CN101641729A - 具有增强转换装置的液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制液晶显示器的方法，所述液晶显示器包括设置在交叉的行和列中的像素矩阵，其中通过在限定每个像素的两个电极(50，52)之间施加电控信号来控制液晶分子的状态转换，所述状态转换在特定方向(18)中产生流动，通过单步或两步的逐行寻址来执行像素的寻址，其中第一步骤包括对处于给定的唯一纹理中的屏幕的至少一部分执行共同寻址，随后是第二步骤的逐行寻址，其特征在于，所述方法包括以下步骤：为了控制至少部分像素(P)的转换，根据转换待控的像素(P)的流动方向对至少一个相邻像素(58)施加辅助电信号，其中，在环境温度下，所述辅助电信号的上升或下降沿在时间上设置于所述电控信号的主动下降沿之前或者与所述电控信号的主动下降沿同步，二者的时间偏差在0至几十微秒之间，从而有助于所述的待控像素(P)的转换，当采用两步寻址时，所述辅助电信号在第二步骤中被施加。本发明还涉及一种显示器。

Description

具有增强转换装置的液晶显示器
技术领域
本发明涉及液晶显示器的领域。
更具体地说，本发明涉及向列型双稳态液晶显示器。其特别应用于两个稳态纹理相差大约180°的扭曲角的向列型双稳态液晶显示器。
发明目的
本发明的目的是增强双稳态显示器的性能。特别地，本发明的目的是通过使用新装置来增强像素边缘的转换状态。
背景技术
传统LCD显示器
最普遍的液晶显示器采用向列型液晶。其由设置在两块板之间的液晶层组成。每块板包括通常由玻璃制成的基板，基板上沉积有导电电极以及也被称作导向层(alignment layer)的所谓的锚定层。锚定层在相邻的液晶分子上施加反向扭矩，该反向扭矩倾向于平行于被称作易轴(easy axis)的方向来定向液晶分子。锚定层通常通过沉积刷状聚合物(brushed polymer)以生成易轴方向来实现。易轴方向通常与涂布方向非常接近。
通过在板之间分布直径等于理想厚度(通常为1至6μm)的球来构造的单元的厚度是常数。
目前提出和制造的多数基于液晶的设备是单稳态的。在不存在电场的情况下，液晶以单一纹理定向。当锚定在两块板上时，这对应于单元中液晶的弹性能的绝对最小值。在电场下，该纹理被连续变形，并且其光学性能以所施加的电压为函数变化。靠近板处，被称作“强锚定层”的锚定层保持分子的方向。其方向变化很小。场消除后，在两块板上的锚定使向列恢复。其回到稳定的纹理。该设备是单稳态的。本领域技术人员将理解最普遍的向列型显示器的操作方法，即扭曲向列型(TN)、超扭曲向列型(STN)、电控双折射型(ECB)、垂直配向向列型(VAN)等。关于寻址，这些显示器能够被直接(非常低的分辨率)寻址、以复合模式(中分辨率)或主动模式(高分辨率)被寻址。
BiNem技术的现状
在最近几年，已经出现了新一代的向列型显示器，即“双稳态”向列型显示器。其通过在两个状态之间转换来工作，并且在没有电场时保持稳定。只有需要将液晶的纹理从一个状态转换到另一个状态下时，才施加外电场。不存在电控制信号时，显示器保持所在的状态。根据其操作原理，这种显示器消耗的能量与图像变换的数量成比例。因此，当这种变换的频率降低时，显示器操作所需的能量趋近于零。
操作原理
被称作BINEM的双稳态显示器([1]，[2])显示在图1中。其使用两种纹理，其中一种是均匀或轻微扭曲的(U)(如图1中左侧所示)，其中分子基本上彼此平行，另一种(T)(如图1中右侧所示)与第一种不同，其扭曲大约±180°，误差在±15°以内。液晶层30设置在两块板20和10之间，我们将称这两块板为主动板和从动板。主动板20包括基板21、电极22和锚定层24，锚定层24相对于板20的表面“预倾”以产生液晶的强的方位以及顶端锚定，其中Ψ2的值通常为接近5°。从动板10包括基板11、电极12和锚定层14，其以很小的“预倾”(Ψ1＜＜1°，[3]，[8])来产生液晶的弱的顶端锚定和中度或强的方位锚定。两个预倾角Ψ1和Ψ2位于相同方向，即在U纹理中，液晶分子在单元的整个厚度上保持相同的倾斜符号。沉积在基板11和21上的通常为透明的电极12和22用于向板10和20施加垂直电场。
在单元以外在每个基板11和21上增加偏振器，从而根据两个偏振器相对于锚定方向的角度使光学状态与每种纹理相关，例如U为暗T为亮，或反之。
向列通过自发的螺距p0而被手征，选择该螺距为单元厚度d的大约四倍，以使所述两种纹理的能量相等。单元厚度d与自发螺距p0的比值，即d/p0因此大约等于0.25±0.1。没有场时，状态T和U处于最小能量状态，单元是双稳态的。
在强电场下，获得基本上垂直的纹理，由图1中间显示的H表示。在从动板10的表面附近，分子与其垂直，称为锚定被“破坏”。破坏电压由Vbrk表示，其对应于从动板10上的锚定被破坏的电压。消除电场时，单元变为双稳态纹理U和T中之一(见图1)。当采用的控制信号引起主动板20附近的液晶强烈流动时，主动板20与从动板10之间的液压连接26引起纹理T。另一方面，借助于弱锚定的轻微倾斜，通过两块板10和20之间的弹性连接28获得纹理U([1]，[2])。
下面，通过BiNem屏幕元件的“转换”，我们将解释液晶分子如何穿过垂直状态H(锚定被破坏)，然后在电场消除时变化为两种双稳态纹理U或T之一或者这两种纹理共存的状态。电场的关闭对应于所施加的电压的下降沿(电压绝对值的降低)，当该下降沿是用于根据其特性来选择纹理的最终状态的下降沿时，其被称为主动下降沿(像素电压可以是多级的[6]，且只有一个下降沿是主动下降沿)。
从动板10与主动板20之间的液压连接[4]与液晶的粘度有关。当施加到有关区域的电场关闭时，锚定在主动板20上的分子恢复到平衡状态，从而在主动板20附近产生下降流32，其方向16显示在图2中。粘度使下降流32在不到一微秒的时间内扩散通过单元的厚度。如果下降流32在从动板10附近足够强，其使那里的分子在产生纹理T的方向中倾斜。分子在两块板10和20上的相对方向中转动。靠近从动板10的分子恢复到平衡状态是该流动的第二动力，其增强流动并助于形成到纹理T的像素的匀质转换。因此通过下降流32获得从场作用下的纹理H到纹理T的转换，且因此液晶在分子在主动板20上的锚定方向16中的运动是倾斜的(见图2)，如方向18所示。靠近主动板的下降流的方向18基本上平行于其导向层的涂布方向，如图2中附图标记40所示。由于例如初始纹理中的扭曲，二者不能完全平行。通常，二者在大约±10°以内平行。
两块板10和20之间的弹性连接导致主动板10附近的分子略微倾斜并形成在场作用下的纹理H，虽然所施加的场趋向于使其垂直于板定向。实际上，主动板20上的强烈倾斜的锚定保持相邻分子的倾斜。主动板20附近的倾斜通过液晶的定向弹性被传递到从动板10。在从动板10上，从动板10的易轴的锚定和任何倾斜会放大分子的倾斜([5])。消除场时，当液压连接不足以克服从动板10附近的剩余倾斜时，两块板10和20附近的分子通过在相同方向中转动而回到平衡状态，并获得纹理U。这两种转动是同时的，其引起在相反方向中彼此相反的流动。总流动实际是零。因此在从纹理H变为纹理U的过程中，液晶的总的移动很小。
向像素到纹理U或T的转换是由主动板20产生的下降流32的强度的函数。该流动扩散到从动板10，并且在从动板10附近获得的流动的强度决定了最终获得的纹理(U或T)。为了获得将产生纹理T的大的下降流32，必须施加具有陡峭下降沿的电场脉冲，例如槽型信号。为了获得纹理U，必须施加具有缓慢下降沿的产生很弱的下降流的电场脉冲，例如稳定下降的斜率或者各级之间的连续阶梯([1]，[2]，[6])。
通过改变像素末端的电压从而控制下降流的强度，还可以在像素中获得灰度。对于该变化电压的一个给定值，给定像素内的结果是其一部分表面位于纹理T中而另一部分表面位于纹理U中。对于变化电压的另一个值以及其导致的下降流，其对应于由两种纹理U和T所占据的面积之间的不同比率。由此获得灰度([9])。
转换与两块板10和20之一附近的流动强度直接相关的事实是BiNem显示器的一个特殊特性，传统的TN和STN显示器的变换不遵守这样的原理。
寻址
BiNem显示器可以采用为标准液晶开发的三种寻址方式(直接式、复合式和主动式)。BiNem显示器最常用的寻址方式是复合被动式寻址，但是借助于薄层中的晶体管的主动式寻址也可以使用([7])。在主动模式和被动复合模式中，BiNem显示器是由被称为像素的n乘以m个图像元件形成的矩阵型屏幕，其中n是行数，m是列数，逐行来进行寻址。
在复合被动模式中，每个像素由行导电条52与列导电条50的交点构成。这些垂直的条分别沉积在主动板20和从动板10上(见图3)。由给定基板11或21支撑的两个相邻导电条之间的区域被称为像素间距。由所有像素构成的区域被称为矩阵区。通常，在现有技术中，矩阵区是显示区，该区中显示要查看的图像的内容。
在矩阵区外，前述导电条50和52采用轨迹54和56的形式，轨迹54和56建立与位于柔性连接元件上的被称作驱动器的控制电路的连接，柔性连接元件例如被焊接在屏幕上。为了显示坐标像素(n，m)，我们将行信号应用到行n，将列信号应用到列m。
图4显示了在根据现有技术的传统显示器的两个玻璃基板11和21上形成的电极的原理图。通常，导电电极由被称为ITO(锑掺杂氧化铟)的透明导电材料形成。但是当显示器有反射性时，位于与观察者相对的侧面上的电极可以通过不透明导电材料形成，例如铝。为了形成电极，在两个基板11和21上沉积薄的导电层，然后将其蚀刻成需要的样式。图4a显示了用于在所谓的上基板21上蚀刻电极50的掩膜，在此例中其构成列。图4b显示了用于在所谓的下基板11上蚀刻电极52的掩膜，在此例中其构成行。因此在图4a和4b中，我们将形成列电极的条标记为50，将形成行电极的条标记为52(这些条用于对适当的区域寻址)，然后将用于将前述条50和52连接到驱动器的轨迹标记为54和56。矩阵区的极限对应于图4a和4b中由点划线显示并被标记为57的框架。图4a和4b中显示的两个区域57在单元的组装和密封过程中重叠。
在主动寻址方式中，通常任一个基板支撑构成单独的分离像素的电极，其中像素设置在由行和列组成的网络中，而在另一块基板上，电极可以是连续的。后一电极通常被保持在被称为参考电势的恒定电势。电控制信号通过很薄的导电轨迹被分别传输到第一基板的每个像素电极。导电轨迹沿着行和列设置在相同基板上。它们彼此交叉但是互不接触。在每个行轨迹与每个列轨迹的交点附近，设置主动元件，例如晶体管。在这种情况下，行轨迹通常连接到晶体管的控制端，而像素的电极和列轨迹连接到晶体管的其他两个主要端。
复合模式中BiNem显示器的控制
如上所述，当显示器的结构是矩阵时，逐行进行寻址。当需要对给定行(n)寻址时，电信号被施加到这一行，该行随后被描述“启动”。我们将称该启动信号为VL。对于BiNem，在启动过程中我们区分两个阶段，其中第一阶段基本上包括获得破坏锚定，意味着例如通过向施加电压为V1的行信号在所述的行上获得垂直纹理，该电压V1随后构成VL的第一级。在第二阶段中，对行施加构成VL的第二级的信号V2，其中V2≤V1，由Vc表示的所谓的电“数据”信号被同时施加到所有的列。数据信号Vc的下降沿与行启动信号的第二级的下降沿同步([1])。根据施加到每一列的信号Vc的值和/或形状和/或长度，在对应于该列与被启动的行的交点处的像素中获得纹理U或T([6])。然后依次启动下一行，其他行未被启动，该过程从显示器的第一行持续到最后一行。一行启动结束与下一行启动开始之间的时间被称作行间时间(interline time)tL。该时间通常在50μs到10ms之间。该时间的值对于获得清晰的转换十分重要，且其基本上随温度而变化。在任何情况下时间tL＞0。我们将称这种寻址方法为“单步寻址”。行的启动顺序(首先是n-1，然后是n，然后是n+1，等等)确定了扫描方向46(图3)。
文献[9]描述了灰度的生成，其中记载了获得灰度的三种变化例(文献[9]的图23)。第一变化例包括改变施加到像素P的列信号Vc的大小。第二变化例包括改变施加到像素P的列信号Vc的长度。在这两种变化例中，列信号的下降沿与行信号的第二级的下降沿同步。第三变化例被称作“相位调制”，其包括改变列信号Vc与行启动信号的第二级的下降沿的同步。
可以注意到，被动模式与主动模式之间的一个主要差别在于，在复合被动式模式中，当行p不被启动时，该行p的每个像素都要受到对应于其列的其他像素的数据的列信号作用，该列信号在其他像素所属的行的启动过程中被施加。换言之，当行n的像素P(n，m)被信号VL(n)启动时，且当信号Vc(m)被发送到该像素的列m以产生像素信号Vp＝VL(n)-Vc(m)时，列m的所有像素同时受到Vc(m)作用。在主动式寻址中，在行的启动过程中，列信号只施加到该行的像素。没有被启动的行的晶体管不导通，其像素接收不到信号。
根据优选已知的但是非限制性的控制方法，在逐行寻址之前，通过同时启动所有的行或一些行，我们以集体的方式获得给定纹理(通常是T)的屏幕的完整寻址或至少部分屏幕的寻址。然后根据传统的复合式方法逐行寻址以显示有用图像。为了更有效地控制像素的转换，特别是为了控制灰度，使用这种“两步寻址”，因为通过这种方式，像素在第二步骤起始时从被良好限定的状态开始。
根据BiNem显示器的优选已知的但是非限制性的实施例，导向层的涂布方向垂直于显示器的行的方向，这种显示器被称作“具有垂直涂布”(with orthogonal brushing)。
根据现有技术制造的BiNem显示器表现出的局限性
发明人已经发现，在该寻址方法过程中，使用流动来执行像素P的转换也会使像素P的转换对相邻像素中产生的流动敏感，其中这些流动扩散到要被转换的像素中。由于相邻像素的原因，这些流动与像素P的内部流动的相互作用干扰像素P的转换。P的相邻像素被定义为易于通过其流动而干扰像素P的转换的像素，因此，在流动方向18中位于像素P的任一侧的像素58是P的相邻像素(图5)。当涂布方向40垂直于行时，流动方向18通常平行于涂布方向。流动方向的相邻像素是在P的列m上位于P的任一侧的像素。
当涂布方向不确定时，相邻像素是根据流动方向位于P的任一侧的像素，其通常平行于涂布方向(在±10°之内)。
当我们考虑行n上的所有像素时，无论涂布方向如何，其所有邻居都位于与行n相邻的行内，其是上游的行n-1、n-2…以及下游的n+1、n+2…。下面我们讨论(在流动方向中)与行n相邻的行。
相邻干扰的一个例子是“边缘效应”
在BiNem显示器的寻址过程中，在要被转换成纹理T的像素的两个边缘上，会出现转换为U的区域。图5中，在被转换为T的像素上，这种错误很清楚。在这些像素中，例如像素P，可以看出其垂直于涂布方向因此也垂直于流动方向18的边缘60已经被转换为U而不是被转换为T。在图5中，以浅色阴影显示被转换为T的像素，而以深色阴影显示被转换为U的像素。
经过长期分析，发明人已经确定，这些错误可以通过以下事实来解释，即主动板20附近的分子恢复到平衡状态所产生的流动在像素P的上游边缘和下游边缘处被制动。像素P中流动上游的液体的离开在前面相邻的像素58a中产生低压。其到达下游在后面相邻的像素58b中产生增大的压力。这两种作用通常使像素P中的所有流动被制动。但是无论流动的致动部分在哪里停止，在像素P的前述两个边缘60处该作用都特别重要。在像素P的边缘60处，速度可以比像素P的中心处弱两倍。在这些条件下，无论该像素上的信号的电压是否下降，像素P的边缘60都无法转换为T。
图6解释了这种现象。其显示了作为x(其对应于平行于方向18的横坐标)的函数，当施加到像素P的槽式信号关闭时，对应于x方向，下降流的速度沿z方向(垂直于板11和21的轴，见图2)的平均值(平均速度)，其中幅度Vp＝20伏。没有其他信号施加到显示器上。速度的负值表示下降流在与x相反的方向中，也就是方向16中(图2)。在图6中，VT表示转换到T所需的下降流的最小速度。在图6中我们可以看出，在方向18中的P的边缘处，下降流的速度v的绝对值小于VT。因此这些边缘转换为U。
发明内容
本发明的目的是克服前述的从现有技术中已知显示器的实施例中观察到的缺陷。
根据本发明的上下文，利用一种控制液晶显示器的方法来达到上述目的，其中所述液晶显示器包括设置在交叉的行和列中的像素的矩阵，通过在构筑每个像素的两个电极之间施加电控信号来控制液晶分子的状态转换，该状态转换在靠近涂布方向的特定方向中产生流动，通过单步或两步的逐行寻址来执行像素的寻址，其中所述两步寻址由对处于给定的唯一纹理中的屏幕的至少一部分执行共同寻址的第一步骤以及随后的第二逐行寻址步骤构成，其特征在于，为了控制至少一部分像素的转换，所述方法包括以下步骤：向转换待控的像素的位于流动方向中的至少一个相邻像素施加辅助电信号，在环境温度下，该辅助电信号的上升或下降沿在时间上设置于电控信号的主动上升沿之前或者与电控信号的主动上升沿同步，二者的时间偏差在0至几十微秒之间，从而有助于所述的待控像素的转换，当采用两步寻址时，所述辅助电信号在第二步骤中被施加。
根据本发明的另一个特征，施加到至少一个相邻像素的所述辅助电信号被设计为在所述相邻像素中引起平行于所述通常确定的方向的辅助流动，以控制待控像素的转换。
根据本发明的另一个有利特征，在环境温度下，辅助电信号的沿相对于电控信号的主动下降沿的时间偏移在0至几十μs之间，通常在0至50μs之间，优选地在0至10μs之间，特别优选地在5μs至10μs之间。
本发明还涉及用于实现上述方法的液晶显示器。
为了控制像素P的转换，本发明基本上还包括在相对于P的转换信号被适当定义的时刻，向在流动方向18中位于像素P的任意一侧的一个或多个像素(相邻像素58)施加辅助电信号。由这些辅助电信号在相邻像素中产生的分子的运动引起像素P中的辅助流动，该辅助流动用于控制像素P的转换。
辅助信号可以通过行电极或列电极或上述两种电极被发送到相邻像素。
施加到相邻像素的辅助电信号优选地但非限制性地具有单极槽或双极槽的形状。从后文中可以看出，当该信号上升时(上升沿的特征在于电压的绝对值增大)，其引起有助于像素变换为U的强流动，如果该上升沿在相对于像素信号适当的时刻被施加，则像素发生转换。当该信号下降时(下降沿的特征在于电压的绝对值减小)，其引起弱流动，但是该弱流动足以帮助像素变换为T，同样，如果该下降沿在相对于像素信号适当的时刻被施加，则像素发生转换。
对于被动矩阵式显示器的情况，在对行进行寻址时，列信号被施加到每一列的所有像素。在垂直涂布的情况下，列m的像素是像素P(n，m)的之前定义过的相邻像素58。然后，在正确设定的时间通过列m上的信号来提供辅助信号。但是，通过向被启动的行的相邻的行施加信号来控制辅助信号的幅值是有利的。
还可以通过向对应于相邻像素的行(行n-1、n-2、n+1、n+2等)施加信号来对相邻像素58施加辅助信号。
对于具有垂直涂布的主动矩阵式显示器的情况，比被动寻址更容易实现本发明，因为行是独立开放的，因此可以独立于转换信号而只对必要的相邻行施加辅助信号。
本发明的优点
利用根据本发明的辅助电信号的第一个优点是通过降低给予每行的寻址的时间提高了寻址速度。
本发明的第二个优点是降低每行之间的寻址时间，甚至使其为负值。
本发明的第三个优点是当利用这种方式在一个像素中产生灰度时，对该像素中每种纹理的比例的控制增强。
附图说明
通过阅读以下的以非限制性实例给出的具体描述以及参考附图，本发明的其他特点、目的和优点将显而易见，其中：
图1显示BiNem型的双稳态显示器的已知操作原理，
图2表示在这种显示器中用于转变到纹理T的下降流，
图3显示传统的复合被动式寻址的原理，
图4显示形成在显示器的两块玻璃基板上的电极的已知原理图，其中图4a显示了用于在所谓的上基板上蚀刻电极的掩膜，图4b显示了用于在所谓的下基板上蚀刻电极的掩膜，
图5显示在像素转换为纹理T的过程中，在传统显示器上观察到的边缘效应(纹理U)的存在，
图6显示以x为函数，根据x，当施加到像素P的槽式信号关闭时，下降流的速度沿z方向的平均值(平均速度v)，其中幅值Vp＝20伏，
图7在图7a中显示了四个不同的位置1、2、3和4，在这四个位置，当施加由图7b表示的辅助信号时，执行图8所示的模拟，
图8表示在图7a中被标记为1、2、3、4的四个位置处，液晶的平均速度v(对应于x，速度沿z方向的平均值)随时间变化的函数，
图9在图9a中显示由图9b所示的辅助槽式信号Vaux在像素P的中间引起的平均速度v随时间变化的函数，
图10在图10a中显示相邻像素中间的平均速度v随时间变化的函数，其中在施加如图10b所示的辅助电压之前对相邻像素施加均方根电压Vrms的几个值，
图11在图11a中显示在只通过像素P的行施加到像素P的转换信号Vp(如图11b所示)下降前的几微秒，通过相应的行施加到相邻像素上的几伏的狭槽信号形式的辅助上升信号，
图12显示在电压Vp下降到0时，防止转换到T的辅助流动的幅值。图中显示了比没有辅助流动时引起转换到T所需的最小下降VT大ΔV的电压的下降。该辅助流动通过图11所示的辅助上升信号产生。
图13示意性地显示根据本发明的变化实施例，其中利用了控制交错的电极行的两个供电电路或“驱动器”，
图14显示在上升20V的阶跃的过程中，像素P中间的平均速度随时间变化的函数，应指出正的上升流之后是负的返回流，同时保持施加电场以使被提升的分子基本上不再返回，
图15对应于以下将要描述的本发明的第三实例，其中图15a显示用于产生到U或T的转换的行信号，图15b和图15c分别显示用于产生到U或T的转换的列信号，
图16对应于单极行信号和列信号情况下的本发明的第四实例，其中图16a和16b显示施加到行n和n+1的行信号，图16c和16d显示列信号，
图17对应于上述双极行信号和列信号情况下的本发明的第四实例，其中图17a和17b显示施加到行n和n+1的行信号，图17c和17d显示列信号。
具体实施方式
在展示本发明的实施例的不同示例之前，将解释发明人基于本发明进行的研究。
来自于相邻像素的流动的研究
首先，我们将解释来自于相邻像素的流动或辅助流动扩散到要被转换的像素中的方式，从最初全部被设置在状态T中的像素的例子开始。
a)距离效应
图8显示了在单元的四个点上，对应于x，液晶的速度v沿z方向的平均值，其中这四个点被标记在图7a中。该流动由辅助信号Vaux产生，辅助信号Vaux是通过如图7b所示的3V的阶跃信号加上1V的常量信号形成的。通过相应的行(n+1至n+4)，在1.5μm厚的单元中(图7)，该阶跃信号被同时施加到与位于行n上的像素P相邻的四个相邻像素58上。在图8中，曲线1给出了在与像素P足够远的距离处的平均速度，例如在接收辅助信号的四个相邻像素的一侧，在相对于像素P的中心2.5个像素的距离处。曲线2给出了位于接收辅助信号的相邻像素的一侧的像素P的边缘处的平均速度。曲线3给出了像素P的中间的平均速度。曲线4给出了位于接收辅助信号的相邻像素的相对一侧的像素P的边缘处的平均速度。图8是数值模拟的结果。
因此在像素P中，对应于x，在辅助信号70的上升(上升沿)的作用下，出现由相邻像素的阶跃引起的辅助阶跃流动。当该流动从其源头离开时，该流动减弱并从其产生该流动的相邻像素扩散到像素P中。
b)衰退效应
根据同样的方式，当突然关闭辅助信号时(下降沿)，产生辅助下降流。图9a显示了由施加到前述的四个相邻像素的辅助槽式信号Vaux在像素P的中间引起的平均速度v随时间变化的函数。如图9b所示，首先施加1V的升起的信号，然后在64μs内，形成辅助信号的4V的槽式信号被施加到前述的相邻像素上。
像素P首先出现由辅助信号的上升70引起的正的辅助阶跃流动72(对应于x)，然后出现由辅助信号的突然下降80引起的负的辅助下降流82。辅助信号消失时引起的速度的绝对值小于阶跃引起的速度的绝对值，且与其反号(对应于-x)。
c)相邻像素的开始状态效应
图10a显示了相邻像素中间的平均速度随时间变化的函数，其中在施加如图10b所示的辅助信号之前对相邻像素施加均方根电压Vrms的几个值(曲线1：Vrms＝0V；曲线2：Vrms＝0.7V；曲线3：Vrms＝1V曲线4：Vrms＝1.4V)。如图10b所示，辅助信号是长度为64μs的10V槽式信号，如前文一样，其被施加到四个相邻像素58上。在辅助信号之前施加的平均电压Vrms已经对分子施加了初始阶跃。该阶跃是Vrms的值的函数。
已经观察到，相邻像素中心处的辅助阶跃流动72的平均速度的大小根据Vrms而变化，但是特别地，该速度的最大值出现的时刻显著偏移。为了有效地利用辅助阶跃流动72，必须考虑这种现象，以调节辅助信号的上升70与像素P的转换信号之间的时间偏移。
还观察到辅助下降流82的平均速度与Vrms无关。
d)辅助流动效应的方向
由辅助信号的上升沿引发的辅助阶跃流是正的(对应于x)，因此其与像素P中靠近主动板20的下降流32的方向(对应于-x)相反，而该下降流本身就会引起后者向T的转换。相邻像素的辅助阶跃流动与下降流相反，因此促进像素P向U的转换。
由辅助信号的下降沿引发的辅助下降流是负的(对应于-x)，因此其与像素P的下降流32的方向相同，而该下降流本身就会引起后者向T的转换。因此相邻像素的辅助下降流辅助像素P向T的转换。
e)辅助流动有效性的实例
图12显示了防止像素P转换为T的辅助阶跃流动的幅值，其中从Vp到0的下降比没有辅助信号时转换到T所需的下降VTmin大ΔV。在该曲线上，辅助信号的有效性很明显。这里VTmin＝16V，Vp＝20V，ΔV＝4V。图12中的曲线显示阻止转换到T的速度是0.3mm/s。在图6中，我们看到20V的电压阶跃下降Vp产生-8mm/s的流动。因此该-8mm/s的流动被辅助流动逆向移动0.3mm/s。
因此，相对于信号Vp的主动下降沿事先(在环境温度下为0或甚至几微秒至几十微秒，在寒冷温度下为几十至几百μs)设置的辅助信号的上升沿用于防止转换到T，从而获得纹理U。这里Vp的主动下降沿用于产生足够的下降流32以获得纹理T。
通常，相对于信号Vp的主动下降沿对辅助信号的上升或下降沿的时刻进行调节(目的为选择纹理)可以控制整个像素P的最终纹理。
在开始时当所有的像素在状态U时，出现相同类型的现象，但是为了不增加表述的复杂性，在这里不作出详细的描述。
本发明提供了多个优点。以下提到的是不以任何方式作为限制的优点：
1)在两步被动寻址的第二步骤中，本发明加速第二步骤并控制灰度。
2)在对一系列行进行逐行单步寻址的过程中(单步寻址)，本发明控制被启动的行的像素在U或T中的转换。
3)在两步被动显示的第二步骤中，第一步骤包括共同转换到T，本发明允许利用不破坏保持在T中的像素的锚定的像素信号按照初始模式来实现快速转换。
下面我们将阐述执行本发明的三种典型的非限制性实施例。
这些例子通过BINEM
Figure G2008800058255D00141
显示器的特定情况下的三种应用显示了本发明的优点。其应用不只限于这些情况，也不只限于这类显示器。实际上应当强调的是，利用本发明范围内公开的由上下游的相邻像素产生的辅助流动，当相邻像素被该流动制动时，其利于加速任何类型的液晶显示器的复合转换。
本发明实施例1：被动寻址中，两步寻址的第二步骤的加速以及灰度控制
对于屏幕或者被动复合式矩阵屏幕的一些行，通过两个步骤来寻址。行52垂直于涂布，因此垂直于由分子的运动引起的流动(垂直涂布)。参考显示的第二步骤：通过第一步骤，要被转换的区域100内已经被设置为纹理T。在行n上执行转换。考虑像素P(行n，列m)的转换。
在所产生的转换开始时，在此例如对行n施加槽式电压，将分子从行n提起引起超过100nm的液晶位移。在图2和7显示的分子结构中，位移朝向x正方向。该位移在行n-1附近产生过压，在行n+1附近产生负压。一旦达到状态H，所产生的压力梯度拉回液晶。图14显示了当在时刻t＝0时对像素P施加增量为20V的电压的上升过程中，像素P中间部分的平均速度随时间变化的函数。图14显示了150处的上升流和152处的返回流。在开始时可以注意到有很大的正向速度。几微秒之后，该流动变为负。几百微秒之后，其影响消失。在这段时间内，所述返回流152使靠近从动板10的分子在通向纹理T的方向中倾斜(按照我们的规定，是对应于-x的负值)：不能获得纹理U。
不利用本发明的一种缓慢且有缺陷的转换方法包括在电压作用下等待返回流152的结束，这意味着在环境温度下，像素转换信号Vp(Vp＝VL-Vc)的第一级V’1被增大约超过1ms。然后，被中间级切割为两个相等下落的下降将产生纹理U。被切割为两个非对称下落的下降将产生纹理T。利用列信号Vc来调节不同像素上的第二级的值，其中Vc的下降沿与信号线的第二级V’2的下降沿同步[6]。作为值V’2的函数，主动下降沿是从V’1变化为V’2或者从V’2变化为0。第一级的时间很重要。如果该时间太短，纹理U在像素中间显示出寄生状态T。如果其太长，纹理T显示出前面提到的边缘缺陷U。
执行本发明可以消除以上缺陷。为此，对行n施加标准的但是比两级信号更快速的信号：第一级的幅值为V1，其强度足以破坏锚定，其持续时间恰好为破坏锚定所需的时间(通常＜1ms)，然后第二级V2的幅值低于破坏锚定所需的幅值。在此，我们以示例的方式选择主动下降沿是V1变换为V2的情况。
为了将像素P(n，m)转换为T，在其行n的驱动时间过程中，不对其(参考图15c)施加列信号(VcT＝0)。返回流152辅助主动板20的分子的下降流从V1变换为V2，从而将从动板10附近的分子转换为状态T，而在两个边缘上没有缺陷。V1到V2的变换是用于转换像素P的主动下降沿。
为了将像素P(n，m)转换为U，辅助槽式信号153Vcu被施加到像素P的列m，其中辅助槽式信号153Vcu提升来自于位于行n+1、n+2、n-1、n-2等(参考图15b)的相邻像素(对于列m类似)的分子。暂时调节该信号153的辅助上升沿154，从而所产生的辅助流动在信号线从V1跌落到V2的时刻最大。因此，辅助信号153的辅助上升沿154比像素P的主动下降沿(从V1变换为V2)提前时间δt，以补偿辅助信号153与其在行n中引起的流动之间的延迟(参考图7和10)。同时，辅助流动与返回流以及主动板20的分子的下降流相对：即使所施加的辅助电压小于破坏电压以避免转换已记录的行n-1、n-2等的相邻像素，辅助流动也可以补偿返回流和下降流，且允许像素P转换为U。实际上，处于T中的相邻像素对辅助流动起主要作用，其是在寻址的第一步骤中被置于T中的相邻像素n+1、n+2等，以及可选地在其行被启动之后取决于其状态的像素n-1、n-2。但是像素n+1、n+2等的作用足以产生所期待的效应。
在该非限制性实例中，应指出只通过列信号的方式来施加辅助信号153。一个变化例还包括通过施加到行n+1、n+2的补充信号线来控制辅助流动。通过改变像素P的端子的电压跳变([1][2][6])，这种根据本发明的结构中施加的列信号153不起控制像素P的转换的典型作用，因为根据本发明施加列信号153，从而列信号153的下降沿156与信号线的第二级V2的下降沿同步，或者根据文献[9]的“相位调制”的变化例，列信号153的下降沿156相对于信号线的第二级的下降沿不同步。根据本发明，起作用的不是列信号153的下降沿156，而是其上升沿154，该辅助上升沿154相对于对应与V1到V2的下跌的主动下降沿提前设置。此外，甚至可以取消级V2，则从V1到0的下降沿变为主动下降沿。在根据本发明的这种结构中，在启动时间内由像素P从其线路中接收到的列信号153不是典型的“像素”信号，而是作用于相邻像素的流动并且不直接作用于P的辅助信号。
此外，发明人还展示了，其发明可以通过简单地改变辅助信号153的幅值或时间设置(temporal placement)来控制显示灰度。实际上，由行n+1、n+2等的纹理T中的像素所产生的辅助流动在行n的像素中并不均匀。当从产生该流动的像素离开时，流动被减弱(参考图8)。对于0与前述值Vcu之间的列电压Vc，靠近行n+1的行n的边缘处的辅助流动足以对抗返回流和下降流，从而保证靠近从动板10的速度小于T中的阈值变换速度。这部分像素转换为U。相反，在靠近行n-1的行n的像素部分中，辅助流动太弱不足以对抗其他两种流动，靠近从动板10的速度大于阈值从而这部分像素转换为T。其结果是在像素中两种纹理共存，在行的任意一侧上靠近从动板10的速度等于转换为T的阈值速度处，两部分共享。通过控制从V1下降到V2时辅助流动的速度来控制分隔线的位置，并通过改变辅助信号153的幅值或者其上升沿154的时间设置来调节分隔线的位置。
本发明实施例2：在被动寻址中，在逐行寻址(单步)过程中，控制被启动的行的像素转换为U或T
为了采用逐行寻址，根据本发明，使用施加到相邻像素的辅助信号，并考虑相邻像素的状态(U、T或两种纹理共存)调节辅助信号。一个限制是位于已记录的行(n-1、n-2等)中的相邻像素不能改变状态，且施加到这些相邻像素的辅助信号的幅值必须小，即至少小于破坏电压。相反，沿着要被记录的行n，可以对行施加大幅值的辅助信号(没有记录新图像的行，n+1、n+2等)。
相应地，可以利用辅助信号线来提升然后释放对应于要被记录的行n之前的行和之后的行的分子，并利用其上升和下降流，即辅助信号的上升沿或下降沿，通过对像素P施加足够的列信号，来分别在行n上产生U中的以及T中的像素，该信号还可以是辅助信号(见例1)。
本发明实施例3：利用像素信号在两步中实现快速寻址，其中该像素信号不破坏应保持在T中的像素的变化为T的锚定
在使用相邻像素的辅助流动的过程中，发明人发现可以节约能量的黑与白中的快速显示过程的另一个变化例。
这是一个两步方法。在第一步骤中，屏幕待显示的部分被均匀地设置为T。
在第二步骤中，显示被一行接一行的组成，并且行启动信号可以是简单的槽型。行启动信号VL的幅值V1略小于从动表面10上的锚定的破坏值Vcass。图16中显示了这些信号的计时图：
为了将像素P(n，m)变换为U，通过图16d中显示的负的槽式列信号来产生破坏：Vp＝VL-Vc＞Vcass。在该变化例中，列信号的下降沿不需要与信号线的下降沿同步。其可以与信号线的下降沿同步或位于其后。
行n+1的信号的上升沿(图16b)恰好位于行n的信号的下降沿(图16a)之前。该上升沿具有双重作用：提升行n+1的分子以准备行n+1的记录，以及通过调节其所在的时刻，通过同样的方法在像素P中产生必要的辅助流动。在行n的信号的下降沿出现时(图16a)，从行n+1(图16b)接收到的辅助流动补偿像素P的下降流和返回流。行n+1的信号的上升沿是上升辅助沿，其有助于转换到U。
为了将像素P变换到T(n，m)，列信号是图16c中显示的正的槽信号。由于Vp＝VL-Vc＜Vcass并且V1已经小于破坏电压，不能获得锚定的破坏。在行n的信号的下降沿(16a)出现时，尽管行n+1的分子的上升产生了辅助流动(图16b)，但是由于锚定已经被破坏，靠近从动板10的分子被之前的下降吸引回其初始位置。像素P保持被记录为T。
图16c和16d中显示的列信号的上升沿比信号线n的下降沿提前几微秒至几百微秒，其下降沿与信号线n的下降沿同步或位于其后。
该过程利用简单信号：低于破坏电压的幅值为V1的电压线的单一级别。由于不需要在电压作用下等待由辅助流动补偿的返回流的结束，因此该过程是迅速的。时间线接近破坏时间，或甚至与其相等，在环境温度下通常等于几微秒。用这种方式控制的显示器没有寄生边缘效应。
行n+1的信号的上升沿(见图16b)或者上升辅助沿必须位于行n的信号(见图16a)的下降沿之前，以补偿从行n+1流动到行n的辅助流动的扩散时间。必须根据行的宽度以及液晶的粘度亦即其温度来调节该偏移。
为了避免电解的寄生现象或电极的极化，可以用例如图17中显示的双极信号代替图16中显示的单极槽式信号。仔细查看图17，其显示了如果信号线的第二个槽是负的，则列信号的极性必须与图16相反(即负的第二列槽以产生状态T，正的第二列槽以产生状态U)。
参考图13，将描述本发明的变换实施例，其使用控制交错的行电极的两个电路或“驱动器”D1和D2。
实际上，在本发明的范围内，如图13所示，发明人提出利用与行电极相连的至少两个标准驱动器D1和D2来保证与特定寻址过程相关的交错行的寻址：在显示器的电极的“设计”阶段，具有相同奇偶性(奇数或偶数)的行被连接到驱动器D1，具有另一奇偶性的行被连接到另一个驱动器D2，驱动器D2例如相对于D1位于显示区的另一侧，如图13所示。因此，两个相邻的行n和n+1不连接到相同的驱动器，而是连接到两个不同的驱动器。
根据这一过程，两个标准驱动器D1和D2用于同时对适当的行施加电压VL和Vaux。本发明的这一个变化例利用标准且经济的驱动器实现了优化执行方案。
如果利用只具有一个偏移寄存器的STN型标准驱动器来执行以上例子，必须使用前面参考图13描述的具有交错行的控制模式。实际上，当驱动器只有一个偏移寄存器时，可以同时触发行信号启动或仅连续地逐行触发行信号启动。因此，这种模式与之前例如参考图16和17描述的行信号的应用不兼容。为了校正这种困难，发明人提出使用具有交错行的电极“设计”，例如参考图13所描述的。通过使用这种设计，两个相邻的行n和n+1不连接到相同的驱动器，而是连接到两个不同的驱动器。这种结构使一行的启动(例如通过驱动器D1执行)与其相邻的行的启动(例如通过驱动器D2执行)不相关联，因此使得行n的启动信号与其相邻的行n+1的启动信号在时间上重叠。
根据本发明的另一个有利特征，为了在选定的状态(通常是扭曲状态T)下控制至少一个显示行的转换，辅助电信号是施加到至少一个相邻的行的信号，其幅值小于锚定破坏电压且其下降沿与电控信号的主动下降沿同步或者提前被控的时间。
根据本发明的另一个变化例，为了在选定的状态(通常是扭曲状态T)下控制至少一个显示行的转换，辅助电信号是施加到几个相邻的行的信号，其幅值小于锚定破坏电压且其下降沿与电控信号的主动下降沿同步或者提前被控的时间。
显然，本发明不限于上述实施例，而是延伸到遵循本发明的精神的任何变化例。
应特别指出，前面所述的交错的行寻址方法与遵循本发明精神的所有变化例兼容。
对于本发明所述的所有信号，行信号和列信号可以是单极或双极的，例如文献[6]中所述。参考电压不必等于0V，一些屏幕驱动器可以利用虚地工作。
所述的所有例子可以组合在一起。
前面的例子可以应用到主动寻址，由于施加到给定列但是不同行的像素的列信号是独立的，其具有更大的自由度。
参考文献：
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文献[8]：US 7067180
文献[9]：WO 2004/104980

Claims (27)

1、一种控制液晶显示器的方法，所述液晶显示器包括设置在交叉的行和列中的像素矩阵，其中通过在限定每个像素的两个电极(50，52)之间施加电控信号来控制液晶分子的状态转换，所述状态转换在靠近涂布方向的特定方向(18)中产生流动，由于通过单步或两步的逐行寻址来执行像素的寻址，其中所述两步寻址包括对处于给定的唯一纹理中的屏幕的至少一部分执行共同寻址以控制至少部分像素(P)的转换的第一步骤，所述方法的步骤包括对位于必须通过电控信号来控制其转换的像素(P)的流动方向中的至少一个相邻像素(58)施加辅助电信号，所述辅助电信号的幅值小于破坏电压，并且在环境温度下，所述辅助电信号的上升或下降沿在时间上设置于所述电控信号的主动下降沿之前或者与所述电控信号的主动下降沿同步，二者的时间偏差在0至几十微秒之间，从而有助于待控的所述像素(P)的转换，当采用两步寻址时，所述辅助电信号在第二步骤中被施加。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加到至少一个相邻像素(58)的所述辅助电信号被设计为在所述相邻像素中引起平行于所述方向的辅助流动，以控制待控像素(P)的转换。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述辅助电信号被同时施加到多个相邻像素(58)。
4、如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，施加到至少一个相邻像素(58)的所述辅助电信号是在所述相邻像素的两个电极之间被施加的信号，并且由施加到相对于列电极的参考的行电极、或相对于行电极的参考的列电极、或行电极与列电极之间的电压形成。
5、如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，施加到至少一个相邻像素(58)的所述辅助电信号是单极信号。
6、如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，施加到至少一个相邻像素(58)的所述辅助电信号是双极信号。
7、如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，为了有助于像素(P)转换为均匀的或略微扭曲的状态(U)，辅助电信号的上升沿相对于电控信号的主动下降沿在时间上提前设置。
8、如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，为了有助于像素(P)转换为扭曲状态(T)，辅助电信号的下降沿相对于电控信号的主动下降沿在时间上同步或提前设置。
9、如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，显示器基板(10，20)的涂布方向(40)垂直于行电极(52)，并且辅助电信号包括施加到列电极(50)且在时间上相对于电控信号的主动下降沿来设置的信号。
10、如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，辅助电信号包括施加到与待控像素(P)相邻的至少一个行电极(52)的信号。
11、如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在环境温度下，辅助电信号的沿相对于电控信号的主动下降沿的时间偏移在0至几十μs之间，通常在0至50μs之间，优选地在0至10μs之间，特别优选地在5μs至10μs之间。
12、如权利要求1至11中任一项所述的过程，其特征在于，在两步寻址的第二步骤中，包括两级的信号被施加到待控的行：第一级的幅值的强度足以破坏锚定，而随后的第二级的幅值低于锚定破坏电压，并且辅助电信号以零位信号的形式被施加到列电极以产生扭曲状态(T)，以槽式信号的形式被施加到列电极以产生均匀的或略微扭曲的状态(U)，其中所述槽式信号的上升沿相对于控制信号两级之间的中间主动下降沿提前设置。
13、如权利要求12所述的过程，其特征在于，辅助电信号还被施加到待控行的未被记录的相邻行(n+1或n+1以及n+2)。
14、如权利要求1至13中任一项所述的过程，其特征在于，为了在逐行寻址的过程中控制被启动的行的状态，向至少一个相邻行和/或列电极施加辅助电信号，并且调节辅助电信号以不改变之前已被记录的行的状态。
15、如权利要求1至14中任一项所述的过程，其特征在于，为了在逐行寻址的过程中控制被启动的行的状态，向至少一个相邻行和/或列电极施加辅助电信号，并且该辅助电信号具有可以改变待记录的上游的行的状态的高幅值。
16、如权利要求1至15中任一项所述的过程，其特征在于，通过两步进行寻址，在第一步骤中，显示器的一部分被设置为选定状态，通常是扭曲状态(T)，在第二步骤中，由于形成为槽式的行启动信号的幅值小于破坏电压，逐行操作显示器，辅助电信号由后面的行的启动信号组成，所述辅助电信号的上升沿相对于被启动的行的行信号的下降沿提前设置。
17、如权利要求16所述的过程，其特征在于，如果希望获得匀质的或略微扭曲的状态(U)，则根据与启动信号相反的极性对列电极施加列信号，以引起破坏，如果希望获得扭曲状态(T)，则根据与启动信号相同的极性对列电极施加列信号，以避免破坏。
18、如权利要求16或17所述的过程，其特征在于，施加到列电极的信号的下降沿与正被记录的行的下降沿同步或位于其后。
19、如权利要求1至18中任一项所述的过程，其特征在于，通过控制辅助电信号的幅值和/或相对于电控信号的主动下降沿的时间偏移，来控制灰度。
20、如权利要求1至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法应用于主动寻址的显示器。
21、如权利要求1至20中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法利用两个控制电路或驱动器(D1，D2)，所述两个控制电路或驱动器交替连接到交错的行电极(n、n+2...n+p-1；n+1、n+3...n+p-2)，从而任何两个相邻的行n和n+1连接到两个不同的驱动器。
22、如权利要求21所述的方法，其特征在于，至少在特定的操作序列中使用两个驱动器(D1，D2)，从而同时以及分别向特定的行施加第一启动信号并向特定的其他行施加第二辅助电信号。
23、如权利要求21所述的方法，其特征在于，至少在特定的操作序列中使用两个驱动器(D1，D2)，以向各个行施加在时间上重叠的启动信号。
24、如权利要求1至23中任一项所述的方法，其特征在于，为了控制至少一个显示行转换到选定状态，通常是扭曲状态(T)，辅助电信号是施加到至少一个相邻行的信号，辅助电信号的幅值小于破坏电压且其下降沿相对于电控信号的主动下降沿同步设置或者相对于所述主动下降沿提前被控的时间。
25、如权利要求1至24中任一项所述的方法，其特征在于，为了控制至少一个显示行转换到选定状态，通常是扭曲状态(T)，辅助电信号是施加到多个相邻行的信号，辅助电信号的幅值小于破坏电压且其下降沿相对于控制信号的主动下降沿同步设置或者相对于所述主动下降沿提前被控的时间。
26、一种液晶显示器，包括设置在交叉的行和列中的像素矩阵，其中通过在限定每个像素的两个电极(50，52)之间施加电控信号来控制液晶分子的状态转换，所述状态转换在特定方向(18)中产生流动，其特征在于，所述液晶显示器包括用于控制至少部分像素(P)的转换的装置，该装置对位于必须通过电控信号来控制其转换的像素(P)的流动方向中的至少一个相邻像素(58)施加辅助电信号，所述辅助电信号的幅值小于破坏电压，并且在环境温度下，所述辅助电信号的上升或下降沿在时间上设置于所述电控信号的主动下降沿之前或者与所述电控信号的主动下降沿同步，从而有助于所述的待控像素(P)的转换，当采用两步寻址时，所述辅助电信号在第二步骤中被施加。
27、如权利要求26所述的显示器，其特征在于，其构成两个稳定纹理(U，T)相差大约180°的扭曲角的向列型双稳态液晶显示器。
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