CN218585132U - 一种无源驱动彩色液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
无源驱动彩色液晶显示器，包括液晶面板和光源。液晶面板包括第一、二基板以及夹合在第一、二基板之间的液晶层，第一、二基板的内表面分别设有第一、二电极，第一、二电极具有构成显示图案的多个交叠区；液晶面板还连接有第一驱动电路，其连接第一、二电极以可在各交叠区上施加驱动电压；液晶层包括相互混合的第一、二液晶化合物，第一、二液晶化合物分别为固化的水平取向液晶和流体状态的向列液晶，在自然状态时，液晶层为透明状态，而在施加有驱动电压的交叠区，液晶层为散射态；光源设置在液晶面板的侧边，其包括至少两种不同颜色的LED，光源连接第二驱动电路，其可按时序驱动不同颜色的LED发光。这种液晶显示器可实现底色为黑色的彩色显示。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种显示装置，尤其是一种无源驱动彩色液晶显示器。
背景技术
无源驱动液晶显示器主要通过改变显示图案(如笔段或图标)的显示状态(如亮、暗)来实现信息的显示，具有结构简单、定制方便、成本低等优点，已广泛应用在各种家用电器中。
这种显示器一般是黑白的。为实现彩色显示，有人在其显示图案上增加了彩膜，使其在ON态时呈现为彩色，然而其显示图案的颜色是固定不可变的。
公开号为201369152Y的中国专利提出了一种无源驱动彩色液晶显示器，其采用了包含三色LED的背光，LED按时序轮流发不同颜色的光，通过液晶显示器显示图案与其时序配合快速地切换状态，实现了显示图案颜色可变的彩色显示。然而，这种显示器由于采用了通体发光的背光板，其只能实现底色为白色(或亮色)的彩色显示，而无法实现底色为黑色(或暗色)的彩色显示，其应用范围难以进一步扩大。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种无源驱动彩色液晶显示器，其可实现底色为黑色(或暗色)的彩色显示。所采用的技术方案如下：
一种无源驱动彩色液晶显示器，包括液晶面板和光源，其特征为：
所述液晶面板包括第一基板、第二基板以及夹合在第一基板和第二基板之间的液晶层，所述第一基板和第二基板的内表面分别设有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极具有构成显示图案的多个交叠区；
所述液晶面板还连接有第一驱动电路，第一驱动电路连接所述第一电极和第二电极以可在各交叠区上施加驱动电压；
所述液晶层包括相互混合的第一液晶化合物和第二液晶化合物，所述第一液晶化合物为固化的水平取向液晶，所述第二液晶化合物为流体状态的向列液晶，在自然状态时，所述第二液晶化合物与第一液晶化合物具有一致的取向和双折射以使所述液晶层为透明状态，而在施加有足够驱动电压的交叠区，所述第二液晶化合物的液晶分子随电场转动而偏离水平取向以使对应的显示图案为散射态；
所述光源设置在液晶面板的至少一侧边，其包括至少两种不同发光颜色的LED，所述光源连接有用于驱动所述LED的第二驱动电路，其可按时间顺序循环驱动不同颜色的LED发光并从侧边输入到所述液晶面板中。
所述第一、二基板一般为透明玻璃基板，优选第一、二基板的厚度为0.7mm～3.0mm，由此便于LED发光从液晶面板的侧边输入。所述第一、二基板一般通过密封胶圈相互粘合，密封胶圈同时构成对液晶层的密封。优选地，所述液晶面板包括由第一基板和第二基板对齐而成的第一侧边，而所述光源设置在第一侧边，第一侧边较平整因而便于所述光源的设置和LED发光的输入。
第一、二基板间可设置一定的垫隔物(如分散在液晶层中的垫隔球)来保持液晶层的厚度(如3μm～10μm)。优选所述液晶层的厚度不大于6μm，由此其所需的驱动电压较小而响应速度快。所述第一、二电极通常为分别镀制在第一、二基板内表面(指靠近液晶层的面)并图形化(如光刻)的透明导电膜，如ITO(氧化铟锡)。一般来说，多个第一、二电极相互交叠而形成多个所述重叠区，所述重叠区为多个相互独立而具有一定图形轮廓的区域。
所述第一、二液晶化合物一般为具有双折射的向列液晶或其化合物，由此具有由其分子取向(即分子长轴的方向或平均方向)形成的光轴，通常第一、二液晶化合物在平行和垂直光轴的方向上分别具有第一折射率n1和第二折射率n2(一般有n1>n2)，为保持自然状态下的透明度，通过一般液晶材料的选择和调配，容易使第一、二液晶化合物具有一致的n1和n2，即具有一致的双折射。所述第二液晶化合物通常为液晶分子受电场作用时倾向与电场平行的正性液晶。
所述第一液晶化合物可以由预先取向的液晶聚合物单体分子通过交联反应固化而成。在液晶面板的制造过程中，可先将第一液晶化合物的单体，如分子端部修饰有非饱和基团(如-CH=CH2)的向列型液晶与光敏剂，以及第二液晶化合物充分混合，通过灌注、滴灌等液晶显示器常用方法设置在第一、二基板之间而形成液晶层，再照射紫外光使第一液晶化合物的单体发生交联反应而固化为第一液晶化合物，第二液晶化合物则以流体状态混杂于固化的第一液晶化合物之间。在固化前，液晶层在基板内表面的作用下一般具有水平取向(也可在第一、二基板内表面涂布水平取向聚酰亚胺涂层，以及通过重配向等方式来保证其水平取向)，当第一液晶化合物被固化时，其取向被固定(后续不受电场影响)，而第二液晶化合物受到基板内表面和第一液晶化合物的作用，也会在自然状态下保持一致的水平取向。
优选第一液晶化合物与第二液晶化合物的体积比为0.02～0.1，因而液晶层的主要成分为第二液晶化合物，当第一、二液晶化合物具有上述体积比时，第一液晶化合物固化后通常为包含大量连通孔洞的丝状网络结构，第二液晶化合物处于丝状网络之内，其占比大，使得液晶层对电场的响应非常灵敏，液晶层所需的驱动电压也较低。第一、二液晶化合物充分混合(可采用超声波乳化等方式进行混合)可提高液晶层的散射性，优选所述丝状网络的孔洞尺度为0.2μm～2μm。
在上述液晶层中，由于第二液晶化合物的含量高，因而液晶层对电场的响应非常快，即从透明态过渡到散射态的时间t1非常短，而由于第一液晶化合物的作用，在撤去电场之后，液晶层从散射态过渡到透明态的时间t2也非常短，一般来说响应时间t=t1+t2可达到30ms以内的水平。
所述第一驱动电路可根据所接收的画面信息(如包括各个显示图案颜色的数据)按照无源驱动的方式(如单路静态驱动或多路动态驱动)来驱动所述液晶面板，由各个显示图案构成的显示画面按逐帧的方式进行显示，定义其帧频为第一频率f1，每个显示图案在每一帧中都被控制为所需的显示状态。
通常，所述光源为贴附在液晶面板侧边的LED灯条。所述LED可以为LED芯片或LED灯珠，不同颜色的LED可以分开设置，也可以相互集成在同颗彩色LED灯珠之中。所述LED一般贴近且朝向液晶面板，以使其发光充分地照射到液晶面板之内。优选所述LED为设有聚光透镜的LED灯珠，其发光在朝向散射板的方向上被聚集，由此可提高其发光的利用率。当LED的发光通过侧边输入到液晶面板之内时，其可在液晶面板的板体面来回反射以形成传播，当其遇到处于散射态的液晶层时即发生散射，从液晶面板正面即可观看到对应显示图案的发光。优选液晶面板的后侧设有黑色或深色的底色层，底色层可以是固定在面板后侧的黑色或深色板体，如塑料板或纸板，或是涂布在液晶面板背面的黑色或深色涂层，如油墨涂层，由此，当液晶层为透明态时，其对LED的发光不发生散射，从液晶面板的正面观看即可看到黑色或深色的底色。
所述光源可以包括N(N≥2)种颜色的LED。所述第二驱动电路按一定的周期轮流驱动各颜色LED的发光，由此其具有第二频率f2，一般设定为f2= f1/N，使得LED的轮流发光周期与液晶面板N个帧构成的帧段相对应。通常，不同颜色LED的发光时间相等，由此每种颜色LED的发光对应一个帧段中的一个帧，在该帧中，某些显示图案被驱动为散射态而散射该颜色的发光，而另外一些显示图案保持透明态而不散射该颜色的发光，由此，任一显示图案可在一个帧段中形成对不同颜色发光的选择性散射并实现混色，通过上述机制，每个显示图案可显示2N种颜色。优选所述光源包括红、绿、蓝三种颜色的LED，即N=3，为避免肉眼可见的闪烁，一般设定f1≥30Hz。
为使液晶面板和光源同步，第一、二驱动电路一般设有用于传输同步信号(或起始信号)的同步连接，具体地，可以是第一驱动电路将同步信号(或起始信号)输出到第二驱动信号，或者反之；除此之外，还可在第一、二驱动电路前端设置前端电路，其将同步信号分别输出给第一、二驱动电路。通常，上述驱动电路可由特定的驱动芯片来集成和实现。
由此，相比于现有的设计，本实用新型能够实现底色为黑色或深色的彩色显示，弥补了现有无源驱动彩色液晶显示器在应用上的不足。
以下通过附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
附图说明
图1为实施例一的显示器的整体构成示意图；
图2为实施例一的显示器的液晶面板和电源部分的示意图；
图3为实施例一的显示器的显示原理示意图；
图4为实施例一的显示器，其显示面板的液晶层示意图；
图5为实施例一的显示器，其显示面板的液晶层为透明态时的示意图；
图6为实施例一的显示器，其显示面板的液晶层为散射态时的示意图；
图7为实施例一的显示器，其光源的LED发光与液晶面板显示图案的驱动电压的时序对应及形成彩色的示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1、2所示，无源驱动彩色液晶显示器100，包括液晶面板10和光源20。
液晶面板10包括第一、二基板111、112以及夹合在第一、二基板111、112之间的液晶层12，第一、二基板111、112为厚度1.1mm的玻璃基板，第一、二基板111、112通过密封胶圈13相互粘合，密封胶圈13同时构成对液晶层12的密封。定义第一、二基板111、112相互对齐的侧边为液晶面板10的第一侧边101。
第一、二基板111、112的内表面分别设有第一、二电极141、142，第一、二电极141、142为分别镀制在第一、二基板111、112内表面并图形化为电极图案的ITO薄膜。第一、二电极141、142具有构成显示图案的多个交叠区14。
液晶面板10还连接有第一驱动电路30，第一驱动电路30连接第一、二电极141、142以可在各交叠区14上施加驱动电压。
液晶层12中设有用于保持厚度(6μm)的垫隔球(图中无画出)，如图3—6所示，其包括相互混合的第一、二液晶化合物121、122，第一液晶化合物121为由预先水平取向的液晶聚合物单体分子通过交联反应固化而成的液晶聚合物，而第二液晶化合物122为向列相正性液晶。第一、二液晶化合物121、122的体积比为0.05:1，因而液晶层12的主要成分为第二液晶化合物122，第一、二液晶化合物121、122充分混合，使得在液晶层12中，第一液晶化合物121为包含大量0.2μm～2μm连通孔洞的丝状网络结构，第二液晶化合物122处于丝状网络之内。
在自然状态时，第二液晶化合物122与第一液晶化合物121具有一致的水平取向和双折射(通过液晶调配得到)以使液晶层12为透明状态，而在施加有足够驱动电压的交叠区14，第二液晶化合物122的液晶分子随电场转动而偏离水平取向以使对应的显示图案14为散射态(雾度大于80%)。由于第二液晶化合物122占比大，液晶层12对电场的响应非常灵敏(响应时间t<20ms)，液晶层12所需的驱动电压也较低(<5V)。
如图1—3所示，光源20的主体为设置在液晶面板10第一侧边101的LED灯条，其包括发光颜色分别为红、绿、蓝三种LED灯珠211、212、213，LED灯珠211、212、213设有聚光透镜，其贴近且朝向液晶面板10，以使其发光22充分地照射到液晶面板10之内，当其发光22通过侧边输入到液晶面板10之内时，发光22可在液晶面板10的板体面来回反射以形成传播，当其遇到处于散射态的液晶层12时即发生散射，由此从液晶面板10正面即可观看到发光的显示图案。
液晶面板10的后侧设有作为底色层的黑色塑料板15，使得当液晶层12为透明态时，从液晶面板10的正面观看到的是黑色底色。
第一驱动电路30可以为一般的无源驱动LCD驱动电路或芯片，其可根据所接收的画面信息(如包括各个显示图案14颜色的数据)，通过无源驱动的方式(单路静态驱动)来驱动液晶面板10，如图7所示，各个显示图案14构成的显示画面按逐帧的方式进行显示，其帧频f1为60Hz，每个显示图案14在每一帧中都被控制为所需的显示状态，进一步定义连续的3个帧为一个帧段。
如图1、图7所示，光源20连接有第二驱动电路40，第二驱动电路40可以为一般的时序LED驱动电路或芯片，其可按时间顺序循环驱动不同颜色的LED发光并从第一侧边101输入到所述液晶面板10中。第二驱动电路40按频率f2=20Hz(即f1/3)轮流驱动各颜色LED的发光，使得LED的轮流发光周期与液晶面板3个帧构成的帧段相对应，而每种颜色LED的发光对应一个帧段中的一帧，在该帧中，某些显示图案被驱动为散射态而散射该颜色的发光，而另外一些显示图案保持透明态而不散射该颜色的发光，由此，任一显示图案可在一个帧段中形成对不同颜色发光的选择性散射并实现混色，通过上述机制，每个显示图案可显示8种颜色。
如图1所示，第一、二驱动电路30、40前端设有前端电路50，前端电路50将同步信号(起始信号)同时输出给第一、二驱动电路30、40，以保证液晶面板10的帧与特定颜色的LED的发光时间相对应。上述前端电路50和第一、二驱动电路30、40可集成在特定的驱动芯片，如场序彩色LCD的专用驱动芯片ST7045中。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (11)
1.一种无源驱动彩色液晶显示器，包括液晶面板和光源，其特征为：
所述液晶面板包括第一基板、第二基板以及夹合在第一基板和第二基板之间的液晶层，所述第一基板和第二基板的内表面分别设有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极具有构成显示图案的多个交叠区；
所述液晶面板还连接有第一驱动电路，第一驱动电路连接所述第一电极和第二电极以可在各交叠区上施加驱动电压；
所述液晶层包括相互混合的第一液晶化合物和第二液晶化合物，所述第一液晶化合物为固化的水平取向液晶，所述第二液晶化合物为流体状态的向列液晶，在自然状态时，所述第二液晶化合物与第一液晶化合物具有一致的取向和双折射以使所述液晶层为透明状态，而在施加有足够驱动电压的交叠区，所述第二液晶化合物的液晶分子随电场转动而偏离水平取向以使对应的显示图案为散射态；
所述光源设置在液晶面板的至少一侧边，其包括至少两种不同发光颜色的LED，所述光源连接有用于驱动所述LED的第二驱动电路，其可按时间顺序循环驱动不同颜色的LED发光并从侧边输入到所述液晶面板中。
2.如权利要求1所述的显示器，其特征为：所述第一基板和第二基板的厚度为0.7mm～3.0mm。
3.如权利要求1所述的显示器，其特征为：所述液晶面板包括由第一基板和第二基板对齐而成的第一侧边，所述光源设置在第一侧边。
4.如权利要求1所述的显示器，其特征为：所述液晶层的厚度不大于6μm。
5.如权利要求1所述的显示器，其特征为：所述第一液晶化合物和第二液晶化合物为具有双折射的向列液晶或其化合物，其具有一致的双折射。
6.如权利要求1所述的显示器，其特征为：所述第二液晶化合物为正性液晶。
7.如权利要求1所述的显示器，其特征为：所述第一液晶化合物与第二液晶化合物的体积比为0.02～0.1。
8.如权利要求1所述的显示器，其特征为：所述第一液晶化合物为包含大量连通孔洞的丝状网络结构，所述第二液晶化合物处于丝状网络之内。
9.如权利要求8所述的显示器，其特征为：所述丝状网络的孔洞尺度为0.2μm～2μm。
10.如权利要求1所述的显示器，其特征为：所述液晶面板的后侧设有黑色或深色的底色层。
11.如权利要求1所述的显示器，其特征为：所述光源包括红、绿、蓝三种颜色的LED。
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