DE2504764A1

DE2504764A1 - Verfahren zum steuern einer optischen kenngroesse und dieses anwendende analoganzeige

Info

Publication number: DE2504764A1
Application number: DE19752504764
Authority: DE
Inventors: Joseph Borel; Bruno Dargent; Guy Labrunie; Jacques Robert
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1974-02-06
Filing date: 1975-02-05
Publication date: 1975-08-07
Also published as: NL7501084A; GB1496576A; US3995939A; NL182348B; JPS50110796A; FR2279123B1; NL182348C; FR2279123A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer optischen Kenngröße eines Werkstoffs und eine Analoganzeige zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung ist anwendbar in der Optoelektronik und insbesondere bei der Steuerung von Flüssigkriställ-Zellen, die insbesondere als elektrisch-optische Informationswandler verwendet werden, bei der Echtzeit-Verarbeitung optischer Bilder, bei der Erzeugung von insbesondere beim Farbfernsehen verwendbaren Farbfiltern und bei der Analogdarstellung. " '

Wenn die Erfindung auch auf beliebig geformte und bemessene Werkstoffe anwendbar ist, so betrifft sie insbesondere die Folge- oder Se-

410-(B52l8.3)-Me-r (8)

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quenzsteuerung mehrerer in einer Matrix angeordneter Zonen, die zwischen einem System aus gekreuzten Bändern, einem sog. Kreuzschienensystem oder -verteiler oder Koordinatenwähler angeordnet sind. Derartige Verteiler enthalten eine erste Schar mit ρ parallelen Steuerzeilen und eine zweite Schar mit q parallelen Steuer spalten, wobei sich Zeilen und Spalten kreuzen und eine Zone x.y. des Werkstoffes durch den Schnittbereich zwischen der Spalte x., mit i = ganzzahlig und 1 - i - q und der Zeile y., mit j = ganzzahlig und 1 - j ^p, definiert ist. Die von den Zeilen und Spalten gebildeten Bänder oder Schienen sind so ausgebildet, daß sie die zur Erregung oder Anregung des Werkstoffs geeigneten Signale übertragen können.

' I

Herkömmliche Vorrichtungen dieser Art verwenden beispielsweise als empfindlichen Werkstoff einen Flüssigkristallfilm bzw. eine -schicht, deren Anregung elektrisch erfolgt. Die Erfindung ist insbesondere auf derartige Vorrichtungen gut anwendbar, jedoch auch ganz allgemein auf alle Kreuzschienenverteiler, die einen Werkstoff verwenden, bei dem eine optische Kenngröße mittels irgendeiner Erregung oder Anregung verändert oder modifiziert werden kann. Diese Anregung kann elektrisch erfolgen, wie bei Flüssigkristallen, aber auch magnetisch, thermisch, elektronisch usw. Der Werkstoff kann ein Körper sein, der fest oder flüssig, amorph oder kristallin ist. Die optische Kenngröße kann sein eine Opazität, eine Brechzahl, eine Transparenz, eine Absorption, eine Diffraktion oder Beugung, eine Diffusion oder Streuung, eine Konvergenz, ein Drehvermögen, eine Doppelbrechung, eine. Intensität der Reflexion in einem bestimmten Raumwinkel usw.

Neben den Flüssigkristallen können als verwendbare Werkstoffe

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ζ. B. Kristalle wie Kadmiumsulfid angegeben werden, die ein Absorptionsband aufweisen, dessen Front- oder Vorderseite durch Wärmewirkung verschiebbar ist. In diesem Fall ist die steuerbare optische Kenngröße die Lichtabsorption und die Anregung eine Erwärmung. Es kann auch der Fall angeführt werden, bei dem die optische Kenngröße die von einer verformbaren Membran zurückgeworfene Lichtstärke oder -intensität ist, wobei die Anregung eine elektrostatische Kraft ist.

Zahlreiche Verfahren zur Binärsteuerung einer optischen Kenngröße eines in einer Vorrichtung, wie einem Kreuzschienenverteiler, angeordneten Werkstoffs wurden bereits entwickelt.. Im Fall z. B. einer. Flüssigkristall-Zelle, deren Anregung elektrisch ist, gibt es die folgenden herkömmlichen Verfahren. Eines besteht im Anlegen eines Votentials +V/2 an die Zeile y. und eines Potentials -V/2 an die Spalte x., wobei die anderen Schienen oder Bänder an Masse liegen. Die Potentialdifferenz zwischen den Schienen an der Stelle x. und y. beträgt deshalb V. Aber die der sensibilisierten oder empfindlich gemachten Stelle benachbarten Zonen sind ebenfalls einer Potentialdifferenz von in diesem Fall V/2 unterworfen. Dieses Verfahren führt nachteilig zu einem schwachen Kontrast zwischen der sensibilisierten Stelle und seinen benachbarten Stellen.

Um den Kontrast zu erhöhen, können die Schienen x. und y. an die Potentiale - 3 V/2 bzw. + 3 V/2 gelegt werden und die anderen Spalten an das Potential +V/2 und die anderen Zeilen an das Potential - V/2. Die Zone oder die Stelle x.y. unterliegt nun einer Spannung von 3 V und die benachbarten Zonen oder Stellen unterliegen nur einer Spannung V.

Diese Steuerverfahren führen jedoch nachteilig zu Sammel- oder

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Speicherwirkungen in den Zonen, die den adressierten oder angesteuerten benachbart sind. Diese Wirkung ist von einer Stelle zur anderen unterschiedlich und abhängig von den Bildern, die vorhergehend angesteuert oder adressiert waren. Ein herkömmliches Steuerverfahren macht diese Speicherung unabhängig vom dargestellten Bild. Dazu werden an die Spalte x. ein Signal A und an die anderen Spalten ein Nullsignal angelegt und parallel an den Zeilen y. Signale A in Phase oder Gegenphase zum Signal A angelegt, je nachdem, ob das logische Signal "0" oder "1" angezeigt werden soll. Wenn der Werkstoff so ausgebildet ist, daß der Wert der optischen Kenngröße eine gerade Funktion der Anregung ist, kann gezeigt werden, daß die Speie her wirkung konstant ist, unabhängig vom reproduzierten oder wiedergegebenen Bild.

Das letztere, meist verwendete Verfahren erlaubt nur die Darstellung binärer Signale, z. B. Weiß und Schwarz. Wenn die Stärke oder Intensität des dargestellten Signals veränderbar sein soll, z. B. wenn verschiedene Graupegel oder -stufen darstellbar sein sollen, muß die Größe der an die Zeilen und Spalten angelegten Signale oder die Amplitude dieser Signale verändert werden. Dann aber werden die Speicherwirkungen von neuem veränderlich, abhängig vom dargestellten Bild.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, das die analoge Steuerung der optischen Kenngröße eines Werkstoffs ermöglicht, ohne auf die Amplitude oder die Dauer der Anregungs-Signale einzuwirken, wobei bei Anwendung auf einen Kreuzschienenverteiler ggf. die Speicherwirkungen unabhängig vom dargestellten Bild konstantgehalten werden sollen.

Die Aufgabe wird bei der Erfindung im wesentlichen gelöst durch

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Verwenden von Anregungs-Signalen, die eine PhasenverSchiebung oder einen Phasenunterschied gegeneinander besitzen, und durch Einwirken auf diese Phasenverschiebung zum Steuern oder Einstellen der Kenngröße des Werkstoffs auf den Sollwert, wobei die Amplituden und die Dauer der Anregungs-Signale auf bestimmte Werte eingestellt sind, abhängig von den besonderen Eigenschaften der verwendeten Vorrichtung .

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Steuern einer optischen Kenngröße eines Werkstoffs zwischen zwei Elektroden, die von periodischen Anregungs-Signalen mit dem Mittelwert Null gespeist werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anregungs-Signale mit gleicher Dauer und gleicher Frequenz, jedoch mit Phasenverschiebung gegeneinander angelegt werden, und daß zum Steuern der optischen Kenngröße die Phasenverschiebung geändert wird.

Bei einer Weitergestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Folgesteuern der optischen Kenngröße des Werkstoffs, der in einer Matrix und zwischen einer ersten Schar aus ρ parallelen Steuer zeilen und einer die Zeilen kreuzenden zweiten Schar aus q parallelen Steuerspalten Zonen bildet, und eine Zone x.y. durch den Werkstoffbereich gebildet ist, der von der Spalte x. und der Zeile y. definiert ist, mit i =

ι J ■

ganzzahlig und 1 ^ i ^ q und mit j = ganzzahlig und 1 - J -" P₁ wobei die Spalten und Zeilen die den Werkstoff anregenden Anregungs-Signale übertragen, ist es vorteilhaft, daß zum Steuern der optischen Kenngröße des Werkstoffs in der Zone x.y. auf einen Wert ein erstes Signal an die Spalte x. und an die anderen Spalten ein Nullsignal angelegt wird und ein zweites Signal mit dem ersten Signal gleicher Dauer und glei-

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eher Frequenz, jedoch mit Phasenverschiebung gegenüber dem ersten Signal an die Zeile y. angelegt wird, und daß auf die Phasenverschiebung zum Einstellen der optischen Kenngröße des Werkstoffs in der Zone x.y. auf einen Sollwert eingewirkt wird.

Wenn die Kenngröße des Werkstoffs eine gerade Funktion der Anregung ist, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Speicherung für alle Zonen des Bildes konstantzuhalten. Es kann an alle Zeilen, außer der Zeile y., ein Signal angelegt werden, das in Phase mit dem ersten Signal A ist, während der Gesamtanlagedauer des zweiten Signals A an der Zeile y.. Dadurch kann.zu einem Zeitpunkt nur an ei-

y j

ner Stelle eingeschrieben werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weitergestaltung des Folge- oder Sequenzsteuerverfahrens wird der Wert der optischen Kenngröße aller Zonen der gleichen Spalte x. simultan gesteuert durch simultanes Anlegen des entsprechenden zweiten Signals A an jede Zeile.

Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Eingangsgröße, die mittels der optischen Kenngröße des Werkstoffs dargestellt werden soll, quantisiert, und den η verwendeten Quantisierungspegeln oder -stufen entsprechen η diskrete Werte zwischen 0 und H der Phasenverschiebung zwischen den Anregungs-Signalen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden lediglich die diskreten Werte der Phasenverschiebung verwendet, was zu quantisierten Darstellungsstufen oder -werten führt.

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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann jedem Wert der darzustellenden Eingangsgröße eine Phasenverschiebung mittels eines analogen Amplituden-Phasen-Umsetzverfahrens zugeordnet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Analogdarstellung eine stetige Funktion der Eingangsgröße.

Die Erfindung betrifft auch eine Analoganzeige zur Durchführung des genannten Verfahrens, mit einer Darstellungs-Zelle aus einem zwischen zwei von periodischen Anregungs-Signalen beaufschlagten Elektroden angeordneten Werkstoff, der eine von der Anregung abhängige optische Kenngröße besitzt, und mit einer Zuführeinrichtung zum Zuführen der Anregungs-Signale an die Elektroden, das gekennzeichnet ist durch eine Anregungseinrichtung zum Abgeben der Anregungs-Signale mit gleicher Frequenz und gleicher Dauer, jedoch mit einer Phasenverschiebung, und eine Zuordnungseinrichtung, damit jedem Wert einer darzustellenden Eingangsgröße ein Wert der Phasenverschiebung entspricht.

Bei einer Analoganzeige mit mehreren in Matrix angeordneten Zonen zwischen einer ersten Schar aus ρ parallelen Steuerzeilen und einer dazu gekreuzten zweiten Schar aus q parallelen Steuerspalten, wobei eine Zone x.y. durch den Schnitt der Spalte x.. mit der Zeile y.

Π. ι ■ , - J

bestimmt ist, mit i = ganzzahlig und 1 ^ i ^ q und mit j = ganzzahlig und 1 ί j ί p, und mit einer an die Zeilen und die Spalten angeschlossenen Sequenz-Anregungseinrichtung, sind vorteilhaft:

eine Einrichtung zur Abgabe eines ersten periodischen Signals einer bestimmten Dauer, das folgegesteuert an den Zeilen anliegt,

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eine Einrichtung zum Erzeugen eines an die Spalte y. angelegten zweiten periodischen Signals mit dem ersten Signal gleicher Dauer, jedoch mit einer Phasenverschiebung gegenüber dem ersten Signal, und

eine Zuordnungseinrichtung, durch die jedem Wert einer darzustellenden Eingangsgröße ein Wert der Phasenverschiebung entspricht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist es bei dieser Anzeige vorzuziehen, wenn die Einrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals simultan ρ zweite Signale zum parallelen Anlegen an ρ Zonen einer Spalte x. erzeugt.

Bei dieser Weiterbildung und bei anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann die Anzeige sowohl eine Einrichtung zum Quantisieren des Eingangssignal und eine Einrichtung, die der Phasenverschiebung f j. die entsprechenden diskreten Werte gibt, als auch eine Einrichtung enthalten, um das Eingangssignal analog in eine Phasenverschiebung umzusetzen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 perspektivisch in Explosionsdarstellung eine Flüssigkristall-Zelle mit als Kreuzschienenverteiler angeordnete Elektroden,

Fig. 2 schematisch das Anregungsverfahren gemäß der Erfindung durch Angabe der verschiedenen an die Elektroden einer Zelle mit Kreuzschienenverteiler angelegten Spannungen,

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Fig. 3 zwei Kennlinien C ("F) des Kontrastes C abhängig von der Phasenverschiebung "f für zwei Werte der Zeilenzahl der Darstellungs-Zelle,.

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Steuerung einer Analoganzeige gemäß der Erfindung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Steuerung einer Analog anzeige.

Die Beschreibung erfolgt zur besseren Verständlichkeit anhand der Steuerung der Brechzahl eines Flüssigkristalls'unter Einwirkung eines angelegten elektrischen Feldes. Wie bereits ausgeführt, ist die Erfindung wesentlich allgemeiner anwendbar, jedoch sind Vorrichtungen mit Flüssigkristallen bekannt und werden viel verwendet, weshalb es zweckmäßig ist, die Beschreibung anhand dieses Beispiels durchzuführen. Als Flüssigkristall kann z.B. Methoxybenzyliden-butylanilin verwendet werden, das nematische Zellstruktur aufweist und im folgenden mit MBBA bezeichnet wird.

Die Fig. 1 zeigt eine Koordiriatenwähler- oder Kreuzschienenverteiler-Darstellungs-Zelle. Sie enthält zwei im wesentlichen lichtdurch-' lässige Wände 10, 11, die beiderseits eines Abstandsstücks 14 aus Isolierstoff angeordnet sind, das ein Volumen 16 bildet, das bei zusam- . mengebauter Zelle mit dem Werkstoff gefüllt ist, dessen optische Kenngröße gesteuert wird, z.B. mit einer Flüssigkristallschicht. Auf den Wänden 10 und 12 sind zwei Elektrodensysteme angeordnet, die jeweils aus einer Serie oder Schar paralleler, leitender, halb- oder teildurch-

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lässiger Bänder oder Schienen besteht, die mit x. für die Spalten und mit y. für die Zeilen bezeichnet werden. Die Nutzfläche des Flüssigkristalls ist auf diese Weise in ein Mosaik aus Zonen aufgeteilt, die den Überschneidungs- oder Schnittzonen der beiden Elektrodensysteme entsprechen, wobei jede Zone dem Schnitt zweier Bänder x., y. entspricht und durch die Benennung x.y. bezeichnet werden kann. Das Sensibilisieren einer Zone, d. h. das Steuern einer optischen Kenngröße des in dieser Zone enthaltenen Flüssigkristalls erfolgt durch Anlegen elektrischer Spannungen an die Elektroden x. und y., wodurch das Auftreten eines elektrischen Feldes innerhalb des Flüssigkristalls erreicht wird. Ein Bild kann auf der Gesamt-Zelle dargestellt werden durch dessen punktweise Bestimmung und durch Sensibilisieren der Zonen hintereinander gemäß dem üblichen Prinzip der Sequenz- oder Folgesteuerung.

Zum besseren Verständnis der -Erfindung sei kurz das Prinzip des bei einer Flüssigkristall-Zelle mit einem nematischen Flüssigkristall, z. B. dem MBBA, auftretenden Phänomens erläutert.

Das MBBA-MoleküI besitzt ein elektrisches Dipolmoment senkrecht zu seiner großen Achse. Wenn kein elektrisches Feld anliegt, sind die Wände der den Flüssigkristall enthaltenden Zelle, z. B. die Wände 10, 12 der in Fig. 1 dargestellten Zelle, so ausgeführt, daß die Moleküle senkrecht zu den Wänden sind. Das Anlegen eines elektrischen Feldes im Flüssigkristall verändert oder modifiziert die Ausrichtung des Dipolmoments und legt die Moleküle parallel zu den Elektroden um. Diese gemeinsame Ausrichtung der Moleküle erzeugt eine Doppelbrechung Δη in der Flüssigkristallschicht. Die Doppelbrechung

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hängt wie üblich von der Amplitude der angelegten Signale und von deren Dauer ab, hängt aber auch gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung von der Phasenverschiebung zwischen den angelegten Signalen ab, wie das weiter unten erläutert wird.

Um die Brechzahlen der verschiedenen sensibilisierten Zonen der Zelle auszulesen,, kann diese zwischen einem Analysator und einem Polarisator angeordnet werden, die schematisch durch die Bauelemente 17 und 18 dargestellt sind, die eine Brechzahlabweichung A.n, die einer Dicke d des Werkstoffs zugeordnet ist, in eine Licht-

2 /~
intensität proportional sin II A ηά/% umsetzt, mit λ = Wellenlänge der verwendeten Strahlung; die Polarisationsebenen des Polarisators und des Analysators sind gekreuzt un
Hauptachsen der Anzeige angeordnet.

und des Analysators sind gekreuzt und unter 45 zu den kritischen

Anders ausgedrückt, hängt die durch eine nematische Flüssigkristall-Zone wiedergegebene Doppelbrechung Δ η mit der an den Elektroden angelegten Potentialdifferenz V zusammen durch t

Δη = Δη exp (A V²) (l),

oo

mit Δ η = Wert der Doppelbrechung, die der Brown' sehen Wärmebewegting entspricht, "".,-*

A = Konstante, die vom verwendeten Flüssigkristall und der

Dauer der Anregungs-Impulse abhängt,

V = Summe der verschiedenen an eine Zone angelegten Spannungen während der Darstellung.

Die Fig. 2 erläutert schematisch das erfindungsgemäße Steuerver-

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— " 2 —

fahren. Die Fig. 2 zeigt schematisch q Spalten x. und ρ Zeilen y.. Um die Zone x.y. zu sensibilisieren, wird an die Spalte x. eine Spannung V und an die anderen Spalten eine Nullspannung angelegt. An die Zeilen y. werden Spannungen V . ( γ..) angelegt, die die gleiche Dauer und die gleiche Frequenz wie die Spannung V besitzen, die jedoch ihr gegenüber um den Wert der Phasenverschiebung $.. phasenverschoben sind.

Die Doppelbrechung Z± η des Flüssigkristalls in der Zone x.y. wird daher eine Funktion der Phasenverschiebung ψ., zwischen den an der Spalte x. und an der Zeile y. angelegten Anregungs-Spannung en.

Das bei einer solchen Anzeige verwendete Phänomen ist die gemeinsame oder Sammel-Kollektiv-Ausrichtung der Moleküle durch Wirkung eines elektrischen Feldes auf ihr Dipolmoment. Um jegliche Störung in der Flüssigkeit infolge von insbesondere Ionenübergängen zu vermeiden, soll die Anregungs-Spannung einen Mittelwert Null besitzen und eine Frequenz haben, die höher als die Relaxationsfrequenz der Ladungen in der Flüssigkeit ist. Die an die Elektroden angelegte Spannung kann deshalb eine rechteckförmige oder rechteckverwandte oder eine sinusförmige oder sinusverwandte Spannung sein.

Für Rechteck-Steuersignale mit den Amplituden V und V und mit einer relativen Phasenverschiebung -f wird die Doppelbrechung An eine Funktion von f , die sich aus der Gleichung 1 ableitet:

Δη (f ) = An₀₀ exp A [ (Υ_χ + V )² - γ Υ_χ V + (q-l) V ²] (2)

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Bei Sinus-Steuersignalen mit Effektivwerten V * und V nimmt die Gleichung der Doppelbrechung als Funktion der Phasenverschiebung "P die Form ans

An(f)= η exp Ap(V + V )² - 4sin² -j£- V V +Cq-I)V.²] (3) oo i· χ y 2 xvv

[2 7 A(q-l')V J vom

Anlegen der Spannung V an die Zeilen, unabhängig von ihrer Phase, und einer Nullspannung an die Spalten (nicht angesteuerte oder ausgewählte Spalten). Die Speicherwirkuncj ist die gleiche, unabhängig vom dargestellten Bild.

Wie sich aus der Gleichung (2) ergibt, die die Doppelbrechung abhängig von der Phasenverschiebung bei Rechteck-Steuersignalen angibt, ändert sich die Doppelbrechung zwischen einem Wert Δ η für f = O und einen Wert Δ η für ψ = K , deren Werte betragen ϊ

^n₁ = Δη exp [(V +V)² + (q-l) V² ] , (4)

1 OO ^L X y y J '

An₀ = Δη_οο exp [ (V -V)² + (q-l) V² ] . (5)

Bei einer zwischen einem Analysator und einem dazu gekreuzten Polarisator angeordneten Zelle entspricht die für ·?.. =0 erhaltene Doppelbrechung Δη der Darstellung einer leuchtenden oder hellen Zone und die für die Phasenverschiebung fi. = TT erhaltene Doppelbrechung Δη der Darstellung einer trüben oder dunklen Zone. Wenn der Darstellungskontrast als Verhältnis der Leuchtstärken oder -Intensitäten

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einer hellen Zone und einer dunklen Zone definiert ist, die als Beispiel genommen sind, so kann der Kontrast den Maximalwert C

max

annehmen, der beträgt;

max , ₂ ^ An₀ . , (6)

^sin "T"

(^s

wobei der Maximalkontrast von der Zeilenzahl ρ abhängt. Der Kontrast C ( ¹P ) für eine Zone beliebiger Helligkeit hängt dann von der Phasenverschiebung f ab mit:

. 2	T	An
	2	An₁
. 2 sm -	T	An₀

sin² -X-f^ . _c max ο Δη max

2 Δη

2^ Δη/

Für f = 0 wird A η ( f ) = An₁ und C ( f ) = C ,

1 max

und für f = ? wird Δ η ( f ) = Δη und C ( f ) = 1.

Auf diese Weise erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren das Steuern des Kontrastes einzig durch Einwirken auf die Phasenverschiebung, wobei die Amplituden und die Dauer der Anregungs-Signale konstantgehalten sind.

Die Amplituden und Dauern können mittels eines bekannten Verfahrens bestimmt werden (vgl. DT-OS 2 343 373). Gemäß diesem Verfahren werden zum Steuern der optisc hen Kenngröße an einer Stelle er-

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höhte Spannungen während begrenzter Zeit angelegt, wobei die Übergangsantwort des verwendeten Effekts berücksichtigt wird. Die Dauer und die Amplituden der Signale V und V können dann gemäß diesem Verfahren gewählt werden.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Anregungsverfahren hängt der eben

definierte Maximalkontrast C von der Spaltenzahl q ab. Der Kon

max

trast C (*f), der den Maximalwert C für Ψ = 0 annimmt, hängt des-

max

halb auch vom Parameter q ab oder anders ausgedrückt vom Wert C

^ ³ max

Die Fig. 3 zeigt Beispiele der Änderung des Kontrastes C abhängig von der Phasenverschiebung «f für zwei Werte des Maximalkontrasts. Die Werte entsprechen einer Anzeige mit 32 bzw. 16 Spalten, was zu einem Maximalkontrast von 20 bzw. 60 führt. Jede Kennlinie der Fig. 3 erlaubt deshalb die Bestimmung der Phasenverschiebung, die zwischen den Anregungs-Signalen der Zeilen und der Spalten verwendet werden muß bei einer Anzeige mit 32 oder 16 Linien, um einen bestimmten Kontrast zu erhalten.

Die Analoganzeige gemäß der Erfindung, die das Verfahren anwendet, enthält eine Anregungseinrichtung, die die Spannungen V und V oder allgemeiner die Signale A und A abgibt, deren Phasenverschie-

x y

bung *P mit der darzustellenden Eingangsgröße über eine Funktion abhängt, deren Veränderungen durch eine Kurve darstellbar sind, die der in Fig. 3 dargestellten analog ist.

Im folgenden seien zwei besondere Ausführungsbeispiele einer derartigen Anzeige erläutert, deren eines auf einer Quantisierung des dar"-"

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zustellenden Eingangssignals und deren anderes auf einer kontinuierlichen Analog um Setzung beruht. Bei den beiden Ausführungsbeispielen können die Erzeugereinrichtungen der Spannung V vorteilhaft Glieder zur gleichzeitigen oder simultanen Erzeugung der ρ Spannungen enthalten, durch die die ρ Zonen einer Spalte x. parallel angeregt werden. Die Blockschaltbilder der Anregungseinrichtung ist für die beiden Ausführungsbeispiele in den Fig. 4 bzw. 5 dargestellt.

In der Fig. 4 enthält die Zelle 20 z. B. vier Spalten χ , χ , χ ,

J. u O

χ und vier Zeilen y , y , y , y , die mit der Anregungseinrichtung

Jl dt ο 4

verbunden sind, die gebildet ist durch:

einen ein Bezugs-Signal an Ausgängen 24, 25 abgebenden Oszillator 22,

einen die Anlegefolge oder -sequenz der Anregungs-Signale bestimmenden Taktgeber 26,

einen vom Taktgeber 26 gesteuerten Sequenzgenerator 28, der das Bezugs-Signal über eine Verbindung 25 erhält und aufeinanderfolgend an seinen vier Ausgängen eine Spannung V bestimmter Dauer abgibt, deren Amplitude mittels mit den vier Spalten der Darstellungs-Zelle 20 verbundener Verstärker 30 einstellbar j ist,

einen Quantisierer 32 zum Quantisieren der darzustellenden Eingangsgröße G mit η Quantisierungsstufen entsprechend η Graustufen, der parallel Gruppen von vier Werten G., G₀, G_, G

1 <£ 3 4

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der Eingangsgröße G erhält, die gleichzeitig in den vier Zonen einer Spalte der Zelle 20 dargestellt werden sollen, wobei der Quantisierer 32 vier parallele Ausgänge 41, 42, 43, 44 mit jeweils η Verbindungen aufweist, wobei der Ausgang 41 die quantisierten Werte G überträgt, die in der Zeile y dargestellt werden sollen, der Ausgang 42 die quantisierten Werte G überträgt,

dt

die in der Zeile γ dargestellt werden sollen, usw.,

das Referenzsignal über die Ausgangs leitung 24 erhaltenden Phasenschieber <Ϋ , $, «P ... zur Abgabe von η-gegenüber dem Bezugs-Signal um η diskrete Werte zwischen 0 und H phasenverschobene Signale, wobei die η Werte der Phasenverschiebung mit den η Quantisierungsstufen verbunden sind, die den Quantisierer 32 mittels der Gleichung C" ( ⁴P ) bilden, die den an der Zelle 20 durch Phasenverschiebung zwischen den Anregungs-Signalen erhaltenen Kontrast verknüpft,

ein Steuerglied 50, das die von den Phasenschiebern *f ... γ abgegebenen η phasenverschobenen Signale parallel erhält, durch den Sequenzgenerator 28 gesteuert ist und simultan an η parallelen Ausgängen Spannungen V mit der Spannung V gleicher

y χ

Dauer abgibt,

ein Schaltglied 52 mit η parallelen Eingängen, mit vier Gruppen von η Steuer leitung en und mit vier parallelen Ausgängen, wobei = die η Eingänge mit den η Ausgängen des Steuergliedes 50 verbunden sind, wobei die vier Gruppen von η Steuer leitungen mit den Ausgängen 41 bis 44 des Quantisierers 32 verbunden sind und

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die vier Ausgänge mit jeweils einer der vier Zeilen y , y , y , y der Zelle 20 verbunden sind.

Die Funktionsweise dieser Einrichtung ist folgende: Durch Berücksichtigen der Eigenschaften des verwendeten Flüssigkristalls, der Geometrie der Zelle und der Spaltenzahl q der Zelle ist es möglich, daraus die Gleichung C ( f ) zu bestimmen, die den Kontrast mit der Phasenverschiebung zwischen den Anregungs-Signalen verknüpft. Ausgehend von der Gleichung werden die η Werte der Phasenverschiebung abgeleitet, die den zum Quantisieren des Maximalwerts der darzustellenden Eingangsgröße notwendigen η Quantisierungsstufen entsprechen. Der Sequenzgenerator 28 bestimmt die Anregungs-Signal-Dauer an den Spalten und mittels des Steuergliedes 50 die Dauer der an den Zeilen angelegten Signale. Die Verstärker 30 ermöglichen die Amplitudensteuerung der an den Spalten anliegenden Signale. Um an eine bestimmte oder gegebene Zeile der Zelle 20 die Spannung V anzulegen, die um den geeigneten Wert phasenverschoben ist, wird diese Zeile der Zelle 20 mit dem entsprechenden, geeigneten Ausgang des Steuergliedes 50 verbunden, und zwar über das Schaltglied 52. Das Schaltglied enthält z.B. Unterbrecher, die jede der Zeilen mit jedem der η Ausgänge des Steuergliedes 50 verbinden. Diese Unterbrecher sind in der Fig. 4 durch Feldeffekt-Transistoren dargestellt, können jedoch auch anders ausgeführt sein.

Jeder Eingangsgröße G , G , G oder G entspricht ein quantisiertes, am entsprechenden Ausgang des Quantisierers 32 abgegebenes Ausgangssignal, das z.B. von einem an einem der Endverbindungen des Ausgangs erscheinenden Signal gebildet sein kann, das den Transistor

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über den Toranschluß, an den es angelegt ist, leitend macht, wodurch die Zeile der Zelle mit dem geeigneten Ausgang des Steuergliedes 50 verbunden wird.

Offensichtlich ist die Anzahl der Bänder oder Schienen nicht auf beidemal vier begrenzt, sondern kann von beliebiger Zahl sein. Die Anzahl η der Quantisierungsstufen kann ebenso beliebig sein. Der Anmelder hat z. B. eine Anzeige entwickelt, bei der die Zelle 32 Zeilen und 32 Spalten besitzt, was einem Maximalkontrast C = 20 ent--"

max

spricht und bei dem der Quantisierer 32 mit 16 Quantisierungsstufen betrieben wird. Die 16 Werte der Phasenverschiebung werden mit Hilfe der Kurve C =20 gemäß Fig. 3 bestimmt. Für 16 gleichbeabmax

standete Stufen sind die jeweiligen Winkel werte der Phasenverschiebung »P s

180° - 141° - 119,5° - 104,1° - 92° - 82° - 73,1°■;- 65,2°- 57,9° - 51,1° - 44,4° - 37,9° - 31,5° - 24,3° - 15,9° - 0.

Selbstverständlich müssen die Stufen nicht unbedingt gleich beabstandet sein, und bei bestimmten Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn bestimmte Abstände gedehnt und andere zusammengezogen sind, wobei eine derartige Codierung beim Auslesen durch inverse Codierung kompensiert werden kann.

In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Anzeige gemäß der Erfindung dargestellt, bei der die Eingangsgröße analog behandelt oder verarbeitet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die Anzeige eine Darstellungs-Zelle 60 analog der Zelle 20 ge-

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maß Fig. 4, die ζ. B. ebenfalls vier Zeilen und vier Spalten aufweist. Die Anregungseinrichtung enthält:

einen ein Bezugs-Signal an seinen Ausgängen 64, 65 abgebenden Oszillator 62,

einen die Anlegesequenz der Anregungs-Signale bestimmenden Taktgeber 66,

einen vom Taktgeber 66 gesteuerten Sequenzgenerator 68, der das von dem Ausgang 65 übertragene Bezugs-Signal empfängt und aufeinanderfolgend an seinen vier Ausgängen Spannungen V bestimmter Dauer abgibt, deren Amplitude durch Verstärker 70 gesteuert ist, deren Ausgänge mit den vier Spalten der Zelle 60 verbunden sind,

eine Gruppe aus vier parallel geschalteten Phasenschiebern 71, 72, 73, 74, die das Bezugs-Signal vom Ausgang 64 erhalten und vier um geeignete Werte phasenverschobene Signale abgeben. Die Phasenschieber 71 bis 74 sind Analog-Phasenschieber, durch die jeder Eingangsgröße G , G₀, G , G Phasenverschiebungen «f , •P_, /g f entsprechen, die analog der Größe G über die Gleichung C ( / ) miteinander verknüpft sind,

vier parallel geschaltete Steuerglieder 81, 82, 83, 84, die durch den Sequenzgenerator 68 synchronisiert sind, die von den Analog-Phasenschiebern 71 bis 74 erhaltenen phasenverschobenen Signale empfangen und an ihren Ausgängen vier Spannungen V abgeben,

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deren Dauer gleich der der Spannung V ist. Die Ausgänge sind mit den vier Zeilen y , y , y , y der Zelle 60 verbunden.

Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels ergibt sich unmittelbar aus der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. mit dem Unterschied, daß die geeignete Phasenverschiebung zwischen den Anregungs-Spannungen durch die Phasenschieber 71 bis 74 bestimmt ist.

Bei den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen können die Taktgeber 26 bzw. 66 durch die Oszillatoren 22 bzw. 62 synchronisiert sein, wie das durch die die beiden Bauteile verbindenden Strichlinien dargestellt ist, und die Sequenzgeneratoren 28 bzw. können durch Schieberegister gebildet sein.

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Claims

Patentansprüche

1 .J Verfahren zum Steuern einer optischen Kenngröße eines Werkstoffs zwischen zwei Elektroden, die von periodischen Anregungs-Signalen mit dem Mittelwert Null gespeist werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Anregungs-Signale mit gleicher Dauer und gleicher Frequenz, jedoch mit Phasenverschiebung ("P) gegeneinander angelegt werden, und

daß zum Steuern der optischen Kenngröße die Phasenverschiebung (·? ) geändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Folgesteuern der optischen Kenngröße des Werkstoffs, der in einer Matrix und zwischen einer ersten Schar aus ρ parallelen Steuerzeilen und einer die Zeilen kreuzenden zweiten Schar aus q parallelen Steuerspalten Zonen bildet, und eine Zone x.y. durch den Werkstoffbereich gebildet ist, der von der Spalte x. und der Zeile y. definiert ist, mit. i = ganzzahlig und 1 ί i ί q und mit j = ganzzahlig und 1 * j ^" ρ, wobei die Spalten und Zeilen die den Werkstoff anregenden Anregungs-Signale übertragen,

dadurch gekennzeichnet,

daß zum Steuern der optischen Kenngröße des Werkstoffs in der Zone, x.y. auf einen Wert (C) ein erstes Signal (A ) an die Spalte x. und an

IJ X 1

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die anderen Spalten ein Nullsignal angelegt wird und ein zweites Signal (A ) mit dem ersten Signal (A ) gleicher Dauer und gleicher y x

Frequenz, jedoch mit Phasenverschiebung («f ) gegenüber dem ersten

Signal (A ) an die Zeile y. angelegt wird, und x J

daß auf die Phasenverschiebung ( f ) zum Einstellen der optischen.Kenngröße des Werkstoffs in der Zone x.y. auf einen Sollwert eingewirkt wird. '
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Kenngröße eine gerade Funktion der Anregung ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der optischen Kenngröße aller Zonen einer Spalte x. durch simultanes Anlegen des entsprechenden zweiten Signals (A ) an jede Zeile simultan gesteuert wird. - -
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Signale (A , A ) Rechtecksignale mit dem Mitteile y · ·

wert Null verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Signale (A , A ) Sinussignale mit dem Mittel—

^x y .

wert Null verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, ,

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daß als Werkstoff eine Flüssigkristallschicht verwendet wird, bei der eine optische Kenngröße vom an sie angelegten elektrischen Feld abhängt, und

daß als Anregungs-Signale (A , A ) elektrische Spannungen verwendet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als optische Kenngröße eine Doppelbrechung des Flüssigkristalls verwendet wird, die durch gemeinsame Ausrichtung ihrer Moleküle hervorgerufen wird.
9. Steuerverfahren einer Kreuzschienenverteiler-Analoganzeige mit einer Zonen-Matrix, bei dem eine optische Kenngröße gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 gesteuert wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß die folgenden Betriebsschritte durchgeführt werden, damit die in der Zone x.y. dargestellte Kenng]
tes (G) einer Eingangsgröße ist:

der Zone x.y. dargestellte Kenngröße (C) eine Analogfunktion des Wer-

Teilen der möglichen Maximal-Amplitude der Eingangsgröße in η Quantisierungsstufen ,

Bestimmen von η diskreten Werten der Phasenverschiebung (*f ) zwischen 0 und Jl entsprechend den η Quantisierungsstufen, abhängig von einer Gleichung (C {$ )), die den Wert der Kenngröße (C) des Werkstoffs mit der Phasenverschiebung (^) zwischen den Anregungs-Signalen (A , A ) verknüpft,

• χ y

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Bilden von um die η Werte der Phasenverschiebung ( ¹P ) phasenverschobenen η zweiten Signalen (A ), ausgehend von einem ersten periodischen Referenz-Signal (A),

Bestimmen eines gegenüber dem Referenz-Signal (A ) um den geeigneten Wert ( ¹P) phasenverschobenen zweiten Signals (A ) für jeden Wert (G) der Eingangsgröße, das der Zeile y. zugeführt wird,, und

Zuführen des Referenz-Signals (A ) zur Spalte x..

Xl
10. Steuerverfähren einer Kreuzschienenverteiler-Analoganzeige mit einer Zonen-Matrix, bei dem eine optische Kenngröße gem äß dem Verfahren nach Anspruch 1 gesteuert "wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß die folgenden Betriebsschritte durchgeführt werden, damit die in der Zone x.y. dargestellte Kenngröße (C) eine Analogfunktion des Werts (G) einer Eingangsgröße ist:

Erzeugen eines ersten periodischen Referenz-Signals (A ),

Erzeugen eines gegenüber dem Referenz-Signal (A ) um einen durch eine Gleichung (C (f )) bestimmten Wert der Phasenverschiebung {-γ) phasenverschobenen zweiten Signals (A (<P)) für jeden Wert (G) der Eingangsgröße, wobei die Gleichung (C («f )) den Wert (G) der Kenngröße (C) des Werkstoffs mit der Phasenverschiebung, (■f) zwischen den Anregungs-Signalen (A , A ) verknüpft,

χ y ·

Anlegen des Referenz-Signals (A ) an die Spalte x.,

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Anlegen des zweiten Signals (A («f )) an die Zeile y..

y j
11. Analoganzeige zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Darstellungszelle aus einem zwischen zwei von periodischen Anregungs-Signalen beaufschlagten Elektroden angeordneten Werkstoff, der eine von der Anregung abhängige optische Kenngröße besitzt, und mit einer Zuführeinrichtung zum Zuführen der Anregungs-Signale an die Elektroden,

gekennzeichnet durch

eine Anregungseinrichtung zum Abgeben* der Anregungs-Signale (A , A ) mit gleicher Frequenz und gleicher Dauer, jedoch mit einer Phasenverschiebung ( ψ, <p..), und

eine Zuordnungseinrichtung, damit jedem Wert (G) einer darzustellenden ]
spricht.

!enden Eingangsgröße ein Wert der Phasenverschiebung ( ¹P , f..) ent-
12. Anzeige nach Anspruch 11 mit mehreren in Matrix angeordneten Zonen zwischen einer ersten Schar aus ρ parallelen Steuerzeilen und einer dazu gekreuzten zweiten Schar aus q parallelen Steuerspalten, wobei eine Zone x.y. durch den Schnitt der Spalte x. mit der Zeile y. bestimmt ist, mit i = ganzzahlig und 1 *= i ^ q und mit j = ganzzahlig und 1 - j - ρ, und mit einer an die Zeilen und die Spalten angeschlossenen Sequenz-Anregungseinrichtung,

gekennzeichnet durch

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eine Einrichtung zur Abgabe eines ersten periodischen Signals (A ) einer bestimmten Dauer, das folgegesteuert an den Zeilen anliegt,

eine Einrichtung zum Erzeugen eines an die Spalte y. angelegten zweiten periodischen Signals (A ) mit dem ersten Signal (A ) gleicher Dauer, jedoch mit einer Phasenverschiebung ( ¹P..) gegenüber dem

* U

ersten Signal (A ), und
χ

eine Zuordnungseinrichtung, durch die jedem Wert (G) einer darzustellenden Eingangsgröße ein Wert der Phasenverschiebung ( *£«■ ) entspricht.
13. Anzeige nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals (A ) simultan ρ zweite Signale (A ) zum parallelen Anlegen an ρ Zonen einer Spalte χ. erzeugt.
14. Anzeige nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungseinrichtung enthält;

einen ein Bezugssignal abgebenden Oszillator (22),

einen Taktgeber (26), der die Anlegesequenz der Anregungs-Signale

(A , A ) bestimmt,
x' y .

einen vom Taktgeber (26) gesteuerten Sequenzgenerator (28), der das Bezugs-Signal empfängt und aufeinanderfolgend an q Ausgängen ein erstes Signal (A ) bestimmter Amplitude und Dauer abgibt, wobei jeder der q Ausgänge mit einer der q Spalten der Anzeige verbunden ist, ·

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einen Quantisierer (32) zum Quantisieren der Eingangsgröße in η Quantisierungsstufen, der parallel Gruppen (G, G₀, G, G) von ρ Werten der simultan darzustellenden Eingangsgröße an den ρ Zonen der gleichen Spalte empfängt und der parallel ρ Gruppen (41, 42, 43, 44) mit je η Ausgängen enthält, wobei die Gruppe der Ausgänge mit dem Index (j) den quantisierten Wert der in der Zeile y. der Spalte x. darzustellenden Eingangsgröße überträgt,

das Bezugs-Signal empfangenden Phasenschieber ( f , f , f ... f ), die gegenüber dem Bezugssignal um η diskrete Werte zwischen O und H phasenverschobene η Signale abgeben, wobei die Werte der Phasenverschiebung (?) mit den η Quantisierungsstufen über die Gleichung (C (f)) verknüpft sind, die den Wert der Kenngröße (C) des Werkstoffs mit der Phasenverschiebung (f ) zwischen den Anregungs-Signalen (A , A )

χ y

verknüpft,

ein die η phasenverschobenen Signale parallel empfangendes Steuerglied (50), das vom Sequenzgenerator (28) gesteuert ist und das simultan an η parallelen Ausgängen zweite Signale (A ) mit dem Signal (A ) glei-

y χ

eher Dauer abgibt, und

ein Schaltglied (52) mit η parallelen Eingängen, mit ρ Gruppen von η Steuerleitungen und mit ρ parallelen Ausgängen, bei dem die η Eingänge die η Werte des durch die η Ausgänge des Steuerglieds (50) abgegebenen zweiten Signale (A ) empfangen, die ρ Gruppen von η Steuerleitungen mit den ρ Gruppen (G₁, G₂, G , G₄) von η Leitungen des Quantisierers (32) der Eingangsgröße verbunden sind, und jeder der ρ Ausgänge mit einer der ρ Zeilen der Anzeige verbunden ist (Fig. 4).

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-
15. Anzeige nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch ge- ■ kennzeichnet, daß die Anregungseinrichtung enthält:

einen ein Bezugs-Signal abgebenden Oszillator (62),

einen Taktgeber (66), der die Anlegesequenz der Anregungs-Signale bestimmt,

einen vom Taktgeber (66) gesteuerten Sequenzgenerator (68), der das Bezugs-Signal empfängt und aufeinanderfolgend an q Ausgängen ein erstes Signal (A ) bestimmter Amplitude und Dauer abgibt, wobei jeder der q Ausgänge mit einer der q Spalten der Anzeige verbunden ist,

ρ Analog-Phasenschieber (71, 72, 73, 74), die das Bezugs-Signal empfangen und um einen geeigneten durch die Gleichung (C" ( f)) bestimmten Betrag phasenverschobene ρ Signale abgeben, und

ρ parallele Steuerglieder (81, 82, 83j 84), die vom Sequenzgenerator (68) gesteuert sind, die jedes der ρ phasenverschobenen Signale erhalten, die an ρ Ausgängen ρ zweite Signale (A ) mit dem Signal (A ) gleicher Dauer abgeben, und bei denen jeder der ρ Ausgänge mit einer der ρ Zeilen der Anzeige verbunden ist.
16. Anzeige nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff ein nematischer Flüssigkristall ist.

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