DE3789674T2

DE3789674T2 - Schaltung zum Abgleichen von Kristalländerungen für Flüssigkristallanzeigegerät.

Info

Publication number: DE3789674T2
Application number: DE3789674T
Authority: DE
Inventors: Roger Green Stewart
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1986-01-16
Filing date: 1987-01-14
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2007-01-15
Also published as: KR960002381B1; EP0229716B1; KR870007443A; DE3789674D1; JPS62184438A; JPH067232B2; US4738514A; EP0229716A3; EP0229716A2

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Flüssigkristall- Anzeigegeräte (LCDs) und insbesondere auf eine Schaltung zur Kompensation von Änderungen in den charakteristischen Eigenschaften der Kristalle solcher Anzeigegeräte.
Die Verwendung von LCDs in Fällen, wo eine Sichtanzeige gefordert wird, wächst schnell. Wegen ihres geringen Leistungsverbrauchs und ihrer Wirtschaftlichkeit werden LCDs als Ersatz für Kathodenstrahlröhren (CRTs) für viele Anwendungen benutzt, die eine Sichtanzeige erfordern. Anders als CRTs zeigen
Flüssigkristalle eine schnelle Änderungen im Lichtausgang über einen schmalen Bereich von Treiberspannungen unmittelbar oberhalb einer Schwellenspannung. Die Bewahrung einer guten Grauabstufung in einer monochromatischen Anzeige oder der Farbgleichmäßigkeit in einer farbigen Anzeige erfordert jedoch eine genaue Steuerung der LCD-Treiberspannungen im Bereich der Schwellenspannung. Die Herstellung von Flüssigkristallen mit gleichmäßigen Eigenschaften ist ein Ziel, das mit vorhandener Technologie erreichbar ist. Die Charakteristiken von Flüssigkristallen hinsichtlich der Einschaltspannung ändern sich jedoch über die Zeit beträchtlich infolge von Faktoren wie Temperaturänderungen, Alterung, Dicke der Kristalle, u. a.. Wegen dieser Änderung in Charakteristiken ist es extrem schwierig, die Treiberspannungsschaltung an die Einschaltspannung der Kristalle anzupassen, selbst wenn die Kristalle innerhalb eines gegebenen Anzeigegerätes mit praktisch gleichen Einschaltcharakteristiken hergestellt sind. Die Schwierigkeit wird größer, wenn die Änderungen nicht permanent sind. Beispielsweise können Temperaturänderungen wesentliche Änderungen in den Kristalleigenschaften verursachen. Temperaturänderungen sind jedoch nicht permanent. Somit kann sich der Lichtausgang eines tragbaren LCD wesentlich verändern, wenn das Anzeigegerät von einer Umgebung in eine andere gebracht wird. Aus diesen Gründen besteht ein Bedarf an einem LCD mit einer Schaltung zum Kompensieren von Kristalländerungen.
Die EP-A-012479 offenbart eine Schaltung zum Kompensieren von Änderungen in den Anzeigekristallen eines Flüssigkristall- Anzeigegerätes (LCD), die eine Treiberspannungsschaltung enthält, welche folgendes aufweist: mindestens einen Referenzkristall mit einer ersten Kapazität und mindestens einen Fühlkristall, der eine sich von der ersten Kapazität unterscheidende zweite Kapazität hat und außerhalb der Sichtfläche des Anzeigegerätes angeordnet ist; eine vierseitige Schaltung, deren jede Seite einen Mittenpunkt hat und an Verbindungspunkten angeschlossen ist und welche die besagten Referenzkristalle und die besagten Fühlkristalle enthält, um ein Differenzsignal in Ansprache auf Charakteristikänderungen in den Fühlkristallen zu erzeugen, und eine Justierschaltung, die einen Differenzverstärker enthält, um das Differenzsignal zu empfangen und ein für dieses Differenzsignal repräsentatives Justiersignal zu erzeugen und dieses Justiersignal an die Treiberspannungsschaltung zu legen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltung zum Kompensieren von Änderungen in den Anzeigekristallen eines Flüssigkristall-Anzeigegerätes (LCD) geschaffen, die eine Treiberspannungsschaltung enthält, welche folgendes aufweist: mindestens einen Referenzkristall mit einer ersten Kapazität und mindestens einen Fühlkristall, der eine sich von der ersten Kapazität unterscheidende zweite Kapazität hat und außerhalb der Sichtfläche des Anzeigegerätes angeordnet ist; eine vierseitige Schaltung, deren jede Seite einen Mittenpunkt hat und an Verbindungspunkten angeschlossen ist und welche die besagten Referenzkristalle und die besagten Fühlkristalle enthält, um in Ansprache auf Charakteristikänderungen der Fühlkristalle ein Differenzsignal zu erzeugen; eine Justierschaltung, die einen Differenzverstärker enthält, um das besagte Differenzsignal zu empfangen und ein für dieses Differenzsignal repräsentatives Justiersignal zu erzeugen und dieses Justiersignal an die Treiberspannungsschaltung zu legen, dadurch gekennzeichnet, daß folgendes vorhanden ist: ein erster und ein zweiter Referenzkristall, die in Serie zwischen die Mittenpunkte zwei gegenüberliegender Seiten der vierseitigen Schaltung angeschlossen sind, um einen zentralen Verbindungspunkt zu bilden; einen ersten und einen zweiten Fühlkristall, deren jeder zwischen den zentralen Verbindungspunkt und den Mittenpunkt jeweils eines der anderen beiden Seiten der vierseitigen Schaltung angeschlossen ist, und eine Einrichtung zum Vorspannen der Fühlkristalle auf eine Kapazität, die im wesentlichen gleich der Kapazität der Referenzkristalle ist, die zwischen den jeweiligen Mittenpunkten und dem zentralen Verbindungspunkt angeordnet sind.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer Schaltung zum Kompensieren von Kristalländerungen in einem LCD;
Fig. 2 die mit der bevorzugten Ausführungsform erzielbare Schwellen- und Gammakorrektur des LCD;
Fig. 3 einen vereinfachten Teil eines LCD zur Veranschaulichung der Beziehung der zur Kompensation verwendeten Kristalle und der Kristalle der Anzeigefläche;
Fig. 4 nähere Einzelheiten von Spannungsreglern, die mit der Erfindung verwendet werden können.
Gemäß der Fig. 1 enthält eine Schaltung 10 zum Kompensieren der Änderungen von Kristallen in einem Flüssigkristall- Anzeigegerät 15 (Fig. 3) eine Fühlschaltung 12. Die Fühlschaltung 12 hat die Form einer Brückenschaltung, deren jeder Zweig ein für Spannung positiver Polarität empfindliches Übertragungsschaltglied 13 und ein auf Spannung negativer Polarität ansprechendes Übertragungsschaltglied 14 enthält. Die Übertragungsschaltglieder 13 und 14 in jedem der Zweige sind an Verbindungspunkte 16, 17, 18 und 19 angeschlossen.
Eine Vielzahl von Kompensationskristallen 21, 22, 23 und 24 sind mit einem an Masse liegenden Anschlußpunkt 26 und mit jeweils einem zugeordneten Knotenpunkt 16 bzw. 17 bzw. 18 bzw. 19 verbunden.
Gemäß der Fig. 3 sind die Kompensationskristalle 21 bis 24 außerhalb der Sichtfläche des LCD angeordnet, und sie werden dazu verwendet, Kapazitätsänderungen zu kompensieren, die an den Kristallen innerhalb des LCD infolge von Alterung, Temperaturänderungen, herstellungsbedingten Dickenunterschieden, usw. auftreten können. Die Kristalle 22 und 24 haben im wesentlichen die gleiche Kapazität CX wie die Kristalle innerhalb des LCD und dienen als Fühlpixel in der Kompensationsschaltung. Die Kapazität der Kristalle 21 und 23 ist um ein vorgewähltes Maß von z. B. 50% größer als diejenige der Fühlkristalle 22 und 24. Die Kristalle 21 und 23 dienen als Referenzkristalle in der Fühlschaltung. Der Kristall 22 wird über ein RC-Filter, das einen Widerstand 27, einen Kondensator 28 und die Kapazität CX des Kristalls enthält, vorgespannt. In ähnlicher Weise erhält der Fühlkristall 24 eine Vorspannung über ein RC-Filter, das einen Widerstand 29 und einen Kondensator 31 und die Kapazität CX des Kristalls enthält. Die Kapazität der Kondensatoren 28 und 31 ist viel größer als die Kapazität CX der Kristalle 22 und 24. Die an den Referenzkristall 21 gelegte Spannung wird über ein RC-Filter angelegt, das einen Widerstand 32, einen Kondensator 33 und die Kapazität des Kristalls enthält. Ein Kondensator 34 und ein Widerstand 36 bilden ebenfalls ein RC-Filter für den Referenzkristall 23. Die Kapazität der Kondensatoren 33 und 34 ist viel größer als die Kapazität der Kristalle 21 und 23. Ein Knoten 37 der Brückenschaltung 12 ist über eine Leitung 38 mit einem Eingang eines Differenzverstärkers 39 gekoppelt. Ein Knoten 41, der dem Knoten 37 direkt gegenüberliegt, ist über eine Leitung 42 mit einem anderen Eingang des Differenzverstärkers 39 verbunden. Die anderen beiden Knoten 43 und 44 der Brückenschaltung 12 liegen auf positiver bzw. negativer Vorspannung.
Der Ausgang des Differenzverstärkers 39 ist über Leitungen 46 und 48 mit dem Eingang eines Positivspannungsreglers 47 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 33 ist außerdem über die Leitung 46 und eine Leitung 49 mit dem Eingang eines Negativspannungsreglers 51 verbunden. Ein Inverter 52 empfängt Polaritätssteuersignale über eine Eingangsleitung 53. Das Polaritätssteuersignal wird über eine Leitung 54 als Steuereingang an den Positivspannungsregler 47 gelegt. Außerdem wird das Ausgangssignal des Inverters 52 über eine Leitung 56 als Steuereingangssignal an den Negativspannungsregler 51 gelegt. Ein Übertragungsschaltglied 57 empfängt über eine Leitung 58 das Ausgangssignal des Inverters 52. Ein weiteres Übertragungsschaltglied 59 empfängt über eine Leitung 61 das Polaritätssteuersignal. Die Übertragungsschaltglieder 57 und 59 können ein Transistortyp ähnlich wie die Schaltglieder 13 und 14 sein, wobei die Leitungen 58 und 61 an die Steuerelektroden der Transistoren angeschlossen sind. Wenn Übertragungsschaltglieder dieses Typs verwendet werden, haben beide Übertragungsschaltglieder 57 und 59 dieselbe Polarität und werden daher in Ansprache auf das auf der Leitung 53 gelieferte Polaritätssteuersignal abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Ein Verbindungspunkt 62 zwischen den Übertragungsschaltgliedern 57 und 59 ist über eine Leitung 63 mit den Filterwiderständen 27 und 29 gekoppelt. Die Ausgangsspannung des Negativreglers 51 ist über eine Leitung 64 mit dem Übertragungsschaltglied 57 und über eine Leitung 66 mit einem Eingang einer Treiberschaltung 67 gekoppelt. Die Ausgangsspannung des Positivreglers 47 ist über eine Leitung 68 mit dem Übertragungsschaltglied 59 und über eine Leitung 69 mit einem anderen Eingang der Treiberschaltung 67 gekoppelt.
Eine Ausgangsleitung 71 der Treiberschaltung 67 ist in bekannter Weise mit den Kristallen des LCD gekoppelt. Analogdaten, die sich von -V bis +V ändern, z. B. +5 Volt, werden, über eine Eingangsleitung 72 an die Treiberschaltung 67 gelegt. Die Leitung 72 ist mit den Steuerelektroden invertierender Übertragungsschaltglieder 73 und 74 gekoppelt. Die Übertragungsschaltglieder 73 und 74 haben entgegengesetzte Polarität. Somit ist das Schaltglied 73 leitend, wenn negative Analogdaten von der Leitung 72 ankommen, und das Schaltglied 74 ist leitend, wenn positive Analogdaten an die Leitung 72 gelegt werden. Die Ausgangsleitung 71 ist an einen Verbindungspunkt 76 zwischen den Übertragungsschaltgliedern 73 und 74 angeschlossen und ändert sich somit zwischen einer Plus- und einer Minusspannung V, entsprechend der Polarität des Signals auf der Eingangsleitung 72. Die Leitung 71 ist außerdem an einen Verbindungspunkt 77 zwischen entgegengesetzt gepolten invertierenden Übertragungsschaltgliedern 78 und 79 angeschlossen. Die Verbindungspunkte 76 und 77 sind elektrisch gekoppelt. Die Schaltglieder 73 und 78 sind in der gleichen Weise gepolt wie die Schaltglieder 74 und 79. Die Steuerelektroden der Übertragungsschaltglieder 78 und 79 sind mit der Eingangsleitung 72 gekoppelt. Die Schaltglieder 78 und 79 sind über die Eingangsleitung 69 bzw. 66 mit dem Positivspannungsregler 47 bzw. dem Negativspannungsregler 51 gekoppelt. Somit wird die Spannung auf der Ausgangsleitung 71 durch die Regler 47 und 51 in Übereinstimmung mit der Polarität des Signals auf der Eingangsleitung 72 justiert.
Kurz gesagt entwickeln die Kompensationskristalle 21 bis 24 in Ansprache auf Änderungen in den Fühlkristallen 22 und 24 ein Differenzsignal quer über die Fühlschaltung 12. Das Differenzsignal wird an eine Justierschaltung gelegt, die den Differenzverstärker 39, die Regler 47 und 51 und die Übertragungsschaltglieder 57 und 59 enthält. Die Justierschaltung erzeugt ein Justiersignal, welches das Ausgangssignal auf der Leitung 71 der Treiberschaltung 67 justiert und außerdem die Vorspannung an den Fühlkristallen 22 und 24 justiert. Das Justiersignal führt jeweils zu einem Neuabgleich der Fühlschaltung 12, und die Änderungen der Kristallcharakteristiken werden kompensiert.
Im Betrieb werden entweder alle positiven Übertragungsschaltglieder 13 oder alle negativen Übertragungsschaltglieder 14 jeweils gleichzeitig eingeschaltet, synchron mit der Polarität des Polaritätssteuersignals auf der Leitung 53. Die Referenzkristalle 21 und 23 werden so vorgespannt, daß sie im ausgeschalteten Zustand minimaler Kapazität gehalten werden. Die Fühlkristalle 22 und 24 werden durch die Spannungsregler 47 und 51 über die Übertragungsschaltglieder 57 und 59 und die Leitung 63 abwechselnd positiv und negativ vorgespannt. Dieses Vorspannen der Fühlkristalle 22 und 24 bewirkt, daß ihre Gesamtkapazität gleich derjenigen der Referenzkristalle 21 und 23 ist. Wenn die positiven Übertragungsschaltglieder 13 in den Zweigen der Brückenschaltung 12 leitend sind, sind die Kompensationskristalle 21 und 24 mit dem positiven Knoten 43 verbunden und werden positiv geladen. Gleichzeitig sind die Kompensationskristalle 22 und 23 mit dem negativen Knoten 44 verbunden und werden negativ geladen. Wenn die negativen Übertragungsschaltglieder 14 in den Zweigen der Brückenschaltung 12 leitend gemacht werden, werden der Referenzkristall 21 und der Fühlkristall 22 mit dem Knoten 37 verbunden. Außerdem werden der Referenzkristall 23 und der Fühlkristall 24 mit dem Knoten 41 verbunden. Wenn die Kapazität der Fühlkristalle gleich derjenigen der Referenzkristalle ist, ist die resultierende Gesamtspannung zwischen jedem der Knoten 37 und 41 und dem Masseanschluß 26 gleich Null, und der Differenzverstärker 39 empfängt keine Referenzspannung und erzeugt keine Ausgangsspannung auf der Leitung 46. Jedoch sind Änderungen in den Charakteristiken der Fühlkristalle 22 und 24 infolge Temperaturänderungen, Alterung, usw. im wesentlichen die gleichen wie diejenigen der Kristalle innerhalb der Sichtfläche des LCD. Wenn eine Änderung der Kristallcharakteristik erfolgt, ist die Kapazität der Fühlkristalle 22 und 24 anders als diejenige der Referenzkristalle 21 und 23. Unter dieser Bedingung existiert, wenn die Übertragungsschaltglieder 14 leitend gemacht werden und die Kristalle mit den Knoten 37 und 41 verbinden, eine Differenzspannung zwischen den Knoten 37 und 41 und Masse. Diese Spannung wird an den Differenzverstärker 39 gelegt, der ein Ausgangssignal auf der Leitung 46 erzeugt. Die Ausgangsspannung auf der Leitung 46 wird an die Spannungsregler 47 und 51 gelegt, gemäß der Polarität des Polaritätssteuersignals auf der Leitung 53, um zu bewirken, daß sich die Spannung auf der einen oder der anderen Leitung 66 oder 69 ändert und zu einer Änderung in der Treiberspannung auf der Ausgangsleitung 71 der Treiberschaltung 67 führt. Die Regler 47 und 51 ändern außerdem die Vorspannung der Fühlkristalle 22 und 24, wegen der über die Übertragungsschaltglieder 57 und 59 führenden Verbindung zu den Fühlkristallen. Somit wird die Kapazität der Kristalle so justiert, daß die Brückenschaltung 12 im Einklang mit den geänderten Bedingungen neu abgeglichen wird, bis ein weiterer Neuabgleich wegen einer weiteren Änderung der Kristallcharakteristiken erforderlich wird.
Fig. 2 zeigt, wie die Spannungsschaltung Kapazitätsänderungen der Kristalle im LCD kompensiert. Die Abszisse ist die Spannung auf der Ausgangsleitung 71 der Treiberschaltung 67, und die Ordinate ist die an die Eingangsleitung 72 gelegte Eingangsspannung. Die Kurve 81 beschreibt die Ausgangsgröße auf der Leitung 71 für ein negatives analoges Eingangssignal auf der Eingangsleitung 72, mit einem Schwellenwert von nominell -1,8 Volt für die Kristalle des LCD. Die Kurve 82 ist eine Kurve mit dem nominellen Schwellenwert von +1,8 Volt für positives Eingangssignal an der Leitung 72. Die Kurve 83 zeigt, wie die erfindungsgemäße Schaltung die Kurve 82 verschiebt, wenn der Schwellenwert der Kristalle des LCD um 0,6 Volt auf +2,4 Volt steigt, infolge einer Temperaturänderung oder einer Änderung irgendeiner anderen Kristallcharakteristik. Mit der Erfindung verschiebt, wenn das Anzeigegerät auf die Temperatur zurückkehrt, die vor der Verschiebung existierte, die erfindungsgemäße Schaltung die Schwellenspannung zurück auf den Nominalwert von +1,8 Volt.
Die Fig. 4 zeigt den Regler 51 in näheren Einzelheiten. Der Regler enthält vier Übertragungsschaltglieder 84, 85, 86, 87. Das Polaritätssteuersignal wird über die Leitung 56 an die Steuerelektrode des Übertragungsschaltgliedes 84 gelegt. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 39 wird über die Leitung 49 an die Steuerelektrode des Übertragungsschaltgliedes 86 gelegt. Wenn das Polaritätssteuersignal auf der Leitung 56 niedrig ist, dann wird der Regler aktiviert, und das Signal auf den Leitungen 64 und 66 wird geregelt. Wenn das Polaritätssteuersignal auf der Leitung 56 hoch ist, werden die Leitungen 64 und 66 auf das negativste Potential geklemmt, z. B. auf -5 Volt. Der Positivregler 47 gleicht dem Negativregler 51, jedoch ist bei ihm die Polarität der Übertragungsschaltglieder entgegengesetzt derjenigen des Negativreglers 51. Die Regler 47 und 51 können von einem Typ sein, wie er im US-Patent 4 061 962 beschrieben ist, das am 6. Dezember 1977 auf den Namen Stewart ausgegeben wurde.

Claims

1. Schaltung (10) zum Kompensieren von Änderungen in den Anzeigekristallen eines Flüssigkristall-Anzeigegerätes (LCD) (15), mit einer Treiberspannungsschaltung (67), die folgendes aufweist:

mindestens einen Referenzkristall (21, 23) mit einer ersten Kapazität (1,5 CX) und mindestens einem Fühlkristall (22, 24), der eine sich von der ersten Kapazität unterscheidende zweite Kapazität (CX) hat und außerhalb der Sichtfläche des Anzeigegerätes angeordnet ist;

eine vierseitige Schaltung (12), deren jede Seite einen Mittenpunkt hat und an Verbindungspunkten angeschlossen ist und welche die Referenzkristalle und die Fühlkristalle enthält, um ein Differenzsignal in Ansprache auf Charakteristikänderungen in den Fühlkristallen zu erzeugen;

eine Justierschaltung (39, 47, 51), die einen Differenzverstärker (39) enthält, um das Differenzsignal zu empfangen und ein für dieses Differenzsignal repräsentatives Justiersignal zu erzeugen und dieses Justiersignal an die Treiberspannungsschaltung zu legen, dadurch gekennzeichnet, daß folgendes vorhanden ist:

ein erster und ein zweiter Referenzkristall (21, 23), die in Serie zwischen Mittenpunkte zweier gegenüberliegender Seiten der vierseitigen Schaltung angeschlossen sind, um einen zentralen Verbindungspunkt (26) zu bilden;

ein erster und ein zweiter Fühlkristall (22, 24), deren jeder zwischen den zentralen Verbindungspunkt und den Mittenpunkt jeweils einer der beiden anderen Seiten (16, 18) der vierseitigen Schaltung angeschlossen ist, und

eine Einrichtung zum Vorspannen der Fühlkristalle auf eine Kapazität, die im wesentlichen gleich der Kapazität der Referenzkristalle ist, welche zwischen den jeweils zugeordneten Mittenpunkten und dem zentralen Verbindungspunkt angeordnet sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seite der vierseitigen Schaltung (13) ein auf positive Spannung ansprechendes (13) und ein auf negative Spannung ansprechendes (14) Übertragungsschaltglied enthält, die auf gegenüberliegenden Seiten der Mittenpunkte angeordnet sind.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (CX) der Fühlkristalle (21, 23) im wesentlichen gleich der Kapazität der Flüssigkristalle (15) im Anzeigegerät ist und daß die Kapazität (1,5 CX) der Referenzkristalle (22, 24) gleich ungefähr dem 1,5-fachen der besagten Kapazität der Fühlkristalle ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vorspannen der Fühlkristalle RC-Filter (27-31) enthält.