[发明专利]具有快速响应和连续灰度级的液晶显示元件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年5月18日提交的美国临时申请第61/344,070号的优先权，该美国临时申请的内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及具有快速响应和连续灰度级的液晶显示元件。

背景技术

液晶显示装置(以下简称LCD)由于其匹敌阴极射线管的卓越显示性能、构造纤薄且重量轻、以及其他诸如低功耗之类的有用特性而广泛应用于从计算器到电视机(以下简称TV)的各种领域中的商业应用。已对LCD技术进行了各种改进，并且LCD是目前所使用的类型最为丰富的显示器。在这些改进当中，对彩色LCD技术的改进涉及显示性能的各个方面并且在该技术的发展中是尤为重要的。

彩色显示器的原理是基于一种称为“加色混合法”的方法。当两个或多个彩色光束进入人眼时，这些光束在视网膜上被混合并被感知为不同于这些彩色光束的颜色。基于该原理，通过以适当比例对R(红)、G(绿)、B(蓝)三原色的光束进行加色混合能够获得任意颜色。实际中，基于该加色混合基本原理的两种不同的系统在彩色LCD显示器中实现。

第一种是“同时加色混合法”。为了对彩色LCD应用该系统，要与三个LCD面板结合使用R、G、B三个滤色器。使用这三个滤色器将三个彩色图像同时投射到屏幕上，这些彩色图像在屏幕上叠加合并成一个彩色图像。目前在现代LCD的大规模生产中广泛使用这一思想。

第二种是基于“连续加色混合法”的场序彩色(FSC)原理。如图1的图示100所示，该方法利用了人眼在时域上的分辨率限度。更具体地，该方法利用了这样的现象，即，当连续的颜色改变过快以致人眼无法察觉时，前一颜色的持续引起了该颜色与后一颜色的混合，这些颜色被人眼结合并被感知为一个颜色。如同时加色混合法中一样，在每个像素都能获得期望的颜色，从而系统实现高图像清晰度并提供卓越的彩色再现。第一规范的彩色TV系统利用了场序方法，但该方法并未被广泛应用于传统的量产LCD中。

然而，基于连续加色混合法的场序彩色方法比同时加色混合法具有许多优点。首先，三滤色器的制造工艺非常复杂并且昂贵，而相比之下与连续加色混合方法有关的制造则相对简单且成本低。其次，在不使用三个滤色器的情况下显示元件的光透射将高出三倍，使得在相同水平的显示亮度和显示分辨率下使用连续加色混合法能显著减小功耗。

快速切换铁电液晶(FLC)显示器(FLCD)是FSC LCD的良好候选，因为FLCD已显示出比传统向列型液晶更好的响应时间。使用Chigrinov等人在Photoalignment of Liquid Crystalline Materials：Physics and Applications，248pp.，pp.143-148，Wiley，August 2008中所描述的光对准技术能够有效地解决通常与FLCD有关的诸如在足够大的表面积上FLC对准质量之类的问题，上述文献的全部内容通过引用并入本文(以下称为“Chigrinov on Photoalignment”)。

应当意识到本发明的发明人为方便读者而创建了以上信息框架，前面是关于发明人所发现和/或意识到的问题的讨论，并非意在对现有技术进行回顾或分类。

发明内容

基于FSC的彩色显示器的LCD实现要求利用加色混合法且色帧频为至少60Hz的显示元件至少增加三倍的操作速度。因此，本发明涉及具有快速响应和连续灰度级的液晶显示元件。该液晶显示元件基于场序彩色系统(“FSC”)，并且包括螺旋距小于放置在两个起偏器之间的液晶层厚度的手性近晶型液晶以及施加到元件电极的电源，其中所施加的电压幅度小于螺旋退绕的临界电压幅度。具有快速响应和连续灰度级的液晶显示元件的应用包括诸如调制器、滤波器、衰减器等之类的快速响应光子装置。

根据本发明的液晶元件的液晶层在不施加电压的情况下具有一个对应于扭绞螺旋的稳态。在此情况下，主光轴与螺旋轴一致，但在驱动电压的作用下偏离稳态，从而在主轴的稳态方向平行或垂直于光偏振面的情况下，提供了显示器的电光响应，该电光响应表现出在光透射或光反射中对宽范围驱动电压频率上的驱动电压极性无滞后且不敏感的连续灰度级。假设在对称的矩形交替符号驱动电压脉冲的情况下，该元件还表现出在光透射饱和状态的包络曲线中“完美的”(即，能够产生任意灰度并与驱动电压极性无关)高频(即，高于1kHz)V形模式。本发明的不同实施例可使用铁电液晶或反铁电液晶。

在阅读了以下详细描述并参见附图之后将明了本发明的其他目的和优点。

附图说明