双稳态液晶光阀及其操作方法
【专利摘要】本发明的实施例提供了一种双稳态液晶光阀及其操作方法，该双稳态液晶光阀包括：第一透明基板和第二透明基板，彼此平行对置以形成液晶盒；设置在所述第一透明基板内侧的第一电极；设置在所述第二透明基板内侧的对应于所述第一电极的第二电极；填充在所述第一透明基板和所述第二透明基板之间的液晶盒中的液晶层，包括向列相液晶和在所述向列液晶中分散的凝胶因子。所述液晶层包括在所述第一透明基板水平方向彼此并列的透明态区域和散射态区域。该双稳态液晶光阀的结构和操作简单，功耗更低，并且制造成本更低。
【专利说明】双稳态液晶光阀及其操作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例涉及一种双稳态液晶光阀及其操作方法。
【背景技术】
[0002] 自二十世纪七十年代以来，液晶光阀逐渐被广泛地应用于光信息处理、空间光调 制、大屏幕投影显示、光计算等方面。液晶光阀所使用的液晶层具有反射态（P态）、散射态 (FC态）和透明态（H态）。人们应用液晶这三种状态来实现光透过状态的切换。例如，液 晶光阀可用于电焊保护罩等。
[0003] 目前，用于例如投影仪的液晶光阀主要采用TN型，TN型液晶光阀包括填充有向列 液晶的液晶盒以及分别设置在液晶盒两侧的两片偏光片，具有可用的对比度和分辨率。但 是，TN型液晶光阀所采用的双偏振片结构，一方面使得光阀的透光效率较低，造成投影图像 亮度较暗，另一方面由于偏振片的光吸收而导致器件发热。传统的TN型为常黑模式，采用 液晶层的FC态作为成像态，而采用液晶层的H态作为透明态，因此不加电时液晶光阀处于 FC态，加电时液晶光阀处于H态。
【发明内容】
[0004] 本发明的至少一个实施例提供了一种双稳态液晶光阀，其包括：第一透明基板和 第二透明基板，彼此平行对置以形成液晶盒；设置在所述第一透明基板内侧的第一电极； 设置在所述第二透明基板内侧的对应于所述第一电极的第二电极；填充在所述第一透明基 板和所述第二透明基板之间的液晶盒中的液晶层，包括向列相液晶和在所述向列液晶中分 散的凝胶因子。所述液晶层包括在所述第一透明基板水平方向彼此并列的透明态区域和散 射态区域。
[0005] 在一个实施例中，例如，所述透明态区域对应于所述第一电极所在的区域。
[0006] 在一个实施例中，例如，该双稳态液晶光阀还包括：设置在所述第一透明基板内侧 覆盖所述第一电极的第一取向层；设置在所述第二透明基板内侧覆盖所述第二电极的第二 取向层。所述第一取向层和所述第二取向层的取向方向相反。
[0007] 在一个实施例中，例如，所述向列液晶为正性液晶且双折射率Λη> 0. 200。
[0008] 在一个实施例中，例如，所述凝胶因子能与向列相液晶相互作用，进行自组装。
[0009] 在一个实施例中，例如，该双稳态液晶光阀还包括控制电路，所述控制电路配置来 对所述第一电极和所述第二电极施加电压。
[0010] 在一个实施例中，例如，该双稳态液晶光阀还包括控温装置，所述控温设备配置来 控制所述液晶层的温度。
[0011] 在一个实施例中，例如，所述第二电极为板状电极，设置在所述透明态区域和所述 散射态区域中。
[0012] 在一个实施例中，例如，所述第二电极为图案电极，仅设置在所述透明态区域中。
[0013] 在一个实施例中，例如，所述第一电极包括多个第一子电极。
[0014] 在一个实施例中，例如，所述第一电极包括有源驱动结构，该有源驱动结构包括多 个子像素单元，所述多个子像素单元中每个包括所述第一子电极之一以及开关元件。
[0015] 根据本发明的另一个实施例还提供了一种用于上述任一的双稳态液晶光阀的操 作方法，包括：将所述液晶光阀的液晶层加热到液晶清亮点温度以上；在所述液晶光阀的 第一电极和第二电极之间施加一电压，然后进行冷却，在所述液晶光阀的透明态区域中得 到稳定的透明态部分，在所述液晶光阀的散射态区域中得到稳定的散射态部分。
[0016] 在一个实施例中，例如，所述第一电极包括多个第一子电极，对所述多个第一子电 极的部分施加所述电压。
[0017] 根据本发明实施例的双稳态液晶光阀以及操作方法，与传统的TN型液晶光阀相 t匕，首先，将凝胶因子引入到液晶光阀所使用的向列液晶中，可以实现液晶光阀的双稳态显 示，因此使用范围更广；其次，可以通过调节液晶光阀的温度来实现液晶光阀显示内容的多 次重复擦写，能够有效地降低液晶光阀的功耗；第三，通过调节液晶光阀的温度来实现液晶 光阀显示内容的多次重复擦写，操作简单、直观；第四，无需再像传统TN型液晶光阀那样需 要设置在液晶盒两侧的偏光片，因此使得液晶光阀的结构更简单，制造工艺也相应地变得 更简单，成本更低。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介 绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
[0019] 图1示出了本发明一个实施例提供的双稳态液晶光阀。
[0020] 图2a示出了根据本发明实施例的液晶光阀中液晶层处于初始状态（清亮状态） 的示意图；图2b示出了根据本发明实施例的液晶光阀中液晶层的透明态区域的示意图；图 2c示出了根据本发明实施例的液晶光阀中液晶层的散射态区域的示意图。
[0021] 图3为根据本发明实施例的液晶光阀的擦写操作的示意图。
[0022] 图4示出了本发明实施例的液晶光阀中写入的图案的一个示例。
[0023] 图5为根据本发明另一个实施例提供的双稳态液晶光阀的示意图。
[0024] 图6为根据本发明再一个实施例提供的双稳态液晶光阀的示意图。
[0025] 图7为根据本发明实施例的双稳态液晶光阀的电极驱动结构的示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发 明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术 人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有 一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的"第一"、"第二"以及类似的词语并不 表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"、"一"或 者"该"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。"包括"或者"包含"等类 似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及 其等同，而不排除其他元件或者物件。"上"、"下"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系， 当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0028] 在研究中，发明人注意到常黑模式的TN型液晶光阀在加电/不加电时只能处于一 种状态（FC态或H态），无法做到双态共存显示，因此设计一种双稳态显示液晶光阀，将会大 大节约制造成本，有效地降低液晶光阀的功耗。
[0029] 本发明的至少一个实施例提供了一种双稳态液晶光阀，包括：第一透明基板和第 二透明基板，彼此平行对置以形成液晶盒；设置在所述第一透明基板内侧的第一电极；设 置在所述第二透明基板内侧的对应于所述第一电极的第二电极；填充在所述第一透明基板 和所述第二透明基板之间的液晶盒中的液晶层，液晶层包括向列相液晶和在所述向列液晶 中分散的凝胶因子；所述液晶层包括在所述第一透明基板水平方向彼此并列的透明态区域 和散射态区域。例如，所述透明态区域至少对应于所述第一电极所在的区域。
[0030] 图1示出了本发明一个实施例提供的双稳态液晶光阀。该双稳态液晶光阀包括第 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彼此平行对 置，并通过封框胶（未示出）形成液晶盒，在该液晶盒中填充有液晶层。在第一透明基板 100的内侧（即面向液晶层的一侧）设置有第一电极101，根据需要可在第一电极101上覆 盖有第一取向层Iio;在第二透明基板120的内侧（即面向液晶层的一侧）设置有第二电 极104,根据需要可在第二电极104上覆盖有第二取向层130。填充在液晶盒中的液晶层包 括向列相液晶102和在向列液晶102中分散的凝胶因子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，其上还可 以分别形成有例如缓冲层等结构，或者用于第一电极101和第二电极104的控制或驱动电 路等。
[0032] 在该实施例中，在第一透明基板100上的第一电极101为图案电极，例如包括多个 彼此间隔开平行排列的子电极；在第二透明基板120上的第二电极104为板状电极，至少覆 盖第二透明基板120的有效显示区域。第一电极101和第二电极104连接至例如控制电路 300,由此控制电路300例如可以在第一电极101施加一正电压，在第二电极104上施加以 负电压或者将其接地，由此在第一电极101和第二电极104彼此正对的区域内形成电场，以 驱动这些区域中的液晶层。根据不同的设计，该第一电极101的多个子电极可以被统一地 施加电压，可以被单独地施加电压。此外，该第一电极101还可以与其他电路（未示出）一 起构成电阻加热电路的一部分，控制电路300的可以对该第一电极101施加电流从而进行 加热操作。
[0033] 第一电极101和第二电极104例如可以使用透明导电材料通过光刻方法形成，该 透明导电材料例如为铟锡氧化物（ITO)、铟锌氧化物（IZO)等；或者第一电极101和第二电 极104例如可以为透明电极和金属电极的组合，从而既兼顾了光透过率又考虑了电阻。
[0034] 第一取向层110和第二取向层130例如使用聚酰亚胺（PI)形成，并且二者的取向 方向相反，构成反平行取向构造。为了形成取向层，首先可以在基板上涂覆取向液，待固化 后进行摩擦取向工艺，或者进行光固化与取向工艺。取向层有助于液晶层的液晶分子在电 场作用下的偏转动作。在本发明另一个实施例中，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层。
[0035] 向列相液晶指处在向列相的液晶。向列相液晶分子为棒形，可在三维范围内移动， 并且在电学上具有明显的各向异性，可以利用外电场改变其分子的排列取向，由此可改变 液晶的光学性能。例如，扭曲向列相（TN)液晶在自然状态下是扭曲的，当给这种液晶加上 电流后，它们将依所加电压的大小反向扭曲相应的角度。在发明的实施例中，所使用的向列 液晶例如为正性液晶（Λε>〇)且双折射率Λn > 〇.200,优先Λη > 0. 220(例如0. 224); 并且，该向列液晶最好具有较宽的向列相温度区间，例如在室温（例如25°C)下也为向列 相。例如，向列液晶包括但不限于如下所示的一些具体示例：
【权利要求】
1. 一种双稳态液晶光阀，包括： 第一透明基板和第二透明基板，彼此平行对置以形成液晶盒； 设置在所述第一透明基板内侧的第一电极； 设置在所述第二透明基板内侧的对应于所述第一电极的第二电极； 填充在所述第一透明基板和所述第二透明基板之间的液晶盒中的液晶层，包括向列相 液晶和在所述向列液晶中分散的凝胶因子； 其中，所述液晶层包括在所述第一透明基板水平方向彼此并列的透明态区域和散射态 区域。
2. 根据权利要求1的双稳态液晶光阀，其中，所述透明态区域对应于所述第一电极所 在的区域。
3. 根据权利要求1或2的双稳态液晶光阀，还包括： 设置在所述第一透明基板内侧覆盖所述第一电极的第一取向层； 设置在所述第二透明基板内侧覆盖所述第二电极的第二取向层； 其中，所述第一取向层和所述第二取向层的取向方向相反。
4. 根据权利要求1-3任一的双稳态液晶光阀，其中，所述向列液晶为正性液晶且双折 射率Λη> 0· 200。
5. 根据权利要求1-3任一的双稳态液晶光阀，其中，所述向列液晶包括下述液晶的任 一种或组合：
6. 根据权利要求1-5任一的双稳态液晶光阀，其中，所述凝胶因子能与向列相液晶相 互作用，进行自组装。
7. 根据权利要求6的双稳态液晶光阀，其中，所述凝胶因子包括：
8. 根据权利要求1-7任一的双稳态液晶光阀，还包括控制电路，所述控制电路配置来 对所述第一电极和所述第二电极施加电压。
9. 根据权利要求1-8任一的双稳态液晶光阀，还包括控温装置，所述控温设备配置来 控制所述液晶层的温度。
10. 根据权利要求1-9任一的双稳态液晶光阀，其中，所述第二电极为板状电极，设置 在所述透明态区域和所述散射态区域中。
11. 根据权利要求1-9任一的双稳态液晶光阀，其中，所述第二电极为图案电极，仅设 置在所述透明态区域中。
12. 根据权利要求1-10任一的双稳态液晶光阀，其中，所述第一电极包括多个第一子 电极。
13. 根据权利要求12的双稳态液晶光阀，其中，所述第一电极包括有源驱动结构，该有 源驱动结构包括多个子像素单元，所述多个子像素单元每个包括所述第一子电极之一以及 开关元件。
14. 一种用于权利要求1-13任一的双稳态液晶光阀的操作方法，包括： 将所述液晶光阀的液晶层加热到液晶清亮点温度以上； 在所述液晶光阀的第一电极和第二电极之间施加一电压，然后进行冷却，在所述液晶 光阀的透明态区域中得到稳定的透明态部分，在所述液晶光阀的散射态区域中得到稳定的 散射态部分。
15. 根据权利要求14的操作方法，其中，所述第一电极包括多个第一子电极，对所述多 个第一子电极的部分施加所述电压。
【文档编号】G02F1/133GK104317090SQ201410613137
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】张贵玉, 胡明, 谢涛峰 申请人:合肥鑫晟光电科技有限公司, 京东方科技集团股份有限公司