CN100380221C - 黑白色胆甾型液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

在一些实施方案中，使用单个显示元件为显示产生多种颜色可以形成一种胆甾型显示器(10)。胆甾型材料(16)可以夹在一对衬底(12，14)之间，每个衬底与通常横切于入射光光轴(O)排列的对置电极(14，22，26)对相关联。第一对电极(14，22)产生两个液晶状态之一，并且导致特定波长的光的反射。当通常也横切于入射光光轴排列的第二对(或组)对置电极(26b，26c)被适当偏置时，其他波长的光可以被反射。第三对(或组)电极(26c，26d)也是如此。通过调制在每对(或组(14，22，26))内的胆甾型材料(16)的螺距长度，由单个显示元件可以生成黑白色显示器。

Description

黑白色胆甾型液晶显示器
背景
本发明一般涉及液晶显示器，尤其涉及胆甾型显示器。
通常，可以调制液晶材料来生成显示器。传统的液晶显示器通常使用具有可以有差别地透过或反射入射光的一对状态的扭曲向列(tn)液晶材料。虽然扭曲向列显示器可以是反射型或透射型，但是胆甾型显示器通常是反射型(但它们也可以是透射型)。
在胆甾型显示器中，胆甾型材料具有很高的旋光性。这样的液晶材料在称为平面胆甾型织构(texture)的反射型织构和具有焦锥(focal conic)织构的透明结构之间转换。胆甾分子呈现螺旋状结构，其螺旋轴垂直于所述衬底表面。
响应于电场，胆甾型液晶分子以平面织构的与光轴对齐，反射特定波长的光。通常，在波长与材料的螺距距离正好成比例时，平面胆甾型织构中的反射最大。
λ0＝n·p(这里p＝螺距长度，n＝(n‖+n⊥)/2)
常规地，在光轴的方向上施加电场，以改变胆甾型材料的相位和织构。然而，这些改变通常是以材料或者对给定波长的光谱是反射的或者根本不反射光的形式来出现的。
于是，给定的已完成的胆甾型液晶胞(crystal cell)可以产生具有具体颜色的反射光，例如红色、绿色或蓝色，但不是它们的任何组合。因此，传统方法是为三种基色(例如红色、绿色和蓝色)的每一种提供单独的胆甾型显示元件。这些单独的显示元件可以以一个在另一个上面的方式进行层叠，以生成想要的全色反射光输出。可替换地，所述三个元件可以并排放置，每个显示相同颜色。使用滤色材料可以获得所述三种不同颜色。
滤色材料的使用实质上降低了显示器亮度并且增加了显示器的总成本。类似地，在层叠内使用三个单独的单元(cell)实际上使显示器成本增至三倍。层叠的元件甚至可能降低每个显示像素的光学亮度。
双稳态反射胆甾型显示器尤其有利于许多便携应用。双稳态材料是有利的，这是因为它可以处于两个状态之一，所述两个状态具有不同的光学属性。一旦处于任一状态，甚至当切断电源时，材料都停留在那个状态。于是，给定的已显示像素可以保持在给定状态而不刷新，直到想要改变所显示的光学信息。由于本质上是反射型的，因此，避免需要背光、加上避免需要刷新将从实质上减少显示子系统的功耗。
因此，存在对能够以较低的成本制造的显示器，尤其是对双稳态胆甾型显示器的需求。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种胆甾型显示器，所述胆甾型显示器包括一对对置的衬底；在所述衬底之间的胆甾型材料；通常平行于所述衬底排齐的第一对电极；以及多个第二电极，所述多个第二电极通常横切于所述衬底排列，以定义包括三个子像素的像素。
根据本发明的另一方面，提供了一种胆甾型元件，所述胆甾型元件包括胆甾型材料；围绕所述胆甾型材料的一对衬底；以及使所述胆甾型材料有选择地生成不同波长的光以及生成白色光的器件；其中所述器件包括通常平行于所述衬底排齐的第一对电极和通常横切于所述衬底排列的多个第二电极。
附图说明
图1是本发明一个实施方案的被大大地放大后的示意性剖视图；
图2是依据本发明一个实施方案的图1中所示结构的被大大地放大后的局部顶视图；
图3是图1中所示实施方案的局部示意图；
图4是依据本发明一个实施方案，在有源矩阵显示排列中的双稳态胆甾型显示器的示意图；以及
图5是依据本发明一个实施方案在无源矩阵显示排列中的双稳态胆甾型显示单元。
具体实施方式
参考图1，在本发明的一个实施方案中，胆甾型显示器可以包括双稳态胆甾型材料16。所述材料16被夹在两个衬底12和24之间。衬底24最好是基本上透明的，并且常规为具有吸收内涂层(例如炭黑)的玻璃。衬底24可以是或可以不是透明的。衬底24可以由各种材料制成。在一个实施方案中，衬底12和24可以包括透明电极14和22。在一个实施方案中，透明电极14和22可以由铟锡氧化物(ITO)制成。
夹在衬底12和24之间的是侧面的电极(sideways electrode)26b和对置的侧向电极26c，侧向电极26c也依次与侧向电极26d对置。在电极26和衬底24之间是材料20。在有源矩阵的实施方案中，材料20可以是薄膜晶体管或其他有源元件以驱动实际的显示器。在无源矩阵的实施方案中，材料20可以是一行或一列接触体或电极。
图2中所示的显示器10可以由排列在网格工作阵列中的多个像素40形成。每个像素40例如像素42可以分成三个或更多个子像素42a，42b和42c。在一个实施方案中，每个子像素42可以负责生成不同波长的光。于是，每个像素40可以产生三个不同的光的波长，例如红色、绿色和蓝色波长。
每个子像素42可以包括两组对置的横向电极(transverse electrode)26。例如，子像素42a可以具有对置的电极对26b，26c和对置的电极对26a，26e。因此，在本发明的一个实施方案中，像素40e分成三个子像素42使得每个子像素42内具有大致相同的面积。在一些情形下，电极26c，26f和26e在两个不同子像素之间可以公用。例如，在本发明的一个实施方案中，电极26c是子像素42a和子像素42b的电极。
参考图3，电极14和22沿着显示器10的光轴O施加电场。光轴O与入射光“L”的方向对齐。指向衬底12上表面的光L穿过该上表面和电极14，并且被(或不被)胆甾型材料16反射，如光束R所指示，以产生看见的图像。由于光到达顶部的上表面并从其反射，因此光轴O通常被定向为横切衬底12和24。
以传统的方式，电极14和22产生的电场可以使双稳态胆甾型材料16在反射的平面胆甾型织构和透明的焦锥织构之间转换。施加电压(potential)导致这些转换发生的过程是本领域公知的。
通常，可以由电气耦合到电极14和22的交流电压源30施加电场。在一些实施方案中，当胆甾型材料16处于其透明织构时，下衬底24变成可见的。当胆甾型材料16处于其平面胆甾型织构时，反射给定波长的光。该给定波长通常由材料16的螺距确定。在传统的胆甾型显示器中，螺距被定义并且被固定。因此，在传统的胆甾型显示器中，每个显示元件或者提供一种反射颜色，或者是透明的，显示衬底22的颜色。
依据本发明的一个实施方案，电极26施加横切于光轴O的电场。在一个实施方案中，这个横向电场可以从通常与电极14和22横切地排列的平坦平面电极26施加。
电极26可以耦合到其自己单独的电压32。电极26不需要，但可以是透明的。
电极26允许变换由电极14和22设定的螺距。在本发明的一个实施方案中，电极26使固定的螺距能够在三个不同螺距之间进行变换。与电极26上的给定电压相关联的所述不同螺距中的每一个可以产生三种不同光的颜色中的一种。在一个实施方案中，例如，可以从单个显示元件10有选择地产生红、绿和蓝光。
在一些实施方案中，可以使用曲面电极，例如，轴通常横切于光轴O的盘状电极。盘状电极的曲表面的侧面提供侧面的电场(从360°)，其横切于与光轴O对齐的电场。
液晶具有在所施加的电场内排齐(align)的偶极子。该属性允许横切于光轴的电场修改材料的螺距长度。
为了生成黑色，可以校准每个像素40内的材料的螺距以不反射任何可见光，从而，像素40在被寻址之后变成暗的或黑色的。
为了生成用于黑白显示器的光，例如，可以适当地改变在每个子像素42内的材料的螺旋结构(helix)以便同时分别产生红、绿和蓝光。这三种颜色的互补(complementary)反射系数使像素40整体上呈现为白色。因此，通过操作三个子像素42之一可以产生任何颜色，并且通过操作所有子像素42可以产生白色。相反地，在一个实施方案中，当没有一个子像素是反射的时，像素40显现为暗色或黑色。
子像素42的几何形状可以进行相当大的变化。在本发明的一个实施方案中，通常仅仅需要子像素42具有相似的面积。
通过使用电极26，仅以单个胆甾型显示元件就可以产生多色显示像素。结果，通过避免需要三个或者横向彼此偏离(displaced)或者一个在另一个上进行层叠的不同显示元件而可以获得实质性的成本节约。而且，当以横向偏离排列的方式利用三个显示元件时，通常需要滤色器阵列，并且滤色器阵列可能显著增加显示器成本。
在本发明的一个实施方案中，当暴露给与光轴O对齐的电场时，材料16反射中心或中间波长约为560纳米的光。然后，可以使用通过电极26施加的电场改变螺距，从而或者增加反射波长，例如到670纳米，或者降低反射波长，例如到450纳米。这基本上改变了单元或元件的反射颜色。
也可以利用其他变化。在一些实施方案中，当电极26不操作时，可以有效地提供红色或蓝色，然后使用电极26调整螺距来向上或向下调节反射波长。也可以使用透射模式。在一些实施方案中，可以使用螺距变化来有选择地反射和/或透射不同的光谱波长，包括红外线区域的波长。
参考图4，在本发明的一个实施方案中，可以实现有源矩阵显示器。在这样的情形下，材料20可以构成薄膜晶体管或其他有源元件。在一个实施方案中，薄膜晶体管的栅极22’可以耦合到线36，也就是依次耦合到电极22。同时，晶体管20的源极经由线38耦合到电极14。在本发明的一个实施方案中，漏极22”可以经由线40耦合到适当的接地。在一些实施方案中，可以提供外部存储电容器34。
类似地，在图5所示的无源矩阵显示器实施方案中，电极14可以耦合到列电压，而电极22可以耦合到行电压。在这样的无源矩阵寻址的情形下，不需要薄膜晶体管来对电寻址提供材料20上的行电压和列电压。
虽然已经针对有限数量的实施方案对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将从中意识到许多修改和变化。后附的权利要求书应被视为覆盖了所有这些落入本发明真正的精神和范围内修改和变化。

Claims (18)

1.一种胆甾型显示器，包括：
一对对置的衬底；
在所述衬底之间的胆甾型材料；
通常平行于所述衬底排齐的第一对电极；以及
多个第二电极，所述多个第二电极通常横切于所述衬底排列，以定义包括三个子像素的像素。
2.如权利要求1所述的显示器，其中所述胆甾型材料是双稳态胆甾型材料。
3.如权利要求1所述的显示器，其中所述第二电极使所述显示器能够产生可变波长的光。
4.如权利要求1所述的显示器，其中所述胆甾型材料有选择地产生多个可能波长之一的光。
5.如权利要求1所述的显示器，其中所述第一对电极形成在所述对置的衬底对上。
6.如权利要求5所述的显示器，其中所述第一对电极由透明导电材料构成。
7.如权利要求1所述的显示器，其中排列所述第二电极以改变所述胆甾型材料的螺距。
8.如权利要求1所述的显示器，其中所述显示器是反射型显示器。
9.如权利要求1所述的显示器，其中当所述第一对电极是操作的时，所述显示器产生光的第一波长，而当所述第二电极是操作的时，所述显示器产生光的另外两个波长，包括比所述第一波长长的波长以及比所述第一波长短的波长。
10.如权利要求1所述的显示器，其中所述显示器不包括滤色器。
11.如权利要求1所述的显示器，其中每个所述子像素大约为相同尺寸。
12.如权利要求1所述的显示器，其中每个所述子像素包括所述第二电极中的至少两个电极。
13.一种胆甾型元件，包括：
胆甾型材料；
围绕所述胆甾型材料的一对衬底；以及
使所述胆甾型材料有选择地生成不同波长的光以及生成白色光的器件；其中所述器件包括通常平行于所述衬底排齐的第一对电极和通常横切于所述衬底排列的多个第二电极。
14.如权利要求13所述的元件，其中所述第二电极改变所述胆甾型材料的螺距以有选择地改变光谱的波长。
15.如权利要求13所述的元件，其中所述胆甾型材料是双稳态胆甾型材料。
16.如权利要求13所述的元件，其中所述元件是显示器。
17.如权利要求16所述的元件，其中所述显示器是有源矩阵型显示器。
18.如权利要求13所述的元件，其中所述元件是无源矩阵型显示器。
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