CN100565655C - 近晶态液晶显示屏显示用驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近晶态液晶显示屏显示用驱动电路，该驱动电路用于控制近晶态液晶显示屏的显示，该驱动电路包括控制模块、M个R波生成模块和N个D波生成模块，控制模块与所有R波生成模块和D波生成模块连接，R波生成模块和D波生成模块与近晶态液晶显示屏连接。本发明驱动电路可产生双极性高压脉冲，该双极性高压脉冲用于驱动液晶的排列状态发生改变，从而使显示屏显示各种图案。
Description
技术领域
本发明涉及一种驱动电路，具体地说，是涉及一种用于控制近晶态液晶显示屏显示的驱动电路。
背景技术
近晶态液晶在零下20度到60度之间为粘稠的浆糊状，若使其排列状态发生改变，需要使用正负双极性高压信号进行驱动。目前，STN屏幕和TFT液晶的TN屏幕使用的是双极性交流电压信号驱动，但该电压幅值非常低，在3V到5V之间，无法满足近晶态液晶的驱动需要。而等离子芯片驱动电压比较高，峰值一般大于60V以上，但该信号都是单极性脉冲方式，不是驱动近晶态液晶所需要的双极性脉冲信号。由此可见，由于近晶态液晶材料制作的显示屏的特殊性，其显示驱动需要一种双极性高压脉冲信号。因此，设计出一种产生双极性高压脉冲信号的电路是急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种近晶态液晶显示屏显示用驱动电路，该电路可产生双极性高压脉冲信号，以驱动近晶态液晶显示屏的显示。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种近晶态液晶显示屏显示用驱动电路，该驱动电路用于控制近晶态液晶显示屏的显示，该近晶态液晶显示屏包括第一基体层和第二基体层，在第一基体层与第二基体层之间设有一由近晶态液晶和添加物混合而成的混合层，该近晶态液晶为A类近晶态液晶有机化合物，该添加物为带导电特性的化合物，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，该第一与第二导电电极层形成一M×N的像素点阵列，其特征在于：该驱动电路包括控制模块、M个R波生成模块和N个D波生成模块，控制模块与所有R波生成模块和D波生成模块连接，R波生成模块和D波生成模块与近晶态液晶显示屏连接，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。
当显示时，驱动电路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，使像素点呈现出全透明或雾状状态，从而使显示屏显示出所需的文字或图案。
本发明的优点是：由于近晶态液晶需要高压双极性电压驱动，故本发明驱动电路将正、负向低压脉冲进行升压，并将正负单极性脉冲合成为双极性高压脉冲，以利用该双极性高压脉冲来驱动近晶态液晶的排列状态发生改变，从而使显示屏显示各种图案。另外，本发明驱动电路中控制输出的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。
附图说明
图1是近晶态液晶显示屏的组成示意图；
图2是排列成横竖点阵列状的第一和第二导电电极层示意图；
图3是本发明驱动电路组成框图；
图4是R波生成模块的电路原理图；
图5是D波生成模块的电路原理图；
图6是R波和D波的波形叠加示意图；
图7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；
图8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；
图9是说明近晶态液晶显示屏的驱动方式的一实例图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1至图2所示，本发明近晶态液晶显示屏显示用驱动电路是用于控制近晶态液晶显示屏显示的。该近晶态液晶显示屏1包括第一基体层11和第二基体层12，第一基体层11和第二基体层12的材料可选为玻璃或塑料。在第一基体层11与第二基体层12之间设有一由近晶态液晶和添加物混合而成的混合层13，即由图7中所示的近晶态液晶分子131与添加物分子132混合。该近晶态液晶为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，如十六烷基三乙基溴化铵等含有导电离子的化合物。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2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，该第一导电电极层14与第二导电电极层15形成一M×N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2所示的像素点3。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。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3所示，本发明驱动电路2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4和图5分别为R波生成模块、D波生成模块的具体电路图。如图4和图5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4所示，第一正电平变换单元221包括一CMOS反相器CMOS1，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CMOS1的输出端OutR+(下述反相器的构成类似于反相器CMOS1，不再赘述)。该反相器CMOS1的输入端InR+经一电容C1与控制模块21上与其相对应的信号输出端Out1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_R与第一导电电极层14的一个条状电极141相连。
如图5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VT11，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_D与第二导电电极层15的一个条状电极151相连。
在图4和图5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。
下面描述一下本发明驱动电路的工作原理。
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Out1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CMOS1进行电平变换，由反相器CMOS1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NMOS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±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±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VT11，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-D波幅值)＜阈值电压幅值＜(R波幅值+D波幅值)即可。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。
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。第一导电电极层14与第二导电电极层15形成了一个M×N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3，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状态。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6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，表现为由全透明变为雾状，或是由雾状变为全透明。若叠加后的波形幅值大于阈值电压幅值，且频率在50Hz左右，则像素点由全透明变雾状。若叠加后的波形幅值大于阈值电压幅值，且频率在1000Hz左右，则像素点由雾状变全透明。下面进行详述。
如图7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±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，像素点表现为由全透明变为雾状。
如图8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±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，像素点表现为由雾状变为全透明。
在实际实施时，可通过控制模块21调整输出频率，通过选择电路中的电阻阻值改变输出波形的幅值，进而改变施加在两导电电极层14和15上的电压大小和频率，而使近晶态液晶分子131的排列形态发生部分扭曲，产生不同程度的散光效应，在宏观上表现为雾状与全透明两个状态间的不同灰度阶的多种渐进状态，如半透明状态等。
以上是驱动电路2对某一像素点驱动的描述，对于整个近晶态液晶显示屏1，其显示方式是通过控制模块21中设定的驱动规则来进行的。下面以图9所示的像素点阵列为例，来说明驱动电路2对近晶态液晶显示屏1的显示控制。
如图9，该像素点阵列为3×3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。T11、T12、T13、T21、T22、T23、T31、T32、T33为两条状电极形成的像素点，例如，T11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R1和D1输出的波形共同控制，以驱动该像素点。
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，即R1～R3和D1～D3输出为0，然后R1输出固定的R波，R2和R3关闭，不输出R波，D1～D3串行输入所需的数据信号(图6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。
本发明的优点是：由于近晶态液晶需要高压双极性电压驱动，故本发明驱动电路将正、负向低压脉冲进行升压，并将正负单极性脉冲合成为双极性高压脉冲，以利用该双极性高压脉冲来驱动近晶态液晶的排列状态发生改变，从而使显示屏显示各种图案。另外，本发明驱动电路中控制输出的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。
Claims (7)
1、一种近晶态液晶显示屏显示用驱动电路，该驱动电路用于控制近晶态液晶显示屏的显示，该近晶态液晶显示屏包括第一基体层和第二基体层，在第一基体层与第二基体层之间设有一由近晶态液晶和添加物混合而成的混合层，该近晶态液晶为A类近晶态液晶有机化合物，该添加物为带导电特性的化合物，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，该第一与第二导电电极层形成一M×N的像素点阵列，其特征在于：
该驱动电路包括控制模块、M个R波生成模块和N个D波生成模块，控制模块与所有R波生成模块和D波生成模块连接，R波生成模块和D波生成模块与近晶态液晶显示屏连接，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。
2、根据权利要求1所述的近晶态液晶显示屏显示用驱动电路，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。
3、根据权利要求2所述的近晶态液晶显示屏显示用驱动电路，其特征在于：
所述第一信号合成单元由多个二极管构成。
4、根据权利要求1所述的近晶态液晶显示屏显示用驱动电路，其特征在于：
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。
5、根据权利要求4所述的近晶态液晶显示屏显示用驱动电路，其特征在于：
所述第二信号合成单元由多个二极管构成。
6、根据权利要求4所述的近晶态液晶显示屏显示用驱动电路，其特征在于：
所述正幅值控制单元和负幅值控制单元为变压器。
7、根据权利要求1至6中的任一项所述的近晶态液晶显示屏显示用驱动电路，其特征在于：
所述控制模块为单片机或FPGA。
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