CN87104776A

CN87104776A - 显示装置的驱动方法和适用于该方法的显示装置

Info

Publication number: CN87104776A
Application number: CN87104776.4A
Authority: CN
Inventors: 卡雷尔·埃尔伯特·凯克
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1986-07-10
Filing date: 1987-07-07
Publication date: 1988-01-27
Also published as: AU7533887A; DE3778988D1; JPS6327894A; CN1012030B; JP2529696B2; KR960007476B1; EP0253423A1; US4990905A; HK142593A; AU609045B2; KR880002118A; EP0253423B1; NL8601804A

Abstract

在行周期的一部分期间，不选择液晶显示装置的诸象素，而向其提供符号相反的数据信号可大大增加液晶显示装置中的灰度级的数目。电容性的交扰因而显著地减小。这便提供了引入更多灰度级的可能性。同时，可采取冗余技术措施，而用其他方法由于灰度级的损失则不可能采取这种技术措施。

Description

本发明涉及一种驱动显示装置的方法，该显示装置包括一种在两支承板之间的电光显示介质，包括以行和列排列的象素质、而每个象素由设置在这两支承板的对立表面上的诸图象电极所构成，并包括行和列的电极系、一行象素在选择周期经由该行电极借助于与这些象素串联的非线性开关元件而被选择、且数据信号经由列电极而被显示。

本发明还涉及可采用这样一种方法来驱动的显示装置。

在这方面要注意的是：在本申请中所用的术语行电极和列电极，如果需要的话是可以互换的，因此凡提到行电极的地方可能指的是列电极，与此同时将列电极变为行电极。

这种类型的显示装置借助于诸如液晶、电泳悬浮体和电致变色材料之类的无源电光显示介质，适宜显示字母数字和视频信息。

从美国专利4，223，308中获悉一种显示装置，其中所描述的背对背连接的二极管用作为开关元件。通过使用开关元件便可获得存储作用，其结果表现为受驱动行上的信息，在别的行电极被驱动期间仍然充分显示在一象素上。然而，由于非线性开关元件的电容所造成的电容性的交扰的缘故该信息可能有一个不定的值，因为在不同行的象素的选择期间这些相同的列被用以显示数据信号。

加在一象素上的电压可以其传输电平变到较高或较低的传输等级（灰度级）的方式来变化。如果这些灰度级只通过该传输特性曲线而被确定，那么在很大程度上由于和该最大的信号电平成正比的所述交扰的缘故限制了灰度级的数目。

由于信号变化所引起的交扰首先取决于这些非线性开关元件的电容量。

获得灰度级的另一种可能性在于把一象素细分成许多子象素，其中被选择的子象素所占的比值便确定该灰度级。这便需要用外加到电极的额外的驱动。

不用额外驱动的这样一种细分的方法，因连接线可断开，故可用于达到某一给定的冗余度之目的。这种细分通常导致使用更小的图象电极的更小的子元件。然而，其结果则造成相对于非线开关元件的象素电容的下降。从而所述的交扰变大。

本发明的一个目的是要提供一种本文开头所描述的方法，用此法，上述诸缺陷基本上得以消除。

因此本发明的方法，其特征在于：在一行选择之后和下一行选择之前，数据信号改变其相对于基准电压的符号，该基准电压是由第一扫描场中的最小数据电压和第二扫描场中的最大数据电压的平均值所确定的;和相对于该基准电压带正号的该子信号的能量值基本上等于相对于该基准电压带负号的该子信号的能量值。

所述的基准电压最好选为0伏特。

事实上，该交扰是通过产生符号相反并具有基本上相等的能量值的交扰信号来加以补偿的。

在实际上要达到上述目的，只有采用具有对称于原点的电流-电压特性曲线的非线性开关元件、或可被认为实用的元件，例如背对背连接的二极管、金属-绝缘体-金属（MIM）开关、或nin型、pip型半导体开关、或由B.J.Lechner等人在《液晶矩阵显示》一文中提出的电路，该文发表在1971年11月IEEE通报第59卷第11册1566至1579页，值得注意的是第1572页。

该数据信号最好由两个子信号组成，其电压绝对值基本上相等且持续时间基本上等于该数据信号的选择时间的一半。这两个符号相反的信号可用简单的反相电路获得。

值得注意的是当使用快速非线性开关元件，例如二极管环形电路时，开关在这样的速率下是有效的，以致于2～32微秒的这些选择时间用作64微秒的行周期（PAL制）。

这便使得该方法对在具有双倍行数的彩色电视（高清晰度的电视）中的应用变得有吸引力。

既然现在所述交扰基本上可忽略不计，因此这些象素可被分解成许多子象素，以达到冗余度之目的。

最初使用根据本发明方法的装置包括一种在两支承板之间的电光显示介质，包括以行和列排列的象素系、而每个象素由设置在这两支承板的对立表面上的诸图象电极所构成，并包括用于经由非线性开关元件驱动这些图象电极的行和列电极系;因而其特征在于一图象电极被分解成许多个子电极，各个子电极至少经由一个非线性开关元件来驱动。

所述这种类型的另一显示装置的特征在于：通过带有补偿操作开关的两路并联装置（其中与开关串联的一路包括一个反相电路），将一列电极连接到被显示信号的接点上。

所谓补偿操作开关其意义是一开关打开时另一开关闭合，反之亦然。

该显示装置最好还包括一个用于这些补偿开关的控制电路。

参照一些实施例和附图将对本发明作更详细的说明。诸附图中：

图1为概略表示使用本发明的一显示装置的部分剖面图，

图2图解表示了在这样一种显示装置中的一显示单元的传输/电压特性曲线，

图3图解表示用于这样一种显示装置的部分控制电路，

图4图解表示这样一种显示装置的元件的替换图，

图5为图示一显示单元的平面图，

图6为表示对图5中的显示单元之一个改型，

图7图解表示图3中的装置按通常方式工作时所出现的信号，而

图8图解表示上述信号在使用本发明的方法时的情况，

图9图示了一个用以获得这些信号的电路。

图1为概括表示一显示装置的部分剖面图，该装置装有二块支承板2和3，其间有液晶4。支承板2和3的内表面上有电和化学绝缘层5。大量的按行和列排列的图象电极6和7分别设置在支承板2和3上。这些对立的电极6和7构成该显示装置的象素。带状的列电极11设置在各列图象电极7之间。可将列电极11和图象电极7有益地结合起来以形成带状电极。带状行电极8设置在各行图象电极6之间。各图象电极6，例如借助于一个在图1中未作进一步表示的非线性开关元件连接到一行电极8上。这些元件借助于行电极8上的电压向液晶4提供相对于加在列电极11上的电压足够大之阈值，并把一存储器装到液晶4里。而且液晶取向层10设置在支承板2和3的内表面上。众所周知，在液晶层4上施加电压可达到液晶分子状态的不同取向，因而可达到光学上的不同状态。该显示装置既可被认为是一个透射装置，又可被理解为是一个反射装置，而且可装有偏振片。

图2图示了如图1的该显示装置中存在的一显示单元的传输/电压特性曲线。在给定阈值（V₁或Vthr）以下，该显示单元基本上不透光，而在给定饱和电压（V₂或Vsat）以上，该显示单元基本上全透光。

图3图示了这样一个显示装置的一部分。象素12经由图象电极7接到列电极11上，在本实施例中列电极11和行电极8一起按矩阵形式排列。象素12经由非线性开关元件9接到行电极8上。

图4为表示象素12的替换图，它由与此有关的电容C_LC和有关的（在高阻状态中的）非线性开关元件C_NL表示，用以计算由列电极11处的信号变化所引起的交扰。对于以下说明（当运用迭加原理时）接到固定电压上的该非线性元件被认为接地。该非线性元件可能是背对背连接的二极管，但另一方面也可包括二极管环形电路、金属-绝缘体-金属开关、pip、nin型半导体或其他二极器件，而C_NL还可能是图象电极6经由，例如多个二极管至不同行电极之引线，正如荷兰专利申请No.8502663中所描述的那样。

例如，在一图象显示装置（TV）中的列电极11上如有信号变化△V，结果在点13处产生的信号变化：

ΔV· (C_NL)/(C_LC+C_NL)

当数据电压从-Vdmax变到+Vdmax或从+Vdmax变到-Vdmax时，在列电极或数据线11上有最大信号变化，因此对于点13处的最大信号变化△Vm，下述关系成立：

ΔV_m=2V_dmax(C_NL)/(C_LC+C_NL)

如在电视应用方面奇数场和偶数场的数据电压被认为大小相等组符号相反。

这电压变化的数值大小不一定导致灰度级的变化，因此按照N个灰度级（即图2中的水平轴在Vthr和Vsat之间分成N等分）并在点（Vthr+Vsat）附近的控制方面下述关系式成立：

(ΔV_m)/(2Vd_max) = (C_NL)/(C_LC+C_NL) ≤ 1/(N) （1）

对于一个典型的液晶象素（大小为300×300（微米）²，厚度约为6微米，εr≈6）和一个硅nin开关（大小约为10×10（微米）²，本征层厚度约为400毫微米），则C_LC≈600fF（毫微微法拉）和C_NL≈30fF，其中结果N≥21。在所述荷兰专利申请No.8502663这一例子中，因为在该象素的两侧面上设置了一个二极管，所以C_NL的值增加一倍。对此则有N≥11。

如果正象上述那样希望使用冗余度，那么一象素可细分成r个子象素，每个子象素都有其自己的驱动元件。这在图5和图6中用图解方法得到表示，其中（图5）带驱动开关元件9的图象电极6分成三个各自具有自身驱动元件9^a、9^b、9^c的子电极6^a、6^b、6^c（图6）。与图象电极6相对应的图象电极7则不加细分。

当将该图象电极细分成若干个子电极时，电容C_LC亦变小了。可粗略地假定：在第一个例子中当把该象素分成r个部分时，由于交扰的缘故，灰度级的数目从N减少到N′＝N/r。在所提及的这两个例子中，对于所述细分成3个子电极（r＝3），情况仍然可获得约7个灰度级和约4个灰度级。确切地说4个灰度级通常是太少了，无法达到令人满意的显示。如将该图象电极分得更细（冗余度更大），情况就变得更槽。

如上面已表示的那样，在该例中的最大交扰为：

V₁=2V_dmax(C_NL)/(C_LC+C_NL)

按照本发明，在选择周期T_S的一个部分T期间将选择电压Vs加到一行电极上并在该期间用数据信号V_D驱动这些列电极，该行便被选择，这样图象信息便写入这些象素;接着在该行电极上的电压以这样的方式变化，以致于该行不再被选择（不再接到V上）因而这些象素不能再被写。其后在（T_S-T_D）期间这些列由符号相反的数据信号即V^′ _D＝-V_D驱动，而Ts充其量等于现有的行周期（在PAL制中为64微秒）。为了尽可能完全地补偿该交扰，我们选用：

V_D=-V_D(T_D)/(T_S-T_D)

对于在一个由该预定电压V_po所选择的象素上的该有效电压值，现有下述关系：

(V_peff)²=(V_po+ΔV₁)²(T_D)/(TS) +(V_po+ΔV₂)²(T_S-T_D)/(T_S)

而ΔV₂=-ΔV₁(T_D)/(T_S)

即

V_{peff} =V_{po} \sqrt{1+(\frac{{ΔV}_{1}}{V_{po}})^{2} ［ \frac{T_{D}}{T_{S}} + \frac{T^{2}_{D}}{{(T}_{S} {-T}_{D} {)T}_{S}} ］}

上述可近似写为：

V_{peff} =V_{po} ［1+ \frac{1}{2} (\frac{{ΔV}_{1}}{V_{po}})^{2} {\frac{T_{D}}{T_{S}} + \frac{T^{2}_{D}}{{(T}_{S} {-T}_{D} {)T}_{S}}}］

我们最好选择T_D＝ 1/2 T_S则便有如下关系：

V^′ _D＝-V_D

从绝对值观点来看，该数据信号和该补偿信号具有相同的数值，这样一来该补偿信号便可用简单的反相方式从该数据信号中得到。

因为T_D小于选择周期T_S，所以在整个选择周期内（例如在电视应用方面该周期为64微秒）该开关元件9是不导通的。事实是该象素并没有完全带电，但由于这些元件急剧升降的特性;这一点可忽略。另外对于所有的开关元件电压损失基本上是相等的，因此，如有必要可用这些选择电压对其加以补偿。

图7和图8表示用以说明无或有所述交扰补偿的情况下数据电压V_D、V^′ _D及其有关的交扰信号△V、△V₁、△V₂。

补偿信号V^′ _D可以简单的方式从信号V_D中获得，例如信号V_D被送到输出器电路15和反相器16的共同输入点14（见图9），其输出经由补偿开关17、18接到列电极11上。通过在T_D＝ 1/2 T_S期间合上开关17并接着在 1/2 T_S期间闭合开关18，便在该列电极上获得该预定的信号。

对于尤其在该荷兰专利申请No.8602663中所使用的这种驱动方式，则如下关系成立：

-V_dmax＜V_d＜V_dmaxwith V_dmax＝ 1/2 （V_sat-V_th）

对于方程式（1）来说，这便导出：

(ΔV¹)/(2V_dmax) = 1/(2V_po) ( (V_sat-V_th)/(N²) )（5）

项

1/(2N²) (V_sat-V_th)/(V_po)

当V_po＝Vth时为最大。用V_po＝Vth代入式（5）则得：

(ΔV¹)/(2V_dmax) = 1/(2N²) ( (V_sat-V_th)/(V_th) )

这相当于：

2N²/ ( (V_sat)/(V_th) -1)

的灰度级，而不是无补偿情况下的N个灰度级。灰度级的数目因而增大到下述倍：

2N/ ( (V_sat)/(V_th) -1)

对于液晶（ZLI 84460，Merck）通常有Vth＝2.1伏，Vsat＝3.6伏，换句话说灰度级的数目增加到2.8N倍。对于所示的细分成3个子电极而言，灰度级的数目增加到2.8N倍，即从原来的4和7分别增加到约45和140个灰度级。

本发明当然并不局限于所示的实施例，在本发明的范围内作一些改变是可能的。

例如，对于非线性开关元件，可选用二极管环形电路、背对背连接的二极管，金属一绝缘体金属开关、nin、pip或pinip型开关，如果开关速率足够大的话。

实现图9所示的驱动电路时也可作一些改变。

另外可选用不同的电光介质，能电泳悬浮体和电致变色材料。

本实施例是以开关方式为基础的，其中数据电压围绕0伏转换，且该电压范围仍局限于Vsat-Vth之差。对于该数据电压和基准电压的别的选择，本发明的方法亦可保持所述的优点。在实际上通过适当选择配有一定灰度数值的数据电压，可对由于指数特性所引起的电流-电压曲线的可能的变化加以补偿。

Claims

1、一种用于驱动显示装置的方法，该装置包括一种在两支承板之间的电光显示介质，以行和列排列的象素系、而各象素由设置在这两支承板的对立表面上的诸图象电极所构成，及行和列的电极、一行象素在选择周期经由该行电极借助于与这些象素串联的非线性开关元件而被选择、且数据信号经由列电极而被显示，该方法的特征在于：在一行选择之后和下一行选择之前，数据信号改变其相对基准电压的符号，该基准电压是由第一扫描场中的最小数据电压和第二扫描场的最大数据电压之平均值所决定，和相对于该基准电压带正号的该子信号的能量值基本上等于相对于该基准电压带负号的该子信号的能量值。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于该基准电压基本上等于零伏特。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述数据信号包括两个电压绝对值基本上相等且持续时间基本上等于该行选择时间之一半的子信号。

4、根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：一子信号的所述持续时间在2和32微秒之间。

5、一种采用权利要求1至4中任一权利要求所述方法的显示装置包括：一种在两支承板之间的光电显示介质，以行和列排列的象素质、而各象素由设置在这两支承板的对立表面上的诸图象电极所示构成，和经由非线性开关元件用以驱动这些图象电极的行和列的电极系;其特征在于：通过一个带有补偿操作开关的两路并联装置、其中与该开关串联的一路包括一个反相电路，将一列电极连接接到被显示信号的接点上。

6、根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于还包括一个用于所述补偿开关的控制电路，该电路以这样的方式控制所述开关，以致于该被显示的信号，或一个由此得出的信号、或一个与该被显示信号反相的信号被送到该列电极上。

7、根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于：被送到列电极上的这些信号基本上绝对值相等，而且各存在于一行电极选择时间的一半期间。

8、一种采用权利要求1至4中任一权利要求所述方法的显示装置包括：一种在两支承板之间的电光显示介质，以行和列排列的象素系、而各象素由设置在这两支承板的对立表面上的诸图象电极所构成，和经由非线性开关元件用以驱动这些图象电极的行和列电极系;其特征在于：一个图象电极被细分成许多由至少一个非线性开关元件驱动的子电极。

9、根据5至8任一权利要求所述的显示装置，其特征在于：所述电光显示介质是液晶，电泳悬浮体或电致变色材料。