专利名称：驱动显示设备的方法
技术领域：
本发明涉及驱动具有显示元件的显示设备的方法，该显示元件由液晶元件等以及作为与显示元件串联的开关元件的2端型非线性元件为代表。
最近液晶显示设备已经用于各种领域，包括AV(音频和视频)系统和OA(办公室自动化)系统。低档产品装配有由TN(扭转向列)或STN(超级扭转向列)构成的无源型液晶显示设备，而高档产品装配有有源矩阵驱动液晶显示设备，该显示设备采用3端型非线性元件，即TFT(薄膜晶体管)作为开关元件。
由于有源矩阵驱动液晶显示设备在彩色重现能力、薄(深度较浅)、轻和低耗电方面都超过CRT(阴极射线管)，因此对它的应用在各方面都得到了迅速的发展。然而，为了制造TFT，必须将形成薄膜的工艺和光刻工艺重复六至八遍，形成开关元件也需要这样做，这就提高了制造成本。因此，目前节约制造成本是最关键的问题。
相反，采用2端型非线性元件作为开关元件的液晶显示设备在制造成本方面优于采用TFT的液晶显示设备，并且在显示质量方面优于无源型液晶显示设备。因此，这一类型的液晶显示设备已经得到了极为迅速的发展。
如图7所示，采用2端型非线性元件的液晶显示设备包括显示屏21，按行顺序地将预定电压施加到显示屏21的扫描电极线的扫描电极驱动电路22，将对应于显示的预定电压施加到显示屏21的信号电极线的信号电极驱动电路23，以及控制单元24，该单元将控制信号送至扫描电极驱动电路22和信号电极驱动电路23，以便显示输入数据。
如图8所示，显示屏21包括以矩阵排列的多个液晶元件25。更具体地说，一个液晶元件25与一个2端型非线性元件26相互串联在栅格形式的每条扫描电极线(Y1-Ym)和每条信号电极线(X1-Xn)之间。
虽然在图中未示出，但是扫描电极驱动电路22包括液晶驱动电源产生电路、移位寄存器和模拟开关，而信号电极驱动电路23包括移位寄存器、闩锁电路和模拟开关。
根据上述结构，如图9所示，信号31和信号32分别施加在扫描电极线Yi和信号电极线Xj之间，使得液晶元件25接通和关断。
2端型非线性元件26具有这样一个性质，即其等效电阻随着施加电压的增加而减小，这使得当施加较高电压时电流急剧增加。结果，分别由
图10(a)和10(b)中的虚线表示的电压施加到液晶元件25的两端。这意味着施加到被选择(选择期间)的液晶元件25的电压当液晶元件不再被选择(被选择期间)时仍保持。
由于上述理由，采用2端型非线性元件26的有源矩阵液晶显示设备与简单的矩阵型液晶显示设备相比，具有较高的驱动效率，因此获得了较高的对比度和更均匀的显示。
然而，上述常规的结构具有一个问题，就是容易出现余像或图像残留。
更具体地说，液晶显示设备设置在普通的白色模式，在这种模式下，液晶元件25接通时显示黑色，当一段时间显示屏21在中央显示白色而在边缘显示黑色，如图11(a)所示，而后转为全部显示中间色调即灰色，那么先前显示的图案仍保持，并且在整个显示屏21上显示不均匀，如图11(b)所示。
造成余像的原因是2端型非线性元件26的I-V(电流与电压)特性取决于电压施加时间。这就是说，如图12所示，在电压施加时间非线性元件26的I-V特性从曲线33a移到曲线33b。因此，如图13所示，液晶元件25的T-V(透射系数与电压)特性从曲线34a移到曲线34b。例如，图中透射系数为50％时的电压从V50移到V50′；然而应注意偏移量的改变取决于施加的电压。
因此，如图14所示，需要用来使液晶元件25接通的电压的偏移量ΔV(曲线35a)变得大于需要用来使其关断的电压的偏移量ΔV(曲线35b)，由此造成余像。
为了减小余像，日本专利公开第5-68712/1993号揭示了一种方法，其中选择期间分成两个期间，第一和第二期间，在第一期间通过非线性元件将调整的电荷送给由液晶显示器等为代表的光电元件，以便使非线性元件的初始电荷相关性几乎可以忽略，同时在第二期间通过非线性元件将对应于显示输入数据的电荷送给光电元件。结果，输入数据可以在与之前的显示无关的情况下被显示。
此外，日本未公开专利申请第5-323385/1993揭示了一种方法，其中在第一期间施加的电压极性与在第二期间施加的对应于显示数据的电压极性相反，并且在第一期间施加的电压足够大，于是作为非线性元件的MIM(金属—绝缘体—金属)元件中的极化量变得恒定，从而使极化量与液晶元件是接通还是关断无关。以这种方式，输入数据可以在与之前的显示无关的情况下被显示。
上述方法可减小余像；然而它们有一个问题，即限制了为得到高对比度所需的施加电压的容限。
因此，本发明的目的是提供一种驱动显示设备的方法，它可以减小余像，并且加宽为得到高对比度所需的施加电压的容限。
为了实现上述目的，本发明提出了一种驱动显示设备的方法，显示设备具有多条信号电极线，多条扫描电极线，以及相互串联在每条信号电极线和每条扫描电极线之间的一个显示元件与一个2端型非线性元件，该方法包括以下步骤每个选择期间顺序地选择扫描电极线，并且在一条所选择的扫描电极线和一条所选择的信号电极线之间施加一个电压，以便使连接到所述被选择的扫描电极线的一个显示元件通电/关断，其特征在于选择期间分成写期间和写期间之后的消除期间，写期间用来施加第一电压，通过2端型非线性元件用多于一定量的电荷对显示元件充电；以及在消除期间施加第二电压，第二电压的极性与第一电压的极性相反，并且不消除在写期间所充的电荷，以便使显示元件接通。
根据上述方法，不管显示元件是接通还是关断，2端型非线性元件的I-V特性都偏移一个恒定的量，因此显著地减小了余像。此外，由于在消除期间施加第二电压，第二电压的极性与第一电压的极性相反，并且不消除在写期间所充的电荷，以便使显示元件接通，因此可以加宽为得到高对比度所需的第二电压的容限。
为了更全面地理解本发明的特征和优点，可参阅下面结合附图所作的详细说明。
图1(a)至1(c)是表示代表本发明的显示设备驱动方法的波形图图1(a)表示施加到扫描电极线的信号的波形；图1(b)表示施加到信号电极线的信号的波形；和图1(c)表示施加在扫描电极线和信号电极线之间的信号的波形。
图2(a)和2(b)是表示当图1(c)所示信号施加在扫描电极线和信号电极线之间时，施加到液晶元件的信号的波形图图2(a)表示当液晶元件接通时的波形；而图2(b)表示当液晶元件关断时的波形。
图3是表示使液晶元件在一段时间接通或关断所需的电压的偏移量的图。
图4(a)和4(b)是表示液晶元件的T-V特性的图图4(a)是采用第二电压与第一电压之比作为参数得到的图；而图4(b)是采用第三电压与第一电压之比作为参数得到的图。
图5是表示通过本发明的驱动方法和常规的驱动方法得到的对比度与施加电压的特性的图。
图6(a)至6(c)是另外的表示代表本发明的显示设备驱动方法的波形图图6(a)表示施加到扫描电极线的信号的波形；图6(b)表示施加到信号电极线的信号的波形；和图6(c)表示施加在扫描电极线和信号电极线之间的信号的波形。
图7是表示常规的液晶显示设备的示意性结构的图。
图8表示常规的液晶显示设备的显示屏的等效电路。
图9(a)和9(b)是表示代表图7中的液晶显示设备的驱动方法的波形图。
图10(a)和10(b)是表示当图9(a)和9(b)的信号施加在扫描电极线和信号电极线之间时，施加到液晶元件的信号的波形图。
图11(a)和11(b)用来说明通过图9的驱动方法得到的显示屏图11(a)所示屏幕的中央是白色的，而边缘是黑色的；图11(b)表示已经将图11(a)的图案显示了一段时间之后，转换到显示中间色调即灰色时的屏幕。
图12是表示在电压施加时间2端型非线性元件的偏移的I-V特性图。
图13是表示根据图12所示的I-V特性的变化液晶元件偏移的T-V特性图。
图14是表示在一段时间使液晶元件接通或关断所需的电压的偏移量的图。
下面参照图1(a)至图6(c)说明本发明的一个实施例。
图1(c)表示在本发明的驱动液晶显示设备的方法中，施加在相互串联的一个液晶元件和一个2端型非线性元件之间的驱动电压。应注意，虽然图中只表示了正方向，但是对每帧或一定数目的帧极性可以反向。
在本发明的驱动方法中，选择期间分成写期间和消除期间。在写期间，施加第一电压(±Vop)，以便通过2端型非线性元件用多于一定量的电荷对液晶元件充电。在写期间之后到来的消除期间，通过2端型非线性元件或施加第二电压(±Von)或施加第三电压(±Voff)，以便保持被接通或关断的液晶元件相同。
更具体地说，第二电压的极性与第一电压相反，并且第二电压小于第一电压，因此不会消除在写期间所充的电荷，在消除期间施加第二电压，以便使液晶元件接通。
而第三电压的极性与第一电压相反，并且第三电压小于第一电压，但大于第二电压，因此消除在写期间所充的大部分电荷，在消除期间施加第三电压，以便使液晶元件关断。
简言之，设定第一至第三电压如下Von＜Voff＜Vop。
结果，施加在液晶元件两端的电压变化如图2(a)和2(b)中的虚线所示。更具体地说，当在消除期间施加第二电压时，液晶元件两端的电压保持在图2(a)所示的非选择期间中的高电平，由此使液晶元件接通。另一方面，当在消除期间施加第三电压时，液晶元件两端的电压下降到如图2(b)所示的几乎零电平，由此使液晶元件关断。
此外，由于在前面的写期间施加第一电压，通过2端型非线性元件用多于一定量的电荷对液晶元件充电，所以使液晶元件接通所需的电压偏移量ΔV(曲线5a)和使同一液晶元件关断所需的电压偏移量ΔV(曲线5b)在一段时间的变化方式几乎相同，如图3所示。这消除了由2端型非线性元件引起的余像。
图4(a)表示当第二电压与第一电压之比(R1)在0至0.6的范围内时，液晶元件的T-V特性。图4(b)表示当第三电压与第一电压之比(R2)在0.7至1的范围内时，液晶元件的T-V特性。这些图形是在液晶显示屏中在这样的条件下得到的2端型非线性元件具有的I-V特性用I＝α·V·exp(β·V)表示，其中α＝10-14和β＝3.0，并且2端型非线性元件与液晶元件的容量之比是1∶10。
从这些图中可以清楚地看出，当第二电压与第一电压之比是0.5或0.5以下，并且第三电压与第一电压之比小于1，最好大于0.5和小于1.0时，可以得到良好的对比度。此外，还可以理解，在第一至第三电压中的每一种电压的宽的范围内都能得到良好的对比度。
图5表示本发明的对比度与施加电压特性(曲线6a)，以及常规驱动方法的对比度与施加电压特性(曲线6b和6c)。从图中可以看出，与常规的驱动方法相比，本发明的驱动方法在一个较宽的电压施加范围内都可以得到良好的对比度。
另外，即使当第二和第三电压之差小时，所得对比度也足够高，从而能够在不影响与非选择的扫描电极线相连的液晶元件的情况下得到高对比度。
利用用于驱动常规的液晶显示设备的六级电压(V0—V5)，可以容易地产生第一至第三电压。更具体地说，通过将V5(或V0)施加到扫描电极线，如1(a)所示，以及将V0(或V5)施加到信号电极线，如1(b)所示，产生第一电压。同样，通过将V2(或V3)施加到扫描电极线和将V3(或V2)施加到信号电极线产生第二电压，以及通过将V2(或V3)施加到扫描电极线和将V5(或V0)施加到信号电极线产生第三电压。
换句话说，第一至第三电压表示如下Vop＝V0—V5，Von＝V2—V3，Voff＝V2—V5(或V0—V3)。
当通过增加V2’和V3’而将电压的级数提高到八级，那么可以通过将V2’和V3’而不是V2和V3施加到信号电极线，分别产生第一至第三电压。
当采用如图6(a)和6(b)所示的八级电压(V0—V7)驱动扫描电极线和信号电极线时，图6(c)所示的得到的驱动基本与图1(c)所示的相同，同时第一至第三电压可以单独设定。
在本实施例中，第一电压可以以单脉冲或多脉冲的形式施加，第二和第三电压可以以矩形脉冲或三角形脉冲的形式施加。
此外，在本实施例中选择的期间分成一对写期间和消除期间；然而，也可以分成一组这样的对。另外，第二电压也可以与第三电压一样大，而在这种情况下，在消除期间，前者施加的时间要比后者施加的时间短。
再者，采用2端型非线性元件如MIM元件和MIS(金属—绝缘体—半导体)元件的有源矩阵型液晶显示设备的接通/关断显示，在此处是作为本发明的驱动方法的—个例子来进行说明的。然而，本发明可以用于采用已知的脉宽调制、帧跳越、幅度调制等的多级显示。
此外，本发明可以用于驱动具有电色层、等离子体发光层和电发光层以代替液晶层的显示元件。
很显然，对此处描述的本发明可以以许多方式进行修改。这些修改不应视为脱离了本发明的精神和范围，对本领域的一般技术人员来说将是很明显的，所有这些修改都将包括在以下权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种驱动显示设备的方法，显示设备具有多条信号电极线，多条扫描电极线，以及相互串联在每条信号电极线和每条扫描电极线之间的一个液晶元件与一个2端型非线性元件，所述方法包括以下步骤每个选择期间顺序地选择扫描电极线，并且在一条所选择的扫描电极线和一条所选择的信号电极线之间施加一个电压，以便使连接到所述被选择的扫描电极线的一个显示元件接通/关断，其特征在于所述选择期间分成写期间和写期间之后的消除期间，写期间用来施加第一电压，通过2端型非线性元件用多于一定量的电荷对显示元件充电；以及在消除期间施加第二电压，第二电压的极性与第一电压的极性相反，并且不消除在写期间所充的电荷，以便使显示元件接通。
2.如权利要求1的驱动显示设备的方法，其中在消除期间施加第三电压，以便使显示元件关断，第三电压的极性与第一电压相反，并且消除在写期间所充的大部分电荷。
3.如权利要求2的驱动显示设备的方法，其中第二电压与第一电压之比设为0.5或0.5以下，并且第三电压与第一电压之比设为大于0.5和小于1.0。
4.如权利要求2的驱动显示设备的方法，其中在所述选择期间施加在所述被选择的扫描电极线和所述被选择的信号电极线之间的第一至第三电压，以及在非选择期间施加在所述被选择的扫描电极线和所述被选择的信号电极线之间的一个电压，是通过分别向所述被选择的扫描电极线和信号电极线提供两级电动势产生的，所述两级电动势是从六级电动势中对每种电压进行不同组合来选择的。
5.如权利要求2的驱动显示设备的方法，其中在所述选择期间施加在所述被选择的扫描电极线和所述被选择的信号电极线之间的第一至第三电压，以及在非选择期间施加在所述被选择的扫描电极线和所述被选择的信号电极线之间的一个电压，是通过分别向所述被选择的扫描电极线和信号电极线提供两级电动势产生的，所述两级电动势是从八级电动势中对每种电压进行不同组合来选择的。
6.如权利要求1的驱动显示设备的方法，其中2端型非线性元件是MIM元件和MIS元件中的一种元件。
7.如权利要求2的驱动显示设备的方法，其中2端型非线性元件是MIM元件和MIS元件中的一种元件。
8.如权利要求4的驱动显示设备的方法，其中供给所述被选择的扫描电极线和信号电极线的所述六级电动势分别是V0、V1、V2、V3、V4和V5，其幅度关系表示为V0＞V1＞V2＞V3＞V4＞V5，第一至第三电压分别由等式V0—V5，V2—V3，V2—V5和V0—V3中之一个等式设定。
9.如权利要求4的驱动显示设备的方法，其中供给所述被选择的扫描电极线的所述六级电动势分别是V0、V1、V2、V3、V4和V5，其幅度关系表示为V0＞V1＞V2＞V3＞V4＞V5，并且供给所述被选择的信号电极线的所述六级电动势分别是V0、V1、V2’、V3’、V4和V5，其幅度关系表示为V0＞V1＞V2’＞V3’＞V4＞V5，第一至第三电压分别由等式V0—V5，V2’—V3，V0—V3设定。
10.如权利要求5的驱动显示设备的方法，其中供给所述被选择的扫描电极线和信号电极线的所述八级电动势分别是V0、V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7，其幅度关系表示为V0＞V1＞V2＞V3＞V4＞V5＞V6＞V7，第一至第三电压分别由等式V0—V7，V3—V4，V3—V6设定。
全文摘要
一种驱动显示设备的方法，显示设备有多条信号电极线、扫描电极线，以及串联在每条信号电极线和每条扫描电极线之间的一个显示元件与一个2端型非线性元件。选择期间分成写期间和之后的消除期间，写期间用来通过2端型非线性元件用多于一定量的电荷对显示元件充电，在消除期间施加第二电压，其极性与第一电压极性相反，并且不消除在写期间所充的电荷，以便使显示元件接通。本方法显著地减小了余像和加宽了为得到高对比度所需的第二电压的容限。
文档编号G02F1/133GK1118098SQ95106488
公开日1996年3月6日 申请日期1995年7月14日 优先权日1994年7月15日
发明者清家武士, 伊势雅博, 梶本耕市 申请人:夏普公司