采用灰色阴影驱动方案的低功率LCD 【技术领域】
本发明一般地涉及用于将信息显示在液晶显示器(LCD)上的系统，更具体地说，本发明涉及一种采用灰色阴影驱动方案的低功率LCD。
背景技术
在诸如蜂窝电话机、寻呼机以及个人数字助理设备的各种设备中使用液晶显示器。由于许多这种显示器用于便携式、电池供电设备，所以低功率消耗是一个重要显示特性。诸如LCD显示器的许多现有技术系统包括通过行电极和列电极将功率送到显示器的电路系统，该行电极和列电极的重叠区域构成像素。根据各种技术之一，将要显示的信息变换为行寻址信号和列数据信号。通过对显示电极提供适当信号，这些技术在LCD材料的物理条件限制和规范内工作。
通常用于无源LCD显示器的是复用技术，这种技术的原理是显示器的光学特性对应于对每个单独像素施加的有效信号。这种技术的通用实现方式例如Alto-Pleshko技术利用行信号选择用于接收信息的行，而将列信号用作用于承载要显示的信息的数据信号。为了限制直流(DC)对液晶的损害，并使施加的电压在特定范围内，而利用交流(AC)驱动显示器，已经开发了这种技术的变型。改进型Alt-Pleshko技术(IAPT)就是这种显示技术变型的一个例子。除了用于控制显示器的IAPT方法外，还有许多其它方案可以与基本IAPT技术一起应用以在显示器上产生灰色阴影，例如，用于产生多灰度级的帧速率调制(FRM)和脉宽调制(PWM)。具体地说，通过从显示器地一侧到对侧连续扫描各行，现有技术将扫描限于某组模式。
LCD显示器开发的不变目标是降低功率需要，例如，允许延长便携式装置中的电池寿命。在试图降低功率需要的这些方法中，包括：开发新晶体、将更先进的电子器件引入显示器、以及开发计算强度大的显示驱动算法，例如MLA技术。本发明引入新型、低功率LCD面板寻址方案，该方案采用简单驱动算法，而且与现有液晶显示材料和LCD制造技术兼容。
参考图1，示出无源LCD的典型配置及其驱动波形。如图1示出的LCD面板10所示，面板10包括：阵列12，包括N个伸长行电极；以及阵列14，包括M个伸长列电极，其中N、M是正整数。这两个电极阵列互相交叉排列，使得在交叠区域，每个行电极交叉并重叠每个列电极，其中观众以观看方向(例如，垂直于并进入图1所示纸平面的方向16)观看的交叠区域确定像素，例如图1所示像素18。所示的电路22、24驱动行电极和列电极。根据工业上的惯例，下面还将行电极和列电极分别称为COM和SEG电极，将对它们施加的选择(寻址)信号和数据信号分别称为COM和SEG信号或脉冲，以及还将电路22、24分别称为行(COM)和列(SEG)驱动器。
当驱动器22对COM电极施加电压或电位时，在下面称为行扫描或者寻址周期或行周期的时期对每一个行电极施加电压。以下面称为行速率或行扫描速率或行寻址速率的频率或速率，对行电极施加电压或电位。当对被选用来的一个行电极施加“非扫描”值电压时，没有图像会显示在与该行电极重叠的像素上，而与对SEG电极施加的该电压值无关，当对被选用来的行电极施加“扫描”值电压时，在与该行电极重叠的各像素上显示一行图像。通过顺序对N个行电极施加扫描电压，同时对列电极施加适当的数据SEG脉冲，显示行图像，形成包括多行的完整图像。
为了增强信息显示的内容，通常希望在显示器上产生多灰度级。通常，在STN(超扭曲向列)显示器中，利用两种传统方法实现这种灰色阴影：脉宽调制和帧调制。
在脉宽调制(PWM)方案中，在每个行周期内调SEG调脉冲，使得在x％的行周期，SEG输出电平处于电压V1，而在剩余的(100-x)％的行周期，SEG驱动器输出电平处于低压V0，所获得的像素电极上的VRMS的值接近V0与V0以上的V1之间的压差的x％。
在传统型帧速率调制(FRM)中，将具有不同灰度阴影等级的多帧编组在一起作为一组，其中，在同样的行周期内应用这些帧，并在整个组内分布信号，以利用STN的均方根(RMS)平均作用产生最终阴影。例如，一组可以包括15帧。然后，对于灰度级0-15，可以在该15帧的组上分布数据，实现灰色阴影效果。
这两种传统方案消耗大量功率。对于脉宽调制，首先考虑其中整个屏幕要显示恒定50％阴影的情况。这样导致SEG以两倍行速率切换(ON-OFF-ON-OFF)，而且因为SEG电极上的电容器加载效应消耗非常大的功率。因为这种非常高的切换速率和功率消耗，PWM方案通常具有功率消耗大波动，而且可能导致系统设计出现问题。
对于帧速率调制，STN的RMS效应具有带宽限制。为了将可见闪烁降低到最小，需要以高于60Hz的频率，重复整组帧，60Hz是人类觉察闪烁的界限。例如，为了产生16个阴影，需要16帧为一组，而且需要以60×16＝960fps(帧每秒)，重复整组帧。尽管利用空间渐变色方法(例如，2×2矩阵)可以将该频率降低至1/4，但是240fps仍比60Hz高得多，60Hz是用于纯黑白(B/W)STN LCD(即，没有灰色阴影)的典型频率，因此，消耗的功率几乎是纯黑白(B/W)STN LCD消耗的功率的4倍。
传统帧速率调制方案的另一个缺点是，产生的阴影在V0与V1之间线性间隔，其中STN LCD材料的VRMS与透射率关系曲线始终是S形的，如图4所示。线性间隔调制在频谱的两端产生灰色阴影(灰度级1-4，以及灰度级13-16)，使得不能互相区别它们。为了实现这种曲线补偿，要求比16帧多得多的帧。此外，可能非常显著地增加功率消耗。
本发明的另一个方面涉及更现代的LCD控制方案，例如，Scheffer的主动寻址(Active Addressing)或多行寻址，其中在每个行周期内寻址不止一行像素。例如，在典型的L＝4的MLS配置中，同时寻址4行像素，而且需要根据4行像素的要求状态，计算每个SEG信号。如果采用PWM方案，则根据为了实现要求的阴影需要过渡的位置，可以将每个行周期进一步划分为5个子周期。这样会将SEG转换活动的数量增加到5倍，而且实际上使PWM对于采用MLS驱动方案的任何系统均是不现实的。因此，非常希望寻求一种新型灰色阴影方案，其中在每个行周期期间，SEG信号保持不变，同时实现要求的VRMS调制，以产生要求的灰色阴影。
上述LCD驱动方案均不能令人完全满意。因此，希望提供一种改进型LCD驱动方案，与纯黑白LCD相比，该改进型LCD驱动方案可以以最小的功率消耗增加量产生灰色阴影。此外，还希望提供一种在进一步降低功率消耗的情况下抑制闪烁的驱动方案。
【发明内容】
考虑到上述功率消耗的问题，开发了一种新型方案，与B/W LCD相比，该方案以最少的功率消耗增加量，使STN LCD产生灰色阴影。在本发明的另一个方面中，该新型方案还将产生对抗液晶材料的本征跃迁曲线的补偿效应，而且产生清楚可辨的阴影。此外，为了进一步减少闪烁，引入了交错式帧调制方案，因此，可以进一步降低最小帧速率，从而节省功率。可以单独采用或者组合采用在此描述的本发明的各不同方面。
在诸如脉宽调制方案或帧调制方案的传统驱动方案中，行扫描或寻址周期始终保持不变。例如，在脉宽调制方案中，调制对列电极施加的SEG脉冲，而对行电极施加的COM脉冲与未调制时具有基本相同的宽度。在行扫描周期期间，通过调制SEG输出电平，在脉宽调制中可以获得灰色阴影。在帧调制中，行扫描或寻址周期也保持不变，而且通过以比B/W显示器的帧速率高得多的帧速率扫描LCD，然后，在特定帧期间，选择性地对SEG施加ON电压，而在其它帧期间，对SEG施加OFF电压，获得灰色阴影。
本发明基于观察结果，通过对行电极和列电极施加电位或电压，以使重复帧或场被显示不同时间周期，可以获得灰色阴影，而不显著增加功率消耗。在优选实施例中，重复帧或场分别具有相应行电极寻址周期，在该行电极寻址周期期间，对选择的一个行电极施加行选择电位，以在与选择的行电极重叠的一行像素上显示图像。施加电位，以便至少两个重复帧或场具有不同的行电极寻址周期。帧是显示图像中的总行数，而且可以与术语“显示图像”交换使用。场是显示图像中的行集合，其中该是子组，而且含有的行比形成显示图像的行少。
在各种不同实施例中，重复帧或场的行电极寻址周期的值形成互相之间的相对整数比，例如：2∶1∶2，2∶3∶4，6∶9∶11∶12∶13，3∶4∶5∶6以及7∶9∶11∶12∶13。利用这些值的行电极寻址周期，可以实现4至32灰度级的灰色阴影。在每个行电极寻址周期期间，对列(SEG)电极施加的电压或电位优选基本保持不变。这样，与PWM不同，避免了过多的SEG切换，而且避免了因为SEG或列电极上的电容加载产生的过大功率消耗。此外，与传统帧调制方案不同，本发明的该方面可以显著减少提高行速率或行扫描或寻址速率的要求。这样再一次避免了显著增加功率消耗的需要。
至少3个重复帧或场的行电极寻址周期优选具有不同的行电极寻址周期，而且形成互相之间的相对整数比，而且当以升序以序列方式排列至少3个不同的重复帧或场的行电极寻址周期的值时，位于该序列的末尾或接近该序列的末尾的每对相邻值之间的差值优选基本上等于这些值的最大公分母。
此外，当以升序以序列方式排列至少3个不同的重复帧或场的行电极寻址周期的值时，位于该序列的开始或接近该序列的开始的值优选大于位于该序列的末尾或接近该序列的末尾的值的约1/2.5倍。换句话说，位于该序列的开始或接近该序列的开始的值与位于该序列的末尾或接近该序列的末尾的值的比值优选大于约1/2.5；而且位于该序列的末尾或接近该序列的末尾的值与位于该序列的开始或接近该序列的开始的值的比值优选小于约2.5。位于该序列的末尾或接近该序列的末尾的值更优选小于位于该序列的开始或接近该序列的开始的值约2.2倍甚或2倍。
此外，当以升序以序列方式排列至少3个不同重复帧或场的行电极寻址周期的值时，可以对该序列内的每对相邻值计算这种值之间的差值。可以优选选择周期值，以便各对相邻值之间的这种差值从该序列的开始到该序列的末尾降低。更优选选择该周期，以便这种降低是从该序列的开始到该序列的末尾单调递减。
本发明的另一个方面采用交错以抑制闪烁并降低功率消耗。将无源LCD的显示行及其相应行电极划分为两个或者更多个场。可以将在其间一次扫描LCD上的每个行电极的满周期划分为相应数量的场扫描周期。如果将显示器的所有行仅划分为两个互补场(即，两个场一起含有显示器的所有行)，例如，奇数场和偶数场，则在诸如偶数场扫描周期的一个场扫描周期期间，仅扫描该场内的(例如，偶数)电极或行，然后是另一个场的另一个(例如，奇数场)场扫描周期，其间仅扫描该场上的(如奇数)行电极或行。如果存在两个以上的场，则这将继续，直到寻址了所有场中的所有行。
如果两个互补场是奇数和偶数场，则如果在偶数场期间施加的COM脉冲的定时接近在时间上处于奇数场的连续脉冲之间的中途，则对于观众，可以使肉眼观看的帧速率有效加倍，这样有助于抑制闪烁。如果将整个显示器划分为两个以上的场，则可以实现同样的效果。因此，例如，如果将整个显示器的各行划分为3个场，则如果在时间上与施加另一个场的连续脉冲分离开1∶2或2∶1比值的时间周期的时间点施加每个COM脉冲，则可以使观众观察到的帧速率增至3倍，以抑制闪烁。同样的推理可以扩展到其中将整个显示器划分为3个以上场的情况。
上述方案可以降低平均功率。然而，对于最短行周期(例如，对于6∶9∶11∶12∶13组中的行周期6)，驱动电路的负载仍显著地比平均负荷高得多。这种波动将意味着驱动电子电路需要稍许“保险设计”，以保持良好稳定性。因此，本发明的另一个方面进一步将每个场划分为连续扫描行的几个子部分，而且以不同行周期或不同序列的行周期或速率，扫描每个子部分内的电极。例如，如果整个调制需要6∶13∶9∶12∶11的调制行周期，则不是仅利用5个行周期之一扫描或者寻址该场上的每个电极，而可利用不同序列的行周期或速率扫描该场上的不同子部分。作为一个例子，第一子部分通过6∶9∶11∶12∶13，第二子部分通过13∶9∶12∶11∶6，而第三子部分通过9∶12∶11∶6∶13等。这样，可以降低快速行速率引起的驱动电路的临时负载。作为另一个例子，可以在时间上连续施加在该序列中最长和最短时间周期期间施加的电位。
上面利用APT和IAPT波形，对本发明分各方面进行了说明。然而，这些方面还可以应用于多行选择(MLS)，而且可以应用于主动寻址(AA)。通过将波形生成过程变更为MLS或AA体系结构，并利用在此描述的同样的行速率调制原理，可以利用这样修改的MLS方案产生大量易于区分的灰色阴影，同时功率的增加量最少，而且不恢复到PWM。
【附图说明】
图1是示出像素几何结构和行驱动器和列驱动器的传统LCD的原理图。
图2是用于说明本发明一个实施例的各方面的、以交错方式分别对行电极和列电极施加的COM和SEG脉冲的时序图。
图3是用于说明本发明的、LCD及其有关控制与驱动电路的方框图。
图4是用于说明本发明的、LCD的透射率与对LCD施加的电压的均方根的曲线图。
图5A是用于说明本发明的另一个方面的、非线性灰度级的曲线图。
图5B是用于实现图5A所示灰度级，列出5个不同行扫描周期及其各组合的表。
图6是示出用于说明本发明的各方面，在交错方案中，采用图5B所示5个不同行扫描周期的帧寻址序列的表。
图7A是用于说明本发明的另一个非线性灰度级的曲线图。
图7B是用于实现图7A所示灰度级，列出5个不同行扫描周期及其各种组合的表。
图8是用于说明本发明的各方面，在交错方案中，采用图7B所示5个不同行扫描周期的帧寻址序列的表。
为了使说明简洁，在该申请中，利用同样的参考编号表示同样的部件。
【具体实施方式】
如上所述，通过对行电极施加不同时间周期的有效电位的扫描电压或寻址电压，可以实现大量灰色阴影。下面描述的实施例1-4说明该原理。
实施例1：4-阴影调制
每组3个帧：
帧1：2t/行
帧2：1t/行
帧3：2t/行
(重复帧1-2-3)
然后，利用下面的组合可以产生4种阴影
阴影0/5＝完全没有(all off)
阴影2/5＝帧1
阴影3/5＝帧1+2
阴影5/5＝帧1+2+3
实施例2：8-阴影调制
每组3个帧：
帧1：2t/行
帧2：3t/行
帧3：4t/行
(重复帧1-2-3)
然后，利用下面的组合可以产生8种阴影
阴影0/9＝完全没有(all off)
阴影2/9＝帧1
阴影3/9＝帧2
阴影4/9＝帧3
阴影5/9＝帧1+2
阴影6/9＝帧1+3
阴影7/9＝帧2+3
阴影9/9＝帧1+2+3
实施例3：15-阴影调制
每组4个帧：
帧1：3t/行
帧2：4t/行
帧3：5t/行
帧4：6t/行
(重复帧1-2-3-4)
然后，利用下面的组合可以产生15种阴影
阴影0/18＝完全没有(all off)
阴影3/18＝帧1
阴影4/18＝帧2
阴影5/18＝帧3
阴影6/18＝帧4
阴影7/18＝帧1+2
阴影8/18＝帧1+3
阴影9/18＝帧2+3
阴影10/18＝帧2+4
阴影11/18＝帧3+4
阴影12/18＝帧1+2+3
阴影13/18＝帧1+2+4
阴影14/18＝帧1+3+4
阴影15/18＝帧2+3+4
阴影18/18＝帧1+2+3+4
实施例4：16-阴影调制
每组4个帧：
帧A：7t/行
帧B：9t/行
帧C：11t/行
帧D：12t/行
帧E：13t/行
(重复帧A-B-C-D-E)
例如，在实施例1中，为了实现4种不同灰色阴影，将各图像帧显示3个行扫描周期或行寻址周期。由于这些周期分别是在此期间显示器的特定行被接通用于显示图像的时间，所以在此还将该周期称为行周期。在上述实施例1中，帧1指利用2t的行寻址或扫描时间周期显示的那些帧，其中t是单位时间。在上面的简略说明中，使帧1显示2t/行时间周期。然后，使帧2显示不同的时间周期，例如其中行扫描时间或行寻址周期是t，或者表示为缩写形式t/行。第三种帧与第一种帧的显示同样的时间周期，即2t/行。然后，利用上述组合实现第四种不同灰色阴影。
利用产生灰色阴影0/9、2/9、3/9、4/9、5/9、6/9、7/9、9/9的、图2所示的实施例2，说明各种灰色阴影的产生过程。如图2所示，行寻址信号具有2t、3t和4t的时长，而且无限期地重复该行寻址信号。SEG信号用于显示0/9至9/9的各种灰色阴影。例如，为了在列1上产生灰色阴影0/9，信号SEG1是这样的，以致根据信号COM1至COM4，列1上的全部4个像素均被断开(即，SEG1分别与COM1至COM4中每一个的差值不足以使相应像素接通)。例如，为了产生灰色阴影2/9，SEG2信号是这样的，以致利用时长2t，仅在行寻址信号期间，接通列2上的各像素(即，仅利用帧1)。对于显示在列6上的灰色阴影6/9，采用帧1和3，这意味着，数据信号SEG6是这样的，以致在帧1和3期间，接通列6上的各像素(当各行寻址信号分别在时长2t和4t内时)。对于显示在列8上的灰色阴影9/9，采用帧1、2和3，这意味着，数据信号SEG9是这样的，以致在所有3个帧期间，接通列8上的相应像素。
在上述实施例1的变换实施例中，可以将帧2显示不同于t/行的时间周期，例如，其中行扫描时间周期或寻址时间周期是X，或者为简写形式X/行，其中X是不同于t的正数。
为了避免闪烁，至少以30Hz的人类闪烁察觉频率，分别显示这3种帧。这意味着，为了实现实施例1的4种灰色阴影，以30Hz分别显示这3个帧，因此实际总帧速率为30Hz×3，即90Hz。在实施例2中，三帧组使8种灰色阴影为90Hz的实际帧速率。
在实施例3中，每组仅使用4个帧产生一组15个不同阴影，实际帧速率可以低至(30Hz)×4＝120Hz的人类闪烁察觉频率。这与要求30Hz×15＝450Hz的传统帧调制方案不同，30Hz×15＝450Hz是实施例3的行速率的3.75倍。由于LCD的功率消耗直接与工作频率有关，所以频率的这种变化意味着功率消耗以同样的比例降低。
交错扫描
与传统的脉宽调制方法不同，在行或COM寻址时间周期或扫描时间周期内，例如在每个行或COM寻址时间周期或扫描时间周期内，对列电极施加的SEG信号或电压基本保持不变。与脉宽调制方法相比，这样可以降低对列电极施加的信号的切换率，而且可以降低功率消耗。如下所述，可以将本发明的上述特征与交错扫描组合在一起，以进一步提高显示性能。
与对诸如行1至行N的行电极连续施加行扫描信号的顺序行寻址方案相比，交错扫描方法可以显著降低闪烁。在交错扫描的一个实施例中，所有显示行被划分为两个场：仅含有奇数行的奇数场和仅含有偶数行的偶数场，其中在奇数场扫描周期内，显示奇数行，而在偶数场扫描周期内，显示偶数行。这种交错扫描实施例尤其可以用于诸如移动发报蜂窝电话、个人数字助理或寻呼机的设备。例如，后面紧接着序列{2，4，6，...}的序列{1，3，5，...}可以急剧减小棋盘图形的列驱动器功率消耗(为了实现灰色阴影，各种渐变色算法通常使用棋盘图形)和ON-OFF条(通常用于产生屏幕图形用户界面菜单)，而对于所有其它显示菜单，中等降低功率消耗。利用扫描序列生成器可以引入该实施例，扫描序列生成器具有固定、非时序行扫描序列，例如，后面紧接着序列{2，4，6，...}的序列{1，3，5，...}。通过交换数字计数器的最低有效位(LSB)和最高有效位(MSB)，可以产生该一系列序列。例如，利用7位计数器控制128行LCD。然后，将计数器的位7与位0进行交换，产生序列{0，2，4，6，8，...}+{1，3，5，7，...}。作为一种选择，如下所述，可以将非时序行扫描序列装入图3所示的解码器和RAM地址生成器，以产生同样的效果。
显然，可以将全显示的各行划分为两个以上的场。一个例子是将显示划分为3个场，其中第一场包括行1，4，7，...，第二场包括行2，5，8，...，第三场包括行3，6，9，...。还可以采用将显示划分为单独场的其它方式，而且它们也属于本发明范围。
在优选实施例中，如下所述，可以将用于显示灰色阴影的本发明的上述方面与交错扫描有利地组合在一起。
实施例5：8阴影调制，交错扫描
与在实施例2中相同，每组使用同样的3个帧，一个帧可以将扫描序列从传统逐行扫描序列变更为交错扫描寻址方案产生的2场交错扫描序列，即1-3-5-7-...-2-4-6-8-...，而且整个帧序列变成：
帧1-奇数：1t/行
帧2-偶数：3t/行
帧3-奇数：4t/行
帧1-偶数：2t/行
帧2-奇数：3t/行
帧3-偶数：4t/行
帧1-奇数：2t/行
帧2-偶数：3t/行
帧3-奇数：4t/行
帧1-偶数：2t/行
帧2-奇数：3t/行
帧3-偶数：4t/行
通过以混用方式分离帧序列，例如，帧3-偶数和帧3-奇数，在全3帧组上，整个帧-3被扫描为两个不同的编组。这实质上使30Hz(顺序完成3帧组所需的时间)的基帧速率加倍为60Hz。因此，在多帧调制方案中，采用交错扫描，而不采用(1帧)调幅。
图2示出这种实施例。图2是用于说明本发明一个实施例的各方面的、以交错方式分别对行电极和列电极施加的COM和SEG脉冲的时序图。为了使说明简洁起见，图2所示的显示器仅包括编号为1至4的4个行电极或COM电极对应的4行。对行或COM电极1-4施加的行扫描信号或电压或者寻址信号或电压分别被标记为COM1至COM4。为了简单起见，图2所示的显示器仅包括8个与编号为1-8的8个列电极或SEG电极对应的垂直行，其中对列电极1-8施加的数据信号分别上SEG1至SEG8。显然，可以使用比4行电极或8列电极更多或更少的行电极和列电极，而且它们属于本发明范围。因此，在奇数场期间，可以对行电极1和3施加寻址信号，用于显示显示器的行1和3，而在偶数场期间，可以对行电极2和4施加寻址信号，用于显示显示器的行2和4，其中两个场的各行形成整个显示器。
图2示出对上面的帧序列所做的修改。因此，扫描序列首先以奇数场开始，在该奇数场期间，在时间上连续地对行或COM电极1和3施加行扫描或寻址信号COM1和COM3。换句话说，行扫描信号COM3跟在行扫描信号COM1的后面，其中在头两个垂直虚线行32和42之间，利用水平距离或时间周期(1/2)T表示的第一奇数场扫描或寻址周期期间，施加两个寻址信号。
在图2中，在该图的右侧，示出该显示器的4个水平行和8个垂直行。请注意，在虚线32与34之间的第一奇数场寻址周期期间，分别对8列或SEG电极1至8施加数据信号SEG1至SEG8。从其是2t、3t和4t的相应行扫描或寻址时间周期中，分别选择电压脉冲COM1和COM3的宽度。上述情况也适于电压信号COM2和COM4。在图2所示的例子中，电压脉冲COM1和COM3的宽度分别是2t，因此虚线行32与34之间的奇数场寻址周期是4t。电压脉冲COM2和COM4的宽度分别是3t，因此虚线行34与36之间的偶数场寻址周期是6t。请注意，从图2中可以看出，在第一偶数场扫描或寻址周期内，分别在奇数或偶数场寻址周期4t、6t和8t期间，对列电极施加的SEG信号或电压基本保持不变。
如上所述，与传统脉宽调制不同，在行或COM寻址或扫描时间周期期间，例如，在图2所示的脉冲COM1(2t)+和COM1(2t)-的行或COM寻址或扫描时间周期2t期间，对列电极施加的SEG信号或电压基本保持不变。与脉宽调制方法相比，这样就降低了对列电极施加的信号的切换率，而且降低了功率消耗。
实际上，通过在整个奇数或偶数场扫描或寻址时间周期期间使列信号基本保持不变，该整个奇数或偶数场扫描或寻址时间周期可以是图2所示4t、6t和8t之一，在交错扫描实施例中，可以将列电极数据信号SEG1至SEG8的切换率进一步降低到原来的1/2，而保持要求的高帧速率，例如60Hz的帧速率。
如图2所示，垂直虚线32与34之间的奇数扫描时间周期是2×2t，如上表所示。垂直虚线34与36之间的下一个场扫描或寻址时间周期用于扫描偶数场上的行电极，而且它具有时长2×3t。紧接着的场扫描或寻址时间周期用于奇数场，而且在垂直虚线36与38之间，具有时长2×4t。紧接着的时间周期是垂直虚线38与40之间的时长2×2t的奇数场寻址或扫描时间周期，其中虚线38与40之间的时长也是2×2t。因此，从图2可以看出，同时以该顺序：(2t/O)、3t/E、4t/O；(2t/E)、3t/O、4t/E、(2t/O)、3t/E、4t/O；(2t/E)、3t/O、4t/E...顺序施加相应时长2t、3t和4t的3帧1、2、3的组，因此，正如对2t情况着重说明的那样，在偶数场与奇数场之间形成良好的交错扫描图形。
本技术领域内的熟练技术人员明白，所施加的行扫描或寻址信号优选是AC，而非DC。因此，对于对4个COM电极分别施加的每个正电压脉冲，施加相应的负电压脉冲。对于不同宽度的不同电压脉冲，情况也如此。因此，例如，对于宽度为2t的每个正向电压脉冲，施加同样宽度的负向电压脉冲。图2中示出这种情况。例如，对第一行电极施加的宽度2t的脉冲，即对行电极1施加的COM1(2t)+被后续负电压脉冲COM1(2t)-平衡。同样，在对行或COM电极2施加时，是负向的负向脉冲COM2(2t)-后面是同样宽度的正向脉冲COM2(2t)+。对于宽度为3t和4t的电压脉冲，情况也如此。因此，在无穷重复的行寻址信号的满周期T内，对于满周期T期间的总共6个脉冲，同样宽度的一对正向脉冲和负向脉冲分别施加3个不同宽度2t、3t和4t，满周期T是图2所示的4个信号COM1至COM4的周期。
从图2可以看出，请注意，对第一行电极COM1施加的同样宽度COM1(2t)+和COM1(2t)-的一对正向和负向电压脉冲之间的时长被分离开的时长基本等于满周期的一半，即(1/2)T。此外，显然，在施加脉冲COM1(2t)+与COM1(2t)-之间，在基本是该时长(1/2)T的中点的时间，施加与对第二行电极COM2施加的同样宽度的相应脉冲，即COM2(2t)-。换句话说，施加在T/2期间使n个不同场内的行显示基本相同的行寻址时间周期T/2，因此，不同场内的物理相邻像素行(或物理并排像素行)在时间上分离开T/4的整数倍，从而可以提高观众观看的行速率。
例如，位于32的COM1脉冲与位于38的COM2脉冲之间的时长是时长(1/2)T的一半(1/2)。这意味着，对于观看显示器的观众，宽度为2t的脉冲的行速率是对第一和第二行电极时间的脉冲宽度的二倍。因此，如果(1/2)T表示的整个帧速率是30Hz，则观众可以观看到60Hz的有效行速率。从图2可以看出，显然，基本上对于4行寻址信号COM1至COM4中宽度为2t、3t和4t的所有脉冲，这种特征同样正确。因此，对于观众，即使4信号COM1至COM4的实际行速率仅为30Hz，这些脉冲仍具有60Hz的视在行速率。这样可以有效减小闪烁，而且可以降低LCD的总行速率和功率消耗。
以显示器的8个垂直行分别显示8个灰色阴影级的相应灰色阴影的方式，分别对8列电极施加8数据信号SEG1至SEG8。例如，如图2所示，信号SEG1是这样的，以致沿第一垂直行的4个像素将显示灰色阴影0，而信号SEG2将时沿垂直行2的4个像素显示0-9灰度级的灰色阴影2/9。同样，信号SEG3-SEG8是这样的，以致沿垂直行3-8相应之一的4个像素分别显示3/9；4/9；5/9；6/9；7/9和9/9的相应灰色阴影。
从图2中可以看出，含有行1和3的奇数场与含有行2和4的偶数场交错。如果以上述方式将整个显示器划分为3个场，则包括行1、4、7、10...；2、5、8、11、...；3、6、9、12、...的3个不同场交错。
图3是用于说明本发明的、LCD及其有关控制与驱动电路的方框图。采用利用不同行扫描序列产生图像的显示器驱动器，可以实现本发明的优点。图3示出这样一种实施例，但是其它方法可以以这样的方式显示信息。特别是，显示器100接收显示输入102，显示输入102被存储到显示数据RAM 104内。显示器100的所有基准包括在本说明书、权利要求以及附图的其它地方描述的显示类型以及利用时序或非时序或变化的行扫描序列以减少功率工作的任何其它显示类型。显示输入102可以包括要显示的位映像信息，或者包括将被变换为包括彩色显示的多层信息的位映像显示数据的字符串或某种其它高级指示。显示数据102存储在显示数据RAM 104内，保持在此，用于最终产生列数据信号SE Gj，j在1至M之间。
借助查用表105，通过产生行扫描序列106a，扫描序列生成器106控制要扫描的各行的顺序。利用解码器108，行扫描序列用于提供行寻址信号COMi，i在1至N的范围内，解码器108产生多个对应于每行、由行驱动器22放大的信号，以产生行寻址信号。行扫描序列106a还与从显示数据RAM 104中读取显示信息的序列、要对COM电极施加的信号的行周期对应，而且用于产生相应列数据信号SEGj。具体地说，RAM地址生成器110将行扫描序列SEGj变换为显示数据RAM地址。这些地址分别对应于用于显示存储在显示数据RAM 104内的信息的行地址和列地址。因此，同时利用行扫描序列106a产生行地址信号COMi，并指示显示RAM地址生成器110产生适当地址信号，以在数据RAM 104内进行读取，从而产生相应SEG信号。行驱动器22和列驱动器24的典型CMOS实现包括典型的CMOS逻辑、复用器、去复用器、计数器、电平移动器以及输出驱动器级，这些均为混合模式CMOS电路设计技术领域内的熟练技术人员众所周知。为了改变电压脉冲的宽度，时钟120将时钟信号送到受控制器124控制的可编程计数器122。将可编程计数器的输出送到扫描序列生成器106，以便产生的扫描序列具有相应电压脉冲的适当时长。显示装置100的所有电路模块均受控制器124的控制。然而，为了简化该图，除了到计数器122的连接之外，省略了控制器124与其余电路模块之间的连接。
图4是用于说明本发明的、LCD的透射率与对LCD施加的电压的均方根的曲线图。除了降低上面要求的帧速率之外，还请注意，如图4所示，STN LCD的调制曲线不是线性的，而在该曲线的两端具有弯曲。换句话说，与远离两端的透射率相比，在灰度级的两端或者靠近灰度级的两端，LCD的透射率对液晶材料两端的电压的变化非常不敏感。对这种非线性进行补偿的一种方式是施加其非线性灰度级以非均匀步长变化的时间周期的电压脉冲。图5A所示的调制曲线示出这种情况，图5A所示的调制曲线是用于说明本发明的非线性灰度级的曲线图。如图5A所示，随着数据接近灰度级的端点0或16，在其间施加电压的时间周期的调制步长增加，而对于数据＝5-11之间的中间阴影，调制步长更小。这种曲线对抗图4所示液晶的T-V曲线的非线性效应，而且具有在STN上扩展所获得的调制阴影的可视性的所需效果。
通常，利用PWM，或者利用采用非常高帧速率的FRM可以实现这种弯曲数据与Vrms的映像。本发明的机制提供了一种对于线性调制，无需提高帧速率就可以实现补偿的调制曲线的方式。
因此，通过以30Hz实际循环整个3帧组，实施例3的3帧调制可以实现“接近60Hz的刷新速率”。同样，通过以30Hz循环整个4帧组，实施例5的4帧调制可以具有“约60Hz的刷新速率”。
换句话说，这种“可视闪烁减少”技术可以降低所要求的灰色阴影STN LCD系统的工作频率，因此可以降低循环的功率。
此外，还可以进一步推断，可以应用上述交错扫描方案，其中将每组划分为以3递增扫描序列的3个子组：1，4，7，10，...，2，5，8，11，...，3，6，9，12，...；或以4递增扫描序列的4个子组，等。
图5B是用于实现图5A所示灰度级，列出5个不同行扫描周期及其各组合的表。因此，施加5个帧A、B、C、D、E显示如下比例的时间周期：7∶9∶11∶12∶13。利用图5B所示表中列出的组合，实现16种灰色阴影(0-15)。因此，例如，为了显示灰色阴影8，每次分别采用帧A、B、C总共27个任意时间单位。该表中的右侧列140分别列出1 6种灰色阴影的相应任意时间单位，其中灰色阴影的值在0至52之间。在最右列142列出根据时间单位从一个灰色阴影到下一个灰色阴影增加的步长：7、5、4、3、2、2、2、2、2、2、2、3、4，5，7。任意时间单位的这种灰色阴影的值形成图5A所示各点的纵坐标值。
与上述图2所示交错扫描实施例相同，可以以图6所示同样方式施加5帧组A-E。此外，与图2所示实施例相同，在图6所示实施例中，在另一个场的连续脉冲之间的时间的大致中途的时间，施加奇数场脉冲或偶数场脉冲。例如，在图6中，请注意，在在位置152和154施加偶数场的同一个帧D的连续脉冲之间的时间的中途的时间，施加在帧序列的位置150，在奇数场期间施加的帧D。分别对于两个场中的帧A-D，情况也如此。
该原理可以扩展到其中显示器的各行被划分为2个场以上，例如3个或者4个场的实施例。因此，参考图2，其中显示器被划分为2个场，在两个脉冲COM1(2t)+和COM1(2t)-之间的时间的中途，施加脉冲COM2(2t)-。如图2所示，COM1(2t)+与COM1(2T)-之间的时间周期是(1/2)T，其中T是满周期的时长。因此，基本上在该时间周期(1/2)T的中点，出现脉冲COM2(2t)-。该原理同样可以扩展到其中将显示器的水平行划分为4个场的实施例，在这种情况下，不是在行32与行34之间的中途，而是在该方向的四分之一或四分之三出现脉冲。通常，在其中将显示器的水平行划分为n个场的实施例中，n是比1大的整数，其中在满寻址周期T期间，所施加的信号脉冲使不同场上的各行显示基本相同的行寻址时间周期，应用该信号脉冲使得在不同场内显示的各行在时间上分离开T/2n的整数倍。这样使观众观看到的行速率提高到约n倍。不是将时间周期T处理成其中施加反极性脉冲的满寻址周期，而是将时间周期(1/2)T处理成其中仅施加同样极性的脉冲的满寻址周期，如图2所示。
图7A是用于说明本发明的另一个非线性灰度级的曲线图。图7B是用于实现图7A所示灰度级，列出5个不同行扫描周期及其各种组合的表。以上面对图5A和5B进行解释的同样方式，解释图7A和7B。
图8是用于说明本发明的各方面，在交错方案中，采用图7B所示5个不同行扫描周期的帧寻址序列的表。与图6所示方案类似，也可以观察到，在另一个场的同一个帧的连续脉冲之间的时间的中途，施加对该序列的每个场显示的每个帧。
以图7B所示的方式，显示5个帧A-E，以实现图7A所示的32种灰色阴影。根据图7B，请注意，为了显示灰色阴影1和灰色阴影0.5，与灰色阴影2、6-9、16-21、26-28和31相比，仅将帧A显示0.5个时间周期。为了实现这种特性，参考图3，采用数据传输块130。块130含有“异或”门，该“异或”门接收用于显示帧A的数据的X地址和Y地址的最低有效位，作为输入。对该门的输出进行上舍入或下舍入，以便仅施加帧A的电压脉冲半个时间周期。
在上述实施例中，仅对整个场保持同样的COM脉冲类型(行周期)。在图2所示的实施例中，例如，对行电极COM1和COM3施加同样行周期的寻址信号。在变换实施例中，可以将每帧进一步划分为更小组的编组。因此，在图2中，例如，可以对COM1和COM3采用不同的行周期，而且可以对COM2和COM4采用不同的行周期。作为另一个例子，可以将奇数场划分为：(行1，3，5)，(行7，9，11)，(...)，而将偶数场划分为：(行2，4，6)，(行8，10，12)，(...)，而且在在同一个场的更小组期间，采用不同行周期。换句话说，奇数场的第二组的各行(行7，9，11)的行周期与第一组中各行(行1，3，5)的行周期不同，等等。而且，偶数场的第二组中的各行(行8，10，12)的行周期与第一组中的各行(行2，4，6)的行周期不同。可以在时间上顺序施加该序列中最长时间周期和最短时间周期期间施加的电位。也可以采用不同序列的行周期或速率，扫描场中的各不同子部分。COM行周期的这种更快交替使不同行周期的扫描更紧密混合在一起，因此，甚至超过更高行速率引起的更高LCD负荷。
上面利用APT和IAPT波形，对本发明分各方面进行了说明。然而，这些方面还可以应用于多行选择(MLS)，而且可以应用于主动寻址(AA)。通过将波形生成过程变更为MLS或AA体系结构，并利用在此描述的同样的行速率调制原理，可以利用这样修改的MLS方案产生大量易于区分的灰色阴影，同时功率的增加量最少，而且不恢复到使用PWM。换句话说，可以对上述实施例进行修改，以便在修改的MLS或AA方案中，可以同时对一个以上的行电极施加行寻址信号。
可以采用与上面概括说明的行周期不同的行周期，例如，其中行周期形成指数关系。例如，为了获得16个不同灰色阴影，可以采用4个重复帧，而且4个帧的行周期形成体现关系1-2-4-8的整数比。因此，通过组合不同的帧，每个像素可以具有0至1+2+4+8＝15的调制。尽管这种指数行周期可以减少所需的帧数量，但是最快帧具有比最慢帧快8倍的行周期。行周期的这种大差别导致更快帧承受更显著失真，因为行(COM)扫描信号的RC延迟以及列(SEG)转换。采用同样的方法，得到32个同等灰色阴影分割需要具有1-2-4-8-16行周期比例的5个重复帧。由于无源STN显示器通常具有与行扫描电极有关的显著RC延迟，因此更希望寻求一种以行周期的非常小差别产生精细调制，并因此可以将更快重复帧承受的失真降低到最小的方法。
通过引入“非指数”帧，可以避免这种失真，其中几个密集的帧用于产生大量调制电平，其中行周期的最小-最多差别不超过2。换句话说，如果以升序以序列方式排列至少3个不同重复帧的行周期(例如2-3-4和7-9-11-12-13)，位于序列的末尾或者接近序列的末尾的行周期不超过位于该序列的开始或接近该序列的开始的行周期的2倍。在其中行周期形成升序序列2-3-4和7-9-11-12-13的例子中，位于该序列的末尾的最后值(2-3-4中的4和7-9-11-12-13中的13)不超过位于该序列的开始的行周期的第一值(即，2-3-4中的2和7-9-11-12-13中的7)的2倍。当然，通过使2或7之前的或者4或13之后的附加行周期包括在上述典型序列中，可以采用根据上述序列的变型的实施例，同时保持上述优点。优选利用上述重复帧实现4、8或16电平调制。在每个行周期内，所施加的信号使列电极基本处于同样的(各)电压电平。换句话说，对于具有特定行周期的帧，最慢帧或者接近最慢帧的行周期不超过最快帧或者接近最快帧的行周期的2倍。
利用上面描述的其行周期比值为2-3-4，6-9-11-12-13，7-9-11-12-13，3-4-5-6的重复帧的例子，约2.2倍的该序列的开始的行周期(2，6，7和3)大于位于该序列的末尾的行周期(4、13、13和6)。换句话说，该序列的末尾的行周期(4，13，13和6)小于该序列的开始的行周期(示例序列中的2，6，7和3)的2.2倍。对于某些重复帧(例如，具有行周期6-9-11-12-13)，可以产生多于30灰度级的灰色阴影。在每个行周期内，所施加的信号导致列电极处于基本相同的电压电平。可以选择行周期的其它值，以便该序列的末尾的行周期不大于该序列的开始的行周期的2.5倍。该变型以及其它变型在本发明范围内。
此外，当以升序以序列方式排列至少3个不同重复帧或场的行电极寻址周期的值时，可以对该序列内的每对相邻值计算这种值之间的差值。可以优选选择周期值，以便各对相邻值之间的这种差值从该序列的开始到该序列的末尾降低。更优选选择该周期，以便这种降低是从该序列的开始到该序列的末尾单调递减。
在各种不同实施例中，至少3个重复帧或场的行电极寻址周期的值形成互相之间的相对整数比，以产生灰度级调制。因此，在不同帧的行周期之间，存在最大公分母。在上面的例子2-3-4，6-9-11-12-13，7-9-11-12-13，3-4-5-6中，最大公分母是1。请注意，在其中行周期的值以升序以序列方式排列的所有例子中，位于该序列的末尾或者接近该序列的末尾的每对相邻值之间的差值基本等于这些值的最大公分母。在上面的例子中，3个最慢行周期之间相差作为最大公分母的基本上同样时间量。在每个行周期内，所施加的信号使列电极基本上是同样的(各)电压电平。
在控制器124中，可以以本技术领域内的熟练技术人员已知的方式，利用状态机实现上述特性，控制器124控制计数器122和生成器106。可以采用使用硬件、软件、固件或者它们的组合的其它方案。
尽管上面参考各实施例对本发明进行了描述，但是，显然，可以在本发明范围内进行各种变更和修改，仅由所附权利要求及其等效物确定本发明范围。引用在此参考的所有参考文献的全部内容供参考。