CN1231048A - 用于双稳态液晶显示的动态驱动方法和装置 - Google Patents

用于双稳态液晶显示的动态驱动方法和装置 Download PDF

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Abstract

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。

Description

用于双稳态液晶显示 的动态驱动方法和装置
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。
本发明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。
本发明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。本发明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。通过实施本发明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。
按照本发明，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。
利用在本发明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。本发明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。利用本发明的驱动方法，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。
按照本发明的一个最佳实施例，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须足够高，以致维持各向同性状态，并允许过渡平面状态演变成焦点锥体状态，但是又足够低，以致不能使过渡平面状态演变为各向同性状态。在另一个最佳实施例中，在演变阶段可以选择较低的电压，这具有改变将从选择阶段得到的最后状态的效果。在本实施例中，在选择阶段结束时施加的演变电压具有允许在过渡扭转平面状态下的像素演变为扭转平面状态，处于各向同性状态下的像素演变为焦点锥体状态的幅值。因而，这个演变电压必须仔细选择使其足够高，以致使得各向同性状态不被转换为过渡平面状态，但是又足够低，以致使过渡平面状态不演变为焦点锥体状态，而各向同性状态演变为焦点锥体状态。重要的是，使用高的或低的演变电压执行驱动方案。当选择演变电压时，对于所有的像素都是相同的。这和从一个像素到一个像素可以改变的选择电压截然不同。
在最后保持状态期间，使电压接近0或者从像素完全除去电压。在除去电压之后，处于焦点锥体状态的液晶范围停留在焦点锥体状态，并且处于各向同性状态的液晶范围转换成稳定的光反射扭转平面状态。在使用较低的演变电压的情况下，在演变阶段结束时处于焦点锥体状态下的任何像素将保持在那一状态，并且处于扭转平面状态下的任何像素将保持在那一状态。此后，像素将保持在这些状态下，直到被再次寻址。因为所有像素要求相同的准备和演变电压，所以在准备和演变阶段期间可以通过使用流水线算法进行分时。利用准备电压可以对多条线路同时寻址，然后，在选择之后，可以利用演变电压对多条线路同时寻址。当要被寻址的线路的数量大时，每条线路的平均寻址时间等于选择阶段的时间。
加于构成像素的液晶上的脉冲序列或电压的目的是在焦点锥体状态和光反射扭转平面状态之间进行选择。当然，对于每个寻址步骤所需的具体电压取决于单元厚度和所用的特定材料，并因而依单元而不同。不过，对具体的单元选择合适的电压来执行本发明的驱动方案按照此处公开的内容看来对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。通过本发明的实施所达到的主要优点是缩短选择脉冲，借以增加以可接受的速度进行更新的像素的数量和密度。按照本发明，显示可以以1秒或小于1秒的数量级的翻页速率被刷新，并且分辨率和显示尺寸可以增加到所需的值。
在另一个实施例中，在准备阶段之后包括准备后阶段，以便进一步加速状态之间的转换。在这准备后阶段期间，加于液晶上的电压是相当低的，以便使得在像素中的液晶材料能够转换到过渡平面状态。通过利用本实施例的准备后阶段和选择阶段代替第一实施例的选择阶段，对于页尺寸浏览器可以进一步节省用于刷新平板显示器的时间。
在本发明的另一个实施例中，在选择阶段之后包括一个选择后阶段，用于进一步减少状态之间的总的转换时间。选择后阶段提供一个相当低的电压值，以便调整液晶材料的极角。这有助于向在选择阶段选择的结构转换。使用选择后阶段使页尺寸浏览器的平板显示器的刷新速率进一步减少为大约22ms。
另一个用于加速在手性向列材料的状态之间转换的实施例只由两个步骤或阶段来实现。用于双稳态胆甾醇液晶显示的两步驱动方案也同时寻址多根线，以便加速状态之间的转换。准备阶段施加一个电压用于驱动液晶材料转换成焦点锥体结构，在选择阶段施加最终决定液晶材料的最终状态的电压。在选择阶段施加的相当高的电压驱动材料成为各向同性结构，其在除去选择电压时转换为反射平面结构。在选择阶段期间施加的相当低的电压使材料维持在除去施加的电压之后保持的弱散射的焦点锥体结构。这提供一种更简单的驱动波形，同时把寻址序列的总的时间减少到大约16ms。这一缩短的寻址序列使得平板显示器可以以视频速率操作。
在应用上述任何一种方法时，液晶材料被设置在两个单元壁或两个单元表面之间，使得液晶材料的一个小的像素尺寸的区域将被夹在一个行电极和一个列电极之间。在液晶材料的每侧上的电极由定期更新显示器的电路激励。阵列的每个像素首先由准备信号按顺序激励。接着，在第二个优选实施例中，信号被减少，从而使得材料转换为过渡平面状态。在两个实施例中在选择阶段期间然后调节加于像素两侧的信号。在这选择状态期间，一个离散的控制电压被加于液晶上，用于在将要具有扭转平面(反射的)状态或焦点锥体(透明的或弱散射的)状态的像素之间进行选择。然后在演变阶段期间加于像素两侧的信号再次被改变，最后，根据选择的电压，液晶进入其最后的预定状态。
按照惯例，在选择阶段期间，一次“选择”一行，并且只有在改行中的像素的状态将受施加于各列的“数据”电压的影响。作为在各列施加的数据电压的结果，在选择的行中的像素然后被设置为所需的状态或结构。和常规的不同，在对于一行的选择阶段的前后，特定电压也将施加于该特定行的行电极上。在选择阶段之前，即在准备阶段期间对一行施加的电压，足以把该行中的所有的像素写成各向同性状态。在选择阶段之后，即在演变阶段期间将选择施加的电压，以便使像素“演变”为所需的最后状态。
用于激励液晶显示器的控制电子电路最好是专用的处理器，用于对和平板显示器相连的行电极阵列和列电极阵列施加控制电压。
下面说明用于激励矩阵型液晶显示器的垂直排列的电极的优选的机构。本发明的这一示例性的实施例将较好地说明按照本发明构成的液晶显示器的操作。
图1是用于表示在便携式文件浏览器上显示图像的平板液晶显示器的透视图；
图2A和图2B示意地说明用于激励平板显示器的行像素和列像素的构型；
图3A和3B是连接在液晶材料两侧用于实现两种不同的液晶显示状态的电压序列；
图3C是表示不同的演变阶段电压相对于不同的选择阶段电压对液晶材料的最后状态的影响的曲线；
图4A-4F示意地表示用于控制夹在电极之间的液晶材料的显示状态的电极阵列；
图5和6是用于激励液晶像素的一系列的波形；
图7是用于提供驱动信号以便激励液晶显示器的驱动电路的方块图；
图8和9说明图7中以方块图表示的显示器驱动电路的控制板的构型；
图10是用于构成显示器驱动电路的模拟开关的示意图；
图11A和11B是耦合于液晶材料两侧的用于实现两种不同的液晶显示状态的电压序列；
图12是表示液晶材料在准备后期间作为时间函数的极角的曲线；
图13示意地表示用于控制夹在电极之间的液晶材料的显示状态的电极阵列；
图14和15是用于激励液晶像素的波形；
图16是表示不同的演变阶段电压相对于不同的选择阶段电压对液晶材料的最后状态的影响的曲线；
图17是用于获得液晶材料的灰度级的时间调制的示意图；
图18是使用图17所示的时间调制技术的液晶材料的反射对时间间隔的曲线；
图19A和19B是和液晶材料两侧相连的用于实现两种不同的液晶显示状态的电压序列；
图20示意地表示用于控制夹在电极之间的液晶材料的显示状态的电极阵列；
图21A和21B是耦合于液晶材料两侧的用于实现两种不同的液晶显示状态的电压序列；
图22是用于两状态驱动方法的流水线算法的示意图；
图23是按照示例的两状态驱动方法反射对选择电压的曲线；
图24示意地表示用于控制设置在电极之间的液晶材料的显示状态的电极阵列。
作为本发明的一个示例的应用，可以以现有技术中已知的矩阵显示器为例，其具有在一个单元表面内侧上形成图形的行电极和在另一个单元表面内侧上形成图形的列电极。
如上所述，按照本发明的的优选的寻址周期包括4个状态，其中按如下所述把电压加于列和行上。第一是准备阶段，在该阶段在特定行中的像素通过具有高电压的行电极被寻址，使所有这些像素转换为各向同性状态。接着，在所谓的选择阶段，施加于一个选择的行上的电压是这样一个值，即，当和施加于显示器的列上的数据电压联合作用时，得到被加在选择的行中的特定像素上的电压，该电压能有效地把所述像素转换为和施加于列电极上的电压的值相应的状态。所述状态或者是过渡平面状态，或者是各向同性状态。第三，在所谓的演变阶段，在选择阶段之后呈过渡平面结构的那些像素演变为焦点锥体结构，而在选择阶段之后呈现各向同性状态的那些像素则保持各向同性状态。最后是保持或存储阶段，在此期间，电压被减少，或被除去使之为0，并且处于焦点锥体状态的像素保持原状态不变，同时在各向同性状态的像素转换为反射扭转平面状态。
现在参看附图，图1表示可以使用上述方法的用于文件浏览器12中的平板液晶显示器10。图1所示的这种浏览器12是一种用于图书、报纸或类似文件的便携式电子浏览器，其包括和该装置做成整体的页选择开关14，以及可以存储要在文件浏览器12上浏览的信息的存储器卡或软盘16。这种浏览器12一般可以包括硬盘驱动器，软盘驱动器，以及/或者各种其它的输入/输出装置。
显示器10最好能够显示图像和文本。为了显示图像和文本，需要以大约一秒或更短的时间更新或刷新显示器10，以便不使用户觉察更新过程。显示器10的分辨率按照在显示屏上的垂直与水平线数被定量。当前对于页尺寸文件浏览器的最低分辨率要求是1000线，其必须在大约小于一秒的时间内被寻址。
虽然本发明以文件浏览器12为例进行说明，但是根据本发明披露的内容，本发明可以用于其它显示器，例如手持计算机，寻呼机，传递专用信息的计算机，广告牌，电子图书和报纸，以及本领域的普通技术人员可以得知的其它装置的显示器。此外，较大的显示器例如交通干线标记及其类似物都可使用本发明的方法和装置。
显示器10由反射双稳态手性向列液晶材料构成，其显示状态可以通过在液晶材料上施加控制电压进行控制。根据本说明披露的内容，合适的手性向列液晶材料和单元，以及它们的制备方法，本领域的普通技术人员应当是熟知的。优选的手性向列液晶材料和单元例如在美国专利5,453,863和5,437,811中披露了，其内容在此引为参考。根据控制电压的大小和持续时间，可以使一个像素呈现光反射扭转平面结构，各向同性结构或焦点锥体结构。由于手性向列液晶显示材料的能力被快速地更新，所以可以对显示器的每个像素进行控制。
图2A的示意的透视图表示显示器10的一小部分。一层手性向列液晶显示材料50(5微米厚)被夹在两块透明的密闭板52,54之间，密闭板不受材料50的光反射或透射性能的影响。
在板52,54的每一侧上设置有电极阵列，其和如下所述的用于激励电极的电路(图7)相连。如图2A所示，板52支撑着互连电极的按顺序排列的阵列。在板52上的电极相互连接，限定互连电极的列，这些列都保持在相同的电位上。作为一个例子，电极60a和所有形成电极列的其它电极和电引线62相连，电引线62由沿显示器10的底边的输入端70a激励。类似地，电极60b由输入端70b保持在和其列中的其它互连电极相同的电位。最后，第三个代表性的电极60c和沿着通过输入端70c激励的列的其它电极互连。
正如下面详细说明的，在电极60a的正下方的像素的显示状态被电极60a和被板54支撑着的液晶层的另一侧上的电极80a上的电压之间的电压差控制。三个电极80a,80b,80c以虚线表示位于显示器10的相对侧上的对称位置。这些电极80a,80b,80c由和密闭板54的边缘上的输入端90相连的电引线82互连。
对提供给电极60a,80a的电压的选择控制确定施加于限定在电极60a,80a下方的像素的液晶材料两侧的电位。通过控制加于输入端70a,90上的电压，该电位可以被调整，更具体地说，可以按照用于在焦点锥体结构的像素和扭转平面结构的像素之间进行选择的一种方法被控制。通过选择地控制构成显示器10的每个像素的光学特性，驱动电路58可以使得在显示器上显示图像或文本。
这种显示可以以至少每秒500扫描线的速率被更新。应该注意，图2A中用圆圈示意地表示电极，以便帮助如图4A-4F所示的显示的各种状态的讨论。
图2B是第二种表示，用于更精确地表示应用本发明的方法的无源矩阵型显示器的结构。如图2B所示，板152和154支撑着以线的形式涂镀在底板上的透明电极162，和182a,182b。例如图2A中的圆圈60a表示在图2B中的190a,190b所示的像素，其分别位于导电电极162和导电电极182a,182b的交点处。
三阶段驱动方案
图3A和3B说明用于控制像素的显示状态的方式。如现有技术所知，手性向列液晶材料可以通过施加电压而被激励，从而呈现多种光学状态或光学结构。对于液晶材料的三种典型结构是各向同性，扭转平面和焦点锥体结构。当在各向同性状态时，液晶材料对于入射到其上的光是透明的。当在焦点锥体状态时，液晶材料对光呈现弱散射，但在路径长度足够短时，该状态也可以是透明的，并且当底板被涂上黑色时将呈现黑色。在扭转平面状态下，液晶材料则反射光。构成显示器10的液晶材料的像素的最终显示状态，按照本发明的方法被选择为或者是焦点锥体状态，或者是扭转平面状态。在平面结构状态下的液晶反射照到显示器上的光，在焦点锥体状态下的液晶将呈现透明或弱散射，以便提供和平面结构状态的足够的对比度。因而不需要黑色光。
图3A和3B表示作为时间函数的施加于像素两侧以便获得焦点锥体(3A)状态或扭转平面(3B)状态的电压的有效值(rms)。由图3A和3B可见，加于液晶材料上的每个控制电压从持续时间为T1的准备阶段110开始，在此期间迫使液晶材料成为各向同性状态。在准备阶段期间的电压VP和该阶段的持续时间T1必须足够大，以便使材料完全转换为各向同性结构。虽然对于驱动材料成为各向同性状态的电压值没有上限，但是如果它们太低，则在完成寻址周期之后，该器件将没有如在反射状态下的尽可能高的反射率。然而，在理论上，只要VP足够高，T1足够长，把材料完全驱动成为各向同性状态，则准备阶段基本完成，像素的最后状态将和准备阶段之前的像素状态无关。在实际应用中，VP的最大值被硬件限制。而且，过长的T1和使显示器快速更新的目的相冲突。因而，在理论上，对于任何给定的显示器，这些参数应当被优化，以便采用尽可能低的VP值，以便简化驱动器硬件和显示器设计，并且应当使T1尽可能短，以便使驱动速度最佳。一般地说，增加VP的值会缩短T1的值。
在一个实施例中，准备阶段可以被修正，使得只有更少像素保持在进入准备阶段之前的液晶的初始状态，有像素保持在初始状态会降低器件的最后的反射率。一般地说，VP的值较高，并且T1的持续时间较长，以便避免这一图像保持效应。在准备阶段，高电压可以被接通并断开几次，以便在较短的时间间隔T1内使液晶材料完全处于各向同性状态。换句话说，准备阶段的持续时间可以被减少。
在一个合适的时间间隔T1之后，在本发明的一个优选实施例中为40毫秒，该方法进入所谓的选择阶段，其中液晶材料利用选择电压VS激励，以便在焦点锥体状态和扭转平面状态之间进行选择。本发明的一个重要的方面在于，这一所谓的选择阶段114仅仅持续一个短的时间间隔T2(大约1或2毫秒)，比准备阶段110短得多。在本发明的寻址序列的应用中，选择电压可以同时加在一行上，以流水线方式向下依次加于这些行上。
在不受理论约束的前提下，还设想同时选择几行，同时使选择的这些行以流水线方式向显示器下方移动。由于选择脉冲对最后的强度曲线的陡度，例如，如图3C所示的Ve等于31V的情况，同时选择一行以上在理论上是可能的。由图3C可见，为驱动像素成为反射状态，14V的选择电压便足够了，并且11V对于驱动像素使之成为焦点锥体状态是足够低的。通过对被选行施加熟知的Alt和Pleshko波形，可以被同时选择的行数取决于把像素驱动成为反射状态所需的选择电压(VS-R)和把像素驱动成为焦点锥体状态所需的选择电压(VS-FC)的比，其关系是：行数=[((VS-R/VS-FC)2+1)/((VS-R/VS-FC)2-1)]2。当VS-R=14V,VS-FC=11V时，这将表明对于为形成图3C所使用材料和单元，可以同时选择的行数大约为18行。通过施加在VS-R和VS-FC之间的电压值，液晶材料呈现灰度级特性。
在演变阶段116期间，液晶材料在小于准备电压但大于选择电压的演变电压Ve下被激励一个时间间隔T3。在演变阶段116，液晶材料或者被保持在各向同性状态，或者演变成焦点锥体状态。当图3A和3B的演变电压Ve被除去时，根据在选择阶段114期间选择的电压，液晶材料就进入焦点锥体状态(图3A)或扭转平面(图3B)最终状态。通过比较图3A和3B的波形可见，电压的唯一不同发生在选择阶段114期间，在此期间，VS或者具有相当低的电压VS-FC120(图3A)，或者具有较高的电压VS-R122，它们分别决定像素的最终状态是焦点锥体状态或者是反射扭转平面状态。
虽然选择电压确定像素的最终状态，应该注意，演变电压可以影响像素的样子。图3C表示Ve的选择对于选择电压对最终器件反射率曲线的影响。可以看出，对于大于34V的Ve，小于11V的选择电压VS不会引起较低反射率的状态，对于小于25V的Ve，也发生相同的问题，并且由大于14V的VS产生的反射从其最大值被减小。因而，对于这种器件，已经发现，为了正确地操作按照本优选实施例的寻址方法，Ve必须在25和34V之间，以31V为最佳值。还应该注意，通过增加T3，即演变阶段的持续时间，可以改善扭转平面状态和焦点锥体状态之间的反差比。不过这也带来减慢驱动速度的效果。相反，当使Ve值增加从而加快驱动速度时，则使反差比减少。当然，具体的最佳电压将根据所用的具体材料和单元的结构而改变，但是，按照本说明，对这种参数进行优化，应当属于本领域普通技术人员的知识范围之内。
图3A和3B所示的波形是电压的有效值。实际的电压波形如图5和6所示。该波形是一种双极信号，其在地电压的上下振荡，以便避免对夹在两板52和54之间的液晶材料的离子传导。加于液晶材料上的电压有效值在准备阶段110期间大约为50V，在演变阶段116期间大约为31V，在选择阶段114期间根据所需的最终状态选择为11V或27V。
如图5和6所示，直到最后一行的演变阶段结束，在整个寻址时间间隔期间，对显示器施加列电压。为了获得具有高反射率的扭转平面状态，列电压VCOL必须低于某个值。如果列电压太高，从各向同性状态向扭转平面状态的过渡便可能不会发生，并且/或者已经被写成扭转平面状态的像素可能转换成焦点锥体状态。对于列电压的另一个限制在于，2VCOL必须足够大，以便获得所需的最终状态。由图3C可见，对于Ve=31V的曲线，2VCOL大约需要大于5V。
已经观察到，如果在准备和演变阶段的电压具有和列电压相同的频率，则在准备和演变阶段在像素上的数据电压的影响可能引起器件的称为“交扰”的不正确操作。由于器件的操作对于在演变阶段期间施加的电压值的敏感性，这种影响可能相当大。不过，已经发现，如果在准备和演变阶段期间对像素的行施加的电压的频率和对列施加的电压的频率不同，则可以减少交扰影响。为了进一步阻止交扰影响，在选择阶段(fs)中行电压的频率(fs)和列电压的频率(fCOL)相同，在准备和演变阶段期间，频率fP和fE与fCOL不同，并且最好具有按照下式的值：
fs=fCOL
fP=nfCOL或fP=(1/n)fCOL
fE=mfCOL或fE=(1/m)fCOL
其中n和m是大于1的整数。在图5和6所示的例子中，fs=fCOL=500Hz,fT=fE=2fCOL=1000Hz。
图4A-4F说明这些电压在图2所示的边缘输入端利用图7的驱动电路被施加到电极上的方式。参看图4A，该图是具有封闭平板52,54交错结构的电极的平面图，为清晰起见去掉了液晶材料。在图4A的左上角的电极60a和电极80a重叠，并且用类似方式，两个电极60b,60c和电极80b,80c重叠。
在准备阶段110期间，20行R1-R20的每一行接收有效值为50V的信号。由三个代表性的列电极60a,60b,60c连接的第一行R1正要完成其准备阶段110，而行220则刚刚开始其准备阶段。在边缘输入端70a,70b,70c施加于列电极上的-8V,+8V,+8V的电压不足够大，不能中断构成这20行的像素的准备阶段，使得这些行的像素被转换为各向同性状态。
参见图4B，驱动电路把有效值为50V的信号向下移动一行，如图4B所示，使得图4A中的20行的19行保持在准备阶段110。在该层的反面包括电极对60a,80a,60b,80b,60c,80c的电极的R1行现在由适用于选择阶段114的双极电压激励。有效值为19V的信号被加于边缘输入端90。和边缘输入端70a,70b,70c相连的驱动电路继续施加受控极性的有效值为8V的信号，以便选择由R1行中的电极连接的像素的状态。
由电极60a,80a限定的像素刚刚进入选择阶段。施加-8V的电压使这一像素保持各向同性状态。如图3B所示，这将产生作为最终状态的扭转平面状态。由电极60b,80b连接的像素被激励，从而使这些电极之间的像素转换为过渡扭转平面状态。如图3A所示，这将使该像素处于作为最终状态的焦点锥体状态。
在图4A和4B中所示的由电极限定的像素，用标号“H”表示各向同性状态，“P”表示扭转平面状态，“P”表示过渡平面状态，以便表示电极下方液晶的瞬时状态。这样，由两个电极60b,80b限定的像素在图4B中被标为“P*”。
用于在焦点锥体状态和扭转平面最终状态之间进行选择的波形如图5和图6所示。由这些图可见，由驱动电路施加方波的RMS信号，以便在选择阶段时间间隔T2期间对像素施加合适的电压。示出了三种不同波形。一种波形W1表示例如沿输入端90的行输入信号。第二波形W2表示例如在输入端70a,70b,70c中的一个输入的列输入信号。第三个波形W3表示加于像素上的净的或合成的信号。
在选择阶段期间图5中的波形使液晶保持在各向同性状态。如上所述，这导致液晶的扭转平面最终状态。图6表示激励电压波形W4,W5,W6，它们使液晶在准备阶段110期间从各向同性状态改变为在选择阶段114期间的过渡扭转平面状态。这使液晶在演变阶段之后转换为焦点锥体状态。
图4C-4F表示对限定液晶层50的电极阵列连续施加的控制电压。在图4C中，行R1中的电极连接进入演变阶段的液晶材料(见图3A,3B)。回忆图4B的说明，电极60b,80b连接通过输入端70b的控制电压转换为扭转平面状态的像素。在演变阶段期间，这像素进入焦点锥体状态，在演变阶段结束之后，最终达到焦点锥体状态，被标以“F”。由电极60a,80a限定的像素保持各向同性状态，这是因为，在图4B所示的R1行的选择阶段期间，施加列控制电压，从而使那一像素保持在各向同性状态。
图4E说明在R1行的像素经历过演变阶段之后的状态。在输入端90的控制电压被减少到0V。列输入端70a,770b,70c仍然被有选择地转换，以便激励刚刚完成准备阶段的行R22。该行R22距第一行R1之间隔有20个其它的行。图4F表示的一种情况是，其中两行R1,R2已经达到终极状态，如对这两行R1,R2沿着行输入端施加0V电压所示。列输入端70a,70b,70c根据正处于行R22下方的所需像素的状态继续改变。
在一种优选实施例的改型中，准备阶段可以修正，使得只有更少的像素保持在进入准备阶段之前的液晶的初始状态，有像素保持在初始状态会降低器件最后的反射率。在本实施例中，准备阶段可以包括：预先排列顺序，使高电压接通或断开几次，被修改以便更完全地使液晶排列成选择阶段之前的各向同性结构。按照本实施例，通过在准备阶段期间，更完全地使材料转换成各向同性结构，可以基本消除由在准备阶段之前由于初始状态的不同而给像素的最终光学状态带来的影响。这也改善对比度系数。
在本发明的另一个优选的实施例中，演变电压Ve被选择得相当低，例如，10-15V，以便改变像素的最终状态或像素的外貌。在本实施例中，演变阶段可以使用电压，以便使通过选择电压而获得的过渡平面结构演变为反射平面状态而不演变为焦点锥体状态。在本实施例中，从选择阶段得到的最终状态和当演变电压的值较高时得到的状态不同。本实施例的优点在于，在演变时间间隔结束时呈现的状态是最终状态，在演变阶段结束时不发生转换。因而，本实施例和前一个实施例的不同之处仅仅在于，在选择阶段之后施加的电压不同，因而，最终的液晶状态不同。在选择阶段结束时，对像素施加一个电压，该电压具有使处于过渡平面状态的像素演变成反射扭转平面状态，并且使各向同性状态的像素演变成焦点锥体状态。因此，在这一演变阶段的电压值必须如此选择，使得足够高，以致使得各向同性状态不转换为过渡平面状态，而又足够低，使得过渡平面状态不演变为焦点锥体状态，并使得各向同性状态转换为焦点锥体结构。
在这另一个实施例的演变阶段之后，施加于像素的电压可以被减少为0，并因为这些材料的零电场的双稳态特性，在零电场下，已经演变成平面结构的像素将保持那种结构，已经演变成焦点锥体结构的像素也将保持那种状态。因而，按照本实施例的方法，使用如前所述的相同的准备阶段和选择阶段。不过，在保持阶段，可以把电压降低为一个较低的值或者完全除去，并且像素将保持在在演变阶段期间获得的平面状态或焦点锥体状态。
四阶段驱动方案
在本发明的另一个实施例中，已经发现，通过对寻址顺序增加一个附加的阶段可以更加节省时间。如图11A和11B所示，在这种驱动方法中，寻址顺序由4个阶段构成：准备，准备后，选择和演变。在前一个实施例中，如图3A和3B所示，选择阶段的时间间隔大约为1毫秒。在本实施例中，选择阶段和增加的准备后阶段的时间间隔大约为0.5ms。
图11A和11B以和图3A,3B类似的方式表示像素的显示状态。图11A和11B表示作为时间函数的加于像素上以便使其或者达到焦点锥体(11A)或扭转平面状态(11B)的电压的有效值。为获得每种状态，在持续时间为T1的准备阶段300期间向液晶材料施加控制电压，该电压迫使液晶材料成为各向同性状态。如前所述，电压VP和持续时间T1必须足够，以便使材料完全转换为各向同性状态。当然，作为电压VP和持续时间T1的被选择的值根据前述的实施例中的设计考虑来选择。
在准备后期间312，一个比准备电压VP低得多的电压值Vi加于液晶材料上，使其从各向同性状态开始转换。为了更好地理解所述转换，可以参看图12。在从各向同性状态转换为过渡平面状态的转换中，液晶材料的极角θ从0°变为90°。对于反射可视光的胆甾醇液晶材料，转换时间大约为0.5ms。由图12可见，在转换开始时，该转换θ的变化相当慢。这个慢的间隔由t1表示。然后，转换θ变化极快，这个较快的间隔用t2表示。在本实施例中，对于反射绿光的胆甾醇材料，t1+t2大约等于0.5ms，其中t1持续时间间隔大约为0.2ms的准备后阶段312,t2是选择阶段。在前一个实施例中(图3)，选择间隔(T2)包括间隔t1+t2。在准备后阶段中，施加的电压Vi相当低，从而使材料通过锥体螺旋结构转换为过渡平面状态。在时间间隔t1期间，极角θ仅略微偏离0°。
在选择阶段314，对液晶材料施加电压VS，以便在焦点锥体和扭转平面最终状态之间进行选择。电压VS可以是一个高电压Vr316，其使极角θ停止增加，并使材料转换回各向同性状态。电压Vr的值比电压Vi大得多。此外，电压VS可以是低电压Vb318，其使极角θ继续增长到90°，这使材料进一步转换为过渡平面状态。电压Vb的值仅仅稍微大于Vi的值。对于反射可见光的胆甾醇液晶材料，由图12可见，极角θ从ε～5°改变为90°大约为0.2ms。使材料向回转换为各向同性状态的电压取决于材料的极角。具有大的极角的胆甾醇材料要求较高的电压，以便迫使材料成为各向同性状态。
在演变阶段320中，电压Ve被施加在液晶材料上，以便迫使材料或者成为焦点锥体状态-如果在选择阶段材料被选择成为过渡平面状态的话，或者保持在各向同性状态-如果在选择阶段材料被选择成为各向同性状态的话。电压Ve的值小于准备电压，但大于准备后电压。如同前一实施例，当选择选择电压Ve和持续时间T3的值时，需要考虑各种因素，例如对比度系数和驱动速度。
在演变阶段之后，施加的电压小于用于平面-焦点锥体转换的电压V’Pf如果液晶材料处于各向同性状态，那么则转换为反射平面状态。如果材料被转换为焦点锥体状态，则材料保持为基本透明的焦点锥体状态。
图13表示在图2所示的电极上施加电压的顺序。以和图4A-4F近乎相同的方式，图13表示用于各个行电极和列电极上的寻址方法。在准备、准备后、选择和演变电压被顺序加在行电极上的同时，电压Vo和-Vo被加在列电极上。由图13所示的电极限定的像素被标以“F”或“P#”，用于表示在寻址期间在电极之间的液晶材料的状态。本领域的技术人员可以理解，“F”代表当液晶材料处于焦点锥体状态时，像素最终呈现黑色，“P#”表示当材料处于平面状态时，像素最终呈现反射的颜色。可以理解，当Vb=Vs-Vo＜V# Ph时，目标像素将呈现过渡平面状态，其最终会使像素处于焦点锥体结构。当Vr=Vs-(-Vo)＞V# Ph时，目标像素将呈现各向同性结构，其最终会使像素处于平面结构。电压值V# Ph代表用于迫使液晶材料成为各向同性结构所需的电压值。
施加于电极的实际波形如图14和15所示。这些波形是振荡的双极信号，以便避免液晶材料的离子传导。波形W7表示行输入电压，波形W8表示列输入电压，波形W9表示加于像素上的W7和W8的合成或组合信号。图14中所示的波形使得液晶材料可以从在准备阶段300期间的各向同性状态转换为在选择阶段314期间的过渡平面状态。这使得液晶材料在演变阶段320之后转换为焦点锥体状态。在图15中的波形W10表示行输入电压，波形W11表示列输入电压，波形W12表示加在像素上的W10和W11合成信号或组合信号。波形W10-W12在选择阶段期间使液晶材料保持在各向同性状态，其使像素处于扭转平面最终状态。下面是如上所述的施加于液晶上的电压序列的一个例子。这个例子是改善转换时间的示例，并不是对本发明的限定方式。
示例
制成一种用PMMA涂镀的绿色反射试样，对其施加如下的电压序列：
准备阶段：      40ms,60V
准备后阶段：    0.2ms,6V
选择阶段：      0.2ms
演变阶段：      40ms,29V
最后的反射率对选择电压的曲线如图16所示。在选择电压大于27V时获得了高的反射值。在选择电压低于15V时获得低的反射值。例如利用在15V到27V范围内的电压可以获得灰度级。
如图17所示，利用时间调制技术也可以获得灰度级。在选择阶段开始时，施加和准备后阶段相同的电压Vi，然后在Δt内施加较高的电压VS。当在上例中施加VS=35V时，表示不同的灰度级的最后反射值对Δt的曲线如图18所示。
五阶段驱动方法
在本例中，已经发现，对寻址序列再增加一个阶段可以进一步节省时间。在这种驱动方法中，如图19A,19B所示，在选择阶段318和演变阶段320之间，插入选择后阶段330。通过插入选择后阶段，平板显示器的整个寻址时间可以被减少到大约22毫秒。
图19A和19B表示和加于合适的电极上的作为时间的函数的有效值(rms)电压相关的像素的显示状态。在和四阶段驱动方法相似的序列中，准备阶段300在ΔtP期间提供足够高的电压VP，驱动液晶材料成为各向同性结构，其使液晶材料的指向器(director)的极角转向零度位置。这个施加的电压主要由为行电极供电的行驱动器提供。
在准备后阶段312，在ΔtPP期间施加的电压VPP足够低，或被减少，从而使液晶材料转换。液晶指向器的极角的值略微增加。
在选择阶段314，在ΔtS期间，施加电压VS，其最终决定液晶材料的最后状态。一个高的电压316将停止液晶材料向过渡平面状态转换，并使材料返回各向同性状态。低的电压318使液晶材料继续向过渡平面状态转换，并使指向器的极角变得相当大。通过组合由行驱动器产生的电压和由向列电极供电的列驱动器产生的电压来施加电压VS。
在选择后阶段330，在ΔtaS期间，施加相当低的电压VaS，根据施加的电压VS，液晶材料的状态如下：如果在选择阶段314选择各向同性结构，选择后阶段则使液晶材料略微向过渡平面结构转换。换句话说，如果使极角转向一个小的非零值。然而，如果在选择阶段314选择过渡平面结构，则在选择后阶段330几乎使液晶材料完全转换为过渡平面结构，其中指向器的极角几乎为90°。由列驱动器提供电压Vas。
在演变阶段320，施加相对中等的电压Ve。如图19B所示，如果在选择后阶段330液晶材料稍微偏离各向同性结构，则材料向回转换而成为各向同性结构，或者保持在稍微偏离各向同性结构的状态。在演变阶段320之后，当电压足够低时，材料转换为过渡平面结构，然后成为稳定的平面结构。然而，如图19A所示，如果液晶材料在选择后阶段330转换为过渡平面结构，在演变阶段320，液晶材料则转换为焦点锥体结构。相应地，液晶材料保持在焦点锥体状态，并且材料呈现透明的或弱散射的。在演变阶段施加的电压大部分由行驱动器提供。
示例
准备 准备后 选择 选择后 演变
电压(V) 60 8 32/48 8 30
脉宽(ms) 5 0.5 0.05 0.5 15
频率(Hz) 1k 20k 20k 20k 1k
利用具有反射黄光的间距长度(pitch length)的胆甾醇液晶材料制造一个5微米的像素。如上表所示，当在选择阶段314的电压VS等于或小于32V时，在演变阶段320之后获得了焦点锥体结构。当在选择阶段314的电压VS等于或大于48V时，获得了平面结构。持续时间ΔtS大约为0.05ms。当然，表中所列的这些和其它的值可以根据液晶材料以及其它的因素而改变。应当理解，在本例中施加的电压可以是方波或者正弦波。
图20示出了五阶段驱动方法的列电压和行电压。在所有的5个阶段内，列电压Vo或者等于8V，用于选择由“C”表示的锥体螺旋结构，其最终将成为焦点锥体结构，或者等于-8V，用于选择由“H”表示的各向同性结构，其最终将成为平面结构，其中电压的频率为20kHz。
在5个阶段期间，行电压的值根据所需的结构而改变。在准备阶段，行电压VP=59.5V，频率是1kHz。如同本领域技术人员所理解的，在合适的行电极与列电极之间的像素上的有效值电压是 59.5 2 + 8 2 = 60 V 。 在准备后阶段和选择后阶段，施加的行电压是VPP=Vas=0V。因此，在准备后阶段和选择后阶段加于像素上的电压是8V。
在选择阶段，行电压的频率是20kHz(和列电压相同)，且行电压是(32+48)/2=40V。因而，如果需要焦点锥体状态，则列电压是8V，加于像素上的电压是40-8=32V。如果需要平面结构，则列电压是-8V，加于像素上的电压是40-(-8)=48V。
在演变阶段，行电压是29V，并以1kHz的频率施加。因此，加于像素上的电压的有效值大约为30V。在完成5个阶段之后，行电压是0V，在寻址序列之后加于像素上的电压是8V，没有交扰影响。
五阶段驱动方法和其它驱动方法相比通过预置液晶指向器的极角而提高了改进。在五阶段驱动方法中，选择间隔比四阶段驱动方法短。因而减少了用于寻址一帧像素的总的时间。
二阶段驱动方法
如在背景技术中讨论的，用于双稳态液晶显示的常规的驱动方法一次寻址一行。为了利用常规驱动方法得到反射状态，施加相当高的电压，以便使材料转换为各向同性结构。在除去高电压之后，材料呈现平面结构。为了获得透明的或者弱散射的状态，施加一个中间电压，以便使材料转换为焦点锥体结构。在除去该电压之后，材料保持为焦点锥体结构。通过对液晶材料施加较高的电压，可以减少使材料转换为各向同性结构所需的时间间隔。遗憾的是，通过施加较高的电压不能减少使材料转换为焦点锥体结构所需的时间间隔，因为这将迫使液晶材料处于不需要的各向同性状态。利用这种驱动方法，寻址一行所需的最短的时间间隔大约为20毫秒。
在图21A和21B所示的本实施例中，通过在准备阶段使用和各向同性结构相反的焦点锥体结构，等待液晶材料成为所需状态的问题被克服了。虽然使材料转换为焦点锥体结构所需的时间大约为15毫秒，但是可以使用如图22所示的流水线算法在准备阶段同时对许多行进行寻址。对于n行显示器寻址一帧的时间或总时间是ΔtP+nΔtS。
在准备阶段350，在时间间隔ΔtP内施加电压VP，以便获得焦点锥体结构。在选择阶段352，施加选择电压VS，以便迫使液晶材料成为其所需的最终状态。应用相当高的电压354使材料维持各向同性状态。在选择阶段352之后，各向同性状态成为平面状态。应用相当低的电压356使材料停留在除去选择电压VS之后所保持的焦点锥体状态。
示例
使用反射黄光的胆甾醇液晶材料制造一个试样像素。在大约15ms的时间间隔ΔtP内，大约30V的电压VP被加于该像素上。在图23中示出了在寻址序列之后液晶材料的反射值与选择电压的关系曲线。标有“P”的空心的圆圈表示当初始状态即在准备阶段350之前的状态-是平面结构时的反射值。标有“F”的实心圆圈表示当初始状态是焦点锥体结构时的材料的反射值。在选择阶段352中，在本例中其持续时间大约为2ms，选择电压354大约为63V，以便获得平面结构，选择电压356大约为45V，以便获得焦点锥体结构。
图24表示利用本例的行电压和列电压的寻址序列。在选择阶段，行电压是(45+63)/2=54V，频率为1kHz。为了选择焦点锥体结构，列电压是Vo=(63-45)/2=9V，这使得加于像素上的电压为(54-9)=45V。为了选择平面结构，列电压是-Vo=-9V，这使得加于像素上的电压为(54-(-9))=63V。在选择阶段期间没有交扰影响。用于准备阶段的电压VP大约为28.6V，频率为500Hz。因此，加于像素上的电压为 28.6 2 + 9 2 = 30 V 。
由上述可见，二阶段驱动方法和现有的其它多阶段驱动方法相比至少具有两个优点。寻址序列的总时间(ΔtP+ΔtS)大约为17ms，而其它的寻址序列则高达80ms。例如，这种驱动方法非常适合于视频速率操作。本实施例的另一个优点在于，其驱动波形比其它多阶段驱动方法简单得多。
如图11-24所示，另外的实施例也可以包括图1-6所示的第一实施例的改型。因此，包括第一实施例的操作特征并利用下述的电路的实施例都将落在另外的实施例的范围之内。
控制电子电路
图7是用于激励边缘接点以便使显示器10实现特定输出的电路200的方块图。在图7中所示的显示器是一种320×320个像素的阵列。因而这种显示器包括320行，每行具有320个独立可控的像素。
由上述可见，显示器10的每行和每列在显示器的边缘具有接点或连接器，用于把控制电压连接到跨过显示器而延伸的电极上。图7的方块图表示用于激励或驱动这些边缘接点的电路，所述边缘接点被分成围绕显示器的外圆周而分开的组。在显示器的一侧上的一组行驱动器210激励显示器中和偶数行(0,2,4,6等)相连的边缘接点，在显示器的相对侧上的第二组行驱动器212激励显示器中和奇数行(1,3,5等)相连的边缘接点。类似地，一组列驱动器214激励偶数列，第二组列驱动器216激励奇数列。
每组行驱动器和列驱动器和控制与逻辑电路220相连，该电路控制在显示器10上的数据表示。来自控制与逻辑电路220的数据信号和控制信号存在于两个控制数据总线222,224上。在这两个总线上的数据从两个可电子编程的存储电路226,228输出。从电路220的逻辑部分产生控制信号。
在图7的显示器的左侧上的行驱动器210由串联连接的160个模拟开关240构成。一个这种开关的功能方块图如图10所示。用于构成行驱动器的一种优选的模拟开关是可从Supertex买到的型号为HV204的模拟开关。
由图10的功能方块图可见，每个模拟开关240包括数据输入242，数据输出244和用于保持数据的8位移位寄存器246。数据包括两个状态数据位。通过触发时钟输入248在数据输入242上的数据被锁进位移寄存器246中。
移位寄存器具有8个并行输出246a-246h。在这些输出的数据被提供在8个锁存电路250a-250h。每个锁存电路具有清除输入端CL，和与控制/数据总线222的控制部分相连的锁存选通输入端NOT LE。在对清除输入端施加信号时，锁存电路便被清除，在收到加载选通信号时则锁住在D输入端输入给锁存电路的数据。被锁存在锁存电路中的数据存在于锁存电路的输出端，并通过8级移位器252a-252h中的相关的一个进行传递。
每个模拟开关240还包括8个开关或输出部分254a-254h。锁存器的状态决定模拟开关的相关的输出端或转换部分的状态。如果锁存器含有一个高位，则开关输出闭合，如果锁存器具有一个低位，则开关输出打开。作为一个特定例子，如果锁存器250h具有来自移位寄存器的锁存的高位，则开关部分254h将如图10所示的两个接点260,262连接在一起。
为了理解来自数据总线222的数据为何必须通过串联连接的模拟开关电路240同步，必须理解，每个模拟开关240具有和+/-50V波形相连的两个输入端，和+/-30V波形相连的两个输入端，和+/-19V波形相连的两个输入端，以及接地的两个输入端。和这4个不同的电压输入端相关的输出端被连接在一起。这由图10可以看出，其中可以看到，开关部分254a和+/-50V信号相连，开关部分254b和+/-30V信号相连，开关部分254c和+/-19V信号相连，并且开关部分254d的输入端接地。还注意到，这些开关部分的每个输出端被连接在一起，还和显示器10的0行相连。
当标号为319的行(图7)要经历准备阶段110时，移位寄存器利用一种位图形被加载，所述位图形确保当锁存选通输入端被触发时把一个高位锁存在锁存器250a中。在准备阶段期间，对3个锁存器250a,250b,250c的输出必须是低的。因为显示器10当从图7看时由底部到顶部被串行地更新，可见，适于给定的行的行激励信号在一个短的时间之后对于下一行也是合适的，因此，控制电路220只需要通过合适地施加4个时钟信号到每个位移寄存器中使一个位移寄存器中的数据移位。适合于实现20个准备周期、一个选择周期、和20个演变周期的一连串的位被移位进入最底部的模拟开关240，并通过时钟输入端对位移寄存器发送合适的时钟来经过所有的行驱动器向上移动。在每个时钟信号之后，控制信号220使锁存器同时锁存数据，用于正确地激励边缘接点。控制信号220协调数据的表示和数据的同步，使得行驱动器接收正确的数据。
在显示器更新期间的任一时刻，在显示器的320行中只有一行利用双极选择信号激励。在那一行中的每个像素的状态(扭转平面状态或焦点锥体状态)被存储在第二个可被电子控制的存储器228中。每当行驱动器的构型改变时，控制电路220便负责把正确的列数据加载到两个列驱动器214,216中。由图5和图6可见，列驱动器214,216的用途是控制用于正在经历选择阶段的行的320个像素中每个像素的+/-8V信号的状态。
优选的列驱动器214,216使用SMOS列驱动器集成电路(单元号为SED1191f)构成。两个列驱动器中的每一个被设置在具有+8V和-8V输入端270,272的电路板220上，其中所述输入端用于驱动列边缘接点，例如显示器10的典型的接点70a,70b,70c。
图8示出了支撑着40个模拟开关240的行驱动器印刷电路板240的构型。因为行驱动器210需要160个这种模拟开关，所以驱动器210由4个电路板274,275,276,277构成(图9)。
图8所示的电路板包括3个模拟开关280,282,284，它们作为波形发生器用于向电路板274上的另外40个模拟开关提供双极信号。模拟开关280提供和每个模拟开关240相连的(+/-)50V的双极信号，模拟开关282提供(+/-)30V的双极信号，模拟开关284提供(+/-)19V的双极信号。
来自波形发生器的方波输出是这样实现的：使合适幅值的一个正电压和一个负电压与两个模拟开关输入端相连，并把和这些输入端相关的输出端连接在一起。通过合适地调整同步进入模拟开关电路的移位寄存器中的数据，便可以从模拟开关提供双极输出。
电路板274包括用于连接的多个输入输出连接器。一个连接器290连接控制和数据总线222，用于向电路板提供控制信号和数据信号。电源连接器292从图9所示的可调电源300向电路板提供合适的电源。在电路板相对侧上的边缘连接器294a-294h向转接印刷电路板296(图9)输出行驱动信号，转接印刷电路板296用于向显示器10的合适的行电极多路传输行驱动信号。作为一个例子，连接器294a提供20个信号，用于驱动显示器的20行。这20个信号和柔性的多导体印刷电路电缆298相连，印刷电路电缆298在一端具有和连接器294a-294h中的一个接合的接点。电缆298的相对侧具有和转接印刷电路板296上的连接器接合的接点。
作为列驱动器的电路被安装在两个印刷电路板214,216上。这些印刷电路板不仅支撑着用于向正在经受选择阶段的显示器中的一行的像素提供合适的状态信号的电路，而且还包括用于把信号从所述电路送到显示器10的边缘接点的电路。
列驱动器电路板214,216每个包括3个SMOS 1191f显示驱动器集成电路和所需的电容、电阻、电平转换器和用作接地开关的模拟开关。每个SMOS电路具有其自身的来自8位并行数据总线224的数据输入端。列驱动器板的每个时钟脉冲采集一个字节的数据，使得6个驱动器集成电路中的每一个按照每个时钟信号得到一个数据位。因为集成电路具有64个输出，所以其需要占用总线224上的64个字节才能构成一个完整的行。因而，当选择阶段进行到一个新的行时，列数据的64个字节便被加载到驱动器板214,216中，用于控制从板214,216输出的相应阶段的+/-8V方波信号。
应当理解，虽然对本发明进行了具体的说明，但本发明并不限于这些特定的实施例，在所附权利要求的构思和范围内的所有改型和改变都被包括在本发明之中。

Claims (52)

1．一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)在选择阶段期间在所述选择的像素上施加选择信号，以便选择预定的最终显示状态；以及
(ⅳ)在演变阶段期间对所述选择的像素施加演变信号。
28．如权利要求27所述的装置，其特征在于控制电子电路包括用于向多个像素施加双极准备、准备后、选择和演变信号的电路。
29．如权利要求27所述的装置，其特征在于在液晶材料层的一侧上的电极被排列在基本平行的行中，在液晶材料另一侧上的电极被排列在基本上和所述行垂直的基本平行的列中，所述像素由在所述行和所述列上的这样的点来限定，假如所述行和所述列处于同一平面内时，所述行和所述列将在所述点交叉，其中当控制电子电路对行电极施加电压信号时，在那行中的所有像素和同一电压信号电气相连，当控制电子电路对列电极施加电压信号时，在那列中的所有像素和同一电压信号相连。
30．如权利要求27所述的装置，其特征在于控制电子电路包括计时器，用于控制准备、准备后、选择和演变信号的计时器时间间隔。
31．如权利要求29所述的装置，其特征在于控制电子电路包括用于对所述像素的多个行施加所述准备信号和所述演变信号的电路。
32．如权利要求29所述的装置，其特征在于控制电子电路包括用于对所述像素的多个行同时施加所述选择信号的电路。
33．如权利要求27所述的装置，其特征在于控制电子电路在所述选择阶段把所述双稳态手性向列液晶材料层预置为和所述预定的最终显示状态不同的状态。
34．如权利要求27所述的装置，其特征在于控制电子电路在选择后阶段期间，对所述选定像素施加选择后信号，以便加快实现所述的显示状态。
35．如权利要求34所述的装置，其特征在于控制电子电路还包括用于对多个像素施加所述选择后信号的电路和用于控制所述选择后信号的持续时间的计时器。
36．如权利要求27所述的装置，其特征在于所述控制电子电路时间调制所述选择信号的施加，使得所述预定的最终显示状态呈现灰度级性能。
37．如权利要求27所述的装置，其特征在于所述控制电子电路幅值调制所述选择信号的施加，使得所述预定的最终显示状态呈现灰度级性能。
38．一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，以便在所述液晶材料上建立准备电压；
在用于选择所述液晶的两个最终显示状态之一的选择阶段期间，激励所述电极，以便在所述液晶材料上建立选择电压；以及
允许所述液晶材料呈现最终显示状态，其中至少一种最终显示状态和在所述选择阶段期间液晶材料的准备状态不同。
39．如权利要求38所述的方法，其特征在于所述双稳态液晶材料是手性向列的。
40．如权利要求39所述的方法，其特征在于所述手性向列液晶材料具有能够有效地反射可见光谱中的光的间距长度。
41．如权利要求38所述的方法，其特征在于所述建立所述准备电压的步骤使所述液晶材料呈现焦点锥体结构。
42．如权利要求38所述的方法，其特征在于所述建立所述选择电压的步骤使所述液晶材料呈现焦点锥体结构或各向同性结构之一。
43．如权利要求38所述的方法，其特征在于所述允许步骤包括从所述电极上除去所述选择电压，并允许所述液晶材料呈现其一种最终显示状态的步骤，其中所述选择电压使所述液晶材料保持在焦点锥体结构或者各向同性结构，并且所述除去步骤使所述处于焦点锥体结构的液晶材料保持在焦点锥体结构，并使处于各向同性结构的所述液晶材料呈现平面结构。
44．一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两侧设置电极，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，寻址阵列的选择的显示元素，在选择阶段期间，提供选择信号，用于选择所需的最终显示状态，并且然后允许显示元素呈现所需的最终显示状态。
45．如权利要求44所述的方法，其特征在于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，并且还包括提供具有能够有效地反射可见光谱中的光的间距长度的手性向列液晶材料层的步骤。
46．如权利要求44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。
47．如权利要求44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。
48．一种显示装置，包括：
(a)双稳态的液晶材料层；
(b)设置在液晶材料层的相对两侧上的多个电极，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，从而使液晶层呈现准备结构；以及
(ⅱ)在选择阶段期间在所述选择的像素上施加选择信号，以便选择预定的最终显示状态，其中至少一种预定的最终显示状态和在所述选择阶段期间液晶材料的准备状态不同。
49．如权利要求48所述的装置，其特征在于控制电子电路包括对多个像素施加双极准备信号和选择信号的电路。
50．如权利要求48所述的装置，其特征在于在液晶层的一侧上的电极被排列在基本上平行的行中，并且在液晶层的相对侧上的电极排列在基本上和所述行垂直的基本上平行的列中，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，其中当控制电子电路对行电极施加电压信号时，在那行中的所有像素和同一电压信号电气相连，当控制电子电路对列电极施加电压信号时，在那列中的所有像素和同一电压信号相连。
51．如权利要求48所述的装置，其特征在于所述控制电子电路包括用于对所述像素的多个行同时施加所述选择信号的电路。
52．如权利要求48所述的装置，其特征在于所述控制电子电路在所述选择阶段把所述双稳态手性向列液晶材料预置为和所述预定的最终显示状态不同的状态。
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