第二水平安装板23、第三水平安装板24和第四水平安装板25通过多根支撑杆26固定在一起，第一水平安装板22、第二水平安装板23、第三水平安装板24和第四水平安装板25形成有呈阵列分布的安装孔组，每个安装孔组包括位于第一水平安装板22上的第一安装孔、位于所述第二水平安装板23上的第二安装孔、位于所述第三水平安装板24上的第三安装孔、位于所述第四水平安装板25上的第四安装孔，每个显示单元安装在对应的安装孔组内，其中，外压扭耦合像素超材料结构和所述内压扭耦合像素超材料结构的底部均与第四水平安装板25固定连接，显示屏1罩设在第一水平安装板22上，显示单元的顶端穿过所述第一安装孔朝向所述显示屏1。

另外，需要说明的是，虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。