DE4312633A1 - Ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung und Verfahren zum Ansteuern derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung, bei der die Einbrenn- und Zurückschalteffekte eines ferroelektrischen Flüssigkristalles verhindert werden können, und ein Verfahren zum Ansteuern der ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung.

Eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung umfaßt üblicherweise mehrere Ansteuerelektroden, mehrere Informationselektroden, welche die Ansteuerelektroden unter einem vorbestimmten Winkel kreuzen, einen ferroelektrischen Flüssigkristall, der zwischen den Ansteuerelektroden und den Informationselektroden liegt, Mittel zum sequentiellen Ansteuern (Selektieren) einer der Abtastelektroden, um einen Rücksetzimpuls (Reset) an diese ausgewählte Ansteuerelektrode anzulegen, Mittel zum sequentiellen Ansteuern einer der Informationselektroden, um Informationen mittels Impulsen einzuschreiben und Mittel zur Synchronisation der Ansteuerung der Ansteuer- und Informationselektroden, die gewährleisten, daß eine Schreiboperation jedesmal dann durchgeführt wird, wenn eine Ansteuerelektrode angesteuert wird.

Als ein typisches Verfahren zum Ansteuern solcher ferroelektrischer Flüssigkristallanzeigevorrichtungen ist ein Ansteuerverfahren bekannt, das im US-Patent Nr. 4 367 924 beschrieben ist. Bei diesem Ansteuerverfahren wird eine Spannungsmittelwertbildung angewandt, um helle und dunkle Zustände auf einen Schirm durch zweifaches Abtasten des Schirmes zu schreiben. Bei diesem Ansteuerverfahren ist es aber erforderlich, den Schirm zweimal abzutasten, um ein Schirmbild zu schreiben, und es sind noch Verbesserungen beim Ansteuerspielraum (Fenster, Margin) möglich.

Verschiedene Ansteuerverfahren wurden ausgehend von dem oben beschriebenen Ansteuerverfahren vorgeschlagen, und es wurden auch zahlreiche Verbesserungen, wie Verbesserungen im Ansteuerspielraum und Verkürzungen der Schreibperiode, gemacht. Beispielsweise ist in der deutschen Patentanmeldung P 40 17 893.5 ein Ansteuerverfahren beschrieben, bei dem - wenn die Schaltzeit des Flüssigkristalles gleich angenommen wird - die Abtastzeit auf die Hälfte der im obigen US-Patent genannten Zeit reduziert werden kann, d. h. helle und dunkle Zustände eines Schirmbildes können mit einer einzigen Abtastung geschrieben werden.

Bei diesem Ansteuerverfahren wird zunächst eine Ansteuerelektrode auf einen vorbestimmten Zustand (d. h. einen Rücksetzzustand geschaltet, bevor sie angesteuert wird, und diese Ansteuerelektrode wird dann nach einer vorbestimmten Zeit angesteuert. Fig. 3 zeigt Wellenformen von Ansteuerimpulsen, die an Pixel angelegt werden, und optische Veränderungen in den Pixeln, wenn solche Ansteuerimpulse bei dem Ansteuerverfahren nach der deutschen Patentanmeldung angelegt werden. Fig. 3(a) ist eine Wellenform der angelegten Ansteuerimpulse, wenn die Pixel auf den hellen Zustand gesetzt werden; Fig. 3(b) ist eine Wellenform der angelegten Ansteuerimpulse, wenn die Pixel auf den dunklen Zustand gesetzt werden. Das Symbol P₁ bezeichnet einen Rücksetzimpuls; P₂ einen Auswahlimpuls; bzw. P₃ einen Halb-Auswahlimpuls. In jener Periode, wo die Auswahlimpulse P₂ angelegt werden, wird bestimmt, ob die Pixel auf den hellen oder den dunklen Zustand gesetzt werden, und es wird eine Vorspannung für den Halb-Auswahlimpuls P₃ so bestimmt, daß sie den Anzeigezustand nicht invertiert. Fig. 3(c) zeigt die optische Veränderung der Pixel, wenn die in Fig. 3(a) gezeigten Ansteuerimpulse angelegt werden, und Fig. 3(d) zeigt die optische Veränderung der Pixel, wenn die in Fig. 3(b) gezeigten Ansteuerimpulse angelegt werden.

Die in den Fig. 3(a) bzw. 3(b) angegebenen Ansteuerimpulse werden auf Grundlage von grundlegenden Spannungswellenformen gebildet, die in Fig. 4 gezeigt sind. X_R in Fig. 4 bezeichnet eine Wellenform einer Rücksetzspannung, die an eine anzusteuernde Abtastelektrode angelegt wird; X_S eine Wellenform einer an eine gemeinsame Elektrode angelegten Auswahlspannung; X_nS und PAUSE eine Wellenform einer nicht-ausgewählten Spannung und einer an eine Abtastelektrode angelegten Pause; Y_B eine Wellenform einer dem dunklen Zustand entsprechenden Spannung, die an eine Informationselektrode angelegt wird; bzw. Y_Ww eine Wellenform einer dem hellen Zustand entsprechenden Spannung, die an eine Informationselektrode angelegt wird. Die wie in den Fig. 3(a) und 3(b) gezeigten, an die Pixel angelegten Ansteuerimpulse werden erzeugt, indem diese Spannungen in entsprechender Weise mit analogen Schaltelementen durchgeschaltet werden.

Im Falle des Ansteuerverfahrens gemäß der zitierten deutschen Patentanmeldung werden die Pixel, wenn der Rücksetzimpuls P₁ an eine Ansteuerelektrode angelegt wird, auf den dunklen Zustand gesetzt, und die Pixel, welche selektiv in den hellen Zustand angesteuert werden, werden durch den Rücksetzimpuls P₁ für eine vorbestimmte Periode auf den dunklen Zustand gesetzt, bevor sie durch den Auswahlimpuls P₂, wie in den Fig. 3(a) und 3(c) gezeigt, in den hellen Zustand geschaltet werden. Umgekehrt werden jene Pixel, welche selektiv in den dunklen Zustand gesteuert werden sollen, kurzzeitig in den hellen Zustand geschaltet, und zwar nur wenn der Rücksetzimpuls P₁ angelegt und im wesentlichen, wie in den Fig. 3(b) und 3(d) gezeigt, im dunklen Zustand gehalten wird. Somit wird die gleiche Ansteuerspannung periodisch an solche Pixel angelegt, sofern sich nicht das Bild ändert, und es tritt keine optische Veränderung im Zustand der Pixel auf. Wie oben erklärt, nehmen die Pixel, wenn ein Auswahlimpuls angelegt wird, nur für eine sehr kurze Periode einen dem aktuellen Zustand entgegengesetzten Zustand ein und kehren dann, nach dieser 1-Impuls-langen Periode, wieder in den Ausgangszustand zurück. Es ist zu beachten, daß, wenn sich der Anzeigezustand nicht ändert, der entgegengesetzte Anzeigezustand nur innerhalb einer sehr kurzen Periode auftritt.

Ferroelektrische Flüssigkristalle zeigen eine spontane Polarisation. Dies ist ein Effekt, bei dem durch das Anlegen einer Spannung an den Flüssigkristall ein Polarisationsstrom herbeigeführt wird und anschließend ein Polarisationszustand bestehen bleibt, auch wenn die Spannung entfernt wird. Das heißt, es wird eine Polarisation in dem ferroelektrischen Flüssigkristall am Ort jenes Pixels erzeugt, der durch eine angelegte Spannung gerade auf irgendeinen Zustand gesetzt wird, und es wird ein elektrisches Feld im Inneren des Flüssigkristalles erzeugt, welches dieser Polarisation entspricht. Mit anderen Worten liegt am ferroelektrischen Flüssigkristall in einem Pixel immer eine Gleichspannung an, deren Richtung abhängig vom Anzeigezustand ist. Ein solches inneres elektrisches Feld bewirkt, daß Ionen in dem ferroelektrischen Flüssigkristall wandern, und daß ein entgegengesetztes elektrisches Feld erzeugt wird, welches das innere elektrische Feld schwächt. In dem Fall, wo eine ausreichende Anzahl von Ionen vorhanden ist, wird das innere elektrische Feld vollständig aufgehoben, und im Inneren des ferroelektrischen Flüssigkristalles besteht kein elektrisches Feld.

Ein Effekt wie oben beschrieben kann also in jedem Pixel einer Anzeigevorrichtung auftreten, in der ein ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet wird. Dementsprechend verändern die Pixel, wenn ein Schaltimpuls an die Pixel angelegt wird, den Anzeigezustand von einem Zustand zum anderen aufgrund einer intensiven Wechselwirkung zwischen dem durch die Schaltimpulse erzeugten elektrischen Feld und dem durch die Polarisation erzeugten Dipol. Eine solche Änderung des Anzeigezustandes ist im allgemeinen in der Größenordnung von 100 µs abgeschlossen. Danach, wenn das Anlegen der Schaltimpulse abgeschlossen ist, kehren die Flüssigkristallmoleküle aufgrund des von den Ionen erzeugten inneren elektrischen Feldes in ihren Ausgangszustand zurück. Das heißt, die Ionen können sich in der Größenordnung von 100 µs nicht bewegen und bleiben in einer solchen Position, daß sie Polarisation erzeugen. Im Ergebnis sind die Flüssigkristallmoleküle, weil das von den Ionen erzeugte elektrische Feld ohne jegliche signifikante Änderung sogar nach dem Verschwinden der Schaltimpulse bestehen bleibt, jenem umgekehrten elektrischen Feld ausgesetzt, das von den Ionen erzeugt wird, und kehren in den Ausgangszustand zurück (dieser Effekt wird "Zurückschalten" genannt).

Andererseits zeigt ein Flüssigkristallmolekül, wenn es denselben Zustand über eine lange Zeitspanne annimmt, keinerlei Veränderung seines Zustandes, sogar wenn ein Schaltimpuls angelegt wird (dies wird als "Einbrenneffekt" bezeichnet). Die kritische Zeitspanne, nach der Flüssigkristallmoleküle noch keinen Einbrenneffekt zeigen, hängt von der Art des speziellen Flüssigkristalles ab. Insbesondere Flüssigkristalle, die eine intensive spontane Polarisation zeigen, tendieren dazu, einen Einbrenneffekt zu zeigen. Dies wird auf die Auswirkungen innerer elektrischer Felder oder Ionen auf die Flüssigkristallmoleküle zurückgeführt, insbesondere auf jene Flüssigkristallmoleküle, welche sich direkt an der Oberfläche eines Orientierungsfilmes befinden.

Wie oben erklärt, weist die herkömmliche ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung Nachteile auf, als ein Einbrenneffekt im ferroelektrischen Flüssigkristall in jenen Bereichen auftreten kann, die für eine bestimmte Zeitdauer einen Schwarz- oder Weißzustand einnehmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, dieses Problem zu lösen, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu schaffen, welche keine Einbrenn- und Zurückschalteffekte zeigt, und ein Verfahren zum Ansteuern derselben zu schaffen.

Um das oben genannte Ziel zu erreichen, enthält eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zwei Substrate, von denen zumindest eines transparent ist, zwei Elektroden, die auf den Substraten ausgebildet sind, von denen zumindest eine transparent ist, und einen ferroelektrischen Flüssigkristall, der zwischen den beiden Elektroden liegt und so angesteuert wird, daß jeder Abschnitt des ferroelektrischen Flüssigkristalles den Anzeigezustand in jeder vorbestimmten Periode ändert.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung: mehrere Ansteuerelektroden; mehrere Informationselektroden, welche die Ansteuerelektroden unter einem vorbestimmten Winkel kreuzen; einen ferroelektrischen Flüssigkristall, der zwischen den Ansteuerelektroden und den Informationselektroden liegt; Mittel zum sequentiellen Ansteuern einer Ansteuerelektrode, um einen Rücksetzimpuls an diese ausgewählte Ansteuerelektrode anzulegen; Mittel zum sequentiellen Ansteuern einer Informationselektrode, um Informationen mittels Impulsen einzuschreiben und Mittel zur Synchronisation der Ansteuerung der Ansteuer- und Informationselektroden, die gewährleisten, daß eine Schreiboperation für jede Auswahl einer Ansteuerelektrode durchgeführt und so gesteuert wird, daß die Polarität des Rücksetzimpulses in jeder vorbestimmten Periode invertiert ist.

Im Betriebszustand verändert der ferroelektrische Flüssigkristall seinen Anzeigezustand in jeder vorbestimmten Periode. Aus diesem Grund wird beispielsweise der Rücksetzimpuls an die Ansteuerelektroden angelegt, um deren Polarität in jeder vorbestimmten Periode zu ändern. Im Ergebnis invertieren die Pixel vorübergehend ihr Anzeigezustände, wodurch die Einbrenn- und Zurückschalteffekte des ferroelektrischen Flüssigkristalles verhindert werden.

Um ein Verfahren zum Ansteuern des Flüssigkristalles zu finden, so daß die in einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung auftretenden Einbrenn- und Zurückschalteffekte verhindert werden, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen Versuch durchgeführt, um das Verhältnis der Anzeigezeit eines ferroelektrischen Flüssigkristalles von 1:1 zu 0:1 zu verändern, während der Anzeigezustand abwechselnd zwischen einem hellen und einem dunklen Zustand hin- und hergeschaltet wurde, indem ein bipolarer Impuls an den ferroelektrischen Flüssigkristall angelegt wurde. Dieser Versuch hat gezeigt, daß es zum Unterdrücken der Einbrenn- und Zurückschalteffekte - ohne irgendeinen Einfluß auf den Anzeigezustand auszuüben - ausreichend ist, eine Periode vorzusehen, in welcher der Anzeigezustand des Flüssigkristalles von einem Zustand zum anderen umgeschaltet wird. Das heißt es wurde für möglich gefunden, die Einbrenn- und Zurückschalteffekte zu unterdrücken, indem der Anzeigezustand des ferroelektrischen Flüssigkristalles für eine vorbestimmte Zeitspanne von einem Zustand zu anderen geändert wird, oder indem, im Falle von ferroelektrischen Flüssigkristallen, welche mehrere verschiedene Zustände einnehmen können (beispielsweise kann eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die einen Orientierungsfilm aus schräg aufgedampftem SiO verwendet, zumindest 3wertige Anzeigezustände einnehmen, und der ferroelektrische Flüssigkristall mit kurzer Ganghöhe der Helix (pitch), der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 38623/91 (deutsche Patentanmeldung Nr. 39 20 625.4) beschrieben ist, kann eine Vielzahl von Zuständen einnehmen) der Anzeigezustand solcher Flüssigkristalle auf einen der Mehrzahl von Zuständen geändert wird.

Die vorliegende Erfindung beruht auf den oben beschriebenen Erkenntnissen. Fig. 1 veranschaulicht die Wellenform von an Pixel angelegten Ansteuerimpulsen bei einem ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigeverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und die optischen Veränderungen in den Pixeln, wenn solche Ansteuerimpulse daran angelegt werden. Fig. 1(a) zeigt eine Wellenform von Ansteuerimpulsen zum Schreiben von Pixeln auf den hellen Zustand; Fig. 1(b) eine Wellenform von Ansteuerimpulsen zum Schreiben von Pixeln auf den dunklen Zustand; Fig. 1(c) die optische Veränderung in den Pixeln, wenn die in Fig. 1(a) gezeigten Ansteuerimpulse daran angelegt werden; und Fig. 1(d) die optische Veränderung in den Pixeln, wenn die in Fig. 1(b) gezeigten Ansteuerimpulse daran angelegt werden.

Wie anhand der Fig. 1(a) und 1(b) verständlich wird, ist bei der vorliegenden Erfindung die Polarität eines Rücksetzimpulses P₁, der in einem Rahmen angelegt wird, der Polarität eines Rücksetzimpulses O₁, entgegengesetzt, welcher im nächsten Rahmen angelegt wird. Das heißt, daß wie in Fig. 1(a) gezeigt in dem Falle, wo Pixel auf den hellen Zustand geschrieben werden, ein Pixel, wenn der Rücksetzimpuls P₁ an die Pixel angelegt wird, für eine vorbestimmte Zeitspanne auf den dunklen Zustand gesetzt wird, bevor ein Auswahlimpuls P₂ an die Pixel angelegt wird, um sie auf den hellen Zustand zu setzen. Im nächsten Rahmen wird der Rücksetzimpuls P₂₁ mit einer Polarität entgegengesetzt zu jener des Rücksetzimpulses P₁ an die Pixel angelegt. Die Pixel werden vorübergehend in den dunklen Zustand geschaltet, und anschließend kehren sie in den hellen Zustand zurück. Die Pixel verändern nicht ihre Zustände, sogar wenn ein Halbauswahlimpuls P₃ daran angelegt wird. Andererseits werden sie, wenn es erforderlich ist, die Pixel auf den dunklen Zustand zu setzen, wenn der in Fig. 1(b) gezeigte Rücksetzimpuls P₁ an die Pixel angelegt wird, vorübergehend auf den hellen Zustand gesetzt, und sie behalten den dunklen Zustand bei, sogar wenn der Halb-Auswahlimpuls P₃ nach einer vorbestimmten Zeit daran angelegt wird. Beim nächsten Bildaufbau, wenn der Rücksetzimpuls P₁ mit der entgegengesetzten Phase zu jener des Rücksetzimpulses P₁ an die Pixel angelegt wird, werden sie in den hellen Zustand gebracht und kehren nach Anlagen des Auswahlimpulses P₂ in den dunklen Zustand zurück.

Wie oben erklärt, verwendet die vorliegende Erfindung ein neu entwickeltes Ansteuerverfahren, mit Hilfe dessen die Polarität eines Rücksetzimpulses in jeder Bildperiode invertiert wird, während die Vorteile des unter Bezugnahme auf Fig. 3 erklären herkömmlichen ferroelektrischen Flüssigkristallansteuerverfahrens eingeschlossen werden. Im Ergebnis können die Pixel, die im hellen oder dunklen Zustand gehalten werden₁ in jeder vorbestimmten Periode in den entgegengesetzten Zustand geschaltet werden, wodurch Einbrenn- und Zurückschalteffekte, welche Nachteile der herkömmlichen ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtungen sind, verhindert werden können.

Es ist zu beachten, daß die Polarität eines Rücksetzimpulses nicht notwendigerweise in jeder Bildperiode invertiert wird, und die Polarität eines Rücksetzimpulses in jeder gewünschten Periode invertiert werden kann, beispielsweise nach jeweils mehrmaligem Bildaufbau.

Fig. 2 veranschaulicht die grundlegenden Impulse zur Bildung der Ansteuerimpulse, welche in den Fig. 1(a) und 1(b) gezeigt sind. Die in Fig. 2 verwendeten Symbole sind die gleichen wie jene in Fig. 4, und daher wird hier ihre Beschreibung ausgelassen.

Wie aus der obigen ausführlichen Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erkennbar ist, wird unter Ausnützung der Eigenschaften ferroelektrischer Flüssigkristalle ein Anzeigezustand auf einen anderen Zustand in jeder vorbestimmten Periode geändert bzw. es wird ein Rücksetzimpuls, welcher die Polarität in jeder vorbestimmten Periode ändert, an den ferroelektrischen Flüssigkristall angelegt. Auf diese Weise können Einbrenn- und Zurückschalteffekte, welche ferroelektrischen Flüssigkristallen zu eigen sind, verhindert und ein qualitativ hochwertiges Anzeigebild erhalten werden.

Fig. 1: Diagramme, welche Wellenformen von Ansteuerimpulsen zeigen, die an Pixel bei einem ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigeansteuerverfahren der vorliegenden Erfindung angelegt werden sollen, und welche optische Veränderungen der Pixel zeigen, wenn solche Ansteuerimpulse daran angelegt werden;

Fig. 2: Diagramme, welche grundlegende Impulse zur Bildung der in den Fig. 1(a) und 1(b) veranschaulichten Ansteuerimpulse zeigen;

Fig. 3: Diagramme, welche Wellenformen von Ansteuerimpulsen zeigen, die an Pixel bei einem herkömmlichen ferroelektrischen Flüssigkristallansteuerverfahren angelegt werden, und welche optische Veränderungen der Pixel zeigen, wenn solche Ansteuerimpulse daran angelegt werden; und

Fig. 4: Diagramme, welche grundlegende Impulse zur Bildung aller in den Fig. 3(a) und 3(b) veranschaulichten Ansteuerimpulse zeigen.

Erklärung der Symbole

P₁: Rücksetzimpuls;
P₂: Auswahlimpuls;
P₃: Halbauswahlimpuls;
P₁: Rücksetzimpuls mit der entgegengesetzten Polarität zu jener von P₁.

Claims (3)

1. Ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung, enthaltend zwei Substrate, wobei zumindest eines dieser Substrate transparent ist, zwei Elektroden, die auf diesen Substraten ausgebildet sind, wobei zumindest eine dieser Elektroden transparent ist, und einen ferroelektrischen Flüssigkristall, der zwischen diesen Elektroden liegt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder individuell ansteuerbare Bereich des ferroelektrischen Flüssigkristalles den Anzeigezustand in jeder vorbestimmten Periode ändert.

2. Ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung, enthaltend mehrere Ansteuerelektroden; mehrere Informationselektroden, welche die Ansteuerelektroden unter einem vorbestimmten Winkel kreuzen; einen ferroelektrischen Flüssigkristall, der zwischen den Ansteuerelektroden und den Informationselektroden liegt; Mitteln zum sequentiellen Ansteuern einer Ansteuerelektrode, um einen Rücksetzimpuls an diese ausgewählte Ansteuerelektrode anzulegen; Mitteln zum sequentiellen Ansteuern einer Informationselektrode, um Informationen mittels Impulsen einzuschreiben; und Mitteln zur Synchronisation der Ansteuerung der Ansteuer- und Informationselektroden, die gewährleisten, daß eine Schreiboperation für jedes Ansteuern einer Ansteuerelektrode durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des Rücksetzimpulses in jeder vorbestimmten Periode invertiert ist.

3. Verfahren zum Ansteuern einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit mehreren Ansteuerelektroden, mehreren Informationselektroden, welche die Ansteuerelektroden unter einem vorbestimmten Winkel kreuzen, einem ferroelektrischen Flüssigkristall, der zwischen den Ansteuerelektroden und den Informationselektroden liegt, Mitteln zum sequentiellen Ansteuern einer Ansteuerelektrode, um einen Rücksetzimpuls an diese ausgewählte Ansteuerelektrode anzulegen, Mitteln zum sequentiellen Ansteuern einer Informationselektrode, um Informationen mittels Impulsen einzuschreiben und Mitteln zur Synchronisation der Ansteuerung der Ansteuer- und Informationselektroden, die gewährleisten, daß eine Schreiboperation für jedes Ansteuern einer Ansteuerelektrode durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des Rücksetzimpulses in jeder vorbestimmten Periode invertiert wird.