CN1195785A - 有电压补偿功能的液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液晶显示器,并且要稳定简单矩阵液晶显示器的修正电路,此修正电路用于修正与显示图案有关的低劣的画面均匀性。液晶显示器有用作扫描电极的非选择电压线。修正电路探测流过这些非选择电压线的电流或电压变化,并把对应电压加到扫描电极的非选择电压上。修正电路包括:电阻、运算放大器电路和用于对来自运算放大器电路的输出积分和在每个子间隔把积分输出复位的积分电路。电阻插在电源电路的非选择电压线与扫描电极驱动器电路之间。

Description

有电压补偿功能的液晶显示器
本发明涉及工作在高频下的液晶显示器，更准确地说，本发明涉及简单矩阵、高质量(即高画面均匀性)的同时选取两条或多条扫描线的液晶显示器。本发明还涉及呈现快速响应、高对比度和广视角的液晶显示器。
在“Liquid Crystal Device Handbook液晶器件手册”pp.395-399所描述的电压平均法已被广泛地接受为驱动有简单矩阵液晶屏的液晶显示器的方法。使用这种方法时，选择扫描电压在子区间期间内顺序地加到扫描电极上，扫描电极对应于液晶屏的行。在一帧内扫过所有的扫描电极。然后重复同样的操作。显示电极对应于液晶屏的列。显示电压对应于显示数据的值，它比没选择的扫描电平分别高些和低些，这显示电压加到显示电极上。还有，加到液晶材料上的电压极性在规定的区间上被反相，即交替地工作。这种电压平均法所达到的响应速度不能超过一极限值。
已经提出了选择多条扫描线的方法作为以超过上述极限响应速度来驱动液晶显示器的方法。在日本专利批准公告No.67628/1994中描述了这种方法。在这方法中，把对应于正交函数(例如，Walsh函数)的选择扫描电压加到一些行，即在同一时间加到几行。在一帧内扫过所有的扫描电极。然后重复同样的操作。与显示数据的值一致的、对应于所选线的正交函数的值的数目的数据电压被加到对应于液晶屏的列的数据电极上。
近年来，在多媒体应用中越来越要求显示器件能显示活动画面。其中通过现有技术的电压平均法来提高响应速度，由于有限的帧响应，引起对比度下降和闪烁。此外，某些画面图案产生的串扰造成了阴影效应。已经介绍了用一种后面要描述的同时驱动多扫描线的方法来减少对比度下降和闪烁。
已经提出了各种方法来减少由于有限的帧响应造成的阴影效应：
1)定性地提取所显示画面内容的周期性。根据所提取的周期的大小来修正扫描电压的波形或信号电压的波形。例如日本未经审查的专利公开No.89/1990公开了这方法。
2)探测流过信号线电极的电流。把对应于所探测的电流的电压反馈到扫描电极。例如日本未经审查的专利公开No.100639/1993公开了这方法。
3)用电容或电阻从信号电压本身取出一个电压。用运算放大器放大这电压，并把它加到扫描电压上。例如日本未经审查的专利公开No.12030/1994公开了这方法。
在原理上，同时驱动多扫描线的方法能减少由于有限帧响应造成的对比度下降，但当显示某些画面时，阴影效应，或差的画面均匀性比起电压平均法更为明显。纵向和横向都观察到这种不均匀性。
在这些图象不均匀性中，在完全黑的背景下所画的垂直规则(ruled)线的顶部和底部处所产生的纵向不均匀性特别明显，并且成为问题。这些纵向的阴影效应是由于各行之间加到液晶材料的电压的有效值改变这样的事实造成的。特别是，当数据电压改变时，就会在扫描电压上产生类似尖峰信号的畸变或串扰，在各行之间串扰的效应是不同的，这就造成了上述有效值的变化。例如，打算显示图16所示的黑色垂直规则线(OFF区)时，夹在如图16C所示的数据和扫描电极之间的液晶材料能被看成是电阻R和电容C的等效电路，它们分别对应于每个电极的电阻和液晶材料的电容。电流在箭头所指的方向上流动，从而引起电压降。因此，当在背景上(ON区域)的数据电压全都在一个方向上改变时，如图16B所示，在规则线部分有效电压增加。相反，在背景上有效电压减小。就是说，非选择扫描电压受到畸变。相应地，在图16A所示的规则线上的A点比背景上的B点亮，虽然它们都处在ON的状态。所描述的现象远不是(far is)垂直阴影效应的主要原因，而是由加到扫描电极上的非选择电压的波形畸变引起的，而这畸变是由于行间加到液晶材料的电压的有效值不同这样的事实引起的。在显示水平规则线或OFF区域的地方，如图17A所示，液晶材料层的电容C取决于它的介电常数，如图17B所示。通常，液晶材料的激发区有较高的介电常数，而未激发区有较低的介电常数。这两类区域的有效时间常数不同。因此，加到扫描线上的、与背景上许多激发区相遇的选择扫描电压的波形受到畸变，如图17C所示。结果，遇到许多激发区的列的有效值比在遇到许多没激发区的行上有效值低。结果，图17A中的背景上的B点看起来比跨在规则区域的行上的A点暗一定的程度，此程度对应于有效值的降低，虽然两点都处在ON状态下。这现象是横向不均匀性或阴影效应的主要原因，而它是由这样的事实引起的，即加到扫描电极上的选择电压波形受到畸变，引起畸变的原因是，行间加到液晶材料上的电压的有效值不同。
几种方法能用于修正因采用上述的同时选择多扫描线的方法所引起的明显的阴影效应。那就是，
1)监控信号电极上的电压或电压的电流，以便估计扫描电极和信号电极之间的电压波形的畸变。在驱动电压上叠加上修正电压以抵消畸变。例如，日本未经审查的专利公开No.27899/1994描述了这种技术。
2)取出加到每个扫描电极的电压并把它送到信号驱动电路的前级进行修正。即提供前馈(feedfoward)控制。例如，日本未经审查的专利公开No.129128/1995描述了这种方法。
3)以高周期性相继地产生行信号。为此，决定所选矩阵的列矢量的顺序。使用最适于减少串扰的正交矩阵系统。例如，日本未经审查的专利公开No.160390/1996描述了这种技术。
4)把一帧周期分成多个虚拟块(block)周期。在每个块周期期间，选择周期被分成n个选择子间隔，它们通常彼此隔开。每一个选择子间隔都加上选择电压。例如，日本未经审查的专利公开No.15556/1997描述了这种技术。
在现有技术的用于减小每一根垂直规则线的顶或底处产生的阴影效应的方法中，从加到信号电极上的电压波形来估计波形畸变。把对应的修正电压叠加到加于扫描电极的电压上。因为不是直接感知波形，所以不可能进行精确的修正。在包括直接感知扫描电极上波形畸变和把修正电压直接加到扫描电极的传统的方法中，修正电压本身使电压波形畸变，从而使得扫描电压不稳定。结果，引起闪烁，或不能实现充分修正。即在现有技术的修正阴影效应的技术中，修正波形起着把电流放大的作用，这就是畸变原因。即提供电流反馈。在实际的电路中，扫描电压是不稳定的，产生了闪烁，或不能获得充分修正。
在每条垂直规则线的顶和底产生的阴影效应在产生的原理上不同于侧边所产生的阴影效应。此外，它们各自的畸变主要分别发生在扫描电压的非选择和选择电压上。因此，使用相同的修正方法来减少这两类型的阴影效应可能是不合适和不能实现的。
为了以150-300Hz或更高帧频显示活动画面，上述驱动液晶显示器的方法必须进一步改变。此外，必须使用工作在150到80ms或更小的高响应速度的液晶材料。还有，必须优化地结合所用的光学组件，以便适应液晶显示器的窄的液晶盒缝隙。此外，需要这样的设计来补偿为减小阴影效应而作的修正所造成的对比度下降。现有技术没有提出关于找出解决所有这些要求的联合方法的建议。
相应地，本发明的第一个目的是提供能显示高质量图象的液晶显示器。特别是这种液晶显示器有这样的电路以及驱动这种液晶显示器的方法，上述的电路能稳定地工作和能充分地修正阴影效应。
本发明的第二个目的是提供一种用不同的方法来减少不同原因引起的不同类型的画面不均匀性，以及驱动这种液晶显示器的方法。
通过下面的这样的液晶显示器，根据对本发明的介绍来达到第一个目的，这种液晶显示器包括：
有扫描电极和数据电极的一对衬底，这些电极彼此交叉，从而在号，把补偿电压加到第二参考电压作为所述选择电压。
17.根据权利要求16的液晶显示器，其特征在于：
所述电源电路具有根据在非选择周期内扫描电极上的电流，在每一个时间间隔把补偿电压复位的功能。
18.根据权利要求16的液晶显示器，其特征在于：
所述电源电路根据在非选择周期内扫描电极上的电流，把叠加了补偿电压的所述电压恢复到所述第一参考电压。
19.根据权利要求16的液晶显示器，其特征在于：
所述电源电路包括：用于探测流过加上所述非选择电压的扫描电极的电流的电阻；用于放大所探测到的电流的运算放大器；用于通过下述办法送出电压的修正电压产生电路，即它把来自所述运算放大器电路的所述输出的修正电压叠加到所述第一参考电压上而形成此电压；和具有一对插在所述运算放大器电路与所述修正电压产生电路之间的双向二极管的信号调制电路。
20.根据权利要求19的液晶显示器，其特征在于：
所述电源电路还包括在所述第一参考电压与所述运算放大器电路输出之间的具有一对双向二极管的限幅器。
21.根据权利要求19的液晶显示器，其特征在于：
所述运算放大器电路包括其同相端和反相端分别与所述电阻的两端间接地连接的运算放大器，所述电阻用来探测电流，并且所述运算放大器有彼此不同的反相放大倍数和同相放大倍数。
22.一种有电压补偿功能的液晶显示器，所述液晶显示器包括：
彼此交叉的扫描电极和数据电极；
一对隔着液晶层彼此相对的衬底；
扫描电极驱动电路，用于在预定的时间间隔期间把非选择电压或选择电压加到所述扫描电极；
数据电极驱动电路，用于根据要显示的画面的数据，把信号电压加到所述数据电极；和
用于根据要显示的画面的数据把信号电压加到所述数据电极上的数据电极驱动器电路，
根据要显示的画面的内容产生脉冲信号的修正时钟信号产生电路；和
用于向所述扫描电极驱动电路提供非选择电压和选择电压以及向所述数据电极驱动电路提供电压的电源电路，根据非选择周期内的在扫描电极上的电流，所述电源电路送出这样一种  电压，即，把补偿电压叠加到第一参考电压上作为非选择电压。
所述扫描电极驱动器电路提供这样一种电压，即，根据所述脉冲信号把补偿电压叠加到第一参考电压，作为所述选择电压。
达到上述第一和第二目的的新液晶显示器在用同时选择多扫描线来驱动显示方面特别先进。在这情况下，对应于给定的正交函数的选择电压和非选择电压被相继地送到扫描电极上。扫描电极驱动电路把一种对应于正交函数(orthogonal function)和被显示画面的内容的信号电压加到信号电极上。
上述的运算放大器电路最好包括其同相端子和反相端子连接到电阻两端的运算放大器器件，这电阻用来探测流进扫描电极的电流。运算放大器器件有彼此不同的反相放大倍数和同相放大倍数。
使用电压修正来减小阴影效应的液晶显示器最好使用有大约20mPa.s(最好小于15mPa.s，更希望小于13mPa.s)的低粘度的液晶材料、有好的光屏蔽的彩珠(colored bead)和呈现徒的波长一色散特性的相差膜，它们的组合提供了高响应、高对比度和宽视角。
当阅读下面结合附图的详细描述，就会理解本发明的上述和其它目的、优点、工作方式和新特征。
图1是用于根据本发明的液晶显示器的实施例1的电源电路输出、扫描电压和数据电压的波形图；
图2是说明加到图1的一条扫描线(Y1)的电压和线时钟信号CL1之间的关系的示意图；
图3是根据本发明的实施例1的液晶显示器的方框图；
图4是说明示于图3的扫描电极驱动器电路的一般工作的示意图；
图5是说明示于图3的数据电极驱动器电路的一般工作的示意图；
图6是示于图3的电源电路图；
图7是示于图6的电压修正电路的一个例子的电路图；
图8是根据本发明的实施例2的电源电路的方框图；
图9A是示于图8的信号调制电路的一个例子的电路图；
图9B是结合信号调制电路的电压修正电路的电路图；
图10是根据本发明的实施例3的结合了限幅器的电压修正电路的电路图；
图11是说明根据本发明的实施例4的这样的液晶显示器中的电源电路输出、扫描电压和数据电压的波形图，此液晶显示器有修正加到扫描电极的选择电压的功能；
图12是说明示于图11的修正脉冲(CC2)、加到一条扫描线的电压(Y2)和线时钟信号CL1之间关系的图；
图13是根据本发明的实施例4的液晶显示器的方框图；
图14是示于图13的电源电路的方框图；
图15是说明在分离的选择周期加到一个扫描电极的扫描电压的示意图；
图16A，16B和16C是说明在垂直规则线的顶和底处产生阴影效应的原理图；
图17A，17B和17C是说明在水平规则线的两端处产生阴影效应的原理图；
图18是说明根据本发明的液晶显示器中各光学组件之间的位置关系的示意图；
图19是说明根据本发明的液晶显示器的相邻抛光方向与光学配置的光轴的关系的示意图；和
图20是说明4类相差膜的色散特性之间关系的示意图。
实施例1
下面参考图1-7描述本发明的实施例。在这实施例中，同时选择的线数是二。图1是在本发明的实施例中的电源电路的输出和加到液晶屏的电压的时序图，它说明这样的状态，在这状态下垂直相继的点被激发，以便显示完全没激发的背景下的规则线。电源电路给扫描驱动器电路产生电压VY0。根据在非扫描(非选择)周期内流过扫描线的电流来把修正电压加到电压VY0，从而输出电压就发生变化。
结果，来自扫描电极驱动器电路的输出信号取波形Y1-Y4。在扫描电压的非选择周期内，由于背景数据电压波形的转变而引起脉冲波形畸变。紧接在波形畸变之后，加上修正电压，以便抵消这畸变。在子间隔的末尾使修正电压复位。用含有多个时钟脉冲的线时钟脉冲信号CL1控制一个子间隔的定时，此时钟脉冲有图2所示的给定的脉冲宽度。如从这图所看到的那样，每个子间隔在每个线时钟脉冲CL1的后缘处开始。修正电压的复位在每个线时钟脉冲CL1的前缘处开始。在图2，线时钟脉冲CL1的脉冲宽度以相对一个子间隔的夸大的尺寸画出。最好是脉冲宽度足够长，以便允许修正电压能几乎完全复位。
现在参考图3-7描述实现这种驱动方法的液晶显示器的一个例子。图3是表示液晶显示器结构的方框图。表示在这图中的是液晶屏101、用于同时选择两条扫描线的扫描电极驱动器电路102和用于选择两线状态的数据电极驱动器电路103，而此两线由扫描电极驱动器电路102所选择。八位并行数据项D7-D0是关于被显示的画面的显示数据104。数据锁存时钟脉冲CL2(105)与显示数据104同步。在线时钟脉冲106的一个周期期间，送出一线数据。前导(leading)线时钟脉冲的时间间隔FLM决定了一帧的周期。当显示断开控制信号DISPOFF处在0电平时，显示被保持。这些显示数据和同步信号104-108由液晶控制器109提供。数据电压驱动器电路和扫描驱动器电路都需要电源电压115和116，此电压由电源电路114产生。电源电压115和116分别由外电源电压111(VCC)和地112(GND)转换而得。电压113(VCON)调节液晶驱动电压的电压大小。在本实施例中，电压VCON由显示系统主机110提供。分别代表正交函数W1和W2的信号117和118由扫描电极驱动器电路102提供。下面参考图4-9描述示于图3的液晶显示器的每个方框的工作。
首先参考图4来描述根据本发明的扫描电极驱动器电路102的工作原理。扫描电极驱动器电路102接收FLM信号107和时钟脉冲信号CL1(106)，并产生用于对要被选择的两线作顺序寻址的线选择信号和分别代表正交函数W1和W2的信号117和118的两位信号。根据线选择信号和正交函数的共同作用，如图4所示的扫描电压被选择和通过扫描电极被加到液晶屏101。特别是，如果正交函数是0，并且如果线选择信号处在如图4所示的“扫描态”(态1)，则选择电压VYL。如果线选择信号处在“非扫描态”(态0)，则选择电压VY0。如果正交函数是1，并且如果线选择信号处在“扫描态”(态1)，则选择电压VYH。如果线选择信号处在“非扫描”态，则选择电压VY0。如果显示断开控制信号DISPOFF 108是0，所有的线选择信号都不被选择(态0)。产生电压VY0。
其次，参考图5来描述根据本发明的数据电极驱动器电路103的工作原理。数据电极驱动器电路103接受作为时钟信号CL2(105)的显示数据(104)，并有线数据锁存电路以便使接收到数据的两线保持两个周期。两线的显示数据同时从线数据锁存电路被读出，并分别与代表正交函数W1和W2的两位信号117和118作比较，这些两位信号由扫描电极驱动器电路102提供。驱动器电路103根据比较结果决定加到数据电极的电压大小。更明确地说，如图5所示，重合电路把来自线数据锁存电路的输出LD1和LD2分别与代表正交函数W1和W2的信号117和118作比较。根据重合数目来从三电平(level)液晶驱动数据电压中选择电平1的电压的数目，并且把表示所述结果的信号送出去。例如，如果重合数目为0，选择电压VX2。如果重合数目为1，选择电压VX1。如果重合数目为2，选择电压VX0。如果显示断开控制信号DISPOFF 108为0，则促使去选择电压VX1。
下面参考图6-9描述根据本发明的电源电路114的一个例子。图6是电源电路114的原理图。图7-9是结合到电源电路114的电压修正电路的电路图。如图6所示，电源电路114包括由电压VCC(111)驱动的DC-DC转换器130、分压电阻R1-R4、运算放大器131-134和电压修正电路135。电压修正电路包括电流探测电阻R5、运算放大器电路136、积分器137和修正电压产生电路138。使用正选择电压VYH(139)、非选择电压VY0(140)和负选择电压VYL(141)来驱动扫描电极。这些电压139-141是示于图3的电源电压116的一部分并送到扫描电极驱动器电路102。示于图3的电源电压115的组成部分的数据电压VX0-VX2(142，143，144)被用于驱动液晶，并被加到数据电极驱动器电路103。应用参考电压145来产生电压VY0和VX1(140)。
电压VYH和VYL(139和141)直接由DC-DC转换器130产生，并能被调节电压VCON 113调节。用扫描驱动器电源电压VYH(139)与电压VYL(141)之间的电阻R1-R4来分级降低电压VX2(142)、VX0(143)和参考电压145。在经过由运算放大器131-133组成的电压跟随器作阻抗转换后，所获得的电压被分送出去。电压VX1(143)从参考电压145通过附加的电压跟随器电路被送出。电阻R1-R4有下面的关系：
R1＝R4和
R2＝R3上述的电压有下面的关系：
VYH＞VY0＞VYL
VYH-VY0≌VY0-VYL
VX2＞VX1＞VX0
VX2-VX1＝VX1-VX0电压VY0(140)由电压修正电路135用时钟脉冲信号CL1(106)从参考电压145产生。
图7表示电压修正电路135的一个例子。电阻R5被用来探测电流，并与用于驱动扫描电极的非选择电压线串联连接。在非被选位置，驱动扫描电极的信号的波形的畸变因跨在电路电阻上的电压降而造成，而这电路电阻上的电压降因数据电压转变期间的串扰引起的流过扫描电极的电流而感应形成。可以根据流过电源电路的电流来预测流过扫描电极的电流。因此，可以根据流过驱动扫描电极的电源电路的非选择线的电流值来预测在非选择部分的波形畸变。即，探测电阻R5上形成的电压，从而能探测出在非选择部分驱动扫描电极的信号的波形畸变。
运算放大器电路由电阻R11-R14和运算放大器151组成。在扫描电极驱动器电路侧的电阻R5接线端与运算放大器电路的同相放大侧的电阻R13连接。在电源电路侧的电阻R5的接线端与运算放大器的同相放大侧的电阻R11连接。反相放大系数为
A＝R12/R11同相放大系数为
B＝R14(R11+R12)/(R11(R13+R14))反相积分电路由电阻R15、电容C1、运算放大器152和根据时钟信号CL1来断开和接通的开关153组成。在本电路中，积分电路也起着修正电压产生电路的作用。下面描述示于图7的电路的运行。
当在输出处没有形成电流i，即没有发生波形畸变，输出电压VY0与参考电压145相同。令v1为积分电路的输出电压。当产生电流i时，运算放大器电路的输出电压v2为
v2＝-A·v1+B·(v1-i·R5)
  ＝-B·R5·i+(B-A)·v1条件是，参考电压为0V。积分电路的输出v1为
v1＝B·D·R5·∫idt-(B-A)·∫v1dt其中D＝C1/R15。
一种利用关系A＝B，而不进行积分能实现修正的方法是可能的。即v1＝K·i。利用这种方法，根据电流值进行修正。可是，在考虑液晶屏上的负载的情况下，当输出电压v1变化时，电流i在增加的方向上变化。因此，如果进行完全的修正，则在原则上需要无限大的电流。实际上，修正是不充分的，或电路是不稳定的。在日本未经审查的专利公开No.27899/1994中描述了对此的可能对策，其中，对数据电压进行修正。另一个可能的对策是利用延时元件。可是，前一种方法有这样的缺点，即显示的画面闪烁。后一种方法有电路复杂的缺点。
相应地，在本发明中，为了修正，利用对电流值积分来产生时间延迟效应和降低被修正的电压。因为在各子间隔之间电流发生变化，需要把每个子间隔的积分值复位。通过建立关系A＜B(A≠B)，插入压制输出电压v1变化的项。以这种方法来稳定电路的运行。这样，能稳定地进行充分的修正。
上述的方法，也就是修正电压产生电路在每个子间隔把放大后的值复位的这种方法，是简化电路和其它考虑的最佳实施例。有可能进行这样的改变，使得充到电容C1上的放大了的值在每隔若干个子间隔根据取决于显示图案和正交函数的发生率而漏掉。
实施例2
下面参考图8，描述形成本发明的实施例2的液晶显示器。在这实施例2中，给修正电路加入信号调制装置，以便去掉电路中的噪声效应或使修正特性优化。图8表示根据实施例2的电源电路。信号调制电路146插入运算放大器电路136与积分电路137之间。图9A和9B表示了信号调制电路的一个例子，其中信号调制电路146由双向二极管构成。这样，除非此二极管加上超过正向电压的电压，否则积分电路不工作。结果，修正可在不探测电路中的噪声的情况下进行。其中发生在每条垂直规则线的顶和底的阴影效应得到修正，在下述两种情况下的适当的修正量明显地不同，一种情况是在白背景下的黑规则线，另一种情况是在黑背景下的白规则线，这是因为介电常数不同。可是，在基本上用探测扫描电极上的电流来产生修正电压时，难以根据背景是黑还是白来改变修正量。信号调制器电路146给出了修正积分中的阈值。结果，可以大致地优化修正量。
在实施例1和2中，电压VY0和VX1是分开的。电压输出VX1可以从电压输出VY0取得。也可以加进电流放大电路作为积分电路的输出的负载。
根据本发明的分别代表正交函数W1和W2的信号117和118在扫描驱动器内产生，用于驱动显示器件。本发明不限于这种方案。如果这些信号在扫描驱动器外产生，和如果把正交函数加到扫描驱动器和数据驱动器，也不会有问题。此外，可以把这种电路与上述电源电路结合到单个驱动器IC内。还有，在实施例1和2中，同时选择的线的数目是2。但这数目不限于2。数目不是2时也可以得到相似的优点。
实施例3
下面参考图10描述本发明的实施例3。在实施例1和2中，探测瞬时波形畸变。因此，计算的模拟修正电压可能变得比适当值大。取决于所显示的图案，阴影效应降低效应可减到一半。
在本实施例中，如图10所示，一对双向肖特基二极管147被插到非选择电压用的分级降低的电压145(参考电压)与信号调制器电路146的输出或运算放大器电路136的运算放大器151的输出之间。它们被连接到两个电阻R16和R17的中间点上。这把流进积分电路137的电流限制在比值VF/R17之内，其中VF是肖特基二极管的阈值电压，而R17是电阻R17的阻值。因此，能压制由于瞬时电流引起的过补偿。
实施例4
现在参考图11-14描述具有修正扫描电极上的选择电压的功能及上述实施例1，2，3的功能的实施例。
如上面结合图17所描述的那样，如果黑象元(OFF态)集中在第二扫描线(Y2)和第三扫描线(Y3)上，从而规则线在白(ON态)背景下显示，在这些第二和第三扫描线上液晶材料显示出小的介电常数。因此，时间常数小，而且只有小的波形畸变。相应地，为了使处在每条水平规则线两侧的白部分(例如图17A中的点A)处在相对于白背景呈现高介电常数的液晶材料的位置(例如图17A中的点B)处，从而时间常数增加和有效值下降，给定的电压VYHA和VYLA比原来的选择电压VYH和VYL更接近于参考电压VY0，这给定的电压VYHA和VYLA就作为选择电压来应用。这些所用的电压的脉冲宽度代表了所显示的画面的内容。这些脉冲宽度决定于修正脉冲CC1和CC2。当应用选择脉冲时，扫描电极驱动器电路有选择地把接近与参考电压VY0的给定电压VYHA或VYLA加到扫描电极上，而不是原来的选择电压VYH或VYL。
根据数据信号所代表每一行上的被显示的画面的内容，控制对应于脉冲CC1和CC2的脉冲宽度。如图12所示，在这些脉冲周期内用有选择地加上的给定的电压VYHA或VYLA来修正有效值，而不是用原来的选择电压VYH或VYL。因此，它在性质上与只是系统时钟脉冲周期的一部分的子间隔不同，或与有给定脉冲宽度的线时钟脉冲CL1不同。
因为上述的修正，能使处在每条水平规则线两侧的白象元的有效值与白背景的有效值相匹配。结果，减少了画面的不均匀性。在图13的方框图中表示了以这种方式工作的液晶显示器，其中除了实施例1-3所描述的电路外，还加了修正时钟产生电路148，如图13所示。修正时钟产生电路148接收来自液晶控制器109的显示数据信号中的某些信号D2-D0(或D7-D0)、数据时钟信号CL2、线时钟信号CL1和一帧同步信号FLM，数出在每条线上的显示数据项的数目，此数目表示每个象元是ON还是OFF，并且根据所得到的数目把修正脉冲CC1和CC2传送出去。如果同时所选择的扫描线的数目是n，就送出n种修正脉冲CC1-CCn。
每个扫描驱动器电路或者选择第一选择电压VYH，VYL中的一个或者两个都选，或者选择来自示于图14的电源电路的电源电压的第二选择电压VYHA，VYLA中的一个或者两个都选，这取决于是否出现任何修正脉冲。一个可以想象到的使处在每条水平规则线两侧的白象元的有效值与白背景的有效值一致的方法是：加上修正电压，以便当产生了波形畸变时减小有效值。在这情况下，高于VYH的电压作为电源电压而产生。因此，在选择电压被修正的情况下，希望使有效值没减小的部分适应有效值减小的部分，正如在本实施例的情况那样。任意组合实施例1-3来构成电压修正电路。
在实施例1-4中，同时选择的扫描线数目是2，而且选择周期彼此连续。如图15所示，也采用分开选择周期的方法，从而进一步减少水平画面不均匀性。特别是，从结合进驱动器电路的存储器的存储容量的观点和从驱动电压的观点，所谓2线选择6线移位方法(即分开选择周期，如图15所示，而每6扫描线完成正交函数)是最佳的。最好是，把这种方法与上述的实施例1-4相结合。
实施例5
在需要以高于传统的80Hz频率的大约150Hz(最好是300Hz)帧频显示活动画面的情况下，必须用在实施例1-4所描述的改进了的方法来运行液晶显示器。此外，必须使用能工作在小于150ms或更小的高响应速度(理想的是高于80ms)的液晶材料。此外，必须良好地结合光学组件，以便适应液晶显示器的窄的液晶盒缝隙。此外，需要补偿为减少阴影效应进行的修正所引起的对比度的减小。在实现驱动表面的高速运行时，选择最佳的液晶材料对商品来说是重要的。至今为止，已开发出高速运行的液晶材料。
通常，在制备STN液晶时，重要的是减小粘度(η)和液晶层厚度(液晶盒缝隙d)，从而使液晶材料的折射率各向异性(Δn)与液晶层厚度d的乘积大约为0.8到0.9μm，如日本工业研究协会(IndustrialResearch Society fo Japan，November 11，1994，pp.136-138)的“下一代液晶显示器技术Next-Generation Liquid-Crystal Display Techniques”中所描述的那样。
液晶响应时间(τ)通常正比于ηd2。可是，液晶层的取向膜的介面可称为静态层，从而某些介面对电化学变化没贡献。为了这个和别的原因，在液晶盒缝隙减到大约4μm时，就不再保持正比关系。这迫使要降低液晶材料的粘度。此外，因为制造上的困难，液晶层厚度或液晶盒缝隙d不能低于4μm。因为响应速度所加的限制，厚度不能大于7μm。在实际应用中，液晶盒缝隙d最好设置为5到6μm。在把低粘度液晶材料与上述实施例1-4的驱动器电路结合时，可产生许多优点。结果，可实现高质量、高响应液晶显示器。
通过加进减粘度剂到一般液晶，可获得满足上述要求的液晶材料。这种减粘度剂的一个例子是日本未经审查的专利公开No.11386/1984中所描述减粘度液晶，其化学式为
Figure A9810435300241
另一例子用加进日本未经审查的专利公开No.235935/1992中所描述低粘度液晶，其化学式为
有大乘积Δn和低粘度的液晶材料的一个例子包括difluorostilbene基液晶，如上面引用的“下一代液晶显示器技术Next-Generation Liquid-Crystal Display Techniques”、16届液晶讨论会数据(16th Liquid Crystal Discussion Meeting Data(1990，October 2，3L304)、18届液晶讨论会数据(18th Liquid Crystal Discussion Meeting Data(1993，October 2，2D13)、日本未经审查的专利公开No.329566/1994、日本未经审查的专利公开No.126199/1995、日本未经审查的专利公开No.259478/1996中所描述的那样。difluorostilbene基液晶的化学式为
Figure A9810435300251
                                                   (3)
日本未经审查的专利公开No.51332/1993，No.170679/1993，No.208925/1993，No.279287/1993和No.331084/1993描述了有低粘度和对光稳定并包含下面化学式给出的液晶的混合液晶材料
                                                   (4)
上述的低粘度液晶20℃时具有小于20mPa·s的粘度，并且最好结合实施例1-4的工作在小于约150ms的响应速度的任何一种驱动器电路。特别是，在实际中采用约5到6μm液晶盒缝隙时，所用的液晶材料包括由上述化学式(3)和(4)所定义的低粘度液晶材料。最好，所制备成的液晶材料在20℃时的粘度小于15mPa·s，最好是13mPa·s。在把液晶盒缝隙定为6μm时，最好加进上述化学式(3)和(4)所定义的低粘度液晶材料，从而所制备成的液晶材料在20℃时的粘度小于13mPa·s。
通过减小液晶的粘度，可以在某种程度上提高响应速度。在通过使液晶盒缝隙变窄来增加响应速度时，需要把有大折射率各向异性的液晶材料的上述乘积Δnd，或延迟(retardation)，设置在从0.8到0.9μm范围内。
可是，这种液晶通常有大的波长依赖性。即色调随视角而变。同时，在短波处亮度变化明显。在实际应用中，这使得采用相差膜非常重要，所谓相差膜就是它的延迟(retardation)Δnd(色散特性)非常依赖于波长。
图18表示根据本发明的液晶显示器的光学配置。液晶材料层充满顶衬底30和底衬底31之间的间隙。此间隙定义为液晶盒缝隙d。一对相差膜34和35以及一对偏振片分别设置在顶和底衬底30和31所形成的液晶盒的两侧。
包含聚合物层的取向膜设置在液晶材料层与顶和底衬底之间的每个介面处。为了定义液晶分子的扭曲角度θ，要决定它们的抛光(rubbing)方向40和41，如图所示。如图19所示，对于液晶屏，抛光方向是在水平方向上对称的。扭曲角度θ是230到260度。相差膜34和35的光轴44和45分别形成角度α和γ，它们相对于它们各自的相邻的抛光方向40和41分别是40到90度(最好是70到90度)。偏振片32和33的偏振轴42和43相对于各自的相邻相差膜34和35的光轴44和45形成角β和δ，它们分别是20到70度(最好是30到60度)。
有各种色散特性和能用作相差膜的材料就是在上面引用的“下一代液晶显示器技术  Next-Generation Liquid-Crystal DisplayTechniques”pp.131-132中所描述的材料。
具有约450nm，550nm和630nm的三强波长的三色光源用作液晶显示器的背照明装置。在上述的实施例1-4中，在液晶盒缝隙d被设为4到6μm的情况下，相差膜最好有这样的特性，即在大约550nm，450nm和630nm的中心波长的乘积Δn大约分别是1.0，1.1和0.97。
图20是PVA(聚乙烯醇)，PMMA(甲基聚丙烯酸甲酯)，PC(聚碳酸酯)和PSF(聚砜)的色散特性曲线图。通过用PSF制造两种相差膜中的起码一种膜和用PC制造另一种，就能在一定程度上满足上述的要求。另一种办法是用PSF制造这两种膜。
我们已经肯定了，当液晶盒缝隙d大约为6到7μm时，如果使用两种这样的具有色散特性的相差膜，它们的色散特性几乎在PSF(聚砜)和PC(聚碳酸酯)的之间，则所得到的结果是可接受的。即，在大约550nm，450nm和630nm的中心波长处的乘积Δn大约分别是1.0，1.08和小于0.98。
在根据实施例1-4的液晶显示器工作以便减小阴影效应的情况下，最佳的修正多少要牺牲对比度。因此，在OFF态(黑态)中，非常重要的是获得完全的光屏蔽。同时，商品采用彩珠(colored bead)是必要的。
在一种彩珠(colored bead)中，每个透明粒子都涂敷一层彩色层。日本未经审查的专利公开No.9027/1993公开了另一种彩珠，它由黑的无机隔膜粒子制成。日本未经审查的专利公开No.2913/1995公开了另一种彩珠，它含有均匀分散着染料的聚合物细粒子。当显示黑画面时，为完全屏蔽光，希望使用完全着色的珠子，从而产生良好的光屏蔽效果，因为在每个球形的珠子的表面形成一层彩色层时，接近珠子中心的部分透光程度更高。
为了防止彩珠表面的取向恶化，希望形成一层或者用日本未经审查的专利公开No.33723/1991中所描述的异氰酸酯基耦合剂或者用日本未经审查的专利公开No.110523/1996中所描述的有机硅烷化合物所制成的涂层。为了防止由于机械撞击造成的取向恶化，最好在彩珠表面上淀积长链烷基团(alkyl group)，烷基团键合到嫁接共聚物的链上，如日本未经审查的专利公开No.332018/1996中所描述的那样。
相应地，根据本发明的用于液晶显示器的珠子最好着色直到它们的中心，并且涂敷以多种有机或无机材料的膜或这些膜的组合，用于防止珠子表面取向恶化。
上述的实施例能提供这样的液晶显示器，它以大约150Hz或更高的高帧频驱动，表现出好的图象质量(即画面不均匀性小)、和表现出高的响应速度、高对比度和宽视角。
利用关于各个实施例或各个实施例的若干种组合的内容本发明能提供显示高质量图象的液晶显示器。

Claims (26)

1.一种有电压补偿功能的液晶显示器，所述液晶显示器包括：
一对有扫描电极和数据电极的相对的衬底，这些电极彼此交叉，从而在这些扫描电极和数据电极的交叉处形成一些点；
扫描电极驱动电路，用于在给定的子间隔期间把非选择电压或选择电压加到所述扫描电极；
数据电极驱动电路，用于根据要显示的画面的数据，把信号电压加到所述数据电极；和
用于向所述扫描电极驱动电路提供非选择电压和选择电压以及向所述数据电极驱动电路提供电压的电源电路，所述电源电路包括：用于探测流过加上非选择电压的扫描电极的电流的电阻；用于放大所探测到的电流的运算放大器；和用于通过下述办法把非选择电压加到所述扫描电极驱动电路的修正电压产生电路，即它把来自所述运算放大器电路的所述输出的修正电压叠加到参考电压上，所述修正电压产生电路具有在每个子间隔把所述运算放大器电路复位的功能。
2.一种有电压补偿功能的液晶显示器，所述液晶显示器包括：
一对有扫描电极和数据电极的相对的衬底，这些电极彼此交叉，从而在这些扫描电极和数据电极的交叉处形成一些点；
扫描电极驱动电路，用于在给定的时间间隔期间把非选择电压或选择电压加到所述扫描电极；
数据电极驱动电路，用于根据要显示的画面的数据，把信号电压加到所述数据电极；和
用于向所述扫描电极驱动电路提供非选择电压和选择电压以及向所述数据电极驱动电路提供电压的电源电路，所述电源电路包括：用于探测流过加上非选择电压的扫描电极的电流的电阻；用于放大所探测到的电流的运算放大器；和用于通过下述办法把非选择电压加到所述扫描电极驱动电路的修正电压产生电路，即它把来自所述运算放大器电路的所述输出的修正电压叠加到参考电压上，所述修正电压产生电路具有在每个预定数目的时间间隔就把所述运算放大器电路复位的功能。
3.一种有电压补偿功能的液晶显示器，所述液晶显示器包括：
一对有扫描电极和数据电极的相对的衬底，这些电极彼此交叉，从而在这些扫描电极和数据电极的交叉处形成一些点；
扫描电极驱动电路，用于在给定的时间间隔期间把非选择电压或选择电压加到所述扫描电极；
数据电极驱动电路，用于根据要显示的画面的数据，把信号电压加到所述数据电极；
用于向所述扫描电极驱动电路提供两个高于给定的参考电压的正选择电压和两个不同的低于给定的所述参考电压的负选择电压的电源电路，所述两个正的选择电压彼此不同且所述两个负的选择电压彼此不同，所述电源电路还把通过将修正电压叠加到所述给定的参考电压上所产生的电压作为非选择电压提供给所述扫描电极驱动器电路，并且，向所述数据电极驱动器电路提供三类电压；和
根据要显示的画面的内容产生脉冲信号的修正时钟信号产生电路；
所述电源电路包括：用于探测流过加上非选择电压的扫描电极的电流的电阻；用于放大所探测到的电流的运算放大器；和用于通过下述办法把非选择电压加到扫描电极驱动电路的修正电压产生电路，即它把来自所述运算放大器电路的所述输出的修正电压叠加到所述参考电压上，所述修正电压产生电路具有在每个预定数目的时间间隔就把所述运算放大器电路的输出复位的功能；和
所述扫描电极驱动器电路根据所述脉冲信号，把所述四个选择电压之一作为选择电压加到所述扫描电极中的起码一个上。
4.根据权利要求2或3的液晶显示器，其特征在于：
所述修正电压产生电路具有在每一个时间间隔就把所述运算放大器电路的输出复位的功能。
5.根据权利要求1～3的液晶显示器，其特征在于：
所述电源电路还包括有一对插在所述运算放大器电路与所述修正电压产生电路之间的双向二极管的信号调制电路。
6.根据权利要求1～3的液晶显示器，其特征在于：
所述电源电路进一步包括有一对插在所述参考电压与所述运算放大器电路输出之间的双向二极管的限幅电路。
7.根据权利要求1～3的液晶显示器，其特征在于：
所述扫描电极驱动器电路根据给定的正交函数，向所述扫描电极中的多个电极按顺序地提供选择电压，并且所述信号电极驱动器电路根据给定的正交函数和要显示的画面的内容提供信号电压。
8.根据权利要求1～3的液晶显示器，其特征在于：
所述运算放大器电路包括其同相端和反相端分别与所述电阻的两端间接连接的运算放大器器件，所述电阻用来探测电流，并且运算放大器器件有彼此不同的反相放大倍数和同相放大倍数。
9.根据权利要求1～3的液晶显示器，其特征在于：
所述电极衬底被4到7μm的间隔d所分隔，并且在20℃时有小于20mPa·s的粘度的液晶材料介入所述电极衬底之间。
10.根据权利要求1～3的液晶显示器，其特征在于：
所述电极衬底被5到6μm的间隙d所分隔，并且在20℃时有小于15mPa·s的粘度的液晶介入所述电极衬底之间。
11.根据权利要求1～3的液晶显示器，其特征在于：
所述电极衬底被大约6μm的间隙d所分隔，并且在20℃时有小于13mPa·s的粘度的液晶介入所述电极衬底之间。
12.根据权利要求1～3的液晶显示器，其特征在于：
所述液晶显示器以高于150Hz的帧频运行，并且在所述电极衬底之间使用二氟芪(difluorostilbene)基液晶材料。
13.根据权利要求1～3的液晶显示器，其特征在于进一步包括：
输出约450nm，550nm和630nm的三强波长的三色光源，用作液晶显示器的背照明系统；
一对分别设置在所述电极衬底相对两侧的偏振片；
其折射率各向异性具有这样的色散特性的起码一个相差膜，即在大约550nm，450nm和630nm的波长处Δn大约分别是1.0，1.1和0.97。
14.根据权利要求1～3的液晶显示器，其特征在于进一步包括：
输出约450nm，550nm和630nm的三强波长的三色光源，作为液晶显示器的背照明系统；
一对分别设置在所述电极衬底相对两侧的偏振片；
起码一个由聚砜制成的相差膜。
15.根据权利要求1，2或3的液晶显示器，其特征在于：
所述液晶显示器以高于150Hz的帧频运行，并且在所述电极衬底之间使用了含有彩珠的间隔物，所述彩珠一直着色到其中心部分，所述彩珠涂敷以多种有机或无机物质或者它们的组合物的膜。
16.一种有电压补偿功能的液晶显示器，所述液晶显示器包括：
彼此交叉的扫描电极和数据电极；
一对隔着液晶层彼此相对的衬底；
扫描电极驱动电路，用于在预定的时间间隔期间把非选择电压或选择电压加到所述扫描电极；
数据电极驱动电路，用于根据要显示的画面的数据，把信号电压加到所述数据电极；
根据要显示的画面的内容产生脉冲信号的修正时钟信号产生电路；
一个用于向所述扫描电极驱动电路提供非选择电压和选择电压以及向所述数据电极驱动电路提供电压的电源电路，所述电源电路送出作为非选择电压的电压，此非选择电压根据在非选择周期内扫描电极上的电流，通过把补偿电压叠加到第一参考电压而形成，
所述扫描电极驱动器电路送出这样的电压，即，根据所述脉冲信号，把补偿电压加到第二参考电压作为所述选择电压。
17.根据权利要求16的液晶显示器，其特征在于：
所述电源电路具有根据在非选择周期内扫描电极上的电流，在每一个时间间隔把补偿电压复位的功能。
18.根据权利要求16的液晶显示器，其特征在于：
所述电源电路根据在非选择周期内扫描电极上的电流，把叠加了补偿电压的所述电压恢复到所述第一参考电压。
19.根据权利要求16的液晶显示器，其特征在于：
所述电源电路包括：用于探测流过加上所述非选择电压的扫描电极的电流的电阻；用于放大所探测到的电流的运算放大器；用于通过下述办法送出电压的修正电压产生电路，即它把来自所述运算放大器电路的所述输出的修正电压叠加到所述第一参考电压上而形成此电压；和具有一对插在所述运算放大器电路与所述修正电压产生电路之间的双向二极管的信号调制电路。
20.根据权利要求19的液晶显示器，其特征在于：
所述电源电路还包括在所述第一参考电压与所述运算放大器电路输出之间的具有一对双向二极管的限幅器。
21.根据权利要求19的液晶显示器，其特征在于：
所述运算放大器电路包括其同相端和反相端分别与所述电阻的两端间接地连接的运算放大器，所述电阻用来探测电流，并且所述运算放大器有彼此不同的反相放大倍数和同相放大倍数。
22.一种有电压补偿功能的液晶显示器，所述液晶显示器包括：
彼此交叉的扫描电极和数据电极；
一对隔着液晶层彼此相对的衬底；
扫描电极驱动电路，用于在预定的时间间隔期间把非选择电压或选择电压加到所述扫描电极；
数据电极驱动电路，用于根据要显示的画面的数据，把信号电压加到所述数据电极；和
用于向所述扫描电极驱动电路提供非选择电压和选择电压以及向所述数据电极驱动电路提供电压的电源电路，所述电源电路送出作为非选择电压的电压，此非选择电压是根据在非选择周期内扫描电极上的电流、通过把补偿电压叠加到预先确定的参考电压而形成的，所述电源电路在每一个时间间隔把补偿电压复位。
23.一种有电压补偿功能的液晶显示器，所述液晶显示器包括：
彼此交叉的扫描电极和数据电极；
一对隔着液晶层彼此相对的衬底；
扫描电极驱动电路，用于在预定的时间间隔期间把非选择电压或选择电压加到所述扫描电极；
数据电极驱动电路，用于根据要显示的画面的数据，把信号电压加到所述数据电极；和
用于向所述扫描电极驱动电路提供非选择电压和选择电压以及向所述数据电极驱动电路提供电压的电源电路，所述电源电路送出作为非选择电压的电压，此非选择电压是根据在非选择周期内扫描电极上的电流、通过把补偿电压叠加到预先确定的参考电压而形成的，所述电源电路在每一个时间间隔把补偿电压恢复成所述参考电压。
24.根据权利要求22或23的液晶显示器，其特征在于：
所述电源电路包括：用于探测流过加上所述非选择电压的扫描电极的电流的电阻；用于放大所探测到的电流的运算放大器；和用于通过下述办法送出电压的修正电压产生电路，即它把来自所述运算放大器电路的所述输出的修正电压叠加到所述第一参考电压上而形成此电压；和具有一对插在所述运算放大器电路与所述修正电压产生电路之间的双向二极管的信号调制电路。
25.根据权利要求24的液晶显示器，其特征在于：
所述电源电路还包括在所述第一参考电压与运算放大器电路输出之间的有一对双向二极管的限幅器。
26.根据权利要求24的液晶显示器，其特征在于：
所述运算放大器电路包括其同相端和反相端分别与所述电阻的两端间接连接的运算放大器，所述电阻用来探测电流，并且，运算放大器有彼此不同的反相放大倍数和同相放大倍数。
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