專利名稱：膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶顯示器的矩陣驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及灰度彩色膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶顯示器的矩陣尋址方法和驅(qū)動(dòng)波形，所述顯示器能在沒有施加電場(chǎng)的情況下保持圖象的圖案。
經(jīng)典的液晶顯示器需要使用產(chǎn)生低亮度(特別是用于戶外時(shí))和具有嚴(yán)格視角關(guān)系的偏振器。這種液晶顯示器需要背照明，因此產(chǎn)生了很大的能量消耗。最近已開始對(duì)前二十年的膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶顯示器(ChLC)進(jìn)行研究。ChLC的特性是具有雙穩(wěn)性微域結(jié)構(gòu)，并可針對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行反射率調(diào)節(jié)。ChLC顯示器的理想特性是圖象保留性、很低的能耗、可調(diào)的單色圖象和多色圖象、灰度容量、較寬的工作溫度范圍和極佳的視角。兩個(gè)雙穩(wěn)定域結(jié)構(gòu)是平面狀態(tài)(分子相對(duì)于在相同方向上定向的螺旋軸呈螺旋狀排列)和微域?yàn)榫劢沟膱A錐狀態(tài)(每個(gè)微域由螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而微域的螺旋軸為多方向排列)?？梢噪娦钥刂坡菪€的方向。螺旋線反映出預(yù)選波長(zhǎng)譜內(nèi)的特定圓偏振(左手或右手)。反射率波譜的峰值λ與平均折射率n和ChLC的螺距p有關(guān)，即，λ＝nxp?？梢酝ㄟ^添加到扭轉(zhuǎn)的向列液體中的手征摻雜劑的量來調(diào)節(jié)ChLC的螺距以及波譜的峰值。當(dāng)ChLCs包含在兩個(gè)平行的透明襯底中時(shí)，可以看到反射的亮色彩(當(dāng)處于平面狀態(tài)的螺旋軸垂直于襯底表面時(shí))和散射透明外表面的弱光(當(dāng)聚焦的圓錐狀微域的螺旋軸平行于襯底表面時(shí))。當(dāng)將下襯底涂黑時(shí)，聚焦的圓錐狀態(tài)呈現(xiàn)暗色。由此可以產(chǎn)生平面的接通(ON)狀態(tài)和聚焦圓錐狀的斷開(OFF)狀態(tài)。通過控制液晶中平面狀態(tài)和聚焦錐形狀態(tài)的比例還可以產(chǎn)生灰度。這可以通過施加適當(dāng)電壓電平的電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。即使沒有電場(chǎng)，上述平面的和聚焦錐形的微結(jié)構(gòu)也是穩(wěn)定的。因此，只有在改變顯示器的圖象圖案時(shí)才需要能量，因此能耗很低。
當(dāng)在共用電極和象素的分段電極上施加一個(gè)電位差時(shí)，有效電壓是共用電極和分段電極之間的差，即V有效＝V共用－V分段因此，共用電極和分段電極的電壓是有極性的，而有效電壓則可以具有雙極性。然而，液晶分子對(duì)于正電壓和負(fù)電壓有相同形式的反應(yīng)。為了由極化的共用電壓和分段電壓產(chǎn)生負(fù)的效有電壓，可以在共用電極和分段電極上都施加適當(dāng)?shù)闹绷髌?，以便使最終的共用電壓和分段電有極性。用這種方式可以得到所有反相方案的負(fù)脈沖。

圖11中示出了在有電壓脈沖時(shí)給定ChLC的典型反射率/驅(qū)動(dòng)電壓曲線。
圖11中的值V1，V2，V3，V4，R1和R2取決于驅(qū)動(dòng)脈沖的持續(xù)時(shí)間和脈沖幅度。對(duì)于任何給定的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓小于閾值電壓V1時(shí)，反射率基本不變。閾值電壓V1由下列公式給出V1=π2K22δ0Δδdp]]>通過調(diào)節(jié)手征摻雜劑的濃度，可以得到紅、綠和藍(lán)色單層。通過將RGB(紅，綠，藍(lán))層重疊可以實(shí)現(xiàn)全色顯示。對(duì)于全色應(yīng)用，應(yīng)選擇紅、綠和藍(lán)的d/p比，使之相同并在10—15之間，以便使三種顏色的驅(qū)動(dòng)波形相似和使反射率足夠大。
按照本發(fā)明，提供一種驅(qū)動(dòng)LCD的方法，所述方法包括形成象素陣列，其特征在于具有以下步驟提供設(shè)在相互間隔的透明襯底之間的膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶，和提供復(fù)位脈沖及多個(gè)選擇脈沖從而形成最終的驅(qū)動(dòng)波形。
利用本發(fā)明可以形成ChLC(膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶)顯示器驅(qū)動(dòng)波形(液晶分子承受到的有效電壓)，這種波形對(duì)于暗狀態(tài)有明顯改進(jìn)，對(duì)于灰度的產(chǎn)生有更大的自由度。因此該驅(qū)動(dòng)波形可以由一個(gè)復(fù)位脈沖和若干或一些調(diào)幅的選擇脈沖構(gòu)成。多選擇脈沖的電壓電平可以彼此不同。選擇合適的選擇脈沖數(shù)量和每個(gè)選擇脈沖的電壓使之具有(i)較暗的聚焦圓錐狀態(tài)和(ii)對(duì)于灰度有較大的自由度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的固有反射率特性來確定脈沖電壓(見圖11)。在多路轉(zhuǎn)換尋址中，可以按非流水線方式(例如圖3)、流水線方式(例如圖4)或兩者的任何組合的方式設(shè)置復(fù)位脈沖V4。對(duì)于非流水線波形而言，可以觀察到將整個(gè)顯示器更新成亮平面狀態(tài)的掃描線，而在流水線波形中，整個(gè)顯示器被同時(shí)更新。另一方面，可以按照群集方式(參見圖3)、與其它行交錯(cuò)(見圖5)的方式、或兩者的任何組合來設(shè)置多選擇脈沖W11-W1n，W21-W2n。對(duì)于群集選擇脈沖的方法，掃描線從第一行開始掃描，而且在行掃描后出現(xiàn)清晰的圖案。對(duì)于選擇脈沖交錯(cuò)的方法，形成粗略圖象并在掃過更多的掃描線時(shí)逐漸形成精細(xì)和清晰的圖象。這種在上述多個(gè)選擇脈沖的數(shù)量和其幅度方面的新自由度對(duì)于減輕OFF聚焦圓錐狀態(tài)的模糊現(xiàn)象特別有用。通過選擇相中選擇脈沖的數(shù)量和多選擇脈沖的電壓可以獲得灰度。按照?qǐng)D11中給出的膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶的反射率特性，多選擇脈沖的電壓絕對(duì)值在V1和V2之間。多選擇脈沖的電壓越大，域結(jié)構(gòu)的聚焦錐度越大，因此得到的象素越暗。相反，多選擇脈沖的電壓越小，域結(jié)構(gòu)的平面狀態(tài)越平，則亮度越大，而且最終的象素反射越多。通過調(diào)節(jié)多個(gè)選擇脈沖的中間電壓電平可以得到灰度。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法的另一個(gè)特征是采用各種波形極性反轉(zhuǎn)的方式。推薦三種基本方式。這些方式有(i)在每個(gè)脈沖過后的立即使極性反轉(zhuǎn)(例如參見圖7)；(ii)使在幀周期內(nèi)的某些脈沖的極性反轉(zhuǎn)(例如參見圖8)；和(iii)在下一個(gè)幀周期使極性反轉(zhuǎn)(例如參見圖9)。還可以使這三種方式組合。例如，前兩種的組合可以是復(fù)位脈沖在其自身過后立即產(chǎn)生極性反轉(zhuǎn)，而且多選擇脈沖中的一半為正極性而另一半為負(fù)極性。通過使用較小的正的共用信號(hào)和較大的正的分段信號(hào)可以產(chǎn)生負(fù)脈沖。通過將合適的DC偏置與共用和分段信號(hào)相加可以得到這些波形。
下面將參照附圖并借助于實(shí)例對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法進(jìn)行描述。
圖1是表示當(dāng)對(duì)初始的亮反射平面狀態(tài)和初始的暗弱光散射聚焦錐形狀態(tài)施加電脈沖時(shí)膽甾醇結(jié)構(gòu)顯示器的反射特性的曲線圖。
圖2是單線驅(qū)動(dòng)波形，該波形由高復(fù)位脈沖和具有可變電壓電平的經(jīng)過平均電平多調(diào)幅的選擇脈沖在沒有極性反轉(zhuǎn)的情況下構(gòu)成。上述多選擇脈沖的電壓可以彼此不同。
圖3表示由若干波形構(gòu)成的多路轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)波形。每個(gè)波形由高復(fù)位脈沖和群集的具有可變電壓電平的并經(jīng)過平均電平多調(diào)幅的選擇脈沖在沒有極性反轉(zhuǎn)的情況下形成。波形的復(fù)位脈沖和多選擇脈沖為非流水線形式。
圖4表示由若干波形構(gòu)成的多路轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)波形。每個(gè)波形由一個(gè)高復(fù)位脈沖和群集的具有可變電壓電平的并經(jīng)過平均電平多調(diào)幅的選擇脈沖在沒有極性反轉(zhuǎn)的情況下形成。復(fù)位脈沖設(shè)置成流水線形式，而多選擇脈沖設(shè)置成非流水線形式。
圖5表示由若干波形構(gòu)成的多路轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)波形。每個(gè)波形由一個(gè)高復(fù)位脈沖和交錯(cuò)的具有可變電壓電平的并經(jīng)過平均電平多調(diào)幅的選擇脈沖在沒有極性反轉(zhuǎn)的情況下形成。波形的復(fù)位脈沖和多選擇脈沖設(shè)置成非流水線形式。
圖6表示由若干波形構(gòu)成的多路轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)波形。每個(gè)波形由一個(gè)高復(fù)位脈沖和交錯(cuò)的具有可變電壓電平的并經(jīng)過平均電平多調(diào)幅的選擇脈沖在沒有極性反轉(zhuǎn)的情況下形成。復(fù)位脈沖設(shè)置成流水線形式，而多選擇脈沖設(shè)置成非流水線形式。
圖7是單線驅(qū)動(dòng)波形，它由極性反轉(zhuǎn)的高復(fù)位脈沖和極性反轉(zhuǎn)的具有可變電壓電平的并經(jīng)過平均電平多調(diào)幅的選擇脈沖構(gòu)成。每個(gè)復(fù)位脈沖和選擇脈沖均在其自身脈沖過后立即極性反轉(zhuǎn)。
圖8是單線驅(qū)動(dòng)波形，它由高復(fù)位脈沖和具有可變電壓電平的并經(jīng)過平均電平多調(diào)幅的選擇脈沖構(gòu)成。多選擇脈沖中的某些脈沖具有相反的極性。
圖9是單線驅(qū)動(dòng)波形，它由兩個(gè)幀周期構(gòu)成。每個(gè)幀周期由一個(gè)高復(fù)位脈沖和具有可變電壓電平的并經(jīng)過平均電平多調(diào)幅的選擇脈沖構(gòu)成。相鄰幀周期的復(fù)位脈沖和多選擇脈沖具有相反的極性。
圖10是由兩個(gè)透明襯底構(gòu)成的簡(jiǎn)化的單層膽甾醇結(jié)構(gòu)顯示器的剖面圖。在每一個(gè)透明襯底的內(nèi)表面上，成排地涂有透明銦錫氧化物(ITO)電極，而且在ITO電極的上面涂覆聚酰亞胺層。這兩個(gè)表面之間具有包含膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶的空腔，而且在顯示器的周邊用環(huán)氧樹脂密封該空腔。
圖11是表示膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶顯示器的反射率相對(duì)于驅(qū)動(dòng)脈沖電壓的單線波形。
應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“流水線”或本文中所用類似術(shù)語是指脈沖的重疊關(guān)系。換句話說，這些脈沖同時(shí)出現(xiàn)。
圖3中示意性地示出了非流水線復(fù)位脈沖V和非流水線群集的多選擇脈沖W的多路轉(zhuǎn)換波形實(shí)例。
圖4中示意性地示出了流水線復(fù)位脈沖V和非流水線群集的多選擇脈沖W的多路轉(zhuǎn)換波形實(shí)例。
圖5中示意性地示出了非流水線復(fù)位脈沖V和非流水線交錯(cuò)的多選擇脈沖W的多路轉(zhuǎn)換波形實(shí)例，其中V1＜wij＜V2。
圖6中示意性地示出了流水線復(fù)位脈沖V和非流水線間隔的多選擇脈沖W的多路轉(zhuǎn)換波形實(shí)例。
圖7中示意性地示出了在每個(gè)脈沖過后立即反轉(zhuǎn)的多選擇脈沖V和—V的實(shí)例。
圖8中示意性地示出了多選擇脈沖V和—V的實(shí)例，在同一幀周期內(nèi)由其它脈沖—W反轉(zhuǎn)極性。
圖9中示意性地示出了多選擇脈沖V，—V的實(shí)例，在下一個(gè)或緊接其后的幀周期中反轉(zhuǎn)極性。
如圖中所示，本發(fā)明所述實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)如下1.利用得到的驅(qū)動(dòng)波形驅(qū)動(dòng)象素陣列的方法，所述驅(qū)動(dòng)波形由高復(fù)位脈沖和多個(gè)具有確定脈沖寬度的可變幅度的選擇脈沖構(gòu)成，所述象素陣列設(shè)置成多行和多列，其中在兩個(gè)透明襯底之間填有膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶。通過脈沖寬度和膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶的反射率特性來確定驅(qū)動(dòng)波形中所有脈沖的電壓電平(例如參見圖11)。
2.上面給出的多路轉(zhuǎn)換尋址驅(qū)動(dòng)波形的復(fù)位脈沖可以設(shè)置成流水線方式、非流水線方式、部分行為流水線及部分行為非流水線方式(例如參見圖3，圖4，圖5和圖6)。復(fù)位脈沖的電壓大于或等于膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶反射率特性給出的復(fù)位電壓(即，圖11中的V4)。
3.可以通過群集到一起(例如，參見圖3和圖4)、通過與其它行交錯(cuò)(例如，參見圖5和圖6)或?qū)烧唠S意組合來設(shè)置多路尋址驅(qū)動(dòng)波形的多選擇脈沖。多選擇脈沖電壓的絕對(duì)值處于閾值電壓和由液晶反射率特性給出的最小反射率的電壓之間(即，圖11中的V1和V2)。
4.借助驅(qū)動(dòng)波形中每個(gè)脈沖之后立即進(jìn)行的極性反轉(zhuǎn)可以改變驅(qū)動(dòng)波形。在幀周期中每個(gè)脈沖后立即施加極性相反但幅度相同的脈沖。圖7中可看到相應(yīng)的實(shí)例。
5.借助于在幀周期內(nèi)極性反轉(zhuǎn)的一些包括復(fù)位脈沖和多選擇脈沖的脈沖，可以改變驅(qū)動(dòng)波形。圖8中可以看到相應(yīng)的實(shí)例。
6.借助于下一個(gè)幀中與當(dāng)前幀相反的脈沖極性可以改變驅(qū)動(dòng)波形。下一個(gè)幀周期的多選擇脈沖可設(shè)置得與當(dāng)前幀不同。圖9中示出了相應(yīng)的實(shí)例。
7.通過將上述驅(qū)動(dòng)波形組合可以改變共用驅(qū)動(dòng)波形。
8.通過調(diào)節(jié)上述波形中多選擇脈沖的適當(dāng)電壓電平可以產(chǎn)生灰度?；叶人娇赏ㄟ^電壓電平進(jìn)行確定，所述電壓電平的絕對(duì)值處于閾值電壓和與膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶反射率特性相應(yīng)的最小反射率的電壓之間(例如，參見圖11)。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動(dòng)LCD的方法，包括形成象素陣列，其特征在于具有以下步驟提供布置在彼此間隔的透明襯底之間的膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶，和施加復(fù)位脈沖及多選擇脈沖從而形成最終的驅(qū)動(dòng)波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選擇脈沖包括調(diào)幅選擇脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，選擇脈沖包括多個(gè)具有確定脈沖寬度的可變幅度的選擇脈沖。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于多路轉(zhuǎn)換尋址驅(qū)動(dòng)波形，和從由流水線及非流水線布局構(gòu)成的一組脈沖中選出的復(fù)位脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，部分行是流水線的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，部分行是非流水線的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，復(fù)位脈沖電壓值至少不小于由具有反射特性的膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶形成的復(fù)位電壓值(V4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，復(fù)位脈沖電壓大于V4。
9.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，多路驅(qū)動(dòng)波形的選擇脈沖可設(shè)置成群集在一起、與其它行交錯(cuò)、或?qū)⑺鋈杭问胶徒诲e(cuò)形式組合的形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，選擇脈沖的電壓絕對(duì)值處于閾值電壓和液晶最小反射率特性的電壓(V1，V2)之間。
11.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在驅(qū)動(dòng)波形中的每個(gè)脈沖之后驅(qū)動(dòng)波形立即極性反轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，向幀周期內(nèi)每個(gè)脈沖施加極性相反但幅度相同的脈沖。
13.根據(jù)權(quán)利要求1—10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，驅(qū)動(dòng)波形脈沖中的至少一些脈沖在幀周期內(nèi)極性相反。
14.根據(jù)權(quán)利要求1—10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，驅(qū)動(dòng)波形中接續(xù)脈沖的極性與其前面緊鄰的或緊接的脈沖的極性相反。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，接續(xù)的幀周期的多選擇脈沖的結(jié)構(gòu)與緊接的脈沖不同。
16.根據(jù)權(quán)利要求11—15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，共用驅(qū)動(dòng)波形包括所述波形的結(jié)合。
17.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，提供通過調(diào)節(jié)所述波形的多選擇脈沖的合適電壓電平產(chǎn)生的灰度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，通過各電壓電平來確定灰度水平，所述各電壓電平的絕對(duì)值處于閾值電壓和與膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶的反射率特性相應(yīng)的最小反射率的電壓之間。
19.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，利用膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶反射率特性的脈沖寬度來確定驅(qū)動(dòng)波形中所有脈沖的電壓電平。
全文摘要
本發(fā)明涉及驅(qū)動(dòng)LCD的方法,包括形成象素陣列,其特征在于具有以下步驟,提供布置在彼此間隔的透明襯底之間的膽甾醇結(jié)構(gòu)液晶,和施加復(fù)位脈沖及多選擇脈沖從而形成最終的驅(qū)動(dòng)波形。因此所展示的驅(qū)動(dòng)方案或方法包括復(fù)位脈沖和選擇脈沖,后者所指的脈沖具有多種選擇脈沖的自由度。這些方案可提供灰度,并改進(jìn)了選擇性。本發(fā)明中還利用了波形反轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)G09G3/20GK1332385SQ0111600
公開日2002年1月23日 申請(qǐng)日期2001年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月4日
發(fā)明者楊偉梁, 李澤康, 林兆坤, 梁澄川, 盧柏芝, 楊望東 申請(qǐng)人:瓦智能Bvi有限公司, 特倫斯·萊斯莉·約翰遜