专利名称：存储液晶材料及使用该材料的存储型液晶投影设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及信息显示的技术领域，具体是一种存储液晶材料及使用该材料的存储型液
晶投影设备o
背景技术：
光电子技术是21世纪最有前途的新兴学科之一，其发展势头十分迅猛。显示技术作为 光电子技术的一部分，得到了极为广泛的研究和应用。液晶显示(LCD)是目前最有发展前 途的显示技术，被广泛应用于家庭和投影电视、电脑、仪器、广告牌等上面，由于其重量 轻、尺寸薄、功耗低、无辐射，因此得到人们的青睐，相关的技术和专利也层出不穷。液 晶显示的优良性能来源于液晶材料的特殊性能液晶是处于晶体和液体之间的中间相，既 具有晶体的各向异性和周期性结构，又具有液体的流动性，在电场的作用下液晶分子会发 生转动形变，产生强烈的光学非线性效应，这是液晶显示的基础。
虽然目前LCD的发展已经很完善，质量也很优良，但是其显示的模式还是动态显示 由扫描电路不停地提供信息(电信号)给液晶屏以便显示，在显示过程中即使信息相同也 需要电路提供同样的信号，否则便会停止显示。因此这种显示模式需要复杂的驱动电路、 高的电能消耗并且由于不停地扫描使得显示的质量不高。为克服这些困难， 一种新型的静 态显示模式便应用而生，静态显示主要是指存储型显示，需要显示的信息由电路提供，但 是由液晶对信息进行存储和显示，这样就不需要电路重复提供相同信息，特别适合投影仪 器、电子黑板、广告牌等上面。
目前主要的存储型液晶显示主要是基于纯液晶在热光效应下的相变，当信号光(聚焦 到约10微米的激光束)照射到液晶上时，被照射部分的液晶温度上升，从液晶相经过相变 成各向同性液体， 一旦激光束移向他处，液晶温度急剧下降，出现从各向同性相到液晶相 的相变，在相变过程中会形成具有光散射的焦锥结构，产生不透明的状态，并且一直保持 到图像擦除，形成存储记忆。但是如果在温度下降的同时，给予外加电场，则可以回到透 明状态，这样热写入的图像可以用电的方法擦除；另一方面，记录光没有照射部分的液晶 仍然是透明结构。这种热电效应的方式控制复杂、使用不方便、响应的速度很慢，并且记 录的密度较低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有液晶存储显示的不足，提供一种在光照射下来实现存储显 示的存储液晶材料。
本发明的另一个目的是提供一种使用上述存储液晶材料的存储型液晶投影设备。 一种存储液晶材料，其主体材料是液晶5CB，其特征在于在液晶5CB中掺入铜卟啉，掺 杂浓度重量百分比为0. 5-1. 0%。
液晶5CB是通用的向列型液晶，其分子结构为
<formula>formula see original document page 4</formula>
铜口卜啉CuTPP (cuprum porphyrin)的分子结构为<formula>formula see original document page 4</formula>
由于杂质铜卟啉和液晶5CB之间能形成配位键的偶合，因此均匀混合的存储液晶材料 是均匀的溶液。由于所掺的杂质铜卟啉对照射光异常敏感，存储液晶材料能够在弱光和低 电压脉冲下工作，并且能够对电信号快速地存储和删除。
一种存储型液晶投影设备，其特征在于 包括内置上述存储液晶材料的TN液晶盒；
包括用于在液晶的行电极和列电极上施加相应的电脉冲的信息帧电信号驱动装置； 包括用于诱导存储液晶材料对电信号进行存储的第一光源系统，第一光源系统的出射 光能够均匀地照射到TN液晶盒的前面板；
包括起偏器，起偏器的偏振方向平行于TN液晶盒的前面板的取向； 包括检偏器，检偏器的偏振方向平行于TN液晶盒的后面板的取向； 包括放大镜；
包括用于液晶图像再现的第二光源系统，第二光源系统出射的光线通过起偏器入射到
TN液晶盒的前面板，从其后面板出射后经过检偏器、放大镜后投影到屏幕上显示图像。
第一光源系统最好是采用单色光源，单色光源优选波长为532nm的激光。
第二光源系统最好是采用高亮度的三基色光源。进一步地，第二光源系统包括准直机
构，高亮度的三基色光源经准直机构准直后垂直入射到起偏器。 存储型液晶投影设备的工作状态和机理如下
1、 电信号的信息记录阶段
首先将记录光(第一光源系统的出射光)照射到存储液晶材料上，同时在液晶的行电 极和列电极上施加相应的电脉冲，此时在液晶上面会显示对应的信息帧，如图2所示。在杂 质、液晶、电信号和记录光的作用下，外加电信号的信息将会存储在掺杂液晶里面，这是 电信号的记录过程。本阶段的微观机理如图6所示，图中所表示的是某一个像素(显示单元， 也指行电极和列电极交叉的部分)，激发光照射到液晶层，由于液晶层中掺有杂质(图6中 黑点即表示杂质)，使得杂质出现光生载流子，如果该显示像素施加有电脉冲，则光生载流 子则在外加电场的作用下漂移至表面，而失去载流子的带正电的杂质则漂移到另一表面， 这样将会在液晶像素的表面形成表面电荷；而如果该像素没^"施加电脉冲信号，则光生载 流子不会扩散，只能在本地复合掉，也就没有表面电荷。因此像素的表面电荷代表了对应 的电脉冲的信息，并且表面电荷的数量对应于外加电脉冲的强度。由于靠近表面的载流子 能迅速漂移到表面而形成电荷，因此本阶段的建立时间很短，能够对短的电脉冲信息进行 记录。实验结果表明整幅帧的电信号的记录时间在30毫秒到50毫秒，其具体值有赖于记录 光的强度和电信号的电压幅度。
2、 电信号的信息存储阶段
如图3所示，外加电脉冲被撤消，此时，各个液晶像素处于不同的状态，此时虽然没 有外加电压，但是其表面依然存在着表面电荷，形成内部电场，使得液晶分子发生形变， 出现折射率变化，如图7所示。其折射率的变化与否、变化大小与其表面的电荷数量对应， 也就是与当初处于信息记录阶段的电脉冲信息相对应。因此在本阶段尽管没有外加电信号， 但是原先电信号的信息依然保存，因此本阶段可以称为信息的存储阶段。当然由于表面的 电荷会逐步复合，导致表面电荷减少，电场逐步消失，最终信息会消失。根据实验结果， 其信息存储的时间长达5分钟。
3、 电信号的信息再现和显示阶段
如图4所示，使用再现光，不用施加电脉冲(这是本系统的特点，而其他类型的掺杂液
晶在工作的时候必须要一直施加电场)，则进入信息再现和显示阶段。由于各显示像素的液 晶的形变不同，并且形变与信息记录阶段的电脉冲信号相对应，这样整个掺杂液晶的各个 像素会对再现光进行调制，从而重现图像。另外，实验结果表明电信号存储的质量非常好， 在信息存储后的的一段时间内(约为5分钟)，重现的图像质量一直很高很稳定，然后图像 质量迅速衰减；而现有的材料虽然有些存储时间很长，但是在重现的过程中会出现存储信 号的指数衰减，也就是说重新的图像质量随着时间的变长迅速变差，无法稳定显示。 4、电信号的信息删除阶段
如图5所示，将液晶显示器的行列电极短路，则表面的电荷会被"中和"，导致液晶内 部电场消失，液晶分子退回原始的状态。因此本阶段是信息删除阶段，实验结果表明删除 的时间在50毫秒左右。
本发明利用存储液晶材料的电光效应实现静态存储型显示，存储密度较现有技术大大 提高，能够在弱光和低电压脉冲下工作，响应速度快，能够快速地存储和删除，且控制简 单、使用方便。
图1是存储型液晶投影设备的结构示意图。
图2是液晶屏处于信息记录阶段的示意图。
图3是液晶屏处于信息存储阶段的示意图。
图4是液晶屏处于信息再现和显示阶段的示意图。
图5是液晶屏处于信息删除阶段的示意图。
图6是存储显示的内部机理示意图之一。
图7是存储显示的内部机理示意图之二。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。 实施例1
存储型液晶投影设备的结构示意图如图1所示，第一光源系统1采用波长为532nm的 激光，强度为100mW量级，经过扩束后均匀地照射在整个TN液晶盒5的表面，第一光源系 统的出射光也称为记录光。第二光源系统2采用高亮度的三基色光源，经准直机构准直后 垂直入射到起偏器3，第二光源系统的出射光也称为再现光。TN液晶盒5的前、后面板的 取向垂直、盒厚为9um，表面尺寸为lcm*lcm，刻有点阵的电极和引线。TN液晶盒5内置
的液晶分子4的扭曲角为90度，起偏器3的偏振方向平行于TN液晶盒5的前面板的取向；
检偏器6的偏振方向平行于TN液晶盒5的后面板的取向；经过TN液晶盒5的后面板的光 经过检偏器6、放大镜7后投影到屏幕9上显示图像。信息帧电信号驱动装置8的作用是 将显示图像的信息帧变换成电信号并在记录光照射时加载到TN液晶盒5上，实现信号的存 储。
将向列型纯液晶5CB和杂质铜卟啉均匀地混合在一起，并且掺杂浓度重量百分比 0.5%。由于杂质和液晶之间能形成配位键的偶合，因此掺杂系统是均匀的溶液。将掺杂液 晶灌入TN液晶盒，得到存储型液晶显示器。
利用记录光来诱导惨杂液晶对电信号的存储，再利用再现光来实现存储电信号的显 示。当需要对整个帧的电信号进行存储的时候，只需要在电极阵列上加上电信号，同时将 记录光照射到液晶上就可以了；然后采用再现光照射到液晶上面，存储在液晶上的电信号 的信息将会对此光进行调制，然后透射出的光经过放大镜扩束后投影到大屏幕上即可以显 示图像。
本实施例中，存储一帧图像所需的时间为30ms;信息存储的时间长达5min;信息删 除的时间为50ms。
实施例2
与实施例1相比，不同的是存储液晶材料的掺杂浓度重量百分比0. 7%，实验结果表明， 本实施例中，存储一帧图像所需的时间为30ms;信息存储的时间长达5.5min; ^ft息删除的 时间为50ms。
实施例3
与实施例l相比，不同的是存储液晶材料的掺杂浓度重量百分比1%，实验结果表明， 本实施例中，存储一帧图像所需的时间为30ms;信息存储的时间长达5. 5min;信息删除的 时间为50ms。
由实施例1 3可见，掺杂浓度对记录、存储、删除的时间并没有太大的影响，但是 浓度对存储的质量有很大的影响，也就是说在浓度比较高的情况下，重现的信号强度高， 图像的质量好。然而，当存储液晶材料的惨杂浓度重量百分比超过1%时，容易出现沉淀从 而影响图像质量。
权利要求
1、一种存储液晶材料，其主体材料是液晶5CB，其特征在于在液晶5CB中掺入铜卟啉，掺杂浓度重量百分比为0.5～1.0％。
2、 一种存储型液晶投影设备，其特征在于 包括内置权利要求1所述的存储液晶材料的TN液晶盒；包括用于在液晶的行电极和列电极上施加相应的电脉冲的信息帧电信号驱动装置； 包括用于诱导存储液晶材料对电信号进行存储的第一光源系统，第一光源系统的出射 光能够均匀地照射到TN液晶盒的前面板；包括起偏器，起偏器的偏振方向平行于TN液晶盒的前面板的取向； 包括检偏器，检偏器的偏振方向平行于TN液晶盒的后面板的取向； 包括放大镜；包括用于液晶图像再现的第二光源系统，第二光源系统出射的光线通过起偏器入射到 TN液晶盒的前面板，从其后面板出射后经过检偏器、放大镜后投影到屏幕上显示图像。
3、 根据权利要求2所述的存储型液晶投影设备，其特征在于第一光源系统采用单色光源。
4、 根据权利要求3所述的存储型液晶投影设备，其特征在于所述单色光源是波长为 532nm的激光。
5、 根据权利要求2所述的存储型液晶投影设备，其特征在于第二光源系统采用高亮度 的三基色光源。
6、 根据权利要求5所述的存储型液晶投影设备，其特征在于第二光源系统包括准直机 构，高亮度的三基色光源经准直机构准直后垂直入射到起偏器。
全文摘要
本发明公开了一种存储液晶材料，其主体材料是液晶5CB，其特征在于在液晶5CB中掺入铜卟啉，掺杂浓度重量百分比为0.5～1.0％。本发明还公开了一种使用该材料的存储型液晶投影设备，包括内置上述存储液晶材料的TN液晶盒；利用光学系统，TN液晶盒能够在记录光的诱导下对电信号的信息进行记录，并且能够实现信息的存储、删除和再现。本发明的存储型液晶投影设备存储密度高、响应速度快，能够快速地记录和删除，特别适合投影仪器、电子黑板、广告牌等场合。
文档编号C09K19/10GK101362950SQ20081019880
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月26日 优先权日2008年9月26日
发明者刘忆琨, 杨顺林, 林尤惠, 蒋志洁, 颖 项 申请人:广东工业大学