DE3311928A1

DE3311928A1 - Verfahren zur ansteuerung einer aktivmatrix-fluessigkristall-anzeigetafel

Info

Publication number: DE3311928A1
Application number: DE3311928A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Misawa; Shinji Morozumi; Yoshio Suwa Nagano Nakazawa
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1982-04-01
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1983-10-13
Also published as: US4591848A; FR2524679B1; SG40088G; GB2121584A; FR2524679A1; HK69789A; GB2121584B; US4899141A; DE3311928C2

Description

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß mit jedem Halbbild abwechselnd das Negativ-Videosignal und ein hieraus gewonnenes phaseninvertiertes Videosignal zu einem zusammengesetzten Negativ-Videosignal zusammengesetzt werden.

4. Verfahren zur Ansteuerung einer Aktivmatrix-Anzeigetafel, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Videosignal, das mit jedem Halbbild invertiert wird, abgetastet wird und der Abtastwert über einen mittels eines Adressignals auf einer Zeilenleitung eingeschalteten Transistor von einer Spaltenleitung in ein Bildelement eingeschrieben wird und der Abtastwert nach Abschalten des Transistors in dem Bildelement gehalten wird, dadurch gekennzeichnet , daß bei Ausbildung des Transistors als Dünnfilmtransistor die während der Zeit, solange der Transistor nicht adressiert wird, an sein Gate angelegte Gatespannung auf einen Wert innerhalb des Bereichs der Versorgungsspannung eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Videosignal unsymmetrisch in bezug auf das. Potential an der gemeinsamen Gegenelektrode der Aktivmatrix-Anzeigetafel ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die erwähnte Gatespannung bei ungeradzahligen Halbbildern und geradzahligen Halbbildern verschiedene Werte besitzt.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Aktivmatrix-Anzeigetafel einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung/ genauer gesagt, einer solchen, bei der Dünnfilmtransistoren eingesetzt sind.

Flüssigkristallanzeigen wurden bisher für kleine Anzeigevorrichtungen etwa bei Uhren etc. eingesetzt. Man benutzt

•jg sie zunehmend aber auch für große Anzeigevorrichtungen wie Computerterminals/ tragbare Fernsehempfänger etc./ bei denen die Flüssigkristallanzeige großflächig und leistungsfähig sein muß. Bei einem herkömmlichen Ansteuerungsverfahren für Flüssigkristallanzeigevorrichtungen,

Ί5 dem generalisierten wechselstromamplitudenselektiven Multiplexverfahren liegt die Grenze des Tastverhältnisses bei 1/30 bis 1/50, so daß eine Anzeigevorrichtung großer Kapazität mit einem Tastverhältnis von beispielsweise 1/500 große Probleme auf wirft. Um das Tastverhältnis

2Q zu verbessern hat man den Einsatz eines Transistors, etwa eines Dünnfilmtransistors (DFT) oder eines anderen aktiven Elements, etwa eines Metall-Isolator-Metall-(MIM)-Elements für das Einschreiben und Halten von Daten in die einzelnen Bildelemente vorgeschlagen (genau gesagt handelt es sich beim MIM-Element nicht um ein aktives Element, es sei aber hier mit zu den aktiven Elementen gerechnet).

Fig. 1 zeigt eine Aktivmatrix,, bei der η χ m Zellen in 3Q Matrixform angeordnet sind. Hierbei wird das Bildelement in einer Zelle durch ein Auswahl- oder Adressignal auf der zugehörigen, von m Gate- oder Zeilenleitungen G1 bis Gm ausgewählt, und dann werden Daten- bzw. Bildsignale auf der zugehörigen von η Daten- oder Spaltenleitungen D1 bis Dn in das ausgewählte Bildelement eingeschrieben

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und dort gehalten.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einiger der Spaltenleitung Di zugeordneter Zellen der Aktivmatrix/ bei denen ein Dünnfilmtransistor Tr als aktives Element eingesetzt ist. Jede Spalte umfaßt m Zellen Pi1 bis Pirn, von denen der Aufbau der Zellen Pi1 und Pirn in Fig. 2 im einzelnen gezeigt ist. Der Transistor Tr₇ der als Beispiel herausgegriffenen Zelle Pi1 wird bei Anliegen eines Adresssignals auf der mit dem Gate des Transistors verbundenen Zeilenleitung G1 leitend, wobei dann über diesen Transistor das an der Spaltenleitung Di anstehende Signal in das Bildelement RL/CL eingeschrieben wird. Nach dem Einschreiben des Signals wird der Transistor Tr wieder gesperrt/ so daß das eingeschriebene Signal bis zur nächsten Adressierung dieses Transistors gehalten werden kann. Das Bildelement umfaßt ein zwischen zwei Elektroden eingeschlossenes Flüssigkristallmaterial und ist in Fig. 2 in Form eines Ersatzschaltbildes durch einen Widerstand RL und einen Kondensator CL, die an den Transistor Tr angeschlossen sind, dargestellt. Die Spaltenleitung Di ist mit einem Spaltentreiber 3 verbunden. In dem Spaltentreiber 3 wird mittels eines Transistors 2 ein Videosignal VS unter der Steuerung durch ein Abtastsignal Si von einem Schieberegister 1 abgetastet. Der Abtastwert wird in einem Kondensator Csi, der mit der Spaltenleitung Di verbunden ist, gehalten und stellt das in ein Bildelement einzuschreibende Signal dar. Die Ansteuerung erfolgt also punktweise, das heißt Zeile für Zeile und innerhalb einer Zeile Spalte für Spalte.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel der Wellenform eines an die Bildelemente bei dieser punktweisen Ansteuerung angelegten Signals. Gemäß Fig. 3a ist ein Bild in zwei HaIb-

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bilder unterteilt, wobei während ungeradzahliger Halbbilder die Abtastwerte von einem positiven Videosignal VS1 und während geradzahliger Halbbilder die Abtastwerte von einem negativen Videosignal VS2 an die Spaltenleitungen D1 bis Dn angelegt werden. Eine maximale Erregung des Flüssigkristalls tritt auf, wenn der Abtastwert des Videosignals VDH wird, während keine Erregung des Flüssigkristalls auftritt, wenn der Abtastwert des Videosignals unter VDL liegt. Grauwerte können in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung wiedergegeben werden, wenn das Videosignal im Bereich zwischen VDH und VDL liegt. Fig. 3b zeigt von den gegeneinander phasenverschobenen Adressignalen VG1 bis VGm, mit denen die Zeilenleitungen G1 bis Gm beaufschlagt werden, die Signale VG1, VGj und VGm. Wenn ein Fernsehbild beispielsweise 200 Zeilen besitzt, dann beträgt die Dauer TS der Adressierung (Abtastung) einer Zeile βΟμε, während die Zeit eines Habbildes 16ms beträgt. Zum Einschreiben eines Videosignalabtastwerts in ein Bildelement durch Anlegen eines Adressignals an das Gate des zugehörigen Transistors Tr stehen daher 60\is zur Verfügung, während das Signal 16ms in dem Bildelement gehalten werden muß. Fig. 3c zeigt den Verlauf eines Signals VC, wie es mit jedem Halbbild an ein Bildelement angelegt und während der adresslosen Zeit gehalten wird. VC1 ist das Signal an dem Bildelement Pi1 während eines Bildes, während VCm das entsprechende Signal am Bildelement Pim ist.

Fig. 4 zeigt die Signalverläufe während der Abtastung einer Zeile. Synchron mit einem Taktsignal SH tasten die Transistoren 2, von denen einer in Fig. 2 gezeigt ist, das Videosignal VS während der Dauer des Anliegens des Adressignals VGj an der Zeilenleitung Gj ab. Die abgetasteten Spannungs- oder Abtastwerte VD1 bis VDn des Videosignals werden während der Dauer der Adressierung

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einer Zeile an den jeweiligen Spaltenleitungen D1 bis Dn gehalten.

Fig. 5 zeigt ein typisches Videosignal, dessen Abtastwerte den Bildelementen zugeführt werden. Bei dem dargestellten Signal A entspricht eine gegenüber dem Grundwert (Austastwert) hohe Spannung einer hohen Leuchtdichte. Dieser Zusammenhang zwischen Signalwert und Leuchtdiche beruht auf der für Kathodenstrahlröhren gültigen Kennlinie von Fig. 6, wonach die Leuchtdichte B proportional V^ ist (V ist die Signalspannung).

Fig. 7 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Kontrast und der angelegten Spannung für den Fall eines positiven TN-Flüssigkristalls (TN=verdrillt nematisch). Die Kennlinie von Fig. 7 zeigt, daß der Kontrast mit zunehmender Spannung am Flüssigkristall bis auf nahezu 100%, das heißt auf einen sehr hohen Schwärzungsgrad ansteigt. Diese Zusammenhänge führen dazu, daß, wenn ein für Kathodenstrahlröhren geeignetes Videosignal direkt für die Ansteuerung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit positivem TN-Flüssigkristall verwendet wird/ ein Negativbild wiedergegeben wird, da anders als bei der Kathodenstrahlröhre ein hoher Spannungswert zu einem hohen Schwärzungsgrad führt. Bei Verwendung negativer TN- oder Guest-Host-Flüssigkristalle tritt diese Bildinvertierung nicht auf. Die Qualität der Bildwiedergabe im Fall der Verwendung solcher negativer Flüssigkristalle ist aber schlechter als die bei Verwendung eines positiven TN-Flüssigkristalls.

Ferner muß, damit das Flüssigkristallmaterial einer Wechselspannung ausgesetzt wird, mit jedem Halbbild abwechselnd das Videosignal A und das demgegenüber invertierte Videosignal B abgetastet werden. Nachteilig ist

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aber, daß die Grauskala der mittels der Flüssigkristallanzeigevorrichtung wiedergegebenen Bilder immer invertiert erscheint, wenn ein positiver TN-Flüssigkristall verwendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs . angegebenen Art zu schaffen, das für Flüssigkristalle des positiven Anzeigetyps geeignet ist und eine hohe Wiedergabequalität sowie eine natürlichere Wiedergabe der Grauskala erlaubt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Aktivmatrix-Anzeigetafel,

Fig. 2 einen Teil der Treiberschaltung sowie die Schaltung der Matrixzellen,

Fig. 3,

4 und 14 Treibersignale dieser Schaltungen,

Videosignalverlaufe,

eine Kennlinie des Zusammenhangs zwischen Leuchtdichte und Spannung eines Videosignals,

eine Kennlinie des Zusammenhangs zwischen Kontrast und Spannung beim Flüssigkristall,

Fig. 8 ein Videosignal, von dem bei der Erfindung Gebrauch gemacht wird,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Erzeugung des zusammengesetzten Videosignals

. 15/10

	Fxg.	5
25
	Fig.	6
	Fig.	7
30

nach Fig. 8,

Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel der Schaltung von

Fig. 9,
5

Fig. 11 den Zeitverlauf von Signalen, die in der Schaltung von Fig. 10 auftreten,

Fig. 12 den Zusammenhang zwischen Kontrast und Spannung, wie er bei der Erfindung erhalten

wird,

Fig. 13 den Zusammenhang zwischen dem Eingangspegel VI des Transistors 35 in Fig. 10 und dem Ausgangspegel VE,

Fig. 15 Transistorkennlinien,

Fig. 16 eine Darstellung von Signalen zur Erläuterung einer Weiterbildung der Erfindung,

Fig. 17 Transistorkennlinien, wie sie sich bei der Erfindung ergeben,

Fig. 18 ein Beispiel des Aufbaus einer Treiberschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 19

und 20 Kurvendarstellungen zur Erläuterung von mit der Erfindung verbundenen Wirkungen und

Fig. 21

und 22 Darstellungen zur Erläuterung anderer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

I10/II15

Fig. 8 zeigt ein Beispiel von Signalen, die beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Anlegen an die Flüssigkristall-Bildelemente abgetastet werden. Es wird zunächst ein Negativ-Videosignal C dadurch geschaffen, daß das Videosignal A von Fig. 5 invertiert wird indem der Weißwert und der Schwarzwert und entsprechend die Grauwerte vertauscht werden. Dann wird durch Invertieren des Negativ-Videosignals C das zu diesem bezogen auf einen Pegel VCOM spiegelbildliche Videosignal Ό erzeugt. Schließlich

•0 wird ein zusammengesetztes Videosignal erzeugt/ das mit jedem Halbbild abwechselnd das Signal C und das Signal D enthält. Die Vorspannung VB und die Amplitude Av werden so eingestellt, daß sich unter Berücksichtigung der Kennlinie von Fig. 7 die gewünschte Anzeigequalität ergibt.

Fig. 9 zeigt die Blockdarstellung einer Schaltung zur Erzeugung des zusammengesetzten Videosignals gemäß der Erfindung. Ein von außen eingegebenes Videosignal VIF wird an einen Inverter 20 angelegt, der dieses Videosignal zu einem Negativ-Videosignal invertiert. Das Negativ-Videosignal wird einem symmetrischen Verstärker 21 geliefert, der zwei unterschiedliche Negativ-Videosignale erzeugt, die hinsichtlich Vorspannung und Amplitude bezogen auf einen gemeinsamen Pegel VCOM symmetrisch sind. Diese beiden Negativ-Videosignale werden einem Wählglied 22 zugeführt, das synchron mit einem Bildsignal Sf abwechselnd das eine und das andere der beiden Negativ-Videosignale auswählt und so ein zusammengesetztes Negativ-Videosignal VS erzeugt. Dieses zusammengesetzte Videosignal VS wird schließlich über einen Pufferverstärker 23 an den Spaltentreiber der Matrix angelegt.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltung von Fig. 9, und Fig. 11 zeigt den Zeitverlauf verschiedener

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Videosignale in der Schaltung von Fig. 10. Das Videosignal VIF von einer externen Schaltung wird dem mit einem Transistor 35 gebildeten Inverter über einen Kondensator 33 zugeführt. Der Klemmpegel VB' des Videosignals am Punkt I (vgl. das Signal I in Fig. 11) kann mittels eines Transistors 32, eines veränderbaren Widerstands und eines Kondensators 31 eingestellt werden. Dieser Klemmpegel bestimmt die Vorspannung VB des zusammengesetzten Negativ-Videosignals VS. Der Inverter 20 enthält außer dem Transistor 35, dessen Kollektorwiderstand 34, sowie Emitterwiderstände 36 und 40, von denen dem letzteren einerseits ein Kondensator 3 9 und andererseits die Reihenschaltung aus einem Kondensator 41 und einem einstellbaren Widerstand 42 parallel geschaltet sind. Durch Änderung der Impedanz des den Kondensator 41 und den veränderbaren Widerstand umfassenden Schaltungsteils im Emitterkreis des Transistors 35 kann die Amplitude Av¹ des Negativ-Videosignals am Punkt E (vgl. Signal E in Fig. 11) verändert werden. Das bedeutet, daß durch Ein-Stellung des veränderbaren Widerstands 42 die Amplitude Av des zusammengesetzten Negativ-Videosignals eingestellt werden kann. Der symmetrische Verstärker 21 enthält einen. Transistor 45 sowie Widerstände 43 und 44. Dieser symmetrische Verstärker erzeugt an den Punkten F und G in Fig. 10 zwei relativ zueinander invertierte Negativ-Videosignale, die in Fig. 11 bei F und G gezeigt sind. Mittels Übertragungsgliedern 46 und 47, die Zweirichtungs-CMOS-Schalter enthalten, werden mit jedem Halbbild synchron mit dem Bildsignal Sf abwechselnd das Negativ-Videosignal F und das Negativ-Videosignal G ausgewählt und am Punkt H in Fig. 10 das zusammengesetzte Negativ-Videosignal VS erzeugt, das in Fig. 11 gezeigt ist. Dieses zusammengesetzte Negativ-Videosignal VS wird mittels eines Videopufferverstärkeis, der Transistoren 48, 49, und 53 sowie Widerstände 50 und 51 enthält, verstärkt.

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Das am Eingang anstehende Videosignal VIF, das extra für Kathodenstrahlröhren erzeugt wurde, unterscheidet sich in der oben beschriebenen Weise von dem zusammengesetzten Negativ-Videosignal. Darüberhinaus muß bei Erzeugung dieses zusammengesetzten Negativ-Videosignals aus dem Videosignal VIF eine Umstellung insofern erfolgen, als ein erheblicher Unterschied in der nicht-linearen Span-.nung-Leuchtdichte-Kennlinie zwischen Flüssigkristall und Kathodenstrahlröhre besteht. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist bei der Kathodenstrahlröhre die Leuchtdichte B proportional der Spannung V potenziert mit dem Faktor γ. Dafür hat das Videosignal VIF eine Spannung-Kontrast-Kennlinie entsprechend der Kurve (a) in Fig. 12. Ausgehend von diesem Videosignal VIF kann ein zusammengesetztes Negativ-Videosignal VS erzeugt werden, dessen Spannung-Kontrast-Kennlinie durch Einstellung der Vorspannung VB und der Amplitude Av auf die Kurve (b) in Fig. 12 eingestellt werden kann. Vergleicht man diese Kurve (b) mit der Kennlinie P von TN-Flüssigkristall gemäß Fig. 7, dann zeigt sich, daß sich beide Kurven bei den höchsten Kontrastwerten, also im Bereich von Schwarz ähneln, während sie bei niedrigsten Kontrastwerten, also im Bereich von Weiß verschieden sind. Daraus folgt, daß die Bildwiedergabequalitat im Bereich der unteren Grauskala bis Weiß sehr schlecht ist, wenn ein Videosignal mit der Kennlinie entsprechend der Kurve (b) von Fig. 12 direkt für die Anzeige mittels Flüssigkristall eingesetzt wird. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, die Spannung im Bereich von Weiß/ insbesondere im Bereich um den Punkt Le der Kennlinie in Fig. 7 zu der Kurve (c) in Fig. 12 zu dehnen, um die Bildwiedergabequalität zu verbessern.

Der Begriff "dehnen der Spannung" des Videosignals bedeutet hier, daß die an dem Flüssigkristall angelegte Spannung erhöht wird, um im Bereich von Weiß einen

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speziellen Kontrast zu erzielen. In der Schaltung von Fig. 10 werden ein veränderbarer Widerstand 37 und eine Diode 38 dazu verwendet, dieses Dehnen der Spannung des Videosignals zu bewirken. Fig. 13 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Eingangspegel VI des Transistors 35 und dem Ausgangspegel VE. Die Krümmung der in Fig. 13 gezeigten Kurven wird durch den Wert R des Widerstands 37 beeinflußt_t und der Ausgangswert VE kann im Bereich hoher Eingangswerte VI merklich gedehnt werden. Durch Ausnutzung der Nicht-Linearität der Diode 38 und Einstellung des veränderbaren Widerstands 37 kann daher die spannungsgedehnte Kennlinie gemäß Kurve (c) in Fig. 12 erhalten werden. Diese Spannungsdehnung im Bereich hoher Amplituden, das heißt im Bereich von Weiß, wirkt sich gleichermaßen auf die beiden symmetrischen, gegeneinander invertierten Negativ-Videosignale aus.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise, positiv anzeigende TN-Flüssigkristalle, die die kontrastreichsten Anzeigen liefern, zur Wiedergabe einer natürlichen Grauskala bei Flüssigkristallanzeigevorrichtungen einzusetzen und bei kompakten Fernsehgeräten mit Flüssigkristallanzeige zu verwenden.

Fig. 14 entspricht im wesentlichen Fig. 3 und zeigt Signalverläufe, die bei der punktweisen Ansteuerung auftreten. Gemäß Fig. 14a ist ein Bild wieder in zwei Halbbilder unterteilt, wobei (bezogen auf das Potential VCOM) die Abtastwerte eines negativen Videosignals VS1 bei ungeradzahligen Halbbildern und die Abtastwerte eines positiven Videosignals VS2 bei geradzahligen Halbbildern an die Spaltenleitungen D1 bis Dn (Fig. 1) angelegt werden. Das aus den Videosignalen VS1 und VS2 zusammengesetzte Videosignal VS entspricht dem von Fig. 11 und wird mit jedem Halbbild relativ zu dem mittleren Potential

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VCOM innerhalb des Bereichs der Potentiale GND und VDD invertiert. Die Fig. 3b und 3c zeigen Adressignale VG1 und VGm auf den Zeilenleitungen G1 und Gm, die an die mit diesen Zeilenleitungen verbundenen Gateelektroden der Transistoren Tr (Fig. 2) angelegt werden. Wenn die Transistoren Tr N-Dünnfilmtransistoren sind, wird an die Gateelektroden dieser Transistoren einer adressierten Zeile das Potential VDG und an die Gatelektroden der Transistoren einer nicht-adressierten Zeile das Potential GND angelegt. Daher ist die Sperrspannung zwischen Gate und Source der Transistoren im nicht-adressierten Zustand während der ungeradzahligen Halbbilder erheblich niedriger als während der geradzahligen Halbbilder, da während der ungeradzahligen Halbbilder das invertierte Videosignal VS1 an den Spaltenleitungen und damit den Sourceelektroden der Transistoren anliegt. Fig. 14d zeigt den Verlauf der Spannung VC, die mit jedem Halbbild in die Bildelemente eingeschrieben wird und dort bis zum nächsten Einschreiben gehalten werden muß. VC1 ist die Spannung der Zelle Pi1 und VCm die der Zelle Pirn, die in Fig. 2 gezeigt sind.

Fig. 15 zeigt Strom-Spannungs-Kennlinien (Drainstrom ID über der Gate-Source-Spannung VGS) zweier verschiedener Transistorarten. Die Kennlinie B entspricht einem herkömmlichen Transistor mit einem monokristallinen Siliciumsubstrat. Die Kennlinien T entsprechen einem Dünnfilmtransistor mit einem polykristallinen oder amorphen Dünnfilm.

Die Kennlinie B ist insoferne günstig, als der Drainstrom ID mit zunehmender positiver Gate-Source-Spannung VGS steil ansteigt, während der Sperrstrom ID im Bereich VGS= 0 oder negativer Werte von VGS außerordentlich niedrig ist. Nachteilig ist bei Verwendung herkömmlicher Transis-

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toren für Aktivmatrix-Anzeigetafeln/ daß nur Guest-Host-Flüssigkristallmaterialien oder Flüssigkristallmaterialien mit dynamischer Streuung eingesetzt werden können/ da das für diese Transistoren erforderliche monokristalline Siliciumsubstrat lichtundurchlässig ist. Um aber TN-Flüssigkristalle verwenden zu können, die die qualitativ besten Anzeigen liefern, benötigt man ein transparentes Substrat. Man hat daher die Verwendung von Dünnfilmtransistoren auf einem Glassubstrat oder einem SiO- Quarzsubstrat erwogen und Dünnfilmtransistoren mit einem Dünnfilm aus polykristallinem Silicium oder amorphen Silicium entwickelt. Verglichen mit einem herkömmlichen Transistor ist die in Fig. 15 gezeigte Kennlinie T des Dünnfilmtransistors nachteilig. Bei ihr steigt der Drainstrom im Bereich positiver Werte der Gate-Source-Spannung VGS langsam an, und der Leck- oder Sperrstrom ist abhängig von der Sperrspannung, das heißt vom Absolutwert der negativen Gate-Source-Spannung und ist außerdem selbst beim Minimum im Bereich negativer Gate-Source-Spannungen relativ groß.

Da.her ergeben sich bei Verwendung dieses Transistors für die Ansteuerung von Flüssigkristall-Bildelementen in der in Fig. 14 gezeigten Weise folgende Nachteile:

1. In der Zeit, in der eine Matrixzelle nicht adressiert ist, findet infolge des relativ hohen Sperrstroms (Leckstrom durch den gesperrten Transistor) ein Ladungsaustausch zwischen dem Bildelement und der zugehörigen Spaltenleitung in der einen oder der anderen Richtung statt, worunter der Kontrast des wiedergegebenen Bildes leidet.

2. Der Bereich R in Fig. 15 zeigt den Arbeitsbereich eines solchen Dünnfilmtransistors im Sperrzustand. Der Sperrstrom ist während geradzahliger Halbbilder größer als der bei ungeradzahligen Halbbildern, da der Maximalwert des Video-

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Signals bei einem geradzahligen Halbbild nahe bei dem Potential VDD liegt. Darüberhinaus macht sich der Sperrstrom bei den geradzahligen Halbbildern von Zeile zu Zeile bis zur letzten Zeile immer stärker bemerkbar, da nach der letzten Zeile mit dem Beginn des nächsten ungeradzahligen Halbbildes das Potential an den Spaltenleitungen bezogen auf das Potential VCOM invertiert wird und dadurch die Spannung zwischen Source und Drain des jeweiligen Transistors Tr höchste Werte annimmt. In Fig.

15 sind die Kurven TA, TB und TC Änderungen der Kennlinie T abhängig von unterschiedlichen Spannungen VSD zwischen Source und Drain mit VSD=2V für die Kurve TA, VSD=4V für die Kurve TB und VSD=SV für die Kurve TC. Dies führt dazu, daß der Effektivwert der an die Bildelemente im unteren Matrixbereic.h angelegten Spannung geringer als im oberen Bereich ist, was zu einer ungleichförmigen Anzeige führt.

3. Das Gatepotential VG muß im Vergleich zu dem von Transistoren auf einem monokristallinen Substrat bei gleichem Drainstrom größer sein. Dies bewirkt eine größere Spannung VDG zwischen Drain und Gate, was manchmal zu einem Überschreiten der Durchbruchsspannung eines Treiber-IC oder aber z.u einem angestiegenen Leistungsverbrauch führt.

Die folgende Beschreibung befaßt sich mit Maßnahmen, diese Nachteile zu beseitigen. Unter Berücksichtigung der in Fig. 15 gezeigten Kennlinien eines Dünnfilmtransistors sieht die Erfindung zu diesem Zweck vor, daß das Gate der Dünnfilmtransistoren solange diese nicht adressiert sind, mit einer Vorspannung beaufschlagt wird, die im Bereich der Spannung der Stromquelle der integrierten Schaltung des Spaltentreibers liegt. Im Gegensatz dazu liegt an den Zeilenleitungen der nicht-adressierten Zeilen

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und damit an den Gateelektroden der zugehörigen Transistoren bisher das Massepotential (GND) des Spaltentreibers.

Fig. 16 zeigt bei (a) ein Videosignal, bei (b) ein Adressignal nach dem Stand der Technik und bei (c), (d) und (e) Adressignale gemäß der Erfindung.

Bei dem Videosignal in Fig. 16{a) handelt es sich um das bereits beschriebene zusammengesetzte Videosignal, das sich aus bezogen auf das Potential VCOM symmetrischen Teilen in den einzelnen Halbbildern zusammensetzt. Das bedeutet, daß das Sourcepotential, das der Spaltentreiber an die Spaltenleitungen liefert, im Bereich zwischen den Potentialen GND und VDD liegt. Das Potential an den nichtadressierten Zeilenleitungen ist bei Fig. 16(c) dagegen im Bereich von VCOM. Dadurch wird der Arbeitsbereich R der Dünnfilmtransistoren der nicht-adressierten Zeilen zu dem sich um den Wert 0 erstreckenden Bereich R1 in Fig. 17 verschoben. Diese Vorspannungsverschiebung kann zu einer Verringerung des SperrStroms beitragen. Durch ein von 0 verschiedenes Potential an den Gatelektroden der Dünnfilmtransistoren nicht-adressierter Zeilen kann ferner die zuvor beschriebene Abhängigkeit des Sperrstroms von der Source-Drain-Spsnnung dieser Transistoren beseitigt werden. Hierdurch kann die Zunahme der Wirkung des Sperrstroms zur letzten Zeile eines geradzahligen Halbbildes hin vermieden und eine Kontrastverschlechterung' vom oberen zum unteren Teil des Halbbildes beseitigt werden, so daß sich eine gleichförmige Wiedergabeqalität über das gesamte Bild einstellt. Die Amplitude der Gatespannung wird VDG-VCOM und ist bei Erzielung desselben Durchlaßstroms um VCOM niedriger als die des Standes der Technik»

Wie die Strom-Spannungs-Kennlinien (c), (d) und (e) der

ττί In

ι Fig. 17 zeigen, gibt es erhebliche Unterschiede insbesondere bezüglich des minimalen Drainstroms je nach Herstellungsverfahren oder Aufbau der Transistoren. R1 ist der Arbeitsbereich eines Transistors der Kennlinie (c¹). R2 ist der Arbeitsbereich eines Transistors mit der Kennlinie (e¹) und R3 ist der Arbeitsbereich eines Transistors mit der Kennlinie (d¹)· Diesen Unterschieden muß Rechnung getragen werden. Beispielsweise wird das Gatepotential von nicht-adressierten Transistoren mit den Kennlinien (d¹) und (e¹)/ die in Fig. 17 gezeigt sind, und deren Minimum des Drainstroms im Bereich positiver bzw. negativer Werte der Gate-Source-Spannung liegt, gegenüber dem Potential VCOM um +VGB bzw. -VGB verschoben, wie dies in Fig. 16 bei (d) bzw. (e) gezeigt ist. Diese Vorspannung kann zu einer weiteren Verringerung des SperrStroms beitragen.

Fig. 18 zeigt ein Beispiel des Aufbaus einer Treiberschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ansteuerungs-Verfahrens. In Fig. 18 sind ein Spaltentreiber 11 für die Spaltenleitungen und ein Zeilentreiber 12 für die Zeilenleitungen mit einer Anzeigematrix 13 verbunden. Der Spaltentreiber 11 liefert Ausgangssignale VD1 bis VDn, und der Zeilentreiber t2 liefert Ausgangssignale (Adresssignale) VG1 bis VGm. Eine Stromversorgungsschaltung liefert die Versorgungsspannung und legt Potentiale VDD und GND an eine Abtast- und Halteschaltung und ein Schieberegister des Spaltentreibers an. Die Amplitude des Videosignals VS liegt innerhalb des Bereichs VDD-GND.

Die Stromversorgungsschaltung 10 erzeugt ferner die Potentiale für die Zeilenleitungen, nämlich VCOM für nicht-adressierte Zeilen und VDG für die adressierte Zeile. VCOM ist außerdem das Potential der gemeinsamen

Gegenelektrode der Anzeigematrix. 35

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Fig. 19 ist eine grafische Darstellung zur Erläuterung der mit der Erfindung erzielten Wirkung. In Fig. 19 ist der quadratische Mittelwert VCR der Spannung VC aller Bildelemente über dem Vorspannungswert VGB für den Fall aufgetragen, daß ein bestimmter Videosignalwert an ein Bildelement angelegt und 16ms in diesem gehalten wird. Man sieht, daß der Mittelwert VCR minimal ist, wenn VGB 0 ist, wie dies bei herkömmlichen Verfahren der Fall ist. Bei der Erfindung hat VGB einen Wert im Bereich von VCOM, was zu einem Maximum des Mittelwerts VCR und damit zu einer hohen Bildwiedergabequalität führt.

In Fig. 20 ist VGM der Wert der Gate-Source-Spannung VGS, bei dem eine Dünnfilmtransistorkennlinie, wie sie in Fig.

17 gezeigt sind, das Minimum hat. Fig. 20 zeigt den Bereich des im nicht-adressierten Zustand anliegenden Gatepotentials VGB über VGM. VGB ist der Potentialwert, bei dem der quadratische Mittelwert VCR ein Maximum annimmt und bei dem daher ein guter Bildkontrast der Flüssigkristallanzeigevorrichtung erreicht wird. Gemäß der Darstellung von Fig. 20 ist es erforderlich, den Wert von VGB im nicht-adressierten Zustand abhängig von der Dünnfilmtransistorkennlinie entsprechend VGM einzustellen.

Fig. 21 zeigt die Wellenform eines zusammengesetzten Videosignals einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Wenn die Kennlinie T eines Dünnfilmtransistors in bezug auf die Spannung VGS=VGM nicht-symmetrisch ist, dann kann der Bereich der an die Spaltenleitungen angelegten Spannung nicht-symmetrisch in bezug auf V¹COM eingestellt werden. In diesem Fall sind zwei Wege denkbar. Im einen Fall wird der Spannungsbereich so gewählt, daß nur die Amplitude oder die Vorspannung des Videosignals VS in den einzelnen Halbbildern nicht-symmetrisch in bezug auf V¹COM ist. Dies kann durch Einstellung der Verstärkung des

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+(-)Verstärkers oder durch Einstellung des Gleichspannungsausgangspegels des Verstärkers erreicht werden. Der andere Weg besteht darin, den Spannungsbereich so einzustellen, daß die Versorgungspotentiale nicht-symmetrisch in bezug auf VCOM liegen.

Günstiger ist es, je nach Kennlinie der Dünnfilmtransistoren den Spannungsbereich an den Spaltenleitungen nicht-symmetrisch zu wählen. Es ist auch möglich, das Potential am Gate nicht-adressierter Transistoren um +VGB gegenüber V¹COM zu verschieben.

Fig. 22 zeigt Signale eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, Bei diesem Beispiel kann der Wert der Gate-Sperrspannung in Verbindung mit der Invertierung des Videosignals mit jedem Halbbild geändert werden. Dies trägt zur Verringerung des Schwankungsbereichs der Gate-Source-Spannung VGS entsprechend der Schwankung des Videosignalpegels etwa auf die Hälfte bei.

Dabei wird der quadratische Mittelwert der Spannung VC der Bildelemente noch besser. Im Fall von Fig. 22 ist die Gate-Sperrspannung VCOM bei ungeraden Halbbildern und +VDS bei geraden Halbbildern.

Wie oben beschrieben, können die beim Einsatz von Dünnfilmtransistoren auftretenden Probleme erfindungsgemäß dadurch beseitigt werden, daß die Gate-Sperrspannung, das heißt die Gatespannung der Transistoren einer nichtadressierten Zeile innerhalb des Bereichs der Versorgungsspannung und insbesondere auf einen Wert eingestellt wird, der im Bereich des mittleren Potentials VCOM des regelmäßig invertierten Videosignals liegt. Durch diese erfindungsgemäße Ansteuerung lassen sich folgende Wirkungen erzielen, die einen Flüssigkristallfernsehschirm mit hoher Wiedergabequalität erwarten lassen:

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1. Da ein besonders guter quadratischer Mittelwert der Bildelementspannung bewirkt wird, erzielt man eine getreue Wiedergabe des Originalvideosignals, das heißt einen sehr guten Anzeigekontrast.

2. Der Abfall des quadratischen Mittelwerts der Bildelementspannung zur letzten Zeile hin, der mit einem erhöhten Sperrstrom bei einer negativen Vorspannung zwischen Gate und Source verbunden war, kann verhindert werden. Daher kann eine gleichmäßige Spannung in die Bildelemente aller Zeilen eingeschrieben werden und für alle Zeilen ein gleichförmiger quadratischer Mittelwert der Bildelementspannung erreicht werden, so daß keine Ungleichmäßigkeiten der Bildwiedergabe auftreten.

3. Die Amplitude des Signals an den Zeilenleitungen kann verringert werden, was die Auslegung des Spaltentreibers erleichtert und den Stromverbrauch reduziert.

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Claims

Q9) BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES PATENTAMT Offenlegungsschrift DE 3311928 Al Int. Cl. 3: G 09 G 3/36 H 04 N 3/12 § Aktenzeichen: P 33 11 928.7 Anmeldetag: 31. 3.83 Offenlegungstag: 13.10.83 Unionspriorität: @ 01.04.82 JP P54339-82 06.04.82 JP P56945-82 (7Ϊ) Anmelder: Kabushiki Kaisha Suwa Seikosha, Tokyo, JP @ Vertreter: Blumbach, P., Dipl.-Ing., 6200 Wiesbaden; Weser, W., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Kramer, R., Dipl.-Ing., 8000 München; Zwirner, G., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing., 6200 Wiesbaden; Hoffmann, E., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 8000 München Erfinder: Morozumi, Shinji; Misawa, Toshiyuki; Nakazawa, Yoshio, Suwa, Nagano, JP -.,-■ i.fs Verfahren zur Ansteuerung einer Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigetafel Bei einem Verfahren zur Ansteuerung einer Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigetafel mit positiv anzeigendem Flüssigkristall wird durch Invertierung des Weißpegels und des Schwarzpegels eines Videosignals ein Negativ-Videosignal erzeugt und abgetastet und ein jeweiliger Abtastwert während einer Adressierzeit über einen Transistor in ein Bildelement eingeschrieben und während der Nicht-Adressierzeit in dem Bildelement gehalten. (3311 928) BLUMBACH · WESER . BERGEN . KRAMER ZWIRNER.HOFFMANN EUROPEAN PATENT ATTORNEYS IN MÜNCHEN R. KRAMER DIPL-ING. PATENTANWALT W. WESER DIPL-PHYS. DR. RER. NAT. PATENTANWALT E. HOFFMANN DIPL-ING. PATENTANWALT IN WIESBADEN P. G. BLUMBACH DIPL-ING. PATENTANWALT P. BERGEN PROFESSOR DR. 3UR. DIPL-ING. G. ZWIRNER DIPL-ING. DIPL.-W.-ING. PATENTANWALT Kabushiki Kaisha Suwa Seikosha 3-4, 4-chome/ Ginza, Chuo-ku, Tokyo-to/ Japan 83/8743 Ho /mü Verfahren zur Ansteuerung einer Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigetafel Patentansprüche

1. Verfahren zur Ansteuerung einer Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigetafel, bei dem ein Videosignal abgetastet und ein jeweiliger Abtastwert während einer Adressierzeit über einen Transistor in ein Bildelement eingeschrieben und während der Nicht-Adressierzeit in dem Bildelement gehalten wird, dadurch gekennzeichnet , daß zur Ansteuerung einer solchen Anzeigetafel mit positiv anzeigendem Flüssigkristall durch Invertierung des Weißpegels und des Schwarzpegels des Videosignals ein Negativ-Videosignal erzeugt und Abtastwerte dieses Negativ-Videosignals in die Bildelemente eingeschrieben werden.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannung des Videosignals im Bereich niedriger Werte der Grauskala und des Weißwerts gedehnt wird.

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