一种近晶态液晶显示装置的制作方法

专利名称：一种近晶态液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示装置，具体地说，是涉及一种利用太阳能电池板供电 的、采用近晶态液晶技术制造的液晶显示装置。
背景技术：
目前，在液晶显示装置中，应用较多的液晶屏幕有背光通过型液晶显示屏和透 反射型液晶显示屏等。大多数背光通过型(transimissive)液晶屏幕包括背光源、反 射面和散射膜，背光源通过散射膜而使光线均匀，在均匀背光源部分与液晶面板之 间不能加入任何阻隔，以避免背光源的透射率受到影响。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实现。由此可见，目前还没有完全透射 型(see-through)的液晶屏幕，即液晶面板后面没有背光源或者任何反射背板的液晶 屏幕，而且上述两种液晶显示屏都需要电源长时间的供电。因而，设计出一种省电 的、完全透射型的液晶显示装置是目前急需解决的问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种近晶态液晶显示装置，该显示装置由太阳能电池板 供电，且为完全透射型，十分省电，健康环保。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案
一种近晶态液晶显示装置，其特征在于它包括近晶态液晶显示屏、驱动控制 装置、蓄电池和太阳能接收装置，该近晶态液晶显示屏、驱动控制装置、蓄电池、 太阳能接收装置依次相连，其中该近晶态液晶显示屏包括第一基体层和第二基体 层，在该第一基体层与第二基体层的中间设有一混合层，该混合层由近晶态液晶和 添加物混合而成，在第一基体层朝向混合层的一侧设有第一导电电极层，在第二基 体层朝向混合层的一侧设有第二导电电极层，第一导电电极层由M个平行排列的条 状电极组成，第二导电电极层由N个平行排列的条状电极组成，第一导电电极层的
M个条状电极与第二导电电极层的N个条状电极相垂直，以使该第一与第二导电电 极层形成一 MXN的像素点阵列，该第一和第二导电电极层与驱动控制装置相连；
该太阳能接收装置为至少一个太阳能电池板。
太阳能接收装置对蓄电池充电，当显示时，蓄电池向驱动控制装置供电，驱动
控制装置按照设定的显示方案，以逐行驱动的方式进行R波和D波输出，R波和D 波施加在两导电电极层的条状电极上，使两导电电极层间形成一定大小、频率的电 压信号，改变混合层中近晶态液晶的排列形态，使像素点呈现出黑、白或彩色状态， 从而显示屏显示出所需的文字或图案。
4本发明的优点是
1、 由于通过驱动控制装置控制施加在两导电电极层上的电信号，近晶态液晶分 子可呈现出不同的排列形态，因而近晶态液晶显示屏可在雾状与全透明态间进行转 换，甚至在不同灰度阶的多种渐进状态间切换，在黑色太阳能电池板背板的映衬下， 显示屏呈现出黑白显示状态。
2、 由于近晶态液晶显示屏采用近晶态液晶制成，其内掺杂的添加物具有导电特 性，所以撤去电信号后，显示屏仍能保持加载电压时产生的显示状态，具有很好的
"多稳态"特性。且由于这种"多稳态"特性，本发明所需的工作电流小，只有在 改变液晶分子排列形态的瞬间时才需要加电，能耗低。而且由于该"多稳态"特性， 本发明几乎没有电磁辐射，且近晶态液晶材料本身便无任何毒害作用，所以本发明 健康环保。
3、 若近晶态液晶显示屏中混合有二色性染料，则显示屏可呈现出各种颜色的图 案或文字，具有很强的美观性。
4、 本发明中控制输出的R波和D波都是双极性归零的，使用这样的波形驱动 近晶态液晶，可以有效地延长液晶的寿命，避免表面的电化学反应。
5、 本发明采用太阳能电池板对蓄电池或充电电池进行充电，充分利用自然条件， 不需要持续的市电供给，适于户外安装使用，节省能源。


图1是本发明近晶态液晶显示装置的组成示意图； 图2是近晶态液晶显示屏的组成示意图3是低频电压作用于第一、第二导电电极层时的近晶态液晶排列形态示意图4是高频电压作用于第一、第二导电电极层时的近晶态液晶排列形态示意图5是高频电压作用下的近晶态液晶与二色性染料排列形态示意图6是低频电压作用下的近晶态液晶与二色性染料排列形态示意图7是排列成横竖点阵列状的第一和第二导电电极层示意图8是驱动控制装置的驱动控制电路组成原理框图9是R波生成模块的电路原理图10是D波生成模块的电路原理图11是太阳能电池板的第一种贴合方式示意图12是太阳能电池板的第二种贴合方式示意图13是R波和D波的波形叠加示意图14是说明近晶态液晶显示屏的驱动方式的一实例图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明近晶态液晶显示装置包括近晶态液晶显示屏1、驱动控制装置2、蓄电池3和太阳能接收装置4,该近晶态液晶显示屏1、驱动控制装置2、蓄 电池3、太阳能接收装置4依次相连。实际使用时，蓄电池3也可用充电电池替代。 太阳能接收装置4为至少一个太阳能电池板41。太阳能接收装置4接收太阳的热量， 将太阳热能转换为电能，并将该电能传递给蓄电池3，为蓄电池3充电，继而蓄电池 3对驱动控制装置2供电，以使驱动控制装置2驱动近晶态液晶显示屏1的显示。
如图2至图4所示，近晶态液晶显示屏1包括第一基体层11和第二基体层12， 在该第一基体层11与第二基体层12的中间设有一混合层13，该混合层13由近晶态 液晶和添加物混合而成，即由图中的近晶态液晶分子131和添加物分子132混合而 成，在第一基体层11朝向混合层13的一侧镀有第一导电电极层14，在第二基体层 12朝向混合层13的一侧镀有第二导电电极层15，如图7所示，第一导电电极层14 由M个平行排列的条状电极141组成，第二导电电极层15由N个平行排列的条状 电极151组成，第一导电电极层14的M个条状电极141与第二导电电极层15的N 个条状电极151相垂直，以使该第一导电电极层14与第二导电电极层15形成一 M XN的像素点阵列结构， 一个条状电极141与一个条状电极151形成一像素点，例 如图7所示的像素点7。该第一导电电极层14和第二导电电极层15与驱动控制装置 2相连。该两个导电电极层14和15与中间的混合层13形成了一个面积很大的电容 结构，每个像素点为一个单独的面积很小的电容结构。第一导电电极层14和第二导 电电极层15是透明的，其可以是ITO (氧化铟锡)等，且可根据需要使用辅助的金 属电极，如铝、铜、银等。
如图2所示的近晶态液晶显示屏1，在实际应用中，第一基体层ll和第二基体 层12的材料可选为玻璃或塑料。例如，第一基体层11和第二基体层12均为玻璃， 或者第一基体层11和第二基体层12均为塑料，或者第一基体层11和第二基体层12 中的一个为玻璃，另一个为塑料。其中，塑料可为透明塑料薄膜、透明硬塑料板。
一般，混合层13的厚度控制在2微米 30微米，在混合层13中，近晶态液晶 占混合总重量的90% 99.999%,添加物占混合总重量的0.001% 10%。通常，室温 士5(TC之间时，近晶态液晶分子131集群为层状排列结构，呈现出粘稠的浆糊状。 在本发明中，近晶态液晶为A类近晶态液晶(Smectic-A)有机化合物，如带硅基的化 合物、四氰基四辛基联苯、四乙酸癸酯四氰基联苯等。添加物为带导电特性的化合 物，如十六垸基三乙基溴化铵等含有导电离子的化合物。
在实际应用中，添加物可随混合层13的厚度而适当添加，如当混合层厚度为30 微米时，添加物可控制在约占混合总重量的0.001%。当然，这种厚度范围和添加物 掺杂含量比例并没有很严的规定，只要将厚度控制在2微米到30微米之间，将添加 物控制在约占混合总重量的0.001%到10%之间即可。
实际制作时，近晶态液晶与添加物混合而成的混合物是灌制到第一基体层11与 第二基体层12间的夹缝中的，即混合层13为灌制而成的。该灌制过程与传统的STN(Super Twisted Nematic，加强扭曲的向列态液晶)灌制过程相类似，不同的是本
发明使用的灌制过程没有传统STN灌制过程中的PI (polyimide，聚酰亚胺)取向层 的刷制、偏光膜的贴片和彩色滤片的贴片三个环节。而且因为近晶态液晶材料本身 粘稠度的问题，在灌制掺有添加物的近晶态液晶前，需要将其加热到一定温度，一 般为6(TC以上，直到掺有添加物的近晶态液晶表现为流动的液态时，才可使用传统 的STN灌制过程进行真空灌制。
如图8所示，驱动控制装置2内设有驱动控制电路，该驱动控制电路包括控制 模块21、 M个R波生成模块22和N个D波生成模块23，控制模块21与所有R波 生成模块22和D波生成模块23连接，R波生成模块22和D波生成模块23与近晶 态液晶显示屏1连接。
R波生成模块22包括第一正电平变换单元221、第一负电平变换单元222、第 一正向信号生成单元223、第一负向信号生成单元224和第一信号合成单元225。该 第一正向信号生成单元223经第一正电平变换单元221与控制模块21连接，该第一 负向信号生成单元224经第一负电平变换单元222与控制模块21连接，该第一正向 信号生成单元223和第一负向信号生成单元224与第一信号合成单元225连接，该 第一信号合成单元225与第一导电电极层14的一个条状电极141连接。
D波生成模块23包括第二正电平变换单元231、第二负电平变换单元232、第 二正向信号生成单元233、第二负向信号生成单元234、正幅值控制单元235、负幅 值控制单元236和第二信号合成单元237。该第二正向信号生成单元233经第二正电 平变换单元231与控制模块21连接，该第二负向信号生成单元234经第二负电平变 换单元232与控制模块21连接，正幅值控制单元235与第二正向信号生成单元233 连接，负幅值控制单元236与第二负向信号生成单元234连接，该第二正向信号生 成单元233和第二负向信号生成单元234与第二信号合成单元237连接，该第二信 号合成单元237与第二导电电极层15的一个条状电极151连接。
图9和图IO分别为R波生成模块、D波生成模块的具体电路图。如图9和图10 所示，所有CMOS反相器均由增强型PMOS管和增强型NMOS管互补构成，PMOS 管与NMOS管的栅极相连作为CMOS反相器的输入端，PMOS管与NMOS管的漏 极相连作为CMOS反相器的输出端。
如图9所示，第一正电平变换单元221包括一 CMOS反相器CM0S1， PMOS管 VT1与NMOS管VT2的栅极相连作为反相器CMOS1的输入端InR+, PMOS管VT1 与NMOS管VT2的漏极相连作为反相器CMOSl的输出端OutR+ (下述反相器的构 成类似于反相器CM0S1，不再赘述)。该反相器CMOS1的输入端InR+经一电容 CI与控制模块21上与其相对应的信号输出端Outl相连，第一正向信号生成单元223 包括一高压NMOS晶体管VT5，该高压NMOS晶体管VT5的栅极与第一正电平变 换单元221的反相器CMOS1的输出端OutR+相连，该高压NMOS晶体管VT5的漏
7极经一电容C3与第一信号合成单元225的一输入端drvR+相连。类似地，第一负电 平变换单元222包括一 CMOS反相器CMOS2，该反相器CMOS2的输入端InR-经一 电容C2与控制模块21上与其相对应的信号输出端Out2相连，第一负向信号生成单 元224包括一高压PMOS晶体管VT6，该高压PMOS晶体管VT6的栅极与第一负电 平变换单元222的反相器CMOS2的输出端OutR-相连，该高压PMOS晶体管VT6 的漏极经一电容C4与第一信号合成单元225的另一输入端drvR-相连，第一信号合 成单元225的输出端Out一R与第一导电电极层14的一个条状电极141相连。
如图10所示，第二正电平变换单元231包括一 CMOS反相器CMOS3，该反相 器CMOS3的输入端InD+经一电容C5与控制模块21上与其相对应的信号输出端 Out3相连，第二正向信号生成单元233包括一高压NMOS晶体管VTll，该高压 NMOS晶体管VT11的栅极与第二正电平变换单元231的反相器CMOS3的输出端 OutD+相连，该高压NMOS晶体管VT11的漏极分成两路， 一路经一电阻R4与正幅 值控制单元235的输入端相连，另一路经一电容C7与第二信号合成单元237的一输 入端drvD+相连。类似地，第二负电平变换单元232包括一 CMOS反相器CMOS4， 该反相器CMOS4的输入端InD-经一电容C6与控制模块21上与其相对应的信号输 出端Out4相连，第二负向信号生成单元234包括一高压PMOS晶体管VT12，该高 压PMOS晶体管VT12的栅极与第二负电平变换单元232的反相器CMOS4的输出端 OutD-相连，该高压PMOS晶体管VT12的漏极分成两路， 一路经一电阻R5与负幅 值控制单元236的输入端相连，另一路经一电容C8与第二信号合成单元237的另一 输入端drvD-相连，第二信号合成单元237的输出端Out一D与第二导电电极层15的 一个条状电极151相连。
在图9和图10中，控制模块21可为单片机或FPGA，正、负幅值控制单元235 和236可为变压器，第一、第二信号合成单元225和237可由多个二极管构成，正 负脉冲分别通过一个二极管后，两者合成为一个双向脉冲。控制模块21用于控制各 R波生成模块22的R波输出和各D波生成模块23的D波输出。 一个R波生成模块 22与控制模块21的两个信号输出端相连，输出一个R波，该R波作用在一个条状 电极141上。相似地， 一个D波生成模块23与控制模块21的两个信号输出端相连， 输出一个D波，该D波作用在一个条状电极151上。控制模块21共需要2M+2N个 信号输出端来完成对R波和D波的输出控制，两个信号输出端共同控制一个波形(R 波或D波)的输出。
下面对驱动控制电路的工作原理进行描述。
根据驱动要求， 一般，+VH为12V, -VH为-12V，而+Vpp为100V， - Vpp为-100V。 当需要输出R波时，控制模块21的信号输出端Outl和Out2输出幅值为5V的正脉 冲，该幅值为5V的正脉冲通过反相器CM0S1进行电平变换，由反相器CM0S1的 输出端OutR+输出幅值为12V的正脉冲，然后该幅值为12V的正脉冲再经过高压
8NMOS晶体管VT5,由晶体管VT5的漏极输出幅值为100V的高压正脉冲。类似地，
该幅值为5V的正脉冲通过反相器CMOS2进行电平变换，由反相器CMOS2的输出 端OutR-输出幅值为-12V的负脉冲，然后该幅值为-12V的负脉冲再经过高压PMOS 晶体管VT6，由晶体管VT6的漏极输出幅值为-100V的高压负脉冲。然后，幅值为 土100V的高压正负脉冲分别通过输入端drvR+和drvR-进入第一信号合成单元225 进行脉冲合成，由第一信号合成单元225的输出端Out—R输出幅值为土100V的双向 脉冲，该双向脉冲即为R波。
当需要输出D波时，控制模块21的信号输出端Out3和Out4输出幅值为5V的 正脉冲，该幅值为5V的正脉冲通过反相器CMOS3进行电平变换，由反相器CMOS3 的输出端OutD+输出幅值为12V的正脉冲，然后该幅值为12V的正脉冲再经过高压 NMOS晶体管VTll，因为正幅值控制单元235将Vpp变为50V而向晶体管VT11 的漏极供电，所以由晶体管VT11的漏极输出幅值为50V的高压正脉冲。类似地， 该幅值为5V的正脉冲通过反相器CMOS4进行电平变换，由反相器CMOS4的输出 端OutD-输出幅值为-12V的负脉冲，然后该幅值为-12V的负脉冲再经过高压PMOS 晶体管VT12，因为负幅值控制单元236将-Vpp变为-50V而向晶体管VT12的漏极 供电，所以由晶体管VT12的漏极输出幅值为-50V的高压负脉冲。然后，幅值为± 50V的高压正负脉冲分别通过输入端drvD+和drvD-进入第二信号合成单元237进行 脉冲合成，由第二信号合成单元237的输出端Out_D输出幅值为±50V的双向脉冲， 该双向脉冲即为D波。
实际应用中，控制输出的R波幅值大于等于100V，相应地，D波幅值大于等于 50V。在电路中，合理选择电源、电阻阻值，使输出波形满足公式(R波幅值一D波 幅值) <阀值电压幅值< (R波幅值+ D波幅值)即可。
在本发明中，太阳能接收装置4贴合于近晶态液晶显示屏1的一侧上，作为近 晶态液晶显示屏1的背板，其贴合方式有多种，图11和图12示出了其中的两种贴 合方式。如图11，第一种贴合方式是将一片太阳能电池板41的底板412粘贴在近晶 态液晶显示屏l上，而接收板411完全暴露在外面而充分吸收太阳光。如图12，第 二种贴合方式是将两片太阳能电池板41的底板412粘贴在一起，再将其中一片太阳 能电池板41的接收板411粘贴在近晶态液晶显示屏1上。由于近晶态液晶显示屏1 为透射型显示方式，所以当近晶态液晶显示屏1的部分像素点为全透明状态时，与 近晶态液晶显示屏l粘贴的那片太阳能电池板41的接收板411也可以接收太阳光， 可见，这种贴合方式极大增加了接收光线的面积，使太阳能电池板41充分的吸收光 能。
下面具体描述本发明的工作原理。
太阳能接收装置4在任何时刻对蓄电池3进行充电，当需要驱动显示装置显示 时，蓄电池3向驱动控制装置2供电，从而驱动控制装置2按照设定的显示方式进
9行显示驱动。近晶态液晶显示屏1的显示是通过控制施加在两个导电电极层14和15 上的电压大小、频率和作用时间，来改变混合层13中的近晶态液晶的排列形态，从 而使光线在透射与散射之间进行转换来实现的，宏观上表现为全透明与雾状间的转 换，由于黑色的太阳能电池板41作为近晶态液晶显示屏1的背板，使像素点表现为 黑色或白色(在下文中，黑色即为暗，白色即为亮)，从而使近晶态液晶显示屏1 呈现为黑白显示状态。
如图7，第一导电电极层14与第二导电电极层15形成了一个MXN的像素点阵 列结构，相垂直的两条状电极141、 151形成一像素点，所以在该两个条状电极141、 151间产生的电压幅值和频率共同控制其形成的像素点的亮暗。条状电极141上输出 的是R波，条状电极151上输出的是D波，两条状电极间的电压即为R波与D波的 叠加。
如图13所示，若R波与D波频率相同、相位相同，叠加后形成的脉冲幅值小于 阈值电压的幅值，那么像素点不会发生变化。若R波与D波频率相同，但相位相差 半个周期，即图中所示的D'波形和R波形，叠加后形成的脉冲幅值大于阈值电压幅 值，那么像素点便会发生变化，相对于作为背板的太阳能电池板41而言，表现为由 亮变暗，或是由暗变亮。图中的阈值电压是根据混合层13的组成和厚度来确定的， 一般为50V以上。若叠加后的波形幅值大于阈值电压幅值，且频率在50Hz左右， 则像素点由暗变亮。若叠加后的波形幅值大于阈值电压幅值，且频率在1000Hz左右， 则像素点由亮变暗。下面进行详述。
如图3所示，当R波与D波叠加后施加在两导电电极层14和15间的电压幅值 大于阈值电压幅值，且频率控制在50Hz至200Hz，如施加土100v、 50Hz左右的双 向脉冲，那么，当电压作用时间不到1秒钟时，混合层13中的近晶态液晶分子131 便发生扭转，形成图3所示的乱序排列形态。因为近晶态液晶分子131的各向相异 性(即由于入射光线通过各液晶的长光轴不同，各液晶的光折射角度不同，因而各 液晶的折射率不同)，使得入射各近晶态液晶分子131的光线的折射存在着很大的 差异，即在该微薄厚度的混合层13内，光折射率产生着剧烈的变化，因而光线发生 了强烈的散射，从宏观上看，该散光效应呈现一种如磨砂毛玻璃般的雾状状态，在 黑色的太阳能电池板背板映衬下，像素点表现为由暗驱动为亮，即由黑变白。
如图4所示，当R波与D波叠加后施加在两导电电极层14和15间的电压幅值 大于阈值电压幅值，且频率控制在1000Hz以上，如施加土100v、 1000Hz左右的双 向脉冲，那么，当电压作用时间不到1秒钟时，混合层13中的近晶态液晶分子131 便变为规则排列形态，此时，近晶态液晶分子131的长光轴垂直于导电电极层平面， 入射各近晶态液晶分子131的光线的折射不产生剧烈变化，光线可以自由透过混合 层13，因此，从宏观上看，呈现出一种全透明状态，光线完全透射过显示屏，在黑 色的太阳能电池板背板映衬下，像素点表现为由亮驱动为暗，即由白变黑。当给两导电电极层14和15加载电压且像素点被驱动发生变化后，便可撤去两 导电电极层14和15间施加的电压。而像素点的这种光效应的保持是不需要电压来 维持的，即撤去电压后，像素点仍能够保持加载电压时产生的光效应，而作用的电
压信号只是为了改变近晶态液晶分子131的排列形态。在本发明中，将这种不需要
电驱动而维持光效应的状态称为"多稳态"或"准静态"。而这种"多稳态"是因
为混合层13中的添加物分子132采用了带导电特性的化合物，当电信号施加在两个 导电电极层14和15上时，带导电特性的化合物中的离子根据电势差变化产生往复 运动，这种运动可以改变液晶分子131的排列形态，而变化后的液晶分子131排列 形态并不需要离子的持续运动来维持，是稳定的。这种近晶态液晶与添加物产生的 "多稳态"效果与液晶聚合物技术产生的维持效果不同，液晶聚合物技术中添加了 高分子聚合物的液晶是靠大量聚合物网络中的表面力、分子间力和摩擦力来维持的。
当然，在实际实施时，通过合理控制施加在两导电电极层14和15上的电压大 小、频率或作用时间，可使近晶态液晶分子131的排列形态变为部分扭曲，以产生 不同程度的散光效应，在宏观上表现为在雾状与全透明两个状态间产生具有不同灰 度阶的多种渐进状态，如半透明状态等，从而使像素点呈现出不同灰度的颜色。
以上是对某一像素点的亮暗变化的描述，对于整个近晶态液晶显示屏1的显示， 其驱动方式是按照一定规则进行的。下面以图14所示的像素点阵列为例，来说明近 晶态液晶显示屏1的驱动方式。
如图14，该像素点阵列为3X3的阵列，R1 R3为控制信号源，每一控制信号 源由控制模块21控制输出相应R波形，每一控制信号源向一第一导电电极层14的 一条状电极141输出一固定波形R波，D1 D3为数据信号源，每一数据信号源由控 制模块21控制输出相应D波形，每一数据信号源向一第二导电电极层15的一条状 电极151输出一控制波形D波。Tll、 T12、 T13、 T21、 T22、 T23、 T31、 T32、 T33 为两条状电极形成的像素点，例如，Tll为第一导电电极层14上的第一行条状电极 与第二导电电极层15上的第一列条状电极形成的像素点，该像素点由Rl和Dl输
出的波形共同控制，以驱动该像素点，使像素点显示为亮或暗。
驱动时，控制模块21按显示要求控制R波和D波的波形输出，过程为首先， 令R1 R3和D1 D3为关闭，然后R1输出固定的R波，R2禾flR3关闭，不输出R 波，D1 D3串行输入所需的数据信号(图13所示的与R波相位相同的D波，或与 R波相位相差半个周期的D'波)，经寄存器寄存并同时打开，向各列同时输入信号， 这时，第一行的所有像素点被驱动显示为需要的黑白状态，其它像素点不变化。然 后，R1和R3关闭，R2打开，输出R波，D1 D3串行输入新的数据信号，经寄存 器寄存并同时打开，向各列同时输入信号，这时，第二行的所有像素点被驱动显示 为需要的黑白状态，其它像素点不变化。同理，以下各行被依次驱动，使各像素点 变为所需状态，直至整个显示屏逐行扫描完，使显示屏显示出需要的文字或图案。
11如图5至图6所示，在混合层13内还可混合有一定量的二色性染料，如淡黄色 的偶氮基二色性染料。通过混合二色性染料，可使混合层13在全透明与有色光之间 转换。二色性染料选用呈长分子状的二色性染料，该二色性染料与近晶态液晶的光 轴结构类似。在沿长光轴的平行方向，该二色性染料分子133对光的吸收非常弱， 而沿长光轴的垂直方向，该二色性染料分子133会极大程度地吸收一定波段的光线。
如图5所示，在两个导电电极层14和15上施加士100v、 1000Hz以上的双向脉 冲时，当作用时间不到l秒钟时，混合层13中的近晶态液晶分子131和二色性染料 分子133均变为规则排列形态，此时，液晶分子131的长光轴和二色性染料分子133 的长光轴均垂直于导电电极层平面，因此，入射各近晶态液晶分子131的光线的折 射不产生剧烈变化，且由于二色性染料分子133的长光轴垂直于导电电极层平面， 光线沿二色性染料分子133长光轴的平行方向入射，二色性染料分子133只吸收微 小的光(该光吸收量取决于染料分子133相对于液晶分子131的规则排列度和溶解 度)，故入射光线5经过混合层13后，只有少量光线被吸收，最终自由透过混合层 13，如图5中的射出光线6，因此，从宏观上看，此时呈现出全透明状态，在黑色的 太阳能电池板背板映衬下，像素点表现为由亮驱动为暗，即变黑。
如图6所示，在两个导电电极层14和15上施加士100v、 50Hz的双向脉冲时， 当作用时间不到1秒钟时，混合层13中的近晶态液晶分子131变为扭转的乱序排列 形态，而由于二色性染料分子133与近晶态液晶分子131间距很小，故当近晶态液 晶分子131扭转时，二色性染料分子133也随之变得杂乱无章，甚至大量染料分子 133的长光轴平行于导电电极层平面。当光线5射入混合层13时，由于各近晶态液 晶分子131的光线的折射差异，光线发生强烈的散射。在近晶态液晶分子131产生 的散射下，大量光线沿染料分子133长光轴的垂直方向射入染料分子133，因而一定 波段的光线被染料分子133极大地吸收，散射出的光线6呈现出染料分子的颜色(呈 现的颜色随二色性染料结构的不同而不同)，这样，从宏观上看，此时呈现出模糊 的某种颜色，在黑色的太阳能电池板背板映衬下，像素点表现为由暗驱动为亮，即 变为一种颜色。这种颜色是通过将不同颜色的染料与近晶态液晶混合而实现的，若 使染料分子133均匀吸收可见光光谱，甚至可实现黑灰色。
上述近晶态液晶分子131呈长分子状，该长分子状的近晶态液晶分子131具有 很强的双折射率。在实际应用中，可以调整近晶态液晶分子131的分子链，降低近 晶态液晶分子131的双折射率，这样，在平行于近晶态液晶分子131长光轴方向和 垂直于近晶态液晶分子131长光轴方向上，光线通过的折射率十分接近，由此扭曲 状态时的液晶分子131的散射效应会随之减弱，加入了染料的混合层13不会出现强 散光现象，而是染料分子133大量吸收一定波长范围的光线，像带有颜色的过滤片 一样，使像素点呈现出不模糊的有色状态。当然，上述混入染料的混合层13同样是 通过添加物来实现"多稳态"特性的。
12实际应用中，显示屏可制作为单层的黑白屏或彩色屏，也可将多个屏相叠加， 制成一个多层的屏。例如，将三个近晶态液晶显示屏1进行叠加，形成一个三层屏， 每层屏中合理设置不同的混合染料，如青蓝、洋红和黄色，那么在黑色的太阳能电 池板背板映衬下，该显示屏便可实现一种蓝、红、黄、黑的彩色显示。
本发明的优点是
1、 由于通过驱动控制装置控制施加在两导电电极层上的电信号，近晶态液晶分 子可呈现出不同的排列形态，因而近晶态液晶显示屏可在雾状与全透明态间进行转 换，甚至在不同灰度阶的多种渐进状态间切换，在黑色太阳能电池板背板的映衬下， 显示屏呈现出黑白显示状态。
2、 由于近晶态液晶显示屏采用近晶态液晶制成，其内掺杂的添加物具有导电特 性，所以撤去电信号后，显示屏仍能保持加载电压时产生的显示状态，具有很好的
"多稳态"特性。且由于这种"多稳态"特性，本发明所需的工作电流小，只有在 改变液晶分子排列形态的瞬间时才需要加电，能耗低。而且由于该"多稳态"特性， 本发明几乎没有电磁辐射，且近晶态液晶材料本身便无任何毒害作用，所以本发明 健康环保。
3、 若近晶态液晶显示屏中混合有二色性染料，则显示屏可呈现出各种颜色的图 案或文字，具有很强的美观性。
4、 本发明中控制输出的R波和D波都是双极性归零的，使用这样的波形驱动 近晶态液晶，可以有效地延长液晶的寿命，避免表面的电化学反应。
5、 本发明采用太阳能电池板对蓄电池或充电电池进行充电，充分利用自然条件， 不需要持续的市电供给，适于户外安装使用，节省能源。
本发明为完全透射型液晶显示屏，其可作为交通指示显示装置、户外或军用野 外显示装置。
1权利要求
1、一种近晶态液晶显示装置，其特征在于它包括近晶态液晶显示屏、驱动控制装置、蓄电池和太阳能接收装置，该近晶态液晶显示屏、驱动控制装置、蓄电池、太阳能接收装置依次相连，其中该近晶态液晶显示屏包括第一基体层和第二基体层，在该第一基体层与第二基体层的中间设有一混合层，该混合层由近晶态液晶和添加物混合而成，在第一基体层朝向混合层的一侧设有第一导电电极层，在第二基体层朝向混合层的一侧设有第二导电电极层，第一导电电极层由M个平行排列的条状电极组成，第二导电电极层由N个平行排列的条状电极组成，第一导电电极层的M个条状电极与第二导电电极层的N个条状电极相垂直，以使该第一与第二导电电极层形成一M×N的像素点阵列，该第一和第二导电电极层与驱动控制装置相连；该太阳能接收装置为至少一个太阳能电池板。
2、 根据权利要求1所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于所述第一基体层和第二基体层均为玻璃，或者所述第一基体层和第二基体层均 为塑料，或者第一基体层和第二基体层中的一个为玻璃，另一个为塑料。
3、 根据权利要求1所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于-所述混合层的厚度为2微米 30微米，所述混合层的组成为所述近晶态液晶占混合总重量的90% 99.999%，所述添加物占混合总重量的0.001% 10%。
4、 根据权利要求1或3所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于 所述近晶态液晶为A类近晶态液晶有机化合物，所述添加物为带导电特性的化合物。
5、 根据权利要求4所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于 所述近晶态液晶为带硅基的化合物、四氰基四辛基联苯或四乙酸癸酯四氰基联苯中的任一种。
6、 根据权利要求4所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于所述添加物为十六烷基三乙基溴化铵。
7、 根据权利要求1所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于所述太阳能接收装置贴合于所述近晶态液晶显示屏的一侧上。
8、 根据权利要求1所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于所述混合层还混合有二色性染料。
9、 根据权利要求1所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于所述驱动控制装置内设有驱动控制电路，该驱动控制电路包括控制模块、M个 R波生成模块和N个D波生成模块，其中R波生成模块包括第一正电平变换单元、第一负电平变换单元、第一正向信号生成单元、第一负向信号生成单元和第一信号合成单元，该第一正向信号生成单元 经第一正电平变换单元与控制模块连接，该第一负向信号生成单元经第一负电平变 换单元与控制模块连接，该第一正向信号生成单元和第一负向信号生成单元与第一 信号合成单元连接，该第一信号合成单元与所述第一导电电极层的一个条状电极连 接；D波生成模块包括第二正电平变换单元、第二负电平变换单元、第二正向信号 生成单元、第二负向信号生成单元、正幅值控制单元、负幅值控制单元和第二信号 合成单元，该第二正向信号生成单元经第二正电平变换单元与控制模块连接，该第 二负向信号生成单元经第二负电平变换单元与控制模块连接，正、负幅值控制单元 分别与第二正向信号生成单元、第二负向信号生成单元连接，该第二正向信号生成 单元和第二负向信号生成单元与第二信号合成单元连接，该第二信号合成单元与所述第二导电电极层的一个条状电极连接。
10、根据权利要求9所述的近晶态液晶显示装置，其特征在于所述第一正电平变换单元包括一 CMOS反相器，该CMOS反相器的输入端经一 电容与所述控制模块上与其相对应的信号输出端相连，所述第一正向信号生成单元 包括一高压NMOS晶体管，该高压NMOS晶体管的栅极与所述第一.IH电平变换单元 的CMOS反相器的输出端相连，该高压NMOS晶体管的漏极经一电容与所述第一信 号合成单元的一输入端相连；所述第一负电平变换单元包括一 CMOS反相器，该CMOS反相器的输入端经一 电容与所述控制模块上与其相对应的信号输出端相连，所述第一负向信号生成单元 包括一高压PMOS晶体管，该高压PMOS晶体管的栅极与所述第一负电平变换单元 的CMOS反相器的输出端相连，该高压PMOS晶体管的漏极经一电容与所述第一信 号合成单元的另一输入端相连；所述第二正电平变换单元包括一 CMOS反相器，该CMOS反相器的输入端经一 电容与所述控制模块上与其相对应的信号输出端相连，所述第二正向信号生成单元 包括一高压NMOS晶体管，该高压NMOS晶体管的栅极与所述第二正电平变换单元 的CMOS反相器的输出端相连，该高压NMOS晶体管的漏极分成两路， 一路经一电 阻与所述正幅值控制单元相连，另一路经一电容与所述第二信号合成单元的一输入 端相连；所述第二负电平变换单元包括一 CMOS反相器，该CMOS反相器的输入端经一 电容与所述控制模块上与其相对应的信号输出端相连，所述第二负向信号生成单元 包括一高压PMOS晶体管，该高压PMOS晶体管的栅极与所述第二负电平变换单元 的CMOS反相器的输出端相连，该高压PMOS晶体管的漏极分成两路， 一路经一电 阻与所述负幅值控制单元相连，另一路经一电容与所述第二信号合成单元的另一输 入端相连。
全文摘要
本发明公开了一种近晶态液晶显示装置，它包括近晶态液晶显示屏、驱动控制装置、蓄电池和太阳能接收装置，该近晶态液晶显示屏、驱动控制装置、蓄电池、太阳能接收装置依次相连。该近晶态液晶显示屏包括第一基体层和第二基体层，在该第一基体层与第二基体层的中间设有一混合层，该混合层由近晶态液晶和添加物混合而成，在第一、第二基体层朝向混合层的一侧分别设有第一、第二导电电极层，第一、第二导电电极层均由多个平行排列的条状电极组成，两导电电极层的条状电极相垂直，形成一像素点阵列，该第一、第二导电电极层与驱动控制装置相连。该太阳能接收装置为至少一个太阳能电池板。本发明能耗低，无辐射，采用太阳能电池板充电，适于户外使用。
文档编号G02F1/133GK101470286SQ200710304410
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者刚 孙 申请人:汉朗科技(北京)有限责任公司