DE2237996C3

DE2237996C3 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit matrixförmig angeordneten x-und y-Anzeige-Elektroden

Info

Publication number: DE2237996C3
Application number: DE2237996A
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Takatsuki Osaka Ohtsuka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1971-07-29
Filing date: 1972-07-28
Publication date: 1982-10-21
Also published as: DE2237996B2; NL7210471A; FR2148443A1; FR2148443B1; GB1401322A; JPS5114434B1; DE2237996A1; NL176890C; US3835463A; CA1000377A; NL176890B

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit matrixförmig angeordneten X- und K-Anzeige-Elektroden, von denen eine oder mehrere lichtdurchlässig sind, mit einer den Raum zwischen den Elektroden ausfüllenden Flüssigkristallschicht, die bei Wechselstrombetrieb eine Schwellspannung aufweist, oberhalb der sie eine Veränderung in der Transparenz zeigt, mit einem Signalgenerator zur Erzeugung von X-Adressensignalen und mit zu diesen synchronen Bildsignalen, mit einer ersten, mit dem Signalgenerator und jeder A'-Elektrode gekoppelten Steuereinrichtung, die jeder einzelnen A'-Elektrode, die von einem der von dem Signalgenerator erzeugten A-Adressensignale adressiert ist, einen X-Adressenimpuls in Form einer Wechselspannung mit vorbestimmter Frequenz und Phasenlage und vorbestimmtem Spannungsmittelwert zuführt, mit einer zweiten, mit dem Signalgenerator zur Erzeugung von V-Signalen in Form einer Wechselspannung mit einem Spannungsmittelwert gekoppelten Einrichtung, die an jede K-Elektrode jeweils ein V-Signal liefert, wobei die Anzeigeelemente sich in der Transparenz mit der Veränderung des von dem Bildsignal gesteuerten Zeitintervalls des K-Signals verändern, so daß ein gewünschtes Bild auf der Flüssigkristallschicht der Matrixanordnung erscheint.

Durch die FR-OS 20 14 788 ist eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bekannt mit matrixförmig angeordneten lichtdurchlässigen X- und Y-Anzeige-Elektroden und mit einer den Raum zwischen den Elektroden ausfüllenden Flüssigkristallschicht, die bei Wechselstrombetrieb eine Schwellenspannung aufweist, oberhalb der sie eine Veränderung in der Transparenz zeigt. Außerdem ist ein Signalgenerator zur Erzeugung von A'-Adressensignalen und mit zu diesen synchronen Bildsignalen entnehmbar, mit einer ersten, mit dem Signalgenerator und jeder A'-Elektrode gekoppelten Steuereinrichtung, die jede einzelne A'-Elektrode, die von einem der von dem Signalgenerator erzeugten X-Adressensignal adressiert ist, an Masse legt, und mit einer zweiten, mit dem Signalgenerator zur Erzeugung von V-Signalen in Form einer Wechselspannung gekoppelten Einrichtung, die nacheinander an jede Y- Elektrode jeweils ein V-Signal anlegt, wobei die Anzeigeelemente sich in der Transparenz mit der Veränderung der von dem Bildsignal gesteuerten Amplitude oder Frequenz des K-Signals verändern.

Es ist auch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bekannt (IEEE International Solid-State Circuits Conference 1969, Abschnitt 5, S. 52 und 53, WPM 5.2. »Liquid Crystall Matrix Displays«), bei der unter Verwendung von tafelförmigen Anzeigeelementen mit flüssigkristallinen Schichten und X- V-matrixförmiger Anordnungen von Erregerpunkten jedes Anzeigeelement mittels einer Diode durch einen elektrischen Impuls erregt wird, der an ausgewählte X- und y-Zuleitungen entsprechend einem Bildsignal gelegt ist. Jeweils eine Diode ist an jedem der Anzeigeelemente zur Unterdrückung des Effekts angebracht, der als kreuzförmige Anzeige beim Erregen eines Satzes aus einer X- und einer V-Elektrode erscheint. Als nachteilig bei dieser bekannten Anzeigevorrichtung erweist sich, daß ebenso viele Dioden wie Anzeigeelemente benötigt werden, was den Aufbau der Vorrichtung verkompliziert, und daß der Flüssigkristall in den Anzeigeelementen einer Gleichspannung unterworfen wird, was eine kurze Lebensdauer des Flüssigkristalls zur Folge hat.

Bei einer anderen bekannten Anzeigevorrichtung mit einer flüssigkristallinen Schicht (US-PS 35 19 330) bilden die an den Flüssigkristall gelegten Spannungen einpolige Impulse, was wiederum eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer des Flüssigkristalls mit sich bringt.

Nach dem DE-GM 7040 364 ist weiterhin eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung hinsichtlich der konstruktiven Zueinanderordnung ihrer elektro-optischen Bauteile bekannt, wobei allgemein dargelegt wird, daß

durch Anlegen von Spannung die optischen Eigenschaften der eingeschlossenen Flüssigkristallschicht geändert werden können, wodurch auffallendes Licht reflektiert wird.

Es ist schließlich an sich bekannt (US-PS 35 75 492), zur Verlängerung der Lebensdauer von Flüs^rigkrislallen diese mit einer Wechselspannung zu beaufschlagen. Nach dieser Patentschrift ist eine Anzeigevorrichtung mit matrixförmig angeordneten X- und V-Anzeige-Elektroden bekannt, bei der ein Verfahren zur Verkürzung der Abklingzeit beim Anlegen einer Spannung einer Frequenz oberhalb der kritischen Frequenz nach Anlegen einer Spannung zur Erregung des Flüssigkristalls Verwendung findet, wobei die Abklingzeit diejenige Zeit darstellt, die der Flüssigkri- i<5 stall im erregten, lichtstreuenden Zustand benötigt, um in den transparenten Zustand zurückzukehren. Zur Ansteuerung jedes Anzeigeelementes ist bei dieser Anzeigevorrichtung jeweils eine Steuerschaltung erforderlich, so daß für die gesamte matrixförmige ^-^-Elektrodenanordnung eine beträchtliche Anzahl von Steuerschaltungen erforderlich wird.

Bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der eingangs erwähnten Art ist ein Wechselstrombetrieb eher als ein Gleichstrombetrieb erwünscht, und zwar aus folgenden Gründen:

1. Ein Wechselstrombetrieb gewährleistet eine längere Lebensdauer der Flüssigkristalle als ein Gleichstrombetrieb.

2. Eine Gruppe riematischer Flüssigkristalle mit einer sogenannten dynamischen Streuung weist bei Wechselstrombetrieb eine Schwellenspannung auf, oberhalb der ein sichtbarer Wechsel beobachtet werden kann. Diese Schwellenspannung ist wichtig, um den Effekt zu vermindern, der in Form eines Kreuzes auf der Anzeigevorrichtung erscheint, wenn ein Satz aus einer ^-Elektrode und einer Y- Elektrode erregt wird.

3. Eine Gruppe von Flüssigkristallmischungen, die einen Übergang einer cholesterinartigen Phase in eine nematische bei Anlegen eines elektrischen Erregerfeldes jenseits eines Schwellenwerts des elektrischen Feldes aufweist, besitzt eine längere Abfallzeit, wenn eine Wechselvorspannung besteht, -nachdem das elektrische Erregerfeld beseitigt worden ist. Dann kann eine flimmerfreie Anzeige erhalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, derart in einfacher Weise zu gestalten, daß unter Ausschaltung eines Kreuzeffekts durch Wechselstrombetrieb der Anzeigevorrichtung eine Verlängerung der Lebensdauer des Flüssigkristalls erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der A'-Adressenimpuls eine Steuerwechselspannung mit einer ersten Zeitdauer 71 ist und das y-Signal die gleiche Frequenz wie der ,Y-Adressenimpuls aufweist, daß das V-Signal mit dem X-Adressenimpuls pbasengleich ist, während des mit einer Veränderung bei dem entsprechenden Bildsignal veränderbaren Zeitintervalls 7J die Phasenlage jedoch veränderbar ist, wobei die Amplitude Vy des V-Signals (F i g. 4) nicht höher als die Schwellenspannung V₁/, der Flüssigkristallschicht jedoch größer als ein Drittel dieser und angenähert gleich der Hälfte der Amplitude V_x des A-Adressenimpulses iu und wobu-i der Spannungsmittelwert V₁₁₁, des V-Signals \w wesentlichen gleich dem Spannungsmittelwert Km des X-Adressenimpulses ist.

Vorteilhafterweise weisen der X-Adressenimpuls und das K-Signal rechteckförmige Wellenform auf und sind die Wellenform des X-Adressenimpulses und des V'-Signals sinusförmig und die Phasendifferenz t/\~(j>: zwischen der Phase φ\ und der Phase φ? gleich ±π.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigeanordnung erweist sich insbesondere dadurch als vorteilhaft, daß die an den Flüssigkristall gelegte Spannung in jedem Anzeigeelement zu einer Wechselspannung durch die spezielle Anordnung der Wellenformen der an die X- und an die Y-Elektroden gelegten Signale wird, wodurch die Lebensdauer des Flüssigkristalls beträchtlich verlängert wird.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Zeichnung: In letzterer zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer FlüssigkrisiaD-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.2 ein Diagramm, das die elektro-opiischen Eigenschaften des in der Anzeigevorrichtung verwendeten Flüssigkristalls zeigt,

Fi g. 3 ein schematisches Schaubild einer Ausführung der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit matrixförmigen Anzeigeelektroden in Blockform,

F i g. 4 Diagramme, die die Wellenform des X-Adressenimpulses, der an de X-Elektrode gelegt wird, und das y-Signal zeigen, das an jede K-Elektrode der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung gelegt ist,

F i g. 5 Diagramme, die eine beispielhafte Wellenform des Ai-Adressenirnpulses, der an die AVEIektrode gelegt wird, das rVSignal, das an die rVElektrode gelegt wird, und die resultierende Spannung, die an das Anzeigeelement Cb an dem Schnittpunkt der Xa- und der WEIektrode gelegt wird, zeigen, und

F i g. 6 Diagramme, die illustrieren, wie Halbtöne erhalten werden.

Fig. 1 zeigt eine typische FIüssigkristalJ-Anzeigevorrichtung der lichtdurchlässigen Art mit einer Anzahl bandförmiger AT-EIektroden 2, die transparent und auf der Oberfläche einer ersten transparenten Platte 1 aufgebracht sind. Die Kombination aus den bandförmigen ^-Elektroden 2 und der ersten Platte 1 bildet ein X-Elektrodenelement, das lichtdurchlässig ist. In gleicher Weise ist eine Anzahl vertikaler bandförmiger K-Elektroden 4 auf einer Oberfläche einer zweiten Platte 3 aufgebracht, und die Kombination aus den bandförmigen K-EIektroden 4 und der zweiten Platte 3 bildet ein lichtdurchlässiges K-Elektrodenelement. Die bandförmigen X-Elektroden 2 und die bandförmigen K-EIektroden 4 sind jeweils zueinander entgegengesetzt in einer Entfernung durch einen Abstandshalter 6 derart gehalten, daß die Richtung der bandförmigen ^-Elektroden rechtwinklig zu der Richtung der bandförmigen K-Elektroden ist. Der Zwischenraum zwischen dem X-EIektrodenelement und V-Elektrodenelement ist mit einem Flüssigkristall 5 gefüllt. Letzterer bildet an den Schnittpunkten der bandförmigen A'-Elektroden 2 und der bandförmigen y-Elektroden 4 eine Vielzahl von Anzeigeelementen.

Wenn in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtuhg der Flüssigkristall an einem Schnittpunkt einer X-Elektrode und einer V-Elektrode durch ein an beide Elektroden gelegtes elektrisches Feld erregt wird, ist beobachtbar, wie der Flüssigkristall das von einer hinter der

Anzeigevorrichtung angeordneten Lichtquelle einfallende Licht moduliert. Der Flüssigkristall gemäß der Erfindung sollte eine Schwellenspannung bei Wechselstrombetrieb aufweisen, oberhalb der eine sichtbare Veränderung, d. h. eine Veränderung der Transparenz, wie z. B. eine Lichtstreuung oder Durchlässigkeit auftritt.

Die elektro-optischen Eigenschaften der in der Erfindung verwendeten Flüssigkristalle sind qualitativ in der F i g. 2 dargestellt. In letzterer zeigen die horizontale Achse den Scheitelwert der Wechselspannung, die an einen Flüssigkristall gelegt ist, und die vertikale Achse eine Veränderung der Transparenz des Flüssigkristalls an, d.h. die Intensität des durchgelassenen oder des gestreuten Lichts. Ein gemäß der Erfindung verwendeter Flüssigkristall hat eine Schwellenspannung V₁/, und er weist somit keinerlei Veränderungen in der Transparenz auf, bis der Scheitelwert einer an den Flüssigkristall gelegten Wechselspannung die Schwellenspannung V₁/, übersteigt. Wenn der Scheiteiwert der Wechselspannung die Schwellenspannung überschreitet, beginnt eine sichtbare Veränderung aufzutreten. Die Schwellenspannung verändert sich mit dem Wechsel der Wellenform der Wechselspannung, der Frequenz und dem Abstand zwischen den X-Elektroden 2 und den V-Elektroden 4. Nachfolgend wird die Schwellenspannung definiert durch den Scheitelwert der Wechselspannung, bei dem ein Flüssigkristall in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eine sichtbare Veränderung aufzuweisen beginnt. Einzelheiten der Flüssigkristalle, die die in F ί g. 2 dargestellten elektro-optischen Eigenschaften aufweisen und gemäß der Erfindung Anwendung finden, werden später beschrieben.

Fig.3 zeigt ein schematisches Schaubild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung in Blockform. Nach dieser Figur wird die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung durch eine erste, mit einem Signalgenerator 7 gekoppelte Einrichtung 8 und durch eine zweite, mit dem Signalgenerator 7 gekoppelte Einrichtung 9 gesteuert. In F i g. 3 sind nur die bandförmigen A"-EIektroden 12 und die bandförmigen K-EIektroden 13 der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung teilweise weggeschnitten gezeigt.

Der die in Fig.2 gezeigten elektro-optischen Eigenschaften aufweisende Flüssigkristall ist zwischen den .^-Elektroden 12 und den K-Elektroden 13 geschichtet angeordnet. In Fig.3 besteht die X-Elektrode aus sieben X-EItktrodengliedern X\, Xi...Xi. In der Praxis werden jedoch mehr als sieben A"-EIektrodenglieder verwendet. Ein Anzeigeelement C« ist am Schnittpunkt der Xa,- und der K₄-Elektrode und ein Anzeigeelement Qs am Schnittpunkt der X*- und der >5-Eiektrode ausgebildet, und so weiter. Der Signalgenerator 7 erzeugt X-Adressen-Signale, um nur eine A'-Elektrode in einem Zeitpunkt zu adressieren und um auch Bildsignale zu erzeugen, die mit den X-Adressen-Signalen synchronisiert sind und an y-Steuersender 10 zur Erzeugung eines gewünschten Bildes gelegt werden. Das Adressen-Signal ist für gewöhnlich ein kodiertes Signal, was aber nicht eine Beschränkung der XAdressensignale auf kodierte Signale bedeuten soll. Das Bildsignal ist für gewöhnlich ein amplitudenmoduliertes Signal, was aber ebenfalls keine Beschränkung des ersteren auf amplitudenmodulierte Signale bedeuten soll. Die erste Einrichtung 8 ist mit dem Signalgenerator 7 und jeder der X-Elektroden gekoppelt. Die erste Einrichtung 8 liefert einen A"-Adressenimpuls an eine adressierte ,Y-Elektrode mittels eines von dem Signalgenerator 7 erzeugten A'-Adressensignals. Der X-Adressenimpuls weist Steuerwechselspannungen, wie in F ί g. 4 gezeigt, auf und adressiert nur eine ΛΓ-Elektrode zu einem Zeitpunkt unter Steuerung des -Y-Adressensignals.

Die zweite Einrichtung 9 gesteht aus einer Anzahl von V-Steuersendern YD\, YD₂ ■ ■ ■ Jeder y-Steuersender liefert ein von dem Bildsignal gesteuertes y-Signal

to an eine y-Elektrode.

F ί g. 4 zeigt die Wellenform des A"-Adressenimpulses und des y-Signals, und wie aus dieser Figur hervorgeht, erzeugt die erste Einrichtung 8 eine Steuerwechselspannung, wenn eine ^-Elektrode durch das von dem Sägnalgenerator 7 erzeugte X-Adressensignal adressiert wird, wobei die Steuerwechselspannung ein Teil einer eine rechteckförmige Wellenform aufweisenden Wechselspannung mit der Frequenz f, der Phase φ\, der Amplitude V_x. dem Zeitintervall 71 und einem Amplitudenrnittelwert V_avx. wie die durchgezogene Linie zeigt, darstellt.

Jn F"ig.4 ist der Amplitudenmittelwert V_avx der Wechselspannung das Erdpotential. Die Amplitude ist im wesentlichen doppelt so groß wie die Amplitude des später beschriebenen V-Signals. Die Phase der rechtek-• kigen Wellenform ist gleich der Phase der sinusförmigen Wechselspannung, wie in gestricheltem Linienzug gezeigt ist, wenn beide Wechselspannungen zur gleichen Zeit gleich dem Erdpotential sind, wie in F i g. 4 gezeigt ist. Das von jedem K-Steuersender erzeugte V-Signal weist, wie in F i g. 4 gezeigt, eine Wellenform auf. Das y-Signal ist eine Wechselspannung mit rechteckförmiger Wellenform mit der Frequenz f, der Amplitude V_y, dem Amplitudenmittelwert V_avy und der Phase φ\, die auf eine Phase qh während eines bestimmten Zeitintervalls T₂ geschaltet wird. In F i g. 4 stellt der Amplitudenmittelwert V_alry das Erdpotential dar. Die Amplitude ist gleich oder kleiner als die Schwellenspannung V_lh, größer als ein Drittel der letzteren und im wesentlichen gleich der Hälfte der Amplitude V_x des A'-Adressenimpulses. Die Frequenz f und die Phase g>\ sind die gleichen wie die des X-Adressenimpulses Das Zeitintervall T₂ wird in einem Bereich von Null bis T\ 'ei Veränderung des von dem Signalgenerator 7 erzeugten Bildsignals variiert. Speziell wird das Zeitintervall T₂ im Bereich von Null bis 71 bei Veränderung der Amplitude, der Frequenz, der Impulsbreite, der Impulszahl usw. der Bildsignale variiert.

Zur Vereinfachung der Illustration des Betriebes der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß Fig.3 wird ein Beispiel nachfolgend beschrieben.

Die Transparenz eines Anzeigeelementes Qs an einem Schnittpunkt der X»,- und der !^-Elektrode wird in folgender Weise verändert. Der Signalgenerator erzeugt ein .AT-Adressensignal zum Adressieren der .^-Elektrode und ein Bildsignal, das mit dem X-Adressensignal synchronisiert ist und an einen mit def Ki-EIektrode verbundenen y-Steuersender YDs gelegt wird. Die erste Einrichtung 8 liefert einen A"-Adressenimpuls an die durch das A"-Adressensignal adressierte Ai-Elektrode. Der A"-Adressenimpuls ist eine Steuerwechselspannung mit rechteckförmiger Wellenform, mit der Frequenz f, der Phase g>\, der Amplitude 2 V, dem Zeitintervall 71 und der Durchschnittshöhe des Erdpotentials, während die Spannungshöhe der anderen ^-Elektroden X,, X₂, X3, Xa, Xs, X* und X₇ auf Erdpotential gehalten wird.

Der zur zweiten Einrichtung 9 gehörende V-Steuersender liefert ein Vs-Signal an die Vs-Elektrode. Das Ks-Signal ist ein Wechselspannungssignal mit einer rechteckförmigen Wellenform mit der Frequenz f, der Phase <p\, der Amplitude V und der Durchschnittshöhe des Erdpotentials. Die Phase φ\ wird auf die Phase ψι während eines Zeitintervalls 7J geschaltet, wenn der V-Steuersender YDs das mit dem ΛΓ-Adressenimpuls synchronisierte Bildsignal erhält.

Währenddessen wird fortlaufend eine Wechselspannung mit der Phase g>\ an die anderen Elektroden Yu V₂, Yz, Vi, Yt, Y₇ gelegt. Der an die Xt-Elektrode gelegte X-Adressenimpuls und das an die Ks-Elektrode gelegte yVSignal sind in F ί g. 5 gezeigt. Die Amplitude V des V-Signals ist gleich oder kleiner als die Schwellenspannung V,h und größer als ein Drittel der letzteren, wie in F i g. 4 gezeigt ist. Die resultierende, an das Element Cn gelegte Spannung wird durch Subtraktion des Vj-Signals von dem an die X-EIektrode gelegten X-Adressenimpufs erhalten, wie in F i g. 5 gezeigt ist. Die an das Element C₄₅ gelegte Scheitelspannung 3 Kübersteigt die Schwellenspannung, weil die Spannung Vgrößer ais ein Drittel der Schwellenspannung ist. Da die Zahl der an das Anzeigeelement Os gelegten Scheitelwerte der Spannung mit der Veränderung des Zeitintervalls T₂, das durch das Bildsignal gesteuert wird, variiert, variiert die Transparenz des Anzeigeelements Qs, wenn dafür gesorgt wird, daß das Maximum des Zeitintervalls T2 (d.h. Ti) kleiner ist als die Anstiegszeit des in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtuiig verwendeten Flüssigkristalls, wobei die Anstiegszeit ein Zeitintervall für den Flüssigkristall bedeutet, währenddessen letzterer aus dem unerregten Zustand in einen steten Zustand übergeht, wenn der Flüssigkristall bei plötzlichem Anlegen einer Wechselspannung erregt wird. Der Grund, warum die Transparenz des Anzeigeelements mit der Veränderung der Zahl der Scheitelwerte der angelegten Spannung über die Schwellenspannung hinaus variiert, geht aus Fi g. 6 hervor. Gemäß letzterer wird dafür gesorgt, daß das Maximum des Zeitintervalls Ti des K-Signals kleiner als die Anstiegszeit des Flüssigkristalls ist. Wie in F i g. 6 gezeigt ist, variiert die Transparenz des Anzeigeelements Os mit dem Wechsel der Anzahl der Scheiteiwerte der angelegten Spannung oder des von dem Bildsignal gesteuerten Zeitintervalle Ti, da die für den Flüssigkristall geforderte Abfallzeit, um aus dem erregten Zustand in den unerregten Zustand zurückzukehren, iang ist.

Anders als bei dem Anzeigeelement Gs werden z. B. die in F i g. 3 gezeigten Anzeigeelemente Oa und Os nicht durch Anlegen d.es A"-Adressenimpulses an die .^-Elektrode und des V-Signals an die VVElektrode beeinflußt, da die an die Anzeigeelemente Oa und Cssgelegte Spannung nicht die Schwellenspannung V₁/, überschreitet. Die an die Elemente Oa und Css gelegten Spannungen sind in der F t g. 5 gezeigt

Wenn ein derartiger Arbeitsgang, wie er für das Anzeigeelement Os ausgsführt wurde, aufeinanderfolgend für jedes der vorbestimmten Anzeigeelemente ausgeführt und so schnell wiederholt v/ird, daß ein Flimmern nicht beobachtet wird, kann auf der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ein gewünschtes Bild erhalten werden. Jedes Anzeigeelement verändert an jedem Schnittpunkt der X-Elektroden 12 und der ^-Elektroden 13 die Transparenz mit dem Wechsel des Zeitintervalls T₂, der mit einem Wechsel des Bildsignals variiert, so daß ein gewünschtes Bild auf der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gebildet wird.

Jede andere Anordnung kann dann an Stelle der

ersten Einrichtung 8 verwendet werden, wenn sie solche X-Adressenimpulse, wie sie in Fig.4 gezeigt sind, an eine mittels eines von dem Signalgenerator 7 erzeugten X-Adressensignals adressierte X- Elektrode liefert.

Jede andere Anordnung kann für die zweite Einrichtung 9 an Stelle einer Anzahl von mit jeder V-Elektrode verbundenen K-Steuersendern verbunden werden, solange die Anordnung solche Signale, wie sie in den Fig.4 und 5 gezeigt sind, an eine gelegte V-EIektrode liefert.

Jede andere Anordnung kann für den Signalgenerator 7 verwendet v/erden, solange diese Anordnung ein X-Adressensignal und ein mit letzterem synchronisiertes Bildsignal erzeugt.

Aus der Darstellung in F i g. 5 geht hervor, daß, selbst wenn die Phasendifferenz q>\ — gn in einem Bereich von —π bis π— der Wert Null ausgenommen — geändert wird, ähnliche Ergebnisse erhal-n werden. In der obigen Darstellung wird das Verfahren der Adressierung eines Elements in einem Zeitpunkt verwendet, wobei nur ein Anzeigeelement in einem Zeitpunkt adressiert wird. Es können jedoch auch andere Adressierverfahren verwendet werden, wie z.B. das Verfahren des Adressierens einer Linie in einem Zeitpunkt, wobei alle Anzeigeelemente auf einer X-EIektrode in einem Zeitpunkt adressiert werden.

Die Wellenform des .A'-Adressen-Signals und des y-Signals ist nicht auf die rechteckförmige Wellenform beschränkt, die in der obigen Illustration verwendet worden ist. Andere Wellenformen, wie z. B. sinusförmige oder dreieckförmige Wellenformen können Anwendung finden. Für den Fall der sinusförmigen oder dreieckförmigen Wellenform beträgt ein erhaltener Scheitelwert weniger als 3 V, außer wenn die Phasendifferenz φ\ — φι~±π ist. Wenn aber die Amplitude und die Phasendifferenz derart vorgesehen werden, daß der Scheitelwert die Schwellenspannung V₁/, überschreitet, können ähnliche Ergebnisse wie im Fall der rechteckförmigen Wellenform erhalten werden.

Die Amplitude V_x des A"-Adressenimpulses ist doppelt so groß wie die Amplitude V_y des y-Signals, wie in F i g. 4 gezeigt ist. Es hat sich aber bei einem noch später beschriebenen Versuch mit einem Flüssigkristall Ln gezeigt, daß, «slbst wenn eine dreimal so große Amplitude wie die VyAmplitude des V-Signals verwendet wird, Bilder erhalten werden können, obgleich der Kontrast sehr schwach ist. Daher ist das Verhältnis der Amplitude V_x und V_y nicht von so entscheidender Bedeutung. Obgleich der Amplitudenmittelwert V_svx des X-Adressenimpulses sowie der Amplitudenmittelwert Vary des V-Signals gleich den Erdpotential sind, wie in F i g. 4 dargestellt ist, sind sie nicht auf das Erdpotential beschränkt. Es ist möglich, einen ^-Adressenimpuls, dessen Amplitudenmittelwert ungleich dem Erdniveau ist. d. h. eine durch eine Gleichspannung V_avx vorgespannte Wechselspannung, und ein y-Signal, dessen Amplitudenmittelwert V_avy ungleich dem Erdniveau ist, d. h. eine durch eine Gleichspannung V_avy vorgespannte Wechselspannung V_avy zu verwenden, solange die Amplitudenmittelwerte V_avx und V_avy im wesentlichen gleich sind. Es hat sich an einem Versuch herausgestellt, daß, selbst wenn eine Spannungsdifferenz zwischen V„_vx und Vavy besteht, Bilder erhalten werden können, außer wenn die absolute Spannungsdifferenz /V_an— V_nvyj20% der Amplitude V_y des y-Signals überschreitet. In der Praxis ist es gängig, Stromkreise so auszulegen, daß die Amplitudenmittelwerte Vocoder Kleine andere Höhe

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als das Erdpotential aufweisen.

Für einen Schriftzeichenanzeiger wird der Zeitintervall 7J, währenddessen die Phase φι der Wechselspannung des V-Signals auf die Phase qn geschaltet wird, konstant gehalten, weil Halbtöne nicht gefordert werden. Daher kann der Stromkreis eines jeden V-Steuersenders, der V-Signale erzeugt, im Falle der Schriftzeichenanzeige vereinfacht werden.

Bisher sind Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen der lichtdurchlässigen Art beschrieben worden. Es kann sich jedoch auch um eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit matrixförmig angeordneten Anzeige-Elektroden der lichtreflektierenden Art handeln, bei denen nur X-E!ektrodenelemente oder nur V-Elektrodenelemente lichtreflektierend sind. In F i g. 1 muß der Betrachter, für den Fall, daß das A'-EIektrodenelement lichtreflektierend ist, von der Seite der Lichtquelle aus das Feld sehen, und für den Fall, daß das K-Elektrodenelement lichtreflektierend ist, muß die Lichtquelle auf die Seite des Betrachters gebracht werden. Die bisher beschriebene Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist mit matrixförmig angeordneter) bandförmigen X- und Y-Elektroden versehen. Es können jedoch auch andere Elektrodenformen verwendet werden, um unterschiedlich geformte Anzeigeelemente zur Darstellung einer Vielzahl der gewünschten Bildmuster bilden zu können. Zum Beispiel kann ein hinlänglich bekanntes siebensegmentiges. alphanumerisches Anzeigefeld hergestellt werden.

Flüssigkristalle, die die in F i g. 2 gezeigten elektrooptischen Eigenschaften aufweisen, und in der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet wurden, waren z. B.:

Lw Nematische Flüssigkristalle, die eine negative dielektrische Anisotropie aufweisen.

Lr- Cholesterinartige Flüssigkristallmischungen.

L₃: Flüssigkristaümischungen aus einem nematischen Flüssigkristall, der eine positive dielektrische Anisotropie aufweist, und einem cholesterinartigen Flüssigkristal!.

U: Flüssigkristallmischungen aus einem nematischen Flüssigkristall mit einer negativen dielektrischen Anisotropie, einem nematischen Flüssigkristall mit einer positiven dielektrischen Anisotropie und einem cholesterinartigen Flüssigkristall.

Ein nematischer Flüssigkristall, der als KInsse L\ klassifiziert worden ist, ist eine organische Verbindung mit einem Molekulardipolmoment senkrecht zu ihrer jangen Molekularachse. Typische, die Klasse L\ darstellende Verbindungen sind Anisaladine, ρ,/j'-Dialkoxyazoxybenzol, p-Alkoxybenzyliden-p'-Acyioxyanilin und p-Alkoxybenzyliden-p -aikylanilin. Diese Flüssigkristalle sind bekannt, eine sogenannte dynamische Streuung aufzuweisen, wenn sie einem elektrischen Feld bei niedriger Frequenz oder einem elektrischen Gleichstromfeld zwischen zwei lichtdurchlässigen Elektroden unterworfen werden. Der zwischen den beiden lichtdurchlässigen Elektroden geschichtet angeordnete nematische Flüssigkristall (Li) ist verhältnismäßig lichidurchlässig, weist aber durch lonenfluß verursachte Streuung auf, wenn eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung niedriger Frequenz oberhalb einer Schwellenspannung Vu, angelegt wird. Eine Beziehung zwischen der Frequenz und der Schwellenspannung ist für Flüssigkristalle (Phy. Rev.-Briefe, 25, [1970]) gemessen worden. Für Flüssigkristalle ist die Schwellenspannung Vih bei einer Frequenz unterhalb der kritischen Frequenz f_c gering und ungefähr 5 bis 6 Volt unabhängig von dem Abstand zwischen den Elektroden. Bei einer Frequenz oberhalb der kritischen Frequenz f_c zeigt der Flüssigkristall Lichtstreuung, die nicht durch lonenfluß, sondern durch dielektrische Deformation verursacht wird. In diesem Fall wird die Schwellenspannung hoch, und zwar ungefähr 200VoIt bei einer Entfernung von ΙΟΟμπι zwischen den Elektroden. Für

ίο den Fall, daß die niedrige Schwellenspannung bei niedriger Frequenz bei der Erfindung verwendet wird, sollte die Frequenz des X-Adressenimpulses und des V-Signals unterhalb der kritischen Frequenz sein. Für den Fall, daß eine hohe Schwellenspannung bei hoher Frequenz bei der Erfindung verwendet wird, sollte die Frequenz des -Y-Adressenimpulses und des V-Signals über der kritischen Frequenz liegen.

Typische Flüssigkristalle, die in der Klasse L2 klassifiziert sind, sind cholesterinartige Flüssigkristallmischungen bestehend aus Cholesterylchlorid und den anderen Cholesterinderivaten, z. B. eine cholesterinartige Flüssigkristallmischung bestehend aus Cholesterylchlorid, Cholesteryl-Pelargonsalz und Cholesteryl-OIeylkarbonat. Derartige cholesterinartige Flüssigkristalle weisen eine Schwellenspannung auf, oberhalb der die cholesterinartige Phase in die nematische Phase übergeht. Dieser Phasenübergang kann mit bloßem Auge beobachtet werden, jedoch nicht deutlich. Der Phasenübergang kann hingegen deutlich beobachtet werde", d. h. mit einer hohen Kontrastauflösung, wenn gekreuzte Polarisationsprismen verwendet werden. Dieser Phasenübergang kann sowohl durch Gleich- als auch durch Wechselspannung, die an den cholesterinartigen Flüssigkristall gelegt wird, induziert werden. Die nematische, von einer Gleich- oder einer Wechselspannung induzierte Phase kann über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden, wenn eine Gleich- oder Wechselspannung unterhalb der Schwellenspannung fortbesteht, nachdem die Gleich- oder Wechselspannung für eine Erregung abgeschaltet worden ist. Dieser Effekt ist zur Erzeugung eines flimmerfreien Bildes bei Verwendung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung geeignet, weil eine Wechselspannung unterhalb der Schwellenspannung immer an die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung gelegt ist.

Die in der Klasse L₃ klassifizierten Flüssigkristallmischungen sind Mischungen eines nematischen Flüssigkristalls mit einer positiven dielektrischen Anisotropie und einem cholesterinartigen Flüssigkristall. Ein nematischer Flüssigkristall mit einer positiven dielektrischen Anisotropie ist eine organische Verbindung mit einem molekularen Dipolmoment parallel zu ihrer langen Molekularachse. Typische, die nematischen Flüssigkristalle mit einer positiven dielektrischen Anisotropie darstellende Verbindungen sind p-Alkoxybenzyliden-p zyananilin, p-Zyanbenzyliden-p-alkoxyanilin, p-Alkoxybenzyliden-p'-aminoazobenzol und /7-Alkyl-p-zyanbenzyliden-p'-aminozinamat. Flüssigkristallmischungen der Klasse L₃ weisen auch eine cholesterinartige Phase auf.

Jedoch ist die Erscheinung der cholesterinartigen Phase von L₃ verschieden zu den gängigen Mischungen der cholesterinartigen Flüssigkristalle, wenn Gleich- oder Wechselspannung, die an die Flüssigkristallmischungen zwischen zwei lichtdurchlässigen Elektroden gelegt ist, gesteigert wird. Die Flüssigkristallmischung zwischen zwei lichtdurchlässigen Elektroden ist verhältnismäßig lichtdurchlässig bevor eine Gleich- oder Wechselspannung daran gelegt wird. Sie wird lichtundurchlässig,

wenn eine deich- oder Wechselspannung angelegt wird, und der lichtundurchlässige Zustand bleibt erhalten, bis die Spannung eine Schwellenspannung erreicht. Oberhalb der Schwellenspannung wird der lichtundurchlässige Zustand in einen lichtdurchlässigen Zustand überführt.

Flüssigkristalle der Klasse Lj weisen einen ähnlichen Vorteil wie die cholesterinartige Flüssigkristalimischung der Klasse L₂ auf, indem die Abfallzeit verlängert wird, wenn eine Wechselspannung unterhalb der Schwellspannung quer über die Flüssigkristallmischung besteht. Da die Schwellenspannung unterhalb der für eine Verlängerung der Abfallzeit geforderten Schweilenspannung immer in der gemäß der Erfindung verwendeten Steueranordnung existiert, können flimmerfreie Bilder durch Verwendung der Flüssigkristalimischung der Klasse Lz nach der Erfindung erzielt werden. Eine Frequenz oberhalb von ungefähr 10 Hertz ist wirksam bei Verlängerung der Abfallzeit. Natürlich kann nicht nur eine Flüssigmischung, die aus einem nematischen Kristall mit einer positiven dielektrischen Anisotropie und aus einem cholesterinartigen Flüssigkristall besteht, in der Flüssigkristalimischung X-K-Matrix-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden, sondern auch eine Fiüssigmischung bestehend aus einer Anzahl nematischer Flüssigkristalle mit einer positiven dielektrischen Anisotropie und einer Anzahl cholesterinartiger Flüssigkristalle, weil diese ähnliche elektrooptisehe Eigenschaften aufweisen.

Die in der L₄-KIaSSe klassifizierten Flüssigkristallmischungen haben ähnliche elektrooptisehe Eigenschaften wie die Flüssigkristallmischungen der Klasse L₃. Jedoch weist ein Flüssigkristall der Klasse L₃ Vorteile der Stabilität gegen Verfestigung bei Betrieb unter Raumbetrieb und ein schnelles Ansprechen auf, d.h. eine kurze Anstiegszeit. Eine bessere Leistungsfähigkeit kann bei Verwendung der Flüssigkristalle der Klasse La in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung erhalten werden. Eine beispielhafte Flüssigkristalimischung, die die Klasse U darstellt und bessere Leistungsfähigkeit aufweist, wird nachfolgend beschrieben. Sie besteht aus zwei nematischen Flüssigkristallen mit positiver dielektrischer Anisotropie (30 Molprozent des D-n-Butoxybenzyliden-p'-zyananilin und 18 Molprozent des p-n-Oktoxybenzyliden-p'-zyananilin), einem nematischen Flüssigkristall mit negativer dielektrischer Anisotropie (47 Molprozent eines ^Methoxybenzyliden-p'-n-butylanilin) und einem cholesterinartigen Flüssigkristall (5 Molprozent eines Cholesterin-oleylkarbonats). Diese Flüssigkristallmischung weist eine Flüssigkristallphase bei Raumtemperatur auf und ist verhältnismäßig lichtdurchlässig zwischen zwei lichtdurchlässigen Elektroden mit einem Abstand von 30 μπι vor Anlegen einer Wechselspannung daran. Sie wird Kchtundurchlässig, wenn eine Wechselspannung einer rechteckförmi gen Wellenform angelegt wird, und der lichtundurchlässige Zustand wird aufrechterhalten, bis die angelegte Spannung einen Schwellenspannungswerf von 45 Volt erreicht. Oberhalb der Schwellenspannung von 45 Volt wird der iichtundurchlässige Zustand schnell in lichtdurchlässigen Zustand übergeführt. Wenn die angelegte Wechselspannung von einer Spannung oberhalb der Schwellenspannung vermindert wird, wird die Flüssigkristalimischung unterhalb der Schwellenspannung von 45 Volt wieder lichtundurchlässig, und der lichtundurch-IaSsI₆; Zustand wird selbst dann erhalten, wenn die angelegte Wechscisp?.".^!!;' sKsreschaltet wird. Der lichtundurchlässige Zustand bleibt rnci::jre VV^tieu ohne angelegte Spannung erhalten. Ähnliche elektrooptische Eigenschaften können durch Verwendung einer Gleich· oder Wechselspannung sinusförmiger Wellenform oder anderer Wellenform erzielt werden.

Die Anstiegszeit ist ungefähr 30 MiiliseKUr'it:.;, .'<"" die Amplitude der plötzlich angelegten Wechselspannung mit einer rechteckförmigen Wellenform 135 Vc'' (45 mal 3 Volt) beträgt. Die Abfallzeit wird durch die Amplitude einer Vorspannung unterhalb der Schwellenspannung von 45 Volt gesteuert. Diese Wechselvorspannung besteht immer an der Flüssigkristalimischung in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. Eine Abfallzeit größer als 10 min kann bei Vorhandensein einer Wechselvorspannung mit einer Amplitude von 44 Volt, rechteckförmiger Wellenform und einer Frequenz von 100 Hz erhalten werden, obgleich die Abfallzeit ohne irgendeine Vorspannung 20 Millisekunden beträgt. Eine Gleichvorspannung kann ebenfalls die Abfallzeit verlängern, aber die verlängerte Abfallzeii beträgt im Höchstfall ungefähr 10 Millisekunden.

Wenn die oben angeführte beispielhafte Flüssigkristalimischung in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet wird, ist der Einsatz von mehr als wenigstens zehntausend Anzeigeelementen (100 X-Elektroden und 100 Y-Elektroden) möglich, obgleich die Adressiergeschwindigkeit gering ist.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung weist wegen des Wechselspannungsbetriebs lange Lebensdauer auf, ist frei von Flimmern und erzeugt deutliche, starke Kontraste aufweisende Bilder.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit matrixförmig angeordneten X- und y-Anzeige-Elektroden, von denen eine oder mehrere lichtdurchlässig sind, mit einer den Raum zwischen den Elektroden ausfüllenden Flüssigkristallschicht, die bei Wechselstrombetrieb eine Schwellenspannung aufweist, oberhalb der sie eine Veränderung in der Transparenz zeigt, mit einem Signalgenerator zur Erzeugung von X-Adressensignalen und mit zu diesen synchronen Bildsignalen, mit einer erste·!, mit dem Signalgenerator und jeder X-Elektrode gekoppelten Steuereinrichtung, die jeder einzelnen X-Elektrode, die von einem der von dem Signalgenerator erzeugten X-Adressensignale adressiert ist, einen X-Adressenimpuls in Form einer Wechselspannung mit verbestimmter Frequenz und Phasenlage und voi bestimmten Spannungsmittelwert zuführt, mit jeiner zweiten, mit dem Signalgenerator zur Erzeugung von V-Signalen in Form einer Wechselspannung mit einem Spannungsmittelwert gekoppelten Einrichtung, die an jede V-Eiektrode jeweils ein K-Signal liefert, wobei die Anzeigeelemente sich in der Transparenz mit der Veränderung des von dem Bildsignal gesteuerten Zeitintervalls des K-Signals „ verändern, so daß ein gewünschtes Bild auf der Flüssigkristallschicht der Matrixanordnung erscheint, dadurch gekennzeichnet, daß der A'-Adressenimpuls eine Steuerwechselspannung mit einer ersten Zeitdauer (Ti) ist und das K-Signal die gleiche Frequenz wie der A"-Adressenimpuls aufweist, daß das V-Signal mit dem -Y-Adressenimpuls phasengleich, während des ,nit einer Veränderung bei dem entsprechenden Bildsignal veränderbaren Zeitintervalle (Tj) die Phasenlage jedoch veränderbar ist, wobei die Amplitude (V_y) des K-Signals (F i g. 4) nicht höher als die Schweilenspannung (V,/,) der Flüssigkristallschicht, jedoch größer als ein Drittel dieser und angenähert gleich der Hälfte der Amplitude (V_x) des X-Adressenimpuises ist und wobei der Spannungsmittel wert (V_avy) des K-Signals im wesentlichen gleich dem Spannungsmittelwert (V_an) des X-Adressenimpulses ist.
2. Flüssigkeitskristall-A^--y-Matrix- Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der X-Adressenimpuls und das K-Signal rechteckförmige Wellenform aufweisen.
3. Flüssigkeitskristall-A"- y-Matrix- Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform des X-Adressenimpulses und des V-Signals sinusförmig ist.
4. Flüssigkeitskristalj-X- V-Matrix-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenz φ\~φι zwischen der Phase φ\ und der Phase φι gleich ± ^r ist.