CN101852942B - 全反射式液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全反射式液晶显示器，包括相互对盒的第一基板和第二基板，所述第一基板和第二基板之间夹设液晶分子，所述第一基板还包括吸光层，用于吸收光线；所述第二基板包括透明电极和反射层，透明电极形成在所述第二基板上，用于与所述像素电极之间形成电压差，控制液晶反转；反射层设置在所述透明电极与液晶之间，所述反射层的折射率介于液晶的寻常光折射率和异常光折射率之间。本发明全反射式液晶显示器亮度和对比度高。与现有技术中采用了电子墨水技术的液晶显示器相比，改善了由于静电吸附产生的残像。

Description

全反射式液晶显示器

技术领域

本发明涉及液晶显示技术，尤其涉及一种全反射式液晶显示器。 

背景技术

现有技术中的半反射半透过式在液晶显示器的下基板上添加有反射层，使得环境中的光线入射到反射层之后反射，然后从像素区域透射出去，从而达到显示的目的。这种液晶显示技术存在问题是由于采用了偏振光的原理，所以发光效率低，亮度和对比度低。现有技术中还提供液晶显示器，采用了E-ink公司为代表的电子墨水式技术，其主要原理是利用静电吸附的原理，控制电性相反的黑白两色颗粒在像素区域上下位置，以实现对光线的反射或吸收。此种液晶显示器对比度高，显示效果与纸张显示类似，即可以显示黑白图像，存在的问题是由于采用静电吸附原理，容易产生残像。 

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种全反射式液晶显示器，对比度高，并且能够有效减轻残像现象的发生。 

为了实现上述目的，本发明提供了一种全反射式液晶显示器，包括相互对盒的第一基板和第二基板，所述第一基板包括数据线和栅线，所述数据线和栅线限定的像素区域中包括像素电极和薄膜晶体管，所述第一基板和第二基板之间夹设液晶分子，所述第二基板包括透明电极和反射层，所述透明电极与所述像素电极之间形成电压差，控制液晶反转；所述第一基板还包括吸光层，用于吸收光线；所述反射层设置在所述透明电极与液晶分子之间，所述反射层的折射率介于液晶的寻常光折射率和异常光折射率之间； 

当需要使像素区域显示白色时，通过控制施加在像素电极上的电压，使得液晶的折射率小于反射层的折射率，以使入射到反射层中的光线在反射层 中发生全反射； 

当需要使像素区域显示黑色时，通过控制施加在像素电极上的电压，使得液晶的折射率大于反射层的折射率，以使入射到反射层中的光线穿过液晶被第一基板上的吸光层吸收。 

本发明提供的全反射式液晶显示器，在透明电极和液晶分子之间设置反射层，当需要使像素区域显示白色时，通过控制施加在像素电极上的电压，使得液晶的折射率小于反射层的折射率，入射到反射层中的光线在反射层中发生全反射；当需要使像素区域显示黑色时，通过控制施加在像素电极上的电压，使得液晶的折射率大于反射层的折射率，入射到反射层中的光线穿过液晶被第一基板上的吸光层吸收通过这样的方式，可以实现液晶显示器的黑白显示，与现有技术中半反射半透过式液晶显示器相比，本发明全反射式液晶显示器不需要背光源，充分利用了外界光线，从而极大程度上节约了能源，提高了显示器的效率，且亮度和对比度较高。与现有技术中采用了电子墨水技术的液晶显示器相比，本发明全反射式液晶显示器通过第一基板上的TFT控制像素电极上电压的施加，改善了由于静电吸附产生的残像。 

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

图1所示为本发明全反射式液晶显示器结构示意图； 

图2所示为本发明全反射式液晶显示器第一实施例结构示意图； 

图3所示为本发明全反射式液晶显示器原理示意图。 

具体实施方式

如图1所示为本发明全反射式液晶显示器结构示意图，该液晶显示器包括相互对盒的第一基板1和第二基板2，第一基板1上形成有数据线和栅线，栅线和数据线限定的像素区域内形成有像素电极3和薄膜晶体管(Thin FilmTransistor，简称TFT)4，第一基板1和第二基板2之间夹设液晶分子9，第一电极上还设置有吸光层5，第二基板2上设置有透明电极6，在透明电极6和液晶分子9之间设置有反射层20，反射层20的折射率介于液晶的寻常光折射率和异常光折射率之间。 

如图2所示为本发明全反射式液晶显示器第一实施例结构示意图，在该实施例中，反射层具体为多个透明小球8，透明小球8嵌设在透明粘合层7中，透明粘合层起到将透明小球8固定到第二基板2上的作用。透镜小球8的折射率介于液晶的寻常光折射率和异常光折射率之间。 

图2中，透明小球8还可以通过其他方式固定到第二基板上，例如，可以采用其他的透明固定装置，将透明小球设置在透明电极6和液晶分子9之间。 

下面以图2为例详细介绍本发明全反射式液晶显示器的工作原理。 

液晶在不同状态下的折射率不同。液晶的折射率的计算公式如式(1)所示： 

$\stackrel{\‾}{n}=\frac{1}{d}\underset{-\frac{d}{2}}{\overset{\frac{d}{2}}{\∫}}{n}_0{[1-(1-\frac{{n_0}^2}{{n_e}^2})\sin \mathrm{\θ}]}^{-\frac{1}{2}}\mathrm{dZ}---\left(1\right)$

式(1)中，n是液晶折射率，n₀是液晶的寻常光折射率，n_e为液晶的异常光折射率，d为光线经过的液晶层厚度，Z轴垂直于液晶层表面，θ为液晶分子指向与Z轴的夹角，液晶分子一般为棒形极性分子，当分子集合在一起时，分子长轴总是趋向于互相平行，即有一个择优方向，该方向的单位矢量称为液晶的指向，沿液晶长轴方向和短轴方向的宏观物理性质不同，即液晶具有各向异性。一般定义沿液晶分子长轴方向为平行方向，沿分子短轴方向为垂直方向，液晶分子沿平行方向折射率n_//和沿垂直方向的折射率n_⊥不同。液晶由于具有光学各向异性，所以液晶具有双折射特性。液晶中的折射光分为两条，一条光的折射遵循折射定律，称为寻常光线或O光线，对应的折射率为n₀，另一条光的折射行为不遵循折射定律，称为非常光线或e光线，对应的折射率为n_e。对于向列相和近晶相液晶(向列相和近晶相为液晶的排列状态)，液晶的寻常光折射率n₀与沿垂直方向的折射率n_⊥相同，液晶的异常光折射率n_e与沿平行方向折射率n_//相同。对于胆甾相液晶，液晶的寻常光折 射率n₀和液晶的异常光折射率n_e与液晶沿垂直方向的折射率n_⊥和沿平行方向折射率n_//之间的关系遵循其他的公式，此处不再赘述。 

对于公式(1)，当θ＝0度时，液晶折射率n＝n₀；当θ＝90度时，液晶折射率n＝n_e。液晶分子两侧电压差不同，θ大小不同。可见液晶折射率介于n₀和n_e之间。 

如图3所示为本发明全反射式液晶显示器原理示意图，图3中所示的是一个像素区域的情况。当第一基板1上的像素电极3和第二基板2上的透明电极6上不加电压时(如P1部分所示)，液晶分子9的指向与Z轴之间的夹角为90度，液晶的折射率为n_e，当第一基板1上的像素电极3和第二基板2上的透明电极6上施加电压时(如P2部分所示)，二者之间形成一电压差A，液晶分子9的指向与Z轴之间的夹角为θ_A，液晶的折射率为  $\stackrel{\‾}{n}=n_A=\frac{1}{d}\underset{-\frac{d}{2}}{\overset{\frac{d}{2}}{\∫}}{n}_0{[1-(1-\frac{{n_0}^2}{{n_e}^2})\sin {\mathrm{\θ}}_A]}^{-\frac{1}{2}}\mathrm{dZ},$ 可见n_e＞n_A。透明小球8的折射率液晶的寻常光折射率和异常光折射率之间，为了使该像素区域的液晶两侧不施加电压时显示黑色，施加电压时显示白色，应当使n_e＞n_g＞n_A，其中n_g为透明小球8的折射率。液晶两侧不施加电压时，n_e＞n_g，所以当光线10从不同角度入射至透明小球内时，一部分会发生反射，另一部分穿过透明小球入射到第一基板上的吸光层上，被吸光层吸收，这时对应像素区域显示黑色。当第一基板1上的像素电极3和第二基板2上的透明电极6上施加电压，使得液晶分子两侧的电压差为A时，液晶分子9的指向与Z轴之间的夹角为θ_A，n_g＞n_A，所以部分角度的光线入射到透明小球8中时，在透明小球经过多次全反射之后从透明小球反射出去，而不会透过透明小球入射到第一基板上的吸光层被吸收掉，这时对应的像素区域显示白色。为了使该像素区域的液晶两侧不施加电压时显示黑色，施加电压时也显示黑色，应当使n_e＞n_A＞n_g，。液晶两侧不施加电压时，n_e＞n_g，所以当光线10从不同角度入射至透明小球内时，一部分会 发生反射，另一部分穿过透明小球入射到第一基板上的吸光层上，被吸光层吸收，这时对应像素区域显示黑色。当第一基板1上的像素电极3和第二基板2上的透明电极6上施加电压，使得液晶分子两侧的电压差为A时，液晶分子9的指向与Z轴之间的夹角为θ_A，n_g＜n_A，当光线10从不同角度入射至透明小球时，一部分会发生反射，另一部分穿过透明小球入射到第一基板上的吸光层上，被吸光层吸收，这时对应像素区域显示黑色。通过控制施加在像素电极上的电压，可以实现像素区域黑色或白色的显示。 

从以上对于本发明液晶显示器工作原理的描述中可以看出，将透明小球的折射率设置在液晶的寻常光折射率和异常光折射率之间，当需要使像素区域显示白色时，通过控制施加在像素电极上的电压，使得液晶的折射率小于小球的折射率，入射到小球中的光线在小球中发生全反射；当需要使像素区域显示黑色时，通过控制施加在像素电极上的电压，使得液晶的折射率大于小球的折射率，入射到小球中的光线穿过液晶被第一基板上的吸光层吸收。通过这样的方式，可以实现液晶显示器的黑白显示，与现有技术中半反射半透过式液晶显示器相比，本发明全反射式液晶显示器亮度和对比度高。与现有技术中采用了电子墨水技术的液晶显示器相比，本发明全反射式液晶显示器通过第一基板上的TFT控制像素电极上电压的施加，改善了由于静电吸附产生的残像。 

图2中，透明小球的材料可以是折射率为1.54的BaK₂玻璃，相应的液晶材料的折射率分别可以是n₀＝1.49，n_e＝1.60，透明小球之间的距离可以为0.1μm～100μm。 

第一基板通常是阵列基板，本发明中第一基板与现有技术中阵列基板的区别之处在于，在阵列基板上还设置有一层吸光层，用于吸收光线，使得相应像素区域显示黑色。第一基板上可以按照现有技术中的方法，制作栅线、数据线、像素电极和薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)等，可以在第一基板制作完成后，在第一基板的背部贴附一层吸光层。 

第二基板的制作工艺可以是：在透明基板上沉积一层透明导电层，透明导电层的材料可以是氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)，通过构图工艺形成透明电极的图形，然后在基板上沉积一层透明粘合层，再在透明粘合层中嵌设透明小球，透明粘合层将透明小球固定。 

将第一基板和第二基板对盒后，在其中注入液晶，完成液晶显示器的制作。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 

Claims (7)

1.一种全反射式液晶显示器，包括相互对盒的第一基板和第二基板，所述第一基板包括数据线和栅线，所述数据线和栅线限定的像素区域中包括像素电极和薄膜晶体管，所述第一基板和第二基板之间夹设液晶分子，所述第二基板包括透明电极和反射层，所述透明电极与所述像素电极之间形成电压差，控制液晶反转；其特征在于，所述第一基板还包括吸光层，用于吸收光线；所述反射层设置在所述透明电极与液晶分子之间，所述反射层的折射率介于液晶的寻常光折射率和异常光折射率之间；

当需要使像素区域显示白色时，通过控制施加在像素电极上的电压，使得液晶的折射率小于反射层的折射率，以使入射到反射层中的光线在反射层中发生全反射；

当需要使像素区域显示黑色时，通过控制施加在像素电极上的电压，使得液晶的折射率大于反射层的折射率，以使入射到反射层中的光线穿过液晶被第一基板上的吸光层吸收。

2.根据权利要求1所述的全反射式液晶显示器，其特征在于，所述反射层为多个透明小球，所述透明小球的折射率介于液晶的寻常光折射率和异常光折射率之间。

3.根据权利要求2所述的全反射式液晶显示器，其特征在于，还包括：

透明粘合层，设置在所述透明电极和透明小球之间，所述多个透明小球嵌设在所述透明粘合层中。

4.根据权利要求3所述的全反射式液晶显示器，其特征在于，所述透明小球的直径大于所述透明粘合层的厚度。

5.根据权利要求2-4中任一权利要求所述的全反射式液晶显示器，其特征在于，所述吸光层设置在所述第一基板的外侧。

6.根据权利要求2-4中任一权利要求所述的全反射式液晶显示器，其特征在于，所述透明小球之间的距离为0.1μm～1 00μm。

7.根据权利要求5所述的全反射式液晶显示器，其特征在于，所述透明电极的材料为氧化铟锡或氧化铟锌。