雙穩態液晶光閥及其操作方法
【專利摘要】本發明的實施例提供了一種雙穩態液晶光閥及其操作方法，該雙穩態液晶光閥包括：第一透明基板和第二透明基板，彼此平行對置以形成液晶盒；設置在所述第一透明基板內側的第一電極；設置在所述第二透明基板內側的對應于所述第一電極的第二電極；填充在所述第一透明基板和所述第二透明基板之間的液晶盒中的液晶層，包括向列相液晶和在所述向列液晶中分散的凝膠因子。所述液晶層包括在所述第一透明基板水平方向彼此并列的透明態區域和散射態區域。該雙穩態液晶光閥的結構和操作簡單，功耗更低，并且制造成本更低。
【專利說明】雙穩態液晶光閥及其操作方法
【技術領域】
[0001] 本發明的實施例涉及一種雙穩態液晶光閥及其操作方法。
【背景技術】
[0002] 自二十世紀七十年代以來，液晶光閥逐漸被廣泛地應用于光信息處理、空間光調 制、大屏幕投影顯示、光計算等方面。液晶光閥所使用的液晶層具有反射態（P態）、散射態 (FC態）和透明態（H態）。人們應用液晶這三種狀態來實現光透過狀態的切換。例如，液 晶光閥可用于電焊保護罩等。
[0003] 目前，用于例如投影儀的液晶光閥主要采用TN型，TN型液晶光閥包括填充有向列 液晶的液晶盒以及分別設置在液晶盒兩側的兩片偏光片，具有可用的對比度和分辨率。但 是，TN型液晶光閥所采用的雙偏振片結構，一方面使得光閥的透光效率較低，造成投影圖像 亮度較暗，另一方面由于偏振片的光吸收而導致器件發熱。傳統的TN型為常黑模式，采用 液晶層的FC態作為成像態，而采用液晶層的H態作為透明態，因此不加電時液晶光閥處于 FC態，加電時液晶光閥處于H態。
【發明內容】
[0004] 本發明的至少一個實施例提供了一種雙穩態液晶光閥，其包括：第一透明基板和 第二透明基板，彼此平行對置以形成液晶盒；設置在所述第一透明基板內側的第一電極； 設置在所述第二透明基板內側的對應于所述第一電極的第二電極；填充在所述第一透明基 板和所述第二透明基板之間的液晶盒中的液晶層，包括向列相液晶和在所述向列液晶中分 散的凝膠因子。所述液晶層包括在所述第一透明基板水平方向彼此并列的透明態區域和散 射態區域。
[0005] 在一個實施例中，例如，所述透明態區域對應于所述第一電極所在的區域。
[0006] 在一個實施例中，例如，該雙穩態液晶光閥還包括：設置在所述第一透明基板內側 覆蓋所述第一電極的第一取向層；設置在所述第二透明基板內側覆蓋所述第二電極的第二 取向層。所述第一取向層和所述第二取向層的取向方向相反。
[0007] 在一個實施例中，例如，所述向列液晶為正性液晶且雙折射率Λη> 0. 200。
[0008] 在一個實施例中，例如，所述凝膠因子能與向列相液晶相互作用，進行自組裝。
[0009] 在一個實施例中，例如，該雙穩態液晶光閥還包括控制電路，所述控制電路配置來 對所述第一電極和所述第二電極施加電壓。
[0010] 在一個實施例中，例如，該雙穩態液晶光閥還包括控溫裝置，所述控溫設備配置來 控制所述液晶層的溫度。
[0011] 在一個實施例中，例如，所述第二電極為板狀電極，設置在所述透明態區域和所述 散射態區域中。
[0012] 在一個實施例中，例如，所述第二電極為圖案電極，僅設置在所述透明態區域中。
[0013] 在一個實施例中，例如，所述第一電極包括多個第一子電極。
[0014] 在一個實施例中，例如，所述第一電極包括有源驅動結構，該有源驅動結構包括多 個子像素單元，所述多個子像素單元中每個包括所述第一子電極之一以及開關元件。
[0015] 根據本發明的另一個實施例還提供了一種用于上述任一的雙穩態液晶光閥的操 作方法，包括：將所述液晶光閥的液晶層加熱到液晶清亮點溫度以上；在所述液晶光閥的 第一電極和第二電極之間施加一電壓，然后進行冷卻，在所述液晶光閥的透明態區域中得 到穩定的透明態部分，在所述液晶光閥的散射態區域中得到穩定的散射態部分。
[0016] 在一個實施例中，例如，所述第一電極包括多個第一子電極，對所述多個第一子電 極的部分施加所述電壓。
[0017] 根據本發明實施例的雙穩態液晶光閥以及操作方法，與傳統的TN型液晶光閥相 t匕，首先，將凝膠因子引入到液晶光閥所使用的向列液晶中，可以實現液晶光閥的雙穩態顯 示，因此使用范圍更廣；其次，可以通過調節液晶光閥的溫度來實現液晶光閥顯示內容的多 次重復擦寫，能夠有效地降低液晶光閥的功耗；第三，通過調節液晶光閥的溫度來實現液晶 光閥顯示內容的多次重復擦寫，操作簡單、直觀；第四，無需再像傳統TN型液晶光閥那樣需 要設置在液晶盒兩側的偏光片，因此使得液晶光閥的結構更簡單，制造工藝也相應地變得 更簡單，成本更低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介 紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅涉及本發明的一些實施例，而非對本發明的限制。
[0019] 圖1示出了本發明一個實施例提供的雙穩態液晶光閥。
[0020] 圖2a示出了根據本發明實施例的液晶光閥中液晶層處于初始狀態（清亮狀態） 的示意圖；圖2b示出了根據本發明實施例的液晶光閥中液晶層的透明態區域的示意圖；圖 2c示出了根據本發明實施例的液晶光閥中液晶層的散射態區域的示意圖。
[0021] 圖3為根據本發明實施例的液晶光閥的擦寫操作的示意圖。
[0022] 圖4示出了本發明實施例的液晶光閥中寫入的圖案的一個示例。
[0023] 圖5為根據本發明另一個實施例提供的雙穩態液晶光閥的示意圖。
[0024] 圖6為根據本發明再一個實施例提供的雙穩態液晶光閥的示意圖。
[0025] 圖7為根據本發明實施例的雙穩態液晶光閥的電極驅動結構的示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發 明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本發明的實施例，本領域普通技術 人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0027]除非另作定義，此處使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域內具有 一般技能的人士所理解的通常意義。本公開中使用的"第一"、"第二"以及類似的詞語并不 表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。同樣，"一個"、"一"或 者"該"等類似詞語也不表示數量限制，而是表示存在至少一個。"包括"或者"包含"等類 似的詞語意指出現該詞前面的元件或者物件涵蓋出現在該詞后面列舉的元件或者物件及 其等同，而不排除其他元件或者物件。"上"、"下"、"左"、"右"等僅用于表示相對位置關系， 當被描述對象的絕對位置改變后，則該相對位置關系也可能相應地改變。
[0028] 在研究中，發明人注意到常黑模式的TN型液晶光閥在加電/不加電時只能處于一 種狀態（FC態或H態），無法做到雙態共存顯示，因此設計一種雙穩態顯示液晶光閥，將會大 大節約制造成本，有效地降低液晶光閥的功耗。
[0029] 本發明的至少一個實施例提供了一種雙穩態液晶光閥，包括：第一透明基板和第 二透明基板，彼此平行對置以形成液晶盒；設置在所述第一透明基板內側的第一電極；設 置在所述第二透明基板內側的對應于所述第一電極的第二電極；填充在所述第一透明基板 和所述第二透明基板之間的液晶盒中的液晶層，液晶層包括向列相液晶和在所述向列液晶 中分散的凝膠因子；所述液晶層包括在所述第一透明基板水平方向彼此并列的透明態區域 和散射態區域。例如，所述透明態區域至少對應于所述第一電極所在的區域。
[0030] 圖1示出了本發明一個實施例提供的雙穩態液晶光閥。該雙穩態液晶光閥包括第 一透明基板100和第二透明基板120,第一透明基板100和第二透明基板120彼此平行對 置，并通過封框膠（未示出）形成液晶盒，在該液晶盒中填充有液晶層。在第一透明基板 100的內側（即面向液晶層的一側）設置有第一電極101，根據需要可在第一電極101上覆 蓋有第一取向層Iio;在第二透明基板120的內側（即面向液晶層的一側）設置有第二電 極104,根據需要可在第二電極104上覆蓋有第二取向層130。填充在液晶盒中的液晶層包 括向列相液晶102和在向列液晶102中分散的凝膠因子103。
[0031] 第一透明基板100和第二透明基板120例如可以玻璃基板、塑料基板等，其上還可 以分別形成有例如緩沖層等結構，或者用于第一電極101和第二電極104的控制或驅動電 路等。
[0032] 在該實施例中，在第一透明基板100上的第一電極101為圖案電極，例如包括多個 彼此間隔開平行排列的子電極；在第二透明基板120上的第二電極104為板狀電極，至少覆 蓋第二透明基板120的有效顯示區域。第一電極101和第二電極104連接至例如控制電路 300,由此控制電路300例如可以在第一電極101施加一正電壓，在第二電極104上施加以 負電壓或者將其接地，由此在第一電極101和第二電極104彼此正對的區域內形成電場，以 驅動這些區域中的液晶層。根據不同的設計，該第一電極101的多個子電極可以被統一地 施加電壓，可以被單獨地施加電壓。此外，該第一電極101還可以與其他電路（未示出）一 起構成電阻加熱電路的一部分，控制電路300的可以對該第一電極101施加電流從而進行 加熱操作。
[0033] 第一電極101和第二電極104例如可以使用透明導電材料通過光刻方法形成，該 透明導電材料例如為銦錫氧化物（ITO)、銦鋅氧化物（IZO)等；或者第一電極101和第二電 極104例如可以為透明電極和金屬電極的組合，從而既兼顧了光透過率又考慮了電阻。
[0034] 第一取向層110和第二取向層130例如使用聚酰亞胺（PI)形成，并且二者的取向 方向相反，構成反平行取向構造。為了形成取向層，首先可以在基板上涂覆取向液，待固化 后進行摩擦取向工藝，或者進行光固化與取向工藝。取向層有助于液晶層的液晶分子在電 場作用下的偏轉動作。在本發明另一個實施例中，也可以在第一透明基板100和第二透明 基板120至少之一上不形成取向層。
[0035] 向列相液晶指處在向列相的液晶。向列相液晶分子為棒形，可在三維范圍內移動， 并且在電學上具有明顯的各向異性，可以利用外電場改變其分子的排列取向，由此可改變 液晶的光學性能。例如，扭曲向列相（TN)液晶在自然狀態下是扭曲的，當給這種液晶加上 電流后，它們將依所加電壓的大小反向扭曲相應的角度。在發明的實施例中，所使用的向列 液晶例如為正性液晶（Λε>〇)且雙折射率Λn > 〇.200,優先Λη > 0. 220(例如0. 224); 并且，該向列液晶最好具有較寬的向列相溫度區間，例如在室溫（例如25°C)下也為向列 相。例如，向列液晶包括但不限于如下所示的一些具體示例：
【權利要求】
1. 一種雙穩態液晶光閥，包括： 第一透明基板和第二透明基板，彼此平行對置以形成液晶盒； 設置在所述第一透明基板內側的第一電極； 設置在所述第二透明基板內側的對應于所述第一電極的第二電極； 填充在所述第一透明基板和所述第二透明基板之間的液晶盒中的液晶層，包括向列相 液晶和在所述向列液晶中分散的凝膠因子； 其中，所述液晶層包括在所述第一透明基板水平方向彼此并列的透明態區域和散射態 區域。
2. 根據權利要求1的雙穩態液晶光閥，其中，所述透明態區域對應于所述第一電極所 在的區域。
3. 根據權利要求1或2的雙穩態液晶光閥，還包括： 設置在所述第一透明基板內側覆蓋所述第一電極的第一取向層； 設置在所述第二透明基板內側覆蓋所述第二電極的第二取向層； 其中，所述第一取向層和所述第二取向層的取向方向相反。
4. 根據權利要求1-3任一的雙穩態液晶光閥，其中，所述向列液晶為正性液晶且雙折 射率Λη> 0· 200。
5. 根據權利要求1-3任一的雙穩態液晶光閥，其中，所述向列液晶包括下述液晶的任 一種或組合：
6. 根據權利要求1-5任一的雙穩態液晶光閥，其中，所述凝膠因子能與向列相液晶相 互作用，進行自組裝。
7. 根據權利要求6的雙穩態液晶光閥，其中，所述凝膠因子包括：
8. 根據權利要求1-7任一的雙穩態液晶光閥，還包括控制電路，所述控制電路配置來 對所述第一電極和所述第二電極施加電壓。
9. 根據權利要求1-8任一的雙穩態液晶光閥，還包括控溫裝置，所述控溫設備配置來 控制所述液晶層的溫度。
10. 根據權利要求1-9任一的雙穩態液晶光閥，其中，所述第二電極為板狀電極，設置 在所述透明態區域和所述散射態區域中。
11. 根據權利要求1-9任一的雙穩態液晶光閥，其中，所述第二電極為圖案電極，僅設 置在所述透明態區域中。
12. 根據權利要求1-10任一的雙穩態液晶光閥，其中，所述第一電極包括多個第一子 電極。
13. 根據權利要求12的雙穩態液晶光閥，其中，所述第一電極包括有源驅動結構，該有 源驅動結構包括多個子像素單元，所述多個子像素單元每個包括所述第一子電極之一以及 開關元件。
14. 一種用于權利要求1-13任一的雙穩態液晶光閥的操作方法，包括： 將所述液晶光閥的液晶層加熱到液晶清亮點溫度以上； 在所述液晶光閥的第一電極和第二電極之間施加一電壓，然后進行冷卻，在所述液晶 光閥的透明態區域中得到穩定的透明態部分，在所述液晶光閥的散射態區域中得到穩定的 散射態部分。
15. 根據權利要求14的操作方法，其中，所述第一電極包括多個第一子電極，對所述多 個第一子電極的部分施加所述電壓。
【文檔編號】G02F1/133GK104317090SQ201410613137
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】張貴玉, 胡明, 謝濤峰 申請人:合肥鑫晟光電科技有限公司, 京東方科技集團股份有限公司