CN102854650A - 具有染料液晶组合物的透明液晶显示器 - Google Patents

具有染料液晶组合物的透明液晶显示器 Download PDF

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CN102854650A CN2012102714952A CN201210271495A CN102854650A CN 102854650 A CN102854650 A CN 102854650A CN 2012102714952 A CN2012102714952 A CN 2012102714952A CN 201210271495 A CN201210271495 A CN 201210271495A CN 102854650 A CN102854650 A CN 102854650A
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陈昭远
吴凤
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Abstract

本发明提供了一种具有染料液晶组合物的透光率较高的高对比度透明液晶显示器。本发明的透明液晶显示器包括上电极基板和下电极基板，其中，在所述上电极基板和所述下电极基板内表面具有垂直取向层；以及在所述上电极基板和所述下电极基板之间的液晶层，其中所述液晶层包括液晶组合物，所述液晶组合物包括具有负介电各向异性的液晶、二色性染料和手性剂，其中所述上电极基板和所述下电极基板之间的间隙G和所述液晶组合物的手性螺距P的比值G/P为0.5≤G/P≤5。

Description

具有染料液晶组合物的透明液晶显示器
技术领域
本发明涉及低成本、结构简单、能实现高对比度的透明液晶显示器。
背景技术
包括背面照明的LCD器件已经广泛地用作台式个人电脑、便携式个人电脑和PDA(个人数字助理)的显示器。后两种便携式装置需要薄的、重量轻和低功耗的LCD器件。因此，在需要背面照明的LCD器件用在便携式设备中的情况下，增加了便携式设备的功率负载代替需要背面照明的LCD器件，为此，已经开发了使用宾主层并且不需要背面照明的反射LCD器件来作为个人设备的LCD器件。“宾”意味着加入液晶中的分色染料，“主”意味着液晶。分色染料表示沿其纵向方向或沿长轴高吸收。在宾主方案中，由施加电压产生的电场来控制液晶分子的取向方向，并同时使分色染料沿与液晶分子相同的方向取向。在液晶具有介电常数正各向异性的情况下，当没有电场时，使夹在两个玻璃基片之间的宾主层对准而形成均匀结构。当用可见光照射均匀结构时，分色染料吸收在与其纵向方向平行的平面中的线性极化分量并透过在与其纵向方向垂直的平面中的线性极化分量。当施加电场时，使液晶分子和分色染料沿垂直玻璃基片的表面的方向对准，并且所有入射光都通过宾主层而提供亮状态。
在亮状态下的高反射和高对比度是改进反射宾主LCD显示的关键因素。下面描述四类已有技术的使用介电常数正各向异性液晶的反射宾主LCD器件。在第一类反射宾主LCD器件中，使用均匀结构的单个宾主层。当断开作用到宾主层上的电压而提供暗状态时，在与分色染料的纵向方向垂直的平面中的入射光的线性极化分量透过宾主层并由设置在宾主层底侧的反射器反射到宾主层上。该反射线性极化分量透过宾主层并被使用者观察到。以此方式，在暗状态，尽管限制了入射光的一个线性极化分量，但是并没有限制其它线性极化分量，所以不能获得高对比度。
在称为White-Taylor(白色泰勒)模式的第二类反射宾主LCD器件中，在电压断开时，在两个玻璃基片之间液晶分子和分色染料扭转超过200度，以便吸收所有线性极化分量来改进讨比度。然而，这类LCD器件并没有在亮状态或接通电压时实现高反射率。这样，第一类和第二类LCD器件不能同时实现高对比度和高反射率。
在称为双层宾主LCD器件的第三类反射宾主液晶显示器中，由位于两个玻璃基片之间的透明隔离器将两个玻璃基片之间的间隔分开成一个上室和一个下室，并且，在电压或电场断开时，使上室中的均匀结构的宾主层沿例如与该页纸的平面平行的一个方向对准，使下室中均匀结构的宾主层沿与上述一个方向垂直的方向(例知，通过该页纸平面的一个方向)对准。在当没有电场时的暗状态下，在与分色染料纵向方向垂直的平面中的入射光的线性极化分量通过上室中的宾主层，并且，由下室的宾主层限制这样通过的线性极化分量，因为通过的线性极化分量的平面与平行于下室中的宾主层的分色染料的纵向轴的平面匹配。尽管在暗状态第三类LCD器件能完全队档光线，但是它带来了新问题：产生视差，结构复杂，与单个宾主层相比生产成本高。
在第四类反射宾主LCD器件中，在下玻璃基片的一个内表面上依次形成反射器、四分之一波长板(λ/4板)和ITO电极，并且在上玻璃基片的内表面上形成ITO。宾主层夹在两个玻璃基片之间，在与分色染料的纵向方向垂直的平面中的入射光线性极化分量通过宾主层。在由λ/4板和反射器的组合进行反射期间，通过的线性极化分量的平面旋转90度并且由宾主层队档这样90度旋转的线性极化分量，所以在暗状态完全挡住了光线和实现了高对比度和高反射率。然而，该第四类出现了新问题：设计透过450nm-700nm的可见光的λ/4板很难并且费用很贵，而且需要复杂的安装过程。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种低成本、结构简单、能实现高对比度的透明液晶显示器。
本发明的一个方面涉及一种透明液晶显示器，包括：上电极基板和下电极基板，并且在所述上电极基板和所述下电极基板内表面有垂直取向层（Vertical Alignment Layer）；以及在所述上电极基板和所述下基板之间的液晶层，其中所述液晶层包括液晶组合物，所述液晶组合物包括具有负介电各向异性的液晶、二色性染料和手性剂，其中所述上电极基板和所述下电极基板之间的间隙G和所述液晶组合物的手性螺距P(Pitch)的比值G/P为0.5≤G/P≤5。
本发明透明液晶显示器的特征在于所述上电极基板和所述下电极基板均为透明电极基板。
优选地，所述比值G/P为n/2，其中1≤n≤10，且n为整数。
优选地，所述比值G/P优选0.5、1、1.5或2。
所述间隙G为0＜G≤30μm。
优选地，所述间隙G优选为2~20μm，特别优选为3~10μm。
所述上电极基板和所述下电极基板的垂直取向层上的预倾角(Pietilt Angle)为80°~889°。
优选地，所述上电极基板和所述下电极基板的垂直取向层上的预倾角为85°~88.9°。
所述具有负介电各向异性的液晶的介电各向异性为-0.1~-15，所述具有负介电各向异性的液晶的光学各向异性为0.01~0.3。
优选地，所述具有负介电各向异性的液晶的介电各向异性优选为-1.0~-10，所述具有负介电各向异性的液晶的光学各向异性优选为0.01~0.1。
所述二色性染料包含一种或多种二色比为2~20的二色性染料。
优选地，所述二色性染料包含一种或多种二色比优选为5~15的二色性染料。
所述透明电极基板的材质可以为玻璃、塑料等透明材质。
所述的透明液晶显示器可以还包括附加的光学膜或光学层，所述光学膜或光学层可用于减反射、增亮、滤色、抗UV及其组合。
与已有技术相比，本发明的优点体现在：
1.本发明上电极基板、下电极基板之间设置有染料液晶；去掉了传统普通液晶显示器透明基板表面贴附的偏振片，其结构更简单，同时透光率大大提高；
2.本发明在上下电极基板间无电场的情况下，液晶及二色性染料在上下基板间基本垂直排列，此时液晶层不发生或极少发生光的吸收，LCD处于透明状态（亮态）。需要注意的是，在白态时，即使是靠近电极基板的摩擦层处的液晶及二色性染料，由于摩擦角度的原因，也是基本上处于垂直状态，从而几乎不发生光的吸收，使得亮态的透光率大大提升。当上下电极基板间存在电场时，液晶层受电场作用倒伏，并且在电极基板间扭曲排列，均匀吸收所有方向上的光极化分量，LCD处于光吸收状态（暗态）。需要注意的是，由于G/P的特殊设定，液晶层对光的吸收均匀且充分，使得暗态的透光率大大降低。
综上，本发明可以从亮暗态两方面改善光的透过效果，从而提升对比度和显示效果。
附图说明
图1为本发明的液晶显示器的结构示意图。
具体实施方式
本发明包括上电极基板、下电极基板，在所述上电极基板和所述下电极基板之间设置有染料液晶层，并且该液晶层包括含有负介电各向异性的液晶、二色性染料和手性剂的液晶组合物（液晶：二色性染料：手性剂S811=100：3.6：2.1），所述液晶组合物的手性螺距（P）为4μm，所述的上电极基板和所述下电极基板均为透明电极基板，所述液晶显示器的盒厚为4μm。所述上电极基板和所述下电极基板的垂直取向层上的预倾角为87°~88°。
采用DMS505进行测试，其测试结果见表1-3（0~360°为水平角度，0~70°为垂直角度，表中数据为透过率）。
表10V时DMS505测试视角图数据
  0   30   60   90   120   150   180   210   240   270   300   330   360
  0   54.906   54.906   54.906   54.906   54.906   54.906   54.906   54.906   54.906   54.906   54.906   54.906   54.906
  10   53.772   53.887   53.971   53.945   53.795   53.579   53.362   53.033   53.042   53.22   53.469   53.657   53.772
  20   49.801   49.927   50.212   50.821   50.069   49.425   49.008   48.932   49.135   49.703   49.554   49.592   49.801
  30   42.22   43.636   43.959   44.943   43.837   43.334   42.884   42.735   42.848   43.825   43.29   43.465   42.22
  40   11.484   20.616   35.654   36.675   35.515   29.634   17.375   25.415   34.703   35.686   35.179   20.84   11.484
  50   6.5164   6.9705   24.938   25.434   24.946   8.3335   7.2007   7.7428   23.971   24.81   23.495   7.2418   6.5164
  60   3.9198   4.3035   11.22   12.698   10.86   5.3448   4.251   4.9905   8.142   12.222   6.703   4.358   3.9198
  70   2.465   2.4808   0.636   1.0445   0.26175   3.06   2.5318   2.8763   2.3243   0.9835   2.5163   2.4585   2.465
表25V时DMS505测试视角图数据
  0   30   60   90   120   150   180   210   240   270   300   330   360
  0   21.852   21.852   21.852   21.852   21.852   21.852   21.852   21.852   21.852   21.852   21.852   21.852   21.852
  10   21.576   21.767   21.849   21.891   21.731   21.623   21.441   21.066   21.017   21.093   21.189   21.315   21.576
  20   20.58   21.183   21.409   21.712   21.252   20.643   20.182   20.255   19.971   20.04   20.026   20.163   20.58
  30   18.451   19.609   20.282   20.727   19.96   19.449   19.057   18.797   18.497   18.406   18.089   18.397   18.451
  40   5.3254   10.242   18.416   18.653   17.538   13.976   8.0582   11.818   15.807   15.894   15.511   9.3105   5.3254
  50   3.2331   3.796   14.661   14.813   13.542   4.2538   3.483   3.8748   11.668   11.902   11.21   3.443   3.2331
  60   2.1921   2.6618   7.7677   8.9708   6.7995   3.1108   2.5045   2.7517   4.4212   6.9275   3.563   2.207   2.1921
  70   1.8334   1.8853   0.4675   0.9755   0.182   2.2033   1.8808   1.9698   1.5513   0.88075   1.688   1.599   1.8334
表3DMS505测试视角和对比度图数据
  0   30   60   90   120   150   180   210   240   270   300   330   360
  0   2.5126   2.5126   2.5126   2.5126   2.5126   2.5126   2.5126   2.5126   2.5126   2.5126   2.5126   2.5126   2.5126
  10   2.4923   2.4757   2.4702   2.4642   2.4755   2.4779   2.4889   2.5175   2.5238   2.5231   2.5234   2.5173   2.4923
  20   2.4199   2.357   2.3454   2.3407   2.356   2.3943   2.4284   2.4157   2.4603   2.4802   2.4745   2.4595   2.4199
  30   2.2882   2.2253   2.1674   2.1683   2.1963   2.2281   2.2503   2.2735   2.3165   2.381   2.3932   2.3626   2.2882
  40   2.1565   2.013   1.9361   1.9661   2.025   2.1204   2.1561   2.1506   2.1955   2.2452   2.268   2.2383   2.1565
  50   2.0156   1.8363   1.7009   1.717   1.8421   1.9591   2.0674   1.9983   2.0545   2.0846   2.0959   2.1033   2.0156
  60   1.7881   1.6168   1.4444   1.4155   1.5972   1.7182   1.6973   1.8136   1.8416   1.7643   1.8813   1.9746   1.7881
  70   1.3445   1.3159   1.3604   1.0707   1.4382   1.3889   1.3461   1.4602   1.4983   1.1167   1.4907   1.5375   1.3445
本发明的白态透过率>50%，视角宽且均匀，能够在无偏光片的情况下实现高透过率视角良好的显示，可以广泛应用在需求高透过率的显示器件中。

Claims (15)

1.一种透明液晶显示器，其特征在于包括：
上电极基板和下电极基板，其中，在所述上电极基板和所述下电极基板内表面具有垂直取向层；以及
在所述上电极基板和所述下电极基板之间的液晶层，其中所述液晶层包括液晶组合物，所述液晶组合物包括具有负介电各向异性的液晶、二色性染料和手性剂，
其中所述上电极基板和所述下电极基板之间的间隙G和所述液晶组合物的手性螺距P的比值G/P为0.5≤G/P≤5。
2.根据权利要求1所述的透明液晶显示器，其特征在于所述上电极基板和所述下电极基板均为透明电极基板。
3.根据权利要求1所述的透明液晶显示器，其特征在于所述比值G/P为n/2，其中1≤n≤10，且n为整数。
4.根据权利要求3所述的透明液晶显示器，其特征在于所述比值G/P为0.5、1、1.5或2。
5.根据权利要求1所述的透明液晶显示器，其特征在于所述间隙G为0<G≤30μm。
6.根据权利要求5所述的透明液晶显示器，其特征在于所述间隙G为2~20μm。
7.根据权利要求6所述的透明液晶显示器，其特征在于所述间隙G为3~10μm。
8.根据权利要求1所述的透明液晶显示器，其特征在于所述上电极基板和所述下电极基板的垂直取向层上的预倾角为80°~88.9°。
9.根据权利要求8所述的透明液晶显示器，其特征在于所述预倾角为85°~88.9°。
10.根据权利要求1所述的透明液晶显示器，其特征在于所述具有负介电各向异性的液晶的介电各向异性为-0.1~-15，并且所述具有负介电各向异性的液晶的光学各向异性为0.01~0.3。
11.根据权利要求10所述的透明液晶显示器，其特征在于所述介电各向异性为-1.0~-10，并且所述光学各向异性为0.01~0.1。
12.根据权利要求1所述的透明液晶显示器，其特征在于所述二色性染料包含一种或多种二色比为2~20的二色性染料。
13.根据权利要求12所述的透明液晶显示器，其特征在于所述二色性染料包含一种或多种二色比为5~15的二色性染料。
14.根据权利要求2所述的透明电极基板，其特征在于所述透明电极基板是玻璃或塑料。
15.根据权利要求1所述的透明液晶显示器，其特征在于所述透明液晶显示器还包括附加的光学膜或附加的光学层，所述光学膜或附加的光学层用于减反射、增亮、滤色、抗UV及其组合。
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