CN100412634C - 利用全息图样板液晶的平板显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关在液晶中利用全息图形成图样板并选择性的调整颜色和光量的平板显示装置的一项发明。特别是，因不使用偏振光，所以不仅减少了光量的损失而且有效的控制光，从而可增加图像亮度；又因能减少构成平板显示装置的零部件数，所以简化了操作工序，从而构成超薄型显示装置。并且，重新激化使用光波通道中的光来提高光的利用率；并利用发光二极管LED、激光二极管LD等作为光源，扩大色度重现范围，从而可以构成画质鲜明的显示装置。

Description

利用全息图样板液晶的平板显示装置

技术领域

本发明是与平板显示装置有关，特别是有关在液晶中利用全息图形成图样板并选择性的调整颜色与光量的平板显示装置的一项发明。

背景技术

一般的平板显示装置是与使用阴极射线管CRT的以前的显示装置不同，它以平面形态形成画面且显示具有薄而轻的鲜明的画面。

这种平板显示装置通常有液晶显示器LCD、电致发光显示器ELD、等离子体显示器PDP、场致发射显示器FED等。

在平板显示装置中，最常用的液晶显示器LCD具有如同图1所示的结构。

即，根据从电源接收电力供给的电源驱动部191来驱动光源11来发射出光。

被发射出的光入射到光导器12并在光导器12内被反射后入射光向上侧转换方向传播。

从光导器12射出的光，经扩散板13进行漫射使其具有均匀的光分布；又经补偿板14补偿相位后调整为使其适合于第1偏光板151的偏光方向。

一个方向的处于偏光状态的光是透过液晶16并经过第2偏光板172。此时，第2偏光板172的偏光方向是与第1偏光板151的偏光方向垂直。

同时，如果有视频信号输入，则根据图像驱动部192，设置在液晶16上下部的第1、第2电极152，171上加上电压，从而使液晶16产生反应，并由此通过改变排列方向来调整透过液晶的光量，从而显示其图像。

根据液晶调整光量的图像穿过保护板18供用户欣赏。

但是，如果使用上述图1的液晶显示器LCD，则由于存在必须要使用偏光板151，172的局限性，因此在使用同一的光源的情况下提高亮度是有困难，同时还使用不需要的部件和滤光片；并且，为构成彩色图像存在需要使用彩色滤光片等局限性的问题。

发明内容

本发明是为解决上述问题而提出的，其目的是提供不使用偏振光并删除了不需要的滤光片的平板显示装置。

为达到上述目的而提出的根据本发明利用全息图样板液晶的平板显示装置由以下部分组成：光源；上述光源的光入射后对其进行传播的核心；在核心外角的一个面设置的随核心传播的光，产生全反射的覆盖层构成的光波通道；在光波通道其他面形成的第1、第2透明电极之间设置并对通过光波通道传播的光的波长和透射光量，进行调整的具有全息图样板的液晶构成作为其特征。

入射到光波通道核心的光，根据光波通道核心和光波通道覆盖层之间曲折率差的全反射现象，在光波通道核心内随光波通道进行传播作为其特征。

设置在光波通道的另一端部，随光波通道传播的光进行反射，并使被反射光向相反方向随光波通道进行传播而设置的反射镜多包括一个反射镜作为其特征。

光源设置在光波通道核心旁边，并将光源发射的光入射到光波通道核心，此时，根据光源的种类和光波通道核心的形态不同而光的入射方法也不同作为其特征。

上述光源，照明画面的一个面的长光源，沿长度方向设置；而光波通道核心，使用整体型光波通道核心并使从光源入射的光在光波通道的全面经扩散传播来照明画面整个像素作为其特征。

上述光源，照明画面的一个面的长光源，沿长度方向设置；而光波通道核心，为使其与形成画面一列的像素相对应而设置为扇形；从光源射出的光入射到相应光波通道核心传播，从而照明整个画面的相应列的像素作为其特征。

上述光源，使用对应于屏幕各列的光源；而光波通道核心，为使其与形成图像的一列像素对应而设置为扇形；从光源发射的光直接入射到相应的光波通道核心传播，入射到相应光波通道核心的光，随相应光波通道核心传播的同时，照明到整个画面相应列的像素作为其特征。

液晶是由全息图样板形成的液晶分子和单分子物体构成。而液晶分子和单分子物体具有周期性排列成的带式形状；并使液晶分子曲折率和单分子物体曲折率设置成彼此不同，由此形成周期性的曲折率格栅作为其特征。

本发明是与外部图像信号相连的相应像素施加电压大小相对应的调节液晶的透射光量，从而显示灰度；或给根据与外部图像信号相连的相应像素提供一定时间期间电压的接通/断开次数来调节液晶透射光量，从而显示灰度作为其特征。

在液晶中形成全息图样板时，对各像素衍射因素进行变化的同时调整格栅周期来在各像素中形成子像素，然后区分各自红、绿、蓝R、G、B子像素；给各像素红、绿、蓝R、G、B子像素相应像素的图像信号相对应的施加电压，从而构成各像素彩色图像作为其特征。

如同上述，根据本发明利用全息图样板液晶的平板显示装置可以期待具有以下效果：

第一，因不使用偏光，因此减少光量的损失；又能有效的控制光，因此，可以增加画面亮度。

第二，因删除了构成平板显示装置不需要的滤光片，所以不仅减少零部件数，而且做到工序简单化，并可以实现薄形平板显示装置。

第三，通过光波通道中的光再利用，可以提高光的利用率。

第四，作为光源使用发光二极管LED、激光二极管LD等，所以扩大色度再现范围，从而可以构成具有鲜明的画质的平板显示装置。

附图说明

图1为表示传统液晶显示装置其一实例构成图。

图2为表示根据本发明平板显示装置其一实例截面图。

图3为表示图2的平板显示装置斜视图。

图4a、图4b为表示根据本发明光源和光波通道相连方法的第1实例图。

图5a、图5b为表示根据本发明光源和光波通道相连方法的第2实例图。

图6a、图6b为表示根据本发明光源和光波通道相连方法的第3实例图。

图7a为表示根据本发明全息图样板液晶的构成图。

图7b为表示根据本发明全息图样板液晶的形成实例图。

图8a为表示根据本发明在全息图样板液晶不加电压时的驱动原理说明图。

图8b为表示根据本发明在全息图样板液晶加电压时的驱动原理说明图。

图9为表示根据本发明全息图样板液晶的驱动方法图。

图10为表示根据本发明全息图样板液晶的灰度实现实例时间构成图。

图11a、图11b为表示根据本发明全息图样板液晶的色度显示实例图。

对图纸主要部分符号说明：

21：光源：            22：光波通道核心；  23：光波通道覆盖层；

24：反射镜；          25：第1透明电极；   26：液晶；

27：第2透明电极；     111：像素；         112：R(红)子像素；

113：G(绿)子像素；    114：B(蓝)子像素。

具体实施方式

本发明的其他目的、特征、优点等可通过参照附图实例的详细说明能够清楚理解。

以下，参照附图对本发明实例构成和其作用进行说明，根据如同图纸所示及其说明，本发明构成及其作用至少用一个实例来说明；并根据这些说明，本发明的技术思想和其核心构成及其作用不能因为此说明而受限制。

图2为表示根据本发明平板显示装置的截面图；图3为根据本发明平板显示装置斜视图。

图2及图3的根据本发明平板显示装置是由以下部分构成：光源21；接收光源21入射的光，并对其进行传播的光波通道核心22；与光波通道核心22外角衔接并使光波通道内的光产生全反射的光波通道覆盖层23；设置在光波通道端部并对光进行反射的反射镜24；设置在光波通道上部并驱动液晶的第1、第2透明电极25、27；以及设置在第1及第2透明电极25、27之间，并根据电信号调节光量和波长的液晶26构成。

在如同上述构成的本发明中，光源21设置于光波通道核心22的旁边，并使光向光波通道核心22方向进行传播，同时将光入射到光波通道核心22。

入射到光波通道的光，根据光波通道核心22和光波通道覆盖层23之间曲折率差的全反射现象，在光波通道核心22内随光波通道进行传播。

即，如果光波通道核心22的曲折率大于光波通道覆盖层23的曲折率，则入射到光波通道核心22的光，根据全反射现象，不能跑出光波通道核心22，而随光波通道核心22进行传播。

光波通道中传播的光，在光波通道端部，经反射镜24反射，随光波通道向相反方向进行传播。

即，入射到光波通道核心22的光，在末端画面相应的光波通道末端面中，被散乱使画质劣化；或不被消除而根据反射镜24往复于光波通道。

以光通过两次光波通道的传播来显示图像，比光通过一次光波通道的传播来显示图像增加了光利用效率并又增加了图像显示亮度。

在光波通道上部其一侧面设置第1、第2透明电极25，27；而在两个电极之间设置了液晶26。液晶26根据事先规定方法，形成全息图样板。

此时，如果随外部图像信号，根据第1、第2透明电极25，27，在液晶26的各像素上施加电压，则液晶26透过率产生变化，从而调整图像信号相对应的光量和波长来显示图像。即，第1、第2透明电极25，27是与液晶各像素相对应并随外部图像部信号，给液晶施加电压来调节液晶的透射光量，从而形成其图像。

一方面，将光入射到光波通道核心22的方法是根据光源21种类和光波通道核心22的形态，有多种实例。

在图4a、图4b中示出作为光源，使用照明画面一面的长光源；使用一整体型光波通道的实例.

即，光波通道核心43的曲折率大于光波通道覆盖层44的曲折率，将光源41沿长度方向设置；在其外部设置反射镜42，用其来聚焦从光源41发射的光；并将聚焦的光向光波通道核心43方向进行传播的同时将其入射到光波通道核心43。

入射到光波通道的光，在光波通道的全面分散进行传播并将照明画面的全部像素上。

此时，作为光源41可以使用棒形荧光灯。

在图5a、图5b中，表示了作为光源使用照明画面一面的长光源和使用扇形光波通道的实例。

即，光波通道核心53的曲折率大于光波通道覆盖层54的曲折率，光源51设置成长度方向，在其外部设置反射镜52，用其聚焦从光源51发射的光，并向光波通道核心53方向进行传播。光波通道核心53为使其形成画面一列的像素相对应，将其设置成扇形。例如，构成分辨率XGA(1024×768)时，则对应1024列或768列的光波通道。

并且，入射到各列光波通道核心53的光，在相应光波通道中进行传播，构成整个画面相应列的像素。

在图6a、图6b中，表示作为光源使用图像各列相对应的光源和使用扇形光波通道的一实例。

即，光波通道核心62的曲折率大于光波通道覆盖层63的曲折率，光源61在形成画面一列的光波通道中，一个个的设置在其相对应位置。

从光源61发射的光直接入射到对应的光波通道核心62进行传播。入射到相应光波通道核心62的光，在光波通道中进行传播的同时形成画面相应列的像素来显示画面。

作为光源61可以使用白色发光二极管LED、红绿蓝发光二极管RGB LED的组合、红绿蓝激光二极管RGB LD组合等。

一方面，液晶26根据事先规定好的方法形成全息图样板，而在图7及图8中表示了全息图样板液晶的动作原理。

即，全息图样板液晶如同图7a，在第1透明电极71和第2透明电极72之间，由全息图样板形成的液晶分子集合73和单分子物体(monomer)74构成。

液晶分子集合73和单分子物体74周期性的排列成带式形状。

并且，由于液晶分子曲折率和单分子物体曲折率彼此不同，因此形成周期性的曲折率格栅。

为形成全息图样板液晶，如同图7b所示，向液晶、单分子物体混合液75照射基准激光78和激光76。根据两个激光相位差，形成带式干涉纹来构成全息图样板79。全息图样板79是根据衍射因素77来调节其厚度、周期等。并且，作为衍射因素77可以使用透镜镜头或计算机事先做成的图样板。

根据带式全息图样板79，在液晶、单分子物体混合液75中，亮域的单分子物体根据光进行聚合(polymerization)；同时在亮域中存在的液晶8被挤到暗域。随着激光继续照射，区分为亮部分聚合域和暗部分液晶域，并具有周期性交变排列。

这种周期性排列由于液晶分子集合73和单分子物体74的曲折率不同，因此形成曲折率周期性变化的曲折率格栅。

在图8中表示了全息图样板液晶的驱动原理。

即，入射光81入射到全息图样板液晶时，如同图8a，如果在液晶中不加电压，则根据全息图样板形成曲折率格栅，因此光是根据在一定周期的格栅中出现的Bragg(人名)现象，由衍射光82射出。即，由于不加电压液晶分子排列83不规则，因此光不能通过液晶分子从而维持曲折率格栅。

一方面，如同图8b，如果在液晶上加电压，则入射光81透过液晶由透过光84射出。即，施加电压液晶分子排列85根据施加的电压液晶分子按一定方向进行排队，使液晶分子的曲折率和单分子物体曲折率变为相同，因此不形成曲折率格栅，从而光仍然按照相应像素透过液晶。

此时，在液晶中施加的电压大小相对应，液晶分子排列规则性的发生变化，因此，根据施加电压的调节来调节液晶透过的光量。

一方面，根据全息图样板液晶的曲折率格栅而衍射的光，因与格栅的周期和间隔有关，所以调节格栅周期和间隔就能选择性的调节所希望的波长的光。

结果，在全息图样板液晶中，可以调节光的透射量和光的相应列的波长。

一方面，在全息图样板液晶两侧的第1及第2透明电极25，27，与画面的各像素相对应，并使其配置为在相应像素的位置相加图像信号相应电压。

即，如同图9，在液晶93的上下部位，透明电极以信号线的形状排列。信号线是由水平信号线91和垂直信号线92构成，而两个信号线相交叉的位置就是相应像素94的位置。

此时，图像信号控制部95如果外部有图像信号输入，则为给各像素施加相应图像信号的电压而在水平信号线91和垂直信号线92上传送信号。

由此，根据在各像素施加的电压，构成相应图像信号的图像。

即，如同上述，光波通道核心22的一个面是由光波通道覆盖层23构成；而另一个面是由透明电极25，27和全息图样板液晶26构成。

此时，如果在全息图像的液晶26中施加电压，则相应像素的液晶分子，如同图8b，因按一定方向排列，所以，曲折率格栅被删除并具有一定曲折率，但此时，如果使相应曲折率与光波通道覆盖层23的曲折率相同，则光波通道核心22的上下部，因为起到具有相同曲折率的光波通道覆盖层作用，因此光在光波道通核心22内部进行传播。

即，因没有液晶方向透过射出的光，所以构成黑色画面。

一方面，如果在全息图样板的液晶26中不施加电压，则相应像素的液晶分子，如同图8a，不规则的排列，因此，与全息图样板一同形成以周期性变换的曲折率格栅，而在光波通道核心22传播的光，因在相应像素中不满足全反射条件，因此，不能维持光波通道，从而光向液晶方向透过而射出。

即，向液晶方向射出的光形成白色(White)画面。

结果，如果在全息图液晶中施加电压而处在接通状态，则构成黑色画面；如果不施加电压而处在关闭状态，则构成白色画面。

此时，为显示图像灰度需要调节光量，为此，通过调节相应像素的电压强度来调节液晶透过率，从而可以显示灰度。

并且，对相应像素的接通和关闭次数，在一定时间期间进行调节就可以调节光量。即，在构成一个画面的60Hz期间分成256阶段，并指定适合于相应亮度的接通信号次数来构成灰度。例如，为显示10灰度，在1/60秒时间施加10次接通信号来显示相应灰度。图10为表示此例时间构成。

根据这种施加电压的模拟模式和施加次数的数字模式可以构成灰度。

即，在液晶中施加电压构成图像的方法，如同上述有根据电压强度以分阶段的调节液晶透过率的方法和在一定时间期间施加电压的次数调节光量的模式等的实例。

一方面，为以全息图样板液晶构成列图像，在各像素中形成子像素(subpixel)来区分各自红、绿、蓝R、G、B像素。这是形成全息图样板时，通过改变各像素衍射因素的同时调节格栅周期来构成。

如同图11，给各像素的红、绿、蓝R、G、B子像素施加相应像素的图像信号相对应的电压来构成各像素的列图像，由此来显示整个画面.

为防止各颜色子像素之间的间隔大而被看成像素分离的现象，如同图11b，将各颜色的子像素设置为互相交叉。

通过上述说明如果是同行，则不离开本发明技术思想范围也能提出许多更改的意见和修改意见是可想而知的。

并且，本发明的技术范围不是在实例中所述内容而限定，而是根据专利请求范围来决定。

Claims (7)

1. 一种利用全息图样板液晶的平板显示装置，其特征在于它包括：光源；接收从光源入射的光并对其进行传播的核心；设置在核心外角一面并使随核心传播的光产生全反射的覆盖层组成的光波通道；并且，在光波通道另一面形成的第1、第2透明电极之间设置且调节光波通道传播的光的波长和透射光量的具有全息图样板的液晶；所述的液晶是由全息图样板形成的液晶分子和单分子物体构成，液晶分子和单分子物体具有周期性排列的带式形状；使液晶分子的曲折率和单分子物体曲折率彼此不同而形成周期性曲折率格栅；所述的全息图样板是对液晶、单分子物体混合液，照射基准激光和激光，并根据两个激光相位差形成带式干涉纹；在液晶中形成全息图样板时，改变各像素衍射因素的同时调节格栅周期来形成各像素中的子像素后，区分各自红、绿、蓝子像素；给各像素的红、绿、蓝子像素施加相应像素图像信号对应的电压来构成各像素的列图像。

2. 根据权利要求1所述的利用全息图样板液晶的平板显示装置，其特征在于入射到光波通道核心的光，根据因光波通道核心和光波通道覆盖层之间曲折率差而产生的全反射现象，在光波通道核心内随光波通道进行传播。

3. 根据权利要求1所述的利用全息图样板液晶的平板显示装置，其特征在于它多包括一个设置在与光源位置相反、与液晶位置垂直的光波通道的另一面端部对随光波通道传播的光进行反射，并使反射光向相反方向随光波通道传播光的反射镜。

4. 根据权利要求1所述的利用全息图样板液晶的平板显示装置，其特征在于所述的光源设置在光波通道核心旁边，并将光源发射的光入射到光波通道核心，并根据光源种类和光波通道核心的形态，光的入射方式会不同。

5. 根据权利要求4所述的利用全息图样板液晶的平板显示装置，其特征在于所述的光源，照明画面一个面的长光源沿长度方向配置；而作为光波通道核心，则用一个整体型光波通道核心；从光源入射的光在光波通道的全面进行扩散传播来照射画面的全部像素。

6. 根据权利要求1所述的利用全息图样板液晶的平板显示装置，其特征在于与外部图像信号相连的相应像素施加电压的大小相对应的调节液晶透射光量来显示灰度。

7. 根据权利要求1所述的利用全息图样板液晶的平板显示装置，其特征在于在与外部图像信号相连的相应像素，根据在一定时间期间施加电压接通/关闭次数，调节液晶透射光量来显示灰度。

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