CN215599466U - 一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于显示技术领域，公开了一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，包括：PDLC膜、背板，以及PDLC膜与背板之间的的空气间隔层；PDLC膜包括：第一基板；第二基板，与第一基板相对设置；第一电极层，设置于第一基板内侧，与第二基板靠近；第二电极层，设置于第二基板内侧，靠近第一电极层且与第一电极层相对设置；聚合物分散液晶层，设置于所述第一电极层和第二电极层之间。本实用新型用于解决现有的PDLC显示器件对比度较低的问题，可有效提高光效、降低能耗，实现很好的反射显示效果，此外，本实用新型还可以使用柔性基板进行大面积制作，实现柔性显示。
Description
技术领域
本实用新型属于显示技术领域，具体涉及一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件。
背景技术
液晶显示技术经过数十年的发展，已经以各种不同形态进入大众生活中，如电子手表、手机、电视、显示器、车载中控屏幕等等。通常，液晶显示装置需要借助偏光片、取向层等膜层来结合液晶分子的光学各向异性以实现对光的调控。然而，这些膜层往往伴随着光能利用率的降低，而且很难实现柔性化。目前液晶显示装置中偏光片的成本已经占据了显示模组成本的近一半，如何实现无偏光片的液晶显示称为当前显示领域的一大重任。
聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal，PDLC)作为一种光调控技术，已经受到越来越多的关注并广泛应用到各种不同领域。而PDLC用于显示装置无需偏光片和液晶取向层，极大地提高了光能利用率并能有效降低成本。PDLC是通过将液晶分子与小分子可聚合单体混合，在一定条件下引发单体聚合，经过相分离使液晶形成微米级的微滴分散于聚合物基体中而形成的薄膜。由于液晶仍保留原有的光学各向异性和介电各向异性，因此可以对外电场发生响应来实现对光的不同调控状态。PDLC的制备仅需经过涂覆-固化即可完成，极大简化生产过程，降低成本，而且除玻璃基板外，还可以使用柔性基板采用Roll-to-Roll的方式实现大规模加工，因此在柔性显示领域具有很大的优势。然而，目前主流的PDLC显示对比度较低，通常在3～5左右，显示效果较差，这在很大程度上限制了其应用。
发明内容
本实用新型的目的，是要提供一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，相较于传统的PDLC显示，具有更高的对比度，可有效提高光效、降低能耗。
本实用新型为实现上述目的，所采用的技术方案如下：
一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，所述高对比度聚合物分散液晶反射显示器件包括：PDLC膜、背板，以及PDLC膜与背板之间的的空气间隔层。
作为限定，所述PDLC膜包括：
第一基板；
第二基板，与第一基板相对设置；
第一电极层，设置于第一基板内侧，与第二基板靠近；
第二电极层，设置于第二基板内侧，靠近第一电极层且与第一电极层相对设置；
聚合物分散液晶层，设置于所述第一电极层和第二电极层之间。
作为第二种限定，所述第一电极层上设置有多个矩阵排列的第一子电极，第二电极层上设置有多个矩阵排列的第二子电极，第一子电极上均设有与之相连的栅线和数据线，且第二子电极上也均设有与之相连的栅线和数据线；
或，所述第一电极层上设置有多个矩阵排列的第一子电极，第一子电极上均设有与之相连的栅线和数据线；所述第二电极层为公共电极，第一子电极和公共电极产生垂直电场驱动聚合物分散液晶层。
作为第三种限定，所述第一电极层上设置有由栅线和数据线交叉构成的多个像素单元，每个像素单元包括一个第一子电极、一个TFT单元，TFT单元与相应的第一子电极连接；
所述第二电极为公共电极，第一子电极和公共电极产生垂直电场驱动聚合物分散液晶层。
作为第四种限定，所述第一电极层上设置有由栅线和数据线交叉构成的多个像素单元，每个像素单元包括一个第一子电极、一个TFT单元，TFT单元与相应的第一子电极连接；
第二电极层上设置有由栅线和数据线交叉构成的多个像素单元，每个像素单元包括一个第二子电极、一个TFT单元，TFT单元与相应的第二子电极连接；
第一子电极和第二子电极产生垂直电场驱动聚合物分散液晶层。
作为第五种限定，所述第一电极层、第二电极层的材料均采用氧化铟锡、氧化铟锌、石墨烯或银纳米线。
作为第六种限定，所述聚合物分散液晶层包括聚合物基体和液晶；
聚合物基体由可聚合单体聚合形成，可聚合单体为丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、硫醇类、环氧类或聚氨酯类中的一种或几种；
液晶为向列相液晶、近晶相液晶或胆甾相液晶。
作为第七种限定，所述第一基板、第二基板为玻璃基板、塑料基板或柔性基板。
作为第八种限定，所述背板为黑色或彩色背板。
作为第九种限定，所述空气间隔层内设置有至少一层薄膜材料；
所述薄膜材料为棱镜膜或光学树脂。
本实用新型由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
(1)本实用新型通过设置空气间隔层，并在空气间隔层中设置薄膜材料，可以用于减少不必要的反射，增强光的出射，从而提高对比度；
(2)本实用新型采用的聚合物分散液晶层具有比传统PDLC更高的对比度及更快的响应速度，进一步促进了PDLC膜和聚合物分散液晶反射显示器件的实现及应用；
(3)本实用新型具有较高的对比度，可有效提高光效、降低能耗，实现很好的反射显示效果；
(4)本实用新型结构简单，不需要偏光片及取向层，可以实现高效、低成本的显示；
(5)本实用新型的第一基板、第二基板可使用玻璃基板、塑料基板或柔性基板，柔性基板如PET、PI等，可应用于柔性显示。
本实用新型属于显示技术领域，用于解决现有的PDLC显示器件对比度较低的问题。
附图说明
图1为本实用新型实施例1中PDLC膜的结构示意图；
图2为本实用新型实施例1的聚合物分散液晶层的制备流程图；
图3为本实用新型实施例1的聚合物分散液晶层的透过率-电压曲线；
图4为本实用新型实施例2中方式一的垂直截面结构示意图；
图5为本实用新型实施例2中方式二的垂直截面结构示意图；
图6为本实用新型实施例2中方式三的垂直截面结构示意图；
图7为本实用新型实施例2中方式四的垂直截面结构示意图；
图8为本实用新型实施例2中方式五的垂直截面结构示意图；
图9为本实用新型实施例2中方式六的垂直截面结构示意图；
图10为本实用新型实施例2中方式一～方式六的对比度增强图；
图11为本实用新型实施例2中方式六的开态与关态实物图。
其中，1、PDLC膜；101、第一基板；102、第一电极层；103、聚合物分散液晶层；104、第二电极层；105、第二基板；2、空气间隔层；201、低折射率光学树脂；202、高折射率光学树脂；203、棱镜膜；3、背板。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本领域的技术人员应当理解，本实用新型并不限于以下实施例，任何在本实用新型具体实施例基础上做出的改进和变化都在本实用新型权利要求保护的范围之内。
实施例1一种PDLC膜
如图1所示，本实施例中，PDLC膜1包括：第一基板101；第二基板105，与第一基板101相对设置；第一电极层102，设置于第一基板101内侧，与第二基板105靠近；第二电极层104，设置于第二基板105内侧，靠近第一电极层102且与第一电极层102相对设置；聚合物分散液晶层103，设置于所述第一电极层102和第二电极层104之间。其中，本实施例中，第一基板101、第二基板105采用玻璃基板；第一电极层102、第二电极层104的材料均采用氧化铟锡。在实际应用中，第一基板101、第二基板105还可以采用塑料基板或柔性基板；第一电极层102、第二电极层104的材料还可以采用氧化铟锡、氧化铟锌、石墨烯或银纳米线。
本实施例中，采用被动式矩阵驱动时，第一电极层102、第二电极层104均为矩阵式像素电极，第一电极层102上设置有多个矩阵排列的第一子电极，第二电极层104上设置有多个矩阵排列的第二子电极，第一子电极上均设有与之相连的栅线和数据线，且第二子电极上也均设有与之相连的栅线和数据线。栅线和数据线一端连接第一子电极、第二子电极，另一端连接驱动电路。栅线和数据线通过与驱动电路相连，在第一电极层102、第二电极层104分别加不同电压信号以使聚合物分散液晶层103被驱动实现显示效果。
或者采用被动式矩阵驱动时，在第一电极层102上设置有多个矩阵排列的第一子电极，第一子电极上均设有与之相连的栅线和数据线；第二电极层104为公共电极，通过向第一子电极和公共电极施加电压，第一子电极和公共电极产生垂直电场驱动聚合物分散液晶层。
当采用主动式矩阵驱动时，第一电极层102上设置有由栅线和数据线交叉构成的多个像素单元，每个像素单元包括一个第一子电极、一个TFT单元，TFT单元与相应的第一子电极连接；其中第一子电极可以设置为像素大小的块状电极，也可以设置为多根条状电极，TFT单元及第一子电极可以采用一般的LCD形成方法来制作。第二电极设置为公共电极，通过向第一子电极和公共电极施加电压，第一子电极和公共电极产生垂直电场驱动聚合物分散液晶层103。
采用主动式矩阵驱动时另一种结构为：第一电极层102上设置有由栅线和数据线交叉构成的多个像素单元，每个像素单元包括一个第一子电极、一个TFT单元，TFT单元与相应的第一子电极连接；第二电极层104上也设置有由栅线和数据线交叉构成的多个像素单元，每个像素单元包括一个第二子电极、一个TFT单元，TFT单元与相应的第二子电极连接，通过向第一子电极和第二子电极施加电压，第一子电极和第二子电极产生垂直电场驱动聚合物分散液晶层103。
本实施例中，聚合物分散液晶层103包括聚合物基体和液晶；聚合物基体由可聚合单体聚合形成，可聚合单体为丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、硫醇类、环氧类或聚氨酯类中的一种或几种；液晶为向列相液晶、近晶相液晶或胆甾相液晶。
在制备时，聚合物分散液晶层103由可聚合单体、液晶和光引发剂混合均匀的浆料经紫外照射固化形成，制备流程如图2所示。具体的工艺路线为：将可聚合单体、液晶原材料分别纯化，然后按配方比例称重，混合并加入光引发剂，搅拌均匀，将混合好的浆料置于两层ITO基板之间形成需要的厚度，在一定的温度条件(0～25℃)下使用紫外光照射进行固化，得到聚合物分散液晶层103。其中聚合物分散液晶层103中采用可聚合单体、液晶和光引发剂的质量百分比为(10～70)％：(90～30)％：(0.5～5)％。通过调节不同组分的比例，可以得到具有不同性能的聚合物分散液晶层103。
如图3所示为本实施例中调节不同组分的比例后得到的聚合物分散液晶层103D2、O2、C4的透过率T-电压V曲线。图示曲线的测试采用被动驱动式直接加电测试，不涉及电路及驱动优化。聚合物分散液晶层103的光调控状态可以通过电压控制，既能在光透过和光散射之间切换，也可以实现中间灰阶状态，即通过改变电压的大小实现透过率高低的调节。
其中，图3的聚合物分散液晶层103D2、O2、C4中可聚合单体均采用甲基丙烯酸酯类，液晶为向列相液晶，在25℃下使用紫外光照射进行固化。D2中可聚合单体、液晶和光引发剂的质量百分比为30：67：3；O2中可聚合单体、液晶和光引发剂的质量百分比为35：62：3；C4采用可聚合单体、液晶和光引发剂的质量百分比为40：57：3。
如图3所示经检测后，聚合物分散液晶层103D2的开态透过率Ton可以达到84.7％，关态透过率Toff可以达到4.5％，对比度CR可以达到18，通过测试开态响应时间ton约为1ms，关态响应时间约为toff＝27.5ms。聚合物分散液晶层103O2的开态透过率Ton约为84.6％，关态透过率Toff可以降至2.5％，对比度CR可以达到35，通过测试开态响应时间ton约为1ms，关态响应时间约为toff＝35.8ms。聚合物分散液晶层103C4的开态透过率Ton约为80.7％，关态透过率Toff约为5.0％，对比度CR可以达到16，通过测试开态响应时间ton约为0.6ms，关态响应时间约为toff＝41.3ms。由图3可知，聚合物分散液晶层103D2、O2、C4特性优于传统的PDLC，而且可以通过材料的调整来进行优化与定制。
本实施例中的聚合物分散液晶层103在加电时呈透明态，不加电时呈散射态，通过改变制备工艺，可以实现加电时呈现散射态，不加电时呈现透明态。此外，通过向聚合物分散液晶层103中掺杂染料，可以实现黑白或其他彩色显示。
实施例2一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件
本实施例包括PDLC膜1、背板3，以及PDLC膜1与背板3之间的的空气间隔层2。其中PDLC膜1采用实施例1中的PDLC膜1，PDLC膜1中第一电极层102、第二电极层104均设置为矩阵式像素电极，即第一电极层102上设置有多个矩阵排列的第一子电极，第二电极层104上设置有多个矩阵排列的第二子电极，采用被动式矩阵驱动；聚合物分散液晶层103采用聚合物分散液晶层103O2；背板3为黑色背板3；PDLC膜1、背板3之间不直接接触，而是设置有空气间隔层2，可以增加显示对比度。实际应用时背板3还可以采用彩色背板3。
本实施例中，空气间隔层2可以内设置有至少一层薄膜材料；薄膜材料可以为棱镜膜203或光学树脂；当空气间隔层2内设置有至少两层光学树脂时，可以采用不同折射率的光学树脂。其中薄膜材料还可以采用其他具有特殊设计形状图案的薄膜。
本实施例通过采用不同结构的空气间隔层2，设计了不同的高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，记为方式一～方式六，得到了如图4～图9所示的方式一～方式六的高对比度聚合物分散液晶反射显示器件的垂直截面示意图。
其中，图4是在PDLC膜1、背板3之间直接设置空气间隔层2；空气间隔层2中的空气间隔可以设置为1mm；实际中还可以设置为1um～1mm；
图5中空气间隔层2内设置有一层低折射率光学树脂201，其折射率n＝1.32；
图6中空气间隔层2内设置有一层高折射率光学树脂202，其折射率n＝1.665；
图7中空气间隔层2内设置有一层棱镜膜203，棱镜膜203的棱镜面朝向第一基板101的方向；
图8中空气间隔层空气间隔层内设置有一层棱镜膜203，棱镜膜203的棱镜面朝向背板3的方向，而远离第一基板101的方向；
图9中空气间隔层2内设置有两层棱镜膜203，棱镜膜203的棱镜面朝向背板3的方向，而远离第一基板101的方向；两层棱镜膜203的棱镜方向具有一定夹角θ，θ＝90°，棱镜膜203叠加方式如图9局部放大图所示。
对上述方式一～方式六进行光学测试，无外加电压即关态时，聚合物分散液晶层103呈现光散射状态，高对比度聚合物分散液晶反射显示器件为白色；施加电压即开态时，聚合物分散液晶层103呈透明态，高对比度聚合物分散液晶反射显示器件显示背板3颜色。分别测试两种状态下的反射率Toff和Ton，通过式CR＝Toff/Ton计算器件的显示对比度CR。
以方式一的对比度CR1为基准，方式二～方式六的对比度与其对比，得到其他方式下的对比度增强值CRx/CR1，如图10所示。从图10可以得知，在空气间隔层2内增设薄膜材料有利于提高对比度。在各种设置中，棱镜膜203的效果最佳，因为棱镜膜203可以将大角度的光收拢至膜面法线方向，增加法线方向的亮态光强。双层叠加的棱镜膜203相对于单层棱镜膜203由于可以作用于更多方向的光，因此效果更好，相对于方式一只设置空气间隔层2设置，对比度的实现了五倍提升。
如图11所示，为本实施例方式六的开态与关态的实物图，图11在室内亮度下拍摄，该图表明方式六的聚合物分散液晶反射显示器件具有较好的对比度。
在本实施例中，PDLC膜1仅控制光通过量，环境光为白光，因此该聚合物分散液晶反射显示装置为黑白显示。进一步地，在聚合物分散液晶层103中掺杂彩色染料，或将背板3置换为彩色背板3，可以实现其他颜色显示。
需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对上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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，其特征在于，所述高对比度聚合物分散液晶反射显示器件包括：PDLC膜、背板，以及PDLC膜与背板之间的空气间隔层。
2.根据权利要求1所述的一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，其特征在于，所述PDLC膜包括：
第一基板；
第二基板，与第一基板相对设置；
第一电极层，设置于第一基板内侧，与第二基板靠近；
第二电极层，设置于第二基板内侧，靠近第一电极层且与第一电极层相对设置；
聚合物分散液晶层，设置于所述第一电极层和第二电极层之间。
3.根据权利要求2所述的一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，其特征在于，所述第一电极层上设置有多个矩阵排列的第一子电极，第二电极层上设置有多个矩阵排列的第二子电极，第一子电极上均设有与之相连的栅线和数据线，且第二子电极上均也设有与之相连的栅线和数据线；
或，所述第一电极层上设置有多个矩阵排列的第一子电极，第一子电极上均设有与之相连的栅线和数据线；所述第二电极层为公共电极，第一子电极和公共电极产生垂直电场驱动聚合物分散液晶层。
4.根据权利要求2所述的一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，其特征在于，所述第一电极层上设置有由栅线和数据线交叉构成的多个像素单元，每个像素单元包括一个第一子电极、一个TFT单元，TFT单元与相应的第一子电极连接；
所述第二电极为公共电极，第一子电极和公共电极产生垂直电场驱动聚合物分散液晶层。
5.根据权利要求2所述的一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，其特征在于，所述第一电极层上设置有由栅线和数据线交叉构成的多个像素单元，每个像素单元包括一个第一子电极、一个TFT单元，TFT单元与相应的第一子电极连接；
第二电极层上设置有由栅线和数据线交叉构成的多个像素单元，每个像素单元包括一个第二子电极、一个TFT单元，TFT单元与相应的第二子电极连接；
第一子电极和第二子电极产生垂直电场驱动聚合物分散液晶层。
6.根据权利要求2～5中任意一项所述的一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，其特征在于，所述第一电极层、第二电极层的材料均采用氧化铟锡、氧化铟锌、石墨烯或银纳米线。
7.根据权利要求2所述的一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，其特征在于，所述聚合物分散液晶层包括聚合物基体和液晶；
聚合物基体由可聚合单体聚合形成，可聚合单体为丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、硫醇类、环氧类或聚氨酯类中的一种或几种；
液晶为向列相液晶、近晶相液晶或胆甾相液晶。
8.根据权利要求2所述的一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，其特征在于，所述第一基板、第二基板为玻璃基板、塑料基板或柔性基板。
9.根据权利要求1所述的一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，其特征在于，所述背板为黑色或彩色背板。
10.根据权利要求1所述的一种高对比度聚合物分散液晶反射显示器件，其特征在于，所述空气间隔层内设置有至少一层薄膜材料；
所述薄膜材料为棱镜膜或光学树脂。
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