CN201868070U - 一种快速灰阶显示胆固醇型液晶的双稳态驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速灰阶显示胆固醇型液晶的双稳态驱动装置，包括控制单元、外部记忆体、显示模块；其中，显示模块包括驱动电压产生器、偏压电路、STN驱动芯片、双稳态显示屏。本实用新型主要利用胆固醇型液晶的快速转换特性使其在1毫秒内由平面状态转为焦点圆锥状态，再配合特定的隔8行为一单位的扫描顺序组合，使得驱动装置的扫描速度加快，从而令整幅图像的轮廓能够更快的显示出来，虽然本实用新型的驱动装置并没有明显减少胆固醇型液晶显示的总体时间，但确使其显示效果上得到了极大的改善，在实际的应用当中更易为人们所接受。

Description

一种快速灰阶显示胆固醇型液晶的双稳态驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种胆固醇型液晶的双稳态显示技术，具体为一种快速灰阶显示胆固醇型液晶的双稳态驱动装置。

背景技术

胆固醇型液晶具有双稳态特性，既在自然状态下有两个稳定的存在状态，其中一个是平面状态(planar state)，为液晶分子排列整齐可以反射特性波长光线的状态，通常也称之为亮态；另一个状态为焦点圆锥状态(focal conic state)，其液晶分子排列混乱，会将入射光线散射，通常称之为暗态，此状态下可以看到胆固醇液晶层下一层物质的颜色。

由于胆固醇液晶所特有的质地和结构，在技术上可利用电压的驱动而进行两种状态相互间的转换。

传统的电压驱动装置所采用的方法是电压驱动中一种比较常用的方法，装置当中的驱动波形可以由一般STN驱动晶片达到，这种装置需要被施加相当高的电压以用作清屏及刷新画面，每行刷新速度约为10-20毫秒。虽然这种驱动方式可以达到很高对比度，但速度较慢，所以只可应用在低解像、刷新频率不高的产品上，例如电子价目牌、电表，而较难于应用在其它的高解像产品上。举例来说，当像素达320x240以上时，显示整幅图片要花相当长的时间，以市面上大部份6寸800x600解析度电子书为例，如果用被动式矩阵方式刷新600行的话，刷新一幅画面要数秒至十多秒，而且因为刷新画面由上而下，所以可以见到一条明显的扫描线，这无疑限制了它在很多消费品上的应用，特别是电子书，电子字典等热门的高解像产品上。

另一种快速胆固醇型液晶驱动装置则采用一种动态驱动方法，通过配合特别研发的晶片及驱动波形，可以将胆固醇型液晶的刷新速度提升到每行少于1毫秒。而如果配搭动态驱动方式，这种速度可以满足高像素屏的显示需求，但其缺点是当刷新画面时仍会出现一块黑色扫描区，这种缺陷在电子书或其他消费产品上是难以接受的。此外，它的对比度对于温度十分敏感，对于玻璃屏生产工艺要求十分高，大大影响出货及良率。而且成本较高，它不但依赖特别驱动波形，而且这不是一般STN驱动晶片能满足的，需要特别自行制造的晶片来达到，以上缺点都令它无法做到量产，很难大规模的普及。

以上两种装置方法都是以非隔行扫描方法(即逐行扫描)通过从上到下的扫描每帧图像而实现的，这个过程消耗的时间比较长，而且旧式阴极射线的荧光衰减将造成人视觉的闪烁感觉。在实际的应用中，当宽屏受限，以至于不可能快到使用逐行扫描而且没有闪烁效应时，通常采用一种折中的办法，即每次只传输和显示一半的扫描线(即场)。一个场只包含偶数行(即偶场)或者奇数行(即奇场)扫描线，由于视觉暂留效应，人眼不会注意到兩场只有一半的扫描行，而會看到完整的一帧图像，但这种方法依然存在一些不足，有着较大的提升空间。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效消除在刷新画面中出现的扫描线，提升显示速度以及简易的达到4灰阶显示效果的一种胆固醇型液晶的双稳态驱动装置。

本实用新型通过以下技术方案得以实现：

一种快速灰阶显示胆固醇型液晶的双稳态驱动装置，包括控制单元、外部记忆体、显示模块。

显示模块包括驱动电压产生器、偏压电路、STN驱动芯片、双稳态显示屏，

本实用新型的装置中各个组件的连接关系为：

控制单元分别与外部记忆体、驱动电压产生器、偏压电路、STN驱动芯片相连；驱动电压产生器分别与偏压电路、STN驱动芯片相连；偏压电路与STN驱动芯片相连；STN驱动芯片与双稳态显示屏相连。

驱动电压产生器用于产生高、低两个驱动电压。

控制单元用于控制驱动电压产生器产生相应的电压，同时还控制偏压电路产生不同的偏压去达到偏压转换的目的，进一步还用于产生复杂的波形给STN驱动芯片以驱动双稳态显示屏。

控制单元从外部记忆体中读取需要显示在双稳态显示屏上的数据，然后送到STN驱动芯片中，STN驱动芯片根据接收到的数据，控制双稳态显示屏进行相应的显示。

其中，双稳态显示屏为胆固醇型液晶显示屏；外部记忆体为快擦型存储器SST29VF040；此外，驱动电压产生器中设有切换开关以用于在产生的高驱动电压和低驱动电压间进行切换。

本实用新型有益之处在于：

本装置通过增加极少的硬件成本获得了极佳的显示效果，毋须使用TFT主动矩阵式制程，与现时生产线相容，成本低廉，有效消除了在刷新画面中出现的扫描线，解决了行业的共同难题，极大的提升了显示速度，本装置能够简易方便的达到4灰阶显示效果，具备极强的可用性和拓展性。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步的详细描述：

图1为本实用新型一实施例的装置结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的普通扫描方式示意图；

图3为本实用新型一实施例的产生4灰阶显示的扫描方式示意图；

图4为本实用新型一实施例的隔8行扫描方式原理示意图；

图5a至图5c为本实用新型一实施例的隔8行扫描方式实施示意图；

图6为本实用新型一实施例的高低驱动电压示意图；

图7为本实用新型一实施例的偏压电路选取示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种快速灰阶显示胆固醇型液晶的双稳态驱动装置，它包括，控制单元、外部记忆体、显示模块，其中，显示模块包括驱动电压产生器、偏压电路、STN驱动芯片、双稳态显示屏；外部记忆体为快擦型存储器SST29VF040，双稳态显示屏为胆固醇型液晶显示屏，STN驱动芯片型号为SSD1702&SSD1706，控制单元型号为SST89V516，驱动电压产生器型号为TPS61040，其中驱动电压产生器设有切换开关。

具体的连接关系为：

控制单元分别与外部记忆体、驱动电压产生器、偏压电路、STN驱动芯片相连；驱动电压产生器分别与偏压电路、STN驱动芯片相连；偏压电路与STN驱动芯片相连；STN驱动芯片与双稳态显示屏相连。

控制驱动电压产生器用于产生高、低两个驱动电压；控制单元用于控制驱动电压产生器产生相应的电压，同时还控制偏压电路产生不同的偏压去达到偏压转换的目的，进一步还用于产生复杂的波形到STN驱动芯片以驱动双稳态显示屏。此外，控制单元从外部记忆体中读取需要显示在双稳态显示屏上的数据，然后送到STN驱动芯片中，STN驱动芯片根据接收到的数据，控制双稳态显示屏进行相应的显示。

驱动电压产生器产生的高驱动电压用清屏，低驱动电压用于显示驱动，驱动电压产生器中的切换开关用于对高、低两个驱动电压进行互换。

本实用新型的装置主要应用胆固醇型液晶中的平面状态转为焦点圆锥状态的快速转换原理，该转换方式其反应时间理论上可达1毫秒。出于实际需要，本装置仍需要依靠传统驱动方法中的基础清屏动作，初始清屏机制跟传统驱动方法的无异，都是全屏施加高电压及长脉冲，将整个显示屏驱动成平面状态，此过程需时一般较长，在50-100毫秒以上。不过，本实用新型在实施这个过程前，首先由控制单元控制驱动电压产生器产生一个高驱动电压，同时把偏压电路切换到1/7偏压，再控制STN驱动芯片的各讯号，令COMMON芯片所有行都被选取，再把D0-D7为0xFF字节输入到SEGMENT芯片中，这样整个液晶屏都被施加了高电压。

而在刷新画面时，控制单元控制驱动电压产生器产生一个低驱动电压，并把偏压电路切换到1/4偏压，通过施加低电压及短脉冲选择性地令平面状态转成焦点圆锥状，而平面状态被施加低电压时会保持它的状态，所以愈高像素，扫描行数愈多，扫描速度就会愈慢。

虽然按上文所述，理论上的速度可少于1毫秒，但驱动时间太短反而会直接影响显示屏显示出来的对比度，所以通过实验测到，要达到一个满意的对比度，扫描每一行所需时间约1至6毫秒为宜。

在具体的扫描过程中，本装置利用了胆固醇液晶的一个重要特性—胆固醇液晶的对比度随增加驱动时间或者次数而增加，基于这种显示效果，本装置将扫描每一行所需的数毫秒时间分为3个帧进行，如图2、图3所示，虽然总体驱动时间没有减少，但确令每一个帧里的每一行的扫描速度提高了3倍。

如图2所示，第一幅图为扫描第1帧后的显示画面，控制单元从外部记忆体中读出数据“ABC”并写入STN驱动芯片中；第二幅图为扫描第2帧后的显示画面，写入数据为“ABC”；第三幅图为扫描第3帧后的显示画面，写入数据为“ABC”。

图2中，扫描第1帧后画面“ABC”内容已经可以隐约显现出来，虽然它的对比度十分低，但因为人类眼睛及脑部已经确认了图像内容，感觉上会觉得画面刷新速度快了。而要令显示画面达到可接受的对比度，可通过重复写入“ABC”数据，在第2帧及3帧重复扫描后就可以达到将对比度提高的目的。

在具体的操作中，将画面分成3个帧是最为合适的扫描方式，其中一个原因是：受到胆固醇型液晶反应时间的影响，如果以4个帧进行，那么在每一个帧里每一行扫描速度会加快，但这个速度已导致对比度极低而失去了实用意义；另一原因为：在分3帧扫描的基础上，只要通过稍微改动每个帧的驱动时间就可以轻易产生4灰阶显示。

具体的，如图3所示，第一幅图为扫描第1帧后的显示画面，写入数据为“ABC”；第二幅图为扫描第2帧后的显示画面，写入数据为“BC”；第三幅图为扫描第3帧后的显示画面，写入数据为“C”，在此过程中，需要在外部记忆体中分别储存这3幅图片。

可以看到，图像分别经过3次的扫描后，达到了4灰阶显示效果，而要令“ABC”分别出现3种不同的对比度，其中的关键在于第2帧中只将“BC”数据写入，这时第1帧“ABC”中的“A”会保持不变，而“BC”会被驱动至更黑效果，当第3帧把数据“C”写入后，“A”依然维持第1帧时的原状，“B”亦会保持不变，而“C”就会被驱动至比第2帧时更黑的效果。

此外，如果写入数据由”C”写起，再写”BC”，最后写”ABC”，虽然也可以做到3种不同灰阶度，但对于人类眼睛及脑部认知来看，应该先把最多图像信息先被显示出来，”ABC”会比”C”的传递信息为多，所以”ABC”应该先驱动。

在上述扫描过程中，虽然显示速度提升了3倍(已达1毫秒)，但扫描线还是会给人的眼睛察觉，画面给人们感觉会比较明显的在由上而下的进行刷新，所以本装置的重点在于采取隔行扫描方法代替原先的逐行扫描。

通过实验得出结论：以扫描高像素图像来说，隔8行进行扫描的方式能够得到最佳的显示效果。

本装置产生隔8行扫描的方法，其原理主要利用STN驱动芯片上的LATCHPULSE(LP)及FLM信号脚来控制，LP信号脚的主要功能是将扫描线移动，首先把FLM设为H，然后LP时脉由高电位转低电位一次，再把FLM设为L，这样扫描线就会往下移动一行，而同时在STN驱动芯片上需要把100BYTES(800行除以8)数据组通过控制单元送入其中，这可由控制LP，CLK，D0-D7来达成。当驱动完一行后，重复LP时脉由高电位转低电位8次的话，扫描线就会往下移动8行，而被跳过的行数则不会给予驱动，如此类推。

如图4所示，为本装置隔8行扫描原理示意图，以扫描第1子帧为例，在每个子帧中，扫描相隔8行，其中n＝总扫描行数，扫描线仍然由上而下移动，当驱动第n行后，它会移动到n+8再驱动，如此类推，当扫描完最后第n-7行后，实际画面中的图像的初步轮廓已经开始浮现。由于进行了以隔8行方式，所以要将一整幅图像完全显示，需要8个子帧来实现。

如图5a至图5c，为隔8行扫描方式实施的具体过程：

图5a中，清楚显示每个子帧中扫描线移动的时序，每个子帧起始扫描线分别为：1、2、3、4、5、6、7、8；这是最简单且最基础的隔8行显示方式，然而这应用在真实显示屏上有时会出现一些闪烁现象，不过好处在于比较容易实现，

其完整8个子帧扫描顺序如下：

子帧1：扫描顺序：行1->9->17…N-7；

子帧2：扫描顺序：行2->10->18…N-6；

子帧3：扫描顺序：行3->11->19…N-5；

子帧4：扫描顺序：行4->12->20…N-4；

子帧5：扫描顺序：行5->13->21…N-3；

子帧6：扫描顺序：行6->14->22…N-2；

子帧7：扫描顺序：行7->15->23…N-1；

子帧8：扫描顺序：行8->16->24…N。

而为了进一步完善这种驱动方式，可以将扫描顺序稍为改变一下，例如在图5c中可以清楚看到，每个子帧起始扫描线分别为：1、5、3、7、2、6、4、8；当扫描第1子帧后，在其后第2-8子帧中扫描排序有所不同，尽量先以中央填补方法令画面扫描时更流畅，当第一子帧扫描后，开始第2子帧时，应以第一子帧1及9行中间位置第5行开始扫描，例如时序为：第1子帧时：1，9，17…N-7，而第2子帧不是2，10，18…N-6，而应改为5，13，21…N-3，完整的8个子帧扫描顺序如下：

子帧1：扫描顺序：行1->9->17…N-7；

子帧2：扫描顺序：行5->13->21…N-3；

子帧3：扫描顺序：行3->11->19…N-5；

子帧4：扫描顺序：行7->15->23…N-1；

子帧5：扫描顺序：行2->10->18…N-6；

子帧6：扫描顺序：行6->14->22…N-2；

子帧7：扫描顺序：行4->12->20…N-4；

子帧8：扫描顺序：行8->16->24…N。

图5b的扫描原理如同图5c，不同之处在于，每个子帧起始扫描线分别为：1、5、2、6、3、7、4、8。图5a-图5c中所提及的三种扫描顺序都能达到本装置的目的，决定实施那一种方式在某程度上是比较主观的，视乎客观上的不同需要而定。

如图6所示，由于本实用新型的清屏电压跟驱动电压不一样，所以在具体实施上需要产生两个不同的高低驱动电压，其中，V1为高清屏电压，V2为第1-3帧的低驱动电压，t0为清屏的驱动时间，t1为第一帧的驱动时间，t2为第二帧的驱动时间，t3为第三帧的驱动时间，为达到灰阶显示，三个帧需要不同的驱动时间，经过实验，证明其中t3＜t1＜t2。此外，要产生两个不同的高低驱动电压的做法还有很多，其中一个是可在升压电路部分外加一个开关去决定连接回馈电阻与否即可。

如图7所示，控制单元控制由晶体管组成的开关以切换1/7偏压或1/4偏压，这偏压切换运用在局部刷新画面时尤其重要，否则会出现严重的错误。依据本装置及液晶材料上的选取，在偏压方面更适宜选为1/4，具体的由V0，V1，V4，V5与STN驱动芯片的行晶片接上，V0，V2，V3，V5与STN驱动芯片的列晶片接上。除此之外，控制单元的运算速度还需要满足能够读取外部记忆体中的数据并实现4灰阶显示的要求，控制单元快速地读取需要显示的数据，然后送到STN驱动芯片中。

经实验证明，本装置能够有效良好的应用在320x240，640x480，800x600等常用的高解析度胆固醇液晶显示屏上。

Claims (4)

1.一种快速灰阶显示胆固醇型液晶的双稳态驱动装置，其特征在于包括控制单元、外部记忆体、显示模块，其中；

显示模块具体包括驱动电压产生器、偏压电路、STN驱动芯片、双稳态显示屏，进一步：

控制单元分别与外部记忆体、驱动电压产生器、偏压电路、STN驱动芯片相连；驱动电压产生器分别与偏压电路、STN驱动芯片相连；偏压电路与STN驱动芯片相连；STN驱动芯片与双稳态显示屏相连。

2.根据权利要求1所述的快速灰阶显示胆固醇型液晶的双稳态驱动装置，其特征在于，所述的双稳态显示屏为胆固醇型液晶显示屏。

3.根据权利要求1所述的快速灰阶显示胆固醇型液晶的双稳态驱动装置，其特征在于，所述的外部记忆体为快擦型存储器SST29VF040。

4.根据权利要求1所述的快速灰阶显示胆固醇型液晶的双稳态驱动装置，其特征在于，所述的驱动电压产生器中设有切换开关。

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