CN1110789A - 显示装置和用于显示装置的驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种显示装置，其由扫描电极和数据电极选择的 像素的透光率随施加到扫描电极和数据电极上的电 压差而变。它包括：一具有多个扫描电极和多个数据 电极的显示屏；一有效视频信号形成装置；一正交函 数发生器；一正交变换信号发生器；一扫描电压发生 器以及一数据电压发生器。其中，扫描电压发生器和 数据电压发生器的特征是，每一分图像中，以扫描电 压和数据电压的电压差施加到显示屏的驱动电压的 峰值，与数字视频信号的位有效值对应。

Description

本发明涉及一种矩阵型显示装置，即一种用同时选择多个行电极并用一正交函数进行变换的信号进行驱动的无源矩阵型显示装置。本发明尤其涉及一种当施加到以矩阵形式排列的一横向电极和一纵向电极（即一行电极和一列电极）的电压超过某一阈值时，其透光率发生变化的显示装置。

现以液晶显示装置为例来描述已有技术。把一数据电极作为一列电极，把一扫描电极作为一行电极。已知下述用来驱动-无源矩阵型液晶显示屏的系统包含Nr个行电极和Mc个列电极。这些系统中有一个系统使用一种所谓逐行扫描方法，它把相应于任意一行行电极上像素的一组像素信号施加到列电极上，并且同时，把行电极选择电压施加到行电极上来选择像素，使每一被选像素的透光率发生变化;上述操作有效地对每一电极扫描Nr个行电极。其他系统还有如多行选择和驱动系统，这种系统用正交变换对每个行电极进行同时选择，并把相应于经正交变换的被选电极的合成信号施加到列电极上。

液晶显示装置中，透光率的阈值特性依赖于施加在像素上电压的有效值。在上述驱动方法中，已经知道，获得透光率最大值与最小值比值（也即最大对比度）的条件可用公式（1）来表示（参考文献：Scanning Limitations of Liguid-Crystal-Displays，IEEE Transactions on Electron Devices，vol.ED-21，No.2，February 1974，pp146-155 by Panl M.Alt，Peter Pleshko）：

V_r/V_c＝N 1/2_r（1）

在公式（1）的条件下，给出透光率最大值（或最小值）的像素电压有效值V_on与给出透射率最小值（或最大值）的像素电压有效值V_off的比值由公式（2）表示。

V_on/V_off＝（（N 1/2_r-1）/（N 1/2_r+1）^1/2（2）

另外，V_off由公式（3）给出。

V_off＝V_c（2（N_r-N 1/2_r）/N 2_r）^1/2（3）

从公式（1）和（3），可以得到公式（4）

V_r＝V_off[N_r/（2（1-1/N 1/2_r））]^1/2

＝V_th[N_r/（2（1-1/N 1/2_r））]^1/2（4）

V_off值通常被设定为对有效值特征的透射率的阈值V_th。相应地，V_c值和V_r值均由V_th值确定。所以，现有技术的一个缺陷是，随着行电极数的增大，需要很大的行电压值。在无源矩阵显示装置中，可以用幅度调制（其列电压随灰度级而变）、或通过改变电压作用时间（在施加到行电极的电压在选择时间内固定为+V_r或-V_r，而在非选择时间内固定为O_v的情况下）的方法来获得灰度显示。作为改变作用时间的一种方法，有改变列电压脉冲宽度（脉宽调制）的方法和改变脉冲数，但保持脉冲宽度恒定（脉冲数调制）的方法。例如，为了实现脉冲数调制，一幅图像可以用相应于灰度级个数的帧数（或场数）来表示，V_on数的控制由每一像素的灰度确定。这种方法称作帧调制。

在幅度调制中，如果不采用校正技术，那么施加到列电极上电压的有效值（即均方根值）随一个个列电极或帧而变，这就引起显示的非均匀性。相应地，就需要有一校正信号，从而导致信号处理电路变复杂了。

在脉宽调制中，当施加窄脉宽的信号时，因为远离驱动点的某一像素由于电极阻抗而使电压波形变形变大，而引起显示的非均匀性。当脉宽调制中脉冲宽度足够宽时，帧频就会变得太小，从而导致图像闪烁。帧调制存在的一个问题是，除非不能提高帧频，否则当增加灰度级数时，就会使低频驱动信号分量增大，并且闪烁变得明显。

日本未经审查的、专利公布号为8910/1978的文献中建议采用一种灰度显示方法来减少闪烁。在此公布文献中，采用了一种逐行扫描和驱动系统，此系统中，在一个激励周期内确定n个场，并对激励进行周期性扫描;模拟数据信号被变换成n位二进制信号;相应于n个场中的每一个场选择并输出这些二进制信号，2⁰，2¹，2²，…，2^n-1中的每一个有效值被施加到n个场中的每一场，X-Y矩阵结构中的一个元在每一场的被选权重位输出的基础上受到激励。

然而，把这种系统应用到多行选择与驱动方法并不是一件容易的事，因为此时要采用正交变换方法对多个行电极进行同时选择、并把已经过正交变换的多行合成信号施加到列电极上。

本发明所提供的显示装置中，由扫描电极和数据电极选择的某一像素的透光率随施加到扫描电极和数据电极上的电压差一起变化，其特征在于，它包括：

一具有多个扫描电极和多个数据电极的显示屏;

一有效的视频信号成形装置，通过把某一图像中的数字视频信号分配给具有相同的位数、且每一位数具有一有效位的分图像而形成有效视频信号;

一正交函数发生器，用来产生具有大体正交性的正交函数信号;

一正交变换信号发生器，用来接收有效视频信号和正交函数信号，从而对数据信号进行运算和输出;

一扫描电压发生器，用来接收扫描信号，从而把扫描电压施加到显示屏的扫描电极上;

一数据电压发生器，用来接收数据信号，从而把数据电压施加到显示屏的数据电极上，其中，扫描电压发生器和数据电压发生器是这样一种发生器，在每一分图像中，其以扫描电压和数据电压之间的电压差的形式施加到显示屏的驱动电压峰值与某一位数字视频信号的有效值相对应。

在本发明的较佳实施例中，有效视频信号形成装置包括一场计数器（用来输出分图像数）和一帧存储器（用来接收数字视频信号和分图像数，从而输出有效视频信号）。

另外，本发明中，显示装置包括一非选择电压发生器，此发生器接收分图像数，形成一非选择电压，从而无论位的有效值为何值，相应于一分图像中低电平的驱动电压的有效值与一预定电压一致。

在本发明的一较佳实施例中，该预定电压是这样一种电压，即透光率在显示屏的电压-透光率特性曲线上几乎是最小值。

另外，本发明提供了一种用于显示装置的驱动方法，所述装置中，用扫描电极和数据电极以相应于施加到扫描电极和数据电极上的电压差对一像素的透光率进行选择，并且施加到数据电极上的数据电极信号是一正交变换信号，所述正交变换信号是对显示屏中相应于被选扫描电极的位置的视频信号进行正交变换得到的。施加到被选扫描电极上的扫描电极信号是一正交信号，其特征在于，所述图像中的数字视频信号被分配到具有相同位数的分图像，每一位数有一有效值，每一分图像中驱动电压的峰值与位的有效值一致。

在驱动方法的一个较佳实施例中，施加到扫描电极和数据电极上的电压与相应于每一分图像的位有效值一致，以一恒定速率同时变化。

在本发明的另一较佳实施例中，施加到数据电极或扫描电极上的参考电压视每一分图像的位有效值而变化。

另外，还提供了一种驱动方法，其中，相应于一分图像中低电平的驱动电压有效值，无论位有效值为何值，均与一预定电压一致。

在本发明所述驱动方法的较佳实施例中，预定电压是这样一个电压，透光率大体上为显示屏的电压-透光率特性曲线上的最小值。

另外，在本发明所述驱动方法的一个较佳实施例中，扫描电压和数据电压是由一公共参考电压源产生的，从而使扫描电压峰值与数据电压峰值的比值为一常数这一条件保持不变;扫描电压和数据电压以同一速率视相应于每一分图像的位有效值而变化;并且一预定偏置电压被施加到非选择状态的扫描电极上，由此得到需要的灰度级。

图中，

图1是说明本发明的方框图;

图2是说明前述本发明一个例子的方框图;

图3是按照本发明的一个实施例，描述显示装置结构的方框图;

图4是一正交变换信号发生器4的一个实施例结构方框图;

图5是一参考电压选择器2的一个实施例结构方框图;

图6是一列信号发生器6的一个实施例结构方框图;

图7是一列电压发生器7的一个实施例结构方框图;

图8是一行电压发生器10的一个实施例结构方框图;

图9是一帧存储器1的一个实施例的结构方框图;

图10是所述帧存储器1的另一实施例的结构方框图;

图11是一视频信号缓冲存储器5的一个实施例结构方框图;

图12是一透光率与施加到一像素上的电压有效值的关系图;

图13为说明本发明另一实施例的方框图;

图14为本发明所述另一实施例结构方框图;

图15为参考电压选择器2的另一实施例结构方框图;

图16为行电压发生装置10的另一实施例结构方框图;以及

图17为透光率与施加到一像素上电压有效值的关系图。

下文中将描述本发明的几个最佳实施例。

本发明中，将对多个行电极进行同时选择。当使用逐行扫描方法时，可以用“1”作为一正交函数来运用本发明。下文中，将描述对多个行电极进行同时选择的前提。

现有技术中，驱动电压的峰值变大，从而当有大量行电极时，不利于把驱动电压的有效值保持在一预定电平或更高电平上。然而在本发明中，可以用同时选择多个行电极、以及合并由一正交函数变换的视频信号和逆变换得到的视频信号，来减小驱动电压。下面参照图2来说明前述减小驱动电压的一个例子。

图2表示在视频信号已被变换成数字信号后信号的处理。视频信号先被存储在帧存储器1内，然后最好用正则正交函数系统，对与显示屏11中的任意选择的L个行电极（行数＝i，i＝1-L）相对应的L个水平行信号进行信号变换。信号变换以后，就得到了正交变换信号g_kj。即，当相应于行数i（i＝1-L）和列数j（j＝1-M_c）的某一像素（i，j）的视频信号（灰度级信号）是G_ij，由正交函数发生器得到的某一信号用矩阵[d_ki]表示时，正交变换信号可用公式（5）表示：

g_kj（△t_k）＝∑d_kiG_ij{k＝1-L，i＝1-L} （5）

式中，k为一与时间有关的下标，并假设其取值1至L。

（△t_k）与选择一组行电极[i（i＝1-L）]的时间△t_s的关系用公式（6）表示：

$\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left\{{\mathrm{\Δt}}_k\right\}={\mathrm{\Δt}}_s---\left(6\right)$

式中，

{}表示对{}从1至L求和。

上述定义也适用于下文的描述。i表示上文所描述的行电极数。被看作是一单组的j列上的L个像素在时间轴上作为L个信号被建立起来。下文中，除非有特指，g_kj表示g_kj（△t_k）。例如，当用沃尔什（Walsh）函数系统来获得一正交函数时，[d_ki]取函数值如表1所示。

表1

正交函数[d_ki]{k＝1-L，i＝1-L}

沃尔什函数的一个例子

L＝2时

L＝4时

L＝8时

下文的描述中，假定正交函数的阶数L等于同时被选行电极数。当正交函数的阶数L不等于同时被选的行电极数时，在同时被选的行电极中加进一个（或多个）虚设电极，则下文的描述仍然成立。

一组具有列数为j、行数为i的视频信号G_ij（i＝1-L）被交换成与j个列电极相关的L个正交变换信号g_kj（k＝1-L），且被变换的正交变换信号在时间轴上展开。

当需要在显示屏上显示相应于原始视频信号的这些信号时，可以对正交变换信号g_ki进行逆变换。逆变换用公式（7）表示：

[G_ij]＝[d_ki]^-1[g′_kj] （7）

因为[d_kj]为一正交函数，所以[d_ki]＝[d_ik]，可以得到公式（8）。

$\left[G_{\mathrm{ij}}\right]=(1/L)\left[d_{\mathrm{ik}}\right]\left[g_{\mathrm{kj}}\right]=(1/L)\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left\{d_{\mathrm{ik}}{g}_{\mathrm{kj}}\right\}---\left(8\right)$

为了实现逆变换，正交函数[d_ik]可以被用作同时被选的行电极i（i＝1-L）的驱动信号。这样，液晶的透光率就取决于所施电压的有效值，即均方根值，并且相应地，显示信号含有行信号（d_ik）和列信号（g_kj）的乘积之和 $\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left\{d_{\mathrm{ik}}{g}_{\mathrm{kj}}\right\}$ ，从而可以获得相应于原始视频信号的复原信号。这一过程将在下文中作更为详尽的描述。

当施加到某一帧某一像素（i，j）的电压有效值是V_ij时，可以分别得到公式（9）和（10）：

$V_{\mathrm{ij}}^2=\left[\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\right\{d_{\mathrm{ik}}{V}_r-g_{\mathrm{kj}}{V}_C{)}^2\}+\underset{k=L+1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}\{g_{\mathrm{kj}}{V}_C{)}^2\left\}\right]/F---\left(9\right)$

F＝L·M  F≥Nr  （10）

公式（10）中，M表示在对L个行电极同时选择一次时，为扫描整个Nr个行电极所需同时选择的次数。即，M表示完成一帧所必需的同时选择的次数。相应地，F为一大于或等于Nr的整数。

行电极驱动信号d_ik由正交函数发生器8产生的，而此信号提供给一行信号发生器9，电压（d_ikV_r）从行电压发生器10产生，并被施加到行电极i上。正交变换信号g_kj由列信号发生器6产生，并被提供给列电压发生器7，从此列电压发生器7产生的电压（g_kjV_c）被提供给列电极j。

公式（9）中的第1项为对行电压进行选择的时间周期，第二项则相应于一非选择时间周期的均方值。行电压在非选择时间内为0，其时间长度用公式（11）表示：

L·（M-1）·（△t_k） （11）

展开并整理公式（9），可以得到公式（12）：

${V_{\mathrm{ij}}}^2=\left[\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\right\{{\left(d_{\mathrm{ik}}{V}_r\right)}^2\}+[\underset{u=1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}{\left(g_{\mathrm{uj}}{V}_C\right)}^2]$

$-2\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\left(d_{\mathrm{ik}}{g}_{\mathrm{kj}}\right)V_r{V}_c\right\}]/F---\left(12\right)$

因为d_ik＝±1，所以公式（12）中的第一项可以整理成公式（13），其中第一项为常数。

$\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left\{{\left(d_{\mathrm{ik}}{V}_r\right)}^2\right\}={\mathrm{LV}}_r^2---\left(13\right)$

从公式（8）可以清楚地知道，公式（12）中的第三项是g_kj的逆变换。用公式（8）来取代公式（12）的第三项，可以得到公式（14）。相应地，公式（12）的第三项为常数。

$-2\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\left(d_{\mathrm{ik}}{g}_{\mathrm{kj}}\right)V_r{V}_c\right\}={2\mathrm{LG}}_{\mathrm{ij}}{V}_r{V}_c---\left(14\right)$

相应地，当公式（12）的第二项保持为常量时，V_ij和视频信号G_ij具有一对一关系，从而可以复原图像。

因为公式（12）的第二项可以表述为

现在来检查用对视频信号G_ij进行正交变换得到的信号的平方和的净值 $\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\left\{{\left(g_{\mathrm{kj}}\right)}^2\right\}$ 。用矩阵[d_ki]作为一正交函数，可以得到公式（15）。

$\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\left\{{g_{\mathrm{kj}}}^2\right\}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\left\{{\left(\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\right\{d_{\mathrm{ki}}{G}_{\mathrm{ij}}\left\}\right)}^2\right\}=L\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\left\{{G_{\mathrm{ij}}}^2\right\}$ (15)

公式（15）中，如果G_ij仅由二个值组成，即，一种只有“亮”或“暗”、且G_ij±q（q为常量）的情况，可以得到公式（16）：

$\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{\left(g_{\mathrm{kj}}\right)}^2=L^2{q}^2$ (16)

相应地，公式（12）的第二项可用下式表示：

$\underset{P}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}{\left(g_{\mathrm{pj}}{V}_C\right)}^2={\mathrm{FLq}}^2{V}_C^2---\left(17\right)$

即，当视频信号为二进制信号时，公式（12）的第二项为常数。另一方面，当此视频信号有一不是二进制信号的中间电平时，公式（12）的第二项就不是常量，需有校正信号。用公式（13）、（14）和（17）重新改写公式（12），可以得到下述公式：

V 2_ij＝[LV 2_r+FLq²V 2_c-2LG_ijV_rV_c]/F

上述公式表示，如果一行电压的峰值V_r和一列电压的峰值V_c均为常数时，一像素的有效电压直接与视频信号相对应。

然后，就得到（V 2_ij）的最大值和最小值，用来与从上文描述现有系统的公式（1）得到的公式（3）进行比较。因为上面重新改写的公式中的第一项和第二项均为常数，所以第三项就是用来确定最大值或最小值的因子。因为G_ij＝±q，（q为常数），所以最小值（V 2_ij）_MIN和最大值（V 2_ij）_MAX分别用公式（18）和（19）表示。

（V 2_ij）_MIN＝L[V 2_r+Fq²V 2_c-2qV_rV_c]/F （18）

（V 2_ij）_MAX＝L[V 2_r+Fq²V 2_c+2qV_rV_c]/F （19）

这就得到最大值与最小值的此值，也即选择比（V 2_ij）。选择比的意义与用参考公式（2）来说明的ON/OFF的意义相同。若用（SR）来表示选择比，就得到公式（20）。

（SR）²＝[V 2_r+Fq²V 2_c+2q|V_rV_c|]/[V 2_r+Fq²V 2_c-2q|V_rV_c|] （20）

当（V 2_r+Fq²V 2_c）取最小值时，就能得到公式（20）的最大值。即，得到公式（21）。

V 2_r＝Fq²V 2_c（21）

把公式（21）代入公式（20）并整理，可以得到公式（22）。

（SR）² _MAX＝（F^1/2+1）（F^1/2-1） （22）

在公式（21）的条件下，运用公式（19），一像素电压的最小值可以用公式（23）表示。

（V 2_ij）_MIN＝L[V 2_r+Fq²V 2_c-2q|V_rV_c|]/F

＝2L[1-1/F^1/2]V 2_r/F （23）

当把此最小值设定为阈值电压V_th时，因为F＝ML，可以得到公式（24）。

V_r＝V_th[M/（2（1-1/F^1/2））]^1/2（24）

比较公式（24）和公式（4），就得到下述公式。当有许多行电极时，N 1/2_r＞＞1，F^1/2＞1。相应地，公式（24）中的行电压的峰值就减小到（M/N_r）^1/2分之一。如在公式（21）中，行电极驱动峰值电压V_r与列电极驱动峰值电压V_c的比值是（F^1/2q）。因为此数值通常大于1，所以V_r＞V_c。另外，F＝LM，是一个接近于N_r的数值。相应地，比值ON/OFF，也即选择比（公式（22））与现有技术中公式（2）所述的ON/OFF比值大体取同一值。

下文中将描述同时被选行电极数和沃尔什函数的阶数L之间的关系。

上文中所描述的是S＝L的情况，其中S为同时被选行电极数。然而，当S≠L时，必须选择沃尔什函数，使L＞S。这样，只要M·S＞Nr，同时选择的次数M是最小整数，每一帧的时间F＝L·M·△t_k比S与L相等时要长，选择比也小。

如上所述，利用对多个行电极进行同时选择和用一正交函数进行信号变换，就能降低驱动电压。

本发明中，在选择时间内，在时间轴上展开的L个信号被施加到行电极上，如公式（5）所示。当对一液晶显示元件驱动时，L个信号分散在一帧内，并被施加到行电极上，从而液晶的驰豫现象可被遏止。液晶的驰豫现象可在一种具有如此大量的扫描行的液晶显示元件中，或在一种使用如此快速响应液晶的液晶显示元件（所述快速响应液晶的响应时间约为50-100ms）中观察到，从而液晶的响应超出了对所施电压有效值的响应，导致对比度的降低。液晶显示元件对比度的降低可以用把L个信号分散在一帧中以及应用这些信号来加以遏止。这些信号的分散和应用方法，参见美国专利5，262，881。

下面描述视频信号与列驱动信号之间的关系。

从公式（16）和表1所示的函数值，可以得到公式（25）。

（g_kj）_MAX＝Lq （25）

公式（25）表示视频信号与驱动信号之间的比例系数是L。相应地，列电极驱动信号的灰度级数应该有L级二进制（亮和暗）显示。下面描述用只有二个值的分图像进行灰度显示的方法。灰度显示可以用视觉的余像特征来实现。例如，可以用时间轴上的二个明暗值迭加一图像来获得灰度显示。如所建议的方法中，一帧被划分为多个分图像（场图像），其个数比灰度级数小1，且“明”和“暗”随每一像元的灰度级分布于显示中。然而按照此方法，随着灰度级数的增加容易发生闪烁现象，因为场数比灰度数小1。另一方面，按照本发明，把有效值用于每一场中“亮”部分的亮度，可以减小场数。即，把一场用于视频信号的每一位，从而视位的有效值而定，调整列电极驱动电压的峰值。在现有技术中，含有N位的视频信号需要（2N-1）个场。然而，按照本发明，用N个场已足够了。列电压的峰值可用下述方法确定。

如上所述，液晶显示元件响应于像素电压的有效值。考虑到液晶显示屏具有如图12所示的透光率与像素电压有效值之间的关系，可以得到公式（26），其中一像素（i，j）的视频信号由具有N位长度的二进制码组成。

G_ij＝{d1_ij，d2_ij，……，dN_ij} （26）

其中具有更小下标的数字表示具有更大有效值的位。

首先，确定驱动电压V_r和V_c，使其对最大有效值场（d1_ij）满足公式（21）-（24）。这样，公式（24）中的V_th与图12中所示的阈值相同，图12中的V₁对应于公式（19）中的（V_ijMAX）。因为（d2_ij）的有效值是（d1_ij）的二分之一，所以从图12所示的特性曲线，可以得到像素电压有效值V₂是透光率V₁的二分之一。于是，从V₂和公式（19）得到必要的列电压峰值（V_c2）。V₂可以表述为公式（27）。

V 2₂＝L[V 2_r+Fq²V 2_c2+2qV_rV 2_c]/F （27）

整理公式（27），V_c2可用公式（28）表示。

V_c2＝V_th[（V₂/V_th）²-0.5^1/2-（1/（2（F-F^1/2））^1/2]/（L^1/2q） （28）

用上述同样的方法，可以确定相应于位（d3_ij）或更低位的列电压峰值。从对比度的观点看，因为相应于（d2_ij）或更低位的场中，暗时间内的像素电压有效值比V_th小，所以本发明所述方法比简单的帧调制法具有更大的优越性。图12中，相应于透射率T_r的1/2N的值的点与响应于位有效值的最大有效位（MSB）对应。因为如图12所清楚描述的那样，阈值V_th点处透射率不为零，所以可以最后得到工作点小于V_th的一个点。这样，当确定了ON电压和OFF电压，且所测量的对比度比1大时，可以得到灰度显示。

图1为本发明所述一例液晶显示装置的方框图。图1所示的液晶显示装置除图2所示的结构以外，包括一场计数器3和一使用于多个行电极同时选择的参考电压选择器2，还使用了信号的一正交函数交换。一场图像被分配给视频信号的每一位，一列电压峰值响应于一位有效值而变化，从而使灰度显示变得可能。在本实施例中，帧存储器1和场计数器3组成一有意义的视频信号形成装置15。来自帧存储器1的视频信号根据场数和地址数据选取。具有有效值的视频信号由场数来确定，并提供给视频信号缓冲存储器5。

作为一种对每一位有效值分配一场的方法，用于行电压和列电压的参考电压可以同时改变，这不同于上述用来表示列电压的方法。即，可以使用仅仅用于表示行电压的参考电压的方法。当行电压和列电压同时变化时，可以改变行电压和列电压的峰值，并保持ON/OFF比值为最大值。

为了便于电压控制，最好使用仅仅改变列电压的方法。表2表示在只改变列电压的情况下，参考电压随位有效值变化的情况;列电压和行电压同时变化，只改变行电压，其中具有最大有效值的位值是1。正如从表2可以清楚地知道，当列电压和行电压同时变化时，控制范围很窄，从而相应地，必须有一参考电压源和一具有高精确度和高稳定性的分压方法。

列电压和行电压用于划分参考电压。当使用一用来划分参考电压的缓冲放大器时，供电电压应该比输出电压高几伏。相应地，就行电压来使用本发明所述方法，与具有小峰值电压的列电压参考值有变化的情况相比没有什么优越性。

表2

参考电压与视频信号位有效值（W)的关系每一场的时隙数：F＝240每一场的参考电压与MSB场的参考电压的比值为1
						位有效值W	(MSB)1	1/2	1/4	1/8	(LSB)1/16
AB	11	.93649.96870	.90398.95305	.88752.94523	.87923.94132
						A:改变列电压或行电压的参考电压B:行电压与列电压的比值固定，二电压的参考电压同时改变

另一方面，在某些情况下，普通STN型液晶显示装置具有如图17所示的电压-透射率特性。即，低于阈值电压V_th的点的某点处的某一像素电压的透射率比阈值电压V_th点的透射率大。这样，如果列电压和行电压已被确定，从而V_ON/V_OFF比值为最大值，相应于“暗”的像素电压V_OFF比V_th点的像素电压要低，而降低了对比度。即，比V_th点高的透射率电平决定了灰度显示的低电平段的极限。

在本发明的另一种实施例中，V_OFF假定在任一场中取透射率的最小值点，从而可取得进一步所要求的灰度显示。关于这一点，下文将描述使V_OFF与V_th重合，也即获得透射率最小值点的驱动方法。假设尽管使用了上述说明中的为O_v的行电极偏置电压，不为0的一个恒定偏置电压V_RO在一非选择时间内施加到行电极上。像素电压的均方值用公式（29）表示。

${V_{\mathrm{ij}}}^2=\left[\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\right\{{(d_{\mathrm{ik}}{V}_r-g_{\mathrm{kj}}{V}_C)}^2\}$ $+\underset{u=L+1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}\left\{{(V_{\mathrm{RO}}-g_{\mathrm{uj}}{V}_C)}^2\right\}]/F---\left(29\right)$

展开并整理公式（29），得到公式（30）。

${V_{\mathrm{ij}}}^2=\left[\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\right\{{\left(d_{\mathrm{ik}}{V}_r\right)}^2\}-2\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\{d_{\mathrm{ik}}{g}_{\mathrm{kj}}\}{V}_r{V}_C+\underset{u=1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}\{{\left(g_{\mathrm{uj}}{V}_C\right)}^2\}$ $+(F-L)\left({V_{\mathrm{ro}}}^2\right)-2\underset{u=L+1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}\left\{g_{\mathrm{uj}}\right\}{V}_{\mathrm{RO}}{V}_C]/F---\left(30\right)$

一组场数据的驱动电压的符号被整理成一交替形式，从而不使直流电势留在液晶显示屏上，这将在下面描述的例子中加以说明。相应地，在公式（30）中，V_RO的符号不变，而只有包括驱动电压的反号的第五项的符号是变化的。根据该符号，可将公式（30）整理成公式（31）。

${V_{\mathrm{ij}}}^2=\left[\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\right\{{\left(d_{\mathrm{ik}}{V}_r\right)}^2\}+\underset{u=1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}\{{\left(g_{\mathrm{uj}}{V}_C\right)}^2\}$ $-2\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\left(d_{\mathrm{ik}}{g}_{\mathrm{kj}}\right)\right\}{V}_r{V}_C+(F-L){V_{\mathrm{RO}}}^2]/F$

在本发明所述方法中，只要考虑视频信号取二个值：亮和暗的情况就足够了。相应地，公式（31）的最大值或最小值可以如公式（18）和（19）方法用公式（32）表示。

（V 2_ij）＝L[V 2_r+Fq²V 2_c±2q|V_rV_c|+（M-1）V 2_BO]/F

下面将描述在列电极峰值和行电极峰值被同时改变的条件下，确定每一场的驱动电压峰值的情况。当驱动电压峰值被k乘（k为驱动电压的缩小率，其中O＜K＜1），而保持峰值电压比值为同一值时，也即保持在公式（21）的关系下，考虑到公式（24），以公式（18）和（19）的同样方式，可以从公式（32）得到公式（33）。

（V_ij）²＝L{K²[V 2_r+Fq²V 2_c±2q|V_rV_c|]+[（M-1）V 2_BO]}/F （33）

给出V′_RO，公式（33）的最小值和最大值可以用公式（34）表示。

（V 2_ij）_MIN＝L{K²[V 2_r+Fq²V 2_c-2q|V_rV_c|]+[（M-1）V 2_BO]}/F

（V 2_ij）_MAX＝L{K²[V 2_r+Fq²V 2_c-2q|V_rV_c|]+[（M-1）V 2_BO]}/F （34）

当某一像素（i，j）的视频信号有一位长度为N的二进制数时，则可以得到公式（35）。

G_ij＝{d1_ij，d2_ij，d3_ij，…，dN_ij} （35）

其中，具有较小下标号的数字表示具有较大有效值的位。关于位（dN_ij），相应于“亮”的像素电压被确定为V_N。另外，因为相应于“暗”的像素电压为V_th，和公式（34）一致，可以得到公式（36）。

（V 2_th）＝L{K 2_N[V 2_r+Fq²V_c-2q|V_rV_c|]+[（M-1）V 2_RN]}/F

（V 2_N）＝L{K 2_N[V 2_r+Fq²V 2_c+2q|V_rV_c|]+[（M-1）V 2_RN]}/F （36）

公式（36）中，V_RN为一N位分场的非选择电压，K_N为N位分场的驱动电压缩小率。在一具有最大有效值（d_ij）的位场中，K_N＝1，并且V_RN＝0。这样，就直接使用所确定的满足公式（21）至（24）的驱动电压V_r和V_c。公式（24）中的V_th为图17中所示的阈值，且图17中的V₁对应于公式（19）中的（V_ijMAX）。当V_th给定时，V₁可被确定。相应地，V_ijMAX可用V_MAX表示。对于位d1_ij，公式（36）如下所示。

（V 2_th）＝L{V 2_r+Fq²V 2_c-2q|V_rV_c|}/F

（V 2₁）＝L{V 2_r+Fq²V 2_c+2q|V_rV_c|}/F

用上述公式改写公式（36），可以得到公式（37）。

（V 2_th）＝K 2_NV 2_th+L（M-1）V² _RN/F

（V 2_N）＝K 2_NV² _MAX+L（M-1）V² _RN+/F （37）

为了得到（K_N）和（V_RN），解式（37），可得到公式（38）。

（K_N）²＝（V 2_N-V 2_th）/（V² _MAX-V_th）

（V_RN）²＝V 2_thM（V² _MAX-V² _N）/（M-1） （38）

公式（38）中，V_N的确定可以确定驱动条件。相应地，例如，因为位（d2_ij）的有效值为位（d1_ij）的有效值的一半，从图17所示的特征曲线可以得到，像素电压有效值V₂的透射率为V₁的透射率的一半。然后，用V₂和公式（38），可以计算驱动电压缩小率（K₂）和偏置电压V_R2。同样，可以确定相应于位（d3_ij）和其他位的列电压峰值。

图13是本发明所述液晶显示装置的另一种实施例方框图，其中，相同的标号表示同一部件。

图13中所示的液晶显示装置，除图2中所示的结构以外，还包括场计数器3、一参考电压选择器22和一非选择电压发生器14，其中对多个行电极进行同时选择，并用一正交函数进行信号交换;把一场图像（分图像）分配给每一位，行电极和列电极的驱动电压参考值响应于位有效值而变，从而实现灰度显示。在本实施例中，帧存储器1和场计数器3构成有效视频信号形成装置15。

根据场数和地址数据，从帧存储器1里取得视频信号。视频信号具有的有效值，其位有效值是由场数确定的。有效视频信号被提供给视频信号缓冲存储器5。

除了上述用于显示每位有效值的场的方法以外，用于行电压和列电压的参考电压均可被固定，而其他参考电压可被改变。

根据图1中所示用于显示装置的方法，与现有技术相比较，可以减小显示屏的驱动电压峰值。另外，因为场图像的列电极驱动参考电压随视频信号的有效值而变，并且场图像是由多个场合成的。所以可以用最少的场数来实现灰度显示，交烁可被减小到最小。另外，因为不需要校正信号，故能提高性能对成本比。

根据图13所示装置的方法，与现有技术相比，可以减小显示屏的驱动电压峰值。另外，为了实现灰度显示，场图像的行电极和列电极的驱动参考电压随视频信号的有效值而变，同时，偏置电压被施加到非选择电极上。相应地，由多个场合成的某一图像可以用最少场数来实现灰度显示。另外，因为“暗”电平与任一场中的阈值一致，所以可以获得大的对比度，闪烁可被减小到最小。另外，因为不需要校正信号，所以可提高性能对成本比。

下文中将描述本发明的几个例子。然而，不应把本发明只局限于这几个例子。

例1

图3中所示的显示装置是由制备含有240个行电极和320×3＝960个列电极、并确定同时选择的行电极数为8组成的。对一图像来说，尽管显示屏的每一行是由320个像素构成的，为了在显示中把光划分成基色R、G和B，必须有960个列电极。

图3中的显示装置包括一帧存储器1、一参考电压选择器2、一场计数器3、一正交变换信号发生器4、一视频信号缓冲存储器5、一列信号缓冲存储器6、一列电压发生器7、一正交函数发生器8、一行信号发生器9、一行电压发生器10、一控制器12和一显示屏11。显示屏所使用的平均响应时间是50ms，阈值电压为2.5V_rms。

帧存储器的结构为240行×960列×5位，如图10中的方框图所示。帧存储器1按每一横行，以顺序R、G和B存储每一信号的R、G和B，每一信号需经模-数转换和伽玛校正。本例中，每一像素的亮度信号（灰度信号）的数据长度为5位，并且相应地，存储器1是由5位长度组成的。然而，当一输入信号的长度为8位时，可以使用一种如图9中所示的结构，这种结构的伽玛校正电路中包含-8/5位转移系统。

所使用的行电极驱动电压峰值V_r为±10.0V，而列电极驱动电压峰值±5.16V被用作视频信号的最高有效位[MSB]。其他位的列电压峰值如表3中的设置。

表3

列驱动参考电压（±CC r e f)与视频信号的位有效值之间的关系每一场的时隙数：F＝240
						位有效值W	（MSB)1	1/2	1/4	1/8	1/16
｜VCref｜/MSB比	5.16401	4.8360.93649	4.6682.90398	4.5832.88752	4.5403.87923

列电极以R、G和B作为基色排列，每一列电极数总共有320个和960个。由8个行电极构成的组，对每三十条横行由显示屏的上面部分被同时选择，并且信号从相应横行存储器MSB区域被转换到缓冲存储器5。缓冲存储器5有8个行存储器，从而一具有8位长度的信号从顶行被并行输出。被输出信号叫做场信号G_ij。单个行存储器有一双层结构，其中，用于写和读的两个串行存储器由各自的时钟脉冲操作。每个串行存储器含有1×960位。由数据转换信号装置分批对读和写之间的信号进行转换。

场计数器3是一个2位的加计数器，此计数器把场数提供给帧存储器1中的地址译码器13，从而确定具有待取位有效值的视频信号。具有8位长度的场信号被输入到正交变换信号发生器4。

正交变换信号发生器4通过一交换器42可用来组成场视频信号G_ij的补码，信号被输入到一异或门43。此异或门43也从正交函数发生器8接收信号d_ki，并按照表1中所示的函数值输出（+d_ki）或（-d_ki）。（d_ki·G_ij）的计算在交换器42和异或门43中进行。相对于同时被选的行数（i＝1到L），由累加器41对异或门43的输出进行累加。

当正交函数值为（-1）时，变换器44可用来把载运控制信号传送给累加器41。正交变换信号发生器4包括8个组件，与同时选择时间内的时隙数相对应，其中每个组件由变换器44到累加器41组成。对每一时隙数K，加法运算以并行方式处理。“时隙”指的是用作行电极驱动信号的正交函数最小脉冲宽度，用△t_k表示。

如图6中所示的那样，列信号缓冲存储器6含有二组行存储器阵列，每一存储器阵列包括8个行存储器。所使用的行存储器的结构与视频信号缓冲器的行存储器相同，只是其位长度为3位。累加器41的输出g_kj的位长度为3位，被存储在行存储器内，这些行存储器相应于下一列信号发生器6中、行存储器阵列61或62中的时隙数k。

如前所述，像素（i，j）（i＝1到8，j＝1到960）的正交变换信号以平行方式累加在8个累加器中并求和，对同时被选的行进行正交变换运算和求和。被累加并求和的信号被存储在行存储器内，然后，开始对后面几列进行视频信号的转换运算。转换运算是对所有同时被选列以上述同样方法进行的，并且当一场的信号被存储在此八个行存储器内时，信号就从具有更前面的正交变换数的行存储器提供给列电压发生器7。正交变换数k取1至8。

正交函数发生器8产生如表1所示的函数值，这些值作为信号（d_ki）或（d_ik）提供给正交变换信号发生器4和行信号发生器9。输入到正交变换信号发生器4的信号以号数k，以行数i的顺序并行提供。输入信号的计时时间与对视频信号的运算计时时间相对应。行信号发生器9从正交函数发生器8接收函数值，从而对每一时隙形成行驱动码型和同时选择码型的信号，所述信号被提供给行电压发生器10。

行电压发生器10的结构如图8所示，它包括一驱动码型寄存器（移位寄存器）101、一选择信号寄存器（移位寄存器）102和一译码器（电压电平选择器）103。译码器103使用的是一种多路输入装置。同时选择行的确定视选择信号寄存器102的信息而定。另外，驱动码型寄存器101中的信息确定每一行输出是（+V_r）还是（-V_r）。非选择行输出OV。这些值均是相对值。

如图7所示，列电压发生器7包含一移位寄存器71、一锁存电路72、一电压电平选择器73和一分压器74。电压电平选择器73使用多路输入装置。列电压发生器7也进行列电压转换，并且当一行的数据被提供给移位寄存器71时，同时把相应于正交变换号的正交函数变换成行电压。

颠倒一组场数据的驱动电压符号，并再次把相同信号作驱动。即，列电压发生器7和行电压发生器10的反相输出端保持为有源，同时重复前一场的信号，从而可以得到其符号与前一场相反的驱动波形。使用这种驱动顺序的原因是不应在液晶屏上留下直流电势。当对一场进行显示时，也准备好下一场的显示。为此，制备了如图6所示的另一组行存储器阵列，从而对下一场号的数据运算和存储以上述同一种方法进行。这两个行存储器逐个对信号进行转换，直至第五场。

参考电压选择器2具有如图5所示的结构，其中，用来自场计数器3的信号，以表3中所述的关系，也即，视需要显示的信号的位有效值，把参考电压输出到列电压发生装置7。在这种情况下，使列电压的峰值与待施参考电压的绝对值相等。

按照上述方法，给出出色显示的帧频率是30-40Hz。

每一帧所需的时间如下所述。

T＝2（5F′）△t_k＝25-35ms

（F′＝F+8＝248，△t_k＝10-14μs）

在高帧频率区，信号很难运行。另一方面，在低频区，交烁变得明显。使用时隙数F′而不使用时隙数F，是为了使用（8△t_k）的垂直间隔。转换参考电压需要建立时间。然而，此参考电压可以位于垂直间隔内±15mV的目标电压范围内。

在图3所示结构中，列电极被分为6组，每一组包含160个列电极，以并行方式进行信号处理，从而从帧存储器至列电极发生器的信号处理系统与此列电极组相对应。结果，帧频率范围可被拓宽。

例2

图14中所示的显示装置是通过制备含有240个行电极和320×3＝960个列电极的液晶显示屏，并确定同时被选行电极数为8而组成的。液晶显示屏的特性如图16所示。所使用的显示屏的平均响应时间为50ms，阈值电压为2.5Vrms。就一幅图像而言，尽管显示屏是对每一行由320个像素构成的，为了在显示中把光划分为基色红、绿、蓝，必须有960个列电极。图14中所示的显示装置包括一帧存储器1、一参考电压选择器2、一场计数器3、一正交变换信号发生器4、一视频信号缓冲存储器5、一列信号缓冲存储器6、一列电压发生器7、一正交函数发生器8、一行信号发生器9、一行电压发生器10、一控制器12、一非选择电压发生器14和一显示屏11，这些都与例1中所使用的相同。

帧存储器1的结构与例1中的相同，见图10所示。就视频信号的最有效位（MSB）而言，所使用的行电极驱动电压的峰值V_r为±10.0V，列电极驱动电压的峰值V_c为±5.164V。这样，非选择行电极的电压为0V。用于其他位的行电压峰值、行电极峰值以及非选择行电压的确定如表4。每一位中，选择电压为±V_R。

表4

驱动参考电压（±Vcref,±VR)及非选择电压（VRN)与视频信号的位有效值（W)的关系每一场的时隙数：F＝240
						位有效值W	(MSB)1	1/2	1/4	1/8	(LSB)1/16
｜Vcerf｜	5.1640	3.6224	2.5511	1.8002	1.2716
						｜VR｜	10.000	7.0148	4.9401	3.4861	2.4625
｜VRN｜	0.000	1.6828	2.0347	2.1934	2.2681

场计数器3、正交变换信号发生器4（图4）、列信号缓冲存储器6（图6）、正交函数发生器8以及行信号发生器9的结构与例1中的情况相同。

行电压发生装置20的结构如图16所示，它包括一驱动码型寄存器201、一选择信号寄存器202和一译码器（电压电平选择器）203。译码器203采用多路输入装置。要同时选择的行电极视选择信号寄存器202中的信息而定，并且驱动码型寄存器201中的信息确定每一被选行电极输出是（+V_r）还是（-V_R）。对于非选择行电极，输出（+V_RN）或（-V_RN）。在这种情况下，视出现在连接到译码器203的非选择电压反相端的电平，输出被连接到非选择行电极上，并对整个分场的每一次扫描对输出电压进行反相。上述值为相对值。另外，列电压发生器7（图7）与例1中相同。

参考电压选择器22的结构如图15所示，它以表2中所示的关系，用来自场计数器3的信号，也即视要被显示的信号的位有效值，把参考电压输出到列电压发生器7和行电压发生器10。本例中，行电压峰值和列电压峰值与要施加的参考电压的绝对值相等。

上述方法中所使用的具有优良显示的帧频率为30-40Hz。一帧所必需的时间T如下所述。

T＝2（5F′）△t_k＝25-35ms。

（F′＝F+8＝248，△t_k＝10-14μs）

信号在高帧频率区域中运行较为困难。另外，在低频率区，闪烁变得明显。使用时隙数F′来代替时隙数F的原因是为了使用垂直间隔（8△t_k）。尽管转换上述标准电压需要建立时间，但标准电压可以位于垂直间隔中±15mV的目标电压范围内。

另外，用如图1中相同方法，列电极被划分为6组，每一组具有160个电极，其结构如图14所示，以并行方式作信号处理，从而使自帧存储器至列电极发生器的信号处理系统与此列电极组相对应。结果，帧频率范围被展宽。

本发明使对显示屏的行电压驱动成为可能;对灰度显示的驱动信号可以用一简单结构产生，可以减少高频元件和低频元件，从而可以提供一种具有优良质量、低制造成本，并且没有显示非均匀性和闪烁的显示装置。

Claims (12)

1、一种显示装置，其中，用扫描电极和数据电极进行选择的像素的透光率随施加到扫描电极和数据电极上的电压差而变，其特征在于，它包括：

一具有多个扫描电极和多个数据电极的显示屏；

一有效视频信号形成装置，用把一图像中的数字视频信号分配给具有相同位数的分图像的方法形成有效视频信号，所述每一位数具有一位有效值；

一正交函数发生器，用来产生大体上正交的正交函数信号；

一正交变换信号发生器，用来接收有效视频信号和正交函数信号，以操作并输出数据信号；

一扫描电压发生器，用来接收扫描信号，把扫描电压施加到显示屏的扫描电极上；以及

一数据电压发生器，用于接收数据信号，把数据电压施加到显示屏的数据电极上，其中，扫描电压发生器和数据电压发生器的特征在于，每一分图像中，以扫描电压和数据电压之间的电压差的形式施加到显示屏的驱动电压峰值，与数字视频信号的位有效值相对应。

2、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述有效视频信号形成装置包含一用来输出分图像数的场计数器，和一用来接收数字视频信号和分图像数，而输出有效视频信号的帧存储器。

3、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还进一步包括一非选择电压发生器，所述非选择电压发生器接收一分图像数，形成一非选择电压，从而使相应于一分图像中低电平的驱动电压有效值，不管位的有效值如何，总与一预定电压一致。

4、如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述预定电压使得透光率在显示屏的电压-透光率特性曲线上大体上位于最小值位置。

5、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置是一种液晶显示装置。

6、一种显示装置的驱动方法，其中，由扫描电极和数据电极按照施加到扫描电极和数据电极上的电压差所选择的像素的透光率，以及施加到数据电极上的数据电极信号为一正交变换信号，所述正交变换信号是对相应于显示屏中被选扫描电极的位置的视频信号作正交变换得到的，并且施加到被选扫描电极的扫描电极信号是一正交信号，其特征在于，一图像中的数字视频信号被分配至具有与位数相同的分图像，每一位有一有效值，且每一分图像中驱动电压的峰值与位的有效值一致。

7、如权利要求6所述显示装置的驱动方法，其特征在于，施加到扫描电极和数据电极上的电压以一恒定速率同时变化，并与相应于每一分图像的位有效值一致。

8、如权利要求6所述的显示装置的驱动方法，其特征在于，所述施加到数据电极或扫描电极上的参考电压的变化取决于每一分图像的位有效值。

9、如权利要求6所述显示装置的驱动方法，其特征在于，所述显示装置是一种液晶显示装置。

10、如权利要求6所述显示装置的驱动方法，其特征在于，所述相应于一分图像中低电平的驱动电压有效值与一预定电压一致，而与位有效值无关。

11、如权利要求10所述显示装置的驱动方法，其特征在于，所述预定电压使得透光率大体上位于显示屏的电压-透光率特性曲线上的最小值位置。

12、如权利要求10所述显示装置的驱动方法，其特征在于，扫描电压和数据电压由一公共参考电压源产生，从而保持扫描电压的峰值与数据电压峰值之比值为恒定的条件;所述扫描电压和数据电压视相应于每一分图像的位有效值而定，以相同速率变化;一预定偏置电压在一非选择状态被施加到一扫描电极上，从而得到所要求的灰度级。

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