DE3616940A1 - Verfahren und vorrichtung zur erhoehung des visuellen kontrastes in matrix-fluessigkristall-bildschirmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Kon­ trastes in Matrix-Flüssigkristall-Bildschirmen, bei dem die Bildpunktzeilen kurzzeitig und sequentiell nach dem Multi­ plex-Betrieb angesteuert werden. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei der die Bildpunktzeilen durch Kreuzung zweier Systeme paralleler Streifenelektroden mit dazwischen angeordnetem Flüssigkristall definiert sind.

Zur Darstellung alphanumerischer und graphischer Information insbesondere in Computer-Terminals werden mehr und mehr Flüssigkristall-Anzeigesysteme benutzt, die nach dem soge­ nannten Multiplex-Verfahren angesteuert werden. Hierbei werden typischerweise 200 × 400 Bildpunkte durch Kreuzung zweier Systeme linearer Streifenelektroden aus transparentem, leitfähigem Dünnschichtmaterial erzeugt, die sich auf den beiden Glasscheiben des Flüssigkristall-Anzei­ gesystems befinden und zwischen denen der Flüssigkristall angeordnet ist.

Die Ansteuerung erfolgt nach dem Zeile pro Zeit-Prinzip, d. h. an die erste der 200 Zeilenelektroden wird ein Teil des zum Durchschalten des Flüssigkristallmaterials notwen­ digen elektrischen Potentials gelegt. Alle 400 gekreuzten Spaltenelektroden erhalten die der Bildinformation des dem jeweiligen Schnittpunkt mit der jeweils angesteuerten Zeile entsprechenden Potentials. Beide Potentiale bauen eine an dem Bildpunkt liegende Spannung auf, so daß die Bildinformation durch den Flüssigkristall visuell dargestellt wird. Somit wird die erste Zeile beschrieben. Die nächsten Zeilen wer­ den sukzessive in derselben Weise beschrieben. Hierzu muß nun die erste Zeile so vorgespannt werden, daß sie nicht mit der Information der zweiten Zeile identisch beschrieben wird. Dies geschieht in der Weise, daß die an den Bildpun­ kten der ersten Zeile liegende Spannung etwa 1/3 der zum maximalen Schalten notwendigen Spannung ist. Da übliche Flüssigkristalle des gewunden nematischen Typs keinen sig­ nifikanten Speichereffekt beinhalten, klingt somit die Durchschaltung auf den der Drittel-Spannung entsprechenden Wert langsam ab. Dies geschieht für alle 200 Zeilen des Bildschirms sukzessive, wobei nun eben jede Zeile nur für eine begrenzte Zeit voll durchgeschaltet bleibt und die In­ formation dann, wenn sie bei dem nächsten Bild wieder adres­ siert wird, praktisch verschwunden ist. Der Kontrast wird demzufolge um so kleiner, je größer die Bildzeit in bezug auf die Zeilenzahl ist. Dies ist der entscheidende Begren­ zungsfaktor für die Zeilenzahl eines auf diese einfache Weise anzusteuernden Bildschirms. Bei über 100 Bildpunkt­ zeilen sinkt der Kontrast bereits auf Werte ab, bei denen die Bilder flau erscheinen.

Eine Verbesserung des Kontrastes ist im Prinzip durch eine sogenannte aktive Adressierung zu erreichen, bei der an jedem Bildpunkt des Bildschirms ein Transistor dafür sorgt, daß die Schaltspannung an dem Bildpunkt kontinuierlich ge­ halten und das Abklingen vermieden wird. Auch bistabile, so­ genannte ferroelektrische Flüssigkristalle, die sich noch im Entwicklungsstadium befinden, ergeben bessere Kontraste. Solche Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß sie zu einer erheblichen Verteuerung des Displays führen, da die Technik zur Erzeugung von 200 × 400 Transistoren mit der ge­ forderten hohen Ausbeute sehr aufwendig ist, die ferroelek­ trischen Flüssigkristalle erheblich komplizierter als die bisherigen Materialien sind und darüber hinaus viel höhere Genauigkeitsanforderungen an die Montagetechnik der Bild­ schirme stellen und auch nur mit Schwierigkeiten die Dar­ stellung von Halbtönen erlauben.

Flüssigkristall-Bildschirme werden oft mit Lichtquellen hinterlegt und in Transmission betrachtet. Durch diese Be­ leuchtung kann für eine gleichbleibende Helligkeit gesorgt werden und der Kontrast erscheint weniger variabel, ist aber immer noch zu klein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine wesentliche Verbesserung des Kontrastes bei Bildschirmen mit aktiver, passiver oder reflektiver Beleuchtung ohne großen techni­ schen und materiellen Aufwand erzielt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bildpunktzeilen zumindest während eines Teils der Zeit­ spanne, in der sie einen maximalen Kontrast aufweisen, gruppenweise nacheinander beleuchtet oder einer Beleuchtung freigegeben werden, wobei die Ansteuerung der Beleuchtung oder der Freigabe zur Beleuchtung der Dauer und Phase der Ansteuerung der einzelnen Bildpunktzeilen angepaßt ist. Vor­ teilhafte Ausführungsformen des Verfahrens werden in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Beleuchtungs­ system vorgesehen ist, mit dem die Bildpunktzeilen gruppen­ weise nacheinander beleuchtbar oder einer Beleuchtung frei­ gebbar sind, und daß die Ansteuerung des Beleuchtungssystems der Dauer und Phase der Ansteuerung der einzelnen Bildpunktzeilen derart angepasst ist, daß die Bildpunkt­ zeilen zumindest während eines Teils der Zeitspanne, in der sie einen maximalen Kontrast aufweisen, beleuchtbar oder der Beleuchtung freigebbar sind. Besonders bevorzugte Aus­ führungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 9 bis 14 erläutert.

Erfindungsgemäß werden die Bildpunktzeilen jeweils in Gruppen von 5 bis 50, vorzugsweise 10 bis 20, genau dann zum Betrachten durch das menschliche Auge freigegeben, wenn sie maximal durchgeschaltet sind, d. h., wenn sie einen maxima­ len Kontrast aufweisen. In einem transmissiven Bildschirm mit aktiver Beleuchtung erfolgt die Freigabe zum Betrachten durch die Anschaltung von, den genannten Bildpunktzeilen- Gruppen zugeordneten, streifenförmigen Beleuchtungseinrich­ tungen, mit einer jeweils für die einzelnen Zeilengruppen geeigneten Dauer und Phase. In einem transmissiven Bild­ schirm mit passiver Beleuchtung wird die Freigabe zum Be­ trachten durch ein jeweils, den genannten Bildpunktzeilen- Gruppen entsprechendes, in Streifen geteiltes, nach- oder vorgeschaltetes Flüssigkristall-System vorgenommen, indem die einzelnen Streifen mit geeigneter Dauer und Phase durch­ geschaltet werden. In diesem Fall wirkt ein solches in Streifen geteiltes Flüssigkristall-System wie eine Jalousie oder ein Streifenverschluß. In einem reflektiv betriebenen Bildschirm kann das durch einzelne Bildpunktzeilen-Gruppen reflektierte Licht durch ein parallel vor- oder nachgeschal­ tetes, streifenförmig strukturiertes, ebenfalls wie ein Streifenverschluß wirkendes Flüssigkristall-System durch Durchschaltung der einzelnen Streifen mit geeigneter Dauer und Phase freigegeben werden.

Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Transparenz eines Bildpunktes als Funktion der Zeit;

Fig. 2 in auseinandergezogener Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der erfindunggemäßen Anordnung;

Fig. 3 schematisch die aneinander angepaßte Ansteuerung der Streifenelektroden und der Beleuchtungssysteme und

Fig. 4 in auseinandergezogener Darstellung eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 wird die Transparenz eines Bildpunktes als Funk­ tion der Zeit dargestellt. Dabei bedeuten T _o die normale Transparenz entsprechend der Farbe weiss, T _min die minimale Transparenz entsprechend der Farbe schwarz, t _B die Zeit für die erfindungsgemäße kurzzeitige Beleuchtung des Bild­ punktes und t _F die gesamte Bildwiederholzeit.

Vor der Adressierung zeigt der Bildpunkt eine normale Trans­ parenz T _o . Während der Adressierung nimmt die Transparenz ab bis zu einem Wert T _min . Nach einer kurzen Zeit t _L geht die Transparenz allmählich auf den ursprünglichen Wert T _o zurück. Daraus folgt, daß der Bildpunkt nur eine relativ kurze Zeit einen maximalen Kontrast aufweist. Das menschliche Auge jedoch nimmt die Information über die ge­ samte Zeit t _F und somit einen niedrigen mittleren Kontrast wahr. Nach dem erfindunggemäßen Verfahren wird der Bildpunkt nicht über die gesamte Zeit t _F sondern nur eine kurze Zeit­ spanne t _B beleuchtet. Somit wird der Mittelwert, den das Auge sieht, nur durch Mittelung des Funktionswertes T über diese Zeit t _B wirksam. Es ergibt sich ein neuer Mittelwert, der erheblich höher liegt als der vorgenannte, durch Mitte­ lung über die gesamte Beleuchtungszeit t _F erhaltene Mittelwert.

Fig. 2 zeigt in auseinandergezogener Darstellung einen Matrix-Flüssigkristall-Bildschirm mit aktiver Beleuchtung. Die Spaltenelektroden 1 und Zeilenelektroden 2, im folgen­ den auch Streifenelektroden genannt, verlaufen senkrecht zu­ einander, so daß an jedem Kreuzungspunkt ein Bildelement er­ zeugt wird. Zwischen den Streifenelektroden 1 und 2 wird eine dünne Flüssigkristall-Schicht 3 angeordnet. Um den erfindungsgemäßen Effekt zu erzielen, wird die, normalerwei­ se als eine weitere zusammenhängende Schicht hinterlegte Leuchtplatte in Streifen 4 zerlegt, wobei allerdings ein Streifen 4 mehrere Bildpunktzeilen des eigentlichen Displays umfassen kann. Es genügt, wenn hierbei das gesamte Display in relativ wenige, z. B. zehn Einheiten zerlegt wird, um eine erhebliche Kontraststeigerung zu erreichen. Diese Streifen 4 werden nicht gleichzeitig zum Leuchten gebracht, sondern sukzessive und in Synchronisation mit der Zeilen­ schaltung des Displays, wenn es sich z. B. um zehn Streifen der Leuchtplatte handelt, mit 1/10 der Zeit des eigentlichen Displays. Bei 200 Zeilen insgesamt werden hierbei jeweils gleichzeitig 20 Bildpunktzeilen durchleuchtet und die Inte­ grationszeit in Fig. 1 wird zu 1/10 der t _F. In der Darstellung nach Fig. 1 muß t _B so kurz sein, daß die indivi­ duellen Transparenzkurven T(t) aller vor einem Leucht­ plattenstreifen 4 liegenden Bildpunkte des Flüssigkristall- Displays im wesentlichen mit Werten um das Maximum, d. h. unter Ausschluß der dicht bei T _o liegenden Werte, bewegen.

Die Zahl der Beleuchtungsstreifen 4 kann zur Erzielung des maximal möglichen Kontrastes optimiert werden. Dies muß aus­ gehen von den An- und Abklingdaten des Flüssigkristalls sowie der Bildfolgefrequenz des Bildschirms.

Als Beleuchtungsstreifen 4 werden z. B. bandförmig ausge­ bildete Elektrolumineszenzplatten verwendet. Die den Strei­ fenelektroden 1 und 2 synchrone Ansteuerung der Beleuch­ tungsplatten 4 kann, wie in Fig. 3 gezeigt, über einen Kon­ troller 5 erfolgen, der mit dem Spaltentreiber 6, Zeilen­ treiber 7 und Leuchtstreifentreiber 8 verbunden ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die bandförmige Beleuchtung der Streifenelektroden 2 bzw. der Bildpunktzei­ len, mittels einer homogenen Elektrolumineszenzplatte 9 oder einer anderen flächigen homogenen Lichtquelle unter Zwi­ schenschaltung eines zweiten Flüssigkristall-Systems 10 be­ wirkt. In diesem Fall funktioniert das Flüssigkristall-Sy­ stem 10 wie ein Streifenverschluß, die Beleuchtung in der erforderlichen Breite freigibt oder sperrt.

Eine erfindungsgemäße bandförmige Beleuchtung der Bild­ punktzeilen ist, wie bereits erwähnt, auch bei einem reflek­ tiv betriebenen Bildschirm möglich, wenn das durch die ein­ zelnen Bildpunktzeilen-Gruppen reflektierende Licht durch ein vor- oder nachgeschaltetes, streifenförmig strukturiertes Flüssigkristall-System freigegeben wird.

Claims (14)

1. Verfahren zur Erhöhung des visuellen Kontrastes in Matrix-Flüssigkristall-Bildschirmen, bei dem die Bild­ punktzeilen kurzzeitig und sequentiell nach dem Multi­ plex-Betrieb angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildpunktzeilen zumindest während eines Teils der Zeitspanne, in der sie einen maximalen Kontrast aufweisen, gruppenweise nacheinander beleuchtet oder einer Beleuch­ tung freigegeben werden, wobei die Ansteuerung der Be­ leuchtung oder der Freigabe zur Beleuchtung der Dauer und Phase der Ansteuerung der einzelnen Bildpunktzeilen ange­ paßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils 5 bis 50, vorzugsweise 10 bis 20, Bildpunktzeilen als eine Gruppe beleuchtet oder der Beleuchtung freige­ geben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildpunktzeilen-Gruppen durch streifenförmige Lichtquellen, deren Anzahl und Breite der Anzahl und Breite der Bildpunktzeilen-Gruppen angepaßt sind, be­ leuchtet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildpunktzeilen-Gruppen durch ein dem Matrix- Flüssigkristall-Bildschirm vor- oder nachgeschaltetes Flüssigkristall-System, das wie ein Streifenverschluß wirkt, der Beleuchtung freigegeben werden, wobei die An­ zahl und Breite der Streifen des Flüssigkristall-Systems der Anzahl und Breite der Bildpunktzeilen-Gruppen ange­ paßt sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen des Flüssigkristall-Systems durch entsprech­ ende Strukturierung erzielt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall-System in Streifen geteilt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Flüssigkristall-System zwischen dem Matrix-Flüssigkristall-Bildschirm und einer Reflexions­ schicht angeordnet wird.

8. Vorrichtung zur Erhöhung des visuellen Kontrastes in Ma­ trix-Flüssigkristall-Bildschirmen, bei denen Bildpunkt­ zeilen durch Kreuzung zweier Systeme paralleler Strei­ fenelektroden mit dazwischen angeordnetem Flüssigkristall definiert sind, wobei die Bildpunktzeilen kurzzeitig und sequentiell nach dem Multiplex-Betrieb ansteuerbar sind, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beleuchtungs­ system (4, 9, 10) vorgesehen ist, mit dem die Bildpunkt­ zeilen gruppenweise nacheinander beleuchtbar oder einer Beleuchtung freigebbar sind und daß die Ansteuerung des Beleuchtungssystems (4, 10) der Dauer und Phase der An­ steuerung der einzelnen Bildpunktzeilen derart angepaßt ist, daß die Bildpunktzeilen zumindest während eines Teils der Zeitspanne, in der sie einen maximalen Kontrast aufweisen, beleuchtbar oder der Beleuchtung freigebbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Bildpunktzeilen-Gruppen jeweils 5 bis 50, vorzugsweise 10 bis 20 Bildpunktzeilen erfassen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß als Beleuchtungssystem eine in Streifen geteilte Beleuchtungsplatte (4), vorzugsweise eine Elektrolumines­ zenzplatte, vorgesehen ist, wobei die Anzahl und Breite der einzelnen Streifen (4) der Anzahl und Breite der ein­ zelnen Bildpunktzeilen-Gruppen entsprechen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Beleuchtungssystem aus einem dem Matrix- Flüssigkristall-Bildschirm vor- oder nachgeschalteten Flüssigkristall-System (10) besteht, das wie ein Strei­ fenverschluß wirkt, wobei die Anzahl und Breite der Streifen des Flüssigkristall-Systems (10) der Anzahl und Breite der Bildpunktzeilen-Gruppen angepasst ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall-System (10) streifenförmig struktu­ riert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall-System (10) in Streifen geteilt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall-System (10) zwi­ schen dem Matrix-Flüssigkristall-Bildschirm und einer Re­ flexionsschicht angeordnet ist.