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Anordnung zum Darstellen von Masken mit Flüssigkri-
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stallzellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Darstellen
von Masken durch mit streifenförmigen Elektroden versehene Flüssigkristallzellen,
mit mindestens einem Analysator zwischen Betrachter und FK-Zelle und mindestens
einem Polarisator zwischen Lichtquelle und FK-Zelle.
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Solche Maskenschalter sind zum Beispiel in der DE-OS 25 19 020 beschrieben
worden. Diese FK-Zelle ist auf einer Seite mit x einander parallelen Zeilenelektroden
und auf der anderen Seite mit y einander parallelen Spaltenelektroden versehen.
Die Zeilenelektroden und die Spaltenelektroden kreuzen einander unter einem Winkel
von 90°.
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Wird an eine der Spaltenelektroden und einer der Zeilenelektroden
eine Spannung gelegt, die höher als die Schwellspannung des Flüssigkristalls ist,
so ändert das
Flüssigkristall im Kreuzungsbereich dieser Elektroden
seinen Zustand. Durch paralleles Ansteuern der Zeilen und Spalten sind Masken erzeugbar,
die zum Beispiel als Walsh-Masken oder dergleichen bekannt sind. Solche Masken können
zur elektro-optischen Umsetzung von Bildsignalen verwendet werden.
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Die Einschaltgeschwindigkeit bei solchen zweidimensionanzeigenden
Displays wie bei FK-Zellen überhaupt ist von der Höhe der angelegten Spannung abhängig.
Die Einschaltgeschwindigkeit wächst dabei mit zunehmender Spannung. Einer beliebigen
Steigerung der Spannung sind jedoch bei einem in Koordinaten ansteuerbaren Display
Grenzen gesetzt, da die an jeder der Elektroden liegende, gegen Null gemessene Spannung
unter der SchwellspKnnung des Flüssigkristalls liegen muß. Die FK-Zelle darf dann
und nur dann schalten, wenn die Elektrode und ihre Gegenelektrode an einer Spannung
liegen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Darstellen
von Masken gemäß der eingangs erläuterten Art so weiterzubilden, daß zumindest ein
schnelles Einschalten gewährleistet ist. Darüber hinaus sollen Wege auch zum schnellen
Ausschalten solcher Masken angegeben werden.
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Die Erfindung ist gekennzeichnet durch zwei zwischen Analysator und
Polarisator angeordnete FK-Zellen, die jede entweder auf beiden Seiten einander
parallele und sich überdeckende Elektroden oder auf einer Seite einander parallele
Elektroden und auf der anderen Seite eine die parallelen Elektroden überdeckende
großflächige Elektrode tragen.
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Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung
mit den Fig. 1 bis 10 näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht einer
einzelnen FK-Zelle mit zueinander parallelen Elektroden und Gegenelektroden, Fig.
2 die Seitenansicht einer einzelnen FK-Zelle mit einander parallelen Elektroden
und einer großflächigen, diese Elektroden überdeckenden Gegenelektrode, Fig. 3 ein
erstes Ausführungsbeispiel eines Maskenschalters, Fig. 4 eine durch diesen Schalter
erzeugbare Maske; die dunklen Elemente sind schraffiert dargestellt, Fig. 5 ein
zweites Ausführungsbeispiel eines Maskenschalters, Fig. 6 eine damit erzeugbare
Maske; dunkle Elemente sind wieder schraffiert, Fig. 7 ein drittes Ausführungabeispiel
eines Maskenschalters mit zeilensequentiell betriebenen FK-Zellen, Fig. 8 bis 10
den Zusammenhang zwischen Spannungsverlauf an den FK-Zellen und dem Lichtdurchlaß
der Anordnung.
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In Fig. 1 ist eine einzelne FK-Zelle 1 in der Seitenansicht dargestellt.
Sie trägt einander parallele Elektroden 2 und ebenfalls einander parallele Gegenelektroden
3. Zwischen den Elektroden 2 sind noch einander parallele Hilfselektroden 4 vorgesehen.
In Fig. 2 ist eine andere FK-Zelle in der Seitenansicht dargestellt, die sich von
der nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß die Gegenelektroden 3 durch eine einzige,
alle Elektroden 2
überdeckende Gegenelektrode 5 ersetzt sind. Die
FK-Zellen können nach allen möglichen Prinzipien arbeiten, vorzugsweise nach dem
TN-Prinzip. Nach dem DAP-Prinzip arbeitende FK-Zellen oder solche vom dynamisch
streuenden Typ können ebenfalls verwendet werden.
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In Fig. 3 ist eine Anordnung zum Darstellen zum Beispiel von walsh-transformierten
Masken gezeigt. Dieser Maskenschalter besteht aus zwei FK-Zellen 6 und 7, deren
Elektroden vereinfacht durch parallele Striche dargestellt sind. Zur Verwendung
kommen kann entweder die Elektrodenkonfiguration nach Fig. 1 oder die nach Fig.
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2. Die beiden FK-Zellen sind so zueinander orientiert, daß die Elektroden
der einen die Elektroden der anderen unter einen Winkel von 90° kreuzen. Zwischen
einer Lichtquelle und der FK-Zelle 6 liegt ein Polarisator 8, dessen Polarisationsrichtung
senkrecht zur Richtung der Elektroden der FK-Zelle 6 ist. Zwischen der FK-Zelle
7 und dem Betrachter liegt ein Analysator 9, dessen Polarisationsrichtung senkrecht
zum Verlauf der Elektroden der FK-Zelle 7 ist.
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Durch den Polarisator 8 tretendes Licht wird senkrecht polarisiert
und trifft auf die erste FK-Zelle 6. Das Licht tritt dann durch diejenigen Zeilen
der FK-Zelle ungedreht hindurch, deren Elektroden mit einer Spannung größer als
die Schwellspannung des FK beaufschlagt sind.
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In den anderen Zeilen wird die Polarisationsrichtung des Lichts um
900 gedreht. Das senkrecht und das waagrecht polarisierte Licht trifft nun auf die
zweite FK-Zelle 7.
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In dieser FK-Zelle findet entsprechend dort keine Verdrehung der Polarisationsebene
statt, wo die Elektroden einer Spalte an einer Spannung größer als die Schwellspannung
des FK liegen. Sind sie spannungslos, so wird
die Polarisationsebene
des Lichts dort um 900 gedreht.
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Das Licht trifft auf den Analysator 9, der nur waagrecht polarisiertes
Licht durchläßt.
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Je nachdem, an welche der Elektroden Spannung angelegt wird, können
verschiedene zweidimensionale Masken erzeugt werden. Eine mögliche durch die Anordnung
nach Fig. 3 erzeugte optische Maske 10 ist in Fig. 4 dargestellt. Die Ansteuerung
der beiden FK-Zellen geschieht über einen Spaltenschalter 11, der mit den Spaltenelektroden
der FK-Zelle 7 verbunden ist, und über einen Zeilenschalter 12, der mit den Zeilenelektroden
der FK-Zelle 6 verbunden ist. Die geschlossenen Schalter symbolisieren dabei, welche
Spalten und welche Zeilen an einer Spannung liegen.
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Bei der an die Elektroden einer Seite anlegbaren Spannung muß nun
keine Rücksicht mehr auf die Schwellspannung des Flüssigkristalls genommen werden.
Die maximal zulässige Spannung ist nun nur noch durch die Zelle selbst begrenzt.
Die Einschaltgeschwindigkeit eines solchen Displays zum Darstellen von zweidimensionalen
Masken kann somit wesentlich erhöht werden.
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Zum schnellen Ausschalten einer Maske sind die in Fig. 1 und 2 dargestellten
Hilfselektroden 4 vorgesehen. Durch Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden
2 und den Hilfselektroden 4 entsteht ein Feld parallel zur Hauptfläche der FK-Zelle.
Damit werden die im eingeschalteten Zustand senkrecht zur Hauptfläche ausgerichteten
Moleküle unter Einwirkung eines elektrischen Hilfsfeldes schnell wieder ausgeschaltet.
Eine solche Anordnung ist an sich bekannt und zum Beispiel in dem Artikel von
Channin:
Triole Optical Gate Liquid Crystal Devices for Dynamic Image Displays, SID, 1976
International Symposium, May 1976 beschrieben worden.
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Eine andere Anordnung zum Darstellen von zweidimensionalen Masken
ist in Fig. 5 gezeigt. Diese unterscheidet sich von der nach Fig. 3 durch einen
zusätzlichen Polarisator 13 zwischen den beiden FK-Zellen 6 und 7. Mit dieser Anordnung
läßt sich ein sequentiell angesteuertes Display bilden, das Masken nach Art der
von Fig. 6 erzeugt.
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Ein anderes sequentiell betriebenes Display ist in Fig. 7 dargestellt.
Bei diesem sind die Elektroden der FK-Zellen 6 und 7 zeilenweise orientiert. Die
Polarisationsrichtung der Polarisatroen 8 und 13 ist parallel zur Richtung der Elektroden
ausgerichtet, während die Polarisationsrichtung des Analysators 2 senkrecht dazu
liegt. Mit 14 ist hier eine Streuscheibe bezeichnet, die zwischen dem Betrachter
und dem Analysator 9 liegt. Beleuchtet wird das Display durch eine LED-Zeile 15,
deren Licht optisch, entweder durch ihre Abstrahlcharakteristik oder durch Linsensysteme,
auf die einzelnen Zeilen verteilt wird.
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Mit diesem Display ist neben dem schnellen Einschalten auch noch ein
schnelles Ausschalten möglich, wie an Hand der Fig. 8 bis 10 erläutert wird. In
diesen Figuren ist jeweils die an die FK-Zellen angelegte Spannung und deren Durchlaß
aufgetragen. In Fig. 10 ist der gesamte Lichtdurchlaß Lges dargestellt. In Fig.
8 und 9 ist Spannung U 1 beziehungsweise U 2 und Lichtdurchlaß L 1 beziehungsweise
L 2 der FK-Zelle 6 beziehungsweise 7 in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Einem
steilen Spannungsimpuls entspricht ein steiler Anstieg des Lichtdurchlasses. Bei
Abschalten der Spannung wird dage-
gen die Zelle nur langsam undurchlässig.
Um ein schnelles Umschalten des Displays in den dunklen Zustand zu erreichen, wird
nach dem Abschalten der Spannung U 1 auf die FK-Zelle 7 eine Spannung U 2 gegeben.
Damit wird diese Zelle entsprechend schnell aktiviert. Bei den angegebenen Polarisationsrichtungen
der Polarisatoren 8, 13 und des Analysators 9 ergibt sich damit ein steil ansteigender
und steil abfallender Verlauf des Lichtdurchlasses an der Streuscheibe 14. Damit
kann die nächste Zeile angesteuert werden. Da das Durchlaßverhalten der einen FK-Zelle
natürlich von der Spannung an der anderen FK-Zelle völlig unberührt bleibt, muß
eine gewisse Mindestwiederholungszeit der Ansteuerimpulse sichergestellt sein. Bei
geeigneter Wahl der Polfilter sind Sperr-Durchlaßverhältnisse von 1 : 1000 und besser
erhältlich.
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Bei einem visuell wahrnehmbaren Kontrast von 10 ist somit ein Multiplexverhältnis
von 1 : 100 (= Anzahl der Zeilen) erreichbar. Die Dauer des Lichtdurchlasses in
3eder Zeile muB dann von der Anordnung auf 40 ms : 100 = 400 /us begrenzt sein.
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7 Patentansprüche 10 Figuren
L e e r s e i t e