相關申請的交叉引用

本專利申請要求于2015年1月20日提交的美國臨時專利申請no.62/125,350的優(yōu)先權，該申請全部內(nèi)容以引用方式并入本文中。

背景技術：

如今，液晶顯示器(lcd)裝置由于如下優(yōu)點得以在計算器至電視機的范圍內(nèi)的各種領域中廣泛應用，所述優(yōu)點為：液晶顯示器(lcd)裝置具有與陰極射線管的顯示性能相當?shù)膬?yōu)異的顯示性能、具有通過輕薄輕巧結(jié)構示出的節(jié)省空間的特性、以及具有諸如低功耗的其它有用的特征。

彩色顯示器基于“加色混合法”。當兩種或更多種彩色光束進入人眼時，光束在視網(wǎng)膜上組合，并被感知為不同的顏色?；谶@個原理，可以通過以適當?shù)谋壤嗉拥鼗旌先?r(紅)、g(綠)和b(藍))來獲得任何顏色。

實現(xiàn)“加色混合”的一個方法是“同步加色混合法”。在彩色lcd裝置中，將與r、g和b相對應的三個濾色片與三個lcd面板組合使用，并且將三個彩色圖像同步地投影到屏幕上，使得彩色圖像疊加且合并成一個顯示圖像。

實現(xiàn)“加色混合”的另一個方法是“連續(xù)加色混合法”。這個方法利用人眼的瞬時分辨率極限。更具體地，這個方法是利用這樣一種現(xiàn)象：當連續(xù)的顏色變化太快以致于人眼無法察覺的時候，之前顏色的留存使該顏色與隨后的顏色混合，從而使連續(xù)的顏色相組合，并被人眼感知為一種顏色。

用于混合顏色的“同步”和“連續(xù)”機制都能為顯示器的每個像素實現(xiàn)任何所需顏色，使得顯示器提供高分辨率圖像以及優(yōu)異的色彩再現(xiàn)。

技術實現(xiàn)要素：

在示例性實施例中，本發(fā)明提供一種立式螺旋鐵電液晶顯示單元，包括：兩個透明基板；鐵電液晶層，其包括立式螺旋結(jié)構的鐵電液晶，所述鐵電液晶層設置在所述兩個透明基板之間，所述鐵電液晶具有垂直于兩個透明基板的螺旋軸線和比入射到兩個透明基板中的至少一個的偏振光的波長短的手性近晶液晶螺距；以及叉指電極，其被設置為與所述兩個透明基板共面，所述叉指電極配置為向鐵電液晶層施加電場，所述電場提供的驅(qū)動電壓低于螺旋解旋的臨界電壓。

在另一示例實施例中，本發(fā)明提供一種場序彩色顯示器，該場序彩色顯示器包括立式螺旋鐵電液晶顯示單元，所述立式螺旋鐵電液晶顯示單元包括：兩個透明基板；鐵電液晶層，其包括立式螺旋結(jié)構的鐵電液晶，所述鐵電液晶層設置在所述兩個透明基板之間，所述鐵電液晶具有垂直于所述兩個透明基板的螺旋軸線和比入射到所述兩個透明基板中的至少一個的偏振光的波長短的手性近晶液晶螺距；以及叉指電極，其被設置為與所述兩個透明基板共面，所述叉指電極配置為向所述鐵電液晶層施加電場，所述電場提供的驅(qū)動電壓低于螺旋解旋的臨界電壓；其中，所述場序彩色顯示器配置為通過整合快速切換的不同的色場中的圖像來生成彩色圖像。

附圖說明

下面將基于示例性附圖更詳細地描述本發(fā)明。本發(fā)明不限于示例性實施例。本文所描述的和/或所說明的所有特征可在本發(fā)明的實施例中單獨使用或以不同的組合方式組合使用。通過參照附圖閱讀下面的詳細描述，本發(fā)明的各實施例的特征和優(yōu)勢將變得顯而易見，附圖說明如下：

圖1示出了示例性實施例中的立式螺旋鐵電液晶顯示單元；

圖2示出了顯示透射強度(任意單位)與施加在液晶層兩端電場電壓的非線性函數(shù)關系曲線圖；

圖3是示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元的切換時間和所施加電場的函數(shù)關系曲線；

圖4是通過將電場從負電場改變?yōu)檎妶?大圈)以及通過在相反周期內(nèi)將電場從正電場改變?yōu)樨撾妶?小圈)而形成的作為電場的函數(shù)的透射率的曲線圖；

圖5示出了示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元的電光響應，其中,頂部(對應于右側(cè)垂直軸)代表所施加的電場，并且底部(對應于左側(cè)垂直軸)代表示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元的電光響應；

圖6是示出了用于基于示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元的場序彩色顯示器的模擬驅(qū)動方案的曲線圖；

圖7是示出了用于基于示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元的fsc顯示器的數(shù)字驅(qū)動方案的曲線圖；

圖8(a)示出了基于示例性實施例中的立式螺旋鐵電液晶顯示單元的場序彩色顯示器；以及

圖8(b)是示出了通過圖8(a)的場序彩色顯示器可實現(xiàn)的各種顏色的示例的圖像的灰度版本。

具體實施方式

場序彩色(fsc)顯示裝置是基于用于混合顏色的“連續(xù)”機制，并且相對于依賴于混合顏色的“相加”機制的顯示器而言能夠?qū)崿F(xiàn)某些優(yōu)勢。例如，對于fsc顯示裝置而言，可以避免與使用三個濾色片的制造裝置相關聯(lián)的復雜和昂貴的工藝過程。另外，fsc顯示裝置的光透射效率顯著高于使用濾色片的裝置的光透射率，這是因為由fsc顯示裝置提供的光不必穿過三個不同的濾色片。這使fsc顯示裝置相對于相同的分辨率級別的非fsc顯示裝置而言能夠?qū)崿F(xiàn)更低的功率消耗和/或更高的亮度。

另一方面，fsclcd裝置的運行速度也相對地要比非fsclcd裝置的運行速度更高。例如，為了實現(xiàn)240hz的色幀頻，fsclcd裝置將需要具有至少大約720hz的驅(qū)動頻率。對于常規(guī)的fsclcd裝置，這么高的調(diào)制速率可引發(fā)例如與滯后、溫度依賴性、和/或需要復雜的材料處理相關的各種問題。

本發(fā)明的實施例提供了一種立式螺旋鐵電液晶顯示單元，為了避免偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的影響，該立式螺旋鐵電液晶顯示單元的螺距遠遠短于穿過夾在如下的兩個透明板之間的液晶層的偏振光的波長(例如，取決于顯示器的對應工作波長，例如藍光)，所述透明板的一個面或兩個面上設有叉指電極。即，材料的節(jié)距應足夠小，以避免材料充當使入射光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的波導。螺旋軸線垂直于基板，并且將具有低于螺旋解旋的臨界電壓的電壓幅值的電壓源施加到所述單元的電極。當主光軸沿螺旋軸線指向時，液晶具有以在未施加電壓的情況下的無畸變的螺旋為特征的一個平衡態(tài)。軸線在驅(qū)動電壓的作用下圍繞電場轉(zhuǎn)動，由此提供入射光無滯后并且對驅(qū)動電壓極性不敏感的連續(xù)調(diào)制。在入射的線性偏振光入射到基板上，并且光偏振態(tài)平行于或者垂直于頻率范圍在10hz和5khz之間的驅(qū)動電壓的電場的情況下，顯示出電控相位延遲的灰度。

根據(jù)本發(fā)明的各實施例的立式螺旋鐵電液晶顯示單元提供了快速的響應時間和連續(xù)的灰度，并且可用在fsclcd裝置和諸如快速響應光電裝置(例如，調(diào)制器、濾色片、衰減器等)的其它應用中。這些立式螺旋鐵電液晶顯示單元對于在光透射狀態(tài)下提供連續(xù)灰度的驅(qū)動電壓極性表現(xiàn)出無滯后和不敏感。電控相位延遲導致透射率的變化，因而產(chǎn)生灰度。

圖1示出了示例性實施例中的立式螺旋鐵電液晶顯示單元。立式螺旋鐵電液晶顯示單元包括正交偏振片(101a,101b)、玻璃基板(102a,102b)、取向?qū)?103a,103b)、具有立式螺旋鐵電液晶的液晶層(104)、以及叉指電極(105)。

具體地，液晶層是具有手性近晶c^*相的立式螺旋鐵電液晶的手性液晶層，該液晶的螺旋結(jié)構具有小于間隙d的節(jié)距p0。節(jié)距p0還小于所述光的波長(例如，對于顯示器而言，小于450nm)。液晶層夾在第一基板和第二基板之間。對于液晶和基板之間的任何邊界條件，提供了立式螺旋結(jié)構。

本發(fā)明的示例性實施例是基于利用立式螺旋變形的螺旋鐵電液晶(即，相應于垂直取向)。變形的螺旋鐵電液晶的特征在于平面內(nèi)配置中的無滯后的電光響應，并且該同樣的特征也復制到立式螺旋結(jié)構中。此外，立式螺旋結(jié)構和垂直取向提供了對不同應用有利的克爾型(kerr-like)非線性效應。關于變形的螺旋鐵電液晶中的kerr效應的一些細節(jié)可以在例如如下文獻中找到，所述文獻為e.p.pozhidaevetal.,“orientationalkerreffectandphasemodulationoflightindeformed-helixferroelectricliquidcrystalswithsubwavelengthpitch,”physicalreviewe87,052502(2013),該文獻以整體引用地方式并入本文中。

在示例性實例中，立式螺旋結(jié)構是利用非常疏水的取向?qū)拥靡詫崿F(xiàn)(疏水性提供了垂直取向，并且通常疏水性越高越好)的。在示例性實施例中，非常疏水的取向?qū)佑摄t鹽制造而成。

在施加應比螺旋解旋的臨界電壓(此處簡稱為vc)小的所施加的驅(qū)動電壓v時，立式螺旋鐵電lcd單元表現(xiàn)出在其中透射率顯示出對所施加電壓的非線性依賴的電光調(diào)制(見圖2)。圖2是示出了立式螺旋鐵電lcd單元的強度(任意單位)與施加在液晶層兩端的電場電壓的函數(shù)關系曲線圖。強度隨電壓變化顯示了克爾效應型趨勢。

變形的螺旋鐵電液晶(dhfflc)單元的電控雙折射率是入射光的快速電光調(diào)制的基礎，這適用于場序彩色顯示裝置。電控雙折射率δneff(e)＝<ne(e)-no(e)>是flc螺旋結(jié)構變形和電場中的flc主軸的偏移δα(e)所導致的結(jié)果。

圖3是示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元的切換時間與所施加電場的函數(shù)關系曲線圖。圖4是通過將電場從負電場改變?yōu)檎妶?大圈)以及通過在相反周期內(nèi)將電場從正電場改變?yōu)樨撾妶?小圈)而形成的作為電場的函數(shù)的透射率的曲線圖。圖4所示的效果與電光效應中的無任何滯后的v型切換(v-shapeswitching)相對應。圖5示出了示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元的電光響應，其中，頂部部分(對應于右側(cè)垂直軸)代表所施加的電場，并且底部(對應于左側(cè)垂直軸)代表示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元的電光響應。對于所施加電場的正極性和負極性，響應都是對稱的。

對于示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元，圖3和圖4示出了這樣一種情況：如果夾在一對基板之間的、并放置在兩個正交偏振片和檢偏器之間的立式螺旋鐵電液晶層的螺旋軸線和主光軸平行于偏振面或垂直于偏振面，并且對液晶施加ac矩形電壓脈沖v<vc，則特征性的切換時間小于100μs(見圖3)，并且電光響應對驅(qū)動電壓極性不敏感(見圖4)。此外，示例的立式螺旋鐵電液晶顯示單元表現(xiàn)出在光透射飽和狀態(tài)的閉合曲線的完美高頻v型模式(見圖4)，并帶有如圖5所示的對稱矩形的符號改變的驅(qū)動電壓脈沖。

在示例實施例中，對于示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元來說，有兩種生成灰度的方法。第一種方法在圖6中示出，第二種方法在圖7中示出。

圖6是示出了基于示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元的fsc顯示器的模擬驅(qū)動方案的曲線圖。如在圖6中可以看出的，灰度通過在不同色場中所施加的電壓的不同幅值來控制的。此外，在色幀里，任意基色的光透射都不取決于驅(qū)動電壓脈沖極性，而只取決于幅值，所以：tr(+vr)＝tr(-vr),tg(+vg)＝tg(-vg),tb(+vb)＝tb(-vb)。因此，示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元為色幀內(nèi)的光的任意基色提供無滯后且對驅(qū)動電壓極性不敏感的電控的光透射，并且能夠基于加色混合的構思實現(xiàn)任意顏色。

圖7是示出了對于基于示例性立式螺旋鐵電液晶顯示單元的fsc顯示器的數(shù)字驅(qū)動方案的曲線圖。如在圖7中可以看出的，灰度是通過不同色場中的具有固定幅值的電脈沖的脈沖持續(xù)時間來控制的。換句話說，不同的灰度是基于脈沖持續(xù)時間的調(diào)制而產(chǎn)生的，而不是基于驅(qū)動脈沖的幅值而產(chǎn)生的。通過控制脈沖持續(xù)時間，可以控制每個不同的子色幀內(nèi)的光透射率，從而實現(xiàn)不同的顏色。

圖8(a)示出了基于示例性實施例中的立式螺旋鐵電液晶顯示單元的fsc顯示器。與圖1所示的立式螺旋鐵電液晶顯示單元相似，圖8(a)的fsc顯示器包括正交偏振片(101a,101b)、玻璃基板(102a,102b)、取向?qū)?103a,103b)、具有立式螺旋鐵電液晶的液晶層(104)、以及叉指電極(105)。圖8(a)還包括背光源，在本示例中所述背光源是發(fā)光二極管(led)背光源(106)。led背光源(106)是具有不同顏色的不同led的光源。通過叉指電極(105)提供面內(nèi)電場。在示例性實施例中，顯示器頻率被設置為240hz。

圖8(b)是示出通過圖8(a)的fsc顯示器可實現(xiàn)的不同顏色的示例的圖像。在本申請中，雖然以灰度重現(xiàn)了圖像，以使原始顏色不被示出，但是此圖像與如下這樣的演示相對應：圖8(a)的fsc顯示器能夠在實現(xiàn)高亮度和對比度的同時產(chǎn)生不同的顏色和這些顏色的不同灰度。

因此，本發(fā)明的實施例提供了能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應時間和連續(xù)灰度的立式螺旋鐵電液晶顯示單元，使得例如利用本發(fā)明的實施例的fsclcd顯示器不僅具有豐富的鮮艷色彩、較低功耗、和較高的亮度和對比度，還易于制造(例如，無需復雜的材料加工和復雜的電極結(jié)構)。

在示例性實施例中，立式螺旋鐵電液晶顯示單元包括：鐵電液晶，其夾在兩個透明基板之間，并且具有垂直于基板的螺旋軸線，其中，手性近晶液晶螺距短于入射在如下基板上的偏振光的波長，基板平面內(nèi)的叉指電極給液晶施加電場，驅(qū)動電壓低于螺旋解旋的臨界電壓。

在示例性實施例中，透明基板由玻璃或塑料制成。

在示例性實施例中，叉指電極是通過圖案化任意透明導電層來提供的(例如，主要由銦錫氧化物(ito)制成的透明電極)。

在示例性實施例中，基于在一個或兩個基板上的取向?qū)拥拇怪比∠驗橐壕拥囊壕峁┝⑹铰菪Y(jié)構(即，垂直取向材料處理提供了立式螺旋結(jié)構)。

在示例性實施例中，取向?qū)邮侨芙庠谌魏稳軇┲械挠仓猁}鉻。

在示例性實施例中，驅(qū)動電壓是經(jīng)由叉指電極通過有源驅(qū)動或無源驅(qū)動(例如，利用有源矩陣驅(qū)動方案或無源矩陣驅(qū)動方案)來提供的。

在示例性實施例中，液晶具有以在未施加電壓情況下的無畸變的螺旋為特征的一個平衡態(tài)，所述平衡態(tài)為與沿螺旋軸線傳播的光無關的偏振。即，在立式螺旋結(jié)構中，螺旋平行于光的傳播的方向。如果螺旋如以上所述的那樣足夠的小，則穿過螺旋的光就不會經(jīng)歷任何雙折射。因此，在不存在電場的情況下，液晶表現(xiàn)為對入射光的偏振不敏感的各向同性介質(zhì)。

在示例性實施例中，驅(qū)動電壓提供連續(xù)的、無滯后的并且對驅(qū)動電壓極性不敏感的光調(diào)制。即，系統(tǒng)的電光響應對于電場的兩極性是相同，并且不會顯現(xiàn)出任何滯后。

在示例性實施例中，螺旋節(jié)距小于通過液晶層的偏振光的波長，以避免沿著螺旋軸線通過的光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)、衍射和散射的影響。換句話說，對于通過顯示單元的偏振光，在液晶材料的螺距足夠大的情況下，所述液晶材料可充當波導，并且由于所述螺距，所述材料會使入射光的偏振面旋轉(zhuǎn)。然而，如果節(jié)距與入射光波長相比足夠小，則入射光就不會表現(xiàn)出衍射或散射。

在示例性實施例中，在一個或兩個基板上的叉指電極用于施加平行于基板的電場。

在示例性實施例中，所施加的電壓的頻率在10hz至5khz的范圍內(nèi)。

在示例性實施例中，使用了透射模式和反射模式這兩種模式。因此，示例性實施例可用于透射式顯示器和反射式顯示器。

在示例性實施例中，立式螺旋鐵電液晶顯示單元被并入到fsc顯示器中，所述fsc顯示器配置為基于與快速切換的不同的色場相對應的子圖像的整合來生成彩色圖像。

在示例性實施例中，fsc顯示器包括三個不同的色場。

在示例性實施例中，彩色圖像的光學灰度是通過對不同的色場進行模擬驅(qū)動而生成的。

在示例性實施例中，彩色圖像的光學灰度是通過對不同的色場進行數(shù)字驅(qū)動而生成的。

在示例性實施例中，立式螺旋鐵電液晶顯示單元可以與lcd裝置的面內(nèi)切換模式(ips)和邊緣場轉(zhuǎn)換(ffs)模式結(jié)合使用。

本文所引用的包括出版物、專利申請和專利的所有參考文獻通過引用方式并入本文中，所引用的程度如同每個參考文獻被單獨地且具體地指示為通過引用方式并入本文中并以其全部內(nèi)容在本文中進行闡述一樣。

除非本文另有說明或與上下文明顯矛盾，否則在描述本發(fā)明的上下文中(特別是在以下權利要求的上下文中)使用的術語“一”、“一個”、“所述”、“至少一個”和類似的指代詞應被解釋為涵蓋了單數(shù)和復數(shù)。除非本文另有說明或與上下文明顯矛盾，否則，在一個或多個項目的列表之后所使用的術語“至少一個”(例如，“a和b的至少一個”)應被解釋為表示從所列出的項目中選擇的一個項目(a或b)，或者所列出的項目中的兩個或更多個的任意組合(a和b)。除非另有說明，否則，術語“包括”、“具有”、“包含”和“含有”將被解釋為開放式術語(即，意味著“包括，但不限于”)。除非本文另有說明，否則，本文中數(shù)值范圍的敘述僅僅旨在用作單獨提及落在該范圍內(nèi)的每一個單獨的值的速記方法，并且每個單獨的值都如同在本文中被單獨列舉一樣被并入到說明書中。除非本文另有說明或與上下文明顯矛盾，否則，本文中所描述的所有方法可以以任何合適的順序執(zhí)行。除非另外要求，否則，本文所提供的任何和所有實例和示例性語言(例如，“比如”)僅僅旨在更好地闡明本發(fā)明，并不對本發(fā)明范圍構成限制。說明書中的任何語言都不應被解釋為表示對本發(fā)明的實踐所必需的任何未要求保護的元素。

本文描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，包括發(fā)明人已知的用于實施本發(fā)明的最佳模式。閱讀前面的說明書的基礎上，這些優(yōu)選實施例的變型對于本領域技術人員來說可能變得顯而易見。本發(fā)明人期望本領域技術人員適當采用這些變型，并且發(fā)明人希望以不同于本文所描述的具體方式來實施本發(fā)明。因此，本發(fā)明包括如由適用法律所允許的所附權利要求書描述的主題的所有改型和等同物。此外，除非本文另有說明或與上下文明顯矛盾，否則，本發(fā)明涵蓋了本發(fā)明的所有可能的變型中的上述要素的任何組合。