用于双稳态液晶显示的动态驱动方法和装置制造方法及图纸

一种平板液晶显示器，其包括由驱动电路激励的双稳态手性向列液晶材料的平板，所述驱动电路独立地控制多个像素的显示状态。驱动电路利用几种驱动方法激励液晶范围，其具有任何数量的不同状态，以便得到几种寻址序列时间。在每种驱动方法结束时，使得液晶材料的结构可以跨过二维的像素阵列而提供焦点锥体最终状态或者扭转平面最终状态。每种驱动方法至少利用准备阶段和选择阶段，以便把液晶材料预置为一种最终状态。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Dynamic driving method and apparatus for bistable liquid crystal display

The utility model relates to a flat panel liquid crystal display, which comprises a flat plate of a bistable chiral nematic liquid crystal material excited by a driving circuit. The drive circuit drives the liquid crystal range using several driving methods, which have any number of different states, so as to obtain several addressing sequence time. At the end of each driving method, the structure of the liquid crystal material can be provided across the two-dimensional pixel array to provide the final state of the focus cone or the final state of the torsional plane. Each driving method utilizes at least the preparation stage and the selection stage to preset the liquid crystal material into a final state.

【技术实现步骤摘要】
本申请是1995,2,17申请的，序列号为08/390,068，名称为“用于双稳态液晶显示的动态驱动方法和装置”的继续。本专利技术涉及一种利用手性向列的也称为胆甾醇型的反射双稳态液晶材料的视觉显示器，以及用于使用有效操作来激励显示器，从而提供显示器的高速更新的电子驱动系统。许多年来，在平板显示器中一直使用液晶显示信息，例如在表盘中通常使用的显示器或在台式计算机中使用的半页大小的显示器等。一种当前的显示技术是超扭转向列(STN)型。虽然这类器件相当便宜，但是它们在可以寻址的行数上受限制，这是因为其必须保持的光电曲线的陡度和严格的电压允差所致。即使这种技术现在被充分地进行了研究，但是当前的器件被限制于大约500行。这些显示器还具有需要极化器的缺点，这限制了亮度，并且需要玻璃底板，这增加了显示器的重量并容易破碎。另一种当前的显示技术称为薄膜晶体管(TFT)型。在这些器件中，液晶光电单元由薄膜晶体管驱动，薄膜晶体管位于被称为有源阵列中的每个像素上。这类显示器的制造成本高。随着现有的半页TFT显示器增加到全页，晶体管的数量和底板的面积增加两倍，这引起的高成本在当前是不可接受的。因而，当前这代显示器的主要缺点在于，它们只能局限于半页容量而不是全页容量。因此，仍然需要一种能够提供可以以翻页速率更新的成本低的页尺寸显示器的技术。由双稳态手性向列材料制成的液晶显示器不需要连续的更新或刷新。当在显示器上的数据或信息改变时，电子电路使显示更新。然而，如果显示的信息不改变，则显示器可以只写一次，并保持在其信息输送形式，以便不用显示处理器便可延长时间。在延长的时间内保持稳态的能力导致对于可以在相当长的时间内缓慢更新的广告牌应用手性向列液晶显示。因为显示的信息不变，所以可能利用较长的时间在显示器上写初始信息这一事实并不重要。有利的是，可以制备对可以扫描的行数没有限制的手性向列双稳态器件，这使得这类器件被优先选用用于提供所需的页尺寸显示。然而，对于许多页尺寸显示应用，例如电子手册或电子报纸之类，这些显示的更新速率太低。对于这些类型的应用，要求这类器件所需的寻址时间大约为1秒或者小于1秒，以便和手工翻页所需的时间相匹配。然而，对于1000行页尺寸的显示器，当前的手性向列显示技术的更新或刷新速率大于10秒。显然，需要一种市场上适用的显示器，用于信息传送装置，例如页尺寸浏览器，电子书，寻呼机或电话显示器，以及必须更快地寻址的广告牌。在无源阵列液晶显示器上以足够快的速率更新信息，以便以实用上可以接受的方式，例如1秒或更少的时间传递信息已经对现有技术的液晶显示器提出了问题。许多现有技术的专利提及在更新液晶显示的信息方面存在的问题。在现有技术中所谓的液晶显示驱动器或电子电路是公知的，其中利用各种技术更新液晶显示。在1993,10,5公开的Doane等人的美国专利5,251,048涉及一种用于反射彩色显示系统的电子切换的方法和装置。该专利披露使用被设置在底板之间的液晶光调制材料。被支撑在底板反面的细长的导电路径激励在被控位置的像素，从而建立一个显示屏幕。该专利在此引为参考。Tani等人的名称为“Storage Type Liquid Crystal MatrixDisplay”(SID 79 Digest,p.114-115)的论文提出了一种液晶显示驱动器系统，其操作考虑了手性向列液晶材料的各个状态之间的转换。该论文描述了一种新的存储型液晶显示器，其优点是存储时间长，因而使得不必进行在显示器上的信息更新或刷新。然而，Tani等人的驱动方案受其分辨率和信息密度传送能力的限制。其驱动波形和技术受到可以寻址的行数的限制大约为100行，远小于页尺寸浏览器应用中所需的1000行。此外，其所述的每行大于8ms的写时间对于实用上可接受的页尺寸浏览器是不能接受的。在一个平板显示器或其类似物上，在液晶显示器上的100行的信息，以每行8ms的速度传送文本，这对于许多应用而言显得太慢而是不能接受的。本专利技术的中心方面是一种用于高分辨率的大尺寸的以翻页速率进行的双稳态液晶显示的寻址方法。本专利技术利用关于双稳态手性向列液晶显示材料的从一种光学状态或光学结构转换为另一种光学状态的这一事实。通过实施本专利技术而达到的快的转换时间使得可以在寻址速率大于每秒1000行的无源阵列系统中利用双稳态手性向列液晶显示材料。这种刷新速率对于用于页尺寸浏览器，电子图书或其类似物的平板显示器是一个重大的改进。按照本专利技术，一个控制系统被连接到具有在单元壁之间设置的一层双稳态手性向列液晶材料的显示器上。手性向列液晶材料被提供在一个薄层中，并由在材料的相对侧上的电极约束着，所述电极有选择地激励显示器的像素。这种激励使得液晶响应不同的电场条件而呈现各种液晶结构。具体地说，按照理论，在较高的电压下，液晶呈现各向同性的(homeotropic)结构，其中液晶指向器(director)垂直于单元表面排列。在扭转的平面式、也称作Grandjean的结构，液晶以螺旋结构为特征，其螺距长度取决于手性材料的数量。扭转平面结构的螺旋轴垂直于单元表面，并且根据单元，这种结构在无电场的情况下是稳定的。在过渡的扭转平面(过渡的Grandjean)结构中，螺距的长度大约是扭转平面的两倍。当施加的使材料保持在各向同性结构的电场被突然减少或被突然除去时，发生这种状态。根据存在的条件对于向扭转平面或焦点锥体结构而言这种状态是瞬态的。最后，呈现焦点锥体状态，其中大部分螺旋轴随机地排列。根据单元，这状态在无电场的情况下也可能是稳定的。利用在本专利技术的方法中使用的双稳态手性向列液晶，可以存在平面和焦点锥体两种状态，并且它们在零电场时都是稳定的。在电场足够低或为0时，各向同性状态将向过渡平面状态或焦点锥体状态转换，然后根据存在的条件，其中的前者转换为平面状态或焦点锥体状态。只有从各向同性状态向过渡平面状态的转换是特别快的，大约小于2ms。本专利技术的双稳态的显示操作基于这个事实和扭转平面状态与焦点锥体状态之间的光学特性的不同。利用本专利技术的驱动方法，可以允许或阻止在合适的状态下由各向同性状态向过渡平面状态转换，从而能够获得有利的结果。当材料的螺距长度被调节从而反射可见光谱中的光时，平面状态将反射彩色光，其它状态将是透明的或接近透明的。在一种其中单元的背面被涂成黑色的显示装置中，可以做成平面状态，以便根据螺距长度反射任何所需颜色的光，而其余的状态对观察者则呈现黑色。按照本专利技术的一个最佳实施例，手性向列液晶显示单元在显示处理的刷新或更新阶段期间以一系列步骤被激励，从而控制它们的转换。第一步称为准备阶段，在此期间一个脉冲或脉冲串使在像素内的液晶按各向同性状态排列。有利的是，在准备阶段期间大量的行可以被同时寻址。第二步称为选择阶段或步骤。在选择阶段期间，施加于像素内的液晶的电压被如此选择，使得像素的最终光学状态或者处于焦点锥体状态或者处于扭转平面状态。实际上，在选择阶段期间，选择电压使得保持各向同性状态，或者使电压足够小，以便开始向过渡扭转平面状态转换。下一步称为演变阶段，在此期间，在选择步骤期间选择的要转换成过渡扭转平面状态的液晶现在演变成焦点锥体状态，并且在选择阶段期间被选择要维持各向同性状态的液晶继续处于各向同性状态。这个演变阶段的电压电平必本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对设置在电极之间的双稳态液晶材料进行寻址的方法，所述电极被设置在所述液晶材料的相对侧，并适用于有选择地通过所述液晶材料施加一个电场，所述方法包括以下步骤： 在准备阶段期间，激励所述电极，以便在所述液晶上建立准备电压； 在准备后阶段期间，激励所述电极，以便在所述液晶上建立准备后电压； 在用于选择所述液晶的最终显示状态的选择阶段期间，激励所述电极，以便在所述液晶上建立选择电压；以及 在演变阶段期间，激励所述电极，以便在所述液晶上建立演变电压，并且然后使所述液晶呈现最终显示状态。

【技术特征摘要】
US 1997-5-7 08/852,3191．一种用于对设置在电极之间的双稳态液晶材料进行寻址的方法，所述电极被设置在所述液晶材料的相对侧，并适用于有选择地通过所述液晶材料施加一个电场，所述方法包括以下步骤在准备阶段期间，激励所述电极，以便在所述液晶上建立准备电压；在准备后阶段期间，激励所述电极，以便在所述液晶上建立准备后电压；在用于选择所述液晶的最终显示状态的选择阶段期间，激励所述电极，以便在所述液晶上建立选择电压；以及在演变阶段期间，激励所述电极，以便在所述液晶上建立演变电压，并且然后使所述液晶呈现最终显示状态。2．如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述演变阶段之后，加于所述电极上的演变电压被减少，从而使得液晶呈现其最终显示状态之一。3．如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述演变阶段之后，除去加于所述电极的电压，使得所述液晶可以呈现其最终显示状态之一。4．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述液晶是手性向列液晶，所述准备电压的幅值，以及所述准备阶段的持续时间足以使所述液晶材料各向同性地对准。5．如权利要求4所述的方法，其特征在于所述准备阶段是一个大约为40ms的时间间隔。6．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述液晶是手性向列液晶，并且所述选择电压的数值被选择，使得或者使所述液晶保持在各向同性结构，或者使所述液晶开始向过渡扭转平面结构转换。7．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述选择阶段是一个大约为0.2ms的时间间隔。8．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述液晶是手性向列液晶，所述选择电压具有一个足以建立焦点锥体显示状态或者扭转平面最终显示状态的幅值。9．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述液晶是手性向列液晶，所述演变电压的幅值，以及所述演变阶段的一个时间间隔，可以有效地维持处于各向同性结构的液晶处于所述各向同性结构，并且在所述演变阶段期间，可以使处于过渡扭转平面结构的液晶演变为焦点锥体结构。10．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述液晶是手性向列液晶，所述演变电压的幅值以及所述演变阶段的一个时间间隔，可以有效地使处于过渡扭转平面结构的液晶转换为焦点锥体结构，并且在所述演变阶段期间，可以使处于各向同性结构的液晶保持为各向同性状态，此后，则转换为反射的扭转平面状态。11．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述液晶是手性向列液晶，所述准备阶段包括调制所述准备电压，使其接通或断开，以便缩短所述准备阶段的时间。12．如权利要求1所述的方法，其中所述液晶是手性向列液晶，其在所述扭转平面结构中具有能有效地反射可见光谱内的光的间距长度(pitch length)。13．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述液晶是手性向列液晶材料，所述准备后电压的数值是这样一个数值，其使所述液晶材料从各向同性结构转换到过渡平面结构，其中所述准备后阶段是一个大约为0.2ms的时间间隔。14．如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括激励所述电极的步骤，用于在所述选择阶段之后的选择后阶段期间，建立加于所述液晶上的选择后电压，以便调节液晶材料的极角。15．如权利要求14所述的方法，其特征在于所述液晶材料是手性向列液晶，其中所述选择电压使所述液晶材料处于各向同性或者过渡平面状态之一。16．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述激励所述电极的步骤包括在所述选择阶段期间对所述电极进行时间调制的步骤，用于使所述液晶材料呈现灰度级性能。17．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述激励所述电极的步骤包括在所述选择阶段期间对所述电极进行幅值调制的步骤，用于使所述液晶材料呈现灰度级性能。18．一种用于显示信息的方法，包括以下步骤(a)提供一层双稳态液晶材料，并在液晶材料的相对侧设置电极，从而形成显示元素的阵列；(b)使电极和用于激励电极的驱动电路相连，以便选择地激励阵列的显示元素，使其处于第一和第二最终显示状态之一；以及(c)在准备阶段期间，通过利用准备信号按顺序激励位于一个选择的显示元素位置的液晶材料，寻址阵列的选定显示元素，在准备后阶段期间，把准备信号减少为准备后信号，调整准备后信号为一个选择信号，用于在选择阶段期间选择所需的最终状态，在演变阶段期间，改变加于显示元素上的选择信号为演变信号，然后，允许显示元素呈现所需的最终显示状态。19．如权利要求18所述的方法，其特征在于所述第一最终显示状态是液晶材料的扭转平面结构，第二最终显示状态是液晶材料的焦点锥体结构。20．如权利要求18所述的方法，还包括提供一层手性向列液晶材料的步骤，所述材料具有能有效地反射可见光谱内的光的间距长度。21．如权利要求18所述的方法，其特征在于还包括在液晶层的一侧上把所述电极排列在基本上平行的行中以及在液晶层的相对侧把所述电极排列在基本上和所述行垂直的基本上平行的列中的步骤，借以使所述显示元素利用在所述行和所述列上的点来限定，在所述点上，假如所述行和所述列处于同一平面中，所述行和所述列将交叉，并且其中显示元素的多个行同时处于所述准备阶段。22．如权利要求18所述的方法，其特征在于还包括在液晶层的一侧上把所述电极排列在基本上平行的行中以及在液晶层的相对侧把所述电极排列在基本上和所述行垂直的基本上平行的列中的步骤，借以使所述显示元素利用在所述行和所述列上的点来限定，在所述点上，假如所述行和所述列处于同一平面中，所述行和所述列将交叉，并且其中显示元素的多个行同时处于所述演变阶段。23．如权利要求18所述的方法，其特征在于寻址步骤还包括以下步骤在所述演变信号施加于显示元素上之前在显示元素上施加选择后信号。24．如权利要求23所述的方法，其特征在于所述选择后信号包括调整液晶材料的极角从而加快实现最终显示状态的步骤。25．如权利要求18所述的方法，其特征在于在所述选择阶段期间所述寻址所述显示元素的步骤包括时间调制所述选择电压，从而使所述液晶材料呈现灰度级性能的步骤。26．如权利要求18所述的方法，其特征在于在所述选择阶段期间所述寻址所述显示元素的步骤包括幅值调制所述选择电压，从而使所述液晶材料呈现灰度级性能的步骤。27．一种显示装置，包括(a)双稳态的液晶材料层；(b)设置在液晶材料层的相对侧上的多个电极，用于在液晶层的多个像素上施加选择的激励电压；以及(c)控制电子电路，用于按顺序设置液晶材料层的多个像素的显示状态，其中包括以下功能的电路(ⅰ)在准备阶段期间在选择的像素上施加准备信号；(ⅱ)在准备后阶段期间在所述选择的像素上施加准备后信号；(ⅲ)在选择阶段期间...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨登科，黄晓阳，朱杨明，
申请(专利权)人：肯特州大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]