DE3228212A1 - Fluessigkristallanzeige mit einer transmissiven zelle - Google Patents

Fluessigkristallanzeige mit einer transmissiven zelle

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DE3228212A1
DE3228212A1 DE19823228212 DE3228212A DE3228212A1 DE 3228212 A1 DE3228212 A1 DE 3228212A1 DE 19823228212 DE19823228212 DE 19823228212 DE 3228212 A DE3228212 A DE 3228212A DE 3228212 A1 DE3228212 A1 DE 3228212A1
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Karl-Heinz Dipl.-Ing. 8018 Grafing Walter
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/135Liquid crystal cells structurally associated with a photoconducting or a ferro-electric layer, the properties of which can be optically or electrically varied
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
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Description

  • Flüssigkristallanzeige mit einer transmissiven Zelle.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Display mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung soll nun anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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-.
  • zelle", die in der DE-AS 21 f8 563 ausführlich beschrieben wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung ist selbstverständlich nicht nur auf das ausführlich geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt.
  • 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.
  • 5 Patentansprüche 1 Figur

Claims (5)

  1. Patentansprüche g Flüssigkristallanzeige mit 1) einer in Transmission betriebenen Zelle, enthaltend a) zwei zueinander parallele Trägerplatten, b) eine zwischen den beiden Trägerplatten eingeschlossene Flüssigkristallschicht, die zwischen zwei optisch verschiedenen Zuständen geschaltet werden kann, und c) eine Elektrodenmatrix aus Zeilenleitern auf der Innenfläche der einen Trägerplatte und Spaltenleitern auf der Innenfläche der anderen Trägerplatte; 2) eine Strahlungsquelle in Betrachtungsrichtung hinter der Zelle; 3) eine Ansteuereinheit, die a) Zeilenleiter nacheinander zyklisch abtastet und b) die jeweils zugehörigen Informationsspannungen parallel auf alle Spaltenleiter gibt; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß 3) c) mehrere nebeneinander liegende Zeilenleiter (13) jeweils zu einer Gruppe zusammengefaßt sind, d) die zyklische Zeilenleiterabtastung jeweils innerhalb der einzelnen Gruppen erfolgt und e) beim Übergang zwischen benachbarten Zeilenleitergruppen eine Tastpause herrscht, in der die FlüssibXristallschicht (i 1) relaxieren kann; 4) in Betrachtungsrichtung vor der ersten Zelle (Lesezelle (2) eine weitere Zelle (Speicherzelle 3) angeordnet ist, die a) zwei zueinander parallele Trägerplatten (Vorderplatte 16 , Rückplatte 17), b) eine zwischen den beiden Trägerplatten eingeschlossene Flüssigkristallschicht (24), c) eine Elektrode (Vorderelektrode (19) auf der Innenfläche der Vorderplatte (16) und d) eine Photoleiterschicht (21) sowie eine Elektrode (Rückelektrode 22) auf der Innenfläche der Rück- platte (17) enthält, e) aus der Betrachtungsrichtung Ausleselicht erhält und f) die in der Schreibzelle (2) erzeugte Information übernimmt und speichert.
  2. 2. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gek e n n z e i c h ne t, daß die Bildspeicherung dadurch zustandekommt, daß die Photoleiterschicht (21) in denjenigen Bereichen, in denen sie Schreiblicht empfängt, auch Ausleselicht von einer ausreichenden Intensität erhält.
  3. 3. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß'die Bildspeicherung dadurch zustandekommt, daß die Flüssigkristallschicht einen Speichereffekt hat.
  4. 4. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ausleselicht aus der Umgebung stammt.
  5. 5. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e ln e n n z e i c h n e t, daß die Schreibzelle (2) eine Drehzelle ist und die einzelnen Zeilenleitergruppen mit einer Multiplexschrittzahl zwischen 10 und 30, insbesondere zwischen 16 und 23, abgetastet werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991007851A1 (en) * 1989-11-14 1991-05-30 Greyhawk Systems, Inc. Matrix addressed liquid crystal light valve

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1991007851A1 (en) * 1989-11-14 1991-05-30 Greyhawk Systems, Inc. Matrix addressed liquid crystal light valve

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