专利名称：双稳态的胆甾醇型反射显示器的灰度驱动方法
技术领域：
本发明一般涉及使用胆甾醇型反射双稳态液晶材料的液晶显示器的驱动方法。具体地说，本发明涉及提供灰度外观的胆甾醇型液晶显示器的驱动方法。本发明尤其涉及利用一个电压范围把液晶材料的一部分驱动成为一个特定组织(texture)，并维持所需的灰度外观的驱动方法。
胆甾醇材料的驱动方法在序列号为08/852,319的美国专利申请中讨论了，在此引为参考。如上述专利所述，双稳态胆甾醇型反射显示器的灰度外观借助于在选择相期间施加在一个电压范围内的电压而获得，所述的选择相是用于施加电压脉冲，以便获得所需的灰度外观的一系列相中的一个。在所披露的驱动方法中，只知道胆甾醇型材料可以从非反射的焦点二次曲线组织被驱动为反射平面组织。此外，当材料从非反射状态被驱动为反射状态时，没有考虑液晶材料的初始状态。换句话说，一个宽范围的电压被施加于材料上，而不管材料在开始时是处于焦点二次曲线组织还是处于扭转的平面组织。因而，要求一个宽的不确定的电压脉冲范围来驱动液晶材料，以便获得灰度外观。
如在序列号为08/852,319的美国专利申请中所讨论的，可以使用对选择相电压的时间调制控制液晶材料的灰度反射等级。然而，已经确定，这种施加电压的方法不适用于一些胆甾醇型液晶材料。
由上述可见，显然在该领域中需要一种驱动方法，其能够更精确地驱动胆甾醇型液晶材料成为合适的灰度外观。此外，在该领域中需要一种驱动方法，其能够利用廉价的驱动电路。在该领域中还需要提供一种适用于所有胆甾醇型材料的时间调制和幅值调制的电压施加序列。
由上述可见，本发明的第一个方面在于提供一种用于灰度式双稳态胆甾醇型反射显示器的驱动方法。
本发明的另一个方面在于提供一种具有相对的底板的胆甾醇型液晶显示单元，其中一个底板具有多个行电极，另一个底板具有多个列电极，并且其中在行电极和列电极之间交叉的部分形成图像元素或像素。
如上所述，本发明的另一个方面还在于提供一组驱动方案，它们是一个电压脉冲序列，被用于在非反射焦点二次曲线组织和反射平面组织之间驱动液晶材料，根据施加于行电极和列电极上的电压值，使得在两种组织之间具有不同的反射。
如上所述，本发明的另一个方面还在于，提供一种驱动方案，其中液晶材料在开始时被驱动成为反射平面组织，并且其中使用预定的电压范围驱动液晶材料从平面组织到焦点二次曲线组织，以便呈现灰度反射性能。
如上所述，本发明的另一个方面还在于，提供一种驱动方案，其中所有液晶材料在开始时被驱动成为非反射焦点二次曲线组织，并且使用一个预定的电压范围把液晶材料从焦点二次曲线组织驱动成为平面组织，从而呈现灰度反射性能。
如上所述，本发明的另一个方面还在于，提供一种驱动方案，其中所有的液晶材料在开始时被驱动成为反射平面组织，并且使用预定的电压范围把液晶材料从平面组织驱动成为焦点二次曲线组织，以便呈现所需的增加的灰度反射性能。
如上所述，本发明的另一个方面还在于，对施加的电压脉冲使用时间调制技术，以便把胆甾醇型液晶材料驱动成为所需的灰度反射。
如上所述，本发明的另一个方面还在于，使用幅值调制驱动技术，把胆甾醇型液晶材料驱动成为所需的灰度反射。
本发明的上述和其它的方面通过进行详细说明将更加清楚，这些方面是通过一种对双稳态液晶材料进行寻址的方法实现的，所述液晶材料被设置在相对的底板之间，且具有增强的反射性能，其中一个底板具有第一组电极，其被沿着面向另一底板的方向设置，所述另一底板具有第二组电极，其沿着垂直于第一方向的方向设置，第一组电极和第二组电极的交点形成一组像素，所述方法包括以下步骤激励第一组电极和第二组电极，使得驱动所有的液晶材料处于最大反射和最小反射之一，激励第一组电极中的至少一个电极，使其成为在第一和第二特征电压值之间的一个灰度电压值，同时激励第二组电极，使其处于第二电压值，其中第二电压值在灰度电压值和第一特征电压值之间的差和灰度电压值和第二特征电压值之间的差之间，并且其中第一和第二电压值之间的差产生像素电压值，其中如果像素电压值处于和最大反射相关的第一特征电压值与和最小反射相关的第二特征电压值之间，则在第一和第二组电极之间的液晶材料呈现在最小和最大反射之间的增强的反射。
为了充分理解本发明的目的、技术和结构，应当参看以下的详细说明和附图，其中
图1是使用行电极和列电极的液晶显示器的示意的透视图；图2是按照本发明的胆甾醇型材料对电压脉冲的响应和电压脉冲的驱动方法的示意图；图3A-C是用于驱动液晶材料的时间调制技术的示意图；图4A-4C是用于驱动液晶材料的幅值调制技术的示意图。
现在参看附图，特别是图1，可以看出，按照本发明的液晶显示器在总体上由标号10表示。显示器10包括相对的底板12a和12b，其由在外观上透光的玻璃或塑料材料制成。在本实施例中，双稳态胆甾醇液晶材料以本领域熟知的方式被设置在相对的底板12之间。胆甾醇材料呈现取决于对液晶材料施加的电压值的灰度性能。具体地说，相对底板之一12a包括一组面向相对底板12b的行电极14。类似地，另一相对底板12b提供一组面向相对底板12a的列电极16。通过使行电极14和列电极16按正交排列，在液晶显示器10的整个表面上，在行电极和列电极的交点形成一组像素18。每个像素18可以被单独地寻址，使得在液晶显示器10上产生某个类型的标记。由以下的说明可见，每个行电极14和列电极16被处理器控制的电子电路(未示出)寻址，使其处于把胆甾醇液晶材料驱动到所需灰度反射或外观的电压值范围。
现在参看图2，可以看出，按照本发明的一组驱动方式在整体上由标号20表示。图2是驱动方式20的示意的表示，其中特征电压值(V1-V6)被沿着x轴提供，反射值被沿着y轴提供。应该理解，这些特征电压值取决于胆甾醇材料和施加的电压脉冲的宽度。因而，根据施加在行电极14和列电极16上的电压，和每个像素18相关的胆甾醇液晶材料被相应地调整或驱动。
图2表示当施加一个电压脉冲序列时胆甾醇材料的响应。在施加电压脉冲之后的一个足够长的时间测量反射。电压值取决于具体的胆甾醇材料、显示元件的设计和施加电压脉冲的时间间隔。其中所示的所有电压值都是电压的有效值。
曲线26表示当胆甾醇材料最初处于反射平面组织，然后被驱动为焦点二次曲线组织，并且如果需要，又回到平面组织时的情况。曲线28表示当胆甾醇材料最初处于焦点二次曲线组织，而后被驱动为反射平面组织时的情况。通过利用曲线26和28在施加的不同的特征电压值之间的过渡特性，胆甾醇材料呈现灰度性能。
曲线26包括驱动方式30。为了实现驱动方式30，显示器10通过施加具有大于特征电压V6的数值的电压脉冲首先被刷新为平面组织。在施加脉冲之后，所有像素18被转换为平面组织。然后，显示器10被寻址，以便显示灰度图像。
方式30是在曲线26的特征电压V1和V2之间的区域。为了获得灰度外观，电压被施加于行电极和列电极上。行on电压(Vron)被施加于至少一个行电极上，其中Vron=V0+Vi。V0是用于方式30,32和34的偏置电压值，其可以是Ov或者是与用于有效地获得灰度图像的驱动电子电路兼容的任何电压值。Vi是“灰色”电压值，其是在特征电压V1和V2之间的某个值。在方式30中，小于或等于V1的任何电压值都被认为是“on”电压值。等于或大于V2的任何电压值被认为是“off”电压值。在施加Vron的同时，对列电极16施加Vcolumn。具体地说，利用Vron和Vcolumn之间的差获得像素电压值Vpixel。因而，列电压Vcolumn可以取Vcoff=V0+Vi-V2和Vcon=V0+Vi-V1之间的值。因此，如果列电压是Vcoff，则加于像素上的电压Vpixel等于[V0+Vi]-[V0+Vi-V2]=V2。这样，像素被寻址而成为具有最小反射的焦点二次曲线组织。如果列电压是Vcon，则Vpixel等于[V0+Vi]-[V0+Vi-V1]=V1。因而，像素被寻址而成为具有最大反射的平面组织。为了获得在反射的平面组织和非反射的焦点二次曲线组织之间的灰色像素反射值，在行电极14被寻址而等于Vron的同时，对列电极16施加在Vcoff和Vcon之间的列电压值。因而，像素18包括平面组织区域和焦点二次曲线组织区域，从而呈现灰度反射。
在行电极14为off或不被寻址的情况下，电极行电压是Vroff=Vcoff=V0。因而，胆甾醇材料的外观保持其原始组织，直到行电极被寻址为止。
在不被寻址的行上的像素18上的电压的幅值小于或等于电压值Vcross。在|Vi-V2|≤|Vi-V1|的情况下，则Vcross=|Vi-V1|。在|Vi-V2|大于|Vi-V1|的情况下，则Vcross=|Vi-V2|。应当理解，为了正确地驱动显示器10中的胆甾醇材料，Vcross的值必须小于或等于V1，以便避免交扰问题。
本领域的技术人员应当理解，对于被寻址的像素的标准选择是其中的Vi=0.5(V2+V1),Vcoff=V0+0.5(V2-V1)以及Vcon=V0-0.5(V2-V1)。同样，加于未被寻址的像素上的电压被减少到0.5(V2-V1)。通过在Vcoff和Vcon之间调节Vcolumn，可以使液晶显示器10获得灰度反射。
方式30的优点在于，可以使行电压维持在相当低的值，因而减少用于驱动液晶显示器10的电子电路和处理软件的成本。
曲线28包括驱动方式32。为了实现驱动方式32，显示器10的所有的像素18通过施加在V2和V3之间的电压值而被刷新为焦点二次曲线组织。方式32是在V4和V6之间的区域。在这种方式中，V1是在特征电压V4和V6之间的某个值。在方式32中，小于或等于V4的任何电压值被认为是“off”电压值。等于或大于V6的任何电压值被认为是“on”电压值。如同前一个方式，通过Vrow和Vcolumn的差值获得像素电压值Vpixel。因而，列电压Vcolumn取在Vcoff=V0+Vi-V4和Vcon=V0+Vi-V6之间的某一数值。因此，如果列电压是Vcoff，则加于像素上的电压Vpixel是V0+Vi]-[V0+Vi-V4]=V4。这样，像素被寻址为具有最小反射的焦点二次曲线组织。如果列电压是Vcon，则像素电压值是[V0+Vi]-[V0+Vi-V6]=V6，并且像素被寻址为具有最大反射的平面组织。为了获得在非反射焦点二次曲线组织和反射的平面组织之间的灰度反射值，在行电极14被寻址的同时，对列电压施加Vcoff和Vcon之间的列电压。因而，像素18包括焦点二次曲线组织区域和平面组织区域而呈现灰度反射。
如果行电极14不被寻址，则行电极电压是Vroff=Vcoff=V0。因而，和特定的行有关的胆甾醇材料的外观保持其原始组织，直到行电极被寻址为止。
加于不被寻址的行上的像素18的电压幅值小于或等于Vcross。在|Vi-V4|≤|Vi-V6|的情况下，则Vross=|Vi-V6|。在|Vi-V4|大于|Vi-V6|的情况下，则Vcross=|Vi-V4|。应当理解，为了正确地驱动显示器10中的胆甾醇材料，Vcross的值必须小于或等于V1，以便避免交扰问题。
本领域的技术人员应当理解，Vi的标准选择是等于0.5(V6+V4)，其中Vcon=V0-0.5(V6-V4)以及Vcoff=V0+0.5(V6-V4)。同样，加于未被寻址的像素上的电压被减少到0.5(V6-V4)。通过在Vcoff和Vcon之间调节Vcolumn的值，可以使液晶显示器10获得增加的灰度反射。方式32的优点是，通过使用较高的寻址电压，可以增加寻址速度。
曲线26还包括第二驱动方式34。为了实现驱动方式34，所有的像素18在施加大于V6的电压脉冲之后被刷新为平面组织。方式34是在曲线26的V3和V5之间的区域。在这种方式中，Vi是在特征电压值V3和V5之间的某个值。在方式34中，小于或等于V3的任何电压值被认为是“off”电压值。等于或大于V5的任何电压值被认为是“on”电压值。如同前一个方式，通过Vrow和Vcolumn的差值获得像素电压值Vpixel。因而，列电压Vcolumn取在Vcoff=V0+Vi-V3和Vcon=V0+Vi-V5之间的值。因此，如果列电压是Vcoff，则加于像素上的电压Vpixel是[V0+Vi]-[V0+Vi-V3]=V3。这样，像素被寻址为具有最小反射的焦点二次曲线组织。如果列电压是Vcon，则像素电压值是[V0+Vi]-[V0+Vi-V5]=V5，并且像素被寻址为具有最大反射的平面组织。为了获得在非反射焦点二次曲线组织和反射的平面组织之间的灰度反射值，在行电极14被寻址的同时，对列电压施加Vcoff和Vcon之间的列电压。因而，像素18包括焦点二次曲线组织区域和平面组织区域而呈现灰度反射。
如果行电极14不被寻址，则行电极电压是Vroff=V0。因而，胆甾醇材料的外观保持其原始组织，直到行电极被寻址为止。
加于不被寻址的行上的像素18的电压幅值小于或等于Vcross。在|Vi-V3|≤|Vi-V5|的情况下，则Vcross=|Vi-V5|。在|Vi-V3|大于|Vi-V5|的情况下，则Vcross=|Vi-V5|。应当理解，为了正确地驱动显示器10中的胆甾醇材料，Vcross的值必须小于或等于V3，以便避免交扰问题。
本领域的技术人员应当理解，Vi的标准选择是等于0.5(V5+V3)，其中Vcon=V0-0.5(V5-V3)以及Vcoff=V0+0.5(V5-V3)。同样，加于未被寻址的像素上的电压被减少到0.5(V5-V3)。通过调节Vcon=V0-0.5(V5-V3)和Vcoff=V0+0.5(V5-V3)的值，可以使液晶显示器10获得增加的灰度反射。
方式34的优点是，行电压可以被维持在相当低的值，因而可以减少用于驱动液晶显示器10的电子电路和处理软件的成本。
现在参看图3和图4，可以看到用于获得灰度反射的列电压可以利用时间调制或幅值调制驱动方式来实现。
如图3A-C所示，当行电极14被寻址时，on电压值Vi被施加在行电极14上。图3A所示的行电压脉冲具有代表预定时间间隔的宽度T。在这时间间隔T期间内，列电压Vcolumn包括两个脉冲。在第一个脉冲中，电压是Vcoff，时间间隔是Toff。在第二个脉冲期间，施加在列电极16上的电压是Vcon，时间间隔是Ton=T-Toff。如本领域技术人员应当理解的，时间间隔Toff被调整，以便获得像素18的所需的灰度反射值。在Toff=T的情况下，像素被寻址为off状态或被置于焦点二次曲线组织。当Toff=0时，像素18被寻址为on状态或反射平面组织。因而，为了获得所需的灰度反射值，Toff被选择等于0和T之间的某个时间间隔。这样，用于寻址一个像素的脉冲数可以是一个脉冲或几个脉冲。也可以理解，脉冲波形可以是方波或其它熟知的波形。
以方式30为例，在第一个时间间隔T期间，行电压等于V0+Vi。同时，列电压Vcoff等于V0+Vi-V2。因而加于像素上的电压值等于V2，因而像素被置于焦点二次曲线组织。在时间间隔Ton期间，列电极16被激励为Vcon，因而像素电压值等于Vron-Vcon。换句话说，Vpixel=V0+Vi-(V0+Vi-V1)=Vi。这当然把像素18置于反射平面组织。因而，通过调节Vcon加于列电极16上的时间间隔，可以控制像素18的灰度反射。图3A-3C所示的第二时间间隔说明当波形被反向并且Vrow=V0-Vi时。同样地，Vcolumn的值被反向，这使得可以相应地控制像素18的灰度外观。如图3B所示，当列电压值是2V0-Vi时，通过利用2V0-Vcoff，反向的列电压产生相应的Vpixel的结果。当列电极被激励时，反向的列电压等于2V0-Vcon的值。在任何情况下，在第二时间间隔T期间，第一脉冲等于-Vron+Vcoff第二脉冲等于-Vron+Vcon。
现在参看图4A-C，可以看出，灰度反射值也可以通过控制在第一时间间隔T期间的列电压的幅值进行调节。因而，如图4B所示，当Vc=Vcon时，像素18被寻址为on状态或反射平面组织。在Vc=Vcoff的情况下，像素18被寻址为off状态或非反射焦点二次曲线组织。因而，当所需一个灰度反射值时，使电压值Vc等于Vcoff和Vcon。之间的某个值。换句话说，在Vcoff＜Vcon的情况下，Vcoff＜Vc＜Vcon。此外，当Vcon＜Vcoff时，Vcon＜Vc＜Vcoff。在每种情况下，像素被寻址为具有平面组织区域和焦点二次曲线区域的状态，从而产生灰度反射。
如图4A和4B所示，在第二时间间隔T期间，行电压被改变为2V0-Vi，列电压被改变为2V0-Vc。得到的Vpixel值等于2V0-Vi-(2V0-Vc)，其等于Vc-Vi。如在时间调制技术中那样，Vron,Vcon,Vcoff可以是方形波形或其它类型的波形。
根据上述的驱动方式及其调制技术的讨论，可明显看出本发明的许多优点。首先，可以通过对胆甾醇材料仅仅施加一个或几个脉冲的一个电压相，便可以获得灰度反射，而以前的驱动方式要求施加多个相。此外，通过认识到胆甾醇材料的初始结构是对其进行驱动的一个重要因素，可以理解可以利用几种转换方式或区域。具体地说，当胆甾醇材料起初被刷新为平面组织时，可以利用液晶材料的从平面组织到焦点二次曲线组织之间以及从焦点二次曲线组织到平面组织之间的转变。同样，当胆甾醇材料起初被刷新为焦点二次曲线组织时，可以利用液晶材料的从平面组织到焦点二次曲线组织的转变，从而获得所需的灰度反射。借助于提供的时间调制和幅值调制技术，这些方式还可以简化使用的电子控制电路。
由上述看来，显然，此处说明的用于灰度双稳态胆甾醇型反射显示器的驱动方式实现了本发明的目的，并且大大改进了现有技术。
权利要求
1．一种对双稳态液晶材料进行寻址的方法，所述液晶材料被设置在相对的底板之间，且具有增强的反射性能，其中一个底板具有第一组电极，其被沿着面向另一底板的方向设置，所述另一底板具有第二组电极，其沿着垂直于第一方向的方向设置，第一组电极和第二组电极的交点形成一组像素，所述方法包括以下步骤激励第一组电极和第二组电极，以便驱动所有的液晶材料处于最大反射和最小反射状态之一；激励第一组电极中的至少一个电极到一个在第一和第二特征电压值之间的一个灰度电压值，同时激励第二组电极到第二电压值，其中所述第二电压值处在所述灰度电压值与所述第一特征电压值之间的差和所述灰度电压值与所述第二特征电压值之间的差之间，并且其中所述第一和所述第二电压值之间的差产生像素电压值，其中如果像素电压值处于和最大反射相关的所述第一特征电压值与和最小反射相关的所述第二特征电压值之间，则在第一和第二组电极之间的液晶材料呈现在最小和最大反射之间的增强的反射。
2．如权利要求1所述的寻址方法，还包括以下步骤对第一组电极和第二组电极施加偏置电压。
3．如权利要求2所述的寻址方法，其中所述激励第一和第二组电极的步骤包括以下步骤施加刷新电压，以便驱动液晶材料到平面组织，其中所述第一特征电压值的施加保持所述平面组织，并且其中所述第二特征电压值的施加驱动液晶材料成为焦点二次曲线组织。
4．如权利要求2所述的寻址方法，其中所述激励第一和第二组电极的步骤包括以下步骤施加刷新电压，以便驱动液晶材料成为焦点二次曲线组织，其中所述第一特征电压值的施加保持所述焦点二次曲线组织，并且其中所述第二特征电压值的施加驱动液晶材料成为平面组织。
5．如权利要求2所述的寻址方法，其中所述激励第一和第二组电极的步骤包括以下步骤施加刷新电压，以便驱动液晶材料成为平面组织，其中所述第二特征电压值的施加保持所述平面组织，并且其中所述第一特征电压值的施加驱动液晶材料成为焦点二次曲线组织。
6．如权利要求2所述的寻址方法，其中所述激励第一和第二组电极的步骤包括以下步骤对所述特征电压值进行时间调制，使得在预定时间间隔期间施加的特征电压值迫使液晶材料成为所需的增强反射值。
7．如权利要求2所述的寻址方法，其中所述激励第一和第二组电极的步骤包括以下步骤对所述特征电压值进行幅值调制，使得在第一和第二电压值之间的特征电压值的施加迫使液晶材料成为所需的增强反射值。
全文摘要
使用一系列的驱动方式提供至少一个第一脉冲的一个相，以便把具有双稳态的胆甾醇型液晶材料驱动成为灰度反射状态。每个驱动方式考虑胆甾醇型材料的初始结构和在材料的最小和最大反射之间可以施加的电压范围。通过时间调制或者幅值调制，使得利用单相成为可能。
文档编号G09G3/36GK1237754SQ9910639
公开日1999年12月8日 申请日期1999年5月12日 优先权日1998年5月12日
发明者杨登科, 黄晓阳, N·M·米勒 申请人:肯特州大学