DE3787660T2

DE3787660T2 - Steuergerät.

Info

Publication number: DE3787660T2
Application number: DE87102204T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Inaba; Hiroshi Inoue; Yoshiyuki Osada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-02-17
Filing date: 1987-02-17
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2007-02-18
Also published as: DE3787660D1; US4930875A; ES2044845T3; EP0237809A2; EP0237809A3; US5034735A; EP0237809B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät für eine optische Modulationseinrichtung des Typs, bei dem ein Kontrast abhängig von einem angelegten elektrischen Feld unterscheidbar ist, insbesondere für eine ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtung
Flache Einbauanzeigeeinrichtungen wurden und werden in aller Welt aktiv weiterentwickelt. Unter diesen ist eine Anzeigeeinrichtung, die ein Flüssigkristall verwendet, im kommerziellen Gebrauch voll akzeptiert, wenn sich die Anzeigeeinrichtung auf kleine Abmessungen beschränkt. Es war jedoch sehr schwer, eine Anzeigeeinrichtung zu entwickeln, die ein solch hohes Auflösungsvermögen und eine so große Bildfläche hat, daß sie eine CRT (Kathodenstrahlröhre) mit Mitteln eines konventionellen Flüssigkristallsystems ersetzen kann, zum Beispiel solche, die eine TN- (verdrillte nematische Kristallanordnung) oder DS- (dynamische Streuung) Betriebsart verwenden.
Um die Nachteile bekannter Flüssigkristalleinrichtungen zu vermeiden, ist von Clark and Lagerwall (z. B. japanische Offenlegungsschrift JP-A-56-107216, U.S. Patent Nr. US-A- 4367924 u.s.w) die Verwendung einer Flüssigkristalleinrichtung vorgeschlagen worden, die Bistabilität aufweist. Da ferroelektrische Flüssigkristalle mit chiraler smektischer C- Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) Bistabilität aufweisen, werden diese Flüssigkristalle allgemein benutzt.
Ein Steuergerät für eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeige ist aus der Schrift GB-A-2141279 bekannt, die Matrixelektroden aufweist, die gebildet sind aus Rasterelektroden und sich mit den Rasterelektroden kreuzend angeordneten Signalelektroden. An jedem Kreuzungspunkt der Raster- und Signalelektroden wird abhängig von der Richtung eines an den Kreuzungspunkt angelegten elektrischen Feldes ein Kontrast unterschieden. Die Rasterelektroden sind mit einer Rasteransteuerung und die Signalelektroden mit einer Signalansteuerung verbunden. In einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeige dieser Schrift sind wenigstens zwei Schreib- oder Signalanlegephasen erforderlich, um eine Zeile von Pixeln zu schreiben. Genauer gesagt wird in ein einer Schreibperiode zum Einschreiben einer Zeile von Pixeln, die ein ferroelektrisches Flüssigkristall beinhalten, eine "Weiß"- Schreibphase zur Herstellung eines Anzeigezustandes (als Beispiel wird ein "Weiß"-Anzeigezustand angenommen, der auf dem ersten stabilen Zustand des ferroelektrischen Flüssigkristalls basiert, und es ist eine "Schwarz"-Schreibphase erforderlich, um einen Anzeigezustand herbeizuführen (es wird ein "Schwarz"-Anzeigezustand angenommen), der auf dem zweiten stabilen Zustand basiert.
Außerdem ist es notwendig, daß ein Spannungssignal zur Ausrichtung des ferroelektrischen Flüssigkristalls in den ersten stabilen Zustand und ein Spannungssignal zur Ausrichtung des Flüssigkristalls in den zweiten stabilen Zustand, wie oben beschrieben, gleichermaßen entgegengesetzte Polaritäten aufweisen muß.
Um selektiv "Weiß" oder "Schwarz" in eine Zeile von Pixeln zu schreiben, werden folglich zwei Rastersignal-Ahlegephasen erforderlich entsprechend der beiden Schreibphasen, und außerdem müssen die beiden Rastersignale untereinander entgegengesetzte Polarität (hinsichtlich eines Bezugspotentials) haben.
Beim Ansteuern einer herkömmlichen Flüssigkristalleinrichtung des TN-Typs werden Pixel einer Zeile in einer Schreibphase geschrieben, und außerdem wird ein TN- Flüssigkristall von einer Wechsel-Effektivwert-Spannung angesteuert, so daß die Ansteuerung mit einer relativ einfachen Schaltung erfolgen kann.
Im Gegensatz hierzu sind bei der Ansteuerung einer ferroelektrischen Flüssigkristalleinrichtung wenigstens zwei Schreibphasen zum Einschreiben einer Pixelzeile erforderlich, und das "Weiß"-Schreibsignal und das "Schwarz" -Schreibsignal müssen untereinander entgegengesetzter Polarität aufweisen, wie oben beschrieben, so daß verglichen mit einer Ansteuerschaltung für eine herkömmliche TN-Flüssigkristall-Einrichtung ein komplizierter Schaltungsaufbau erforderlich wird. Die Ansteuerschaltung für ein ferroelektrisches Flüssigkristall erfordert folglich eine große Anzahl von Treiber-ICs (integrierte Schaltkreise), und auch eine große Anzahl von Verbindungspunkten zwischen den ICs und der ferroelektrischen Flüssigkristalleinrichtung sind erforderlich. Folglich ist solch eine Treiberschaltung für eine ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtung dafür verantwortlich, daß sie teuer ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuergerät zu schaffen, das verbesserte Umschalteigenschaften der Rastersignalspannungen aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Steuergerät mit einem einfachen Schaltungsaufbau zu schaffen, der an die Erfordernisse einer ferroelektrischen Flüssigkristalleinrichtung angepaßt ist.
Gemäß der Erfindung werden diese Aufgaben von einem Steuergerät für eine ferroelektrische Flüssigkristall- Flachanzeige mit Matrixelektroden, die gebildet sind aus Rasterelektroden und sich mit den Rasterelektroden kreuzend angeordneten Signalelektroden, wobei ein Kontrast an jedem Kreuzungspunkt von Rasterelektroden und Signalelektroden abhängig von der Richtung eines an den Kreuzungspunkt angelegten elektrischen Feldes unterscheidbar ist, wobei die Rasterelektroden mit einer Rasteransteuerschaltung und die Signalelektroden mit einer Signalansteuerschaltung verbunden sind, dadurch gelöst, daß die Rasteransteuerschaltung einen Steuersignal-Spannungserzeuger einerseits mit einem ersten Signalspannungserzeuger, der eine Rasterauswahl-Signalspannung erzeugt und der einen Frequenzteiler zur Frequenzteilung eines Taktsignals ein Schieberegister zur Verzögerung des Ausgangssignals des Frequenzteilers sowie einer Ausgabeschaltung, die Spannungsquellen entgegengesetzter Polarität zur Verfügung stellt, um die Ausgangssignale des Schieberegisters als Rasterausgangssignal an einen ersten Bus zu liefern, und andererseits mit einem zweiten Signalspannungserzeuger, der eine Raster-Nichtwahl-Signalspannung an einen zweiten Bus liefert, mit einem Umschaltorgan zur selektiven Ausgabe des Rasterauswahlsignals oder des Raster-Nicht-Wahlsignals an eine Rasterelektrode und mit einem Umschaltsignalerzeuger zur Ausgabe eines Umschaltsteuersignals an das Umschaltorgan.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Steuergerätes nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Aufsicht auf eine Matrixelektrodenanordnung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 3 stellt Ansteuer-Kurvenformen dar, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines Rasteransteuergerätes der vorliegender Erfindung;
Fig. 5 stellt einen Ansteuer-Kurvenformerzeuger dar;
Fig. 6 zeigt deren zeitlichen Verlauf;
Fig. 7 ist eine Zeittafel für ein Steurergerät nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 stellt ein dynamisches Schieberegister dar, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 9 zeigt eine zugehörige Zeittafel;
Fig. 10A ist ein äquivalentes Schaltbild eines Inverters;
Fig. 10B ist eine Aufsicht auf dessen Auslegung;
Fig. 10C stellt Eingangs- und -Ausgangskennlinien des Inverters dar;
Fig. 11 ist ein Blockschaltbild, das ein anderes Steuergerät nach der Erfindung darstellt;
Fig. 12 ist eine Zeittafel dafür; und
Fig. 13 und 14 sind schematische perspektivische Ansichten, die ein in der vorliegenden Erfindung verwendeten ferroelektrischen Flüssigkristall veranschaulichen.
Ein optisches Modulationsmaterial, das in einer optischen Modulationseinrichtung verwendet wird, auf das die vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise anwendbar ist, kann ein Material sein, das in der Lage, einen unterscheidbaren Kontrast hervorzubringen durch Anzeigen wenigstens eines ersten optisch stabilen Zustandes (angenommen zum Beispiel einen "Hell"-Zustand) sowie eines zweiten optisch stabilen Zustandes (angenommen zum Beispiel einen "Dunkel"-Zustand) abhängig von einem angelegten elektrischen Feld, vorzugsweise ein Material, das in Abhängigkeit vom angelegten elektrischen Feld Bistabilität zeigt, und insbesondere ein Flüssigkristall, das diese Eigenschaften zeigt.
Bevorzugte, Bistabilität aufweisende Flüssigkristalle, die in einem Steuergerät nach der Erfindung verwendbar sind, sind smektische, insbesondere chirale smektische, ferroelektrizitätaufweisende Flüssigkristalle. Unter ihnen sind chirale smektische C(SmC*)-, H(SmH*)-, I(SmI*)-, F(SmF*)- oder G(SmG*) -Phasenflüssigkristalle dafür geeignet. Diese ferroelektrischen Flüssigkristalle sind beispielsweise beschrieben in ("LE JOURNAL DE PHYSIQUE LETTERS", 36 (L-69), 1975, "ferroelectric Liquid Crystals"; "Applied Physics Letters" 36 (11), 1980, "Submicro Second Bistable Electrooptic Switching in Liquid Crystals", "Kotai Butsuri (Solid State Physics)" 16 (141), 1981, "Liquid Crystal", etc. Die in diesen Veröffentlichungen beschriebenen ferroelektrischen Flüssigkristalle können in der vorliegenden Erfindung werden.
Genauer gesagt, sind Beispiele ferroelektrischer Flüssigkristallzusammensetzungen im erfindungsgemäßen Gerät Decyloxybenzyliden-p'-Amino-2-Methylbutyl-Zinnamat (DOBAMBC), Hexyloxybenzyliden-p'-Amino-2-Chloropropylzinnamat (HOBACPC), 4-o-(2-Methyl)-Butylresorcyliden-4'-Octylanilin (MBRA8), usw.
Wenn eine Einrichtung aus diesen Materialien zusammengesetzt ist, kann die Einrichtung mit einem Kupferblock usw. gehalten werden, in den ein Heizgerät eingebettet ist, um die Temperaturbedingungen herzustellen, die die Flüssigkristalle in einer SmC*-, SmH*-, SmI*-, SmF*- oder SmG*-Phase voraussetzen.
In Fig. 13 ist ein Beispiel einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle schematisch dargestellt. Die Bezugszeichen 131a und 131b bedeuten Substrate (Glasplatten), auf die eine durchsichtige Elektrode, zum Beispiel In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, ITO (Indium-Zinn-Oxid) aufgetragen werden kann. Ein Flüssigkristall von einer SmC*-Phase, in der Flüssigkristallmolekularschichten 132 senkrecht zur Oberfläche der Glasplatten stehen, ist zwischen diesen luftdicht angeordnet. Ein Vollstrich 133 zeigt Flüssigkristallmoleküle. Jedes Flüssigkristallmolekül 133 hat ein Dipolmoment (P ) 132 senkrecht zur Achse. Wenn zwischen den auf den Substraten 131a und 131b geformten Elektroden ein Spannung oberhalb eines gewissen Schwellwertes anliegt, wird eine schraubenförmige Struktur der Flüssigkristallmoleküle 133 abgewickelt oder freigelassen, um die Axialausrichtung der jeweiligen Flüssigkristallmoleküle 133 zu wechseln, so daß die Dipolmomente (P ) 134 alle in Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet sind. Jedes der Flüssigkristallmoleküle 133 hat eine längliche Gestalt und zeigt lichtbrechende Anisotropie zwischen seiner langen und seiner kurzen Achse. Folglich ist leicht zu verstehen, daß, wenn beispielsweise Polarisatoren in einer Nicol-Kreuzbeziehung stehen, daß heißt, sich mit ihrer Polarisationsrichtung gegenseitig auf den oberen und unteren Oberflächen der Glasplatten kreuzen, die auf diese Weise angeordnete Flüssigkristallzelle wie eine Flüssigkristallmodulationseinrichtung funktioniert, deren optische Eigenschaften sich abhängig von der Polarität einer angelegten Spannung ändern. Wenn des weiteren die Schichtdicke der Flüssigkristallzelle hinreichend dünn ist (z. B. 1 Mikrometer), ist die schraubenförmige Struktur der Flüssigkristallmoleküle ohne Anlegen eines elektrischen Feldes abgewickelt, wobei die Dipolmomente einen von zwei Zuständen einnehmen, das heißt, Pa in eine obere Richtung 144a oder Pb in eine untere Richtung 144b, wie es Fig. 14 zeigt. Wenn ein elektrisches Feld Ea oder Eb, wobei die Felder über einem gewissen Schwellwert liegen und in ihrer Polarität voneinander unterschieden sind, wie in Fig. 14 dargestellt, an eine Zelle mit dem oben genannten Eigenschaften angelegt wird, dann wird das Dipolmoment abhängig vom Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb entweder in die obere Richtung 144a oder in die untere Richtung 144b gerichtet. In Übereinstimmung damit werden die Flüssigkristallmoleküle entweder in den ersten stabilen Zustand 143a (Hell-Zustand) oder in einen zweiten stabilen Zustand 143b (Dunkel-Zustand) gebracht.
Wenn das oben genannte ferroelektrische Flüssigkristall als ein optisches Modulationselement verwendet wird, ist es möglich, zwei Vorteile zu erlangen. Erstens ist die Ansprechgeschwindigkeit ganz schnell. Zweitens zeigt die Ausrichtung der Flüssigkristalle Bistabilität. Dieser zweite Vorteil wird später erklärt werden, z. B. anhand von Fig. 14. Wenn das elektrische Feld Ea an den Flüssigkristallmolekülen anliegt, werden diese zum ersten stabilen Zustand 143a gerichtet. Dieser Zustand wird stabil beibehalten, selbst wenn das elektrische Feld Eb weggenommen wird. Solange die Stärke des anliegenden elektrischen Feldes Ea oder Eb nicht über einem gewissen Schwellwert liegt, bleiben die Flüssigkristallmoleküle in dem entsprechenden Richtungszustand. Um in effizienter Weise hohe Ansprechgeschwindigkeit und Bistabilität zu erreichen, ist die Schichtdicke der Zelle so dünn wie möglich und allgemein zwischen 0,5 und 20 mm stark, insbesondere 1 bis 5 mm. Eine elektrooptische Flüssigkristalleinrichtung mit einer Matrixelektrodenstruktur, die ein ferroelektrisches Flüssigkristall des oben beschriebenen Typs verwendet, ist beispielsweise von Clark und Lagerwall im US-Patent Nr. US-A-4,367,924 beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Steuergerätes für eine ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtung (im folgenden wird der Begriff "ferroelektrisches Flüssigkristall" gelegentlich als "FLC" abgekürzt). Genauer gesagt, enthält eine Steuereinheit für eine Flüssigkristallanzeige 11 eine Rasteransteuerschaltung 12 und eine Signalansteuerschaltung 13. Die Rasteransteuerschaltung 12 liefert Rastersignale S&sub1;, S&sub2;, . . . , und die Signalansteuerschaltung 13 liefert Datensignale D&sub1;, D&sub2;, . . . , wie in Fig. 3 dargestellt. Die Adressen der Rasteransteuerschaltung 12 und der Signalansteuerschaltung 13 werden entsprechend von einem Adressendecoder 14 bestimmt. Des weiteren werden Spaltendaten 16 von einer CPU 15 gelenkt und an die Signalansteuerschaltung 13 geleitet.
Fig. 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Matrixfeld 21, das eine Anzahl (in) von Rasterelektroden 22 (S&sub1;, . . . Sm) und einer Anzahl (n) von Signalelektroden 33 (D&sub1;, . . . Dn) mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall (nicht dargestellt) als schichtweise dazwischen angeordnetes optisches Modulationsmaterial umfaßt. Die Rasterelektroden 22 werden sequentiell in der Reihenfolge von S&sub1;, S&sub2;, S&sub3;, . . . , Sm ausgewählt. Des weiteren wird nach Auswahl einer Rasterelektrode die Signalelektrode 23 (D&sub1;, . . . Dn) entsprechend mit zu Bilddaten gehörenden Signalen versorgt. Fig. 3 stellt ein Beispiel von an die Elektroden S&sub1;, S&sub2;, D&sub1; und D&sub2; angelegten Signalen dar, die einen in Fig. 2 dargestellten Anzeigezustand bewirken, wobei ein Pixel bei S&sub1;, S&sub2;, D&sub1; und D&sub2; in "Schwarz" angezeigt wird (in der Figur als "B" bezeichnet), was auf dem zweiten stabilen Zustand der ferroelektrischen Flüssigkristalle basiert, ein Pixel am Schnittpunkt S&sub1;-D&sub2; wird in "Weiß" angezeigt (in der Figur durch "W" bezeichnet) aufgrund des ersten stabilen Zustandes der ferroelektrischen Flüssigkristalle, und Pixel in Schnittpunkt S&sub2;-D&sub1; und S&sub2;-D&sub2; werden beide in "Schwarz" angezeigt. Aus Fig. 3 wird deutlich, daß in einer Periode der Phasen 1-2-3 ein Schwarzsignal B und ein Weißsignal W ein an Pixel einer ausgewählten Rasterzeile S&sub1; bei Phase 2 selektiv angelegt werden, um in die Pixel der Rasterzeile S&sub1; einzuschreiben. Bei Phase 1 wird eine die erste Schwellwertspannung Vth1 überschreitende Spannung von 3V an alle Pixel der Rasterzeile S&sub1; angelegt, wobei alle Pixel aufgrund des ersten stabilen Zustands der FLC in "Weiß" geschrieben werden. In Phase 2 wird ein mit Schwarzsignal B angesteuertes Pixel mit einer den zweiten Schwellwert Vth2 überschreitenden Spannung von -3V versorgt, um aufgrund des zweiten stabilen Zustands in "Schwarz" umzukehren, während ein mit "Weiß" angesteuertes Pixel mit einem Weißsignal W, das mit einer den zweiten Schwellwert nicht überschreitenden Spannung von -V angesteuert wird, um den aus Phase 1 resultierenden "Weiß"-Anzeigezustand so beizubehalten, wie er ist. Des weiteren sind die Signale +-V in Phase 3 solche, die den in der Phase 2 geschriebenen Anzeigezustand der Pixel nicht verändern und werden benutzt, um ein Übersprechphänomen nicht aufkommen zu lassen, das durch ein ständig an einem Pixel anliegenden Datensignal verursacht wird, zum Beispiel, wenn durch eine Signalelektrode andauernd an einem Pixel ein Weißsignal W anliegt. In dieser Ausführung ist das in Phase 3 angelegte Signal vorzugsweise von einer Polarität, die der Polarität in Phase 2 hinsichtlich ihres Bezugspotentials entgegengesetzt ist.
Folglich werden die eingeschriebenen Zustände der Pixel einer Zeile durch die oben genannte Phase 2 bestimmt, und durch sequentielles Wiederholen des Arbeitsablaufs der Phasen 1-2-3 einschließlich der Phase 2 wird Zeile für Zeile ein vollständig geschriebenes Bild erzeugt. In dieser Ausführung wird der Spannungswert V vorgegeben, um beim FLC die folgenden Verhältnisse mit der ersten Schwellwertspannung Vth1 zum Einstellen des ersten stabilen Zustands (Weiß) und der zweiten Schwellwertspannung Vth2 zum Einstellen des zweiten stabilen Zustands (Schwarz), d. h. 3V > Vth1 > V und -3V < Vth2 < -V.
Wie zuvor beschrieben, werden das "Weiß"-Signal W (-V) und das "Schwarz"-Signal B (+V) mit unterschiedlichen Polaritäten im FLC-Feld in einer einzelnen Rastersignalphase, daß heißt in Phase 2, an die Signalelektroden 23 angelegt.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des Steuergerätes zum Erzeugen der zuvor erwähnten Rastersignale S&sub1;, S&sub2; . . . .
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des Steuergerätes zum Erzeugen der zuvor erwähnten Rastersignale S&sub1;, S&sub2;, . . . . Das Steuergerät ist mit einem Steuersignal-Spannungserzeuger 41 ausgestattet, der eine Rasterauswahlspannung (A) und eine Raster-Nichtwahl-Signalspannung (E) erzeugt, mit einem Umschaltsignalerzeuger 42, der ein Umschalt-(Zeit)- Steuersignal erzeugt, und mit einem Umschaltorgan 43, das periodisch und sequentiell eine Rasterauswahl für die Rasterelektroden liefert.
Der Steuersignal-Spannungserzeuger 41 enthält einen Signalspannungserzeuger 413, der eine Rasterauswahl-Signalspannung (A) erzeugt, wie unter (A) in Fig. 7 dargestellt, und ein Raster-Nichtwahl-Signalerzeuger, der eine Raster- Nichtwahl-Signalspannung (E) wie unter (E) in Fig. 7 dargestellt erzeugt, die beide mit einem Rasterauswahl-Signalbus 411 bzw. 412 verbunden sind. Die beiden Busse 411 bzw. 412 sind mit einem Umschaltorgan 43 verbunden. Fig. 5 zeigt im einzelnen Schaltungsanordnungen des Rasterauswahl-Signalerzeugers 413 und des Raster-Nichtwahl-Signalerzeugers 414. Grundlegende Taktsignale aus einem Taktgeber 40 werden an ein Schieberegister 52 durch einen Frequenzteiler 51 geliefert. Fig. 6 zeigt eine Zeittafel für diese Schaltung.
Der Umschaltsignalerzeuger 42 enthält ein Schieberegister 421 und Inverter In&sub1;, In&sub2;, . . . , die mit dem Schieberegister verbunden sind. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Schieberegisters 421 ist in Fig. 8 dargestellt. Das in Fig. 8 dargestellte Schieberegister ist ein dynamisches Schieberegister, das Inverter enthält. Ein Zeitablaufsignal Vin wird als Eingangssignal eingespeist.
Fig. 9 zeigt eine Zeittafel für das Eingangssignal Vin, ein Taktsignal Φ&sub1;, ein Taktsignal Φ&sub2;, ein Signal an Punkt I, ein Signal an Punkt II (Ausgang der ersten Stufe, entsprechend dem mit "1st bit out"), einem Signal an Punkt III, und einem Signal an Punkt IV, das dem Eingangssignal Vin entspricht. Fig. 9 zeigt, daß der Eingangsimpuls bei jeden Zyklus des Taktsignals auf eine nachfolgende Stufe geschoben werden. Das Taktsignal 1 stimmt überein mit einem vom Taktgeber 40 in Fig. 4 ausgegebenen Signal, und das Taktsignal 2 wird durch dessen Invertierung gewonnen. In der vorliegenden Erfindung wird die Arbeitsfrequenz des Schieberegisters 421 endgültig durch die Rasterfrequenz (Bildfrequenz) der Flachanzeige 21 und der Anzahl der Pixel bestimmt, so daß ein dynamisches Schieberegister mit weniger Elementen und angepaßt an eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung vorzugsweise verwendet wird gegenüber einem statischen Schieberegister, das viele Elemente aufweist.
In Fig. 8 bezeichnet ein gestrichelt umrahmter Block einen ersten Block 81 eines Schieberegisters, VD bezeichnet eine Vorsorgungsspannung und VS bezeichnet 0V (Masse). Ein Lasttransistor 82 und Treibertransistoren 83, 84 und 85 in jedem Block können einen Dünnfilmhalbleiter enthalten, der ein nichtkristallines Silizium, ein polykristallines Silizium, CdSe oder ZnSe als Halbleiter verwenden.
Fig. 10A zeigt eine äquivalente Schaltung eines Signalinverters 101, der als einer der Inverter In&sub1;, In&sub2;, . . . in dem Umschaltsignalerzeuger 22 verwendet wird; Fig. 10B ist eine Aufsicht, die dessen Ausführung darstellt; und Fig. 10C veranschaulicht die Verhältnisse zwischen den Eingangs- und Ausgangssignalen der Schaltung. In Fig. 10A bezeichnet VSS 0V (Massezustand), und VDD bezeichnet eine Versorgungsspannung. In dem Inverter kann ein Ausgangssignal (T) aus dem Schieberegister 421 von einem Lasttransistor 101 gesteuert werden, sowie ein Ansteuertransistor 102, der ein Umschalt- Zeitsignal Vuut bereitstellt. Der Lasttransistor 101 hat ein Gate 1011 und eine Source 1012, die durch ein Kontaktloch 1013 kurzgeschlossen sind, sowie ein Drain 1014, das mit einer Source 1021 des Ansteuertransistors 102 durch ein Kontaktloch 1015 verbunden ist.
Der Ansteuertransistor 102 hat ein Gate 1022, an das ein Signal (C) angelegt wird, und ein Drain 1023 ist mit VSS verbunden. Die gestrichelten Abschnitte in Fig. 10B enthalten Dünnfilmhalbleiter, in der Art von nichtkristallinem Silizium, polykristallinem Silizium, CsSe oder ZnSe.
Wenn das Signal (C) von der Ausgangsstufe (Punkt II, Punkt IV, . . . ) im H-Zustand ist (H-Pegel; bedeutet "1"), dann sind die Transistoren Tr&sub1;, Tr&sub3;, . . . , Tr2m-1 (m:Anzahl der Rasterzeilen) im Umschaltorgan 43 ausgewählt, eine Kurvenform (A) von einem Rasterauswahl-Signalbus 411 an die Rasterelektroden anzulegen. Andererseits, wenn das Signal (C) aus den Ausgangsstufen (Punkt II, Punkt IV, . . . ) im L-Zustand ist (L-Pegel; bezeichnet "0"), dann werden die Transistoren Tr&sub2;, Tr&sub4;, . . . , Tr2m ausgewählt, eine Signalkurvenform (E) vom Raster-Nichtwahl-Bus 412 an die Rasterelektroden anzulegen. Die oben genannten Transistoren Tr&sub1;, Tr&sub2;, . . . können auch als Dünnfilmtransistoren aus nichtkristallinem Silizium gefertigt sein oder aus polykristallinem Silizium, CdSe, ZnSe usw. Fig. 7 zeigt zeitserielle Kurvenformen, die zu dieser Zeit an die Rasterzeilen S&sub1;, S&sub2;, . . . angelegt werden.
Wie sich aus Fig. 7 erklärt, wird, wenn ein Ausgangssignal C (C&sub1;, C&sub2;, . . . ) seinen H-Pegel einnimmt, ein Rasterauswahlsignal mit einer Signalkurvenform (A), das die Phasen 1-2-3 aufweist, aufeinanderfolgend an dem Rastersignal zugeführt. Andererseits wird den Rasterzeilen, die in der Zeit der Nichtwahl liegen, ein Raster-Nichtwahl-Signal mit einer Kurvenform (E) zugeführt, wie die Ausgangssignale C (C&sub1;, C&sub2;, . . . ) bei L-Pegel.
Auf diese Weise wird in dem Umschaltsignalerzeuger 42 ein Zeitsignal Vin seriell an das Schieberegister 421 angelegt, welches von den Impulsen aus dem Taktgeber 40 gesteuert wird; und wird umgesetzt in Zeitimpulse für eine Rasterzeile, und die Zeitimpulse können in jeder Rasterperiode verschoben werden (z. B., in dem die Phasen 1-2-3 enthalten sind). Da der oben erwähnte Impuls mit H-Pegel im Verlauf der Zeit sequentiell verschoben wird, funktionieren die Inverter In&sub1;, In&sub2;, . . . folglich so, daß sie die Transistoren Tr&sub1;, Tr&sub2;, . . . sequentiell an den Rasterauswahl-Signalbus 411 schalten, wobei ein Rasterauswahlsignal sequentiell an die Rasterelektroden 22 angelegt wird.
In dem Steuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung können die Transistoren Tr&sub1;, Tr&sub2;, . . . , die in dem oben genannten Umschaltorgan 43 verwendet werden, die Inverter In&sub1;, In&sub2;, . . . , die in dem Umschaltsignalerzeuger 42 verwendet werden sowie die Transistoren des Schieberegisters 421 aus MOS- oder MIS FET-Transistoren zusammengesetzt sein, und diese Transistoren können als Dünnfilmtransitoren auf einem Glassubstrat aufgebracht sein durch Verwendung eines Halbleitermaterials wie zum Beispiel nichtkristallines Silizium, polykristallines Silizium CdSe oder ZnSe. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann letztlich ein Anzeigegerät mit weniger Teilen und weniger Verbindungen vorbereitet werden, in dem das Umschaltorgan 43, der Umschaltsignalerzeuger 42, der Rasterauswahl-Signalbus 411 und der Raster-Nichtwahl-Bus 412 auf einem einzigen Glassubstrat aufgebracht werden, das eine FLC-Flachanzeige 21 bildet und diese mit dem Signalspannungserzeuger 413 verbindet, mit dem Raster- Nichtwahl-Erzeuger 440 und dem Taktgeber 40 sowie externen Schaltungen.
Im Steuergerät nach der vorliegenden Erfindung ist es des weiteren möglich, das Umschaltorgan 43 und den Umschaltsignalerzeuger 42 auf einem einzigen Glassubstrat aufzubringen und beide mit einer ferroelektrischen Flüssigkristalleinrichtung durch Bonden oder durch Verwendung von anisotroper Leitkleber zu verbinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät geschaffen mit einfacher Schaltungsstruktur für eine Rasteransteuerschaltung zur Lieferung eines Rastersignals, das wenigstens zwei Signalphasen aufweist, und das in den beiden Phasen untereinander unterschiedliche Polaritäten hinsichtlich eines Bezugspotentials aufweist. Im Ergebnis kann die Anzahl der ICs, die in dem Ansteuergerät verwendet werden, vermindert werden, und die Herstellkosten eines Anzeigegerätes können minimiert werden.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Steuergerätes nach der vorliegenden Erfindung. Das Steuergerät in Fig. 11 zeichnet sich besonders aus durch einen Signalerzeuger 112, der ein Umschaltsteuersignal erzeugt. Der Umschaltsteuersignalerzeuger beinhaltet (a) einen Serienparallel-Umsetzer und (b) eine Matrixschaltung mit einer Vielzahl von Schaltgliedern, die in eine Vielzahl von Blöcken eingeteilt sind, wobei die Schaltglieder eines jeden Blockes mit einer gemeinsamen Steuerleitung verbunden sind und wobei die Ausgangssignale vom Serien-Parallel-Umsetzer auf die betreffenden Blöcke verteilt werden.
Genauer gesagt, ist Fig. 11 ein Blockschaltbild eines Steuergerätes zur Erzeugung der oben genannten Rastersignale S&sub1;, S&sub2; . . . . Das Steuergerät enthält einen Steuersignal- Spannungserzeuger 41, der im wesentlichen mit dem in Fig. 4 dargestellten übereinstimmt, zur Erzeugung einer Auswahl- Signalspannung (A) und einer Raster-Nichtwahl-Spannung (E); einen Umschaltsteuersignalerzeuger 112, der ein Zeitsignal zur Umschaltung erzeugt, sowie ein Umschaltorgan 43, das im wesentlichen mit dem in Fig. 4 dargestellten übereinstimmt, zur periodischen und sequentiellen Belieferung der Rasterelektroden mit einer Rasterauswahl-Signalkurvenform.
Der Umschaltsteuersignalerzeuger 112 enthält einen Serien-Parallelumsetzer in der Art eines Schieberegisters 1121, mit dem eingegebene serielle Daten Vin&sub1; einer Serien- Parallel-Umsetzung unterworfen werden; einer Matrixschaltung 1122 sowie Invertern Inv.1, Inv.2, . . . , die, die Funktion haben, abhängig von einem Zeit- oder Umschaltsteuersignal aus der Matrixschaltung 1122 ein Umschaltsignal zu erzeugen.
Das Schieberegister 1121 kann ein dynamisches Schieberegister sein, wie es schon anhand Fig. 8 beschrieben ist. Der Taktgeber 40 in Fig. 11 ist im wesentlichen derselbe wie der Taktgeber 40 in Fig. 4.
Die Matrixschaltung 1121 wird nun anhand Fig. 11 und Fig. 12 beschrieben, wobei Fig. 12 die Zeittafel dafür bildet. Der Einfachheit halber wird ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem die gesamte Bitzahl rasterseitig (Anzahl der Rasterzeilen) in gleich 16 ist, die S&sub1;, S&sub2;, . . . , S&sub1;&sub6; einschließt, und die Anzahl der Einteilungen (Anzahl von Blöcken) ist 4.
In der Matrixschaltung 1122 sind 16 Bits in vier Blöcke (BLOCK 1, 2, 3 und 4) mit je 4 Bits und Schaltglieder 1125 (1125a1-1125a4, 1125b1-1125b5, 1125c1-1125c4 und 1125d1- 1125d4) übereinstimmend mit den betreffenden Bits eingerichtet, so daß sie gemeinsam blockweise mit einer der Steuerleitungen 1124 (1124a, 1124b, 1124c, und 1124d) verbunden sind.
Die oben genannten Schaltglieder 1125 können gemäß der vorliegenden Erfindung aus MOS- oder MIS- Feldeffektransistoren, insbesondere Dünnfilmtransistoren, gebildet sein, so daß jede der Signalleitungen 1124 gemeinsam mit den Gates zugehöriger Dünnfilmtransistoren verbunden ist.
Die Source-Anschlüsse der Schalttransistorelemente jedes Blockes sind der Reihe nach mit den Ausgangsstufen des Schieberegisters 1121 verbunden, um so eine Matrix zu bilden. Beispielsweise ist die Ausgangsleitung der ersten Stufe des Schieberegisters 1121 gemeinsam an den Transistor 1125a1 in Block 1, den Transistor 1125b1 in Block 2, den Transistor 1125c1 in Block 3 und den Transistor 1125d1 in Block 4 angeschlossen. In derselben Weise sind die Ausgangsleitungen der zweiten, dritten und vierten Stufe des Schieberegisters 1121 gemeinsam an die Transistoren (1125a2, 1125b2, 1125c2 und 1125d2), (1125a3, 1125b3, 1125c3 und 1125d3) bzw. (1125a4, 1125b4, 1125c4 und 1125d4) in den betreffenden Blöcken angeschlossen; wie schon gesagt, sind des weiteren die Transistoren jedes Blockes gemeinsam an eine der Steuerleitungen 1124a bis 1124d angeschlossen, an die Gate- Einschaltimpulse, wie unter G1, G2, G3 und G4 in Fig. 12 dargestellt, sequentiell aus den Anschlüssen G1, G2, G3 bzw. G4 angelegt werden. Andererseits sind die Drain-Anschlüsse der Schalttransistoren 1125 der Reihe nach mit den Invertern verbunden. Die ausgegebene Zeit eines gateaktivierenden Impulses wird in diesem Beispiel um ΔT der vom Schieberegister 1121 ausgegebenen Zeit verschoben. Es ist vorzuziehen, daß die Periode ΔT der Periode mit einer Rasterphase während einer Horizontal-Rasterperiode übereinstimmt.
Fig. 12 ist eine Zeittafel für die betreffenden Signale auf der Grundlage der Taktsignale 40, in die eingeschlossen sind die Ausgangssignale des Schieberegisters 1121, die Ausgangssignale der Steuerleitungen (gateaktivierende Impulse G&sub1;, G&sub2;, G&sub3;, G&sub4;) und die Ausgangssignale an die Rasterzeilen S&sub1;-S&sub1;&sub6;. In Fig. 12 entspricht "L" (L-Pegel) und "H" (H-Pegel) den logischen Pegeln "0" bzw. "1".
Wie in Fig. 12 dargestellt, wird in der vorliegenden Erfindung ein Rasterauswahlsignal (A) sequentiell an die Rasterzeilen S&sub1;, S&sub2;, S&sub3; . . . , S&sub1;&sub6; in einer Bildperiode angelegt. Die Ausgangssignale der Schieberegister 1122 können von einer Matrixschaltung 1122 ausgegeben werden, so daß eine zeilensequentielle Auswahl, wie in Fig. 12 dargestellt in einer Bildperiode ausgeführt werden können. Genauer gesagt, werden einer Periode, in der ein Gate G&sub1; für eine Steuerleitung 1124 aktiviert ist, die Rasterzeilen S&sub1;-S&sub4; sequentiell ausgewählt, um ein Rasterauswahlsignal anzulegen. Zu dieser Zeit werden die Gates G&sub2;-G&sub4; aktiviert gehalten. Dann werden die Gates G&sub2;-G&sub4; sequentiell aktiviert, und die Rasterzeilen S&sub5;, S&sub6; . . . , S&sub1;&sub6; werden sequentiell ausgewählt, um eine Rasterauswahl-Signalkurvenform (A) anzulegen. Ein Zyklus des Taktgebers 40 entspricht einer horizontalen Rasterperiode.
Des weiteren ist es möglich, in dem in Fig. 11 dargestellten Gerät das Umschaltorgan 43 und den Umschalt- Steuersignalerzeuger 112 auf ein einziges Glassubstrat auf zutragen und diese durch Drahtkontaktierung oder durch Anwendung eines anisotropen, leitfähigen Klebers mit einer ferroelektrischen Flüssigkristalleinrichtung zu verbinden.
Im obigen Ausführungsbeispiel des Steuergerätes ist eine Ausführung der Matrixschaltung 1122 erläutert, die in vier Blöcke geteilte 16-Bit-Signalleitungen umfaßt. Jedoch ist die Anzahl der Blöcke und die Anzahl der Signalleitungen nicht hierauf beschränkt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Gesamtzahl der in der Rasteransteuerschaltung eingesetzten Schalttransistoren verringert werden. Genauer gesagt enthält das Umschaltorgan 43 zwei Elemente pro Rasterleitung; der Umschaltsteuersignalerzeuger enthält zwei Elemente in einem Inverter; und das dynamische Schieberegister enthält sechs Elemente für einen Ausgang. Auf diese Weise werden insgesamt zehn Schalttransistorelemente für eine Rasterleitung benötigt, wobei die Blockeinteilung der Rasterzeilen nicht eingeschlossen ist. Demzufolge enthält die in Fig. 2 dargestellte Zelle Matrixelektroden, bei denen m=n=1.000; die Rasterzeilenansteuerung benötigt (2+2+6) · 1000 = 10.000 Elemente, das heißt 10 · Schalttransistoren. Im Gegensatz dazu können gemäß der vorliegenden Erfindung bei Bit Rasterzeilen mit einer Teilung der -Bit-Rasterzeilen in Blöcke aus 5m+6m/k Schalttransistoren gebildet sein. Beispielsweise werden im genannten Fall bei m=1000 und k=4 nur 6500 Schalttransistoren insgesamt benötigt. Außerdem steht ein Steuergerät mit einfachem Schaltungsaufbau zur Verfügung, das angepaßt ist an eine Einrichtung, die ein unterschiedliche Polaritäts- Spannungssignale verwendendes Schreibschema mit einem positiven Polaritätssignal und einem negativen Polaritätssignal hinsichtlich eines Bezugspotentials verwendet. Folglich kann die Anzahl benutzter ICs im Steuergerät vermindert, und die Herstellkosten des Anzeigegerätes können gesenkt werden.

Claims

1. Steuergerät für eine ferroelektrische Flüssigkristall- Flachanzeige mit Matrixelektroden, die gebildet sind aus Rasterelektroden (22) und sich mit den Rasterelektroden kreuzend angeordneten Signalelektroden (23), wobei ein Kontrast an jedem Kreuzungspunkt aus Rasterelektroden (22) und Signalelektroden (23) abhängig von der Richtung eines an den Kreuzungspunkt angelegten elektrischen Feldes unterscheidbar ist,

wobei die Rasterelektroden (22) mit einer Rastersteuerschaltung (12) und

die Signalelektroden (23) mit einer Signalansteuerschaltung (13) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteransteuerschaltung (12) einen Steuersignal- Spannungserzeuger (41) enthält, der einerseits ausgestattet ist mit einem ersten Spannungserzeuger (413), der eine Rasterauswahl-Signalspannung erzeugt und der einen Frequenzteiler (51) zur Frequenzteilung eines Taktsignals, ein Schieberegister (52) zur Verzögerung des Ausgangssignals des Frequenzteilers (51) sowie eine Ausgabeschaltung, die Spannungsquellen entgegengesetzter Polarität zur Verfügung stellt, um die Ausgangssignale des Schieberegisters (52) als Rastersignal an einen zweiten Bus (411) zu liefern, und der andrerseits ausgestattet ist mit einem zweiten Signalspannungserzeuger (414), der eine Raster- Nichtwahl-Signalspannung an einen zweiten Bus (412) liefert,

mit einem Umschaltorgan (43) zur selektiven Ausgabe des Rasterauswahlsignals oder des Raster-Nichtwahl-Signals an eine Rasterelektrode und mit einem Umschaltsignalerzeuger (42) zur Ausgabe eines Umschaltsteuersignals an das Umschaltorgan (43).

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltsignalerzeuger (42) ein Umschaltsteuersignal zur sequentiellen Ausgabe des Rasterauswahlsignals an die Rasterelektroden erzeugt.

3. Steuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltorgan (43) einen Transistor enthält.

4. Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor in dem Umschaltorgan (43) ein Feldeffekttransistor ist.

5. Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor ein Dünnfilmtransistor ist.

6. Steuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilmtransistor einen Halbleiterfilm aus nichtkristallinem Silizium, polykristallinem Silizium, CdSe oder ZnSe enthält.

7. Steuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltorgan (42) ein Schieberegister (421) und einen Inverter (In1, . . , Inm) beinhaltet.

8. Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (421) ein dynamisches Schieberegister ist.

9. Steuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltsignalerzeuger (42, 122) einen Serien-Parallel-Umsetzer (1121) und eine Matrixschaltung (1122) beinhaltet, die eine Vielzahl von in eine Vielzahl von Blöcken aufgeteilte Schaltglieder enthält, wobei die Schaltglieder in jedem Block gemeinsam mit einer Steuerleitung (1124) verbunden sind und wobei die Ausgangssignale vom Serien-Parallel- Umsetzer (1121) auf die betreffenden Blöcke verteilt werden.