CN1235181C - 液晶显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动液晶显示设备的矩阵驱动方法。该液晶显示器件包括表现胆甾相的液晶层，扫描电极以及信号电极。所述方法包括：在每一帧中将包括选择信号电压的单一极性的驱动电压施加到扫描电极上，且使该驱动电压的极性在每一帧进行翻转。通过在为扫描电极而设的扫描周期中向每个扫描电极施加选择信号电压，使扫描电极依次进入选中状态，同时，向每个信号电极施加对应于选中状态的每个扫描电极的改写信号电压。扫描电极上的选择信号电压施用周期为1/2的扫描周期。使施加到信号电极的改写信号电压在扫描周期中改变极性，其中在扫描周期中该改写信号电压的正、负电压有效值彼此基本相同，以及将要施加到信号电极上的改写信号电压的正电压周期总数设置为与负电压周期总数的总和同扫描周期一样长。

Description

液晶显示设备
相关申请的交叉引用
本申请以2002年2月18日在日本申请的申请号为NO.2002-87192的日本专利申请作为基础，该申请的全部内容由此被结合参考。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器件的驱动方法，一种液晶显示器件的驱动装置以及一种液晶显示设备。
背景技术
通常液晶显示设备包括液晶显示器件和驱动液晶显示器件的装置。
液晶显示器件主要包括一对基板和置于基板间的液晶层。通过向液晶层施加一预定的驱动电压，以控制液晶分子的排列，由此通过对入射到液晶器件上的光进行调制来实现所需图象的显示。
大量种类的液晶显示器件已经得到推广。近年来，进行的研究为一种包含一种手征性向列液晶合成物的液晶显示器件，该合成物通过将手征性材料加入到向列液晶中制备而成，由于手征性材料的缘故，导致该合成物在室温下呈胆甾相。
这种液晶显示器件是很有用的，例如，利用该手征性液晶合成物的选择性反射性能，作为一种反射型液晶显示器件。
在这种反射型液晶显示器件中，可以通过施加一个高的或低的脉冲电压，将液晶合成物切换到平面状态(彩色状态)或焦锥状态(透明状态)，实现图像显示。
即使停止施加这种脉冲电压后，该液晶合成物仍能保持平面状态或焦锥状态，换言之，该液晶合成物能表现出所谓的双稳态性能，或者能实现记忆效果，因此在停止施加电压之后，仍能保持图象显示。
反射型液晶显示器件可以实现利用黑色或类似颜色背景的单色(mono-color)图象显示，双色图象显示或全色图象显示。
例如，为了实现全色图象的显示，可以使用一种层压型液晶显示器件，它包括至少三个液晶层，也就是可以实现红色显示的红色液晶层，可以实现绿色显示的绿色液晶层和可以实现蓝色显示的蓝色液晶层。
当这种层压型液晶显示器件的至少一个液晶层维持在平面状态(彩色状态)时，可以显示红，绿，蓝或其它颜色。当层压型液晶显示器件维持在焦锥状态(透明状态)时，可以显示黑色或类似的背景色。
在这种液晶显示器件中，通常在中间保持有液晶层的一对基板上形成并放置电极，使得基板上形成电极的表面相互对置。
例如，液晶显示器件具有一个包括大量像素的图象显示区域，这些像素由使用相互对置的许多扫描电极和许多信号电极的矩阵驱动系统驱动。
在这样的液晶显示器件中，例如，许多条状扫描电极(或信号电极)在两基板之一的预定方向上以指定的间距相互平行地延伸开来，而许多条状信号电极(或扫描电极)则在另一块基板的预定方向上以指定的间距相互平行延伸。当从一平面观察时，这两组电极相互交叉延伸。每一个像素对应于这对基板上电极相互交叉的部位上。
这对基板上形成的每个电极都与液晶显示器件的驱动装置相连。当从与电极相连的驱动装置向基板上的电极施加一预定的驱动电压时，就驱动液晶以显示所要的图象。
液晶显示器件可以使用一种例如简单的矩阵驱动方法驱动。
在这种简单的矩阵驱动方法中，用于驱动液晶显示器件的装置包括，如一个扫描驱动集成电路，它连接到许多扫描电极上并能给扫描电极提供预定的选择信号电压，和一个信号驱动集成电路，它连接到许多信号电极上并能向信号电极提供预定的改写信号电压。
通过从与许多扫描电极相连的扫描驱动集成电路向每个扫描电极依次施加预定的选择信号电压，扫描电极依次进入选中状态，同时，同步于从与许多信号电极相连的信号驱动集成电路向每个扫描电极施加选择信号电压，向每个信号电极施加预定的改写信号电压，由此向液晶施加一个对应于选择信号电压和改写信号电压之间电势差的电压，从而驱动液晶。
当用这样的简单矩阵驱动方法驱动液晶时，出于增加液晶寿命等观点，施加到液晶的电压可能是例如一种电压波形极性在每一帧作周期性改变的交变电压(例如，包含电压波形极性周期性变化的矩形脉冲电压)。
然而，当把一个带有电压波形极性周期性变化的交变电压施加到也可用作电容器的液晶上时，随着该交变电压波形重复频率的增加，电流更容易在夹有液晶的电极间窜流，由此造成驱动液晶显示器件的能耗增加。
而且，由于对应于交变电压的电压在一帧内施加到扫描驱动集成电路上，所以就要求扫描驱动集成电路在交变电场中有能力经受对应于最大和最小电压压差的电压。
在这种简单矩阵驱动方法中，在选择信号电压施加到扫描电极的每个扫描周期内，将一改写信号电压与选择信号电压同步地施加到相应的要显示像素的信号电极上，并且将一个基于选择信号电压和改写信号电压的电压施加到相应的要显示像素的液晶上。在这一操作中，由改写信号电压将一电压施加到对应于非显示像素的液晶上。即出现了所谓的“串扰”。
由于在对应于这些像素的液晶中的串扰，例如，一个或多个要以高密度显示的像素以稍低密度显示出来，或者一个或多个要以低密度显示的像素以稍高密度显示出来。即一个如同阴影的图象出现在前述像素部分中。换言之，发生阴影现象。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种液晶显示设备，包括一含有液晶的液晶显示器件，和一用于以矩阵驱动方式驱动液晶显示器件的驱动装置，该液晶显示设备能减少驱动液晶显示器件的能耗。
本发明的另一目的是提供一种液晶显示设备，包括一含有液晶的液晶显示器件，和一用于以矩阵驱动方式驱动液晶显示器件的驱动装置，该液晶显示设备在由于改写信号电压施加到信号电极上使液晶遭受串扰时，能在图象显示中抑制阴影的产生以显示较好的图象。
本发明的再一目的是提供一种液晶显示设备，包括一含有液晶的液晶显示器件，和一用于以矩阵驱动方式驱动液晶显示器件的驱动装置，该液晶显示设备能应用一种低电压阻抗的驱动集成电路来驱动液晶显示器件。
本发明提供以下的用于驱动液晶显示设备的矩阵驱动方法，该液晶显示设备包括：
一包含有表现出胆甾相的液晶层的液晶显示器件，和相互交叉延伸的许多扫描电极和信号电极，它们将液晶层夹在中间，利用液晶的选择性反射性能来实现显示；和
一驱动装置，用于驱动液晶显示器件，
所述矩阵驱动方法包括如下步骤：
在每一帧中将选择信号电压的单一极性的驱动电压施加到扫描电极，且使该驱动电压的极性在每一帧进行翻转；
通过在为扫描电极而设的扫描周期中向每个扫描电极依次施加选择信号电压，使扫描电极依次进入选中状态，同时，同步于对扫描电极施加选择信号电压，向每个信号电极施加对应于选中状态的每个扫描电极的改写信号电压；
将向扫描电极施用选择信号电压的施用周期设置为扫描周期的一半；
使施加到信号电极的改写信号电压在扫描周期中改变极性，其中在扫描周期中该改写信号电压的正、负电压有效值彼此基本相同，以及
将要施加到信号电极上的改写信号电压的正电压周期总数设置为与负电压周期总数的总和同扫描周期一样长。通过本发明以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征，方面和优点将变得更为清楚。
附图说明
图1是可以用简单矩阵驱动方法驱动的反射/层压型全色液晶显示器件结构的截面图。
图2是一例驱动电路的框图，它是向液晶显示层施加驱动电压的驱动装置的主要部分。
图3是图2中驱动电路具体结构的例子。
图4是图2中驱动电路具体结构的另一个例子，示出了开关部件转换到1侧的奇数帧(正帧)状态。
图5是图4中电路偶数帧(负帧)的状态，其中开关部件转换到2侧。
图6(A)是在奇数帧中从扫描驱动集成电路输出到每个扫描电极的基本驱动波形，图6(B)是偶数帧中从扫描驱动集成电路输出到每个扫描电极的基本驱动波形。
图7是在一个奇数帧中，从扫描驱动集成电路输出到扫描电极的电压波形，从信号驱动集成电路输出到一个信号电极的电压波形和施加到相应像素液晶上的电压波形。
图8是在一个偶数帧中，从扫描驱动集成电路输出到扫描电极的电压波形，从信号驱动集成电路输出到一个信号电极的电压波形和施加到相应像素液晶上的电压波形。
图9是在一个奇数帧中，输出到一个行电极(扫描电极)的选择脉冲波形，输出到一个列电极(信号电极)的信号脉冲波形和用于在最大选择性反射状态中最终选择液晶的这些电压施加到液晶上的波形。
图10是在一个奇数帧中，输出到一个行电极的选择脉冲波形，输出到一个列电极的信号脉冲波形和用于在中间态显示状态中最终选择液晶的这些电压施加到液晶上的波形。
图11是在一个奇数帧中，输出到一个行电极的选择脉冲波形，输出到一个列电极的信号脉冲波形和用于在透明状态中最终选择液晶的这些电压施加到液晶上的波形。
图12(A)，图12(B)和图12(C)是主要在选择周期中图10，图9和图11中所示输出到行电极的选择脉冲波形，输出到列电极的信号脉冲波形和这些电压施加到液晶上的波形的放大部分。
图13(A)到图13(C)是一个信号脉冲的例子，其中正电压或负电压的持续时间T1或T2不同于选择信号施用周期Tsp。
具体实施方式
根据本发明优选实施例的液晶显示设备主要包括一液晶显示器件，和用于驱动液晶显示器件的驱动装置。液晶显示器件可包括表现出胆甾相(胆甾特性)的液晶层，并可利用液晶的选择性反射来实现显示。该器件具有许多扫描电极和许多信号电极，这些电极相互交叉延伸并将液晶层夹在其间。该驱动装置可以用简单矩阵驱动方法驱动液晶显示器件。
驱动装置设置如下：在每一帧中将包含选择信号电压的单一极性驱动电压施加到扫描电极，并且驱动电压的极性在每一帧进行翻转。
驱动装置还设置为通过在为扫描电极而设的扫描周期中向每个扫描电极施加选择信号电压，使扫描电极依次进入选中状态，同时，与向扫描电极施加选择信号电压相同步，向各个信号电极施加对应于选中状态的每个扫描电极的改写信号电压。扫描电极的选择信号电压施用周期可为扫描周期的1/2(扫描周期的一半)。扫描周期是将选择信号电压施加到扫描电极上的周期。
在该液晶显示设备中，施加到扫描电极上用于对液晶显示器件矩阵驱动的每一帧扫描的驱动电压是单一极性的，并且在每一帧中极性翻转，这样在各自帧中施加到液晶上的电压的单一极性状态可以连续维持一个很长的时间周期。从而与使用电压波形极性在每一帧中周期性变化的交变电压相比，可减小施加到液晶的实际电压波形重复频率。
此外，施加到扫描电极上的驱动电压值可减小到原来的1/2，同时用于驱动液晶显示器件的能耗总量也可以相应降低。即驱动液晶显示器件的能耗会减小。而且，考虑到与使用交变电压相比提供给扫描驱动集成电路的电压减少为原来的1/2，廉价且具有较低电压阻抗的扫描驱动集成电路也可以使用了。
用于液晶显示器件的表现出胆甾相的液晶范例包括那些在室温(如约25℃)下表现出胆甾相(胆甾特性)的液晶。表现出胆甾相的液晶包括，例如，可以自己表现出胆甾相的胆甾液晶和通过向向列液晶中加入手征性材料制备的手征向列液晶合成物。手征向列液晶合成物能对预定波长范围内的光进行选择性地反射，并可以实现记忆效果。通过改变所加入手征性材料的总量，可以很方便地对选择反射波长进行调节。
驱动液晶显示器件的驱动装置可以包括一个连接到许多扫描电极的扫描驱动集成电路，一个连接到许多信号电极的信号驱动集成电路，以及一个控制上述驱动集成电路的控制器。该控制器适于控制扫描驱动集成电路，以使一选择信号电压依次施加到扫描电极上使该电极进入选中状态，同时它适于控制信号驱动集成电路，以使一改写信号电压施加到每个信号电极上，特别是，同步于向每个扫描电极施加选择信号电压，将一对应于选中状态下的扫描电极的改写信号电压施加到信号电极上。
控制器能以如下方式控制扫描驱动集成电路：在对液晶显示器件矩阵驱动的每一帧扫描中，施加到扫描电极的驱动电压在各自帧中是单一极性的，并且在每一帧中进行极性翻转。
为了在每个像素上正确驱动表现胆甾相的液晶，在施加选择信号电压的预定周期(选择周期)之前，在一个特定时间周期(复位周期)，一个预定复位电压施加给扫描电极，以使液晶回复到初始状态。在这种情况下，选择信号电压必须有足够的电压将回复的液晶变到所需的状态。
在施加了选择信号电压之后，在一个特定时间周期(维持周期)，一个用于建立起一种由选择信号电压所选择的液晶状态的预定维持电压施加给各个扫描电极。
在施加选择信号电压的选择周期中，在施加复位电压的复位周期之后并在施加选择信号电压之前，对一个特定周期(预选择周期)，给扫描电极的驱动电压可能为0V，而在施加维持电压之前并在施加选择信号电压之后，对一个特定周期(过选择周期)，给扫描电极的驱动电压也可能为0V。
当通过向许多扫描电极依次施加选择信号电压使各个扫描电极进入选中状态，同时，同步于向扫描电极施加选择信号电压，向对应于选中状态下的扫描电极施加一改写信号电压时，该改写信号电压可在扫描周期内变化极性，并且在扫描周期内该改写信号电压的正、负电压有效值彼此基本相同。
根据这些特征，当由于改写信号电压施加到信号电极使相应像素的液晶受到串扰影响时，由于串扰施加给液晶的电压可以变得基本恒定。
但是，在这种情况下，如果选择信号电压的施用周期与扫描周期一样长，要显示的像素就不会由在扫描周期中变化极性的改写信号电压适当地显示出来。
鉴于上述情况，当向用于矩阵驱动的许多扫描电极和许多信号电极施加驱动电压时，将施加给扫描电极的扫描信号电压施用周期设为扫描周期的1/2是可取的。
如果实现以下特征，则要显示像素就能正确显示：选择信号电压的施用周期为扫描周期的1/2；在扫描周期内改写信号电压变化极性；在扫描周期内改写信号电压的正、负电压有效值彼此基本相等；每个正电压周期总数和负电压周期总数同选择信号电压的施用周期一样长。
以下内容亦由这些特征所得。当由于改写信号电压施加到信号电极使相应像素的液晶受到串扰影响时，由于串扰施加给相应像素液晶的电压可以变得基本恒定。由此，在液晶受到串扰影响时，能抑制图象中阴影的产生而得到较好的图象显示。而且，例如，通过改变改写信号电压的状态，每个像素可以显示为平面状态(选择性反射状态)，焦锥状态(透明状态)或中间态状态(混合状态)。
在液晶显示设备和包括扫描驱动集成电路，信号驱动集成电路和控制器的液晶显示器件驱动装置中，控制器适于控制信号驱动集成电路以使选择信号电压的施用周期调整为1/2扫描周期，并适于控制信号驱动集成电路以在扫描周期中改变改写信号电压的极性，使在扫描周期中正、负电压的有效值彼此基本相同，并允许改写信号电压使得在扫描周期内每个正电压周期总数和负电压周期总数与选择信号电压施用周期相等。
无论如何，对于在扫描周期中极性变化的改写信号电压来说，要求改写信号电压的施用周期要和扫描周期相等，在扫描周期中正、负电压的有效值彼此基本相等，并且在扫描周期中，每个正电压周期总数和负电压周期总数与选择信号电压的施用周期相等。
在扫描周期中具有50％的占空比，而且正、负电压的绝对值彼此相同的矩形脉冲电压可以作为改写信号电压的典型范例提出，其极性在扫描周期中发生变化，在扫描周期中正、负电压的有效值彼此基本相等，每个正电压周期总数和负电压周期总数与选择信号电压的施用周期相等，并且改写信号电压的施用周期和扫描周期一样长。
当选择信号电压的施用周期为1/2扫描周期，并且改写信号电压是，例如一个矩形脉冲电压，该电压在扫描周期中具有50％的占空比并且其正、负电压的绝对值彼此相同时，由于串扰施加给相应像素液晶的电压可以基本设为一个恒量，由此图象显示中由串扰产生的阴影能得到进一步的抑制。下面将对这个问题进行更详细的解释。
无论如何，信号电压的状态可以作如下调节：选择信号电压的施用周期为1/2扫描周期；改写信号电压在扫描周期中变化极性；扫描周期中改写信号电压的正、负电压有效值彼此基本相等；扫描周期内改写信号电压中每个正电压周期总数和负电压周期总数同选择信号电压的施用周期一样长。
施加到表现胆甾相的液晶上的电压可以通过调节信号电压的状态而变化，这样可以使液晶处于平面状态(选择性反射状态)，焦锥状态(透明状态)或混合态(平面状态和焦锥状态相混合)。由此允许液晶显示器件进行选择性反射(彩色)显示，透明显示或一种中间态显示。
无论如何，通过连接一电源的扫描驱动集成电路可将驱动电压施加到扫描电极上，该电源不仅能改变输出电压的正负，还能在每一帧中改变电源输出电压的正负。由此，在每一帧中施加到扫描电极的驱动电压可为单一极性，并且在每一帧中其极性可以翻转。这样，液晶器件的驱动可以通过简单的电路结构实现。
可将一电源提供给液晶设备和带有扫描驱动集成电路，信号驱动集成电路以及控制器的液晶显示器件驱动装置，该电源连接到扫描驱动集成电路并且能改变输出电压的正负，而通过连接到电源的扫描驱动集成电路，可以将驱动电压施加到扫描电极上。
在这种情况下，控制器可以控制电源和扫描驱动集成电路，使得电源输出电压在每一帧中由正变负或由负变正，由此施加到扫描电极上的驱动电压在各帧中为单一极性并且该极性在每一帧中进行翻转。
可如下所述地驱动液晶显示器件。在一个或多个电极的间隔扫描许多扫描电极，并以同样的方法扫描剩余的电极。当扫描在多个电极间隔进行时，依次重复循环，即可以实现一种交叉驱动。
在各帧中选中多个扫描电极并依次扫描，即可以进行渐进(非交叉)驱动。在将一帧分成多个段的交叉驱动情况下，各段中施加到扫描电极的选择信号电压的极性在每一段中可以发生翻转。
下面结合附图对液晶显示设备的实施例进行说明。
(液晶显示器件，见图1)
首先，说明包含有表现胆甾相(胆甾特性)液晶的液晶显示器件。
图1是可以用简单矩阵驱动方法驱动的反射/层压型全色液晶显示器件结构的截面图。
图1中的液晶显示器件100包括一个光吸收层121，一个铺在层121上的红色显示层111R，可以通过从红色选择性反射状态切换到透明状态来实现显示，反之亦然；一个铺在层111R上的绿色显示层111G，可以通过从绿色选择性反射状态切换到透明状态来实现显示，反之亦然；一个铺在层111G上的蓝色显示层111B，可以通过从蓝色选择性反射状态切换到透明状态来实现显示，反之亦然。
每个显示层111R，111G，111B包括树脂柱结构115，位于带有透明电极113，114的一对基板112之间的液晶116和隔离物117。需要的时候，在透明电极113、114上形成绝缘膜118和定向控制膜119。
使用密封材料120在基板112之间的空间外周(显示区域之外)密封液晶116。
透明电极113、114分别连接到扫描驱动集成电路131和信号驱动集成电路132上(见图2)，预定的脉冲电压分别施加到透明电极113、114上。响应于所加电压，液晶116的显示在允许可见光通过的透明状态和选择性反射特定波长的可见光的选择性反射状态之间切换。
分别形成在显示层111R，111G，111B上的透明电极113是许多相互之间隔有狭小空隙且互相平行延伸的条状电极。分别形成在显示层111R，111G，111B上的透明电极114也是许多相互之间隔有狭小空隙且互相平行延伸的条状电极。
当从一平面观察时，透明电极113、114是在相互间呈一直角方向相互对置的。电压依次施加到上部和下部条状电极上。即电压依次施加到矩阵方式的液晶116上以显示图象。这种方法称为矩阵驱动。每一个像素对应于电极113和电极114相互交叉的部位。将这样的矩阵驱动引入每一个显示层，由此可以在液晶显示器件100上显示出全色图象。
一般来说，在两基板间带有表现胆甾相的液晶的液晶显示器件中，将液晶在平面状态和焦锥状态间切换以显示图象。当液晶在平面状态时，选择性反射波长λ＝P·n(其中P是胆甾液晶的螺距，n是液晶的平均折射指标)的光。当液晶在焦锥状态时，在胆甾液晶的选择性反射波长处于红外光区域的情况下，散射入射到液晶上的光。当胆甾液晶的选择性反射波长较短时，光较少散射，大部分可见光可通过液晶。
因此，当选择性反射波长设定在可见光区域且在器件观察侧相反的一面上形成一光吸收层时，选择反射的颜色在平面状态时将显示出来，而在焦锥状态时会实现黑色的显示。
当选择性反射波长设定在红外光区域且在器件的观察侧相反的一面上形成一光吸收层时，由于在平面状态下反射处于红外光范围内波长的光而通过可见光范围内波长的光，因此可显示黑色。在焦锥状态下由于光的散射，可显示白光。
在带有相互叠放在一起的显示层111R，111G，111B的液晶显示器件中，当蓝色显示层111B和绿色显示层111G进入透明状态，其中的液晶分子处于焦锥排列，且红色显示层111R进入选择性反射状态，其中的液晶分子处于平面排列时，可以实现红色显示。蓝色显示层111B进入透明状态，其中的液晶分子处于焦锥排列，且绿色显示层111G和红色显示层111R进入选择性反射状态，其中的液晶分子处于平面排列，由此可以实现黄色显示。类似的，适宜地将透明状态或选择性反射状态选为各个显示层的状态，由此可以显示出红、绿、蓝、白、青、紫、黄或黑色。
此外，当将一中间选择性反射状态选为显示层111R、111G、111B的状态时，可以显示出过渡色并利用其实现全色显示。
在室温下表现出胆甾相(胆甾特征)的液晶可以优先用作液晶116。特别适于使用一种手征性向列液晶，它是通过向向列液晶中加入足够量的手征性材料以呈现胆甾相制备得到的。
手征性材料是一种添加剂，当加入到向列液晶中时能使向列液晶分子扭曲。通过向向列液晶中添加手征性材料，赋予向列液晶一种液晶扭曲分子的螺旋状构造，由此使其呈胆甾相。
液晶显示层的结构不必受上面描述的限制。壁状或类似的树脂结构可以用来代替柱状结构115，或省去这样的树脂结构。液晶层的可用结构包括常用结构，如一种液晶散布在三维聚合物网络中的层状结构，一种由液晶组成的三维聚合物网络(所谓分散聚合物型液晶化合物膜)的层状结构等。
(驱动电路，见图2和3)
图2是一例驱动电路的框图，它是向液晶层施加驱动电压的驱动装置主要部分。图3是图2中驱动电路的具体结构的例子。图3中的逻辑电源和逻辑电平变换器在图2中省略了。
液晶显示设备包括图2和图3中的液晶显示器件100和驱动装置。
根据图示中的液晶显示设备，根据包含在后面要介绍的控制器CONT中的图象存储器138所存储的图象数据，驱动集成电路131、132由LCD控制器136控制。在液晶显示器件100中的扫描电极和信号电极之间依次施加电压，由此将图象写入到液晶显示器件100中。
下面要说明的图2、3和图4、5表示了在红、绿、蓝任一显示层中的驱动集成电路131、132。更明确地讲，实际上在红、绿、蓝每一显示层中都配有驱动集成电路131、132。最好给红、绿、蓝每一显示层都配备驱动集成电路131、132(即分别在三种层中配备集成电路)。在这三层共享时，可以使用任一驱动集成电路131、132。
图2和3中的驱动装置包括扫描驱动集成电路(驱动器)131，信号驱动集成电路(驱动器)132，控制器CONT和电源140。
控制器CONT配有适于整体控制驱动装置的中央处理单元(CPU)135，适于控制驱动集成电路的LCD控制器136，用各种方式处理图象数据的图象处理单元137，以及存储图象数据的图象存储器138。从电源140向控制器CONT提供电源。控制器CONT连接信号驱动集成电路132，并通过逻辑电平转换器连接扫描驱动集成电路131。逻辑电平转换器是适于将地(GND)电位变换到0V的电路，用于补偿如果地(GND)电位变得不为零的情况，尽管对应于施加到扫描驱动集成电路的电压，地(GND)保持在0V。LCD控制器136按照CPU135的指示根据存储在存储器138中的图象数据驱动各个驱动集成电路。
如图2所示，分布在液晶显示器件100上的像素由一个矩阵表示，该矩阵包括许多扫描电极113(图2中的R1、R2……Rm)和许多信号电极114(图2中的C1、C2……Cn)(“m”和“n”是自然数)。扫描电极R1、R2……Rm连接到扫描驱动集成电路131的输出端，而信号电极C1、C2……Cn连接到信号驱动集成电路132的输出端。
扫描驱动集成电路131如上所述连接到扫描电极R1、R2……Rm，还连接到控制器CONT和电源140。驱动集成电路131将一驱动电压施加到扫描电极R1、R2……Rm上，该电压包括一复位电压(+V1或-V1)，一选择信号电压(+V2或-V2)以及一维持电压(+V3或-V3)。
复位电压输出是一个例如+40V的正复位脉冲+V1或-40V的负复位脉冲-V1。选择信号电压输出是一个例如+15V的正选择脉冲+V2或-15V的负选择脉冲-V2，而维持电压输出是一个例如+25V的正维持脉冲+V3或-25V的负维持脉冲-V3。这些电压由扫描驱动集成电路131输出。
对应于所述电压的接地(GND)的电压稳定电容器C连接到连接线上，向扫描电极113施加电压+V1、+V2和+V3，以及-V1、-V2和-V3。连接到扫描驱动集成电路131的逻辑电源用于向扫描驱动集成电路131提供电源。
信号驱动集成电路132如上所述连接到信号电极C1、C2……Cn上，还连接到控制器CONT和电源140上。根据来自控制器CONT的指示，从电源140输出的电压(改写信号电压(+V4、-V4))分别施加到信号电极C1、C2……Cn上。
改写信号电压是由信号驱动集成电路132输出的+3V的正信号脉冲+V4和-3V的负信号脉冲-V4。
对应于所述电压的接地(GND)的电压稳定电容器C连接到连接线上，向信号电极施加驱动电压(+V4、-V4)。
更具体的情况下，扫描驱动集成电路131输出选择信号电压到扫描电极R1、R2……Rm中的一个预定电极，使其进入选择状态，同时根据来自控制器CONT的指示向其它电极输出非选择信号以使它们进入非选择状态。当切换电极时，扫描驱动集成电路131依次将选择信号电压施加到扫描电极R1、R2……Rm上。在为扫描电极设置的一个扫描周期中，将选择信号电压施加到一个扫描电极上
另一方面，根据来自控制器CONT的指示，信号驱动集成电路132同时将对应于图象数据的信号(改写信号电压)输出到信号电极C1、C2……Cn上，以改写处于选择状态下的扫描电极上的每个像素。例如，如果选中了扫描电极Ra(Ra中的“a”是满足“a”≤m的自然数)，将同时改写对应于扫描电极Ra和信号电极C1、C2……Cn间交叉点的像素LRa-C1……LRa-Cn。在每个像素中，施加到扫描电极的选择脉冲电压(选择信号电压)和施加到信号电极的信号脉冲电压(改写信号电压)之间的电压差是用于改写像素的电压，根据这个电压改写像素。
控制器CONT用于控制扫描驱动集成电路131，这样在用于液晶显示器件100矩阵驱动的每一帧的扫描操作中，施加到扫描电极R1、R2……Rm上的驱动电压在各帧中具有单一极性，并且在每一帧中驱动电压的极性翻转。
更具体的情况下，当在奇数帧中扫描时，扫描驱动集成电路131依次向每个扫描电极R1、R2……Rm施加正复位脉冲电压+V1，正选择脉冲电压+V2和正维持脉冲电压+V3，同时信号驱动集成电路132向每个信号电极C1、C2……Cn施加信号脉冲±V4。
当在偶数帧中扫描时，扫描驱动集成电路131依次向每个扫描电极R1、R2……Rm施加负复位脉冲电压-V1，负选择脉冲电压-V2和负维持脉冲电压-V3，同时信号驱动集成电路132向每个信号电极C1、C2……Cn施加信号脉冲±V4(见图6-8)。
在前述操作中，选择脉冲电压(选择信号电压)(+V2或-V2)的施用周期Tsp是1/2扫描周期Tss，信号脉冲±V4为在扫描周期Tss内变化极性的电压，并且在扫描周期Tss中上述正、负电压的有效值彼此基本相等。
此外，信号脉冲为扫描周期Tss中每个正电压周期总数和负电压周期总数都和选择脉冲的施用周期Tsp一样长。
如上所述，控制器CONT控制扫描驱动集成电路131使选择脉冲(+V2或-V2)的施用周期Tsp为1/2扫描周期Tss，并且控制信号驱动集成电路132使信号脉冲±V4为在扫描周期Tss内变化极性的电压；在扫描周期Tss中信号脉冲正、负电压的有效值彼此基本相等；并且信号脉冲为扫描周期中每个正电压周期总数和负电压周期总数都和选择脉冲(+V2、-V2)的施用周期一样长。有关驱动原理和基本驱动实例还会进行更详细的说明。
信号脉冲电压±V4是占空比为50％的矩形脉冲电压，而且正、负电压(+V4、-V4)的绝对值是彼此相同的。
在该驱动装置中，电源140至少可以在驱动操作的整个周期内提供正电压和负电压。驱动电压由连接到电源140的扫描驱动集成电路施加给扫描电极R1、R2……Rm。
但电源的提供不受上面内容的限制。驱动电压可以由连接到电源的扫描驱动集成电路施加给扫描电极R1、R2……Rm，所述电源可以将电压输出从正变为负，反之亦然。
图4和图5是驱动电路结构的另一个例子。在图4和图5的电路结构中，在图3所示的电路结构中电源140和扫描驱动集成电路之间提供了一个电源切换电路141。
在图4和5的电路结构中，电源140和电源切换电路141组成了一个可以切换正负输出电压的电源140′。
电源140′连接到控制器CONT，并具有4个开关部件SW1至SW4。
部件SW1至SW4可以在来自控制器CONT的指示下同时切换到施加正驱动电压的状态(图中1侧)或施加负驱动电压的状态(图中2侧)。当开关部件处于1侧状态时，电源140′可以从电源140向扫描驱动集成电路131提供正电压+V1、+V2、+V3。另一方面，当开关部件处于2侧状态时，电源140′可以从电源140向扫描驱动集成电路131提供负电压-V1、-V2、-V3。
在具有图4和5所示电路结构的驱动装置中，控制器CONT可以控制电源140′和扫描驱动集成电路131，通过从正电压+V1、+V2、+V3变换到负电压-V1、-V2、-V3或反向变换，使得要施加到扫描电极113上的驱动电压在各帧中具有单一极性，且在每一帧中有效实现极性的翻转。根据该驱动装置，可以通过简单电路结构实现液晶显示器件的驱动。图4是开关部件SW1至SW4切换到1侧时的奇数帧(正帧)状态。图5是开关部件SW1至SW4切换到2侧时的偶数帧(负帧)状态。
一般通过依次选择所有的扫描线改写图象。当部分改写图象时，以某种程度单独依次地选中特定扫描线以包括要改写的部分。这样在较短的时间内可以仅改写需要的部分。在图4和5所示的电路结构中，提供给扫描驱动集成电路的电压为图3结构中电压的1/2。因此与图3结构相比，可以使用更廉价和具有相对低的电压阻抗的扫描驱动集成电路。
(驱动原理和基本驱动例子，见图6至11)
首先对液晶显示器件100的驱动方法的基本原理进行说明。以下，将参考使用脉冲波形的具体例子对这个问题进行说明。但是，驱动方法不限于这些波形。
图6(A)是在奇数帧(正帧)中从扫描驱动集成电路131输出到每个扫描电极的基本驱动波形的例子，图6(B)是偶数帧(负帧)中从扫描驱动集成电路131输出到每个扫描电极的基本驱动波形的例子。
图7和8是从扫描驱动集成电路131输出到每个扫描电极113(行电极)的电压波形，从信号驱动集成电路132输出到一个信号电极(列电极)的电压波形，以及由这些电压施加给相应像素的液晶(如图中LCD1至LCD2所示)的电压波形。图7是奇数帧中的电压波形，图8是偶数帧中的电压波形。
图7和8表示一个基本驱动的例子，其中选择脉冲电压(选择信号电压)依次输出给许多扫描电极113(如图中28条行电极1、2-28)，一信号脉冲(改写信号电压)从许多信号电极114(许多列电极)中的一个信号电极(在图中示为一列b，“b”是满足b≤n的自然数)输出。
图中从列b输出的信号脉冲波形是在任一扫描周期Tss中可以依次输出选择液晶选择性反射状态的一个脉冲的波形。可以从列b中输出选择透明状态的信号脉冲波形，选择一选择性反射状态的信号脉冲波形以及选择混合状态(上述状态的混合)的信号脉冲波形中的任一种波形。这个问题将在下面作更详细的描述。
在图中LCD1、2至28表示的是由扫描电极(行1、2至28)和信号电极(列b)间交叉点形成的相应像素的液晶，和施加到相应像素液晶上的电压波形。由于施加到信号电极的信号脉冲产生的串扰脉冲将施加到液晶上。图7和8中的粗线表示施加串扰脉冲的范围。下面将详细解释这个问题。
在这种驱动中，如上所述，扫描中要施加到扫描电极(行1、2至28)的驱动电压在各个帧中为单一极性且在每一帧中极性翻转。例如，在扫描一帧中驱动电压保持单一极性，即使用第一扫描电极(行1)至最后一个扫描电极(行28)，直到完成这一帧的扫描操作。然后翻转驱动电压的极性以在下一帧中扫描。
一个驱动周期大致分为复位周期Trs，选择周期Ts，维持周期Trt和显示周期Ti。选择周期Ts细分为选择脉冲施用周期(选择信号电压施用周期)Tsp，预选择周期Tsz和过选择周期Tsz’。复位周期Trs和维持周期Trt为，例如48ms。选择周期Ts为，例如0.6ms。预选择周期Tsz和过选择周期Tsz’同为，例如选择周期Ts(0.6ms)的1/3(0.2ms)。扫描周期Tss是选择周期Ts(0.6ms)的1/3(0.2ms)。如上所述，选择脉冲施用周期Tsp是扫描周期Tss的1/2(0.1ms)。
如图6至8所示，在基本驱动波形中，在复位周期Trs中施加复位脉冲(在奇数帧中的正脉冲+V1，在偶数帧中的负脉冲-V1)。选择周期Ts中，在选择脉冲施用周期Tsp内施加选择脉冲(在奇数帧中的正脉冲+V2，在偶数帧中的负脉冲-V2)。在包含周期Tsp的扫描周期Tss中，从信号驱动集成电路132施加信号脉冲±V4。信号脉冲±V4由图象数据决定。如上所述，信号脉冲±V4是占空比为50％的矩形脉冲，而且其中正、负电压(+V4、-V4)的绝对值是彼此相同的。在基本驱动波形中，电压在预选择周期Tsz和过选择周期Tsz’中为零。此外，在维持周期Trt中施加维持脉冲(在奇数帧中的正脉冲+V3，在偶数帧中的负脉冲-V3)。
液晶操作如下。首先，当在复位周期Trs中施加复位脉冲+V1(奇数帧)或-V1(偶数帧)时，液晶回复到初始状态。复位周期Trs经过预选择周期Tsz(液晶在这期间轻微反扭曲)进入到选择脉冲施用周期Tsp。在周期Tsp中要施加到液晶的脉冲波形随最终选择为平面状态的像素或最终选择为焦锥状态的像素而发生改变。
图6至8是选择平面状态的情况。当选择焦锥状态时，与选择平面状态时相比，信号脉冲的位相变换为对应于半周期的程度。
下面将解释选择平面状态的情况。这时，在选择脉冲施用周期Tsp中，在奇数帧中的电压[(+V2)-(V4)]或偶数帧中的电压[(-V2)-(+V4)]施加到液晶上，以使液晶再次进入初始状态。其后，在过选择周期Tsz’中液晶变得轻微反扭曲(retwist)。然后当在维持周期Trt中施加+V3(奇数帧)或-V3(偶数帧)的维持脉冲时，在过选择周期Tsz’中已经轻微反扭曲的液晶通过施加维持脉冲变得更松弛并进入初始状态。
在初始状态的液晶通过变换到零电压进入平面状态并固定在平面状态中。
另一方面，当最终选择焦锥状态时，在选择脉冲施用周期Tsp中，施加奇数帧中的电压[(+V2)-(+V4)]或偶数帧中的电压[(-V2)-(-V4)]。在过选择周期Tsz’中，液晶变得反扭曲并变为螺距扩展为大约两倍的状态。
随后，在维持周期Trt中施加+V3(奇数帧)或-V3(偶数帧)的维持脉冲。在过选择周期Tsz’中已经轻微反扭曲的液晶通过施加维持脉冲进入焦锥状态。在焦锥状态的液晶通过变换到零电压而固定在焦锥状态。
根据上面所述的方法和液晶显示设备以及驱动液晶显示器件的装置，当在液晶显示器件100矩阵驱动的每一帧中执行扫描操作时，要施加到扫描电极113上的驱动电压在各个帧中保持单一极性，并且在每一帧中极性翻转，由此在各帧中施加到液晶116上的电压的单一极性状态可以连续维持一个很长的时间周期。因此与使用，例如施加到液晶116上的电压波形极性周期性变化的交变电压相比，可以将施加到液晶116上电压的波形重复频率减小，并且施加到扫描电极113上的驱动电压值可以减为1/2，由此相应地降低驱动液晶显示器件100的能耗。即能用更少的能耗驱动液晶显示器件100。
如上所述，液晶的最终显示状态可以通过在选择脉冲施用周期Tsp中施加到液晶上的脉冲来选择。通过调节脉冲电压值，脉宽和/或相位，更具体的说是根据图象数据调节施加到信号电极上的脉冲信号波形，可以获得中间态显示。
下面将对通过改变施加给信号电极的信号脉冲状态来实现中间态显示进行说明。
图9至11是输出到从行1至28中选出的一信号行a上的选择脉冲电压的波形，输出到列b的信号脉冲电压波形以及奇数帧(正帧)中由选择脉冲电压和信号脉冲电压施加到液晶LCDx上的电压波形。
图9表示将液晶最终设为最大选择性反射状态的波形。图10表示将液晶最终设为中间态显示状态的波形。图11为将液晶最终设为透明状态的波形。
图12(A)、图12(B)和图12(C)为输出到行a的选择脉冲电压波形，输出到列b的信号脉冲电压波形以及施加到液晶LCDx上的电压波形，它们主要处于选择周期中，这些视图分别从图10、图9和图11所示波形中放大了。
如图12(A)至图12(C)所示，施加到列b的信号脉冲±V4在信号脉冲施用周期Tw(扫描周期Tss)中信号脉冲电压的负周期总数(或正周期总数)同在选择脉冲施用周期Tsp一样长。因此，可以在一个周期中从零到Tsp(1/2扫描周期Tss)地变换与施用到行a的选择脉冲同步施加到列b上的信号脉冲的上升时刻或下降时刻(见图12(A)中t1(或t2))，从而改变选择脉冲施用周期中施加到液晶LCDx的每个脉冲电压的最高部分|V2+V4|和最低部分|V2-V4|的宽度，并控制液晶的最终状态。
如图12(A)所示，在选择液晶中间态显示状态的电压波形中，选择脉冲施用周期中施加到液晶LCDx上的脉冲电压的最高部分|V2+V4|和最低部分|V2-V4|的施用周期总数等于选择脉冲施用周期Tsp。如图12(B)所示，在选择液晶选择性反射状态的电压波形中，在选择脉冲施用周期中施加到液晶LCDx的脉冲电压最高部分|V2+V4|的宽度等于选择脉冲施用周期Tsp的宽度。如图12(C)所示，在选择液晶透明状态的电压波形中，在选择脉冲施用周期中施加到液晶LCDx的脉冲电压最低部分|V2-V4|的宽度等于选择脉冲施用周期Tsp的宽度。
除了施加到行的电压极性和施加到列上的电压极性进行了翻转以外，在各行施加负电压的负帧操作同正帧是相同的。
如图7和8中粗线所示，由于施加到信号电极上的信号脉冲，任一施加到液晶LCD1、LCD2上的电压波形都会发生串扰。
但是，施加到列b上的信号脉冲波形是占空比为50％的矩形脉冲波形，而且其正、负电压的绝对值是彼此相同的。分别如图12(A)至图12(C)所示，在任一选择液晶显示状态的波形中，由于在复位周期中有效电压是{[(V1+V4)2+(V1-V4)2]/2}，在维持周期中有效电压是{[(V3+V4)2+(V3-V4)2]/2}，所以在复位周期施加到液晶上的电压和在维持周期施加到液晶的电压是恒定的。
如上所述，如果施加到行a上的选择脉冲电压是一个施用周期Tsp为1/2扫描周期Tss的电压，并且施加到列b上的信号脉冲电压具有矩形脉冲波形，该波形的占空比为50％，而且其中正、负电压的绝对值彼此相同，由于串扰，施加到相应于像素的液晶LCD1、LCD2至LCD28上的电压可以设为基本恒定，由此可以抑制由于串扰在图象显示中阴影的产生。
上述实施例使用的信号脉冲的占空比为50％，而且其中正或负的持续时间和Tsp一样长。但是，如果占空比为50％，没有正或负持续时间与Tsp一样长的特性，仍然可以获得抑制阴影的效果。那样的话，当维持50％的占空比50％时，信号脉冲可以分成两部分输出。
但是，这种情况下造成了两倍的信号脉冲翻转频率和由信号脉冲引起的两倍的显示器件(显示屏)能耗。图13(A)至图13(C)是一个信号脉冲的例子，其中正或负电压的持续时间T1或T2与选择信号施用周期Tsp不一样长。在该例中，可以通过施加如图13(A)所示的信号脉冲来选择中间态显示状态，其中持续时间T1和T2的总和保持为周期Tsp。通过改变持续时间T1和T2的比率并保持时间T1和T2的总和为周期Tsp，可以选择包括最大选择性反射显示状态(平面状态：T1＝0，T2＝Tsp：图13(B))和透明状态(焦锥状态：T1＝Tsp，T2＝0：图13(C))的各态的显示状态。
虽然对本发明进行了详细的说明和举例，可以清楚地理解，这些都只是对本发明的解释和举例，并不是对本发明的限制，本发明的要旨和范围仅由所附权利要求的各项限定。

Claims (12)

1.一种用于驱动液晶显示设备的矩阵驱动方法，该液晶显示设备包括：
一包含有表现出胆甾相的液晶层的液晶显示器件，和相互交叉延伸的许多扫描电极和信号电极，它们将液晶层夹在中间，利用液晶的选择性反射性能来实现显示；和
一驱动装置，用于驱动液晶显示器件，
所述矩阵驱动方法包括如下步骤：
在每一帧中将选择信号电压的单一极性的驱动电压施加到扫描电极，且使该驱动电压的极性在每一帧进行翻转；
通过在为扫描电极而设的扫描周期中向每个扫描电极依次施加选择信号电压，使扫描电极依次进入选中状态，同时，同步于对扫描电极施加选择信号电压，向每个信号电极施加对应于选中状态的每个扫描电极的改写信号电压；
将向扫描电极施用选择信号电压的施用周期设置为扫描周期的一半；
使施加到信号电极的改写信号电压在扫描周期中改变极性，其中在扫描周期中该改写信号电压的正、负电压有效值彼此基本相同，以及
将要施加到信号电极上的改写信号电压的正电压周期总数设置为与负电压周期总数的总和同扫描周期一样长。
2.根据权利要求1的矩阵驱动方法，其中所述驱动装置能够通过与向扫描电极施用选择信号电压相同步，调节要施加给信号电极的改写信号电压的相位，从而改变最终显示图象的密度。
3.根据权利要求1的矩阵驱动方法，其中所述液晶显示器件能够不用施加电压维持显示。
4.根据权利要求1的矩阵驱动方法，其中所述驱动装置在施加选择信号电压的选择周期之前，向每个扫描电极施加一个复位电压，使液晶进入初始状态。
5.根据权利要求4的矩阵驱动方法，其中所述驱动装置在向扫描电极施加了选择信号电压之后，向每个扫描电极施加一个维持电压，以建立起一种由选择信号电压选中的液晶状态。
6.根据权利要求1的矩阵驱动方法，其中所述驱动装置执行一种将一帧分为多个段的交叉驱动。
7.根据权利要求1的矩阵驱动方法，其中所述驱动装置执行一种在每一帧中依次扫描许多扫描电极的渐进驱动。
8.根据权利要求1的矩阵驱动方法，其中所述驱动装置包括一可以切换输出电压正负的电源电路和连接在电源电路和许多扫描电极之间的扫描驱动集成电路，其中可以通过在每一帧中转换电源电路的正负输出电压来翻转施加到扫描电极的驱动电压的极性。
9.根据权利要求8的矩阵驱动方法，其中电源电路包括具有多个输出端的电源和一个可以切换连接扫描驱动集成电路终端的电路。
10.根据权利要求1的矩阵驱动方法，其中液晶显示器件是具有多个层压型液晶层的层压型器件，其中驱动装置具有连接扫描电极的扫描驱动集成电路，和连接信号电极的信号驱动集成电路，并且其中任一扫描驱动集成电路和信号驱动集成电路能通用以驱动每个液晶层。
11.根据权利要求5的矩阵驱动方法，其中驱动装置配置为在施用复位电压和施用选择信号电压之间和/或在施用维持电压和施用选择信号电压之间，设立一个将施加到扫描电极上的电压置零的周期。
12.根据权利要求5的矩阵驱动方法，其中要施加到扫描电极上的复位电压和维持电压的电压值分别异于选择信号电压。
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