DE3709086C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine matrixförmige Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige matrixförmige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ist bereits aus der EP 01 73 158 A2 bekannt. Diese bekannte matrixförmige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung enthält

• - ein erstes Substrat, auf dem Schalttransistoren und Bild­ elementelektroden im Bereich von Kreuzungspunkten zwischen Signalelektroden und Abtastelektroden angeordnet sind,
• - ein zweites Substrat, auf dem wenigstens Gegenelektroden gegenüber den Bildelementelektroden angeordnet sind,
• - eine Flüssigkristallschicht zwischen den beiden Substraten, und
• - eine Einrichtung zur Invertierung der Polarität von an die Signalelektroden zu liefernden Signalen für eine bestimmte Periode, die einem ganzzahligen Vielfachen einer eine Minimaleinheit bildenden Abtastperiode entspricht, sowie zur gruppenweisen Invertierung der Signale von Halbbild zu Halbbild.

Ferner ist aus der genannten Druckschrift bereits bekannt, aus einem den Flüssigkristall steuernden Polaritätsumkehrsignal ein höherfrequentes Signal und über eine EXKLUSIV-ODER- Verknüpfung ein weiteres Signal zu erzeugen, das der Polaritätsumschaltung der Flüssigkristallzelle und ebenfalls zur Kontrastverbesserung dient.

Aus der GB 21 49 181 A ist auch eine matrixförmige Flüssig­ kristall-Anzeigeeinrichtung bekannt, die eine Einrichtung zur Invertierung der Polarität von an die Signalelektroden zu liefernden Signalen für eine bestimmte Periode, die einem ganzzahligen Vielfachen einer eine Minimaleinheit bildenden Abtastperiode entspricht, enthält.

Jede konventionelle matrixförmige Flüssigkristall-Anzeige­ einrichtung, die jeweils mit einem Schalttransistor ausgestattete Bildelemente aufweist, ist in der Lage, Bilder und Zeichen mit scharfem Kontrast und ohne Übersprecherscheinungen zu erzeugen, und zwar durch geeignete Ansteuerungen der Schalttransistoren. Diese modernen matrixförmigen Flüssig­ kristall-Anzeigeeinrichtungen werden daher überwiegend zur Darstellung von Bildern und Zeichen in elektronischen Taschengeräten verwendet.

Eine matrixförmige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung der genannten Art besteht unter anderem aus einem ersten Substrat (d), auf dem sich Schalttransistoren (q) und Bildelement­ elektroden (c) befinden, die an entsprechenden Kreuzungspunkten von Signalelektroden (a) und Abtastelektroden (b) liegen, wie die Fig. 1 und 2 zeigen, aus einem zweiten Substrat (f), das Gegenelektroden (e) trägt, und aus einer Flüssigkristallschicht (g) zwischen den beiden Substraten (d) und (f). Ein Ersatzschaltbild und Wellenformen einer Treiberspannung für ein Bildelement der Flüssigkristall-An­ zeigeeinrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 sind in den Fig. 3 und 4(A) bis 4(C) gezeigt. Wird der Schalttransistor (q) durch ein Abtastsignal VG aktiviert bzw. eingeschaltet, mit dem die Abtastelektrode (b) beaufschlagt wird, so wird die Flüssigkristallschicht (g) durch eine Signalspannung VS aufgeladen, die an der Signalelektrode (a) anliegt. Die Flüssigkristallschicht (g) ist in der Ersatzschaltung in Form eines Kondensators CLC dargestellt. Die Signalspannung VS wird in der Flüssigkristallschicht (g) durch eine ent­ sprechende Ladung so lange aufrechterhalten, bis der Tran­ sistor (q) erneut eingeschaltet wird. Wird der Transistor (q) wieder eingeschaltet, so wird eine Spannung an die Si­ gnalelektrode (a) gelegt, deren Polarität entgegengesetzt zu derjenigen Spannung ist, die bei der vorhergehenden Ab­ tastoperation verwendet worden ist. Zur selben Zeit wird dann der Kondensator CLC auf die Spannung mit entgegenge­ setzter Polarität aufgeladen. Im Ergebnis liegt also an der Flüssigkristallschicht (g) die Spannung VD an, so daß sich derart gute Bilder erzeugen lassen, wie sie auch mit stati­ schen Treibersystemen erhalten werden.

Um bei einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau den Leistungsverbrauch bei der Ansteuerung zu senken, wurde bereits vorgeschlagen, das Re­ ferenzpotential der an die Signalelektrode (a) anzulegenden Signalspannung in jedem Halbbild zu verändern, und zwar synchron mit der Polaritätsumkehr, wobei gleichzeitig rechteckförmige Wellenformen mit einer bestimmten Amplitu­ de, die der Änderung des Referenzpotentials entspricht, an die Gegenelektrode (e) geliefert werden, bevor schließlich die Amplitude der Signalspannung abnimmt. In den Fig. 5 und 6 (A) bis 6 (E) sind ein hierzu geeignetes Ersatzschaltbild und entsprechende Wellenformen der Treiberspannung darge­ stellt. Das Anlegen der Signalspannung VS an die Signal­ elektrode (a) bewirkt, daß das Referenzpotential, das in Fig. 6(A) durch eine gestrichelt eingezeichnete Linie dar­ gestellt ist, sich in jedem Halbbild um einen Betrag v än­ dert. Da sich gleichzeitig die Polarität umkehrt, wird die Amplitude der Signalspannung VS auf etwa die Hälfte der Originalspannung reduziert. Ein in Fig. 6(B) gezeigtes Ab­ tastsignal VG wird an die Abtastelektrode (b) geliefert. Ein Gegensignal VC gemäß Fig. 6(C) wird an die Gegenelek­ trode (e) gelegt. Dieses Gegensignal (VC) weist eine recht­ eckförmige Wellenform auf und besitzt eine Amplitude v. Wie im eingangs beschriebenen Fall wird auch bei dem vorliegen­ den Treibersystem der Vorgang zur Aufladung der Flüssigkri­ stallschicht (g) wiederholt, die im Ersatzschaltbild gemäß Fig. 5 als Kondensator CLC dargestellt ist, wobei die durch Aufladung erzeugte Spannung durch den Transistor (q) zu­ rückbehalten bzw. aufrechterhalten wird. Ändert sich jedoch das Gegensignal VC um einen der Spannung v entsprechenden Betrag, während der Transistor (q) ausgeschaltet ist und die Spannung zurück- bzw. aufrechterhält, so bleibt die Po­ tentialdifferenz zwischen beiden Anschlüssen des Kondensa­ tors CLC unverändert, was dazu führt, daß sich die Spannung VD der Bildelementelektrode auch um einen Betrag v ändert. Im Ergebnis nimmt die Spannung VD schließlich einen kompli­ zierten Verlauf an, wie in Fig. 6(D) gezeigt ist. Anderer­ seits weist die zur Flüssigkristallschicht (g) gelieferte Spannung (VD-VC) eine Wellenform auf, wie sie in Fig. 6(E) dargestellt ist. Das bedeutet, daß trotz Reduzierung der Amplitude der Signalspannung auf die Hälfte der Ampli­ tude der Originalspannung die Flüssigkristallschicht (g) eine Spannung empfängt, die der Spannung des eingangs be­ schriebenen Treibersystems entspricht. Geht man davon aus, daß das Ersatzschaltbild nach Fig. 5 ein ideales Ersatz­ schaltbild ist, so bewirkt ein Zuführen rechteckförmiger Wellenformen an die Gegenelektrode (e) eine Reduzierung der Amplitude der Signalwellenformen. Wie jedoch in Fig. 7 ge­ zeigt ist, liegen Streukapazitäten Cs und Cs′ im Bereich des Transistors (q). Diese Streukapazitäten bewirken aber eine Veränderung der oben beschriebenen Verhältnisse. Wer­ den Wellenformen VS, VG und VC gemäß den Fig. 8(A) bis 8(C) an das System nach Fig. 7 angelegt, die den Wellenformen der Fig. 6(A) bis 6(C) entsprechen, so wird, wenn die Span­ nungswellenform VC sich um einen Betrag v ändert, während der Transistor (q) ausgeschaltet ist, diese Spannung zwi­ schen den Kondensatoren CLC, Cs und Cs′ aufgeteilt. Im Er­ gebnis schwankt daher die Spannung VD, die an die Bildele­ mentelektrode angelegt wird, nur um einen Betrag v′ mit (v′ < v), so daß ebenfalls eine komplexe Wellenform der Span­ nung VD erhalten wird, wie in Fig. 8(D) dargestellt ist. Hierdurch nimmt die an die Flüssigkristallschicht (g) anzu­ legende Spannung (VD-VC) um einen Betrag (v-v′) ab und weist schließlich einen Verlauf auf, wie er der Fig. 8(E) zu entnehmen ist. Die genannte Abnahme erfolgt während der Periode (t), die bis zum nächsten Abtastvorgang andauert, nachdem das Gegensignal VC invertiert worden ist. Je größer also gegenüber einer Abtastperiode (T) der Anteil der Peri­ ode (t) ist, während der die Polarität des Gegensignals VC invertiert bleibt, desto niedriger ist der effektive Wert der Spannung, der an die Flüssigkristallschicht (g) ange­ legt wird. Wie der vorangegangenen Beschreibung klar zu entnehmen ist, wird bei Anwendung des konventionellen Trei­ bersystems zur Reduzierung der Amplitude der Signalspannung durch Zuführung rechteckförmiger Wellenformen an die Gegen­ elektrode (e) auf eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit Streukapazitäten, die größer sind als die Kapazität der Flüssigkristalle, aber eine Kontrastdifferenz in Überein­ stimmung mit den Bildpositionen erzeugt, und zwar aufgrund der zeitlichen Differenz zwischen dem Abtast- und Polari­ tätsumkehrprozeß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Flüs­ sigkristall-Anzeigeeinrichtung infolge von Streukapazitäten der Bildelemente auftretende Kontrastdifferenzen zu vermeiden und einen gleichför­ migen Bildkontrast im gesamten Bildschirmbereich bei gleichzeitig niedrigem Leistungsverbrauch sicherzu­ stellen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegeben.

Eine matrixförmige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß

• - ein Videobildsignal zur Erzeugung der Signale in ein un­ geradzahliges Vielfaches der Bildfrequenz zerhackt wird, und
• - den Gegenelektroden Gegensignale zugeführt werden, die mit den Signalen synchronisiert und zu diesen invertiert sind.

Bei der Flüssigkristall-Anzeigeein­ richtung nach der Erfindung bleibt der Periodenanteil der Pola­ ritätsumkehr bei den Gegensignalen gegenüber einer Abtast­ periode im wesentlichen konstant, und zwar unabhängig von der zeitlichen Steuerung der Abtastsignale, was durch In­ vertierung der Polarität der an die Signalelektroden und Gegenelektroden anzulegenden Signale bei einer bestimmten Periode erreicht wird, die einem ganzzahligen Vielfachen einer Abtastperiode entspricht, die eine Minimumeinheit bildet. Im Ergebnis wird bei dieser Flüssigkristall-Anzeige­ einrichtung ein gleichmäßiger Bildkon­ trast im gesamten Bildschirmbereich erzeugt, selbst wenn Streukapazitäten der entsprechenden Bildelemente wesentlich größer sind als die Kapazität der Flüssigkristalle.

Eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der Bildelemente enthält zwei Differenzverstärker, von denen einer ein v-Si­ gnal (Videobildsignal) an seinem negativen Eingang und der an­ dere dieses Signal an seinem positiven Eingang empfängt. Am anderen Eingang liegt jeweils ein Referenzsignal an. Die Ausgänge der Verstärker sind mit Umschalteinrichtungen ver­ sehen, die ihrerseits ausgangsseitig mit einer Signalelek­ troden-Treiberschaltung verbunden sind. Über die Differenz­ verstärker und Umschalteinrichtungen können somit inver­ tierte und nichtinvertierte Signale zu den Signalelektroden geliefert werden. Ein Exklusiv-ODER-Gatter dient zur An­ steuerung der Umschalteinrichtungen. Eine Umschalteinrich­ tung ist dabei direkt mit dem Ausgang des Gatters verbun­ den, während die andere Umschalteinrichtung über einen In­ verter mit dem Ausgang des Gatters verbunden ist. Mit dem Ausgang des Inverters ist gleichzeitig eine Gegenelektro­ den-Treiberschaltung verbunden. Das Exklusiv-ODER-Gatter empfängt an seinem einen Eingang ein Polaritätsumschaltsi­ gnal SWP und an seinem anderen Eingang ein Halbbildsignal FRP (frame signal).

Die Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung mit Bildelementen, die jeweils mit einem Schalttransistor verbunden sind,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Flüssigkristall-Anzei­ geeinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vereinfacht dargestellte Ersatzschaltung für jeweils ein Bildelement der Flüssigkristall-Anzei­ geeinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4(A) bis 4(C) Treibersignal-Spannungsverläufe inner­ halb der Ersatzschaltung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine vereinfacht dargestellte Ersatzschaltung für ein Bildelement zur Reduzierung des Leistungsver­ brauchs,

Fig. 6(A) bis 6(E) Treibersignal-Spannungsverläufe inner­ halb der Ersatzschaltung nach Fig. 5,

Fig. 7 eine vereinfacht dargestellte Ersatzschaltung für ein Bildelement, in der Streukapazitäten in der Umgebung eines Transistors berücksichtigt sind,

Fig. 8(A) bis 8(E) Treibersignal-Spannungsverläufe inner­ halb der Ersatzschaltung nach Fig. 7,

Fig. 9 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Treiber­ schaltung zur Erzeugung von Treibersignal-Span­ nungsverläufen für eine Flüssigkristall-Anzeige­ einrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 10 ein Diagramm zur Darstellung verschiedener Span­ nungsverläufe, die in der Treiberschaltung nach Fig. 9 erzeugt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend un­ ter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 näher beschrieben. Da­ bei wird die Inversion der Polarität durch Anwendung einer bestimmten Periode ausgeführt, die doppelt so groß ist wie eine Abtastperiode. Die Fig. 10 zeigt einen Signalspan­ nungsverlauf VS, durch den ein gleichförmiger Bildkontrast im gesamten Bildschirmbereich erhalten wird. Obwohl ur­ sprünglich die Wellenform VS einen rechteckförmigen Verlauf mit einer Amplitude 2 Vi aufweist, ist die tatsächliche Am­ plitude auf den Wert Vi reduziert, und zwar durch Änderung der Referenzspannung um einen Betrag v während einer be­ stimmten Periode, die doppelt so groß wie eine Abtastperio­ de h ist, und durch gleichzeitige Invertierung ihrer Po­ larität. Abtastsignale VGi und VGj werden jeweils an die i- ten und j-ten Abtastelektroden angelegt, während die Polari­ tät des Gegensignals VC jeweils im Abstand 2 h der Abtastpe­ riode synchron mit den Signalspannungsverläufen VS inver­ tiert wird, um auf diese Weise einen rechteckförmigen Si­ gnalverlauf mit einer Amplitude v zu erhalten. Da die Flüs­ sigkristalle durch eine Wechselspannung angesteuert werden (AC-Spannung), werden die Polaritäten der Signalverläufe VS und VC nach jedem Halbbild invertiert. Mit VDi und VDj sind Spannungsverläufe für die Bildelemente bei der i-ten und j- ten Abtastung bezeichnet. Wie der Fig. 10 klar zu entnehmen ist, variieren die Spannungsverläufe VDi und VDj nicht nur mit dem Gegensignal VC, das sich um einen Betrag v ändert, sondern die Wellenformen VDi und VDj variieren zusätzlich um einen Betrag v′ (v′ < v) aufgrund des Einflusses der Streukapazitäten. Die an der Flüssigkristallschicht der je­ weiligen Bildelemente anliegenden Spannungen ergeben sich somit zu VDi-VC und VDj-VC. Wird der Zeitpunkt als Re­ ferenz angesetzt, zu dem die Aufladung durchgeführt wird, so wird eine Wellenform mit einer Amplitude erzeugt, die auf den Wert v-v′ reduziert ist, während die Polarität des Gegensignals VC invertiert bleibt, so daß auf diese Weise die an den Flüssigkristallen anliegende effektive Spannung herabgesetzt ist.

Da jedoch der Anteil der Periode der Polaritätsumkehr des Gegensignals VC gegenüber einer Abtastperiode fast konstant bleibt in Verbindung mit allen anderen Abtastelektroden, wie die Fig. 10 zeigt, wenn der Wert v′, also die Streuka­ pazitäten konstant sind, so ist es möglich, einen gleichförmigen Bildkon­ trast im gesamten Bildschirmbereich zu erzeugen. Bei Ver­ wendung eines Treibersystems mit dem oben beschriebenen Aufbau wird infolge des Einflusses der Streukapazitäten die Ausgangsspannung reduziert, so daß insgesamt die Amplitude der Signalspannung herabgesetzt wird und sich schließlich ein verminderter Gesamtleistungsverbrauch ergibt.

Die Fig. 9 zeigt in beispielsweiser Ausführungsform eine Treiberschaltung der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach der Erfindung. Verstärkerschaltungen 1 und 2 dienen zur Erzeugung invertierter und nichtinvertierter Signale, wobei durch sie zusätzlich das Referenzpotential der Signa­ le um Beträge VR und VR′ verschoben wird. Eine Umschaltein­ richtung 3 ist mit den Verstärkerschaltungen 1 und 2 ver­ bunden. Mit Hilfe eines Steuersignals (CONT) wird entweder ein invertiertes Signal oder ein nichtinvertiertes Signal zu einer Signalelektroden-Treiberschaltung 4 geliefert. Das Steuersignal (CONT) wird durch eine Exklusiv-ODER-Verknüp­ fung des Polaritätsumschaltsignals (SWP) und des Halbbild­ signals (FRP) (frame signal) erhalten. Hierzu ist ein Ex­ klusiv-ODER-Glied G vorhanden. Eine Gegenelektroden-Trei­ berschaltung 5 verschiebt den Spannungspegel des Steuersi­ gnals zwecks Umschaltung der Polaritäten. Wird der Treiber­ schaltung mit dem oben beschriebenen Aufbau ein Videobildsignal (v- Signal) entsprechend dem Bildinhalt zugeführt, so werden innerhalb der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung die Treiberspannungsverläufe gemäß Fig. 10 er­ zeugt. Die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ist somit in der Lage, Bilder mit gleichförmigem Bildkontrast im gesam­ ten Bildschirmbereich bei niedrigen Treiberspannungen und bei einem minimalen Leistungsverbrauch zu liefern. Sie eig­ net sich daher insbesondere zum Einsatz in elektronischen Taschengeräten, wie z.B. elektronischen Taschenrechnern und dergleichen.

Claims (2)

1. Matrixförmige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit

   • - einem ersten Substrat (d), auf dem Schalttransistoren (q) und Bildelementelektroden (c) im Bereich von Kreuzungspunkten zwischen Signalelektroden (a) und Abtastelektroden (b) angeordnet sind,
   • - einem zweiten Substrat (f), auf dem wenigstens Gegenelektroden (e) gegenüber den Bildelementelektroden (c) angeordnet sind,
   • - einer Flüssigkristallschicht (g) zwischen den beiden Substraten (d, f), und
   • - einer Einrichtung zur Invertierung der Polarität von an die Signalelektroden (a) zu liefernden Signalen (Vs) für eine bestimmte Periode, die einem ganzzahligen Vielfachen einer eine Minimaleinheit bildenden Abtastperiode (h) entspricht, sowie zur gruppenweisen Invertierung der Signale (Vs) von Halbbild zu Halbbild,
2. dadurch gekennzeichnet, daß

   • - ein Videobildsignal zur Erzeugung der Signale (Vs) in ein ungeradzahliges Vielfaches der Bildfrequenz zerhackt wird und
   • - den Gegenelektroden (e) Gegensignale (Vc) zugeführt werden, die mit den Signalen (Vs) synchronisiert und zu diesen invertiert sind.