Способ, устройство управления экраном и экран (варианты)

Способ, устройство управления экраном и экран (варианты)

Реферат

 

Изобретение относится к электронике и жидкокристаллическим экранам. Технический результат заключается в повышении качества изображения и быстродействия пассивно-матричных экранов. В интервале выборки Т_r строчного электрода или электродов на столбцовые электроды экрана подают дополнительно опорное напряжение V_o, располагаемое между напряжениями разного знака относительно V_o, напряжения разного знака относительно V_o и постоянной длительности. Уровни разного знака располагают по краям T_r. Порядок расположения уровней в T_r чередуют: в соседних T_r, на соседних столбцовых шинах, в соседних кадрах. Осуществляют сдвиги импульсов напряжения для групп столбцовых электродов. Устройство управления содержит блок транзисторов с близкими значениями выходных сопротивлений. На электроды экрана подают не зависящие от изображения напряжения компенсации. Формой импульсов управления самокомпенсируют паразитные изменения яркости в пикселях. Для двустрочной выборки формируют столбцовые напряжения с основой и уравнивающей составляющими. Строчное и столбцовое напряжения устанавливают равными и где параметр подстройки напряжений. N_max экрана не менее числа N_max0, явно определяемого диаграммой управления. 14 с. и 6 з.п. ф-лы, 29 ил.

Изобретение относится к электронике, к микроэлектронике, средствам отображения информации, плоским экранам, жидко-кристаллическим (ЖК) экранам, в том числе пассивно-матричным (ПМ), проекционным экранам, экранам для объемного видения (в виде очков, шлема и т.п.), к способам и средствам управления ЖК экранами, к компьютерной, телевизионной и другим областям техники, использующим плоские экраны.

Уровень техники Известны способ управления ЖК экраном, устройство для его осуществления, экран, управляемый этим способом.

Известный экран, прямого видения [патент США N 5099345 фирмы Sharp] или проекционный [патент США N 5465102 фирмы Casio Computer], управляемый известным способом, конструктивно или оптически связан с ЖК панелью (содержит ЖК панель). Панель содержит по крайней мере две прозрачные не проводящие ток подложки (например, стеклянные пластины), расположенные друг напротив друга с зазором, заполненным ЖК веществом, например нематическим, составы и формулы которых приведены, например, в патентах США [N 5099345 фирмы Sharp; 5262881 фирмы Asahi Glass Company]. ЖК вещество, определенным образом ориентированное, обладает способностью поворачивать плоскость поляризации света, проходящего через него со стороны подложки, на угол, зависящий от величины приложенного к нему среднеквадратичного напряжения (скн). Напряжение к ЖК веществу поступает со стороны прозрачных для света и проводящих электрический ток электродов (или шин), нанесенных на внутренние стороны подложек. Шины одной из подложек (например, в количестве N полос, где N 2), называемые строчными или общими, или сканируемыми, или Y-шинами, расположены перекрестно шинам другой подложки (например, в количестве M полос, где M2), называемым столбцовыми или информационными, или сегментными, или X-шинами. Таким образом, шины образуют в слое ЖК материала экрана систему (множество) или несколько систем NхM ЖК ячеек, например две в экранах типа dual scan (двойного впараллель сканирования двух половин экрана). ЖК ячейка (далее иногда называемая ячейкой) совместно с двумя поляризующими свет пленками, расположенными по обе стороны от слоя ЖК материала при работе панели в режиме на пропускание света, или совместно с поляризующей свет пленкой, расположенной с одной стороны от ЖК слоя при работе панели в режиме на отражение света, а также с возможными другими дополнительными элементами, например стеклами или пленками, компенсирующими цветовые искажения, компенсирующими динамические искажения, вызываемые так называемым "кадровым откликом" ("frame response") [патент США N 5599478 фирмы Nippon Oil; R.G.Culter, K.F. Kongslie, P. J.Bos, SID Digest of Technical Papers, p. 159-162, 1994], расширяющими угол обзора [патент США N 5,600,462 фирмы International Business Machines] , цветовыми или иными фильтрами, расположенными, например, на подложке панели или рядом с ней, образует элементарную ячейку, формирующую на экране "точечный" элемент изображения, называемый пикселем ("pixel", "dot"). ЖК ячейка при этом формирует или задает размеры пикселя, и напряжения на ее электродах задают его яркость.

Нематические молекулы, скрученные на большой угол, от 90 (или 180) до 360^o [T. J. Scheffer and J. Nehring, Appl. Phys. Lett., vol.45, N 10, p. 1021-1023, 1984] , называют "супертвистнематическими" (СТН). СТН ЖК ячейки позволили создавать пассивно-матричные (ПМ) ЖК экраны с большим числом строчных электродов, управляемых мультиплексно, достаточным по числу строк для создания компьютерных и телевизионных экранов без использования активных элементов, применяемых для этой цели в активно-матричных (AM) ЖК экранах.

Участок ПМ ЖК экрана в плане схематически показан на фиг. 1, на котором элементы X₁, X₂,... X_j,..., X_M обозначают столбцовые электроды, а элементы Y₁, Y₂,..., Y_i,..., Y_N - строчные электроды экрана. Напряжения на электроды экрана поступают со стороны управляющих устройств, в том числе со стороны строчных и столбцовых драйверов.

ПМ ЖК экраном управляют различными способами, в основе которых, как правило, заложена последовательная выборка строк экрана, т.е. последовательная подача напряжений выборки на строчные электроды панели, выбираемые по одному или по группам электродов. При этом на невыбранные строчные электроды подают опорное напряжение, а на столбцовые электроды подают напряжения, задающие яркости пикселей выбранных строк экрана.

Для определения характеристик экрана, нужных значений скн на электродах ЖК ячейки и параметров управляющих напряжений используют вольт-яркостную характеристику элементарной ячейки экрана.

Варианты вольт-яркостной характеристики элементарной ячейки экрана, формирующей элемент изображения экрана, приведены на фиг. 2 и фиг. 3. Оптические характеристики такой ячейки в рабочей области яркостей (измеряемых в Kd/m²) зависят от величины приложенного скн (измеряемого в V). На горизонтальной оси фиг. 2-3 отложены значения скн <U_{>, создаваемые на ЖК ячейке, расположенной между строчным i-м электродом и столбцовым j-м электродом, на вертикальной оси - соответствующие этим скн значения яркости пикселя, связанного с этой ЖК ячейкой. (Далее скобки "<" и ">", подчеркивающие среднеквадратичность параметра, могут опускаться). Различия возможных форм характеристики, представленной на фиг. 2 и 3, определяются различиями конструкций элементарных ячеек экрана, в том числе различной взаимной ориентацией поляризатора и анализатора [см. R.Herke, M.Xu, J.R.Ketty, SID Digest of Technical Papers, p. 573-576, 1996].}

Рабочие значения (рабочие точки) скн ЖК ячейки, образующие ее рабочую область, расположены на вольт-яркостной характеристике на участке с резким изменением яркости пикселя от состояния, близкого к максимальной яркости B_max, до состояния, близкого к минимальной яркости B_min. Нижнее граничное значение скн рабочей области U_th называется пороговым напряжением. Другое граничное состояние скн рабочей области отстоит от значения U_th на небольшую по сравнению с U_th величину, называемую напряжением перехода ("transition voltage"), обычно обозначаемую . Промежуточные рабочие точки скн между значениями U_th и U_th+ задают промежуточные состояния яркости (градации "серого").

Состояние, в котором находится экран при установлении на электродах ЖК ячейки скн, равного U_th, традиционно называют выключенным состоянием, или состоянием "off" для обоих вариантов вольт-яркостной характеристики, изображенной на фиг. 2 и 3, хотя по смыслу названия оно справедливо для первой из указанных характеристик. Аналогично состояние экрана при установлении на электродах ЖК ячейки скн, равного U_th+, называют включенным состоянием, или состоянием "on".

Все сказанное о вольт-яркостной характеристике можно распространить на вольт-светимостную характеристику экрана, в которой параметр "светимость", в отличие от параметра "яркость", характеризующего световой поток в телесном угле, относится к полному световому потоку, пропускаемому или отражаемому элементом экрана. Для устранения возможности суженного толкования общих свойств и характеристик экранов вместо понятий "яркость", "светимость" можно использовать обобщающее понятие "вольт-световая характеристика". Для других характеристик, а именно "вольт-коэффициент пропускания" или "вольт-коэффициент отражения" экрана, оперирующих оптическими свойствами экрана, также зависящими от скн на электродах ЖК ячейки, можно использовать аналогичное обобщающее понятие "вольт-оптическая характеристика" ячейки экрана. Параметры экрана, определяемые при помощи вольт-световой характеристики элементов экрана, имеющей вид, показанный на фиг. 2 или фиг. 3, определяются идентичным образом при помощи вольт-оптических характеристик, имеющих такой же вид зависимости от скн, и обратно. В формуле изобретения используется понятие "вольт-световая характеристика", трактуемое в расширительном смысле, включающем световые и оптические характеристики.

Первым прототипом предлагаемого изобретения является способ управления ПМ ЖК экраном с однострочной (построчной) выборкой, описанный в качестве прототипа в патенте США N 5162932 фирмы Matsushita. Этот способ называют еще "способом Альта и Плешко" или "улучшенным способом Альта и Плешко" [см. классификацию методов и их наименований в статье Y.Hirai и др., SID 97 DIGEST р. 401-404, и ссылку ниже на работу Альта и Плешко].

При управлении ПМ ЖК экраном первым способом-прототипом временные зависимости управляющих напряжений показаны на фиг. 4 - в случае отсутствия широтно-импульсной модуляции (ШИМ) столбцовых сигналов и фиг. 5 - в случае формирования градаций "серого" посредством ШИМ столбцовых сигналов. На фиг. 4-5 V_ri обозначает напряжение, подаваемое на строчный электрод Y_i экрана, V_cj - напряжение, подаваемое на столбцовый электрод X_j экрана, V_ij=V_cj-V_ri - напряжение, приложенное к электродам ЖК ячейки (ij) экрана, в том числе изображенного на фиг. 1. Надписи "on", "off" или "gray" ("серое") на этих и на других чертежах, содержащих диаграммы управляющих напряжений, обозначают яркость пикселя, связанного с выбранной ячейкой. Понятие "gray" на них обозначает яркость, отличающуюся от "on" и "off".

Способ состоит в формировании для строчных электродов экрана импульсов напряжения V_r (строчных импульсов, импульсов строчной выборки), постоянных по абсолютной величине отклонения от некоторого напряжения V_o (базового, опорного) и одинаковой длительности T_r, и для столбцовых электродов экрана импульсов напряжения V_c (столбцовых импульсов), постоянных по абсолютной величине отклонения от V_o и в общем случае переменной длительности, задающей информацию о яркости пикселей.

Строчные импульсы подают на N строчных электродов экрана поочередно, по одному на каждый электрод, обеспечивая импульсами все N строчных электродов в течение интервала времени кадра T_F, равного сумме N временных интервалов T_r (т.е. T_F = NxT_r). Направления отклонения строчных и столбцовых импульсов относительно напряжения V_o (знаки разностей потенциалов V_r-V_o и V_c-V_o) через какое-то время изменяют на противоположные, например, в каждом следующем кадре, обеспечивая этим равенство нулю среднего напряжения, приложенного к ЖК ячейке. С целью уменьшения величины питающих напряжений при переходе к следующему кадру одновременно с изменениями направления строчных импульсов изменяют величину самого опорного напряжения V_o, например со значения V_o1 на V_o2 (потом, в последующем кадре, обратно), в направлении, противоположном изменению направления строчных импульсов напряжения. Этим улучшенный метод Альта и Плешко, предложенный H.Kawakami, отличается от метода, рассмотренного самими авторами. Опорное напряжение V_o (V_o1 или V_o2) прикладывают к N-1 невыбранным строчным электродам и поддерживают его значение неизменным на строчном электроде в каждом кадре в течение всего времени невыборки электрода, т.е. в течение времени (N-1)T_r. Формируемые относительно V_o столбцовые импульсы напряжения V_c, как указывалось, в общем случае могут иметь разный знак (V_c - V_o) не только в течение времени T_F, но и в течение времени T_r (см. фиг. 5). Импульсы V_c, не совпадающие по знаку со знаком импульса V_r относительно V_o, способные формировать состояние "on", можно обозначить как уровень V_c(on), а импульсы V_c, совпадающие по знаку со знаком импульса V_r относительно V_o, способные формировать состояние "off", можно обозначить как уровень V_c(off). Длительности импульсов V_c(on) и V_c(off), соответственно t_on для одного уровня и t_off для другого, устанавливают в общем случае переменными, каждый изменяющийся от 0 до T_r в зависимости от информации, которую требуется отобразить на экране, но так, чтобы их суммарная длительность равнялась времени выборки T_r, т.е. t_on + t_off = T_r.

Широко используется также способ формирования градаций "серого" посредством так называемой "покадровой" или "кадровой" модуляции ("frame modulation"), заключающийся в подаче в течение ряда кадров (полей кадра) на каждую выбранную ячейку комбинаций напряжений V_c(on) и V_c(off), каждое постоянной длительности T_r. Этот метод, в том числе используемый совместно с широтно-импульсной модуляцией, тоже служит вариантом прототипа предлагаемого изобретения. При этом в описаниях патентов как синонимы используют понятия "кадр" ("frame") и "поле" ("field"). В данном описании исходя из принятого в телевизионной технике понятие "кадр" связывается с полным объемом информации, необходимой для однократного задания яркости всех точек (пикселей) экрана, и под временем кадра понимается время подачи на электроды экрана всех импульсов напряжения для задания этой информации. Понятие "поле" при этом относится ко времени однократной выборки всех пикселей экрана, которое далеко не всегда совпадает с подачей полного объема информации на все пиксели экрана. Поэтому вместо понятия "кадровая модуляция" лучше употреблять понятие "модуляция по полям", т.к. полная информация для всех пикселей экрана, отражающая их уровни "серого", поступает на электроды ЖК ячеек за несколько полей кадра (за четыре, восемь и т.п.). Все же термин "кадровая модуляция" используется здесь как общепринятый.

Среднеквадратичное напряжение на (i,j) ячейке, где i - порядковый номер связанной с ячейкой строчной шины и j - порядковый номер связанной с ячейкой столбцовой шины, создают многократной (в течение десятков кадров) подачей строчных импульсов напряжения постоянной длительности на i-ю строчную шину и столбцовых импульсов напряжения в общем случае переменной длительности (как правило, из дискретного набора длительностей) на j-ю столбцовую шину. Что же касается значений уровней напряжений и их связи с параметрами экрана, то в материалах цитированных патентов такие сведения отсутствуют. Отсутствие сведений, явно существенных, отражает факт их известности из уровня техники.

Из уровня техники следует, что требования к параметрам ПМ ЖК экрана, управляемого способом-прототипом, и значения напряжений строчных и столбцовых импульсов управления определяют с учетом вольт-яркостной характеристики элемента экрана, опираясь на теорию Альта и Плешко [Alt P.M., Pleshko P., IEEE trans. Electron Devices, vol.ED-21, N2, p. 146-155, 1974]. При этом амплитуды V_r и V_c импульсов устанавливают, ориентируясь на параметры (U_th, ) вольт-яркостной характеристики ячейки экрана, на количество участвующих в сканировании строчных шин N и на найденные Альтом и Плешко (приведенные далее) расчетные соотношения для значений V_r и V_c, зависящих от числа N и от значений U_th и .

Альт и Плешко ввели параметр p = /U_th, позволяющий определить максимальное число линий N_max, различимых на экране с данными значениями U_th и при оптимальном управлении методами, содержащими последовательную (по одному) выборку строчных электродов При малых p (т.е. больших N_max) выражение (1) принимает простую форму: N_max= 1/p²= (U_th/)² (2) Числовой параметр N_max, зависящий от конструктивных характеристик ячеек экрана, влияющих на значения U_th, и соответственно p, является важной характеристикой ПМ ЖК экрана.

Необходимым условием обеспечения ПМ ЖК экраном максимальной четкости изображения, по Альту и Плешко, является выполнение равенства N_max = N (3) На любой из N сканируемых (строчных) электродов экрана с ЖК ячейками, удовлетворяющими условию (3), требуется подавать импульсы напряжения, уровни которых относительно опорного напряжения V_o и без учета знака удовлетворяют рассчитанным Альтом и Плешко выражениям или при учете выражения (1), условия (3) и малости p Аналогично на столбцовые электроды надо подавать уровни напряжения или при малых значениях p Напряжение, приложенное к ЖК ячейке экрана, состоит из разности напряжений V_r(t)-V_c(t). Напряжения (4) и (5), подаваемые во время выборки в противофазе или в фазе на шины выбранной ячейки, образуют на ее электродах напряжения или Эти напряжения после многократной выборки ячейки создают на ее электродах первую часть скн, значение которой совместно с другой частью скн, создаваемой вне времени указанных выборок, образуют в элементарной ячейке экрана оптическое состояние "on" или "off". Для формирования промежуточных значений скн, задающих градации "серого", на столбцовый электрод ЖК ячейки во время ее выборки подают комбинацию обоих напряжений, V_c(on) в течение t_on, и V_c(off) в течение t_off, при условии выполнения равенства t_on + t_off = T_r.

Для характеристики соотношений управляющих напряжений в патентных материалах и в литературных источниках используют параметр "коэффициент смещения" b ("bias ratio"), определяемый как отношение напряжений b = V_c/(V_r-V_c) для состояния "on". При рассмотренном здесь управлении ЖК экраном с N_max=N со значениями управляющих напряжений Альта и Плешко коэффициент смещения описывается выражением В соответствии со сказанным известный экран, сконструированный под первый способ управления и под управляющие напряжения, удовлетворяющие вытекающим из условия (3) соотношениям (4) и (5), содержит между двумя подложками слой ЖК материала, молекулы которого при изготовлении экрана закручены на угол, задающий значения параметров скн U_th и вольт-яркостной характеристики ЖК ячеек экрана, квадрат отношения которых, обозначаемый N_max, близок или равен числу N сканируемых строчных электродов экрана.

Использование при этом сильно закрученного (супертвистового) нематического ЖК материала, создающего малые значения , как правило, уменьшающиеся при увеличении угла закрутки ЖК молекул, позволилo создавать ПМ ЖК экраны с большим числом N сканируемых строк, до 240, 300 и 378, в экранах типа dual scan для стандартов VGA, SVGA и XGA.

Недостатками первого известного способа управления известным ПМ ЖК экраном являются невысокая контрастность изображения и невысокое быстродействие (задающее невысокую частоту смены сюжетов) по сравнению с AM ЖК экраном, тонкопленочные транзисторы или другие активные элементы которого хранят управляющий потенциал на ЖК ячейке вплоть до прихода очередного импульса выборки. В отличие от AM ЖК экранов в ПМ ЖК экранах, управляемых способом-прототипом, 50% от нужной величины скн ЖК ячейки создается при помощи воздействия на нее импульсных строчных напряжений, имеющих большую скважность и большую амплитуду отклонения от опорного напряжения V_o, во много раз превышающую устанавливаемую этими импульсами величину скн. Остальная часть скн доустанавливается как бы непрерывным воздействием на ячейку столбцовых напряжений небольшой постоянной по модулю амплитуды. Редкие строчные импульсы большой амплитуды задают значительные колебания ориентации ЖК молекул и колебания соответствующих им световых или оптических характеристик пикселей экрана около состояния, определяемого значением скн на ЖК ячейке.

Сказанное поясняется временными диаграммами на фиг. 6, соотносимыми с вольт-световой диаграммой фиг. 2 или фиг. 3. На обеих временных диаграммах фиг. 6 пунктирными линиями обозначены уровни скн U_th и U_th+ для состояний "off" и "on", задаваемые управляющими строчным и столбцовым напряжениями. Диаграмма модуля разности мгновенных значений этих напряжений , задающих состояния "on" и "off" на (ij)-й ячейке, изображена на верхней временной диаграмме. Сплошная линия на нижней диаграмме фиг. 6 отслеживает значения некоторого параметра ячейки, который мы будем в дальнейшем называть "квазисреднеквадратичное напряжение" (квази скн). Каждое значение квази скн на фиг. 6 соответствует определенной ориентации ЖК молекул ячейки в пространстве, которое они занимали бы при длительном воздействии постоянного по модулю напряжения указанной величины на электроды ЖК ячейки. Колебания ориентации реальных ЖК молекул в пространстве под воздействием строчных и столбцовых напряжений и колебания яркости элементов изображения можно оценивать уже исходя из формы и величины колебаний квази скн ячеек. Параметр "квази скн" характеризуется понятиями "время релаксации" и "время реакции" в отличие от параметра "скн", величина которого зависит только от результата математической операции - квадратичного усреднения во времени числовых значений управляющих напряжений. Параметр "квази скн" упрощает и делает наглядным физико-математический анализ переходных процессов, заменяя временные зависимости ориентации молекул на временные характеристики соответствующих им квази скн.

На фиг. 6 показаны установившиеся (стационарные) колебания квази скн при небесконечной величине времени релаксации ЖК молекул, вызывающие колебания световых или оптических состояний пикселей экрана. Малое количество циклов управления в течение времени релаксации приводит к большим колебаниям квази скн и к большим колебаниям и "размыванию" яркости пикселя. Т.к. при скн выше уровня "on" яркость пикселя практически не возрастает, а при скн ниже "off" - практически не уменьшается, колебания квази скн около соответствующих уровней вызывают потемнение "белого", осветление "черного" изображений и уменьшение контрастности и яркости изображения. Именно этот эффект называют эффектом "кадрового отклика", или "реакцией кадра" ("frame response"). Сдвиг скн для "черного" вниз подстройкой импульсов управления для улучшения контрастности приводит к дополнительному потемнению "белого" изображения и к снижению яркости.

ЖК материал с большим временем релаксации, в течение которого на электроды подают большое количество циклов управления, обеспечивает уменьшение амплитуд колебаний квази скн, повышение контрастности и яркости экрана, но за счет снижения его быстродействия (уменьшения допустимой частоты смены сюжетов изображения, воспроизводимых без искажений).

Исходя из сказанного "быстрый" экран с ЖК материалом, обладающим малым временем релаксации ориентации молекул, должен управляться импульсами с высокой частотой следования. Но на высокой частоте формы управляющих импульсов, строчных и столбцовых, заметно искажаются по мере их распространения вдоль соответствующих шин, служащих для высокочастотных гармоник этих импульсов длинными неоднородными RC-линиями. Из-за емкостных связей между различными шинами на высокой частоте сильнее сказывается также влияние наводок и взаимовлияний сигналов на разных шинах (так называемый кросс-эффект). Оба эффекта, в определенной степени взаимосвязанные, ведут к искажениям скн, формируемых на электродах ЖК ячеек, к неравномерности яркости и контрастности изображения по площади экрана, к искажениям структуры, деталей изображения, а также цвета.

Эффекты длинных линий с распределенным омическим сопротивлением и с емкостными взаимосвязями ограничивают также возможности создания экранов большого размера с высоким качеством изображения, причем не только пассивно-матричных, но и активно-матричных, поэтому борьба с ними имеет значение, выходящее за рамки ПМ ЖК экранов.

Практически используемые сейчас в ПМ ЖК экранах, управляемых известными методами, промежуточные значения времени релаксации ЖК материалов позволяют создавать экраны относительно дешевые (по сравнению со стоимостью AM ЖК экранов), но недостаточно быстрые и с недостаточно высокими контрастностью и яркостью изображения.

Известны способы борьбы с паразитным влиянием эффектов кадрового отклика, искажений сигналов и взаимовлияний шин друг на друга. Эти способы, описываемые ниже, рассматриваются здесь в качестве других прототипов настоящего изобретения.

Вторым прототипом предлагаемого изобретения служит патент США N 5301047 фирмы Hitachi на варианты способа уменьшения искажений импульсов управления, возникающих при их распространении по строчным и столбцовым шинам и из-за перекрестных наводок. Варианты основаны на формировании различных дополнительных (синусоидальных, пилообразных) компенсирующих напряжений и на наложении различным образом этих напряжений на известные импульсы управления.

Пример формы результирующего напряжения V_ij на (ij)-й ЖК ячейке, полученной в результате подачи на строчные и столбцовые электроды основных напряжений с наложенными на них дополнительными напряжениями, изображен на фиг. 7.

Положительный эффект способа можно объяснить уменьшением амплитуды высокочастотных гармоник импульсов, подаваемых на шины, в результате завала их фронтов и спадов, бывших прямоугольными до наложения компенсирующих напряжений, и уменьшением уровня их фильтрации.

Однако метод не позволяет увеличивать быстродействие экранов существенно, т.к. формирование более высокочастотных дополнительных компенсирующих напряжений приводит к появлению более высокочастотных гармоник в спектре управляющих сигналов и к ухудшению качества изображения. Наложение указанных дополнительных сигналов на обычные сигналы управления препятствует также формированию градаций уровней "серого" в ПМ ЖК экранах при помощи широтно-импульсной модуляции.

Третьим прототипом предлагаемого изобретения служит патент США N 5162932 фирмы Matsushita на способ управления ПМ ЖК экраном с однострочной выборкой, позволяющий уменьшить искажения столбцовых сигналов управления при их распространении по столбцовым шинам. Эффект достигается подачей на строчные электроды напряжений выборки V_r длительностью T_r, меньшей длительности периода строчной выборки T_s, и подачей на столбцовые электроды в интервале времени T_s вне интервала T_r дополнительных уровней V_c(on) и V_c(off), определенным образом расположенных и чередующихся. В одном из интервалов T_s уровень V_c(on) размещают в начале, а уровень V_c(off) - в конце интервала, и в следующем, а потом в каждом последующем интервале T_s расположение дополнительных уровней в интервале T_s меняют местами.

Сказанное поясняется диаграммами строчного и столбцового напряжения, показанными на фиг. 8. Напряжение V_ri подают на i-й строчный электрод экрана, напряжение V_cj - на j-й столбцовый электрод экрана. На электродах (ij)-й ячейки создается напряжение V_ij. V_o1 и V_o2 - значения опорного напряжения в соседних кадрах. Дополнительные уровни подаются внутри интервалов времени T_s вне T_r, т.е. в течение интервалов T_s-T_r.

Как следует из диаграммы для столбцового напряжения V_cj, при любой яркости пикселя, "on", "off" или "gray", количество перепадов напряжения из состояния V_c(on) в состояние V_c(off) и обратно в течение интервала выборки T_s становится равным одному (по сравнению с двумя перепадами в течение интервала T_r на диаграмме фиг. 5 для любого из состояний "gray"). Количество таких перепадов в течение кадра, в отличие от диаграммы на фиг. 5, не зависит от информационного состояния выбранных пикселей. Таким образом, способ позволяет до двух раз уменьшить количество перепадов напряжения из состояния V_c(on) в состояние V_c(off) и обратно, уменьшить вредное влияние сопротивлений столбцового электрода и емкости ЖК материала на точность формирования скн и увеличить однородность искажений мелких сюжетов изображения по вертикали.

Однако уменьшение длительности строчных импульсов выборки T_r по сравнению с периодом строчной выборки T_s вызывает увеличение амплитуды строчных импульсов напряжения в T_s/T_r раз. В результате этого возрастают в (T_s/T_r)² раз вклад искажения импульсов в процессе их распространения по строчным шинам и вклад величины перекрестной помехи на изменение скн ячеек, связанных с этими шинами.

В материалах патента и в уровне техники отсутствуют сведения о конструктивных характеристиках ЖК экрана, способных обеспечить высокое качество изображения при управлении данным способом. Использование данного способа для управления экранами, сконструированными для способа Альта и Плешко, приведет к уменьшению контрастности изображения.

В патенте США N 5151690 фирмы Seiko Epson, являющимся четвертым прототипом предлагаемого изобретения, предложен способ управления ПМ ЖК экраном с однострочной выборкой, позволяющий уменьшить неоднородность изображения по экрану, возникающую из-за искажений столбцовых сигналов управления в процессе их распространения по столбцовым шинам. Эффект достигается посредством подсчета числа изменений напряжения, подаваемого на каждую столбцовую шину в период времени кадра, формирования столбцовых компенсирующих напряжений, учитывающих число указанных изменений, и подачи компенсирующих напряжений на соответствующий столбцовый электрод во время дополнительного интервала времени, вводимого в период времени кадра вне интервалов выборки элементов экрана. Во время действия дополнительного интервала на все строчные электроды подают опорное напряжение.

Сказанное поясняется диаграммами строчного и столбцового напряжения, показанными на фиг. 9. Напряжение V_ri подают на i-й строчный электрод экрана, напряжение V_cj - на j-й столбцовый электрод экрана, напряжение V_ij приложено к электродам (ij)-й ячейки. V_o1 и V_o2 - значения опорного напряжения в соседних кадрах. Управляющие напряжения подают на электроды экрана в течение времени кадра T_F в соответствии с рассмотренным выше первым методом управления. По окончании периода выборки всех строчных электродов во время дополнительного времени t_c на столбцовые электроды подают зависящие от сюжета изображения ("display pattern") напряжения, компенсирующие искажения формы импульсов.

Недостатком метода является его недостаточно высокая эффективность, т.к. компенсирующие напряжения, исправляющие значения скн вдали от места подачи управляющего напряжения на столбцовую шину, вносят искажения в значения скн вблизи от этого места, где до их подачи не было искажений. В лучшем случае достигается уменьшение вдвое величины максимального искажения яркости изображения в каких-то местах экрана за счет появления в других местах экрана, до того не искажавшихся, искажений такой же величины другого знака.

В патенте США N 5157387 фирмы Seiko Epson, являющимся пятым прототипом предлагаемого изобретения, предложен способ управления ПМ ЖК экраном с однострочной выборкой, целью которого является уменьшение разброса по площади экрана величины помехи, создаваемой кросс-эффектом. Задачу решают, подавая на столбцовую шину в течение времени выборки T_r два уровня напряжения независимо от яркости, которую должен отображать пиксель.

Временные диаграммы управляющих напряжений, формируемые в соответствии с пятым способом управления, показаны на фиг. 10 и 11.

Временные диаграммы строчных напряжений V_ri (фиг. 10) не отличаются от аналогичных диаграмм первого способа-прототипа (см. фиг. 4).

Отличие диаграммы столбцовых напряжений V_cj (фиг. 10 и 11) от диаграммы V_cj на фиг. 5 состоит в подаче на j-й электрод в течение интервала выборки T_r помимо основного напряжения, обеспечивающего пропускание или непропускание света через пиксель, еще одного уровня, дополнительного, принимающего в разных вариантах исполнения способа разные значения.

На фиг. 10 приведены варианты диаграмм строчного напряжения (V_cj1, V_cj2 и V_cj3) без использования ШИМ.

На диаграмме V_cj1 в качестве дополнительного уровня выступает опорное напряжение V_o1 или V_o2. На диаграммах V_cj2 и V_cj3 дополнительный уровень напряжения имеет знак отклонения от опорного напряжения, противоположный основному. Дополнительные уровни на диаграммах V_cj1 и V_cj2 всегда расположены в конце интервала T_r в моменты времени t₁, отмеченные на фиг. 10 сносками. Дополнительный уровень "on" на диаграмме V_cj3 всегда расположен в конце интервала T_r, в момент времени t₂, и дополнительный уровень "off" всегда расположен в начале интервала T_r, в момент времени t₃. Уровни t₂ и t₃ на фиг. 10 тоже отмечены сносками.

При формировании на экране градаций серого методом ШИМ в интервале времени строчной выборки T_r на столбцовый электрод подают два уровня напряжения, оба переменной длительности, варьированием длительности которых задают нужную яркость выбранного пикселя. В отличие от первого метода управления с ШИМ (см. фиг. 5) один из уровней располагается в центре интервала T_r, а другой - до и после него. На фиг. 11 представлены восемь вариантов диаграммы V_cj, формирующих восемь градаций яркости. Другим отличием рассматриваемого метода ШИМ служит присутствие второго уровня напряжения в диаграммах для яркостей "on" и "off" (на первой и последней диаграммах фиг. 11).

Однако заявленный авторами способ не обеспечивает значительного уменьшения искажений скн. На высокой частоте влияние связанных между собой RC-линий строчных и столбцовых шин по-прежнему приводит к возникновению искажений формы управляющих напряжений, зависящих от моментов и знаков изменения напряжения на рядом расположенных (соседних, через одну и т.д.) столбцовых шинах, оказывающих влияние на величину и на пути распространения емкостных токов по шинам экрана к источнику питания.

В материалах патента и в уровне техники отсутствуют сведения о конструктивных характеристиках ЖК экрана, способных обеспечить высокое качество изображения при управлении данным способом. В рассматриваемом способе пропорционально яркости изменяют часть длительности каждого из указанных двух значений без учета длительностей дополнительных уровней напряжения. Использование данного способа для управления экранами, сконструированными для способа Альта и Плешко, приведет к уменьшению контрастности изображения.

Шестым прототипом предлагаемого изобретения является способ управления ПМ ЖК экраном с однострочной выборкой и с амплитудной модуляцией, формирующей градации "серого". Способ предложен Т.Н.Рукмонгазаном (T.N.Ruckmongathan) в обзоре [JAPAN DISPLAY'92, p.77-80]. Для отображения пикселем значений яркости, пропорциональных величине k, где k в диапазоне яркостей пикселя принимает значения в интервале чисел от -1 до +1, на столбцовые электроды подают и