CN1018301B

CN1018301B - 驱动显示器的方法

Info

Publication number: CN1018301B
Application number: CN89107722A
Authority: CN
Inventors: 卡雷尔·艾伯特·库伊克; 艾伦·乔治·克纳普; 约翰·马丁·香农
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1989-10-02
Publication date: 1992-09-16
Also published as: HK164796A; EP0362939B1; ATE115757T1; DE68919980D1; DE68919980T2; KR910006911A; US5159325A; JPH02125225A; EP0362939A1; NL8802436A; KR970006861B1; JP2582302B2; CN1041840A

Abstract

在通过有源元件(15)驱动象素(12)的图象显示器中，该有源元件的电物性中的非一致性是通过以复位模式驱动该显示器来消除的。

Description

本发明涉及一种驱动显示器的方法，该显示器包括：在二支撑板之间的一电-光显示媒质，排列成行和列的象素系统，每个象素至少由设置在二支撑板的面对面的表面上的图象电极形成，至少一个图象电极通过一非线性开关元件连接至一行或列电极，至少在一部分行周期期间藉助于开关元件通过行电极来选择一行象素，而数据信号是通过列电极加上的。

这里应注意的是，在本申请中术语“行电极”和“列电极”需要的话可以互换，因此，列电极是参照行电极而说的，同时可以把列电极变换成行电极。

在本申请人申请的非预公布申请No.8701420（PHN12.154）中，介绍了本文开头段落中所述那种的方法，它对所用的彩色滤波器给出了广泛的自由选择范围。采用下列措施这是可能的：通过首先已对与象素有关的电容过份放电或充电（放电或充电都不是精确的）后，使这些电容充电或放电从而对这些象素每行进行给定的调整。

在所述申请中，该方法是这样实现的;即在选择之前，将一在用于图象显示的电压范围的极限上或超过该极限的电压，例如辅助电压（参考电压）或复位电压，加到诸象素上。

在该申请中所述的显示器的一最佳实施例中，在一象素和一行或列电极之间设置了一齐纳二极管。这种齐纳二极管具有极不对称的电流-电压特性（Ⅳ曲线）。

根据本发明的方法的特征在于，所述开关元件至少是大致对称的，且与数据信号一起在加上一选择信号之前，向象素提供某一电压符号的象素电压，通过开关元件使象素充电或放电至与上述电压符号相同的一辅助电压，该辅助电压位于或超出用于图象显示的电压范围的极限，它最好是超出或在该电-光媒质的透射/电压特性的转变范围的极限。

根据本发明的方法的一优选实施例的特征在于，至少在一些连续的选择期间，不管是否是先将象素充电或放电至一辅助电压，通过对称开关元件的电流具有相同的方向。

在这方面应该理解，至少大致对称的开关元件意味着开关元件在电压反相时具有相同或大致相同的电流-电压变化（电流和电压有相反符号），例如MIM（金属-绝缘体-金属）元件。制造方法基本上不可能使二个方向上的变化完全相同，实际上，这种对称开关元件的电流-电压曲线在二个方面上基本上具有相同的形状且在该特性曲线的正的部分中的通断电压与在负的部分（除符号外）的通断电压几乎相同，这一点与例如齐纳二极管截然不同。对称开关元件的其他例子有例如背对背二极管和某些半导体开关元件，例如nin开关元件或pip开关元件（或者包括一个n（p）掺杂的半导体区，一基本上是本征（i）的半导体区和一n（p）掺杂的半导体区）。

也可以通过组合诸如1个或多于1个二极管环那样的子开关元件的组合、上述开关元件的组合或者不是这些元件的组合来获得该对称特性。

综观整个显示器件，所述的开关元件例如在正向电压上相当参差不齐，因此在通常以选择信号和非选择信号（同时与数据信号一起）的极性的周期性的倒相来驱动各行时，会引入不必要的电压分量，结果使显示器件中出现不均匀（灰度变化）。已经发现，当这些电压分量使用在本发明的方法中是使他们不影响或几乎不影响确定液晶透射的电压时，可以补偿这些电压分量。

现参阅附图更详细地说明本发明的实施例，附图中：

图1图示出根据本发明的方法所用的图象显示器;

图2示出一电-光媒质，例如液晶，的透射/电压特性;

图3图示出一大致对称的非线性开关元件（例如一MIM元件）的电流-电压特性;

图4示出与本发明方法有关的驱动信号;

图5示出一改型。

图1a图示出本发明方法所用的器件。排列成矩阵的象素12被安置在行电极11和列电极8的相交区域中，同时象素通过对称非线性开关元件15（在本例中为MIM元件）连接至列电极8。

如有一数据电压Vd被送到列电极8，同时一选择电压Vs1被送至一被选择的行电极11，对一被选象素12可以认为该象素上的电压，即象素电压Vp1（见图2）满足：Vp1＝Vd-Vs1-Vm……（1）。

其中Vm是MIM元件的正向电压，它在所需的时间周期内供应充足的电流将该象素充电至正确的电压。

在其后的场中，该数据电压以反相的形式（-Vd）出现，同时此时的选择电压是Vs2。如下面将要说明，由于与该象素12有关的电容已首先以与在非预公布的荷兰专利申请No.8，701，420（PHN12.154）中所述方式相类似的方式被负向过份充电，在通过MIM的电流具有在相同方向同时它又被充电，因此此时该象素电压Vp2（见图2）为：

Vp2＝-Vd-Vs2-Vm （2）

从（1）式和（2）式可得：

Vp1-Vp2＝2Vd-Vs1+Vs2＝2Vampl （3）

Vp1+Vp2＝-Vs1-Vs2-2Vm＝2V_DC（4）

只要选择电压Vs1和Vs2满足Vs2＝-Vs1-2Vm在理想情况下（电压Vm无参差不齐，有完全对称的透射/电压特性），在此情况下象素电压与数据电压Vd相等但符号相反且-Vd也相等只是有相反的符号。则可满足Vp1＝-Vp2＝Vampl，因时V_DC＝0。

该同样的象素电压Vp1，Vp2也可写作：

Vp1＝1/2（Vp1+Vp2）+1/2（Vp1-Vp2）＝V_DC+Vampl （5）

Vp2＝1/2（Vp1+Vp2）-1/2（Vp1-Vp2）＝V_DC-Vampl （6）

因MIM电压Vm（或另一个大致对称开关元件的电压）在整个显示器的表面上不是相同这一事实而会引入直流分量V_DC，这一直流分量V_DC会导致一任意MIM元件上的电压降与额定值Vm的偏差实际上看来会由液晶材料中的离子运动获得补偿，因此，经过一些时间后只在覆盖电极的绝缘（取向）层上存在一直流电压。此时有效象素电压Vp^＊由（周期性变化的）电压V_ampl确定，对此满足;

V^＊p1＝-V^＊p2＝Vampl（见图2）

即使所述的补偿并没有发生，只要｜V_DC｜＜＜｜V_ampl｜，该有效电压V_eff＝V² _ampl+V² _DC从二场上的平均理想值V_ampl偏移至一小的程度。在实践上这是很易理解的。为了防止因该小剩余直流电压引起的液晶的可能毁坏，可将所有工作电压的符号周期性地改变。

由压V_ampl与MIM上的电压降及其中的可能变化无关。由于可能的直流分量被补偿，因此在该器件的透射特性中没有发现或几乎没有发现因开关元件的非均开关特性引起的变化。这些直流分量与数据电压（见（4）式）无关，因此不会产生余象或重影。

为了写入信息，第一选择电压V_s1在选择周期t_s加在选择线11上，此时信息或数据电压V_α同时加在列电极8上，这导致例如一正电压加在一象素12上，它代表了所加的信息。

为了防止液晶的劣化和能够提高所谓的表面闪烁频率。最好将具有交变符号的信息加在象素12上。在根据本发明的方法中，代表所加上的信息的在象素12上的一负电压是这样获得的：即在通过MIM15使与象素12有关的电容过份放电（或使它负向过份充电）后加一第二选择电压Vs2同时加反相的数据电压（-V_α）。

图4示出怎样给多行象素12选择驱动信号，以便与每一场改变符号的图象信息一起（例如在电视应用中）写入。

在一选择期间t_s（在本例中被选为等于电视应用中的行周期，即64微秒），选择电压V_s1从时刻t₀起加到一行电极11上，同时信息电压或数据电压V_α加到列电极8上。在时刻t₁后，由于行电极11接收一电压V_ns1，有关的行象素不再被选择。这一电压一直保持到行象素12的下一次选择的前夕，在本例中，这是这样实施的：即在再次选择第一行象素12的前夕，即在时刻t₃＝t_f-t_s，（其中t_f代表场周期）将一复位电压加在有关的行电极11上。然后该复位电压可选择为使象素12通过MIM15负向充电至这样的程度使得各有关象素的电压超出用于图象显示的范围（高达≤-V_sat的值）。在其后的选择周期（从t₄起）它们通过该MIM被充电至由数据电压-V_α所确定的理想值，为此目的，行电极接收电压V_s2并在选择周期已过（t_s）后，它们接收一非选择电压V_ns2。通过这方法该象素上的电压在每个场周期期间反相。

图4b示出如图4a相同的电压变化，但位移了一场周期加一选择周期（在本例中一行周期）。这使得用二互相反相的数据电压来写连续二行象素成为可能。图4c与图4a相同，但位移了二选择周期。

对于偶数和奇数场的各行是互相重迭写入的具有一半垂直分辩率的（电视）图象，实现了图象信息改变其符号并在每场周期更新一次。虽然在本例中行闪烁频率是25赫（30赫），由于每行改变符号而引入的180°相位，在二连续行之间实现了50赫（60赫）的表面闪烁频率。

选择电压V_s1和V_s2当然也可以选择为短于一个行周期（64微秒），在此情况下，只要有充足的时间留下给象素12充电，可在选择发生的一部分行周期期间交变地加复位电压，然后电极11上的电压变化以例如如图4a中以虚线14图示的方式进行。

所示的器件非常适用于采用这样的驱动方法，该方法中V_c＝V_sat+V_th/2和-V_c＝-（V_sat+V_th/2）被选择为一象素上的平均电压（见图2），故在象素12上的用于图象显示的电压的绝对值基本上被限制在V_th和V_sat之间的范围内。

根据列电极8上的数据电压V_α，如果象素12上的电压值最大为V_c+V_dmax＝V_sat和最小为V_c-V_dmax＝V_th，则在灰度级方面可获得令人满意的工作效果。消掉V_c得：

｜V_dmax｜≤1/2（V_dat-V_th），即（1）

-1/2（V_sat-V_th）≤V_dmax≤1/2（V_sat-V_th）

（2）

为了例如正向地对一行象素12充电，给预有关的行电极一选择电压V_s1＝-V₁-1/2（V_sat+V_th），其中V是该MIM15的正向电压。因此，象素12上的电压为V_d-V₁-V_s1，它的范围根据V_d在V_th和V_sat′之间，其中

-1/2（V_sat-V_th）+1/2（V_sat+V_th）＝V_th（3）

和

1/2（V_sat-V_th）+1/2（V_sat+V_th）＝V_sat′ （4）

为了（在其后的场或帧周期）在其后的选择时以反相数据电压对同一行象素12负向充电，通过在行电极11上的一复位电压V_reset首先对它们负向过份充电。接着（在同一行周期或其后的周期）被选择的行电极接收一选择电压V_a2＝-V₁+1/2（V_sat+V_th）此时已被负向过份充电的象素12通过MIM15被充电至-V_d-V₁-V_s2，就是说，至-V_th和-V_sat之间，其中：

1/2（V_sat-V_th）-1/2（V_sat+V_th）＝-V_th（5）

和

-1/2（V_sat-V_th）-1/2（V_sat+V_th＝-V_sat（6）

于是具有相反符号的信息出现在象素12上。

在非选择的情况下必须满足的条件是：MIM15不能导通或传输这样一个低电流I_off使得通过MIM15的放电基本上可以忽略的。

对于最低的非选择电压V_nsl，在结点16的电压V_A的范围在下列二值之间：

V_Amin＝V_ns1+V_th（7）

和

V_Amax＝V_ns1+V_sat（8）

值V_Amin和V_Amax满足：

V_Amax≤-V_dmax+V₃（9）

其中-V₃是一个在该电压下通过MIM的充电基本上可忽略的电压为了防止通过MIM15放电，也需满足：

V_Amin≥V_dmax-V₂（10）

其中V₂是一个在该电压下其他方向的电流基本上可忽略的电压。

从式（7）和（10）可得：

+V_dmax-V₂≤V_ns1+V_th或[在V_dmax＝1/2（V_sat-V_th）情况下

Vns1≥+1/2（V_sat-V_th）-V₂-V_th（11）

同样从式（8）和（9）可得：

-V_dmax+V₃≥V_ns1+V_sat或V_ns1≤-1/2（V_sat-V_th）-V_sat+V₃（12）

结合式（11）和（12）可得：

-1/2（V_sat-V_th）-V_sat+V₃≥V_ns1＞1/2（V_sat-V_th）-V₂-V_th（13）

或

V₂+V₃≥2（V_sat-V_th）（14）

通过给行电极11一充分高的复位电压，象素12被连续放电至≤-V_sat的值（见图4a）。对此满足：V_resct≥V_dmax+V_sat+V₄

其中-V₄是MIM的其他方向的电压，在该电压下出现充分的导通，或

V_reset≥1/2（V_sat-V_th）+V_sat+V₄（15）

其后象素通过MIM15精确地充电。为此目的，选择电压V_s2＝1/2（V_sat+V_th）-V₁加在行电极11上同时数据电压加在诸列电极8上。

接着行电极11接收一非选择电压V_ns2，对在结点16处的电压，现满足：V_Amax＝V_na2-V_th和V_Amin＝V_ns2-V_sat从式（3）和（4）及可导出

V_ns2≤-V_dmax+V₃+V_th＝-1/2（V_sat-V_th）+V_th+V₃（16）

和

V_ns2≥V_dmax-V₂+V_sat＝+1/2（V_sat-V_th）-V₂+V_sat（17）

结合式（16）和（17）可得：

1/2（V_sat-V_th）-V₂+V_sat≤

V_ns2≤-1/2（V_sat-V_th）+V_th+V₃（18）

因此又有下例成立：

V₂+V₃≥2（V_sat-V_th）（14′）

为了限制驱动电平的数目，使用仅仅一个非选择电压V_ns是较理想的。

结合式（7）和（12）可得：

1/2（V_sat-V_th）+V_sat-V₂≤V_ns≤-1/2（V_sat-V_th）-V_sat+V₃（19）

在该情况下满足：

V₂+V₃≥3V_sat-V_th（20）

本发明当然不限于上述的例子，它也可用于包括不同的大致对称的非线性开关元件，例如背对背二极管，-nin或-pip型开关元件。

开关元件和显示元件也可交换位置，如图1b所图示出的那样。

如在一个或多个二极管环的情况下，或者在提供有多余的部分时，非线性大致对称的开关元件也可以以不同的子开关元件组装成，其方法类似于在荷兰专利申请No.8800204（PHN12.409）所述那样。

如在本文开头段落中已述，通过周期性地改变工作电压的符号可以避免因剩余直流电压引起的液晶的可能劣化。

为了减弱因非线性开关元件总是在一个方向上导通（例如肖特基二极管中的电子迁移）及单方向复位的基他不良效果，周期性地（例如在每帧后或一固定数目的帧后）改变所有工作电压的符号是有益的。在图5中图示出驱动首先是在n帧周期t_f（n≥1）时以驱动电压进行的，如前述所推导的（以一个非选择电压V_ns），其后在m帧周期（m≥1）期间以反相驱相电压进行的。在周期性的时刻无需反相。从实际考虑，周期性的反向一般是较好的，此时n和m至少为10。

行电极无需直接连接到图象电极，但它们可容性地耦合到图象电极，如在本申请人申请的非预公布荷兰专利申请No.8，802，155（PHN 12.651）中已介绍的那样。

在列电极和行电极之间可与象素并联设置一额外的（存储）电容。

而且，在图4a中的t₀处选择之前，可将一第二复位电压加到行电极11上，该电压以以前所知的方式将象素充电至一辅助电压，其符号与在紧接其后的选择周期所得到的电压符号相反。为了得到均匀统一的充电或放电，在如参阅图4所述的复位期间和在通过所述第二复位电压的充电或放电期间将数据信号保持为零伏是较有利的。

Claims

1、一种驱动显示器的方法，该显示器包括；在二支撑板之间的一电一光显示媒质，一排列成行和列的象素系统，每个象素至少由设置在支撑板的面对面表面上的图象电极形成，至少一个图象电极通过一排线性开关元件连接至一行或列电极上，籍助于开关元件通过行电极在至少一部分行周期期间选择一行象素，同时通过列电极加上数据信号，其特征在于，所述开关元件至少是大致对称的，且与数据信号一起向象素提供具有某一电压符号的象素电压的选择信号之前，通过开关元件将象素充电或放电至一具有所述相同电压符号的辅助电压，该辅助电压超出或在用于图象显示的电压范围的极限上。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少在一些连续的选择信号期间，不论是否先是将象素充电或放电至一辅助电压，在选择期间通过对称开关元件的电流具有相同的方向。

3、如权利要求1或2所述的昏法，其特征在于，在将象素充电或放电至一辅助电压期间，在列行处的数据信号保持在零伏。

4、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该辅助电压是超出或在电-光媒质的透射/电压特性中的转换范围的极限上。

5、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，首先是辅助电压，接着是用于显示的电压在一个和同一个行选择周期期间加到象素上。

6、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在进行选择和给一行象素加数据信号的一行周期之前的一行选择周期期间加上所述的辅助电压。

7、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该至少大致对称的非线性开关元件是一个金属-绝缘体-金属元件，或一背对背二极管元件，或-nin开关元件或-pip开关元件。

8、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于该至少大致对称的非线性开关元件包括子开关元件。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于该至少大致对称的非线性开关元件包括至少一个二极管环。

10、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所用的驱动信号的极性是周期性或非周期性改变的。

11、如权利要求10所述的方法，其特征在于该驱动信号的极性在一个至少为十帧周期的周期上周期性地改变。

12、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于行电极是容性地耦合至在象素区域的有关图象电极上。