DE2644449A1

DE2644449A1 - Ansteuerverfahren fuer einen anzeigeschirm mit einem bistabilen medium, insbesondere einer fluessigkristallschicht

Info

Publication number: DE2644449A1
Application number: DE19762644449
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Walter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1976-10-01
Publication date: 1978-04-06
Also published as: GB1592795A; JPS5345128A; DE2644449B2; US4212010A; DE2644449C3

Description

SIEMENS AKTIEiTGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München YPA ^g ρ j « c g

Ansteuerverfahren für einen Anzeigeschirm mit einem bistabilen Medium, insbesondere einer Flüssigkristallschicht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Matrixadressierung ist in '^Berichte der Bunsen-Gesellschaft" Heft 9, 1974, S. 912 bis 914- beschrieben, und zwar anhand einer cholesterinischen Flüssigkristallschicht mit einer positiven anisotropen Dielektrizitätskonstante und einer senkrechten Wandorientierung. Dieser Flüssigkristall nimmt oberhalb von TJ^ eine (optisch klare,
lichtstreuende) homöotrop-nematische Textur an und kehrt beim Absenken der Spannung unterhalb von Up-. wieder zu einer
(streuenden) fokal-konischen Orientierung zurück.

In der zitierten Literaturstelle wird das folgende Ansteuerverfahren genannt: Zunächst bringt man sämtliche Matrixpunkte durch einen hohen Spannungsimpuls in den "Aus"-Zustand; dann wird eine Haltespannung (U, ) angelegt, die den "Aus"-Zustand konserviert. Hiernach tastet man die Zeilen nacheinander mit einem Impuls der Höhe U, ab und macht an den einzuschaltenden Matrixelementen der gerade getasteten Zeile die- Spannung solange zu Null, bis sich dort die fokal-konische Orientierung ausbildet. An den übrigen Matrixelementen der Zeile liegt währenddessen die Spannung 2xU, . Nach dem Einschreiben geht man wieder auf U_h zurück. 809814/0272
Les-12 Ode / 29-9-76

- > - . 7δ Ρ 11 5 O BRD

Das auch als "Zwei-Phasen-Schreiben" (in der ersten Phase wird gelöscht, in der zweiten Phase wird eingeschrieben) bezeichnete Verfahren kommt mit einem relativ geringen Schaltungsaufwand aus, liefert jedoch keine besonders ansprechende Darstellung, da das Bild abwechselnd Zeile für Zeile aufgebaut und wieder total gelöscht wird. Der optische Eindruck ließe sich erheblich verbessern, wenn man nicht mehr die gesamte Matrix zu einer bestimmten Zeit sondern die einzelnen Zeilen unmittelbar vor ihrer Adressierung löscht. Eine solche Betriebsweise ergibt zwar optisch kaum noch gestörte, nahezu ruhende Bilder, ist aber denkbar ungeeignet für den Einsatz von integrierten Schaltkreisen, da eine Zeilen- bzw. zeilengruppenweise Versorgung der Ansteuerkreise mit einer geschalteten Versorgungsspannung zu einem extrem hohen Aufwand im Ansteuerteil führt.

Untersuchungen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung haben ergeben, daß man insbesondere bei Flüssigkristallanzeigen mit einem hohen Multiplexverhältnis und kleinen Bildpunkten eine periodische Löschung beibehalten sollte. Die BiIdpunkt-Zustände werden nämlich bei angelegter Haltespannung vom Rande her zunehmend gestört - bei Flüssigkristallanzeigen wachsen allmählich lange Disinklinationslinien hinein - und lassen sich nur durch einen hinreichend hohen Spannungsimpuls in eine saubere "Aus"-Textur zurückversetzen. Ausgehend von dieser Beobachtung setzt sich die Erfindung das Ziel, eine Zwei-Phasen-Schreibtechnik zu entwickeln, die zu Bildern mit einer guten optischen Qualität führt und dabei auch mit integrierten Schaltkreisen relativ einfach realisiert werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das im Patentanspruch 1 charakterisierte Verfahren vorgeschlagen.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet bevorzugt Anwendung bei Anzeigen, die eine Flüssigkristallschicht mit einem Bistabilitätseffekt enthalten. Es ist darüber hinaus aber auch stets

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dann sinnvoll, wenn das schaltbare Medium eine Hysterese im Kontrast-Spannungs-Diagramm zeigt und die erforderlichen Randbedingungen, insbesondere die vorgeschriebene Beziehung zwischen der Reaktionszeit und dem Impulsabstand, eingehalten werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf der Vorstellung, daß das Medium während der Adressierzeit auf gemittelte Spannungswerte ("Effektivspannungen") reagiert. Eine solche Reaktionsweise darf angenommen werden, wenn die Zeiten für die Übergänge zwischen den optischen Zuständen größer sind als die Zeiträume zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen.

Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Operationen "Löschen", "Schreiben" und "Halten" zu gleicher Zeit auf der Matrix stattfinden und dabei ausschließlich mit Hilfe von einfach aufgebauten Impulsen auf logischem Pegel durchgeführt werden können. Die einheitliche Impulshöhe hat darüber hinaus den Vorteil, daß die effektiven Feldstärken in den verschiedenen Bereichen des Mediums weniger voneinander abweichen und somit die Zustandshysterese noch besser ausgenutzt werden kann. Das Verfahren läßt sich ohne Gleichspannungskomponenten am Medium verwirklichen und trägt dadurch insbesondere bei Flüssigkristallanzeigen zu einer langen Lebensdauer bei.

Bei Matrixanzeigen mit einem auf Effektivspannungen ansprechenden Medium und gerade auch bei Flüssigkristallanzeigen ist es an sich schon seit längerer Zeit bekannt, die verschiedenen

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Spannungswerte durch mehr oder weniger große Phasenverschiebungen zwischen Zeilen- und Spaltenimpulsen zu erzeugen (beispielsweise DT-AS 22 57 996 oder DT-OS 24 14 609 oder DT-OS 25 04 764). Diese zum Stand der Technik zählenden Steuerverfahren sind allerdings weder zum Betrieb von bistabilen Anzeigen vorgesehen noch dazu geeignet.

Die Erfindung soll nun in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine Flüssigkristallanzeige, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann;

Fig. 2 in einem Diagramm eine mögliche Art der Zeilen- und Spaltensignale im Rahmen der Erfindung; und

Fig. 3 in einem Blockschaltbild ein Flüssigkristall-Datensichtgerät, das mit dem vorgeschlagenen Verfahren betrieben wird.

Fig. 1 stellt in einem rein schematischen Seitenschnitt eine übliche Flüssigkristallanzeige dar: Zwei zueinander parallele Trägerplatten 1 und 2 bilden zusammen mit einem Rahmen 3 eine Kammer, in der sich eine Flüssigkristallschicht 4 befindet. Die beiden Trägerplatten sind auf ihren Innenseiten jeweils mit Zeilen 6 bzw. Spalten 7 einer Leitermatrix versehen und tragen auf ihren Außenseiten jeweils einen Polarisator 8,9. Beide Polarisatoren sind zueinander gekreuzt. Die Flüssigkristallschicht zeigt einen Bistabilitätseffekt; sie nimmt bei Überschreitung der oberen Schwellspannung IJ₁₂ eine optisch klare homöotrop-nematische Textur ("Aus"-Zustand) an und kehrt unterhalb der unteren Schwell spannung TJ₂₁ zu einer streuenden fokal-konischen Orientierung ("Ein"-Zustand) zurück. Bei der vorgesehenen Polarisatorstellung ist ein Bildpunkt im "Aus"-Zustand dunkel und im "Ein"-Zustand hell. Für weitere Einzelheiten wird auf die bereits genannte Arbeit sowie die DT-OS 23 61 421 und die eigene Anmeldung P 25 42 235 verwiesen.

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Die Flüssigkristallanzeige wird folgendermaßen betrieben: Die einzelnen Zeilen werden nacheinander eine bestimmte Zeit (Adressierzeit t) lang mit einem Adressiersignal ("Schreibsignal") versehen. Während dieser Zeit empfangen die Spalten Informationssignale, und zwar je nach dem, ob ihr Kreuzungspunkt mit der gerade getasteten Zeile dunkel oder hell sein soll, ein "Aus"- oder ein "Ein"-Signal. An den betreffenden Matrixpunkten müssen Effektivspannungen U entstehen, die entweder größer als U₁₂ oder kleiner als U₂-I sind (U / > U^₂

^undUs/ein < ¹¹W-

Each der Adressierung erhält die Zeile ein Haltesignal. Diese Größe muß so ausgebildet sein, daß an den Matrixpunkten, an denen spaltenseitig eines der beiden Informationssignale liegt, eine effektive Haltespannung (U, ) zwischen U₂₁ und U₁₂ entsteht.

Entweder eine oder mehrere Adressierzeiten vor dem erneuten Einschreiben im nächsten Durchlauf wird die Zeile mit einem Löschsignal beaufschlagt, das zusammen mit dem "Aus"- oder dem "Ein"-Signal an den Matrixpunkten eine genügend hohe effektive Löschspannung (U-^) ergibt.

Die Adressierzeit t wird im allgemeinen so kurz wie möglich gewählt werden; sie darf aber nicht kleiner sein als die Reaktionszeit der Flüssigkristallschicht für den Übergang vom homöotrop-nematischen "Aus"-Zustand in den fokal-konischen "Ein"-Zustand. Dieser Texturwechsel geht am schnellsten vonstatten, wenn ^üs/ein =° ^ist·

Der Übergang von der fokal-konischen zur homöotrop-nematischen Orientierung vollzieht sich in der Regel langsamer als der umgekehrte Texturwechsel. Dementsprechend muß die Zeile mehrere Adressierzeiten lang vor dem Neueinschreiben gelöscht werden bzw. ist während der Adressierung einer Zeile eine Gruppe von mehreren der nächstfolgenden Zeilen zu löschen.

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In Pig. 2 ist dargestellt, mit welcher Art von Zeilen- "bzw. Spaltensignalen die erforderlichen Effektivspannungen an den einzelnen Bildpunkten hergestellt werden können. In dem Diagramm sind von oben nach unten eingetragen die Spaltensignale "Ein" und "Aus" (Reihe 1 "bzw. 2), die Zeilensignale »Halten" (Reihe 3), "Schreiben" (Reihe 4-). und "Löschen" (Reihe 5) sowie die Spannungen an den einzelnen Matrixpunkten ("Zellen") für alle Kombinationen zwischen Spaltensignalen einerseits und Zeilensignalen andererseits. In Reihe 6 ist aufgetragen die Zellenspannung bei der Verknüpfung "Ein"-"Halten", die folgenden Reihen stellen jeweils die Kombinationen dar "Aus"- "Halten", "Ein"- "Schreiben", »Aus»- "Schreiben", "Ein"- "löschen" und "Aus"- "Löschen".

Der Figur entnimmt man, daß alle Signale und damit auch die Differenzspannungen- an den einseinen Matrixzellen Folgen von Impulsen bzw. Impulsgruppen sind, die eine gemeinsame Periodendauer T haben; im vorliegenden Fall ist T so lang wie die von der Reaktionszeit der Flüssigkristallschicht vorgegebene Mindestadressierzeit \jj~- Die Impulse bzw. Impulsgruppen haben aber nicht'nur die gleiche Folgefrequenz sondern sind sämtlich aus einheitlichen Elementarimpulsen zusammengesetzt, die eine Höhe TJ₀ und eine Breite T/2m haben (m ist eine natürliche Zahl). Alle Signale entstehen dadurch, daß die Spannung U in einem bestimmten Takt mit der Dauer T/2m ständig überprüft und entweder belassen oder abgeschnitten wird.

Aus diesem Diagramm geht hervor, daß bei dem gewählten Beispiel die Impulse bzw. Impulsgruppen jeweils aus m Elementarimpulsen bestehen. Bei sämtlichen Signalen außer dem "Aus"-Signal folgen dabei die Elementarimpulse direkt aufeinander, während bei dem "Aus"-Signal zunächst j-1 Elementarimpulse lückenlos aufeinanderfolgen, dann nach einer Lücke von der Dauer eines Taktes wiederum ein Zug aus m-j aneinander anschließenden Elementarimpulsen kommt und schließlich nach einer weiteren Lücke von j-1

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Takten nochmals ein Elementarimpuls auftritt (j ist eine natürliche Zahl; es gilt Ii= j <m, vorzugsweise j^m/2). Im vorliegenden Pail setzen die Impulse des Haltesignals und die ersten Impulse der "Aus"-Signal-Impulsgruppen jeweils mit Beginn der Adressierzeit ein, die Schreibsignalimpulse und die "Ein"-Signalimpulse sind dagegen um eine und die Löschsignalimpulse um m Takte verzögert.

Bei allen möglichen Kombinationen zwischen den Zeilen- und den Spaltensignalen entstehen an den einzelnen Matrixzellen stets wieder Folgen von Impulsen bzw. Impulsgruppen, "bei denen der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen höchstens halb so groß ist wie die Periodendauer T, d.h. wie die Mindestadressierzelt t_min. Man kann also davon ausgehen, daß während der Zeilenadressierung an der Flüssigkristallschicht effektive Spannungen wirksam -sind. Für den Effektivwert TJ gilt in erster Näherung

I τ Σ

^k 1

Demnach ergibt sich, daß die Spaltensignale "Aus"- und "Ein" mit der gleichen effektiven Haltespannung U-. =~riL_v aufrechterhalten werden, daß das Signal "Aus" mit U_s/_aus = \J^z U_e - V^ä_/L und das Signal "Ein" mit TJ_s/_ein = 6 eingeschrieben werden und daß die Signale "Aus" und "Ein" mit der gleichen effektiven Spannung TJ-, -]J^3.U_V (—^U _Q bei großen m) gelöscht werden.

Ist TJ vorgegeben, dann muß die Flüssigkristallanzeige so dimensioniert werden, daß TJ-, innerhalb möglichst kurzer Zeit vollständig löscht. Die Einstellung der Haltespannung erfolgt dann durch Wahl einer geeigneten Periodenaufteilung m; U^ sollte möglichst nahe an U₁₂ liegen. Nach Festlegung einer Grundfrequenz (Vr) und des Teilungsverhältnisses m ist ggf. die Grundperiode zu wiederholen.

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In Fig. 3 ist das Ansteuerteil eines mit den geschilderten Verfahren betriebenen Datensichtgerätes rein schematisch eingezeichnet. Die wesentlichen Einheiten dieser Teile sind ein Zeilenschieberegister 11 mit Serieneingang und Parallelausgängen, ein gleichartiges Spaltenschieberegister 12, ein Mikroprozessor 13 und ein an den Prozessor angeschlossener Speicher Der Mikroprozessor empfängt die Daten (Pfeile 16) und versieht einerseits das Zeilenschieberegister mit einem Zeilen-Talctimpuls (Leitung 17) sowie mit der Zeileninformation (Leitung 18) und andererseits das Spaltenregister mit dem Spalten-Taktimpuls (Leitung 19) sowie der Spalteninformation (Leitung 21). Im Schaltbild ist gerade der Zustand dargestellt, bei dem die vierte Zeile von oben mit einem Schreibsignal, die Zeilen 5 bis 7 mit einem Löschsignal und alle übrigen Zeilen mit einem Haltesignal angesteuert werden. Während der Adressierung der vierten Zeile wird die im Spaltenschieberegister gesammelte Information "Ein" oder "Aus" für diese Zeile gleichzeitig auf die Spalten gegeben.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So brauchen die Zeilen und Spalten der Leitermatrix nicht immer Streifenform haben; beispielsweise können bei mehrstelligen alphanumerischen Anzeigen die Rückelektroden jeder Stelle die "Zeilen" sein und die einander entsprechenden Segmentelektroden jeder Stelle zu "Spalten" miteinander verbunden werden. Außerdem lassen sich die erforderlichen Effektivspannungen im Rahmen der Erfindung natürlich auch anders als mit Signalen der Pig. 2 erzeugen. Dabei sollte man aber darauf achten, daß sämtliche Signale auf logischem Pegel ("I" oder "0") angeboten werden, da sich solche Signalformen mit besonders geringem elektronischem Aufwand herstellen lassen und außerdem zu der günstigsten Schreibspannung für den Zustand "Ein" (U_g/_ein = O) führen.

3 Patentansprüche
3 Figuren

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Leerseite

Claims

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f 1.yAnsteuerverfahren für einen Anzeigeschirm mit einem zwischen — den Zeilen und Spalten einer Leitermatrix befindlichen Medium, insbesondere einer Flüssigkristallschicht, das beim Anlegen einer Spannung an die Leiter nach Überschreiten einer ersten kritischen Spannung (obere Schw.ellspannung U_{1 ?}) von einem ersten optischen Zustand ("Ein"-Zustand) in einen zweiten optischen Zustand ("Aus"-Zustand) übergeht, in diesem Zustand auch bei Verringerung der angelegten Spannung unter die obere Schwellspannung in einem endlichen Spannungsbereich (Bereich der Haltespannung Uj₁) verbleibt und erst nach Unterschreiten einer zweiten kritischen Spannung (untere Schwellspannung Up* ,Up₁ < U, <U₁o) ^Zl™ "Ein"-Zustand zurückkehrt ("Medium mit Bistabilitätseffekt"), wobei bei dem Ansteuerverfahren die Information durch ein serielles Adressieren der Zeilen und ein pro Zeile paralleles Ansteuern der Spalten mit den jeweiligen Zeilendaten eingeschrieben, anschließend gehalten und vor dem erneuten Einschreiben gelöscht wird, dadurch gekennzeichnet , daß während der Adressierung jeder Zeile zugleich eine vorgegebene Anzahl der nächstfolgenden Zeilen gelöscht und an allen übrigen Zeilen gehalten wird und

daß sämtliche auf die Leitermatrix gegebenen Signale, nämlich die Schalt-, Halte- und Löschsignale an den Zeilen sowie die beiden Informationssignale "Ein" und "Aus" an den Spalten, aus Folgen von Impulsen bzw. Impulsgruppen bestehen, wobei alle Folgen die gleiche Periodendauer (T) haben, ferner sämtliche Impulse aus Elementarimpulsen mit einer Höhe U_Q und einer Dauer T/P.m (m ist eine natürliche Zahl) bestehen und der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen kleiner ist als die kürzeste Übergangszeit des Mediums zwi-

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sehen den beiden optischen Zuständen, wobei ferner die Zeilenadressierzeit (t) mindestens so groß ist wie die Übergangszeit des Mediums vom "Aus"- zum "Ein"-Zustand und somit während der Adressierzeit an dem Medium Effektivspannungen wirksam werden und wobei schließlich sämtliche erforderlichen Effektivspannungen an den Matrixpunkten, nämlich die beiden Schreibspannungen (U₃/_pin » ^u _s/aus^' ^die Haltespannung(U_h) und die Löschspannung (U-,), allein durch den Aufbau von geeigneten Signalimpulsen bzw. Signalimpulsgruppen aus den Elementarimpulsen erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß gilt

^üs/ein ⁼ °' ^üs/aus = ^* V ^Uh/ein = ^üh/aus ^{= U}h ⁼ jfc? V

s/ein ⁼ °' ^üs/aus = ^* V ^Uh/ein = ^üh/aus

U = V?3 JJ_n.

1 / JM O

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet , daß alle Signale mit Ausnahme des Informationssignals "Aus" jeweils aus einer Folge von Impulsen gebildet werden, die aus m direkt aufeinanderfolgenden Elementarimpulsen bestehen, daß das "Aus"-Signal eine Folge von aus jeweils drei Impulsen gebildeten Impulsgruppen ist, wobei die einzelnen Impulse der Impulsgruppen aus 3—1 bzw. m-j bzw. 1 Elementarimpulsen (1 ί j-m, vorzugsweise j — 37 ) bestehen und zwischen sich einen Abstand von 1 bzw. von j-1 Elementarimpulsbreiten einhalten, und daß die Haltesignalimpulse sowie die jeweils ersten Impulse der "Aus"-Signalimpulsgruppen mit Beginn der Adressierzeit (t) beginnen, während das Schreibsignal sowie das Informationssignal "Ein" um eine Elementarimpulsbreite und das löschsignal um m Elementarimpulsbreiten gegenüber dem Adressierzeitbeginn verzögert sind.

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