DE2904596A1

DE2904596A1 - Fluessigkristall-anzeigematrix

Info

Publication number: DE2904596A1
Application number: DE19792904596
Authority: DE
Inventors: Kohei Kishi; Keisaku Nonomura; Keiichiro Shimizu; Hisashi Uede
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1978-02-08
Filing date: 1979-02-07
Publication date: 1979-08-09
Also published as: GB2016780A; DE2953769C2; US4386352A; DE2904596C2; GB2016780B

Description

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER Sharp 12o7-GEK

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigema— trix der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 genannten Art. Dabei geht es insbesondere um eine mit Dünnfilmtransistoren (die auch als "TFT" bezeichnet werden) ausgestattete Schaltung zur Ansteuerung einer Flüssigkristall-Anzeigematrix.

Bei einer 1972 von der Westinghouse.Electric Co. neu eingeführten Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixan-Ordnung sind in Dünnfilmtechnik für jedes Bildelement ein Transistor und eine parasitäre Kapazität einbezogen. Obwohl eine detaillierte Spezifikation einer solchen Tafel in der Veröffentlichung "A 6" χ 6" 2o 1/inch Liquid Crystal Display Panel" by T-P. Brody et al., IEEE Trans.

on Electron Devices EC-2o P 995, aus dem Jahre 1973 vollständig angegeben ist, sollen anschließend zum besseren Verständnis der Erfindung Aufbau und Arbeitsweise der bekannten Anzeigetafel kurz erläutert werden;

Die in Fig. 1 der anliegenden Zeichnung dargestellte bekannte Schaltung enthält für ein bestimmtes der Bildelemente der Anzeigetafel einen Dünnfilmtransistor und eine parasitäre Kapazität, und ein zugehöriges Impulsdiagramm ist in Fig. 2 dargestellt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel enthält nur vier in einer X/Y-Matrix angeordnete Bildelemente, die zu einer Sichtanzeigematrix verdrahtet sind.

Durch Anlegen der Source-Spannung V₁ und der Gate-Spannung V. an die Source-Elektrode 1 und die Gate-Elektrode 2 von Fig. 1 wird der Dünnfilmtransistor 3 in den leitenden (ON) Zustand versetzt, so daß die zu einer Kapazität 4 (C_T_)

909832/0781

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Sham 12o7-GEK

-A-

des Flüssigkristallmaterials parallel liegende parasitäre Kapazität 5 (C,.,) über den Leitungswiderstand R„„ des Dünnfilmtransistors von der Source-Elektrode 1 her aufgeladen wird. Damit ändert sich das Potential (V Drain 1) der Drain-Elektrode 6 gemäß nachstehender Formel:

V Drain I=V₁ (1 - e ^=-) (1)

worin T₁ = R_0n (C_lc + C₃)
Io

ist.

Wenn dann die Gate-Spannung der Gate-Elektrode 2 auf -V„ geladen wird, sperrt der Dünnfilmtransistor 3 (OFF-Zustand) Anschließend beginnt eine Entladung der Kapazität 4 (C__) und 5 (c_) über den Abschaltwider stand R„_ des Dünn-

o Ur r

filmtransistors 3 und den Widerstand R__ des Flüssigkristallmaterials. Da die folgende Beziehung zwischen

den Widerständen R_n.-*, R_x „ und R„ besteht,

UxI Ü LiL· UiN

^ROFF ^>>
R0N ' ^RLC ^{> R}OFF

erfolgt dieser Entladeprozeß sehr langsam, so daß das Potential (V Drain 2) der Drain-Elektrode für einen relativ langen Zeitraum beträchtlich hoch bleibt, wie aus folgender Formel hervorgeht:

V Drain 2 = V₁e ^| (2)

worin t ₂ = (R_QFF // R_LC) (C_LC + C₅) ist.

Der Ablauf dieses Prozesses geht aus Fig. 2 hervor. Die Effektivspannung der Drain-Elektrode, d. h. die sich

309832/0781

TER MEER · MÜLLER ' STEiNMEISTER Sharp 12o7-GEK

über ein betreffendes Flüssigkristall-Element entwickelnde Effektivspannung ist beträchtlich hoch und ermöglicht eine kontrastreiche Anzeige, obwohl die an die Source-Elektrode 1 angelegte Spannung ein kleines Nutzimpuls-Verhältnis und einen sehr geringen Effektivwert hat.

Der nach dem vorstehend beschriebenen Prinzip arbeitende bekannte Zellenaufbau ist in Fig. 3 dargestellt und besteht im wesentlichen aus einem Substrat 22 mit Dünnfilmtransistoranordnung sowie einem Gegensubstrat 23.

Substrat 22 trägt den Dünnfilmtransistor 3, die Kapazität 5 und eine Elektrode 11, nach einer bekannten Vakuumtechnik auf einer Glasunterlage 7 aufgetragen und nach den X/Y-Koordinaten mit X- und Y-Leitungen für jedes Flüssigkristall-Einheitselement ausgerüstet. Das Gegensubstrat 23 trägt einen vollständig transparenten leitfähigen Film 17, der sämtlichen Einheitselementen gemeinsam zugeordnet und auf einer weiteren Glasunterlage 7¹ aufgetragen ist. Beide Elektrodensubstrate sind einem konventionellen TN-(twisted nematic)-Ausrichtungsprozeß wie einer schrägen Bedampfung und Reibbehandlung unterzogen worden, nachdem transparente Isolierschichten 14 und 15 aus SiO, SiO₂ und dergleichen darauf abgelagert wurden. Außerdem sind beide Substrate über ein Dichtungselement 21 miteinander verkittet worden, und mit der Injektion eines geeigneten Flüssigkristallmaterials, das beispielsweise aus TN-FEM-Flüssigkristall und Gast/Wirt-Effekt-Flüssigkristall besteht, ist die Fabrikation der Flüssigkristall-Anzeigematrix unter Verwendung von Dünnfilmtransistoren abgeschlossen. Außerhalb der Flüssigkristall-Anzeigematrixtafel befindet sich mindestens ein Paar Polarisatoren 18, 19' und ein Reflektor 2.

Der Aufbau gemäß Fig. 3 enthält eine Elektrode aus Al oder dergleichen, eine Elektrode 9 der Kapazität C , einen

909832/0781

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER

Isolierfilm Io für das Gate des TFT und als Dielektrikum der Kapazität C , die bereits erwähnte Elektrode 11 des

Flüssigkristallelements, eine Source-Elektrode 12, eine Drain-Elektrode 13 und eine Halbleiterschicht 24.

Bei Ansteuerung der Schaltung von Fig. 1 mit den in Fig. dargestellten Spannungen treten zwei grundsätzliche Probleme auf:

1: Betrachtet man die Konturen der Aktivierspannungen von Fig. 4 zur Aktivierung sämtlicher Bildelemente mit Ausnahme eines einzelnen Elements, ausgewählt durch eine bestimmte Source-Elektrode S. und eine bestimmte Gate-Elektrode G., dann bleibt der ausgewählte bzw. nichtaktivierte TFT im abgeschalteten (OFF) Zustand, aber die Kapazitäten L_„ + C_ werden über den Abschaltwiderstand R^™ zunehmend aufgeladen. Auf diese Weise

Ur r

baut sich dort schließlich eine Spannung auf, die größer ist als eine gegebene Schwellwertspannung V^ des Flüssigkristallmaterials. Die resultierende Spannung ist in Fig. 4 dargestellt, und es erfolgt eine Ein-Ausschaltung zwischen der Soürce-Spannung V . und der Gate-Spannung V_ ., so daß bei abgeschaltetem TFT die Drain-Spannung V .. einen erhöhten Effektivwert aufweist, der gleich oder höher als der im Einschaltzustand ist. Dies führt zu einem nachteiligen Anzeigevorgang oder zu einer Kontrastdifferenz entsprechend der Anzahl der in diesem Augenblick aktivierten Flüssigkristallelemente .

2: Solange die Spannung-Strom-Charakteristik (V_ - I_D) des TFT sich symmetrisch zur Polarität verhält, ist auch eine Idealform der Drain-Spannung vorhanden, die keine Gleichspannungskomponente enthält, siehe Fig. 2 (c). In Wirklichkeit ist jedoch die Betriebs-

909832/0781

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER Sharp 12o7-GEK

charakteristik (V - I_) konventioneller TFT's (Dünnfilmtransistoren) asymmetrisch in bezug auf die Polarität, siehe Fig. 6. Ferner ist die Wellenform der Drain-Spannung, d. h. der über das Flüssigkristallmaterial angelegten Spannung asymmetrisch, siehe Fig. 2 (d). Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, daß dem Flüssigkristallmaterial eine Spannung zugeführt wird, die eine Gleichspannungskomponente enthält und die Lebensdauer der Flüssigkristallanzeigetafel verkürzt. Io

Zur Vermeidung dieser beiden Probleme hat die Westinghouse Electric Company sich auf dem Gebiet der Forschung sehr bemüht und TFT's mit ausgezeichneten Betriebseigenschaften entwickelt, bei denen R^.VR^-^

UlN De σ

ungefähr ft/7o.ooo ist, so daß der Leckstrom im abgeschalteten Zustand nicht über einen Wert ansteigt, der kleiner als 5 nA ist, während der Einschaltstrom größer als 35o ,uA ist. Diese Erfolge reichen jedoch nicht aus, die vorstehend aufgeführten Probleme restlos zu beseitigen, weil die Gleichstromkomponenten nicht restlos beseitigt werden konnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigematrix der eingangs genannten Art entscheidungsmäßig so zu verbessern, daß die zuvor erläuterten Probleme restlos beseitigt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch 1 angegeben, vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die gemeinsame Elektrode mit einer Spannung versorgt wird, deren Impulsform während ungeradzahliger bzw. geradzahliger Abtastzyklen jeweils unterschiedlich

909832/0781

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER

Sharp 12o7-GEK

Io 15

ist. Einem zu beschreibenden bestimmten Bildelement der Tafel wird eine Spannung zugeführt, welche einen Phasenunterschied von 18o gegenüber der Spannung aufweist, die der gemeinsamen Elektrode aufgeprägt wird. Das Flüssigkristallmaterial erhält eine Wechselspannung. Dagegen erhält ein nicht zu beschreibendes bestimmtes Bildelement eine Spannung, welche mit der an die gemeinsame Elektrode gehenden Spannung in Phase liegt, das Flüssigkristallmaterial erhält im wesentlichen keine Spannung.

Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird von der Source-Leitung eine bipolare Source-Spannung geliefert, bei der positive und negative Abschnitte miteinander abwechseln. Ein Impulsbreitenverhältnis zwischen den positiven und den negativen Abschnitten wird so gewählt, daß die Ladespannungen und Entladespannungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung beide gleich Null sind, wenn der Dünnfilmtransistor abgeschaltet ist.

Nachstehend werden die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung, die auch den eingangs erläuterten Stand der Technik enthält, näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 und 2 eine schematisches Schaltbild der eingangs besprochenen bekannten Flüssigkristall-Anzeigematrix mit zugehörigem Spannungsdiagramm,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine mit Dünnfilmtransistoren versehene Flüssigkristall-Anzeigematrix für erfindungsgemäße Zwecke/

Fig. 4 ein Spannungsdiagramm für einen bestimmten Aktivierzustand der Schaltung von Fig. 1, 35

909832/0781

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Sharp 12o7-GEK

Fig. 5 ein Kennliniendiagramm eines idealen Dünnfilmtransistors,

Fig. 6 ein Kennliniendiagramm eines Te als Halbleitermaterial enthaltenden Dünnfilmtransistors,

Fig. 7 ein Spannungsdiagramm zum erfindungsgemMßen Aktivieren einer Flüssigkristallanzeige,

Fig. 8 ein anderes Spannungsdiagramm zum erfindungsgemäßen Aktivieren einer Flüssigkristallanzeige,

Fig. 9 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigematrix,
15

Fig. Io ein schematisches Schaltbild zu der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigematrix,

Fig. 11 ein weiteres Spannungsdiagramm zum erfindungsgemäßen Aktivieren einer Flüssigkristallanzeige,

Fig. 12 und 13 ein Schaltbild und ein Signal-Zeitdiagramm einer Schaltung zur Erzeugung der Verfolgungsspannung und

Fig. 14 und 15 ein Schaltbild und ein Signal-Zeitdiagramm einer Schaltung zur Erzeugung der Spannungen V . - V .

Wie in der Beschreibungseinleitung erläutert, lassen sich die Probleme, mit denen der Stand der Technik behaftet ist, durch die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigematrix vermeiden. Das erstgenannte Problem läßt sich dadurch vermeiden, daß man die Flüssigkristall-Anzeigematrix gemäß dem Spannungsdiagramm von Fig. 7 aktiviert.

Fig. 7(a) zeigt den Spannungsverlauf der Source-Spannung

909832/0781

TER MEER - MÜLLER . STEINMEISTER Sharp 12o7-GEK

- Io -

V ., welche der i-ten Source-Elektrode zugeführt wird

Sx

und Komponenten mit positiver und negativer Polarität enthält. Das Impulsbreitenverhältnis zwischen den Komponenten mit positiver und negativer Polarität ist so gewählt, daß durch Aufladung und Entladung in positiver und negativer Richtung die Effektivspannung auf den Wert Null reduziert wird, wenn sich der TFT (Dünnfilmtransistor) im abgeschalteten (OFF) Zustand befindet, um polaritätsbedingte Charakteristik-Abweichungen zu kompensieren. Der in Fig. 7(a) dargestellte Spannungsverlauf an der Source-Elektrode bezieht sich auf den Vorgang, daß die Bildelemente auf der i-ten Source-Elektrode gegenseitig abwechselnd zur Schreib-Operation und zur Nichtschreib-Operation herangezogen werden. Die positiven und negativen Impulse der Source-Spannung weisen zwischen einem ungeradzahligen Zyklus und einem geradzahligen Zyklus eine Phasenumkehr auf.

Fig. 7 (b) bis 7(d) zeigen die Spannungsverläufe der Gate-Spannungen V ., V_Q.₊₁ und V_Q.₊₂ an der j-ten Gate-Elektrode bis zur (j + 2)-ten Gate-Elektrode, die in Sequenz abgetastet werden. Wenn der positive Impuls der an das Flüssigkristallmaterial angelegten Gate-Spannung mit der Impulsbreite der Source-Spannung übereinstimmt, dann wird ein Gate-Impuls mit der gleichen Impulsbreite wie der negative Impuls der Source-Spannung zugeführt. Die positiven und negativen Impulse werden jeweils während der ungeradzahligen bzw. geradzahligen Zyklen zugeführt .

Dementsprechend wird die Source-Spannung V . angelegt, wenn in diejenigen Elektroden Nachrichtensignale eingeschrieben werden sollen, welche sequentiell mit den Gate-Impulsen gemäß Fig. 7(b) bis 7(d) versorgt werden. Soll nicht eingeschrieben werden, werden die betreffenden

909832/0781

TER MEER · MÖLLER ■ STEINMEISTER

Sherp 12o7-GEK

- 11 -

Elektroden auf Null-Potential gehalten. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 \irerden die (i, j) -ten und (i, j + 2)-ten Bildelemente beschrieben, und das (i, j + I)-te Bildelement wird nicht beschrieben. Die Source-Spannung V . für die (i)-te Gruppe ist die Spannungsform, welche das Schreibintervall und das Nichtschreibintervall in bezug auf die Bildelemente der i-ten Kolonne bestimmt .

Die Durchführung der Anzeigeoperation an dem Flüssigkristallmaterial erfolgt in der Weise, daß die durch die Source-Spannung und die Gate-Impulse ausgewählten Bildelemente in aufeinanderfolgenden Zyklen mit entgegengesetzter Spannungspolarität versorgt werden, siehe Fig.

15 7(e) bis 7 (g) .

Wie schon erwähnt, ist erfindungsgemäß die Source-Spannung bipolar und enthält positive und negative Komponenten mit veränderlicher Impulsbreite, um die Lade- und Entladespannungen in entgegengesetzten Richtungen auf den Null-Wert zu bringen, wenn der TFT abgeschaltet ist. Soll gemäß Fig. 4 nur ein Bildelement nicht beschrieben werden, dann könnte dieses Bildelement wegen der Übersprechstörungen niemals mit Spannung beliefert werden, also wird auch das Nicht-Schreibbildelement beschrieben. Die erfindungsgemäße Anzeigetafel besitzt den Vorzug eines höheren Kontrastes und vermeidet wesentliche Unterschiede in bezug auf die Anzahl der zu beschreibenen Bildelemente.

Aus seitens der Erfinder angestellten Versuchen hat sich ergeben, daß für Dünnfilmtransistoren mit Tellur als Halbleitermaterial folgende Impulsbreitenverhältnisse geeignet sind:

2o

3o 35

909832/0781

TER MEER ■ MÜLLER · STEINMEISTER

Sharp 12o7-GEK

- 12 -

Io

2o 25 3o

Positive Impulsbreite Negative Impulsbreite

= o,2 - o,05

Nachstehend wird in Verbindung mit dem Spannungsdiagramm von Fig. 8 beschrieben, wie sich erfindungsgemäß das in der Beschreibungseinleitung erwähnte zweite Problem überwinden läßt: Zum Beschreiben eines ausgewählten Bildelements führt man der Source-Elektrode des betreffenden Dünnfilmtransistors den gerichteten Source-Spannungsimpuls V von Fig. 8(a) zu. Dieser Source-Spannungsimpuls ist für aus Te hergestellte TFTs negativ und für aus CdS oder CdSe hergestellte TFTs positiv. Durch Anlegen der Gate-Spannungsimpulse V gemäß Fig. 8(c) wird der TFT während ungeradzahliger Zyklen gesperrt und während geradzahliger Zyklen eingeschaltet. Da die TFTs während der ungeradzahligen Zyklen eingeschaltet und während der geradzahligen Zyklen abgeschaltet sind, siehe Fig. 8 (a) und (c),nimmt ihre Drain-Spannung V_n (ON = eingeschaltet) den in Fig. 8(d) dargestellten Spannungsverlauf an, wobei nur die negative Spannungsseite dargestellt und selbstverständlich eine Gleichspannungskomponente enthalten ist. Erfindungsgemäß wird während der geradzahligen Zyklen von der gemeinsamen Elektrode gemäß Fig. 8(f) die gemeinsame Spannung V mit entgegengesetzter Polarität zugeführt, so daß eine in Fig. 8(g) dargestellte Differenzspannung zwischen den beiden Spannungen von Fig. 8(d) und 8(f) auftritt, welche zur Durchführung der Schreiboperation an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß der Spannungswert und die Impulsform der gemeinsamen Spannung V in Verbindung mit der Drain-Spannung V_n sorgfältig so ausgewählt wird, daß der Flüssigkristall-Anzeigetafel eine reine Wechselspannung zugeführt wird, die keine Gleichspannungskomponente enthält.

Soll ein ausgewähltes Bildelement des Flüssigkristallma-

909832/0781

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER

Sharp 12o7-GEK

- 13 -

terials nicht beschrieben werden, dann erhält die Source-Elektrode des betreffenden TFT die Source-Spannung V (OFF = abgeschaltet) gemäß Fig. 8(b) zusammen mit dem Gate-Spannungsimpuls V von Fig. 8 (c), so daß dieser TFT des betreffenden Bildelements während der ungeradzahligen und der geradzahligen Zyklen abgeschaltet wird. Folglich entspricht die Drain-Spannung V_D (OFF) dieses TFT der Spannungsform von Fig. 8(e) und wird einer Elektrode des Bildelements des Flüssigkristallmaterials zugeführt. Während der ungeradzahligen Zyklen wird die gemeinsame Spannung V aus Fig. 8(f) von der gemeinsamen Elektrode mit der resultierenden Ähnlichkeit in Spannungspolarität und Spannungsform zugeführt. Folglich existiert keine Potentialdifferenz zwischen den beiden gegenüberliegenden Elektroden der Anzeigetafel in bezug auf die Drain-Spannung V_D (OFF), wie in Fig. 8(h) dargestellt ist.

Um der gemeinsamen Elektrode der Flüssigkristall-Anzeigetafel die gemeinsame Spannung V_r in Übereinstimmung mit der gleichförmig beabstandeten bzw. abgetasteten Gate-Elektrode S bei den obigen Beispielen zuzuführen, ist es notwendig, den transparenten leitfähigen Film streifenförmig und parallel zu den Gate-Elektroden anzuordnen. Fig. 9 zeigt einen entsprechenden Querschnitt durch eine solche Flüssigkristall-Anzeigetafel, und Fig. Io enthält das Schaltbild dazu. Einzelheiten, soweit sie mit den Fig. 1 und 3 übereinstimmen, tragen in Fig. 9 und Io gleiche Bezugszahlen.

Zur Halbton-Darstellung ist es erwünscht, die Amplitude der Source-Spannung V und der gemeinsamen Spannung entsprechend dem Schreibstärkengrad zu verändern. In Fig. 8(i) und 8(j) sind die Drain-Spannung und die an das Flüssigkristallmaterial angelegte Spannung aufgetragen.

909832/0781

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER

Sharp 12o7-GEK

- 14 -

Io

Wie schon erwähnt, gibt es bei der Erfindung Unterschiede zwischen den Punkten, wo der TFT ein- bzw. ausgeschaltet wird. Die Spannungsversorgung eines ausgewählten Bildelements der Anzeigetafel mit der Schreibspannung oder die Reduzierung der Schreibspannung auf Null entweder vom TFT oder von der gemeinsamen Elektrode erfolgt im gleichen Augenblick. Folglich reagieren die TFTs nur auf gut proportionierte Gleichspannungsimpulse und es erfolgt eine sehr wirksame Aktivierung mit einer reinen Wechselspannung, die keine Gleichspannungskomponenten enthält. Dadurch wird eine relativ lange Lebensdauer verwirklicht .

Die zur Überwindung des erstgenannten Problems an das Flüssigkristallmaterial angelegte Spannungsform gemäß Fig. 7(c) ist in bezug auf ihre positive und negative Polarität asymmetrisch und enthält einen erheblichen Gleichspannungsanteil. Im Gegensatz dazu reicht der zur Überwindung des zweitgenannten Problems aufgezeigte Vorschlag nicht zur Überwindung des erstgenannten Problems aus.

Nachstehend wird in Verbindung mit dem Spannungsdiagramm von Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, welches sehr gut geeignet ist, sowohl das erste als auch das zweite in der Beschreibungseinleitung genannte Problem zu vermeiden. Dabei wird die in Fig. 9 dargestellte Flüssigkristall-Anzeigetafel und eine Fig. Io gleichwertige Schaltung

3o verwendet.

Fig. 11 (a) zeigt die Spannungsform der Source-Spannung für die i-te Kolonne, wobei entsprechende Bildelemente wiederholt und in Sequenz zur Schreiboperation, zur Nicht-Schreiboperation und zur Nicht-Schreiboperation

909832/0781

TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER

Sharp 12o7-GEK

- 15 -

aktiviert werden. Im Zeitraum von t- bis

erfolgt die

Zufuhr der negativen und positiven Impulse, und während der Zeiträume zwischen t₂ bis t, und von t^ bis t^ erfolgt das Anlegen der Nu11-Spannung.

Io 15 2o

3o

Um die TFTs im Zeitraum zwischen t₁ bis t, während der ungeradzahligen Zyklen ein-, aus- und auszuschalten und während des Zeitraums t' bis t¹. bei den geradzahligen Zyklen aus-, ein- und einzuschalten, wird die Source-Spannung zusammen mit der Gate-Spannung so ausgelegt, daß von t., bis t« die Null-Spannung steht, von t_ bis t., die negativen und positiven Impulse und von t_ bis t. ebenfalls die negativen und positiven Impulse zugeführt werden.

Das Impulsbreitenverhältnis zwischen den negativen und positiven Impulsen entspricht der Darstellung von Fig. 7. In den Fig. 11 (b), (c) und (d) sind die Spannungsformen der Gate-Spannungen für die j-te, (j + l)-te bzw. (j + 2)-te Zeile dargestellt. Daraus ist zu entnehmen, daß die Gate-Spannungsimpulse den Gate-Elektroden zwecks sequentieller Abtastung in Sequenz zugeführt werden. In den Fig. 11 (e) bis 11 (g) sind die Spannungsformen der gemeinsamen Spannung dargestellt, wie sie der gemeinsamen Elektrode auf der j-ten bis (j + 2)-ten Zeile zugeführt werden; d. h. während der geradzahligen Zyklen werden den gemeinsamen Elektroden die gemeinsamen Spannungen V

cj

und.V j₊₂ auf der gleichen Leitung

35

wie die abgetasteten Gate-Elektroden zugeführt.

Daraus läßt sich entnehmen, daß während der ungeradzahligen Zyklen dem TFT im Schnittpunkt (i, j) die Source-Spannung der i-ten Kolonne und die Gate-Spannung der j-ten Zeile zugeführt werden, so daß das Flüssigkristallmaterial des betreffenden Bildpunktes (i, j) die Source-

909832/0781

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER

Sharp 12o7-GEK

- 16 -

Spannung und somit die Spannung V .. erhält. Dies .führt zum Beschreiben des betreffenden Bildelements (i, j).

Io

2o 25 3o 35

Weil während der nächstfolgenden Zeilenabtastung die Source-Spannung in der i-ten Kolonne im ungeradzahligen Intervall gleich Null ist, befindet sich der TFT am Schnittpunkt (i, j+1) im ausgeschalteten Zustand, und die Spannung V .. - an dem Bildelement (i, j+1) ist ebenfalls gleich Null.

Der gleiche Vorgang wird wiederholt während der zweiten nachfolgenden (j+2) Zeile ohne Durchführung der Schreib operation. Dieser Vorgang wird fortgesetzt bis zur letz ten Zeile, d. h. bis ein Abtastzyklus durchlaufen ist.

Beim nächstfolgenden Abtastzyklus, d. h. dem geradzahli gen Zyklus, werden die TFTs umgekehrt betrieben. Dies kommt daher, daß die Source-Spannung zusammen mit der Spannungsversorgung für die Gate-Elektrode in der Weise erfolgt, daß der TFT (i, j) abgeschaltet, der TFT (i, j+1) eingeschaltet und der TFT (i, j+2) eingeschaltet ist. Bei dem Bildelement, zu dem der abgeschaltete TFT gehört, wird die Spannung von der gemeinsamen Elektrode so zugeführt, daß das Flüssigkristallmaterial eine solche Spannung erhält, die der Spannung entgegengesetzt ist, welche während des ungeradzahligen Abtastzyklus angelegt wird (siehe Fig. 11(h)). Bei dem Bildelement, dessen TFT im eingeschalteten Zustand ist, erhält das Flüssigkristallmaterial die Source-Spannung V . sowie die gemeinsamen Spannungen V ■ ·. und V . _ gleichzeitig. Da diese Spannungen in Polarität, Form und Größe identisch sind, wird gar keine Spannung angelegt, wie am besten aus den Fig. 11(i) und 11 (j) ersichtlich ist. Mit diesem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich, das in der Beschreibungsein-

909832/0781

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER

Sharp 12o7-GEK

- 17 -

leitung erläuterte erste und zweite Problem gleichzeitig zu lösen.

Weil erfindungsgemäß die gemeinsame Elektrode aus Herstellungs- und Funktionsgründen streifenförmig gestaltet ist, kann man selbst bei Verwendung von TFTs (Dünnfilm-

transistoren) mit einem schlechten Verhältnis OFF ideale

^RON Aktivierungsbedingungen erzielen, solange diese TFTs untereinander keine Leistungs- bzw. Betriebsunterschiede aufweisen. Von den Erfindern angestellte Versuche haben gezeigt, daß eine 128-Zeilen-Matrixanzeige bei Verwendung von Elementen, deren Verhältnis OFF ungefähr fts 3oo be-

^R0N

trägt, einen genau so hohen Kontrast aufweist, wie bei einem konventionellen statischen Betrieb.

Dank der Erfindung sind somit Elemente verwendbar, deren Verhältnis von Abschaltwiderstand zu Einschaltwiderstand etwa 3oo ist, um eine erfindungsgemäße Aktivierschaltung aufzubauen. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur Te als Halbleitermaterial, sondern auch CdS, CdSe, PbS und dergleichen zu verwenden.

3o 35

Die Fig. 12 und 13 zeigen das Beispiel einer konkreten Schaltung zur Erzeugung der Quellenspannung V ., die die Quellenelektrode des TFT beaufschlagt. Diese Schaltung enthält im allgemeinen ein exklusives ODER-Glied 51, ein Paar von ODER-Gliedern 52, 53 sowie ein Paar von Bipolartransistoren 54, 55. Die Arbeitsweise dieser Schaltung dürfte dem Fachmann in Verbindung mit den Signalverläufen an entsprechend markierten Punkten der Schaltung nach Fig. 12 ohne weitere Erläuterungen klar sein.

909832/0781

TER MEER . MÜLLER · STEINMEISTEF

Sharp 12o7-GEK

- 18 -

Die Fig. 14 und 15 zeigen das Beispiel einer Schaltung zur Erzeugung der geraeinsamen Spannung V . - V . ₀ mit

CJ CJ+^

einem P-Kanal-MOS-FET 32 und einem Kondensator 33. Auch hier ist die Arbeitsweise für den Fachmann sofort einleuchtend, wenn die Signalverläufe der Fig. 15 an verschiedenen, in der Schaltung nach Fig. 14 gekennzeichneten Punkten betrachtet werden.

909832/0781

Claims

OCf S γ e,f-tfcf

PATENTANWÄLTE L Ζ?. J

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D-8OOO München 22 D-4800 Bielefeld 2 9 O A 5 9

Triftstraße 4 Siekerwall 7

12o7-GER 7. Februar 1979

Mü/cb

SHARP KABUSHIKI KAISHA

22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka, Japan

Flüssigkristall-Anzeigematrix.

Patentansprüche

l.J Flüssigkristall-Anzeigematrix mit mehreren Gateiieitungen sowie mehreren dazu senkrecht verlaufenden Source-Leitungen, einem ersten Substrat, welches eine Dünnfilmtransistor-(TFT-)Anordnung mit je einem Dünnfilmtransistor an jedem zwischen den Gate- und den Source-Leitungen gebildeten Schnittpunkt trägt, einem eine gemeinsame Elektrode tragenden zweiten Substrat, und mit einem zwischen der Dünnfilmtransistor-Anordnung und der gemeinsamen Elektrode eingefügten Flüssigkri-Stallmaterial,

dadurch gekennzeichnet , daß eine Schaltung (z. B. Fig. lo) zur sequentiellen Abtastung der

909832/0781

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER Sharp 12o7 GEK

Anzeigematrix (Fig. 9) vorhanden ist und Elemente enthält, welche von der Source-Leitung eine bipolare Source-Spannung (Fig. lla) zuführen, welche abwechselnd positiv und negativ ist.
5
2. Anzeigematrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Impulsbreitenverhältnis zwischen positiven und negativen Abschnitten so gewählt ist, daß Lade- und Entladespannungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gleich Null sind, wenn der Dünnfilmtransistor (TFT) (3) abgeschaltet ist.
3. Anzeigematrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schaltung (z. B. Fig. lo) zur sequentiellen Abtastung der Anzeigematrix (Fig. 9) vorhanden ist und der gemeinsamen Elektrode eine Spannung zuführt, die während ungeradzahliger Zyklen anders ist als während geradzahliger Zyklen, und die gegenüber einer Spannung, die auf der gemeinsamen Elektrode einem bestimmten zu beschreibenden Bildelement zugeführt wird, eine Phasendifferenz von 18o aufweist, so daß an das Flüssigkristallmaterial eine reine Wechselspannung angelegt wird.
4. Anzeigematrix nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Source-Leitung in der Betriebsart "Schreiben" während der ungeradzahligen (bzw. geradzahligen) Abtastzyklen ein Paar positiver und negativer Impulse sowie während der geradzahligen (bzw. ungeradzahliqen) Abtastzyklen eine Null-Spannung, und in der Betriebsart "Nichtschreiben" während der geradzahligen (bzw. ungeradzahligen) Abtastzyklen die Null-Spannung und während der ungeradzahligen (bzw. geradzahligen) Abtastzyklen ein Paar positiver und negativer Impulse zugeführt werden.

909832/0781