驅動顯示設備的方法

專利名稱：驅動顯示設備的方法
技術領域：
本發明涉及驅動具有顯示元件的顯示設備的方法，該顯示元件由液晶元件等以及作為與顯示元件串聯的開關元件的2端型非線性元件為代表。
最近液晶顯示設備已經用于各種領域，包括AV(音頻和視頻)系統和OA(辦公室自動化)系統。低檔產品裝配有由TN(扭轉向列)或STN(超級扭轉向列)構成的無源型液晶顯示設備，而高檔產品裝配有有源矩陣驅動液晶顯示設備，該顯示設備采用3端型非線性元件，即TFT(薄膜晶體管)作為開關元件。
由于有源矩陣驅動液晶顯示設備在彩色重現能力、薄(深度較淺)、輕和低耗電方面都超過CRT(陰極射線管)，因此對它的應用在各方面都得到了迅速的發展。然而，為了制造TFT，必須將形成薄膜的工藝和光刻工藝重復六至八遍，形成開關元件也需要這樣做，這就提高了制造成本。因此，目前節約制造成本是最關鍵的問題。
相反，采用2端型非線性元件作為開關元件的液晶顯示設備在制造成本方面優于采用TFT的液晶顯示設備，并且在顯示質量方面優于無源型液晶顯示設備。因此，這一類型的液晶顯示設備已經得到了極為迅速的發展。
如圖7所示，采用2端型非線性元件的液晶顯示設備包括顯示屏21，按行順序地將預定電壓施加到顯示屏21的掃描電極線的掃描電極驅動電路22，將對應于顯示的預定電壓施加到顯示屏21的信號電極線的信號電極驅動電路23，以及控制單元24，該單元將控制信號送至掃描電極驅動電路22和信號電極驅動電路23，以便顯示輸入數據。
如圖8所示，顯示屏21包括以矩陣排列的多個液晶元件25。更具體地說，一個液晶元件25與一個2端型非線性元件26相互串聯在柵格形式的每條掃描電極線(Y1-Ym)和每條信號電極線(X1-Xn)之間。
雖然在圖中未示出，但是掃描電極驅動電路22包括液晶驅動電源產生電路、移位寄存器和模擬開關，而信號電極驅動電路23包括移位寄存器、閂鎖電路和模擬開關。
根據上述結構，如圖9所示，信號31和信號32分別施加在掃描電極線Yi和信號電極線Xj之間，使得液晶元件25接通和關斷。
2端型非線性元件26具有這樣一個性質，即其等效電阻隨著施加電壓的增加而減小，這使得當施加較高電壓時電流急劇增加。結果，分別由

圖10(a)和10(b)中的虛線表示的電壓施加到液晶元件25的兩端。這意味著施加到被選擇(選擇期間)的液晶元件25的電壓當液晶元件不再被選擇(被選擇期間)時仍保持。
由于上述理由，采用2端型非線性元件26的有源矩陣液晶顯示設備與簡單的矩陣型液晶顯示設備相比，具有較高的驅動效率，因此獲得了較高的對比度和更均勻的顯示。
然而，上述常規的結構具有一個問題，就是容易出現余像或圖像殘留。
更具體地說，液晶顯示設備設置在普通的白色模式，在這種模式下，液晶元件25接通時顯示黑色，當一段時間顯示屏21在中央顯示白色而在邊緣顯示黑色，如圖11(a)所示，而后轉為全部顯示中間色調即灰色，那么先前顯示的圖案仍保持，并且在整個顯示屏21上顯示不均勻，如圖11(b)所示。
造成余像的原因是2端型非線性元件26的I-V(電流與電壓)特性取決于電壓施加時間。這就是說，如圖12所示，在電壓施加時間非線性元件26的I-V特性從曲線33a移到曲線33b。因此，如圖13所示，液晶元件25的T-V(透射系數與電壓)特性從曲線34a移到曲線34b。例如，圖中透射系數為50％時的電壓從V50移到V50′；然而應注意偏移量的改變取決于施加的電壓。
因此，如圖14所示，需要用來使液晶元件25接通的電壓的偏移量ΔV(曲線35a)變得大于需要用來使其關斷的電壓的偏移量ΔV(曲線35b)，由此造成余像。
為了減小余像，日本專利公開第5-68712/1993號揭示了一種方法，其中選擇期間分成兩個期間，第一和第二期間，在第一期間通過非線性元件將調整的電荷送給由液晶顯示器等為代表的光電元件，以便使非線性元件的初始電荷相關性幾乎可以忽略，同時在第二期間通過非線性元件將對應于顯示輸入數據的電荷送給光電元件。結果，輸入數據可以在與之前的顯示無關的情況下被顯示。
此外，日本未公開專利申請第5-323385/1993揭示了一種方法，其中在第一期間施加的電壓極性與在第二期間施加的對應于顯示數據的電壓極性相反，并且在第一期間施加的電壓足夠大，于是作為非線性元件的MIM(金屬—絕緣體—金屬)元件中的極化量變得恒定，從而使極化量與液晶元件是接通還是關斷無關。以這種方式，輸入數據可以在與之前的顯示無關的情況下被顯示。
上述方法可減小余像；然而它們有一個問題，即限制了為得到高對比度所需的施加電壓的容限。
因此，本發明的目的是提供一種驅動顯示設備的方法，它可以減小余像，并且加寬為得到高對比度所需的施加電壓的容限。
為了實現上述目的，本發明提出了一種驅動顯示設備的方法，顯示設備具有多條信號電極線，多條掃描電極線，以及相互串聯在每條信號電極線和每條掃描電極線之間的一個顯示元件與一個2端型非線性元件，該方法包括以下步驟每個選擇期間順序地選擇掃描電極線，并且在一條所選擇的掃描電極線和一條所選擇的信號電極線之間施加一個電壓，以便使連接到所述被選擇的掃描電極線的一個顯示元件通電/關斷，其特征在于選擇期間分成寫期間和寫期間之后的消除期間，寫期間用來施加第一電壓，通過2端型非線性元件用多于一定量的電荷對顯示元件充電；以及在消除期間施加第二電壓，第二電壓的極性與第一電壓的極性相反，并且不消除在寫期間所充的電荷，以便使顯示元件接通。
根據上述方法，不管顯示元件是接通還是關斷，2端型非線性元件的I-V特性都偏移一個恒定的量，因此顯著地減小了余像。此外，由于在消除期間施加第二電壓，第二電壓的極性與第一電壓的極性相反，并且不消除在寫期間所充的電荷，以便使顯示元件接通，因此可以加寬為得到高對比度所需的第二電壓的容限。
為了更全面地理解本發明的特征和優點，可參閱下面結合附圖所作的詳細說明。
圖1(a)至1(c)是表示代表本發明的顯示設備驅動方法的波形圖圖1(a)表示施加到掃描電極線的信號的波形；圖1(b)表示施加到信號電極線的信號的波形；和圖1(c)表示施加在掃描電極線和信號電極線之間的信號的波形。
圖2(a)和2(b)是表示當圖1(c)所示信號施加在掃描電極線和信號電極線之間時，施加到液晶元件的信號的波形圖圖2(a)表示當液晶元件接通時的波形；而圖2(b)表示當液晶元件關斷時的波形。
圖3是表示使液晶元件在一段時間接通或關斷所需的電壓的偏移量的圖。
圖4(a)和4(b)是表示液晶元件的T-V特性的圖圖4(a)是采用第二電壓與第一電壓之比作為參數得到的圖；而圖4(b)是采用第三電壓與第一電壓之比作為參數得到的圖。
圖5是表示通過本發明的驅動方法和常規的驅動方法得到的對比度與施加電壓的特性的圖。
圖6(a)至6(c)是另外的表示代表本發明的顯示設備驅動方法的波形圖圖6(a)表示施加到掃描電極線的信號的波形；圖6(b)表示施加到信號電極線的信號的波形；和圖6(c)表示施加在掃描電極線和信號電極線之間的信號的波形。
圖7是表示常規的液晶顯示設備的示意性結構的圖。
圖8表示常規的液晶顯示設備的顯示屏的等效電路。
圖9(a)和9(b)是表示代表圖7中的液晶顯示設備的驅動方法的波形圖。
圖10(a)和10(b)是表示當圖9(a)和9(b)的信號施加在掃描電極線和信號電極線之間時，施加到液晶元件的信號的波形圖。
圖11(a)和11(b)用來說明通過圖9的驅動方法得到的顯示屏圖11(a)所示屏幕的中央是白色的，而邊緣是黑色的；圖11(b)表示已經將圖11(a)的圖案顯示了一段時間之后，轉換到顯示中間色調即灰色時的屏幕。
圖12是表示在電壓施加時間2端型非線性元件的偏移的I-V特性圖。
圖13是表示根據圖12所示的I-V特性的變化液晶元件偏移的T-V特性圖。
圖14是表示在一段時間使液晶元件接通或關斷所需的電壓的偏移量的圖。
下面參照圖1(a)至圖6(c)說明本發明的一個實施例。
圖1(c)表示在本發明的驅動液晶顯示設備的方法中，施加在相互串聯的一個液晶元件和一個2端型非線性元件之間的驅動電壓。應注意，雖然圖中只表示了正方向，但是對每幀或一定數目的幀極性可以反向。
在本發明的驅動方法中，選擇期間分成寫期間和消除期間。在寫期間，施加第一電壓(±Vop)，以便通過2端型非線性元件用多于一定量的電荷對液晶元件充電。在寫期間之后到來的消除期間，通過2端型非線性元件或施加第二電壓(±Von)或施加第三電壓(±Voff)，以便保持被接通或關斷的液晶元件相同。
更具體地說，第二電壓的極性與第一電壓相反，并且第二電壓小于第一電壓，因此不會消除在寫期間所充的電荷，在消除期間施加第二電壓，以便使液晶元件接通。
而第三電壓的極性與第一電壓相反，并且第三電壓小于第一電壓，但大于第二電壓，因此消除在寫期間所充的大部分電荷，在消除期間施加第三電壓，以便使液晶元件關斷。
簡言之，設定第一至第三電壓如下Von＜Voff＜Vop。
結果，施加在液晶元件兩端的電壓變化如圖2(a)和2(b)中的虛線所示。更具體地說，當在消除期間施加第二電壓時，液晶元件兩端的電壓保持在圖2(a)所示的非選擇期間中的高電平，由此使液晶元件接通。另一方面，當在消除期間施加第三電壓時，液晶元件兩端的電壓下降到如圖2(b)所示的幾乎零電平，由此使液晶元件關斷。
此外，由于在前面的寫期間施加第一電壓，通過2端型非線性元件用多于一定量的電荷對液晶元件充電，所以使液晶元件接通所需的電壓偏移量ΔV(曲線5a)和使同一液晶元件關斷所需的電壓偏移量ΔV(曲線5b)在一段時間的變化方式幾乎相同，如圖3所示。這消除了由2端型非線性元件引起的余像。
圖4(a)表示當第二電壓與第一電壓之比(R1)在0至0.6的范圍內時，液晶元件的T-V特性。圖4(b)表示當第三電壓與第一電壓之比(R2)在0.7至1的范圍內時，液晶元件的T-V特性。這些圖形是在液晶顯示屏中在這樣的條件下得到的2端型非線性元件具有的I-V特性用I＝α·V·exp(β·V)表示，其中α＝10-14和β＝3.0，并且2端型非線性元件與液晶元件的容量之比是1∶10。
從這些圖中可以清楚地看出，當第二電壓與第一電壓之比是0.5或0.5以下，并且第三電壓與第一電壓之比小于1，最好大于0.5和小于1.0時，可以得到良好的對比度。此外，還可以理解，在第一至第三電壓中的每一種電壓的寬的范圍內都能得到良好的對比度。
圖5表示本發明的對比度與施加電壓特性(曲線6a)，以及常規驅動方法的對比度與施加電壓特性(曲線6b和6c)。從圖中可以看出，與常規的驅動方法相比，本發明的驅動方法在一個較寬的電壓施加范圍內都可以得到良好的對比度。
另外，即使當第二和第三電壓之差小時，所得對比度也足夠高，從而能夠在不影響與非選擇的掃描電極線相連的液晶元件的情況下得到高對比度。
利用用于驅動常規的液晶顯示設備的六級電壓(V0—V5)，可以容易地產生第一至第三電壓。更具體地說，通過將V5(或V0)施加到掃描電極線，如1(a)所示，以及將V0(或V5)施加到信號電極線，如1(b)所示，產生第一電壓。同樣，通過將V2(或V3)施加到掃描電極線和將V3(或V2)施加到信號電極線產生第二電壓，以及通過將V2(或V3)施加到掃描電極線和將V5(或V0)施加到信號電極線產生第三電壓。
換句話說，第一至第三電壓表示如下Vop＝V0—V5，Von＝V2—V3，Voff＝V2—V5(或V0—V3)。
當通過增加V2’和V3’而將電壓的級數提高到八級，那么可以通過將V2’和V3’而不是V2和V3施加到信號電極線，分別產生第一至第三電壓。
當采用如圖6(a)和6(b)所示的八級電壓(V0—V7)驅動掃描電極線和信號電極線時，圖6(c)所示的得到的驅動基本與圖1(c)所示的相同，同時第一至第三電壓可以單獨設定。
在本實施例中，第一電壓可以以單脈沖或多脈沖的形式施加，第二和第三電壓可以以矩形脈沖或三角形脈沖的形式施加。
此外，在本實施例中選擇的期間分成一對寫期間和消除期間；然而，也可以分成一組這樣的對。另外，第二電壓也可以與第三電壓一樣大，而在這種情況下，在消除期間，前者施加的時間要比后者施加的時間短。
再者，采用2端型非線性元件如MIM元件和MIS(金屬—絕緣體—半導體)元件的有源矩陣型液晶顯示設備的接通/關斷顯示，在此處是作為本發明的驅動方法的—個例子來進行說明的。然而，本發明可以用于采用已知的脈寬調制、幀跳越、幅度調制等的多級顯示。
此外，本發明可以用于驅動具有電色層、等離子體發光層和電發光層以代替液晶層的顯示元件。
很顯然，對此處描述的本發明可以以許多方式進行修改。這些修改不應視為脫離了本發明的精神和范圍，對本領域的一般技術人員來說將是很明顯的，所有這些修改都將包括在以下權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種驅動顯示設備的方法，顯示設備具有多條信號電極線，多條掃描電極線，以及相互串聯在每條信號電極線和每條掃描電極線之間的一個液晶元件與一個2端型非線性元件，所述方法包括以下步驟每個選擇期間順序地選擇掃描電極線，并且在一條所選擇的掃描電極線和一條所選擇的信號電極線之間施加一個電壓，以便使連接到所述被選擇的掃描電極線的一個顯示元件接通/關斷，其特征在于所述選擇期間分成寫期間和寫期間之后的消除期間，寫期間用來施加第一電壓，通過2端型非線性元件用多于一定量的電荷對顯示元件充電；以及在消除期間施加第二電壓，第二電壓的極性與第一電壓的極性相反，并且不消除在寫期間所充的電荷，以便使顯示元件接通。
2.如權利要求1的驅動顯示設備的方法，其中在消除期間施加第三電壓，以便使顯示元件關斷，第三電壓的極性與第一電壓相反，并且消除在寫期間所充的大部分電荷。
3.如權利要求2的驅動顯示設備的方法，其中第二電壓與第一電壓之比設為0.5或0.5以下，并且第三電壓與第一電壓之比設為大于0.5和小于1.0。
4.如權利要求2的驅動顯示設備的方法，其中在所述選擇期間施加在所述被選擇的掃描電極線和所述被選擇的信號電極線之間的第一至第三電壓，以及在非選擇期間施加在所述被選擇的掃描電極線和所述被選擇的信號電極線之間的一個電壓，是通過分別向所述被選擇的掃描電極線和信號電極線提供兩級電動勢產生的，所述兩級電動勢是從六級電動勢中對每種電壓進行不同組合來選擇的。
5.如權利要求2的驅動顯示設備的方法，其中在所述選擇期間施加在所述被選擇的掃描電極線和所述被選擇的信號電極線之間的第一至第三電壓，以及在非選擇期間施加在所述被選擇的掃描電極線和所述被選擇的信號電極線之間的一個電壓，是通過分別向所述被選擇的掃描電極線和信號電極線提供兩級電動勢產生的，所述兩級電動勢是從八級電動勢中對每種電壓進行不同組合來選擇的。
6.如權利要求1的驅動顯示設備的方法，其中2端型非線性元件是MIM元件和MIS元件中的一種元件。
7.如權利要求2的驅動顯示設備的方法，其中2端型非線性元件是MIM元件和MIS元件中的一種元件。
8.如權利要求4的驅動顯示設備的方法，其中供給所述被選擇的掃描電極線和信號電極線的所述六級電動勢分別是V0、V1、V2、V3、V4和V5，其幅度關系表示為V0＞V1＞V2＞V3＞V4＞V5，第一至第三電壓分別由等式V0—V5，V2—V3，V2—V5和V0—V3中之一個等式設定。
9.如權利要求4的驅動顯示設備的方法，其中供給所述被選擇的掃描電極線的所述六級電動勢分別是V0、V1、V2、V3、V4和V5，其幅度關系表示為V0＞V1＞V2＞V3＞V4＞V5，并且供給所述被選擇的信號電極線的所述六級電動勢分別是V0、V1、V2’、V3’、V4和V5，其幅度關系表示為V0＞V1＞V2’＞V3’＞V4＞V5，第一至第三電壓分別由等式V0—V5，V2’—V3，V0—V3設定。
10.如權利要求5的驅動顯示設備的方法，其中供給所述被選擇的掃描電極線和信號電極線的所述八級電動勢分別是V0、V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7，其幅度關系表示為V0＞V1＞V2＞V3＞V4＞V5＞V6＞V7，第一至第三電壓分別由等式V0—V7，V3—V4，V3—V6設定。
全文摘要
一種驅動顯示設備的方法，顯示設備有多條信號電極線、掃描電極線，以及串聯在每條信號電極線和每條掃描電極線之間的一個顯示元件與一個2端型非線性元件。選擇期間分成寫期間和之后的消除期間，寫期間用來通過2端型非線性元件用多于一定量的電荷對顯示元件充電，在消除期間施加第二電壓，其極性與第一電壓極性相反，并且不消除在寫期間所充的電荷，以便使顯示元件接通。本方法顯著地減小了余像和加寬了為得到高對比度所需的第二電壓的容限。
文檔編號G02F1/133GK1118098SQ95106488
公開日1996年3月6日 申請日期1995年7月14日 優先權日1994年7月15日
發明者清家武士, 伊勢雅博, 梶本耕市 申請人:夏普公司