专利名称：铁电液晶显示器件及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及铁电液晶显示器件；更具体而言，本发明涉及一种可通过防止液晶的阈值电压改变消除液晶显示屏的图像暂留现象的液晶显示器件，并涉及其驱动方法。
背景技术：
近年来，对利用铁电液晶的液晶显示器件的研发工作蓬勃开展，铁电液晶具有如下特性，如快速响应速度和存储效应，这种特性使其与普通的液晶不同。利用铁电液晶的液晶显示元件正在获得日益广泛的应用，如在显示设备中和液晶开关中。
图1是示出偏振片的配置的示意图，其中的铁电液晶用作液晶显示元件。液晶盒2置于偏振片la和1b之间，偏振片la和1b为正交尼科尔棱镜形式，其配置方式使处于第一稳态或第二稳态时的液晶分子的长轴方向或是基本上与偏振片1a的偏振轴a平行，或是基本上与偏振片1b的偏振轴b平行。
当将电压施加于如此配置的液晶盒上时，液晶盒的透光率将随外加电压改变，描绘出如图2曲线所示的回线。
铁电液晶的切换功能，即从一种稳态过渡到另一种稳态，只有在施加于铁电液晶分子的电压的波形的幅值与峰值的乘积大于阈值时才能出现。如图2所示，依外加电压的极性的不同，可选择第一稳态(不透光(黑色)显示状态)或第二稳态(透光(白色)显示状态)。
其中随外加电压的增加透光率开始改变时的电压值以V1表示，而透光率达到饱和时的电压值以V2表示；另一方面，当外加电压下降和所加电压极性相反时，透光率开始下降时的电压值以V3表示，并且将在该值和其后透光率不再进一步下降的电压值以V4表示。如图2所示，选择第二稳态是在外加电压值大于铁电液晶分子的阈值时。当施加幅值大于铁电液晶分子阈值的相反极性的电压时，就选择第一稳态。
当偏振片的配置如图1所示时，在第二稳态下可生成白色显示(透光状态)，而在第一稳态下生成黑色显示(不透光状态)。可改变偏振片的配置使黑色显示(不透光状态)在第二稳态下生成并且使白色显示(透光状态)在第一稳态下生成。然而，此处所提供的描述是假设在第二稳态下生成白色显示(透光状态)，而在第一稳态下生成黑色显示(不透光状态)。
技术上公知的分时驱动法是驱动铁电液晶显示器件的一种方法。在分时驱动法中是在基片上形成多个扫描电极和信号电极，而液晶显示器件是通过在相应的电极上施加电压驱动。图3示出在用于驱动铁电液晶的分时驱动法中使用的一种驱动方式。如图3所示，对像素的写入是通过在其相关扫描电极施加扫描电压(a)和在其相关信号电极施加信号电压(b)，从而在该像素上施加两者的合成电压(c)而完成。在图中，(d)表示液晶显示器件的透光率。通常，每个选择周期(Se)之前有一个复位周期(Rs)。NSe表示非选择周期。在图3的场合，在复位周期(Rs)像素被强迫复位为黑色显示状态(第一稳态)，与其显示数据无关。
如图3的左半边所示，当生成黑色显示时，在选择周期(Se)期间施加的合成电压(c)是不超过阈值的电压，从而就可保持在复位周期(Rs)达到的状态。另一方面，如图3的右半边所示，当生成白色显示时，在选择周期(Se)期间施加的合成电压(c)超过第二稳态的阈值电压。
在通常的技术中，公知在复位周期期间施加的电压方式是由单极性脉冲或双极性脉冲或双极性脉冲序列组成。
铁电液晶显示出自发极化性并因而具有可保持写入显示状态的记忆效应。然而，如果记忆效应过强，就会出现一种明显的称为图像暂留的现象，使先前写入的显示状态持续保持而干扰写入新的显示状态。
为了防止这种图像暂留现象，传统的作法是利用一种具有可防止离子杂质粘附在取向膜附近的特性的材料形成一个取向膜。另外，当长时间不利用此显示时，一般使整个显示屏处于微观白色区或黑色区的混合状态并使其保持于此种状态，从而消除整个液晶显示屏中由液晶盒内的自发极化而产生的内部电场。
一般认为这种图像暂留现象是在屏幕在同一显示状态保持很长期间之后出现。然而，本发明人发现，图像暂留的原因之一是为产生第一稳态到第二稳态的转变而要求的阈值电压的改变，并且图像暂留现象可在很短时间内出现。同时还发现，在现有技术中所应用的复位周期不足以防止图像暂留现象。
考虑到上述情况，本发明的目的在于，通过提供一种可以防止此种短期出现的阈值改变的驱动方法，解决图像暂留现象的问题。
发明概述为达到上述目的，本发明的铁电液晶显示元件包括夹在一对基片中间的铁电液晶，并且用来驱动液晶的驱动波形包含一个复位周期，复位周期具有一个切换周期和一个非切换周期，其后是选择周期，在切换周期期间施加一个超过切换铁电液晶所需要的阈值电压的电压并与要写入像素的显示数据无关，而在非切换周期期间使铁电液晶中的离子电场方向取向为可抵消液晶分子自发极化所产生的电场的方向。
例如，在非切换周期期间施加的电压不超过铁电液晶的阈值电压。最好是施加的电压为0伏，即不施加电压。
在切换周期期间施加的电压是一组双极性脉冲。
非切换周期的长度ΔT的设定应使得阈值电压的改变最小。
复位周期的设定应对所有像素的定时都相同。
或是在每次将显示数据写入像素时设定复位周期。
在这种场合，非切换周期的长度对所有的像素都相同。
在铁电液晶显示器件的显示动作结束时，在所有像素上施加一个与在复位周期期间施加的一样的切换脉冲，以使像素处于所得到结果状态。
发明的优点利用本发明的铁电液晶显示元件或其驱动方法可以抑制由于液晶板的显示状态而出现的阈值电压的改变。这可以用来防止由于阈值电压改变而引起的图像暂留现象。也可以减小在非选择周期期间出现的显示闪烁，允许相对温度变化的驱动裕量更大，并且可得到良好的显示。
附图简介图1是本发明中所使用的铁电液晶显示元件的结构的示意图。
图2是本发明中所使用的铁电液晶显示元件的透光率如何随外加电压改变的示意图。
图3是铁电液晶显示元件的常规驱动法的示意图。
图4是说明图像暂留现象如何在铁电液晶显示元件中出现的示意图。
图5是在采用通常的驱动法驱动铁电液晶显示元件时透光率和外加电压之间的关系的示意图。
图6是根据本发明的铁电液晶显示元件的驱动方式的示意图。
图7是在根据本发明的铁电液晶显示元件的驱动法中铁电液晶的阈值电压随非切换周期的长度ΔT的变化情况的示意图。
图8是说明引起铁电液晶显示元件的阈值电压的改变的机制的示意图。
图9是说明引起铁电液晶显示元件的阈值电压的改变的机制的示意图。
图10是示出在本发明中所使用的铁电液晶显示板的结构的示意图。
图11是根据本发明的实施例的铁电液晶显示元件的驱动方式的示意图。
图12是在根据本发明的驱动法驱动铁电液晶显示元件时透光率和外加电压之间的关系的示意图。
图13是根据本发明的另一实施例的铁电液晶显示元件的驱动方式的示意图。
发明详述图4是说明图像暂留现象如何在铁电液晶显示元件中出现的示意图。图4示出一个用来说明在铁电液晶夹在一对玻璃基片11a和11b中间时液晶分子显示的离子极性和自发极化方向的模型。
由于铁电液晶分子具有自发极化的特性，保留在铁电液晶中的离子杂质受到因自发极化在液晶盒内产生的内电场(EPs)的作用下被吸引到取向膜的表面，并且在抵消EPs的方向上出现一个离子电场(Eion)。这一现象引起从图4(a)状态到图4(b)状态的改变。如图4(c)所示，当施加一个外电压(Eout)时，在液晶分子中出现切换。当外电压去除时，液晶分子应该保持图4(c)所示的取向。然而实际上，液晶分子的取向由于离子电场(Eout)的作用而反转，如图4(d)所示。可以认为这是造成图像暂留现象的原因。
如前所述，一般认为图像暂留现象是因为同一显示状态保持很长时期而出现的。本发明人却发现，图像暂留现象可因为前述原因在很短时间内出现。
在很短时间内出现的图像暂留现象将参考图5予以说明。铁电液晶显示元件利用，比如，图3中描述的常规驱动法驱动。在选择周期期间施加的选择脉冲的电压值从0伏增加起。当外加电压超过图2所示的V1时，铁电液晶从第一稳态切换到第二稳态；结果透光率改变并且生成白色显示。透光率和外加电压之间的这一关系在图5中以实线(1)表示。之后，当在图3中示出的复位周期(Rs)中将双极性脉冲施加于同一像素时，透光率下降。于是，在选择周期期间施加的选择脉冲的电压值从图5中的Vb开始再一次增加。在此场合的透光率和外加电压之间的关系如图5中的短划线(2)所示。这意味着出现第一稳态到第二稳态的过渡时的阈值电压发生了改变。可以推断，这种改变系由于在复位周期前写入像素的状态(在此场合是白色显示状态)不能完全恢复到初始状态，即使在复位周期已经进行复位。
阈值电压的这一微小改变明显地改变铁电液晶的特性。即在状态对外加电压发生响应从第一稳态改变到第二稳态时，铁电液晶的透光率的变化斜率是图5中的实线(1)所示的初始状态中的(V2-V1)，但因为斜率的改变如短划线(2)所示，所以表观斜率如点划线(3)所示。因此，铁电液晶的透光率的改变的表观斜率就可以用(V2-Vb)表示。斜率的这种退化将增加信号电压的绝对值。结果，在选择周期之后的非选择周期期间在显示板上会出现闪烁，引起驱动电路负载增加等问题。
本发明的目标即是防止短时间出现的阈值电压的改变并解决图像闪烁现象问题。
为防止阈值电压的改变并解决图像闪烁现象问题，本发明人研究了在复位周期期间施加的电压波形。如图6所示，复位周期(Rs)分为两个周期，切换周期(Sw)和非切换周期(NSw)；在这种条件下，比如，在切换周期期间施加一个双极性脉冲，而在非切换周期期间施加0V电压，即无电压。于是，在具有不同的NSw的长度ΔT的选择周期(Se)期间一边改变选择脉冲的电压值一边测定透光率。结果表明，阈值的改变量随长度ΔT的变化情况如图7中的曲线所示。
图7中的曲线表明V1-Vb是ΔT的函数，即ΔT和阈值电压的改变量之间的关系。如图7所示，在ΔT增加时阈值电压的改变量减小。ΔT越长，阈值电压的改变量越接近0。
沿图7的纵座标和横坐标所取的值依所使用的铁电液晶材料而改变。
复位周期的主要意图是防止液晶分子的取向状态和电特性在选择周期开始之前在各像素之间出现差异。不过可以看出，如不设置ΔT或长度过于小，则复位周期的效果减小。
迄今为止对可说明为何设置非切换周期(NSw)ΔT可减小阈值电压的改变的详细机制了解得并不清楚。然而，将试图利用图8和图9所示的模型来推断该机制。图8(a)示出铁电液晶分子的自发极化以及在复位周期之前当一个像素受到驱动变成白色显示时离子杂质在该像素内的状态。另一方面，图9(a)示出在复位周期之前当一个像素受到驱动变成黑色显示时的状态。在施加复位脉冲之前，像素中的铁电液晶分子根据施加复位脉冲之前的显示状态定向在一个方向上，并且，由于液晶分子的自发极化所形成的内电场(EPs)的作用离子杂质在靠近取向膜处聚积。
之后，当施加复位脉冲(外电场Eout)时，在铁电液晶分子中发生切换，并且它们是切换到在图8(b)或9(b)中所示的状态。此时，如图8(b)或9(b)所示，液晶分子的自发极化方向相同，但聚积于靠近取向膜的离子杂质留在原地，不能自由移动。此时，图8(b)中的离子杂质的正离子和负离子的位置与图9(b)中的是不同的，即离子电场(Eion)的方向是不同的。在这种状态，当选择脉冲在选择周期中施加于像素以使像素进入所要求的显示状态时，如离子电场(Eion)的方向与外电场Eout的方向相同，则从内部施加于液晶盒上的有效电场可表示为Er=Eion+Eout。另一方面，如子电场(Eion)的方向与外电场的方向相同，则Er=Eion-Eout。这样一来，由离子杂质产生的离子电场(Eion)的方向在受到驱动处于黑色显示状态的像素和受到驱动处于白色显示状态的像素之间是不同的，因此，有效电场值Er是不同的，即使施加的是同一外电场(Eout)；大概是这一点会引起阈值电压的改变。
考虑到这一点，如图6所示，在复位周期(Rs)中在切换周期(Sw)期间将双极性脉冲作为外电场施加之后，在非切换周期(NSw)中对处于如图8(b)和9(b)所示的状态下的像素在一ΔT时间段内施加0V电压。在此场合，在图9(b)所示的状态几乎不发生变化。然而，在图8(b)所示的状态中对于受到驱动成为白色显示状态的像素，离子杂质的正离子和负离子离开相应的取向膜，如图8(c)的状态中所示。当ΔT较长时，正离子和负离子移动进入图8(d)所示的状态以消除内电场(EPs)的方向。结果，图8(d)中的Eion的方向与在图9(b)的状态中示出的相同，并且就可以减小阈值电压的改变。
在上述示例中，由于铁电液晶是在复位周期中切换成黑色显示状态(第一稳态)，在复位周期之前在像素受到驱动成为白色显示状态的场合非切换周期(NSw)的效果很明显，如图8中所示出的。然而，在铁电液晶在复位周期切换成为，比如，白色显示状态(第二稳态)的场合，可以认为在复位周期之前在像素受到驱动成为黑色显示状态的场合非切换周期(NSw)的效果将很明显，如图9中所示出的。
在非切换周期中施加一ΔT时间段的电压被描述为0V，即不加电压。然而，这一电压只需要设定为可使铁电液晶中形成的离子电场的方向可消除由液晶分子的自发极化所形成的电场的方向。例如，只要设定电压为不会引起铁电液晶切换为另一状态，即不超过铁电液晶的阈值电压，就可以获得类似的效果。然而，将此电压设定为0V，即不加电压，将是有效的。还已经发现，当不使用此显示时(即令显示处于非工作状态时)，如果液晶板的像全部都保持于同一显示状态中，并且，如果这一显示状态与通过紧跟在选择周期之后的复位周期中施加切换脉冲所获得的显示状态相同，则在下一次铁电液晶得到驱动时，阈值电压的改变可减小，即使ΔT设定得较短。更具体说，如在复位周期期间施加的切换脉冲是在液晶显示动作的结束端施加于所有的像素，就可以抑制阈值电压的变化。
下面参考附图对本发明的实施例予以详细描述。
图10是示出用于构造根据本发明的液晶显示设备的铁电液晶显示板的结构示意图。
在本发明中使用的铁电液晶具有两个稳态。如图2所示，并且切换为第一或第二稳态取决于外加电压的极性。
在本发明中所使用的液晶显示板，如图10所示，其构成包括中间夹有厚度为约1.7μm的铁电液晶层10的一对玻璃基片11a和11b。在玻璃基片的相对表面形成扫描电极13a和信号电极13b，其上淀积无机取向膜14a和4b。另外，第一偏振片15a淀积在一个玻璃基片的外表面上，并且要使偏振片的偏振轴在液晶分子处于第一稳态或第二稳态时平行于液晶分子的长轴，而在另一个玻璃基片的外表面上配置第二偏振片15b，期偏振轴的取向为与第一偏振片15a的偏振轴相差90°。
实施例1图11是示出根据本发明第一实施例的合成驱动电压方式的示意图。这种方式对应于图3(c)所示的合成电压驱动方式。
N=1表示施加于第一行的扫描电极上的像素的合成电压方式，N=2表示施加于第二行的扫描电极上的像素的合成电压方式，而N=240表示施加于第240行的扫描电极上的像素的合成电压方式。在本发明中，都是同时将所有的像素在写入必需的显示数据的选择周期(Se)紧前方的复位周期(Rs)中置于黑色显示状态，其后通过顺序地对每一个扫描电极施加选择脉冲而完成写入。如图6所示，复位周期(Rs)分为两个周期，切换周期(Sw)和非切换周期(NSw)；在切换周期中施加一个脉冲宽度为100μm的±40V的双极性脉冲，而在非切换周期施加的是0V电压。这个周期之后是选择周期(Se)，在选择周期(Se)中在黑色显示场合施加的是+15V的选择脉冲，而在白色显示场合施加的是±25V的选择脉冲。
在此场合，由于复位脉冲是同时施加于所有的像素，如图11所示，施加选择脉冲的定时从一个扫描电极到下一个扫描电极有移位。结果，非切换周期(NSw)逐渐变长。
虽然图中未示出，但采取了措施使得在切断设备的电源开关时双极性脉冲是同时施加于所有的扫描电极以便将所有的像素置于同一显示状态(黑色显示状态)。
对于上面所描述的液晶显示元件，曾经使用与取得图5中的曲线相同的方法测定阈值电压的改变。其结果示于图12。第一，合成电压的选择脉冲是此0V开始以0.5V的增量增加。结果，当超过图2所示的电压值V1时，铁电液晶从第一稳态切换到第二稳态，引起透光率改变而产生白色显示。此时透光率和外加电压之间的关系在图12中以实线(1)表示。之后，将根据本发明的具有非切换周期的复位脉冲施加于同一像素，之后施加选择脉冲；此时，电压值从小于V1的值开始以0.5V的增量增加。在此场合的透光率和外加电压之间的关系如图12中的短划线(2)所示。如图12中的短划线(2)所示，结果与实线(1)基本上重合。因此，即使在生成白色显示之后，铁电液晶的透光率变化的斜率，如图5所示，也不改变，因而阈值电压基本上保持为不受影响。
实施例2图13是示出根据本发明的第二实施例的合成驱动电压方式的示意图。在此实施例中，在每一次将显示数据写入到像素时都提供复位周期(Rs)。对于每一根扫描线，复位周期的设定都是使切换周期(Sw)和非切换周期(NSw)的长度对于所有的像素各个都相同。每个像素的复位周期(Rs)长度设定为8.2ms，而切换周期(Sw)和非切换周期(NSw)的长度设定为大约8ms。在切换周期(Sw)期间施加的双极性脉冲和在选择周期(Se)期间施加的选择脉冲于第一实施例相同。结果，阈值电压的改变量对所有的扫描线都相同，可取得更佳的显示质量。
在本实施例中，在复位周期中生成的是黑色显示，当然在在复位周期中生成的是白色显示也可获得同样的结果。另外，在本实施例中，像素是利用扫描电极和信号电极驱动，不过在每个像素都具有驱动电极的有源矩阵显示的场合也可取得同样的结果。
权利要求
1．一种铁电液晶显示元件，包括夹在一对基片中间的铁电液晶，其中用来驱动所述元件的驱动方式在选择周期之前包含一个复位周期，复位周期具有一个切换周期和一个非切换周期，在该切换周期期间与要写入像素的显示数据无关地施加一个超过切换所述铁电液晶所需要的阈值电压的电压，而在该非切换周期期间使所述铁电液晶中的离子电场取向为可抵消液晶分子自发极化所产生的电场。
2．如权利要求1的铁电液晶显示元件，其中在所述非切换周期期间施加的电压不超过所述铁电液晶的阈值电压。
3．如权利要求1的铁电液晶显示元件，其中在所述非切换周期期间施加的电压为0伏，即不施加电压。
4．如权利要求1至3任何一项中的铁电液晶显示元件，其中在所述切换周期期间施加的电压是一组双极性脉冲。
5．如权利要求1至3任何一项中的铁电液晶显示元件，其中所述非切换周期具有长度ΔT，其设定为使得所述阈值电压的改变减小到接近零。
6．如权利要求1至3任何一项中的铁电液晶显示元件，其中所述复位周期设定为对所有像素的定时都相同。
7．如权利要求1至3任何一项中的铁电液晶显示元件，其中所述复位周期是在每次将显示数据写入像素时设定。
8．如权利要求7的铁电液晶显示元件，其中所述非切换周期的长度对所有的像素都相同。
9．如权利要求1至3任何一项中的铁电液晶显示元件，其中在所述铁电液晶显示元件的显示动作结束时，在所有像素上施加一个与在所述复位周期期间施加的一样的切换脉冲，以使所述所有像素处于所得到的结果状态。
10．一种驱动铁电液晶显示元件的方法，该元件包括夹在一对基片中间的铁电液晶，其中在施加选择脉冲之前具有一个复位周期，该复位周期具有一个切换周期和一个非切换周期，在该切换周期期间与要写入像素的显示数据无关地施加一个超过切换所述铁电液晶所需要的阈值电压的电压，而在该非切换周期期间使所述铁电液晶中的离子电场取向为可抵消液晶分子自发极化所产生的电场。
11．如权利要求10的驱动铁电液晶显示元件的方法，其中在所述非切换周期期间施加的电压不超过所述铁电液晶的阈值电压。
12．如权利要求10的驱动铁电液晶显示元件的方法，其中在所述非切换周期期间施加的电压为0伏，即不施加电压。
13．如权利要求10至12任何一项中的驱动铁电液晶显示元件的方法，其中在所述切换周期期间施加的电压是一组双极性脉冲。
14．如权利要求10至12任何一项中的驱动铁电液晶显示元件的方法，其中所述非切换周期具有长度ΔT，其设定为使得所述阈值电压的改变减小到接近零。
15．如权利要求10至12任何一项中的驱动铁电液晶显示元件的方法，其中所述复位周期设定为对所有像素的定时都相同。
16．如权利要求10至12任何一项中的驱动铁电液晶显示元件的方法，其中所述复位周期是在每次将显示数据写入像素时设定。
17．如权利要求16的驱动铁电液晶显示元件的方法，其中所述非切换周期的长度对所有的像素都相同。
18．如权利要求10至12任何一项中的驱动铁电液晶显示元件的方法，其中在所述铁电液晶显示器件的显示动作结束时，在所有像素上施加一个与在所述复位周期期间施加的一样的切换脉冲。
全文摘要
一种铁电液晶显示元件,在其一对基片中间夹有铁电液晶。用来驱动该液晶的驱动方式包含一个复位周期,该复位周期具有一个切换周期和一个非切换周期,其后是选择周期。在切换周期期间与要写入像素的显示数据无关地施加一个超过切换铁电液晶所需要的阈值电压的电压,而在非切换周期期间使铁电液晶中的离子电场取向为可抵消液晶分子自发极化所产生的电场。在非切换周期期间施加的电压不超过铁电液晶的阈值电压,最好是施加的电压为0伏,即不施加电压。
文档编号G09G3/36GK1287626SQ99801902
公开日2001年3月14日 申请日期1999年10月22日 优先权日1998年10月22日
发明者近藤真哉 申请人:西铁城时计株式会社