CN101644845B - 高对比度全彩色反射型近晶态液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高对比度全彩色反射型近晶态液晶显示装置，它包括一反射层，在该反射层上依次叠加设有第一染料液晶混合显示模块、第二染料液晶混合显示模块、第三染料液晶混合显示模块，在第三染料液晶混合显示模块上叠加设有一液晶显示模块。本发明具有丰富多彩的颜色显示效果，屏幕反射率高，黑白对比度可达到6∶1以上，且具有多稳态特性、能耗低、图像刷新速度快和环保性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示装置，尤指一种具有高对比度、全彩色显示的反射型近晶态液晶显示装置。
背景技术
传统的近晶态液晶显示装置一般具有双层或三层结构，参见国际申请号为PCT/GB2005/003705的PCT专利申请文件。以三层结构为例，每层结构都由上下基板和上下基板间的混合层组成，混合层由二色性染料和液晶组成。添加入每层结构中的二色性染料各不相同，三层结构分别显示出青蓝、洋红和黄色，这三层结构互相叠加在一起，并设置在一白色反射板上，从而形成最终的显示装置。由于三层结构上的颜色组合，传统显示装置可以实现多种颜色的最终显示，包括黑色和白色。当所有层的液晶分子竖直排列，且染料分子也随之竖直排列，所有层成为透明态时，入射光线通过所有层而被白色反射板反射，从而实现白色。当所有层的液晶分子杂乱排列，所有层中的二色性染料分子变成完全吸收光线状态，三层结构分别变为青蓝(Cyan)、洋红(Magenta)、黄色(Yellow)，那么，由于三层结构显示颜色的叠加，最终呈现出黑色。
但是，传统的显示装置具有反射率低、白色显示效果差的缺点。一般，理想情况时的光线损失也会超过60％，反射率达不到40％。在实际应用中，因为每一层结构的基板上都镀有透明电极，一般为ITO电极，且基板一般由玻璃或塑料制成，这样的基板的透光率一般都不会超过90％。那么，让光线透过四个或六个基板后再反射回来的话，反射率更不会超过30％，所以，这使得反射率极低，白色状态显示效果很差，难以达到理想。另外，实际中，染料分子与液晶分子的排列是无法达到理想的排列度关系(order parameter)的，在每层结构处于透明态的时候，虽然混合层中的二色性染料分子的排列变化会使吸收光线能力迅速降低，但是，二色性染料分子仍然会具有一定的吸光性，呈现出一定的颜色，所以，这种情况也会使得光线的透过率进一步降低，一般会远远低于30％，白色显示效果很差，黑白对比度达不到要求。
然而，白色是图像里最重要的色彩之一，且反射型显示器的重要指标便是白色态的反射率，白色的使用频率和面积都非常高，只有白色显示得好，整体画面才会协调、彩色显示才会好。由此可见，设计出一种反射率高、黑白对比度高的全彩色反射型液晶显示装置是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高对比度全彩色反射型近晶态(Smectic)液晶显示装置，该显示装置的黑白对比度高、彩色显示效果好，且具有能耗低、刷新速度快、环保的优点。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种高对比度全彩色反射型近晶态液晶显示装置，其特征在于：它包括一反射层，在该反射层上依次叠加设有第一染料液晶混合显示模块、第二染料液晶混合显示模块、第三染料液晶混合显示模块，在第三染料液晶混合显示模块上叠加设有一液晶显示模块，其中：第一染料液晶混合显示模块包括上基体层、下基体层，在该上基体层与下基体层的中间设有一第一染料液晶混合层，该第一染料液晶混合层由近晶态液晶、二色性染料和添加物组成，在该上、下基体层朝向第一染料液晶混合层的一侧设有导电电极层；第二染料液晶混合显示模块包括上基体层、下基体层，在该上基体层与下基体层的中间设有一第二染料液晶混合层，该第二染料液晶混合层由近晶态液晶、二色性染料和添加物组成，在该上、下基体层朝向第二染料液晶混合层的一侧设有导电电极层；第三染料液晶混合显示模块包括上基体层、下基体层，在该上基体层与下基体层的中间设有一第三染料液晶混合层，该第三染料液晶混合层由近晶态液晶、二色性染料和添加物组成，在该上、下基体层朝向第三染料液晶混合层的一侧设有导电电极层；液晶显示模块包括上基体层、下基体层，在该上基体层与下基体层的中间设有一无染料液晶层，该无染料液晶层由近晶态液晶和添加物组成，在该上、下基体层朝向无染料液晶层的一侧设有导电电极层；该近晶态液晶为带硅氧基的A类近晶态液晶，该添加物为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基高氯酸铵。
本发明有如下优点：
1、多稳态的全彩色特性。由于三个染料液晶混合显示模块可显示出青蓝、洋红和黄色，青蓝、洋红和黄色不同比例的组合可以形成各种彩色，再加上液晶显示模块显示的白色，故本发明可具有丰富多彩的颜色显示效果。并且，由于本发明采用近晶态液晶制成，近晶态液晶不同于目前广泛使用在电脑显示器、电视机或手机显示屏上的相列态(Nematic)液晶，近晶态液晶具有更低的物理流动性，近晶态液晶分子之间的排列更加有序，又由于近晶态液晶内掺杂的添加物具有导电特性，撤去电信号后，显示装置仍能保持加载电压时产生的显示状态，因此，本发明具有很好的“多稳态”特性，只有当驱动刷新像素的时候，导电电极层才需要供电，而一旦整个显示图像刷新完成，该图像便不再需要持续供电来维持显示，而且，本发明是一种能量消耗很低的电子显示装置，它每平方米的工作电流很小，非常省电。
2、屏幕反射率高、黑白对比度高。本发明显示装置的反射率很高，可达到70％以上。相对于传统的双层或三层结构的显示装置，由于本发明增加了位于顶层的第四个模块——液晶显示模块，该液晶显示模块可以极大提升白色显示状态(白色状态的反射光增强)，所以，黑白对比度(也就是黑色状态与白色状态的比例)可以达到6∶1以上。普通报纸的黑白分辨率在7∶1左右，可见，本发明的黑白对比度基本可以达到报纸的黑白分辨率，黑白显示效果很好，与传统的双层或三层结构的反射型显示装置相比，黑白对比显示效果有了很大的提高。
3、图像刷新速度快。由于近晶态液晶和二色性染料的响应时间仅为几十毫秒，且各模块的显示驱动和扫描是通过共用控制电路同时进行的，所以多模块的结构并没有增加刷新全屏的时间，全屏刷新速度快。
4、环保性好。由于该“多稳态”特性，在保持图像的状态时，不需要施加任何电流，所以本发明几乎没有电磁辐射，且近晶态液晶材料本身便无任何皮肤接触性的毒害作用，本发明健康环保。
附图说明
图1是本发明显示装置第一实施例的结构组成示意图；
图2是本发明显示装置第二实施例的结构组成示意图；
图3是图1中的第一染料液晶混合显示模块的结构示意图；
图4是第一染料液晶混合显示模块的导电电极层构成的导电矩阵示意图；
图5是低频电压作用下的液晶显示模块中的液晶分子排列形态示意图；
图6是高频电压作用下的液晶显示模块中的液晶分子排列形态示意图；
图7是低频电压作用下的第一染料液晶混合显示模块中的液晶分子与染料分子排列形态示意图；
图8是高频电压作用下的第一染料液晶混合显示模块中的液晶分子与染料分子排列形态示意图；
图9是本发明显示装置的控制电路示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明高对比度全彩色反射型近晶态液晶显示装置包括一反射层500，该反射层500可为有反射功能的白板或白纸，也可为高反射金属镀膜的平板，以用来达到显示所需的高反射率。在该反射层500上依次叠加设有第一染料液晶混合显示模块100、第二染料液晶混合显示模块200、第三染料液晶混合显示模块300，在第三染料液晶混合显示模块300上叠加设有一液晶显示模块400。
第一染料液晶混合显示模块100包括上基体层101、下基体层102，在该上基体层101与下基体层102的中间设有一第一染料液晶混合层103，该第一染料液晶混合层103由近晶态液晶、二色性染料和添加物组成，在该上基体层101、下基体层102朝向第一染料液晶混合层103的一侧分别镀有导电电极层104、导电电极层105，如图3所示。与第一染料液晶混合显示模块100相似，第二染料液晶混合显示模块200包括上基体层201、下基体层202，在该上基体层201与下基体层202的中间设有一第二染料液晶混合层203，该第二染料液晶混合层203由近晶态液晶、二色性染料和添加物组成，在该上基体层201、下基体层202朝向第二染料液晶混合层203的一侧镀有导电电极层(未示出)。与第一染料液晶混合显示模块100相似，第三染料液晶混合显示模块300包括上基体层301、下基体层302，在该上基体层301与下基体层302的中间设有一第三染料液晶混合层303，该第三染料液晶混合层303由近晶态液晶、二色性染料和添加物组成，在该上基体层301、下基体层302朝向第三染料液晶混合层303的一侧镀有导电电极层(未示出)。
液晶显示模块400包括上基体层401、下基体层402，在该上基体层401与下基体层402的中间设有一无染料液晶层403，该无染料液晶层403由近晶态液晶和添加物组成，在该上基体层401、下基体层402朝向无染料液晶层403的一侧分别镀有导电电极层404、导电电极层405。
液晶显示模块400与第一、第二、第三染料液晶混合显示模块100、200、300的结构基本相同，不同的是两个基体层中间的混合层的组成成分不同，无染料液晶层403只是由近晶态液晶、添加物组成(即图5示出的近晶态液晶分子4031和添加物分子4032组成)，而第一、第二、第三染料液晶混合层103、203、303比无染料液晶层403多添加了二色性染料(例如图7示出的近晶态液晶分子1031、添加物分子1032和二色性染料分子1033)。该二色性染料选用的是呈长分子状的二色性染料，该种二色性染料与近晶态液晶的光轴结构类似，在沿长光轴的平行方向，该二色性染料分子对光的吸收非常弱，而沿长光轴的垂直方向，该二色性染料分子会极大程度地吸收一定波段的光线。
一般，第一、第二、第三染料液晶混合层103、203、303和无染料液晶层403的厚度应控制在2微米～50微米。相比较于基体层的厚度(例如，塑料薄膜大于100微米、玻璃大于400微米)，这些层厚是很小的。如果层厚小于2微米或大于50微米，则散光效果会降低，不能满足所需的散光性能。在第一、第二、第三染料液晶混合层103、203、303和无染料液晶层403中，添加物主要是增加导电性，在电压作用下添加物被驱动产生运动而改变近晶态液晶的排列形态，所以添加物的用量应很少，否则很难驱动。一般，对于无染料液晶层403来说，近晶态液晶占混合总重量的90％～99.999％，添加物占混合总重量的0.001％～10％，而对于第一、第二、第三染料液晶混合层103、203、303来说，添加物占混合总重量的比例应小于1％，二色性染料占混合总重量的比例应小于4％。通常，室温-20℃至+60℃时，近晶态液晶分子集群为层状排列结构，呈现出粘稠的浆糊状。在本发明中，近晶态液晶为A类近晶态液晶(Smectic-A)有机化合物，如带硅氧基(Siloxane)的化合物。添加物为带导电特性的化合物，如十六烷基三甲基溴化铵(CTAB：cetyl trimethyl ammoniumbromide)或十六烷基三甲基高氯酸铵(HMAP：hexadecyl trimethyl ammoniumperchlorate)等含有导电离子的化合物。第一、第二、第三染料液晶混合层103、203、303中的二色性染料可为一种染料，也可为多种染料的混合。向第一、第二、第三染料液晶混合层103、203、303中添加的二色性染料不同，目的是让三个混合层可以显示出三种不同的颜色——青蓝(Cyan)、洋红(Magenta)和黄色(Yellow)，也就是让三个混合层具有了不同的光谱吸收范围。这三种颜色的每一种可以由一种染料形成或者由多种染料混合调制形成。实际制作时，三个混合层只要能分别显示出上述三种颜色即可，不用规定哪个混合层必须显示哪种颜色。而无染料液晶层403因为没有混合入染料，所以该无染料液晶层403将显示的是白色。
在实际应用中，添加物可随层厚而适当添加。例如，对于无染料液晶层403，当层厚为2微米时，添加物可控制在约占混合总重量的0.001％，当层厚为10微米时，添加物可控制在约占混合总重量的0.01％。当然，这种厚度范围和添加物掺杂含量比例并没有很严的规定，只要将厚度控制在2微米到50微米之间，将添加物控制在约占混合总重量的0.001％到10％之间即可。
在实际制作过程中，对于各显示模块，混合物是灌制到上下基体层间的夹缝中的。该灌制过程与传统的STN(Super Twisted Nematic，加强扭曲的向列态液晶)灌制过程相类似，不同的是：本发明使用的灌制过程没有传统STN灌制过程中的PI(polyimide，聚酰亚胺)取向层的刷制、偏光膜的贴片和彩色滤片的贴片三个环节。而且因为近晶态液晶材料本身粘稠度的问题，在灌制掺有添加物的近晶态液晶或掺有添加物和二色性染料的近晶态液晶前，需要将其加热到一定温度，一般为70℃以上，直到掺有添加物或掺有添加物和二色性染料的近晶态液晶表现为流动的液态时，才可使用传统的STN灌制过程进行真空灌制。
实际应用中，本发明中的所有导电电极层是透明的，其可以是ITO(氧化铟锡)等，且可根据需要使用辅助的金属电极，如铝、铜、银等，以增加电极的导电性能。基体层的材料可选为玻璃或塑料。例如，对于每个显示模块而言，上下基体层可均为玻璃，或者上下基体层均为塑料，或者上下基体层中的一个为玻璃，另一个为塑料。其中，塑料可为透明塑料薄膜、透明硬塑料板。
第一、第二、第三染料液晶混合显示模块100、200、300以及液晶显示模块400的导电电极层可根据显示需要进行电极分割而形成导电矩阵，分割的像素点宽度可为0.01毫米～1米。四个显示模块形成的导电矩阵应相同，也就是说，四个显示模块分割的像素点的大小应一致，从一侧看去，层叠在一起的四个显示模块的导电矩阵可重合，相应位置的像素点一一对应。
对于导电矩阵的结构，下面以第一染料液晶混合显示模块100为例说明。如图4所示，第一染料液晶混合显示模块100的导电矩阵100C由导电电极层104和导电电极层105形成。导电电极层104由M个平行排列的条状电极1041组成，导电电极层105由N个平行排列的条状电极1051组成，导电电极层104的M个条状电极1041与导电电极层105的N个条状电极1051相正交，以使该导电电极层104与导电电极层105形成一M×N的像素点阵列结构，一个条状电极1041与一个条状电极1051形成一像素点，例如图4所示的像素点106。实际使用时，导电电极层104和导电电极层105的各条状电极与一驱动控制装置600相连，驱动控制装置600用于控制施加在条状电极上的电压。两个导电电极层104和105与中间的混合层103形成了一个面积很大的电容结构，每个像素点为一个单独的面积很小的电容结构。
实际中，无染料液晶层403中的近晶态液晶的双折射率应大于第一、第二、第三染料液晶混合层103、203、303中的近晶态液晶的双折射率。对于顶层的无染料液晶层403来说，其内添加的近晶态液晶的双折射率(Birefriengence)越大越好。双折射率越大，光的散射能力就越强，白色显示效果就越好。比如，使用8CB(4′-octyl-4-cyanobiphenyl)就可以，它的双折射率达到了0.157。但是，对于下面的三个混合层，其内添加的近晶态液晶的双折射率便不应太大，因为光线没被过滤的部分需要通过下一混合层过滤，因此不希望光线过多的被散射掉(光线入射过滤原理)。需要提及的是，事实上，因为这三个混合层的厚度非常小，因此，即使这些混合层里的液晶本身的双折射率较大，大部分未过滤光线也会透过，因此，这三个混合层对近晶态液晶的双折射率的要求不会像无染料液晶层403那样严格。但是，在第一、第二、第三染料液晶混合层103、203、303中的近晶态液晶分子与二色性染料分子的排列相关度(OrderParameter)要大一些，比如大于0.8就是比较好的相关度。
为了减少各显示模块间不必要的折射，反射层500与第一染料液晶混合显示模块100的下基体层102之间、第一染料液晶混合显示模块100的上基体层101与第二染料液晶混合显示模块200的下基体层202之间、第二染料液晶混合显示模块200的上基体层201与第三染料液晶混合显示模块300的下基体层302之间可均涂有一定的折射率匹配液(Refractive index matching liquid)。该折射率匹配液可选用Cargille公司生产的1843系列产品中的某一种。该折射率匹配液的折射率与制成上下基体层的材料的折射率相应。例如，玻璃或塑料的折射率都在1.50左右，那么，这种折射率匹配液的折射率要求应在1.50左右。然而，液晶显示模块400的下基体层402与第三染料液晶混合显示模块300的上基体层301之间可以不使用折射率匹配液，因为散射状态越强，越多的光线可以从下基体层402折射回入射方向，从而白色显示状态越好。
图1所示的液晶显示装置是由相对独立的显示模块叠加组成的。在实际中，相邻显示模块间可以共同使用同一个基体层。如图2所示，第一染料液晶混合显示模块100的上基体层101和第二染料液晶混合显示模块200的下基体层202可用一共用基体层801替代，第二染料液晶混合显示模块200的上基体层201和第三染料液晶混合显示模块300的下基体层302可用一共用基体层802替代，第三染料液晶混合显示模块300的上基体层301和液晶显示模块400的下基体层402可用一共用基体层803替代。这些共用基体层801、802、803可为玻璃或塑料制成。对于图2所示结构的液晶显示装置，各共用基体层的上下表面都要镀上透明导电电极层，并且进一步曝光蚀刻成需要的导电矩阵结构。这种结构的液晶显示装置可以大大减少整个装置的厚度，从而可极大降低不同可视角对图像颜色差别的影响。当然，这种结构的显示装置的各显示模块间不存在涂抹折射率匹配液的问题。
液晶显示模块400是通过控制施加在两个导电电极层404和405上的各条状电极的电压大小、频率和作用时间，来改变无染料液晶层403中的近晶态液晶分子的排列形态，从而使光线在透射与散射之间进行转换来实现显示的。导电电极层404与导电电极层405形成了一个M×N的像素点阵列结构，相正交的两条状电极形成一像素点，所以在该两个条状电极间产生的电压幅值和频率共同控制其形成的像素点的亮暗，宏观上表现为全透明与雾状间的转换。如图5所示，当在导电电极层404的一条状电极与导电电极层405的一条状电极上施加100v～200v、50Hz～200Hz的交流电压，当电压作用时间不到1秒钟时，两条状电极形成的像素点对应的无染料液晶层403中的近晶态液晶分子4031便发生扭转，形成图5所示的乱序排列形态。因为近晶态液晶分子4031的各向相异性(即由于入射光线通过各液晶的长光轴不同，各液晶的光折射角度不同，因而各液晶的折射率不同)，使得入射各近晶态液晶分子4031的光线的折射存在着很大的差异，即在该微薄厚度的无染料液晶层403内，光折射率产生着剧烈的变化，因而光线发生了强烈的散射，宏观呈现一种如磨砂毛玻璃般的雾状散光效应。如图6所示，当在导电电极层404的一条状电极与导电电极层405的一条状电极上施加100v～200v、1000Hz以上的交流电压，当电压作用时间不到1秒钟时，两条状电极形成的像素点对应的无染料液晶层403中的近晶态液晶分子4031便变为规则排列形态，此时，近晶态液晶分子4031的长光轴垂直于导电电极层平面，入射各近晶态液晶分子4031的光线的折射不产生剧烈变化，光线可以自由透过无染料液晶层403，宏观呈现一种全透明状态。
同样，第一、第二、第三染料液晶混合显示模块100、200、300也是通过控制施加在两个导电电极层上的各条状电极的电压大小、频率和作用时间，来改变混合层中的近晶态液晶分子的排列形态，从而使光线在透射与散射之间进行转换来实现显示的。下面以第一染料液晶混合显示模块100为例，来说明三个显示模块100、200、300的显示控制原理。导电电极层104与导电电极层105形成了一个M×N的像素点阵列结构，相正交的两条状电极形成一像素点，所以在该两个条状电极间产生的电压幅值和频率共同控制其形成的像素点的亮暗，宏观上表现为全透明与有色遮光间的转换。如图7所示，在一条状电极1041和一条状电极1051上施加100v～200v、50Hz～200Hz的交流电压，当作用时间不到1秒钟时，两条状电极形成的像素点对应的第一染料液晶混合层103中的近晶态液晶分子1031变为扭转的乱序排列形态，而由于二色性染料分子1033与近晶态液晶分子1031间距很小，故当近晶态液晶分子1031扭转时，二色性染料分子1033也随之变得杂乱无章，甚至大量染料分子1033的长光轴平行于导电电极层平面。当光线701射入第一染料液晶混合层103时，由于各近晶态液晶分子1031的光线的折射差异，光线发生强烈的散射。在近晶态液晶分子1031产生的散射下，大量光线沿染料分子1033长光轴的垂直方向射入染料分子1033，因而一定波段的光线被染料分子1033极大地吸收，散射出的光线702呈现出染料分子的颜色，宏观呈现出模糊的某种颜色。例如，若加入第一染料液晶混合层103的染料为青蓝(Cyan)色染料，则最终呈现的便是青蓝(Cyan)色。如图8所示，在一条状电极1041和一条状电极1051上施加100v～200v、1000Hz以上的交流电压，当作用时间不到1秒钟时，两条状电极形成的像素点对应的第一染料液晶混合层103中的近晶态液晶分子1031和二色性染料分子1033均变为规则排列形态，此时，液晶分子1031的长光轴和二色性染料分子1033的长光轴均垂直于导电电极层平面，因此，入射各近晶态液晶分子1031的光线的折射不产生剧烈变化，且由于二色性染料分子1033的长光轴垂直于导电电极层平面，光线沿二色性染料分子1033长光轴的平行方向入射，二色性染料分子1033只吸收微小的光(该光吸收量取决于染料分子1033相对于液晶分子1031的规则排列相关度和溶解度)，故入射光线703经过第一染料液晶混合层103后，只有少量光线被吸收，最终自由透过第一染料液晶混合层103，如图8中的射出光线704，宏观呈现出全透明状态。
对于所有显示模块而言，当给两导电电极层的各条状电极加载电压且像素点被驱动发生变化后，便可撤去施加的电压。而像素点的这种光效应的保持是不需要电压来维持的，即撤去电压后，像素点仍能够保持加载电压时产生的光效应，而作用的电压信号只是为了改变近晶态液晶分子的排列形态。在本发明中，将这种不需要电驱动而维持光效应的状态称为“多稳态”或“准静态”。而这种“多稳态”是因为添加物采用了带导电特性的化合物，当施加电信号时，带导电特性的化合物中的离子根据电势差变化产生往复运动，这种运动可以改变液晶分子的排列形态，而变化后的液晶分子排列形态并不需要离子的持续运动来维持，是稳定的。这种近晶态液晶和添加物产生的“多稳态”效果与液晶聚合物技术产生的维持效果不同，液晶聚合物技术中添加了高分子聚合物的液晶是靠大量聚合物网络中的表面力、分子间力和摩擦力来维持的。
当然，在实际实施时，通过合理控制两导电电极层上的电压大小、频率和作用时间，可使近晶态液晶分子的排列形态变为部分扭曲，以产生不同程度的散光效应，宏观表现为在雾状与全透明两个状态间产生具有不同灰度阶的多种渐进状态，如半透明状态等，从而使像素点呈现出不同灰度的颜色。
对于整个近晶态液晶显示装置的显示，每个显示模块的驱动方式都可采用无源矩阵的行扫描驱动方式。如图9所示，对于各显示模块的导电矩阵100C、200C、300C、400C，横向排列的条状电极与行扫描用逐行选通控制电路相连，四个显示模块公用一个行扫描用逐行选通控制电路，竖向排列的条状电极与该导电矩阵所在显示模块的数据端控制电路相连，每个数据端控制电路包括带有移位寄存器的控制芯片，该四个数据端控制电路和行扫描用逐行选通控制电路受共用的系统处理器、图像存储和信号控制电路控制。所有控制电路设置在驱动控制装置600内。驱动过程为：行扫描用逐行选通控制电路同时选通导电矩阵100C、200C、300C、400C中的第一行，各数据端控制电路中的带有移位寄存器的控制芯片将数据信号传递给相应的导电矩阵的各列，这时，选通的第一行的所有像素点被驱动显示为所需状态，其它像素点不变化。同理，以下各行被依次驱动，使各像素点变为所需状态，直至整个显示装置逐行扫描完，以显示出需要的文字或图案。对于这种复用的驱动电路，本发明显示装置只需增加数据端的控制芯片即可，各显示模块的显示驱动可同时进行，因此，本发明显示装置的刷新速度不会因显示模块的增加而变慢，且所需的控制电路成本也不会显著增加。
使用本发明时，对于各显示模块相对应的一像素点来说，令液晶显示模块400上的该像素点呈现全透明状态，令第一、第二、第三染料液晶混合显示模块100、200、300上的该像素点呈现为青蓝、洋红和黄色，则最终显示的像素点呈现为黑色；令液晶显示模块400上的该像素点呈现全透明状态，令第一、第二、第三染料液晶混合显示模块100、200、300上的该像素点呈现为深浅不同的青蓝、洋红和黄色，则最终显示的像素点可呈现为多种颜色；令液晶显示模块400上的该像素点呈现雾状散光状态，令第一、第二、第三染料液晶混合显示模块100、200、300上的该像素点呈现全透明状态，则最终显示的像素点呈现为白色，由于折射出液晶显示模块400的部分光线被白色的反射层反射回来，本发明显示装置的反射率可超过70％，白色显示效果很好，黑白对比度比传统显示装置提高了3倍以上。由此，通过各像素点的显示，本发明液晶显示装置便可最终显示出丰富多彩的画面。
本发明有如下优点：
1、多稳态的全彩色特性。由于三个染料液晶混合显示模块可显示出青蓝、洋红和黄色，青蓝、洋红和黄色不同比例的组合可以形成各种彩色，再加上液晶显示模块显示的白色，故本发明可具有丰富多彩的颜色显示效果。并且，由于本发明采用近晶态液晶制成，近晶态液晶不同于目前广泛使用在电脑显示器、电视机或手机显示屏上的相列态液晶，近晶态液晶具有更低的物理流动性，近晶态液晶分子之间的排列更加有序，又由于近晶态液晶内掺杂的添加物具有导电特性，撤去电信号后，显示装置仍能保持加载电压时产生的显示状态，因此，本发明具有很好的“多稳态”特性，只有当驱动刷新像素的时候，导电电极层才需要供电，而一旦整个显示图像刷新完成，该图像便不再需要持续供电来维持显示，而且，本发明是一种能量消耗很低的电子显示装置，它每平方米的工作电流很小，非常省电。
2、屏幕反射率高、黑白对比度高。本发明显示装置的反射率很高，可达到70％以上。相对于传统的双层或三层结构的显示装置，由于本发明增加了位于顶层的第四个模块——液晶显示模块，该液晶显示模块可以极大提升白色显示状态(白色状态的反射光增强)，所以，黑白对比度(也就是黑色状态与白色状态的比例)可以达到6∶1以上。普通报纸的黑白分辨率在7∶1左右，可见，本发明的黑白对比度基本可以达到报纸的黑白分辨率，黑白显示效果很好，与传统的双层或三层结构的反射型显示装置相比，黑白对比显示效果有了很大的提高。
3、图像刷新速度快。由于近晶态液晶和二色性染料的响应时间仅为几十毫秒，且各模块的显示驱动和扫描是通过共用控制电路同时进行的，所以多模块的结构并没有增加刷新全屏的时间，全屏刷新速度快。
4、环保性好。由于该“多稳态”特性，在保持图像的状态时，不需要施加任何电流，所以本发明几乎没有电磁辐射，且近晶态液晶材料本身便无任何皮肤接触性的毒害作用，本发明健康环保。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高对比度全彩色反射型近晶态液晶显示装置，其特征在于：它包括一反射层，在该反射层上依次叠加设有第一染料液晶混合显示模块、第二染料液晶混合显示模块、第三染料液晶混合显示模块，在第三染料液晶混合显示模块上叠加设有一液晶显示模块，其中：
第一染料液晶混合显示模块包括上基体层、下基体层，在该上基体层与下基体层的中间设有一第一染料液晶混合层，该第一染料液晶混合层由近晶态液晶、二色性染料和添加物组成，在该上、下基体层朝向第一染料液晶混合层的一侧设有导电电极层；
第二染料液晶混合显示模块包括上基体层、下基体层，在该上基体层与下基体层的中间设有一第二染料液晶混合层，该第二染料液晶混合层由近晶态液晶、二色性染料和添加物组成，在该上、下基体层朝向第二染料液晶混合层的一侧设有导电电极层；
第三染料液晶混合显示模块包括上基体层、下基体层，在该上基体层与下基体层的中间设有一第三染料液晶混合层，该第三染料液晶混合层由近晶态液晶、二色性染料和添加物组成，在该上、下基体层朝向第三染料液晶混合层的一侧设有导电电极层；
液晶显示模块包括上基体层、下基体层，在该上基体层与下基体层的中间设有一无染料液晶层，该无染料液晶层由近晶态液晶和添加物组成，在该上、下基体层朝向无染料液晶层的一侧设有导电电极层；
该近晶态液晶为带硅氧基的A类近晶态液晶，该添加物为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基高氯酸铵。
2.根据权利要求1所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于：
所述第一、第二、第三染料液晶混合层中的二色性染料为一种染料或多种染料的混合。
3.根据权利要求2所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于：
所述二色性染料使所述第一、第二、第三染料液晶混合显示模块显示出青蓝、洋红、黄色。
4.根据权利要求1所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于：
所述第一、第二、第三染料液晶混合层和所述无染料液晶层的厚度为2～50微米。
5.根据权利要求1所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于：
所述反射层与所述第一染料液晶混合显示模块的下基体层之间、所述第一染料液晶混合显示模块的上基体层与所述第二染料液晶混合显示模块的下基体层之间、所述第二染料液晶混合显示模块的上基体层与所述第三染料液晶混合显示模块的下基体层之间均涂有折射率匹配液，该折射率匹配液的折射率与制成上下基体层的材料的折射率相应。
6.根据权利要求1或5所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于：
所述上下基体层均为玻璃，或者所述上下基体层均为塑料，或者所述上下基体层中的一个为玻璃，另一个为塑料。
7.根据权利要求1所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于：
第一染料液晶混合显示模块的上基体层和第二染料液晶混合显示模块的下基体层可用一共用基体层替代；
第二染料液晶混合显示模块的上基体层和第三染料液晶混合显示模块的下基体层可用一共用基体层替代；
第三染料液晶混合显示模块的上基体层和液晶显示模块的下基体层可用一共用基体层替代。
8.根据权利要求7所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于：
所述共用基体层为玻璃或塑料。
9.根据权利要求1所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于：
所述无染料液晶层中的近晶态液晶的双折射率大于所述第一、第二、第三染料液晶混合层中的近晶态液晶的双折射率；
所述第一、第二、第三染料液晶混合层中的近晶态液晶分子与二色性染料分子的排列相关度大于0.8。
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