專利名稱：一種近晶態(tài)液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示裝置，具體地說，是涉及一種利用太陽能電池板供電 的、采用近晶態(tài)液晶技術(shù)制造的液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
目前，在液晶顯示裝置中，應(yīng)用較多的液晶屏幕有背光通過型液晶顯示屏和透 反射型液晶顯示屏等。大多數(shù)背光通過型(transimissive)液晶屏幕包括背光源、反 射面和散射膜，背光源通過散射膜而使光線均勻，在均勻背光源部分與液晶面板之 間不能加入任何阻隔，以避免背光源的透射率受到影響。而透反射型(transflective) 液晶屏幕的液晶面板也需要反射背板才可以實(shí)現(xiàn)。由此可見，目前還沒有完全透射 型(see-through)的液晶屏幕，即液晶面板后面沒有背光源或者任何反射背板的液晶 屏幕，而且上述兩種液晶顯示屏都需要電源長(zhǎng)時(shí)間的供電。因而，設(shè)計(jì)出一種省電 的、完全透射型的液晶顯示裝置是目前急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種近晶態(tài)液晶顯示裝置，該顯示裝置由太陽能電池板 供電，且為完全透射型，十分省電，健康環(huán)保。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案
一種近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于它包括近晶態(tài)液晶顯示屏、驅(qū)動(dòng)控制 裝置、蓄電池和太陽能接收裝置，該近晶態(tài)液晶顯示屏、驅(qū)動(dòng)控制裝置、蓄電池、 太陽能接收裝置依次相連，其中該近晶態(tài)液晶顯示屏包括第一基體層和第二基體 層，在該第一基體層與第二基體層的中間設(shè)有一混合層，該混合層由近晶態(tài)液晶和 添加物混合而成，在第一基體層朝向混合層的一側(cè)設(shè)有第一導(dǎo)電電極層，在第二基 體層朝向混合層的一側(cè)設(shè)有第二導(dǎo)電電極層，第一導(dǎo)電電極層由M個(gè)平行排列的條 狀電極組成，第二導(dǎo)電電極層由N個(gè)平行排列的條狀電極組成，第一導(dǎo)電電極層的
M個(gè)條狀電極與第二導(dǎo)電電極層的N個(gè)條狀電極相垂直，以使該第一與第二導(dǎo)電電 極層形成一 MXN的像素點(diǎn)陣列，該第一和第二導(dǎo)電電極層與驅(qū)動(dòng)控制裝置相連；
該太陽能接收裝置為至少一個(gè)太陽能電池板。
太陽能接收裝置對(duì)蓄電池充電，當(dāng)顯示時(shí)，蓄電池向驅(qū)動(dòng)控制裝置供電，驅(qū)動(dòng)
控制裝置按照設(shè)定的顯示方案，以逐行驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行R波和D波輸出，R波和D 波施加在兩導(dǎo)電電極層的條狀電極上，使兩導(dǎo)電電極層間形成一定大小、頻率的電 壓信號(hào)，改變混合層中近晶態(tài)液晶的排列形態(tài)，使像素點(diǎn)呈現(xiàn)出黑、白或彩色狀態(tài)， 從而顯示屏顯示出所需的文字或圖案。
4本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、 由于通過驅(qū)動(dòng)控制裝置控制施加在兩導(dǎo)電電極層上的電信號(hào)，近晶態(tài)液晶分 子可呈現(xiàn)出不同的排列形態(tài)，因而近晶態(tài)液晶顯示屏可在霧狀與全透明態(tài)間進(jìn)行轉(zhuǎn) 換，甚至在不同灰度階的多種漸進(jìn)狀態(tài)間切換，在黑色太陽能電池板背板的映襯下， 顯示屏呈現(xiàn)出黑白顯示狀態(tài)。
2、 由于近晶態(tài)液晶顯示屏采用近晶態(tài)液晶制成，其內(nèi)摻雜的添加物具有導(dǎo)電特 性，所以撤去電信號(hào)后，顯示屏仍能保持加載電壓時(shí)產(chǎn)生的顯示狀態(tài)，具有很好的
"多穩(wěn)態(tài)"特性。且由于這種"多穩(wěn)態(tài)"特性，本發(fā)明所需的工作電流小，只有在 改變液晶分子排列形態(tài)的瞬間時(shí)才需要加電，能耗低。而且由于該"多穩(wěn)態(tài)"特性， 本發(fā)明幾乎沒有電磁輻射，且近晶態(tài)液晶材料本身便無任何毒害作用，所以本發(fā)明 健康環(huán)保。
3、 若近晶態(tài)液晶顯示屏中混合有二色性染料，則顯示屏可呈現(xiàn)出各種顏色的圖 案或文字，具有很強(qiáng)的美觀性。
4、 本發(fā)明中控制輸出的R波和D波都是雙極性歸零的，使用這樣的波形驅(qū)動(dòng) 近晶態(tài)液晶，可以有效地延長(zhǎng)液晶的壽命，避免表面的電化學(xué)反應(yīng)。
5、 本發(fā)明采用太陽能電池板對(duì)蓄電池或充電電池進(jìn)行充電，充分利用自然條件， 不需要持續(xù)的市電供給，適于戶外安裝使用，節(jié)省能源。


圖1是本發(fā)明近晶態(tài)液晶顯示裝置的組成示意圖； 圖2是近晶態(tài)液晶顯示屏的組成示意圖3是低頻電壓作用于第一、第二導(dǎo)電電極層時(shí)的近晶態(tài)液晶排列形態(tài)示意圖4是高頻電壓作用于第一、第二導(dǎo)電電極層時(shí)的近晶態(tài)液晶排列形態(tài)示意圖5是高頻電壓作用下的近晶態(tài)液晶與二色性染料排列形態(tài)示意圖6是低頻電壓作用下的近晶態(tài)液晶與二色性染料排列形態(tài)示意圖7是排列成橫豎點(diǎn)陣列狀的第一和第二導(dǎo)電電極層示意圖8是驅(qū)動(dòng)控制裝置的驅(qū)動(dòng)控制電路組成原理框圖9是R波生成模塊的電路原理圖10是D波生成模塊的電路原理圖11是太陽能電池板的第一種貼合方式示意圖12是太陽能電池板的第二種貼合方式示意圖13是R波和D波的波形疊加示意圖14是說明近晶態(tài)液晶顯示屏的驅(qū)動(dòng)方式的一實(shí)例圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
如圖1所示，本發(fā)明近晶態(tài)液晶顯示裝置包括近晶態(tài)液晶顯示屏1、驅(qū)動(dòng)控制裝置2、蓄電池3和太陽能接收裝置4,該近晶態(tài)液晶顯示屏1、驅(qū)動(dòng)控制裝置2、蓄 電池3、太陽能接收裝置4依次相連。實(shí)際使用時(shí)，蓄電池3也可用充電電池替代。 太陽能接收裝置4為至少一個(gè)太陽能電池板41。太陽能接收裝置4接收太陽的熱量， 將太陽熱能轉(zhuǎn)換為電能，并將該電能傳遞給蓄電池3，為蓄電池3充電，繼而蓄電池 3對(duì)驅(qū)動(dòng)控制裝置2供電，以使驅(qū)動(dòng)控制裝置2驅(qū)動(dòng)近晶態(tài)液晶顯示屏1的顯示。
如圖2至圖4所示，近晶態(tài)液晶顯示屏1包括第一基體層11和第二基體層12， 在該第一基體層11與第二基體層12的中間設(shè)有一混合層13，該混合層13由近晶態(tài) 液晶和添加物混合而成，即由圖中的近晶態(tài)液晶分子131和添加物分子132混合而 成，在第一基體層11朝向混合層13的一側(cè)鍍有第一導(dǎo)電電極層14，在第二基體層 12朝向混合層13的一側(cè)鍍有第二導(dǎo)電電極層15，如圖7所示，第一導(dǎo)電電極層14 由M個(gè)平行排列的條狀電極141組成，第二導(dǎo)電電極層15由N個(gè)平行排列的條狀 電極151組成，第一導(dǎo)電電極層14的M個(gè)條狀電極141與第二導(dǎo)電電極層15的N 個(gè)條狀電極151相垂直，以使該第一導(dǎo)電電極層14與第二導(dǎo)電電極層15形成一 M XN的像素點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)， 一個(gè)條狀電極141與一個(gè)條狀電極151形成一像素點(diǎn)，例 如圖7所示的像素點(diǎn)7。該第一導(dǎo)電電極層14和第二導(dǎo)電電極層15與驅(qū)動(dòng)控制裝置 2相連。該兩個(gè)導(dǎo)電電極層14和15與中間的混合層13形成了一個(gè)面積很大的電容 結(jié)構(gòu)，每個(gè)像素點(diǎn)為一個(gè)單獨(dú)的面積很小的電容結(jié)構(gòu)。第一導(dǎo)電電極層14和第二導(dǎo) 電電極層15是透明的，其可以是ITO (氧化銦錫)等，且可根據(jù)需要使用輔助的金 屬電極，如鋁、銅、銀等。
如圖2所示的近晶態(tài)液晶顯示屏1，在實(shí)際應(yīng)用中，第一基體層ll和第二基體 層12的材料可選為玻璃或塑料。例如，第一基體層11和第二基體層12均為玻璃， 或者第一基體層11和第二基體層12均為塑料，或者第一基體層11和第二基體層12 中的一個(gè)為玻璃，另一個(gè)為塑料。其中，塑料可為透明塑料薄膜、透明硬塑料板。
一般，混合層13的厚度控制在2微米 30微米，在混合層13中，近晶態(tài)液晶 占混合總重量的90% 99.999%,添加物占混合總重量的0.001% 10%。通常，室溫 士5(TC之間時(shí)，近晶態(tài)液晶分子131集群為層狀排列結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出粘稠的漿糊狀。 在本發(fā)明中，近晶態(tài)液晶為A類近晶態(tài)液晶(Smectic-A)有機(jī)化合物，如帶硅基的化 合物、四氰基四辛基聯(lián)苯、四乙酸癸酯四氰基聯(lián)苯等。添加物為帶導(dǎo)電特性的化合 物，如十六垸基三乙基溴化銨等含有導(dǎo)電離子的化合物。
在實(shí)際應(yīng)用中，添加物可隨混合層13的厚度而適當(dāng)添加，如當(dāng)混合層厚度為30 微米時(shí)，添加物可控制在約占混合總重量的0.001%。當(dāng)然，這種厚度范圍和添加物 摻雜含量比例并沒有很嚴(yán)的規(guī)定，只要將厚度控制在2微米到30微米之間，將添加 物控制在約占混合總重量的0.001%到10%之間即可。
實(shí)際制作時(shí)，近晶態(tài)液晶與添加物混合而成的混合物是灌制到第一基體層11與 第二基體層12間的夾縫中的，即混合層13為灌制而成的。該灌制過程與傳統(tǒng)的STN(Super Twisted Nematic，加強(qiáng)扭曲的向列態(tài)液晶)灌制過程相類似，不同的是本
發(fā)明使用的灌制過程沒有傳統(tǒng)STN灌制過程中的PI (polyimide，聚酰亞胺)取向?qū)?的刷制、偏光膜的貼片和彩色濾片的貼片三個(gè)環(huán)節(jié)。而且因?yàn)榻B(tài)液晶材料本身 粘稠度的問題，在灌制摻有添加物的近晶態(tài)液晶前，需要將其加熱到一定溫度，一 般為6(TC以上，直到摻有添加物的近晶態(tài)液晶表現(xiàn)為流動(dòng)的液態(tài)時(shí)，才可使用傳統(tǒng) 的STN灌制過程進(jìn)行真空灌制。
如圖8所示，驅(qū)動(dòng)控制裝置2內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)控制電路，該驅(qū)動(dòng)控制電路包括控制 模塊21、 M個(gè)R波生成模塊22和N個(gè)D波生成模塊23，控制模塊21與所有R波 生成模塊22和D波生成模塊23連接，R波生成模塊22和D波生成模塊23與近晶 態(tài)液晶顯示屏1連接。
R波生成模塊22包括第一正電平變換單元221、第一負(fù)電平變換單元222、第 一正向信號(hào)生成單元223、第一負(fù)向信號(hào)生成單元224和第一信號(hào)合成單元225。該 第一正向信號(hào)生成單元223經(jīng)第一正電平變換單元221與控制模塊21連接，該第一 負(fù)向信號(hào)生成單元224經(jīng)第一負(fù)電平變換單元222與控制模塊21連接，該第一正向 信號(hào)生成單元223和第一負(fù)向信號(hào)生成單元224與第一信號(hào)合成單元225連接，該 第一信號(hào)合成單元225與第一導(dǎo)電電極層14的一個(gè)條狀電極141連接。
D波生成模塊23包括第二正電平變換單元231、第二負(fù)電平變換單元232、第 二正向信號(hào)生成單元233、第二負(fù)向信號(hào)生成單元234、正幅值控制單元235、負(fù)幅 值控制單元236和第二信號(hào)合成單元237。該第二正向信號(hào)生成單元233經(jīng)第二正電 平變換單元231與控制模塊21連接，該第二負(fù)向信號(hào)生成單元234經(jīng)第二負(fù)電平變 換單元232與控制模塊21連接，正幅值控制單元235與第二正向信號(hào)生成單元233 連接，負(fù)幅值控制單元236與第二負(fù)向信號(hào)生成單元234連接，該第二正向信號(hào)生 成單元233和第二負(fù)向信號(hào)生成單元234與第二信號(hào)合成單元237連接，該第二信 號(hào)合成單元237與第二導(dǎo)電電極層15的一個(gè)條狀電極151連接。
圖9和圖IO分別為R波生成模塊、D波生成模塊的具體電路圖。如圖9和圖10 所示，所有CMOS反相器均由增強(qiáng)型PMOS管和增強(qiáng)型NMOS管互補(bǔ)構(gòu)成，PMOS 管與NMOS管的柵極相連作為CMOS反相器的輸入端，PMOS管與NMOS管的漏 極相連作為CMOS反相器的輸出端。
如圖9所示，第一正電平變換單元221包括一 CMOS反相器CM0S1， PMOS管 VT1與NMOS管VT2的柵極相連作為反相器CMOS1的輸入端InR+, PMOS管VT1 與NMOS管VT2的漏極相連作為反相器CMOSl的輸出端OutR+ (下述反相器的構(gòu) 成類似于反相器CM0S1，不再贅述)。該反相器CMOS1的輸入端InR+經(jīng)一電容 CI與控制模塊21上與其相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出端Outl相連，第一正向信號(hào)生成單元223 包括一高壓NMOS晶體管VT5，該高壓NMOS晶體管VT5的柵極與第一正電平變 換單元221的反相器CMOS1的輸出端OutR+相連，該高壓NMOS晶體管VT5的漏
7極經(jīng)一電容C3與第一信號(hào)合成單元225的一輸入端drvR+相連。類似地，第一負(fù)電 平變換單元222包括一 CMOS反相器CMOS2，該反相器CMOS2的輸入端InR-經(jīng)一 電容C2與控制模塊21上與其相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出端Out2相連，第一負(fù)向信號(hào)生成單 元224包括一高壓PMOS晶體管VT6，該高壓PMOS晶體管VT6的柵極與第一負(fù)電 平變換單元222的反相器CMOS2的輸出端OutR-相連，該高壓PMOS晶體管VT6 的漏極經(jīng)一電容C4與第一信號(hào)合成單元225的另一輸入端drvR-相連，第一信號(hào)合 成單元225的輸出端Out一R與第一導(dǎo)電電極層14的一個(gè)條狀電極141相連。
如圖10所示，第二正電平變換單元231包括一 CMOS反相器CMOS3，該反相 器CMOS3的輸入端InD+經(jīng)一電容C5與控制模塊21上與其相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出端 Out3相連，第二正向信號(hào)生成單元233包括一高壓NMOS晶體管VTll，該高壓 NMOS晶體管VT11的柵極與第二正電平變換單元231的反相器CMOS3的輸出端 OutD+相連，該高壓NMOS晶體管VT11的漏極分成兩路， 一路經(jīng)一電阻R4與正幅 值控制單元235的輸入端相連，另一路經(jīng)一電容C7與第二信號(hào)合成單元237的一輸 入端drvD+相連。類似地，第二負(fù)電平變換單元232包括一 CMOS反相器CMOS4， 該反相器CMOS4的輸入端InD-經(jīng)一電容C6與控制模塊21上與其相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸 出端Out4相連，第二負(fù)向信號(hào)生成單元234包括一高壓PMOS晶體管VT12，該高 壓PMOS晶體管VT12的柵極與第二負(fù)電平變換單元232的反相器CMOS4的輸出端 OutD-相連，該高壓PMOS晶體管VT12的漏極分成兩路， 一路經(jīng)一電阻R5與負(fù)幅 值控制單元236的輸入端相連，另一路經(jīng)一電容C8與第二信號(hào)合成單元237的另一 輸入端drvD-相連，第二信號(hào)合成單元237的輸出端Out一D與第二導(dǎo)電電極層15的 一個(gè)條狀電極151相連。
在圖9和圖10中，控制模塊21可為單片機(jī)或FPGA，正、負(fù)幅值控制單元235 和236可為變壓器，第一、第二信號(hào)合成單元225和237可由多個(gè)二極管構(gòu)成，正 負(fù)脈沖分別通過一個(gè)二極管后，兩者合成為一個(gè)雙向脈沖?？刂颇K21用于控制各 R波生成模塊22的R波輸出和各D波生成模塊23的D波輸出。 一個(gè)R波生成模塊 22與控制模塊21的兩個(gè)信號(hào)輸出端相連，輸出一個(gè)R波，該R波作用在一個(gè)條狀 電極141上。相似地， 一個(gè)D波生成模塊23與控制模塊21的兩個(gè)信號(hào)輸出端相連， 輸出一個(gè)D波，該D波作用在一個(gè)條狀電極151上。控制模塊21共需要2M+2N個(gè) 信號(hào)輸出端來完成對(duì)R波和D波的輸出控制，兩個(gè)信號(hào)輸出端共同控制一個(gè)波形(R 波或D波)的輸出。
下面對(duì)驅(qū)動(dòng)控制電路的工作原理進(jìn)行描述。
根據(jù)驅(qū)動(dòng)要求， 一般，+VH為12V, -VH為-12V，而+Vpp為100V， - Vpp為-100V。 當(dāng)需要輸出R波時(shí)，控制模塊21的信號(hào)輸出端Outl和Out2輸出幅值為5V的正脈 沖，該幅值為5V的正脈沖通過反相器CM0S1進(jìn)行電平變換，由反相器CM0S1的 輸出端OutR+輸出幅值為12V的正脈沖，然后該幅值為12V的正脈沖再經(jīng)過高壓
8NMOS晶體管VT5,由晶體管VT5的漏極輸出幅值為100V的高壓正脈沖。類似地，
該幅值為5V的正脈沖通過反相器CMOS2進(jìn)行電平變換，由反相器CMOS2的輸出 端OutR-輸出幅值為-12V的負(fù)脈沖，然后該幅值為-12V的負(fù)脈沖再經(jīng)過高壓PMOS 晶體管VT6，由晶體管VT6的漏極輸出幅值為-100V的高壓負(fù)脈沖。然后，幅值為 土100V的高壓正負(fù)脈沖分別通過輸入端drvR+和drvR-進(jìn)入第一信號(hào)合成單元225 進(jìn)行脈沖合成，由第一信號(hào)合成單元225的輸出端Out—R輸出幅值為土100V的雙向 脈沖，該雙向脈沖即為R波。
當(dāng)需要輸出D波時(shí)，控制模塊21的信號(hào)輸出端Out3和Out4輸出幅值為5V的 正脈沖，該幅值為5V的正脈沖通過反相器CMOS3進(jìn)行電平變換，由反相器CMOS3 的輸出端OutD+輸出幅值為12V的正脈沖，然后該幅值為12V的正脈沖再經(jīng)過高壓 NMOS晶體管VTll，因?yàn)檎悼刂茊卧?35將Vpp變?yōu)?0V而向晶體管VT11 的漏極供電，所以由晶體管VT11的漏極輸出幅值為50V的高壓正脈沖。類似地， 該幅值為5V的正脈沖通過反相器CMOS4進(jìn)行電平變換，由反相器CMOS4的輸出 端OutD-輸出幅值為-12V的負(fù)脈沖，然后該幅值為-12V的負(fù)脈沖再經(jīng)過高壓PMOS 晶體管VT12，因?yàn)樨?fù)幅值控制單元236將-Vpp變?yōu)?50V而向晶體管VT12的漏極 供電，所以由晶體管VT12的漏極輸出幅值為-50V的高壓負(fù)脈沖。然后，幅值為± 50V的高壓正負(fù)脈沖分別通過輸入端drvD+和drvD-進(jìn)入第二信號(hào)合成單元237進(jìn)行 脈沖合成，由第二信號(hào)合成單元237的輸出端Out_D輸出幅值為±50V的雙向脈沖， 該雙向脈沖即為D波。
實(shí)際應(yīng)用中，控制輸出的R波幅值大于等于100V，相應(yīng)地，D波幅值大于等于 50V。在電路中，合理選擇電源、電阻阻值，使輸出波形滿足公式(R波幅值一D波 幅值) <閥值電壓幅值< (R波幅值+ D波幅值)即可。
在本發(fā)明中，太陽能接收裝置4貼合于近晶態(tài)液晶顯示屏1的一側(cè)上，作為近 晶態(tài)液晶顯示屏1的背板，其貼合方式有多種，圖11和圖12示出了其中的兩種貼 合方式。如圖11，第一種貼合方式是將一片太陽能電池板41的底板412粘貼在近晶 態(tài)液晶顯示屏l上，而接收板411完全暴露在外面而充分吸收太陽光。如圖12，第 二種貼合方式是將兩片太陽能電池板41的底板412粘貼在一起，再將其中一片太陽 能電池板41的接收板411粘貼在近晶態(tài)液晶顯示屏1上。由于近晶態(tài)液晶顯示屏1 為透射型顯示方式，所以當(dāng)近晶態(tài)液晶顯示屏1的部分像素點(diǎn)為全透明狀態(tài)時(shí)，與 近晶態(tài)液晶顯示屏l粘貼的那片太陽能電池板41的接收板411也可以接收太陽光， 可見，這種貼合方式極大增加了接收光線的面積，使太陽能電池板41充分的吸收光 能。
下面具體描述本發(fā)明的工作原理。
太陽能接收裝置4在任何時(shí)刻對(duì)蓄電池3進(jìn)行充電，當(dāng)需要驅(qū)動(dòng)顯示裝置顯示 時(shí)，蓄電池3向驅(qū)動(dòng)控制裝置2供電，從而驅(qū)動(dòng)控制裝置2按照設(shè)定的顯示方式進(jìn)
9行顯示驅(qū)動(dòng)。近晶態(tài)液晶顯示屏1的顯示是通過控制施加在兩個(gè)導(dǎo)電電極層14和15 上的電壓大小、頻率和作用時(shí)間，來改變混合層13中的近晶態(tài)液晶的排列形態(tài)，從 而使光線在透射與散射之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)的，宏觀上表現(xiàn)為全透明與霧狀間的轉(zhuǎn) 換，由于黑色的太陽能電池板41作為近晶態(tài)液晶顯示屏1的背板，使像素點(diǎn)表現(xiàn)為 黑色或白色(在下文中，黑色即為暗，白色即為亮)，從而使近晶態(tài)液晶顯示屏1 呈現(xiàn)為黑白顯示狀態(tài)。
如圖7，第一導(dǎo)電電極層14與第二導(dǎo)電電極層15形成了一個(gè)MXN的像素點(diǎn)陣 列結(jié)構(gòu)，相垂直的兩條狀電極141、 151形成一像素點(diǎn)，所以在該兩個(gè)條狀電極141、 151間產(chǎn)生的電壓幅值和頻率共同控制其形成的像素點(diǎn)的亮暗。條狀電極141上輸出 的是R波，條狀電極151上輸出的是D波，兩條狀電極間的電壓即為R波與D波的 疊加。
如圖13所示，若R波與D波頻率相同、相位相同，疊加后形成的脈沖幅值小于 閾值電壓的幅值，那么像素點(diǎn)不會(huì)發(fā)生變化。若R波與D波頻率相同，但相位相差 半個(gè)周期，即圖中所示的D'波形和R波形，疊加后形成的脈沖幅值大于閾值電壓幅 值，那么像素點(diǎn)便會(huì)發(fā)生變化，相對(duì)于作為背板的太陽能電池板41而言，表現(xiàn)為由 亮變暗，或是由暗變亮。圖中的閾值電壓是根據(jù)混合層13的組成和厚度來確定的， 一般為50V以上。若疊加后的波形幅值大于閾值電壓幅值，且頻率在50Hz左右， 則像素點(diǎn)由暗變亮。若疊加后的波形幅值大于閾值電壓幅值，且頻率在1000Hz左右， 則像素點(diǎn)由亮變暗。下面進(jìn)行詳述。
如圖3所示，當(dāng)R波與D波疊加后施加在兩導(dǎo)電電極層14和15間的電壓幅值 大于閾值電壓幅值，且頻率控制在50Hz至200Hz，如施加土100v、 50Hz左右的雙 向脈沖，那么，當(dāng)電壓作用時(shí)間不到1秒鐘時(shí)，混合層13中的近晶態(tài)液晶分子131 便發(fā)生扭轉(zhuǎn)，形成圖3所示的亂序排列形態(tài)。因?yàn)榻B(tài)液晶分子131的各向相異 性(即由于入射光線通過各液晶的長(zhǎng)光軸不同，各液晶的光折射角度不同，因而各 液晶的折射率不同)，使得入射各近晶態(tài)液晶分子131的光線的折射存在著很大的 差異，即在該微薄厚度的混合層13內(nèi)，光折射率產(chǎn)生著劇烈的變化，因而光線發(fā)生 了強(qiáng)烈的散射，從宏觀上看，該散光效應(yīng)呈現(xiàn)一種如磨砂毛玻璃般的霧狀狀態(tài)，在 黑色的太陽能電池板背板映襯下，像素點(diǎn)表現(xiàn)為由暗驅(qū)動(dòng)為亮，即由黑變白。
如圖4所示，當(dāng)R波與D波疊加后施加在兩導(dǎo)電電極層14和15間的電壓幅值 大于閾值電壓幅值，且頻率控制在1000Hz以上，如施加土100v、 1000Hz左右的雙 向脈沖，那么，當(dāng)電壓作用時(shí)間不到1秒鐘時(shí)，混合層13中的近晶態(tài)液晶分子131 便變?yōu)橐?guī)則排列形態(tài)，此時(shí)，近晶態(tài)液晶分子131的長(zhǎng)光軸垂直于導(dǎo)電電極層平面， 入射各近晶態(tài)液晶分子131的光線的折射不產(chǎn)生劇烈變化，光線可以自由透過混合 層13，因此，從宏觀上看，呈現(xiàn)出一種全透明狀態(tài)，光線完全透射過顯示屏，在黑 色的太陽能電池板背板映襯下，像素點(diǎn)表現(xiàn)為由亮驅(qū)動(dòng)為暗，即由白變黑。當(dāng)給兩導(dǎo)電電極層14和15加載電壓且像素點(diǎn)被驅(qū)動(dòng)發(fā)生變化后，便可撤去兩 導(dǎo)電電極層14和15間施加的電壓。而像素點(diǎn)的這種光效應(yīng)的保持是不需要電壓來 維持的，即撤去電壓后，像素點(diǎn)仍能夠保持加載電壓時(shí)產(chǎn)生的光效應(yīng)，而作用的電
壓信號(hào)只是為了改變近晶態(tài)液晶分子131的排列形態(tài)。在本發(fā)明中，將這種不需要
電驅(qū)動(dòng)而維持光效應(yīng)的狀態(tài)稱為"多穩(wěn)態(tài)"或"準(zhǔn)靜態(tài)"。而這種"多穩(wěn)態(tài)"是因
為混合層13中的添加物分子132采用了帶導(dǎo)電特性的化合物，當(dāng)電信號(hào)施加在兩個(gè) 導(dǎo)電電極層14和15上時(shí)，帶導(dǎo)電特性的化合物中的離子根據(jù)電勢(shì)差變化產(chǎn)生往復(fù) 運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)可以改變液晶分子131的排列形態(tài)，而變化后的液晶分子131排列 形態(tài)并不需要離子的持續(xù)運(yùn)動(dòng)來維持，是穩(wěn)定的。這種近晶態(tài)液晶與添加物產(chǎn)生的 "多穩(wěn)態(tài)"效果與液晶聚合物技術(shù)產(chǎn)生的維持效果不同，液晶聚合物技術(shù)中添加了 高分子聚合物的液晶是靠大量聚合物網(wǎng)絡(luò)中的表面力、分子間力和摩擦力來維持的。
當(dāng)然，在實(shí)際實(shí)施時(shí)，通過合理控制施加在兩導(dǎo)電電極層14和15上的電壓大 小、頻率或作用時(shí)間，可使近晶態(tài)液晶分子131的排列形態(tài)變?yōu)椴糠峙で?，以產(chǎn)生 不同程度的散光效應(yīng)，在宏觀上表現(xiàn)為在霧狀與全透明兩個(gè)狀態(tài)間產(chǎn)生具有不同灰 度階的多種漸進(jìn)狀態(tài)，如半透明狀態(tài)等，從而使像素點(diǎn)呈現(xiàn)出不同灰度的顏色。
以上是對(duì)某一像素點(diǎn)的亮暗變化的描述，對(duì)于整個(gè)近晶態(tài)液晶顯示屏1的顯示， 其驅(qū)動(dòng)方式是按照一定規(guī)則進(jìn)行的。下面以圖14所示的像素點(diǎn)陣列為例，來說明近 晶態(tài)液晶顯示屏1的驅(qū)動(dòng)方式。
如圖14，該像素點(diǎn)陣列為3X3的陣列，R1 R3為控制信號(hào)源，每一控制信號(hào) 源由控制模塊21控制輸出相應(yīng)R波形，每一控制信號(hào)源向一第一導(dǎo)電電極層14的 一條狀電極141輸出一固定波形R波，D1 D3為數(shù)據(jù)信號(hào)源，每一數(shù)據(jù)信號(hào)源由控 制模塊21控制輸出相應(yīng)D波形，每一數(shù)據(jù)信號(hào)源向一第二導(dǎo)電電極層15的一條狀 電極151輸出一控制波形D波。Tll、 T12、 T13、 T21、 T22、 T23、 T31、 T32、 T33 為兩條狀電極形成的像素點(diǎn)，例如，Tll為第一導(dǎo)電電極層14上的第一行條狀電極 與第二導(dǎo)電電極層15上的第一列條狀電極形成的像素點(diǎn)，該像素點(diǎn)由Rl和Dl輸
出的波形共同控制，以驅(qū)動(dòng)該像素點(diǎn)，使像素點(diǎn)顯示為亮或暗。
驅(qū)動(dòng)時(shí)，控制模塊21按顯示要求控制R波和D波的波形輸出，過程為首先， 令R1 R3和D1 D3為關(guān)閉，然后R1輸出固定的R波，R2禾flR3關(guān)閉，不輸出R 波，D1 D3串行輸入所需的數(shù)據(jù)信號(hào)(圖13所示的與R波相位相同的D波，或與 R波相位相差半個(gè)周期的D'波)，經(jīng)寄存器寄存并同時(shí)打開，向各列同時(shí)輸入信號(hào)， 這時(shí)，第一行的所有像素點(diǎn)被驅(qū)動(dòng)顯示為需要的黑白狀態(tài)，其它像素點(diǎn)不變化。然 后，R1和R3關(guān)閉，R2打開，輸出R波，D1 D3串行輸入新的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)寄存 器寄存并同時(shí)打開，向各列同時(shí)輸入信號(hào)，這時(shí)，第二行的所有像素點(diǎn)被驅(qū)動(dòng)顯示 為需要的黑白狀態(tài)，其它像素點(diǎn)不變化。同理，以下各行被依次驅(qū)動(dòng)，使各像素點(diǎn) 變?yōu)樗锠顟B(tài)，直至整個(gè)顯示屏逐行掃描完，使顯示屏顯示出需要的文字或圖案。
11如圖5至圖6所示，在混合層13內(nèi)還可混合有一定量的二色性染料，如淡黃色 的偶氮基二色性染料。通過混合二色性染料，可使混合層13在全透明與有色光之間 轉(zhuǎn)換。二色性染料選用呈長(zhǎng)分子狀的二色性染料，該二色性染料與近晶態(tài)液晶的光 軸結(jié)構(gòu)類似。在沿長(zhǎng)光軸的平行方向，該二色性染料分子133對(duì)光的吸收非常弱， 而沿長(zhǎng)光軸的垂直方向，該二色性染料分子133會(huì)極大程度地吸收一定波段的光線。
如圖5所示，在兩個(gè)導(dǎo)電電極層14和15上施加士100v、 1000Hz以上的雙向脈 沖時(shí)，當(dāng)作用時(shí)間不到l秒鐘時(shí)，混合層13中的近晶態(tài)液晶分子131和二色性染料 分子133均變?yōu)橐?guī)則排列形態(tài)，此時(shí)，液晶分子131的長(zhǎng)光軸和二色性染料分子133 的長(zhǎng)光軸均垂直于導(dǎo)電電極層平面，因此，入射各近晶態(tài)液晶分子131的光線的折 射不產(chǎn)生劇烈變化，且由于二色性染料分子133的長(zhǎng)光軸垂直于導(dǎo)電電極層平面， 光線沿二色性染料分子133長(zhǎng)光軸的平行方向入射，二色性染料分子133只吸收微 小的光(該光吸收量取決于染料分子133相對(duì)于液晶分子131的規(guī)則排列度和溶解 度)，故入射光線5經(jīng)過混合層13后，只有少量光線被吸收，最終自由透過混合層 13，如圖5中的射出光線6，因此，從宏觀上看，此時(shí)呈現(xiàn)出全透明狀態(tài)，在黑色的 太陽能電池板背板映襯下，像素點(diǎn)表現(xiàn)為由亮驅(qū)動(dòng)為暗，即變黑。
如圖6所示，在兩個(gè)導(dǎo)電電極層14和15上施加士100v、 50Hz的雙向脈沖時(shí)， 當(dāng)作用時(shí)間不到1秒鐘時(shí)，混合層13中的近晶態(tài)液晶分子131變?yōu)榕まD(zhuǎn)的亂序排列 形態(tài)，而由于二色性染料分子133與近晶態(tài)液晶分子131間距很小，故當(dāng)近晶態(tài)液 晶分子131扭轉(zhuǎn)時(shí)，二色性染料分子133也隨之變得雜亂無章，甚至大量染料分子 133的長(zhǎng)光軸平行于導(dǎo)電電極層平面。當(dāng)光線5射入混合層13時(shí)，由于各近晶態(tài)液 晶分子131的光線的折射差異，光線發(fā)生強(qiáng)烈的散射。在近晶態(tài)液晶分子131產(chǎn)生 的散射下，大量光線沿染料分子133長(zhǎng)光軸的垂直方向射入染料分子133，因而一定 波段的光線被染料分子133極大地吸收，散射出的光線6呈現(xiàn)出染料分子的顏色(呈 現(xiàn)的顏色隨二色性染料結(jié)構(gòu)的不同而不同)，這樣，從宏觀上看，此時(shí)呈現(xiàn)出模糊 的某種顏色，在黑色的太陽能電池板背板映襯下，像素點(diǎn)表現(xiàn)為由暗驅(qū)動(dòng)為亮，即 變?yōu)橐环N顏色。這種顏色是通過將不同顏色的染料與近晶態(tài)液晶混合而實(shí)現(xiàn)的，若 使染料分子133均勻吸收可見光光譜，甚至可實(shí)現(xiàn)黑灰色。
上述近晶態(tài)液晶分子131呈長(zhǎng)分子狀，該長(zhǎng)分子狀的近晶態(tài)液晶分子131具有 很強(qiáng)的雙折射率。在實(shí)際應(yīng)用中，可以調(diào)整近晶態(tài)液晶分子131的分子鏈，降低近 晶態(tài)液晶分子131的雙折射率，這樣，在平行于近晶態(tài)液晶分子131長(zhǎng)光軸方向和 垂直于近晶態(tài)液晶分子131長(zhǎng)光軸方向上，光線通過的折射率十分接近，由此扭曲 狀態(tài)時(shí)的液晶分子131的散射效應(yīng)會(huì)隨之減弱，加入了染料的混合層13不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng) 散光現(xiàn)象，而是染料分子133大量吸收一定波長(zhǎng)范圍的光線，像帶有顏色的過濾片 一樣，使像素點(diǎn)呈現(xiàn)出不模糊的有色狀態(tài)。當(dāng)然，上述混入染料的混合層13同樣是 通過添加物來實(shí)現(xiàn)"多穩(wěn)態(tài)"特性的。
12實(shí)際應(yīng)用中，顯示屏可制作為單層的黑白屏或彩色屏，也可將多個(gè)屏相疊加， 制成一個(gè)多層的屏。例如，將三個(gè)近晶態(tài)液晶顯示屏1進(jìn)行疊加，形成一個(gè)三層屏， 每層屏中合理設(shè)置不同的混合染料，如青藍(lán)、洋紅和黃色，那么在黑色的太陽能電 池板背板映襯下，該顯示屏便可實(shí)現(xiàn)一種藍(lán)、紅、黃、黑的彩色顯示。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、 由于通過驅(qū)動(dòng)控制裝置控制施加在兩導(dǎo)電電極層上的電信號(hào)，近晶態(tài)液晶分 子可呈現(xiàn)出不同的排列形態(tài)，因而近晶態(tài)液晶顯示屏可在霧狀與全透明態(tài)間進(jìn)行轉(zhuǎn) 換，甚至在不同灰度階的多種漸進(jìn)狀態(tài)間切換，在黑色太陽能電池板背板的映襯下， 顯示屏呈現(xiàn)出黑白顯示狀態(tài)。
2、 由于近晶態(tài)液晶顯示屏采用近晶態(tài)液晶制成，其內(nèi)摻雜的添加物具有導(dǎo)電特 性，所以撤去電信號(hào)后，顯示屏仍能保持加載電壓時(shí)產(chǎn)生的顯示狀態(tài)，具有很好的
"多穩(wěn)態(tài)"特性。且由于這種"多穩(wěn)態(tài)"特性，本發(fā)明所需的工作電流小，只有在 改變液晶分子排列形態(tài)的瞬間時(shí)才需要加電，能耗低。而且由于該"多穩(wěn)態(tài)"特性， 本發(fā)明幾乎沒有電磁輻射，且近晶態(tài)液晶材料本身便無任何毒害作用，所以本發(fā)明 健康環(huán)保。
3、 若近晶態(tài)液晶顯示屏中混合有二色性染料，則顯示屏可呈現(xiàn)出各種顏色的圖 案或文字，具有很強(qiáng)的美觀性。
4、 本發(fā)明中控制輸出的R波和D波都是雙極性歸零的，使用這樣的波形驅(qū)動(dòng) 近晶態(tài)液晶，可以有效地延長(zhǎng)液晶的壽命，避免表面的電化學(xué)反應(yīng)。
5、 本發(fā)明采用太陽能電池板對(duì)蓄電池或充電電池進(jìn)行充電，充分利用自然條件， 不需要持續(xù)的市電供給，適于戶外安裝使用，節(jié)省能源。
本發(fā)明為完全透射型液晶顯示屏，其可作為交通指示顯示裝置、戶外或軍用野 外顯示裝置。
1權(quán)利要求
1、一種近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于它包括近晶態(tài)液晶顯示屏、驅(qū)動(dòng)控制裝置、蓄電池和太陽能接收裝置，該近晶態(tài)液晶顯示屏、驅(qū)動(dòng)控制裝置、蓄電池、太陽能接收裝置依次相連，其中該近晶態(tài)液晶顯示屏包括第一基體層和第二基體層，在該第一基體層與第二基體層的中間設(shè)有一混合層，該混合層由近晶態(tài)液晶和添加物混合而成，在第一基體層朝向混合層的一側(cè)設(shè)有第一導(dǎo)電電極層，在第二基體層朝向混合層的一側(cè)設(shè)有第二導(dǎo)電電極層，第一導(dǎo)電電極層由M個(gè)平行排列的條狀電極組成，第二導(dǎo)電電極層由N個(gè)平行排列的條狀電極組成，第一導(dǎo)電電極層的M個(gè)條狀電極與第二導(dǎo)電電極層的N個(gè)條狀電極相垂直，以使該第一與第二導(dǎo)電電極層形成一M×N的像素點(diǎn)陣列，該第一和第二導(dǎo)電電極層與驅(qū)動(dòng)控制裝置相連；該太陽能接收裝置為至少一個(gè)太陽能電池板。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于所述第一基體層和第二基體層均為玻璃，或者所述第一基體層和第二基體層均 為塑料，或者第一基體層和第二基體層中的一個(gè)為玻璃，另一個(gè)為塑料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于-所述混合層的厚度為2微米 30微米，所述混合層的組成為所述近晶態(tài)液晶占混合總重量的90% 99.999%，所述添加物占混合總重量的0.001% 10%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于 所述近晶態(tài)液晶為A類近晶態(tài)液晶有機(jī)化合物，所述添加物為帶導(dǎo)電特性的化合物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于 所述近晶態(tài)液晶為帶硅基的化合物、四氰基四辛基聯(lián)苯或四乙酸癸酯四氰基聯(lián)苯中的任一種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于所述添加物為十六烷基三乙基溴化銨。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于所述太陽能接收裝置貼合于所述近晶態(tài)液晶顯示屏的一側(cè)上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于所述混合層還混合有二色性染料。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)控制裝置內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)控制電路，該驅(qū)動(dòng)控制電路包括控制模塊、M個(gè) R波生成模塊和N個(gè)D波生成模塊，其中R波生成模塊包括第一正電平變換單元、第一負(fù)電平變換單元、第一正向信號(hào)生成單元、第一負(fù)向信號(hào)生成單元和第一信號(hào)合成單元，該第一正向信號(hào)生成單元 經(jīng)第一正電平變換單元與控制模塊連接，該第一負(fù)向信號(hào)生成單元經(jīng)第一負(fù)電平變 換單元與控制模塊連接，該第一正向信號(hào)生成單元和第一負(fù)向信號(hào)生成單元與第一 信號(hào)合成單元連接，該第一信號(hào)合成單元與所述第一導(dǎo)電電極層的一個(gè)條狀電極連 接；D波生成模塊包括第二正電平變換單元、第二負(fù)電平變換單元、第二正向信號(hào) 生成單元、第二負(fù)向信號(hào)生成單元、正幅值控制單元、負(fù)幅值控制單元和第二信號(hào) 合成單元，該第二正向信號(hào)生成單元經(jīng)第二正電平變換單元與控制模塊連接，該第 二負(fù)向信號(hào)生成單元經(jīng)第二負(fù)電平變換單元與控制模塊連接，正、負(fù)幅值控制單元 分別與第二正向信號(hào)生成單元、第二負(fù)向信號(hào)生成單元連接，該第二正向信號(hào)生成 單元和第二負(fù)向信號(hào)生成單元與第二信號(hào)合成單元連接，該第二信號(hào)合成單元與所述第二導(dǎo)電電極層的一個(gè)條狀電極連接。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的近晶態(tài)液晶顯示裝置，其特征在于所述第一正電平變換單元包括一 CMOS反相器，該CMOS反相器的輸入端經(jīng)一 電容與所述控制模塊上與其相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出端相連，所述第一正向信號(hào)生成單元 包括一高壓NMOS晶體管，該高壓NMOS晶體管的柵極與所述第一.IH電平變換單元 的CMOS反相器的輸出端相連，該高壓NMOS晶體管的漏極經(jīng)一電容與所述第一信 號(hào)合成單元的一輸入端相連；所述第一負(fù)電平變換單元包括一 CMOS反相器，該CMOS反相器的輸入端經(jīng)一 電容與所述控制模塊上與其相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出端相連，所述第一負(fù)向信號(hào)生成單元 包括一高壓PMOS晶體管，該高壓PMOS晶體管的柵極與所述第一負(fù)電平變換單元 的CMOS反相器的輸出端相連，該高壓PMOS晶體管的漏極經(jīng)一電容與所述第一信 號(hào)合成單元的另一輸入端相連；所述第二正電平變換單元包括一 CMOS反相器，該CMOS反相器的輸入端經(jīng)一 電容與所述控制模塊上與其相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出端相連，所述第二正向信號(hào)生成單元 包括一高壓NMOS晶體管，該高壓NMOS晶體管的柵極與所述第二正電平變換單元 的CMOS反相器的輸出端相連，該高壓NMOS晶體管的漏極分成兩路， 一路經(jīng)一電 阻與所述正幅值控制單元相連，另一路經(jīng)一電容與所述第二信號(hào)合成單元的一輸入 端相連；所述第二負(fù)電平變換單元包括一 CMOS反相器，該CMOS反相器的輸入端經(jīng)一 電容與所述控制模塊上與其相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出端相連，所述第二負(fù)向信號(hào)生成單元 包括一高壓PMOS晶體管，該高壓PMOS晶體管的柵極與所述第二負(fù)電平變換單元 的CMOS反相器的輸出端相連，該高壓PMOS晶體管的漏極分成兩路， 一路經(jīng)一電 阻與所述負(fù)幅值控制單元相連，另一路經(jīng)一電容與所述第二信號(hào)合成單元的另一輸 入端相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種近晶態(tài)液晶顯示裝置，它包括近晶態(tài)液晶顯示屏、驅(qū)動(dòng)控制裝置、蓄電池和太陽能接收裝置，該近晶態(tài)液晶顯示屏、驅(qū)動(dòng)控制裝置、蓄電池、太陽能接收裝置依次相連。該近晶態(tài)液晶顯示屏包括第一基體層和第二基體層，在該第一基體層與第二基體層的中間設(shè)有一混合層，該混合層由近晶態(tài)液晶和添加物混合而成，在第一、第二基體層朝向混合層的一側(cè)分別設(shè)有第一、第二導(dǎo)電電極層，第一、第二導(dǎo)電電極層均由多個(gè)平行排列的條狀電極組成，兩導(dǎo)電電極層的條狀電極相垂直，形成一像素點(diǎn)陣列，該第一、第二導(dǎo)電電極層與驅(qū)動(dòng)控制裝置相連。該太陽能接收裝置為至少一個(gè)太陽能電池板。本發(fā)明能耗低，無輻射，采用太陽能電池板充電，適于戶外使用。
文檔編號(hào)G02F1/133GK101470286SQ200710304410
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者剛 孫 申請(qǐng)人:漢朗科技(北京)有限責(zé)任公司