DE2949788A1 - Anordnung zum darstellen von masken mit fluessigkristallzellen - Google Patents

Anordnung zum darstellen von masken mit fluessigkristallzellen

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DE2949788A1
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Karl-Heinz Dipl.-Ing. 8018 Grafing Walter
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Description

  • Anordnung zum Darstellen von Masken mit Flüssigkri-
  • 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.
  • 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°.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Licht trifft auf den Analysator 9, der nur waagrecht polarisiertes Licht durchläßt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 7 Patentansprüche 10 Figuren L e e r s e i t e

Claims (7)

  1. Patentansprilche 1. 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, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h zwei zwischen Analysator und Polarisator angeordnete FK-Zellen (6, 7), die Jede entweder auf beiden Seiten einander parallele und sich überdeckende Elektroden (2, 3) oder auf einer Seite einander parallele Elektroden (2) und auf der anderen Seite eine die parallelen Elektroden (2) überdeckende großflächige Elektrode (5) tragen.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die einander parallelen Elektroden (2, 3) der einen FK-Zelle (6) die einander parallelen Elektroden (2) der anderen FK-Zelle (7) unter einem Winkel von 900 kreuzen.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die beiden FK-Zellen (6, 7) einander so zugeordnet sind, daß die Elektroden (2, 3) beider FK-Zellen einander parallel liegen und sich überdecken.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den beiden FK-Zellen (6, 7) ein weiterer Polarisator (13) liegt.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 2 und 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Polarisator (8), der weitere Polarisator (13) und der Analysator (9) die gleiche Polarisationsrichtung haben.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß beide Polarisatoren (8, 13) gleiche Polarisationsrichtungen und der Analysator (9) eine gegen diese um 900 gedrehte Polarisationsrichtung aufweist.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß in an sich bekannter Weise zwischen den parallelen Elektroden (2) einer Seite je eine zu den Elektroden parallele Hilfselektrode (4) angeordnet ist, und daß die Hilfselektroden gemeinsam, aber getrennt von den Elektroden ansteuerbar sind.
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DE3243614A1 (de) * 1982-11-25 1984-05-30 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Fluessigkristall-anzeigevorrichtung
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