专利名称：液晶显示器驱动方法
技术领域：
本发明属于液晶显示领域，特别是属于一种可使普通液晶显示器(LCD)具有极快写入速度和可控制的记忆能力的LCD的驱动方法。
LCD有很多种类，有利用LC的电流效应的动态散射(DS)型LCD，有利用LC电场效应的TN、GH、ECD、STN、PC及FLC，还有利用LC的热效应的LCD等。
LCD有上下二个电极，分别称为列和行电极，或称A、B电极。此二电极之间为一LC层，当此二电极加上一定的电压，电极间形成一定的电场时，LC分子即因电场的作用而运动，从而改变LC层的光学性质;或改变它的透射散射特性，或改变透过光的偏振方向，即旋光性，从而达到显示信息的目的。例如TN型LCD是改变LCD的旋光性;GH为二色性;ECB和SBE/STN为光干涉;PC、DC和热效应为改变光散射;FL则有双折射、二色性和光散射等，并有记忆和非记忆二种。
通常的这些液晶显示器，反应速度都十分慢。例如TN效应的上升(ON)时间(tr)约20～80ms，下降(OFF)时间(tf)约60～150ms。GH效应tr约70～150ms，t1约90～200ms。ECB效应的tr约10～30ms，tf约30～100ms。PC效应tr约10～40ms。tf约60～200ms。DS效应tf约10～50ms，tf约30～50ms。所有目前实用的LCD的反应时间(tr+tf)都在几十ms以上，且没有记忆能力。FLCD虽有很快的反应速度(tr为几十到几百μs)和记忆能力。但结构稳定性差，工艺难度高。
这些反应速度很慢的LCD仅适用于显示信息量很少的数字或少量字母的显示器。若要用于有视频速度的电视或计算机显示器，就太慢了。为此目前常用TFT阵列来写入和保持信号并驱动LCD，即每一个LCD象点至少有一个TFT和一个信号保持电容(或以LCD象点本身作电容)，TFT用来对信号采样，电容用来保持信号。一个NTSC或PAL电视或VGA显示器，就要有仅一百万个TFT，使得LCD的制造十分复杂，成品率很低，且难于制成对角线20英寸以上的大屏幕显示器。
本发明克服了上述缺点，用一种特殊的驱动方法。使普通的LCD具有极快的写入速度，其写入脉冲的宽度可小于10μs。不仅可以直接用于NTSC或PAL电视和VGA显示器，同时它有很好的记忆能力，这种记忆可以是数字量的，也可以是模拟量的。它们的记忆都可以自由控制，而不需要TFT，从而大大简化了LCD的制造工艺，降低成本。且因不需要TFT，从而大大简化了LCD的光透过率，提高了LCD图像的亮度或节省电源。更可以容易地制成40英寸～100英寸或更大屏幕的显示器和壁挂电视等。
本发明的技术方案简要说明如下本发明用一种特殊的驱动方法使普通的LCD具有极高的写入速度和具有可以控制的模拟或数字记忆能力或双稳态能力。
LCD有二个电极，我们称为A、B电极。我们在其中一个电极例如A电极上加上一个很窄的正或负的写入脉冲，与此同时，在它的另一电极(B电极)上加上一个负或正的电压或零电压，这时液晶分子在此二电压形成的电场作用下向ON态运动。在经过很短的时间以后，例如几μs到几十μs，此B电极转入悬空或高阻态。这时液晶分子能按原运动方向继续运动，并达到一定ON状态，然后记忆和保持此ON状态，直到B电极的高阻态或悬空态结束，即B电极又转入正或负电压或接地为止。即此LCD具有记忆能力。使B电极转入高阻态或悬空的脉冲称为记忆脉冲。
在短阵式LCD中，上述B电极用于行扫描，A电极用于调制亮度和颜色。
调制的方法有写入脉冲宽度调制、脉冲幅度调制、记忆脉冲和写入脉冲间的间隙调制以及记忆脉冲宽度按二进制权重调制等多种方法。
按照本发明的LCD驱动方法的最佳实施例a、一个PDLCD;
b、PDLCD有二个透明电极，各为一组相互平行的电极，二组电极互相正交，构成显示矩阵;
c、此二电极分别在二个透明基板上，此基板为玻璃或硬塑料或软塑料;
d、二电极间为PDLCD;
e、二电极之一，例如水平方向的B电极作行扫描，垂直方向的A电极为列电极用于写入数据;
f、所有没有被选中的行电极全部处于高阻态或悬空态;
g、被选中的行电极首先加上一个负或正的电压或接地，与此同时，各列电极送入与图像的亮度和颜色相对应的正的或负的写入脉冲。这时PDLCD层中液晶小滴内的液晶分子、原来处于混乱排列的散射状态，在此二电极电压所形成的电场作用下开始向平行电场方向即ON态方向运动;
h、在经过很短的时间，例如几μs以后，行电极转入高阻态或悬空态，这时液晶分子将继续按原来的运动方向向ON态运动，最后达到平行电场方向排列的透明状态，即ON状态(对于负LCD，则为OFF状态);
i、此ON状态将一直被保持，直到B电极重新转入正或负电压或接地的状态，这时液晶分子将逐渐回复到原来的散射状态，即OFF状态;
j、亮度的脉冲宽度调制法写入脉冲的幅度一定，若宽度不同，则最后达到的ON状态的透光率大小不同，即透过的光的强度不同，图像亮度不同;
h、亮度的脉冲幅度调制方法写入脉冲的宽度不变，而改变其幅度，则最后达到的ON状态的透光率大小也不同;
l、亮度的写入脉冲和记忆脉冲间的间隙宽度调制法写入脉冲为一宽度和幅度都给定的窄脉冲。若记忆脉冲在写入脉冲结束前开始，则LCD可达到最高的透光状态。若记忆脉冲在写入脉冲结束后开始，则最后由记忆脉冲记忆保持的ON状态的透光率大小，决定于写入脉冲的后沿和记忆脉冲的前沿之间的宽度，宽度越小，ON态的透光率越大。因此改变此间隙宽度即可调制亮度;
m、写入脉冲为一宽度和幅度一定的脉冲，写入脉冲和记忆脉冲间的间隙一定。记忆脉冲按二进制或其它进制的权重变化，分n级，写入脉冲按信号大小取相应的“0”或“1”，从而得到2n级灰度;
o、写入脉冲和行电极上的电压的极性交替变化，即这一场为正，下一场为负，以使LCD上的直流分量为零。
如下图1为普通的LCD的示意图;
图2为简单矩阵LCD的驱动方法示意图;
图3为TFT有源矩阵LCD的驱动方法示意图;
图4为本发明的驱动方法示意图;
图5为本发明的驱动方法的记忆能力示意图;
图6为本发明的驱动方法具有模拟记忆能力和用写入脉冲幅度调制亮度的示意图;
图7为本发明的脉冲宽度调制亮度的示意图;
图8为写入脉冲和记忆脉冲间的间隙调制亮度的示意图;
图9为本发明的驱动方法具有极高的写入速度的原理示意图。
对本发明的详细说明图1为通常的LCD示意图(图中没有画出电极上的趋向膜和大多数LCD都需要的偏振片，以及液晶层的spacer等)。其中101和102为前后二个透明基板，103和104为基板上的透明电极。对一个简单的矩阵显示器，103和104分别为一组相互平行的导电条，其中一组为B电极用于行扫描，另一组为A电极用于送入数据调制亮度。105为液晶层，106为密封墙。
图2为简单矩阵LCD的驱动方法示意图。201为加到行扫描电极上的扫描电压，其中T为场周期，t为时间座标，L为LCD的透光率座标。V0和-V0分别为单数和双数场扫描电压的幅度。202和203为加在列电极上的数据，其中202为ON电压波形，203为OFF电压波形，204和205分别为ON象点(204)和OFF象点(205)上的合成电压波形。
图3为TFT有源矩阵LCD的驱动方法示意图。图中xn……为行扫描电极。yn……为数据电极。x和y的每一交叉点即为一个LCD象点(图中的LC)。每个象点至少有一个TFT。用于采样信号和驱动LCD象点。C为存储电容，一般情况下，其电容即LCD象点本身。
由上述一般的LCD驱动方法可见，LCD有二个电极，在驱动过程中任何一个电极都永远加有一定的电压(包括零电压)。
图4为本发明的驱动方法示意图。其中401为加在数据电极上的写入脉冲。t1为其脉冲宽度，V0和-V0为其电压幅度;T为场周期。V0和-V0按单数和双数场交替，使LCD上的直流分量为零。402为加在扫描电极上的扫描电压，其中V1为正或负或零的电压，虚线代表这时扫描电极处于高阻态或悬空态。403表示LCD象点的光透过率的变化曲线。其工作原理如下当写入脉冲401开始加上时，同时扫描电极加有电压V1，LCD中的液晶分子在此二电压形成的电场作用下开始向ON态的排列运动。在经过很短的时间(图中t2)后，扫描电极转入高阻态或悬空态。这时液晶分子继续向ON态排列运动，直到t3，液晶分子运动达到稳态，LCD象点的透光率也达到饱和值。由于这时LCD的扫描电极处于高阻态或悬空，此状态得以记忆保持，直到高阻态或悬空态结束，即一直保持到t5。图中t4为记忆脉冲的宽度。这时扫描电极加上V2的电压(此V2电压可以与V1相同)，LCD象点开始从ON态返向OFF态，即403的透光曲线开始下降，直到下一场的写入脉冲开始，LCD又开始下一个周期的工作。所有没有被选址的行电极均处于高阻态或悬空，写入脉冲对它们不发生作用，从而保证LCD有高的反差。
图5说明上述驱动方法的记忆原理，图中501和502为普通LCD的驱动方法，501为驱动脉冲，502为其透光率的变化曲线。当一个写入脉冲电压加在LCD上时(LCD的另一电极加负脉冲或接地)，LCD的透光率逐渐上升，到写入脉冲结束时，透光率曲线即开始下降，如图中502所示。当写入脉冲较窄时，这种方法不能使LCD达到ON态。503、504和505表示本发明的驱动方法。503为写入脉冲，504为扫描电极上的电压，其中虚线表示高阻态或悬空态。t41、t42、t43为不同宽度的记忆脉冲。505为LC透光率的变化曲线。由图可见，本发明的驱动方法在写入脉冲结束后，LCD可以很好地达到ON态，并可以很好地记忆保持，即可以记忆其ON态，此记忆保持的时间由扫描电极处于高阻态或悬空的时间决定，长短可自由控制。如图中t41、t42、t43、……，即本发明的驱动方法具有可以控制的记忆能力。
图6为说明本发明的驱动方法具有模拟记忆能力的示意图。601表示不同幅度的写入脉冲。602为B电极上的电压，其中t4为记忆脉冲的宽度。603表示相对应的透光率曲线。当写入脉冲幅度较度时，如图中Va，LCD可达到高的透光状态，如图中La。若写入脉冲幅度较小，如图中Vb，则能达到的透光状态较低，如图中Lb。如此，不同幅度得不同的透光率，即本发明的驱动方法具有模拟量的记忆能力。
图7表示用固定的脉冲幅度、不同脉冲宽度得到不同透光率的模拟记忆的情况。图中701为不同宽度的写入脉冲。702为B电极上的电压，其中t4为记忆脉冲的宽度。703为与它们相对应的透光率变化曲线。当脉冲宽度较宽时，如图中ta，LCD的透光率变化可达到较高的ON态，如图中La所示。若写入脉冲宽度减小，如图中tb，则LCD能达到的透光率也下降，如图中Lb。如此，用不同宽度的写入脉冲即可得到不同的透光率。这是另一种得到模拟量记忆能力的方法。
图8表示又一种得到模拟量记忆能力的方法。图中801为写入脉冲，它的宽度t1可以很小。802为加在扫描电极上的电压V1，此V1可以是正电压，也可以有负电压或零电压。在写入脉冲结束后经过时间t5，扫描电极转入高阻态或悬空。不同的时间t5可得到不同的透光率。当t5-0或负(即记忆脉冲在写入脉冲结束前开始)，可得到最大的透光率，如图中Lc。随着t5的增加，得到的透光率将逐渐减小，如图中Ld、Le……，即改变t5，可得到模拟量记忆。
本发明的驱动方法可使LCD具有双稳态能力，即在记忆脉冲开通前加一写入脉冲，LCD即转入ON态。之后在使扫描电极处于高阻或悬空状态的电路上加一消除脉冲，结束它的高阻态，这时LCD即回到OFF态。
图9为说明本发明具有极快的写入速度的示意图。图中901和902为普通LCD驱动方法的情况，当写入脉冲宽度较宽时，如图中t11，LCD的透光率变化可以达到一个较高的ON态，如图中L11。但是当写入脉冲的宽度很小时，如图中t12，则由于LCD液晶分子运动很慢，来不及反应，LCD透光率的变化曲线只能升到一个很小的数位，写入脉冲就结束，LCD就开始返会OFF态，如图中L12，因而达不到ON态即不开通。
本发明很好地克服了这一缺点。图9中903、904和905表示本发明的快速写入的示意图。当写入脉冲较宽时，LCD的透光率变化曲线可以很快到达ON态，并保持此ON态，如图9中905的L11所示。当写入脉冲很小，如图中t12，LCD的透光率曲线在写入脉冲结束时变化虽很小，但是在写入脉冲结束后由于液晶分子能继续按原来起动的方向运动，因而其透光率曲线不是立刻下降，而是继续向ON态上升，一直到达接近ON态。如图中L12所示。用本发明的驱动方法，写入脉冲的宽度可降低到几μs，即可远远超过HDTV和XGA等高分辨率屏的要求。
上述图6、7、8所示的三种模拟记忆方法都可以用于幅度调制。图6为脉冲幅度调制，即不同的幅度可得到不同的透光率，图7为脉冲宽度调制;图8也是一种脉冲宽度调制法，即用写入脉冲后沿和使扫描电极处于高阻态或悬空的记忆脉冲的前沿之间的宽度来调制亮度。
此外，我们还可以用记忆脉冲的宽度来调制亮度。例如把记忆脉冲的宽度按二进制权重分成几级宽度，当某一扫描电极加上某一权重的记忆脉冲时，各列电极输入与该行上各象点亮度一致的该权重宽度的“1”或“0”信号，使该行上各点得到与该权重宽度一致的信号。然后扫描电极加上另一权重的记忆脉冲，各列电极输入与该行各象点与该权重相对应的“1”或“0”信号，以显示该权重宽度的信号。如此反复进行，把n bit的信号送完，即得到2n级灰度的图象。
此外，由于图8中t1的宽度不同时，LCD所能达到的最大透光率不同，因此我们也可以把t1按二进制权重分为n级，而记忆脉冲宽度则不变，从而也可得到n bit的灰度。
在上述驱动方法中，行扫描电极在处于高阻态或悬空状态时，若该电极的实际电位与当时各列电极输入的data的平均值有关，则可将该电位检出，然后去修正记忆脉冲的宽度，从而保证得到均匀的显示亮度。为了消除A电极数据信号大小对亮度均匀度的影响，也可以写入脉冲的后沿和记忆脉冲前沿之间的间隙亮度等于零或稍小于零(即二脉冲稍有重叠)，使B电极转入高阻态或悬空态后，它的实际电位不受A电极数据信号大小的影响，从而得到均匀的显示亮度。此外，为了得到上述高速写入和记忆能力，A电极也可以在写入脉冲结束时与B电极同时转入高阻态或悬空态，从而得到高速写入和记忆能力。
上述驱动方法适用于各类LCD。
实施例一个PDLCD(聚合物弥散LCD)或PNLCD(聚合物网络LCD)，它的前后二基板为透明硬塑料或软塑料或玻璃，它们的内壁上有透明导电层，各自为一组相互平行的电极。这二组电极(即A、B电极)相互正交放置，构成显示矩阵。二电极之间为PDLC膜，膜中有许多园球形或椭球形的液晶小滴。此种PDLCD在没有外电场作用时，各液晶小滴中的液晶分子处于混乱状态，当外界光入射时，会被这些液晶小滴漫射，PDLCD呈乳白色(OFF态)。当A、B二电极加上适当的电场后，LC分子会运动趋向平行电场方向排列，从而使液晶膜呈透明状(ON态)。这种PDLCD与其它LCD一样，当写入脉冲取消后，ON状态即开始返回到OFF态，没有记忆能力，上升时间最快约为1ms。
用本发明的驱动方法，例如用图4所示的电压驱动矩阵式PDLCD，则写入脉冲的宽度可减小到几μs，写入速度极高，足可以用于HDTV和XGA等高分辨率显示器。同时，它有如图6、7、8和9所示的各种模拟量记忆能力，故可用这四图所示的任一种方法调制亮度。它的记忆时间可从几μs到几秒或更长，任意由记忆脉冲的宽度来改变。
本发明的驱动方法具有以下优点本发明的驱动方法可使普通的LCD变成具有极高写入速度的极高速LCD，即可用于普通电视显示等一般分辨率的显示，也可用于HDTV和XGA等高分辨率显示。
本发明的驱动方法可使普通没有记忆能力的LCD具有记忆能力。
本发明的驱动方法可使普通没有记忆能力的LCD具有模拟量记忆能力。
本发明的驱动方法可使普通没有记忆能力的LCD具有双稳态的工作能力。
本发明的驱动方法使用于视频显示的各种高低分辨率的LCD都不再需要昂贵的TFT，制造简单，成本低，且容易制成大屏幕和超大屏幕显示器。
权利要求
1.一种LCD的驱动方法，一个LCD、LCD有上下二个电极，称A、B电极，二个电极之间LC层，其特征在于A电极被加上一个写入脉冲，与此同时，LCD的B电极加上一个正或负的电压，或接地电位，这时液晶分子在A、B电极上的电压形成的电场作用下，向LCD的ON态运动。在经过一个适当的时间之后，在写入脉冲结束之前或之后不久，B电极转入高阻态或悬空，即它的驱动器的输出端转入高阻态。或其输出端与B极断路。这时液晶分子继续向ON态运动，随后达到ON态(对负LCD，则为OFF态)，此ON态能一直被记忆保持，直到B电极从高阻态或悬空态又返回零电位，或其它正或负电位，LCD又返回OFF态。使B电极转入高阻态或悬空态的脉冲称为记忆脉冲；
2.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的LCD有一个以上的象点，是笔段型或一维或二维短阵型或其它图型的LCD;
3.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的写入脉冲为一正负交替的脉冲，即一场正，下一场为负，交替进行;
4.一种如权利要求1所说的驱动方法，其特征在于所说的B电极在没有选中时，都处于高阻态或悬空态。这时A电极上的任何写入脉冲对这些没有被选中的B电极相对应的LCD没有影响，从而保证得到高的显示图像反差;
5.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的写入脉冲为一宽度固定不变、幅度大小按图像信号大小变化的脉冲。当幅度足够大时，LCD可达到并记忆最高透光率的ON态。随着写入脉冲的幅度减小，LCD所述达到和记忆的ON状态的光透过率逐渐减小，用不同幅度的写入脉冲，可得到和记忆不同的光透过率，即可得到模拟量的记忆，即可用于亮度调制;
6.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的写入脉冲为一幅度一定，宽度大小按图像信号大小变化的脉冲。当宽度足够大时，LCD可达到并记忆最高透光率的ON态。随着写入脉冲宽度的减小，LCD所达到和记忆的ON态的透光率逐渐减小。用不同宽度的写入脉冲可得到和记忆不同的透光率状态，即可得到模拟量的记忆，即可用于亮度调制;
7.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的写入脉冲为一固定幅度和宽度的脉冲，此写入脉冲的后沿和使B电极转入高阻态或悬空态的记忆脉冲的前沿之间的时间间隔可变。当此间隔等于或小于零(即写入脉冲与记忆脉冲重叠)时，LCD可达到并记忆最高透光率的ON态。随着此时间间隔的增大，LCD所达到和记忆的ON态的透光率逐渐减小。用此改变写入脉冲后沿和记忆脉冲前沿之间的间隔时间，可得到和记忆不同透光率状态，即可得到模拟量的记忆，即可用于亮度调制;
8.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的写入脉冲为一固定宽度和幅度的脉冲，写入脉冲和记忆之间的间隔也不变，例如等于或小于零，但记忆脉冲的宽度不同，从而达到调制亮度的目的;
9.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的记忆脉冲的宽度按二进制权重变化分为n级，写入脉冲按信号大小取相对应的“1”或“0”，从而得到2n级的灰度显示;
10.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的写入脉冲和记忆脉冲以双稳态方式工作，即在记忆脉冲开通前加一写入脉冲，使LCD进入ON态，之后，在使B电极处于高阻态的电路上加一消除脉冲，结束B电极的高阻态或悬空态，使LCD返回OFF态;
11.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的写入脉冲具有较高的幅度，例如几十伏以上，使液晶分子得到足够的起动能量，随后在记忆脉冲作用下，继续按起动方向运动，并达到ON态，从而使LCD具有极高的写入速度;
12.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的记忆脉冲在其结束后，在B电极上加上正或负或交变的电压，以加速LCD返回OFF态的速度，即减小LCD的透光率的下降时间;
13.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的B电极在它处于高阻态或悬空态时，该B电极的实际电位将与各A电极输入的数据电压的平均值有关，为此将B电极这时的实际电位检出，然后去修正记忆脉冲宽，从而得到均匀亮度的显示;
14.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的写入脉冲的后沿和记忆脉冲前沿之间的间隙时间为零或略小于零(即二脉冲稍有重叠)，使B电极转入高阻态或悬空态后，它的实际电位不受A电极数据信号大小的影响，从而得到均匀的显示亮度;
15.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的LCD为PDLCD或PNLCD，它的A、B电极分别在一个透明基板上，所说的基板为玻璃或硬塑料或软塑料。
16.一种如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于所说的A电极在写入脉冲结束时与B电极同时都转入高阻态或悬空态，从而得到高速写入和记忆能力。
全文摘要
本发明涉及一种可使液晶显示器(LCD)具有极快的写入速度和可控制的记忆能力的驱动方法。驱动时LCD的一个电极加一个窄脉冲，同时LCD的另一电极加极性相反的电压或零电压，使液晶分子向ON态运动。在经过很短的时间后，LCD二个电极中的一个转入高阻态或悬空，这时，液晶分子能继续向ON态方向运动，然后达到并记忆保持其ON态，一直到此高阻态电极转入一定的电压或接地时为止。其记忆时间由此高阻态时间长短决定。
文档编号G09G3/36GK1101987SQ93119269
公开日1995年4月26日 申请日期1993年10月19日 优先权日1993年10月19日
发明者葛晓勤 申请人:葛晓勤