CN1510478A - 一种具有向列相特性的胆甾相液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有向列相特性的液晶显示器，有一个液晶盒，该液晶盒内灌注有胆甾相液晶，其特征在于：所述胆甾相液晶畴的螺距P、大小S和光波波长λ满足条件P/4＜λ和S＞λ于是，胆甾畴可视为向列畴；呈平面织构态的胆甾相液晶可视为均匀介质；呈焦锥织构态的胆甾相液晶可视为光延迟随电场迅速变化的单晶畴延迟片。基于所述胆甾相液晶的特性，根据使用要求，设计液晶盒LC，选择液晶材料、取向层和驱动方式，配以偏振片P、1/4延迟片和反射镜M等光学元件，可以设计出一系列液晶显示器，不仅可以取代现有的各种液晶显示器，还可以制成廉价的彩色动画显示器和具有记忆功能的显示器，特别是以其黑白显示和省电的优点，适用于电子书。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器，该显示器中的胆甾相液晶在一定条件下具有向列相液晶的特性。本专利的核心技术是使胆甾相液晶的螺距P，晶畴大小S和光波波长λ满足条件：P/4≤λ和S＞λ，这样，呈平面织构态的液晶层可视为均匀介质；呈焦锥织构态的液晶层可视为光延迟量可电控的单晶畴延迟片。利用特殊的液晶盒结构和驱动方法，控制液晶状态的转换和光延迟量的变化来显示图象。
技术背景
液晶显示器已成为当今高信息量平板显示器的主流，其主要代表是STN-LCD和TFT-LCD。这两种显示器都没有零场记忆功能，在静态和准静态显示时同样耗电，而且响应速度都较慢，在作彩色显示时，不得不用3倍的象素和昂贵的彩色滤色板，光的利用率也很低(约5％)。
一般认为，胆甾相液晶具有平面织构和焦锥织构两个零场稳态和许多中间态。呈平面织构态的液晶对一定波段的同旋光有布拉格反射，呈焦锥织构态的液晶有一定的光散射，利用这些特性已经制成的反射式双稳态和多稳态液晶显示器，明显地降低了功耗，并首先应用于电子书。但零场稳态液晶显示器的响应速度较慢、黑白显示的亮度和对比度较差、还不能全彩色显示。因此，基于现有显示技术的液晶显示器都不能满足人们对显示器快速、可记忆、省电、廉价、高对比度、高亮度、全彩色和高画质的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液晶显示器，该显示器所用胆甾相液晶畴的螺距P，晶畴大小S和光波波长λ满足条件：P/4≤λ和S＞λ，因此它还具有向列相液晶的特性，这样，呈平面织构态的液晶层可视为均匀介质；呈焦锥织构态的液晶层可视为单晶畴延迟片，基于这种认识设计零场稳态的、快速响应的、或者零场稳态和快速响应兼而有之的各种具有向列相特性的胆甾相液晶显示器，解决了目前所有液晶显示器存在的响应速度慢、光利用率低、亮度不够、对比度差和彩色显示成本高等技术问题。
本发明的目的是在灵活应用新发现的胆甾相液晶特性的基础上，通过液晶盒及显示器结构设计、快速驱动方案和减小散射影响等技术方案，制成一系列液晶显示器来实现的。
1)新发现的胆甾相液晶特性
在由两块平行基板构成的液晶盒中，在不加电的零场条件下，具有螺旋织构的胆甾相液晶存在平面织构态和焦锥织构态两种稳定态。当一个胆甾相液晶畴的螺距P，晶畴大小S和光波波长λ，满足条件：S＞λ和λ＞P/4时，这个胆甾相液晶畴可视为具有零场稳态的向列相液晶畴，其指向矢为胆甾畴的螺旋对称轴；非寻常光折射率ne’＝n0；寻常光折射率n0’＝(n0+ne)/2
呈平面织构态的液晶层，其螺旋对称轴垂直或近似垂直于基板，当光线照射时，反旋分量将透射过去，只有同旋分量才产生布拉格反射，而且只能反射一定波长λ和一定带宽Δλ的光
λ＝n｀Pcos θ
Δλ＝Δn｀/n｀λcosθ 或Δλ＝Δn｀Pcosθ通过改变液晶配方来改变n0｀和P，可使反射光的波长λ和Δλ落在可见光谱区以外，对于可见光而言，呈平面织构态的液晶层就可视为均匀介质。
呈焦锥织构态的液晶层，其螺旋对称轴的取向在平面内呈二维无序或一维有序，对入射光而言，相当于一个延迟片，其延迟量随电压变化而变化。两个偏振方向的折射率差Δn｀＝ne’-n0｀＝0-(ne+n0)/2＝-(ne-n0)/2；光延迟R＝Δn｀d＝-(ne-n0)d/2，其中，d为畴的厚度，对于薄的液晶盒，d等于盒厚，通过改变液晶配方和盒厚，使光延迟R等于λ/2或λ/4等，就可制成1/2延迟片，或1/4延迟片等。
2)液晶盒及显示器结构设计
液晶显示器的原理是通过液晶状态的变化，使象素呈现亮态和暗态来显示图象。在设计液晶盒时，令胆甾相液晶满足条件S＞λ和λ＞P/4，并对液晶取向层特殊处理，这样，可把呈平面织构态的液晶层当作对光不起作用的均匀介质；把呈焦锥织构态的液晶层当作延迟量随施加电压变化的延迟片。同时，根据显示器的使用要求，结合驱动方式，配以偏振片、延迟片、反射镜和背光源等组成各种液晶显示器。
3)快速驱动方案
采用快速驱动方案的目的是为了使液晶在平面织构态和焦锥织构态之间迅速转换，并在呈一维有序焦锥态时，快速改变其光延迟量。
胆甾相液晶的直流光电特性曲线如图1所示，图中，L为相对透光率，V为外加电压。一般的驱动方法是在胆甾相液晶层施加直流电压V，使液晶指向矢趋向于和外加电场方向平行，然后逐渐加大电压，当电压大于VB时，开始解旋；当电压等于大于VC时，液晶层进入场致向列相，指向矢完全平行于电场方向，此时，若突然断电，液晶将变成平面织构态，若缓慢地将电压降低至小于VC，液晶将呈“伪场致向列相”；当电压降到VC’时，液晶开始形成螺距随电压增大而增长的焦锥织构态；当电压降到等于小于VA时，液晶完全呈焦锥织构态。采用这种驱动方法，响应速度太慢。
为了加快转换速度，我们采用如图2所示的脉冲序列来代替直流电场。首先，加一幅度远大于VC的脉冲电压τ1，将液晶驱动到场致向列相，在很短的τ2期间，液晶呈平面织构态；接着加幅度为V2的脉冲电压τ3，这里，VA＜V2＜VB，τ3结束后，液晶呈二维无序焦锥织构态。调节V1、V2和τ1+τ3即可使总驱动时间τ＝τ1+τ2+τ3最短，实现快速转换。
为了得到螺旋轴取向一维有序的焦锥织构态，采用如图3所示的程序阶梯波脉冲电压来代替直流电压。首先用幅度V1＞＞VC的脉冲τ1将液晶层驱动到场致向列相，再用幅度V2(略小于VC’)的脉冲τ2，使液晶层开始出现螺距逐渐增长的焦锥织构态，接着用更小的但大于VA的两三个幅度为V3、V4….的阶梯脉冲，使液晶层直接从“伪场致向列相”过渡到螺旋轴取向一维有序的焦锥织构态。调节各阶梯脉冲的幅度和持续时间，可实现快速转换。
平面织构态和焦锥织构态都是零场稳态，由于驱动成平面织构态比驱动成焦锥织构态快，因此在设计时，先将作为象素的液晶全部驱动成焦锥织构态，再逐行扫描将需要转换的象素驱动成平面织构态，这样可以快速完成帧驱动。
4)减小散射影响
实际上，胆甾相液晶层是由许多直径为几微米至几十微米的晶畴组成的，特别是在焦锥织构态，螺旋轴取向通常呈二维无序，由于畴的大小S＞λ，当光线照射时，就会产生米氏散射，使光偏离原来的传播方向，并使部分偏振光退偏，变成非偏振光，降低对比度，影响显示质量。
为了减少散射提高对比度，对于平面织构态，可以采用摩擦上下表面的方法，使畴变大，减少散射。对于焦锥织构态，采用上下表面反平行取向和选择最合适的预倾角，包括一边平行另一边垂直的预倾角，使畴变大，减少散射。另外，使螺旋轴的取向从二维无序变成基本上一维有序，形成大畴，使液晶层成为较理想的延迟片，也可以减少散射影响。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、由于本发明利用胆甾相液晶在满足S＞λ和λ＞P/4条件下，兼有向列相液晶的电光特性，采用特殊的驱动方法，可以使液晶在平面织构态和焦锥织构态之间快速转换，也可以将液晶驱动为焦锥织构态，由施加电压控制其光延迟，因此，本发明提供的液晶显示器，既有零场稳态所表现的记忆功能，很省电，又有快速响应能力；
2、由于本发明可以采用特殊的驱动方法使液晶始终工作在一维有序焦锥织构态，通过改变施加电压可以快速改变其光延迟，因此，响应速度比TN、STN液晶都快很多，足够用于动画显示，而且通过控制电压，可以使光延迟在λ/2～0之间连续变化，产生不同的灰度，实现多灰度级显示；
3、由于本发明的响应速度很快，可以采用时序式彩色方案，只需要现有彩色液晶显示器1/3的象素，就可获得同等清晰度，因此，节省了2/3的驱动电路，又省去了昂贵的彩色滤光片，降低了成本，提高了光利用率；
4、由于本发明的显示原理是利用光通过则呈亮态，光通不过则呈暗态来显示图象的，因此在自然光下呈黑白显示，用作电子书，适合人的阅读习惯；
5、由于本发明采取了减小散射影响的技术措施，降低了散射，而且，呈平面织构态的液晶层相当于均匀介质，在整个光谱范围内均呈很好的暗态，所以对比度较高；
6、本发明属原理性发明，只要满足S＞λ和λ＞P/4，就可以根据使用要求，选择合适的驱动方案，配以偏振片、延迟片、反射镜、背光源、有源矩阵等，设计成反射型或透射型显示器、日夜均可用的显示器、有记忆的显示器和全彩色显示器等，并且可以在一个显示器上同时具有多项功能。
附图说明
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。为了便于阐述，在以下所有结构图中，把液晶层LC分成左、右两半，用不同的符号表示液晶的织构态，并分层说明液晶呈不同织构态时光在显示器中的行径及呈现亮、暗态的情况。
图1、胆甾相液晶的直流光电特性曲线
图2、本发明的驱动脉冲序列
图3、本发明的驱动程序阶梯波
图4、本发明的反射型零场稳态液晶显示器(螺旋轴取向二维无序)
图5、本发明的透、反射型零场稳态液晶显示器(螺旋轴取向二维无序)
图6、本发明的可显示彩色动画的透射型液晶显示器(螺旋轴取向二维无序)
图7、本发明的反射型零场稳态快速液晶显示器(螺旋轴取向一维有序)
图8、本发明的反射型高对比度零场稳态液晶显示器(螺旋轴取向一维有序)
图9、本发明的透、反射型零场稳态液晶显示器(螺旋轴取向一维有序)
图10、本发明的反射型快速液晶显示器(螺旋轴取向一维有序)
图11、本发明的可显示彩色动画的透射型液晶显示器(螺旋轴取向一维有序)
图12、本发明的可显示彩色动画的透射型液晶显示器(螺旋轴取向一维有序)
具体实施方式
按照焦锥织构态的螺旋轴取向在平面内呈二维无序和一维有序，设计出两类显示器。
一、螺旋轴取向在平面内呈二维无序
这类显示器的优点是盒内取向层易制作，驱动波形较简单；缺点是液晶畴产生的散射会降低图象对比度，盒结构比较复杂。
1.1反射型零场稳态液晶显示器(参见图4)
由偏振片P，λ/4延迟片，液晶层LC和反射镜面M组成，该液晶层可驱动成对光不起作用的平面织构态(左)，或驱动成使光延迟λ/4的焦锥织构态(右)。
左半图：入射自然光通过偏振片，变成线偏振光，经过λ/4延迟片变成圆偏振光，通过呈平面织构态的液晶层没有变化，到镜面反射后，向上传播。相对于光的传播方向圆偏振光反旋，再经过呈平面织构态的液晶层，没有变化，经过λ/4延迟片，因圆偏振光反旋，出射线偏振光与入射线偏振光偏振方向垂直，不能通过偏振片，呈暗态。
右半图：入射自然光通过偏振片和λ/4延迟片，变为圆偏振光，通过呈焦锥织构态的液晶层，延迟λ/4，变成线偏振光，到镜面反射后，向上传播。再通过液晶层，延迟λ/4，变成同旋的圆偏振光，经过λ/4延迟片，变成线偏振光，偏振方向与偏振片相同，光线通过偏振片，呈亮态。
这种液晶盒织构虽然简单，但因螺旋轴取向二维无序，要求入射光和反射光必须在同一液晶畴，这就要求液晶畴要大，反射面要紧贴液晶层。1.2透、反射型零场稳态液晶显示器(参见图5)
由偏振片P1，λ/4延迟片1，液晶层LC，λ/4延迟片2和偏振片P2组成，偏振片P1和偏振片P2的偏振方向相互垂直，该液晶层可驱动成对光不起作用的平面织构态(左)，或驱动成使光延迟λ/2的焦锥织构态(右)。
左半图：入射自然光通过偏振片P1和λ/4延迟片1，变成圆偏振光，通过呈平面织构态的液晶层不变，通过λ/4延迟片2，因其光轴与λ/4延迟片1的光轴垂直，它们的作用抵消，出射光仍为原偏振方向的线偏振光，光线通过偏振片P2，呈亮态。
右半图：自然光通过偏振片P1和λ/4延迟片1，变成圆偏振光，通过使光延迟λ/2的焦锥织构态液晶层，变成反旋的圆偏振光，通过λ/4延迟片2，因其光轴与λ/4延迟片1的光轴垂直，它们的作用抵消，变成线偏振光，与偏振片P2的偏振方向垂直，光线不能通过，呈暗态。
如果将偏振片P2的偏振方向改为与偏振片P1的偏振方向垂直，则光线通过偏振片P2时，由平面织构来的光线不能通过，呈暗态，由焦锥织构态来的光线能通过，呈亮态。因呈平面织构态的液晶层相当于均匀介质，在整个光谱范围内均呈很好的暗态，所以对比度更好。
如果在偏振片P2的下面加反射镜M，就成为反射型显示器；加半透半反射镜和背光源，在环境亮时用为反射型零场稳态显示器，省电；在环境暗时启用背光源，日夜可用。
1.3可显示彩色动画的透射型液晶显示器(参见图6)
由偏振片P1，λ/4延迟片1，液晶层LC，λ/4延迟片2和偏振片P2组成，偏振片P1和偏振片P2的偏振方向相互垂直，该液晶层呈焦锥织构态时，光延迟量随施加电压变化，不加电时，光延迟量为λ/2(右)，加电压至接近解旋电压时，开始呈现向列相特征，光延迟量接近于零(左)。
左半图：λ射自然光通过偏振片P1和λ/4延迟片1，变成圆偏振光，通过接近向列相的液晶层，光延迟量接近于零，通过λ/4延迟片2后，变为线偏振光，光通不过偏振片P2，无光线射出，呈暗态。
右半图：入射自然光通过偏振片P1和λ/4延迟片1，变成圆偏振光，通过呈焦锥织构态的液晶层，使光延迟λ/2，变成反旋的圆偏振光，通过λ/4延迟片2，因其光轴与λ/4延迟片1的光轴垂直，它们的作用抵消，变成线偏振光，与偏振片P2的偏振方向相同，光线通过，呈亮态。
由于液晶工作在接近向列相和焦锥织构态，因此响应速度很快，足够用于动画显示。而且可以通过控制电压，使延迟量在λ/2～0连续变化，产生不同的灰度，实现多灰度显示。若用红、绿、蓝三组光源与红、绿、蓝图像同步轮流照射，用TFT电路驱动，则可制成彩色显示器，只用现有彩色液晶显示器1/3的象素，就可获得相同的清晰度。由于节省了2/3的驱动电路，又省去了昂贵的彩色滤光片，因此成本大大降低，光利用率大大提高。
如果在偏振片P2下面加反射镜，就成为反射型显示器；如果加半透半反射镜和背光源，在环境亮时用为反射型零场稳态显示器，省电；在环境暗时，启用背光源，日夜可用。这样，用同一个显示器既具有记忆功能，省电、不闪烁；又具有快速响应特性，能看彩色动画。
二、螺旋轴取向在平面内呈一维有序
这类显示器的优点是液晶盒的结构简单，能形成大畴，降低散射，提高对比度。但液晶盒表面需反平行取向和选择合适的预倾角，包括选择一面平行另一面垂直的预倾角，还需设计特殊的驱动波型，使液晶快速进入一维有序焦锥织构态。
2.1反射型零场稳态快速液晶显示器(参见图7)
由偏振片P、液晶层LC和反射镜M组成，液晶层可驱动成对光不起作用的平面织构态(左)；或驱动成使光延迟λ/4的一维有序焦锥织构态，其螺旋轴取向与偏振片方向呈45°角(右)。
左半图：入射自然光通过偏振片，变成线偏振光，通过呈平面织构态的液晶层不变，镜面反射后，向上传播。再通过呈平面织构态的液晶层，无变化，光线通过偏振片，呈亮态。
右半图：入射自然光通过偏振片，变成线偏振光，通过呈焦锥织构态的液晶层延迟λ/4，变成圆偏振光，镜面反射后，向上传播。相对于传播方向变成反旋圆偏振光，再通过呈焦锥织构态的液晶层延迟λ/4，变成偏振方向垂直于偏振片偏振方向的线偏振光，不能通过偏振片，呈暗态。
2.2反射型高对比度零场稳态液晶显示器(参见图8)
由偏振片P、λ/4延迟片、液晶层LC和反射镜M组成，液晶层可驱动成对光不起作用的平面织构态(左)；或驱动成使光延迟λ/4的一维有序焦锥织构态，其螺旋轴取向与λ/4延迟片的光轴垂直(右)。
左半图：入射自然光通过偏振片P，变成线偏振光，反射前后两次通过呈平面织构态的液晶层LC和λ/4延迟片，变成偏振方向与纸面垂直的线偏振光，不能通过偏振片P，呈暗态。
右半图：由偏振片产生的线偏振光，通过呈焦锥织构态的液晶层延迟λ/4，由于焦锥织构的螺旋轴与λ/4延迟片的光轴垂直，它们的延迟作用抵消，对光没有作用。经反射后偏振方向不变，能再通过偏振片，呈亮态。
由于平面织构态对光没有作用，采用广谱λ/4延迟片，暗态较好，而且，一维有序焦锥织构态的液晶畴大，散射较弱，因此对比度较高。2.3透、反射型零场稳态液晶显示器(参见图9)
由偏振片P1、液晶层LC和偏振片P2组成，液晶层可驱动成对光不起作用的平面织构态(左)，或驱动成使光延迟λ/2的一维有序焦锥织构态，其螺旋轴与偏振片P1的偏振方向呈45°角(右)，偏振片P1和偏振片P2的偏振方向相同。
左半图：入射自然光通过偏振片P1，变成线偏振光，通过对光不起作用的平面织构态液晶层后，偏振方向不变，能通过偏振片P2，呈亮态。
右半图：入射自然光通过偏振片P1，变成线偏振光，通过呈一维有序焦锥织构态的液晶层，延迟λ/2，偏振光的偏振方向旋转90°，不能通过偏振片P2，呈暗态。
如果使偏振片P2的偏振方向垂直于偏振片P1的偏振方向，则液晶呈平面织构态时为暗态，液晶呈焦锥织构态时为亮态。由于呈平面织构态时为暗态，因此对比度较高。
如果在偏振片P2下面加反射镜，就成为反射型显示器；如果在偏振片P2下面加半透半反射镜和背光源，则可在环境亮时用为零场稳态显示器，省电；环境暗时启用背光源，日夜可用。
2.4反射型快速液晶显示器(参见图10)
由偏振片P、液晶层LC和反射镜M组成，液晶层始终呈一维有序焦锥织构态，响应速度比TN、STN都快，可显示动画，其螺旋轴取向与偏振片P的偏振方向成45°角，不加电时，延迟量为λ/2(左)；加电时，延迟量为λ/4(右)。
左半图：自然光经偏振片P变成线偏振光，通过液晶层LC，延迟λ/2，变成偏振方向与原偏振方向垂直的线偏振光，反射镜反射后，再经过液晶层LC，延迟λ/2，变成与入射偏振光偏振方向相同的偏振光，通过偏振片，呈亮态。
右半图：自然光经偏振片P变成线偏振光，通过液晶层LC，延迟λ/4，变成园偏振光，经M反射后，再经过液晶层LC，延迟λ/4，变成与入射偏振光偏振方向垂直的偏振光，不能通过偏振片，呈暗态。
如果在偏振片P和液晶层LC之间加一个λ/4延迟片，其光轴与偏振片P的偏振方向呈45°角，与液晶层LC的螺旋轴方向呈90°角，则加电时，液晶层延迟λ/4，呈暗态；不加电时，液晶层延迟λ/2，呈亮态。
2.5可显示彩色动画的透射型液晶显示器(参见图11)
由偏振片P1、3λ/4延迟片、液晶层LC和偏振片P2组成。两偏振片的偏振方向相同，3λ/4延迟片的光轴与偏振方向呈45°，其螺旋轴方向与延迟片光轴方向垂直，不加电时，光延迟3λ/4(左)；加电时，光延迟1/4λ(右)，因为液晶始终工作在一维有序焦锥织构态，响应速度比TN、STN都快，可用于动画和时序式全彩色显示。
左半图：一维有序焦锥织构态液晶层LC的光延迟(3λ/4)与3λ/4延迟片的作用相抵消，光通过偏振片P2，呈亮态。
右半图：一维有序焦锥织构态液晶层LC的光延迟(λ/4)，与3/4λ延迟片的总作用相当于光延迟λ/2，偏振光的偏振方向改变了90°，光线不能通过偏振片P2，呈暗态。
如果使偏振片P1和偏振片P2的偏振方向垂直，则不加电时，光延迟3λ/4，呈暗态；加电时，光延迟λ/4，呈亮态。
如果在偏振片P2下面加反射镜，则成为反射型显示器；如果加半透半反射镜和背光源，则可制成日夜均可用的显示器；如果背光源用红、绿、蓝三色轮流照射，与红、绿、蓝的图象同步，则可制成能显示动画的时序式全彩色显示器。
2.6可显示彩色动画的透射型液晶显示器(参见图12)
液晶始终工作于一维有序焦锥织构态，不加电时，液晶层的光延迟为λ/2，加电时，液晶近似于场致向列相，光延迟接近于0，则可制成快速响应显示器；如果将两组程序阶梯波驱动电压(参见图2和图3)都加在这种织构上，并配以红、绿、蓝三色光源，则既可用于零场稳态显示器，省电，又可用于时序式全彩色动画显示。
Claims (10)
1、一种液晶显示器，有一个液晶盒，该液晶盒设有上下两块平行透明基板，该透明基板的内表面设有透明电极，在透明电极的内表面设有设置预倾角的取向层，该液晶盒周边设有密封圈，液晶盒内灌注有含很多小畴的胆甾相液晶，其特征是：所述胆甾相液晶畴，忽略边界影响，为均匀螺旋织构，其螺距P、尺寸S和光波波长λ，应满足条件S＞λ和λ＞P/4。于是，这个胆甾相液晶畴可视为向列相液晶畴，其指向矢为胆甾相液晶畴的螺旋对称轴；其非寻常光折射率ne’＝n0；寻常光折射率n0’＝(n0+ne)/2；其中ne、n0分别为胆甾相液晶的非寻常光和寻常光折射率。胆甾相液晶呈平面织构态时，相当于指向矢垂直于液晶盒表面的向列相液晶，除对某一波段的入射同旋光产生布拉格反射外，对其余的入射光可视为透明的均匀介质；呈焦锥织构态时，相当于指向矢平行于液晶盒表面的向列相液晶，可视为对入射光产生延迟作用的单晶轴延迟片，其光延迟约为(n0-ne)d/2，随所加电压迅速(亚毫秒量级)变化，其中d为畴的厚度，对于薄液晶盒即为盒厚，所加电压越高，光延迟越小，当所加电压接近解旋电压时，液晶接近于场致向列相，光延迟接近于零。基于对胆甾相液晶特性的这种新认识，将液晶盒和偏振片、延迟片、反射镜、背光源、简单或、有源矩阵等组合在一起，可设计成一系列液晶显示器，在液晶盒上施加驱动电压，使具有向列相液晶特性的胆甾相液晶转变状态，呈现象素的亮态和暗态。
2、根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：所述液晶盒的取向层是反平行取向层，或者是一面平行一面垂直的取向层，盒厚在0.5～1.0微米，胆甾相液晶螺距小于3微米，可得到零场稳定的一维取向焦锥织构态，即螺旋对称轴垂直于取向层方向，对于入射光相当于延迟片，其光延迟与取向层的设置有关，约为d(n0-ne)/2，其中d为盒厚。
3、根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：所述驱动电压有两组。一组是驱动液晶进入二维无序焦锥织构态的程序脉冲电压：首先加一个脉幅远大于解旋电压、脉宽小于5ms的脉冲电压，在脉宽终了，液晶被驱动到场致向列相，呈平面织构态，接着加一个脉幅小于解旋电压、脉宽略宽的脉冲电压，使液晶呈二维无序焦锥织构态，调节电压和脉冲宽度，可实现快速转换。另一组是驱动液晶进入一维有序焦锥织构态的程序阶梯波脉冲电压：首先加一个幅度大于解旋电压、脉宽小于5ms的梯波脉冲电压，在脉宽终了，胆甾相液晶进入场致向列相，接着加幅度略小于能保持伪场致向列相的最低电压、脉宽适当的阶梯脉冲，在脉宽终了，胆甾相液晶部分进入一维畸变焦锥织构态，然后再加一两个窄脉宽阶梯波脉冲电压，使其迅速进入一维有序焦锥织构态。
4、根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：所述液晶显示器的盒厚、液晶和取向层，保证液晶呈焦锥织构态时的光延迟为λ/4，这里λ＝550nm，在该液晶盒的上基板表面设有一个λ/4延迟片，在该λ/4延迟片上设有一个偏振片，紧贴该液晶盒的下基板表面设有一个反射镜，必须保证入射光和反射光通过同一焦锥畴。该液晶层可被驱动成对光不起作用的平面织构态，或驱动成使光延迟λ/4的二维无序焦锥织构态，即组成了反射型零场稳态液晶显示器。如果液晶层不是驱动成二维无序焦锥织构态，而是驱动成使光延迟λ/4、螺旋轴取向与偏振片偏振方向呈45°角的一维有序焦锥织构态，则由于一维有序焦锥织构态的液晶畴大，易保证入射光和反射光通过同一焦锥畴，散射较弱，而且，由于平面织构态对光没有作用，采用广谱λ/4延迟片，暗态较好，这样即组成了反射型高对比度零场稳态液晶显示器。该显示器和简单矩阵或有源矩阵结合，即制成零场稳态高清晰度黑白液晶显示器。
5、根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：所述液晶盒的盒厚、液晶和取向层，保证液晶呈焦锥织构态时的光延迟为λ/2，这里λ＝550nm，在该液晶盒的上下基板外表面各设有一个λ/4延迟片，在该λ/4延迟片的另一面各设有一个偏振片，两偏振片的偏振方向相同，两λ/4延迟片的光轴互相垂直，该液晶层可驱动成对光不起作用的平面织构态，或驱动成使光延迟λ/2的焦锥织构态，即组成了透射型零场稳态液晶显示器。若在下偏振片的下面设有反射镜，就成为反射型显示器；若在下偏振片的下面设有半透半反射镜和背光源，在环境亮时用为反射型零场稳态显示器，在环境暗时启用背光源，就成为日夜可用的透、反射型零场稳态液晶显示器。
6、根据权利要求5所述的液晶显示器，其特征在于：所述液晶显示器的液晶层呈焦锥织构态时，光延迟量随施加电压变化，加电压至接近解旋电压时，开始呈现向列相特征，光延迟量接近于零，由于液晶工作在接近向列相和焦锥织构态，因此响应速度很快，可以通过控制电压，使延迟量在λ/2～0连续变化，实现多灰度显示。若用红、绿、蓝三组光源与红、绿、蓝图像同步轮流照射，和有源矩阵结合，则可制成可显示彩色动画的透射型液晶显示器。
7、根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：所述液晶显示器的液晶盒上基板表面设有偏振片，液晶盒下基板表面设有反射镜，用程序阶梯波脉冲电压将液晶驱动成对光不起作用的平面织构态，或驱动成使光延迟λ/4、螺旋轴取向与偏振片偏振方向呈45°角的一维有序焦锥织构态，即组成了反射型零场稳态快速液晶显示器。
8、根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：所述液晶盒的盒厚、液晶和取向层，保证液晶呈焦锥织构态时，光延迟为λ/2，这里λ＝550nm，在该液晶盒的上下基板表面各设有一个偏振片，两偏振片的偏振方向相同，该液晶层可被驱动成对光不起作用的平面织构态，或驱动成使光延迟λ/2的一维有序焦锥织构态，其螺旋轴与偏振片的偏振方向呈45°角，即组成了透射型零场稳态液晶显示器。若加电时，液晶不是驱动成平面织构态，而是驱动成近似于场致向列相，光延迟接近于0，对光不起作用，响应速度更快。若将两组程序阶梯波驱动电压都加在这种织构上，并配以红、绿、蓝三色光源，则既可用于零场稳态显示器，又可用于时序式全彩色动画显示。加电场使焦锥畴的光学延迟在λ/2～0之间连续变化，可实现多灰度显示。若在下偏振片的下面设有反射镜，即成为反射型显示器；若在下偏振片的下面设有半透半反射镜和背光源，在环境亮时用为反射型零场稳态显示器，在环境暗时启用背光源，就成为日夜可用的透、反射型零场稳态液晶显示器。若将两偏振片的偏振方向设置成互相垂直，则液晶层呈平面织构态时，在整个光谱范围内均呈很好的暗态，对比度更好。
9、根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：所述液晶盒的上基板表面设有一偏振片，下基板表面设有一反射镜，液晶始终工作在一维有序焦锥织构态，其螺旋轴取向与偏振片偏振方向呈45°角，不加电时光延迟为λ/2；加电时光延迟为λ/4，响应速度很快，即组成反射型快速液晶显示器。
10、根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：所述液晶盒的上表面设有一个3λ/4延迟片，该3λ/4延迟片上面设有一个偏振片，液晶盒的下表面设有一个偏振片，两偏振片的偏振方向相同，3λ/4延迟片的光轴与偏振片的偏振方向呈45°角，液晶始终工作在一维有序焦锥织构态，其螺旋轴方向与延迟片光轴方向垂直，不加电时，光延迟3λ/4，加电时，光延迟1/4λ，因为液晶始终工作在一维有序焦锥织构态，光延迟可随电压连续变化，呈现多级灰度，而且响应速度很快，可用于动画和时序式全彩色显示。若两偏振片的偏振方向互相垂直，则显示图象倒相，即亮态和暗态互换。
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