CN101782705B - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种液晶显示装置，包括有由两玻璃基板以及夹置于两玻璃基板之间的液晶层所组成的液晶单元以及第一偏振膜与第二偏振膜。在另一实施例中，还包括有形成于第二偏振膜的另一侧的漫射式反射膜。在另一实施例中，可用一反射膜取代第二偏振膜。根据本发明的实施例所揭露的液晶显示装置，液晶层是由层列型液晶材料组成，且液晶层的双折射率随着施加至该液晶层的一电场改变。本发明实施例所揭露的液晶显示装置，以层列型液晶材料作为显示单元的主要组成，而其在受到外加电场的作用会改变其状况而使得光线呈现彩色化现象，因而不需要彩色滤光片即可制作彩色的液晶显示器。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置，特别涉及一种利用反铁电(antiferroelectric)层列型(smectic)液晶以形成不需要彩色滤光片的彩色液晶显示装置，其中反铁电层列型液晶包括中间反铁电液晶，又称作次铁电(ferrielectric)液晶
背景技术
液晶显示器具有薄型化、轻量化、低耗电量、无辐射污染、且能与半导体工艺技术兼容等优点，其产品的应用由早期的手表、计算器等低信息容量显示产品的应用，渐渐扩展到监视器或可携式信息产品，目前最新的应用则是液晶电视。
液晶显示器是以液晶分子材料为基本组成，其为介于固态与液态之间的中间态分子，是具有规则性分子排列的有机化合物。按照分子结构的排列可分为层列型(Smectic)液晶、向列型(Nematic)液晶、胆固醇(Cholestic)液晶。液晶分子不但具有液体易受外力作用而流动的特性，亦具有晶体特有的光学异方向性质，所以能够利用外加电场改变液晶的排列状态。当液晶的排列状态发生改变时，穿透液晶层的光线也会发生光学特性的改变。利用外加的电场来产生光的调变现象，一般称之为液晶的光电效应，利用此效应可制作出各式的液晶显示器，如扭转向列型液晶显示器、超扭转向列型液晶显示器、及薄膜晶体管液晶显示器等。
目前的液晶显示器一般具有红色、绿色、蓝色三原色的彩色滤光膜，或称彩色滤光片，以红色、绿色、蓝色三种颜色组合成彩色化的液晶显示器，这是目前主动式矩阵液晶显示器与被动式液晶显示器主要的显示方案。所谓的彩色滤光膜，在透明玻璃上涂覆一层有颜色的透明薄膜，当自然光通过时即产生滤光的效果，不同颜色的滤光膜则产生不同的颜色的色光。因此，滤光膜可以实现平面显示器的全彩化效果。
虽然使用彩色滤光片为目前液晶显示器的技术主流，但目前已有一些不需要使用彩色滤光片即可产生彩色效果的技术方案，例如在向列型液晶显示器中采用双折射膜(birefringent film)这些技术最大的优点是减少光的损失率和省去了彩色滤光片的成本。双折射彩色是由于液晶单元中干涉效应(interferenceeffect)和色散效应(dispersion effect)形成的，其像素的颜色状态是因为液晶显示单元中的双折射效应，并由供应电压至每一个像素以改变像素的颜色状态。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，揭露一种液晶显示装置，以具有反铁电(antiferroelectric)相(包括中间反铁电(intermediate antiferroelectric)相)的层列型液晶材料作为显示单元的主要组成，以在不需要彩色滤光器的前提下，达到彩色显示的目的。
为了实现上述目的，本发明提供一种液晶显示装置，其特征在于，包括有：
两玻璃基板；
一液晶层，夹置于该两玻璃基板之间，该液晶层由层列型液晶材料组成；
第一偏振膜形成于该两玻璃基板其中之一的一侧；以及
第二偏振膜形成于该两玻璃基板其中之另一的一侧；
其中该液晶层的双折射率是随着施加至该液晶层的一电场改变。
为了实现上述目的，本发明还提供一种液晶显示装置，其特征在于，包括有：
两玻璃基板；
一液晶层，夹置于该两玻璃基板之间，该液晶层由层列型液晶材料组成；
一偏振膜形成于该两玻璃基板其中之一的一侧；以及
一反射膜形成于该两玻璃基板其中之另一的一侧；
其中该液晶层的双折射率随着施加至该液晶层的一电场改变。
根据本发明的实施例所揭露的液晶显示装置，液晶层由层列型液晶材料组成，且液晶层的双折射率随着施加至该液晶层的一电场改变。
在提供电场的前提之下，双折射率的彩色状态是由阶梯式(step-wise)的方式变化，使得设置在偏光板中的液晶层可以在没有彩色滤光器的情况下产生彩色的变化。在每一种色彩状态之间的切换时间大约是10μs，因此本案所揭露的实施例可适用于显示技术上，因为多数种全彩的光学状态可以由同一种材料或者混合材料实现。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明所揭露的液晶显示装置的第一实施例的示意图；
图2为本发明所揭露的液晶显示装置的第二实施例的示意图；
图3为本发明所揭露的液晶显示装置的第三实施例的示意图；
图4A至图4F为层列型液晶(smectic crystal)的倾斜层列相的序列；
图5为绘示随着施加电场的增加，反强诱电性液晶的双折射率变化；
图6为绘示中间反铁电相(次铁电相)的反应时间；
图7为绘示在施加不同电压的情况下，液晶材料的光传输频谱。
其中，附图标记
101液晶层
102上玻璃基板
103下玻璃基板
104第一偏振膜
105第二偏振膜
201液晶层
202上玻璃基板
203下玻璃基板
204偏振膜
205反射膜
301液晶层
302上玻璃基板
303下玻璃基板
304第一偏振膜
305第二偏振膜
307漫射式反射膜
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
本发明实施例所揭露的液晶显示装置，以层列型液晶材料作为显示单元的主要组成，而其在受到外加电场的作用会改变其状况而使得光线呈现彩色化现象，因而不需要彩色滤光片即可制作彩色的液晶显示器。
请参考图1，为本发明所揭露的液晶显示装置的第一实施例的示意图。在第一实施例中，包括有一液晶层101，夹置于上玻璃基板102与下玻璃基板103之间。上玻璃基板102及/或下玻璃基板103上选择性地形成有导电性的透明电极、配向层以及其它形成液晶显示装置所需要的薄层。第一偏振膜104形成于上玻璃基板102之上，第二偏振膜105形成于下玻璃基板103之下。第一实施例中所揭露的液晶显示装置可应用但并非局限于穿透式显示装置。
请参考图2，为本发明所揭露的液晶显示装置的第二实施例的示意图。在第二实施例中，包括有一液晶层201，夹置于上玻璃基板202与下玻璃基板203之间。上玻璃基板202及/或下玻璃基板203上选择性地形成有导电性的透明电极、配向层以及其它形成液晶显示装置所需要的薄层。偏振膜204形成于上玻璃基板202之上，反射膜205形成于下玻璃基板203之下。反射膜205为一种特殊反射片，其不产生任何的偏振作用。第二实施例中所揭露的液晶显示装置可应用但并非局限于单偏振膜式反射式显示装置。
请参考图3，为本发明所揭露的液晶显示装置的第三实施例的示意图。在第三实施例中，包括有一液晶层301，夹置于上玻璃基板302与下玻璃基板303之间。上玻璃基板302及/或下玻璃基板303上选择性地形成有导电性的透明电极、配向层以及其它形成液晶显示装置所需要的薄层。第一偏振膜304形成于上玻璃基板302之上，第二偏振膜305形成于下玻璃基板303之下。在此实施例中另包括有漫射式反射膜307，设置于第二偏振膜305之下。第三实施例中所揭露的液晶显示装置可应用但并非局限于穿透反射式显示装置。
在上述的第一至第三实施例中，液晶层以层列式液晶材料填充，此种型式液晶相的液晶分子呈层状排列方式，且每一层中有一度空间的层状排列，具二度空间的规则性，分子的次序度增高。所使用的层列式液晶材料在不同的温度下会有反铁电(antiferroelectric)相(包括中间反铁电(intermediateantiferroelectric)相)或铁电相(ferroelectric)。
在上述的实施例中的液晶层，本发明利用具有反铁电相(包括中间反铁电相)的层列型液晶，这种类型的液晶相会受到电场的影响，因而会产生不同的状态。因此，施加不同的电场使得所使用的反铁电相(包括中间反铁电相)层列型液晶可由双折射率的改变产生不同颜色的光。
层列型液晶(smectic crystal)一般具有倾斜层列相的序列，每一层的方向分布都不相同，如图4A至图4F所示，一般包括有Sm-C*A相、Sm-C*相、Sm-A*相、介于Sm-C*A相和Sm-C*相之间的中间双轴相(intermediate biaxialphase)以及介于Sm-C*相和Sm-A*相的中间单轴(intermediate uniaxial)Sm-C*α相。其中Sm-C*α相的对称与Sm-C*相相同，但Sm-C*α相的螺旋间距(Helical Pitch)较Sm-C*相的螺旋间距小。
观察图中可发现，每一相液晶顺向排列(synclinic)或逆向排列(anticlinic)分布会依据特定的规则而呈现。在此使用qT来表示每一单元中的顺向排列的部分，其中qT是介于0与1之间，在Sm-C*A相时，qT值为0。在Sm-C*相时，qT值为1。
在有一些的层列型液晶材料中，例如反强诱电性液晶(MHPBC)，随着施加电场的增加，其双折射率会产生如图5所示的两个门坎值，这样子的折射率变化会导致颜色的变化。但在图5中，仅有较高的双折射率所产生的颜色变化是落在可见光的范围内。因此，可通过施加适当的电场来产生不同的颜色。
通过施加电场的方式，可使得液晶层产生不同的颜色变化。在一示例性的实施例中，可以下表所示的液晶材料组成一液晶材料混合物，以做为前述实施例所述的液晶层，其化学结构与组成如下表所示：
Figure G2009100065950D00051
Figure G2009100065950D00061
上表所揭露的液晶材料混合物具有铁电相与反铁电相，并可存在于一个较大的温度范围内。将电场施加在由此混合材料所组成的液晶单元上，可观察到每一像素中会出现许多个双折射彩色状态，且其切换速度相当的快，如图5所示。其主要的原因是液晶层本身可就由在门坎值之间的步阶效应来产生颜色的变化。如图6所示，在铁电相(温度大约在20℃与40℃之间)时其反应时间大约在8μs左右。
此一混合液晶材料的光传输频谱如图7所示，其所测量的液晶层厚度大致为4.5μm至5μm之间，较佳为4.75μm，该液晶层放置于两个偏光片之间，并使用Ocean Optics公司的光谱仪进行测量。观察图中可以发现，施加不同电压的情况下，该液晶层会出现不同的颜色状态。观察图中可知，当施加的电压E为8.5V/μm时，液晶层将呈现红色。当施加的电压E为3.7V/μm时，液晶层将呈现绿色。当施加的电压E为0V/μm时，液晶层将呈现蓝色。亦即，随着施加的电压的增加，颜色也从蓝色变成绿色，再由绿色变成红色。因此，在施加不同电压的情况下，由图7的测量结果可知可得到蓝色、红色、绿色的三原色。因此，本发明确实可施加电场给液晶单元，并在不需要使用彩色滤光片的情况下，产生彩色的效果。
本发明所揭露的液晶显示装置，由于不需要采用彩色滤光片，因此相较于目前的液晶显示器具有低成本的优点。因此可以应用于一些较低成本的电子装置，例如游戏机、电子表、移动电话等等。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种液晶显示装置，其特征在于，包括有：
两玻璃基板；
一液晶层，夹置于该两玻璃基板之间，该液晶层由层列型液晶材料组成；
第一偏振膜形成于该两玻璃基板其中之一的一侧；以及
第二偏振膜形成于该两玻璃基板其中之另一的一侧；
其中该液晶层的双折射率是随着施加至该液晶层的一电场改变。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该液晶层的厚度为4.5μm至5μm之间。
3.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，随着施加电场的增加，该液晶层的颜色由蓝色、绿色及红色依序变化。
4.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，还包括有一漫射式反射膜，形成于该第二偏振膜相对该玻璃基板的另一侧。
5.根据权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于，该液晶层的厚度为4.5μm至5μm之间。
6.根据权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于，随着施加电场的增加，该液晶层的颜色由蓝色、绿色及红色依序变化。
7.一种液晶显示装置，其特征在于，包括有：
两玻璃基板；
一液晶层，夹置于该两玻璃基板之间，该液晶层由层列型液晶材料组成；
一偏振膜形成于该两玻璃基板其中之一的一侧；以及
一反射膜形成于该两玻璃基板其中之另一的一侧；
其中该液晶层的双折射率随着施加至该液晶层的一电场改变。
8.根据权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，该液晶层的厚度为4.5μm至5μm之间。
9.根据权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，随着施加电场的增加，该液晶层的颜色由蓝色、绿色及红色依序变化。
10.根据权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，所述反射膜为一漫射式反射膜。
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