DE3314778A1

DE3314778A1 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung und methode zu ihrem betrieb

Info

Publication number: DE3314778A1
Application number: DE19833314778
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Funada; Masataka Tenri Nara Matsuura; Keisaku Nara Nonomura
Original assignee: Japan Electronic Industry Development Association; Sharp Corp
Current assignee: Japan Electronic Industry Development Association; Sharp Corp
Priority date: 1982-04-26
Filing date: 1983-04-23
Publication date: 1983-11-10
Also published as: GB2120440B; US4586039A; GB2120440A; DE3314778C2; GB8311181D0; JPS58186796A

Description

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FlüsSigkristall-Anzeigevorrichtung und Methode zu ihrem Betrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und auch eine Methode zum Betrieb einer solchen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Matrix-Typ, in der jedes Bildelement der Flüssigkristall-Zelle oder Anzeigefeld mit einem Feldeffekt-Transistor (im Folgenden als FET bezeichnet) versehen ist, sowie eine Methode zum Antrieb eines solchen Flüssigkristalls vom Matrix-Typ, wodurch der Antrieb mittels einer Mehrleitungs-Multiplex-Arbeitsweise ermöglicht und Bild mit hohem Kontrast verfügbar gemacht wird.

Ein Flüssigkristall-Anzeigefeld unter Benutzung von FETs wurde von der Westinghouse Electric Co. 1973 entwickelt, in dem das Flüssigkristall-Anzeigefeld vom Matrix-Typ Bildelemente besitzt, die jeweils durch einen FET und einen Dünnfilm-Kondensator gebildet werden.

Einzelheiten des Westinghouse-Flüssigkristall-Anzeigefeldes vom Matrix-Typ und seiner Antriebsmethode sind in IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-20, No. 11, November 1973, unter dem Titel "A 6x6 Inch 20 Lines-per-Inch Liquid-Crystal Display Panel" von T.P. Brody et al. offenbart.

Bei einem Westinghouse-Flüssigkristall-Anzeigefeld vom Matrix-Typ gibt es folgende Probleme:

"" ^: '"'"··· 33H778

3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweisschaltung mindestens einen FET zum Nachweis des Potentials an der Elektrode des Bildelements enthält, wodurch die Unterscheidung, ob ein durch die Nachweisschaltung nachgewiesenes Potential oberhalb oder unterhalb eines vorher festgelegten Potentials liegt, durch Ausnutzung der Schwellenspannung des FET erfolgt.

4. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Einstellung der Bildfrequenz eine Vorrichtung zur Erzeugung zeittaktgesteuerter Impulse enthält, die zeittaktgesteuerte Impulse mit einer solchen Frequenz erzeugt, die sich digital in Abhängigkeit von einer absoluten Bildfrequenz in der Weise ändert, daß die Geschwindigkeit r der Änderung der Bildfrequenz im wesentlichen konstant gehalten wird.

5. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die · Geschwindigkeit r der Änderung der Bildfrequenz 1 < r < 2 ist.

(1) In einem Fall, in dem ein Antriebssignal angewandt wird, das sämtliche Bildelemente mit Ausnahme eines Elementes beleuchtet, das durch die i-te Sou-rce-Elektrode Si und die j-te Gate-Elektrode Gj ausgewählt wird, worin i und j ganze Zahlen bezeichnen, nimmt der Drain eines in diesem Element vorliegenden FET eine effektive Spannung auf, die gleich oder oberhalb einer solchen Spannung ist, die erforderlich ist, um den FET einzuschalten,
wodurch eine Fehleranzeige oder unterschiedlicher Kontrast, der abhängt von der Änderung der Zahl der Leuchtelemente, bewirkt wird.

(2) Da die Strom-Spannungs-Kennlinie zwischen den positiven und negativen Gebieten unsymmetrisch ist, besitzt die an den Flüssigkristall angelegte Spannung eine Wellenform, die zwischen den positiven und negativen Gebieten unsymmetrisch ist, und infolgedessen nimmt der Flüssigkristall eine Spannung mit einer Gleichspannungs-Komponente auf. Dies hat eine nur kurze Lebensdauer des Flüssig-

kristalle zur Folge.

Zur Lösung der oben aufgezeigten Probleme (1) und (2) wurden verbesserte Flüssigkristall-Anzeigefelder und Antriebsmethoden für diese vorgeschlagen, die offenbart sind in der DE-OS 29 04 596 (JP-Patentanmeldung Nr.' 53-15583 vom 13.02.1978) und in der DE-PS 30 28 717 (JP-Patentanmeldung Nr. 54-97912 vom 30.07.1979) der Anmelderin.

Es ist ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung, eine weiter verbesserte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und eine Methode für deren Betrieb dadurch

4 * 1

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verfügbar zu machen, das eine neue Schaltung zu dem in der DE-OS 29 04 596 und in der DE-PS 30 28 717 offenbarten Flüssigkristall-Anzeigefeld hinzugefügt wird.

Es ist ebenfalls ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und eine Methode für deren Betrieb verfügbar zu machen, in der eine Deformation der Wellenform der Lade- und Entladespannung über die Bildelement-Elektroden, die durch die Veränderlichkeit der Charakteristik des FET, Temperaturänderung und/oder Alterung verursacht wird, durch Änderung der Bildfrequenz korrigiert werden kann.

Die vorliegende Erfindung macht eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verfügbar, die eine Flüssigkristall-Anzeige-Zelle vom Matrix-Typ umfaßt, die enthält: Eine

Vielzahl von Gate-Leitungen und Source-Leitungen, die sich kreuzen; ein Substrat für eine Transistor-Gruppierung einschließlich einer Vielzahl von FETs, die jeweils an den Schnittpunkten der Gate- und Source-Leitungen vorhanden sind; ein Gegensubstrat mit einer

Vielzahl gemeinsamer Elektroden, die in Streifen parallel zu den Gate-Leitungen ausgerichtet sind; das Substrat für die Transistor-Gruppierung und das Gegensubstrat sind in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet, so daß ein Hohlraum zwischen ihnen festgelegt

wird; ein in den Hohlraum gefülltes Flüssigkristall-Material .

Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt weiter: eine Vorrichtung zum Anlegen einer Gegenelektroden-Spannung, die zwischen
dem ungeradzahligen Bildfeld und dem geradzahligen Bildfeld variiert, an die gemeinsame Elektrode; eine

Vorrichtung zum Anlegen einer erforderlichen Wechselspannung an das Flüssigkristall-Material in einem Bildelement, in das "eingeschrieben" werden soll, durch Erzeugung einer Spannung mit einer Phase entgegengesetzt zu derjenigen der Gegenelektroden-Spannung an einer Elektrode des Bildelements entsprechend der Arbeitsweise des FET; eine Vorrichtung zur erforderlichen Kompensation einer an das Flüssigkristall-Material in einem Bildelement angelegten Spannung, in das "nicht

eingeschrieben" werden soll, durch Erzeugung einer Spannung mit gleicher Phase wie' diejenige der Gegenelektroden-Spannung an einer Elektrode des Bildelements entsprechend der Arbeitsweise des FET; eine Nachweisschaltung zum Nachweis eines Elektrodenpotentials des

Bildelements in einem vorher festgelegten Augenblick während eines ungeradzahligen oder geradzahligen Bildfeldes; eine Unterscheidungsschaltung zur Unterscheidung, ob ein durch die Nachweisschaltung nachgewiesenes Potential oberhalb oder unterhalb eines vorher festge-

legten Potentials liegt; sowie eine Schaltung zur Einstellung der Bildfrequenz in solcher Weise, daß die Bildfrequenz aufgrund der durch die Unterscheidungsschaltung vorgenommenen Unterscheidung erhöht oder erniedrigt wird.

Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung zum Antrieb der oben beschriebenen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eine Methode verfügbar gemacht, die die folgenden Schritte umfaßt: Anlegen einer Gegenelektroden-Spannung, die zwischen dem ungeradzahligen Bildfeld und dem geradzahligen Bildfeld variiert, an die gemeinsame Elektrode; Anlegen einer erforderlichen Wechselspannung an das Flüssigkristall-Material in einem Bild-

* β · ft η w

element, in das "eingeschrieben" werden soll, durch Erzeugung einer Spannung mit einer Phase entgegengesetzt zu derjenigen der Gegenelektroden-Spannung an eine Elektrode des Bildelements entsprechend der Arbeitsweise des FET; erforderliche Kompensierung einer an das Flüssigkristall-Material in einem Bildelement angelegten Spannung, in das "nicht eingeschrieben" werden soll, durch Erzeugung einer Spannung mit gleicher Phase wie diejenige der Gegenelektroden-Spannung an

einer Elektrode des Bildelements entsprechend der Arbeitsweise des FET; Nachweis einer charakteristischen Änderung des FET; und Einstellung der Bildfrequenz aufgrund eines nachgewiesenen Wertes in solcher Weise, daß die Wellenform der an der Elektrode des Bildelements

erzeugten Spannung im wesentlichen gleich derjenigen der an der gemeinsamen Elektrode anliegenden Gegenelektroden-Spannung ist.

Diese und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, die in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt, wie sie auf den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Hierin werden gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung, die einem Teil einer Flüssigkristall-Zelle eines Flüssigkristall-Anzeigefeldes nach dem Stand der Technik entspricht.

Fig. 2 zeigt eine Querschnitt-Darstellung einer Flüssigkristall-Zelle mit der Schaltung der Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein Zeitablaufdiagramm für den Betrieb der Flüssigkristall-Zelle mit der Schaltung der Fig. 1.

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- ίο -

Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung der Wellenform der Drain-Spannung und dient der Beschreibung des Prinzips der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm für den Betrieb einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Feldfrequenz-Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt ein Schaltbild einer Nachweisschaltung.

Fig. 7 zeigt ein Zeitablaufdiagramm des Betriebs einer Unterscheidungsschaltung.

Fig. 8 zeigt ein Schaltbild einer Unterscheidungsscha-1-tung.

Fig. 9 zeigt ein Schaltbild einer Frequenz-Steuerschaltung zur Steuerung der Bildfrequenz.

Fig. 10 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Drain-Spannung und dem gemeinsamen Verhältnis (common ratio).

Bevor die Erläuterung der vorliegenden Erfindung fortgesetzt wird, werden zunächst das Flüssigkristall-Anzeigefeld vom Matrix-Typ gemäß der DE-OS 29 04 596 sowie die Methode seines Betriebs unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 3 beschrieben.

Ein Flüssigkristall-Anzeigefeld, das in der Flüssigkristall-Anzeige vom Matrix-Typ nach dem Stand der Technik umfaßt, wie in der Fig. 1 dargestellt ist, eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Source-Leitungen 1 und Vielzahl von parallel zueinander verlau-

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fenden Gate-Leitungen 2, die die Source-Leitungen 1 kreuzen. Ein FET (Feldeffekt-Transistor) 3 ist an jeder Kreuzungsstelle der Leitungen 1 und 2 in der Weise angeschlos'sen, daß die Quelle (Source) des FET 3 mit der Source-Leitung 1 verbunden ist und dessen Gate mit der Gate-Leitung 2 verbunden ist. Eine Vielzahl gemeinsamer Elektroden 31 erstreckt sich parallel zu den Gate-Leitungen 2, wobei die Gate-Leitungen 2 und die gemeinsamen Elektroden 31 jeweils alternierend angeordnet sind. Der Drain 6 jedes FET ist über eine Flüssigkristall-Zelle 4 mit der gemeinsamen Elektrode 31 und außerdem über einen Speicherkondensator (memory capacitor) 5 mit einer benachbarten Gate-Leitung 2 verbunden.

Das Flüssigkristall-Anzeigefeld mit der oben beschriebenen Schaltung umfaßt im allgemeinen ein Substrat 22 für eine Feldeffekt-Transistor-Gruppierung und ein Gegensubstrat 23. Ersteres trägt den FET 3, den Kondensator 5 und eine Elektrode des Flüssigkristall-Elements, die auf einen Glas-Träger 7 mittels eines wohlbekannten AufdampfVerfahrens aufgebracht wurde, wobei die Elektroden in Richtung der Koordinaten X und Y ausgerichtet sind, so daß sie X- und Y-Leitungen für jedes der Einheitselemente des Flüssigkristalls bilden. Letzteres trägt eine transparente und leitfähige Folie (gemeinsame Elektrode) 31 in Form von Streifen, die sich parallel zu den Gate-Elektroden 8 erstrecken und auf einen anderen Glas-Träger 7¹ aufgebracht sind. Beide Elektroden-Substrate werden einem Verfahren der TN-Ausrichtung (verdrillten nematischen Ausrichtung) unter-

0 zogen, z.B. mittels schräger Aufdampfung oder Reiben nach dem Aufbringen transparenter Isolierschichten 14 und 15 aus SiO oder SiO₂ etc. . Außerdem werden die

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beiden Substrate miteinander verbunden mittels eines Abdichtungselements 21, und ein geeignetes Flüssigkristall-Material 16, etwa eines TN-FEM-Flüssigkristalls (Flüssigkristall vom verdrillten nematischen FeIdeffekt-Typ) oder eines Flüssigkristalls des Gast-Wirt-Typs, wird zwischen diese eingespritzt, wodurch die Herstellung eines Flüssigkristall-Anzeigefeldes 24 vom Matrix-Typ unter Einsatz der FETs 3 vervollständigt wird. Schließlich werden noch ein Paar Polarisatoren 18 und 19 sowie ein Reflektor 20 außerhalb des Flüssigkristall-Anzeigefeldes angeordnet, wodurch die Flüssigkristall-Anzeige vom Matrix-Typ fertiggestellt wird.

In der Fig. 2 bezeichnet 9 eine Elektrode für den Kondensator 5, 10 bezeichnet eine Schicht, die als dielektrische Schicht für den Kondensator 5 und ebenfalls als Gate-Isolierschicht für den FET 3 dient, 12 bezeichnet eine Source-Elektrode, 13 bezeichnet eine Drain-Elektrode und 17 bezeichnet eine Halbleiter-Schicht.

Wenn beabsichtigt wird, in ein ausgewähltes Bildelement einzuschreiben, wird ein in einer Richtung verlaufender Source-Spannungsimpuls V , wie er in der Fig. 3, Reihe (a), dargestellt ist, der Source-Elektrode des betreffenden FET 3 zugeführt. Der Source-Spannungsimpuls V₀ ist in dem Falle ein negativ gerichteter Impuls, in dem der FET 3 ein solcher des P-Kanal-Typs ist, und positiv in dem Falle, in dem der FET 3 ein solcher des N-Kanal-Typs ist. Die Wellenformen in der Fig. 3 sind für den Fall abgebildet, in dem der FET 3 ein solcher des P-Kanal-Typs ist. Der in der Fig. 3, Reihe (c), dargestellte Gate-Spannungsimpuls V^ dient dazu, den FET 3

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während eines ungeradzahligen Bildfeldes einzuschalten und während eines geradzahligen Bildfeldes auszuschalten. Wie aus den in der Fig. 3, Reihen (a) und (c) , dargestellten Wellenformen zu ersehen ist, wird der FET 3 während eines ungeradzahligen Bildfeldes eingeschaltet und während eines geradzahligen Bildfeldes ausgeschaltet, und aus diesem Grunde zeigt die Drain-Spannung V (ON) des FET die Wellenform der Fig. 3, Reihe (d). Die Wellenform der Fig. 3, Reihe (d) veranschau-

licht nur den Bereich der negativen Spannungen und enthält naturgemäß eine Gleichspannungs-Komponente. Eine in der Fig. 3, Reihe (f), dargestellte gemeinsame Spannung V wird angelegt, um eine Spannung mit einer Phase, die derjenigen der oben beschriebenen, an dem Flüssigkristall anliegenden Spannung entgegengesetzt ist, während des geradzahligen Bildfeldes von der gemeinsamen Elektrode auf der anderen Seite des ausgewählten Anzeigeelements her zu addieren. Als Folge hiervon liegt über dem Flüssigkristallmaterial zur Durchführung der Schreib-Operation die Differenzspannung zwischen den Spannungen der Fig. 3, Reihen (d) und (f) , an, wie sie durch die Wellenform der Fig. 3, Reihe (g) , dargestellt ist. Wie aus der Fig. 3, Reihe (g) ersichtlich ist, ist es möglich, durch passende Wahl des Spannungswertes und der Wellenform der gemeinsamen Spannung V_c im Hinblick auf die Drain-Spannung V an das Flüssigkristall-Anzeigefeld eine Wechselspannung anzulegen, die keine Gleichspannungs-Komponente enthält.

Wenn beabsichtigt wird, in ein ausgewähltes Bildelement nicht einzuschreiben, wird der Source-Elektrode des betreffenden FET 3 der Source-Spannungsimpuls V (OFF), wie er in der Fig. 3, Reihe (b) , dargestellt ist, zusammen mit dem Gate-Spannungsimpuls V der Fig. 3,

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Reihe (c) , in solcher Weise zugeführt, daß der·FET 3 während eines ungeradzahligen Bildfeldes ausgeschaltet und während eines geradzahligen Bildfeldes eingeschaltet wird. Aus diesem Grunde besitzt die Drain-Spannung V_n(OFF) des FET 3 die in der Fig. 3, Reihe (e) , dargestellte Wellenform, wobei diese Spannung an eine Elektrode des Bildelements des Flüssigkristall-Materials angelegt wird. Die in der Fig. 3, Reihe (f) , dargestellte gemeinsame Spannung V_c wird an die gemeinsame ■ Elektrode während der geradzahligen Bildfelder angelegt, woraus eine Ähnlichkeit der Spannungspolarität und Wellenform folgt. Infolgedessen gibt es keine Potentialdifferenz zwischen den beiden entgegengesetzten Elektroden des Anzeigefeldes, und die über den nichtausgewählten Bildelementen anliegende Spannung, d.h. die Drain-Spannung V , entspricht somit der Darstellung in der Fig. 3, Reihe (h).

Wie die vorstehende Beschreibung erkennen läßt, ist die in der DE-OS 29 04 596 offenbarte Methode zum Betrieb eines Flüssigkristall-Anzeigefeldes vom Matrix-Typ dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Spannung mit einer Polarität, die gleich oder entgegengesetzt derjenigen des Signals der gemeinsamen Elektrode 31 ist, an die Drain-Elektrode 6 des FET 3 angelegt wird, und dann, aufgrund der dazwischen herrschenden Phasendifferenz, die Flüssigkristall-Zelle 4 entweder in Betrieb oder außer Betrieb gesetzt wird. Zur Eliminierung der Gleichspannungskomponente aus der an die Flüssigkristall-Zelle 4 angelegten Wechselspannung und zur EIiminierung der Spannung aus dem Flüssigkristall während der Ausschaltperiode ist es erforderlich, die Wellenformen der an der Drain-Elektrode 6 auftretenden Span-

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nung und der an der gemeinsamen Elektrode 31 auftretenden Spannung so zu gestalten, daß sie einander genau gleich sind. Falls aus dem einen oder anderen Grunde sich die" Charakteristik des FET 3 ändert, ändert sich
auch die an der Drain-Elektrode 6 auftretende Spannung.

Der Grund hierfür ist der, daß die Wellenformen der Lade- und Entladespannungen an der Drain-Elektrode 6 des FET 3 durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) bestimmt sind:

V_n1 = V_n ( 1 - e"^t/n ) (1),

^Ζ/τΖ , (2),

worin ri = R_0n . C_s ,

T2 = R . C und

OFF S _{T /ri}

V₁ = V₀ ( 1 - e-W^tX ).

Wie aus den Gleichungen (1) und (2) ersichtlich ist, ändern sich die Wellenformen der Lade- und Entladespannungen an der Drain-Elektrode 6 des FET 3 in Abhängigkeit von der Änderung von R_n.,, und R^„„.

UN ut a

Wenn das Flüssigkristall-Anzeigefeld vom Matrix-Typ der Fig. 2 unter solchen Bedingungen betrieben wird, daß die Einschreibe-Zeit T.... und die Speicherzeit T___ wie folgt gewählt sind:

Π s- T_0n und

r2 » τ ,

so tritt an der Drain-Elektrode 6 eine Spannung auf, die durch die Kurve Cl in der Fig. 4 dargestellt ist.

Unter den vorbezeichneten Bedingungen ändert sich die Ladespannung in starkem Maße mit der Änderung des Widerstandes im Einschaltzustand R des FET 3, jedoch

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ändert sich die Wellenform der Ladespannung an der Drain-Elektrode 6 des FET 3 kaum mit der Änderung des Widerstandes im Ausschaltzustand R,-.,-,,-, des FET 3.

Wenn, aus dem einen oder anderen Grunde, der Widerstand im Einschaltzustand R_QN des FET 3 sich auf das Doppelte erhöht, wird die Ladespannung V nach der vorstehenden Gleichung (1) niedrig, wie dies durch die Kurve C2 in der Fig. 4 dargestellt ist. Auf diese Weise fällt die Spannung an der Drain-Elektrode 6 stark ab.

Daraus ergibt sich, daß bei einem Betrieb des Flüssigkristall-Anzeigefeldes vom Matrix-Typ unter den vorgenannten Bedingungen derartige Schwierigkeiten entstehen, daß das Flüssigkristall-Material 16 mit einer Spannung mit einer Gleichspannungs-Komponente versorgt wird oder daß die Spannung ν_,__ während der Ausschalt-

Ur r

periode nicht gleich Null wird.

Nun kehrt bei Verlängerung der Zeit des Einschreibens von Tl auf 2 Tl die Einschreibspannung auf ihren ursprünglichen Wert zurück, woraus sich eine Wellenform der Spannung ergibt, wie sie durch die in der Fig. 4 abgebildete Kurve C3 dargestellt ist. Die Spannungs-Wellenform C3 ist in Richtung der Zeitachse doppelt so lang wie diejenige der Spannungs-Wellenform Cl. Wenn nun die Wellenlänge der an die gemeinsame Elektrode 31 angelegten Spannung auf das Zweifache vergrößert wird, d.h. die Frequenz um die Hälfte vermindert wird, kann das Flüssigkristall-Anzeigefeld 24 unter einer solchen idealen Bedingung betrieben werden, daß V_DC = 0 und

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Unter Berücksichtigung der vorstehenden Tatsache kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Flüssigkristall-Anzeigefeld 24 aufgrund einer Änderung der Bildfeld-Frequenzstets unter Idealbedingungen betrieben werden. Dies geschieht durch Nachweis des Potentials der Drain-Elektrode 6, an dem sich die charakteristische Änderung des FET 3 zu einer vorherbestimmten Zeit in ganz besonderem Maße zu erkennen gibt. Sobald das nachgewiesene Potential höher ist als ein vorgewähltes Potential,

wird die Bildfeld-Frequenz erhöht (die Einschreib-Zeit T_nw wird verkürzt), um die Einschreib-Spannung zu verringern. Wenn andererseits das nachgewiesene Potential niedriger ist als das vorgewählte Potential, wird die Bildfeld-Frequenz erniedrigt (die Einschreib-Zeit T_QN

wird verlängert) , um die Einschreib-Spannung zu erhöhen. Durch die vorgenannten Schritte kann die an den Flüssigkristall 16 angelegte Spannung korrigiert werden.

Vorstehender Sachverhalt stellt das Prinzip der vorlie-0 genden Erfindung dar.

Als nächstes wird eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Matrix-Typ und ihre Betriebsschaltung, die auf dem vorgenannten Prinzip beruht, mit Hilfe des in der Fig. 5 dargestellten Block-Diagramms beschrieben.

In der Fig. 5 bezeichnet 26 eine Betriebsschaltung für den Betrieb der Gate-Elektroden des in der Fig. 2 dargestellten Flüssigkristall-Anzeigefeldes 24; 27 stellt eine Betriebsschaltung für den Betrieb der gemeinsamen Elektroden dar; 28 stellt eine Betriebsschaltung für

den Betrieb der Source-Elektroden dar; 29 stellt einen Speicher und Decodierer für anzuzeigende Bilder und Zeichen dar; und 30 bezeichnet einen Signal-Steuerteil.

. ■* «MW«

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Neben den vorgenannten Bauelementen gehört zu der vorliegenden Erfindung eine Bildfeld-Frequenz-Steuerschaltung 36; diese umfaßt eine Nachweisschaltung 33 zum Nachweis· der an der Drain-Elektrode 6 erzeugten Spannung mit Hilfe des Sensor-Anschlusses 32 an der Flüssigkristall-Anzeige-Zelle 24, ein Unterscheidungsglied 34 (Diskriminator) zur Unterscheidung, ob die mittels der Nachweisschaltung 33 nachgewiesene Spannung oberhalb oder unterhalb einer vorher festgelegten Spannung liegt, sowie eine Bildfrequenz-Einstellschaltung 35.

Da die Impedanz eines Eingangssignals (an der Drain-Elektrode 6 auftretendes Spannungssignal) von dem Sensor-Anschluß 32 hoch ist, besitzt die Nachweisschaltung 33, wie in der Fig. 6 dargestellt ist, einen FET (FeIdeffekt-Transistor) 50 an ihrer Eingangsstufe zur Aufnahme des erwähnten Signals von dem Sensor-Anschluß 32. Der Ausgang des FET 50 ist verbunden mit in Reihe geschalteten Phasenumkehrpuffern 51 und 52. Der Ausgang des Umkehrpuffers 52 ist weiterhin verbunden mit dem Eingang des Diskriminators 34. Durch den kennzeichnenden Schwellenwert des FET 50 wird bestimmt, ob die Spannung von dem Sensor-Anschluß 32 oberhalb oder unterhalb des vorher festgelegten Wertes liegt.

Im einzelnen wird, wie in der Fig. 7, erste Reihe, dargestellt ist, die Gate-Spannung V_ des FET 50 durch einen veränderlichen Widerstand 53 beispielsweise so eingestellt, daß der Wechselrichter 52 das Signal "Hoch" liefert, wenn die Gate-Spannung V_ unterhalb von -4 V liegt, und der Wechselrichter 52 das Signal "Niedrig" liefe
von -4 V liegt.

"Niedrig" liefert, wenn die Gate-Spannung V_ oberhalb

φ * J

ι λ η

r η β *

ι w s

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In dem in der Fig. 6 dargestellten Beispiel ist der FET 50 ein solcher vom P-Typ. Stattdessen kann ein FET des N-Typs eingesetzt werden. Weiterhin kann eine Vielzahl von MOS-FETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistören) mit einer Kombination aus solchen des P-Typs und solchen des N-Typs eingesetzt werden, wobei nichtsdestoweniger im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erhalten werden wie diejenigen, die mit der Schaltung der Fig. 6 erhalten werden.

Fig. 8 zeigt ein Schaltbild des Diskriminators 34, der UND-Glieder 60 und 61 und einen Phasenumwandler 62 umfaßt.

Der eine Eingang des UND-Gliedes 60 ist mit V , des

out

Phasenumkehrpuffers 52 verbunden, und sein anderer Eingang ist mit einer Signalguelle zur Erzeugung eines zeitgesteuerten Signals Tm verbunden, wie es in der Fig. 7, zweite Reihe, dargestellt ist. Das zeitgesteuerte Signal Tm, das in den einen Eingang des UND-Gliedes 60 eingegeben wird, während das Signal "Hoch" am
anderen Eingang des UND-Gliedes 60 von V . anliegt, wird von dem UND-Glied 60 als Signal Sup (Fig. 7, dritte Reihe), erzeugt, das die Erhöhung der Bildfrequenz bewirkt.

Der eine Eingang des UND-Gliedes 61 ist mit V . des
Phasenurakehrpuffers 52 über den Phasenumwandler 62 verbunden, und sein anderer Eingang ist mit der Signalguelle von Tm verbunden. Auf diese Weise wird das zeitgesteuerte Signal Tm, das in den einen Eingang des UND-Gliedes 61 eingegeben wird, während das Signal "Niedrig" an V_out anliegt, wird von dem UND-Glied 61 als Signal Sdn (Fig. 7, vierte Reihe), erzeugt, das die Erniedrigung der Bildfrequenz bewirkt.

« « W V* Mitt

α ο « *

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Fig. 9 zeigt ein Schaltbild der Bildfrequenz-Einstellschaltung 35. Vor der Beschreibung der Einzelheiten der Schaltung 35 wird das Prinzip für den Entwurf einer solchen Schaltung erläutert.

Im allgemeinen ist es durch Anwendung wohlbekannter Techniken möglich, die Bildfrequenz des von dem Diskriminator 34 erhaltenen Signals zu verändern in der Reihe x2, χ 4 usw. oder 1/2, 1/4 usw. oder 1, 2, 3, 4 usw. in Abhängigkeit von jedem der zeitgesteuerten Impulse in Verbindung mit einem Richtungssignal, etwa einem Aufwärts-Signal, das die Frequenzerhöhung bewirkt, oder einem Abwärtssignal, das die Frequenzerniedrigung bewirkt, und zwei Signalen des Blocks.

Gemäß der vorliegenden Erfindung muß die Änderung der Bildfrequenz fi (i = 1, 2, ·.., n) in Form einer geometrischen Progression mit dem folgenden gemeinsamen Verhältnis r vorgenommen werden:

fn _ fn - 1 _ fn - 2 _ ._.

— · · ( j ι

fn - 1 fn - 2 fη - 3

wobei jedoch das gemeinsame Verhältnis r zwischen 1 und 2 liegen muß und in der bevorzugten Ausführungsform etwa 1,1 ist.

Der Grund hierfür ist folgender: Wenn die Änderung der Spannung V_n, der Drain-Elektrode 6 während der Änderung von T von 1 auf 2 in einem Augenblick 1 = T beobachtet wird, wird eine Kurve C_n erhalten, wie sie in der Abbildung 10 dargestellt ist. Aus der Kurve C_ ergibt sich, daß r vorzugsweise gleich 1,1 sein sollte, um Δν_η1 5 % oder kleiner werden zu lassen. Hierin bezeichnet Δ^Γ) ^ei^nen Prozentsatz einer Gleichspannungs-

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komponente, der unter dem Gesichtspunkt der Zuverlässigkeit ohne Problem in der an den Flüssigkristall 16 angelegten Spannung enthalten sein kann.

Nachdem in der oben beschriebenen Weise das gemeinsame Verhältnis r auf einen Wert zv/ischen 1 und 2 festgelegt wurde, erfolgt seine weitere Festlegung wie folgt: Wenn es erforderlich ist, die Bildfrequenz über einen Bereich im Gebiet zweier Dxgitalstellen hinweg zu verändern, etwa in einem Bereich von 32 Hz bis 64 Hz, d.h.

2 χ 32 Hz, in 8 Stufen, so muß

2 = r⁸
erfüllt sein, und somit gilt

r = 1,09051 .
Bei Verwendung dieses Verhältnisses r wird jeder Term

fn (= fl χ rl ) so berechnet, daß er einen Zahlenwert f'n annimmt, der auf eine ganze Zahl gerundet ist. Dabei wird ein Verhältnis r' (= f'n/f'n-1) erhalten, das 1,079 < r < 1,102 beträgt, wie in der folgenden Tabelle 1 dargestellt ist.

Tabelle 1

η	fn	fl	X	rl""¹	fn	r^f'n/fn-l
0	32,000	32	X	rl⁰	32
1	34,896	32	X	rl¹	35	1,094
2	38,055	32	X	rl²	38	1,086
3	41,499	32	X	rl³	41	1,079
4	45,255	32	X	rl⁴	45	1,098
5	49,351	32	X	rl⁵	49	1,089
6	53,817	32	X	rl⁶	54	1,102
7	58,688	32	X	rl⁷	59	1,093
8	64,000	32	X	rl⁸	64	1,085

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Vorstehendes ist das Prinzip für den Entwurf einer Schaltung der Fig. 9.

In der Fig. 9 wird η bestimmt durch den 3-Bit-Ausgang der Anschlüsse Q_Q, Q₁ und Q₂ eines Aufwärts/Abwärts-Zählers 71.

Das auf diese Weise erhaltene η wird durch einen Flipflop 72 zu einem Decodierer 73 übertragen, in dem der f'n-Wert zu einem BCD-Code (Binärcode für Dezimalziffern) decodiert wird. Die Ausgänge D_Q bis D. des Decodierers 73 werden mit einem l/N-^Zähler 74 so verbunden, daß sie dessen Eingänge S_ß bis S₄ vorher einstellen, wodurch der BCD-Code in den 1/N-Zähler 74 eingegeben wird. Der 1/N-Zähler 74 wird ebenfalls verbunden mit einem 4-1-Datenwähler 75 für die Aufnahme einer Folge zeitgesteuerter Impulse mit der Frequenz fx Hz. Auf diese Weise wird von dem 1/N-Zähler 74 eine Folge zeitgesteuerter Impulse mit einer Frequenz fx/N Hz erzeugt.

In der Zwischenzeit werden die Ausgänge Q₃ und Q₄ des Aufwärts/Abwärts-Zählers 71 mit einem Binärzähler 76 und auch mit dem Datenwähler 75 verbunden, wodurch es ermöglicht wird, den Wert des Zeittaktes fl zwischen fl/32 und fl/32xl6 in geometrischer Progression zu verändern, obwohl die Variation von Ar des Verhältnisses r 1,079 < r < 1,102 beträgt.

Es ist anzumerken, daß das Verhältnis r und Ar klein gemacht werden können oder der Bereich, in dem die Frequenz verändert werden kann, verbreitert werden kann, indem die Anzahl der Bits in den Zählern vergrößert wird. Tatsächlich werden das Verhältnis r, Ar und die Zahl der Bits in jedem Zähler durch die praktischen Erfordernisse bestimmt.

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Wie im Vorstehenden beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung betrieben durch die Schritte:

Nachweis" des Potentials der Drain-Elektrode 6 zu einer
vorher eingestellten Zeit, zu der die charakteristische Änderung des FET 3 und andere in besonders hohem Maße in Erscheinung treten;

Erhöhung der Bildfrequenz und gleichzeitige Erniedrigung der Einschreib-Spannung, sobald das nachgewiesene

Potential höher ist als ein vorher eingestelltes Potential und

Erniedrigung der Bildfrequenz und gleichzeitige Erhöhung der Einschreib-Spannung, sobald das nachgewiesene Potential niedriger ist als ein vorher eingestelltes

Potential. Dementsprechend kann die an den Flüssigkristall 16 angelegte Spannung korrigiert werden. Demgemäß kann die Wellenform der Spannung während des Zeitraums des Nicht-Einschreibens in Abhängigkeit von der Änderung der Charakteristik des FET korrigiert werden. Auf

diese Weise ist es möglich, die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung unter idealen Bedingungen zu betreiben, bei denen kaum eine Gleichspannungskomponente auf das Flüssigkristall-Material zur Einwirkung gelangt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls möglieh, durch Zusatz einer einfachen Schaltung zu der Antriebsschaltung gemäß dem Stand der Technik eine verbesserte Flüssigkristall-Betriebsschaltung verfügbar zu machen, die in wirksamer Weise eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung betreiben kann, die in jedem Segment
mit einem FET versehen ist. Und unter Einsatz der verbesserten Flüssigkristall-Betriebsschaltung kann die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung unter idealen Bedingungen betrieben werden, bei denen kaum eine Gleich-

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Spannungskomponente auf das Flüssigkristall-Material zur Einwirkung gelangt, und zwar unabhängig von irgendwelchen Änderungen in den Charakterstiken der FETs, wie sie etwa durch die Temperatur verursacht werden. Weiterhin kann die Lebensdauer der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verlängert werden und gleichzeitig e'in hervorragendes Bild mit hohem Kontrast erhalten werden.

Weiterhin kann außer auf FET, die durch Halbleiter wie CdSe, CdS, Te und a-Si gebildet werden, die vorliegende Erfindung auch auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung angewandt werden, die auf einem Silicium-Plättchen gebildet wurde. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls nicht nur auf Typen angewandt werden, bei denen die Elektroden längs der X-Y-Koordinaten ausgerichtet

sind, sondern auch auf andere Typen, soweit jedes Segment in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einem FET oder dergleichen versehen ist.

Kurz gesagt umfaßt die vorliegende Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform eine Flüssigkristall-An-

Zeigevorrichtung, die folgende Elemente enthält: Ein Substrat (22) für eine Feldeffekt-Transistor-Gruppierung und ein Gegensubstrat (23) . Ersteres trägt die FETs (3), die Kondensatoren (5) und eine Elektrode des Flüssigkristall-Elements, die auf einen Glas-Träger (7) aufgebracht ist. Letztere trägt eine gemeinsame Elektrode (31) in Form von Streifen, die sich parallel zu den Gate-Elektroden (8) erstrecken und auf einen anderen Glas-Träger (7') aufgebracht sind. Die Substrate sind mittels eines Abdichtungsmittels (21) verbunden,

und ein geeignetes Flüssigkristall-Material (16) ist zwischen diese eingespritzt. Die Vorrichtung enthält

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weiter eine Nachweisschaltung (33) zum Nachweis einer an der Drain-Elektrode (6) erzeugten Spannung, einen Diskriminator (34) zur Unterscheidung, ob die von der Nachweisschaltung (33) nachgewiesene Spannung oberhalb 5 oder unterhalb einer vorher eingestellten Spannung liegt, und eine Bildfrequenz-Einstellschaltung (35) . Wenn die nachgewiesene Spannung höher ist als ein vorher eingestelltes Potential, erhöht die Einstellschaltung (35) die Bildfrequenz, woraus eine Abnahme der

Einschreib-Spannung folgt. Wenn die nachgewiesene Spannung niedriger ist als ein vorher eingestelltes Potential, erniedrigt die Einstellschaltung (35) die Bildfrequenz, woraus eine Zunahme der Einschreib-Spannung folgt. Auf diese Weise wird die an dem Flüssigkristall

(16) anliegende Spannung korrigiert.

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Claims

VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE
„, „ , ... . _T, . , Dr.-Ing. von Kreisler ti 973

Sharp Kabushiki Kaisha,

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

Osaka, Japan, Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

Dr. J. F. Fues, Köln
Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

Japan Electronic Industry Dipl.-Chem. Corolo Keller, Köln

^J Dipl.-Ing. G. Selting, Köln

Development Association, Dr. H.-K.Werner, Köln

Tokyo, Japan.

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

• 22. April 1983 AvK/GF 306

Patentansprüche

.J Verfahren zum Betrieb einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristall-Anzeigezelle vom Matrix-Typ, die eine Vielzahl von Gate-Leitungen und Source-Leitungen, die sich kreuzen, ein Substrat für eine Transistor-Gruppierung einschließlich einer Vielzahl von FETs, die jeweils an den Schnittpunkten der Gate- und Source-Leitungen vorhanden sind, ein Gegensubstrat mit einer Vielzahl gemeinsamer Elektroden, die in Streifen parallel zu den Gate-Leitungen ausgerichtet sind, wobei das Substrat für die Transistor-Gruppierung und das Gegensubstrat in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind, so daß ein Hohlraum zwischen ihnen festgelegt wird, und ein in den Hohlraum gefülltes Flüssigkristall-Material umfaßt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Anlegen einer Gegenelektroden-Spannung, die zwischen dem ungeradzahligen Bildfeld und dem geradzahligen Bildfeld variiert, an die gemeinsame Elektrode;

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(b) Anlegen einer Wechselspannung an das Flüssigkristall-Material, die in einem Bildelement erforderlich ist, in das "eingeschrieben" werden soll, durch Erzeugung einer Spannung mit einer Phase entgegengesetzt zu derjenigen der Gegenelektroden-Spannung an eine Elektrode des Bildelements entsprechend der Arbeitsweise des FET;

(c) Kompensierung einer an das Flüssigkristall-Material angelegten Spannung, die in einem Bildelement erforderlich ist, in das "nicht eingeschrieben" werden soll, durch Erzeugung einer Spannung mit gleicher Phase wie diejenige der Gegenelektroden-Spannung an einer Elektrode des Bildelements entsprechend der Arbeitsweise des FET;

(d) Nachweis einer charakteristischen Änderung des FET und

(e) Einstellung der Bildfrequenz aufgrund eines nachgewiesenen Wertes in solcher Weise, daß die Wellenform der an der Elektrode des Bildelements erzeugten Spannung im wesentlichen gleich derjenigen der an der gemeinsamen Elektrode anliegenden Gegenelektroden-Spannung ist.
2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristall-Anzeigezelle vom Matrix-Typ, die eine Vielzahl von Gate-Leitungen und Source-Leitungen, die sich kreuzen, ein Substrat für eine Transistor-Gruppierung einschließlich einer Vielzahl von FETs, die jeweils an den Schnittpunkten der Gate- und Source-Leitungen vorhanden sind, ein Gegensubstrat mit einer Vielzahl gemeinsamer Elektroden, die in Streifen parallel zu den Gate-Leitungen ausgerichtet sind, wobei das Substrat für die Transistor-Gruppierung und das Gegensubstrat in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind, so daß

I β · ·

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ein Hohlraum zwischen ihnen festgelegt wird, und ein in den Hohlraum gefülltes Flüssigkristall-Material umfaßt, gekennzeichnet durch

(a) eine Vorrichtung zum Anlegen einer Gegenelektroden-Spannung, die zwischen dem ungeradzahligen Bildfeld und dem geradzahligen Bildfeld variiert, an die gemeinsame Elektrode;

(b) eine Vorrichtung zum Anlegen einer Wechselspannung an das Flüssigkristall-Material, die in einem Bildelement erforderlich ist, in das "eingeschrieben" werden soll, durch Erzeugung einer Spannung mit einer Phase entgegengesetzt zu derjenigen der Gegenelektroden-Spannung an eine Elektrode des Bildelements entsprechend der Arbeitsweise des FET;

(c) eine Vorrichtung zur Kompensation einer an das Flüssigkristall-Material angelegten Spannung, die in einem Bildelement erforderlich ist, in das "nicht eingeschrieben" werden soll, durch Erzeugung einer Spannung mit gleicher Phase wie diejenige der Gegenelektroden-Spannung an einer Elektrode des Bildelereonts entsprechend der Arbeitsweise des FET;

(d) eine Nachweisschaltung zum Nachweis eines Elektrodenpotentials des Bildelements in einem vorher festgelegten Augenblick während eines ungeradzahligen oder geradzahligen Bildfeldes;

(e) eine Unterscheidungsschaltung zur Unterscheidung, ob ein durch die Nachweisschaltung nachgewiesenes Potential oberhalb oder unterhalb eines vorher festgelegten Potentials liegt, sowie

(f) eine Schaltung zur Einstellung der Bildfrequenz in solcher Weise, daß die Bildfrequenz aufgrund der durch die Unterscheidungsschaltung vorgenommenen Unterscheidung erhöht oder erniedrigt wird.