專利名稱：一種用于液晶顯示器的驅動方案的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于液晶顯示器的驅動方案。通常采用無源矩陣驅動方案來驅動液晶顯示器。為了減小交擾，提出了諸如APT和IAPT的變形，無源驅動仍然產生高的交擾和低的顯示器對比度。對于具有快速響應液晶的高多工(high-mux)顯示器，由于幀響應而損失對比度的問題是嚴重的。為了解決這種問題，提出了有源尋址，其中正交的Hadamard矩陣被用作公共的驅動信號。各個象素在整個幀中得到選取，且?guī)憫Ч獮樽钚　Ｈ欢?，這種方法的問題，是計算和存儲負擔重。更壞的是，矩陣的行的順序的不同導致了不同的行信號頻率。這可能導致嚴重的交擾問題。另一方面，已有有源驅動方案的一種變形，其中通常的驅動矩陣被選擇為塊對角線矩陣一它由低級的Hadamard矩陣組成。所產生的正方形矩陣仍然是正交的且高順序和計算的問題得到了緩解。通過選擇不同階的Hadamard構成塊，一種多線尋址(MLA)方案在幀響應、排序、以及計算問題之間達到了一種平衡。不幸的是，由于一次選擇的線的數目受到Hadamard構造塊的低階的限制，幀響應仍然存在。
本發(fā)明的一個目的，是尋求提供一種新的矩陣驅動方案。
根據本發(fā)明，提供了用于具有任何階的液晶顯示器的驅動方案，其中該液晶顯示器包括具有正交和移動正交性(SO)的矩陣構成塊。
應該理解的是，移動正交性指的是矩陣對其自身的列移動形式具有正交性這種性質。
因此，移動正交性(SO)被加到通常形成驅動信號上。其結果，矩陣的構成塊變成矩形超幺正矩陣。由于這種矩陣的SO性質，構成塊的重疊得到允許。因此設該矩陣為q×r，q和r是整數且q＞r，r可以是q的任何倍數。例如，如果q＝2，我們能夠以r＝4、6、8.....來標明超幺正矩陣。對q＝3，我們有r＝6、9、12....。r的值與傳統(tǒng)的MLA的階類似?？梢燥@示，一個階為r的超幺正矩陣在電壓選擇和偏壓比上與一個MLA-r是類似的。
應該理解的是，超幺正矩陣既至自身正交也至其自身的列移動矩陣正交，直到M的任何整數倍。采用這種矩陣，該驅動方案在較低的硬件復雜性、較小的交擾、較高的對比度和更好的觀看立體角和更大的實施靈活性上超過了相同階的MLA。
以下結合附圖描述體現(xiàn)本發(fā)明的液晶顯示器驅動方案。


圖1是用于P驅動方案的通常(行)波形；圖2是帶有幀重疊的驅動波形的重復單元；。
圖3是P驅動方案的數字濾波器實施方案；且圖4是列交換的驅動波形。
進一步應該理解的是，矩陣的移動正交性(SO)性允許構成塊的重疊。另一方面，也可以有帶有非重疊構成塊的行驅動矩陣，但幀更大。
體現(xiàn)本發(fā)明的驅動方案具有以下優(yōu)點。首先，材料的構成塊的行數等于q，而不論階r如何。因此，計算隨著階r線性地增大(即O(r))，而不是象在MLA的情況下那樣是O(r22)。另外，由于行數非常有限，行的順序的不同可通過選擇適當的超幺正矩陣而得到減小。其結果，可利用具有足夠高的階(即r)的矩陣而除去幀響應，而不涉及到計算和排序的問題。進一步地，由于現(xiàn)在驅動矩陣由重疊的構成塊構成，由于電壓突變的次數減少，交擾問題能夠得到進一步的緩解。最后，體現(xiàn)本發(fā)明的驅動方案可通過選擇階為q的整數倍的超幺正矩陣而得到實施。例如，如果q＝2，r＝4、6、8、10…可得到實現(xiàn)。因此，實現(xiàn)了比由階為2、4、8、16、32....的Hadamard矩陣構成的MLA更大的靈活性。由于超幺正構成塊的重疊性，通常總是能夠實現(xiàn)沒有冗余的緊密的幀。例如，假定碼借助本發(fā)明的超幺正矩陣驅動方案(縮寫為p驅動)和MLA驅動一個10路的顯示器。對于p驅動，可選擇階為4、6、8、10的超幺正矩陣。在每一種情況下，幀大小都是10。然而，對于MLA，階為4的Hadamard矩陣產生12的幀大小，而階8的Hadamard矩陣導致16的幀大小。幀大小的增大減小了選擇時間的比例并導致了Hadamard矩陣中的顯示對比度的降低，這與本發(fā)明的超幺正矩陣相反。
LCD的矩陣驅動可用以下的簡單線性公式進行數學表示，Ax＝b其中A是代表一個m路公共驅動信號的m×m矩陣，x是表示相應的驅動信號段的m×1矢量。b是所要顯示的實際數據的列。b不是顯示象素檢測的電壓?？梢燥@示，實際檢測的RMS電壓是b的定標和移動形式。A可以是任何正交矩陣(正交性的要求將在后面描述)。對A＝I，其中I是單位矩陣(identity matrix)，傳統(tǒng)的無源驅動得到實現(xiàn)。對于A為Hadamard矩陣及其導出矩陣，有源尋址得到實現(xiàn)。例如，以下的Hadamard矩陣可被用作用于有源驅動一個8路顯示器的公共(行)信號。為了實際驅動一個顯示器，在所有正交矩陣中通常選擇Hadamard矩陣，這是由于其兩電壓電平。以下顯示了一個階8的Hadamard矩陣。
如所述，由于采用有源驅動的計算負擔和排序問題，提出了MLA。為了用4線MLA實施8路驅動，兩個階4的Hadamard矩陣被用作8×8驅動矩陣的對角構成塊。所產生的公共驅動矩陣如下
相應的段驅動信號由以下公式確定x＝A-1b＝ATb如果A正交。A為非奇異(non-singular)這一條件，足以保證唯一的x的存在。然而，為了使實際的RMS電壓為b的移動和定標形式，必須加上A為正交這一條件。
以下描述產生將要被用作公共(行)矩陣的構成塊的超幺正矩陣的方法。超幺正條件用簡化矩陣形式表示。為了實現(xiàn)這點，引入了一個n×n移動矩陣Sn，m，如下所示
一個階M×(N+1)M的超幺正矩陣E滿足(i)E為正交，即EET＝I(ii)E與其M的倍數的列移動正交，即
i＝1，2，.....N。
該組超幺正矩陣可通過級聯(lián)晶格表示而獲得。對于M＝2，超幺正散射矩陣E(z)(z是z變換的變量)具有如下形式的正則分解因式
其中Z-1是一個2×2矩陣Z-1=100z-2]]>且Ωk表示了一個轉動矩陣，即Ωk=cksk-skck]]>其中ck＝cos(αk)且sk＝sin(αk)。為了獲得沒有z的E的矩陣表示，把塊對角矩陣
和
定義如下Λn=Ωn00Λ00Ωn0Λ0MMMOM000ΛΩn]]>和zn=1000000110000001O10000001]]>一個超幺正濾波器組(filter bank)的矩陣表示以如下方式獲得E=ΛNZN..Λ1Z1Λ0]]>對N＝1，有2×4E。把兩個角度選擇為π/4，則有一個歸一的超幺正矩陣E=11-11-1-1-11]]>該矩陣可被用于實施一個4階超幺正矩陣驅動方案。對M＝2的情況，Ω是2×2轉動矩陣。對一般的M階的情況，各個Ω由M(M-1)/2個吉文轉動矩陣(Given’s rotation matrices)的積產生。對于階為M×M(N＋1)的超幺正矩陣，有N＋1個這樣的塊，從而產生總共M(N＋1)(M-1)/2個轉動角。
與如上相同地假定有一個8路顯示器。假定帶有兩個轉動角的一個2×4E等于π/4。通常的驅動信號(具有歸一的幅度)可被表示為(見附圖中的圖1的波形)
應該注意的是，幀矩陣現(xiàn)在是矩形的，而不是象在傳統(tǒng)的無源、有源、以及MLA驅動方案的情況中那樣是正方形的。對于m路的顯示器，幀大小為m+(r-M)，r＝M(N＋1)是E的列數，這與MLA的階類似?？傮w的公共驅動矩陣是正交的，這是由于E的移動正交性(SO)。
應該理解的是(i)構成塊E的行數等于2，而不論階N如何。這使得計算和存儲負擔比相同階的傳統(tǒng)的MLA要小。
(ii)構成塊的兩行的排序分別為1和2。排序的差不隨N的增大而增大。例如，對r＝8(N＝3且M＝2)，E的兩行具有排序3和4。結果，行頻率分量的不同所造成的交擾可得到大大的抑制。
(iii)超幺正構成塊是彼此重疊的，這減小了由于象素間的電壓改變的突變所造成的交擾。
(iv)驅動矩陣的列數，因而幀大小，是m+(r-M)，這比無源驅動的大r-M。例如，對于2×4構成塊E，則r-M＝4-2＝2。對于高多工顯示，選擇時間部分的顯示可忽略。然而，可以描述一種方法，它甚至允許幀重疊，而保持了平均幀大小m，如以下所示。
(v)由于超幺正構成塊的重疊性，總是能夠實現(xiàn)沒有冗余的緊密的幀。例如，假定一個由超幺正矩陣驅動方案和MLA驅動的10路顯示器將要被驅動。對p驅動，可選擇階為4、6、8、10的超幺正矩陣。在任何情況下，幀大小保持為12(或10-通過采用一種幀重疊方法)。然而，對MLA，階4的Hadamard矩陣產生12的幀大小，而階8的Hadamard矩陣產生16的幀大小。幀大小的增大減小了選擇時間部分并導致了較低的顯示對比度。以下顯示了在MLA中通過采用階8的Hadamard矩陣把幀大小增大至16。
LCD的矩陣驅動用線性方程Ax＝b表示。對無源、有源和MLA，A是一個正方形m×m矩陣，x和b是m×1矢量。對超幺正矩陣驅動，該線性方程仍然成立，只是A現(xiàn)在是一個m×(m+r-M)矩陣，x和b是(m+r-M)×1矢量。M和r被如上定義，行和列大小為E。設n是一次所要選擇的線數。在超幺正矩陣驅動方案中，我們有r＝n。對傳統(tǒng)的驅動，n＝1和n＝m分別表示無源和有源驅動方案，而1＜n＜m表示n線MLA。設通常驅動的電壓電平為-s、0和s。設一次選擇的線數為n。設段驅動的電壓電平為-d、-(n-2)d/n、-(n-4)d/n、....0，....0?？梢员砻鱞＝[ds，-ds，-ds，....，ds]T線性矩陣方程可被寫為如下形式nsA′x=b]]>其中A′是正交歸一的?，F(xiàn)在設∥、∥22是矩陣的2-模(2-norm)，它被定義為最大的奇異值，我們有||x||2=1ns||d||2=mnbs]]>它是恒定的。實際上，這給出了A為什么正交的原因。在象素j上檢測到的RMS電壓可表示為oj=Σi=1p(aji-ai)2p]]>對傳統(tǒng)驅動，p＝m，而對超幺正矩陣驅動，p＝m+r-Moj2=Σi=1paji2+Σi=1pxi2-2Σi=1pajixip=ns2+md2n+2(±ds)p]]>
結果，選擇比可表示為r=ns2-md2n+2dsns2+md2n-2ds]]>設k＝s/d是偏壓比，我們有r=nk2+mn+2knk2+mn-2k]]>把r對k取微商，得到kopt=mn]]>和ropt=m+1m-1]]>可見選擇比只取決于路數m，而不取決于顯示器是由無源、有源、MLA、還是超幺正方案進行驅動。
至此之前引入的驅動矩陣A的列數導致了m+(r-M)的幀大小，它比無源驅動的大了r-M。例如，對于一個2×4的構成塊E，我們有r-M＝4-2＝2。對高多工顯示，選擇時間部分的減小可忽略。以下幀彼此重疊，因而驅動信號在時間上仍然是正交的。這導致了借助數字濾波器組方法的一種方便的驅動方案實施。另外，平均幀大小被減小到m，而不是m+(r-M)，這導致了選擇時間部分的增大。注意優(yōu)化偏壓和選擇比的計算仍然保持不變。以下顯示用于一個6路顯示器的修正的驅動信號的兩個幀(波形見圖2)。
該修正的驅動方案可通過采用一種數字濾波器組而得到方便的實施。對2×4構成塊E的情況，兩個行[11-11]和[-1-1-11]可分別被認為是低和高通4階數字濾波器。該數字濾波器實施在圖3中得到顯示。注意可以選擇一行而不是兩行作為構成塊。然而，對于行數固定的顯示器，幀大小現(xiàn)在被加倍且它導致了選擇時間部分的減小。例如，對一個3路顯示器，利用1×4構成塊導致了2×3＝6的平均幀大小。
在此情況下，需要一個而不是兩個數字濾波器。還可以重新排列驅動矩陣的列，從而使選擇的分布更為均勻。這種排列通過進一步抑制幀響應，導致了更高的顯示對比度。以下顯示了8路驅動的情況，在沒有重新排列的情況下，我們有以下的驅動信號重復單元
重新排列之后的信號變成(見圖4的波形)
注意通過行和列的互換，在保持驅動信號的正交性的情況下，還有其他的可能性。
以下描述灰度(gray scale)實施的四種方法。頭三種是用于在無源和MLA驅動中實際灰度的方法。這些方法可被用于在超幺正驅動方案中實施灰度。第四種方法是基于用于公共信號的多階正交超幺正構成塊的采用。
在第一種方法中，幀速率控制被用于在無源驅動和MLA中實施灰度。該方法能夠以比較簡單的方式被用于新的驅動方案。所實施的是n個灰度電平(gray level)，一種擴展的大小為(n-1)m的幀得到采用，其中m是黑白顯示器的正交幀大小，它通常是顯示器的路數。簡而言之，該公共信號是通過串聯(lián)B/W顯示器的n-1個原有的幀而簡單地構造成的。灰影(gray shade)是由從0至n-1的這n-1個子幀中的ON的數目確定的。
第二種方法是電壓補償方法并可被用在P驅動方案中。如前面所示，加到象素上的RMS電壓可表示為oj2=Σi=1paji2+Σi=1pxi2-2Σi=1pajixip]]>其中
對bj為±b，如在無灰影驅動的情況下，右邊的第二項(它等于b的2模的平方)是恒定的，而不論信號b如何。如果要顯示灰影，則不是這種情況。在此情況下，b≤bj≤b且上述項取決于信號b而不是恒定的。該項在構成b的所有輸入項都是±b的情況下為最大。為了使RMS電壓只取決于第三項，一個額外的時隙被加到一個幀上。在該額外時隙中，零信號被加到公共信號上。對該段，補償電壓v被加上，從而oj2=Σi=1paji2+Σi=1pxi2-2Σi=1pajixi+v2p+1]]>電壓v被適當計算，從而有Σi=1pxi2+v2=Σi=1pbi2+v2=Σi=1pb2=pb2]]>最后，我們得到v2=pb2-Σi=1pbi2]]>補償電壓v是對每列計算的。
上述電壓補償方法是基于調幅的。然而，該方法依賴于對各幀的列補償電壓的計算，這在計算量上是很大的。為了解決這種問題，為MLA開發(fā)了一種方法，它是基于一次擴展幀。
該方法可被用于所提出的P驅動方案。為了顯示信號b≤dj≤b，第一子幀的該信號b構成如下bj=dj+b-dj2]]>而對第二子幀bj=dj-b-dj2]]>上述第三項情況如下導出Σi=1pxi2=Σi=1pbi2=Σi=1pb2=Σi=1m((di+b+di2)2+(di-b+di2)2)=2mb2]]>它與信號b無關，正如所希望的。還可以通過結合幀速率控制和幅度調制，來增大灰度電平的數目。另一方面，通過采用非均勻分布的dj和多個子幀，灰度電平的數目可得到增大。通過采用1、2和3個子幀和一個幀內的四個電平，可實現(xiàn)4、9、25個灰度電平。該方法可被應用于所提出的P驅動方案。
在第四種方法中，提供了一種灰度方法，它是基于多個階的正交/超幺正構成塊。這種方法在幀大小和電壓電平的數目之間尋求平衡，從而在電路復雜性與LCD帶寬要求之間實現(xiàn)一種平衡。如果碼把一個4路顯示器驅動至8個灰度，引入了以下的正交公共驅動矩陣A=-11111100100011-111-10001001-11100110010111-1001-10001]]>對驅動更高多工的顯示器，該矩陣可被用作在一個更高階公共驅動矩陣中的對角構成塊。該矩陣是具有階22、21、和20的正交正方形矩陣的級聯(lián)。如果有n個不同階的正交構成塊，則可以有2n個灰度，且公共驅動矩陣將具有階2n-1×n2n-1。設顯示器是m多工(m-mux)的，如果我們用以下公式計算段驅動信號x＝ATb表示x的電壓電平的數目變成2n-1+3。RMS電壓變成Von/off=2n-1s2+md2±2dsmn]]>其中d現(xiàn)在是最小的段電壓(segment voltage)。且有kopt=m]]>和ropt=m+1m-1]]>這實現(xiàn)了與通常的無源/有源驅動相同的性能。所提出的方案的每個幀的選擇部分是(2nn-1)/n，這高于通常的無源驅動。我們還可采用超幺正矩陣作為構成塊。對上述例子，我們有A=11-11111-1-1-111-1111-11111-1-1-111-11]]>該方案將得到修正，以減小段電壓電平的數目，而幀將如上所述地增大。如果要把一個2路LCD驅動至8灰度電平。設公共驅動信號矩陣是A=11-111110-1-1-111-101]]>設A’為
通過用x＝ATTb計算x。電壓電平的數目可被限制在5，而不論n如何。然而，幀大小現(xiàn)在被增大至m2n-1。為了實現(xiàn)8灰度電平，幀被增大了4倍。每幀的選擇現(xiàn)在是(2n-1)/2n-1，這高于通常的無源驅動。RMS電壓為Von/off=2n-1m2n-1s2+md2±2ds]]>其中d是如上所述的最小的段電壓。我們有kopt=m]]>和ropt=m+1m-1]]>這與通常的無源/有源驅動方案相同。注意對于驅動更高多工的顯示器，矩陣A’可以被用作更高階的公共驅動矩陣中的對角構成塊(即diag(A’，A’，....，A’))。所產生的驅動矩陣的行數是mux m的n倍。其中2n如上所述地是灰度電平的數目。數據b應該以二進制形式出現(xiàn)，從而使第一幀能夠響應最高有效位，而最后一幀響應最低有效位。
本發(fā)明的驅動方案提供了(1)一種新的液晶顯示器驅動方案，它采用了階為M×(N+1)M的超幺正矩陣作為正交構成塊。新的驅動方案在硬件復雜程度較低、交擾較小、對比度較高和觀看立體角更好方面的性能超過了同階的MLA。
(2)上述超幺正矩陣具有移動正交性(SO)，它允許構成塊的重疊。這使得可以通過選擇適當的N和M而實施一般的階為r的驅動方案，其中r＝(N+1)M可以是任何正整數。
(3)新的驅動方案可通過采用一種有效數字濾波器組方法(圖3)而得到實施。
(4)行可從M×(N＋1)M個超幺正矩陣中選擇，以實現(xiàn)幀大小增大的驅動信號。這使得硬件的復雜性降低。例如，通過選擇一個2×2(N＋1)超幺正矩陣的兩行中的一行，驅動方案可由一個數字濾波器實現(xiàn)。然而，幀大小被加倍，從而導致了選擇時間部分的減小。
(5)還可以重新排列驅動矩陣的行和列，從而使選擇的分布更為均勻。這種排列通過進一步抑制幀響應，而進一步提高了顯示器的對比度。通過互換行和列，在驅動信號的正交性得到保持的情況下，可以有各種配置。
(6)采用超幺正矩陣的若干行，可以降低硬件復雜性。
(7)通過采用分布更為均勻的驅動矩陣的行和列，這種排列可通過進一步抑制幀響應，而進一步提高顯示的對比度。
(8)利用一種灰度方法，在幀大小與電壓電平數目之間提供了一種平衡，從而在電路復雜程度與LCD帶寬要求之間實現(xiàn)了平衡。
(9)超幺正矩陣可具有移動正交性，其中作為組成部分的構成塊要么在不影響驅動矩陣的正交性的情況下有所重疊，要么彼此不重疊，但幀大小增大。
(10)因此，提出了任何階和尺寸的液晶顯示器的驅動器，它包括具有正交性和移動正交性(SO)的矩陣構成塊。SO指的是矩陣與其列移動矩陣正交的特性。
權利要求
1.一種用于任何階和尺寸的液晶顯示器的驅動方案，其特征在于具有正交性和移動正交性(SO)特性。
2.根據權利要求1的驅動方案，其特征在于作為正交構成塊的M×(N＋1)M階的超幺正矩陣。
3.根據權利要求1或2的驅動方案，其特征在于通過采用該超幺正矩陣作為構成塊而產生的行驅動矩陣。
4.根據前述權利要求中的任何一項的驅動方案，其特征在于數字濾波器組。
5.根據權利要求2-5中的任何一項的驅動方案，其特征在于任何數目的行都可從M×(N＋1)M超幺正矩陣選擇以在幀大小增大的情況下實現(xiàn)驅動信號。
6.根據權利要求5的驅動方案，其特征在于通過選擇2×2(N＋1)超幺正矩陣的兩行中的一行而借助一個數字濾波器提供一個驅動方案。
7.根據前述權利要求中的任何一項的驅動方案，其特征在于驅動矩陣的行和列被重新排列，從而使選擇的分布更為均勻。
8.根據前述權利要求中的任何一項的驅動方案，其特征在于基于多階正交/超幺正構成塊的灰度尋址方法。
9.根據權利要求2-8中的任何一項的驅動方案，其特征在于具有移動正交性的超幺正矩陣，從而使超幺正矩陣構成塊在不影響行驅動矩陣的正交性的情況下重疊。
10.根據權利要求2-8中的任何一項的驅動方案，其特征在于具有移動正交性的超幺正矩陣，從而使超幺正矩陣構成塊不重疊。
11.一種液晶顯示器，其特征在于根據前述權利要求中的任何一項的驅動方案。
全文摘要
本發(fā)明涉及任何階和尺寸的液晶顯示器的驅動方案,包括具有正交性和移動正交性(SO)的矩陣構成塊。該驅動方案采用階為M×(N+1)M的超幺正矩陣作為正交構成塊。
文檔編號G02F1/133GK1272633SQ00107290
公開日2000年11月8日 申請日期2000年5月8日 優(yōu)先權日1999年5月4日
發(fā)明者楊偉梁, 郭秀寬, 詹姆斯G·N·李, 塞萊內·張 申請人:瓦智能Bvi有限公司, 特倫斯·萊斯莉·約翰遜