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Flüssigkristallanzeige mit einer transmissiven Zelle.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkristalldisplay, das in
einer Vielzahl von Ausführungen bekannt ist; vgl. hierzu beispielsweise "Record
of 1978 Biennial Display Research Conf., Oct.24-26, 1978" (1978), Seiten 52 bis
55.
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Flüssigkristallanzeigen sind bekanntlich nur begrenzt multiplexbar,
weil ihre elektro-optischen Transfercharakteristiken im Übergangsbereich nicht sonderlich
steil sind und überdies von der Blickrichtung und der Temperatur abhängen. Mit heute
verfügbaren Flüssigkristallzellen kann man, wenn man keinenbesonderen Zusatzaufwand
treiben will, bis zu einem Multiplexverhaltnis von etwa 20 gehen, eine Zahl, die
wohl die Darstellung von einzelnen Textzeilen, nicht aber von ganzen Textseiten
zuläßt. Dieser Zustand ist vor allem deshalb unbefriedigend, weil Flüssigkristallanzeigen
von ihren sonstigen Eigenschaften her für die Darstellung größerer Informationsmengen
bestens geeignet wären und der Bedarf an hochinformativen Displays rasch zunimmt.
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Deshalb l.at es die Fachwelt schon seit Jahren als eine besondere
Herausforderung betrachtet, ein Konzept zu entwickeln, das höhere Multiplexzahlen
erlaubt. Man konzentrierte sich dabei im wesentlichen auf folgende Maßnahmen: Jedem
Matrixelement wird ein nichtlinearer Widerstand vorgeschaltet (SIND 80 Digest" (1980)
200); ein Flüssigkristall, dessen dielektrische Anisotropie bei einer bestimmten
Frequenz das Vorzeichen wechselt, wird mit zwei unterschiedlichen Frequenzen angesteuert
(J.Appl.Phys.50 (1979) 1066); die verwendete Flüssigkri-
stallschicht
hat einen Speicher- bzw. Hystereseeffekt (DE-OS 2644449); die Zelle wird mit einem
Parallelstrahlbündel beleuchtet und arbeitet mit Doppibrechungseffekten (vgl. hierzu
die eingangs zitierte Literaturstelle). Diese Alternativen, mit denen sich ohne
weitees Multiplexverhältnisse >100 realisieren lassen, haben sich in der Praxis
jedoch noch nicht durchsetzen können.
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Die Widerstandsmatrix verlangt eine Halbleiterintegration auf großer
Fläche, die man noch nicht sicher beherrscht; das Zwei-Frequenz-Verfahren setzt
einen sehr engen Temperaturbereich voraus; bei Verwendung eines bistabilen Flüssigkristalls
zeigt sich ein störender Löschbalken auf dem Anzeigenfeld; und wenn man die Doppelbrechung
von parallel eingestrahltem Licht nutzt, so benötigt man eine komplizierte, voluminöse
Optik und eine monochromatische Strahlung.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Flüssigkristallanzeige anzugeben, die genau so leistungsfähig ist
wie die bisherigen Anzeigesysteme auf Flüssigkristallbasis, dabei rationell hergestellt
werden kann, eine einfache, flache Bauform hat, auf keine bestimmte Temperatur angewiesen
ist und eine optisch einwandfreie Darstellung liefert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Display mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Lösungsvorschlag geht von der Überlegung aus, daß man grundsätzlich
auch mit einem relativ geringen Multiplexgrad zum Ziel kommt, nämlich dann, wenn
man die gesamte Matrix in Submatrizen unterteilt und die Information submatrizenweise
einschreibt - jeweils in einer Multiplextechnik. Ein solcher Bildaufbau verlangt
keine spezielle Zellenkonstruktion und insbesondere keine zusätzlichen Elektroden
oder Zuleitungen. Man muß lediglich darauf achten, daß die einzelnen Submatrizen
elektro-optisch entkoppelt sind; das bedeutet, daß man beim Uber-
gang
von der einen zur anderen Submatrix eine Tastpause einhalten muß, die gewöhnlich
die Größenordnung der Flüssigkristall-Relaxationszeit (etwa 50ms) hat. Wegen dieser
Verzögerungen ist damit zu rechnen, daß die Schreibzelle das Bild zu keiner Zeit
vollständig darstellt; in der Regel werden die zuerst eingeschriebenen Bildteile
schon wieder verschwunden sein, wenn die letzten Bildteile zur Anzeige kommen. Dieser
Umstand ist allerdings unschädlich, da die einmal erzeugten Bildabschnitte sogleich
in die Lesezelle übertragen und dort gespeichert werden. Im Ergebnis wird eine Anzeigevorrichtung
verfügbar, die nur wenige, an sich bekannte Einzelteile benötigt und im einfachsten
Fall aus einem konventionellen Matrix-Display mit Zusatzbeleuchtung, einem für Projektionssysteme
bereits entwickelten "Lichtventil" und einer herkömmlichen Ansteuereinheit mit geeignet
programmiertem Mikroprozessor bestehen kann.
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Der Gedanke, ein Bild in einer matrixadressierten Anzeigevorrichtung
zu erzeugen und in einem von vorn beleuchteten Flüssigkristall-Lichtventil abzubilden,
ist an sich nicht mehr neu; vgl. hierzu beispielsweise IBM Technical Disclosure
Bulletin 12 (1970) 1697. Die dort beschriebene Lesezelle ist allerdings ein aktives
Elektrolumineszenz-Dic»lay, bei dem sich die hier vorliegenden Probleme üterhatlpt
nicht stellen.
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Die Erfindung soll nun anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
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Die Flüssigkristallanzeige, die in der Figur in einem schematischen
Seitenschnitt gezeigt wird, ist zur Verwendung in einem Bildtelefon vorgesehen.
Die Anzeige enthält im einzelnen einen Schreiblichterzeuger 1, eine Schreibzelle
2 und eine Lesezelle 3.
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Der Schreiblichterzeuger ist von üblicher Bauart, er enthält einen
plattenförmigen Lichtverteiler 4 und eine Lichtquelle 5. Der Verteiler besteht aus
einem transparenten Kunststoff, ist an seiner Rückseite verspiegelt und auf seiner
Vorderseite aufgerauht. Die Lichtquelle 5 ist in die Kunststoffplatte integriert.
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Die Schreibzelle 2 ist aus einem vorderen Linearpolarisator 6, einer
Frontplatte 7, einer Rückplatte 8 und einem hinteren, zum vorderen parallelen Linearpoladietor
9 zusammengesetzt. Die beiden Platten 7, 8 werden durch einen Rahmen 10+t miteinander
verbunden, und in der durch den Rahmen und die beiden Substrate gebildeten Kammern
befindet sich eine Flüssigkristallschicht 11. Auf ihren einander zugewandten Innenflächen
tragen die beiden Platten jeweils Elektroden - Spaltenleiter 12 auf der Frontplatte
und Zeilenleiter 13 auf der Rückplatte - und darüber Orientierungsschichten 14,
15, die die Flüssigkristallmoleküle plattenparallel ausrichten. Die Schreibzelle
arbeitet nach dem Prinzip der sogenannten "Dreh-.
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zelle", die in der DE-AS 21 f8 563 ausführlich beschrieben wird.
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Die Lesezelle 3 umfaßt ebenfalls zwei zueinander parallele Platten,
eine Vorderplatte 16 und eine Rückplatte 17, die wiederum durch einen Rahmen 18
randseitig versiegelt sind. Die beiden Substrate sind auf ihren Innenseiten folgendermaßen
beschichtet: Die Vorderplatte trägt eine durchgehende Frontelektrode 19, die mit
einer plattenparallel ausrichtenden Orientierungsschicht 20 überzogen ist. Die Rückplatte
17 ist mit einer photoleitenden Schicht 21, einer durchgehenden Rückelektrode 22
und einer wie die Schicht 20 wirkenden Orientierungsschicht 23 versehen. Die Kammer
der Schreibzelle 3 ist mit einer Flüssigkristallschicht 24 gefüllt, die mit einem
pleochroitischen Farbstoff angereichert ist und deren Direktor im Ruhezustand senkrecht
auf der Polarisationsachse
der beiden Linearpolarisatoren 6, 9 steht.
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Wie diese Flüssigkristallanzeige betrieben wird, soll an einem Zahlenbeispiel
veranschaulicht werden. Die Elektrodenmatrix enthalte etwa 1,4 105 Bildpunkte, gebildet
aus 360 Zeilenleitern und 384 Spaltenleitern. Die jeweils zu einer Datenzeile gehörenden
18 Zeilenleiter sind zu einer Zeilenleitergruppe zusammengefaßt und ergeben zusammen
mit den 384 Spaltenleitern eine Submatrix. Diese Submatrizen werden nun nacheinander
- jeweils in einer konventionellen 18-Schritt-Multiplextechnik - adressiert, so
daß auf dem Anzeigenfeld eine Datenzeile nach der anderen in Erscheinung tritt.
Dabei werden die Tastzyklen so lange wiederholt, bis die dargestellten Datenzeilen
in ausreichendem Maße der Speicherzelle eingeprägt sind.
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Das gewählte Tastverhältnis ist bereits relativ hoch, so daß das aus
der Schreibzelle tretende Licht in einem engen Raumwinkelbereich konzentriert ist.
Dieser Effekt, der normalerweise unerwünscht ist, wirkt sich hxr positiv aus, denn
so wird bei der Übertragung der Zeileninformation die Konturenschärfe gewahrt. Die
Tastpausen zwischen der Adressierung aufeinanderfolgender Submatrizen sind so lang,
daß der Flüssigkristall stets wieder in seinen Ruhezustand zurückkehren kann - anderenfalls
besteht die Gefahr, daß die in die einzelnen Datenzeilen eingeschieebene Information
durch Nachwirkungen aus der Adresserung der jeweils vorangehenden Datenzeile verfälscht
wird. Wählt man eine Tastpause von 50ms, so ist die gesamte Matrix in einer Zeit
von etwa einer Sekunde vollständig abgearbeitet. Das so erzeugte Strahlungsmuster
wird auf die Speicherzelle transferiert und öffnet dort in an sich bekannter Weise
in der Flüssigkristallschicht, die für das polarisierte Leselicht zunächst undurchlässig
ist, Lichtpfade mit einer dem Leselichtmuster entsprechenden Verteilung. Durch die
offenen Lichtpfade gelangt von vorn so viel Umgebungslicht auf die Photoleiterschicht,
daß sie an diesen Stellen niederohmig
bleibt und somit die einmal
erzeugte Flüssigkristalltextur bis zu ihrer Löschung erhalten bleibt.
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Die geschilderte Anzeigevorrichtung läßt sich ohne weiteres aus bekannten
Einzelteilen zusammensetzen; auch die Auslegung des Ansteuerteils ist unproblematisch,
da das an sich bekannte Zeitmultiplexverfahren lediglich modifizert werden muß.
Wie die Speicherzelle im einzelnen zu gestalten ist, geht beispielsweise aus Optimal
Engineering 17 (1978) 371 oder aus der DE-OS 28 41 341 hervor.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht nur auf das ausführlich
geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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So besteht vor allem in konstruktiver Hinsiçht noch ein erheblicher
Spielraum: Beispielsweise könnte man daran denken, das in die Schreibzelle tretende
Licht stärker zu kollimieren. Die SchreibzelleWselbst könnte mit einem anderen Effekt
arbeiten, etwa als absorptives Display ausgeführt sein. Und abgesehen davon empfiehlt
es sich unter Umständen, den SpeicheretteRt in der Lesezelle ohne Rückgriff auf
den Photoleiter allein in der Flüssigkristallschicht hervorzurufen.
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5 Patentansprüche 1 Figur