【発明の詳細な説明】技術分野
この発明は、液晶表示器を駆動するための方法に関し、より詳細には、内部の
エレメントがバリスタスイッチングエレメントでスイッチオンおよびスイッチオ
フされる、カプセル化されたＮＣＡＰ大面積液晶表示器を駆動するための装置に
関する。発明の背景
この分野で知られているように、中間形態をなす液晶材料は、スメティック、
ネマティックおよびコロステロール状の液晶の一つとして分類される。本発明の
争点は、ネマティック相の中間形態の液晶材料に向けられており、その分子構造
は、高い程度に長い範囲の方位性を持つが、転移程度の長い範囲ではない。
液晶(“ＬＣ”)に電界を印加すると、それの分子に変化が生じ、光エネルギー
に対する応答特性が変化する。ＬＣ材料の中間相は、縦方向の分子で形成され、
その分子は、液晶材料が含む平面または湾曲した壁面の向きに関連して向きを変
える傾向がある。電界の印加状態下では、分子の縦方向の方位は、正の誘電体ア
ニソトロフィ液晶分子に対しては電界と平行になる傾向がある。ネマティックの
湾曲しては配列された相の(“ＮＣＡＰ”)ＬＣＤのごとく、球形の壁面または容
器を備えることで、分子の方位は、よりランダムに配列し、光散乱および／又は
電界の喪失で吸収の性質を現す。ＮＣＡＰ ＬＣ材料の性質および形成方法は、
米国特許第４,４３５,０４７号(１９８４)のファーガソンにより開示されている
。ここで用いた“ＮＣＡＰ”という言葉は、例えばポリマーのマトリックスにカ
プセル化され、印加した電界の大きさの変化で変化する光伝送特性を持つ。ＮＣ
ＡＰ材料は、偏光子を必要としないので、オン状態での伝送は、ツイストされた
ネマティックＬＣセルのオン状態よりも実質的により良好である。
表示目的のために有用とするために、液晶材料は、積層されるか、パッケージ
化されるか、又は、一方または双方がしばしば透明体で形成される二つの電気的
導体の間に保持される。電気的導体の間に電位差を印加することで、電界が形成
され、この電界に関連して、ＬＣ分子を極めて規則的に同方向に方位を変える。
ＮＣＡＰ ＬＣ材料の場合、電界は、大きく散乱させることなく、光が伝送する
状態に分子を配列し、これにより、光学的透明が現れる。
ＬＣエレメントは、その形態がいくぶん簡略化されるが、漏れ抵抗と並列の蓄
積キャパシタからなる一つまたはより多くのＲＣネットワークとしてしばしば構
築される。電極の転移およびＬＣ表示セルの失敗を避けるために、電界の極性を
周期的に反転する必要がある(例えばテレビ表示器では典型的に３０ヘルツのフ
レーム速度で反転させる)。これにより、ＬＣセルを流れるネットＤＣ電流はゼ
ロとなる(そして、電極材料の転移が最小限にされる)。
液晶表示器(“ＬＣＤ”)は、ラップトップコンピュータやパーソナルテレビお
よびモニタのごときポータブル電子デバイスに広い用途が見い出されている。エ
ッジが１００ないし２００ミクロンのオーダーの寸法を持つ画素(つまり画像エ
レメント)を持つ高解像度ＬＣＤが、ほぼレターサイズ(８.５インチ×１１イン
チ)のサイズに実現されている。ページサイズの良好なＬＣＤは、エッジサイズ
が典型的に２００ミクロンである。その表示器は、典型的に、走査列およびデー
タ列により指示(駆動)されるマトリックスとして配列される。
ＮＣＡＰ ＬＣ材料による大面積の表示器の開発および製造について重要な研
究が追及されている。このような技術は、製造機械によりのみ制限される幅(例
えば１メートル)および制限無しの長さを有するＮＣＡＰ ＬＣ表示材料の連続シ
ートの生産を可能にする。
典型的には、ＮＣＡＰ ＬＣ材料は、実質的に非透明体であり、電界の喪失(“
電界”オフ状態)でミルク色の不透明となる。ＮＣＡＰ ＬＣ材科は、十分な大き
さの電界の存在(“電界”オン状態)で実質的に透明体となる。その電界は、液晶
の配列における変化を導き、カプセル化された液晶材料が、高レベルの光吸収ま
たは散乱を現す状態から次第に非散乱で実質的に光に対して透明な状態にスイッ
チする。ＮＣＡＰ ＬＣＤ画素のマトリックス配列において、十分な電界を受け
た部分では、非透明状態から透明状態への転移が発生し、一方、電界が印加され
ていない接近した画素領域では非透明状態に留まる。
バリスタは、電気および電子分野では非直線のしきい値電圧のソリッドステー
トのスイッチエレメント、つまり、非直線の抵抗に依存した電圧を現すものとし
て公知である。バリスタの電気的特性は、背部相互を結合した同一の二つのツェ
ナーダイオードを含む回路の特性と同等である。ゼロ電位に対してパルスまたは
マイナスのしきい値電圧では、バリスタは、広範囲の電流を許可するが、非直線
特性またはスロープに依存して、電圧を実質的に一定の大きさに保持または制限
する。組み立て技術および材料に依存して、バリスタは、極めて鋭いスロープを
呈するように作成され、それ故、しきい値電圧に達した時、ＬＣ画素エレメント
をターンオンさせるスイッチとして特に有用である。酸化金属のバリスタを準備
するための処理は、ＷＯ８８／０２９２１(１９８８)のトムソンその他により開
示されている。
極めて小さい寸法の画素のためには、バリスタは、画素のスイッチングエレメ
ントとして、現在、現実的、あるいは有効的ではない。他方、バリスタは、薄膜
トランジスタのごとき他のスイッチングエレメントで達成するには極めて困難か
つ、極めて高価である、大面積の表示器に対する画素スイッチングエレメントと
して有望である。
画素エレメントをスイッチングするバリスタを採用した複合ＬＣＤの公知例は
、Ｃastleberryによる米特許第４,２３２,６０３号(１９８０)、Ｌevinsonによ
る米特許第４,４９０,０１４号(１９８４)、Ｂeckerその他による米特許第４,４
０３,２１７号(１９８３)、Ｂeckerその他によるＷＯ９１/１９４７２(１９９１
)およびＴhompsonその他によるＷＯ９１/１７５５３(１９９１)を含む。
公知技術により解決された一般的な問題は、クロストーク(つまり都合悪く隣
のセルを同時にスイッチオンすることなく)なしにＬＣＤセルをターン“オン”
させ、そして、それを、ビデオフレーム速度でかつ、非静止の画像を不鮮明にす
ることなくターン“オフ”できる必要がある。例えば、Ｃastleberryは、クロス
トークなしでＬＣＤをターンオンできる駆動様式を開示しているが、各セルの漏
れ抵抗特性により確立される放電時間係数により制限されるターンオフ特性を持
つ。発明の概要
本発明の一般的な目的は、公知の駆動方式、構成、アーキテクチャーおよび方
法における制限および欠点を克服してＬＣＤをスイッチさせるバリスタを駆動す
る方法および装置を提供する。
本発明のより特有な目的は、クロストークなしにビデオ速度で画素を能動的か
つ迅速にターンオンおよびターンオフする、バリスタでスイッチされるＮＣＡＰ
ＬＣＤのマトリックスアレイを駆動するための方法および装置を提供する。
本発明の他の目的は、公知の駆動技術および方法の欠点を克服できる、エレメ
ントをスイッチするバリスタでスイッチオンおよびスイッチオフされる極めて大
面積のＮＣＡＰ ＬＣを可能にする方法を提供する。
本発明の更に別の目的は、大面積のＮＣＡＰ ＬＣＤマトリックスパネルまた
はより小さい光伝送ＬＣＤマトリックスパネルにより、より高いコントラスト、
より高い解像度の大面積の表示器を提供するドライバー装置を可能にする方法を
提供する。
本発明の原理によれば、特に必ずしもＮＣＡＰ ＬＣセルでない、バリスタで
スイッチされる液晶セルのアレイを駆動するための表示ドライバーを制御するた
めに新規な方法を提供する。そのマトリックスは、好ましくは多数のスキャンラ
インおよび多数のデータラインとして配列され、バリスタでスイッチされるＬＣ
セルは、スキャンラインおよびデータラインの交差部で両ライン間に接続される
。この駆動方法は、ＬＣセル内の電極転移を禁止し、これにより、ＬＣセルの寿
命を保護し延ばすために進行している正のフレームと負のフレームとにおける駆
動信号の極性反転を与える。その新規な方法は、
上記正のフレームの完成時に、負のフレームにおける初期の間隔の間に、スキ
ャンラインに印加された電位を正の電位にレベルシフトさせ、
オン状態のＬＣセルを持つ上記スキャンラインを、負の電位へ逆にレベルシフ
トさせ、そして、負のフレームにおけるラインのスキャン間隔の間に対して負の
電位での逆のレベルシフトを維持することにより、スキャンラインを次第に選択
し、
ラインスキャン間隔の間に多数のデータラインに正のデータパルスを選択的に
印加し、これにより、スキャンラインに接続されたＬＣセルをアクセスして制御
し、上記の各パルスは、データラインに印加され、これにより、スキャンライン
に沿った上記セルの特定の一つを駆動し、
負のフレーム内で残りの間隔に対して、上記ラインスキャン間隔の完成後に、
上記スキャンラインをニュートラルの電位にレベルシフトさせ、
続く正のフレームのために、初期とラインスキャン間隔との間に、スキャンお
よびデータラインに印加された電圧の極性を反転させる、
ステップを含む。
本発明の方法の一つの態様では、Ｖは、バリスタしきい値電圧およびＬＣ飽和
電圧の合計にほぼ等しい電位差とすると、負のフレームの間にスキャンラインに
印加される正の電位は、＋１／２Ｖであり、正のフレームの間にデータラインに
印加される負の電位は、特定の液晶セルで所望される灰色のレベルに応じて、０
から１／２Ｖの範囲にある。
本発明の更に別の態様では、その方法は、“オフ”に駆動される上記ＬＣセル
に接続された上記スキャンの電位シフトを維持しそして再確立する一方により、
上記ＬＣセルの一つを“オフ”状態および“オン”状態に能動的に駆動し、一方
、電位のデータパルスを、スキャンラインの電位シフトと反対の極性を持ち、か
つ、“オフ”に駆動されるために上記ＬＣセルに結合された、データラインに印
加するステップを更に含み、これにより、上記ＬＣセルに蓄えられた電荷を放電
させる。別の関連した態様では、その方法は、正のフレームの間に、上記データ
ラインに正レベルのデータパルスを印加する一方、上記スキャンラインの負電位
のレベルシフトを保持し再確立する一つのステップを含む。
ＮＣＡＰ ＬＣセルに適した本発明の態様では、ＮＣＡＰ液晶セルの各飽和電
圧は、ほぼ５／１２Ｖであり、上記各セルのバリスタスイッチエレメントのしき
い値電圧Ｖonはほぼ７／１２Ｖである。最も好ましくは、Ｖonはほぼ５０ＶでＶ
onはほぼ７０Ｖである。本方法に基づく液晶表示マトリックスを駆動するための
表示ドライバーは、本発明に関連した一面である。
本発明のこれら及び他の目的、態様、利点および特徴は、好ましい実施例の詳
細な記述および関連する図面より明白となるであろう。図面の簡単な説明
図１Ａは、“電界オフ”状態を示したＮＣＡＰ ＬＣ画素の外形図である。図
１Ｂは、図１ＡのＮＣＡＰ ＬＣ画素構造に電界が印加され、“電界オン”状態
を示す。
図２Ａは、本発明の原理に従ってバリスタでスイッチされるＮＣＡＰ ＬＣ画
素セルを形成するために、バリスタと電気的に直列に接続された、図１のＮＣＡ
Ｐ ＬＣ画素構造の電気的回路図である。図２Ｂは、図２ＡのＮＣＡＰ ＬＣ画素
の転位特性を示す波形図。図２Ｃは図２Ａのバリスタスイッチエレメントの転位
特性を示す波形図。図２Ｄは図２Ａの直列接続されたＮＣＡＰ ＬＣ画素バリス
タスイッチセルの転位(スイッチング)特性を示す総合波形図。
図３は、本発明の原理を示す、７行７列のバリスタでスイッチされるＮＣＡＰ
ＬＣＤマトリックスの電気的回路図。
図４は、図３のＮＣＡＰ ＬＣＤのおける二つの異なったＬＣ画素セルＡおよ
びＢを指令するための通常の一組みの波形図である。図４Ｂは、図４Ａの波形で
駆動された二つのＬＣ画素セルの直列等価回路図であり、好ましくないクロスト
ークを示している。
図５Ａは、図３のＮＣＡＰ ＬＣＤマトリックスにおける二つの異なったＬＣ
画素セルを駆動するために、本発明の原理に基づいた新規な一組みの駆動波形図
である。図５Ｂは、図５Ａの波形で駆動された二つのＬＣ画素セルの一組みの等
価回路図であの、クロストークは発生していない。図５Ｃは、図５Ｂの回路に基
づく１組みの簡略化した等価回路図である。
図６Ａ、６Ｂおよび６Ｃは、本発明の態様に基づき画像フィールドスキャン速
度で“駆動オフ”されるＬＣ画素に対する、個々の駆動波形図、等価回路図、お
よび簡略化された等価回路図である。
図７は、本発明の原理に基づく、大面積のＬＣＤ表示器および表示駆動システ
ムのブロック図である。発明の詳細な説明
図１Ａは、マトリックス表示器の使用に適した画素構造１０を示す。その構造
１０は、２枚の透明ポリマー支持シート１２,１４(例えばポリエチレンテレフタ
ート、つまりマイラー(ｔｍ))を含み、これらのシートには、電極１６,１８を形
成する透明導体の線(例えばインジウム酸化錫)を備える。フィルム１２および１
４の間にカプセル化されたネマティクの液晶材料２０が積層される。
好ましくはポリメリック材料からなる材料２０は、多数の液晶本体２２を、カ
プセル化し、分散化し、埋め込み、又は含むために、マチリックスまたは封じ込
み媒体を提供する。適した封じ込み媒体は、制限されず、ポリ(ビニールアルコ
ール)、ポリエチレン、アクリルおよびメタクレイリックポリマーおよびコポリ
マー、エポキシ、ポリオレフィン、ビニールポリマーおよび同等なものである。
ここで用いた“液晶”または“ＬＣ”は、その組成が単一の液晶組成、異なっ
た液晶組成の混合あるいは液晶および非液晶の混合であろうと、液晶性質を持つ
組成である。図１Ａは、カプセル化された二つの液晶２２を示しているが、各Ｌ
Ｃカプセル２２は直径で０.５ない１０ミクロンと極めて小さく、典型的には材
料２０の１立方センチにつき１０11の密度で存在する。
図１Ａの“電界オフ”状態で示したように、カプセル化されたＬＣ材料の分子
は、ランダムに分散され、表示器１０は、実質的に非透明体である。この状態は
、図１Ａにおいて、光エネルギーフォトンＰ(矢印)がＬＣカプセル２２の一つに
侵入して散乱し、ミルク色を呈する。
図１Ｂに示したように、適した電源２４より、電極１６および１８の間に十分
な電位差Ｖonを印加することにより、電極１６および１８との間に電界が確立さ
れる。その電界は、液晶カプセル２２の分子を図１Ｂに示したように電界方向に
配列するようになり、その結果、光エネルギーフォトンＰはカプセル２２を通過
し、セル１０は光透明状態となる。電極１６および１８と間に印加される電圧Ｖ
の大きさが、セル構成１０における相対的な透明を決定し、公知の飽和(Ｖsat)
の大きさに達すると、更に電位差を増大しても光透明性に大きな変化は生じない
。本発明で用いたＮＣＡＰ ＬＣセル１０を用いると、セル１０に対する飽和電
圧Ｖsatは、典型的にはおよそ４０ないし７０Ｖであり、これは、セルの特性お
よび寸法に依存する。
図２Ａは、画素セル１０のごときバリスタでスイッチされるＮＣＡＰ ＬＣに
対する等価電気回路図である。計画されたスイッチング構成は画素レベルである
が、計画されたタイプの大面積表示器では、各画素は例えば１／４インチ×１／
４インチまたはそれ以上の大きさの寸法を持つ。図２Ａでは、ＮＣＡＰ ＬＣセ
ル１０は、バリスタ２６と電気的に直列に接続されている。この画素セル１０は
、漏れまたは放電抵抗ＲLCと並列に本質的にキャパシタンスＣLCを含む。そのキ
ャパシタンス値ＣLCは、例えば１平方センチメートルの領域を持つ１画素に対し
て０.５ないし１.７ナノファラッドのオーダーであり、一方、同じサイズのセル
に対して１０メグオームまたはそれ以上の漏れ抵抗を持つ。これにより、ＣLCお
よびＲLCで決まる放電時間係数はセル１０に対しておよそ１００ミリセコンドで
ある。セル１０に対する、対電圧(Ｖ)の光透過性(ＯＴ)の変化特性は図２Ｂに示
され、ここでは、公称飽和電圧Ｖsatはおよそ６０Ｖであり、この電圧で透過性
ＯＴは、増大する電圧レベルに対して実質的に不変もしくは改善されない。
図２Ａのバリスタエレメント２６は、バリスタキャパシタンスＣVおよび非直
線性のバリスタ抵抗ＲVを有する、キャパシタンスと抵抗との並列回路としてモ
ールドされてもよい。図２Ｃは、対電圧(Ｖ)のバリスタ２６の電流変化特性を示
す。この関係は、より正確には、
Ｉ＝(Ｖ／Ｃ)α
で定義される。ここでＩはバリスタ２６に流れる電流、Ｖはバリスタ２６に印加
される電圧、Ｃはバリスタ２６の寸法の関数となる定数、αはバリスタ２６の非
直線性を決める定数である。αの大きさがより大きいと、バリスタ２６のスイッ
チング特性または“関節”がより鋭くなる。高品位のバリスタは典型的に２０な
いし５０の間のαを示す。
バリスタ２６の場合、バリスタキャパシタンスＣVが液晶セル１０のキャパシ
タンスＣLCよりも小さく保つことが極めて重要である。そうでなければ、容量性
結合の問題が生じ、セル１０り所望の動作を干渉する。好ましくは、バリスタ１
６のしきい値電圧Ｖthはおよそ４０ないし８０Ｖの範囲にある。図２Ｃは、バリ
スタ２６の変化特性に対する電圧を示し、しきい値電圧はおよそ６０Ｖであり、
鋭い関節または高いαを持つ。
本発明の態様によれば、ＬＣセルの飽和電圧Ｖsatおよびバリスタしきい値電
圧Ｖthは、互いに接近するよう形成され、その結果、図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃに
示した実例では、飽和電圧およびバリスタしきい値電圧は共におよそ６０Ｖであ
る。図２Ａで示したＬＣ１０とバリスタ２６との直列接続では、特定のＬＣセル
１０をターンオンおよびターンオフさせるためにはほぼ１２０Ｖが要求される。
この電圧Ｖtotは図２Ｄに示される。
図３のセル１０のマトリックス構成５０のごとき大面積のマトリックス内で特
定のＬＣセルを個々に制御するには一つの問題がある。この特定の構成では、７
本のスキャン行、７本のデータ列に配列された４９個のセル１０が示されている
。この図３において、スキャン列は５２ａ,５２ｂ,５２ｃ,５２ｄ,５２ｅ,５２
ｆ,５２ｇで示され、データ行は５４ａ,５４ｂ,５４ｃ,５４ｄ,５４ｅ,５４ｆ,
５４ｇで示される。図３では４９個の画素１０のみを示している。実際には、マ
トリックスアレイ内に大面積の表示器は、数千または数万の画素を持ち、例えば
、１平方センチに付き、５２５×５２５の画素を持つ。
一般のビデオ速度での画像フレームは、ほぼ１／３０秒(３３.４ミリセコンド
)である。一般のビデオ表示器では、カソードレイチューブでのフリッカーを減
じ
る１方策は、フィールドインタレース方式でスキャンすることであり、第１のフ
ィールドの画素は１６.７ミリセコンドでスキャンされ、第２で空間的に僅かに
オフセットされたフィールドの他の画素は１６.７ミリセコンドでスキャンされ
る。ＬＣＤ表示器では、第１のビデオフィールドの間に第１の極性でもってアレ
イ５０の画素１０のすべてをスキャンし、実質的に同一のビデオ内容を持つ第２
のビデオフィールドの期間に第２の反転した極性でもってアレイ５０の画素１０
のすべてをスキャンすることが公知である。この方法では、マトリックス表示器
５０により二つのフィールドのビデオフレームが現れ、フィールドからフィール
ドへの反転された極性がセル内の電極材料の移動を防止し、これにより、その有
効寿命を延ばす。アレイ５０の各セルをスキャンするためのスキャン期間は、Ｌ
ＣＤ内の電極移動を禁止するのに効果的ないずれかの期間であっても良いが、放
送ビデオのごときビデオがマトリックスアレイ５０に表示される時は、スキャン
期間は、ビデオフィールド期間に最も重要に関連している。その期間は、例えば
ＮＴＳＣの通常フォーマットの放送ビデオ信号に対しては１／６０秒であり、Ｐ
ＡＬの通常フォーマットの放送ビデオ信号に対しては１／５０秒である。
ライン５２ａのごとき特定のスキャンラインがイネーブルされ、そして、スキ
ャン列５２ａに存在する特定の画素１０をターンオンまたはターンオフするため
に、各データ行５４が順次アクセスされる。図３の画素１０'のごとき特定の画
素をターンオン(またはターンオフ)させるならば、スキャンライン５２ｂおよび
データライン５４ｃに合計約１２０Ｖの電圧を同時に与えることで所望の前記画
素を制御する。
ＬＣ飽和電圧に対するバリスタしきい値電圧の比を、１．５ないし１の比より
も大きくない値に固定することにより、マトリックスアレイ５０の制御は、３電
圧レベルの駆動構成、例えば＋１／２Ｖtot、０Ｖ、−１／２Ｖtot、または図２
Ａないし２Ｄの例では＋６０Ｖ、０Ｖ、−６０Ｖにより達成される。これにより
、もし、＋６０Ｖのパルスレベルがスキャンライン５２ｂに印加され、同時にデ
ータライン５４ｃに−６０Ｖが印加されるならば、画素１０'が制卸される。も
し、
“電界オン”状態ならば、１２０Ｖtotの電位差がバリスタ２６を通過し、そし
て直ちに流出させ、ＬＣセル１０のキャパシタンスＣLCの充電電圧を放電し、そ
して、反対の極性の電圧に置き換える。その画素は“オン”状態に留まるが、そ
のキャパシタエレメントには逆極性で充電される。他方、画素１０'が“電界オ
フ”状態ならば、１２０Ｖtotの電位差はバリスタ２６を通過し、ＬＣキャパシ
タンスＣLCを充電して“電界オン”状態にする。
図４Ａは、例えば図３および図４の二つの画素を駆動するための通常のマトリ
ックス駆動構成を示す。これらの二つの画素は、マトリックス５０の第２の行に
接続されているが、画素Ａは第２のスキャンライン５２ｂに位置し、画素Ｂは６
番目のスキャンライン５２Ｆに位置する。
図４Ｂに示した問題は、図３の画素Ａがターンオン(又はその充電の極性反転
された時)している時間ｔ2では、画素Ｂ(これもオン)は、不本意にも都合悪くタ
ーンオフとなる。図４Ｂに示したように、時間ｔ1では、画素Ａに＋６０Ｖが充
電され、画素Ｂに＋６０Ｖが充電されている。時間ｔ1では、スキャンライン５
２ｂおよびスキャンライン５２ｆを含むすべてのスキャンラインに印加される電
圧は０である。データラインも０Ｖである。
時間ｔ2では、スキャンライン５２ｂに印加される電圧は＋６０Ｖに移行し、
行５２ｂに印加されるデータパルスは、−６０Ｖに移行する。スキャンライン５
２ｆは時間ｔ2では０Ｖに留まる。行５４ｂに−６０Ｖのパルスが印加された時
、画素Ｂに対する影響により、ＬＣセルの充電電圧を放電する方向にバリスタに
電流が流れ、その結果、画素Ｂがターンオフし、これと同時に画素Ａがターンオ
ン(またはリフレッシュ)される。画素Ｂは、時間ｔ4にて駆動されるまで放電ま
たは“オフ”状態に留まり、その時間になるとターンオンされる(画素固有のリ
フレッシュサイクル)。画素Ｂの時機を得ない正味の影響は、循環するマトリッ
クススキャンライン間隔の間の断片的なデューティサイクルでオン状態となり、
その結果、ハーフトーン色および特性を持つビデオイメージにおいて特に知覚ロ
スを招く。この欠点は、本発明の態様により克服される。
図５Ａを参照すると、新規な駆動様式が波形により示されている。この新規な
ＬＣセル駆動方法は、アレイのスキャンラインｓ1,ｓ2，…ｓn(図３のマトリッ
クスのライン５２ａないし５２ｇに対応)は、特定の画素がターンオンされる(ｔ2
)まで、スキャンの初期間隔の間に逆極性(ｔ1)に保持される。その時間でスキ
ャンラインの極性が反転され、逆最大レベルにされ、一方、アクセスされたＬＣ
セルが所望のグレイのスケールレベルまたはハーフトーンに表示させるよう選択
された値を持つデータパルスは、スキャンラインにより印加された極性と反対の
極性が印加される。これにより、図５ＡのＴ+のスキャンフィールドでは、時間
ｔ2にて、スキャン電位が−６０Ｖから＋６０Ｖに反転し、データ行に印加され
たデータパルスは、画素Ａに対するグレイスケールに依存して、０から−６０Ｖ
の範囲内に選択された値である。
同時(ｔ2)に、図３の画素Ｂに示された駆動状態は、画素Ｂを制御するバリス
タに電流が流れ、かつ、放電しないようにする。データパルスの間隔ｔ2が経過
した後、スキャンライン電位は、ｔ3,ｔ4,ｔ5を含む、残りのＴ+スキャンフィー
ルド間隔のために、例えば０Ｖに戻される。
時間ｔ4では、スキャンライン(マトリックス５０のライン５２ｆに対応)は、
−６０Ｖ(時間ｔ1の始まりなのでその値に保持されている)から＋６０Ｖに反転
し、別の０Ｖから−６０Ｖのデータパルスが選択されたＬＣ画素行(例えば行５
４ｂ)に印加される。これにより、時間ｔ4では、画素Ｂがリフレッシュ(逆極性
に駆動)されるが、画素Ａをアクセスする動作サイクル(ｔ2)の期間ではターンオ
フされていない。図５Ｂは図５Ａのスキャン間隔Ｔ+内の時間ｔ1,ｔ2,ｔ3,ｔ4,
ｔ5の期間での画素Ａおよび画素Ｂの充電状態の変化を示す。
図５Ａに示したように、その後の画像スキャンフィールド期間(Ｔ-)では、ス
キャンおよびデータラインに印加される電圧の極性が反転され、フィールドＴ+
の期間に維持される絶対レベルは、次のフィールドＴ-でも維持される。絶対電
圧レベルをＴ+およびＴ-フィールドで保ちながら駆動用の極性を反転することに
より、すべての画素のアクティブ“オン”および“オフ”の駆動制御が、表示マ
トリックスで電極移動およびひどいクロストークおよびコントラスト低下無しに
実現される。
図５Ｃは、Ｔ+スキャンフィールドにおけるＬＣ画素ＡおよびＢの充電状態を
示し、更に、駆動サイクルｔ2の期間に起きる駆動サイクルの間に、画素Ｂの画
素Ａからのクロストークにより不本意に放電されないことを示す。
図６Ａ，ＢおよびＣは、オン状態にある特定の画素がスキャンフィールド(Ｔ+
またはＴ-)の期間にいかに放電されるかを示す。例えば、スキャンラインが逆極
性に維持されている、時間ｔ2にて画素Ａを放電させるには、スキャン極性と反
対の極性のデータパルスが選択されたデータ行に印加される。これらの極性の結
果、バリスタスイッチに流れる電流を生じさせ、これにより、画素Ａの充電を放
電させる。これにより、例えば、画素Ａは時間ｔ2で放電される(ＮＣＡＰ ＬＣ
画素の場合の光散乱／吸収状態となる)。
図７は、表示システム１００を示しており、信号処理用のサブシステム１０２
、スキャンライン(行)駆動サブシステム１０４、データライン(列)駆動システム
１０６およびＮ×Ｍの大面積の液晶表示マトリックス１０８を含み、そのスキャ
ンラインはスキャンライン駆動サブシステム１０４及び、そのデータラインはデ
ータライン駆動サブシステム１０６により駆動される。
ビデオ信号処理サブシステム１０２は、コンポジットカラービデオ要素、例え
ば赤／緑／青(ＲＧＢ)のアナログ形態またはＲＧＢデジタル形態あるいは他の適
した形態を取り込む。到来信号は、同期パルス情報を含むコンポジット信号であ
ってもよく、あるいは同期用情報は個別に供給されてもよい。その到来信号は、
ＮＴＳＣ又はＰＡＬのごとき、通常の放送信号のカラーフォーマットであっても
よく、あるいは、大面積のＴＶ表示目的により適した高解像度および２倍のライ
ンのフォーマットのごとき、特定のフォーマットであってもよい。
ビデオ信号処理用サブシステム１０２は、それ故、一般に、個別の同期入力１
１４から直接に、又は、通常の同期セパレータ回路１１８を介してコンポジット
ビデオおよび同期入力１１６から同期情報を駆動するシステムタイミング回路
１１２を含む。システムタイミング回路１１２は、公知のビデオ表示分野と同様
、表示画のフィールドおよびフレームに必要なすべてのタイミング信号を発生す
る。このビデオ信号処理用サブシステム１０２の特定例では、表示１０８の各画
素に関連した値を格納するために、デジタルフレーム格納器１２０が備えられる
。このデジタルフレーム格納器は、それ故、もし、オンまたはオフの駆動信号が
表示マトリックス１０８の各画素に印加されるならば、各画素に対して少なくと
も一つの格納セルを最小限持つ。より典型的には、各画素の格納位置は、８ビッ
トまたはこれ以上の能力を持ち、それ故、少なくとも２５６種のグレイレベルを
用いることができ、そのためビデオ画信号に対してより解像度の高い画像を提供
する。又、当業者には理解されるように、表示器１０８上のカラーイメージの発
生は、カラーイメージを選択的に透過／反射となるように制御するには、例えば
赤、緑、青の３画素セルまたはこれと等価なものを必要とする。図示したように
画素表示器１０８は、３個のセルの内の一つ、例えば緑画素を示す。他の２組み
は同じ構造に従い、図７の表示マトリックス１０８に対して示した同じ駆動構成
を持つ。
デジタルフレーム格納器１２０は、好ましくは、カラーイメージを表示するの
に要する色情報をも含み、この情報は、赤、緑、青の画素に対して個別の値とし
て格納されてもよく、通常のように、あるいは光度およびＩ,Ｑ色値として格納
されてもよい。図７で示したように、カラーのシーケンシャルデジタル値は、デ
ジタル入力部１２２からフレームメモリ１２０へ直接に入力されてもよく、又は
間接的に、カラー復調制御回路１２８の制御のもとに、アナログカラーコンポジ
ット入力部１２４からアナログ／デジタルコンバータ１２６を介して入力されて
もよい。フレーム格納器１２０の入力(書き込み)アドレスは、システムタイミン
グ回路１１２の制御下に動作する格納アドレス発生器１３０により制御され、フ
レーム格納器１２０の出力(読み出し)アドレスは、トステムタイミング回路１１
２の制御下で機能する表示アドレス発生器１３２により制御される。カラーシー
ケンサー１３４は、表示マトリックス１０８の赤、緑、青(またはカラー要素／
これと等価)の画素からフレーム格納器１２０から適した順に駆動信号を読出す
た
めに設けられる。システムタイミング回路によってタイミング制御される、カラ
ーシーケンサー１３４は、表示駆動インタフェイス回路１３６へカラーのシーケ
ンス駆動信号を与え、この回路１３６は、スキャン駆動バス１３８に例えばデジ
タルのスキャンライン駆動信号を発生し、同時に、データライン駆動バス１４０
に例えばデジタルデータライン駆動信号を発生する。
当業者であれば、信号処理サブシステム１０２がリアルタイム入力カラービデ
オ信号の処理に適用されることに適していることが理解されよう。符号またはグ
ラフィックのごときより複雑でない表示が用いられるならば、表示される情報が
グレイスケールを全くあるいは殆ど持たず、あるいは周波数変化がより少ない時
、簡単なＲＡＭまたはＰＲＯＭ素子がより複雑な信号処理回路１０２に対して適
している。これとは別に、スキャンライン駆動バス１３８およびデータライン駆
動バスに与えられた信号は、通常のグラフィック表示器または他のインタフェイ
ス接続器または構成を介して適したプログラム化されたデジタルコンピュータま
たはマイクロコンピュータにより与えられてもよい。
スキャンライン駆動サブシステム１０４は、直列構成のシフトレジスタ１４２
を含み、それら二つ１４２−１および１４２−ｘを図７に示している。シフトレ
ジスタの実際の個数は、スキャンライン(行)数の関数となる。各シフトレジスタ
１４２は、少なくとも一つのラインアンプ１４４を制御するために接続され、最
上段のラインアンプに接続されるシフトレジスタ１４２−１は、第１のラインア
ンプ１４４−１および第３２のラインアンプ１４４−３２を含み、３２個の最下
段のラインアンプに接続されるシフトレジスタ１４２−ｘは、ラインアンプ１４
４−(Ｎ−３２)およびラインアンプ１４４−(ｎ)に接続され、そして、３２個の
最下段のラインアンプに接続されたシフトレジスタ１４２−ｘは、ラインアンプ
１４４−(Ｎ−３２)およびラインアンプ１４４−(ｎ)を含む。
スキャンライン駆動バス１３８は、スキャンラインシフトレジスタ１４２の各
々に直接に延びており、バス１３８の分岐は、ラインアンプ１４４の各々に直接
に延びている。この構成は、一つの好ましい制御形態を示し、ジフトレジスタ
１４２により供給されるシリアルビットによるシリアル値は、極性反転のごとき
、ラインアンプの機能を制御するために用いられる。これとは別に、スキャンラ
イン駆動バス１３８の分岐を経てラインアンプに直接に印加される制御は、オン
オフ状態を制御して、上述した本発明による実行を可能にするすべての駆動状態
が満足される。
ラインアンプ１４４によりマトリックス１０８に印加される駈動状態は、＋Ｍ
max、−Ｖmaxおよび０Ｖである。これらの３つの状態は、少なくとも２ビットの
解像度を要求する。表示駆動インタフェイス１３６からラインアンプ１４４に延
びている直接制御経路が示されているが、シフトレジスタにシフトされるシリア
ル制御ワードが替わりに、マトリックス１０８の動作を制御するのに必要な制御
情報のすべてを与えるようにしてもよい。
ラインアンプ１４４は、それぞれのシフトレジスタのつながり１４２により供
給される制御信号に従って頂部から底部へと時系列的にイネーブルされる。バス
１３８上のビットの流れは、例えば図７に示したように、シリアルに接続された
シリアル入力／シリアル出力のシリアルレジスタ１４２を通過する。シフトレジ
スタのつながり１４２のロジック出力は、ライン駆動アンプ１４４の動作を制御
し、これらのアンプ１４４は、表示マトリックス１０８の各スキャンライン(行)
に対して個別に設けられている。各ラインアンプ１４４は、イネーブルされた時
、各ラインアンプ１４４は、プリセットされた高電圧Ｖscan(例えば７０Ｖ)をマ
トリックス表示器１０８の特定のラインに供給する。１スキャンが敢行された後
、つまり、すべてのスキャンラインがアドレスされた後、極性スイッチ信号がラ
インアンプ１４４が送出され、駆動電圧の極性を−Ｖscanに反転する。表示マト
リックス１０８は、その後、それのスキャンラインに印加される逆極性でもって
スキャンされる。１ビデオフレームは、二つの連続したスキャン、一つは＋Ｖsc
an、他方は−Ｖscanを含む。
行駆動用サブシステム１０６は、シリアル入力／パラレル出力のシフトレジス
タ１４６のつながりを持ち、図７ではそれらの４個、つまり１４６−１,１４６
−２,１４６−３および１４６−ｍを持つ。ここでは、各行に対して個々の８ビ
ットのシフトレジスタ１４６が備えられ、これにより、各画素は、２５６種のグ
レイレベルの一つに駆動され得り、リアルタイムのビデオにおいて高解像度を達
成できる。当業者には理解されるように、もし、バイナリーによる駆動様式また
はより少ないグレイレベルの適用が所望されるならば、シフトレジスタは、単純
なフリップフロップ又はビット数のより少ないシフトレジスタに置き換えること
ができる。シフトレジスタ１４６は、Ｄ／Ａコンバータ１４８を駆動し、このコ
ンバータ１４８は、デジタルの画素行値を、制御された大きさを持つアナログの
駆動電圧パルスに変換し、この電圧パルスは、既述したようにスキャンラインに
印加される大きさと反対の極性である。Ｄ／Ａコンバータ１４８は、行駆動用ア
ンプ１５０の制御動作に結合され、このアンプ１５０は、アナログデータパルス
を、Ｄ／Ａコンバータ１４８の出力により制御された大きさの電圧を持つ行に印
加する。
シフトレジスタ１４８は、例えば各スキャン間隔の間に左から右へと駆動され
る。その左から右へのスキャンは、一般のラスタースキャン方式の表示器のごと
く、連続する各スキャンラインに対して繰替えされる。わかるように、データ信
号の極性は選択されたスキャンラインに表れるものと反対である。一つの完全な
スキャン間隔(フィールド)を実行した後、制御信号を(例えばデータライン駆動
バス１４０における分岐を介して)行駆動用アンプ１５０に対して送出して、そ
れらの極性を反転し、そして他のスキャンが実行され、これにより、画像フレー
ムが完成する。
ＮｘＭアレイ１０８の画素は、図３に関連して述べたごとく、各画素は、ＬＣ
Ｄ画素エレメント１０およびバリスタエレメント２６を含む。ぞれぞれアンプ１
４４および１５０によりスキャンラインおよび行に印加される電圧および間隔は
、図５および図６に関連して述べたごとくである。
本発明に係わる当業者にとっては、本発明の本旨および範囲から逸脱すること
なく、幅広い多くの実施例を提案できるであろう。ここでの記述および開示は、
図示のために単に述べられたものであり、以下の請求の範囲によりより明確に支
持された本発明の範囲を制限するものではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTIONTechnical field
The present invention relates to a method for driving a liquid crystal display, and more particularly to an internal
Element is switched on and off with varistor switching element
To drive an encapsulated NCAP large area liquid crystal display
Related.Background of the Invention
As is known in the art, intermediate forms of liquid crystal materials are smectic,
It is classified as one of nematic and corosterol-like liquid crystals. Of the present invention
At issue is the liquid crystal material in the intermediate form of the nematic phase and its molecular structure
Has a long range of orientation, but not a long range of transition.
When an electric field is applied to a liquid crystal ("LC"), its molecules change and the light energy
The response characteristic to changes. The mesophase of the LC material is formed by longitudinal molecules,
The molecules change orientation relative to the orientation of the plane or curved wall that the liquid crystal material contains.
There is a tendency. Under an applied electric field, the vertical orientation of the molecule is positive dielectric
Nistrophy liquid crystal molecules tend to be parallel to the electric field. Nematic
A spherical wall or volume, like a curved and aligned phase ("NCAP") LCD
With the device, the orientation of the molecules is more randomly arranged, light scattering and / or
The loss of electric field reveals the nature of absorption. The properties and methods of forming NCAP LC materials
U.S. Pat. No. 4,435,047 (1984) disclosed by Ferguson.
. The term "NCAP" as used herein refers to, for example, a polymer matrix.
And has optical transmission characteristics that change with the change in the magnitude of the applied electric field. NC
Since the AP material does not require a polarizer, the transmission in the on state is twisted
Substantially better than the on state of the nematic LC cell.
To be useful for display purposes, the liquid crystal material is laminated or packaged
Two electrical contacts, one or both of which are often made of transparent material
It is held between conductors. Electric field is created by applying a potential difference between electrical conductors
In conjunction with this electric field, the LC molecules are oriented very regularly in the same direction.
For NCAP LC materials, the electric field transmits light without significant scattering.
Arrange the molecules in a state, which gives rise to optical transparency.
The LC element is somewhat simplified in its form, but the storage in parallel with the leakage resistance
Often configured as one or more RC networks of
Be built. To avoid electrode displacement and LC display cell failure, the polarity of the electric field is
It needs to be inverted periodically (for example, a TV display typically has a frequency of 30 Hz).
Invert at frame rate). As a result, the net DC current flowing through the LC cell is zero.
(And the transfer of electrode material is minimized).
Liquid crystal displays (“LCDs”) are used for laptop computers, personal televisions,
Portable electronic devices such as monitors and monitors have found wide application. D
Pixels with dimensions on the order of 100 to 200 microns (i.e., image edges)
High-definition LCD with a resolution of approximately letter size (8.5 inches x 11 inches).
(H) The size is realized. LCD with good page size, edge size
Is typically 200 microns. The display typically has scan lines and data.
Are arranged as a matrix instructed (driven) by data columns.
Significant research on the development and manufacture of large area displays using NCAP LC materials
Is being pursued. Such techniques are limited in width only by the manufacturing machine (e.g.,
(For example, 1 meter) and an unlimited length of NCAP LC display material.
Enables the production of seats.
Typically, NCAP LC materials are substantially non-transparent and exhibit a loss of electric field ("
When the electric field is "off", it becomes milky opaque. The NCAP LC material is large enough
In the presence of an electric field ("electric field" on state), it becomes substantially transparent. The electric field is
Liquid crystal material that leads to changes in the alignment of the
Or from a state of scattering to a state of non-scattering and substantially transparent to light.
Touch. In a matrix arrangement of NCAP LCD pixels,
The transition from the non-transparent state to the transparent state occurs in the area where the electric field is applied.
In the non-closed pixel region, the pixel remains non-transparent.
Varistors are non-linear threshold voltage solid-states for electrical and electronic applications.
Switch element, i.e., a voltage dependent on non-linear resistance.
It is known. The electrical characteristics of the varistor are the same two
This is equivalent to the characteristics of a circuit including a shunt diode. Pulse or to zero potential
At negative threshold voltages, the varistor allows a wide range of currents, but non-linear
Keep or limit voltage to a substantially constant magnitude, depending on characteristics or slope
I do. Depending on the assembly technology and materials, the varistors can have extremely sharp slopes.
LC pixel element, which is made to exhibit, and therefore, when the threshold voltage is reached
This is particularly useful as a switch for turning on a switch. Prepare metal oxide varistor
The processing for this is disclosed by Thomson et al. In WO 88/02921 (1988).
It is shown.
For very small sized pixels, the varistor is
It is currently not realistic or effective. Varistors, on the other hand, are thin film
Is it extremely difficult to achieve with other switching elements such as transistors
Pixel switching elements for large area displays, which are extremely expensive
Promising.
Known examples of composite LCDs that employ varistors that switch pixel elements are:
U.S. Patent No. 4,232,603 (1980) to Castleberry;
U.S. Pat. No. 4,490,014 (1984); U.S. Pat.
03,217 (1983), WO 91/19472 (1991) by Becker et al.
) And Thompson et al., WO 91/17553 (1991).
A common problem solved by the prior art is crosstalk (i.e.
Turn LCD cell “on” without having to switch on all cells simultaneously)
And blur it at non-static images at video frame rates.
You need to be able to turn "off" without having to. For example, Castleberry is a cross
Although a drive mode that can turn on the LCD without talk is disclosed, the leakage of each cell is disclosed.
With a turn-off characteristic limited by the discharge time coefficient established by the resistance characteristic.
One.Summary of the Invention
The general purpose of the present invention is to identify known driving schemes, configurations, architectures and methods.
A varistor to switch LCDs, overcoming limitations and disadvantages in the method
Methods and apparatus are provided.
A more specific object of the present invention is to activate pixels at video speed without crosstalk.
Varistor-switched NCAP that turns on and off quickly
A method and apparatus are provided for driving a matrix array of an LCD.
Another object of the invention is to provide an element capable of overcoming the disadvantages of known driving techniques and methods.
Very large, which is switched on and off by varistors
A method is provided that enables NCAP LC in area.
Yet another object of the present invention is to provide a large area NCAP LCD matrix panel or
Is higher contrast due to smaller light transmitting LCD matrix panel,
How to enable driver devices to provide higher resolution large area displays
provide.
According to the principles of the present invention, a varistor, not necessarily an NCAP LC cell,
To control a display driver for driving an array of liquid crystal cells to be switched.
Provide a new method for The matrix is preferably a multi-scanner
LC arrayed as varistors and arranged as multiple data lines
The cell is connected between the scan line and the data line at the intersection of the lines
. This driving method inhibits electrode transitions in the LC cell, thereby reducing the life of the LC cell.
Drive in positive and negative frames advancing to protect and prolong life
Gives the polarity inversion of the motion signal. The new way is
Upon completion of the positive frame, during the initial interval on the negative frame,
Level shifts the potential applied to the scan line to a positive potential,
The scan line having the LC cell in the ON state is level-shifted to a negative potential.
And negative during the line scan interval in the negative frame
Gradually select scan lines by maintaining opposite level shift in potential
And
Selectively positive data pulses on many data lines during line scan interval
To control and access the LC cell connected to the scan line
Each of the above pulses is applied to the data line, thereby causing the scan line
Driving a particular one of the above cells along
For the remaining intervals in the negative frame, after completion of the line scan interval,
Level shifting the scan line to a neutral potential,
Scan and scan between the initial and line scan intervals for the next positive frame.
And invert the polarity of the voltage applied to the data line,
Including steps.
In one aspect of the method of the present invention, V is the varistor threshold voltage and LC saturation
Assuming a potential difference approximately equal to the sum of the voltages,
The applied positive potential is + ／ V and is applied to the data line during the positive frame.
The applied negative potential is between 0 and 0 depending on the gray level desired in a particular liquid crystal cell.
To 1 / 2V.
In yet another aspect of the invention, the method comprises the above-described LC cell being driven "off"
While maintaining and re-establishing the potential shift of the scan connected to
Actively driving one of the LC cells to an "off" state and an "on" state,
The potential data pulse has the opposite polarity to the scan line potential shift,
The data line is coupled to the LC cell to be driven "off".
And discharging the charge stored in the LC cell.
Let it. In another related aspect, the method includes the step of:
A positive data pulse is applied to the line while the negative potential of the scan line is applied.
One step of maintaining and re-establishing the level shift of
In an embodiment of the invention suitable for an NCAP LC cell, each saturation voltage of the NCAP liquid crystal cell is
The pressure is approximately 5/12 V, and the varistor switch element
The low value voltage Von is approximately 7 / 12V. Most preferably, Von is approximately 50 V and Von
on is approximately 70V. For driving a liquid crystal display matrix based on this method
Display drivers are one aspect related to the present invention.
These and other objects, aspects, advantages and features of the present invention are described in detail in the preferred embodiments.
It will be clear from the detailed description and the associated drawings.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1A is an outline drawing of an NCAP LC pixel showing an “electric field off” state. Figure
1B shows an “electric field on” state in which an electric field is applied to the NCAP LC pixel structure of FIG. 1A.
Is shown.
FIG. 2A shows an NCAP LC image switched by a varistor according to the principles of the present invention.
NCA of FIG. 1 electrically connected in series with a varistor to form a unit cell
It is an electric circuit diagram of a PLC pixel structure. FIG. 2B shows the NCAP LC pixel of FIG. 2A.
FIG. 4 is a waveform chart showing dislocation characteristics of FIG. FIG. 2C shows the transposition of the varistor switch element of FIG. 2A.
FIG. 4 is a waveform chart showing characteristics. FIG. 2D is a series-connected NCAP LC pixel varistor of FIG. 2A.
FIG. 4 is a comprehensive waveform diagram showing the transposition (switching) characteristics of the data switch cell.
FIG. 3 illustrates the principle of the present invention, an NCAP switched by a 7 × 7 varistor.
FIG. 2 is an electric circuit diagram of an LCD matrix.
FIG. 4 shows two different LC pixel cells A and N in the NCAP LCD of FIG.
7A and 7B are a normal set of waveform diagrams for instructing a command B and a command B. FIG. 4B shows the waveform of FIG. 4A.
FIG. 4 is a series equivalent circuit diagram of two driven LC pixel cells, showing an undesired crosstalk.
Indicates a peak.
FIG. 5A shows two different LCs in the NCAP LCD matrix of FIG.
A new set of drive waveform diagrams based on the principles of the present invention for driving pixel cells
It is. FIG. 5B shows a set of two LC pixel cells driven by the waveform of FIG. 5A.
In the valence circuit diagram, no crosstalk occurs. FIG. 5C is based on the circuit of FIG. 5B.
FIG. 4 is a set of simplified equivalent circuit diagrams.
6A, 6B and 6C illustrate image field scan rates in accordance with aspects of the present invention.
Drive waveform diagrams, equivalent circuit diagrams,
FIG. 4 is a simplified equivalent circuit diagram.
FIG. 7 shows a large area LCD display and display drive system according to the principles of the present invention.
FIG.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A shows a pixel structure 10 suitable for use in a matrix display. Its structure
Reference numeral 10 denotes two transparent polymer support sheets 12, 14 (for example, polyethylene terephthalate).
Or mylar (tm)), and these sheets have electrodes 16 and 18 formed on them.
A transparent conductor line to be formed (for example, indium tin oxide). Films 12 and 1
4, the nematic liquid crystal material 20 encapsulated is laminated.
The material 20, which is preferably made of a polymeric material, comprises a large number of
Matrix or containment to promote, disperse, embed or include
Provide only media. Suitable containment media are not limited and include poly (vinyl alcohol).
), Polyethylene, acrylic and methacrylic polymers and copoly
Polymers, epoxies, polyolefins, vinyl polymers and the like.
As used herein, “liquid crystal” or “LC” refers to a single liquid crystal composition,
Liquid crystal properties, whether mixed liquid crystal composition or mixed liquid crystal and non-liquid crystal
The composition. FIG. 1A shows two liquid crystals 22 encapsulated, each L
The C capsule 22 is extremely small, having a diameter of 0.5 to 10 microns, and is typically made of material.
10 per cubic centimeter of fee 2011Exists at a density of
As shown in the "field off" state of FIG. 1A, the molecules of the encapsulated LC material
Are randomly distributed, and the display 10 is substantially non-transparent. This state
In FIG. 1A, a light energy photon P (arrow) becomes one of the LC capsules 22.
Penetrates and scatters, giving a milky color.
As shown in FIG. 1B, a suitable power supply 24 provides sufficient voltage between electrodes 16 and 18.
By applying a high potential difference Von, an electric field is established between the electrodes 16 and 18.
It is. The electric field causes the molecules of the liquid crystal capsule 22 to move in the direction of the electric field as shown in FIG. 1B.
The light energy photons P pass through the capsule 22 as a result.
Then, the cell 10 is in a light transparent state. Voltage V applied between electrodes 16 and 18
Determines the relative transparency in cell configuration 10 and is known in saturation (Vsat).
Does not cause a significant change in optical transparency even if the potential difference is further increased
. With the NCAP LC cell 10 used in the present invention, the saturation
The voltage Vsat is typically around 40 to 70 V, which depends on the characteristics and characteristics of the cell.
And size.
FIG. 2A illustrates an NCAP LC that is switched by a varistor such as pixel cell 10.
It is an equivalent electric circuit diagram with respect to it. Planned switching configuration is pixel level
However, in a planned type of large area display, each pixel would be, for example, 1/4 inch x 1 /
It has dimensions as large as 4 inches or more. In FIG. 2A, the NCAP LC cell
The valve 10 is electrically connected to the varistor 26 in series. This pixel cell 10
, Essentially including the capacitance CLC in parallel with the leakage or discharge resistance RLC. That key
The capacitance value CLC is, for example, for one pixel having an area of one square centimeter.
Cells of the order of 0.5 to 1.7 nanofarads, while cells of the same size
Have a leakage resistance of 10 megohms or more. As a result, CLC and
And the discharge time coefficient determined by RLC is approximately 100 milliseconds for cell 10.
is there. FIG. 2B shows the change characteristics of the light transmittance (OT) of the voltage (V) with respect to the cell 10.
Here, the nominal saturation voltage Vsat is approximately 60 V, and the
The OT is substantially unchanged or does not improve with increasing voltage levels.
The varistor element 26 of FIG.
It has a linear varistor resistance RV and can be implemented as a parallel circuit of capacitance and resistance.
May be applied. FIG. 2C shows a current change characteristic of the varistor 26 with respect to a voltage (V).
You. This relationship, more precisely,
I = (V / C)α
Is defined by Here, I is the current flowing through the varistor 26, and V is the voltage applied to the varistor 26.
Is a constant that is a function of the size of the varistor 26, and α is
It is a constant that determines the linearity. If the value of α is larger, the varistor 26
Ching characteristics or "joints" are sharper. High quality varistors are typically 20
Α during the chair 50 is shown.
In the case of the varistor 26, the varistor capacitance CV is the capacity of the liquid crystal cell 10.
It is extremely important to keep it below the CCL. Otherwise, capacitive
Coupling problems arise and interfere with the desired operation of the cell 10. Preferably, the varistor 1
The threshold voltage Vth of 6 is in the range of approximately 40 to 80V. FIG.
A voltage corresponding to the change characteristic of the star 26 is shown.
Has sharp joints or high α.
According to aspects of the invention, the saturation voltage Vsat and the varistor threshold voltage of the LC cell are
The pressure Vth is formed to approach each other, so that in FIGS. 2A, 2B and 2C
In the example shown, both the saturation voltage and the varistor threshold voltage are around 60V.
You. In the series connection of the LC 10 and the varistor 26 shown in FIG.
Approximately 120V is required to turn 10 on and off.
This voltage Vtot is shown in FIG. 2D.
A large area matrix such as the matrix configuration 50 of the cell 10 of FIG.
There is one problem with controlling individual LC cells individually. In this particular configuration, 7
Shown are 49 scan rows, 49 cells 10 arranged in 7 data columns.
. In FIG. 3, the scan columns are 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52
f, 52g, and the data rows are 54a, 54b, 54c, 54d, 54e, 54f,
Shown at 54g. FIG. 3 shows only 49 pixels 10. In fact,
A large area display in a trix array has thousands or tens of thousands of pixels, for example
It has 525 × 525 pixels per square centimeter.
An image frame at a typical video speed takes approximately 1/30 second (33.4 milliseconds).
). Common video displays reduce flicker in the cathode ray tube.
The
One approach is to scan in a field-interlaced fashion, the first
The pixels in the field are scanned at 16.7 milliseconds and a second spatially slightly
The other pixels in the offset field are scanned at 16.7 milliseconds.
You. In an LCD display, an array with a first polarity during a first video field
Scan all of the pixels 10 in b50 and a second with substantially identical video content
Of the array 50 with the second inverted polarity during the video field of
It is known to scan all of In this method, the matrix display
The 50 gives a two-frame video frame and the field
The inverted polarity to the electrode prevents migration of the electrode material in the cell, thereby
Prolong the useful life. The scan period for scanning each cell of the array 50 is L
Any period effective to inhibit electrode movement in the CD may be used,
When a video, such as a transmitted video, is displayed on the matrix array 50, the
The period is most importantly related to the video field period. The period, for example,
1/60 second for a broadcast video signal in the NTSC normal format,
It is 1/50 second for a broadcast video signal of the AL normal format.
A particular scan line, such as line 52a, is enabled and
To turn on or off a particular pixel 10 present in the row of channels 52a
, Each data row 54 is sequentially accessed. A specific image such as pixel 10 'in FIG.
If the element is turned on (or turned off), scan line 52b and
By simultaneously applying a total of about 120 V to the data line 54c,
Control the element.
The ratio of the varistor threshold voltage to the LC saturation voltage is increased from a ratio of 1.5 to 1.
Is fixed to a value that is not too large, control of the matrix
The drive configuration of the voltage level, for example + 1 / 2Vtot, 0V, -1 / 2Vtot, or FIG.
In the A to 2D example, this is achieved by + 60V, 0V, -60V. This
If a + 60V pulse level is applied to scan line 52b,
If -60V is applied to the data line 54c, the pixel 10 'is controlled. Also
And
In the “electric field on” state, a potential difference of 120 Vtot passes through the varistor 26 and
To discharge the charging voltage of the capacitance CLC of the LC cell 10 immediately.
And replace it with a voltage of the opposite polarity. The pixel remains in the “on” state, but
Are charged with the opposite polarity. On the other hand, the pixel 10 'is
In the off state, a potential difference of 120 Vtot passes through the varistor 26 and
The CCL is charged to an "electric field on" state.
FIG. 4A shows a conventional matrix for driving the two pixels of FIGS. 3 and 4, for example.
FIG. These two pixels are in the second row of the matrix 50
Connected, but pixel A is located on the second scan line 52b and pixel B is 6
It is located on the 52nd scan line 52F.
The problem shown in FIG. 4B is that the pixel A in FIG. 3 is turned on (or its polarity is inverted).
Time t)TwoNow, pixel B (also on) is inadvertently inconvenient
Turn off. As shown in FIG. 4B, the time t1Then, the pixel A is charged with + 60V.
And the pixel B is charged with + 60V. Time t1So, scan line 5
2b and all scan lines including the scan line 52f.
The pressure is zero. The data line is also at 0V.
Time tTwoThen, the voltage applied to the scan line 52b shifts to + 60V,
The data pulse applied to row 52b goes to -60V. Scan line 5
2f is time tTwoThen it stays at 0V. When a -60V pulse is applied to row 54b
The varistor in the direction of discharging the charging voltage of the LC cell due to the effect on the pixel B
Current flows, causing pixel B to turn off, and at the same time pixel A to turn off.
(Or refresh). Pixel B is at time tFourDischarge until driven by
Or stays in the “off” state, at which time it is turned on (pixel-specific reset).
Fresh cycle). The untimely net effect of pixel B is the circulating matrix.
On with a fractional duty cycle during the scan line interval,
As a result, especially perceptual loss in video images with halftone colors and characteristics
Invite you. This disadvantage is overcome by aspects of the present invention.
Referring to FIG. 5A, a new driving mode is shown by waveforms. This new
The method of driving the LC cell is as follows:1, sTwo, ... sn(Matrix in Fig. 3
(Corresponding to lines 52a-52g), the particular pixel is turned on (tTwo
) Until the opposite polarity (t1). At that time
The polarity of the scan line is inverted to the reverse maximum level, while the accessed LC
Select cells to display the desired gray scale level or halftone
The data pulse with the specified value is the opposite of the polarity applied by the scan line.
Polarity is applied. Thus, in the T + scan field of FIG.
tTwoAt, the scan potential is inverted from -60V to + 60V and applied to the data row.
Data pulse from 0 to -60 V, depending on the gray scale for pixel A
Is a value selected within the range.
Simultaneous (tTwo), The driving state shown in the pixel B in FIG.
To prevent current from flowing and discharge. Data pulse interval tTwoHas passed
After that, the scan line potential becomes tThree, tFour, tFiveThe remaining T + scan fee, including
For example, the voltage is returned to 0 V for the field interval.
Time tFourThen, the scan line (corresponding to the line 52f of the matrix 50) is
-60V (time t1Is held at that value because it is the beginning of
Then, another 0 V to -60 V data pulse is selected in the LC pixel row (for example, row 5).
4b). As a result, the time tFourThen, pixel B is refreshed (reverse polarity)
), But the operation cycle for accessing pixel A (tTwo) Period
Has not been turned off. FIG. 5B shows the time t within the scan interval T + of FIG. 5A.1, tTwo, tThree, tFour,
tFiveChanges in the state of charge of the pixels A and B during the period of FIG.
As shown in FIG. 5A, in the subsequent image scan field period (T-), the scan is performed.
The polarity of the voltage applied to the can and data lines is inverted, and the field T +
Is maintained in the next field T-. Absolute electricity
Inverting the driving polarity while maintaining the pressure level in the T + and T- fields
As a result, the active “on” and “off” drive control of all pixels
Trix without electrode movement and severe crosstalk and contrast loss
Is achieved.
FIG. 5C shows the state of charge of LC pixels A and B in the T + scan field.
And the driving cycle tTwoOf the pixel B during the driving cycle occurring during the period
This indicates that the battery is not unintentionally discharged due to the crosstalk from the element A.
6A, 6B and 6C show that a particular pixel in the ON state is a scan field (T +
Or how it is discharged during T-). For example, if the scan line is reversed
Time tTwoIn order to discharge pixel A at
A pair of polarity data pulses is applied to the selected data row. These polar connections
As a result, a current flows through the varistor switch, thereby discharging the pixel A.
Charge. Thereby, for example, the pixel A is set at the time tTwo(NCAP LC
It becomes a light scattering / absorbing state in the case of a pixel).
FIG. 7 shows a display system 100, which includes a subsystem 102 for signal processing.
, Scan line (row) drive subsystem 104, data line (column) drive system
106 and an N × M large area liquid crystal display matrix 108,
The scan line is the scan line driving subsystem 104 and its data line is the data line.
Driven by the data line drive subsystem 106.
Video signal processing subsystem 102 includes a composite color video element, such as
Red / green / blue (RGB) analog or RGB digital or other suitable
Take the form that was done. The incoming signal is a composite signal containing synchronization pulse information.
Alternatively, the synchronization information may be provided separately. The incoming signal is
Even if it is a color format of a normal broadcast signal such as NTSC or PAL
Better or higher resolution and 2x line rate more suitable for large area TV display purposes
It may be a specific format such as the format of the application.
The video signal processing subsystem 102 therefore generally has a separate synchronization input 1
14 directly or via a conventional synchronous separator circuit 118
System timing circuit for driving synchronization information from video and synchronization input 116
112. The system timing circuit 112 is similar to the well-known video display field.
Generates all necessary timing signals for the fields and frames of the displayed image.
You. In this specific example of the video signal processing subsystem 102, each image of the display 108
A digital frame store 120 is provided for storing values associated with elements.
. This digital frame store is therefore capable of providing an on or off drive signal.
If applied to each pixel of display matrix 108, at least for each pixel
Also have a minimum of one storage cell. More typically, the storage location of each pixel is 8 bits.
Or better, and therefore has at least 256 gray levels
Can be used, thus providing higher resolution images for video image signals
I do. Also, as will be appreciated by those skilled in the art, the generation of a color image on display
To control the color image to be selectively transmitted / reflected, for example,
Requires three pixel cells of red, green and blue or their equivalent. As shown
The pixel display 108 shows one of the three cells, for example, a green pixel. The other two sets
Follow the same structure and have the same drive configuration shown for the display matrix 108 of FIG.
have.
The digital frame store 120 preferably displays color images.
Color information required for the red, green, and blue pixels.
May be stored as usual, or as luminosity and I, Q color values
May be done. As shown in FIG. 7, the color sequential digital value is
It may be directly input from the digital input unit 122 to the frame memory 120, or
Indirectly, under the control of the color demodulation control circuit 128, the analog color composite
Input from the input unit 124 via the analog / digital converter 126
Is also good. The input (write) address of the frame storage 120 is the system timing.
Controlled by the storage address generator 130 operating under the control of the
The output (read) address of the frame storage unit 120 is
2 is controlled by the display address generator 132 functioning under the control of. Color sea
The Kenser 134 controls the red, green, blue (or color components /
Drive signals are read out from the frame storage 120 in an appropriate order
Was
Provided for. Color controlled by the system timing circuit
The sequencer 134 sends a color sequence to the display drive interface circuit 136.
The circuit 136 supplies a scan drive bus 138 with a digital signal, for example.
The scan line drive signal for the
For example, a digital data line drive signal is generated.
Those skilled in the art will appreciate that the signal processing
It will be appreciated that it is suitable for being applied to the processing of e-signals. Sign or group
If less complex displays such as traffic are used, the information displayed
With little or no gray scale, or with less frequency changes
Simple RAM or PROM elements are more suitable for more complex signal processing circuits 102.
are doing. Separately, the scan line drive bus 138 and data line drive
The signals provided to the motion bus are routed to a regular graphic display or other interface.
A suitable programmed digital computer or
Or it may be provided by a microcomputer.
The scan line driving subsystem 104 includes a shift register 142 in a serial configuration.
And the two 142-1 and 142-x are shown in FIG. Shift
The actual number of registers is a function of the number of scan lines (rows). Each shift register
142 is connected to control at least one line amplifier 144;
The shift register 142-1 connected to the upper line amplifier is connected to the first line amplifier.
Amplifier 144-1 and a thirty-second line amplifier 144-32.
The shift register 142-x connected to the line amplifier of the stage includes the line amplifier 14
4- (N-32) and line amplifier 144- (n).
The shift register 142-x connected to the lowermost line amplifier is a line amplifier.
144- (N-32) and a line amplifier 144- (n).
The scan line drive bus 138 is connected to each of the scan line shift registers 142.
Running directly to each other, a branch of the bus 138 is connected directly to each of the line amplifiers 144.
Extends to. This configuration illustrates one preferred form of control, and the jift register
The serial value provided by the serial bit supplied by 142
, For controlling the function of the line amplifier. Separately, the scan
The control applied directly to the line amplifier via the branch of the in drive bus 138 is ON.
All drive states that control the off state and enable execution according to the invention described above
Is satisfied.
The cantilever state applied to the matrix 108 by the line amplifier 144 is + M
max, -Vmax and 0V. These three states have at least two bits.
Request resolution. Extending from the display drive interface 136 to the line amplifier 144
Direct control path is shown, but the serial
Control word instead of the control needed to control the operation of matrix 108
All the information may be provided.
The line amplifier 144 is provided by a connection 142 of each shift register.
It is enabled chronologically from top to bottom according to the control signal supplied. bus
The bit stream on 138 is serially connected as shown in FIG.
It passes through a serial register 142 for serial input / serial output. Shift cash register
The logic output of the star connection 142 controls the operation of the line drive amplifier 144
These amplifiers 144 are connected to each scan line (row) of the display matrix 108.
Are provided individually for When each line amplifier 144 is enabled
Each line amplifier 144 manages a preset high voltage Vscan (for example, 70 V).
Feed to a specific line of the trix indicator 108. After one scan is done
That is, after all scan lines have been addressed, the polarity switch signal
The in-amplifier 144 is sent out and inverts the polarity of the drive voltage to -Vscan. Display mat
Rix 108 is then applied with the opposite polarity applied to its scan line.
Be scanned. One video frame is two consecutive scans, one is + Vsc
an, the other including -Vscan.
The row drive subsystem 106 includes a serial input / parallel output shift register.
In FIG. 7, four of them, namely, 146-1 and 146, are connected.
-2,146-3 and 146-m. Here, an individual 8-view
A shift register 146 is provided so that each pixel has 256 types of groups.
Can be driven to one of the ray levels to achieve high resolution in real-time video
Can be achieved. As will be appreciated by those skilled in the art, if the binary drive mode or
If the application of fewer gray levels is desired, the shift register can be
With a simple flip-flop or shift register with fewer bits
Can be. The shift register 146 drives the D / A converter 148,
The converter 148 converts the digital pixel row values into analog controlled-size pixels.
This is converted to a driving voltage pulse, which is applied to the scan line as described above.
The polarity is opposite to the magnitude applied. The D / A converter 148 is a row driving
Coupled to the control operation of the amplifier 150, the amplifier 150
On the row having a voltage of a magnitude controlled by the output of the D / A converter 148.
Add.
The shift register 148 is driven, for example, from left to right during each scan interval.
You. The scanning from left to right is the same as a general raster scan display.
That is, it is repeated for each successive scan line. As you can see,
The polarity of the signal is opposite to that which appears on the selected scan line. One complete
After executing the scan interval (field), the control signal (for example, data line drive
(Via a branch in the bus 140) to the row drive amplifier 150,
The polarity is reversed and another scan is performed, which causes
Is completed.
The pixels of the NxM array 108 are, as described in connection with FIG.
It includes a D pixel element 10 and a varistor element 26. Amplifier 1 each
The voltages and spacing applied to scan lines and rows by 44 and 150 are
, FIG. 5 and FIG.
For those skilled in the art to which the invention pertains, departures from the spirit and scope of the invention
Rather, a wide variety of embodiments could be proposed. The description and disclosure here
It has been set forth merely for illustrative purposes and is more clearly supported by the following claims.
It is not intended to limit the scope of the present invention.