DE2846874A1

DE2846874A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur ansteuerung eines fluessigkristall-anzeigefelds mit ansteuerelektroden in xy-matrixanordnung

Info

Publication number: DE2846874A1
Application number: DE19782846874
Authority: DE
Inventors: Keisaku Nonomura; Toshiaki Takamatsu; Hisashi Uede; Tomio Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1978-10-27
Publication date: 1979-05-03
Also published as: DE2846874C2; JPS5464493A; CH639783A5; JPS5917430B2; US4281324A

Description

TER MEER -MÜLLER · STEINMEISTER

BESCHREIBUNG

Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom sog. Matrix-Typ, mit der sich Zeichen, also Buchstaben, Zahlen oder sonstige Muster darstellen lassen. Hinsichtlich der gattungsgemäßen Definition wird auf den Oberbegriff der Patentansprüche verwiesen.

Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht eine Ansteuerschaltung für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Matrix-Typ, mit der sich eine zeilensequentielle Ansteuerung bzw. Abtastung erreichen läßt. Die in einem Hauptspeicher 1 enthaltenen Daten werden über einen Zeichensignalumsetzer 2 in Anzeigemustersignale umgesetzt, die im Pufferspeicher eines Spaltentreibers 3 zwischengespeichert und dann den Spaltenelektroden Y₁, Y₂ ... Y einer Flüssigkristall-Matrixanzeige zugeführt werden. Weiterhin ist ein Zeilentreiber 4 vorhanden, der die Zeilenleitungen X.., X„, ... X der Flüssigkristall-Matrixanzeige 6 sequentiell eine hinter der anderen abtastet. Der Hauptspeicher 1, der Spaltentreiber sowie der Zeilentreiber 4 werden alle von einer Steuerschaltung· 5 aus bedient.

Bei dieser Art der zeilensequentiellen Ansteuerung einer derartigen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung in Matrix-Anordnung muß die Periode der pro Zeile zuzuführenden Spannung im Verhältnis zur gesamten Äbtastperiode umso kürzer gewählt werden, je größer die Anzahl der Zeilenelektroden wird. In anderen Worten: Die relative Einschaltdauer oder das sogenannte Tastverhältnis führt zu einem übersprechproblem. Dies ist besonders bei Flüssigkristall-

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anzeigen kritisch, bei denen als inhärente Eigenschaften die Ansprechschwelle nicht genau festliegt und ein relativ langsames Ansprechverhalten zu berücksichtigen ist. Dies führt im Ergebnis zu unbefriedigenden Kontrastverhältnissen bei der Anzeige.

Es sind bereits einige Vorschläge zur Lösung dieses Problems gemacht worden, beispielsweise der, die Matrixelektrodenanordnung so zu verändern, daß sich eine Erhöhung des Tastverhältnisses erreichen läßt. Wie sich aus Fig. 2 ersehen läßt, die die Äquivalenzschaltung einer Elektrodenanordnung wiedergibt, besteht eine Möglichkeit darin, einer Zeilenelektrode X. zwei unabhängigen Spaltenelektroden Y₁-, Y„. gegenüberzusetzen, um dadurch die Anzahl der zu erregenden Zeilen zu verdoppeln, zu vervierfachen usw., ohne den Anzeigekontrast zu verschlechtern. Es ist möglich, damit Flüssigkristallanzeigen in Matrix-Anordnung zu verwirklichen, die beispielsweise 100 Zeilen aufweisen;

Während mit Feldeffektwirkung ansteuerbare Flüssigkristallanzeigen mit verdrehtem nematischen Flüssigkristall (im folgenden auch als TN-FEM-LCD-Anzeige = Twisted Nematic Field Effect Mode Liquid Crystal Display bezeichnet) bei Matrixansteuerung und für bestimmte Blickrichtungen ein verhältnismäßig gutes Kontrastverhältnis zeigen, muß der Nachteil inkauf genommen werden, daß sich bei unterschiedlichen Blickrichtungen erhebliche Änderungen insbesondere eine starke Abschwächung des Kontrastes zeigen, die soweit führen, daß es schwierig wird, die Sichtanzeige zu erkennen.

Für vertikal angeordnete, im wesentlichen planare Anzeigefelder ändert sich der Blickwinkel von der Ober- zur Unterseite verhältnismäßig stark, nämlich beispielsweise vom Winkel O₁ bis zum Winkel ©₂ (vgl. Fig. 5) mit der Folge,

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daß sich der Kontrast von der Ober- zur Unterseite eines derartigen Anzeigeschirms deutlich verändert.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, das aufgezeigte Problem von der Seite der Ansteuerschaltung zu lösen, d.h., eine derartige Ansteuerschaltung so zu verbessern, daß sich unabhängig vom Blickwinkel auf das Matrix-Anzeigefeld ein weitgehend gleichmäßiger Kontrast bei der Anzeige darstellt.

Die verfahrensmäßige Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Der Patentanspruch 2 definiert die erfindungsgemäße schaltungstechnische Lösung. Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform des Erfindungsgedankens nach Patentanspruch 2 ist Gegenstand eines Unteranspruchs.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, über die Ansteuerschaltung die den sequentiell abzutastenden Elektroden zuzuführende Ansteuerspannung in der Praxis also üblicherweise den Zeilenelektroden eine sich verändernde Ansteuerspannung zuzuführen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die bereits erwähnte Schaltungsanordnung einer Ansteuerschaltung für eine Flüssigkristall-Anzeige vom Matrix-Typ; Fig. 2 die schematische graphische Darstellung eines

Beispiels einer Matrix-Elektrodenanordnung;

Fig. 3 die auseinandergezogene Perspektivdarstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer oberen und einer unteren Matrix-Elektrondenanordnung;

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Fig. 4 die auseinandergezogene Perspektivdarstellung

einer zweilagigen Matrixelektrodenstruktur; Fig. 5 die Beziehung zwischen den einzelnen Anzeigepositionen auf einem Anzeigefeld und dem Blickwinkel;

Fig. 6 die zeitbezogene Darstellung des Verlaufs

von Treiberspannungen, die den Matrixelektroden in Übereinstimmung mit der Erfindung zuzuführen sind;

Fig. 7 ein graphisches Schaubild zur Verdeutlichung der Beziehung zwischen den Blickwinkeln und den jeweiligen Kontrasten, aufgetragen als Funktion der Treiberspannung unter der Bedingung, daß die betrieblich ausnutzbare Grenze beim jeweiligen Anzeigemaximum liegt;

Fig. 8 eine in Verbindung mit der Erfindung zu bevorzugende Ausführungsform einer Flüssigkristall- * Anzeigetafel und

Fig, 9 das Schaltdiagramm einer Elektroden-Ansteuerschaltung für die anhand der obigen Figuren

erläuterten Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung.

Zunächst wird ein praktisches Ansteuerverfahren gemäß der Erfindung zusammen mit einigen charakteristischen Kennwerten einer dafür geeigneten Ansteuerschaltungsanordnung erläutert.

Es gibt zwei mögliche Methoden, ein Matrix-Flüssigkristall-Anzeigefeld anzusteuern, das eine der Äquivalenzschaltung nach Fig. 2 entsprechende Elektrodenstruktur aufweist:

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Wie sich anhand der Fig. 3 ersehen läßt, besteht eine Möglichkeit darin, jede Spaltenelektrode in eine obere Hälfte und eine untere Hälfte innerhalb der Anzeigezelle zu unterteilen. Die Fig. 4 dagegen verdeutlicht die andere Möglichkeit, nämlich eine zweilagige Matrixanordnung vorzusehen, bei der zwei Zellen stapelartig übereinander angeordnet sind.

Obgleich die Erfindung nachfolgend unter Bezug auf den unterteilten Typ solcher Anzeigen beschrieben wird, ist für den Fachmann deutlich, daß die Anwendung der Erfindung auch auf hen zweilagigen Matrix-Typ oder eine Kombination aus beiden Anzeigezelltypen möglich ist.

Bei der Matrixansteuerung der Flüssigkristallanzeige wird ein sogenanntes 1/n-Vorspannungs-Ansteuerverfahren angewendet, das im Prinzip einer Weiterentwicklung des bekannten 1/3-Vorspannüngsverfahrens entspricht. Wie sich am besten aus Fig. 6 ersehen läßt, wird eine Zeilenelektrode d.h. also eine X-Elektrode bei der Ansteuerung zur Anzeige .

mit einer Spannung _+ O^--)v beaufschlagt, während im nicht

a u

gewählten Zustand der Potentialwert 0 anliegt. Einer Spalten- oder Y-Elektrode dagegen wird stets ein Spannungswert + — V_n zugeführt, so daß die summierte Spannung über die — a υ

betreffende X- und Y-Elektrode bei Auswahl zur Anzeige V_n und im nichtgewählten Zustand + - V_n beträgt. Die Betriebsgrenzen oder der ausnutzbare Bereich ti-= ^v _et_N/^vaüS

. erreicht ein Maximum für a = "fip + 1, wobei mit N die Anzahl der Abtastzeilen bezeichnet ist. Der ausnutzbare Betriebsbereich wird in anderen Worten dann ein Maximum, wenn die Beziehung V₁ =-Jn\ V₂ befriedigt wird, worin mit V₁ die Spannung Spitze-Spitze eines V -Signals und mit V- der entsprechende Gegenwert eines V -Signals bezeichnet

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sind. Da sich die Absolutwerte von V₁ und V₂ bei einer Erfüllung der oben dargestellten Beziehung verändern, verschiebt sich auch das konstante Verhältnis gegenüber einzelnen sich ändernden Blickwinkeln. Die Fig. 7 verdeutlicht die charakteristischen Kennwerte des Kontrastverhältnisses, aufgetragen als Funktion des Blickwinkels Θ. Die Kurve (^aJ i-ⁿ Fig. 7 verdeutlicht das Kontrastverhältnis, wenn die Ansteuerspannungen V₁₁ und V₁₂ der Beziehung
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entsprechen.

Die Kurve ybj zeigt den Fall, daß die Ansteuerspannungen V₁₂ und V₂₂ über die Beziehung

zusammenhängen.

Die Kurve ic) zeigt den Fall, daß die Ansteuer spannungen V₁O und V₂₃ über die Beziehung

^ν

zusammenhängen:

In anderen Worten: Es gelten die Ungleichgewichts beziehungen
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Eine Analyse der experimentell erhaltenen Ergebnisse führte zu dem Schluß, daß Änderungen der Ansteuerspännung weniger oder keine Veränderungen für einen Bereich des Blickwinkels verursachen, wenn ein ausreichend hohes Kontrastverhältnis gegeben ist, wobei der Blickwinkel θ für das höchste Kontrasverhältnis in positiver Korrelation zur Ansteuerspannung V steht.

Zu diesem Zweck wird gemäß einer bevorzguten Ausführungsform der Erfindung eine einzige Anzeigeeinheit in eine obere und eine untere Hälfte unterteilt (vgl. Fig. 8) und die Ansteuerung erfolgt über die Treiberschaltung nach Fig. 9i

Die Treiberspannungen V₁- und V„_? sind der X-Elektrodengruppe 9 bzw-, der Y-Elektrodengruppe 11 der oberen Zellenhälfte 13 zuzuführen und werden hinsichtlich des höchsten Kontrastverhältnisses für den Blickwinkel 9^₁ auf einen Punkt P in die Mitte des Felds der oberen Zellenhälfte gewählt. In ähnlicher Weise werden die Ansteuerspannungen V₁₁ und V₁₂ für die X-Elektrodengruppe 10 bzw. die Y-Elektrodengruppe 12 in der unteren Zellenhälfte 14 so gewählt, daß sich das höchste Kontrastverhältnis für den Blickwinkel Q₂₂ für einen anderen Punkt Q in der Mitte der unteren Zellenhälfte ergibt. Durch diese Maßnahme werden üngleichmäßigkeiten im Kontrasverhältnis über das gesamte Anzeigefeld wesentlich verringert, und zwar im Prinzip so, daß sich das Kontrastverhältnis eines Anzeigefelds mit nur halb so großen Längen- und Breitenabmessungen ergibt.

Diese getrennte Ansteuerung unterteilt nach oberer und unterer Hälfte des Anzeigefelds läßt sich ersichtlicherweise auf die Matrixanordnung gemäß Fig. 3 gut anwenden. Für den Fall, daß die zweilagige Matrixanordnung

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(vgl. Fig. 4) mit der Elektrodenunterteilung gem. Fig. 3 kombiniert wird, ist es ebenfalls möglich, ein sehr hohes Kontrastverhältnis durch Unterteilung des Anzeigefelds und Änderung der Ansteuerspannung für die einzelnen Quadranten des Felds zu erreichen. Im Ergebnis erhält man auf dem Anzeigefeld eine Kontrastverteilung, die weitgehend frei von üngleichmäßigkeiten in Abhängigkeit von der jeweiligen Anzeigeposition ist.

Die Erfindung hat ein vergleichsweise weites Anwendungsfeld, das von Anzeigen für kleine tragbare Geräte bis zu großen an einer Wand zu befestigenden Anzeigefeldern reicht.

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Claims

PATENTANWÄLTE IXi

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D-8OOO München 22 D-48OO Bielefeld ο ο / r- ρ η /

Triftstraße 4 Siekerwall 7

1089-GER 27. Oktober 1978

Sharp Kabushiki Kaisha 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka,

Japan

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Flüssigkristall-Xnzeigefelds mit Ansteuerelektroden in XY-Matrixanordnung

Priorität: 31. Oktober 1977, Japan, Ser.Nr. 131370/1977

PATENTANSPRÜCHE

1 .-) Verfahren zur Ansteuerung eines Flüssigkristalliöizeigefelds mit Ansteuerelektroden in XY-Matrixanordnung, von .denen für eine Zeichen- oder Bilderstellung eine Elektrodengruppe, z.B. die X-Zeilenelektroden, zeilensequentiell mit einer Ansteuerspannung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung des Anzeigekontrasts die während einer Abtastperiode den einzelnen Elektroden der einen Elektrodengruppe zuzuführende Ansteuerspannung verändert wird.

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ORIGINAL iMSRECTED

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2. Ansteuerschaltung für ein Flüssigkristall-Anzeigefeld mit Ansteuerelektroden in XY-Matrixanordnung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur zeilenweisen Abtastung des Flüssigkristall-Matrix-Anzeigefelds, bei der zur Verbesserung des Kontrastverhältnisses eine Schaltungsanordnung (Fig. 9) zur Veränderung einer Ansteuerspannung während der Äbtastperiode vorhanden ist.
3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 für ein Flüssigkristall-Anzeigefeld, das aus einer ersten und einer zweiten Halbzelle aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur zeilenweisen Abtastung des Flüssigkristall-Matrix-Anzeigefelds eine Schaltungsgruppe enthält, die die erste Halbzelle (13) und die zweite Halbzelle (14) mit unterschiedlichen Ansteuerspannungen beaufschlagt, wobei die der ersten Halbzelle zuzuführende Ansteuerspannung so gewählt ist, daß sich für einen bestimmten Blickwinkel (Q₁₁) auf einen Mittelpunkt (P) der ersten Halbzelle (13) im wesentlichen der höchste Kontrast ergibt, während die Ansteuerspannung für die zweite Halbzelle (14) so gewählt ist, daß sich der im wesentlichen höchste Kontrast für einen abweichenden Blickwinkel (θ_?2) ^auf einen anderen Mittelpunkt (Q) der zweiten Halbzelle (14) ergibt.

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