專利名稱：高對(duì)比度全彩色反射型近晶態(tài)液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示裝置，尤指一種具有高對(duì)比度、全彩色顯示的反射型 近晶態(tài)液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的近晶態(tài)液晶顯示裝置一般具有雙層或三層結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮?br> PCI7GB2005/003705的PCT專利申請(qǐng)文件。以三層結(jié)構(gòu)為例，每層結(jié)構(gòu)都由 上下基板和上下基板間的混合層組成，混合層由二色性染料和液晶組成。添加 入每層結(jié)構(gòu)中的二色性染料各不相同，三層結(jié)構(gòu)分別顯示出青藍(lán)、洋紅和黃色， 這三層結(jié)構(gòu)互相疊加在一起，并設(shè)置在一白色反射板上，從而形成最終的顯示 裝置。由于三層結(jié)構(gòu)上的顏色組合，傳統(tǒng)顯示裝置可以實(shí)現(xiàn)多種顏色的最終顯 示，包括黑色和白色。當(dāng)所有層的液晶分子豎直排列，且染料分子也隨之豎直 排列，所有層成為透明態(tài)時(shí)，入射光線通過(guò)所有層而被白色反射板反射，從而 實(shí)現(xiàn)白色。當(dāng)所有層的液晶分子雜亂排列，所有層中的二色性染料分子變成完 全吸收光線狀態(tài)，三層結(jié)構(gòu)分別變?yōu)榍嗨{(lán)(Cyan)、洋紅(Magenta)、黃色(Yellow)， 那么，由于三層結(jié)構(gòu)顯示顏色的疊加，最終呈現(xiàn)出黑色。
但是，傳統(tǒng)的顯示裝置具有反射率低、白色顯示效果差的缺點(diǎn)。 一般，理 想情況時(shí)的光線損失也會(huì)超過(guò)60%，反射率達(dá)不到40%。在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)?每一層結(jié)構(gòu)的基板上都鍍有透明電極， 一般為ITO電極，且基板一般由玻璃或 塑料制成，這樣的基板的透光率一般都不會(huì)超過(guò)90%。那么，讓光線透過(guò)四個(gè) 或六個(gè)基板后再反射回來(lái)的話，反射率更不會(huì)超過(guò)30%,所以，這使得反射率 極低，白色狀態(tài)顯示效果很差，難以達(dá)到理想。另外，實(shí)際中，染料分子與液 晶分子的排列是無(wú)法達(dá)到理想的排列度關(guān)系(order parameter)的，在每層結(jié) 構(gòu)處于透明態(tài)的時(shí)候，雖然混合層中的二色性染料分子的排列變化會(huì)使吸收光 線能力迅速降低，但是，二色性染料分子仍然會(huì)具有一定的吸光性，呈現(xiàn)出一 定的顏色，所以，這種情況也會(huì)使得光線的透過(guò)率進(jìn)一步降低， 一般會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低 于30%，白色顯示效果很差，黑白對(duì)比度達(dá)不到要求。
然而，白色是圖像里最重要的色彩之一，且反射型顯示器的重要指標(biāo)便是 白色態(tài)的反射率，白色的使用頻率和面積都非常高，只有白色顯示得好，整體 畫面才會(huì)協(xié)調(diào)、彩色顯示才會(huì)好。由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)出一種反射率高、黑白對(duì)比度高的全彩色反射型液晶顯示裝置是目前亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高對(duì)比度全彩色反射型近晶態(tài)(Smectic)液晶 顯示裝置，該顯示裝置的黑白對(duì)比度高、彩色顯示效果好，且具有能耗低、刷 新速度快、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案
一種高對(duì)比度全彩色反射型近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于它包括一
反射層，在該反射層上依次疊加設(shè)有第一染料液晶混合顯示模塊、第二染料液 晶混合顯示模塊、第三染料液晶混合顯示模塊，在第三染料液晶混合顯示模塊
上疊加設(shè)有一液晶顯示模塊，其中第一染料液晶混合顯示模塊包括上基體層、 下基體層，在該上基體層與下基體層的中間設(shè)有一第一染料液晶混合層，該第 一染料液晶混合層由近晶態(tài)液晶、二色性染料和添加物組成，在該上、下基體 層朝向第一染料液晶混合層的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)電電極層；第二染料液晶混合顯示模
塊包括上基體層、下基體層，在該上基體層與下基體層的中間設(shè)有一第二染料 液晶混合層，該第二染料液晶混合層由近晶態(tài)液晶、二色性染料和添加物組成，
在該上、下基體層朝向第二染料液晶混合層的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)電電極層；第三染料 液晶混合顯示模塊包括上基體層、下基體層，在該上基體層與下基體層的中間 設(shè)有一第三染料液晶混合層，該第三染料液晶混合層由近晶態(tài)液晶、二色性染 料和添加物組成，在該上、下基體層朝向第三染料液晶混合層的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)電 電極層；液晶顯示模塊包括上基體層、下基體層，在該上基體層與下基體層的 中間設(shè)有一無(wú)染料液晶層，該無(wú)染料液晶層由近晶態(tài)液晶和添加物組成，在該 上、下基體層朝向無(wú)染料液晶層的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)電電極層。 本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)
1、多穩(wěn)態(tài)的全彩色特性。由于三個(gè)染料液晶混合顯示模塊可顯示出青藍(lán)、 洋紅和黃色，青藍(lán)、洋紅和黃色不同比例的組合可以形成各種彩色，再加上液 晶顯示模塊顯示的白色，故本發(fā)明可具有豐富多彩的顏色顯示效果。并且，由 于本發(fā)明采用近晶態(tài)液晶制成，近晶態(tài)液晶不同于目前廣泛使用在電腦顯示
器、電視機(jī)或手機(jī)顯示屏上的相列態(tài)(Nematic)液晶，近晶態(tài)液晶具有更低的物 理流動(dòng)性，近晶態(tài)液晶分子之間的排列更加有序，又由于近晶態(tài)液晶內(nèi)摻雜的 添加物具有導(dǎo)電特性，撤去電信號(hào)后，顯示裝置仍能保持加載電壓時(shí)產(chǎn)生的顯 示狀態(tài)，因此，本發(fā)明具有很好的"多穩(wěn)態(tài)"特性，只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)刷新像素的時(shí) 候，導(dǎo)電電極層才需要供電，而一旦整個(gè)顯示圖像刷新完成，該圖像便不再需要持續(xù)供電來(lái)維持顯示，而且，本發(fā)明是一種能量消耗很低的電子顯示裝置， 它每平方米的工作電流很小，非常省電。
2、 屏幕反射率高、黑白對(duì)比度高。本發(fā)明顯示裝置的反射率很高，可達(dá)
到70%以上。相對(duì)于傳統(tǒng)的雙層或三層結(jié)構(gòu)的顯示裝置，由于本發(fā)明增加了位
于頂層的第四個(gè)模塊一_液晶顯示模塊，該液晶顯示模塊可以極大提升白色顯 示狀態(tài)(白色狀態(tài)的反射光增強(qiáng))，所以，黑白對(duì)比度(也就是黑色狀態(tài)與白
色狀態(tài)的比例)可以達(dá)到6: 1以上。普通報(bào)紙的黑白分辨率在7: l左右，可 見(jiàn)，本發(fā)明的黑白對(duì)比度基本可以達(dá)到報(bào)紙的黑白分辨率，黑白顯示效果很好， 與傳統(tǒng)的雙層或三層結(jié)構(gòu)的反射型顯示裝置相比，黑白對(duì)比顯示效果有了很大 的提高。
3、 圖像刷新速度快。由于近晶態(tài)液晶和二色性染料的響應(yīng)時(shí)間僅為幾十 毫秒，且各模塊的顯示驅(qū)動(dòng)和掃描是通過(guò)共用控制電路同時(shí)進(jìn)行的，所以多模 塊的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有增加刷新全屏的時(shí)間，全屏刷新速度快。
4、 環(huán)保性好。由于該"多穩(wěn)態(tài)"特性，在保持圖像的狀態(tài)時(shí)，不需要施
加任何電流，所以本發(fā)明幾乎沒(méi)有電磁輻射，且近晶態(tài)液晶材料本身便無(wú)任何
皮膚接觸性的毒害作用，本發(fā)明健康環(huán)保。


圖1是本發(fā)明顯示裝置第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖2是本發(fā)明顯示裝置第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖3是圖1中的第一染料液晶混合顯示模塊的結(jié)構(gòu)示意圖4是第一染料液晶混合顯示模塊的導(dǎo)電電極層構(gòu)成的導(dǎo)電矩陣示意圖5是低頻電壓作用下的液晶顯示模塊中的液晶分子排列形態(tài)示意圖6是高頻電壓作用下的液晶顯示模塊中的液晶分子排列形態(tài)示意圖7是低頻電壓作用下的第一染料液晶混合顯示模塊中的液晶分子與染料
分子排列形態(tài)示意圖8是高頻電壓作用下的第一染料液晶混合顯示模塊中的液晶分子與染料
分子排列形態(tài)示意圖9是本發(fā)明顯示裝置的控制電路示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明高對(duì)比度全彩色反射型近晶態(tài)液晶顯示裝置包括一反
射層500，該反射層500可為有反射功能的白板或白紙，也可為高反射金屬鍍 膜的平板，以用來(lái)達(dá)到顯示所需的高反射率。在該反射層500上依次疊加設(shè)有
6第一染料液晶混合顯示模塊100、第二染料液晶混合顯示模塊200、第三染料 液晶混合顯示模塊300，在第三染料液晶混合顯示模塊300上疊加設(shè)有一液晶 顯示模塊400。
第一染料液晶混合顯示模塊100包括上基體層101、下基體層102，在該 上基體層101與下基體層102的中間設(shè)有一第一染料液晶混合層103，該第一 染料液晶混合層103由近晶態(tài)液晶、二色性染料和添加物組成，在該上基體層 101、下基體層102朝向第一染料液晶混合層103的一側(cè)分別鍍有導(dǎo)電電極層 104、導(dǎo)電電極層105，如圖3所示。與第一染料液晶混合顯示模塊IOO相似， 第二染料液晶混合顯示模塊200包括上基體層201、下基體層202，在該上基 體層201與下基體層202的中間設(shè)有一第二染料液晶混合層203，該第二染料 液晶混合層203由近晶態(tài)液晶、二色性染料和添加物組成，在該上基體層201、 下基體層202朝向第二染料液晶混合層203的一側(cè)鍍有導(dǎo)電電極層(未示出)。 與第一染料液晶混合顯示模塊100相似，第三染料液晶混合顯示模塊300包括 上基體層301、下基體層302，在該上基體層301與下基體層302的中間設(shè)有 一第三染料液晶混合層303，該第三染料液晶混合層303由近晶態(tài)液晶、二色 性染料和添加物組成，在該上基體層301、下基體層302朝向第三染料液晶混 合層303的一側(cè)鍍有導(dǎo)電電極層(未示出)。
液晶顯示模塊400包括上基體層401、下基體層402，在該上基體層401 與下基體層402的中間設(shè)有一無(wú)染料液晶層403，該無(wú)染料液晶層403由近晶 態(tài)液晶和添加物組成，在該上基體層401、下基體層402朝向無(wú)染料液晶層403 的一側(cè)分別鍍有導(dǎo)電電極層404、導(dǎo)電電極層405。
液晶顯示模塊400與第一、第二、第三染料液晶混合顯示模塊100、 200、 300的結(jié)構(gòu)基本相同，不同的是兩個(gè)基體層中間的混合層的組成成分不同，無(wú) 染料液晶層403只是由近晶態(tài)液晶、添加物組成(即圖5示出的近晶態(tài)液晶分 子4031和添加物分子4032組成)，而第一、第二、第三染料液晶混合層103、 203、 303比無(wú)染料液晶層403多添加了二色性染料(例如圖7示出的近晶態(tài)液 晶分子1031、添加物分子1032和二色性染料分子1033)。該二色性染料選用 的是呈長(zhǎng)分子狀的二色性染料，該種二色性染料與近晶態(tài)液晶的光軸結(jié)構(gòu)類 似，在沿長(zhǎng)光軸的平行方向，該二色性染料分子對(duì)光的吸收非常弱，而沿長(zhǎng)光 軸的垂直方向，該二色性染料分子會(huì)極大程度地吸收一定波段的光線。
一般，第一、第二、第三染料液晶混合層103、 203、 303和無(wú)染料液晶層 403的厚度應(yīng)控制在2微米 50微米。相比較于基體層的厚度(例如，塑料薄
7膜大于100微米、玻璃大于400微米)，這些層厚是很小的。如果層厚小于2微米或大于50微米，則散光效果會(huì)降低，不能滿足所需的散光性能。在第一、第二、第三染料液晶混合層103、 203、 303和無(wú)染料液晶層403中，添加物主要是增加導(dǎo)電性，在電壓作用下添加物被驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)而改變近晶態(tài)液晶的排列形態(tài)，所以添加物的用量應(yīng)很少，否則很難驅(qū)動(dòng)。 一般，對(duì)于無(wú)染料液晶層403來(lái)說(shuō)，近晶態(tài)液晶占混合總重量的90% 99.999%，添加物占混合總重量的0.001% 10%，而對(duì)于第一、第二、第三染料液晶混合層103、 203、 303來(lái)說(shuō)，添加物占混合總重量的比例應(yīng)小于1%， 二色性染料占混合總重量的比例應(yīng)小于4%。通常，室溫-2(TC至+60。C時(shí)，近晶態(tài)液晶分子集群為層狀排列結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出粘稠的漿糊狀。在本發(fā)明中，近晶態(tài)液晶為A類近晶態(tài)液晶(Smectic-A)有機(jī)化合物，如帶硅氧基(Siloxane)的化合物。添加物為帶導(dǎo)電特性的化合物，如十六烷基三甲基溴化銨(CTAB: cetyl trimethyl ammoniumbromide)或十六烷基三甲基高氯酸銨(HMAP: hexadecyl trimethyl ammoniumperchlorate)等含有導(dǎo)電離子的化合物。第一、第二、第三染料液晶混合層103、203、 303中的二色性染料可為一種染料，也可為多種染料的混合。向第一、第二、第三染料液晶混合層103、 203、 303中添加的二色性染料不同，目的是讓三個(gè)混合層可以顯示出三種不同的顏色——青藍(lán)(Cyan)、洋紅(Magenta)和黃色(Yellow)，也就是讓三個(gè)混合層具有了不同的光譜吸收范圍。這三種顏色的每一種可以由一種染料形成或者由多種染料混合調(diào)制形成。實(shí)際制作時(shí)，三個(gè)混合層只要能分別顯示出上述三種顏色即可，不用規(guī)定哪個(gè)混合層必須顯示哪種顏色。而無(wú)染料液晶層403因?yàn)闆](méi)有混合入染料，所以該無(wú)染料液晶層403將顯示的是白色。
在實(shí)際應(yīng)用中，添加物可隨層厚而適當(dāng)添加。例如，對(duì)于無(wú)染料液晶層403，當(dāng)層厚為2微米時(shí)，添加物可控制在約占混合總重量的0.001%，當(dāng)層厚為10微米時(shí)，添加物可控制在約占混合總重量的0.01%。當(dāng)然，這種厚度范圍和添加物摻雜含量比例并沒(méi)有很嚴(yán)的規(guī)定，只要將厚度控制在2微米到50微米之間，將添加物控制在約占混合總重量的0.001%到10%之間即可。
在實(shí)際制作過(guò)程中，對(duì)于各顯示模塊，混合物是灌制到上下基體層間的夾縫中的。該灌制過(guò)程與傳統(tǒng)的STN (Super Twisted Nematic，加強(qiáng)扭曲的向列態(tài)液晶)灌制過(guò)程相類似，不同的是本發(fā)明使用的灌制過(guò)程沒(méi)有傳統(tǒng)STN灌制過(guò)程中的PI (polyimide，聚酰亞胺)取向?qū)拥乃⒅啤⑵饽さ馁N片和彩色濾片的貼片三個(gè)環(huán)節(jié)。而且因?yàn)榻B(tài)液晶材料本身粘稠度的問(wèn)題，在灌制摻有添加物的近晶態(tài)液晶或摻有添加物和二色性染料的近晶態(tài)液晶前，需要將其
加熱到一定溫度， 一般為70'C以上，直到摻有添加物或摻有添加物和二色性染料的近晶態(tài)液晶表現(xiàn)為流動(dòng)的液態(tài)時(shí)，才可使用傳統(tǒng)的STN灌制過(guò)程進(jìn)行真空灌制。
實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明中的所有導(dǎo)電電極層是透明的，其可以是ITO(氧化銦錫)等，且可根據(jù)需要使用輔助的金屬電極，如鋁、銅、銀等，以增加電極的導(dǎo)電性能?；w層的材料可選為玻璃或塑料。例如，對(duì)于每個(gè)顯示模塊而言，上下基體層可均為玻璃，或者上下基體層均為塑料，或者上下基體層中的一個(gè)為玻璃，另一個(gè)為塑料。其中，塑料可為透明塑料薄膜、透明硬塑料板。
第一、第二、第三染料液晶混合顯示模塊100、 200、 300以及液晶顯示模塊400的導(dǎo)電電極層可根據(jù)顯示需要進(jìn)行電極分割而形成導(dǎo)電矩陣，分割的像素點(diǎn)寬度可為0.01毫米~1米。四個(gè)顯示模塊形成的導(dǎo)電矩陣應(yīng)相同，也就是說(shuō)，四個(gè)顯示模塊分割的像素點(diǎn)的大小應(yīng)一致，從一側(cè)看去，層疊在一起的四個(gè)顯示模塊的導(dǎo)電矩陣可重合，相應(yīng)位置的像素點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。
對(duì)于導(dǎo)電矩陣的結(jié)構(gòu)，下面以第一染料液晶混合顯示模塊ioo為例說(shuō)明。如圖4所示，第一染料液晶混合顯示模塊100的導(dǎo)電矩陣100C由導(dǎo)電電極層104和導(dǎo)電電極層105形成。導(dǎo)電電極層104由M個(gè)平行排列的條狀電極1041組成，導(dǎo)電電極層105由N個(gè)平行排列的條狀電極1051組成，導(dǎo)電電極層104的M個(gè)條狀電極1041與導(dǎo)電電極層105的N個(gè)條狀電極1051相正交，以使該導(dǎo)電電極層104與導(dǎo)電電極層105形成一MXN的像素點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)， 一個(gè)條狀電極1041與一個(gè)條狀電極1051形成一像素點(diǎn)，例如圖4所示的像素點(diǎn)106。實(shí)際使用時(shí)，導(dǎo)電電極層104和導(dǎo)電電極層105的各條狀電極與一驅(qū)動(dòng)控制裝置600相連，驅(qū)動(dòng)控制裝置600用于控制施加在條狀電極上的電壓。兩個(gè)導(dǎo)電電極層104和105與中間的混合層103形成了一個(gè)面積很大的電容結(jié)構(gòu)，每個(gè)像素點(diǎn)為一個(gè)單獨(dú)的面積很小的電容結(jié)構(gòu)。
實(shí)際中，無(wú)染料液晶層403中的近晶態(tài)液晶的雙折射率應(yīng)大于第一、第二、第三染料液晶混合層103、 203、 303中的近晶態(tài)液晶的雙折射率。對(duì)于頂層的無(wú)染料液晶層403來(lái)說(shuō)，其內(nèi)添加的近晶態(tài)液晶的雙折射率(Birefriengence)越大越好。雙折射率越大，光的散射能力就越強(qiáng)，白色顯示效果就越好。比如，使用8CB (4' -octyl-4-cyanobiphenyl)就可以，它的雙折射率達(dá)到了 0.157。但是，對(duì)于下面的三個(gè)混合層，其內(nèi)添加的近晶態(tài)液晶的雙折射率便不應(yīng)太大，因?yàn)楣饩€沒(méi)被過(guò)濾的部分需要通過(guò)下一混合層過(guò)濾，因此不希望光線過(guò)多的被散射掉(光線入射過(guò)濾原理)。需要提及的是，事實(shí)上，因?yàn)檫@三個(gè)混合層的厚度非常小，因此，即使這些混合層里的液晶本身的雙折射率較大，大部分未
過(guò)濾光線也會(huì)透過(guò)，因此，這三個(gè)混合層對(duì)近晶態(tài)液晶的雙折射率的要求不會(huì)
像無(wú)染料液晶層403那樣嚴(yán)格。但是，在第一、第二、第三染料液晶混合層103、203 、 303中的近晶態(tài)液晶分子與二色性染料分子的排列相關(guān)度(OrderParameter)要大一些，比如大于0.8就是比較好的相關(guān)度。
為了減少各顯示模塊間不必要的折射，反射層500與第一染料液晶混合顯示模塊100的下基體層102之間、第一染料液晶混合顯示模塊100的上基體層101與第二染料液晶混合顯示模塊200的下基體層202之間、第二染料液晶混合顯示模塊200的上基體層201與第三染料液晶混合顯示模塊300的下基體層302之間可均涂有一定的折射率匹配液(Refractive index matching liquid)。該折射率匹配液可選用Cargille公司生產(chǎn)的1843系列產(chǎn)品中的某一種。該折射率匹配液的折射率與制成上下基體層的材料的折射率相應(yīng)。例如，玻璃或塑料的折射率都在1.50左右，那么，這種折射率匹配液的折射率要求應(yīng)在1.50左右。然而，液晶顯示模塊400的下基體層402與第三染料液晶混合顯示模塊300的上基體層301之間可以不使用折射率匹配液，因?yàn)樯⑸錉顟B(tài)越強(qiáng)，越多的光線可以從下基體層402折射回入射方向，從而白色顯示狀態(tài)越好。
圖l所示的液晶顯示裝置是由相對(duì)獨(dú)立的顯示模塊疊加組成的。在實(shí)際中，相鄰顯示模塊間可以共同使用同一個(gè)基體層。如圖2所示，第一染料液晶混合顯示模塊100的上基體層101和第二染料液晶混合顯示模塊200的下基體層202可用一共用基體層801替代，第二染料液晶混合顯示模塊200的上基體層201和第三染料液晶混合顯示模塊300的下基體層302可用一共用基體層802替代，第三染料液晶混合顯示模塊300的上基體層301和液晶顯示模塊400的下基體層402可用一共用基體層803替代。這些共用基體層801、 802、 803可為玻璃或塑料制成。對(duì)于圖2所示結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置，各共用基體層的上下表面都要鍍上透明導(dǎo)電電極層，并且進(jìn)一步曝光蝕刻成需要的導(dǎo)電矩陣結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置可以大大減少整個(gè)裝置的厚度，從而可極大降低不同可視角對(duì)圖像顏色差別的影響。當(dāng)然，這種結(jié)構(gòu)的顯示裝置的各顯示模塊間不存在涂抹折射率匹配液的問(wèn)題。
液晶顯示模塊400是通過(guò)控制施加在兩個(gè)導(dǎo)電電極層404和405上的各條狀電極的電壓大小、頻率和作用時(shí)間，來(lái)改變無(wú)染料液晶層403中的近晶態(tài)液晶分子的排列形態(tài)，從而使光線在透射與散射之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示的。導(dǎo)電電極層404與導(dǎo)電電極層405形成了一個(gè)MXN的像素點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)，相正交的兩條狀電極形成一像素點(diǎn)，所以在該兩個(gè)條狀電極間產(chǎn)生的電壓幅值和頻率共同控制其形成的像素點(diǎn)的亮暗，宏觀上表現(xiàn)為全透明與霧狀間的轉(zhuǎn)換。如圖
5所示，當(dāng)在導(dǎo)電電極層404的一條狀電極與導(dǎo)電電極層405的一條狀電極上施加100v 200v、 50Hz 200Hz的交流電壓，當(dāng)電壓作用時(shí)間不到1秒鐘時(shí)，兩條狀電極形成的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的無(wú)染料液晶層403中的近晶態(tài)液晶分子4031便發(fā)生扭轉(zhuǎn)，形成圖5所示的亂序排列形態(tài)。因?yàn)榻B(tài)液晶分子4031的各向相異性(即由于入射光線通過(guò)各液晶的長(zhǎng)光軸不同，各液晶的光折射角度不同，因而各液晶的折射率不同)，使得入射各近晶態(tài)液晶分子4031的光線的折射存在著很大的差異，即在該微薄厚度的無(wú)染料液晶層403內(nèi)，光折射率產(chǎn)生著劇烈的變化，因而光線發(fā)生了強(qiáng)烈的散射，宏觀呈現(xiàn)一種如磨砂毛玻璃般的霧狀散光效應(yīng)。如圖6所示，當(dāng)在導(dǎo)電電極層404的一條狀電極與導(dǎo)電電極層405的一條狀電極上施加100v 200v、 1000Hz以上的交流電壓，當(dāng)電壓作用時(shí)間不到1秒鐘時(shí)，兩條狀電極形成的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的無(wú)染料液晶層403中的近晶態(tài)液晶分子4031便變?yōu)橐?guī)則排列形態(tài)，此時(shí)，近晶態(tài)液晶分子4031的長(zhǎng)光軸垂直于導(dǎo)電電極層平面，入射各近晶態(tài)液晶分子4031的光線的折射不產(chǎn)生劇烈變化，光線可以自由透過(guò)無(wú)染料液晶層403，宏觀呈現(xiàn)一種全透明狀態(tài)。同樣，第一、第二、第三染料液晶混合顯示模塊100、 200、 300也是通過(guò)控制施加在兩個(gè)導(dǎo)電電極層上的各條狀電極的電壓大小、頻率和作用時(shí)間，來(lái)改變混合層中的近晶態(tài)液晶分子的排列形態(tài)，從而使光線在透射與散射之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示的。下面以第一染料液晶混合顯示模塊100為例，來(lái)說(shuō)明三個(gè)顯示模塊100、 200、 300的顯示控制原理。導(dǎo)電電極層104與導(dǎo)電電極層105形成了一個(gè)MXN的像素點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)，相正交的兩條狀電極形成一像素點(diǎn)，所以在該兩個(gè)條狀電極間產(chǎn)生的電壓幅值和頻率共同控制其形成的像素點(diǎn)的亮暗，宏觀上表現(xiàn)為全透明與有色遮光間的轉(zhuǎn)換。如圖7所示，在一條狀電極1041和一條狀電極1051上施加100v 200v、 50Hz 200Hz的交流電壓，當(dāng)作用時(shí)間不到1秒鐘時(shí)，兩條狀電極形成的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第一染料液晶混合層103中的近晶態(tài)液晶分子1031變?yōu)榕まD(zhuǎn)的亂序排列形態(tài)，而由于二色性染料分子1033與近晶態(tài)液晶分子1031間距很小，故當(dāng)近晶態(tài)液晶分子1031扭轉(zhuǎn)時(shí)，二色性染料分子1033也隨之變得雜亂無(wú)章，甚至大量染料分子1033的長(zhǎng)光軸平行于導(dǎo)電電極層平面。當(dāng)光線701射入第一染料液晶混合層103時(shí)，由于各近晶態(tài)液晶分子1031的光線的折射差異，光線發(fā)生強(qiáng)烈的散射。在近晶態(tài)液晶分子1031產(chǎn)生的散射下，大量光線沿染料分子1033長(zhǎng)光軸的垂直方向射入染料分子1033，因而一定波段的光線被染料分子1033極大地吸收，散射出的光線702呈現(xiàn)出染料分子的顏色，宏觀呈現(xiàn)出模糊的某種顏色。例如，若加入第一染料液晶混合層103的染料為青藍(lán)(Cyan)色染料，則最終呈現(xiàn)的便是青藍(lán)(Cyan)色。如圖8所示，在一條狀電極1041和一條狀電極1051上施加100v 200v、1000Hz以上的交流電壓，當(dāng)作用時(shí)間不到1秒鐘時(shí)，兩條狀電極形成的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第一染料液晶混合層103中的近晶態(tài)液晶分子1031和二色性染料分子1033均變?yōu)橐?guī)則排列形態(tài)，此時(shí)，液晶分子1031的長(zhǎng)光軸和二色性染料分子1033的長(zhǎng)光軸均垂直于導(dǎo)電電極層平面，因此，入射各近晶態(tài)液晶分子1031的光線的折射不產(chǎn)生劇烈變化，且由于二色性染料分子1033的長(zhǎng)光軸垂直于導(dǎo)電電極層平面，光線沿二色性染料分子1033長(zhǎng)光軸的平行方向入射，二色性染料分子1033只吸收微小的光(該光吸收量取決于染料分子1033相對(duì)于液晶分子1031的規(guī)則排列相關(guān)度和溶解度)，故入射光線703經(jīng)過(guò)第一染料液晶混合層103后，只有少量光線被吸收，最終自由透過(guò)第一染料液晶混合層103，如圖8中的射出光線704，宏觀呈現(xiàn)出全透明狀態(tài)。
對(duì)于所有顯示模塊而言，當(dāng)給兩導(dǎo)電電極層的各條狀電極加載電壓且像素點(diǎn)被驅(qū)動(dòng)發(fā)生變化后，便可撤去施加的電壓。而像素點(diǎn)的這種光效應(yīng)的保持是不需要電壓來(lái)維持的，即撤去電壓后，像素點(diǎn)仍能夠保持加載電壓時(shí)產(chǎn)生的光效應(yīng)，而作用的電壓信號(hào)只是為了改變近晶態(tài)液晶分子的排列形態(tài)。在本發(fā)明中，將這種不需要電驅(qū)動(dòng)而維持光效應(yīng)的狀態(tài)稱為"多穩(wěn)態(tài)"或"準(zhǔn)靜態(tài)"。而這種"多穩(wěn)態(tài)"是因?yàn)樘砑游锊捎昧藥?dǎo)電特性的化合物，當(dāng)施加電信號(hào)時(shí)，帶導(dǎo)電特性的化合物中的離子根據(jù)電勢(shì)差變化產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)可以改變液晶分子的排列形態(tài)，而變化后的液晶分子排列形態(tài)并不需要離子的持續(xù)運(yùn)動(dòng)來(lái)維持，是穩(wěn)定的。這種近晶態(tài)液晶和添加物產(chǎn)生的"多穩(wěn)態(tài)"效果與液晶聚合物技術(shù)產(chǎn)生的維持效果不同，液晶聚合物技術(shù)中添加了高分子聚合物的液晶是靠大量聚合物網(wǎng)絡(luò)中的表面力、分子間力和摩擦力來(lái)維持的。
當(dāng)然，在實(shí)際實(shí)施時(shí)，通過(guò)合理控制兩導(dǎo)電電極層上的電壓大小、頻率和作用時(shí)間，可使近晶態(tài)液晶分子的排列形態(tài)變?yōu)椴糠峙で?，以產(chǎn)生不同程度的散光效應(yīng)，宏觀表現(xiàn)為在霧狀與全透明兩個(gè)狀態(tài)間產(chǎn)生具有不同灰度階的多種漸進(jìn)狀態(tài)，如半透明狀態(tài)等，從而使像素點(diǎn)呈現(xiàn)出不同灰度的顏色。
對(duì)于整個(gè)近晶態(tài)液晶顯示裝置的顯示，每個(gè)顯示模塊的驅(qū)動(dòng)方式都可采用無(wú)源矩陣的行掃描驅(qū)動(dòng)方式。如圖9所示，對(duì)于各顯示模塊的導(dǎo)電矩陣IOOC、200C、 300C、 400C，橫向排列的條狀電極與行掃描用逐行選通控制電路相連，四個(gè)顯示模塊公用一個(gè)行掃描用逐行選通控制電路，豎向排列的條狀電極與該導(dǎo)電矩陣所在顯示模塊的數(shù)據(jù)端控制電路相連，每個(gè)數(shù)據(jù)端控制電路包括帶有
移位寄存器的控制芯片，該四個(gè)數(shù)據(jù)端控制電路和行掃描用逐行選通控制電路受共用的系統(tǒng)處理器、圖像存儲(chǔ)和信號(hào)控制電路控制。所有控制電路設(shè)置在驅(qū)動(dòng)控制裝置600內(nèi)。驅(qū)動(dòng)過(guò)程為行掃描用逐行選通控制電路同時(shí)選通導(dǎo)電矩陣IOOC、 200C、 300C、 400C中的第一行，各數(shù)據(jù)端控制電路中的帶有移位寄存器的控制芯片將數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞給相應(yīng)的導(dǎo)電矩陣的各列，這時(shí)，選通的第一行的所有像素點(diǎn)被驅(qū)動(dòng)顯示為所需狀態(tài)，其它像素點(diǎn)不變化。同理，以下各行被依次驅(qū)動(dòng)，使各像素點(diǎn)變?yōu)樗锠顟B(tài)，直至整個(gè)顯示裝置逐行掃描完，以顯示出需要的文字或圖案。對(duì)于這種復(fù)用的驅(qū)動(dòng)電路，本發(fā)明顯示裝置只需增加數(shù)據(jù)端的控制芯片即可，各顯示模塊的顯示驅(qū)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行，因此，本發(fā)明顯示裝置的刷新速度不會(huì)因顯示模塊的增加而變慢，且所需的控制電路成本也不會(huì)顯著增加。
使用本發(fā)明時(shí)，對(duì)于各顯示模塊相對(duì)應(yīng)的一像素點(diǎn)來(lái)說(shuō)，令液晶顯示模塊400上的該像素點(diǎn)呈現(xiàn)全透明狀態(tài)，令第一、第二、第三染料液晶混合顯示模塊IOO、 200、 300上的該像素點(diǎn)呈現(xiàn)為青藍(lán)、洋紅和黃色，則最終顯示的像素點(diǎn)呈現(xiàn)為黑色；令液晶顯示模塊400上的該像素點(diǎn)呈現(xiàn)全透明狀態(tài)，令第一、第二、第三染料液晶混合顯示模塊100、 200、 300上的該像素點(diǎn)呈現(xiàn)為深淺不同的青藍(lán)、洋紅和黃色，則最終顯示的像素點(diǎn)可呈現(xiàn)為多種顏色；令液晶顯示模塊400上的該像素點(diǎn)呈現(xiàn)霧狀散光狀態(tài)，令第一、第二、第三染料液晶混合顯示模塊100、 200、 300上的該像素點(diǎn)呈現(xiàn)全透明狀態(tài)，則最終顯示的像素點(diǎn)呈現(xiàn)為白色，由于折射出液晶顯示模塊400的部分光線被白色的反射層反射回來(lái)，本發(fā)明顯示裝置的反射率可超過(guò)70%，白色顯示效果很好，黑白對(duì)比度比傳統(tǒng)顯示裝置提高了 3倍以上。由此，通過(guò)各像素點(diǎn)的顯示，本發(fā)明液晶顯示裝置便可最終顯示出豐富多彩的畫面。
本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)
1、多穩(wěn)態(tài)的全彩色特性。由于三個(gè)染料液晶混合顯示模塊可顯示出青藍(lán)、洋紅和黃色，青藍(lán)、洋紅和黃色不同比例的組合可以形成各種彩色，再加上液晶顯示模塊顯示的白色，故本發(fā)明可具有豐富多彩的顏色顯示效果。并且，由于本發(fā)明采用近晶態(tài)液晶制成，近晶態(tài)液晶不同于目前廣泛使用在電腦顯示器、電視機(jī)或手機(jī)顯示屏上的相列態(tài)液晶，近晶態(tài)液晶具有更低的物理流動(dòng)性，近晶態(tài)液晶分子之間的排列更加有序，又由于近晶態(tài)液晶內(nèi)摻雜的添加物具有 導(dǎo)電特性，撤去電信號(hào)后，顯示裝置仍能保持加載電壓時(shí)產(chǎn)生的顯示狀態(tài)，因 此，本發(fā)明具有很好的"多穩(wěn)態(tài)"特性，只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)刷新像素的時(shí)候，導(dǎo)電電 極層才需要供電，而一旦整個(gè)顯示圖像刷新完成，該圖像便不再需要持續(xù)供電 來(lái)維持顯示，而且，本發(fā)明是一種能量消耗很低的電子顯示裝置，它每平方米 的工作電流很小，非常省電。
2、 屏幕反射率高、黑白對(duì)比度高。本發(fā)明顯示裝置的反射率很高，可達(dá) 到70%以上。相對(duì)于傳統(tǒng)的雙層或三層結(jié)構(gòu)的顯示裝置，由于本發(fā)明增加了位 于頂層的第四個(gè)模塊一一液晶顯示模塊，該液晶顯示模塊可以極大提升白色顯 示狀態(tài)(白色狀態(tài)的反射光增強(qiáng))，所以，黑白對(duì)比度(也就是黑色狀態(tài)與白
色狀態(tài)的比例)可以達(dá)到6: 1以上。普通報(bào)紙的黑白分辨率在7: l左右，可 見(jiàn)，本發(fā)明的黑白對(duì)比度基本可以達(dá)到報(bào)紙的黑白分辨率，黑白顯示效果很好， 與傳統(tǒng)的雙層或三層結(jié)構(gòu)的反射型顯示裝置相比，黑白對(duì)比顯示效果有了很大 的提高。
3、 圖像刷新速度快。由于近晶態(tài)液晶和二色性染料的響應(yīng)時(shí)間僅為幾十
毫秒，且各模塊的顯示驅(qū)動(dòng)和掃描是通過(guò)共用控制電路同時(shí)進(jìn)行的，所以多模 塊的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有增加刷新全屏的時(shí)間，全屏刷新速度快。
4、 環(huán)保性好。由于該"多穩(wěn)態(tài)"特性，在保持圖像的狀態(tài)時(shí)，不需要施
加任何電流，所以本發(fā)明幾乎沒(méi)有電磁輻射，且近晶態(tài)液晶材料本身便無(wú)任何 皮膚接觸性的毒害作用，本發(fā)明健康環(huán)保。
以上所述是本發(fā)明的較佳實(shí)施例及其所運(yùn)用的技術(shù)原理，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術(shù)方 案基礎(chǔ)上的等效變換、簡(jiǎn)單替換等顯而易見(jiàn)的改變，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種高對(duì)比度全彩色反射型近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于它包括一反射層，在該反射層上依次疊加設(shè)有第一染料液晶混合顯示模塊、第二染料液晶混合顯示模塊、第三染料液晶混合顯示模塊，在第三染料液晶混合顯示模塊上疊加設(shè)有一液晶顯示模塊，其中第一染料液晶混合顯示模塊包括上基體層、下基體層，在該上基體層與下基體層的中間設(shè)有一第一染料液晶混合層，該第一染料液晶混合層由近晶態(tài)液晶、二色性染料和添加物組成，在該上、下基體層朝向第一染料液晶混合層的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)電電極層；第二染料液晶混合顯示模塊包括上基體層、下基體層，在該上基體層與下基體層的中間設(shè)有一第二染料液晶混合層，該第二染料液晶混合層由近晶態(tài)液晶、二色性染料和添加物組成，在該上、下基體層朝向第二染料液晶混合層的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)電電極層；第三染料液晶混合顯示模塊包括上基體層、下基體層，在該上基體層與下基體層的中間設(shè)有一第三染料液晶混合層，該第三染料液晶混合層由近晶態(tài)液晶、二色性染料和添加物組成，在該上、下基體層朝向第三染料液晶混合層的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)電電極層；液晶顯示模塊包括上基體層、下基體層，在該上基體層與下基體層的中間設(shè)有一無(wú)染料液晶層，該無(wú)染料液晶層由近晶態(tài)液晶和添加物組成，在該上、下基體層朝向無(wú)染料液晶層的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)電電極層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于所述第一、第二、第三染料液晶混合層中的二色性染料為一種染料或多種 染料的混合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于所述二色性染料使所述第一、第二、第三染料液晶混合顯示模塊顯示出青 藍(lán)、洋紅、黃色。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于所述第一、第二、第三染料液晶混合層和所述無(wú)染料液晶層的厚度為2 50微米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于所述反射層與所述第一染料液晶混合顯示模塊的下基體層之間、所述第一染料液晶混合顯示模塊的上基體層與所述第二染料液晶混合顯示模塊的下基 體層之間、所述第二染料液晶混合顯示模塊的上基體層與所述第三染料液晶混 合顯示模塊的下基體層之間均涂有折射率匹配液，該折射率匹配液的折射率與 制成上下基體層的材料的折射率相應(yīng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于 所述上下基體層均為玻璃，或者所述上下基體層均為塑料，或者所述上下基體層中的一個(gè)為玻璃，另一個(gè)為塑料。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于 第一染料液晶混合顯示模塊的上基體層和第二染料液晶混合顯示模塊的下基體層可用一共用基體層替代-，第二染料液晶混合顯示模塊的上基體層和第三染料液晶混合顯示模塊的 下基體層可用一共用基體層替代；第三染料液晶混合顯示模塊的上基體層和液晶顯示模塊的下基體層可用 一共用基體層替代。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于 所述共用基體層為玻璃或塑料。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于 所述近晶態(tài)液晶為帶硅氧基的A類近晶態(tài)液晶。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于 所述無(wú)染料液晶層中的近晶態(tài)液晶的雙折射率大于所述第一、第二、第三染料液晶混合層中的近晶態(tài)液晶的雙折射率；所述第一、第二、第三染料液晶混合層中的近晶態(tài)液晶分子與二色性染料 分子的排列相關(guān)度大于0.8。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高對(duì)比度全彩色反射型近晶態(tài)液晶顯示裝置，它包括一反射層，在該反射層上依次疊加設(shè)有第一染料液晶混合顯示模塊、第二染料液晶混合顯示模塊、第三染料液晶混合顯示模塊，在第三染料液晶混合顯示模塊上疊加設(shè)有一液晶顯示模塊。本發(fā)明具有豐富多彩的顏色顯示效果，屏幕反射率高，黑白對(duì)比度可達(dá)到6∶1以上，且具有多穩(wěn)態(tài)特性、能耗低、圖像刷新速度快和環(huán)保性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02F1/1333GK101644845SQ20081011806
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者剛 孫 申請(qǐng)人:剛 孫