CN101290752A - 液晶显示元件及其驱动方法和具有液晶显示元件的电子纸 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶显示元件及其驱动方法和具有液晶显示元件的电子纸。该驱动液晶显示元件的方法包括：第一步骤，用于初始化像素中的液晶并且在像素显示初始灰度；以及第二步骤，用于通过使在低于参考灰度的低灰度之间的累积时间差比在高于参考灰度的高灰度之间的累积时间差更长，来显示低于初始灰度的所需灰度，其中累积时间差是在为了显示低于初始灰度的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间与为了显示比低于初始灰度的该灰度低一级的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间之间的差值。本发明能够实现高显示质量的多灰度显示而在低灰度级没有模糊、虚像和灰度跳变。

Description

液晶显示元件及其驱动方法和具有液晶显示元件的电子纸
技术领域
本发明涉及一种用于通过驱动液晶来显示图像的液晶显示元件及其驱动方法和具有该元件的电子纸。
背景技术
近来，对电子纸的开发在各企业和大学中进行地如火如荼。有前途的电子纸应用领域首当其冲包括电子书领域以及包括诸如移动终端的子显示器和IC卡显示单元等便携装置领域。在电子纸中使用的一类显示元件是使用其中形成有胆甾相(cholesteric phase)的液晶组成的液晶显示元件(这样的组成称为“胆甾型液晶”或者“手征丝状液晶(chiral nematic liquid crystal)”而下文称为胆甾液晶)。胆甾型液晶具有优良特征，比如半持久显示内容保持性质(存储器特性)、颜色鲜明的显示、高对比度和高分辨率。
专利文献1：JP-A-2001-228459
专利文献2：JP-A-2003-228045
专利文献3：JP-A-2000-2869
专利文献4：JP-A-2000-147466
专利文献5：JP-A-2000-171837
专利文献6：国际专利
公开号06/103738小册子
非专利文献1：Nam-Seok Lee、Hyun-Soo Shin等人的《A novel DynamicDrive Scheme for Reflective Cholesteric Displays》，SID 02 DIGEST，第546-549页，2002年
非专利文献2：Y.-M.Zhu、D.-K.Yang的《Cumulative Drive Schemes forBistable Reflective Cholesteric LCDs》，SID 98DIGEST，第798-801页，1998年
现在将对现有技术中的文献进行描述，这些文献公开了利用胆甾液晶的多灰度显示方法以及这些方法的问题。
例如，专利文献1和2公开了称为动态驱动的方法，其中使用在驱动波形的三个部分(即预备部分、选择部分和演变部分)之中的选择部分中的幅值、脉冲宽度或者相位差来显示中间灰度。虽然这样的动态驱动方法允许高速驱动，但是出现中间灰度具有高颗粒度的问题。
一般而言，动态驱动需要用以允许输出多种电压的专用驱动设备(驱动器)，并且可能由于驱动器的制造和驱动器控制电路的复杂程度而造成成本增加。
非专利文献1公开一种使用廉价通用STN驱动器来实施的动态驱动方法。然而，从该方法中无法指望消除导致动态驱动问题中的高颗粒度。
专利文献3公开了一种具有如下步骤的方法：将第一脉冲施加到液晶以使其处于于场致向列态(homeotropic state)；紧接在第一脉冲之后施加第二脉冲和第三脉冲，以使用第二脉冲与第三脉冲之间的电势差来显示所需灰度。根据这一驱动方法，保持关于中间灰度的颗粒度的关注并且出现由于需要高驱动电压所以无法以廉价配置来制造元件的另一问题。
根据现有技术的所有上述驱动方法是利用随后将描述的图4中所示的中间灰度区B的驱动方法。因此，虽然这些方法允许高速驱动，但是它们由于由此获得的图像的大颗粒度而具有显示质量的问题。在非专利文献2中公开了一种利用如图3中所示的中间灰度区A的驱动方法，而该方法仍然有问题。
非专利文献2公开了如下方法：，该方法利用液晶所独有的累积响应(改写)特性，通过将相对短的脉冲施加到液晶以准移动画面的速率级上的高速度逐渐地将液晶从平面状态驱动到焦点圆锥状态或者从焦点圆锥状态驱动到平面状态。
然而，这一方法需要高达50V至70V的驱动电压以在这样相对高的速度下执行驱动，因此它可能造成成本增加。另外，称为“两阶段累积驱动方案”的该方法涉及到两个阶段，即“预备阶段”和“选择阶段”。由于在这些阶段分别使用两个方向上的响应，即朝着平面状态的累积响应和朝着聚焦圆锥状态的累积响应(中间灰度区A和中间灰度区B)，所以出现显示质量的问题。
专利文献4和5公开了包括使用快速前向模式的方法，该模式利用了重置到聚焦圆锥状态。虽然这样的方法提供较上述方法而言相对高的对比度，但是在重置之后的写入需要高电压，该高电压是使用通用STN驱动器难以供应的。另外，这样的方法具有如下问题，它由于在聚焦圆锥状态到平面状态过程中以累积方式写入灰度而造成半选择或者未选像素的串扰增加。
专利文献6公开了如下方法，该方法利用液晶的累积响应(改写)，使用具有低击穿电压的廉价通用驱动器，来实现具有液晶显示元件的高均匀性的多灰度显示器。根据这一方法，多次施加脉冲电压到液晶层以逐步改变驱动电压和脉冲宽度，由此利用具有大裕度的区域(中间灰度区A)控制液晶从初始状态(即反射状态)改变成预定中间灰度状态。由于因此可以避免驱动电压的增加，所以可以使用具有低击穿电压并且提供二进制输出的廉价通用驱动器来实施该方法。另外，由于这一方法允许使用具有大裕度的区域转换灰度级，所以可以高均匀性地实现多灰度显示器。然而，这一方法具有如下问题。
第一个问题在于在显示屏上会出现模糊和虚像。由于在这一方法中使用的重置元件的重置电压依赖于待显示的图像数据，所以重置效果因像素而变化。结果，显示的字符可能模糊并且可能出现虚像。
第二个问题在于当显示低灰度时会出现灰度跳变。根据这一显示方法，在最低灰度(黑色)与比最低灰度高一级的灰度之间有大的亮度差，而当显示低灰度时出现灰度跳变明显的问题。根据这一方法，以累积方式通过施加短脉冲，在第一扫描时写入白色和黑色而在后续扫描时写入中间灰度。然而，累积响应因低灰度而降级。这造成在最低灰度与通过将±20V的电压脉冲施加到液晶层来写入的比最低灰度高一级的灰度之间大的亮度差。
第三个问题在于重写时间增加。例如在具有XGA分辨率的屏幕情况下，根据现有技术的该显示方法需要5.4秒的重置时间和6.9秒的灰度写入时间。因此，在完成重置之前至少有5.4秒无法识别所显示的内容。在该情形之下，需要一种即使对比度有一些减少也能在约2秒内实现显示的新颖显示方法。
发明内容
根据实施例的一个方面，提供一种驱动液晶显示元件的方法，其包括：第一步骤，用于初始化像素中的液晶并且在像素显示初始灰度；以及第二步骤，用于通过使在低于参考灰度的多个低灰度之间的累积时间差比在高于参考灰度的多个高灰度之间的累积时间差更长，来显示低于初始灰度的所需灰度，其中累积时间差是在为了显示低于初始灰度的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间与为了显示比低于初始灰度的该灰度低一级的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间之间的差值。
根据实施例的另一方面，一种液晶显示元件包括：在基板对之间封闭的液晶；像素，包括液晶和将液晶夹在中间的电极对；以及驱动设备，用于通过执行第一步骤和第二步骤来显示多个灰度，第一步骤用于初始化像素中的液晶并且在像素显示初始灰度，而第二步骤用于通过使在低于参考灰度的多个低灰度之间的累积时间差比在高于参考灰度的多个高灰度之间的累积时间差更长，来显示低于初始灰度的所需灰度，其中累积时间差是在为了显示低于初始灰度的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间与为了显示比低于初始灰度的该灰度低一级的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间之间的差值。
根据实施例的另一方面，提供一种包括根据本发明的液晶显示元件的电子纸。
本发明能够实现高显示质量的多灰度显示而在低灰度级没有模糊、虚像和灰度跳变。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的液晶显示元件1的示意配置；
图2示意地示出了根据本发明实施例的液晶显示元件1的剖面配置；
图3示出了液晶显示元件在平面状态下的反射谱的例子；
图4示出了胆甾液晶的电压-反射率特性的例子；
图5是示出了当电压脉冲累积地施加到在根据本发明实施例的液晶显示元件1中所使用的胆甾液晶时，观察到的显示屏亮度的曲线图；
图6是示出了在本发明实施例中在像素处显示的灰度与向胆甾液晶累积地施加电压脉冲的累积电压施加时间之间关系的曲线图；
图7A至图7C示出了在根据本发明实施例的液晶显示元件1中所使用的胆甾液晶的电压脉冲响应特性的例子；
图8A至图8D示意地示出了在驱动根据本发明实施例的液晶显示元件1的方法的第一步骤S1所获得的显示屏；
图9示出了在根据本发明实施例的液晶显示元件1的方法的第一步骤S1使用的各种电压的值；
图10是示出了向根据本发明实施例的液晶显示元件1中所使用的胆甾液晶施加的电压脉冲的频率与胆甾型液晶的电容量之间关系的曲线图；
图11是用于说明在驱动根据本发明的液晶显示元件1的方法的第二步骤S2的灰度显示的示意图；
图12示出了在驱动根据本发明实施例的液晶显示元件1的方法的第二步骤S2输出的各种电压的电压值；
图13示出了根据本发明实施例的液晶显示元件1的灰度曲线；
图14示出了根据本发明实施例的液晶显示元件1的示意配置；
图15是根据本发明实施例的液晶显示元件1的驱动时序图；
图16是示出了根据本发明实施例的改型1的液晶显示元件的灰度与累积电压施加时间之间关系的曲线图；
图17A至图17C示意地示出了在根据本发明实施例的改型2的液晶显示元件的屏幕上显示的内容；
图18A至图18B是根据本发明实施例的改型3的电子纸的流程图；
图19是示出了在根据本发明实施例的改型3的液晶显示元件的扫描电极的扫描速度与其显示屏对比度的减少之间关系的曲线图；
图20示意地示出了根据现有技术能够全色显示的液晶显示元件的剖面配置；以及
图21A和图21B是示意地示出了根据现有技术的液晶显示元件的一个液晶层的剖面配置的示意图。
具体实施方式
图20示意地示出了能够使用胆甾液晶进行全色显色的液晶显示元件51的剖面配置。液晶显示元件51具有从元件的显示表面依次堆叠蓝色(B)显示部分46b、绿色(G)显示部分46g和红色(R)显示部分46r的结构。在示意图中，上基板(upper substrate)47b所在的元件一侧是显示表面，而(实线箭头代表的)外侧光从基板47b上方入射到显示表面上。在基板47b上方示意地示出观看者的眼睛及其观看方向(虚线箭头所示)。
B显示部分46b包括在一对上基板47b与下基板49b之间封闭的用于蓝色(B)的液晶层43b以及用于将预定脉冲电压施加到B液晶层43b的脉冲电压源41b。G显示部分46g包括在一对上基板47g与下基板49g之间封闭的用于绿色(G)的液晶层43g以及用于将预定脉冲电压施加到G液晶层43g的脉冲电压源41g。R显示部分46r包括在一对上基板47r与下基板49r之间封闭的用于红色(R)的液晶层43r以及用于将预定脉冲电压施加到R液晶层43r的脉冲电压源41r。光吸收层45设置于R显示部分46r的下基板49r的背面上。
在各B、G和R液晶层43b、43g和43r中使用的胆甾液晶是通过将相对大量手征性添加物(也称为手征性材料)添加到丝状液晶使得液晶具有数十个重量百分比的手征性含量来获得的液晶混合物。当在丝状液晶中包括相对大量手征性材料时，可以形成胆甾相，也就是丝状液晶分子的大螺旋扭转。
胆甾液晶具有双稳态(存储器特性)，并且可以通过调节向液晶施加的电场的强度将液晶置于平面状态、焦点圆锥状态以及平面状态和焦点圆锥状态混合的中间状态中的任一状态下。一旦进入平面状态、焦点圆锥状态或者将上述状态混合的中间状态，即使去除电场，液晶在此后也稳定地保持于该状态。
当在上基板47与下基板49之间施加预定高电压以将强电场施加到液晶层43时，液晶分子的螺旋结构完全地分解，并且所有液晶分子进入根据电场的方向来排列它们的场致向列态。当电场在场致向列态下骤然变为零时，液晶分子的螺旋轴变得垂直于上基板47和下基板49的基板表面。结果，液晶层43进入有选择地反射与螺距(helical pitch)一致的光束的平面状态。相反地，在上基板47与下基板49之间施加例如低于上述高电压的预定电压，以施加这样的低电场使得液晶分子的螺旋结构不会分解成螺旋晶体层43并且使电场随后骤然变为零，然后使液晶分子的螺旋轴平行于上基板47和下基板47的基板表面。结果，液晶层43进入焦点圆锥状态，在该状态下液晶层43透射入射在其上的光。该焦点圆锥状态也可以通过将强电场施加到液晶层43并且随后缓慢地去除该电场来获得。
例如，可以通过施加比用于在上基板47与下基板49之间获得焦点圆锥状态的电压更低的电压以将电场施加到液晶层43并且随后使电场骤然为零来获得平面状态和焦点圆锥状态混合的中间状态。利用这一现象来显示信息。
图21A和图21B是用于说明使用这样的胆甾液晶的液晶显示元件51来执行显示的原理的示意图。在图21A和图21B中，B显示部分46b作为例子示出以说明液晶显示元件51的显示原理。图21A示出了当B显示部分46b的B液晶层43b在平面状态下时观察到的胆甾液晶的液晶分子33的排列。如图21A中所示，在平面状态下，液晶分子33在基板的厚度方向上依次旋转以形成螺旋结构，螺旋结构的螺旋轴基本上垂直于基板表面。
在平面状态下，在液晶层有选择地反射与液晶分子33的螺距一致的预定波段中的光束。这时，被反射的光束根据螺距的手征性为右旋圆偏振光束(circularly polarized beam)或者左旋圆偏振光束，而其它类型的光被透射。由于自然光是左旋圆偏振光束和右旋圆偏振光束的混合物，所以当自然光入射到处于平面状态下的液晶层上时，可以认为在预定波段中50％的入射光被反射而50％的入射光被透射。出现最大反射的波长λ由λ＝n·p给定，其中n代表液晶层的平均折射率而p代表螺距。反射波段Δλ随着液晶的折射率各向异性Δn而变大。
因此，为了在平面状态下在B显示部分46b的B液晶层43b有选择地反射蓝色光，例如设置平均折射率n和螺距p使得λ＝480nm成立。可以通过选择液晶材料和手征性材料来调节平均折射率n，并且可以通过调节手征性材料含量来调节螺距p。
图21B示出了当B显示部分46b的B液晶层43b在焦点圆锥状态下时观察到的胆甾液晶的液晶分子33的排列。如图21B中所示，在焦点圆锥状态下，液晶分子33在基板的平面内方向上依次旋转以形成螺旋结构，螺旋结构的螺旋轴基本上平行于基板表面。在焦点圆锥状态下，B液晶层43b失去对将要反射的波长的选择性，该层使多数入射光透射。由于透射光被位于R显示部分46r的下基板49r的背侧表面上的光吸收层45吸收，所以可以显示暗状态(黑色)。
在平面状态和焦点圆锥状态混合的中间状态下，根据在平面状态和焦点圆锥状态之间的存在比来调节反射光与透射光之比，并且反射光的强度相应地变化。因此有可能根据反射光的强度来执行多灰度显示。
如是所述，在胆甾液晶中，可以通过液晶分子33的螺旋扭转排列来控制反射光的量。以与B液晶层43b相同的方式分别在G液晶层43g和R液晶层43r中封闭用于在平面状态下有选择地反射绿色光和红色光的胆甾液晶。由此制作用于全色显示的液晶显示元件51。液晶显示元件51具有存储器特性，因此除了重写屏幕时之外，该元件可以在不消耗电力的情况下执行全色显示。
现在将参照图1至图19对根据本发明实施例的液晶显示元件、该元件的驱动方法和具有该元件的电子纸进行描述。将通过例如参照使用用于蓝色(B)、绿色(G)和红色(R)的胆甾液晶的液晶显示元件1来描述本实施例。图1示出了本实施例的液晶显示元件1的示意配置。图2示意地示出了沿着在图1的水平方向上延伸的虚线获得的液晶显示元件1的剖面配置。
如图1和图2中所示，液晶显示元件1包括用于在平面状态下有选择地反射蓝色(B)光作为选择波段的B显示部分(第一显示部分)、用于在平面状态下有选择地反射绿色(G)光作为选择波段的G显示部分(第二显示部分)6g以及用于在平面状态下有选择地反射红色(R)光作为选择波长的R显示部分(第三显示部分)6r。从元件的光进入表面(显示表面)依次堆叠B、G和R显示部分6b、6g和6r。
B显示部分6b包括基板对、即彼此相对设置的上基板7b和下基板9b以及在基板7b与9b之间封闭的B液晶层3b。B液晶层3b具有为了提供用于有选择地反射蓝色光的右手光学旋转功率(右手手征性)而调节的平均反射率n和螺距p。该层由胆甾型液晶构成，该胆甾液晶在平面状态下反射蓝色的右旋圆偏振光束而透射其它颜色的光，并且在焦点圆锥状态下透射基本上所有种类的光。
G显示部分6g包括基板对、即彼此相对设置的上基板7g和下基板9g以及在基板7g与9g之间封闭的G液晶层3g。G液晶层3g具有为了提供用于有选择地反射绿色光的左手光学旋转功率(左手手征性)而调节的平均反射率n和螺距p。该层由胆甾液晶构成，该胆甾液晶在平面状态下反射绿色的左旋圆偏振光束而透射其它颜色的光，并且在焦点圆锥状态下透射基本上所有种类的光。
R显示部分6r包括基板对、即彼此相对设置的上基板7r和下基板9r以及在基板7r与9r之间封闭的R液晶层3r。R液晶层3r具有为了提供用于有选择地反射红色光的右手光学旋转功率(右手手征性)而调节的平均反射率n和螺距p。该层由胆甾液晶构成，该液晶在平面状态下反射红色的右旋圆偏振光束而透射其它颜色的光，并且在焦点圆锥状态下透射基本上所有种类的光。
获得根据本实施例的液晶显示元件1的重要因素包括液晶显示元件1的结构以及形成该元件的材料的物理性质。通过将手征性材料添加到丝状液晶混合物中以实现范围从10％到40％的手征性材料重量含量来提供构成各R、G和R液晶层3b、3g和3r的胆甾液晶。手征性材料含量是在丝状液晶成分和手征性材料的总重量比为100％这一假设下代表的值。可以使用现有技术中已知的各种类型的丝状液晶。为了使用于液晶层3b、3g和3r的驱动电压保持相对地低，液晶优选具有满足15≤Δε≤35的介电常数各向异性Δε。在介电常数各向异性Δε大于该范围的情况下，液晶层3b、3g和3r具有小的特定电阻，虽然驱动电压本身可以保持为低。这一点并不优选，因为液晶显示元件1的功率消耗将因此增加，尤其是在高温时。胆甾液晶的折射率各向异性Δn优选地具有满足0.18≤Δn≤0.24的值。在折射率各向异性Δn小于该范围的情况下，液晶层3b、3g和3r在平面状态下具有过小的折射率。在折射率各向异性Δn大于该范围的情况下，液晶层3b、3g和3r在焦点圆锥状态下具有大的发散反射，并且这些层具有粘性而降低响应速度。
在用于蓝色和红色的胆甾液晶中添加的手征性材料是具有与在用于绿色的胆甾液晶中添加的手征性材料的光学旋转功率不同的光学旋转功率的光学异构体。因此，用于蓝色和红色的胆甾液晶就光学旋转功率而言彼此相同但与用于绿色的胆甾型液晶不同。
图3示出了液晶层3b、3g和3r在平面状态下的反射谱的例子。水平轴代表反射光的波长(nm)，而垂直轴代表反射率(相对于白色板的反射率而言的百分比)。图中连接黑色三角符号的曲线代表了B液晶层3b的反射谱。类似地，图中连接黑色方形符号的曲线代表了G液晶层3g的反射谱，而图中连接黑色菱形符号的曲线代表了R液晶层3r的反射谱。
如图3中所示，液晶层3b、3g和3r在平面状态下的反射谱的中心波长具有与上述层列出的顺序相同的升序的量值。在由B、G和R显示部分6b、6g和6r形成的多层结构中，在平面状态下，G液晶层3g的光学旋转功率不同于B和R液晶层3b和3r的光学旋转功率。因此，在图3中所示在蓝色与绿色反射谱之间以及在绿色与红色反射谱之间出现重叠的区域中，右旋圆偏振光束可以由B液晶层3b和R液晶层3r反射，而左旋圆偏振光束可以由G液晶层3g反射。结果，可以减少反射光的损失以提高液晶显示元件1的显示屏的亮度。
上基板7b、7g和7r以及下基板9b、9g和9r必须具有半透明性。在本实施例中使用以10(cm)×8(cm)的纵向和横向尺寸切割的膜基板对。膜基板可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)等制成。由这样的材料制成的膜基板具有充分的挠性。可以取代膜基板而使用玻璃基板。尽管上基板7b、7g和7r以及下基板9b、9g和9r在本实施例中都具有板半透明性，但是在元件的底部设置的R显示部分6r的下基板9r也可以是不透明的。
如图1和图2中所示，条带形式的多个数据电极19b平行地形成为在图1的垂直方向上延伸，这些电极位于B显示部分6b的下基板9b的设置有B液晶层3b的一侧上。图2中的参考标号19b代表了设置有多个数据电极19b的区域。条带形式的多个扫描电极17b平行地形成为在图1的水平方向上延伸，这些电极位于上基板7b的设置有B液晶层3b的一侧上。如图1中所示，当在形成有电极的表面的法向方向上观察上基板7b和下基板9b时，多个扫描电极17b和数据电极19b彼此相对设置为相交。在本实施例中，通过图案化透明电极来形成形式为具有0.12mm节距的条带的480个扫描电极17b和640个数据电极19b，以实现具有460×640个点阵的VGA显示器。在将B液晶层3b夹入中间的电极17b与19b之间的各交点构成B像素12b。以480行和640列矩阵的形式设置多个B像素12b。
类似于B显示部分6b，以480个扫描电极17g、640个数据电极19g形成G显示部分6g，而以480行和640列矩阵的形式布置G像素12g(未示出)。类似地，在R显示部分6r处形成扫描电极17r、数据电极19r和R像素12r(未示出)。一组B、G和R像素12b、12g和12r构成液晶显示元件1的一个像素12。以矩阵形式布置像素12以形成显示屏。
对于用以形成扫描电极17b、17g、17r以及数据电极19b、19g、19r的材料，例如通常使用氧化铟锡(ITO)。然而，可以替代地使用由氧化铟锌(IZO)等制成的透明导电膜。
载有用于驱动多个扫描电极17b、17g和17r的扫描电极驱动器IC的扫描电极驱动电路25连接到上基板7b、7g和7r。载有用于驱动多个数据电极19b、19g和19r的数据电极驱动器IC的数据电极驱动电路27连接到下基板9b、9g和9r。提供了包括扫描电极驱动电路25和数据电极驱动电路27的驱动部24。
扫描电极驱动电路25基于由控制电路部23输出的预定信号来选择三个预定扫描电极17b、17g和17r，并且同时输出扫描信号到三个扫描电极17b、17g和17r。数据电极驱动电路27基于由控制电路部23输出的预定信号，将用于所选择的扫描电极17b、17g和17r上的B、G和R像素12b、12g和12r的图像数据信号输出到相应数据电极19b、19g和19r。例如，使用具有TCP(带载封装)结构的通用STN驱动器IC作为用于扫描电极和数据电极的驱动器IC。提供了包括控制电路部23和驱动部24的驱动单元。该驱动单元通过执行第一步骤和第二步骤来显示多个灰度，其中该第一步骤用于初始化像素中的液晶并且在该像素显示初始灰度，该第二步骤用于通过使在低于参考灰度的低灰度之间的累积时间差比在高于参考灰度的高灰度之间的累积时间差更长，来显示低于初始灰度的所需灰度，其中累积时间差是在为了显示低于初始灰度的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间与为了显示比在初始灰度之下的该灰度低一级的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间之间的差值。下面将参考图14描述包括控制电路部23的驱动单元的具体结构。
在本实施例中，由于可以使用于B、G和R液晶层3b、3g和3r的驱动电压基本上彼此相等，所以扫描电极驱动电路25的预定输出端子共同连接到扫描电极17b、17g和17r的预定输入端子。结果，无需为各B、G和R显示部分6b、6g和6r提供扫描电极驱动电路25，而液晶显示元件1的驱动电路在配置上可以简化。另外，由于可以减少扫描电极驱动器IC，所以可以低成本提供液晶显示元件1。可以在情形需求时共同使用用于B、G和R的扫描电极驱动电路25的输出端子。
各电极17b和19b优选地涂覆有功能膜，即用于控制液晶分子排列的排列膜和绝缘膜(两种膜均为示出)。绝缘膜具有防止电极17b与19b之间短路的功能，并且用作提高液晶显示元件1的可靠性的气体阻挡层。聚酰亚胺树脂或者丙烯酸树脂(acryl resin)可以用于排列膜。例如，基板完全地涂覆有覆盖电极17b和19b的排列膜。排列膜也可以用作为绝缘薄膜。当绝缘薄膜的厚度过大时，液晶的驱动电压变得过高以至于无法由通用STN驱动器恰当地控制。反言之，当没有提供绝缘薄膜时，由于漏电流可以流动，所以液晶显示元件1具有更高功率消耗。由于绝缘薄膜具有比液晶的介电常数明显更小的约为5的介电常数，所以膜的优选厚度约为0.3μm或者更少。例如，绝缘薄膜可以是SiO2薄膜或者由已知作为排列稳定膜的聚酰亚胺树脂或者丙烯酸树脂制成的有机膜。
如图2中所示，B液晶层3b通过施加在上基板7b和下基板9b的外围的密封材料21b而封闭于基板7b于9b之间。B液晶层3b必须具有均匀厚度(单元间隙)d。为了维持预定单元间隙，由树脂或者无机氧化物制成的球形间隔物分散于B液晶层3b中。可选地，多个柱形间隔物形成于B液晶层3b中。在本实施例的液晶显示元件1中，在B液晶层3b中插入间隔物(未示出)以使元件间隙d保持均匀。更优选地，在像素周围形成具有粘合性质的壁结构。B液晶层3b的元件间隙d优选地在3.5μm≤d≤6μm所表示的范围中。当元件间隙d小于该范围时，液晶层3b在平面状态下将具有低反射率。当元件间隙d超过该范围时，驱动电压变得过高。
由于G显示部分6g和R显示部分6r具有与B显示部分6b的结构相似的结构，所以将不对它们加以描述。在R显示部分6r的下基板9r的外表面(背侧)上设置可见光吸收层15。这样设置的可见光吸收层15允许高效吸收尚未被B、G和R液晶层3b、3g和3r射的光。因此，液晶显示元件1能够进行高对比率的显示。可以按照情形需要提供可见光吸收层15。
现在将参照图4至图19描述用于在本实施例的液晶显示元件中实施多灰度显示的方法。在本实施例中，通过以累积方式将电压脉冲施加到像素中的液晶上以利用胆甾液晶的累积响应特性提供低灰度，来执行多灰度显示。每当具有预定电压值的脉冲电压施加到胆甾液晶时，增加焦点圆锥域的比例以利用累积响应特性从平面状态到焦点圆锥状态的逐渐过渡。可选地，胆甾液晶这样的累积响应特征可以用来引起从焦点圆锥状态到平面状态的逐渐过渡。
图4示出了通常的胆甾液晶的电压-反射率特性的例子。水平轴代表在将胆甾液晶夹入中间的两个电极17与19之间施加的具有预定脉冲宽度(例如4.0ms)的脉冲电压的电压值(V)，而垂直轴代表胆甾液晶的反射率(％)。图4中所示实线曲线P代表当胆甾液晶的初始状态为平面状态时观察到的电压-反射率特性，而虚线曲线FC代表当胆甾液晶的初始状态为焦点圆锥状态时观察到的电压-反射率特征。
参照图4，当在电极17与19之间施加预定高电压VP100(例如±36V)以在胆甾液晶中生成具有相对高强度的电场时，液晶分子的螺旋结构完全被分解，而液晶进入根据电场的方向排列所有液晶分子的场致向列态。假设，当液晶分子在场致向列态下时使施加的电压从电压VP100骤然减少到预定电压(例如±4V的电压VF0)以使液晶中的电场基本上骤然为零。然后，液晶分子进入它们的螺旋轴在基本上垂直于电极17与19的方向上的螺旋状态或者它们根据螺距有选择地反射具有一定波长的光束的平面状态。
当在电极17与19之间施加预定低电压VF100b(例如±24V)以在胆甾液晶中生成具有相对低强度的电场时，液晶分子的螺旋结构没有被完全分解。当施加的电压在这一状态下从电压VF100b骤然减少到低电压VF0以使液晶中的电场基本上为零时，液晶分子进入它们的螺旋轴处于基本上与电极17和19垂直的方向上的螺旋状态或者它们使入射光束透射的焦点圆锥状态。也可以通过施加高电压VP100以在液晶层中生成具有高强度的电场而随后缓慢地去除电场，来将胆甾液晶置于焦点圆锥状态。
参照图4中所示曲线P，随着在电极17与19之间施加的脉冲电压的电压值(V)在虚线绘出的窗口A内增加，胆甾液晶的反射率减少。参照图4中曲线P和曲线FC，随着在电极17与19之间施加的脉冲电压的电压值(V)在虚线绘出的窗口B内减少时，胆甾液晶的反射率减少。
现在将参照图5和图6描述驱动根据本实施例的液晶显示元件的方法的基本原理。图5是示出了当电压脉冲累积地施加到胆甾液晶时观察到的显示屏亮度的曲线图。水平轴代表所施加的电压脉冲的计数，垂直轴代表亮度。图中在从0到7的脉冲计数处获得的连接黑色菱形符号的曲线以及图中在从8到15的脉冲计数处获得的连接黑色方块符号的曲线代表了本实施例的液晶显示元件的特性。图中连接黑色菱形符号的曲线代表了根据现有技术的液晶显示元件的特性。图中所示链线(chain line)代表参考灰度。图6是示出了在像素处显示的灰度与向胆甾液晶累积地施加的电压脉冲的累积电压施加时间之间的关系。水平轴代表灰度而垂直轴代表累积电压施加时间(ms)。图中连接白色方块的曲线代表了本实施例的液晶显示元件1的特性，而连接黑色圆圈的直线代表了根据现有技术的液晶显示元件的特性。图中所示链线代表参考灰度。
用于在根据现有技术的液晶显示元件的像素中写入预定灰度的电压脉冲具有固定脉冲宽度。当在将液晶重置为具有最高亮度的平面状态之后第一次施加电压脉冲时，胆甾液晶呈现高响应，但是该响应逐渐地变慢。如图5中所示，例如当已经施加的电压脉冲的数目为六或者七时，根据现有技术的液晶显示元件呈现高脉冲响应。然而，脉冲响应在超过该脉冲计数后骤然变低。因此，虽然根据现有技术的液晶显示元件可以在平面状态下显示十五个灰度之后，显示约八个灰度，但是它难以显示灰度7至0。
发明人已经发现可以通过使为了显示较低灰度而向液晶施加的脉冲电压的脉冲宽度比为了显示较高灰度的电压脉冲的脉冲宽度更长，来补偿液晶脉冲响应的减少。例如，假设与灰度15至8相关联的脉冲计数0至7所对应的向液晶施加的电压脉冲的脉冲宽度为1而与灰度7至0相关联的脉冲计数8至15所对应的电压脉冲的脉冲宽度为3。具体而言，假设累积时间差是在为了显示预定灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间与为了显示比预定灰度低一级的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间之间的差。在本实施例中，使低于参考灰度的低灰度(灰度级“0”至“7”)之间的累积时间差比等于或者高于参考灰度的高灰度(灰度级“8”至“15”)之间的累积时间差更长。
然后，如图6中所示，与根据现有技术的液晶显示元件的累积电压施加时间相比，本实施例的液晶显示元件1对于低于参考灰度的低灰度(灰度级“0”至“7”)具有更长的累积电压时间。由于如是描述这样地为胆甾液晶的响应提供补偿，所以当施加相同数目的脉冲时，与根据现有技术的液晶显示元件的显示屏亮度相比，可以恰当地减少本实施例的液晶显示元件1的显示屏亮度。因此，液晶显示元件1可以恰当地显示所有灰度。
现在将对在本实施例中用来实现多灰度显示的驱动方法的基本原理进行描述。图7A至图7C示出了胆甾液晶的电压脉冲响应特性的例子。图7A示出了当电压脉冲具有数十ms的脉冲宽度时观察到的脉冲响应特性。图7B示出了当脉冲电压具有2ms的脉冲宽度时观察到的脉冲响应特性。图7C示出了当电压脉冲具有1ms的脉冲宽度时观察到的脉冲响应特性。在图7A至图7C的上部中示出向胆甾液晶施加的电压脉冲。在图的下部中示出胆甾液晶的电压-反射率特性，其中水平轴代表电压(V)而垂直轴代表反射率(％)。
图7A中所示电压-反射率特性与图4中所示的胆甾液晶的电压-反射率特性相似。图7A中所示曲线P1代表了当初始状态为平面状态时观察到的胆甾液晶的电压-反射率特性。曲线FC代表了当初始状态为焦点圆锥状态时观察到的胆甾液晶的电压-反射率特性。如图7A中所示，在初始状态为平面状态的情况下，当电压脉冲的值增加到某一范围中时，电压进入用以获得焦点圆锥状态的驱动段。当电压脉冲的电压值进一步增加到例如36V时，电压再次进入用于平面状态的驱动段(见曲线P1)。
当初始状态为焦点圆锥状态时，随着电压脉冲增加，电压脉冲逐渐地迫近用以获得平面状态的驱动段(见曲线FC)。在图7A中，无论初始状态为平面状态还是焦点圆锥状态，进入用于平面状态的驱动段的电压值为±36V。用于胆甾型液晶的驱动波形必须是如图7A至7C的上部中所示的交变电流，以便抑制当以点阵矩阵方式驱动液晶时恰如在普通液晶中引起的液晶退化。当施加位于段之间的中间电压时，获得如上所述的中间灰度，该中间灰度是平面状态和焦点圆锥状态的混合。
如图7B中所示，当电压低于或者脉冲宽度(脉冲周期)小于±36V电压脉冲的电压脉冲施加到胆甾液晶时，无论初始状态为平面状态(曲线P2)还是中间灰度状态(曲线P3)，胆甾液晶的响应都向右移位。图7B以虚线示出如图7A中所示同一曲线P1(具有数十ms的脉冲宽度)以供比较。例如，当电压脉冲具有±10V的电压值和2ms的脉冲宽度时，维持平面状态或者中间灰度状态并且液晶的反射率没有发生改变。反言之，当电压脉冲具有±20V的电压值和2ms的脉冲宽度时，胆甾液晶的反射率减少预定量。
如图7C中所示，当电压低于±20V或者更小脉冲宽度(脉冲周期)的电压脉冲施加到胆甾液晶时，无论初始状态为平面状态(曲线P4)还是中间灰度状态(曲线P5)，胆甾液晶的响应都进一步向右移位。图7C以虚线示出与图7A中所示相同的曲线P1(具有数十ms的脉冲宽度)以供比较。例如，当电压脉冲具有±10V的电压值和1ms的脉冲宽度时，维持平面状态或者中间灰度状态并且液晶的反射率没有发生改变。反言之，当电压脉冲具有±20V的电压值和1ms的脉冲宽度时，胆甾液晶的反射率减少预定量。1m的脉冲宽度所造成的反射率减少量小于2ms的脉冲宽度所造成的反射率减少量。因此，当比较由具有相同电压值和不同脉冲宽度的电压脉冲提供的灰度时，具有更长脉冲宽度的电压脉冲较另一脉冲而言允许显示更低灰度。本实施例利用这一特征为液晶在低灰度的脉冲响应的任何减少提供补偿。
现在将参照图8A至图13具体地描述驱动液晶显示元件1的方法。驱动根据本实施例的液晶显示元件的方法的特点在于它包括第一步骤和第二步骤，其中该第一步骤用于初始化像素中的液晶并且在该像素显示初始灰度，该第二步骤用于通过使在低于参考灰度的灰度之间的累积时间差比在高于参考灰度的高灰度之间的累积时间差更长，来显示低于初始灰度的所需灰度，其中累积时间差是在为了显示低于初始灰度的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间与为了显示比在初始灰度以下的该灰度低一级的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间之间的差。
图8A至图8D示意地示出了在驱动液晶显示元件1的方法的第一步骤S1获得的显示屏。图9示出了在第一步骤分别由扫描电极驱动电路25和数据电极驱动电路27输出的电压值以及向设置在B、G和R显示部分6b、6g和6r的B、G和R液晶层3b、3g和3r施加的电压脉冲的电压值。
如图8A中所示，在B、G和R显示部分6b、6g和6r上显示文字字符和图形。如图9中所示，在前半个选择周期中，来自数据电极驱动电路27的输出电压具有±36V的电压值，而来自扫描电极驱动电路25的输出电压具有0V的电压值。结果，将±36V电压施加到B、G和R液晶层3b、3g和3r以将B、G和R液晶层3b、3g和3r置于场致向列态。
在本实施例中，选择B、G和R显示部分6b、6g和3r中的所有像素，并且完全地选择和初始化像素中的所有液晶。可以选择所有像素以通过将参考电压施加到液晶或者至少将数据电极或者扫描电极短接到参考电势来完全地初始化像素的液晶。具体而言，可以选择扫描电极驱动电路25的所有输出线，而将电极驱动电路25和27所输出的所有电压设置于参考电势(地)电平。为了将电极驱动电路25和27输出的所有电压设置于地电平，可以确立设置在各电极驱动电路25和27的通用STN驱动器的电压关断功能(/DSPOF)。当随后使数据电极驱动电路27的电压关断功能无效时，将±36V电压施加到这样选择的所有扫描电极。结果，使所有像素的液晶都置于如图8B中所示场致向列态。
如图9中所示，在后半个选择周期中，来自数据电极驱动电路27的输出电压具有0V的电压值，而来自扫描电极驱动电路25的输出电压具有±36V的电压值。由此，将-36V的电压施加到B、G和R液晶层3b、3g和3r。结果，B、G和R液晶层3b、3g和3r保持在如图8C中所示场致向列态。例如，可以反转用于通用STN驱动器的极性反转信号(FR)以将施加到R、G和R液晶层3b、3g和3r的电压从+36V反转到-36V。
在第一步骤S1的重置处理中，可以将来自电极驱动电路25和27的输出电压设置为各种电压值。电压优选地设置为如图9中所示，因为无论数据电极驱动电路27输出的电压值如何，上述设置都允许将±36V电压施加到在所有像素的液晶。
如图9中所示，在继选择周期结束之后的前半个未选择周期中，来自电极驱动电路25和27的输出电压具有0V的电压值。另外，在后半个未选择周期中，来自电极驱动电路25和27的输出电压具有0V的电压值。由于0V电压因而在未选择周期中施加到B、G和R液晶层3b、3g和3r，所以所有像素的液晶从场致向列态改变成如图8D中所示平面状态。在本实施例中，由于B、G和R液晶层3b、3g和3r在第一步骤S1被初始化到平面状态，所以液晶显示元件1显示所有像素中的最高灰度(灰度15)作为初始灰度。
优选地使用上述通用驱动器IC的电压关断功能(/DSPOF)来实现从选择周期中-36V到未选择周期中0V的改变。当使用电压关断功能时，通过使通用STN驱动器的电路短路而将保持于B、G和R液晶层3b、3g和3r中的电荷强行放电。因此，在B、G和R液晶层3b、3g和3r中充电的电荷的放电时间很短。到平面状态的转变需要电压脉冲的陡度。使用电压关断功能使电荷强行放电的方法在这一点上也是优选的，因为即使具有大屏幕尺寸的显示元件仍然可以可靠地重置到平面状态。
现在将参照图10描述在第一步骤S1施加的电压脉冲的脉冲宽度。图10是示出了向胆甾液晶施加的电压脉冲的频率与具有胆甾液晶的液晶显示元件的电容量之间关系的曲线图。水平轴代表电压脉冲的频率(Hz)而数直轴代表液晶显示元件的电容值(μm)。
胆甾液晶较普通液晶显示元件中所使用的丝状型液晶而言具有更高离子性。已经表明当施加到胆甾液晶的电压脉冲具有低频率时，如图10中所示，在某一频率，通过使离子成分极化，可以引起具有液晶的液晶显示元件的电容量骤然增加。在图10中，虚线指示了出现液晶显示元件的电容量骤然增加时的频率界。具有大电容的液晶显示元件具有大的时间常数，因此在元件中不可能出现向场致向列态的转变。因此，在本实施例中，在步骤S1中向液晶施加的电压脉冲的频率设置为高于可归因于离子物质的液晶极化变得显著时的频率。具体而言，在第一步骤S1使用的电压脉冲的频率设置为比液晶显示元件1的电容量增加的边界更高的值。在第一步骤使用的电压脉冲的频率的恰当值依赖于液晶显示元件的配置。在本实施例中，电压脉冲的足够频率或者脉冲宽度为数ms到数十ms。
现在将对在驱动液晶显示元件1的方法中的第二步骤S2执行灰度显示进行描述。本实施例的第二步骤S2包括用于将具有相等电压值和不同脉冲宽度的电压脉冲施加到B、G和R液晶层3b、3g和3r的多个子步骤。在本实施例中，按照情形需要在各子步骤将电压脉冲累积地施加到B、G和R液晶层3b、3g和3r，以实现从初始灰度或者灰度级“15”减少到所需灰度。下文将使用如下例子描述该方法，在该例子中将预定电压施加到蓝色(B)像素12b(1，1)，该蓝色(B)像素12b(1，1)位于构成图1中所示B显示部分6b的第一列的数据电极19b与构成该显示部分的第一行的扫描电极17b之间的交点处。
图11是用于说明在驱动液晶显示元件1的方法的第二步骤的灰度显示的示意图。图11中示出的第一行示出了在第一步骤S1结束时在B像素12b(1，1)显示的灰度。第二行至第七行示出了在第二步骤S2的中间阶段在B像素12b(1，1)显示的灰度。第八行示出了在第二步骤S2结束时在B像素12b(1，1)显示的灰度。在本实施例中，第二步骤S2包括七个子步骤，即第一至第七子步骤SB1至SB7。
图11中所示多个方块示意性地代表一个像素的轮廓，而方块中所示数字代表灰度级。本实施例的液晶显示元件1能够显示共计16个灰度，即灰度级“0”至“15”。在图的右侧示出了在子步骤SB1至SB7中，向B、G和R液晶层3b、3g和3r施加的电压脉冲的电压值和施加时间。在图的底部示出了在灰度级“0”至“15”显示该灰度所需的累积电压施加时间。累积电压施加时间以毫秒为单位。在右侧示出的电压值和施加时间代表了在各子步骤SB1至SB7在选择周期中向液晶施加的电压脉冲。
在本实施例中，在第二步骤S2通过如图11中所示将第一至第七子步骤SB1至SB7划分成三个帧来实现驱动。第一至第三子步骤SB1至SB3共同构成一个帧(帧F2)。第四至第六子步骤SB4至SB6共同构成一个帧(帧F3)。第七个步骤SB7独自构成一个帧(帧F4)。如是所述，第二步骤S2具有多个子步骤组群，在一个帧中，各组群构成执行第一至第七子步骤SB1至SB7一部分。例如，在帧F2中执行的第一至第三子步骤SB1至SB3构成一个子步骤组群。在帧F3中执行的第四至第六子步骤SB4至SB6构成另一子步骤组群。在帧F4中执行的第七子步骤SB7构成又一子步骤组群。
如图11中所示，第一步骤S1的执行需要一个帧(帧F1)。因此，在本实施例中，需要共计四个帧、即用于第一步骤S1的帧F1和用于步骤S2的帧F2至F3，以在预定像素写入所需灰度。
正如随后将详述的，在第二步骤S2，可以通过依次执行第一子步骤SB1至第七子步骤SB7将电压脉冲施加到液晶来写入任一灰度级“0”至“15”。可选地，可以通过在互不相同的各个帧中执行七个子步骤SB1至SB7以将扫描电极扫描七次来写入任一灰度级“0”至“15”。然而，可以通过如在本实施例中那样在一个帧中共同执行多个子步骤来使显示屏上的闪烁没有将扫描电极扫描七次那么明显。该实施例由于液晶显示元件1的瞬间功率可能为小而也是优选的。
当在一个帧中共同地执行子步骤SB1至SB7之中的多个子步骤时，扫描速度有所降低。因此优选使由子步骤SB1至SB7共同构成的帧的数目合理地小。便于用户在早期理解所显示的内容。为了节省液晶显示元件1所消耗的功率，通过将第一至第七子步骤SB1至SB7合成(integrate)到一个帧中来执行写入是有利的。然而，扫描速度变得越低，子步骤的合成水平就越高。结果，用户理解已经更新的显示内容就需要更久的时间。
当共同地处理过大数目的位平面时，一个扫描电极将长时间地参与该过程，并且将会有更小的串扰裕度。例如，当图11中的第一至第七子步骤SB1至SB7合成到一个帧中时，扫描速度将约为14ms/行。另外，±10V电压将更长时间地施加到半选择像素。结果，显示屏变得更容易受到可能减少亮度的串扰所影响。
出于上述原因，在本实施例中将第二步骤S2的七个子步骤SB1至SB7划分成三个帧F2至F4。因此，可以根据对显示屏上的闪烁和功率消耗的抑制与待实现的高显示速度之间的关系而很好地平衡液晶显示元件1。即使，在继在第一步骤S1重置全屏之后的第一帧F2中，也写入由各R、G和B的8个灰度构成的512色以允许用户在早期理解所显示的内容。合成到一个帧中的子步骤的数目不限于本实施例中的数目，而可以根据液晶显示元件的特性来合成子步骤的最优数目。
现在将更具体地描述驱动液晶显示元件1的方法的第二步骤S2。在本实施例中，将参考灰度设置为灰度级8。假设术语“累积时间差”意味着在为了显示低于初始灰度的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间与为了显示比低于初始灰度之下的该灰度低一级的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间之间的差。接着，如在图11的底部所示，在低于参考灰度(灰度级“8”)的低灰度之间的累积时间差为1.5ms，而在等于或者高于参考灰度(灰度级“8”)的高灰度之间的累积时间差为0.5ms。如是所述，在本实施例中的第二步骤S2，在低灰度之间的累积时间差比在高灰度之间的累积时间差更长。
例如，低灰度中所包含的灰度7的累积电压施加时间为4.0ms，而比灰度级“7”低一级的灰度级“6”的累积电压施加时间为5.5ms。因此，在灰度级“7”与灰度“6”的累积电压施加时间为1.5ms。相反，高灰度中所包含的灰度“14”的累积电压施加时间为0.5ms，而比灰度级“14”低一级的灰度级“13”的累积电压施加时间为1.0ms。因此，在灰度级“14”与灰度级“13”之间的累积时间差为0.5ms。在本实施例中，低灰度之间的累积时间差是高灰度级之间的累积时间差的三倍。如图7B和图7C中所示，即使当施加具有相等电压值的电压脉冲时，如果电压脉冲的脉冲宽度增加，液晶的反射率仍然大量减少。因此，即使对于具有如图5中所示对电压脉冲的低响应的低灰度仍然可以充分地执行灰度显示。
图12示出了在步骤S2由扫描电极驱动电路25和数据电极驱动电路27输出的电压的电压值以及分别向设置在B、G和R显示部分6b、6g和6r的B、G和R液晶层3b、3g和3r施加的电压脉冲的电压值。图12中所示术语“选择周期”对应于图11中所示“接通”。
先对如下情况进行描述，即所需灰度在高灰度侧的任一灰度级“8”至“15”。参照图5，由于胆甾液晶在高灰度侧具有对电压脉冲的高响应，所以将电压脉冲施加到胆甾液晶使得有例如0.5ms的累积时间差。
如图11中所示，当完成第一步骤S1时像素的灰度为灰度级“15”。当所需灰度为灰度级“15”时，无需在第二步骤S2降低灰度级。因此，如图11的最右列所示，像素在整个第二步骤S2都在未选择周期中。如图12中所示，为了将预定像素置于未选择状态，数据电极驱动电路27的输出电压和扫描电极驱动电路25的输出电压在它们的约前半个脉冲周期中分别具有+20V和+10V的电压值。在约后半个脉冲周期中，数据电极驱动电路27的输出电压具有0V的电压值，而扫描电极驱动电路25的输出电压具有+10V的电压值。因此，将±10V电压施加到液晶。由于施加到胆甾液晶的电压为低，所以B、G和R液晶层3b、3g和3r维持如图7B中所示当前灰度。因此，将±10V电压施加到B像素12b(1，1)以在整个第二步骤S2中将它保持于平面状态。
当所需灰度为灰度级“14”时，电压脉冲具有0.5ms脉冲宽度的第三子步骤SB3构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。结果，如图11从右侧起的第二列中所示，像素的累积电压施加时间为0.5ms并且有0.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“15”低一级的灰度级“14”。为了将预定像素至于选择状态，如图12中所示，数据电极驱动电路27的输出电压和扫描电极驱动电路25的输出电压在它们的约前半个脉冲周期中分别具有+20V和0V的电压值。在约后半个脉冲周期中，数据电极驱动电路27的输出电压具有0V的电压值，而扫描电极驱动电路25的输出电压具有±20V的电压值。因此，±20V电压施加到液晶。
如图11从右侧起的第三列中所示，电压脉冲具有1ms脉冲宽度的第二子步骤SB2构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期以在B像素12b(1，1)显示灰度级“13”。因此，像素的累积电压施加时间为1.0ms并且有0.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“14”低一级的灰度级“13”。
如图11从右侧起的第四列中所示，为了在B像素12b(1，1)显示灰度级“12”，电压脉冲分别具有1ms和0.5ms脉冲宽度的第二和第三子步骤SB2和SB3构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。因此，像素的累积电压施加时间为1.5ms并且有0.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“13”低一级的灰度级“12”。
如图11从右侧起的第五列中所示，为了在B像素12b(1，1)显示灰度级“11”，电压脉冲具有2ms脉冲宽度的第一子步骤SB1构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。因此，像素的累积电压施加时间为2.0ms而有0.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“12”低一级的灰度级“11”。
如图11从右侧起的第六列中所示，为了在B像素12b(1，1)显示灰度级“10”，电压脉冲分别具有2ms和0.5ms脉冲宽度的第一和第三子步骤SB1和SB3构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。因此，像素的累积电压施加时间为2.5ms而有0.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“11”低一级的灰度级“10”。
如图11从右侧起的第七列中所示，为了在B像素12b(1，1)显示灰度级“9”，电压脉冲分别具有2ms和1ms脉冲宽度的第一和第二子步骤SB1和SB2构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。因此，像素的累积电压施加时间为3.0ms而有0.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“10”低一级的灰度级“9”。
如图11从右侧起的第八列中所示，为了在B像素12b(1，1)显示灰度级“8”，电压脉冲分别具有2.0ms、1.0ms和0.5ms脉冲宽度的第一至第三子步骤SB1至SB3构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。因此，像素的累积电压施加时间为3.5ms而有0.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“9”低一级的灰度级“8”。
现在将对如下情况进行描述，即所需灰度为低灰度侧上的灰度级“7”至“0”中的任一灰度级。参照图5，由于胆甾液晶在低灰度侧具有对电压脉冲的低响应，所以将电压脉冲施加到胆甾液晶使得将会有例如1.5ms的累积时间差。
当所需灰度为灰度级“7”时，电压脉冲分别具有2.0ms、1.0ms、0.5ms和0.5ms脉冲宽度的第一至第四子步骤SB1至SB4构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。结果，如图11从右侧起的第九列中所示，像素的累积电压施加时间为4.0ms，并且可以在B像素12b(1，1)显示灰度级“7”。在高灰度侧与低灰度侧之间的边界提供第四子步骤SB4以使灰度级“8”和灰度级“7”在亮度上互不相同。在高灰度侧与低灰度侧之间的边界(该边界落在灰度级“8”与灰度级“7”之间)提供的累计时间差的主要目的在于提供在高灰度侧的最低灰度与低灰度侧的最高灰度之间的亮度差。因此，不要求累积时间差等于本实施例中高灰度侧上的累积时间差。在可以基于所讨论的液晶对电压脉冲的响应来确定在这样的边界处的累积时间差。
如图11从右侧起的第十列中所示，为了在B像素12b(1，1)显示灰度级“6”，电压脉冲分别具有2.0ms、1.0ms、0.5ms、0.5ms和1.5ms的脉冲宽度的第一至第四子步骤SB1至SB4和第六子步骤SB6构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。因此，像素的累积电压施加时间为5.5ms而有0.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“7”低一级的灰度级“6”。
如图11从右侧起的第十一列中所示，为了在B像素12b(1，1)显示灰度级“5”，电压脉冲分别具有2.0ms、1.0ms、0.5ms、0.5ms和3.0ms脉冲宽度的第一至第五子步骤SB1至SB5构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。因此，像素的累积电压施加时间为7.0ms而有1.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“6”低一级的灰度级“5”。
如图11从右侧起的第十二列中所示，为了在B像素12b(1，1)显示灰度级“4”，电压脉冲分别具有2.0ms、1.0ms、0.5ms、0.5ms、3.0ms和1.5ms脉冲宽度的第一至第六子步骤SB1至SB6构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。因此，像素的累积电压施加时间为8.5ms而有1.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“5”低一级的灰度级“4”。
如图11从右侧起的第十三列中所示，为了在B像素12b(1，1)显示灰度级“3”，电压脉冲分别具有2.0ms、1.0ms、0.5ms、0.5ms 6.0ms脉冲宽度的第一至第四子步骤SB1至SB4和第七子步骤SB7构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。因此，像素的累积电压施加时间为10.0ms而有1.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“4”低一级的灰度级“3”。
如图11从右侧起的第十四列中所示，为了在B像素12b(1，1)显示灰度级“2”，电压脉冲分别具有2.0ms、1.0ms、0.5ms、0.5ms、1.5ms和6.0ms脉冲宽度的第一至第四子步骤SB1至于SB4以及第六和第七子步骤SB6和SB7构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。因此，像素的累积电压施加时间为11.5ms而有1.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“3”低一级的灰度级“2”。
如图11从右侧起的第十五列中所示，为了在B像素12b(1，1)显示灰度级“1”，电压脉冲分别具有2.0ms、1.0ms、0.5ms、0.5ms、3.0ms和6.0ms脉冲宽度的第一至第五子步骤SB1至SB5和第七子步骤SB7构成选择周期，而其它子步骤构成未选择周期。因此，像素的累积电压施加时间为13ms而有1.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“2”低一级的灰度级“1”。
如图11的最左列中所示，为了在B像素12b(1，1)显示灰度级“0”，所有子步骤SB1至SB7构成选择周期。因此，像素的累积电压施加时间为14.5ms而有1.5ms的累积时间差。因此，在B像素12b(1，1)显示比灰度级“1”低一级的灰度级“0”。
当如图5中所示从高灰度侧到低灰度侧累积地写入电压脉冲时，如果先施加具有大脉冲宽度的电压脉冲而随后施加具有较小脉冲宽度的电压脉冲，则难以实现低灰度侧上液晶的高响应。在该情形之下，在本实施例的第二步骤S2，在低灰度侧上的相对低灰度(灰度级“0”至“7”)之前，在像素显示高灰度侧上的相对高灰度(灰度级“8”至“15”)。如图11中所示，当已经完成第一至第三子步骤SB1至SB3时完成灰度级“8”至“15”的显示。在子步骤SB4及其后续的子步骤完成灰度级“0”至“7”的显示。
图13示出了本实施例的液晶显示元件1所显示的16个单色灰度的灰度曲线。水平轴代表灰度而垂直轴代表亮度(Y)。连接黑色菱形符号的曲线代表液晶显示元件1的灰度曲线，而连接黑色三角符号的曲线代表以0.54的伽马值获得的灰度曲线的近似曲线。如图13中所示，从液晶显示元件1获得无灰度跳变(jump)的优选灰度曲线。以0.54的伽马值来近似液晶显示元件1的灰度曲线。因此，可以通过使用0.54的倒数(≈1.85)对图像数据执行伽马校正，来获得图中虚线所代表的线性灰度曲线。这样获得的灰度曲线根据显示元件的材料和配置而变化到一定程度。
现在将简述制造液晶显示元件1的方法例子。
在以10(cm)和8(cm)的纵向和横向尺寸切割的两个聚碳酸酯(PC)膜基板上形成ITO透明电极。然后执行蚀刻以图案化电极，从而分别在基板上以具有0.12mm节距的条带的形式形成电极(扫描电极17和数据电极19)。在两个相应PC膜基板上形成形式为条带的电极，以允许640×480个点阵的VGA显示。在两个PC膜基板7和9上，以条带的形式在各透明电极17和19上使用旋涂工艺来涂敷聚酰亚胺型排列膜材料至约700
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的厚度。接着，在90℃在烤炉中烘焙具有这样涂敷的排列膜材料的两个PC膜基板7和9一个小时以形成排列膜。然后，使用分配器将环氧型密封材料21涂敷到PC膜基板7或者9的外围部分，以形成具有预定高度的壁。
接着，在另一PC膜基板即基板9或者7上分配具有4μm直径的间隔物(由Sekisui Fine Chemical有限公司制造)。然后组合两个PC膜基板7和9并且在160℃加热一个小时以固化密封材料21。接着，使用真空注入工艺来注入用于蓝色的胆甾液晶LCb，随后以环氧型密封剂密封注入口。由此制作B显示部分6b。使用相同方法来制作G显示部分6g和R显示部分6r。
接着，如图2中所示，从元件的显示表面一侧依次堆叠B、G和R显示部分6b、6g和6r。接着在R显示部分6r的下基板9的背面设置可见光吸收层15。然后，将具有TCP(带载封装)结构的通用STN驱动器IC压接(press-fit)到这样堆叠的B、G和R显示部分6b、6g和6r的扫描电极17和数据电极19的端子部分，并且还连接电源电路和控制电路部23。由此完成能够VGS显示的液晶显示元件1。虽然未示出，但是在液晶显示元件1上设置输入/输出元件和用于整体控制元件的控制元件(均未示出)，以完成电子纸。另外使用电子纸来配置显示系统。
现在将参照图14和图15描述包括根据本实施例的控制电路部23的驱动单元的实施例。图14示意地图示了图1中所示配置并且示出了如图1中表示为方框的控制电路部23的主要电路的配置。
控制电路部23包括控制部30，该控制部在预定时序将图像数据输出到数据电极驱动电路27并且将各种控制数据输出到扫描电极驱动电路25和数据电极驱动电路27，该图像数据是使用预定灰度转换技术来转换从外界输入的全色图像数据(原图像)以使数据适合于第一和第二步骤S1和S2而获得的。具体而言，通过使用误差扩散方法(error diffusion method)将全色原图像的灰度转换成4096个值来获得向扫描电极驱动电路25和数据电极驱动电路27输出的图像数据。可以使用蓝色噪声掩蔽(blue noise mask)方法来执行灰度转换，该方法从显示质量的观点来看是误差扩散方法的优选替代方法。驱动单元包括用于对从外界输入的图像数据执行灰度转换以拆分和转换数据的图像转换部(未示出)。可以在控制部30提供图像转换部分而不是在控制电路部23单独地提供它。在对图像数据实现如参照图13描述的伽马校正之后，图像转换部可以执行灰度转换。
控制部30按照情形需要将信号输出到电极驱动电路25和27，这些信号包括：数据读时钟(data fetch clock)XSCL，指示了用于读图像数据的时序；帧开始信号Dio，是用于开始写入一个显示屏的同步信号；锁存脉冲LP_SEG，用于将图像数据锁存于数据电极驱动电路27；移位脉冲LP COM，用作通过依次移位扫描电极来选择预定扫描电极的扫描信号；灰度转换图像数据D0至D3；极性反转信号FR，用于反转向液晶施加的电压脉冲的极性；以及电压关断信号/DSPOF，用于将电极驱动电路25和27的输出强制接地。另外，控制部30将扫描电极的扫描速度(即位阵列CA0至CA7)输出到分频电路部37，这些位阵列确定电压脉冲在子步骤的脉冲宽度。
通过在具有调节器(regulator)并且通过电压切换部34将所得电压供应到稳压部35的升压部32(如DC-DC转换器)将从电源部31输出的3V至5V逻辑电压升压至36至40V，从而通过电阻分压将该电压形成为各种电压输出，来获得向扫描电极驱动电路25或者数据电极驱动电路27输入的驱动电压。在稳压部35获得的电压输出是在第一和第二步骤S1和S2使用的36V、20V、10V和0V电压。基于从控制部30输出的图像数据，扫描电极驱动电路25和数据电极驱动电路27选择从稳压部35输出的多个电压值中的任一个。电源部31除了将预定功率供应到升压部32之外，还供应到控制部30、源时钟部36和分频电路部37。
稳压部35可以包括由Maxim Integrated Products公司制造的具有40V耐受电压的名为Max 4535的产品作为用于在第一步骤S1和第二步骤S2使用的脉冲电压之间切换的模拟开关。优选地在模拟开关的下游设置用作电压跟随器的运算放大器以稳定向驱动器输入的电压。使用容许电容性负载如液晶元件的这一类运算放大器更为优选。另外，轨对轨运算放大器(rail to railoperational amplifier)从省电的观点来看是优选的，因为电源电压可以等于输出电压。结果，在第一步骤S1，可以在选择周期期间将±36V的脉冲电压稳定地施加到液晶，而在未选择周期期间稳定地施加0V电压。在第二步骤S2，可以在选择周期期间将±20V的脉冲电压稳定地施加到液晶，而在未选择周期期间稳定地施加±10V电压。
为了切换扫描速度，提供了分频电路部37，从源时钟部36输出的时钟被输入到该分频电路部37，并且该分频电路部37提供通过以预定分频比对时钟执行分频而获得的输出。用于控制扫描速度的位阵列CA0至CA7的值从控制部30输入到分频电路部37，并且根据位阵列CA0至CA7的值来改变用于控制扫描速度的计数器的分频比。具体而言，可以在每次扫描时切换设置在分频电路部37中的分频计数器(未示出)的初始值。在本实施例中，由于在共计七个步骤中，需要在第一步骤S1和第二步骤S2切换分频计数器的初始值，所以脉冲宽度切换所需的位阵列CA0至CA7的位数为三。为了在宽的温度范围实现稳定显示，位阵列CA0至CA7的值优选地与环境温度相关联。
现在将参照图15描述用于驱动根据本实施例的液晶显示元件的时序。图15是液晶显示元件1的时序图的例子。参照图15，从图的顶部依次示出了从上述控制部30输出到电极驱动电路25的八种控制信号，而在底部示出了屏幕输出时序或者对扫描电极进行扫描时的时序。在图的左到右方向上示出了时间的消逝，而图的垂直方向代表电压电平。
如图15中所示，当根据上述将具有±36V的电压值和例如100ms的脉冲宽度的电压脉冲施加到在所有像素的胆甾液晶以将它们初始化到平面状态的上述方法来完成第一步骤S1时，电压关断信号/DSPOF和帧开始信号Dio上升到高电平。结果，开始第二步骤S2。在电压关断信号/DSPOF和帧开始信号Dio上升到高电平之前，将已经转换成4096色的图像数据D0至D3输入到用于各R、G和B数据电极驱动电路27。与数据读时钟XSCL同步地，将用于四列的图像数据D0至D3依次输入到数据电极驱动电路27。例如，在利用累积响应进行写入的情况下，4096色(各R、G和B为16个灰度)的图像数据被拆分成与中间灰度相关联的二进制图像数据H1至H7以根据图11中所示驱动条件来写入图像数据。基于二进制图像数据H1至H7的电压脉冲与锁存脉冲LP_SEG的下降沿同步地输出到数据电极。
在本实施例中，如图11中所示，当完成第一步骤S1时，三个子步骤合成到一个帧中。因此，数据电极驱动电路27反复地将基于图像数据的电压脉冲三次输出到预定扫描电极，并且类似地驱动后续扫描电极。因此，数据电极驱动电路27反复地将图像数据H1至H3的电压脉冲输出到线1，也就是扫描电极，并且该电路类似地驱动线2和线3。将±20V的电压脉冲施加到将改变其灰度级的像素，而将液晶对其没有响应的如±10V一样低的电压施加到将保持其灰度级不变的像素。电压脉冲的脉冲宽度由位阵列CA0至CA7控制。通过基本上在电压脉冲的施加时间中间的时间点反转极性反转信号FR来反转电压脉冲的极性。
在锁存脉冲LP_SEG的每三个时钟后，将移位脉冲LP_COM输出到扫描电极驱动电路25一次，使得电压脉冲可以反复地输出到同一行三次。由此依次扫描第1行至第480行，并且终止第二步骤S2的第一至第三子步骤SB1至SB3。当完成扫描直至第480行时，在用于驱动的类似时序执行第四至第七子步骤SB4至SB7，以在液晶显示元件1的显示屏上显示具有16个灰度的图像。如图14中所示，通过使用通用STN驱动器的廉价电路配置，在用于驱动的正常时序显示4096色时，液晶显示元件1可以在随后将描述的草稿模式下在约1.6秒内以及在共计6.7秒内重写屏幕。
如上所述，根据本实施例，即使当使用提供二进制输出的廉价通用STN驱动器时，仍然可以驱动使用胆甾液晶的显示元件，以执行高显示质量的多灰度显示而在低灰度级没有模糊、虚像和灰度跳变。另外，本实施例的液晶显示元件1能够在短时间内显示重写。
现在将描述驱动根据本实施例的改型1的液晶显示元件的方法。本改型的液晶显示元件具有与图1和图14中所示液晶显示元件1的配置相似的配置。因此，将不描述该液晶显示元件的配置和具有该液晶显示元件的电子纸。本改型的液晶显示元件的特点在于将比第m/2n灰度高一级的灰度设置为参考灰度，其中n代表待设置的参考灰度的数目而m代表将在像素处显示的灰度的数目，本改型的液晶显示元件的特点还在于在用作为边界的参考灰度的两侧的累积时间差互不相同。本改型的液晶显示元件的特点还在于在累积时间差彼此相等的范围内电压脉冲的累积施加数由log2t给定，其中t代表在该范围中所含灰度的数目(2的幂，a power of2)。
在上述实施例的液晶显示元件1中，在位于16个灰度的中间的灰度级8切换累积时间差。然而，当在低灰度侧上的脉冲具有低于图5中所示特性的响应时，用于灰度级15至8的电压脉冲、用于灰度级7至4的电压脉冲和用于灰度级3至0的电压脉冲可以分别具有1、2和4的脉冲宽度。当在如是描述的各灰度范围的灰度数目为2的幂的灰度范围之间切换脉冲宽度时，可以使提供不同灰度所需的脉冲数目更小并且可以减少在控制电路部23处理的数据量。
图16是示出了在本改型的液晶显示元件的灰度与累积电压施加时间之间关系的曲线图。水平轴代表灰度而垂直轴代表累积电压施加时间(ms)。直链线代表参考灰度。在本改型中，灰度级“8”和“4”构成参考灰度。
在图6中所示液晶显示元件1的情况下，灰度的数目m为16；参考灰度的数目n为1；在累积时间差彼此相等的高灰度侧灰度的数目t为8；而灰度的数目t在低灰度侧类似地为8。因此，在图6中所示液晶显示元件1中，比在从最低灰度数起的第八(m/2n＝16/21＝8)位置的灰度(灰度级“7”)高一个步长的灰度级“8”构成参考灰度。在图6中所示液晶显示元件1中，在各高灰度侧和低灰度侧上电压脉冲的累积施加数可以是三(＝log28)。结果，无需将电压脉冲15次施加到图6中所示液晶显示元件1的液晶。
在本改型的液晶显示元件情况下，灰度的数目m为16；参考灰度的数目n为2；而在累积时间差彼此相等的高灰度侧的灰度的数目t为8。因此，在本改型的液晶显示元件1中，比在从最低灰度数起的第四(m/2n＝16/22＝4)位置的灰度(灰度级“3”)高一个步长的灰度级“4”以及比在从灰度级“4”数起的第四位置的灰度(灰度级“7”)高一个步长的灰度级“8”构成参考灰度。在图16中所示，向本改型的液晶显示元件施加电压脉冲的累积数在高灰度区(灰度级“15”至“8”)可以为3(＝log28)、在中间灰度区(灰度级“7”至“4”)可以为2(＝log24)而在低灰度区(灰度级“3”至“0”)可以为2(＝log24)。
如上所述，根据本改型，使用提供二进制输出的廉价通用STN驱动器，甚至可以驱动在低灰度呈现低脉冲响应的胆甾液晶以实现高显示质量的多灰度显示而在低灰度没有模糊、虚像和灰度跳变。另外，本改型的液晶显示元件1能够在短时间内显示重写。
现在将描述驱动根据本实施例的改型2的液晶显示元件的方法。本改型的液晶显示元件具有与图1和图14中所示液晶显示元件1的配置相似的配置。因此，将不描述该液晶显示元件的配置和使用该液晶显示元件的电子纸。本改型的液晶显示元件的特点在于在元件的全部像素之中的待重写像素中的液晶完全被初始化以写入图像。
图17A至图17C示意地示出了本改型的液晶显示元件所显示的屏幕。图17A示出了在重写之前在屏幕上显示的内容。图17B示出了在完成第一步骤S1之后显示的内容。图17C示出了在完成重写之后(当完成第二步骤S2时)在屏幕上显示的内容。例如，假设打算仅重写图17A中所示文字字符“Kanagawa-Ken”。在这一情况下，如图17B中所示，在第一步骤S1仅选择待重写的区域并且将该区域完全重置到平面状态。然后，在第二步骤S2仅在待局部重写的区域中执行重写而跳过其它区域。结果，仅文字字符“Kanagawa-Ken”可以被改写成如图17C中所示的文字字符“There was anearthquake”。通过确立电压关断功能以关断输出电压来在第二步骤S2跳过不重写的区域是优选的，因为可以防止串扰并且可以实现功率消耗的减少。
如上所述，本改型提供与上述实施例相同的优点。另外，由于有可能使在重置时间擦除的显示内容区最小化，所以可以实现用户友好性的改进。
现在将参照图18A至图19描述驱动根据本实施例的改型3的液晶显示元件的方法。本改型的液晶显示元件具有与图1和图14中所示液晶显示元件1的配置相似的配置。因此，将不描述该液晶显示元件的配置和使用该液晶显示元件的电子纸。本改型的液晶显示元件的特点在于它具有至少两个实现不同显示状态的写模式。本改型的电子纸具有包括第一写模式和第二写模式的第二步骤，其中第一写模式用于执行多个子步骤的部分子步骤，而第二写模式用于在执行第一写模式之后执行多个子步骤群组中的其余子步骤。可选地，本改型的电子纸可以具有用于执行多个子步骤群组中的部分子步骤群组的第一写模式以及用于在执行第一写模式之后从第一步骤重新执行写入的重写模式。
本改型的电子纸可以利用驱动上述实施例的液晶显示元件1的方法来执行高速显示模式(下文称为“草稿模式”)。在草稿模式下，当将第二步骤S2的多个子步骤群组的部分子步骤群组执行完时终止第二步骤S2。例如，电子纸包括如下系统：该系统用于在由图11中所示第二步骤S2的第一至第三子步骤SB1至SB3构成的子步骤群组已经完成图像数据写入的时间点停止第二步骤S2。在草稿模式下，由于当完成第三子步骤SB3时终止第二步骤S2，所以用512色伪显示图像，其为向4096色显示转变的状态。因此，草稿模式是有利的，这是因为可以在短时间内写入图像从而可以在早期识别所显示的内容，虽然图像质量低于在正常操作中可实现的图像质量。另外，甚至可以从512色充分识别所显示的内容。具有草稿模式的电子纸的用户可以仅通过浏览书本来逐项更新所显示的内容。
图18A和图18B是驱动根据本改型的电子纸的方法的流程图。图18A是使用第一草稿模式驱动电子纸的方法的流程图，而图18B是使用第二草稿模式驱动电子纸的方法的流程图。在第一草稿模式下，在写入4096色的状态转变下使能预览模式。在第二草稿模式下，以高于第一草稿模式的速度使能预览。在图18A和图18B中，全屏重置所需时间计算为0.2s。
如图18A中所示，根据使用第一草稿模式驱动电子纸的方法，选择待重写的显示图像(步骤S11)，而上述实施例中第一步骤S1和第一至第三子步骤SB1至SB3作为预览模式来执行(步骤S12)。例如，预览模式的处理时间为2.7ms。当在预览模式之后将要执行4096色的最终写入时(步骤S13：是)，执行上述实施例中的第四至第七子步骤SB4至SB7(附加写入)(步骤S14)并且终止第一草稿模式。例如，最终写入的处理时间为8.5ms。当在预览模式之后不执行4096色的最终写入时(步骤S13：否)，开始选择待重写的另一显示图像(步骤S11)。
如图18B中所示，根据使用第二草稿模式驱动电子纸的方法，选择待重写的显示图像(步骤S21)，而上述实施例中的第一步骤S1和第一至第三子步骤SB1至SB3作为预览模式来执行(步骤S22)。例如，预览模式需要09.ms的处理时间，因此，在第二草稿模式下，当完成预览模式时实现的显示质量低于在第一草稿模式下的显示质量。
图19是示出了在扫描电极的扫描速度与显示屏的对比率减少之间关系的曲线图。水平轴代表扫描速度(ms/行)而垂直轴代表对比率的减少。图19通过例子示出了在±18.6V的写电压下观察到的扫描速度/对比率特性。对比率是白色显示状态的亮度(Y值)与黑色显示状态的亮度之比。扫描速度是在第一至第三子步骤SB1至SB3施加的电压脉冲的脉冲宽度之和。在图11中所示驱动条件之下获得图19中绘图中间的点，可以实现指示了显示元件的等于最大值60％的对比率的该点。可以通过增加写入时间而减少扫描速度来实现显示元件的最大对比率(100％)。对比率随着扫描速度增加而减少。当扫描速度增加到超出1ms/行也就是与用于第二草稿模式的预览模式相同的驱动条件时，对比率减少到最大值的40％。然而，仍然可以识别所显示的内容并且草稿模式充分地起作用。
当对比率下降至40％时，所得显示质量在按照从正常操作获得的质量来评价时是不足够的。如图18B中所示，当在第二草稿模式中的预览模式之后执行4096色的最终写入时(步骤S23：是)，从第一步骤S1开始执行上述实施例中的处理，并且执行第二步骤S2(第一至第七子步骤SB1至SB7)(附加写入)(步骤S24)。例如，最终写入的处理时间为11ms。当在预览模式之后不执行4096色的最终写入时(步骤S23：否)，开始选择待重写的另一显示屏(步骤S21)。
在第一草稿模式下，在4096色的写入条件情况下，在预览模式之后执行最终写入。由于因此仅执行在第四至第七子步骤SB4至SB7的附加写入，所以可以缩短最终写入所需的时间。在第二草稿模式下，由于从全屏重置(第一步骤S1)开始执行最终写入，所以最终写入花费相对长的时间。
在可以在第一草稿模式下驱动的电子纸情况下，当用户希望细看所显示的内容时，执行在第四至第七子步骤SB4至SB7的处理以实现附加写入，由此以4096色显示内容并且因此可以用足够的图像质量查看该内容。可以在第二草稿模式下驱动的电子纸由于该草稿模式具有更高显示速度所以是有利的。具体而言，可以通过增加写入电压来增加草稿模式的速度。
现在将描述本实施例的改型4。驱动根据本改型的液晶显示元件的方法的特点在于在第二步骤S2使用隔行扫描。根据驱动本改型的液晶显示元件的方法，当完成第一隔行扫描(例如对奇数编号行的扫描电极进行扫描)时可以终止第二步骤S2。例如，当使用隔行扫描来实施改型3中的草稿模式时，虽然对比率减少但是也可以使写入时间减半。当继使用隔行扫描来实施草稿模式之后写入4096色时，可以在隔行基础上实现写入。
如上所述，本改型允许以更高速度实施草稿模式。

Claims (20)

1.一种驱动液晶显示元件的方法，包括：
第一步骤，用于初始化像素中的液晶并且在所述像素显示初始灰度；以及
第二步骤，用于通过使在低于参考灰度的多个低灰度之间的累积时间差比在高于所述参考灰度的多个高灰度之间的累积时间差更长，来显示低于所述初始灰度的所需灰度，其中所述累积时间差是在为了显示低于所述初始灰度的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间与为了显示比低于所述初始灰度的所述灰度低一级的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间之间的差值。
2.根据权利要求1所述的驱动液晶显示元件的方法，其中所述第二步骤包括多个子步骤，用于将具有相等电压值和不同脉冲宽度的多个电压脉冲施加到所述液晶。
3.根据权利要求2所述的驱动液晶显示元件的方法，其中所述第二步骤包括多个子步骤组群，用于在一个帧中执行所述多个子步骤中的部分子步骤。
4.根据权利要求3所述的驱动液晶显示元件的方法，其中当完成执行所述多个子步骤组群中的部分子步骤组群时，终止所述第二步骤。
5.根据权利要求1所述的驱动液晶显示元件的方法，其中在所述第二步骤，在所述像素显示所述多个低灰度中所包含的相对低灰度之前，在所述像素显示所述多个高灰度中所包含的相对高灰度。
6.根据权利要求1所述的驱动液晶显示元件的方法，其中比第m/2n灰度低一级的灰度设置为所述参考灰度，其中n代表待设置的所述参考灰度的数目，m代表将在所述像素显示的灰度的数目，在作为边界的所述参考灰度的两侧的所述累积时间差互不相同。
7.根据权利要求6所述的驱动液晶显示元件的方法，其中在所述累积时间差彼此相等的范围内的电压脉冲的累积施加数由log2t给定，其中t代表在所述范围中所包含的灰度的数目(t为2的幂)。
8.根据权利要求1所述的驱动液晶显示元件的方法，其中所述初始灰度是最高灰度。
9.根据权利要求3所述的驱动液晶显示元件的方法，其中在所述第一步骤施加参考电压以初始化所述液晶。
10.一种液晶显示元件，包括：
液晶，封闭在基板对之间；
像素，包括所述液晶和将所述液晶夹在中间的电极对；以及
驱动设备，用于通过执行第一步骤和第二步骤来显示多个灰度，所述第一步骤用于初始化所述像素中的所述液晶并且在所述像素显示初始灰度，而所述第二步骤用于通过使在低于参考灰度的多个低灰度之间的累积时间差比在高于所述参考灰度的多个高灰度之间的累积时间差更长，来显示低于所述初始灰度的所需灰度，其中所述累积时间差是在为了显示低于所述初始灰度的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间与为了显示比低于所述初始灰度的所述灰度低一级的灰度而累积施加的电压脉冲的累积电压施加时间之间的差值。
11.根据权利要求10所述的液晶显示元件，其中所述第二步骤包括多个子步骤，用于将具有相等电压值和不同脉冲宽度的多个电压脉冲施加到所述液晶。
12.根据权利要求11所述的液晶显示元件，其中所述第二步骤包括多个子步骤组群，用于在一个帧中执行所述多个子步骤中的部分子步骤。
13.根据权利要求12所述的液晶显示元件，其中当将所述多个子步骤组群中的部分子步骤组群完时，所述驱动设备终止所述第二步骤。
14.根据权利要求10所述的液晶显示元件，其中在所述第二步骤，所述驱动设备在所述像素显示所述多个低灰度中所包含的相对低灰度之前，在所述像素显示所述多个高灰度中所包含的相对高灰度。
15.根据权利要求10所述的液晶显示元件，其中所述驱动设备将比第m/2n灰度低一级的灰度设置为所述参考灰度，其中n代表待设置的所述参考灰度的数目，m代表将在所述像素显示的灰度的数目，以使所述参考灰度作为互不相同的所述累积时间差之间的边界。
16.根据权利要求15所述的液晶显示元件，其中在所述累积时间差彼此相等的范围内的电压脉冲的累积施加数由log2t给定，其中t代表在所述范围中所包含的灰度的数目(t为2的幂)。
17.根据权利要求10所述的液晶显示元件，其中所述初始灰度是最高灰度。
18.根据权利要求10所述的液晶显示元件，其中所述驱动设备在所述第一步骤将所述电极对短接到参考电势，以初始化所述液晶。
19.一种包括根据权利要求10所述的液晶显示元件的电子纸。
20.根据权利要求19所述的电子纸，包括至少两个实现不同显示状态的写模式。
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