DE3787180T2

DE3787180T2 - Verfahren zum Ansteuern einer Flüssigkristallanzeigematrix.

Info

Publication number: DE3787180T2
Application number: DE87100206T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Kitazima; Katsumi Kondo
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-01-10
Filing date: 1987-01-09
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2007-01-10
Also published as: DE3787180D1; EP0229647A3; US4770502A; EP0229647A2; EP0229647B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallmatrix, in der ein ferroelektrischer Flüssigkristall mit smektischer Phase verwendet wird, und insbesondere auf eine Flüssigkristallanzeige, die geeignet ist für eine großflächige Anzeige.
Ferroelektrische Flüssigkristallmoleküle nehmen, wie in Fig. 2 der beigefügten Zeichnungen gezeigt, eine Schichtstruktur und eine Spiralstruktur an. In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 Flüssigkristallmoleküle und 2 spontane Polarisation.
Wenn ein elektrisches Feld E oberhalb einer Schwellenspannung vertikal an die Spiralachse angelegt wird, bewegen sich die Moleküle innerhalb der Schicht, wobei die Schichtstruktur beibehalten wird, und die Spiralen lösen sich, so daß das zur langen Hauptachse jedes Moleküls vertikal stehende permanente Dipolmoment sich parallel zum elektrischen Feld ausrichtet. Dementsprechend sind die Moleküle parallel zueinander ausgerichtet, und zwar nicht nur in den Schichten, sondern auch zwischen den Schichten, wie in Fig. 2(a) gezeigt ist.
Wenn die Richtung des elektrischen Feldes umgedreht wird, nehmen die Flüssigkristallmoleküle den in Fig. 2(c) dargestellten Zustand an. Mit anderen Worten, es können durch Auswahl der Richtung des elektrischen Feldes zwei Zustände eingestellt werden, in denen die Flüssigkristallmoleküle um ± R geneigt sind und eine Anzeigevorrichtung oder ein optischer Verschluß kann hergestellt werden entweder durch Ausnutzen der Doppelbrechung oder durch Hinzufügen eines dichroitischen Pigmentes zum Flüssigkristall.
Wenn das elektrische Feld abgeschaltet wird, kehren die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle aufgrund der Ausrichtung des elastischen Ausrichtungsmoments wie in Fig. 2(b) gezeigt in die ursprüngliche Spiralstruktur zurück, aber es ist allgemein bekannt, daß, wenn die Flüssigkristallschicht etwa 1 um dick ist, beispielsweise ein bistabiler Zustand wie in Fig. 2(a) und (c) auch bei einer Feldstärke 0 eingestellt werden kann, bei dem die Spiralen im wesentlichen lose bleiben.
Ein Beispiel des konventionellen Time-Division-Treiberverfahrens für ferroelektrische Flüssigkristalle mit einem solchen bistabilen Zustand ist in den Fig. 3 und 4 gezeigt.
Fig. 3 zeigt die Darstellung einer Flüssigkristallvorrichtung. Ein Flüssigkristall ist ein ferroelektrischer Flüssigkristall, der eine chirale smektische Phase hat und zwischen X- und Y-Elektroden 3 und 4 eingeschlossen ist.
Fig. 4 zeigt die Ansteuerungssignalform, welche an den X- und Y-Elektroden 3, 4 anliegt, wenn ein Pixel A eingeschaltet wird, während ein Pixel B ausgeschaltet wird.
Eine Spannung mit dem Wert von ± 2 V wird sequentiell an die X-Elektrode angelegt, während eine Spannung mit dem Wert von ± V an der Y-Elektrode angelegt wird. Als Ergebnis wird die Spannung von + 3 V oder ± V an das Pixel A angelegt, welches eingeschaltet wird, während die Spannung von - 3 V oder ± V an das Pixel B angelegt wird, welches ausgeschaltet wird.
In Übereinstimmung mit diesem Ansteuerverfahren ist die Ansteuerzeit Δt der Spannung von ± 3 V, welche den Anzeigezustand des Pixels bestimmt, 1/4 der Selektionszeit Ts einer Zeile. Daher muß die optische Reaktionszeit des Flüssigkristalls unter 1/4 Ts liegen.
Auf der anderen Seite ist die optische Reaktionszeit der zur Zeit erhältlichen smektischen Flüssigkristalle im Bereich von etwa 0,5 bis 1 ms. Wenn daher die Zahl der anzusteuernden Zeilen N = 500, so ist die Zeit für das Neuschreiben einer Bildfläche etwa 2 s lang, da die Selektionszeit Ts einer Zeile Ts = 4 ms ist.
Als Beispiele für den Stand der Technik bei den Ansteuerverfahren der oben genannten Art seien hier JP-A-60 123 825 oder JP-A-60 33 535 erwähnt.
Hier soll das Ansteuerverfahren nach JP-A-60 123 825 als Beispiel erläutert werden.
Dieses Ansteuerverfahren steuert zweimal an, d. h. Ein-Ansteuerung und Aus-Ansteuerung, um den Anzeigeinhalt einer Bildfläche neu zu schreiben. Die Fig. 49(a) und 49(b) zeigen die Spannungssignalformen, die an die Ansteuerelektrode (gemeinsame Elektrode) und an einzelne Elektroden (Segmentelektrode) bei Ein- und Aus-Ansteuerung jeweils angelegt werden müssen.
In den Zeichnungen bezeichnen die- Symbole ΦY1, , ΦYd und die Ansteuerspannung, die an die Ansteuerelektrode angelegt werden müssen, während ΦX1, , ΦXd und die Signalspannungen bezeichnen, die an die Signalelektrode angelegt werden müssen.
Fig. 50 zeigt die Spannung, welche aufgrund der Fig. 49(a) und (b) vorgegeben ist und an den Flüssigkristall angelegt werden muß. Die Spannung entspricht der Signalform, wenn die Flüssigkristallmatrix aus den Signalelektroden 301 und den Ansteuerelektroden 302 in Fig. 51 auf der Time-Division-Basis angesteuert wird.
Die an ein Pixel 303a beim Umschalten der Pixel 303a bis 303e in den Anzeigezustand angelegte Spannung ist in der Zeichnung mit VY1-VX1 dargestellt. Hierbei ist der eingeschaltete Anzeigezustand gesetzt, wenn eine negative Spannung (-Vap) an den Flüssigkristall angelegt wird.
Wie in der Zeichnung gezeigt, wird eine ± 1/3 Vap Vorspannung angelegt, während der Nichtwahlperiode des Pixels 303a, aber die Zeit, während der die gleiche Polarität anliegt, läßt sich in zwei Abschnitte unterteilen.
Auf der anderen Seite ist es bekannt, daß die optische Schwellenspannung des ferroelektrischen Flüssigkristalls nicht eindeutig in Bezug auf eine Gleichspannung ist. Daher reagiert der Flüssigkristall auf eine Vorspannung und der Spitzenwert der optischen Transmission T wird größer mit längerer Einschaltzeit einer gleichen Polarität und wird kleiner mit kürzerer Einschaltzeit. Als Ergebnis treten während der Neuschreibphase von Information Schwankungen in der optischen Transmission aus den oben beschriebenen Gründen auf, und die Anzeigequalität verschlechtert sich. Mit anderen Worten, es tritt ein Flackern der Anzeige auf, und die Anzeigequalität sinkt während der Neuschreibphase der Bildfläche.
Wenn, wie oben beschrieben, dies auf eine großflächige hochpräzise Flüssigkristallscheibe mit einer großen Anzahl von Ansteuerzeilen bezogen wird, haben die konventionellen Ansteuerverfahren das praktische Problem, daß das Neuschreiben der gesamten Bildfläche lange dauert, und daß Schwankungen in der optischen Transmission auftreten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Time-Division-Ansteuerverfahren für ferroelektrische bistabile Flüssigkristalle anzugeben, bei welchem die Neuschreibzeit einer Bildfläche kürzer ist und eine verbesserte ferroelektrische Flüssigkristallanzeige zu schaffen, die Bilder höherer Qualität liefert.
Die besagten Aufgaben werden gelöst mittels Ansteuerverfahren nach Anspruch 1 und Ansteuergerät nach Anspruch 6. Vorteilhafte weitere Entwicklungen der vorliegenden Erfindung werden in den entsprechenden Unteransprüchen definiert.
In einem erfindungsgemäßen Gerät werden die Pixel in einen eingeschalteten Lichtzustand oder einen ausgeschalteten Lichtzustand durch Änderung im voraus der Lichttransmission unter Ausnutzung der Bistabilität der Anzeige von ferroelektrischen Flüssigkristallen gebracht, wonach eine Spannung an die Pixel angelegt wird, welche den eingeschalteten Lichtzustand oder den ausgeschalteten Lichtzustand hält, wenn sie in Übereinstimmung mit einem Time- Divison-Ansteuerverfahren, wie z. B. der Zeilensequenzansteuerung oder Punktsequenzansteuerung, bereits in dem eingeschalteten Zustand sind, und eine Spannung, die den Aus-Zustand hält, oder eine Ein-Spannung wird angelegt, wenn die Pixel bereits im Aus-Zustand sind.
In Übereinstimmung mit einem Ansteuerverfahren wie dem oben beschriebenen werden die gewünschten Pixel alle in einen ursprünglichen Zustand gesetzt, und es ist daher nur nötig, zwei andere Arten von Spannungen für die Time-Division-Ansteuerung auszuwählen. Dementsprechend kann die Neuschreibzeit für die Bildfläche verkürzt werden.
Darüberhinaus kann erfindungsgemäß während der Selektionsperiode für die Bestimmung der optischen Transmission des Flüssigkristalls eine erste Spannung primär an den ferroelektrischen Flüssigkristall angelegt werden, so daß die Richtung der Moleküle des Kristalls in der Nähe der Ansteuerelektroden und der Signalelektroden im wesentlichen übereinstimmt mit der Richtung der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle ungefähr im Zwischenbereich zwischen den Ansteuerelektroden und den Signalelektroden. Während der Nicht-Selektionsperiode wird für das Einhalten des optischen Transmissionszustandes des ferroelektrischen Flüssigkristalls eine Mischung einer zweiten Spannung (Vorspannung) an den ferroelektrischen Flüssigkristall angelegt, welche die Richtung der Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der Ansteuerelektroden und der Signalelektroden in ungefähre Übereinstimmung mit der Richtung während der Auswahlperiode bringt, aber die Richtung der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der Ansteuerelektroden und der Signalelektroden von der Richtung der Flüssigkristallmoleküle in einem Zwischenbereich unterscheidet. Eine dritte Spannung (Löschspannung), welche die Richtung der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der Ansteuerelektroden und der Signalelektroden in ungefähre Übereinstimmung mit der Richtung während der Auswahlperiode und der Richtung der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle ungefähr im Zwischenbereich zwischen Ansteuerelektroden und Signalelektroden in ungefähre Übereinstimmung mit der Richtung während der Auswahlperiode bringt, wird an den ferroelektrischen Flüssigkristall angelegt.
Vorzugsweise wird der Spannungswert und die Pulsbreite der Vorspannung, die an den Flüssigkristall während der Nicht- Selektionsperiode angelegt werden soll, so gewählt, daß der Flüssigkristall nicht den ein- oder ausgeschalteten optischen Transmissionszustand erreicht, und eine Spannung von ungefähr 0 V wird in der Vorphase oder Nachphase oder in beiden der Nicht-Selektionsperiode einer Zeile eingeführt, während einer Zeit, die die Relaxationszeit des Flüssigkristalls überschreitet, wenn die Vorspannung angelegt ist.
Das zweite kennzeichnende Merkmal der vorliegenden Erfindung basiert auf dem Relaxations-Phänomen, daß, wenn eine dritte Spannung (eine Spannung, die nicht ausreicht, den eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand des Flüssigkristalls umzudrehen) an dem Flüssigkristall anliegt, welcher im ein- oder ausgeschalteten Zustand ist, der Flüssigkristall in den ursprünglichen Zustand zurückkehrt und die Spannung (etwa 0 V), welche den Flüssigkristall in den ursprünglichen Zustand zurückbringt, für eine längere Periode als die Relaxationsperiode in die Vorspannung eingesetzt wird, um Schwankung der optischen Transmission zu vermeiden.
Fig. 1, 28 und 3 sind Konzeptionszeichnungen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 und 38 zeigen die Anordnung der Flüssigkristallmoleküle;
Fig. 3, 4 und 49 bis 51 zeigen Beispiele vom Stand der Technik;
Fig. 5 bis 7 zeigen ein Beispiel der Struktur einer Flüssigkristallscheibe und eines Flüssigkristallmaterials;
Fig. 8 bis 10, 42 und 43 zeigen die Eigenschaften eines Flüssigkristalls;
Fig. 11 bis 23, 29 bis 33 und 45 bis 47 zeigen die Ansteuersignalformen bei der vorliegenden Erfindung;
Fig. 24 und 34 zeigen ausführliche Beispiele einer Treiberschaltung;
Fig. 25 und 35 zeigen die Zeitdiagramme zu den Fig. 24 bzw. 34;
Fig. 26 und 27 zeigen Anwendungsbeispiele der vorliegenden Erfindung;
Fig. 36 und 37 zeigen ein Beispiel der Flüssigkristallscheibe, welche in der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
Fig. 39 zeigt eine Zeilensequenz-Time-Division-Ansteuersignalform;
Fig. 40 und 41 dienen zur Erläuterung der Relaxationsphänomene im Flüssigkristall;
Fig. 44 ist eine Äquivalenzschaltung der Flüssigkristallscheibe, wie sie in der vorliegenden Erfindung Verwendung findet; und
Fig. 48 zeigt ein anderes Beispiel der Signalform einer Vorspannung.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Einzelheiten beschrieben. Fig. 5 zeigt schematisch die Struktur einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung 5. Die Vorrichtung wird hergestellt durch Anordnung eines Substrats 8 wie z. B. Glasplättchen, auf welchen Signalelektroden 7 (Y) in einer Vielzahl ausgebildet sind, und ein Substrat 11, wie z. B. ein Glasplättchen oder Plastik, auf welchem die Ansteuerelektroden 6 (X) in einer Vielzahl ausgebildet sind, und zwar derart, daß sie einander gegenüberliegen mit einer vorgegebenen Lücke zwischen ihnen, und dann ein ferroelektrischer Flüssigkristall 10 eingeschoben wird, der eine chiral smektische Phase zwischen diesen beiden Substraten hat.
Ein Flüssigkristallorientierungsfilm 9 wird gebildet durch Spin-Beschichtung einer organischen Materie (Polyimid) mit einem Spinner und durch anschließendes Polieren des Films. Die Behandlung zur Ausrichtung kann nur für eines der Substrate vorgenommen werden oder braucht nicht für beide Substrate vorgenommen zu werden, ohne Verschlechterung der optischen Speicherung, die an anderer Stelle beschrieben wird.
Ein Flüssig-Mischkristall in Fig. 6 oder ein Flüssigkristall in Fig. 7 wird verwendet als Flüssigkristall 10, wie er oben beschrieben wurde. Die Anzeige kann in diesem Fall vom Doppelbrechungstyp sein, wobei zwei Polarisationsfilter auf dem Substrat in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 5 befestigt werden, oder vom Dotierungstyp, bei welchem ein dichroitische Pigment in dem Flüssigkristall 10 eingeschlossen ist. Insbesondere im Falle einer Guest- Host-Typ-Anzeige kann der Flüssigkristall in Fig. 7 der am besten geeignete sein.
Als nächstes wird ein Beispiel der Anordnungsverfahren für Flüssigkristallmoleküle beschrieben. Nach Aufheizen bis zu einer isotropen Flüssigphase wird der Flüssigkristall mit einer Rate von etwa 0,1ºC/min getempert. Als Ergebnis tritt eine chirale smektische C-Phase auf, in welcher die lange Achse der Moleküle gegenüber der Schicht normalen geneigt ist.
Fig. 8(a) zeigt die Beziehung zwischen den Achsen A, P der Polarisation des Polarisationsfilters und der Flüssigkristallmoleküle 212a, 212b in der Doppelbrechungsanzeige, und Fig. 8(b) zeigt die Beziehung zwischen den Achsen der Polarisation A des Polarisationsfilters und der Flüssigkristallmoleküle 213a, 213b in der Guest-Host-Typ-Anzeige. In beiden Fällen wird die Anzeige dunkel, wenn die Flüssigkristallmoleküle entlang der Achse der Polarisation A ausgerichtet sind und das Licht abgeschnitten wird (optische ausgeschalteter Zustand), und wird andererseits hell (optisch eingeschalteter Zustand), wenn sie um 2 R geneigt sind und das Licht passiert (auf der rechten Seite der Zeichnungen).
Fig. 8 und 9 zeigen die elektrooptischen Eigenschaften der Flüssigkristallanzeige, wie sie auf die oben beschriebene Art erzielt werden. Die Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen der Ansteuerspannung Vd der Flüssigkristallanzeigevorrichtung und die entsprechende optische Antwortfunktion B. Wie in dem Diagramm gezeigt ist der Anzeigemodus entweder der optisch eingeschaltete Zustand (positive Polarität) oder der optisch ausgeschaltete Zustand (negative Polarität), je nachdem wie die Polarität der Ansteuerspannung Vd ist. Die Flüssigkristallvorrichtung zeigt die Speicherung (Bistabilität), welche den optisch eingeschalteten Zustand oder den optisch ausgeschalteten Zustand beibehält, selbst nachdem die negative oder positive Polarität ausgeschaltet wurde (0 V). Als Ergebnis experimenteller Messungen wurde gefunden, daß diese Speicherzeit mehrere Dutzend Sekunden beträgt.
Die Ansteuerspannung Vd des Flüssigkristalls in Fig. 8 gibt die Wellenform wieder, wenn der Flüssigkristall statisch angesteuert wird. Auf der anderen Seite zeigt Fig. 9 ein Beispiel der Ansteuerspannung-Wellenform, wenn die Flüssigkristallmatrixscheibe auf der Time-Division-Basis angesteuert wird und ein Beispiel der Wellenform der zeitgleichen optischen Antwort.
Die Ansteuerspannung Vd besteht aus einer Schreibspannung (Spannungswert ± Vw) und einer Vorspannung (Spannungswert ± Vb). Jeder Pixel des Flüssigkristalls wird einmal pro Bildperiode angewählt und die oben beschriebenen Schreibspannung wird daran angelegt. Der Flüssigkristall wird während dieser Selektionsperiode in den optisch ausgeschalteten Zustand oder den optisch eingeschalteten Zustand entsprechend der Polarität der Spannung, die letztendlich angelegt wird, gebracht und behält diesen Zustand bei, bis eine Schreibspannung erneut angelegt wird.
Auf der anderen Seite wird in der Nicht-Selektionsperiode, in welcher die Schreibspannung nicht anliegt, die oben beschriebene Vorspannung angelegt. Als Ergebnis ändert sich entsprechend dieser Vorspannung die durch die Schreibspannung bestimmte Helligkeit des Flüssigkristalls. Es wurde aufgrund der Ergebnisse von Experimenten geschlossen, daß diese Änderungsgröße von dem Spannungswert ± Vb der Vorspannung der Pulsbreite Tb der Pulsperiode Tc1 und der Anlegedauer Tc2 abhängt.
Als nächstes zeigt die Fig. 10 die Beziehung von Schreibspannung bzw. Vorspannung und Helligkeit des Flüssigkristalls. Fig. 10(a) zeigt die Helligkeitseigenschaft in Abhängigkeit von der Schreibspannung. Der Anzeigezustand ändert sich in dem ein- oder ausgeschalteten Zustand, je nach Polarität der Schreibspannung, und der Spitzenwert der Schreibspannung, bei welcher die Helligkeit B auf 90% steigt, wird hier als Sättigungs-Einschaltwert Vwsat(ON) bezeichnet, und der Spitzenwert, bei welcher die Helligkeit auf 10% sinkt, wird als Sättigungs-Ausschaltwert Vwsat(OFF) bezeichnet.
Fig. 10(b) zeigt die Helligkeitseigenschaften gegen die Vorspannung aufgetragen, und zwar während der Anlegedauer tc1 der Vorspannung in Fig. 9.
Der Verlauf A ist dann gegeben, wenn der ursprüngliche Zustand der Helligkeit derjenige im ausgeschalteten Zustand ist, während der Verlauf B dann gegeben ist, wenn der ursprüngliche Zustand der eingeschaltete Zustand ist. Bei den in dem Diagramm gezeigten Eigenschaften ist der Spitzenwert der Vorspannung, bei dem die Helligkeit B auf 90% sinkt, definiert als "Ausschalt-Schwellenspannung Vbth(OFF)", und der Spitzenwert, bei dem die Helligkeit auf 10% steigt, ist definiert als "Einschalt- Schwellenspannung Vbth(ON)".
Beim Ansteuern der Matrix müssen die Schreibspannung und die Vorspannung die folgenden Beziehungen erfüllen:
Vw ≥ Vwsat(ON), Vwsat(OFF) (1)
Vb ≤ Vbth(ON), Vbth(OFF) (2)
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 1 die Matrixansteuerung beschrieben, um die es sich bei der vorliegenden Erfindung handelt. Fig. 1(a) zeigt schematisch eine Matrixschaltung. Die Kreuzungspunkte zwischen den Signalelektroden 12 und den Ansteuerelektroden 13 bilden die Pixel 14.
Die Spannungssignalform, die an die Flüssigkristallpixel durch die Signalspannungen VY1, VY2, VY3 an die Signalelektroden 1, 2, 3 und die Ansteuerspannungen VX1, VX2, VX3 an die Ansteuerelektroden 1, 2, 3 angelegt werden, werden mit Bezug auf die Pixel P&sub2;&sub2; als Beispiel beschrieben.
Fig. 1(b) zeigt schematisch die Spannungssignalform, die an den Pixel P&sub2;&sub2; anliegt. Die Anlegdauer der Spannung besteht aus fünf Perioden, d. h. der Initialisierungsperiode TIN aller Pixel, der Nicht-Selektionsperiode TNS1, TNS2, der Selektionsperiode TSL und der Endperiode TST. Dabei kann die Endperiode TST auch fortgelassen werden.
Die Initialisierungsperiode TIN bestimmt den Anzeige zustand des Flüssigkristalls als eingeschalteter Anzeigzustand oder als ausgeschalteter Anzeigezustand. Die Signalform A zeigt den Fall, wenn der Flüssigkristall in der Initialisierungsperiode in den ausgeschalteten Zustand gebracht wird, während die Signalform B den Fall darstellt, wenn er in den eingeschalteten Anzeigezustand gebracht wird.
Die oben beschriebene Operation wird für alle Pixel durchgeführt, kann aber für wenigstens alle solche Pixel durchgeführt werden (in einer Zeileneinheit), deren Anzeigeinhalt neu geschrieben werden muß. In jedem Fall wird die Initialisierungsspannung ± VIN zusammen an die Pixel angelegt, die initialisiert werden sollen.
Nachdem die oben beschriebene Initialisierungsoperation durchgeführt worden ist, werden während der Selektionsperiode TSL mit Zeilensequenzansteuerung Spannungen an die Pixel angelegt, welche den Flüssigkristall in den eingeschalteten Anzeigezustand oder ausgeschalteten Anzeigezustand bringen.
Wenn beispielsweise der Flüssigkristall in den ausgeschalteten Anzeigezustand während der Initialisierungsperiode TIN gebracht wird, wie durch die Signalform A dargestellt, so sind die anzulegenden Spannungen an den Pixeln in der Selektionsperiode TSL eine Schreibspannung über Vwsat(ON) für das Einschalten der Pixel und eine Spannung unter Vbth(ON) für das Halten des ausgeschalteten Zustandes.
Wenn der Flüssigkristall in den eingeschalteten Anzeige zustand während der Initialisierungsperiode TIN gebracht wird, dargestellt durch die Signalform B, sind die während der Selektionsperiode TSL anzulegenden Spannungen eine Spannung unter Vwsat(OFF) für das Ausschalten der Pixel und eine Spannung unter Vbth(OFF) für das Halten des eingeschalteten Zustandes.
Darüberhinaus ist die während der Endperiode TST an den Flüssigkristall anzulegende Spannung Vbth(ON) oder eine Spannung unter Vbth(OFF), oder es wird überhaupt keine Spannung angelegt, weder an die Ansteuerelektroden noch die Signalelektroden. Dieser Zustand kann dadurch erreicht werden, daß der Ausgang der Treiberschaltung auf eine hohe Impedanz gebracht wird.
Wie oben beschrieben, liegt eines der kennzeichnenden Merkmale der vorliegenden Erfindung darin, daß die Spannung für die Bestimmung des Anzeigezustandes des Flüssigkristalls während der Initialisierungsperiode TIN angelegt wird und die Spannung für die Gewährleistung des oben beschriebenen Anzeigezustandes oder die Spannung für die Umkehr des Anzeigezustandes in der Selektionsperiode TSL angelegt wird.
In Verbindung mit den Anzeigeeigenschaften des Flüssigkristalls, die soweit beschrieben wurden, ist der Anzeigezustand definiert als "eingeschalteter Anzeigezustand" durch die positive Polarität und als "ausgeschalteter Anzeigezustand" durch die negative Polarität, wobei diese Definition jedoch nur der Bequemlichkeit halber eingeführt wurde. Mit anderen Worten, die Anzeige ist im ausgeschalteten Zustand bei positiver Polarität und im eingeschalteten Zustand bei negative Polarität, wenn die Stellung des Polarisators beispielsweise umgekehrt wird.
Als nächstes wird ein ausführliches Beispiel der an die Flüssigkristallscheibe angelegten Spannungs-Signalform mit Bezug auf die Flüssigkristallscheibe in Fig. 11 beschrieben. Die auf den Signalelektroden 15a bis 15c eingeprägten Spannungen sind definiert als Signalspannungen VY1-VY3 und die eingeprägten Spannungen auf den Ansteuerelektroden 16a bis 16c als Ansteuerspannungen VX1-VX3. Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen den Polaritäten der Ansteuerspannung VX (VX1-VX3), der Signalspannung VY (VY1-VY3) und der Helligkeit des Pixels 7. Als Anzeigezustand wird hierbei der eingeschaltete und ausgeschaltete Zustand angenommen, wenn die Polaritäten der an die Pixel angelegten Spannung positiv bzw. negativ ist.
Fig. 13 zeigt ein Beispiel der Ansteuerspannung VX, der Signalspannung VY und der Spannung, die an dem Pixel anliegt.
VIX der Ansteuerspannung und VIY der Signalspannung sind die Spannungen für Initialisierung der Helligkeit des Pixels. Sie werden im folgenden als "Initialisierungsspannung" bezeichnet. Das Symbol Vs stellt die Selektionsspannung dar, welche an eine ausgewählte Ansteuerelektrode angelegt wird, und das Symbol VNS stellt eine Nicht-Selektionsspannung dar, welche an ein nicht ausgewähltes Pixel angelegt wird. Darüberhinaus stellt das Symbol VH eine Haltespannung dar, welche an die Ansteuer- und Signalelektroden angelegt wird, und zwar nach dem Neuschreiben der Bildoberfläche.
Auf der anderen Seite wird Vw an der Signalelektrode angelegt, um die Helligkeit der Pixel umzudrehen, die durch die Schreibspannung initialisiert wurden, und VNW wird an die Signalelektroden angelegt, um die Helligkeit der Pixel zu halten, die durch die Nicht-Schreibspannung initialisiert worden sind.
In diesem Beispiel der Ansteuerungssignalform, insbesondere der Ansteuerspannung VX, wird der Spitzenwert der Nicht-Selektionsspannung VNS auf 1/2 der Selektionsspannung VS gesetzt. Die Haltespannung VH kann auch fortgelassen werden.
Als Ergebnis besteht die an die Pixel angelegte Spannung VX-VY jeweils aus Teilen der Initialisierungsperiode A, der Schreibperiode B und der Halteperioden C, D, E und F. Da die Pixel in der Initialisierungsperiode A eingeschaltet werden, wird der Flüssigkristall während der Schreibperiode B in den ausgeschalteten Zustand umgeschaltet. In den Halteperioden C, D, E und F behalten die Pixel den eingeschalteten Zustand bei.
Fig. 14 zeigt ein Beispiel einer Ansteuerungssignalform, um die Helligkeit in den ausgeschalteten Zustand zu bringen, da die Helligkeit in dem ursprünglichen Zustand in Fig. 13 eingeschaltet ist. Im Vergleich mit den Signalformen in Fig. 13 sind die Phasen der Initialisierungsspannungen VIX und VS der Ansteuerspannung VX, die Phasen der Initialisierungsspannung VIY der Signalspannung VY und die Phasen der Schreibspannungen VW und Nicht-Schreibspannungen VNW entgegengesetzt zu denen in Fig. 13.
Als Ergebnis sind die Pixel im ausgeschalteten Zustand in der Initialisierungsperiode A und im eingeschalteten Zustand in der Schreibperiode. Darüberhinaus werden die Pixel im ausgeschalteten Zustand in den Halteperiode C, D, E und F gehalten.
Fig. 15 und 16 zeigen andere Ansteuerungssignalformen. Fig. 15 zeigt die Signalform, um die Helligkeit in den eingeschalteten Zustand zu bringen, wenn die Pixel initialisiert werden, und die Fig. 16 auf der anderen Seite den ausgeschalteten Zustand.
Fig. 17 und Fig. 18 zeigen andere Ansteuerungssignalformen. Fig. 17 zeigt die Signalform, um die Helligkeit in den eingeschalteten Zustand während der Initialisierungsperiode zu bringen, und Fig. 18 zeigt die Signalform für den ausgeschalteten Zustand.
Die Fig. 19, 20 und 21 zeigen modifizierte Signalformen der Signalformen in den Fig. 13, 15 und 17. Das kennzeichnende Merkmal der Ansteuerungssignalformen in Fig. 19 liegt darin, daß die Periode ΔT, während der die Spannung 0 V ist, unterteilt ist in Selektionsspannung VS und Nicht-Selektionsspannung VNS und die Schreibspannung VW und die Nichtschreibspannung VNW.
Dementsprechend wird die Spannung VX-VY die an dem Pixel anliegt, nur für die Zeit ΔT in der Schreibperiode B und den Halteperioden C, D und E 0 V.
Dies basiert auf dem experimentellen Ergebnis, daß bei verringerter Pulsbreite und konstanter Amplitude der Spannung der Spannungssignalform, die an dem Flüssigkristall anliegt, insbesondere während der Halteperiode (Nicht-Selektionsperiode), die optischen Schwellenspannungen Vbth(ON) und Vbth(OFF) des Flüssigkristalls ansteigen, der Anstieg scharf wird und die Eigenschaften verbessert werden können.
Die Fig. 20 und 21 zeigen andere Ansteuerungssignalformen, die auf demselben Konzept basieren wie das Ansteuerungsverfahren nach Fig. 19.
Dabei kann dasselbe Ansteuerungsverfahren für die modifizierten Ausführungsformen nach Fig. 14, 16, und 18 angewendet werden, was hier im einzelnen nicht besprochen wird.
Die 0 V-Periode kann in der Initialisierungsperiode bei den Ausführungsformen nach Fig. 19, 20 und 21 angeordnet sein.
Als nächstes werden die Spannungssignalformen an den Ansteuerelektroden und den Signalelektroden, wenn in der Flüssigkristallscheibe nach Fig. 11 das Pixel P&sub1;&sub1; eingeschaltet wird und die Pixel P&sub1;&sub2; und P&sub1;&sub3; ausgeschaltet werden, und die Spannungssignalformen an den Pixeln entsprechend den Fig. 22 und 23 beschrieben.
Die Signalformen in den Fig. 22 und 23 basieren auf den Spannungssignalformen in den Fig. 17 und 18.
Die Zeit t&sub1; ist die Initialisierungszeit für die Initialisierung aller Pixel. Daher werden die Spannungen VY1-VX3 auf die Initialisierungsspannung VIX gesetzt und die Spannung VY1-VY3 auf die Initialisierungsspannung VIY. Daher wird ± 3 V&sub0; als Spannung an den Flüssigkristall angelegt und letztendlich der Flüssigkristall eingeschaltet.
Als nächstes wird die Selektionsspannung VS sequentiell an jede Ansteuerelektrode während der Perioden t&sub2;, t&sub3; und t&sub4; angelegt. Zu dieser Zeit wird die Nicht-Schreibspannung VNW an die Signalelektroden angelegt, um Pixel wie P&sub1;&sub1; einzuschalten, so daß die Pixel ihren ursprünglichen Zustand beibehalten, bevor die Ansteuerung beginnt.
Auf der anderen Seite wird die Schreibspannung VW angelegt, um die Pixel P&sub1;&sub2; auszuschalten, so daß der Anzeigezustand der Pixel in den Auszustand umgedreht wird.
Das Neuschreiben einer Bildfläche wird mit den obigen Schritten beendet. Nach der Beendigung wird die Spannung VH an den Ansteuerelektroden und Signalelektroden angelegt, es kann aber auch eine Spannung, die nicht den ursprünglichen Zustand invertiert, angelegt werden. Beispielsweise wird die Ansteuerspannung auf die Nicht-Selektionsspannung VNS gesetzt, während die Signalspannung auf VNW gesetzt wird.
Fig. 23 zeigt ein Beispiel der Spannungssignalform, wenn der ursprüngliche Zustand der ausgeschaltete Zustand ist.
Fig. 24 zeigt ein Beispiel der Treiberschaltung. Die Bezugsziffern 23a bis 23d und 24a bis 24d bezeichnen analoge Schalter; 25 und 26 sind Schalter, 29 ist eine Ansteuerschaltung; 27 ist Zeilenspeicher; 28 ist ein Schieberegister; 20 ist eine Flüssigkristallscheibe; 21 ist eine Signalelektrode und 22 ist eine Ansteuerelektrode.
Die analogen Schalter 23a bis 23d selektieren einen a- Eingang, wenn die Ansteuersignale C&sub1; bis CN auf ¹,L" liegen und einen b-Eingang, wenn letztere auf "H" liegen. Die analogen Schalter 24a bis 24d selektieren den a-Eingang, wenn die Anzeigesignale 1I-1L auf "L" liegen und den b-Eingang, wenn letztere auf "H" liegen. Die Schalter 25, 26 selektieren den a-Eingang, wenn ein Treiber-Umschaltsignal CPI auf "H" liegt und den b-Eingang, wenn letzteres auf "L" liegt.
Der Betrieb dieser Schaltung ist in Fig. 25 dargestellt. Die Ansteuerschaltung 29 und der Zeilenspeicher werden durch das Reset-Signal RS zurückgesetzt, um die Ansteuersignale CI bis CN und die Anzeigesignale 1I-1L-1 auf den "L"-Pegel zu setzen. Im übrigen wird das Treiber-Umschaltsignal CPI auf "H" während der Periode tE gesetzt. Als Ergebnis werden die Ausgänge der analogen Schalter 23a- 23d gleich der Initialisierungsspannung VIX, während die Ausgänge der analogen Schaltung 24a-24d gleich der Initialisierungsspannung VIY werden. Dementsprechend werden alle Pixel in den ursprünglichen Zustand gebracht.
Nachdem die oben beschriebene Operation abgeschlossen ist, wird der Ausgang des Schieberegisters 28 in zeitlicher Übereinstimmung mit dem Synchronisationssignal SYH in den Zeilenspeicher 27 eingelesen. Die Pixel der ersten Zeile werden innerhalb der Periode t&sub1; ein- oder ausgeschaltet und diese Operation wird danach bis zur N-ten Zeile wiederholt. Zu diesem Zeitpunkt schalten die Schalter 25, 26 auf VNS und VNW.
Nachdem das Neuschreiben der Bildfläche beendet ist, werden die Ansteuerschaltung 29 und der Zeilenspeicher 27 durch das Reset-Signal RS zurückgesetzt und die Ansteuersignale CI-CN und die Anzeigesignale 1I-1L werden auf "L" gesetzt. Dementsprechend wird die Nicht-Selektionsspannung VNS an alle Ansteuerelektroden angelegt, während die Nicht-Schreibspannung VNW an alle Signalelektroden angelegt wird, wodurch der Anzeigezustand gehalten wird.
Ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 26 und 27 beschrieben. Fig. 26 zeigt die Ausführung einer m-Zeilen, l-Spalten-Flüssigkristallscheibe 32. Ein Ansteuerverfahren für diese Flüssigkristallscheibe, bei der die Ansteuerelektroden in m Blöcke mit jeweils n Spalten unterteilt ist, wird im folgenden beschrieben.
Die Ansteuerung wird durchgeführt während der Initialisierung und des Schreibens, die beide paarweise für jeden Block erfolgen. Die Ausführung dieses Ansteuerungsverfahrens wird mit Bezug auf Fig. 27 beschrieben.
Die Ansteuerungssignalform in den Zeichnungen basiert auf dem Spannungszustandsdiagramm in Fig. 23, wo die Zahl der Spalten bei einem Block n = 10 ist. Jedoch ist die 0 V- Periode vorgesehen in den Initialisierungsspannungen VIX und VIY.
Eine Periode tE1 ist eine Periode, in welcher alle Pixel in dem Block 1 initialisiert werden (ausgeschaltet werden) und die Schreiboperation im Block 1 dann über sequentielle Zeilenansteuerung in einer folgenden Periode tw2 durchgeführt wird.
Die oben beschriebene Operation wird sequentiell für die Blöcke 2, 3, usw. für alle Bildflächen durchgeführt, die neu geschrieben werden sollen. Die Neuschreiboperation der Bildfläche kann entweder mit einer vorgegebenen Periode stattfinden oder nur, wenn der Anzeigeinhalt geändert wird. In dem letzteren Fall brauchen nur die Blöcke ausgewählt zu werden, die geändert werden müssen.
Als nächstes ist schematisch in Fig. 28 die Matrixansteuerung dargestellt, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht. Die Fig. 28(a) zeigt die Ausführung der Matrixscheibe. Die Bezugsziffern 120a-120c entsprechen Ansteuerelektroden, 121a-121c Signalelektroden und 122 einem Pixel.
Jeder der Pixel wird durch die Spannungsdifferenz zwischen den eingeprägten Spannungen VX1-VX3 an den Ansteuerelektroden 120a-120c und den eingeprägten Spannungen VY1- VY3 an den Signalelektroden 121a-121c betrieben.
Fig. 28(b) zeigt die Spannungssignalform, die an jedem Pixel bei jeder Zeile der Zeilen 1 bis 3 anliegt. Die Schreiboperation wird dann sequentiell von Zeile 1 bis Zeile 3 in longitudinaler Richtung durchgeführt.
Als erstes werden die Pixel der Zeile 1 alle durch eine erste Ansteuerung (mit der Periode T&sub1;) in den ausgeschalteten oder angeschalteten Anzeigezustand gesetzt. Als nächstes wird eine Spannung für das Halten des ursprünglichen Zustandes oder eine Spannung für das Umdrehen des ursprünglichen Zustandes an die Pixel der Zeile 1 durch eine zweite Ansteuerung (mit der Periode Ts) angelegt. Während die Pixel der Zeile 1 angesteuert werden durch eine zweite Ansteuerung, werden die die Pixel der Zeile 2 entweder in den ausgeschalteten Anzeigzustand oder in eingeschalteten Anzeigezustand durch eine erste Ansteuerung gesetzt. Als nächstes wird eine Spannung für das Halten des ursprünglichen Zustandes oder eine Spannung für das Umdrehen des ursprünglichen Zustandes an den Pixel der Zeile 2 durch eine zweite Ansteuerung angelegt. Die Pixel der Zeile 3 werden mit dem gleichen Ansteuerungsverfahren wie oben angesteuert.
Die Schreiboperation kann innerhalb einer vorgegebenen Periode durchgeführt werden. Alternativ werden, nachdem eine Bildfläche neu geschrieben worden ist, die Ansteuerungsspannungen VX1-VX3 und die Signalspannungen VY1- VY3 alle auf dasselbe Potential gelegt (inklusive 0 V), oder es wird gar keine Spannung angelegt.
Fig. 29 zeigt ein Beispiel der Ansteuerungssignalform. Die Ansteuerspannung VX besteht aus der Initialisierungsspannung ± 4 V&sub0;, der Selektionsspannung von ± 2 V, der Nicht- Selektionsspannung von 0 V und der Haltespannung VHX von 0 V. Jedoch kann die Haltespannung VHX fortgelassen werden.
Auf der anderen Seite besteht die Signalspannung VY aus der Schreibspannung VW von IV&sub0;, der Nicht-Schreibspannung VNW von ± V&sub0; und der Haltespannung VHY. Jedoch kann die Haltespannung VHY fortgelassen werden.
Folglich werden die Spannungen A-G an den Flüssigkristall angelegt. Die Signalformen A und B sind die Spannungen, die den Anzeigezustand des Flüssigkristalls in den ausgeschalteten Anzeigezustand schalten. In diesem Fall muß die folgende Beziehung erfüllt werden, um den Flüssigkristall in den ausgeschalteten Anzeigezustand durch die Signalform A zu bringen:
3 V&sub0; ≥ Vwsat(OFF)
Die Signalform C ist die Spannung, die den ausgeschalteten Anzeigezustand in den eingeschalteten Anzeigezustand invertiert, wobei ersterer durch die Signalformen A, B erreicht wurde. Naheliegenderweise gilt die folgende Beziehung:
3 V&sub0; ≥ Vwsat(ON)
Die Signalformen D, E und F sind die Haltespannungen, die den ausgeschalteten Anzeigezustand der Pixel, in die sie durch die Signal formen A und B gelangt sind, halten und die folgende Beziehung muß erfüllt werden:
V&sub0; ≤ Vhth(ON)
Darüberhinaus ist die Signalform G die Haltespannung, die den Anzeigezustand beibehält, der gegeben ist durch die Signalformen A, B oder die Signalform C.
Die erste Ansteuerung in Fig. 28(b) ist gleich den Signalformen A und B, während die zweite Ansteuerung der Signalform C entspricht.
Auf der anderen Seite zeigt Fig. 30 den Spannungszustand, wenn der Flüssigkristall durch eine erste Ansteuerung in den eingeschalteten Anzeigezustand gebracht wird. In diesem Fall muß folgende Beziehung erfüllt sein.
3V0 ≥ Vwsat(OFF), Vwsat(ON)
V&sub0; ≤ Vbth(OFF)
Als nächstes zeigt die Fig. 28 ein Beispiel der Ansteuerspannungen VX1-VX3 und der Signalspannungen VY1-VY3 für das Setzen der Pixel Pa in den eingeschalteten Anzeigezustand und der Pixel Pb, Pc in den ausgeschalteten Anzeigezustand und die an den Flüssigkristall angelegten Spannungen.
Die Spannungssignalformen in der Zeichnung dienen dazu, den ursprünglichen Zustand in den ausgeschalteten Anzeigezustand zu schalten. Das Symbol t&sub1; ist die Initialisierungsperiode der Zeile 1, t&sub2; ist die Selektionsperiode (Schreibperiode) der Zeile 1 und die Initialisierungsperiode der Zeile 2, t&sub3; ist Selektionsperiode der Zeile 2 und die Initialisierungsperiode der Zeile 3 und t&sub4; ist die Selektionsperiode der Zeile 3.
Fig. 32 zeigt ein Beispiel für die Spannungssignalformen, um vom ursprünglichen Zustand in den eingeschalteten Anzeigezustand zu gelangen.
Fig. 33 zeigt ein modifiziertes Beispiel der Spannungssignalform in Fig. 31. Diese Signalform ist gekennzeichnet dadurch, daß eine 0 V-Periode während einer Zeit Δt in der Selektionsperiode herrscht. Dieses Ansteuerungsverfahren ist insbesondere effektiv, um die Reaktion des Flüssigkristalls bei einer Spannung von ± V&sub0; in der Nicht-Selektionsperiode zu vermeiden. Dieses Ansteuerungsverfahren kann auf die Spannungssignalform in Fig. 32 angewendet werden.
Fig. 34 zeigt ein Beispiel einer Ansteuerungsschaltung für das Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 123 entspricht einer Flüssigkristallscheibe; 124 einer Signalelektrode; 125 einer Ansteuerungselektrode; 126 und 127 sind Analogschalter; 128 ist eine Ansteuerungsschaltung; 129 ist ein Schalter; 130 ist ein Zeilenspeicher und 131 ist ein Schieberegister.
Der Analogschalter 126 selektiert einen a-Eingang, wenn das Ansteuerungssignal C&sub1;-CN auf "L" liegt und einen b-Eingang, wenn letzteres auf "H" liegt. Im übrigen selektiert der Analogschalter 127 den a-Eingang, wenn das Anzeigesignal I&sub1;-IL auf "L" liegt und den b-Eingang, wenn letzterer auf "H" liegt. Der Schalter 129 selektiert den a-Eingang, wenn das Selektionssignal SL auf "L" liegt und den b-Eingang, wenn letzeres auf "H" liegt.
Der a-Eingang des Analogschalters 127 liegt auf einer Vscan-Spannung in Fig. 31 bis 33. Diese Spannung wird erzeugt durch Synthese der Initialisierungsspannung VIX und der Selektionsspannung VS in Fig. 31 und 30. Der b- Eingang wird auf 0 V gelegt.
Auf der anderen Seite liegt der a-Eingang des Analogschalters 127 auf der Schreibspannung VW und sein b-Eingang auf der Nicht-Schreibspannung VNW oder 0 V.
Fig. 35 zeigt ein Flußdiagramm für den Betrieb der Schaltung in Fig. 34.
Während der Neuschreiboperation einer Bildfläche wird das Selektionssignal SL auf "H" gesetzt und der b-Eingang des Analogschalters 127 auf die Nicht-Schreibspannung VNW. Bezüglich des Ansteuersignals C&sub1;-CN wird die "H" -Periode während einer halben Periode überlappt.
Es ist nicht in der Zeichnung dargestellt, jedoch möglich, daß die Operation in Fig. 35 nur für den Neuschreibteil durchgeführt wird.
Darüberhinaus ist die Beziehung zwischen der Ansteuerspannung VX und der Signalspannung VY in Fig. 29 und 30 insbesondere nicht einschränkend.
Darüberhinaus gilt, daß, obwohl es bequem ist, eine Flüssigkristallscheibe zu verwenden, deren Anzeigeeigenschaften bistabil ist, die Eigenschaften des Flüssigkristalls nicht in irgendeiner Weise eingeschränkt sind, solange der Flüssigkristall ferroelektrisch ist.
Fig. 36 zeigt eine weitere Ausführungsform der Flüssigkristallscheibe, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Bezugszeichen 132 und 133 geben Signalelektroden wieder, 134 ein Pixel und 135 eine Ansteuerelektrode. Um die Matrixansteuerung dieser Flüssigkristallscheibe durchzuführen, wird die Initialisierung und die Schreiboperation für jede Ansteuerelektrode (für jeweils zwei Zeilen) durchgeführt. Folglich kann die Schreibzeit in Fig. 1(a) insbesondere auf die Hälfte im Vergleich zu der Flüssigkristallscheibe in Fig. 28(a) reduziert werden.
Darüberhinaus zeigt Fig. 37 eine weitere Ausführungsform der Flüssigkristallscheibe. Die Bezugszeichen 135 und 136 zeigen eine Signalelektrode bzw. eine Ansteuerelektrode. Die Bildflächen der Blöcke A und B werden bei dem Ansteuerungsverfahren in Fig. 38(b) gleichzeitig neu geschrieben. Als Ergebnis kann die Neuschreibzeit auf die gleiche Art wie in Fig. 36 auf die Hälfte reduziert werden.
Fig. 39 zeigt schematisch die Zeilensequenz-Time-Division- Ansteuerungssignalform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Fig. 39(a) zeigt schematisch die Ansteuerungsspannung VLC am Flüssigkristall. Eine erste Spannung wird zunächst in der Selektionsperiode (t&sub0;-t&sub1;) angelegt, um die optische Transmission des Flüssigkristalls zu bestimmen und eine Vorspannung als zweite Spannung wird zunächst in der Nicht-Selektionsperiode (t&sub1;- t&sub8;) angelegt.
Fig. 39(b) und 39(c) zeigen ein Beispiel der Signalform der Vorspannung als zweites kennzeichnendes Merkmal der vorliegenden Erfindung. Die Periode TS entspricht der Periode für die Selektion einer Zeile. Die Spannungswerte VB1, VB und die Pulsbreiten TB1, TB2 werden so gesetzt, daß der Anzeigezustand des Flüssigkristalls nicht wesentlich invertiert wird.
Der Ausdruck "Spannung, die nicht im wesentlichen die Inversion des Anzeigezustandes bewirkt" bedeutet, daß obgleich die Flüssigkristallmoleküle im Kern (nahe dem Zentrum der Flüssigkristallschicht) invertiert werden, sie aber nicht in der Nähe der Elektroden oder des Flüssigkristallorientierungsfilms invertiert werden.
Das oben beschriebene Phänomen wird optisch erklärt. Wenn eine dritte Spannung von z. B. 0 V, eine Wechselspannung von mehreren kHz bis zu einigen Dutzend kHz oder keine Ansteuerungs- und Signalspannung als eingeprägte Spannung nach dem Abschalten der Vorspannung anliegt, kehren die Flüssigkristallmoleküle in den optisch durchlässigen Zustand zurück, der in der Selektionsperiode bestimmt wurde (so wie der Anzeigezustand im Anzeigemodus), und dieses Phänomen wird im folgenden als "Relaxation" bezeichnet.
Wenn VB1 = VB2 und TB1 = TB2 gilt, wird der Hauptwert Null (0) und der Gleichstromanteil wird Null, was für die Lebensdauer des Flüssigkristalls zuträglich ist. Auf der anderen wird die Periode TB0 (etwa 0 V) länger gemacht als die Zeit ts (Relaxationszeit), in welcher die oben beschriebene Relaxation auftritt. Dies wird mit Bezug auf die Fig. 40 und 41 erläutert.
Wie in Fig. 40 gezeigt, wird während der Selektionsperiode der Flüssigkristall eingeschaltet. Als nächstes wird, nachdem die negative Spannung (-1/aV&sub0;) der Vorspannung des Flüssigkristalls in der Nicht-Selektionsperiode abgeschaltet worden ist, die eingeprägte Spannung wieder auf etwa 0 V gebracht, und zwar für die Periode T&sub0;, die länger als die Zeit tr dauert, bevor die Flüssigkristallmoleküle wieder in den eingeschalteten Zustand zurückkehren. Im folgenden wird die eingeprägte Spannung in der Periode T&sub0; als "Löschspannung" bezeichnet. Diese Löschspannung entspricht im wesentlichen der Schwellenspannung des Flüssigkristalls.
Die Fig. 41 zeigt den der oben beschriebenen Operation entgegengesetzten Zustand.
Die Relaxationszeiten tr und tf in den Fig. 40 und 41 sind nicht immer gleich, was im einzelnen von dem Orientierungsfilm und dem Orientierungsverfahren abhängt. In diesem Fall wird die Löschspannung während einer Periode angelegt, die länger als die längere dieser beiden Perioden tr und tf ist. Nebenbei bemerkt wird die längere Periode von tr und tf als "Relaxationszeit t&sub0;" bezeichnet.
Da wie oben beschrieben, die Einschaltdauer T&sub0; der Löschspannung die Beziehung T&sub0; t&sub0; erfüllt, schwankt die Intensität des transmittierten Lichtes innerhalb einer beschränkten Periode, ist aber im Durchschnitt im wesentlichen konstant, so daß kein Anzeigenflackern auftritt.
Das Symbol a bezeichnet ein Vorspannungsverhältnis. Obgleich nicht eigentlich einschränkend, ist es jedoch günstig, a so zu wählen, daß die Beziehung a ≥ 3 erfüllt ist, da der Spannungsspitzenwert am Flüssigkristall in den Semi-Selektionszustand, in welchem die Ansteuerelektroden im Selektionszustand, aber die Signalelektroden im Semi- Selektionszustand sind, kleiner oder gleich ±1/aV&sub0; wird.
Im folgenden wird die Spannung V&sub0; in den Fig. 40 und 41 definiert. Fig. 42 zeigt eine Flüssigkristall-Ansteuerspannung VLC und die Änderung der Helligkeit B des Flüssigkristalls zu der Zeit, um die elektrooptischen Eigenschaften des Flüssigkristalls zu messen. Die Ansteuerungsspannung VLC besteht aus den Pulsen A, B, C und D. Unter diesen werden die Pulse A, B angelegt, um die optischen Eigenschaften zu messen, wenn der Flüssigkristall in einem ausgeschalteten Anzeigezustand ist, und die Pulse C, D werden angelegt, um die optischen Eigenschaften zu messen, wenn der Flüssigkristall in eingeschaltetem Anzeigezustand ist.
Das Ergebnis der Messung zu dieser Zeit ist in Fig. 43 dargestellt. Zunächst wird, um die optischen Eigenschaften zu messen, wenn der Flüssigkristall in einem ausgeschalteten Anzeigezustand ist, der Flüssigkristall durch den Puls A und danach den Puls B, der die dem Puls A entgegengesetzte Polarität hat, bei einer Pulsbreite TW und einem Spitzenwert von -VW in den eingeschalteten Anzeigezustand gebracht. Um die optischen Eigenschaften zu messen, wenn der Flüssigkristall in einem eingeschalteten Anzeigezustand ist, wird der Puls C angelegt, um den Flüssigkristall in den ausgeschalteten Anzeigezustand zu bringen, und dann der Puls D mit entgegengesetzter Polarität gegenüber dem Puls C, einer Pulsbreite TW und einem Spitzenwert VW.
Die Pulsbreite und der Spitzenwert der Pulse A und C als erste Spannung, die den Flüssigkristall in den eingeschalteten oder ausgeschalteten Anzeigezustand bringen, haben Werte, bei welchen der Flüssigkristall bistabil ist. Optisch gesehen ist dies eine Ansteuerungsbedingung, bei welcher die Helligkeit B in die Sättigung geht. Auf dem Niveau der Flüssigkristallmoleküle ist die Richtung der Flüssigkristallmoleküle nahe der Substratgrenze im wesentlichen gleich mit der Richtung der Flüssigkristallmoleküle nahe dem Zentrum der Flüssigkristallschicht. Mit anderen Worten, es ist der Zustand, wo die Dipolmomente der Flüssigkristallmoleküle in der Richtung des elektrischen Feldes über die gesamte Flüssigkristallschicht ausgerichtet sind.
In Fig. 43 ist VW , bei welchem die Helligkeit B um 90% steigt und sinkt, wenn der Spitzenwert VW der Pulse B, D geändert wird, definiert als Vwsat(ON) und Vwsat(OFF).
Die durchgeführten Experimente zeigen, daß Vwsat(ON) und Vwsat(OFF) nicht immer in Abhängigkeit vom Material des Flüssigkristalls, des Orientierungsfilms und des Orientierungsverfahrens miteinander übereinstimmen. Sie ändern sich ebenso in Abhängigkeit von der Pulsbreite der Pulse B, D.
Hier wird der größere von Vwsat(ON) und Vwsat(OFF) bei konstanter Pulsbreite TW als V&sub0; definiert. Natürlich ändert sich V&sub0; mit der Pulsbreite TW.
Die wesentliche Schwellenspannung des Flüssigkristalls ist die Spannung, bei welcher die Helligkeit B sich nicht ändert, wenn die Pulsbreite TW der Pulse B, D in Fig. 16, d. h. die Spannung, die nicht die durch die Pulse A, C bestimmte Helligkeit verändert, ∞ ist.
Als nächstes wird eine definierte Ansteuerungssignalform beschrieben. Fig. 44 zeigt eine Flüssigkristallscheibe mit Signalelektroden 14, Ansteuerelektroden 15 und Pixeln 216a-216e. Im folgenden werden die Ansteuerspannung und die Signalspannung, wenn die Pixel der Pixel 216a-216e in dem Anzeigezustand nach der Zeichnung sind, und die Spannungssignalform, die an den Pixeln 216a anliegt, erläutert.
Fig. 45 zeigt ein Ansteuerungsverfahren, bei welchem die erste Spannung nur für eine Periode Tst vor dem Start der Ansteuerung anliegt, um alle Pixel in ausgeschalteten Anzeigezustand zu bringen, und dann eine Spannung zum Halten dieses Anzeigezustandes (eine zweite Spannung: ±1/3 V&sub0;, dritte Spannung: 0 V) oder eine erste Spannung (± V&sub0;, 0 V) zum Invertieren des Anzeigezustandes an den Flüssigkristall angelegt wird. Nebenbei bemerkt können alle Pixel in den eingeschalteten Anzeigezustand während der Periode Tst gebracht werden. Obgleich a = 3 in der Zeichnung ist, ist dies nicht einschränkend gemeint.
Fig. 46 zeigt ein anderes Ansteuerungsverfahren. Dieses Verfahren legt im voraus die erste Spannung an die Pixel einer Zeile vor der Selektionsperiode an und legt dann eine Spannung (die zweite Spannung: ±1/3 V&sub0;, die dritte Spannung: 0) zum Halten des Anzeigezustandes oder zum Invertieren (Einschalten) eine erste Spannung (±V&sub0;, 0 V) an den Flüssigkristall an. Der Anzeigezustand kann der eingeschaltete Zustand sein.
Fig. 47 zeigt noch ein weiteres Ansteuerungsverfahren. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschaltete Anzeigezustand oder ausgeschaltete Anzeige zustand in einer Selektionsperiode bestimmt wird.
In dem Orientierungszustand der Flüssigkristallmoleküle in Fig. 38 ändert sich die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle um R gegenüber der Schichtnormale, abhängig von der Polarität der Spannung. Zu dieser Zeit tritt ein Unterschied in der Änderung von R auf, abhängig von dem Orientierungsfilm und der Orientierungsbearbeitung, selbst wenn die Bedingungen der positiven und negativen Spannungen die gleichen sind. Dieses Phänomen ist insbesondere bemerkenswert in der Nähe der Elektroden. Dieses Phänomen bewirkt den Unterschied in der Schwellenspannung des Flüssigkristalls, wenn die Spannungen mit positiven und negativen Polaritäten an den Flüssigkristall angelegt werden.
Dementsprechend kann eine hervorragende Anzeige erreicht werden durch das Verschieben der Vorspannung in Fig. 39(b) von 0 auf ΔV innerhalb der Periode T&sub0; in Fig. 48. Hier illustriert dieses Beispiel den Fall, wo ein Flüssigkristall angesteuert wird, dessen Schwellenspannung der positiven Polarität größer als die der negativen Polarität ist.
V&sub0; und dergleichen sind so bestimmt, daß der Mittelwert innerhalb der Periode Ts 0 wird.
Die Ansteuerungsverfahren, die oben beschrieben wurden, können ebenso auf Flüssigkristallscheiben angewendet werden, die nicht bistabil sind.
Darüberhinaus kann die vorliegende Erfindung für optische Schalter zur Verwendung in Flüssigkristalldruckern und dergleichen eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung kann zur Herstellung einer Anzeige großer Kapazität herangezogen werden, da sie die Neuschreibzeit einer Bildfläche einer einzeiligen Selektionszeit abkürzen kann. Die vorliegende Erfindung kann Videosignale in Echtzeit darstellen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ändert sich während der Nicht-Selektionsperiode die optische Transmission des Flüssigkristalls nicht mit der angelegten Spannung an den Flüssigkristall, und die Schwankung der Transmission tritt folglich nicht auf. Da dies den Kontrast betrifft, läßt sich somit eine qualitativ hochwertige Flüssigkristallvorrichtung herstellen.

Claims

1. Ansteuerverfahren für die Flüssigkristallmatrix einer Flüssigkristallanzeige mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall zwischen X- und Y-Elektroden und mit Bildpunkten, die in Zeilen angeordnet sind, gekennzeichnet durch den Schritt,

daß eine Spannung einer Polarität gleichzeitig an alle oder einen Teil der Bildpunkte angelegt wird, um die Bildpunkte in einen ersten durchlässigen, stabilen Zustand zu bringen, bevor das Bild durch Änderung des lichtdurchlässigen Zustandes jedes Bildpunktes entsprechend der Anzeigesignale neu aufgebaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt, daß nach Initialisierung des lichtdurchlässigen Zustandes der besagten Bildpunkte eine Spannung mit anderer Polarität an jeden der besagten Bildpunkte angelegt wird, bei denen der lichtdurchlässige Zustand geändert werden muß, um ein Bild entsprechend der Anzeigesignale einer Zeilenansteuerung neu aufzubauen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Schritte,

daß eine Spannung einer Polarität gleichzeitig an eine oder mehrere Zeilen der besagten Bildpunkte angelegt wird, um die besagten Bildpunkte lichtmäßig in den EIN-Zustand zu bringen und

daß dann eine Spannung der anderen Polarität an jeden der besagten Bildpunkte angelegt wird, deren lichtdurchlässiger Zustand geändert werden muß, um ein Bild entsprechend der Anzeigesignale einer Zeilenansteuerung neu aufzubauen, so daß die besagten Bildpunkte lichtmäßig in einen AUS-Zustand gebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Schritte,

daß eine Spannung einer Polarität gleichzeitig an eine oder mehrere Zeilen der besagten Bildpunkte angelegt wird, um die besagten Bildpunkte lichtmäßig in den AUS-Zustand zu bringen und

daß dann eine Spannung der anderen Polarität an jeden der besagten Bildpunkte angelegt wird, deren lichtdurchlässiger Zustand geändert werden muß, um ein Bild entsprechend des Anzeigesignale einer Zeilenansteuerung neu aufzubauen, so daß die besagten Bildpunkte lichtmäßig in einen EIN-Zustand gebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch die Schritte,

daß an den Flüssigkristall eine Schreibspannung unter dem AUS-Sättigungswert Vwsat(AUS) angelegt wird, um den Flüssigkristall lichtmäßig in den AUS-Zustand zu bringen, oder eine Spannung unterhalb der ersten AUS- Schwellenvorspannung Vbth(AUS) des Flüssigkristalls, wenn der besagte erste Zustand lichtmäßig im EIN-Zustand ist und

daß an den Flüssigkristall eine Schreibspannung über dem EIN-Sättigungswert Vwsat(EIN) angelegt wird, um den Flüssigkristall lichtmäßig in den EIN-Zustand zu bringen, oder eine Spannung unterhalb einer zweiten EIN-Schwellenvorspannung Vbth(EIN) des Flüssigkristalls, wenn der besagte erste Zustand lichtmäßig im AUS-Zustand ist.

6. Ansteuervorrichtung für die Flüssigkristallmatrix einer Flüssigkristallanzeige mit ferroelektrischem Flüssigkristall zwischen X- und Y-Elektroden und mit Bildpunkten, die in Zeilen angeordnet sind, gekennzeichnet durch

eine erste Treibervorrichtung für das Anlegen einer Spannung einer Polarität gleichzeitig an alle oder einen Teil der besagten Bildpunkte, um die besagten Bildpunkte in einen ersten durchlässigen stabilen Zustand zu bringen und

eine zweite Treibervorrichtung für den Neuaufbau eines Bildes durch Änderung des lichtdurchlässigen Zustandes jedes der besagten Bildpunkte entsprechend der Anzeigesignale.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine zweite Treibervorrichtung für das Anlegen einer Spannung der anderen Polarität an jeden der besagten Bildpunkte, deren lichtdurchlässiger Zustand geändert werden muß, um ein Bild entsprechend der Anzeigesignale einer Zeilenansteuerung neu aufzubauen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet dadurch, daß die besagten Bildpunkte einer (N+1)ten Zeile durch die besagte erste Treibervorrichtung angesteuert werden, wenn die besagten Bildpunkte einer Nten Zeile durch die besagte zweite Treibervorrichtung angesteuert werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Vorrichtung umfaßt, um an die besagten Bildpunkte eine erste Treiberspannung (D, E, F, G in Fig. 29) für das Beibehalten des besagten lichtmäßigen AUS-Zustandes oder eine zweite Treiberspannung (C in Fig. 29) für das Invertieren des besagten lichtmäßigen AUS-Zustandes durch die besagte zweite Treibervorrichtung anzulegen, wenn die besagten Bildpunkte in den besagten lichtmäßigen AUS-Zustand durch die besagte erste Treibervorrichtung gebracht werden, und um die besagte erste Treiberspannung (G in Fig. 29) für das Beibehalten des besagten lichtmäßigen EIN-Zustandes oder eine dritte Treiberspannung (A, B in Fig. 29) für das Invertieren des besagten lichtmäßigen EIN-Zustandes durch die besagte zweite Treibervorrichtung anzulegen, wenn die besagten Bildpunkte in den besagten lichtmäßigen EIN-Zustand durch die besagte erste Treibervorrichtung gebracht werden.