铁电液晶矩阵显示屏的低压控制方法

专利名称：铁电液晶矩阵显示屏的低压控制方法
技术领域：
本发明总的涉及液晶矩阵屏，尤其涉及低压铁电液晶(FLC)类型、直接寻址矩阵屏的控制方法，采用这种方法可以生产出成本低但不会影响性能的含有显示屏和电子控制电路的装置。
众所周知，本发明所涉及的显示屏用在图象显示和光学计算上，这两种应用又有投射型和直视型两种。这些装置中，每一图象元素(象素)在理想情况下都对应于第一电极组件(例如排成行)的元件和第二电极组件(例如排成列)的元件的交点，实际上，它对应于一个电光单元(electro-optical cell)，该电光单元中在上述两个电极组件的相向电极之间的空间内含有铁电液晶。通常的结构中，一对相交的起偏器(polariser)组成一个电光单元，可以在由近晶状C手征(smectic C chiral)类型的液晶中观察到导向器(director)的方向变化。
由FLC单元组成的显示屏可以按照各种寻址方式来电控，将电压或电流施加到两个电极组件上，来定出所有电光单元的状态，而电光单元的数目比起电极数通常要多得多。本发明适用于很广的领域，其中，电光单元是用电压信号寻址的，并且电光单元的性能取决于施加在两个相向排列电极的电压差。当我们将自己局限在显示屏的运行时，可以看到，电极之间相同的电压差所对应的电压组合(voltage assembly)相等，并且确定了相同的寻址方式。在电压组合中的所有电压上加上合适的随时间变化的电压使得可以得到所有与之等效的电压组合。然而，如果考虑到显示屏驱动电路，即，设计来用于产生控制电压的电路，则在经济上来说，只有几种选择。事实上，有关集成电路中的最大电压差会尽可能地下降，从而显著增加了成本，并且在最好的情况下，如在通常选择CMOS技术的情况下，该电压差与最小电源电压差吻合。在最好的情况下，该最大电压差(下文中将表示为集成电路的动态范围)将等于施加在与集成电路相连的显示屏电极上的最大电压差。按照现有技术的最快的寻址方式，会在属于相同组合的电极之间而不是在相向排列的电极之间出现显示屏电极之间的最大电压差。本发明的原理旨在定义一种新的寻址方式，这种新方法的性能与任何一种相应的现有技术方式的性能相同，其中，第一种类型的电压差因此也是集成电路的电压动态范围可以下降到与第二种类型的电压差相同。
本发明的主要目的是提供一种新的寻址方法，这种新的寻址方法中采用的电压信号具有很明确的特征，这些特征使得在显示屏的两个电极之间相对于现有技术建立起来的最大电压差降低，施加到电光单元上的最大电压相等，并且具有宽的可实现的性能，而且驱动电路的实现方便、成本低。
从整体上讲，该装置包含所描述的显示屏组件，显示屏具有产生运行所需各种电压信号的相关电子电路和与显示屏相连的连接元件。另外，按照实施例，其中还包括起偏器、滤色镜、光源和光学系统。
本发明还有这样的装置组成，该装置中含有上述组件并且按照下文中描述的控制方法而运行。
下面描述FLC单元的性能以及由含有所述单元的矩阵显示屏的宽的寻址方式，所述单元更准确地讲是本发明的主题。下面结合现有技术以及综合知识来描述本发明，并且发明人认为，为了说明本发明所涉及的领域和其范围，以及为了引入将用来描述的术语和对其定义，这样做是必须的。
本发明涉及矩阵显示屏，其中，铁电液晶单元按照是没有电压还是有连续施加的高频电压而呈双稳态或多稳态工作方式，而连续施加的高频电压具有足够大小且合适的均方根(r.m.s.)幅度，称为高频或交流稳态电压。众所周知，这种功能可以由所使用的控制电压来实现。
铁电液晶可以是近晶C手征型，并且单元可以是这样一种类型，其中，近晶层相对于单元的法线倾斜，可能分成不同的倾斜部分，倾斜角小于近晶C相的特征角。多稳态可以与几个稳态的微畴(microdomain)混合相关，并可用于储存中间阴影。可参见“Advances and Problems in the Development ofFerroelectric Liquid Crystal Displays”(Gordon和Breach:Molecular Crystals andLiquid Crystals,vol.215,pages57及后文以及所引述的参考文献)。
通过相间出现的极性交替的矩形脉冲，可能在脉冲之间出现的具有预定均方根幅度的高频稳态电压Vhf时，可以因每一脉冲而获得单元从一个极端状态到其他状态的循环变化(transition)。对于一个给定的均方根稳态电压，当这些脉冲的持续时间足够长时，会出现这样的效果。而该足够长的持续时间是脉冲电压自身的函数。该足够长的持续时间乘以相应的脉冲电压得到的乘积在一个大范围内近似为常数，并且在感兴趣的电压范围内略高于对于转换(switching)函数来说是足够的最小脉冲区域Amin。
为了在靠近实际可用最大电压的高压范围内更精确地定义Amin，以及本说明书中不必要的单元的其他参数，可参见意大利专利申请RM94000102中的描述。为了定义单元的特征电压、描述它们寻址阶段中的工作情况，特别是说明它们的数学模型，请参见P.Maltese等人在“Liquid Crystals(液晶)”第15卷(1993)819页及以后以及在1993年国际SID讨论会的“Digest of TechnicalPapers(技术论文集)”642页及以后中的两篇论文(Society for InformationDisplay,1526 Brookhollow Drive,Suite82,Santa Ana,California92705-5421)以及其中引用的参考文献。
均匀单元的主要特征是Amin和Amin对Vhf的依赖。考虑单元在所考虑的寻址方式下的运行，Amin的有效值将被确定为与等于寻址操作中采用的电压得到的一个相等的Vhf的均方根幅度对应。事实上，这样的参数因制造容差(tolerance)(如厚度差)或运行容差(如温度差)而随显示屏的单元的不同而不同。
许多FLC显示屏已知的寻址方式采用电压信号和不同的操作方式来实现所谓的显示屏的更新。通过所述信号，在很好确定的时间间隔内，可以在擦除了前面的图象(擦除操作)以后存储相对于前面图象的所有的变化，或存储新的图象(写操作)。在顺序更新之间，既可以在没有电压的时候也可以在出现显示屏其他部分的控制电压及任何高频稳态电压时，将存储的图象保持在显示屏上。事实上，更新速率对于运动画面的显示也是合适的。
许多情况下，显示更新是按照扫描方案由第一组件一个一个电极进行的，其中，写操作是对属于给定一个电极的所有象素(例如一行一行地)同时进行的。这种很通常的情况，即行行扫描方案，下文中将通过非限定性的说明来描述，以便使说明具体并且简洁。事实上，读者将会理解，行与列是可以交换的，并且可以按照不同的几何图形来排列电极。
所以，许多已知的寻址方法提供根据顺序行对显示屏进行更新，通常部分次数是重复的，如由施加在行电极上的扫描电压或选择电压那样，并且是不依赖于要显示的图象的。所述与更新操作对应的选择电压在给定的时间间隔内含有大体极性相同的脉冲(即可变脉冲)，这些脉冲从绝对值上说具有单一的最大值。正如从上述方式和论文中已知的那样，单元上脉冲在一个扩展的电压范围内的影响取决于电压相对于和Amin呈时间关系的电压的积分。与更新操作对应的选择电压在第一个位置上可以含有一个或多个相向的擦除脉冲，这些擦除脉冲实施前面的存储图象的擦除操作，从而驱动一行单元进入良好确定的状态，而该状态与同时施加的列电压无关。正如所熟知的那样，如果是在两个或更多个相向的擦除脉冲的情况下，还可以方便地采用其中的第一个来平衡选择电压的直流分量。行的擦除也可以和其他行的擦除和写操作同时进行。选择电压还包括一个或多个进行写操作的相继相反的脉冲，即，它们还可以根据施加到列上的电压即根据本发明中作为控制窗的单个时间窗中要显示的图象使相关的行从初始状态转变到最终状态，窗口也可以由相间的子窗口组成，即一些不连续的时间间隔。正如所知道的那样，在写操作期间如果没有擦除，则可以仅沿一个方向控制状态变化，在更新循环中，必须用选择电压中进行相反的信号重复进行写操作。
在上述与写操作相应的所述连续脉冲间，在现有技术中，几乎总是根据控制窗中存在的数据电压，存在极端状态之间的变化所对应的最后一个脉冲。这种最后脉冲在本说明书中称为写脉冲。可以分成由符号相反的电压隔开的两个部分，见意大利专利申请RM94A000102中和P.Maltese等人在“Journal of theSociety for Information Display”第4卷(1996)第75页及后文的论文中所描述的那样。在写操作中，前面可以有极性相反的脉冲，后面可以有极性相反的停止脉冲，正如本发明人出版的论文中直接或间接引述的参考文献中所描述的那样。另外，前面可以是用来补偿(因制造差异以及显示屏的单元间温度差而引起的)Amin变化的相反补偿脉冲，见意大利专利申请RM93A000567以及P.Maltese的论文第371页和信息显示器协会(Society for Information Display)第13届国际显示器研究大会(1993)论文集。
两个不同行中可以使用的选择电压间的最小时间偏移称为行寻址时间，并且由它决定可以在两个更新操作之间寻址的行数。通常，它是和控制窗口的总宽相同的，所以就避免了连续的控制窗之间的不必要的内容重叠。另一方面，采用术语“选择时间”来表示相对于选择操作而言从选择电压的第一个脉冲开始到最后一个脉冲结束所经过的时间。与两个连续的更新操作之间的时间间隔相比，“选择时间”应当更短，即使相对于行寻址时间而言“选择时间”较长也是这样，并且还包括相应于连续擦除和写操作的时间。
所以，每次更新时，显示器控制过程提供在顺序时间窗中逐行进行控制。在由选择电压定义的一个并且是相同的控制时间窗中，根据先前的状态和施加到时间窗中列电极上的数据电压，在相应行中的所有单元中，控制锁存，而所述的数据电压是作为要修改的图象的函数的。
在任何情况下，对第一组件的电极施加选择电压，并且在每次更新显示屏时，使这些电压与用于相应于第一组件电极(被选电极)的所有单元的不同控制时间窗相关。对于属于第二组件的电极，施加数据电压，每一数据电压是通过叠加在与选择电压相关的不同时间窗中施加的数据电压来形成的，用于控制与属于第二组件的电极相应的所有单元。在完全擦除前面的图象以后，要显示的图象的每一象素决定与第一组件电极相应的时间窗中有关第二组件的电极的数据电压。一般情况下，所述数据电压还取决于同一象素上先前图象以及与前面和后面的数据电压相关联的校正因素(factor)。
人们知道，为了避免不属于该寻址电极的单元的状态变化的不利影响，在每一控制时间窗中，所有的数据电压应当具有相同的平均值，而无论相应单元所取的是什么状态，并且这样的平均值应当等于每一行电压在同一时间间隔中所取的平均值，从而当前不进行选择操作。本说明书中，这样的有关平均值被认为是测量每一电压时的理想参考值，并且假设其为零。另外，为了相同的原因，相对于这样的参考值而言，每一数据电压和每一选择电压应当使得无论当前图象是什么，总(global)平均值为零。
上述对于按照本发明的寻址方法以及现有技术的寻址方法来说是相同的。
本发明的目的是提供一种寻址方法，对于施加到相同组件的电极上并且具有在预定时间间隔内通常与产生电压的集成电路电源相应的电压来说，采用这种方法能够克服现有技术方法的局限性，并且能够实现更短的行寻址时间，使操作条件的范围放宽。
我们可以容易地证明，在上述参考文献中描述的许多快速寻址方法中，选择电压的峰值幅度高于数据电压的幅度。另外，选择电压之间的时间偏移与最小值对应，该最小值等于控制窗，并且远远低于选择时间。因此，通常会在不同的行上出现具有相反峰值电平的选择电压。同一时刻施加到显示屏的电极上的两个电压之间的最大差异与选择信号的峰-缝电压相等，并且高于施加到单元上的最大电压。
本发明进一步的目的是根据高于数据电压的选择电压以及与选择时间相比较短的控制窗，提供具有相同速度特征的寻址方法，其中，信号可以由具有低于选择信号的峰-峰电压的动态范围的集成电路产生。
显著高于数据电压的选择电压还出现在直接寻址、向列液晶矩阵显示屏的技术领域中。这时，在实践上通常对施加到非选择行的电压为零的寻址电压组件替换一个等效的电压组件，该替换的电压组件下文中称为压缩的电压组件，它是通过从中减去合适的时间函数电压(下文中称为压缩电压)而从第一组件得到的，以便得到所有选择电压更低的峰-峰幅度以及相关集成电路的电压动态范围。因此，可以参见H.Kawakami等人1976年Biennial Display ResearchConference Record第50页中的论文，该论文选自Society for Information Display以及IEEE(445 Hoes Lane,P.O.Box1331Piscataway,New Jersey,08855-1331USA)，以及P.Pleshko等人在“IEEE Journal of Solid State Circuits”SC-1-卷第60页及后文中的论文。上述电压压缩是可能的，这是因为选自时间与控制窗一致并且与不同行有关的选择时间不重叠的缘故，这又是因为出现在显示屏中并且采用的是本发明所涉及的寻址方式的缘故。
从上述参考文献中可以清楚地看到，在本发明以前，人们已经对FLC矩阵寻址问题进行了深入的研究。研究结果是，引入了选择信号时间重叠的系统研究，采用各种改进的寻址方案，和铁电液晶单元的简化模型，从而可以预计矩阵寻址条件下单元的运行情况。
本发明是基于最近还未出版且在下文中小结的观察、结论和研究的。上述对相应于给定寻址方式的电压的理想基准(reference)的选择不是唯一的。关于上述选择的理想基准，对于同一寻址方式有多个等效的电压组合(assembly)。事实上，还可以通过在其中加入一个电压来修改所述基准。而所加入的电压是随时间而变并且在每一控制窗中具有一个零平均值。从所有的选择电压和数据电压中减去这一电压，但保持所有的差值不变以及所有控制窗中的零平均值。在显示具有与之相关的恒定电压的集成电路的要求时，恰当地选择理想基准是有帮助的。当要获得一对一地表示某一模式的电压组合时，除了强迫使每一控制窗中的数据电压具有零平均值以外，还必须进一步满足一些条件。申请人不知道人们是否已经注意到这一问题。根据我们的检索，是不可能从引述或非引述的出版物中得到以前没有公布的情况的，即，在每一时刻得到数据电压的最大可能绝对值为最小的情况的。这就确保所有数据电压包络的中心电压相对于理想基准来说是一个恒定电压，这一电压实际上是随时间而变的。在进行寻址方式的基本描述并作为基本寻址电压时，我们将假设所有电压组合满足所述条件，这是因为它一对一地对应于一个寻址方式的。在基本电压中，零电压经常是出现在非选择的行中的，但有时也会出现高频电压。对于一次连续扫描，选择电压和数据电压的包络是周期性的，其周期等于行寻址时间。读者还可以看到，可以容易地从基本表述中得到列驱动集成电路所必须的电压动态范围，以及它们所必须的电源电压，该电压通常等于所称数据电压的峰-峰值。然而，只要选择电压高于数据电压，这就给出了罕见的通用性，并且，当使用相对于基准是恒定的电源电压时，产生用于驱动集成电路的相当高的电压动态范围。
可以定义一个第二表述，它也一对一地对应于一种确定的寻址方式，该寻址方式即使在原理上是不同的，但也与现有技术中的大多数方式中的基本的一种方式是一致的。它是通过假设所有选择电压包络的中心电压相对于新的理想基准而言是恒定的，即，在选择新的理想基准的进一步条件下，类似于上述与行电压相关的一个电压而得到的。该新的理想基准电平相对于行驱动集成电路的最小电源电压来说在时间上是恒定的。
本发明如下文中所揭示的那样是直接基于两个还未公开的发现的组合的。无论所选择的基准是哪一个，当确定所述最小电源电压时，必须考虑行电压的包络，并研究它是如何通过减去压缩电压而变形的。所述包络的中央值可以有效地选为压缩电压。我们还可以发现，在基本表述中，非重叠选择的时间是到达压缩电压的充分而非必要的条件。事实上，条件还可以更宽，在这些条件下，也可以到达压缩电压，并且不同行的选择时间也可以是重叠的。
参照基本表述，并且考虑选择电压和数据电压具有相等的正、负峰值的情况，当考虑绝对值，并分别用Vd和Vs表示时，其中的选择电压可以通过时间变换相互得到，于是我们发现-每一时刻可以仅与一个和特定的选择电压相关的控制窗对应，该选择电压在控制窗中具有极性相反的峰值电平；对于压缩电压，我们可以选择与窗口相关的选择电压相同的极性；从这里开始，我们可以定义两个与压缩电压的两个极性相应的时间区间组合；
-让我们考虑更有用并且更简单的情况，即，选择电压只有两个相反的电平+Vc和-Vc当具有与压缩电压相同的极性时，每次选择电压可以到达一最大绝对值Vs，而当极性相反时为(Vs-2Vc)；满足这些条件时，选择时间可以是重叠的。所以，在与每一选择电压相关的控制窗外，电压不必为零。
另一个要回答的问题是，在这样一些条件下，是否可以设计本发明所涉及的显示屏选择电压的有效波形。正如已经描述过的那样，上述现有技术的寻址方式提供了在选择电压中采用选择时间内不同方向的顺序脉冲而有时是在选择时间外是高频极化电压(polarizarion voltage)。读者可以立即看到，后者电压可以一直达到峰值幅度(Vs-2Vc)。
正如关心选择时间内顺序的极性相反脉冲那样，我们发现，在按照现有技术的方式中，人们试图得到短的选择时间，从而减小多个选择电压之间重叠的时间。为此，对于所有脉冲，已经采用能够由行驱动电路产生的最大电压值，从而得到最小持续时间，但不可能立即得到压缩电压。从经验以及从上述FLC单元模型得到的第二发现解决了这一问题。当要得到小的控制窗并且涉及许多或所有选择电压中出现的脉冲尤其是控制窗外的电压时，不必施加最大电压，并且最大电压不必是连续施加的，但是通过更低的平均电压以及相应更长的时间达到相对于时间来说是相同的电压积分的净值，可以得到相同的结果。因此，就得到了FLL单元的性能近似等效于所有的寻址目的。特别是对于单一脉冲，可以替换以一串更短的脉冲，并由具有更小绝对值的电压隔开，这些脉冲具有相同的符号和相似的幅度。所述脉冲串总的持续时间大于新脉冲的持续时间之和，并且可以与所替换的脉冲的持续时间相比拟。考虑到事实上正如下文中说明的那样，即使更大数量的选择电压在时间上是重叠的，也可以实现压缩电压，所以这种替换是可行的。
作为本发明的主题的方法提供了一种采用选择电压的组合以及上面提供的与采用行驱动集成电路的组合。在理想电压参考的假设下获得的基本表述下，其中的数据电压包络的中央值是恒定的，选择电压的组合含有非重叠控制窗和重叠选择时间的选择电压。所述组合包括高于第一组时间间隔中的正峰值的0.9倍的所有正电压，和高于第二组时间间隔中负峰值的0.9倍的绝对值的所有负电压。第二组时间间隔插在第一组时间间隔之间，但不叠加在上面，并且在每一控制时间窗中，包括有同时属于两组的时间间隔，大体上对应于相关选择电压的极性。每一选择电压包含具有比控制窗长的时间间隔的部分，它大体上对应于一个极性，其平均电压值低于相应峰值电压的0.95倍。向产生选择电压的集成电路提供这样一些电压，相对于上述理想基准电压来说，这些电压包括波动，其最大值在第一组时间间隔内，而最小值在第二组时间间隔内，峰-峰幅度大于选择电压组合中正峰值和负峰值之差的0.1倍。本发明的主题还有一个显示器装置，该装置包含铁电液晶矩阵显示屏和产生并耦合所述控制电压的电路，包括产生被提供有差值小于0.9(Vs+-Vs-)的电压的选择电压的集成电路。
如果分开考虑第一时间间隔或第二时间间隔，则与属于第一时间间隔的电压的中央值一起观察具有小于总(global)电压的峰-峰值的选择电压，而这里属于第一时间间隔的电压的中央值高于属于第二时间间隔的电压的中央值。所以，按照本发明的寻址方式的第二表述相对于基本方式来说是不同的，并且产生一个行电压包络，该行电压的峰-峰幅度小于基本表述的幅度，换言之，产生如上所述的压缩电压。由于这些基准电压的选择，使更低电压动态范围因此也是行驱动集成电路更低的电源电压成为可能。
读者将会理解的是，按照本发明的方法，与相对于所述行驱动集成电路的电源电压中的一个来说是恒定的实际电压基准相比，用在基本电压基准中作为理想基准的数据电压包络的中心值中还包括波动。当也向列驱动集成电路提供相对于同一实际基准而言是恒定电压时，将会由此产生增大的电压动态范围。
通过产生两种形式的变换成不同电平的压缩电压并采用这些电压来提供给行驱动集成电路，可以同时得到行集成电路和列集成电路的最小电压动态范围，这在上述P.Pleshko等人的论文中可以看到。这可以通过电子领域中熟知的简单的电路技术来实现，例如，通过耦合到两个不同电源(supplies)的电路来实现。另一种方式是，可以在具有相反压缩电压值的两种电平转换形式之间提供列驱动集成电路的电源。这种技术的主要缺点是必须采用变压器(transformer)或光学隔离器(optical insulator)来传送(transfer)没有被提供相对于电路的地参考电位来说是恒定的电压的集成电路所需的信号。
在实际感兴趣的另一种方法中，象上述H.Hawasami的论文中一开始建议的那样，对于向列液晶显示器并且因此通常在工业上使用的那样，两个动态范围是相等的。为此，在上述简单的例子中，需要由具有Vc=(Vs+Vd)/2的正方形波形组成的压缩电压。采用这种方法，可以从同一电源电压来提供给行驱动电路和列驱动电路。由于可利用市面上有售的集成电路，因而为了控制向列液晶显示器，除了电源电压以外，可以采用两个具有中间值的电压作为列驱动电压，另外两个具有中间值的电压作为驱动电压，所有的电压是通过分压器而得到的。
在按照本发明的方法中，可以采用各种方法，既可以是选择电压的波形，也可以是数据电压的波形。所有已知并且是针对现有技术提供的相反脉冲广泛描述的信息都可以应用于后面的部分，其持续时间长于控制窗，基本上相应于一个极性，与按照本发明的选择电压中出现的一样。
按照本发明的方法还包含与现有技术中的寻址方式对应的变异，其中，对于持续时间比控制窗长并且因此具有单极性的选择电压的每一所述后续部分而言，按照现有技术的单个脉冲相应于平均电压高于所述部分的所述脉冲，该脉冲总的持续时间下降，并且相对于时间电压的积分值相等。
在按照本发明的方法的某些变异中，如上述模型中所定义的那样，这些变异是电压低于单元的特征电压的较佳变异，所述电压的后续部分包含具有相同极性的多个脉冲串，每一脉冲的持续时间不比控制窗长，并由电压幅度绝对值是选择电压组合中相同极性的峰值电压的0.9倍的电压所隔开。
在按照本发明的方法的某些变异中，这些变异是电压高于单元的特征电压的较佳变异，所述选择电压的后续部分基本上是矩形脉冲。电压的绝对值小于或等于选择电压组合中相同符号峰值电压的0.9倍，并且最好等于数据电压中相同符号的峰值电压。
由于上述原因而证明采用相应于平衡(balance)、擦除(erasure)、可能停顿(possible pause)、补偿(compensation)、写(write)和可能的停止函数(possible stopfunction)的选择电压的连续部分是有利的。但是，应当承认，在上述选择电压的每一连续部分中，而且这些部分的持续时间长于控制窗、脉冲大体上相应于一种极性，这时，可以在末端(extremity)处插入脉冲或停顿，相应于FLC单元的特性而言，这些脉冲或停顿的值相应于电压对小于0.2Amin的时间积分。因此，这些部分特别是计数方法的描述忽略了可能存在脉冲或停顿的选择电压对时间积分值低于0.2Amin的情况。
所述选择电压的后续部分最好包含一个可能的第一初始部分，其大小能产生行选择前单元状态的初始擦除以及选择期间选择电压的零平均值，其电压对时间的积分绝对值小于3Amin。所述选择电压的后续部分还包含一个第二初始部分，其大小能将每一单元完全擦除，电压相对于时间的积分的绝对值在Amin和5Amin之间的范围内。
在上述初始部分之后(而该初始部分后可能还有另一个擦除部分)，以及在下一个部分之前，可以进行Amin中变化的补偿，在没有变化时，进行写，选择电压可以包括一个停顿，甚至可以是一个变化的持续时间，条件是该持续时间充分长，并且最好在两倍于控制时间窗持续时间以及两个更新操作间最小时间间隔一半之间的范围内。
可以在写脉冲前插入补偿Amin变化的补偿部分，出现Amin变化是因为结构不均匀以及温度的变化，这是这一问题合适的解决方法，该方法的原理见上述专利申请RM93A000967以及第13届国际显示器研究大会论文集中P.Maltese的论文。这些部分的电压对时间积分的绝对值最好在0.8到3Amin的范围内。
到达控制窗末尾的单元状态经常因不平衡而倒向两个状态中的一个状态，即使该状态强烈地依赖于窗口中的数据电压。选择电压中出现的任何后续部分在结尾处都迫使单元按照控制窗末尾处单元的状态在转换(switch)非返回点的一侧或另一侧，转为中间转换状态，不存在当前数据电压被修改到达它们末尾处的状态的可能性。
控制窗中，为了获得最大的控制效果，使平衡选择和数据电压具有最大幅度，极性随时间而变，并且峰值间的比值在20∶1到1∶1的范围内。
为了进行中间调制，最好对数据电压进行补偿。采用数据电压这一术语，从而使电压对时间从相应的控制时间窗开始到某一时刻的积分是时间的函数，控制窗中该函数的平均值低于峰值的十分之一(几乎为零)。
按照上述模型提供的指示，当旨在降低不需要的数据影响控制窗外含有高于单元的特征电压的电压时，选择电压的电平变化最好大体上直接位于具有零平均值的数据电压部分的前面和后面。因此，考虑到具有零平均值的数据电压部分的一致，最好采用值不随时间而变的选择电压。具有零平均值的所述电压部分最好是整个数据电压，并大体上经过补偿用于中间调制。
在合适设计的单元中，可以为数据电压采用在控制窗中与具有选择电压一定程度不同的相关电平相应的具有一定变化程度的数据电压，而得到中间电平。
例如，为了获得更好的光学对比度，也可以使单元具有高频稳定性。为此，除了后续部分以外，在选择时间以外以及可能的停顿以内，在选择电压内包括一个高频电压。在这些时间区间内，最好具有大体恒定的均方根值。更正确地说，数据电压和选择电压这些时间区间内出现的任何电压之间差值的均方根幅度可以大体上是恒定的。
在按照引述的模型所做的实验和数字模拟中，在包括具有于2和100nC/cm2之间瞬时极化的液晶的人字形(chevron)单元中，已经证明上述控制方法的效率。
在参照附图通过非限定性的三个较佳实施例的描述以后，读者将会理解本发明进一步的细节和优点。
所有的附图中，电压是时间的函数。并且发明人认为没有必要再绘出矩阵屏，以及其中所使用的驱动电路和电压的光学传输，因为发明人认为这样已经足以描述按照本发明的装置了，包括驱动电路，其中安装有矩阵屏，以及按照本发明显示屏的操作，以及结构细节不同的其他屏。
图中，除了图6和图7，采用寻址方式的基本表述，

图1是按照第一个例子的两个连续选择电压；图2是第一个例子的数据电压第一个变化形式；图3是第一个例子中数据电压与第二个和第三个例子中一样数据电压的第二种变化形式；图4描绘的是另一种时间关系，图1的选择电压的压缩形式和相应数据电压的包络；图5是第二个例子中使用的选择电压；图6第三个例子中使用的选择电压；以及图7是图6所示选择电压的压缩形式。
正如第一个例子中所涉及的那样，图1描述的是在相应于更新操作的基本表述中的一个第一选择电压Vs,i，以及相应于时间关系中的两个控制窗变化C和X，并且后面紧跟着的选择电压Vs,i+1等于第一个选择电压，但其延迟等于窗口C或X的持续时间。两个电压都具有静止值O，峰值Vs和-Vs等于完全组合的值，并且包括有脉冲串而取代了现有技术中的单个脉冲。第一个2-脉冲串和第二个3-脉冲串通过平衡与单元的写操作相应的最后脉冲的直流分量来进行单元的擦除。读者可以容易地看到，即使图中没有描述，对于整个选择电压组合来说是不同的两组时间间隔是专用于正脉冲以及负脉冲的。
图2描绘的是在相对于图1中的一个脉冲而放大的一个时间区间中，第一个例子的第一种变化的数据电压1和2，该数据电压具有正、负峰值±Vd，用来控制矩阵的每一个单元(cell)，以便得到两个最终的状态。由于这两个最终状态出现在列电极上，与图1所示施加在第i行的电压Vs,i的控制窗C在时间上对应，从而确定了交叉点处单元的状态。在没有中间等级的显示屏的情况下，一列上的整个数据电压包含如图所示的分段序列。
图3是第一个例子的第二种变化形式的数据电压3和4，以及完全相同方式中第二和第三个例子中的数据电压的情况。它们已经过补偿以便进行中间调制，在第一个例子中，用于图1中电压Vs,i的控制窗X的时间对应关系，而在第二个例子中，用于图5中控制窗X’的时间对应关系，在第三个例子中用于图6中X”的时间对应关系。
图4是在相互时间对应关系上，通过从图1中的电压中减去具有峰值幅度Vc的方波(未示出)电压而得到的压缩选择电压V’s,i(t)和Vs,i+l(t)，而Vc在图1中电压为0处反向，正峰值电压减小到Vs-Vc，而负峰值电压成为-Vs+Vc。图4另外还给出在时间对应关系中，相应数据电压Vd(t)的包络，该数据电压具有下面四个电压电平Vc+Vd、Vc-Vd、-Vc+Vd和-Vc-Vd，这是从图2或图3所示的数据电压中通过减去所述方波后得到的。电平跃变5仅出现在基本表述中图3所示数据电压的情况下。很清楚，所有的电压可以相对于电路的地电平同样转换成所有的正电平或负电平。在一个较佳实施例中，使Vc+Vd和Vs-Vc相等，所有电路所需的电压动态范围为Vs+Vd。
图5给出的是用于与第二个例子中一样的相对于Amin的变化而补偿的选择电压6。按照控制窗X’期间施加的数据电压，该电压开头的两个脉冲串用于平衡和擦除，第三个脉冲串代替现有技术中的补偿脉冲，最后一个脉冲串执行写操作。中间电平A和B具有相同的绝对值，并且可以同时被调整，从而得到显示屏最大的操作范围。得到的行地址时间略长于第一个例子中的行地址时间，从而具有更大操作范围的优越性。
按照所描述的例子的操作已经在矩阵屏中得到证明，其中，矩阵屏是用液晶ZLI4851-025制成的，在25℃的温度下的自发极化强度为8.5毫微库仑/cm2，它由(德国)Darmstadt的Merk提供，包含人字形(chevron)单元(cell)，其中，1.5微米厚度的液晶层的取向是由于与按照现有技术研磨的聚合物表面接触，从而形成稳定的单元，已在25℃下观察其操作，并对仅有的8.8伏总的电压动态范围得到约230毫秒的行寻址时间。在第二个例子中，已经得到更大的操作范围相应于一个单元的可接受地址，其比值高于2∶1。
正如上文中引述的P.Maltese等人的论文中所定义的那样，第一个和第二个例子中的寻址方式属于低电压方式，甚至在将相对于特征电压而言是很低的电压施加到单元上时，这些寻址方式也能正确工作。正如同一论文中所指出的那样，按照本发明的方法还可以用于高电压方式。
图6给出第三个例子中所使用的选择电压60，涉及采用Amin补偿的高电压方式，这可以通过按照本发明修改共同待批的意大利专利申请RM93A000567中描述的第一个例子得到，其中，在控制窗前而不是之后使用近似最大值一半的电压。特别是，对于按照现有技术的最后一个最大电压停止脉冲，通过替换具有相同表面积的赋形(shaped)和更长的停止脉冲62而得到完全相同的效果和特性，该更长停止脉冲62的电压在控制窗X”外减半。同一二分之一电平用于平衡(balancement)和擦除脉冲63和64，用于补偿脉冲65，用于赋形和写脉冲61，以及用于未示出的数据电压。
图7绘出的图6所示的选择电压的形式70，这是从中减去压缩电压(未示出)，通过周期重复窗口X”中减小到四分之一幅度的选择电压而得到的。产生压缩选择电压的动态范围是图6所示的动态范围的四分之三。图中未示出相应的数据电压，该数据电压的峰-峰幅度增大相同的量，从而等于选择电压的幅度。数据电压还可以用于所有的行和列驱动集成电路。所得到的结果和已经公开的结果很相似。对于相同的行地址时间16毫秒，选择电压的动态范围从±48V减小到±36V。
按照本发明，通过进一步使所有的脉冲扩展(extend)，并将电压减小到小于最大值的一半并小于数据电压，除了控制窗中的电压以外，可以实现更大选择电压的压缩。然而，这导致数据电压动态范围的增大，并且数据电压的动态范围变得高于选择电压的动态范围。对于所述减小的电压，较佳实施例将得到等于数据电压值。
上文中对本发明的较佳实施例作了描述，但是，本领域的技术人员还应当理解，在不偏离发明范围的情况下还可以有其他的变异和变更。
权利要求
1．一种控制矩阵显示屏的方法，其中，每一图象元素或称为象素理想地与第一电极组件的一个元件和第二电极组件的一个元件的交点对应，并且还与一个电光单元对应，所述电光单元在属于所述两个电极组件的两个相向电极之间的空间中含有铁电液晶，当施加使所述单元从一个极端状态到另一个极端状态的极性交替相间的间隔矩形脉冲时，当施加具有恒定均方根幅度Vhf的电压脉冲时，在感兴趣的电压范围内，所述多稳态单元具有用作特征参数的最小乘积时间x电压，所述方法中，选择电压是施加到第一组件的电极上的，并且在所述显示屏的每一选择操作中，这些电压中的每一个电压与一个控制时间窗相关，并且对于与第一组件的电极相应的所有所述单元来说，所述控制时间窗与其他控制时间窗是不重叠的，而数据电压是施加到属于第二组件的电极上的，并且这些数据电压中的每一个是通过叠加每一象素的数据电压即在与选择电压相关并且设计用于控制相应于属于第二组件的电极的每一个所述单元的不同时间窗中施加的电压而形成的，所述电压取决于描述与第二组件中的电极对应的刚要显示的图象象素的值，所述方法中，在通过作为电压理想基准而假设无论相应象素的位置以及描述该象素的位置值如何的那一个来说，数据电压包络中心值为恒定并且每一数据电压具有零平均值，总的计算的以及在与其他选择窗相关并且与选择时间即选择电压中与选择操作相关的第一个脉冲和最后一个脉冲结尾之间的选择时间不重叠的每一控制窗内计算的每一选择电压的平均值基本为零，其特征在于，所述选择电压包括各个顺序部分，这些部分的持续时间比时间控制窗更长，大体上具有单一的极性，并且平均电压在Vs+的0.95倍到Vs-的0.95倍的范围内，其中，Vs+和Vs-是选择电压中的正、负峰值，并且选择电压组合具有重叠的选择时间，使得所有的高于正峰值Vs+0.9倍的正电压包括在第一时间间隔组中，而绝对值高于负峰值Vs-的0.95倍的所有负电压包括在第二时间间隔组中，所述第二组时间间隔与所述第一组时间间隔电压交错但不重叠，每一时间控制窗中的两组时间间隔大体上相应于和相关的窗口相关的选择电压的两个极性；以及向产生选择电压的集成电路提供的电压是波动电压，该波动电压相对于上述理想基准来说，在第一组时间间隔中具有具有最大值，而在第二组时间间隔中具有最小值，并具有高于正峰值Vs+值和负峰值Vs-值之差的0.1倍的峰-峰幅度。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，相对于电压基准来说，该电压基准相对于产生选择电压的所述集成电路电源中的一个来说是不变的，所述数据电压包络的中心值包括波动。
3．如上述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，相对于基本表述中选择电压的最大摆动(swing)来说，产生选择电压的集成电路的电压动态范围减小。
4．如前述任何一个权利要求所述方法的变异，与现有技术的寻址方式相应，其特征在于，具有比所述控制窗长的持续时间并且基本上相应于单一极性的选择电压的所述顺序部分的每一个部分对应于现有技术相向顺序脉冲中的一个，所述脉冲的平均电压高于所述部分的电压，总持续时间更短，并且具有电压相对于时间积分大体相等的值。
5．如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，所述选择电压的顺序部分含有相同极性的脉冲串，每一个的持续时间不长于控制窗，由具有绝对值不高于选择电压组合中相同极性的峰值电压的0.9倍的幅度的电压相互分开。
6．如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，所述选择电压的顺序部分大体上为矩形电压脉冲，所述矩形电压脉冲在所述选择电压组合中具有绝对值低于或等于相同符号的峰值电压的0.9倍。
7．如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述矩形脉冲具有与所述相同符号的数据电压的峰值电压相等的电压值。
8．如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，所述选择电压的所述顺序部分含有一个初始部分，从而电压相对于时间的积分的绝对值在Amin到5Amin的范围内。
9．如前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述初始部分在相反极性的第一初始部分以后是一个第二部分，并且电压相对于时间的积分小于3Amin，选择时间内选择电压的平均值为零。
10．如权利要求8和9中的一个权利要求所述的方法，其特征在于，在所述初始部分之后而在所述控制窗之前，选择电压包括一个停顿，并且所述停顿的持续时间可变，条件是，所述持续时间落在从两倍于控制时间窗的持续时间起和两次更新操作之间最小时间的一半的范围内。
11．如权利要求8、9和10中任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，在所述初始部分之后和控制窗之前，选择电压包括选择电压的中间部分，其中，电压相对于时间的积分的绝对值在0.8Amin到3Amin的范围内。
12．如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，选择电压还包括另一些部分、脉冲或停顿。
13．如前述权利要求中的任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，控制窗还包括与极端(extreme)控制效果相关的平衡选择电压和数据电压，二者均具有最大幅度，极性随时间而变，峰值幅度之间的比例在20∶1到1∶1的范围内。
14．如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，数据电压相对于时间的积分是一个时间函数，所述时间函数在控制窗中的平均值小于峰值的十分之一，而积分时间是从相应的控制时间窗开始到到其间的一般(generic)时刻。
15．如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，在每一选择时间内，电平的变化不存在于控制窗内，并基本上中心位于紧跟在数据电压的前面或后面的时刻附近，其平均值为零。
16．如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，在每一选择电压中，电压电平在数据电压的一部分具有零平均值期间大体上是恒定的。
17．如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，将呈台阶形的(scaled)电压变化用作数据电压，相应于与控制窗中的选择电压呈台阶形的(scaled)不同相关电平。
18．如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，除了所述顺序部分以外，在选择时间外以及在可能的停顿中，选择电压中出现高频电压。
19．如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，在选择时间和/或其中所包括的停顿外，数据电压和可能存在的选择电压之间的差异大体具有恒定的均方根值。
20．如前述各权利要求所述的方法，其特征在于单元的高频稳定性。
21．如权利要求1到20中的任何一个所述的控制方法，所述方法已大体得以描述和呈示。
22．一种按照权利要求1、2和3所述的含有铁电液晶矩阵屏以及产生并施加控制电压的电路的显示装置，其特征在于，采用集成电路来产生选择电压，所述选择电压是由电压提供的，其差异小于0.9(Vs+-Vs-)。
23．如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述铁电液晶是手征C近晶型。
24．如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述铁电液晶的自发极化强度在2到100nC/cm2的范围内。
全文摘要
当假设一个理想电压基准从而数据电压包络的中心值是恒定的时候,选择电压包括各个顺序部分,其持续时间比时间控制窗长,基本上为单一极性,平均电压在Vs
文档编号G09G3/36GK1236465SQ97199451
公开日1999年11月24日 申请日期1997年9月25日 优先权日1996年9月27日
发明者保罗·马尔泰赛 申请人:罗马大学