CN1470906A - 双稳态表面稳定胆固醇型液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双稳态表面稳定胆固醇型(surface stabilized cholesteric texture mode，SSCT mode)液晶显示器，其包括有一液晶显示面板、一下偏光板、一上偏光板以及一四分之一波板(λ/4 wave plate)。其中，该液晶显示面板另包括有一上基板、一下基板、一导电层设于该下基板表面以及一SSCT液晶分子层密封于该上基板与该下基板之间。该液晶显示器适用于各种光线强度的地方，并可给使用者提供舒适的阅览颜色。

Description

双稳态表面稳定胆固醇型 液晶显示器

                        技术领域

本发明涉及一种双稳态液晶显示器，特别是涉及一种黑白模式显示的半穿透半反射式双稳态液晶显示器。

                        背景技术

表面稳定胆固醇型(surface stabilized cholesteric texture mode，SSCTmode)液晶材料是一种具有多种液晶分子排列稳定的光学状态(multiple stableoptical states)以及记忆性的液晶材料，其可通过施加不同的电压而转换成各种所需的光学状态，而且在去除电压之后，表面稳定胆固醇型液晶材料因液晶可稳定于某种排列仍可维持其光学状态。此外，表面稳定胆固醇型液晶材料更具有省电、宽视角、高亮度以及高对比等优点，因此表面稳定胆固醇型液晶材料常被应用在影像显示更新率(refreshing rate)不高并且需长时间使用的元件中，例如电子书等产品。

请参考图1A至图1B，图1A至图1B分别为表面稳定胆固醇型液晶材料的垂直状态(homeotropic state)、扭曲平面状态(twisted planar state)以及圆锥状态(focal conic state)的示意图。如图1A所示，当施加一电压于表面稳定胆固醇型液晶分子12上而产生一电场E时，液晶分子12会形成一垂直状态10，而当快速地移除施加在液晶分子12上的电压时，液晶分子12则会由垂直状态10转变成扭曲平面状态20，其结果如图1B所示，此时若适当地调整液晶分子12的间距长度(pitch length)，便可使处于扭曲平面状态20的液晶分子12反射预定波长的光线。此外，如图1C所示，当缓慢地移除施加于液晶分子12上的电压时，液晶分子12则会由垂直状态10转变成混乱的圆锥状态30，而具有光散射(light scattering)的性质，即其反射光线的效果较弱。

请参考图2，图2为现有的双稳态液晶显示器(或称表面稳定胆固醇型液晶显示器)的示意图。如图2所示，双稳态液晶显示器40包括有二玻璃基板42与44、一间隙支撑物(spacer)46支撑于玻璃基板42与44之间、一表面稳定胆固醇型液晶分子层52填充于玻璃基板42与44之间以及一电源54。其中，电源54用来给液晶分子层52提供电压，以使液晶分子层52转换成各种光学状态。此外，玻璃基板42与44上都设有一氧化铟锡层(Indium TinOxide，ITO)48与一配向膜(alingnment layer)50，而且玻璃基板44的下方还设有一光吸收板(未显示)，用以吸收穿透过液晶分子层52的光线。

由于现有的液晶分子层52内的液晶分子的间距长度设计为可反射可见光区的光线，因此，若液晶显示器40内的液晶分子层52处于扭曲平面状态，当外界的环境光源进入液晶显示器40时，环境光源中波长位于可见光区内的光线将会被液晶分子层52反射出来，而形成亮态。反之，若液晶显示器40内的液晶分子层52处于圆锥状态，当环境光源进入液晶显示器40时，环境光源中的光线将会穿透液晶分子层52而被光吸收板吸收，而形成暗态。所以，现有的双稳态液晶显示器40便通过适当地调整液晶显示器40内处于圆锥状态与扭曲平面状态的液晶分子，而可形成各式各样的图案，例如电子书中的文字或图片。

然而，现有的双稳态液晶显示器40的光源是外界的环境光源，因此当外界环境光源的强度不足时，双稳态液晶显示器40便无法有效地显示画面。此外，一般书籍多为黑色的文字搭配白色底，所以当应用此项技术于电子书时，为了方便读者适应电子书，则液晶显示器的设计应以黑/白双色显示为佳，以符合读者的传统阅读习惯，然而现有的双稳态液晶显示器40以红/黑、绿/黑、或蓝/黑等双色显示为主，因此现有的双稳态液晶显示器40并无法满足前述的需求。

                        发明内容

本发明的目的在于提供一种黑白模式显示的半穿透半反射式双稳态液晶显示器，以解决上述问题。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种双稳态液晶显示器，该双稳态液晶显示器包括有一液晶显示面板、一光学调节器设于该液晶显示面板的上侧、以及一下偏光板设于该液晶显示面板的下侧。其中，该液晶显示面板包括有一上基板、一下基板、一表面稳定胆固醇型液晶分子层密封于该上基板与该下基板之间、以及一导电层设于该液晶分子层与该下基板之间，而且该光学调节器另包括有一上偏光板以及一四分之一波板(λ/4 wave plate)设于该上偏光板与该液晶显示面板之间。

由于本发明使用一表面稳定胆固醇型液晶分子，其液晶分子的间距长度相对应于反射红外光区或紫外光区的光线，并搭配偏光板与四分之一波板，而形成一黑白模式显示的双稳态液晶显示器，以提供使用者舒适的阅览颜色。此外，本发明还将一个像素分隔为可透光区域与反射区域，并结合以一背光模块，而形成一半穿透半反射式双稳态液晶显示器，以适用于各种光线强度的地方。

                        附图说明

图1A至图1C分别为表面稳定胆固醇型液晶材料的垂直状态(homeotropic state)、扭曲平面状态(twisted planar state)、以及圆锥状态(focalconic state)的示意图；

图2为现在的双稳态液晶显示器(或称表面稳定胆固醇型液晶显示器)的示意图；

图3为本发明的双稳态液晶显示器的示意图；

图4A至图4C为本发明导电层的可透光区域与反射区域的上视图；

图5为本发明的双稳态液晶显示器的示意图；

图6A与图6B为本发明的双稳态液晶显示器的显示方式示意图。

                        具体实施方式

请参考图3，图3为本发明的双稳态液晶显示器60的示意图。如图3所示，双稳态液晶显示器60包括有一液晶显示面板62，一光学调节器64设置于液晶显示面板62的上侧表面，一下偏光板66设置于液晶显示面板62的下侧表面，以及一背光模块68设置于下偏光板66的下侧，用来产生光线以补偿一环境光源的强度。其中，液晶显示面板62另包括有一上基板70，一下基板72，一导电层76设置于下基板72的上侧表面，一透明导电层78(例如氧化铟锡)设置于上基板70的下侧表面，以及一表面稳定胆固醇型液晶分子层74被密封于上基板70与下基板72之间。此外，光学调节器64由一上偏光板64a与一四分之一波板(λ/4 wave plate)64b上、下堆叠所组成，而且上偏光板64a的偏振方向与四分之一波板64b的快轴(fast axis)夹角为45度。

在本发明的较佳实施例中，上、下基板间的间距约为3微米(μm)，并且上基板70与下基板72都为一玻璃基板，而液晶分子层74内的液晶分子的间距长度被调整为可反射红外光区或紫外光区的光线，其折射率(refractiveindex)小于0.1，较佳约为0.08，即当本发明的双稳态液晶显示器60的液晶分子层74处于扭曲平面状态时，红外光区或紫外光区的光线会被反射，而可见光区的光线则可通过液晶分子层74。

值得注意的是，本发明的双稳态液晶显示器60的导电层76中可同时包括有一可透光区域T以及一反射区域R。其中，可透光区域T由氧化铟锡层76a所组成，用来当作一穿透区以通过背光模块68的光源而产生影像，而反射区R则是由铝金属层76b之类的金属层所组成，用来当作一反射区以通过环境光源而产生影像。由于液晶显示面板62内的每一个像素(pixel)内都具有穿透区与反射区，因此本发明的双稳态液晶显示器60可同时利用反射方式及穿透方式来显示画面，而形成一半穿透半反射式双稳态液晶显示器。

请参考图4A至图4C，图4A至图4C所示为本发明的导电层的可透光区域与反射区域的上视图，且图4A至图4C也是显示一个像素内的导电层的可透光区域与反射区域。如图4A所示的第一实施例，导电层76包括有彼此相邻的一可透光区域T与一反射区域R。或者，导电层76包括有一可透光区域T与一反射区域R，且反射区域R环绕于可透光区域T的四周，其结构如图4B所示的第二实施例。此外，导电层76也可包括多个可透光区域T，且各个可透光区域T以阵列排列的方式设于反射区域R的内部区域，如图4C所示的第三实施例。然而，本发明并不限于此，在本发明的其他实施例中，导电层76也可仅包括一由氧化铟锡所组成的可透光区域T，并搭配背光模块68而形成一穿透式双稳态液晶显示器。或者，导电层76只包括一由铝金属所组成的反射区域R，而形成一反射式双稳态液晶显示器。

此外，图3所示的双稳态液晶显示器60内的上基板70与下基板72上还可形成配向膜80，其目的是使液晶分子可以依照特定方向排列，如图5所示。本发明的配向膜80的配向方向(alignment direction)使一液晶分子的分子长轴方向平行或垂直于上基板70与下基板72，而本发明的较佳实施例的配向膜80的配向方向与设置如表1所示，其为本发明的较佳实施例的配向膜的配向方式与设置情形。经实验证实，当上基板70的配向膜80的方向为平行且不设有配向膜于下基板72上时，本发明的双稳态液晶显示器60具有最佳的对比(contrast)效果，而当上基板70与下基板72上都不设有配向膜时，双稳态液晶显示器60则具有最佳的视角。

请参考图6A与图6B，图6A与图6B为本发明的双稳态液晶显示器的显示方式示意图，且图6A与图6B分别表示一个像素内的显示方式。如图6A所示，经由适当的电压控制程序，当该像素内的液晶分子层74处于圆锥状态时，环境光源的光线82会先经过上偏光板64a的过滤而形成线偏振光(linearly polarized light)，接着再经过四分之一波板64b后而形成圆偏振光，然后该圆偏振光会穿过上基板70与液晶分子层74，并经由反射区域R的反射而再一次地穿过液晶分子层74与上基板70，由于圆锥状态的液晶分子层74具有光散射的效果，因此该圆偏振光经过液晶分子层74后会失去其偏振性而形成非偏振光，所以该非偏振光再经过上偏光板64a的过滤后，会形成亮态。此外，也如同图6A所示，当本发明的双稳态液晶显示器60利用背光模块68所产生的光线来进行显示时，背光模块68所产生的光线84会先经过下偏光板66的过滤后而形成一线偏振光，而该线偏振光会接着穿过下基板72上的可透光区域T与液晶分子层74，并由于圆锥状态的液晶分子层74的关系，而又使得该偏振光转变成非偏振光，因此该非偏振光最后在经过上偏光板64a的过滤之后，便可形成亮态。其中，由于前述的亮态为所有可见光的组合，因此本发明的最佳实施例的亮态颜色为白色。

如图6B所示，经由适当的电压控制程序，当该像素内的液晶分子层74处于扭曲平面状态时，环境光源的光线86通过上偏光板64a与四分之一波板64b后便形成圆偏振光，随后该圆偏振光则会穿过上基板70与液晶分子层74，并经由反射区域R的反射而再一次地穿过液晶分子层74与上基板70，最后再经过四分之一波板64b而形成线偏振光，然而由于该线偏振光的偏振方向与上偏光板64a不同，因此而无法穿过上偏光板64a，而形成暗态。其中，值得注意的是，本发明的扭曲平面状态的液晶分子层74虽可让可见光穿过，但由于进入双稳态液晶显示器60内的可见光经反射后并无法通过上偏光板64a，所以本发明的双稳态液晶显示器60的暗态颜色为黑色。此外，也如同图6B所示，当本发明的双稳态液晶显示器60利用背光模块68所产生的光线来进行显示时，背光模块68所产生的光线88会先经过下偏光板66的过滤后形成线偏振光，而该线偏振光在穿过下基板72的可透光区域T、液晶分子层74与四分之一波板64b后，便会形成一偏振方向与上偏光板64a相异的偏振光，因此该偏振光将无法通过上偏光板64a，而形成黑色的暗态。

与现有技术相比，本发明将一个像素分隔为可透光区域与反射区域，并搭配一背光模块，而形成一半穿透半反射式双稳态液晶显示器，以适用于各种光线强度的地方。此外，本发明使用一表面稳定胆固醇型液晶分子，其液晶分子的间距长度相对应于反射红外光区或紫外光区的光线，并搭配偏光板与四分之一波片，而形成一黑白模式显示的双稳态液晶显示器，以提供使用者舒适的阅览颜色。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

表1

配向膜的                   配向膜的

配向方向(上基板)           配向方向(下基板)

：配向膜的配向方向使一液晶分子的分子长轴垂直基板

：配向膜的配向方向使一液晶分子的分子长轴平行基板

  ：不设配向膜

Claims (21)

1.一种双稳态液晶显示器，该双稳态液晶显示器包括有：

一液晶显示面板，该液晶显示面板包括有一上基板，一下基板，一表面稳定胆固醇型(surface stabilized cholesteric texture)液晶分子层位于该上基板与该下基板之间，以及一导电层设于该液晶分子层与该下基板之间；

一光学调节器，设于该液晶显示面板的上侧，该光学调节器包括有一上偏光板，以及一四分之一波板(λ/4 wave plate)设于该上偏光板与该液晶显示面板之间；以及

一下偏光板，设于该液晶显示面板的下侧。

2.如权利要求1所述的双稳态液晶显示器，其中该表面稳定胆固醇型液晶分子层内的表面稳定胆固醇型液晶分子的间距长度(pitch length)相对应于反射红外光区或紫外光区的光线。

3.如权利要求1所述的双稳态液晶显示器，其中该液晶分子层受一定时间的电压作用后，该液晶分子层内会至少具有处于一第一平衡状态的液晶分子或/且处于一第二平衡状态的液晶分子。

4.如权利要求3所述的双稳态液晶显示器，其中该第一平衡状态为圆锥状态(focal conic state)，而该第二平衡状态为扭曲平面状态(twisted planarstate)。

5.如权利要求4所述的双稳态液晶显示器，其中当光线通过该液晶分子层后，该第一平衡状态的液晶分子呈现亮态，该第二平衡状态的液晶分子呈现暗态。

6.如权利要求5所述的双稳态液晶显示器，其中该亮态与该暗态分别代表该双稳态液晶显示器的白色与黑色。

7.如权利要求1所述的双稳态液晶显示器，其中该双稳态液晶显示器另包括有一背光模块，设于该下偏光板的下侧，用来产生光线以补偿一环境光源的强度。

8.如权利要求7所述的双稳态液晶显示器，其中该导电层由氧化铟锡(Indium Tin Oxide ITO)所构成，用来使该背光模块的光线穿透该液晶分子层，以形成一穿透式双稳态液晶显示器。

9.如权利要求1所述的双稳态液晶显示器，其中该导电层由铝金属所构成，用来反射一环境光源经由该上基板射入该液晶分子层的光线，以形成一反射式双稳态液晶显示器。

10.如权利要求1所述的双稳态液晶显示器，其中该导电层包括有至少一反射区域与至少一可透光区域，以形成一半穿透半反射式双稳态液晶显示器。

11.如权利要求10所述的双稳态液晶显示器，其中该反射区域由铝金属所构成，而该可透光区域由氧化铟锡所构成。

12.如权利要求10所述的双稳态液晶显示器，其中该可透光区域与该反射区域彼此相邻。

13.如权利要求10所述的双稳态液晶显示器，其中该反射区域环绕于该可透光区域的四周。

14.如权利要求10所述的双稳态液晶显示器，其中该导电层包括有多个可透光区域，且各该可透光区域以阵列排列的方式设于该反射区域的内部区域。

15.如权利要求1所述的双稳态液晶显示器，其中该液晶分子层的折射率(refractive index)小于0.1。

16.如权利要求1所述的双稳态液晶显示器，其中该上基板与该胆固醇型液晶分子层之间还包括有一由氧化铟锡所构成的透明导电层，用来做为一共同电极(common counter electrode)。

17.如权利要求16所述的双稳态液晶显示器，其中该透明导电层与该导电层上各设有一配向膜与该胆固醇型液晶分子层相接触。

18.如权利要求17所述的双稳态液晶显示器，其中各该配向膜的配向方向(alignment direction)使一液晶分子的分子长轴方向平行或垂直于该上基板与该下基板。

19.如权利要求16所述的双稳态液晶显示器，其中该透明导电层上设有一配向膜与该胆固醇型液晶分子层相接触。

20.如权利要求19所述的双稳态液晶显示器，其中该配向膜的配向方向使一液晶分子的分子长轴方向平行或垂直于该上基板。

21.如权利要求1所述的双稳态液晶显示器，其中该上偏光板的穿透轴(transmission axis)与该四分之一波板的快轴(fast axis)的夹角为45度。

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