DE2119832B2

DE2119832B2 - Schaltungsanordnung zur ansteuerung matrixfoermig adressierbarer fluessigkristalliner lichtventilanordnungen

Info

Publication number: DE2119832B2
Application number: DE19712119832
Authority: DE
Inventors: Peter U. Dipl.-Ing. Zürich; Wild Peter J. Dipl.-Ing. Wettingen; Schulthess (Schweiz)
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1971-03-30
Filing date: 1971-04-23
Publication date: 1973-04-12
Also published as: US4082430A; CH529421A; FR2132164B1; FR2132164A1; DE2119832C3; AT318024B; DE2119832A1; JPS5724558B1; NL7204124A; GB1381794A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Aussteuerung matrixförmig adressierbarer, flüssigkristalliner Lichtventile, von denen jedes durch Anlegen von Aussteuersignalen in Form von elektrischen Spannungen zwischen eine Zeilen- und eine Spaltenelektrode optisch veränderbar ist, und bei der Aussteuersignalquellen ''orgesehen sind, welche an die Zeilen- und Spaltenelektrode des auszusteuernden Lichtventils Gleich- oder Niederfrequenzpotentiale mit einer Potentialdifferenz größer als die Gleich- oder Niederfrequenz-Schwellenspannung für die Änderung der optischen Eigenschaften liefern.

Lichtventile der genannten Art sind beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 3 322 485 bekannt. Das Lichtventil besteht im wesentlichen aus zwei parallel zueinander angeordneten Trägerplatten aus Glas, welche mit einer Vielzahl paralleler streifenförmiger Elektroden versehen sind, zwischen denen sich eine nematische Flüssigkristallschicht befindet. Die Elektroden der einen Trägerplatte sind senkrecht zu den Elektroden der anderen Trägerplatte angeordnet und bilden auf diese Weise Zeilen und Spalten einer Matrix.

Legt man zwischen eine beliebige Zeilen- und eine beliebige Spallenelektrode eine genügend hohe elektrische Spannung an, so ändern sich die optischen Eigenschaften der Flüssigkristallschicht in dem Bereich zwischen den Trägerplatten, wo sich die mit Spannung beaufschlagten Elektroden gegenüberliegen. Auf diese Weise kann jedes Matrixelement durch Anlegen einer Spannung zwischen die entsprechenden Spalten- und Zeilenelektroden optisch angesteuert werden.

Diese Ansteuerung (Adressierung) ist jedoch mit Jen derzeit verfügbaren FlüssigkristaU-Substanzen licht eindeutig, da sich das optisch angesteuerte Matrixelement nicht genügend von den übrigen oenachbarten Elementen abhebt.

Zur Erläuterung dieses Mangels sei die in F i g. 1 dargestellte Abhängigkeit zwischen Lichtintensität/ (Ordinate) und angelegter Spannung U (Abszisse) betrachtet. Dem Diagramm ist dabei ein typischer

hang mit flüssigkristaUinen Anzeigeschichten geschilderten Schwierigkeiten bei Erhöhung der An-

oder Gleich oder Niederfrequenzpotei Potentialdifferenz größer als die besagte Schwellenspannung, überlagert mit Hochfrequenzpotentialen, liegen

Gegenüber herkömmlichen Schaltungsanordnungen zur Aussteuerung von matrixförmig adressierbaren, flüssigkristaUinen Lichtventilen, z. B. gemäß der erwähnten USA.-Patentschrift 3 322 485, wird eine

sieuerepannung auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungs-5 anordnung zur Aussteuerung matrixförnug adressierbarer, flüssigkristalliner Lichtventilanordnungen anzugeben, die die Eigenschaften bekannter Anordnungen nicht aufweist, die sich durch einfachen Aufbau auszeichnet und mit deren Hilfe eine bedeutende

Verlauf von Intensität und Spannung zugrunde gelegt, 10 Kontraststeigerung erzielt werden kann, wie ihn handelsübliche nematische Flüssigkristalle Die vorstehende Aufgabe wird bei einer Schalaufweisen. Bei kleinen Spannungen U^.U_T verläuft tungsanordnung der eingangs genannten Gattung die Kurve waagerecht zur Abszisse und steigt dann dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß neben dem am ab U₇, dem Schwellenwert für die Änderung der auszusteuernden Lichtventil anliegenden Gleich- oder optischen Eigenschaften des Flüssigkristalls allmäh- 15 Niederfrequenzpotential Hochfrequenzpotentiale anlich an. Bei Spannungen U>U_S verlangsamt sich liegen, welche für sich praktisch keinen Einfluß auf die Intensitätszunahme wesentlich. Das Spannungs- die genannten optischen Eigenschaften ausüben, Intervall von U₇ bis U_s ist in der Praxis wesentlich während an den Zeilen- und Spaltenelektroden aller größer als das Intervall von U = O bis U₇. Das übrigen Lichtventile der Matrix entweder Gleich-Verhältnis der Lichtintensität/ zur Intensität/„ ist »o oder Niederfrequenzpotentiale mit einer Potentialein Maß für den erzielbaren Kontrast. differenz kleiner als die genannte Schwellenspannung Legt man nun zwischen eine Zeilenelektrode und oder Gleich- oder Niederfrequenzpotentiale mit einer Masse eine Spannung U_x und zwischen eine Spaltenelektrode und Ma.sse eine Spannung U_Y — die übrigen Elektroden seien alle mit Masse verbunden —
so ist bei entsprechender Wahl von U_x und U_y die
Potentialdiffcrenz U_xy zwischen den beiden Elektroden im Koinzidenzpunkt, dem Matrixelement,
größer als der Schwellenwert U₇ des Flüssigkristalls.
Das betreffende Matrixelement ist optisch angc- 30 bedeutende Kontraststeigerung erzielt, die eine Ansteuert und weist beispielsweise gegenüber benach- wendung von flüssigkristaUinen Anzeigeschichten erst harten Matrixelementen eine höhere Lichtstreuung sinnvoll erscheinen läßt, zumal auch der Schaltungsoder Depolarisation auf. Dieser Unterschied in den aufwand, z. B. gegenüber der Einzelansteuerung jedes optischen Eigenschaften ist jedoch relativ gering, da Lichtventils gemäß IEEE ISSCC, als gering zu bedie genannte Potentialdifferenz U_xv kleiner ist als 35 zeichnen ist.

die Spannung U_s, die zur optimalen Ansteuerung des Gegenüber den bekannten Lichtventilanordnungen

Matrixelementes nötig wäre. mit Leuchtkondensatoren bzw. Gasentladungsröhren

Eine Erhöhung der Spannungen U_x und'oder U_y bietet die Anordnung nach der Erfindung den Vorteil, (dem Betrage nach) an Spalten- und Zeilenelektroden mit sehr einfachen und damit wirtschaftlich herzuüber den Schwellenwert U₇ hinaus bringt ebenfalls 4° stellenden Anzeigeelementen auskommen zu können, keine Verbesserung, denn es würden gegebenenfalls Die Erfindung bedient sich dabei der Tatsache,

das Koinzidenz-Matrixelement voll, die ihm benach- daß der nematischen Flüssigkristallen eigene Effekt barten Matii>:elemente jedoch teilweise angesteuert — im folgenden mit DS-Effekt bezeichnet, beispielswerden, so daß der Kontrast wiederum gering wäre. weise die dynamische Streuung (dynamic scattering), Es sind auch matrixförmige Lichtventilanordnun- 45 Bildung von Williams-Domänen oder anderen in gen bekanntgeworden (Liquid Crystal Matrix Dis- Frage kommenden hydrodynamischen Instabilitäten, plays, IEEE ISSCC, S. 52, 1969), bei denen jedem frequenzabhängig ist. Bei einer vorgegebenen kon-Matrixelement ihm zugeordnete Sdialtungsmittel stanten Amplitude einer reinen Wechselspannung vorgesehen sind, um die genannten Unzulänglich- verschwindet der DS-Effekt bei einer bestimmten keiten zu umgehen. Derartige Anordnungen sind 50 Grenzfrequenz. Anders ausgedrückt bedeutet dies, jedoch sehr kompliziert und aufwendig. daß innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches

Weiterhin sind Schaltungsanordnungen zur Aus- der Schwellenwert für das Eintreten des DS-Effektes steuerung matrixförmig adressierbarer, aus Gas- mit steigender Frequenz zunimmt. Nähere Einzelentladungsröhren oder Leuchtkondensatoren be- heiten hierzu finden sich in Phys. Rev. Letters 25, stehender Lichtventile bekanntgeworden, bei denen 55 No. 24, 1642 (1970).

Aussteuersignalquellen für die matrixförmig ange- Besondere Merkmale und Ausführungsformen der

ordneten Zellen vorgesehen sind, deren Signale an Erfindung werden nachstehend an Hand von in den die Zeilen- und Spaltenelektroden gegeben werden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen von (USA.-Palcntschrift 3 532 809 bzw. deutsche Aus- Schaltungsanordnungen zur Ansteuerung von matrixlegeschrift 1 138 867). Da es sich dort nicht um 60 förmig adressierbaren, flüssigkristaUinen Lichtventilflüssigkristalline Anzeigeschichten handelt, muß mit anordnungen in Verbindung mit deren Beschreibung relativ hohen und damit schwierig verarbeitbaren erläutert. In den Zeichnungen zeigt Aussteuersignalen gearbeitet werden. Auch sind der Fig. 1 ein erstes Diagramm zur Veranschau-

Kontraststeigerung einerseits in der mit zunehmender lichung der Abhängigkeit zwischen Lichtintensität Ansteuerspannung abnehmenden Lebensdauer der 65 und der an der flüssigkristaUinen Schicht anliegenden Lichtventile und andererseits in dem unverhältnis- Gleichspannung,

mäßig zunehmenden Ansteueraufwand Grenzen ge- Fig. 2 ein zweites Diagramm, in dem die erzielsetzt. Darüber hinaus treten auch die im Zusammen- bare Lichtintensität in Abhängigkeit von der Frequenz

der an der flüssigkristallinen Schicht· anliegenden Spannung dargestellt ist,

F i g. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lichtventilanordnung,

F i g. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Lichtventilanordnung als Abwandlung der in F i g. 3 dargestellten Anordnung,

F i g. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Lichtventilanordnung gemäß der Erfindung, die sich hinsichtlich der Ansteuerung von den obengenannten Ausführungsfonnen unterscheidet,

F i g. 6 eine Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lichtventilanordnung gemäß der Erfindung, in dem eine vorteilhafte Möglichkeit zur Erzeugung von Adressiersignalen realisiert ist,

Fig. 8 ein erstes Spannung-Zeit-Diagramm für sinusförmige Signale zur Erläuterung der Adressiersignal-Erzeugung in der in Fig. 7 dargestellten Anordnung,

F i g. 9 ein Spannung-Zeit-Diagramm für rechteckförmige Signale,

Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zur zeilenmäßigen Ansteuerung von Lichtventilanordnungen,

Fig. 11 eine Abwandlung der in Fig. 10 dargestellten Anordnung, in der zusätzliche Schaltmittel zur Erhöhung der Lebensdauer der Lichtventilanordnung vorgesehen sind,

Fig. 12 eine weitere Abwandlung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 10, in der eine Möglichkeit zur individuellen Einstellung der Graustufen der angesteuerten Matrixelemente angegeben ist,

F i g. 13 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur temporären Speicherung von Bildinformationen, die sich vorteilhaft in Verbindung mit den oben aufgeführten Ausführungsbeispielen von Lichtventilanordnungen anwenden läßt.

Bevor Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Lichtventilanordnungen beschrieben werden, sollen zunächst die der Erfindung zugrunde liegenden physikalischen Grundlagen einer näheren Betrachtung unterzogen werden.

Bei reiner Wechselspannungserregung einer sich zwischen zwei mit Elektroden versehenen Trägerplatten befindlichen flüssigkristallinen Schicht ergibt sich eine beispielsweise in dem Diagramm der Fig. 2, Kurve A, dargestellte Frequenzabhängigkeit des DS-Effektes, wenn konstante Amplitude der angelegten Wechselspannung vorausgesetzt wird. Bei reiner Gleichspannungserregung ergibt sich selbstverständlich keine Frequenzabhängigkeit (in F i g. 2 durch Kurve B symbolisiert).

Ganz anders liegen jedoch die Verhältnisse, wenn dem Wechselspannungssignal eine Gleichspannungskomponente überlagert ist. Der typische Verlauf der Frequenzabhängigkeit eines so beschaffenen Signals ist in Fig. 2, Kurve C, beispielsweise dargestellt. Man erkennt, daß bei niedrigen Frequenzen die Gleichspannungskomponente den durch die Wechselspannungskomponente hervorgerufenen DS-Effekt unterstützt. Die totale Lichtintensität / ist größer als die durch die einzelnen Komponenten hervorgerufenen 1 ichtintenshäten. Oberhalb der Grenzfrequenz /_f bewirkt die Wcchselspannungskomponente allein keinen makroskopisch feststellbaren DS-Effekt. Werden Gleich- und Wcchselspannungskomponente in geeignetem Verhältnis (z. B. V₌:V— 1:3) kombiniert, so erreicht bei zunehmender Frequenz der DS-Effekt ein Minimum.

Überschreitet der Gleichspannungsanteil den (Gleichspannungs-)Schwellenwert des Flüssigkristalls für den DS-Effekt nicht über ein durch die Flüssigkristall-Substanz bestimmtes Maß, so kann bei einer unteren Kompensationsfrequenz (f_el in dem Diagramm der F i g. 2) vollständige Unterdrückung des DS-Effektes bei Anliegen eines kombinierten Gleichspannungs-Wechselspannungssignals erreicht werden. In diesem Fail ist in einem Frequenzbereich /_el bis /_c„ (Fig. 2) bei visueller Beobachtung keine den Ruhezustand der Anzeigeanordnung verändernde optische Wirkung feststellbar.

Bei einer oberen Grenzfrequenz (J_e „ in F i g. 2) setzt wieder ein merklicher DS-Effekt ein, wobei dieser mit zunehmender Frequenz sehr langsam ansteigt und bei sehr hohen Frequenzen den durch die Gleichspannungskomponente allein definierten Wert (Kurve JB in F i g. 2) asymptotisch erreicht.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß bei geeigneter Wahl der Frequenz der Wechselspannungskomponente und des Verhältnisses der Amplituden von Gleich- und Wechselspannungskomponenten der durch die Gleichspannungskomponente hervorgerufene DS-Effekt unterdrückt werden kann.

Legt man also kombinierte Signale der oben definierten Art an je eine Zeilen- und eine Spaltenelektrode einer Lichtventilanordnung der eingangs genannten Art, so werden alle diesen Elektroden zugeordneten Matrixelemente mit Ausnahme des Koinzidenzelementes keinen DS-Effekt zeigen. Die Ursache für dieses Verhalten der Anordnung ist darin zu sehen, daß im Koinzidenzelement eine konstante, nur durch die Gleichspannungskomponenten bestimmte Potentialdifferenz zwischen Zeilen- und Spaltenelektrode herrscht, während in den übrigen Matrixelementen Potentialdifferenzen wirken, die sich a».s Gleich- und Wechselspannungskomponenten zusammensetzen.

Wie aus dem Diagramm der Fig. 2 weiterhin hervorgeht, ist der DS-Effekt in dem Bereich zwischen / = 0 (Gleichspannung) und / = f_a nahezu frequenzunabhängig. Die Frequenz f_u liegt bei bekannten Flüssigkristall - Substanzen beispielsweise zwischen 30 und 60 Hz. Damit ergibt sich die Möglichkeit, nicht nur Gleich- und Wechselspannungssignale zu überlagern, sondern auch niederfrequente Wechselspannungssignale mit einer Frequenz bis etwa 60 Hz mit hochfrequenten Signalen zu kombinieren, ohne daß sich am erzielbaren Effekt etwas ändert.

In der Schaltungsanordnung der F i g. 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Lichtventilanordnung dargestellt. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht wesentlichen Einzelheiten, sofern sie konstruktiver Natur sind, sind dabei fortgelassen worden, um die Darstellung übersichtlich zu gestalten. Ins einzelne gehende Beschreibunger von Lichtvcntilanordnungen finden sich in zahl reichen einschlägigen Veröffentlichungen und sin< zum Stande der Technik zu zählen (vgl. beisplfIsweis« die in der Einleitung genannte USA.-Patentschrift)

Die obigen Bemerkungen treffen ebenso auf di< nachstehend beschriebenen weiteren Ausführungs beispiele der F i g. 4 bis 7, 10 bis 12 zu.

in F i g. 3 ist die eigentliche Matrix durch Zeilen

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elektroden E_Xi (ί = 1,2,...) und Spaltenelektroden auf diese Weise ein sehr guter Kontrast (vgl. Dia- Ey_k (k = 1,2,...) gebildet, von denen die Elek- gramm in Fig. 1).

trodenExj, E_x „ und E_x ₃ sowie Ey₁, Ey₂ und Ey₃ In einer praktischen Realisierung der oben bedargestellt sind." Die Elektroden sind auf nicht dar- schriebenen Lichtventil an Ordnung können die Schalgestellten Trägerplatten, beispielsweise aus Glas, 5 ter S_Xi und 5_yfc als Relais ausgeführt werden. Ebenso aufgebracht und stehen sich im Abstand von bei- eignen sich bipolare elektronische Schalter wie beispielsweise 5 bis 50 μηι gegenüber. Im Raum zwi- spielsweise Feldeffekttransistoranordnungen usw. für sehen den Elektroden befindet sich eine flüssig- diesen Zweck, kristalline Schicht. F i g. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer

Jede Spalten- und Zeilenelektrode ist beispiels- io erfindungsgemäßen Lichtventilanordnung, das eine weise beidseitig mit Anschlußelektroden E, E' ver- Abwandlung von F i g. 3 darstellt. Dieses untersehen, die je über einen Widerstand R mit der einen scheidet sich von der Anordnung gemäß F i g. 3 Klemme einer Hochfrequenzquelle Q_n, verbunden durch die andersartige Beschallung der Elektroden, sind. Die Anschlußelektroden E' sind jeweils an Die Schalter S_Xi und S_Yk sind durch Umschalter S_x, Schalter 5_Xi, S_Ylt (i, k = 1, 2, 3) geführt. Mittels der 15 bzw. S_Yk ersetzt, die eine wahlweise- Verbindung der genannten Schalter lassen sich jeweils eine Zeilen- Batterien B_x und B_Y einerseits und der Hochfrequenzelektrode mit einer ersten Batterie B_x bzw. jeweils quelle Q_n, andererseits mit den Zeilen- bzw. Spalteneine Spaltenelektrode mit einer zweiten Batterie B_Y elektroden erlauben.

verbinden. Die Batterien sind entgegengesetzt gepolt. Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3

So liegt beispielsweise der Pluspol der Batterie B_Y ao können auch hier die Batterien B_x und B_Y durch eine und der Minuspol der Batterie B_x an Masse. Jedoch Niederfrequenzquelle Q_n, mit nachgeschalteter Phakönnen die Batterien auch umgekehrt gepolt sein. senumkehrstufe PH ersetzt werden.

Werden die Schalter S_x „ und S_Y , betätigt, so stellt In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 5 ist eine

sich im Matrixelement 2~ 2 dem" Koinzidenzpunkt weitere Realisierung der Erfindung dargestellt. Hier der Elektroden E_x ₂ und E_y„ eine konstante Poten- 25 erfolgt die Ankopplung der Hochfrequenzquelle Q₁₁, tialdifTerenz U_XY = U_x-U_Y~ ein. Auf Grund der auf eine andere Weise. Der Minuspol der BatterieB_x ebenfalls an allen Elektroden anliegenden Hoch- bzw. der Pluspol der Batterie B_Y sind nicht mehr frequenzspannung U_n, liegen beide Elektroden E_{x 2} mit Masse verbunden, sondern an die eine Klemme und Ey., gleichzeitig auf einem Hochfrequenzpoten- der Hochfrequenzklemme Q_HI geführt, deren andere tial U_n, "gegen Masse. Die dem Matrixelement 2, 2 30 Klemme an Masse geschaltet ist. Die Widerstände R unmittelbar benachbarten Elemente 1, 2, 2,1, 3, 2, sind direkt mit Masse verbunden. Ansonsten ent-2. 3 werden optisch nicht angesteuert, da die ent- sprechen der übrige Aufbau und die Wirkungsweise sprechenden Elektroden auf Gleichspannungspoten- dieser Lichtventilanordnung der in F i g. 3 dargestelltial U ν bzw. U_y und auf Hochfrequenzpotential U₁₁, ten Anordnung.

liegen. Durch diese erfindungsgemäße Ansteuerung 35 Ähnlich wie im Falle der Anordnung der Fig. 4 stellen sich die im vorstehenden Abschnitt im Zu- lassen sich auch bei der obengenannten Lichtventilsammenhang mit F i g. 2 geschilderten Effekte ein: anordnung die Schalter S_Xi und S_Yk durch Umschaldie Gleichspannungskomponente wird durch die ihr ter S*, bzw. S_ik ersetzen. Diese Variante ist in Fig. 6 überlagerte Hochfrequenzspannung unterdrückt. Er- beispielsweise dargestellt.

setzt man in der Anordnung nach F i g. 3 die Batte- 40 Eine weitere Ausführungsform einer Lichtventilricn B_x und B_y durch eine Niederfrequenz-Span- anordnung gemäß der Erfindung ist in Fig. 7 beinungsquelle Q_n, und eine Phasenumkehrstufe PH spiclsweise dargestellt. In diesem Beispiel werden — dies ist in F i g. 3 beispielsweise eingetragen, wobei keine getrennten Gleich- oder Niederfrequenzquellen die Verbindungsleitungen zur Matrix strichliert aus- und eine Hochfrequenzquelle benötigt. Aus einer von geführt sind —, so erfüllt die Lichtventilanordnung 45 einer Wechselspannungsquelle Q _Hf erzeugten Wechseldie gleichen Funktionen wie eine mit Gleichspannun- spannung ohne Gleichspannungsanteil (Diagramm ι gen betriebene. Den Zeilenelektroden wird eine in F i g. 8 bzw. 9) werden durch ein aus zwei Dioder gegenüber den Spaltcnelektroden gegenphasige Nie- D_x und D_s sowie zwei Widerständen A₁ und R₃ be derfrequenz-Spannung zugeführt. Auf diese Weise stehendes Netzwerk zwei mit einem Gleichspannung«; wirkt im Koinzidenzelement nur eine reine Nieder- 50 anteil und einem Wechselspannungsanteil behaftet» frequenz-Potentialdifferenz, die bei genügend großer gegenphasige Spannungen U_XHf bzw. U\_H, erzeug Amplitude den DS-Effekt hervorruft. (Diagramme b und r in F i g. 8 und 9). Diese Span

Die Frequenz der Ausgangsspannung U_n, der nungcn werden über Schalter S_Xj bzw. S_Yk den Zeilen Hochfrequenzquelle Q_n, ist von der gewählten Flüs- bzw. Spaltenelektroden zugeführt. Aüe Spalten- un< sigkristall-Substanz abhängig und beträgt beispiels- 55 Zeilenelcktroden sind über je einen Widerstand / ueise 1000 bis 1200Hz mit einer optimalen Ampli- mit Masse verbunden. liegen somit im nichtangesteu tude von 70VoIt. Hochfrequcnzsigriale dieser Art erten Zustand auf Massepotential. Auf diese Weis sind zur Unterdrückung der optischen Wirkungen werden den Matrixelementen, die den angesteuerte] von Gleichspannungen bis maximal 20 Volt geeignet. Elektroden zugeordnet sind, mit Ausnahme de

Die Größe der Batteriespannungen U_x und U_Y 60 Koinzidenzelementcs (Matrixelement 2, 2 in F i g. 7 richten sich nach dem Schwellenwert U₇- der gewähl- Spannungen zugeführt, die bei geeigneter Wahl de ten Flüssigkristall-Substanz. Bei einem Schwellenwert Amplitude A_a von der Spannung L„, und derei von U₇ — 6VoIt betragen diese beispielsweise U_x Frequenz f_Hf keinen DS-Effekt hervorpifen. = U_Y = 20 Volt, so daß im Koinzidenzelement eine Die Potentialdifferenz U_xr im Koinzidenzelemer

Potentialdifferenz in Höhe von 40VoH wirksam ist. 65 2,2 ergibt sich durch die Differenz der Spannung? Da nun erfindungsgemäß die »halbangesteuerten« U_XH, und V_y„, (Diagramme d in Fig. 8 und 9 Matrixelemente sich optisch nicht von den nicht- Diese Differenzspannung U_xr hat relativ hohe angesteuerten Elementen unterscheiden, ergibt sich Gleichspannungsanteil im Falle einer sinusförmige

Wechselspannung U'_Hr bzw. ist eine reine Gleich- spannungen großer Amplitude ausgelegt werden muß.

spannung im Falle einer rechteckförmigen Wechsel- Diese Tatsache wirkt sich insbesondere dann vorteil-

spannung mit beliebigem Tastverhältnis — ideale haft aus, wenn die Schaltelemente als elektronische

Aufspaltung im genannten Netzwerk vorausgesetzt. Schalter ausgebildet werden.

Der Gleichspannungsanteil der den Spalten- bzw. 5 Weiterhin ist es möglich, ähnlich wie in den bisher Zeilenelektroden zugeführten Spannungen ergibt im beschriebenen Anordnungen, die Batterien B₁ und B„ Koinzidenzelement eine wirksame Potentialdiffe- durch Wechselspannungsquellen zu ersetzen, die renz U'_XY, deren Gleichspannungskomponente etwa gegenphasige Niederfrequenzsignale liefern. Beson-20 Volt ausmacht, wenn das Wechselspannungs- ders vorteilhaft ist es, nur eine Wechselspannungssignal U'_Hf sinusförmig ist. i° quelle Q_n, vorzusehen, die an die Stelle der Batte-

Beim Betrieb mit einer Rechteckspannung (F i g. 9, rie B₂ tritt (in F i g. 10 durch strichlierte Verbindungs-Diagramm a) ist im Koinzidenzelement bei idealen leitung angedeutet) und zur Erzeugung der gegen-Rechteckspannungen (Diagramme b und c in F i g. 9) phasigen Niederfrequenzspannung Ό_ΧΜ eine von eine reine Gleichspannung (Diagramm d in F i g. 9) dieser Quelle gespeiste Phasenumkehrstufe PH vorwirksam. Messungen an der gleichen Lichtventil- 15 zusehen, deren Ausgang an diejenigen Schalteranordnung wie oben beschrieben, ergaben bei einem klemmen angeschlossen ist, die sonst mit dem Minus-Tastverhältnis von 1 : 1 und einer Amplitude A₀ pol der Batterie B₁ verbunden sind. = 20 Volt guten Kontrast. Der Frequenzbereich für Es hat sich gezeigt, daß das Elektrodenmaterial, gute Unterdrückung in den »halb angesteuerten« z. B. das Zinndioxid, von Lichtventilanordnungen Matrixelementen war vergleichbar mit dem oben- 20 beim Betrieb mit Gleichspannungen einer Zersetzung genannten. unterworfen ist, die die Lebensdauer der Anordnun-

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung gen erheblich verkürzen kann. Um diese Unzuläng-

iäßt sich mit Vorteil auch zur gleichzeitigen optischen lichkeit zu vermeiden, wurde im vorstehenden jeweils

Ansteuerung eines oder mehrerer Matrixelemente die Alternative des Betriebes mit niederfrequenten

einer Zeile oder einer Spalte einsetzen. 25 Wechselspannungen statt Gleichspannungen vorge-

Ein Ausführungsbeispiel für zeilenmäßige An- schlagen. Man kann jedoch auf die Verwendung von

steuerung ist in Fig. 10 dargestellt. Wie in den niederfrequenten Wechselspannungen verzichten,

vorstehenden Anordnungen besteht die Matrix aus wenn die anzulegenden Gleichspannungen in einem

Zeilen- und Spaltenelektroden, von denen die Zeilen- bestimmten Rhythmus umgepolt werden,

elektroden E_Al bis E_xs sowie die Spaltenelektroden 30 Diese Umpolung läßt sich einfacherweise durch

Ey₃ bis Ey₆ eingezeichnet sind. Die Zeilenelektroden einen zusätzlichen Umschalter realisieren und ist in

sind je über Umschalter S'_xl wahlweise mit einer dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 beispicls-

Hochfrequenzquelle Q_Hf bzw. mit einer Batterie B₁ weise dargestellt. Bis auf die zusätzlichen Umschalter

verbindbar. Die Spaltenelektroden können mittels 5, und S₂, die durch einen einzigen zweipoligen

der Umschalter S_rk mit der genannten Batterie B, 35 Umschalter ersetzt werden können, stimmt diese

oder mit einer weiteren BatterieB₂ verbunden wer- Anordnung mit der in Fig. 10 dargestellten überein,

den. Die Batteriespannungen U_Bl und U_B„ betragen Die Umschalter können von Hand oder mittels eines

bei einer Schwellwertspannung U_T = 6 Volt des Flüs- Steuergerätes ST betätigt werden. Im Steuergerät

sigkristalls beispielsweise — 15 Volt bzw. +15 Volt kann beispielsweise eine bistabile Kippstufe bekannter

(beide Spannungen auf Masse bezogen). Die Ampli- 40 Bauart vorgesehen sein, die durch geeignete, dem

tude der von der Hochfrequenzquelle Q,_t, erzeugten Steuergerät von außen zugeführte Steuersignale die

Hochfrequenzspannung U_n, ist beispielsweise A _fi Umschalter 5, und 5., betätigt. So kann beispielsweise

= 60VoIt. nach dem »Schreiben« einer oder mehrerer Zeiler

In der Anordnung der Fig. 10 sind beispielsweise oder Spalten dem Gerät ein Impuls zugeführt werden

die Matrixelemente 2. 3. 2, 5 und 2. 6 optisch ange- 45 wodurch die Potentiale an den Elektroden umgepol

steuert. Der Schalter 5 legt die Zeilenelcktrode E_K ._£ werden.

auf ein Potential von — 15VoIt gegen Masse, die Es leuchtet ein, daß sich eine derartige Umpolunj

Spaltenelektroden E_y„. E_Vs und E_V6 sind mittels der der Battcriepolaritäten auch bei den Ausführungs

ihnen zugeordneten Schalter auf ein Potential von beispielen der F i g. 3 bis 7 genau auf die gleich«

+ 15VoIt gegen Masse gelegt. An den nicht ange- 50 Weise realisieren läßt.

steuerten Matrixelementen der zweiten Zeile liegen Eine weitere vorteilhafte Variante der Anordnunj

keine Potentialdifferenzen an, an den übrigen Matrix- nach Fig. 10 sieht vor, den Umschaltern S_Yk zusatz

elementen liegen kombinierte Adressiersignale der liehe Spannungsteiler, beispielsweise Potentiometei

eingangs definierten Art an. Auf diese Weise ist nur zuzuordnen. Auf diese Weise kann, je nach Span

in den gewünschten Matrixelementen — sie sind 55 nungsteilerverhältnis, die Graustufe des oder de

durch Schraffierung gekennzeichnet — eine Potential- optisch angesteuerten Matrixelemente individue

differenz von 30VoIt wirksam, die den DS-EfTekt eingestellt werden.

hervorruft und eine Änderung der optischen Diese Ausführungsform ist in der Fig. 12 be

Eigenschaften der flüssigkristallinen Schicht be- spielsweise dargestellt. In Reihe mit den beide

wirkt. So Batterien B₁ und B₂ liegen aus je einem Widei

Selbstverständlich können in der Anordnung der stand R₁. (k = 3, ..., 6) und einem Potentiometer f

Fig. 10 die Zeilen- mit den Spaltenelektroden ver- bestehende Reihenschaltungen. Das Verhältnis d<

tauscht werden (nicht eingezeichnet). Auch ist es Widerstandswerte der Potentiometer ur»d der diese möglich, nur jeweils ein einziges Matrixelement einer zugeordneten Widerstände ist dabei so gewählt, di Zeile oder einer Spalte optisch anzusteuern. Gegen- 65 an den Widerständen je ein dem Schwellenwert I

über den vorbeschriebenen Ausführangsformen weist des Flüssigkrisialls entsprechender Spannungsabfi diese Art der Ansteuerung den Vorteil auf, daß nur entsteht, als bei U_T = 6VoIt weisen die Potenti

noch die Hälfte der Schalter für Hochfrequenz- meteranschlüsse, die den Widerständen zugewan

sind, Potentiale von jeweils — 9VoIt gegen Masse auf. Auf diese Weise läßt sich an jedem gewünschten Matrixelement eine Potentialdifferenz zwischen 6VoIt (noch keine Änderung der optischen Eigenschaften) bis 30 Volt (optimaler Kontrast) einstellen.

Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf Lichtventilanordnungen der in den F i g. 3 bis 7 und 10 bis 12 vorgeschlagenen Art. Diese sind lediglich als beispielhaft anzusehen. In der praktischen Ausführung der Matrizen können die Abstände zwischen benachbarten Zeilen- bzw. Spaltenelektroden beliebig variiert werden, wobei stets ein isolierender Zwischenraum vorgesehen sein muß. Ebenso kann der Winkel, den sich gegenüberliegende Elektroden einschließen, von 90° abweichen. Auch muß die Geometrie der Elektroden nicht den dargestellten Formen entsprechen. Zeilen- und Spaltenelektroden können verschieden ausgebildet sein. Weiterhin ist es möglich, mehrere Matrizen in sogenannter Multilayer-Technik hintereinander anzuordnen.

Die bisher vorgeschlagenen Schaltungsanordnungen hatten im wesentlichen die Kontrastverbesserung in Lichtventilanordnungen zum Gegenstand. Das oder die optisch angesteuerten Matrixelemente, die sich durch ihren gegenüber den ihnen benachbarten, nicht angesteuerten Elementen durch höhere Lichtintensität oder Depolarisation auszeichnen, verweilen jeweils nur so lange im angesteuerten Zustand, als die Adressiersignale an den entsprechenden Elektroden anliegen. Beim Anschalten dieser Signale erfolgt die Löschung der Information. Lichtventilanordnungen dieser vorgeschlagenen Art eignen sich somit in hervorragender Weise als elektrooptische Adressiereinrichtungen für Faksimile-Schreibgeräte (pagecomposer).

Soll die Information gespeichert werden, so kann dies beispielsweise dadurch erfolgen, daß die in die Lichtventilanordnung eingegebene Information auf einer durch die angesteuerten Matrixelemente belichtete photographische Platte oder Film übertragen wird. Will man jedoch die Information in einer Flüssigkristall-Anzeige speichern, so ist eine zusätzliche Einrichtung erforderlich, bei der die eigentliche Information über eine optische Kopplungseinrichtung an ein speicherfähiges Medium und danach an eine nachgeschaltete Flüssigkristall-Anzeige weitergegeben wird.

Eine Speicheranordnung, der das oben geschilderte Prinzip zugrunde liegt, ist in F i g. 13 beispielsweise so dargestellt. Zwischen zwei gekreuzten Polarisatoren 1, 2, beispielsweise in Form bekannter Polarisationsfolien, liegt die erfindungsgemäße Lichtventilanordnung. Sie stimmt in ihrem Aufbau mit den beschriebenen Anordnungen überein. Sie besteht aus zwei parallel zueinander angeordneten Glasplatten 3, 4, die auf ihren der fiüssigkristallinen Schicht LC zugewandten Oberflächen mit Elektroden E_Y und E_x versehen sind. Die Elektroden bestehen beispielsweise aus Zinndioxid (SnO₂). An den Polarisator 2 schließt sich eine weitere Glasplatte S an. Auf dieser ist unter Zwischenschaltung einer Schicht 6 aus Zinndioxid ein flächiger Photoleiter 7 vorgesehen. Dieser besteht beispielsweise aus Cadmiumsulfid oder amorphen Selen. Beide Substanzen sind bekannte Photoleiter. Insbesondere die letztgenannte Substanz, das amorphe Selen, eignet sich gut für die vorgeschlagene Anordnung, da seine Ansprechzeit nur wenige Mikrosekunden, seine Abklingzeit jedoch mehrere Sekunden betragen kann.

Die der Zinndioxidschicht 6 abgewandte Seite des Photoleiters 7 ist mit einer Vielzahl von Elektroden 8 versehen. Die Geometrie dieser Elektroden und ihre Verteilung auf der genannten Oberfläche entspricht der Geometrie der Matrixelemente. Die Elektroden bestehen beispielsweise aus Gold und weisen eine Dicke auf, bei der dieses Material nicht mehr lichtdurchlässig ist. Sie können auch aus einem anderen Material bestehen, welches sowohl mit dem Photoleiter 7 als auch mit der sich an die Elektroden 8 anschließenden zweiten Flüssigkristallschicht LC verträglich ist. Der Raum 9 zwischen den Elektroden 8 ist mit einem elektrisch isolierenden, lichtundurchlässigen Material ausgefüllt, an das ebenfalls die genannte Verträglichkeitsbedingung gestellt werden muß. Den Abschluß der Anordnung bildet eine weitere Glasplatte 10, die auf ihrer der Flüssigkristallschicht LC zugewandten Oberfläche mit einer durchgehenden Zinndioxid-Elektrode 11 versehen ist.

Aus Gründen einer übeisichtlichen Darstellung sind die einzelnen Schichten der Fig. 13 nicht maßstäblich dargestellt. Die Lichtventilanordnung, die wie oben erwähnt, aus den Polarisatoren 1, 2, den Glasplatten 3. 4 mit dazwischenliegender Flüssigkristall-Schicht LC und Elektroden E_x und £_v besteht, wird auf die gleiche Weise beschaltet, wie beispielsweise die Anordnung in Fig. 7. Dies ist in Fig. 13 nicht weiter dargestellt. Die restlichen Komponenten der Anordnung sind auf folgende Weise beschaltet:

Zwischen die Zinndioxidschicht 6, die als eine Anschlußelektrode für den Photoleiter 7 dient, und der Elektrode 11 ist eine Gleichspannungsquelle B oder eine Niederfrequenz-Wechselspannungsquelle Q_sr geschaltet. Die Klemmenspannungen der Quellen B bzw. Q_NYsind dabei so gewählt, daß bei fehlender Ansteuerung eines Matrixciernentes der Lichtventilanordnung der Spannungsabfall am Flüssigkristall LC kleiner ist als die Schwellenspannung U_T dieser Substanz und daß nach erfolgter Ansteuerung eines Matrixelementes der Lichtventilanordnung infolge des Niederohmigwerdens des Photoleiters 1 an der Flüssigkristallschicht LC eine Spannung anliegt, die wesentlich größer ist als die Schwellen-Spannung dieses Kristalls. Die letztgenannten Bedingungen lassen sich jedoch leicht realisieren.

Mit der oben beschriebenen Anordnung kann ein« kurzzeitig in die Lichtventilanordnung eingegeben« Information gespeichert werden. Die Speicherzei ist dabei im wesentlichen durch die Eigenschaft« des Photoleiters 7 bestimmt. Sie kann also bei Ver Wendung der genannten Substanz, dem amorphei Selen, mehrere Sekunden betragen. Auf diese Weisi lassen sich — je nach Adressierung der Matrix elemente — beliebige zweidimensinnak S»rukturei in der Flüssigkristallanzeige erzeugen, die durd aufeinanderfolgende Bildpunktc. Teile von Zeile! oder Spalten usw. komponiert sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

2 118 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Aussteuerung matrixförmig adressierbarer, flüssigkristalliner Lichtventile, von denen jedes durch Anlegen von Aussteuersignalen in Form von elektrischen Spannungen zwischen eine Zeilen- and eine Spaltenelektrode optisch veränderbar ist, und bei der Aussteuersignalquellen vorgesehen sind, welche an die Zeilen- und Spaltenelektroden des auszusteuernden Lichtventils Gleich-oder Niederfrequenzpotentiale mit einer Potentialdifferenz größer als die Gleich- oder Niederfrequenz-Schwellenspannung für die Änderung der opti- sehen Eigenschaften des Flüssigkristalls liefern, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem am auszusteuernden Lichtventil (2, 2) anliegenden Gleich- oder Niederfrequenzpotential Hochfrequenzpotentiale anliegen, welche für sich praktisch keinen Einfluß auf die genannten optischen Eigenschaften ausüben, während an den Zeilen- und Spaltenelektroden aller übrigen Lichtventile (1, 2; 1, 2;...) der Matrix entweder Gleich- oder Niederfrequenzpotentiale mit einer Potentialdifferenz kleiner als die genannte Schwellenspannung (t/_r) oder Gleich- oder Niederfrequenzpotentiale mit einer Potentialdifferenz größer als die besagte Schwellenspannung (U₇-), überlagert mit Hochfrequenzpotentialen liegen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zeilen- und Spaltenelektroden über je einen Widerstand (R) mit einer Klemme einer Hochfrequenzquelle (Q/,,), deren andere Klemme an Masse liegt, verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Spalten- und Zeilenelektroden der nicht ausgesteuerten Lichtventile mit der einen Klemme einer Hochfrequenzquelle (Qiii), deren andere Klemme an Masse liegt, verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den genannten Gleich- oder Niederfrequenzpotentialen überlagerten Hochfrequenzpotentiale von einer mit den Gleich- oder Niederfrequenzquellen (B_x, B_y; Qx, Qy) in Reihe geschalteten Hochfrequenzquelle (Qiii) erzeugt werden, und daß alle Zeilen- und Spaltenelektroden über je einen Widerstand (R) an Masse liegen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den genannten Gleich- oder Niederfrequenzpotentialen überlagerten Hochfrequenzpotentiale von einer mit den Gleich- oder Niederfrequenzquellen (B_x, ß_y; Qx, Qy) in Reihe geschalteten Hochfrequenzquelle (Qiii) erzeugt werden, und daß Zeilen- und Spaltenelektroden der nicht ausgesteuerten Lichtventile an Masse geschaltet sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Spalten- und Zeilenelektroden über je einen Widerstand (R) an Masse geschaltet sind, und daß zur Aussteuerung des Lichtventils (/, k) im Koinzidenzpunkl der /-ten Zeilen- und der fc-ten Spaltenelektrode die eine der beiden Elektroden mit der einen Klemme, die andere Elektrode mit der anderen Klemme eines von einer Hochfrequenzquelle (ßi/) ge speisten, aus zwei Dioden (D₁, D₂) und zwei Widerständen (A₁, RJ bestehenden Netzwerks verbunden sind, welches Netzwerk an seinen Klemmen gegenphasige Potentiale (U_XHt, U_YHf) liefert.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Aussteuerung eines oder mehrerer Lichtventile einer Zeile, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Zeilenelektrode (E_xJ ein erstes Gleichoder Niederfrequenzpotential (£/_Βι) liegt, daß an den übrigen Zeilenelektroden ein Hochfrequenzpotential (V₁₁D liegt, daß zur Aussteuerung der gewünschten Lichtventile die entsprechenden Spaltenelektroden (Ey₃, Ey₅, Ey _e) ein zweites Gleich- oder Niederfrequenzpotential (i/_ß2) liegt, wobei die Potentialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potential größer ist als die genannte Schwcllcnspannung (U₇) für die Änderung der optischen Eigenschaften des Flüssigkristalls, und daß die übrigen Spalienelektroden auf dem genannten ersten Potential (t/_ßl) liegen.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur individuellen Einstellung der Graustufe oder des Kontrastes der Lichtventile einer Spalte oder einer Zeile die Spannungen über den auszusteuernden Lichtventilen mittels Spannungsteilern (R_k, P_k; R,, Pj) einstellbar sind.