专利名称：照明一胆甾型液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显示器，尤其涉及一包括胆甾型液晶显示装置的显示器，
该显示装置采用垂直(homeotropic)状态作为暗图像状态。
背景技术：
一胆甾型液晶显示装置是一类反射型显示装置，具有低能耗和高亮度。一 胆甾型液晶显示装置采用一个或多个单元，各单元具有一层能够被驱动成为多 个状态的胆甾型液晶材料。这些状态包括平面状态，其是一种稳定状态，在稳 定状态中该层胆甾型液晶材料反射光线的波长处于对应于一预定颜色的带宽 内。在其他状态中，该胆甾型液晶传输光线。全色显示可以通过堆叠能够反射 红色、蓝色和绿色光线的多层胆甾型液晶材料来实现。为了驱动以显示图像， 该显示装置典型地具有一电极阵列，该电极阵列能够通过各自的驱动信号为穿 过该层胆甾型液晶材料的多个像素提供驱动。
胆甾型液晶显示的大部分发展已经关注于液晶材料稳定状态的使用，这些 状态是提供高反射比的平面状态和提供低反射比的焦点圆锥状态，以及提供中 间反射比的: 昆合状态范围，这是由于液晶材料在每个平面和焦点圆锥状态中具 有域的结果。在这种情况下，焦点圓锥状态用作为暗图像状态。当电源仅需要 用于驱动状态的改变，此后液晶保持在稳定状态来显示图像而不消耗电源时， 稳定状态的使用提供了低能耗的优点。所有目前商业上可利用的胆甾型液晶显 示装置均工作在这种搡作模式下。
由于它的反射本性，胆甾型显示装置特别适合于外部应用。明亮的照明光 线，例如太阳光，导致很多光线被反射。因此，胆甾型显示装置具有高亮度且 保持一优良对比度。这与对比度在明亮的照明光线下下降的发射型显示装置形成对比。胆甾型显示装置适合于很多户外应用，显著地可作为一电子布告板，
用于显示广告和其他图像，例如在WO-01/88688中所公开的。
然而，如果显示装置的使用需要在一低光线水平中，照明显示装置则是必 要的。例如，WO-01/88688公开了显示装置具有安装在其上的四蓋灯形式的光 源。
在使用稳定状态提供具有良好对比度的显示装置的同时，对比度受限于焦 点圆锥状态散射光线且具有约3-4%反射比的事实。这已经被报导于JY Nahm 等人，亚洲显示(Asia Display), 1998的第979-982页中以及WO-2004/030335 中，较高对比度可以通过使用胆甾型液晶材料的垂直状态来实现，其比焦点圓 锥状态具有较低的反射比。因此，垂直状态的使用作为暗状态代替了焦点圆锥 状态，其具有增加对比度和改善色域的优点。
垂直状态是一非稳定状态，因此需要电源的连续应用以维持该状态。这意 味着显示器必须具有一电极阵列，该电极阵列能够为穿过胆甾型液晶材料层的 多个像素通过各自的驱动信号独立地提供驱动。
为了在^f吏用垂直状态时达到灰度级，WO-2004/030335公开了暂时抖动的使 用。也就是il,驱动信号具有一成形为驱动各个像素在一驱动周期内交替地成 为垂直状态和平面状态的波形。结果，像素被驱动成为垂直和平面状态的时间 周期是足够短的，以至观察者所感知的反射比是在每个垂直和平面状态下像素 反射比的时间平均值。工作周期以及相应的垂直和平面状态的各自的周期均是 根据图像信号而变化的，以改变感知的反射比以及因此来提供灰度级。
发明内容
本发明源自于发明人的观察，当一胆甾型显示装置的像素被驱动而交替地 成为垂直状态和平面状态，且同时由一人造光源提供照明时，在一定情形下显 示在该显示装置上的图像会出现闪烁。本发明关注于减轻或消除这个问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种显示器，包括一胆甾型液晶显示装置，其具有至少 一个包括一层胆甾型液晶材料和一电 极阵列的单元，该电极阵列能够通过各自的驱动信号为穿过该层胆甾型液晶材
料的多个像素提供独立驱动，用以驱动像素成为具有各自反射比的像素的状态； 一驱动电路，被设置产生驱动信号，用以根据一图像信号驱动各个像素成 为具有各自反射比的像素的状态，其中对于可能的反射比范围中的至少部分范
围，该驱动信号具有一成形为驱动各个像素在连续的驱动周期中交替地成为垂 直状态和平面状态的波形，根据该图像信号，改变各个像素被驱动成为垂直和 平面状态的时间周期，以提供观察者能感知到的平均反射比， 一光源，被布设成当该光源发光时照亮该显示装置； 一电源电路，被连接以为该光源供给电源，该电源电路被设置供给
a) 直流(DC)电源，或
b) 依据下述关系式的供给频率Fs的交流(AC)电源
|2FS-FJ》FT
其中FH是像素被驱动信号驱动成为平面状态的频率，该驱动信号具有一成 形为驱动各个像素交替地成为垂直状态和平面状态的波形，FT是闪烁融合门限 值。
本发明使得对显示在显示装置上图像的闪烁的感知减少，这产生于由一光 源同时地照亮显示装置的同时， 一胆甾型显示装置的像素交替地被驱动成为垂 直状态和平面状态的一些情况下。闪烁的减少是基于如下所述的闪烁是由照明 光线与垂直和平面状态的暂时抖动之间的干涉效应而引起的评价的。当光源由 交流电源供给时闪烁产生，在这样的情况下，照亮显示装置的光线的照明功率 随着电源供给的瞬时功率而波动，因为瞬时功率与瞬时电压的平方成比例，所 以电源供给自身在供给频率Fs下会波动两次。
同时，当像素被交替地驱动成为垂直状态和平面状态时，像素交替地是非 反射性的和反射性的。照明光线仅在给定像素是反射性的时才反射，这导致了
照明光线变化以;^射率变化之间的千涉效应。其中，频率FH小于照明光线的频率2Fs，这可以看作为当像素是反射性的时像素对照明光线取样。干涉效应导 致被反射的光线按干涉频率|2& -&|变化。这个按千涉频率|2& -Fw|的变化被观
察者感知为闪烁。例如，在一个实施例中，驱动像素成为平面状态的频率Fu是 83Az，光源是由交流电源按50赫兹(Hz)的供给频率Fs所供给的一金属卣素 放电管。在这种情况下，反射光线中的该变化导致图像被感知到17Hz干涉频率 的闪烁。本发明通过如下所述的对供给光源的电源的仔细选择减少或消除了这 个闪烁的问题。
在可供选择的方法(a)中，供给电源是直流电源。在这种情况下，由一光 源输出的照明光线是足够恒定的，以至观察者在处于反射性平面状态的像素所 反射的光线中感知不到变化。结果是图像没有被感知到闪烁。在可供选择的方 法(a)中，光源可以包括至少一个发光二极管或一白炽灯，例如一卣素灯。
在可供选择的方法(b)中，该干涉频率|2^-^|被设置为闪烁融合门限值 FT或大于闪烁融合门限值FT，闪烁融合门限值FT可以采用40Hz，或被设置为提 供一改进效果50Hz或100Hz。在这种情况下，反射光线幅度的变化会产生，但 是会按照比闪烁融合门限值FT高的频率产生，以至观察者对闪烁的感知减少或 完全地排除。
有利地是，在可供选择的方法(b)中，供给频率Fs的确定依照于关系式
(2F「Fh) >Ft
在这种情况下，供给频率Fs大于频率FH至少FT/2。因此，这导致使用一相对高
的供给频率Fs，这反之减少了观察者对照明光线中任何变化的感知。另外，照
明光线中的这样一个变化自身可以被可能分心的观察者所感知。如果图像的任 何部分均由具有一成形为驱动该像素成为稳定状态并保持该稳定状态直到所显
示的图像改变的波形的驱动信号驱动，则在低频率的照明光线中的这个变化也 可以导致反射光线中的变化。为了完全避免这种效果，供给频率Fs为闪丝一融合 门P艮值FT或大于闪烁融合门限值FT。
在一胆甾型液晶显示装置的方面，其中由垂直状态形成使用，闪烁的可以进一步通过采用一电源电路来被减轻，该电源电路被设置为供给交流电源， 该交流电源具有一导致光源所发射的光线的照明功率中的变化幅度相比于正弦 曲线波形减少的波形。在这种情况下，瞬时电功率在大部分循环中是恒定的，
倾斜(dipping)仅作为波形的极性而改变。相比于一正弦曲线波形，这减少了 光源所发射光线的照明功率中的变化幅度。这反之减少了作为部分干涉效应的、 像素所反射的光线中的变化幅度。因此， 一方波的使用进一步有助于对闪烁感 知的减轻。事实上，减少照明功率中的变化幅度，允许使用提供了较低频率的、 使用者感知不到闪烁的一干涉频率|2&-F」的供给频率Fs,这已经是值得赏识
的了。换言之，照明功率的变化幅度的减少有效地将闪烁融合门限值降低至低 于闪烁被感知的值。
在可供选择的方法(b)的情况下，光源可以包括至少一个放电管，例如金 属卣素放电管。在一放电管的情况下，电源电路可以包括
一电源输入，用于接收一外部交流电源供给；以及
一电子镇流器，连接在该电源输入和至少一个放电管之间，该电子镇流器 可操作的以转变该电源输入接收到的外部交流电源供给的频率，以提供供给频 率Fs的所述交流电源。
为了更好的理解，使本发明具体化的一胆甾型液晶显示装置将作为非限定 性实例结合附图来被描述。在附图中
图1为一胆甾型液晶显示装置的透视图2为该胆甾型液晶显示装置的橫截面图3为一胆甾型液晶显示装置的一单元的横截面图4为图3中该单元的一传导层的电极阵列的俯视图5为该显示装置的驱动电路的视图6为图示出用于驱动像素具有不同反射比的驱动方案的示意8图7为依据一静态驱动方案的一驱动信号的曲线图； 图8为一典型液晶材料的光电(electro-optical )曲线的曲线图； 图9为像素的反射比相对于图7中驱动信号的一选择脉冲的曲线图； 图IOA至IOC是依据一动态驱动方案的一驱动信号的曲线图； 图11为像素的反射比相对于图IOA至IOC中驱动信号驰豫周期的持续期 的曲线图12示出了图9和11相互叠加的曲线图；以及
图13是该胆甾型液晶显示装置的一灯的电源电路的视图14A至14C是示出了从一金属囟素放电管照明的该胆甾型液晶显示装置
中反射出的光线的曲线图，该金属卣素放电管供给有5OHz的交流电源；
图15A至15C是示出了从一金属卣素放电管照明的该胆甾型液晶显示装置
中反射出的光线的曲线图，该金属囟素放电管供给有500Hz的交流电源；以及 图16A至16C是示出了从一金属卣素放电管照明的该胆甾型液晶显示装置
中反射出的光线的曲线图，该金属卣素放电管供给有65Hz具有一方波波形的交
5充电源。
具体实施例方式
如图1所示， 一显示器1包括安装在一框架2中的一胆甾型液晶显示装置 24。 一对灯3由各自的臂状物4支撑在框架2上。当点亮时，灯3径直照明该 显示装置24,因此构成一光源。
胆甾型液晶显示装置24将首先被详细描述。
如图2所示，该胆甾型液晶显示装置24包括三个单元IOR、 10G和10B, 每个均具有相同结构，如图3所示为单独一个单元10。
单元10具有一分层结构，为了清楚，各个层11-19的厚度在图3中被夸 大显示。
单元10包括两个刚性基板11和12，其可以由玻璃或优选地由塑料制成。基板ll和12在它们内部的相对表面具有各自的透明的传导层13和14,传导 层13和14形成为一层透明的传导材料，典型的是铟锡氧化物。传导层13和 14被构图为提供一可寻址像素的矩形阵列，下面将更细致的描述。
可选择地，传导层13和14均再涂以一各自的绝缘层15和16，例如硅氧 化物，或可能是多个绝缘层。
基板ll和12在它们之间限定了一腔体20,典型地具有3微米(p)至 lO(im的厚度。该腔体20包含一液晶层19,且通过围绕在腔体20周界上形成的 密封胶21而密封。因此，液晶层19被设置在传导层13和14之间。
每个基板11和12进一步具有一各自的取向层17和18，取向层17和18 邻近该液晶层19形成，覆盖各自的传导层13和14,或者如有绝缘层则覆盖在 绝缘层15和16上。取向层17和18排列并稳定该液晶层19，且典型地由聚酰 亚胺制成，且该聚酰亚胺可以随意地被单向地摩擦。因此，液晶层19是表面稳 定的(surface-stabilised)，虽然它可替换地可以为体稳定的 (bulk-stabilised)，例如采用一聚合体或一硅石颗粒矩阵，
液晶层19包括胆甾型液晶材料。这个材料具有反射率和透射率不同的几 个状态。这些状态是平面状态、焦点圆锥状态和垂直状态(假向列(pseudo nematic)),如I. Sage，液晶应用和使用(Liquid Crystals Applications and Uses),编辑B Bahadur,巻3, 1992,世界科学(World Scientific)第301-343 页所描述的那样，此处以参考形式将其结合，且其教导可以应用在本发明中。
在平面状态中，液晶层19选择性地反射入射在其上的一带宽内的光线。 在平面状态下的液晶层19的反射比频谱典型地具有一中心波段的波长，在该波 长中光线的反射比是大体恒定的。
反射光线的波长X由布喇格(Bragg)方程，即X = nP给定，其中n是视 光线而定的液晶材料的反射系数，P是液晶材料的倾斜长度。因此，原则上任 何颜色均可以作为倾斜长度P所选择的一设计选项而被反射。那就是说，有很 多决定确切的颜色的另一些因素，正如本领域技术人员所知道的那样。平面状
10态作为液晶层10的亮状态使用。
并非所有入射光线均在平面状态中被反射。在采用三个单元10的一典型
全彩显示装置24中，如下所进一步描述的，最高反射率典型地约为40-45 %。 没有被液晶层19反射的光线穿过液晶层19被传输。所传输的光线随后被黑层 27所吸收，黑层27将在下面详细描述。
在焦点圆锥状态中，液晶层19相对于在平面状态中是能透射的且传输输 入光线。严格的说，液晶层19以一小反射比，典型的是约为3~4%，适度的 散射光线。当穿过该液晶层传输的光线被下面更详细的描述的黑层27所吸收 时，这个状态被感知为比平面状态更暗。
在垂直状态中，液晶层19比在焦点圆锥状态中透射性更强，在焦点圓锥 状态中典型地具有大约0.5-0. 75%的反射比。相比于采用焦点圆锥状态作为 暗状态，采用垂直状态作为暗状态具有增加对比度的优点。
显示器1具有安装在外壳2中的一驱动电路22。该驱动电路22供给一驱 动信号给传导层13和14,传导层13和14随后施加该驱动信号穿过液晶层19 以使它在它的不同状态间切换。该驱动电路22在下面将详细描述，但是两个共 同点需要注意。
第一，焦点圆锥和平面状态是稳定状态，其在没有驱动信号施加到液晶层 19上时可以共存。此外，液晶层19可以存在于稳定状态中，其中液晶材料的 不同^^各自处于焦点圓锥状态和平面状态中的一个。有时这些被称为混合状态。 在这些混合状态中，液晶材料具有介于焦点圓锥和平面状态反射比中间的一反 射比。 一定范围的这些稳定状态可能具有处于每个焦点圆锥和平面状态中的液 晶数量的不同混合，以至于液晶材料的总反射比不同，所以给出了一定范围的 灰度级。
第二，垂直状态是不稳定的，所以垂直状态的维持需要一驱动信号的连续 应用。
如图2所示，显示装置24包括设置成堆的单元IOR、 10G和IOB。单元IOR、IOG和IOB具有各自的、设置为分别反射红色、绿色和蓝色光线的液晶层19。 所以，单元10R、 10G和IOB将因此被称为红色单元10R,绿色单元10G和蓝色 单元10B。选择性使用红色单元IOR，绿色单元IOG和蓝色单元IOB允许图像的 全彩显示，但是一显示装置一般能够以任一数量的单元IO被制做，包括一个。
在图2中，观察者位置所在的一侧，显示装置24的前部是在上的，且显 示装置24的后部是在下的。因此，单元10从前部到后部的顺序是蓝色单元IOB， 绿色单元IOG和红色单元IOR。对于West和Bodnar,"用于全彩色显示的反射 胆甾型膜层堆叠的最优化(Optimization of Stacks of Reflective Cholesteric Films for Full Color Displays )，，,亚洲显示(Asia Display )， 1999,第20 - 32页所公开的理由来"i兌，这个顺序是优选的，尽管理论上任何其 他顺序也可以^使用。
邻近对单元10R和10G与邻近对单元10G和IOB各自通过各自的粘合层25 和26保持在一起。
显示装置24具有布设在后部的一黑层27，特别是被形成在最后的红色单 元10R的一后部表面之上。黑层27可以形成为一层黑涂料。在使用中，黑层 27吸收任一没有被单元10R、 IOG或10B所反射的入射光线。因此，当所有单 元10R、 10G或IOB被切换为传输状态时，该显示装置呈现为黑色。
该显示装置24与WO-01/88688中公开的那类装置相似，此处以参考形式 结合WO-01/88688，且其教导可以应用到本发明中。
在各单元10中，传导层13和14被构图为提供一电极阵列，该电极阵列 能够通过不同的各个驱动信号为穿过液晶层19的像素矩形阵列提供独立的驱 动。特别i也，该电极阵列如下所提供的那样。
传导层13或14的第一个(可以为传导层13或14中的任一个)被构图为 如图4所示，包括分隔驱动电极31的矩形阵列。另夕卜，传导层13或14的第二 个遍布在与驱动电极31的全部阵列相反的区域上，由此作为一公共电极工作。
传导层13或14的第一个包括分隔线路32,分隔线路32各自连接在驱动电极31中的一个上。各线路32从它的各自的反射电极31延伸到驱动电极31 阵列之外的一位置，此处该线路形成一终端33。该驱动电路22形成到每个终 端33的电连接以及到传导层13或14中的第二个的一公共连接。通过这个连接， 使用中的驱动电路22供给各自的驱动信号给各终端33,且因此各自的驱动信 号通过线路32被供给给各自的驱动电极31。以这种方式，各驱动电极31独立 地接收它自己的驱动信号，并驱动邻近那个驱动电极31的液晶层19的区域， 该区域的液晶层19作为像素工作。以这种方式， 一像素阵列形成在邻近该驱动 电极31阵列的液晶层19中，当各驱动电极31独立地接收到一驱动信号时，每 个像素是可直接寻址的。
各像素的这种直接寻址出于很多理由都是有利的。液晶的光电属性相比于 被动多元寻址来说是得到改进的，因为各像素可以独立地被寻址而不影响或干 扰相邻像素。直接寻址也允许补偿显示装置区域上单元的参数的不一致性，例 如，由于制造工艺而形成的液晶层厚度变化，或穿过显示装置的温度变化。各 像素可以由一适合的驱动信号所驱动，例如由诸如电压或脉沖时间这样的可变 参数所驱动，以补偿那些变化。
为了适应传导层13或14的第一个中的线路32，驱动电极31被设置呈线 形(在图4中垂直地延伸)且在相邻线形的驱动电极31之间具有一间隙34。 连接到一条线形驱动电极31的线路32都沿着其中一个间隙34延伸。起自该线 形电极31中的各驱动电极31的所有线路32均从驱动电极31阵列的相同侧引 出，那是在图4的最下方的。结果，所有终端33均形成在显示装置24的相同 侧。这在多个同样的显示装置24被平铺以提供一较大的图像区域时具有特殊的 优势，因为它减小了各个显示装置24之间所需的间隙。
为了更清楚，图4仅示出了五个像素的两条线的驱动电极31和线路32。 实际的显示装置24可以在各维度上包括任意多数量的像素，典型地是18个像 素的36条线或者更大。
驱动电路22将结合闺5来描述。驱动电路22由安装在一电路板36上的CPU单元35形成，该电路板36是 一印刷电路板。该电路板36从一电源供给单元28接收电源，该电源供给单元 28在显示器1的外部且接收来自一外部供给的电源，典型地是一干线供电或电 缆供电。电源供给单元28产生一电路板36供给给CPU单元35的3 ~ 5伏(V ) 的供给，以及应用于电路板36上的一放大器组件37用以为显示装置24产生驱 动信号的一 50 - 65V的供给。作为使用电路板36外部的一电源供给单元28的 可供选择的方法，电路板36可以被设置为通过结合一低压调节电路以产生一 3-5V的供给，且结合一高压发生器电路以产生一 50 - 65V的供给，从而从一 24V供给中接收电源。
驱动电路22也接收一描绘图像的图像信号29。 一般而言，图像信号29可 以描绘一静态图像或一视频图像。该图像信号29可以得自于一来源处，例如一 私人电脑。典型地该图像信号29是运行在LVDS总线上的数字LCD格式。该CPU 单元35根据所供给的图像信号29为每个单元IOR、 IOG和10B的每个像素产生 驱动信号。由CPU单元35产生的驱动信号通itit大器组件27来放大，且^皮供 给给每个单元10R、 10G和10B的传导层13和14，从而致使该显示装置24通 过将各像素的液晶材料切换为具有一适当反射比的状态而显示图像。
驱动电路22所产生的驱动信号的形式如下。
在一典型的图像中， 一些像素将处于全亮状态， 一些处于一灰度级， 一些 处于全暗状态。因此，根据该图像信号29将各单元10R、 IOG和IOB中的像素 驱动成为一定反射比范围是必要的。对于该反射比范围的不同部分范围，驱动 电路22根据图6中示意性示出的两个不同的方案为各个像素产生驱动信号，在 图6中，反射比垂直地增加。
在较高反射比的反射比范围的第一部分范围41中，驱动电路22根据一静 态驱动方案产生驱动信号，以实现由灰度42所示的一反射比。
在比该第一部分范围反射比范围低的反射比范围的第二部分范围43中， 驱动电路22根据一动态驱动方案产生一驱动信号，以实现由灰度44所示的一反射比。
该静态驱动方案应用于驱动像素成为一稳定状态，即平面状态、焦点圆锥 状态或一具有平面和焦点圆锥状态之间的反射比的混合状态。因此，该范围的
第一部分范围的最大反射比是处于平面状态中的，图6中标示为100%全彩的， 反之，该范围的第一部分范围的最小反射比是在焦点圆锥状态中的，图6中标 示为焦点圆锥黑。当静态驱动方案驱动未决的像素成为稳定状态时，静态驱动 方案的使用仅消耗功率去改变所显示的图像。在驱动信号已经被施加之后，稳 定状态被保持所以像素继续显示该图像而不消耗功率。所以，对于具有该范围 的第一部分范围中的反射比的所有像素而言，功耗是低的。
该动态马区动方案采用非稳定的垂直状态，以驱动像素成为具有比焦点圓锥 状态低的反射比的状态。特别的，像素可以被驱动连续地驱动为垂直状态以实 现一最小反射比的状态，这是该范围的第二部分范围的最小反射比。为了在该 范围的第二部分范围中实现较昂反射比，像素被交替地驱动为垂直状态和平面 状态。
在静态驱动方案中驱动信号的 一种形式如下。
在静态驱动方案中，驱动信号是用于驱动胆甾型液晶成为具有不同灰度级 的稳定状态的一已知形式。这是传统驱动方案的变形，该传动驱动方案首次由 W.Gruebel、 U. Wolff和H. Kreuger描述于分子晶体液晶(Molecular Crystals liquid crystals) , 24, 103， 1973以及随后的其他文献中。
该驱动信号采取图7中所示的形式，图7为时间轴上的电压曲线图。根据 各个像素的值，具有图7所示波形的该驱动信号被供给给各连续的图像(即， 在图像信号29是一视频信号的情况，在视频信号的各连续帧周期中)。
该驱动信号包括一复位脉冲波形50,跟有一弛豫周期51，跟有一选择性 脉冲波形52。
该复位^^冲波形50成形以驱动像素成为垂直状态。在这个实例中，复位 脉冲波长50由一均衡直流脉冲构成，该均衡直流脉冲可以等同地看作为相反极性的两个直流脉冲53。
弛豫周期51致使像素*>弛成为平面状态。复位脉冲波形迅速地释放以至 于该;^弛成为平面状态而非焦点圆锥状态。该平面状态形成在一短时间周期内，
典型的是3ms至100ms,这取决于液晶材料和所使用的取向层。相应地，该驰 豫周期比这更长。
选择性脉冲波形52驱动像素成为具有所期望的反射比的稳定状态。为了 实现最大的反射比，该选择性脉冲波形52完全地被省略，以至该驱动信号仅由 复位脉沖波形50组成，并跟有驰豫周期51,从而将像素留在平面状态中。为 了实现较低反射比，该选择性脉沖波形52包括一初始脉冲54,可随意地跟一 调谐脉沖55。在这个实例中，该初始脉冲54和调谐脉沖55各自由一均衡直流 脉冲组成。所以，该初始脉冲54可以等同的看作为相反极性的两个直流脉冲 56,该调谐脉冲55可以等同的看作为相反极性的两个直流脉沖57。
初始脉沖54和调谐脉冲55的振幅是可变的以驱动像素成为具有相应可变 反射比的稳定状态。这可以参考图8来理解，图8示出了一典型液晶材料的光 电曲线。特别的，图8是初始处于平面状态(也就是处于驰豫周期52的末端) 的一液晶在施加一可变振幅的脉冲(也就是初始脉冲54)后的反射比(在任意 单元)曲线图，该反射比相对于脉冲的振幅进行描绘。因此，初始脉冲54的振 幅选自图8中曲线上VI和V2间或V3和V4间的一点，以提供所期望的反射比。 曲线在VI和V2之间或V3和V4之间的坡度允许实现很多灰度级状态。例如， 图9是反射比(任意单元)的曲线图，对于具有图8所示的光电曲线的液晶材 料而言，该反射比可以相对于该选择性脉冲波形的初始脉冲54的电压来实现。 该调谐脉冲55可以被省略以便选择性脉冲波形52包括一单个脉冲，即该初始 脉冲54。如果调谐脉冲55被包括在内，该初始脉冲54驱动像素成为一初始稳 定状态，该调谐脉冲55驱动该像素成为一最终稳定状态。该调谐脉冲55较佳 的是具有比初始脉冲54低的振幅。使用调谐脉冲55的优点是它能够通过允许 像素在初始稳定状态之间达到很多不同的最终稳定状态来改进分辨率。这改进了静态图像品质。
在一些实现中，不考虑所期望的反射比，经常有一调谐脉冲55。在其他实 现中，调谐脉冲55可以(1)缺席，如果所期望的反射比等于初始稳定状态之 中一个的反射比，或者(2)出现，如果所期望的反射比等于最终稳定状态之中 的一个的反射比。
作为选择性脉沖波形52的振幅可变的一可供选择的方法，初始脉沖54和 /或调谐脉冲55的持续期可以是可变的，如图7中的虛线所示，从而实现一可 变的反射比。这相对于振幅的变化以相似的方式工作。
复位脉沖波形50和选择性脉冲波形52的实际振幅和持续期依赖于很多参 数而变化，例如所使用的实际液晶材料，单元10的构造，例如液晶层的厚度以 及其他Wt,例如温度。作为胆甾型液晶显示装置中的惯例，这些振幅和持续 期对于任意特定显示装置24可以实验方法来优化。典型地，该复位脉冲波形 50可以具有一 50V至60V的振幅以及从0. 6 ms至100ms的持续期，更通常的 是50ms至60ms。典型地该初始脉沖54和/或调谐脉冲55可以具有一从10V至 20V的振幅以及从0. 6ms至100ms的持续期。
在上述实例中，脉冲52、 54和55均是均衡直流脉冲。 一般而言，这些脉 冲52、 54和55中的任意一个可以二者择一地为直流脉沖或交流脉冲。 一般而 言，优选的是，脉沖为均衡以限制电极能使其性能随时间退化的液晶层19电解 的直流。这种直流配平可以通过采用均衡直流脉冲、交流脉沖、要不然是对于 连续的显示图像为交替极性的直流脉冲来实现。
其他用于驱动像素成为具有可变反射比的稳定状态的驱动方案是可能的， 且可以二者择一地作为静态驱动方案来应用。
动态驱动方案中驱动信号的一个形式如下。
动态驱动方案采用与W0-2004/030335中所公开的驱动方案相同的原理运 行。特别的，该驱动信号采用图IOA至IOC所示的形式，图10A至图10C是电 压随时间的曲线图。这些驱动信号之中的一个被施加到每个连续的驱动周期中。
17为了驱动像素成为最小反射比的状态，驱动信号采用图10A中所示的形式， 该形式包括一驱动脉冲60,该驱动脉冲60驱动像素成为垂直状态持续整个驱 动周期，即连续的而不允"i午松弛为平面状态。
为了驱动像素成为较高反射比的状态，该驱动信号采用图IOB中所示的形 式，该形式包括驱动像素成为垂直状态的一具有持续期Th的驱动脉沖61，以 及允许像素^^弛以成为平面状态的一具有持续期Tp的驰豫周期62。因此，像 素在驱动周期内净皮驱动交替地成为垂直状态和平面状态。该持续期Th和Tp是 可变的从而改变处于垂直和平面状态的像素所花费的时间量。由于视觉暂留， 观察者感知该像素为具有一反射比，该反射比是整个驱动周期上反射比的平均 值。所以，观察者所感知的反射比随着持续期Th和Tp的改变而改变。这允许 该反射比范围的第二部分范围中产生灰度级。
反射比在驱动周期中的改变是相当复杂的。在驱动脉沖61的末端，像素 的液晶材料在这个循环中开始转变回稳定平面胆甾型状态，并反射一些光线。 这个*>他是一复杂过程，并通过一亚稳瞬时平面状态而发生，该亚稳瞬时平面 状态具有稳定平面胆甾型相倾斜长度(例如D-K Yang和Z-L Lu, SID技术 摘要(SID Technical Digest) ， 351页,1995以及J Anderson等人，SID 98 技术摘要(SID 98 Technical Digest) ， XXIX 806页，1998所解释的那样) 的大约两倍(事实上瞬时平面紋理的斜度等于K33/K22 x最终平面状态的斜度， 其中K33为液晶弯曲弹性常数，K22为扭曲弹性常数)。虽然这产生一些非线 性特性，但是它是平均反射比随着处于平面和垂直状态的时间量比例的增加而 增加的情况，即在这种情况中是Tp/Th。
反射比的实际改变很难模拟，但是可以通过实验描绘。例如，图ll是对 于同类型的单元10的不同持续期Th和Tp可实现的反射比(任意单元)的曲线 图，图8和图9被施加于其上。在图11中，水平轴是按很多时隙来测量的驰豫 周期62的持续期Tp。在这个实例中，各时隙具有大约0. 3ms的长度，所以当 驰豫周期62的持续期Tp为大约4ms时图11中可实现最大的反射比。如果需要,更多的点可以被描绘。
此外，持续期Th和Tp进行选择以便驰豫周期62的持续期Tp的最大值可 以提供给像素一平均反射比，该平均反射比是预先确定范围的第二部分范围的 最大反射比，其等于焦点圆锥状态的反射比，这是预先确定范围的第一部分范 围的最小反射比。此外，关于未决的显示装置，这是很难模拟的，但是容易通 过实验而确定。例如，对于图8和9所施加的该类型的一单元10，这可以典型 地相应于为9ms的驱动脉沖61的持续期Th。所以，通过例如图12所示的静态 和动态驱动方案来实现一反射比的连续范围是可能的，图12示出了图9和11 相互叠加的曲线图。
在图像信号29为一视频信号的情况下，驱动周期可以是图像信号29的一 帧周期。在这种情况下，像素#_驱动成为平面状态的频率h等于图像信号29 的帧频。优选的是将功耗和像素的液晶材料上的压力最小化。然而，驱动周期 可以具有相对于帧周期的其他长度。例如，在图像信号29的各帧周期中可以有 多个驱动周期。在这种情况下，像素被驱动成为平面状态的频率FH大于图像信 号29的帧频。
在图像信号29描绘一静态图像的情况下，驱动周期由驱动电路22设定。
驱动周期足够短，以至因为视觉暂留观察者感知驱动周期上的一平均反射 比，如上所述。典型地，该频率可以为对应于30ms驱动周期的至少33Hz,或 者为对应20ms驱动周期的至少50Hz。典型地，该频率可以为对应于6ms驱动 周期的至多150Hz，或者为对应于10ms驱动周期的至多100Hz。在如下所描述 的实例中，该驱动频率为对应于12ms驱动周期的84Hz。
为便于数字化实现，驱动周期#:划分为预先确定数量的时隙，驱动脉沖61 (或多个驱动脉冲，如果被使用的话)被施加在可变数量的时隙中。这意味着 反射比中的变化发生在离散的阶段，因此，时隙的长度被选择，从而在作为结 杲产生的灰度中提供一适当的分辨率。
驱动像素成为垂直状态所需的驱动脉冲60和61的振幅以及驱动周期一般而言依赖于多个参数而变化，采用静态驱动方案的驱动信号的参数相似的方式。
对于一给定的显示装置24,驱动脉冲60和61的振幅可以实验的方法确定，但 是振幅典型地是在40V至70V的范围内。
在图10A至10C中，驱动脉冲60和61显示为单极脉冲。为了直流配平， 驱动脉沖60和61在连续的驱动周期中具有交替的极性。作为提供直流配平的 一可选择的方法，驱动脉冲60和61可以为交流脉冲或均衡直流脉沖。
在连续的驱动周期中，图IOA至10C中的驱动信号被重复地施加。因此， 功率被具有在预先确定范围的第二部分范围的反射比的像素连续地消耗。然而， 在实践中，典型图像仅需要一部分单元IO处于该反射比范围的第二部分范围 43中，典型地大约为10%至15%,尽管这取决于图像信号所描绘的图像的特 性，在此时，显示装置的全部功耗是相对低的。其余图像可以采用具有低功耗 的双稳态模式来驱动。
采用动态驱动方案结合静态驱动方案的优点是改进了对比度和色域。考虑 到静态驱动方案，焦点圓锥状态是暗状态(或瞬时状态)但这仍然会散射典型 地具有从3%至4%反射比的光线。结果，液晶层19的对比度典型的是从10 至15，且用一常规多元寻址电极阵列时，这对单元10提供了从大约6至8的 总对比度。然而，动态驱动方案的使用允许垂直状态作为暗状态去使用，这改 进了对比度。例如，液晶层19的对比度典型地是50或更高，且具有95%的驱 动电极31占空因数(即，驱动电极的区域与显示区域的比例)的整个显示装置 24的对比度大约是30。
色域也被改进如下。 一般而言，在典型地由三个堆叠单元所组成的胆甾型 显示装置24中，在一单元10中的各像素的颜色被其之上或之下的那些像素所 干扰。例如，如果最底下的像素毫无疑问的是100%颜色，那么在它之上的像 素必须是透明状态以便最佳的显示较下的像素。采用一已知的静态驱动方案， 当较上的像素被切换为焦点圓锥状态时，该状态是很大程度上是透明的但不是 完全透明，较下像素将显示一颜色，该颜色是100%颜色与来自较上(或较下)层所散射的一些白光的混合。换言之，颜色比理想的稍不饱和，且色域是退化 的。然而，釆用动态驱动方案允许暗状态具有一较低反射比，因此而改进色域 且提供较纯的颜色。
可以对上面所描述的驱动方案进行各种的更改。对于该动态驱动方案，一 种可能性通过增加预先确定范围的第一部分和第二部分范围之间的边界，或通 过使预先确定范围的第 一部分和第二部分范围重叠，来用于驱动像素为更高的 反射比。然而，因为动态驱动方案消耗比静态方案更多的功率，所以这不是优 选的。
相似地，可能以一反射比的受限范围的运行，例如，通过不使用平面状态 的静态驱动方案或通过不驱动像素连续地成为垂直状态的动态驱动方案，但是， 因为可达到的反射比减小，所以这不是优选的。
对于显示器l在明亮环境光线中的使用，照明光线可以是环境光线，例如
日光。对于显示器l在微弱环境光线中的使用，照明光线可以由灯3来提供。 灯3的数量可以依赖于显示装置24的尺寸以及单个灯3的亮度而改变。灯3 所提供的照明将被描述。
显示器1包括安装在外壳2内部的一电源电路70,或者可供选择地安装在 灯3自身的容器中。如图13所示，电源电路70与灯3电连接且给灯3供给电 源。电源电路70是受控的以供给电源给灯3，其响应于探测环境光线已经衰落 到预先确定的门限值之下的光敏感元件，和/或响应于指示夜间的一定时器73。
电源电路70具有一电源输入71,电源电路70通过电源输入71从诸如干 线供电这样的外部交流电源供给74接收电源。电源输入71可以与驱动电路22 是一公共输入。该电源电路70将从外部交流电源供给74接收到的交流电源形 式进行转变，以便当根据动态驱动方案驱动且由灯3照明时，減少或消除显示 装置24上图像显示上感知的闪烁。本发明人已经认识到闪烁的这种感知发生如 下。
作为解释，首先考虑交流电源从外部交流电源供给74被供给且没有通过电源电路70更改电源波形的情况。这将结合图14A至14C来描述，图14A至 14C是实例情况的时间曲线图，该实例情况为显示装置24由具有84Hz帧频的 图像信号29所驱动，且驱动电路22产生采用在图像信号29的各帧周期中具有 一个驱动周期的动态驱动方案的驱动信号，以便像素被驱动成为平面状态的频 率F,,等于图像信号29的帧频。
图14A示出了一单个像素的反射比R。可见，反射比R是頻率Fh的一方波， 该频率fh在这个情况中为84Hz。因为像素的反射比R在驱动周期中以大于闪烁 融合门限之ft的一频率交替，反射比R中的变化没有被观察者感知，该观察者 改为感知到一平均反射比。
图14B是灯3输出以照明显示装置24的光线的照明功率L的曲线图。该 照明功率It以两倍的供给频率Fs随着电源供给的瞬时功率而波动，因为该瞬时 功率与电源的瞬时电压的正方形成比例。在这个实例情况中，供给频率Fs采用 50Hz,所以照明功率Il以IOOHz波动。
图14C是由显示装置24的像素所反射的光线的反射功率lK的曲线图。该 反射功率h等于照明功率L和反射比R的乘积。特别地，当像素具有被驱动成 为平面状态的胆甾型液晶材料所提供的一高反射比R时，光线才被反射。当像 素具有4皮驱动成为垂直状态的胆甾型液晶材料所提供的一低反射比R时，光线 不被反射。这可以看作是像素对照明光线的取样。结果，存在一干涉效应，其 导致反射功率Ik以I2Fs-FJ的干涉频率改变。在图14A至14所示的该实例情况 中，其中供给平率Fs为50Hz,频率fh为84Hz，则该干涉频率|2FS-FH" UHz。 反射功率h的这个变化被一观察者感知为显示在显示装置的图像的闪烁。
电源电路70根据如下所述的两个可供选择的方法(a)和(b)的其中之 一，通过更改供给灯3的电源的形式来避免这个问题。
在可供选择的方法(a)中，电源电路70被设置以供给直流电源。在这一 情况中，例如图14B所示的照明功率L的变化没有完全发生。相应地，例如图 14C所示的反射功率I"殳有相应的变化，所以观察者在显示装置24上所显示的图像上没有感知任何闪烁。
在可供选择的方法(a)的情况下，灯3可以各自包括一个或多个发光二 极管(Light-Emitting Diode;以下简称LED)或者可以各自包括一白炽灯。 目前，LED作为灯3的使用将遭遇具有一高成本的缺点，尤其是对于一大显示 器，例如一布告板，其中由于一单个LED的相对低功率，大尺寸的显示装置24 将需要大量LED。然而，随着时间的推移，LED的成本希望被降低，使它们的使 用在经济性上更有吸引力。
在可供选择的方法(b)中，根据如下关系式(1)，电源电路70被设置 以一供给频率Fs供给交流电源给灯3:
|2FS-FH|>FT (1)
其中，Fi为闪烁融合门限值。闪烁融合门限值FT是一心理物理的门限值， 是断续光线的刺激能被观察者感知到稳定的门限值。对于当前目的，闪烁融合 门限值FT可以采用4服z，尽管通过采用闪烁融合门P艮值FT为具有一较高值，例 如50Hz或100Hz,闪烁减少(flicker-reduction)效应可以改进。通过根据 关系式(1)设定供给频率Fs,反射光线的反射功率h中存在一变化，但是这 发生的频率为观察者所感知的闪烁被减少或完全移除。整个闪烁减少效应的实 例图示于图15A至15C以及困16A至16C中，其是分别与图14A至14C相同量 的、但是在不同照明条件下的各曲线图。因此，图15A和16A各自图示了像素 的反射比R，且各自与图14A是同一的。
图15B图示了当电源电路70以500Hz供给频率Fs的正弦曲线波形供给一 交流电源以4更照明功率的频率为1000Hz时的照明功率I"在这种情况下，如图 15C所示，从像素反射出的光线的反射功率h以916Hz的干涉频率UFs-FHl经 受一 变化，但这适当地位于闪烁融合门限值FT之上且因此对于观察者是感觉不 到的。
相似^L,图16B图示了在电源电路22以65Hz供给频率Fs、具有成形为一 方波的波形来供给交流电源的情况下的照明功率I"在这种情况下，如图16C所示，该反射光线的反射功率L再次以46Hz的干涉频率l2Fs-F,J经历一变化。 虽然这仅仅刚好处于闪烁融合门限值Ft之上，但是该变化没有被观察者所感知， 因为交流电源的方波波形导致照明电源中该变化的幅度减小。
在图15C和16C所示的情况中，观察者感知到为驱动周期上反射功率Ir平 均值的一光线强度。
根据关系式U),供给频率Fs可以选择为具有任一值以产生减少闪烁的 效果。然而，关于是某些类型的灯3， 一增加的供给频率能够降低灯3的效率。 为了避免这个效果，在依据关系式(1)的同时，供给频率Fs被选择为具有一 相对1氐的值。为了这个原因，图示于图16中的供给频率Fs为65Hz的实例，相 对于图15示出的供给频率Fs为500Hz的实例，对一些类型的灯3来说是优选 的。
在可供选择的方法(b)中，有利的是，电源电路70以自身处于或大于闪 烁融合门P艮值的一供给频率Fs供给交流电源。这也减少了对于观察者的闪烁感 知。首先，观察者没有感知灯3自身是闪烁的。即使在显示装置24所显示的图 像没有闪烁时，灯3的任意这种闪烁均对于观察者是分散的。此外，当驱动电 路22根据静态方案驱动显示装置24，以便像素被驱动成为保持到图像改变为 止的稳定状态时，这减小或避免了观察者感知到由那些像素所产生的图像中的 闪烁。
为了实现这一高供给频率Fs，关系式(1)可以被替换为关系式(2),关 系式(2)描绘了关系式(1) (2Fs-FJ具有一正值的情况
(2FS-F )》FT ( 2 )
在关系式(2)中，照明功率L的频率2Fs大于闪烁融合门限值FT至少为频 率Fh。
然而，在这些约束中，供给频率Fs保持为尽可能低的以减小功耗。由电源 电路22所供给的交流电源的波形有利地是成形为一方波，如图16B中的实例。 这具有减小灯3输出光线的照明功率L的变化幅度的优点。通过减少从像素反射出的光线的反射功率L中的变化幅度，这进一步减少了闪烁的感知。有效地，
这意味着供给频率Fs能够被减小以减少功耗。
在可供选择的方法(b)中，灯3有利地可以包括放电管。 一种可能是灯3 包括一卣素放电管，但是这遭遇的缺点是卣素放电管具有低效率、短寿命时间 和色温，其改变了在显示装置24上察觉到的图像的颜色以显示为一桔红色或红 色。 一更好的可能是灯3包括没有遭遇这些问题的金属面素放电管。其他可能 是灯3为荧光放电管。
当该灯3包括放电管时，该电源电路22便利地形成为一常规类型和结构 的电子镇流器。电子镇流器自身与放电管结合使用是已知的。放电管沿着灯内 部管体中的气体形成了一离子流，例如在管体两端的两灯丝之间。离子流导致 光线由气体发射出来。当一离子流被形成时， 一电流被形成，其非线性地增加 且如果不阻止则将烧毁该灯。放电管可以被提供有一镇流器以阻塞这一电流。 最蕃;遂產刑^镇';右.紧县磁植';右.紧.Jt简並i"5T以某一客pa始.錄阁.一p.如"sr供
选择的是一电子镇流器。 一些类型的电子镇流器是可操作以转变接收自外部交
流电源供给74的频率，从而以一高频率和方波波形提供交流电源给灯3。该电 源电路70可以由此是这样一种已知的电子镇流器。此外，如上所讨论的，电子 镇流器典型地也可以提供具有成形为方波的波形的交流电源，这也是有利的。
2权利要求
1、一种显示器，包括一胆甾型液晶显示装置，其具有至少一个包括一层胆甾型液晶材料和一电极阵列的单元，该电极阵列能够通过各自的驱动信号为穿过该层胆甾型液晶材料的多个像素提供独立驱动，用以驱动所述像素成为具有各自反射比的像素的状态；一驱动电路，被设置产生驱动信号，用以根据一图像信号驱动各个像素成为具有各自反射比的像素的状态，其中对于可能的反射比范围中的至少部分范围，该驱动信号具有一成形为驱动各个像素在连续的驱动周期中交替地成为垂直状态和平面状态的波形，根据该图像信号，改变各个像素被驱动成为垂直和平面状态的时间周期，以提供观察者能感知到的平均反射比，一光源，被布设成当该光源发光时照亮该显示装置；一电源电路，被连接成为该光源供给电源，该电源电路被设置供给a)直流电源，或b)依据下述关系式的供给频率FS的交流电源|2FS-FH|≥FT其中FH是像素被驱动信号驱动成为平面状态的频率，该驱动信号具有一成形为驱动各个像素交替地成为垂直状态和平面状态的波形，FT是至少40Hz的门限值。
2、 根据权利要求1所述的显示器，其中该供给频率Fs依据下述关系式确定:(2FS-FH)》FT
3、 根据权利要求1所述的显示器，其中该ft是50Hz的门限值。
4、 根据权利要求3所述的显示器，其中该ft是100Hz的门限值。
5、 根据上述权利要求任一所述的显示器，其中2FS》F 。
6、 根据上述权利要求任一所述的显示器，其中Fh》3犯z。
7、 根据上述权利要求任一所述的显示器，其中F <150Hz。
8、 根据上述权利要求任一所述的显示器，其中该电源电路被设置成供给具 有一方波波形的交流电源。
9、 根据上述权利要求任一所述的显示器，其中该电源电路被设置成依据下 述关系式以供给频率Fs供给交流电源其中F"是像素被驱动信号驱动成为平面状态的频率，该驱动信号具有一成形 为驱动各个像素交替地成为垂直状态和平面状态的波形，Ft是至少40Hz的门限值。
10、 根据权利要求7所述的显示器，其中该光源包括至少一个放电管。
11、 根据权利要求IO所述的显示器，其中该光源包括至少一个金属卣素放 电管。
12、 根据权利要求IO所述的显示器，其中该光源包括至少一个焚光放电管。
13、 根据权利要求10或11所述的显示器，其中该电源电路包括 一电源输入，用于接收一外部交流电源供给；以及一电子镇流器，连接在该电源输入和至少一个放电管之间，该电子镇流器可 操作的以转变该电源输入接收到的外部交流电源供给的频率，以提供供给频率 Fs的所述交流电源。
14、 根据权利要求l-8任一所述的显示器，其中该电源电路被设置成供给 直流电源。
15、 根据权利要求14所述的显示器，其中该光源包括至少一个发光二极管。
16、 根据上述权利要求任一所述的显示器，其中对于所述可能的反射比范围中的第一部分范围，该驱动信号具有一成形为驱 动像素成为一稳定状态的波形；以及对于可能的反射比范围中的第二部分范围，第二部分范围低于该第一部分范 围，驱动信号具有一成形为驱动各个像素在连续的驱动周期中交替地成为垂直 状态和平面状态的波形，根据该输入的图像信号，改变各个像素被驱动成为垂 直和平面状态的时间周期，以提供观察者能感知到的平均反射比。
全文摘要
一种显示器包括一胆甾型液晶显示装置，其具有至少一个包括一层胆甾型液晶材料和一电极阵列的单元，该电极阵列能够为穿过该层胆甾型液晶材料的多个像素提供独立驱动。一驱动电路产生驱动信号，供给像素以驱动它们成为反射比依据一图像信号的状态。驱动信号可以具有一成形为驱动各个像素在连续的驱动周期内交替地成为垂直状态和平面状态的波形，根据该图像信号，改变各个时间周期，以提供观察者能感知到的平均反射比。一光源照亮该显示装置且通过一电源电路来供给电源。该电源电路供给a)直流电源，或b)依据下述关系式的供给频率F<sub>S</sub>的交流电源|2F<sub>S</sub>-F<sub>H</sub>|≥F<sub>T</sub>，其中F<sub>H</sub>是像素被驱动信号驱动成为平面状态的频率。这减少了在一个显示图像中对闪烁的感知，F<sub>T</sub>是闪烁融合门限值。
文档编号G09G3/36GK101454822SQ200780018958
公开日2009年6月10日 申请日期2007年5月18日 优先权日2006年5月25日
发明者克里斯多佛·约翰·休斯, 艾米尔·本莎伦 申请人:马津克显示技术公司