CN1332385A - 胆甾醇结构液晶显示器的矩阵驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及驱动LCD的方法,包括形成象素阵列,其特征在于具有以下步骤,提供布置在彼此间隔的透明衬底之间的胆甾醇结构液晶,和施加复位脉冲及多选择脉冲从而形成最终的驱动波形。因此所展示的驱动方案或方法包括复位脉冲和选择脉冲,后者所指的脉冲具有多种选择脉冲的自由度。这些方案可提供灰度,并改进了选择性。本发明中还利用了波形反转。

Description

胆甾醇结构液晶显示器的矩阵驱动方法

本发明涉及灰度彩色胆甾醇结构液晶显示器的矩阵寻址方法和驱动波形，所述显示器能在没有施加电场的情况下保持图象的图案。

经典的液晶显示器需要使用产生低亮度(特别是用于户外时)和具有严格视角关系的偏振器。这种液晶显示器需要背照明，因此产生了很大的能量消耗。最近已开始对前二十年的胆甾醇结构液晶显示器(ChLC)进行研究。ChLC的特性是具有双稳性微域结构，并可针对波长进行反射率调节。ChLC显示器的理想特性是图象保留性、很低的能耗、可调的单色图象和多色图象、灰度容量、较宽的工作温度范围和极佳的视角。两个双稳定域结构是平面状态(分子相对于在相同方向上定向的螺旋轴呈螺旋状排列)和微域为聚焦的圆锥状态(每个微域由螺旋结构构成，而微域的螺旋轴为多方向排列)。可以电性控制螺旋线的方向。螺旋线反映出预选波长谱内的特定圆偏振(左手或右手)。反射率波谱的峰值λ与平均折射率n和ChLC的螺距p有关，即，λ＝nxp。可以通过添加到扭转的向列液体中的手征掺杂剂的量来调节ChLC的螺距以及波谱的峰值。当ChLCs包含在两个平行的透明衬底中时，可以看到反射的亮色彩(当处于平面状态的螺旋轴垂直于衬底表面时)和散射透明外表面的弱光(当聚焦的圆锥状微域的螺旋轴平行于衬底表面时)。当将下衬底涂黑时，聚焦的圆锥状态呈现暗色。由此可以产生平面的接通(ON)状态和聚焦圆锥状的断开(OFF)状态。通过控制液晶中平面状态和聚焦锥形状态的比例还可以产生灰度。这可以通过施加适当电压电平的电信号来实现。即使没有电场，上述平面的和聚焦锥形的微结构也是稳定的。因此，只有在改变显示器的图象图案时才需要能量，因此能耗很低。

当在共用电极和象素的分段电极上施加一个电位差时，有效电压是共用电极和分段电极之间的差，即

                  V_有效＝V_共用－V_分段

因此，共用电极和分段电极的电压是有极性的，而有效电压则可以具有双极性。然而，液晶分子对于正电压和负电压有相同形式的反应。为了由极化的共用电压和分段电压产生负的效有电压，可以在共用电极和分段电极上都施加适当的直流偏置，以便使最终的共用电压和分段电有极性。用这种方式可以得到所有反相方案的负脉冲。图11中示出了在有电压脉冲时给定ChLC的典型反射率/驱动电压曲线。

图11中的值V1，V2，V3，V4，R1和R2取决于驱动脉冲的持续时间和脉冲幅度。对于任何给定的持续时间，当驱动电压小于阈值电压V1时，反射率基本不变。阈值电压V1由下列公式给出： $V_1={\mathrm{\π}}^2\sqrt{\frac{K_{22}}{{\mathrm{\δ}}_0\mathrm{\Δ\δ}}}\frac{d}{p}$

通过调节手征掺杂剂的浓度，可以得到红、绿和蓝色单层。通过将RGB(红，绿，蓝)层重叠可以实现全色显示。对于全色应用，应选择红、绿和蓝的d/p比，使之相同并在10—15之间，以便使三种颜色的驱动波形相似和使反射率足够大。

按照本发明，提供一种驱动LCD的方法，所述方法包括形成象素阵列，其特征在于具有以下步骤：提供设在相互间隔的透明衬底之间的胆甾醇结构液晶，和提供复位脉冲及多个选择脉冲从而形成最终的驱动波形。

利用本发明可以形成ChLC(胆甾醇结构液晶)显示器驱动波形(液晶分子承受到的有效电压)，这种波形对于暗状态有明显改进，对于灰度的产生有更大的自由度。因此该驱动波形可以由一个复位脉冲和若干或一些调幅的选择脉冲构成。多选择脉冲的电压电平可以彼此不同。选择合适的选择脉冲数量和每个选择脉冲的电压使之具有(i)较暗的聚焦圆锥状态和(ii)对于灰度有较大的自由度。根据经验的固有反射率特性来确定脉冲电压(见图11)。在多路转换寻址中，可以按非流水线方式(例如图3)、流水线方式(例如图4)或两者的任何组合的方式设置复位脉冲V4。对于非流水线波形而言，可以观察到将整个显示器更新成亮平面状态的扫描线，而在流水线波形中，整个显示器被同时更新。另一方面，可以按照群集方式(参见图3)、与其它行交错(见图5)的方式、或两者的任何组合来设置多选择脉冲W11-W1n，W21-W2n。对于群集选择脉冲的方法，扫描线从第一行开始扫描，而且在行扫描后出现清晰的图案。对于选择脉冲交错的方法，形成粗略图象并在扫过更多的扫描线时逐渐形成精细和清晰的图象。这种在上述多个选择脉冲的数量和其幅度方面的新自由度对于减轻OFF聚焦圆锥状态的模糊现象特别有用。通过选择相中选择脉冲的数量和多选择脉冲的电压可以获得灰度。按照图11中给出的胆甾醇结构液晶的反射率特性，多选择脉冲的电压绝对值在V1和V2之间。多选择脉冲的电压越大，域结构的聚焦锥度越大，因此得到的象素越暗。相反，多选择脉冲的电压越小，域结构的平面状态越平，则亮度越大，而且最终的象素反射越多。通过调节多个选择脉冲的中间电压电平可以得到灰度。

实现本发明所述方法的另一个特征是采用各种波形极性反转的方式。推荐三种基本方式。这些方式有(i)在每个脉冲过后的立即使极性反转(例如参见图7)；(ii)使在帧周期内的某些脉冲的极性反转(例如参见图8)；和(iii)在下一个帧周期使极性反转(例如参见图9)。还可以使这三种方式组合。例如，前两种的组合可以是：复位脉冲在其自身过后立即产生极性反转，而且多选择脉冲中的一半为正极性而另一半为负极性。通过使用较小的正的共用信号和较大的正的分段信号可以产生负脉冲。通过将合适的DC偏置与共用和分段信号相加可以得到这些波形。

下面将参照附图并借助于实例对实现本发明的方法进行描述。

图1是表示当对初始的亮反射平面状态和初始的暗弱光散射聚焦锥形状态施加电脉冲时胆甾醇结构显示器的反射特性的曲线图。

图2是单线驱动波形，该波形由高复位脉冲和具有可变电压电平的经过平均电平多调幅的选择脉冲在没有极性反转的情况下构成。上述多选择脉冲的电压可以彼此不同。

图3表示由若干波形构成的多路转换驱动波形。每个波形由高复位脉冲和群集的具有可变电压电平的并经过平均电平多调幅的选择脉冲在没有极性反转的情况下形成。波形的复位脉冲和多选择脉冲为非流水线形式。

图4表示由若干波形构成的多路转换驱动波形。每个波形由一个高复位脉冲和群集的具有可变电压电平的并经过平均电平多调幅的选择脉冲在没有极性反转的情况下形成。复位脉冲设置成流水线形式，而多选择脉冲设置成非流水线形式。

图5表示由若干波形构成的多路转换驱动波形。每个波形由一个高复位脉冲和交错的具有可变电压电平的并经过平均电平多调幅的选择脉冲在没有极性反转的情况下形成。波形的复位脉冲和多选择脉冲设置成非流水线形式。

图6表示由若干波形构成的多路转换驱动波形。每个波形由一个高复位脉冲和交错的具有可变电压电平的并经过平均电平多调幅的选择脉冲在没有极性反转的情况下形成。复位脉冲设置成流水线形式，而多选择脉冲设置成非流水线形式。

图7是单线驱动波形，它由极性反转的高复位脉冲和极性反转的具有可变电压电平的并经过平均电平多调幅的选择脉冲构成。每个复位脉冲和选择脉冲均在其自身脉冲过后立即极性反转。

图8是单线驱动波形，它由高复位脉冲和具有可变电压电平的并经过平均电平多调幅的选择脉冲构成。多选择脉冲中的某些脉冲具有相反的极性。

图9是单线驱动波形，它由两个帧周期构成。每个帧周期由一个高复位脉冲和具有可变电压电平的并经过平均电平多调幅的选择脉冲构成。相邻帧周期的复位脉冲和多选择脉冲具有相反的极性。

图10是由两个透明衬底构成的简化的单层胆甾醇结构显示器的剖面图。在每一个透明衬底的内表面上，成排地涂有透明铟锡氧化物(ITO)电极，而且在ITO电极的上面涂覆聚酰亚胺层。这两个表面之间具有包含胆甾醇结构液晶的空腔，而且在显示器的周边用环氧树脂密封该空腔。

图11是表示胆甾醇结构液晶显示器的反射率相对于驱动脉冲电压的单线波形。

应当理解，术语“流水线”或本文中所用类似术语是指脉冲的重叠关系。换句话说，这些脉冲同时出现。

图3中示意性地示出了非流水线复位脉冲V和非流水线群集的多选择脉冲W的多路转换波形实例。

图4中示意性地示出了流水线复位脉冲V和非流水线群集的多选择脉冲W的多路转换波形实例。

图5中示意性地示出了非流水线复位脉冲V和非流水线交错的多选择脉冲W的多路转换波形实例，其中V1＜wij＜V2。

图6中示意性地示出了流水线复位脉冲V和非流水线间隔的多选择脉冲W的多路转换波形实例。

图7中示意性地示出了在每个脉冲过后立即反转的多选择脉冲V和—V的实例。

图8中示意性地示出了多选择脉冲V和—V的实例，在同一帧周期内由其它脉冲—W反转极性。

图9中示意性地示出了多选择脉冲V，—V的实例，在下一个或紧接其后的帧周期中反转极性。

如图中所示，本发明所述实施例的优点如下：

1.利用得到的驱动波形驱动象素阵列的方法，所述驱动波形由高复位脉冲和多个具有确定脉冲宽度的可变幅度的选择脉冲构成，所述象素阵列设置成多行和多列，其中在两个透明衬底之间填有胆甾醇结构液晶。通过脉冲宽度和胆甾醇结构液晶的反射率特性来确定驱动波形中所有脉冲的电压电平(例如参见图11)。

2.上面给出的多路转换寻址驱动波形的复位脉冲可以设置成流水线方式、非流水线方式、部分行为流水线及部分行为非流水线方式(例如参见图3，图4，图5和图6)。复位脉冲的电压大于或等于胆甾醇结构液晶反射率特性给出的复位电压(即，图11中的V4)。

3.可以通过群集到一起(例如，参见图3和图4)、通过与其它行交错(例如，参见图5和图6)或将两者随意组合来设置多路寻址驱动波形的多选择脉冲。多选择脉冲电压的绝对值处于阈值电压和由液晶反射率特性给出的最小反射率的电压之间(即，图11中的V1和V2)。

4.借助驱动波形中每个脉冲之后立即进行的极性反转可以改变驱动波形。在帧周期中每个脉冲后立即施加极性相反但幅度相同的脉冲。图7中可看到相应的实例。

5.借助于在帧周期内极性反转的一些包括复位脉冲和多选择脉冲的脉冲，可以改变驱动波形。图8中可以看到相应的实例。

6.借助于下一个帧中与当前帧相反的脉冲极性可以改变驱动波形。下一个帧周期的多选择脉冲可设置得与当前帧不同。图9中示出了相应的实例。

7.通过将上述驱动波形组合可以改变共用驱动波形。

8.通过调节上述波形中多选择脉冲的适当电压电平可以产生灰度。灰度水平可通过电压电平进行确定，所述电压电平的绝对值处于阈值电压和与胆甾醇结构液晶反射率特性相应的最小反射率的电压之间(例如，参见图11)。

Claims (19)

1.一种驱动LCD的方法，包括形成象素阵列，其特征在于具有以下步骤：提供布置在彼此间隔的透明衬底之间的胆甾醇结构液晶，和施加复位脉冲及多选择脉冲从而形成最终的驱动波形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选择脉冲包括调幅选择脉冲。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，选择脉冲包括多个具有确定脉冲宽度的可变幅度的选择脉冲。

4.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于多路转换寻址驱动波形，和从由流水线及非流水线布局构成的一组脉冲中选出的复位脉冲。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，部分行是流水线的。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，部分行是非流水线的。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，复位脉冲电压值至少不小于由具有反射特性的胆甾醇结构液晶形成的复位电压值(V4)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，复位脉冲电压大于V4。

9.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，多路驱动波形的选择脉冲可设置成群集在一起、与其它行交错、或将所述群集形式和交错形式组合的形式。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，选择脉冲的电压绝对值处于阈值电压和液晶最小反射率特性的电压(V1，V2)之间。

11.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在驱动波形中的每个脉冲之后驱动波形立即极性反转。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，向帧周期内每个脉冲施加极性相反但幅度相同的脉冲。

13.根据权利要求1—10中任一项所述的方法，其特征在于，驱动波形脉冲中的至少一些脉冲在帧周期内极性相反。

14.根据权利要求1—10中任一项所述的方法，其特征在于，驱动波形中接续脉冲的极性与其前面紧邻的或紧接的脉冲的极性相反。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，接续的帧周期的多选择脉冲的结构与紧接的脉冲不同。

16.根据权利要求11—15中任一项所述的方法，其特征在于，共用驱动波形包括所述波形的结合。

17.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，提供通过调节所述波形的多选择脉冲的合适电压电平产生的灰度。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，通过各电压电平来确定灰度水平，所述各电压电平的绝对值处于阈值电压和与胆甾醇结构液晶的反射率特性相应的最小反射率的电压之间。

19.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，利用胆甾醇结构液晶反射率特性的脉冲宽度来确定驱动波形中所有脉冲的电压电平。

Images