DE2508619C2

DE2508619C2 - Verfahren zum Treiben einer Flüssigkristall-Anzeigematrix

Info

Publication number: DE2508619C2
Application number: DE2508619A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Kawakami; Yutaka Hitachi Yoneda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-03-01
Filing date: 1975-02-27
Publication date: 1985-12-05
Also published as: GB1494792A; JPS50127514A; US3995942A; JPS5416894B2; DE2508619A1

Description

V₁ die während einer ersten Zeitperiode Ti an eine angewählte Abtastzeile (X) angelegte Spannung,

K₂ die während der ersten Zeitperiode T₁ an eine nicht angewählte Abtastzeile (X) angelegte Spannung,

V₃ die während eines ersten Zeitabschnitts T_w der ersten Zeitperiode Γι an eine Signalzeile (Y) angelegte Spannung,

Vt, die während des zweiten Zeitabschnitts T = T₁ - T_w der ersten Zeitperiode Γ, an eine Signalzeile (Y) angelegte Spannung,

V_s die während einer zweiten Zeitperiode 7~2 an die angewählte Abtastzeile (X) angelegte Spannung,

V_t die während der zweiten Zeitperiode T₂ an die nicht angewählte Abtastzeile (X) angelegte Spannung,

K₇ die während des ersten Zeitabschnitts T_w der zweiten Zeitperiode T₂ an die Signalzeile (Y) angelegte Spannung und

Vg die während des zweiten Zeitabschnitts T = T₂ - T_w der zweiten Zeitperiode T₂ an die Signalzeile (Y) angelegte Spannung ist,

wobei die Beträge der über einen angewählten Rasterpunkt während des Zeitabschnitts T_w anliegenden resultierenden Spannungen | K₁ - V_}\ und 1^5 ~ ^l gleich einer die Schwellenspannung des Flüssigkristall-Rasterpunktes übersteigenden Spannung^,

die Beträge der über einen angewählten Rasterpunkt während des Zeitabschnitts T anliegenden resultierenden Spannungen | V\ - K₄1 und | K₅ - V^\ gleich (l - -) K₀ mit a > 3,

die Beträge der über einen nicht angewählten Rasterpunkt während des Zeitabschnitts T_w anlie- so genden resultierenden Spannungen | K₂ ~ K₃1 und

\V_b -V₁] gleich - V₀ und

die Beträge der über einen nicht angewählten Rasterpunkt während des Zeitabschnitts T anliegenden resultierenden Spannungen! V₁- ^|und| V₆- l^|

gleich - V₀ gewählt sind, und bei dem die Helligkeit

des entsprechenden Rasterpunktes durch das Verhältnis des Zeitabschnitts T zum Zeitabschnitt T_w bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,daß die Beziehungen

IK₂ - K₆I = I

erfüllt sind.

- F₈I = IK₄ - V,\ = (\ - 1

= IK₃ - K₇|

65

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Treiben einer Flüssigkristall-Anzeigematrix nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist Gegenstand des älteren DE-Patents 24 14 609. Dort ist a = -/Ν" + 1, wobei JV die Anzahl der Abtastzeilen ist.

Aus der DE-OS 22 37 996 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, wo allerdings α den festen Wert 3 besitzt.

Ein Flüssigkristall-AD7.eigeelement besieht typischerweise aus zwei Glasplatten, die mit Hilfe von Abstandhaltern im Abstand von einigen zehn Mikrometern voneinander planparallel einander gegenüberliegend angeordnet sind. Der Raum zwischen den beiden, eine optische Zelle bildenden Glasplatten ist mit einem Flüssigkristall gefüllt. Die Innenwände der Glasplatten tragen Dünnschichtelektroden, die nach Maßgabe der zu bewirkenden Darstellungsart angeordnet sind. In der Regel trägt die vordere oder obere Glasplatte Elektroden in Form durchsichtiger elektrisch leitender Überzüge, während die Elektroden auf der hinteren oder unteren Glasplatte aus einer ebenfalls durchsichtigen und elektrisch leitenden dünnen Schicht oder aus Metaliüberzügen bestehen, je nach der Art des Darstellungsverfahrens, für das das Anzeigeelement eingesetzt werden soll.

Die optische Zelle des Anzeigeelementes wird vorzugsweise mit einem nematischen Flüssigkristall gefüllt. Das Element kann nach dem Verfahren der dynamischen Streuung (DSM) oder unter Ausnutzung des Feldeffektes (FEM) betrieben werden. Beim DSM-Vcrfahren ist der Flüssigkristall in Abwesenheit eines elektrischen Feldes durchsichtig und wird in weißem und sichtbarem Licht undurchsichtig, wenn ein äußeres elektrisches Feld angelegt wird, das stärker als eine bestimmte Schwellenfeldstärke ist. Ein Flüssigkristall oder ein Flüssigkristallrasterpunkt, auf den ein elektrisches Feld einwirkt, das stärker als das Sch wellcnfcld ist, wird als aufgeleuchtet bezeichnet. Entsprechend wird der Zustand, in dem sich der Flüssigkristall befindet, als Zustand des Aufleuchtens bezeichnet. Beim FEM-Vcrfahren tritt je nach der Ausrichtung und Orientierung der Flüssigkristallmoleküle eine Doppelbrechung oder eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes auf, wobei die Orientierung der Flüssigkristallmolekül durch die Stärke eines angelegten elektrischen Feldes steuerbar ist. Nach diesem Verfahren kann sowohl eine farbselektive sils auch eine Schwarz-Weiß-Anzcigc erfolgen.

In Flüssigkristallanzeigeelementen der beschriebenen Art sind die Elektroden auf der oberen Glasscheibe (X-Zeilenelektroden, Abtastzeilen) und die Elektroden auf der unteren Glasscheibe (K-Zeilenelcktroden, Signalzeilen) üblicherweise in Matrixform angeordnet. Die Darstellung von Ziffern, /eichen, Buchstuben oder bildlichen Darstellungen kunn durch Auswahl X- und K-Zeilenelektroden und Anlegen einer Spannung an diese Elektroden erfolgen, so daß der Flüssigkristallrasterpunkt am Schnittpunkt der X- und Y-Zeilenelektroden einem elektrischen Feld ausgesetzt ist, der ihn zum Aufleuchten bringt. Zusätzlich zu dieser Spannung kann bei der Abtastung der Flüssigkri-

stall-Matrixanzeigeelemente nach dem beschriebenen zcilenweisen Verfahren eine sogenannte »Einstreuspannung« auf diejenigen Flüssigkristallrasterpunkte aufgeprägt werden, die nicht aufleuchten tollen. Dies ist aufgrund der zweiseitig gerichteten Eigenschaften des s Flüssigkristalls möglich. Beim zusätzlichen Aufprägen einer Einstreuspannung tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß auch in unerwünschter Weise Flüssigkristallrastcrpunktc zum Aufleuchten gebracht werden können, wenn die aufgeprägte Einstreuspannung einen Wert überschreitet, der über dem Schwellenwert liegt.

Aus Gründen einer einfachen und klaren Darstellung des Sachverhaltes wird im Rahmen dieser Beschreibung von einem Rasterpunkt gesagt, er sei angesteuert, wenn sowohl seine ^-Zeilenelektrode als auch gleichzeitig is seine }'-Zeilenelektrode für die Darstellung angesteuert ist. Ein Rasterpunkt, bei dem entweder nur die A'- Zcilenelektrode oder nur die y-Zeilenelektrode zur Darstellung angesteuert ist, wird als halbangesteuert bezeichnet. Schließlich wird der Zustand des Raster-Punktes als nicht angesteuert bezeichnet, wenn gleichzeitig weder die X- noch die K-Zeilenelektrode zur Darstellung angesteuert ist. Die Einstreuspannung ist in diesem Sinne eine Spannung, die einem Flüssigkristallraslcrpunkt im halbangesteuerten oder nicht angesteuerten Zustand aufgeprägt wird.

Um ein unbeabsichtigtes Aufleuchten von Rasterpunkten durch die Einstreuspannung zu verhindern, bedient man sich eines bekannten Verfahrens (z. B. US-PS 37 76 615), das als »Mitteln der Einstreuspannung« bezeichnet werden kann. Bei diesem Verfahren wird die höchste Spannung Vp, die auf die X- und y-Zeilenelektroden aufgeprägt wird, in die drei Spannungspegel V₀, V, und V₂ geteilt, wobei V₀ > V₁ > V₂ >0. Die so geteilten Spannungen werden in der Weise kombiniert, daß ein angesteuerter Flüssigkristallrasterpunkt mit der Spannung ± V₁₁ und ein nicht angesteuerter oder halbangestcuerter Rasterpunkt mit einer Spannung von etwa ±1/3 V_n beaufschlagt wird. Die auf die Flüssigkristallraslcrpunktc im halbangesteuerten und nicht angesteuerlcn Zustand aufgeprägte Spannung, also die Einstreuspannung, ist also auf einen Betrag von 1/3 derjenigen Spannung gemittelt, die dem Rasterpunkt im angesteuerten Zustand aufgeprägt wird. Auf diese Weise können die Nachteile, die zunächst mit dem Aufprägen einer Einstreuspannung verbunden waren, vollständig behoben werden.

Mit dem beschriebenen Verfahren der Mittelung der I-Jnstrcuspannung ist jedoch eine tonpegelmodulierte Darstellung nicht ohne Nachteile möglich. Für ein Verfahren zur Darstellung oder Anzeige mit verschiedenen Tonpegcln der optischen Darstellung müssen die dem I lüssigkristallrasterpunkt aufgeprägten Effektivwerte der Spannung verändert werden. Wenn man in herkömmlicher Weise zu diesem Zweck eine Amplitudenmodulation oder eine Impulsbreitenmodulation (DE-OS 22 37 996; US-PS 37 76 615) der den angesteuerten Rasterpunkten aufgeprägten Signalspannungsimpulse vornimmt, können die Einstreuspannungswerte in den halbangesleuerten oder nicht angesteuerten Zuständen der Rasterpunkte nicht immer auf reine Wechselspannung gemittelt werden, und es tritt mit zunehmender Anzahl der Abtastzeilen eine starke Kontrastverringerung ein.

Der Erfindung liegt angesichts dieses Standes der Technik nach der DE-OS 22 37 996 die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Treiben eines Flüssigkristall-Matrixanzeigcelementes zu schaffen, bei dem unter Mittelung der Einstreuspannung eine tonpegelvariable optische Darstellung mit verbessertem Kontrast ermöglicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Einbeziehung des Parameters α zur Festlegung der Spannungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1.

Gegenüber dem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (älteres Patent 24 14 609) weist die Erfindung den Vorteil auf, daß die an die Elektroden angelegten Spannungshübe kleiner sind.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführangsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein typisches Flüssigkristall-Matrixanzeigeelement;

Fig. 2 ein Beispiel typischer Spannungswellenformen, wie die in an sich bekannter Weise zum Treiben eingesetzt werden;

Fig. 3 ein Beispiel für Spannungswellenformen, wie sie nach dem Verfahren der Erfindung zum Treiben gewählt werden;

Fig. 4 ein bestimmtes Beispiel für Wellenformen der in Fig. 3 gezeigten Art;

Fig. 5 das Schaltbild eines Treibers zur Erzeugung der in Fig. 4 gezeigten Wellenformen;

Fig. 6 an verschiedenen Stellen in der in Fig. 5 gezeigten Schaltung auftretende Signale;

Fig. 7 ebenso wie Fig. 6 an verschiedenen Stellen in der in Fig. 5 gezeigten Schaltung auftretende Signale; Fig. 8 in schematischer Blockdarstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung und

Fig. 9 eine Folge von Wellenformen zur Verdeutlichung des Betriebes der in Fig. 8 dargestellten Anordnung.

In der Fig. 1 ist die Grundanordnung eines typischen Flüssigkristall-Matrixanzeigeelementes dargestellt. Das Anzeigeelement S selbst ist eine übliche Flüssigkristallzelle, die mit einem A"-Zeilentreiber 6 und einem Y-Zeilentreiber 7 verbunden ist. Die Flüssigkristallrasterpunkte sind durch jene Bereiche des Flüssigkristalls in der optischen Zelle definiert, die in den Schnittpunkten der mit dem A'-Zeilentreiber 6 verbundenen /f-Zeilen und der mit dem X-Zeilentreiber 7 verbundenen K-Zeilen liegen. Zum Treiben eines solchen Flüssigkristall-Matrixanzeigeelementes werden in an sich bekannter Weise die in F i g. 2 gezeigten Wellenformen verwendet. V_x ist dabei die den ^-Zeilen aufgeprägte Spannung, V_Y die den F-Zeilen aufgeprägte Spannung und V_x-Vy ist die den Flüssigkristallrasterpunkten aufgeprägte Spannung, also die in den Schnittpunkten der ^-Zeilen und y-Zeilen auftretende Spannung. In der Fig. 2 ist davon ausgegangen, daß die an halbangesteuerten und nicht angesteuerten Rasterpunkten liegende Spannung, nämlich die Einstreuspannung, auf 1/3 derjenigen Spannung gemittelt ist, die einem angesteuerten Rasterpunkt aufgeprägt wird. Ein unbeabsichtigtes Aufleuchten nicht angesteuerter Rasterpunkt durch eine Einstreuspannung ist dadurch ausgeschlossen.

Mit den in Fig. 2 gezeigten Wellenformen kann bei einer Amplituden- oder Impulsbreitenmodulation der Ansteuerungsspannungsimpulse keine Mittelung der Ein^treuspannung durchgeführt werden. Eine tonpegelvariable optische Darstellung ist bei Aufrechterhaltung der Einstreuspannungsmittelung also nicht durch eine Veränderung der Effektivwerte der Ansteuerungsspannung, die auf die einzelnen Flüssigkristallrasterpunkte

geprägt wird, möglich. bar ist.

Mit dem Treibverfahren der Erfindung ist dagegen die tonpegelvariable Informationsdarstellung auf einem Tabelle I

Flüssigkristallanzeigeelement bei gleichzeitiger Mit-

telung der Einstreuspannung möglich. Die dazu ver- 5 Adressenwendeten Wellenformen sind in der F i g. 3 gezeigt. Eine signal Anzeigedarstellung mit Ton ist möglich, während gleichzeitig eine Einstreuspannung auf (l/a) V₀ gemittelt wird. Dabei ist α >3 und V₀ die höchste vorgewählte Treibspannung oder Ansteuerungsspannung, also eine Spannung, die größer als die zum Aufleuchten eines RJasterpunktes erforderliche Schwellenspannung ist.

Die an die Jf-Zeile, also die Tast-Zeile, angelegte Spannung V_x umfaßt die Spannungen Null und V₀, die einem angesteuerten Rasterpunkt aufgeprägt werden, und die Spannungen (l/a) V₀ und (1 - Ha) ίζ, die dem Rasterpunkt im nicht angesteuerten Zustand aufgeprägt werden.

Ein impulsbreitenmoduliertes Impulssignal V_Y wird auf die ^-Zeilen, die Signalzeilen, die die Tastzeilen schneiden, aufgeprägt. Die Signale V_Y weisen zeitliche Breiten Γμ/und /auf. Während der Dauer T_w wird eine erste Spannung, die Ansteuerungsspannung für das Aufleuchten des Flüssigkristallrasterpunktes, auf die Signalzeile geprägt. Während der Dauer T wird eine zweite Spannung, die Vorspannung zum Mitteln der Einstreuspannung, aufgeprägt. Für die Dauer T_w werden die Spannungen Null und V₀ aufgeprägt. Für die Dauer Γ treten die Spannungen (2Ia) JjJ und (1 -2Ia) V₀ auf.

Aus der in Fig. 3 gezeigten Darstellung kann man ablesen, daß die einem Flüssigkristallrasterpunkt aufgeprägte Spannung (V_x- V_Y) im nicht angesteuerten Zustand eine Einstreuspannung von ±(l/a) JjJ und im angesteuerten Zustand eine Spannung ± V₀ im Intervall T_w und ±(1 - 2Ia) V₀ im Intervall T ist. Die dem Rasterpunkt aufgeprägte Effektivspannung kann durch eine Modulation des Intervalls T_w verändert werden, also durch eine Veränderung der Dauer oder der Impulsbreite der Ansteuerungsspannung. Auf diese Weise kann also mit der in F i g. 3 gezeigten Wellenform eine tonpegelvariable Anzeigedarstellung erzielt werden, bei der man die Efiektivspannung im nicht angesteuerten Zustand unverändert beibehält und lediglich die Effektivspannung im angesteuerten Zustand verändert.

Die in Fig. 3 gezeigten Wellenformen sind in Fig. 4 für das Beispiel a = 3 gezeigt. In dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist die Vorspannung (2/3) (ζ und (1 - 2/3) V₀ und wird die Einstreuspannung auf so ±(1/3) V₀ gemittelt. Die im angesteuerten Zustand wirksame EfTektivspannung wird durch Modulation des Zeitintervalls T_w gesteuert.

In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Treiberschaltung zur Erzeugung der in Fig. 4 gezeigten Wellenfonnen dargestellt Die Schaltung besteht im wesentlichen aus den Schalttransistoren Q_x, Qi und Qi, den Widerständen A₁, A₂ und R₃, dem NICHT-Glied 8 und den NOR-Gliedern 9,10 und 11. Der Treiber weist einen Eingang A für ein Adressensignal und einen Eingang C für ein Taktsignal sowie den Ausgang 0 auf. Als Funktion des Adressensignals und des Taktsignals sind in der Tabelle I die Schaltzustände der Transistoren und die am Anschluß 0 auftretenden Ausgangsspannungen des Treibers zusammengestellt Die Tabelle zeigt, daß jede der benötigten vier Ausgangsspannungen (2/3) V₀, (1/3) V₀, Null und V₀ durch eine entsprechende Kombination des Adressensignals und des Taktsignals herstell-Taktsignal

durchgeschalteter Transistor

Ausgangsspannung

0	0	Q₁	2/3 K
0	1	Q₃	1/3 K
1	0	Q.	0
1	1	keiner	V_n

Mit dem in Fig. 5 gezeigten Treiber und einer entsprechend gewählten Kombination des Adressensignals und des Taktsignals können die den Tastzeilen aufzuprägenden Spannungen V_x in der in F i g. 6 gezeigten Weise und die den Signalzeilen aufzuprägenden Spannungen V_Y in der in Fig. 7 gezeigten Weise erhalten werden. In der Fig. 7 ist ein impulsbreitenmoduliertes Signal dargestellt. Die Impulsbreite T_w des Adressensignals A, wird nach Maßgabe der darzustellenden Bildsignale moduliert. Damit läßt sich in der vorbeschriebenen Weise ein tonpegelmoduliertes Bild auf dem Flüssigkristallanzeigeelement darstellen.

In der Fig. 8 ist in schematischer Darstellung eine Baugruppe zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung gezeigt. Die Funktion der in Fi g. 8 gezeigten Baugruppe ist anhand der in Fi g. 9 dargestellten Wellcnformen erklärt.

Aus Gründen einer übersichtlichen und klaren Darstellung ist in der F i g. 8 von einem Flüssigkristallanzeigeelement 12 mit einer 3 x 3-Matrix ausgegangen. Durch die Ziffern 1,2 und 3 in den Flüssigkristallrasterpunkten sind bestimmte Helligkeits- bzw. Tonpcgcl bezeichnet. Die in Fig. 5 gezeigte Treiberschaltung kann sowohl dem Tastzeilentreiber 13 als auch dem Signalzeilentreiber 14 zugrunde liegen. Es wird das Verfahren der zeilenweisen bzw. zeilensimultanen Abtastung verwendet, d. h. also, die Zeilen X_x, X₂ und X₃ werden sequentiell abgetastet.

Auf der Abszisse der in F ig. 9 gewählten Darstellung ist die Zeit aufgetragen. Die auf den Signaltreiber 14 gegebenen Adressensignale A_Yi, A_Y2 und An sind impulsbreitenmodulierte Signale, die in an sich bekannter Weise in einem Impulsbreitenmodulator 15 moduliert werden.

Den in Fig. 8 schraffiert hervorgehobenen Rasterpunkten werden beispielsweise die Spannungen V_XI - V_YX und V_n - V_n aufgeprägt. Die Spannungen V_xl - "η und V_n - Vy₃ sind im nicht gesteuerten Zustand ±(1/3 V₀) und weisen gleiche Effektivwerte auf. Im angesteuerten Zustand sind die Impulsbreiten bzw. Zeitintervalle für ±fg nach Maßgabe des darzustellenden Tonpegels unterschiedlich lang. Da der Tonpegel von Vj_n-Vy_xI und der Tonpegel von V_x? - Vy₇,2 ist, ist die Impulsbreite von ± ^ in V_n - V_n größer als in V_n - Vy_x.

Die Einstreuspannung sei (l/a) V₀, die Anzahl der Tastzeilen TV und die Effektivspannung am Flüssigkristallrasterpunkt V_s. Führt man den Parameter m = T_wl (T + 7V) ein, so ist die im Rasterpunkt wirksame Spannung V_s durch Gleichung 1 wie folgt gegeben:

Wie die Gleichung 1 zeigt, nimmt also die Effektiv-

spannung V_s mit dem Wert für den Parameter m zu. Andererseits hängt jedoch die Helligkeit des Flüssigkristalls von der einwirkenden Effektivspannung ab, und /.war sowohl bei der dynamischen Streuung als auch bei der Steuerung durch den FeldefFekt. Mit der in Fig. 8 gezeigten Anordnung kann daher durch eine Impulsbreitenmodulation eine Gradation der Anzeigedarstellung erzeugt werden.

Wenn man die in Fig. 4 gezeigten Wellenformen in Kombination mit der in Fig. 8 gezeigten Anordnung einsetzt, ist a = 3 und N = 3. Die Effektivspannung V_s' ist dann

Kv = 1/3 V₀ Vl +8/3 m (2)

Da 0 < m < 1, kann durch Veränderung von m eine lonpcgclvariable Anzeige erhalten werden. Eine solche Änderung von m wird in einfacher Weise durch eine Änderung der Impulsbreite T_w des Adressensignales A ι erreicht und eingestellt, das auf den in F ig. 8 gezeigten Signalzeilentreiber 14 gegeben wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

25

30

35

40

50

55

60

65

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Treiben einer Flüssigkristall-Anzeigematrix bei zeilenweiser Abtastung mit matrixartig an den Schnittpunkten von Abtastzeilen (X) und Signalzeilen (Y) angeordneten Flüssigkristall-Rasterpunkten, wobei die Helligkeit jedes Rasterpunktes vom Effektivwert einer angelegten Wechselspannung abhängt, mit Spannungen K, bis Vg, wobei