专利名称：铁电液晶显示器的多工编址的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁电液晶显示器的多工编址(multiplex addressing)。这类显示器采用倾斜手征碟状结构(chiral smectic)的C、I或F型液晶材料。
液晶器件通常是在两个玻璃载片之间装设一薄层的液晶材料。两载片的内表面上形成有透光电极。这些电极上加上电压时，所产生的电场改变了液晶分子的分子排列。分子排列的变化是很容易观察到的，这成了多种液晶显示器件的工作原理。
在铁电液晶器件中，各液晶分子按所加电压的极性在两个不同排列方向之间转换其排列方式。这些器件具有一定的双稳定程度，且具有保持两种转换状态中一种转换状态的倾向，直到转换到另一个转换状态为止。这种性能使我们可以对相当大的显示器进行多工编址。
一个普通的多工显示器通常具有许多排列成X，Y矩阵格式的显示单元，即象元，供显示例如字母数字字符之用。矩阵格式是通过使一个载片上的各电极形成一系列列电极，使另一载片上的各电极形成一系列行电极形成的。各列和各行之间的交点就形成可编址的单元或象元。还有其它大家都知道的矩阵形式，例如极坐标(r-θ)和七线条数字显示器等。
多工编址有许多不同的方案。这些方案有一个共同的特点，就是往各列和各行电极依次加上电压，叫选通电压(strobe voltage)。往各列电极加选通电压的同时，给所有的列电极加适当的电压，叫数据电压(data voltage)。不同方案的差别在于选通电压和数据电压波形的形状。
欧洲专利申请0，306，203介绍了铁电液晶显示器用的一种多工编址方案。在该专利申请中，选通电压是极性交变的单极脉冲，两个数据电压的波形则是符号相反的矩形波。选通脉冲的宽度为数据波形周期的一半。将选通电压和一个适当的数据电压组合起来就可以转换液晶材料的分子排列方式。
其它的编址方案在下列文献中有介绍GB2，146，473-A;GB-2，173，336A;GB-2，173，337-A;GB-2，173，629-A;WO89/05025;Harada等人在1985年S.I.D Digest Paper8.4第131-134页写的文章;和Lagerwall等人在1985年IEEE，IDRC第213-221页上发表的文章;P，Maltese等人在Proc1988IEEE，IDRC第98-101页上写的题为“铁电液晶显示板的快速编址”的文章。
用两个符号相反的选通脉冲连同一个数据波形一起可以使液晶材料在其两个状态之间转换。不然也可以用消隐脉冲使液晶材料转换到一种状态，和用单独一个选通脉冲与一个适当的数据脉冲配合而有选择地使各象元转回到另一种状态。为保持总的直流值为零，要定期交替改变消隐脉冲和选通脉冲的符号。
通常，这些消隐脉冲的幅值比选通脉冲大，施加的时间也比选通脉冲长，这样才能使液晶材料无论两个数据波形中的哪一个加到任何一个交点上都能转换其状态。消隐脉冲可以在选通脉冲之前逐行施加，或者一次就对整个显示器进行消隐，或者同时对一组行进行消隐。
有一种已知的消隐方案是采用电压(V)与时间(t)的乘积VT和选通脉冲的VT乘积相等但极性相反的消隐脉冲。消隐脉冲的幅值为选通脉冲的一半，施加时间为选通脉冲的两倍。这些值确保消隐和选通脉冲无须定期改变其极性就可以使总的直流分量这零。实验表明，这种方案性能差。
消隐脉冲的另一种已知方案在欧洲专利EP0，378，293中有介绍。这种方案采用了常用的平衡选通脉冲(其周期相同极性相反)，连同类似的直流平衡消隐脉冲(其周期相同极性相反)，其中消隐脉冲的宽度可以是选通脉冲宽度的若干倍。这种方案无须定期改变消隐和选通波形就可以使总直流分量为零。
直流平衡这个特点在投影显示器中特别重要，因为如果想使各象元之间的间隙转换到一种光学状态，就不容许定期改变极性。
现行显示器的一个问题在于对复合显示器(complex display)编址所需要的时间。为了以图象帧频速率驱动复合显示器，须要快速对显示器编址。快速编址还可以改善反差比，从而使列波形处于相应的高频状态。但只提高编比速度并不一定总能使转换过程正确进行。本发明的目的就是要缩短对矩阵显示器编址所需要的时间，提高显示对比度。
本发明对第一组电极和第二组电极的各交点所形成的铁电液晶矩阵显示器进行多工编址的一种方法包括下列步骤分别对第一组电极中的各电极进行编址，这种编址可以通过施加正值和负值的脉冲选通波形或通过先施加一消隐脉冲再施加极性定期改变的选通脉冲进行，以保持总的直流分量值等于零;
将两个数据波形中的一个与选通脉冲同步地加到第二组电极中的每个电极上，两数据波形交替取正值和负值，一数据波形与另一数据波形的相位相反，数据波形的周期(2ts)为单个选通脉冲周期(ts)的两倍;
其特征在于及时延长各选通脉冲的结束时间，从而用符号和大小适当的脉冲对各交点编址，使该交点每一完整的显示编址周期一次进入所要求的显示状态，且使总的直流分量值为零。
选通脉冲可以在第一周期ts先为零，接着在大于ts的时间例如(1.5，2.0，2.5，3.0或以上)xts时令选通脉冲为非零的电压(主)脉冲。选通波形的电压在第一ts周期也可以不为零，极性与其余的选通脉冲相同或不同;此第一电压脉冲的幅值是可调的，以提供温度补偿。选通波形的电压接着可以在极性与主电压脉冲相反的一段时间不等于零，这一段时间可以是例如大于、等于或小于ts。
通过使选通脉冲与适当的数据波形一致，可以使液晶材料在其两个状态之间转换。不然也可以用一消隐脉冲使液晶材料转换成其中一个状态，再通过使选通脉冲与一适当的数据波形一致使所选取的象元转回另一状态。
消隐脉冲可以分两部分，第一部分的极性与第二部分相反。消隐脉冲的两部分安排得使其电压时间乘积VT与单选通的VT乘积合在一起能使直流分量值等于零。
延长选通脉冲的持续时间意味着对第一组电极中的各电极顺次进行重复编址。这种重复有效地增宽了转换脉冲的宽度，同时不影响其它波形，从而缩短了对整个显示器进行编址的总时间，并且使处于两种不同转换状态中的各象元保持良好的反差比。
各选通脉冲可以紧跟在一个与相连的选通脉冲有相同或相反符号的较小的预馈脉冲(prepulse)后面。该预馈脉冲可用以改变液晶材料的转换特性，可用作部分温度补偿。在这种情况下，要检测液晶材料的温度，并适当调节预馈脉冲的幅值。
各选通脉冲之后可以紧接着符号相反的脉冲。
本发明的多工编址液晶显示器包括一液晶元件，由一层装在两元件壁之间的液晶材料制成，液晶材料是倾斜手征碟状结构的材料，具有负介电各向异性，装电极的元件壁的一个壁上形成有第一系列的电极，另一元件壁上形成有第二系列的电极，各电极配置成使其集体形成由可编址的交叉点组成的矩阵，至少其中一个元件壁是经过表面处理以使表面沿一个方向与液晶分子对齐的;
第一组电极激励电路，用以依次将选通波形加到第一组电极中的各电极上;
第二组电极激励电路，用以将数据波形加到第二组电极上;
波形发生器，用以产生加到激励电路上的选通波形和两个数据波形;
控制装置，同以控制数据波形的次序，从而得出所要求的显示图形;
其特征在于，有一数据波形发生器和一选通脉冲发生器，前者用以产生两组具有相等幅值和频率但符号相反的波形，每个数据波形都包括符号交变的直流脉冲;后者用以产生持续时间长于半个数据波形周期的选通脉冲，每个选通脉冲都一直持续到下一个电极的编址周期。
该显示器还可包括一温度传感器，用以检测显示器的温度;以及一电压调节器，用以调节编址电压的大小。
对液晶转换特性进行简单的分析(“液晶”，1989年，第6卷，第3期，第341-347页)可得出以下电场的表达式，在该电场下，液晶材料的响应时间-电压转换特性的响应时间最短
其中Emin为液晶材料的响应时间-电压转换特性的响应时间最短时的电场，∈0为自由空间的介电常数，△∈为液晶材料的(负)介电各向异性，θ为液晶材料的锥度角，Ps为自发极化强度。
此简单分析仅适用于某些液晶材料，它们的Ps和△∈值可加以调节，以达到所要求的工作电压。最近的研究工作(参看EP Raynes在《电子工业的精炼化学品Ⅱ，九十年代在化学上的应用》第130-146页所写的题为“九十年代的显示器物理”的文章;Jones，Raynes和Towler在1991年6月24-28日在美国Bonlder Colerado大学举行的第三次铁电液晶国际讨论会上发表的题为“铁电液晶器件介电双轴性的重要性”的论文)表明，要使在响应时间-电压特性中出现一最小值，介电双轴性是很重要的因素。下面所述的
图16-20的数据是从实验中获得的。
现在参看附图仅以举例的方式说明本发明的内容。附图中图1是时间多工编址的X，Y矩阵的示意图;
图2是图1显示器一部分的放大剖面图;
图3是时间对电压的关系的双对数曲线图，示出了对于两个形状不同的编址波形的碟状结构材料的转换特性;
图4-8示出了可使用的各种选通和数据波形图;
图9示出了选通波形是在图4基础上加以修改的波形图;
图10示出了消隐、选通和数据的波形图;
图11示出了现有技术显示器中使用的选通、数据和编址波形;
图12a、b示出了对图13所示4X4象元显示器的波形图;
图13是4×4象元阵列，可以看到某些交叉点转入“导通”状态，其余的交叉点则处于“截止”状态;
图14、15示出了两种不同材料的反差比与所加电压脉冲宽度的关系曲线图;
图16-20是时间与所加电压的关系的双对数曲线图，示出了一种材料在施加不同波形情况下的转换特性;
图21、22示出了各种不同的消隐、选通和数据波形;
图23、24示出了现有技术显示器的行波形和列波形;
图25、26示出了修改图6所用的行波形和列波形。
图1、2中所示的显示器1包括两个玻璃壁2、3，彼此用间隔环4和/或分布的间隔件间隔大约1-6微米的距离。
两壁内面形成有透明的氧化锡制成的电极构件5，6。可以看到这些电极成行成列排列形成X、Y矩阵，但也可以取其它形式。举例说明，用于r、θ显示器的取径向和弯曲形状，而数字式的七线条显示器取分段形式。
壁2，3与间隔环4之间装有一层液晶材料7。
元件1的前后设有极化器8、9。行和列的激励器10和11将电压信号加到元件上。产生的两组波形加到行、列激励器10、11上。选通波形发生器12提供行波形，数据波形发生器13则将“导通”和“截止”波形加到列激励器11上。定时和显示格式的整个控制由控制逻辑单元14进行。液晶层7的温度由热电偶15测定，热电偶15的输出馈送到选通脉冲发生器12上。热电偶15的输出可直接或经比例元件16(例如经编程的ROM芯片)馈送到发生器上，以改变选通脉冲或数据波形的一部分。
在进行装配之前，按周知的方式对元件壁进行表面处理，例如敷上一薄层聚酰亚胺或聚酰胺，进行干燥，必要时固化并用布(例如人造丝织物)在单个方向R1、R2上摩擦。不然也可以一定斜角蒸发上一薄层例如一氧化硅。这些处理使液晶分子表面排列好。排列/摩擦方向R1、R2可以彼此平行或不平行。加上适当的单向电压时，分子按照电压的极性沿D1和D2中的一个方向排列。D1与D2之间的角度以大约45度角为宜。没有加电场时，各分子取R1、R2与D1、D2方向之间的中间方向排列。
该器件可以透射或反射方式工作。在前一种方式下，例如从钨丝灯泡通过该器件的光选择性地透射或受阻挡，从而形成所要求的显示图形。在反射工作方式下，第二个极化器9后面安置着一面镜子，将周围的光反射回而穿过元件1和两个极化器。通过使镜面部分反光可以使显示器既能以透射方式工作也能以反射方式工作。
液晶材料7可加入多色染料。在此情况下，只需要一个极化器，涂层的厚度可取4-10微米。
适用的液晶材料有Merck公司产品样本中编号为SCE8的产品(可从英国Merck Ltd Poole公司购得)，该产品的Ps在30℃时约为5毫微库/平方厘米(nc/cm2)，介电各向异性约为-2.0，相序为Sc59℃Sa79℃N98℃。
混合物A，基质(host)中含5%的消旋掺杂剂(racemic dopant)和3%的手征掺杂剂(chiral dopant);
混合物B，基质中含9.5%的消旋掺杂剂和3.5%的手征掺杂剂。
＊号表示手征性，无＊号者表示材料为消旋型的。
混合物A、B在30℃时的Ps均约为7毫微库/平方厘米，介电各向异性约为-2.3。
混合物A的相序为Sc100℃Sa111℃N136℃。
混合物B的相序为Sc87℃Sa118℃N132℃。
行和列电极交叉点处的液晶材料通过加编址电压进行转换。该编址电压是通过将选通波形Vs加到行电极上同时将数据波形Vd加到列电极上组合获得的。
即，Vr＝Vs-Vd其中Vr＝编址波形的瞬时值;
Vs＝选通波形的瞬时值;
Vd＝数据波形的瞬时值。
手征倾斜碟状结构材料依据电压与时间的乘积而转换。图3示出了这种特性。曲线上方的电压时间乘积会使液晶材料转换，曲线下方则为非转换区。应该指出，转换特性与电压的符号无关，即液晶材料在给定幅值的正电压或负电压下都可转换。液晶材料转换的方向取决于电压的极性。
图3中示出了两条曲线，因为转换特性取决于编址电压脉冲组合的形式。上面的曲线是在符号相反的小预馈脉冲之后紧接着有编址电压时获得的，例如小负脉冲之后接着来一个较大的正脉冲。加上小正脉冲之后接着来一个大的负脉冲时液晶材料的表现相同。上面这一条曲线通常表示在某一电压下的转变或响应时间最短。这与(1)式所提供的不一样，因为转换特性已因预馈脉冲而改变。小预馈脉冲可以叫做导前脉冲(LP)，较大的编址脉冲则可叫做曳尾脉冲(Tp)。上面的曲线是Lp/Tp比值为负值时的曲线。
下面的曲线是在编址电压之前先来一个同符号的小预馈脉冲时获得的，即在小正脉冲之后紧接着有一个较大的正脉冲。在小负脉冲之后接着来一个大的负脉冲时也得出同样的曲线。下面的曲线的Lp/Tp比值为正。下面的曲线其形状与上面的曲线不同。某些液晶材料的电压时间曲线可能没有最小值。
两个曲线的形状不同，因而显示器就可以在范围相当宽的时值下毫不含糊地工作。这是通过令显示器在两曲线之间的区域内工作(例如图中阴影线所示的区域)而达到的。待转换的各交叉点用形状与下面的曲线相适应且电压和脉冲宽度处在该曲线上方的编址电压进行编址。无需转换的那些交叉点接收其形状与上面的曲线相适应且电压和脉冲宽度处在该曲线下方的编址电压，或只接收数据波形电压。这将在下面更详细地介绍。
图4示出了本发明一个实施例的选通、数据和编址波形。选通波形在历时ts的时间内开始为零，接着在历时两倍ts的时间内为+3。各行顺次(即一时帧周期)都是这样。选通波形的下一部分在历时一个ts的时间内为零，接着在历时两倍ts的时间内为+3。这也同样适用于一时帧周期内的顺次的各行。显示器全部编址需要两个时帧周期的时间。+3，-3值只是为举例说明而给出的电压单元，以后涉及到具体材料时才给出实际值。
数据波形可任意取名为“导通”数据和“截止”数据，或D1和D2。“导通”数据在历时头一个ts时间内其值先为+1，接着在下一个ts时间内其值为-1，如此反复进行;即“导通”数据是幅值为1、同期为2ts的交变信号。“截止”数据与此类似，只是开始时其值是为-1，接着为+1;即和“导通”数据相反。数据波形的第一部分(例如对“导通”数据来说，其值为+1，历时时间为ts)与选通波形的第一部分(即其值为零，历时时间为ts)重合。
编址波形是选通和数据波形的和。正选通脉冲与“导通”数据的组合有-1，4，2，1，-1，1等。在数值4之前先来一个-1确保液晶材料的转换特性由图3的上面一条曲线控制。负选通脉冲与“导通”数据的组合有-1，-2，-4，1，-1，1等。符号与大(-4)脉冲相同的较小脉冲组合起来确保液晶材料的转换特性由图3的下面一条曲线控制。同样，正选通脉冲与“截止”数据组合得出1，2，4，-1，1等;负选通脉冲与“截止”数据组合得出1，-4，-2，-1，1，-1等。
没有收到选通脉冲时，各行接地，即接收零电压。各列自始至终不是接收“导通”数据就是接收“截止”数据。其效果是，所有交叉点在不加以编址时接收数据波形所引起的交变信号。这使各交叉点得到交流偏压，而且有助于液晶材料保持其转换状态。提高交流偏压值会使对比度因1984年的《Proc 4 th IDRC》第217-220页中所述的周知的交流稳定作用而得到改善。
此外交流偏压可以从例如一个50千赫的电源提供，直接加到那些没有接收选通脉冲的各行上。图14和15示出了对材料SCE8和混合物A来说交流偏压的大小和脉冲宽度对反差比的影响。从这些图可以看出，固有的反差比(CR)是作为交流频率的函数而测量的，这时元件在其两个双稳态之间转换;固有的反差比同时也是在交流偏压的各种不同电平时测出的。
图5至8示出了另外一些选通波形。图5中，选通波形先是为零，历时1×ts的时间，然后为3，历时3×ts的时间，接着是其相反的情况。图6中，选通波形先是为零，历时1×ts的时间，然后为3，历时4×ts的时间，接着是其相反情况。图7中，选通波形先是为零，历时1×ts的时间，然后为3，历时2×ts的时间，再为-1，历时1×ts的时间，接着是其相反的情况。
图8是从图4变来的，选通波形中采用了非零的预馈脉冲。如图所示，选通波形的第一部分介于-1和1之间，而不是图4的零值。选通波形的其余部分与图4中的一样，即幅值为3，历时两倍ts的时间。于是得出的编址波形为头一个脉冲在第一和第二个电场下都介于-2与-1之间。这个预馈脉冲的作用是改变图3等的转换曲线的位置。改变预馈脉冲的值会改变各曲线的形状和垂直位置，这在下面将参照图16和17进行说明。下面的表8表示了转换时间随温度而变化的情况。改变预馈脉冲的幅值可以减小这种变化。
图9是图4的一个修改方案。在此修改方案中，选通波形在第一个ts时间内为零，在下一个1.5ts的时间内为3。1.5ts这个时间仅仅是举例而已，任何大于ts一直到大约5ts的时间都可以采用。
图10示出了历时4ts幅值为4的单一消隐脉冲。这个消隐脉冲使所有的交叉点都转换到一种转换状态。然后用一个选通脉冲将某些选定的交叉点转换到另一转换状态。周期性地使消隐和选通脉冲的符号反转，从而使总的直流电压分量为零。图4-8的各方案都可采用消隐脉冲和单一的选通脉冲。消隐和选通系统有这样的好处，即整个显示器可在一个单独的场时间内编址。
作为比较，图11示出了现有技术显示方案的选通、数据和编址波形，这是一个单脉冲编址的方案。
图21和22示出了本发明的编址方案，采用了使总直流分量值为零的消隐脉冲和单一选通脉冲。
图21中，消隐脉冲分两部分，预馈脉冲的符号与主脉冲及消隐脉冲相反。预馈脉冲的作用是抵消直流分量，使其为零。预馈脉冲的值为3，历时4ts的时间，后面紧跟着-3值，历时6ts的时间。选通脉冲先为零，历时1ts的时间，后面紧跟着是3，历1时2ts的时间;此选通脉冲与图4的选通脉冲一样。数据波形D1、D2也与图4中的一样。消隐和D1或D2组合使负Vt乘积变大，该乘积使编址行中的所有象元转换到“截止”状态。选通脉冲与D2组合使所要求的各象元转换到“导通”状态，这在上面参看图4所作的说明中已谈到。
图22与图21类似，但消隐脉冲的形状不同。该消隐脉冲的预馈脉冲幅值为3，历时4ts的时间，后面紧跟着的是-4.5，历时4ts的时间。选通脉冲的幅值为3，历时2ts的时间，和图4中的一样。可以看到，消隐脉冲与D1和D2组合，使负Vt乘积变大，该乘积使所有编址行转换到“截止”状态。这里所选定的象元也由选通脉冲和D2转换到“导通”状态。
图21和22的消隐脉冲可与图5-9所示的其它形式的选通脉冲一起使用，将幅值和/或Vt乘积安排得使总的直流分量值为零。例如对于图8那种选通的第一时隙随例如温度而变化的情况，预馈和/或主消隐脉冲的幅值也调节得使总的直流分量值保持为零。
消隐脉冲超前于选通脉冲的多少是可以改变的，但对应于显示器的响应时间、对比度和可见闪烁程度有一个最佳位置。消隐脉冲比选通脉冲早六行开始是有代表性的，但这取决于材料的各种参数和多工方案的细节情况。
图12a、b示出对4×4的矩阵阵列进行编址所使用的波形，其中示出了图13所示的信息。这里任意选定实心的圆点表示“导通”的电极交叉点，即显示象元，未标圆点的交叉点表示处于“截止”状态。编址方案为图4所采用的编址方案。
依次将正或导前选通脉冲加到1至4的各行上，这就形成了第一场。导前选通脉冲对最后一行进行编址之后，依次将负或曳尾选通脉冲加到1至4的各行，这就形成了第二场。应该指出的是，行与行之间是会重叠的。举例说，第1行的第三个ts时间与第2行的第一个ts时间同时出现。这种重叠情况在显示器采用图5和6所示的选通波形时更引人注目。
数据波形加到第1列的“导通”数据保持不变，因为列中的各交叉点总是“导通”。同样，加到第2列的数据波形是“截止”数据，而且由于第2列中的所有交叉点都是“截止”的，因而保持不变。加到第3列的数据波形在第1和第2行处于编址状态时为“截止”数据，在第3行处于编址状态时变为“导通”数据，然后在第4行处于编址状态时变回到“截止”数据。这就是说，第3列接收“截止”数据，历时4×ts的时间，接收“导通”数据，历时2×ts的时间，接收“截止”数据，历时2×ts，周期为一个场时间，即正选通脉冲对每行进行编址所需要的时间。同样对第4列来说，数据波形为“截止”数据，历时2ts;“导通”数据，历时2ts;“截止”数据，历时2ts;和“导通”数据，历时2ts。在加上负选通脉冲的同时，重复上述过程，历时另一个场周期。形成一个帧周期和完成显示器的编址需要两个场周期。重复上述过程，直到需要新的显示图形为止。
图12b示出了得出的编址波形。第1行第1列(R1，C1)交叉点的液晶材料在第一个场周期期间不转换，因为材料的转换是按图3的上面一条曲线进行的，而时间和所加的电压电平是处于转换曲线的下方。相反，液晶材料在第二场周期期间转换，这时液晶材料由于图3的下面一条曲线要求电压/时间值较小而转换。这个推理也适用于交叉点R1，C2，该交叉点的液晶材料在第一个场周期期间转换。
至于交叉点R3，C3，液晶材料由于在第一个场周期期间所加的时间/电压达不到图3的上面一条曲线所要求的较高值，因而在第二个场周期期间转换。交叉点R4，C4在负选通脉冲加上的时候在第二场周期终了时转换。
加到第4列上波形的形状带来了难题。由于显示取通-断-通-断的形式，因而数据波形的周期为例如第1列的两倍。这意味着反差比如图14，15所示那样降低了，这时脉冲宽度增长(频率低)，从而使反差比明显下降。此外，在第一个场中编址脉冲不转换但有很大的幅值与在第二个场中较小幅值的转换脉冲形成了显明的对比。为此，要可靠地进行转换，就需要使例如图3所示的两条转换曲线之间有很大的差距。
图14(混合物A)和图15(混合物SEC 8)中的反差比(CR)曲线表示一显示器在加有交流偏压情况下在其两个双稳态位置之间转换时的固有对比度。显然，要使对比度好而均匀，最好令显示器在脉冲宽度短的曲线平直部分工作。由于来自列波形的多工交流偏压会带有与象元形式有关的可变频率分量，因而显示器的对比度可能变化。这在所有的象元处于一种状态(最高频率分量)和各象元交替处于相反状态(最低频率分量)的情况下最为引人注目，这时列波形频率中有两者之差的一个因素。图12和13示出了第1和第4列处于这两种情况。
图16示出了经平行摩擦过的元件中的层厚为1.8微米的液晶材料SCE 8在250℃下的转换特性的时间/电压对数曲线。曲线的坐标轴分别为对数ts值和对数脉冲幅值电压值。
各曲线是在模拟图4所示的编址波形的标定元件中获取的。采用了两种不同的编址波形。第一个波形，波形Ⅰ，是个小的负脉冲(幅值为-1)，加脉冲的持续时间为ts，接着是一个较大的正脉冲(幅值为5)，加脉冲的持续时间为2ts，即Lp/Tp比值为-0.166。在经过电压为零伏的一段时间之后，接着是相反的情况，即一个小正脉冲(幅值为1)和一个较大的负脉冲(幅值为-5)。此外在编址时还加了一个50千赫的方波信号，由此提供交流偏压并模拟出一个数据波形。在绘制曲线所使用的所有电压电平下小脉冲为大脉冲值的0.166。此第一个编址波形给出了上面一条曲线。此曲线上方的时间/电压值能使元件转换，曲线下方的值则不能使元件转换。
第二个编址波形，波形Ⅱ，先是一个幅值为1历时ts的小正脉冲，后面紧接着是一个幅值为4历时2ts的较大的正脉冲。经过一段时间的零电压之后，波形转入相反的情况。小脉冲为大脉冲值的0.25，即Lp/Tp＝0.25。这里也加上50千赫的信号，以提供交流偏压。此第二个编址波形给出了下面一条曲线。此曲线上方的时间/电压值能使元件转换，曲线下方的值不能使元件转换。在选通电压Vs＝50伏、数据电压Vd＝10伏的情况下，工作范围为Vs-Vd＝40伏，在52微秒时转换，Vs+Vd＝60伏，在约480微秒时转换。
图17示出了与图16中所使用的相同的编址方案(即图4的编址方案)的时间电压特性曲线，但如图8中一样在选通波形中采用了小预馈脉冲进行了改进。从图17可以看出，预馈脉冲的作用是使曲线的垂直位置移动。这可用以进行温度补偿;通过改变预馈脉冲值来抵消曲线因温度变化而引起的移动。
上面一条曲线的模拟编址波形是先来一个历时ts的零电压，接着是历时2ts幅值为6的较大的正脉冲，即Lp/Tp＝0。经过一段时间间隔ts处于零电压之后，加上相反的脉冲，使总的直流电压保持为零。为提供交流偏压，将50千赫波形叠加上去。
下面一条曲线的编址波形则是先来一个历时ts幅值等于1的小正脉冲，接着是一个历时2ts幅值为2的较大的正脉冲，即Lp/Tp＝0.5。这之后，将其极性反过来。为提供交流偏压，将50千赫波形叠加上去。
Vs＝50，Vd＝10时各曲线的工作范围如下下面一条曲线为Vs-Vd＝40，在42微秒时转换，上面一条曲线为Vs+Vd＝60，在约500微秒时转换。
图18与图16相似，液晶元件相同，但采用图5编址波形的模拟波形。因此上面一条曲线的编址波形为-1，6，4，6(Lp/Tp＝-0.166);下面一条曲线的编址波形为1，4，6，4(Lp/Tp＝0.25)。Vs＝50，Vd＝10时，下面一条曲线在38微秒时转换，上面一条曲线在大约210微秒时转换。
图19与图16类似，具有同样的液晶元件，但采用图7编址波形的模拟波形。编址波形如图所示，即标有“+”号各点形成的曲线，其值为-1，6，6，-6(Lp/Tp＝-0.166)，标有“0”号各点形成的曲线其值为1，4，4，-4。其转换过程复杂，因为上面一条曲线有一个新的区域(re-entrantarea)，在该区中，液晶材料不是在主脉冲出现时转换而是在曳尾脉冲出现时转换。Vs＝50，Vd＝10时，下面一条曲线Vs-Vd＝40在58至240微秒时转换，转换过程又在大于300微秒时在出现曳尾脉冲时进行。上面一条曲线Vs+Vd＝60在60伏时并不转换。主脉冲的多工操作是在58与240微秒之间发生的，曳尾脉冲的多工操作则在大于300微秒时发生。
为对比起见，图20中示出了一般的单脉冲编址方案的时间/电压的对数特性曲线，该方案是在与图11同样的液晶元件中采用了图11的选通和数据波形的模拟波形。上面一条曲线的模拟编址波形是历时ts幅值为1个单位的负脉冲，接着是历时ts幅值为6个单位的正脉冲。下面一条曲线的编址波形则为历时ts幅值为1个单位的正脉冲，接着是历时ts幅值为4个单位的正脉冲。这里脉冲幅值以单位计以表示相对值;各曲线是在所例举的电压下绘制的。Vs＝50，Vd＝10时，下面一条曲线Vs-Vd＝40在80微秒时转换，上面一条曲线Vs+Vd＝60则在大约950微秒时转换。
在介绍了各种不同液晶材料显示器的特性和不同的编址波形之后，下面谈一些细节问题。我们制造了一种单一象元的测试元件，并用50行显示模拟波形进行编址。为给出各编址电压值，选取了不同的选通，Vs和数据，Vd的电压幅值，从而使转换电压处在图3下面一条曲线的上方，而非转换电压处在图3上面一条曲线的下方，此外还调节ts的微秒值，以给出清楚的转换显示。这样做确保了液晶元件在图3阴影线所示的区域内工作。反差比值CR是在某一转换状态下传输的光与在另一转换状态下传输的光的比值;这是显示清晰度的量度。CR是在脉冲宽度极限值ts或特定的ts值下测定的。CR可通过将液晶中定向因素中的一个转换位置调整到使其对应于最小的传输量来达到最佳状态。
在下列各表中，时间ts的作用范围与图16-20的电压/时间曲线提供的信息不大符合。原因有三方面。首先，图16-20中所使用的模拟方式对显示图形的所有情况来说并不是完全合适的。其次，在脉冲宽度较长且帧时间相应长的情况下，由于转换是瞬时进行的，操作人员能看出闪烁现象，这可解释为没有多工编址所致。第三，脉冲宽度较长时，反差比变低，见图14和15。例如，在200微秒时CR为2，因此很难确定液晶材料是否处于转换状态。
25℃下层厚为1.8微米的SCE8液晶材料表1，图4的编址方案Vs Vd ts CR50 5 36-53 8-750 7.5 46-115 45-1540 10 46-88 77-21.550 10 57-140 71-9.5表2，图5的编址方案50 7.5 40-73 26-1140 10 34-57 64-2350 10 47-100 67-17表3，图7的编址方案50 5 44-280 17.5-5.450 7.5 62-225 62-540 10 56-186 87-5.850 10 69-213 70-4.8
表4，图11的编址方案(单脉冲)50 5 65-450 23-350 7.5 75-480 65-2.240 10 95-345 49-2.750 10 83-370 63-2.330℃下层厚为1.7微米的混合物B表5，图4的编址方案Vs Vd ts CR(在最小ts时)50 10 22-78 5150 7.5 17-82 3340 10 16-47 56图6，图5的编址方案50 10 20-68 5150 7.5 14-62 2440 10 13-36 5340 7.5 10-37 7.245 7.5 10-42 10
图7，图7的编址方案50 10 24-80 5250 7.5 19-98 3540 10 18-66 68表8，图4在不同温度下的编址方案50 10 39-123 48 25℃50 10 21-73 59 30℃50 10 12-43 58 35℃50 10 7-25 26 40℃50 10 5-10 5 45℃表9，图5在不同温度下的编址方案50 10 18-64 52 30℃50 10 8-20 13 40℃50 10 8-37 44 35℃50 10 35-120 48 25℃表10，图11在30℃下的编址方案(单脉冲)50 10 28-93 4750 7-5 24-148 3340 10 32-120 44
30℃下层厚为1.7微米的混合物A表11，图4的编址方案40 10 39-100 4650 10 59-120 26表12，图5的编址方案40 10 33-85 4850 10 52-110 30表13，图7的编址方案40 10 40-150 4650 10 64-220 23表14，图11的编址方案(单脉冲)40 10 56-150 3250 10 66-300 22917号Merck公司材料产品样本温度30℃;Vs＝60伏;Vd＝15伏表15编址方案 图11 图4 图5 图7最快的隙时，微秒 27 15 12 17最长的隙时，微秒 116 37 28 70工作范围(时间) 4.3X 2.5X 2.3X 4.1X反差比(CR) 41 84 80 76宽度(%) 63 63 60 63工作范围为最长隙时/最快隙时亮度(%)是在平行极化器之间没有液晶元件的情况下比较的。
材料RSRE A206温度30℃，Vs＝30伏，Vd＝10伏。
表16编址方案 图11 图4 图5最快隙时，微秒 60 27 20工作范围(时间) ＞2X 2.6X 2.2X 1X反差比(CR) 14 48 55亮度(%) 77 67 60材料RSRE A206为AS500A151 11+5%掺杂剂AS500A151 1∶1+5%掺杂剂
2%手征的3%消旋的＊号表示手征性，无＊号者表示材料为消旋的。
因此在实际的显示器中，当它已不能有效进行转换时，则应视其已达时间上限。这可能要比实际的转换时间短得多。
在铁电液晶器件中，众所周知，可以通过给行电极和列电极施加附加波形来减小行和列的峰值电压。因此，本发明的显示器还可包括附加波形发生器，用以产生附加波形，并将其加到两组电极上。
例如，图23-24示出了两种减小图9所示现有技术中的单脉冲驱动系统的峰值电压的不同方案。
图23中，选通(行)波形在第一场中是交替地在1ts内处于零而在另1ts内为正脉冲Vs，接着在第二场中在1ts内为零而在另一ts内为负脉冲-Vs。附加波形在第1场期间为正的Vs/2，接着在第二场为-Vs/2。可以看到，得出的选通波形在Vs/2与-Vs/2之间变化。数据(列)波形是Vd与-Vd交替的脉冲，持续时间各为1ts。加到各列的附加波形在第一场时为Vs/2，接着在第二场时为-Vs/2。可以看到，所得出的数据波形在Vd+Vs/2与-(Vs/2+Vd)之间变化。附加波形的作用是减小例如50伏至35伏的峰值电压。
图24示出了可代替图23的另一种方案。和上面一样，正常的选通脉冲在第一场时间内先为零，历时1ts，然后为正Vs，历时1ts，在第二场时间内则先为零，历时1ts，然后为-Vs，历时1ts。在第一场时间内所加的附加波形是周期为2ts的矩形波形，接着在第二场时间内则加与其相反的波形，每一波形都在Vs/2与-Vs/2之间变化。得出的选通(行)波形如图所示。同样，数据(列)波形是在+Vd与-Vd之间变化的矩形波形。附加波形与加到行电极上的一样。得出的数据(列)波形如图所示，该波形在Vs/2+Vs与-(Vs/2+Vd)之间变化。这同样也使显示器的驱动器所需用的峰值电压从例如50伏减小到35伏。
图23和24的原理同样也适用于上述图4-8的编址方案。图25示出了这方面的情况，这是对图5的一个修改方案。在第一场时间内，选通脉冲先为零，历时1ts，接着为Vs，历时3ts。在第二场时间内，选通脉冲先为零，历时1ts，接着为-Vs，历时3ts。图中示出了4行显示的第1，2，3，4行的选通波形;图中表示出第4行的两个不同选通波形，其原因在下面将说明。加到行(并且也加到列)电极的附加波形，如图所示，在第一场时间内为Vs/2，然后在第二场时间内为-Vs/2。可以看出，得出的第一行的行波形在第一场和第二场时间内为-Vs/2，历时1ts;Vs/2，历时3ts;-Vs/2，历时4ts;Vs/2，历时1ts;-Vs/2，历时3ts和Vs/2，历时4ts。从所得出的选通波形和附加波形以及表示为第4a行的行可以看出，该波形具有+和-3Vs/2的大的峰值。这个现象的原因在于选通脉冲长度延长了，重叠到相邻的场中。为解决这个问题，可以使第4行保持隐蔽，或者用如第4b所示的零选通电压来编址。在例如128行显示的更为实用的实例中，所产生的波形是按对128行显示来进行编程的，但在图25的方案中，只用了127行。即使如图6那样采用更长的选通脉冲，也会是有的行甚至更多的行留着不用。图26示出了加到各列电极上的波形。数据1及其反向数据2与图5中的一样。附加波形在第一场时间内为Vs/2，在第二场时间内为-Vs/2。可以看出，得出的列波形在±(Vd+Vs/2)之间变化。因此对图5的方案来说，在Vs＝50伏和Vd＝10伏的情况下，图25、26的方案使峰值电压减小到35伏。
权利要求
1.一种对第一组电极和第二组电极的各交叉点所形成的铁电液晶矩阵显示器进行多工编址的方法，包括下列步骤分别对第一组电极中的各电极进行编址，这种编址可以通过施加正值和负值的脉冲选通波形或通过先施加一消隐脉冲再施加极性定期改变的选通脉冲进行，以保持总的直流分量值等于零；将两个数据波形中的一个与选通脉冲同步地加到第二组电极中的每个电极上，两数据波形交替取正值和负值，一数据波形与另一数据波形的相位相反，数据波形的周期(2ts)为单个选通脉冲周期(ts)的两倍；其特征在于及时延长各选通脉冲的结束时间，从而用符号和大小适当的脉冲对各交点编址，使该交点每一完整的显示编址周期一次进入所要求的显示状态，且使总的直流分量值为零。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，选通波形在第一个ts的时间为零电压，在大于ts的一段时间为非零值电压，接着在表示一个帧周期的若干ts时间内为零电压，再接着是极性相反的类似波形。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，选通波形在第一个ts时间内为非零值电压，这个电压小于下一个电压，且幅值可变，以补偿液晶材料转换特性随温度的变化。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对各交叉点编址时采用两个极性相反的选通脉冲。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，给两组电极加上另外一个波形，以减小加到各电极上的峰值电压。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，消隐脉冲有两个极性相反的部分，其电压时间乘积(Vt)与选通脉冲的电压时间乘积合在一起使直流分量值等于零。
7.一种多工编址液晶显示器，包括一液晶元件，由一层装在两元件壁之间的液晶材料制成，液晶材料是倾斜手征碟状结构的材料，具有负介电各向异性，装电极的元件壁的一个壁上形成有第一系列的电极，另一元件壁上形成有第二系列的电极，各电极配置成使其集体形成由可编址的交叉点组成的矩阵，至少其中一个元件壁是经过表面处理以使表面沿一个方向与液晶分子对齐的;第一组电极激励电路，用以依次将选通波形加到第一组电极中的各电极上;第二组电极激励电路，用以将数据波形加到第二组电极上;波形发生器，用以产生加到激励电路上的选通波形和两个数据波形;控制装置，同以控制数据波形的次序，从而得出所要求的显示图形;其特征在于，有一数据波形发生器和一选通脉冲发生器，前者用以产生两组具有相等幅值和频率但符号相反的波形，每个数据波形都包括符号交变的直流脉冲;后者用以产生两个极性相反的选通脉冲或者消隐脉冲及极性相反的选通脉冲，选通脉冲的持续时间比半个数据波形周期大，且一直持续到下一个电极的编址时间;并且进行这样的安排用符号和大小适当的脉冲对各交叉点编址，使交叉点每一完整的显示编址周期一次进入所要求的显示状态，且使总的直流分量值为零。
8.如权利要求7所述的显示器，其特征在于，选通波形发生器设计成使其在第一个时间周期ts内产生零电压，然后在大于ts的一段时间内产生非零值电压，接着在表示一个帧周期的若干ts时间内为零电压，再接着是极性相反的类似波形。
9.如权利要求8所述的显示器，其特征在于，它还包括附加波形发生器，用以产生附加波形，并把这个附加波形加到两组电极上。
10.如权利要求7所述的显示器，其特征在于，它还包括一温度传感器，用以检测显示器的温度;以及一电压调节器，用以调节编址电压的大小。
11.如权利要求10所述的显示器，其特征在于，选通波形发生器设计成使其在第一个时间周期ts内产生非零值电压，该电压小于毗邻的下一个电压，且其幅值和符号可加以改变，以便补偿液晶材料转换特性使其不致受温度变化的影响。
12.如权利要求7所述的显示器，其特征在于，选通波形发生器设计成使其产生有两个极性相反的部分的消隐脉冲，其电压时间乘积(vt)与选通脉冲的电压时间乘积合在一起使波形的总直流分量值等于零。
全文摘要
一种铁电液晶元件，用X，Y矩阵显示元的行和列电极进行编址。行电极依次加上选通波形，列电极加上数据波形。各显示元上接收编址波形，使其转换到两种转换状态的一种状态。用两种编址波形产生两种不同的转换特性。至少有一个转换特性在一电压值下响应时间最短，显示器就在高于此的电压下工作。数据波形是正负交变的脉冲。选通波形使对毗邻各行电极进行的编址重叠。用一个选通脉冲或消隐脉冲使显示元转换成一种状态，再将某些显示元转换成另一种状态。
文档编号G02F1/133GK1058850SQ9110553
公开日1992年2月19日 申请日期1991年8月7日 优先权日1990年8月7日
发明者J·R·休斯, E·P·雷恩斯 申请人:大不列颠及北爱尔兰联合王国国防大臣