专利名称:驱动显示装置的方法和采用该方法的显示装置的制作方法
本发明是关于驱动显示装置的一种方法，该装置包括置于两支承平板之间的电-光显示介质;一个以行和列形式排列的图象元系统，每个象元都由置于支承平板相对表面上的图象电极构成;一个成行和成列的电极系统，借助串联于图象元上的非线性开关元件经行电极对行图象元进行选择，经列电极输入信息信号。
本发明同样也适应于那些能够使用本方法的显示装置。
应当指出，根据需要本发明中行电极和列电极定义可互换，即当说到列电极和行电极时，也可分别是指行电极和列电极。
这种类型的显示装置，利用无源电光显示介质，如液晶、电泳悬浮体和电致变色材料(electrochromic material)，可以用于显示字符数字及视频信息。
如上所述的显示装置以反向连接的二极管作为开关元件，已公开于美国专利No 4，233，308。利用开关元件可获得记忆功能，因而当其他各行电极被驱动期间，已输入到某一被驱动行电极上的信息可在图象元两端保持足够的程度。然而，由于是在相同的各列上输入信息信号，而对不同象元的行来进行选择，所以，因非线性开关元件的电容引起的容性交叉串扰，就会使该信息产生一个变化值。
图象元件两端的电压可能会以这样的方式变化，即发光电平(灰度电平)会变得低于或高于期望值。若灰度电平仅由发光特性曲线来确定，则与最大信号电平相关的所述交叉串扰，会在很大程度上限制了灰度电平的级数。
因信号变化而产生的交叉串扰，主要取决于非线性开关元件的电容。
另外一个提供所需灰度级的可能性，是将图象元分解成许多子象元，由这些子象元中所选择的部分子象元来决定灰度电平。这就需要额外的列电极来加以额外的驱动。
不带额外驱动的这种分支组件，也可用来使用已知的冗余技术(redundancy)，因为各连接点可以断开。这种分支组件通常具有由较小的图象电极组成的较小子象元。然而，这样会导致图象元的电容同非线性开关元件电容相比相对减小，因而使所说交叉串扰增大。
本发明就是为此目的提供一个如本文开头段所说这类方法，使上文所说的缺点基本上得到克服。
本发明的方法具有这样的特点，在图象元的行选择周期的部分时间内，信息信号或部分信息信号被输入于某列电极，此信息信号和输入于与行图象元相关的行电极上的选择信号基本上是同时输入的。在选择周期的其他部分时间内，非选择信号输入于行电极。在无信息信号情况下，参考电压加于列电极上。
在电视设备中，多采用第一帧信息信号电压最小值和第二帧信息电压最大值的平均值作为参考电压。
对于所说参考电压，最好取值为0伏特。
荷兰非经预公开的(non-prepublished)专利申请No，861804(PHN11，811)以申请者的名义提供了一种方法，即在某行的选择之后，和其次一行的选择之前，信息信号相对于由第一帧(奇数帧)电压最小值和第二帧(偶数帧)最大电压的平均值决定的参考电压而改变极性，同时，相对于参考电压为正的子信号的能量值与相对于参考电压为负的子信号的能量值基本相等。
这样，利用产生一个能量值基本相等、极性相反的交叉串扰信号，就可使交叉串扰得到补偿。
本发明所描述的实施例中，信息信号由电压绝对值基本相等、信号持续期宽度为半个行周期的两个子信号构成。极性相反的信号可用简单的倒向电路获得。
值得注意的是，使用快速非线性开关元件，如二极管环形组件(diode rings)，可使电路快速有效地切换。
本发明基于一个想法，即当使用上述所说的快速开关元件时，以在相对于最大有效选择周期的较短时间内输入信息信号，来进一步减小交叉串扰。由于信息信号的输入只在较短的期间内受到影响，因此就使交叉串扰减小了。交叉串扰可以减小到这样的程度，即不必要再将信息信号分解成极性相反的子信号。
当然，分解成子信号还是具有许多优点的。根据本发明的一个具体方法，其特征是将参考电压加到列电极上，信息信号相对于参考电压改变其极性，所得到的相对于参考电压为正的子信号与相对于参考电压为负的子信号的能量相等，而子信号之一基本与选择信号一致。
可以多次迅速开关使得该方法在双线扫描彩色电视(高分辨率电视)中有着吸引人的应用。
由于所说交叉串扰现已变得基本上可以忽略，因而图象元可分解为许多的子象元，以用于冗余技术。一种采用本发明的方法的装置，包括一个置于两支承板之间的电-光显示介质;一个以行和列形式排列的图象元系统，每个图象元由置于两支承板相对表面上的图象电极构成，以及一个通过非线性开关元件驱动图象电极的行和列电极系统，本发明的特征是图象电极分解为许多子电极，每个子电极至少由一个非线性开关元件来驱动。
所述类型显示装置的一个改进型具有这样的特点列电极通过并联连接的两个带有互补操作开关的支路分别与被显示信号的输入端和参考电压输入端相连接。
在使用所说交叉串扰补偿的显示装置中，显示信号的支路由两个具有开关的子支路构成，而子支路之一由一个同开关串联的反向器电路组成。
互补操作开关即为一个开关断开时另一个开关接通，反之亦然。
该显示装置最好还包括用于(互补)开关的驱动电路。
下面结合一些实施例和示意图详细介绍本发明图1是本发明显示装置的部分剖面示意图。
图2是该显示装置中显示单元的发光电压特性曲线。
图3是该显示装置的部分驱动电路示意图。
图4是该显示装置中一个单元的另一构成形式。
图5是显示单元平面图。
图6表示图5的显示单元的改进型。
图7和图8表示应用本发明的方法在图3电路中出现的信号。
图9是产生该信号的电路。
图1是显示装置1的部分剖面图，该显示装置中有两个支承平板2和3，液晶4置于其间，板2和3内表面涂有电绝缘和化学隔离层5，大量的图象电极6和7以行和列的形式分别置于支承板2和3上，相对设置的图象电极6和7构成了显示装置的图象元系统。条状列电极11置于图象电极7的各列之间，并且，列电极11和图象电极7可连成整体形成许多条状电极。条状行电极8置于图象电极6的各行之间，每个图象电极6都是通过例如二极管9(图上未示出)与行电极8相连接。二极管9以相对于列电极11电压为足够阈值的电压在行电极8上从而向液晶4提供电压，使液晶图象元具有记忆功能。另外，液晶取向层10位于支承板2和3的内表面。由于已知液晶分子的不同取向状态，因而可通过加于液晶4上的电压得到不同的光学状态。显示装置既可做成透射式装置又可做成反射式装置。
图2表示图1的显示装置中显示单元的发光/电压特性曲线。低于已知阈值(V1或Vthr)时，显示单元基本不发光，高于已知饱和电压值(V2或Vsat)时，显示单元基本上处于完全发光状态。
图3是该显示装置的部分示意图，图象元12通过图象电极7接到列电极11上，这些列电极与此实施例中的行电极8以矩阵形式排列着。图象元12通过非线性开关元件9接到行电极8上。
图4表示图象元12的另一构成形式，它由与其有关的电容CLC和相关非线性开关元件(处于高阻状态)的电容CNL构成，它们用于计算由于列电极11上信号变化而产生的交叉串扰。在以后的叙述中，连接到固定电压上的非线性元件可认为是接地的(利用叠加原理)。该非线性元件不必一定是一个(反向连接)二极管，也可以是二极管环形组件、金属-绝缘体-金属(MIM)开关、PIP开关、NIN开关或其他双端器件。也可如荷兰专利申请No，8502663所述的，CNL可以是图象电极6通过许多二极管接到不同的行电极上的连接件。
当驱动该显示装置时，常选择以
Vc＝ (Vsat+Vth)/2作为加于图象元(见图2)的平均电压的驱动方法。在这种方法中，加于图象元12上的电压绝对值基本上被限制在Vth和Vsat之间。这一点在“用α-Si二极管环形组件控制的LCTV显示器”(A LCTV Display Controlled by α-Si Diode Rings)中已有进一步的描述(Togashi等，信息显示学会1984汇编(SID ′84，Digest)，第324-5页)。
随着驱动电压Vc的引入，接点13得到选择的平均电压在奇数半帧周期内Vc＝- 1/2 (Vsat+Vth)，在偶数半帧周期内Vc＝ 1/2 (Vsat+Vth)。
就色调层次(灰度级)而言，因下述过程而得到良好的效果根据来自列电极11的信息，图象电极12构成的电容在行电极8被驱动时，放电或充电，其电压值在最大电压Vc+Vdmax＝Vth及最小电压Vc-Vdmax＝Vth之间变化，因而，消去Vc，得到｜Vdmax｜＝ 1/2 (Vsat-Vth)。
在理想情况下，列电极11的信息电压Vd保持在以下范围内，即- 1/2 (Vsat-Vth)≤Vd≤ 1/2 (Vsat-Vth)。
在实际应用中，此最大或最小电压可因交叉串扰而增大或减小，因此必须对实际的电压值Vd进行修正。对于修正后的电压Vx，Vd满足-Vx≤Vd≤Vx，(｜Vx｜＞｜Vdmax｜)。
现在，必须补偿的交叉串扰可参考图3、4进行计算。如果信号变化Vx出现在列电极11上，比如在图象显示装置中，这就导致与一个非选择显示单元相关的接点13(图4)产生如下信号变化V＝Vx(CNL)/(CLC＋CNL) (1)依据本发明的方法，在列电极11上最大的信号变化最多是Vx，因为信息仅在有效的最大选择周期的部分时间内输入，且随后是参考电压(0伏特)被加到列电极上。当然，开始时信息电压也可能是0伏特，接着实际信息电压Vd可能在有效的选择周期的部分时间内输入。
依荷兰专利No，8601804所述，当采用交叉串扰补偿时，根据该发明的方法，在列电极上最大信号变化最大是Vx，因为(当最大信号为Vx时)在选择周期内信息电压首先从Vx变化到-Vx(变化为2Vx)，然后变为0伏特。
在接点13上，当信号Vx一出现，就会使列电极11上的电压值Vx产生一个电压阶跃Vx-△V＝Vx-Vx(CNL)/(CLC＋CNL)＝Vx(1- 1/(K+1) )＝Vx( (K)/(K+1) )
其中K＝ (CLC)/(CNL)对于液晶元件的理想驱动，Vx-△V应正好为Vdmax，或Vx( (K)/(K+1) )＝ 1/2 (Vsat-Vth) (2)Vx＝ 1/2 ( (K+1)/(K) )(Vsat-Vth) (3)对于交叉串扰△V0，其意义为△V0＝Vx( 1/(K+1) ) (3)/() 1/(2K) (Vsat-Vth) (4)如果在最大选择周期Ts(在PAL-SECAM制中是64微秒)内输入的信息信号是Vx，则由于交叉串扰与其他图象元相关的接点13上的有效电压Vpeff将为Vpeff＝Vp+△Voeff为了防止交叉串扰对具有最大灰度级数(或色调层次)N0的图象显示的影响，应满足
△Voeff≤ (Vsat-Vth)/(No) ，或者是最大的灰度级数No＝2K＝ (2CLC)/(CNL) 。
典型的液晶图象单元(尺寸为300×300微米，厚度约8微米，εr≈6)和一个α-硅NIN开关(尺寸约20×20微米，I层厚约400毫微米)具有CLC≈600fF，CNL≈120fF，使N0≤10。
在专利申请No.8502663的实施例中，CNL值大约是其2倍，因为在图象电极的每侧各接有一个二极管，因此N0≤5，这对于理想的显示是太低了。
如果如上述那样，要使用冗余技术时，一个图象元可分成r个子元件，每个子元件都有自己的驱动元件。图5和图6给出了带有驱动开关元件9的图象电极6(图5)分成为三个子电极6a、6b、6c，每个子电极分别具有自己的驱动元件9a、9b、9c(图6)。对应于图象电极6的图象电极7不被分解。
当将图象电极分解为子电极时，电容CLC也随之减小。可粗略设想，当图象元分解为r个子象元时，由于存在交叉串扰，灰度级数将从N减小到N′＝N/r，在上述例子中r约为3，即将电极分解为3个子电极，则将有1.5倍的灰度级。这种情况下，冗余技术将是无用的。
当使用本发明的方法时，信息将在最大有效选择周期Ts的第m部分输入，使有效电压为
V2peff＝(VP+ △Vo)2Tsm+ V2P(Ts-Tsm)Ts]]>或V2peff＝V2p+ (△V2o)/(m) + (2△VoVP)/(m)＝V2p〔1+ (2△Vo)/(mVp) + (△Vo2)/(mVP2) 〕当mVp＞＞△Vo时，有下述关系V2peff≈V2p〔1+ (2△Vo)/(mVp) 〕Vpeff＝Vp+△V1eff≈Vp+ (△Vo)/(m) (5)对于交叉串扰信号△V1△V1eff＝ (△Vo)/(m) (4)/() 1/(2mk) (Vsat-Vth) (6)此时可得到灰度级N1，由于△V1eff≤ ((Vsat-Vth))/(N1) ，灰度级N1的最大数为N1＝2mk＝mNo。
由于在有效行选择周期的第m部分输入信息电压，灰度级数目大约可增加到m倍。
如果在Ts/m期间向被选择单元的列电极11输入信息信号后，当该单元不再被选择时，将反向的信息信号加到同一列电极11上，则灰度级数还可以进一步得到增加。此时有效电压Vpeff满足
V2peff＝(VP+ △Vo)2Tsm+ (VP- △VO)2Tsm+ V2P(Ts-2Tsm)Ts]]>可整理为V2peff＝V2p〔1+ (2△V2O)/(mV2P) 〕，这样，当mV2p＞＞2△V2o时Vpeff≈Vp〔1+ (△Vo2)/(mVP2) 〕＝Vp+ 1/(m) · (△V2O)/(VP)进一步可改写为Vpeff＝Vp+ 1/(m) ((△VO)2)/((Vsat-Vth)2) ((Vsat-Vth)2)/(VP)(4)/() Vp+△V2eff或△V2eff (4)/() 1/(m) ( 1/(2K) )2((Vsat-Vth))/(VP) (Vsat-Vth) (7)当Vth≤Vp≤Vsat时，△V2eff≤ 1/(m) 1/(4k2) ((Vsat-Vth))/(Vth) (Vsat-Vth)这样，对于该驱动模式(带交叉串扰补偿)，最大的灰度级数N2满足
N2＝m(4K)2(Vth)/(Vsat-Vth) ＝m·N2o (Vth)/(Vsat-Vth) (8)对于液晶(ZL184460，Merck)，其典型值为Vth＝2.1伏，Vsat＝3.6伏，所以N2＝1.4m 4K2或N2＝1.4m N20结论是，对于传统驱动方式，灰度级数N0，和根据本发明无串扰补偿驱动方式的灰度级数N1，以及带反向信号对串扰加以补偿的驱动方式的灰度级数N2，在此具体例子中为N0＝2K K＝ (CLC)/(CNL')N1＝mNoN2＝1.4mN20当K＝2.5或5时，N0＝5或10若m＝2 (PAL制 (Ts)/(m) ＝32微秒)则N1＝10或20N2＝70或280若m＝8( (Ts)/(m) ＝8微秒)则N1＝40或80N2＝280或1120在最后提到的采用冗余技术的例子中，当分解为三个电极(r＝3)时，N′1≈3或27
N′2≈93或373因此，根据本发明所提出的方法非常适用于液晶显示系统，以使其具有良好的灰度级。
由于Ts/m周期小于选择扫描的最大周期Ts，故开关元件9只在扫描行周期(例如电视中采用64微秒)的一部分时间内导通。实际上，此时该象元不是完全充电的，但由于该象元的陡削工作特性，这一点可以忽略。另外，这种电压损失对于所有的开关元件都基本上相同，如果需要的话，也可以在选择电压上加以补偿。而对于选择电压本身，也还可以对前述形式的交叉串扰给予补偿。
图7和图8分别表示在本发明的装置中当对上述交叉串扰进行补偿和不进行补偿时的信息电压VD，以及与之相关的交叉串扰信号△V1，△V2。
补偿信号-VD可用简单的方法从已输入的信号VD中得到，如，在公共输入端14(见图9)分别接一跟随电路15，和一个倒相器16，它们的输出分别经开关17、18接到列电极11上。通过先接通开关17然后再接通开关18一段相当的时间，在列电极，就可得到所需要的信号。由于在开关17和18断开时开关19是接通的，所以列电极11接收到参考信号，因为电极11是经开关19与参考电压输入端20相连接的，见图9所示。如果不用交叉串扰补偿，就可免去带有倒相器16和开关18的分支路21。如果需要，也可将跟随电路15除去。然后，开关19与开关17互补，换言之，当开关19接通时，开关17断开，或两者相反。当采用交叉串扰补偿时，开关19与由两个支路21、22构成的电路按互补的方式进行工作。
当然，本发明不仅限于实施例中所示的内容，还可以在本发明的范围内有其他各种形式的变型。
例如，二极管环形组件，反相连接二极管，MIM(金属-绝缘体-金属)开关，NIN、PIN或PINIP开关，都可选来作为非线性开关元件，只要开关速率足够高。
实现图9所示的驱动电路，还可以采用其他各种不同的变型。
另外，也可采用不同的电-光介质，如象电泳悬浮体，或电致变色物质。
实施例是以下开关形式为基础的加于各图象元上的信息电压在零值电压附近切换，加在图象元上的扫描电压2Vdmax保持在Vsat-Vth之间。本发明的方法对于信息电压和参考电平的其他选择方式也同样具有上述优点。T-V曲线偏离指数规律的偏差可以用如下简单方式补偿在实际应用时适当地选择信息电压，以得到适当的灰度值。
权利要求
1.一种驱动显示装置的方法，该装置包括置于两个支承平板之间的电一光显示介质，一个按行与列形式排列的图象元系统(每个图象元由设置在支承平板的相对表面上的图象电极组成)以及一个行与列电极系统，借助串联于图象元上的非线性元件，经行电极对行图象元进行选择，经列电极输入信息信号，该方法特征在于信息信号或信息信号的一部分是在行图象元选择周期内的部分时间内输入至列电极的，此信息信号与输入到和行图象元关联的行电极上的选择信号基本同时输入，而非选择信号在选择周期的其他部分时间内输入到行电极上，当没有信息信号时，参考电压输入到列电极上。
2.如权利要求
1所述的方法，用于电视显示装置，其特征在于参考电压是由第一帧的最小信息信号电压和第二帧的最大信息信号电压的平均值来决定的。
3.如权利要求
1或2所述的方法，其特征在于当向列电极输入参考电压时，信息电压的极性相对于参考电压发生变化，由此而得到的具有相对于参考电压为正极性的子信号的能量值基本上与具有相对于参考电压为负极性的子信号的能量值相同;并且子信号之一基本上与选择信号一致。
4.如权利要求
1至3中任一项所述的方法，其特征在于参考电压值基本上是0伏特。
5.如权利要求
3或4所述的方法，其特征在于信息信号由两个子信号组成，这两个子信号具有基本相同的持续时间以及基本相同的电压绝对值。
6.如上述任一权利要求
所述的方法，其特征在于信息信号的持续时间为2-32微秒。
7.一种采用权利要求
1到6中任一项所述方法的显示装置，包括置于两个支承平板间的电-光显示介质，一个按行与列形式排列的图象元系统(每个图象元由设置在支承平板的相对表面上的图象电极组成)以及一个通过非线性开关元件驱动图象电极的行与列电极系统，其特征在于列电极通过并联连接的带有互补操作开关的两个支路分别与被显示信号的输入端以及参考电压的输入端相连接。
8.如权利要求
7所述的显示装置，其特征在于连接于显示信号输入端的支路由并联的两个带有开关的分支路组成。其中一个分支路由反相电路与开关相串联而成。
9.如权利要求
7或8所述的显示装置，其特征在于装置内还有一个开关元件的驱动电路，该电路以下述方式驱动所述开关，即不论是参考电压还是被显示的信号，或是从这里得到的信号，或是与被显示的信号反相的信号，都被输送至列电极。
10.如权利要求
9所述的显示装置，其特征在于输入到各列电极的各子信号的绝对值都基本相等，并且各信号都在相同的周期内被输至列电极。
11.一种采用权利要求
1到6中任一权利要求
所述方法的显示装置，包括置于两个支承平板间的电-光显示介质，一个按行与列形式排列的图象元系统(每个图象元由设置在支承平板的相对表面上的图象电极组成)以及一个通过非线性开关元件驱动图象电极的行电极系统，其特征在于一个图象电极分支为许多子电极，每个子电极至少由一个非线性开关元件驱动。
12.如权利要求
7到11中任一权利要求
所述的显示装置，其特征在于电-光介质是液晶，电泳悬浮体或电致变色物质。
专利摘要
由于在行扫描周期的一段很短时间内选择图象元并输入信息信号，从而使液晶(LCD)显示装置的灰度级数目显著增加。列电极固定于参考电位，因而使容性交叉串扰大大降低。根据需要，还可对交叉串扰加以补偿。此方法提供了获得更多的灰度级数的可能。同时，也可采用冗余技术，而这种技术在其他方法中则因灰度级的损失而不能使用。
文档编号G09G3/36GK87107131SQ87107131
公开日1988年5月11日 申请日期1987年10月26日
发明者卡雷尔·阿尔伯特·库克 申请人:菲利浦光灯制造公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan