CN101441365B - 一种双稳态液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双稳态液晶显示装置及其驱动方法，是一种具有双频液晶分子的液晶显示装置，其驱动方法为液晶显示装置的信号源发出一具有第一频率的第一驱动信号，当停止该第一驱动信号后使液晶分子形成一稳定的倾斜顺向状态；及一具有该第一频率结合其后紧接的一第二频率的第二驱动信号，当停止该第二驱动信号后，使该液晶分子形成一稳定的扭转状态。通过该两种不同频率组合的驱动信号的转换，使液晶分子呈现倾斜顺向状态及扭转状态两种稳定状态的转换，使显示装置的画面呈现暗态或亮态的表现。
Description
本申请是申请号为200510064720.5、申请日为2005年4月18日、发明名称为“一种双稳态液晶显示装置及其驱动方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种双稳态液晶显示装置及其驱动方法，主要是通过两种不同频率组合的驱动信号的转换，使液晶层内的液晶分子呈现倾斜顺向状态及扭转状态两种稳定状态的转换，用以显示画面的暗态及亮态。
背景技术
目前液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)，特别是薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)显示器(TFT LCD)，已广泛运用于个人计算机、笔记本型计算机等电子产品上。而TFT业者虽在大尺寸面板上较占优势，但在小尺寸的产品如PDA、电子书等产品上仍存在耗电量高、厚度大等许多无法克服的问题。
液晶显示号称是低压驱动，但实际上也并不能一概而论，在多路驱动条件下，由于每一像素所占空间的变小，其整体面板的实际驱动电压(即Vee)有时会高达十几伏特至二十几伏特。而像PDLC，多稳态(MLCD)液晶等的驱动电压可能因为液晶的流动(flow)效应而需高达几十伏特至百伏特左右的电压。
又如双稳态向列型液晶显示器(Bistable Twist Nematic CrystalDisplay，BTN LCD)为一种可切换液晶分子在双稳态的液晶显示器，故其功率消耗低(low power consumption)。双稳态向列型液晶分子为保持该应有的形态，在装置上需在上下的配向膜上配置有一锚向力层(asymmetric anchoring energy substrates)。更有同时须使用二种电压的组合样态来产生水平(horizontal)与垂直(vertical)电场来使液晶分子的二扭转态转换与一种电压样态来维持其稳定态。
但该锚向力层是一细腻的表面图案排列(micro-patternedsurface)，对于要求大量生产的显示器工业来说，设置该锚向力层在设备与维持其合格率上将会花费不少成本。并且因为液晶分子的二扭转态转换须破坏此锚向力层与液晶分子间的锚向力，因此需要一高电压电场来破坏该锚向力。
发明内容
为解决上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种驱动方式，其中可转换双频液晶(dual frequency liquid crystal)分子处于一种倾斜顺向状态(tilted-homeotropic state，TH state)和一种扭转状态(twisted state，T state)。
本发明的次要目的在于所提供的驱动方式可使该双稳态液晶显示装置维持液晶分子于稳定态时不需要再有一维持稳定样态的电压，对显示装置而言将会更加省电。
本发明的再一目的在于本发明只需一般的磨擦技术(rubbingtechnique)来形成配向膜，而不需进一步在配向膜上配置一锚向力层，所以本发明适合于大量生产，同时也不需一高电压电场来破坏该锚向力层与液晶分子间的锚向力，对显示装置而言电能的利用将会更有效率。
本发明的再一目的在于所提供的驱动方法为一种频率组合转换，也因为本发明装置不需要锚向力层，所以只须要一小电压(如电压5V)就可达到液晶分子呈现两种稳定状态的转换，藉此显示出画面的暗态以及亮态。
根据本发明装置包括一上基板及一下基板，该上基板与该下基板相互对应设置；一上偏光片及一下偏光片，该上偏光片及该下偏光片分别设于该上基板及下基板相对应面的另一面；两透明的电极层，两电极层分别设于该上基板与该下基板的相对应面；两配向层，两配向层分别设于两电极层的相对应面；一液晶层，该液晶层设于两配向层之间，且该液晶层布设有多个双频液晶分子(dualfrequency liquid crystal)。其中，两配向层的预倾角介于45～89度，并且该液晶层的厚度与一液晶分子的扭曲间距的比是0.8至1.05。
或者，该上、下基板之间的液晶层布设有多个双频液晶分子及二色性染料(dichromatic dye)，这样根据本发明的液晶显示装置将不需设有前述的偏光片。
再配合本发明的驱动方法，由一信号源发出一第一驱动信号，且该第一驱动信号的频率是一第一频率，而该第一频率驱动该液晶层内的液晶分子；当该信号源停止发出该第一驱动信号后，使该液晶层内的液晶分子形成一稳定的倾斜顺向状态，及，该信号源发出一第二驱动信号，且该第二驱动信号是该第一频率结合其后紧接的一第二频率，该第一频率与该第二频率为不同的频率，以使该液晶层的液晶分子受该第二驱动信号的驱动；当该信号源停止发出该第二驱动信号后，使该液晶层内的液晶分子形成一稳定的扭转状态。
这样通过两种不同频率组合的驱动信号的转换，使液晶层内的液晶分子呈现倾斜顺向状态及扭转状态两种稳定状态的转换，藉此显示出像素的暗态以及亮态。
附图说明
图1是根据本发明的液晶显示装置的示意图。
图2是根据本发明的另一液晶显示装置的示意图。
图3是两种驱动信号的转换，导致液晶分子呈现倾斜顺向状态与扭转状态转换的示意图。
图4是本发明的扭转状态转到倾斜顺向状态的透射比与电压的坐标示意图。
图5是本发明的倾斜顺向状态转到扭转状态的透射比与电压的坐标示意图。
图6是本发明以He-Ne激光为光源时各转换态的像素示意图。
具体实施方式
有关本发明的详细内容及技术说明，现结合附图说明如下：
请参阅图1所示，是本发明的液晶显示装置的示意图。本发明是一种双稳态液晶显示装置，是通过不同频率组合的驱动信号加以驱动的液晶显示装置，该装置包括：一上基板11及一下基板12，该上基板11与该下基板12相互对应设置；且该上基板11与下基板12的相对应表面各分别设有一透明样态的氧化铟锡(indium tinoxide，ITO)形成的电极层21、22；及涂布(Coated)二分别设置于该电极层21、22相对表面的配向层31、32材料(如NissanChemicals Co.生产的RN-1338)，该配向层31、32材料可为摩擦配向材料及光配向材料的其中之一，其中该配向层31、32的预倾角介于45～89度。
一上偏光片41及一下偏光片42，该上偏光片41及该下偏光片42分别设于该上基板11及下基板12相对应面的另一面。其中该上、下偏光片41、42的吸收轴夹角介于80～100度之间。而该上偏光片41的吸收轴与上基板11的配向层31的配向方向夹角介于0～180度之间。
一液晶层50，该液晶层50设于两配向层31、32之间，且该液晶层50布设有多个双频液晶分子51。该液晶层50可为如Merck Co.所生产的MLC-2048，其中该MLC-2048是一种具有当频率为低频率(1KHz)时，诱电率异方向性(dielectric anisotropy)Δε＝3.22，及当频率为高频率(100KHz)时，诱电率异方向性Δε＝-3.4特性的材料。
又根据本发明的该液晶层50的厚度(d)与液晶层50内的一液晶分子51的扭曲间距(pitch，p)的比(d/p)可为0.8至1.05之间(0.8≦d/p≦1.05)。
请再参阅图2所示，是本发明的另一液晶显示装置的示意图。该装置包括：一上基板11及一下基板12，该上基板11与该下基板12相互对应设置；且该上基板11与下基板12的相对应表面各分别设有一透明样态的氧化铟锡形成的电极层21、22；及涂布二分别设置于该电极层21、22相对表面的配向层31、32材料(如NissanChemicals Co.生产的RN-1338)，该配向层31、32材料可为摩擦配向材料及光配向材料的其中之一，其中该配向层31、32的预倾角介于45～89度。
与图1不同之处在于该装置不需设置偏光设备，而是将如Merck Co.所生产的MLC-2048的液晶层50材料加入二色性染料后成为另一种液晶层50’，即该液晶层50’布设有多个双频液晶分子51及二色性染料。当然，如前述该液晶层50’保有一种具有当频率为低频率(1KHz)时，诱电率异方向性Δε＝3.22，及当频率为高频率(100KHz)时，诱电率异方向性Δε＝-3.4特性的材料。
也就是利用光电效应中的guest_host效应，通过该二色性染料(为guest)具有在分子长轴方向和短轴方向可见光吸收异方性的特性，以约1/10比例溶解于一定排列的液晶(为host)时，因一般具有长棒形状的二色性染料会与液晶分子51平行排列，若改变为host的液晶分子51排列时，也会使作为guest的二色性染料分子排列作相关的变化，而可控制及调节染料的可见光吸收量，所以此显示装置将可不需要设置偏光设备。
接下来请参阅图3所示，是两种驱动信号的转换，导致液晶分子呈现倾斜顺向状态与扭转状态转换的示意图。该液晶显示装置设有一信号源，一开始液晶层50、50’内的液晶分子51排列混乱，因为液晶分子51将会呈一倾斜顺向状态与扭转状态共存的样态。但是，如果以该信号源发出一第一驱动信号，且该第一驱动信号的频率是一第一频率f1，而该第一频率f1驱动该开始液晶层50、50’内的液晶分子51；当该信号源停止发出该第一驱动信号后，使该液晶层50、50’内的液晶分子51形成一稳定的倾斜顺向状态。
而如果该信号源发出一第二驱动信号，且该第二驱动信号是该第一频率f1结合其后紧接的一第二频率f2(f1与f2)，该第一频率f1与该第二频率f2为不同的频率，以使该液晶层50、50’的液晶分子51受该第二驱动信号的驱动；当该信号源停止发出该第二驱动信号后，使该液晶层50、50’内的液晶分子51形成一稳定的扭转状态(扭转状态)。其中该第一频率f1的频率较该第二频率f2低(如f1＝1KHz，f2＝100KHz)，且该第一频率f1可致使该液晶层50、50’内的液晶分子51的诱电率异方向性(Δε)为正值。而该第二频率f2的频率较该第一频率f1高，且该第二频率f2可致使该液晶层50、50’内的液晶分子51的诱电率异方向性(Δε)为负值。
通过前述的装置配合两种不同频率(f1、f2)组合成(f1)、(f1与f2)的二驱动信号的转换，将使液晶层50、50’内的液晶分子51呈现倾斜顺向状态以及扭转状态两种稳定状态的转换，以显示出画面的暗态以及亮态。
请参阅图4，现以一He-Ne激光为光源(波长632.8nm)，当使用本发明的方法与装置来测量显示面板的像素，当以一第一频率f1(如：1KHz)的第一驱动信号(5V)施加于液晶显示装置上，在此第一频率f1阶段液晶层50、50’内的液晶分子51将会经历一小段时间的转换过程形成光学相位差值的变化，导致透射比(transmittance)上的变化(如图4中的偏顺向状态(bias homeotropicstate，BH state))，而当第一驱动信号停止施加后，液晶层50、50’内的液晶分子51将形成一稳定的倾斜顺向状态。如图4所示，可发现偏顺向状态与倾斜顺向状态各自的透射比非常低，且都趋近于0，也就是像素呈现黑色样态(暗态)。
在显微镜下当白光穿透一像素处的液晶分子51为偏顺向状态与倾斜顺向状态的图像呈现如图6(a)、(b)所示，画面为暗态。至于为何倾斜顺向状态不如偏顺向状态黑，是因为倾斜顺向状态为一种近似螺旋倾斜的形态，而偏顺向状态为一种垂直排列，所以该短暂时间的偏顺向状态所呈现的画面较稳态的倾斜顺向状态暗。
请再参阅图5，同样的以一He-Ne激光为光源(波长632.8nm)，当使用本发明的方法与装置来测量显示面板的像素时，当以一先具有第一频率f1再结合其后紧接的一第二频率f2(f1与f2)的第二驱动信号(5V)施加于液晶显示装置上，在此第一频率f1(如：1KHz)阶段液晶层50、50’内的液晶分子51将会由倾斜顺向状态转为偏顺向状态，此时透射比几乎不变；紧接的第二驱动信号进入第二频率f2(如：100KHz)阶段，该频率变动初始将会造成液晶层50、50’内有回流(backflow)的现象，此回流将导致该液晶层50、50’中间层液晶分子51的旋转，形成光学相位差值的变化，导致透射比上的突起现象(optical bounce)。如图5所示，透射比经过一极短时间的变动后该液晶层50、50’内的液晶分子51将会形成偏扭转样态(bias twisted state，BT状态)，而当第二驱动信号停止施加后，该液晶层50、50’内的液晶分子51将形成一稳定的扭转状态，如图5所示，可发现偏扭转样态与扭转状态各自透射比均大于0，也就是像素呈光亮状态(亮态)。
在显微镜下当白光穿透一像素处的液晶分子51为偏扭转样态与扭转状态的图像呈现如图6(c)、(d)所示，画面为亮态。又因为He-Ne激光为一种红、黄、绿三种颜色的激光，其中红光最多，且偏扭转样态带桃红色，而扭转状态带绿色，所以该偏扭转样态有较高的透射比，而该短暂时间的偏扭转样态所呈现的画面较稳态的扭转状态为亮。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
Claims (4)
1.一种双稳态液晶显示装置，其特征在于所述装置包括：
一上基板(11)及一下基板(12)，所述上基板(11)与所述下基板(12)相互对应设置；
一上偏光片(41)及一下偏光片(42)，所述上偏光片(41)及所述下偏光片(42)分别设于所述上基板(11)及下基板(12)相对应面的另一面；
两透明的电极层(21，22)，所述两电极层(21，22)分别设于所述上基板(11)与所述下基板(12)的相对应面；
两配向层(31，32)，所述两配向层(31，32)分别设于两电极层(21，22)的相对应面；
一液晶层(50)，所述液晶层(50)设于所述两配向层(31，32)之间，且所述液晶层(50)布设有多个双频液晶分子(51)，
其中所述配向层(31，32)的预倾角介于45～89度，
并且，所述液晶层(50)的厚度与一液晶分子(51)的扭曲间距的比是0.8至1.05；
其中，所述双稳态液晶显示装置由一信号源发出一第一驱动信号，且所述第一驱动信号的频率是一第一频率(f1)，而所述第一频率(f1)驱动所述液晶层(50)内的液晶分子(51)；
当所述信号源停止发出所述第一驱动信号后，使所述液晶层(50)内的液晶分子(51)形成一稳定的倾斜顺向状态；
所述信号源发出一第二驱动信号，且所述第二驱动信号是所述第一频率(f1)结合其后紧接的一第二频率(f2)，所述第一频率(f1)与所述第二频率(f2)为不同的频率，以使所述液晶层(50)的液晶分子(51)受所述第二驱动信号的驱动；
当所述信号源停止发出所述第二驱动信号后，使所述液晶层(50)内的液晶分子(51)形成一稳定的扭转状态。
2.根据权利要求1所述的双稳态液晶显示装置，其特征在于所述上偏光片(41)与下偏光片(42)的吸收轴夹角介于80～100度之间。
3.根据权利要求1所述的双稳态液晶显示装置，其特征在于所述上偏光片(41)的吸收轴与配置于所述上基板(11)的配向层(31)的配向方向夹角介于0～180度之间。
4.一种双稳态液晶显示装置，其特征在于所述装置包括：
一上基板(11)及一下基板(12)，所述上基板(11)与所述下基板(12)相互对应设置；
两透明的电极层(21，22)，所述两电极层(21，22)分别设于所述上基板(11)与所述下基板(12)的相对应面；
两配向层(31，32)，所述两配向层(31，32)分别设于两电极层(21，22)的相对应面；
一液晶层(50’)，所述液晶层(50’)设于所述两配向层(31，32)之间，且所述液晶层(50’)布设有多个双频液晶分子(51)及二色性染料，
其中，所述配向层(31，32)的预倾角介于45～89度，
并且，所述液晶层(50’)的厚度与一液晶分子(51)的扭曲间距的比是0.8至1.05；
其中，所述双稳态液晶显示装置由一信号源发出一第一驱动信号，且所述第一驱动信号的频率是一第一频率(f1)，而所述第一频率(f1)驱动所述液晶层(50’)内的液晶分子(51)；
当所述信号源停止发出所述第一驱动信号后，使所述液晶层(50)内的液晶分子(51)形成一稳定的倾斜顺向状态；
所述信号源发出一第二驱动信号，且所述第二驱动信号是所述第一频率(f1)结合其后紧接的一第二频率(f2)，所述第一频率(f1)与所述第二频率(f2)为不同的频率，以使所述液晶层(50’)的液晶分子(51)受所述第二驱动信号的驱动；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101103 Termination date: 20160418 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |