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Die
vorliegende Erfindung betrifft die elektrische Ansteuerung für reflektierende
Speicherdisplays.
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Derzeit
können
Informationen mithilfe von zusammengetragenen Papierbögen und
darauf befindlichen permanenten Farben oder auf elektronisch modulierten
Oberflächen,
wie beispielsweise Kathodenstrahlanzeigen oder Flüssigkristallanzeigen,
angezeigt werden. Andere Bogen- oder Folienmaterialien können magnetisch
beschreibbare Bereiche aufweisen, auf denen sich Auszeichnungs-
oder Finanzinformationen befinden, wobei magnetisch geschriebene
Daten allerdings nicht sichtbar sind.
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Derzeitige
Flachdisplays nutzen zwei transparente Glasplatten als Substrat.
In einem typischen Ausführungsbeispiel,
wie in US-A-5,503,952 dargelegt, ist ein Satz elektrischer Leiter
oder Bahnen in Form paralleler Linien aufgedampft, die einen ersten Satz
von Leiterbahnen bilden. Auf einem zweiten Substrat ist in ähnlicher
Weise ein Satz von Leiterbahnen mit einer transparenten, leitenden
Beschichtung aufgetragen. Die Beschichtungen werden aufgebracht
und die Oberflächen
angerieben, um die Flüssigkristalle
auszurichten. Die beiden Substrate sind zueinander beabstandet,
wobei der Abstand zwischen den beiden Substraten mit einem Flüssigkristallmaterial
aufgefüllt
wird. Leiterpaare aus jeweils einem der Sätze werden ausgewählt und
mit Strom beaufschlagt, um die optischen Übertragungseigenschaften des
Flüssigkristallmaterials
zu wechseln. Derartige Displays sind teuer und derzeit auf Anwendungen
mit langer Lebensdauer beschränkt.
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Die
Herstellung flexibler, elektronisch beschriebener Displayfolien
unter Verwendung konventioneller, nematischer Flüssigkristallmaterialien wird in
US-A-4,435,047 beschrieben. Eine erste Folie weist transparente
ITO-Leitflächen
(Indium-Zinnoxid) auf, während
eine zweite Folie elektrisch leitende Farben aufweist, die auf Displayflächen aufgedruckt sind.
Die Folien können
aus dünnem
Glas bestehen, werden in der Praxis allerdings aus Mylar- Polyester hergestellt.
Eine Dispersion aus Flüssigkristallmaterial
in einem Bindemittel wird auf die erste Folie aufgetragen, anschließend wird
die zweite Folie auf das Flüssigkristallmaterial
aufgeklebt. Zur Erregung des Flüssigkristallmaterials
und zur Belichtung der Displayflächen
wird ein elektrisches Potenzial an gegenüberliegende leitende Flächen angelegt.
Das Display verwendet nematische Flüssigkristallmaterialien, weshalb
das Bild verschwindet, wenn kein Strom an den Flächen anliegt. „Vertrauliche" Fenster (Privacy-Fenster)
werden unter Verwendung der Streueigenschaften herkömmlicher,
nematischer Flüssigkristalle
hergestellt. Derartige Materialien bedürfen einer fortlaufenden elektrischen
Ansteuerung, um transparent zu bleiben.
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US-A-5,437,811
beschreibt eine lichtmodulierende Zelle mit einem chiralnematischen
Flüssigkristall
in Polymerdomänen
in konventionellen, bemusterten Glassubstraten. Das chiralnematische Flüssigkristall
hat die Eigenschaft, zwischen einem planaren Zustand, in dem es
eine bestimmte sichtbare Wellenlänge
des Lichts reflektiert, und einem fokalkonischen Zustand, in dem
es Licht streut, zu wechseln. Chiralnematisches Material hat die
Fähigkeit,
einen der gegebenen Zustände
in Abwesenheit eines elektrischen Feldes zu wahren.
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In „Liquid
Crystal Dispersions",
World Science, Singapur, 1995, Seite 408, beschreibt Paul Drzaic
auf Seite 29, dass die „Verwendung
von Gelatine ein Material erzeugt, das für die praktische Verwendung
in elektrisch adressierten PDLC-Systemen eine zu hohe Leitfähigkeit
aufweist". Paul
Drzaic führt weiter
aus, dass „derzeitige
Displays mit Wechselstromsignalen arbeiten müssen, um eine elektrochemische
Verschlechterung zu vermeiden".
Nachfolgende Patente greifen Drzaics Annahmen auf, wie beispielsweise
US-A-5,251,048, US-A-5,644,330 und US-A-5,748,277, und beschreiben
Wechselstromfelder mit einem unipolaren Nullfeld, um bei cholesterischen
Flüssigkristall-Matrixdisplays
eine ionische Zerstörung
zu vermeiden. In den genannten Patenten werden Displays beschrieben,
die durch kostspielige Displaystrukturen und Prozesse herstellbar
sind, welche auf Langzeitsituationen anwendbar sind, in denen Wechselstrom-Ansteuerungsschemata
benötigt
werden.
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Die
Ansteuerungsschemata setzen voraus, dass jedes Element mit wechselnden
elektrischen Feldern beschrieben wird, die ein Netto-Nullfeld über dem
Display erzeugen, um eine Ionenmigration zu vermeiden. Wechselstromtreiber
benötigen
eine große
Zahl von Netzteilen und eine große Zahl von Schaltelementen
je Leitung.
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Weitere
Dokumente zum Hintergrund der vorliegenden Erfindung sind u.a. US-A-5
699 074, US-A-3 877 017, EP-A-0 645 751 und Soffel, V: 'Zweifach gemultiplexte
LC-Anzeige Direkt AM 8-Bit Mikrocontroller' Elektronik, Franzis Verlag GmbH. München, DE,
Heft 41, Nr. 1, 07 Jan. 1992, Seiten 68-71, XP000277325 ISSN: 00013-5658,
Aslandis, C: "LCD-Ansteuerung
einmal anders",
Elektronik, Heft 49, N°4,
22. Februar 2000, Seite 140-107, Franzis-Verlag GmbH, München, DE und Hitachi: "HD44780U", Seite 167-226.
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Einfache
cholesterische Speicherdisplays mit begrenzten Schreibleitungen
bedürfen
einer einfachen elektronischen Schreibeinrichtung. Bei derartigen
Einrichtungen handelt es sich vorzugsweise um einen einzelnen, kostengünstigen
Treiberchip, der kommerziell erhältlich
ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Treiber
oder eine Ansteuerung für kostengünstige Speicherdisplays
unter Verwendung beschichteter, in Polymer dispergierter, cholesterischer
Flüssigkristalle
auf flexiblen Strukturen bereitzustellen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt zudem die Aufgabe zugrunde, ein einfacheres,
kostengünstigeres
Verfahren zur Ansteuerung beschichteter, in Polymer dispergierter,
cholesterischer Materialien auf flexiblen Strukturen bereitzustellen.
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Diese
Aufgaben werden in einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines cholesterischen
Flüssigkristalldisplays
nach Anspruch 1 und 2 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung reduziert die Anzahl der zur Ansteuerung eines
solchen Displays notwendigen Spannungen sowie die Anzahl der Spannungsschaltelemente
und Netzteile. Ein Merkmal dieser Erfindung besteht darin, dass
sie mit einem einzelnen Treiberchip und einem einzelnen Netzteil auskommen
kann, um ein Display zu beschreiben.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
isometrische Teilansicht eines erfindungsgemäß hergestellten cholesterischen
Flüssigkristalldisplays;
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2 ein
Baugruppenschaubild des an einer Karte befestigten Displays aus 1;
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3A eine
schematische Schnittansicht eines chiral nematischen Materials in
einem ebenen, lichtreflektierenden Zustand;
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3B eine
schematische Schnittansicht eines chiral nematischen Materials in
einem fokalkonischen, Licht durchlassenden Zustand;
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4 eine
Kurve des Ansprechverhaltens eines ersten in Polymer dispergierten,
cholesterischen Materials gegenüber
einem gepulsten elektrischen Feld mit einem ersten Satz angelegter
Spannungen;
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5 eine
schematische Darstellung einer Matrixanordnung cholesterischer Flüssigkristallelemente;
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6 eine
Vorderansicht des Displays aus 1.
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7 eine
schematische Darstellung einer Ansteuerung nach dem Stand der Technik
für das Display
aus 1;
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8 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik
aus 7;
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9 ein
Diagramm der durch die Ansteuerung nach dem Stand der Technik für das Display
aus 1 erzeugten Wellen;
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10 eine
schematische Darstellung einer neuartigen Ansteuerung für das Display
aus 1;
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11 ein
Diagramm der durch die erfindungsgemäße Ansteuerung für das Display
aus 1 erzeugten Wellen;
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12 eine
Detaildarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Ansteuerung
in 10; und
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13 eine
Detaildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Ansteuerung
in 10.
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1 zeigt
eine isometrische Teilansicht einer neuartigen Struktur für ein erfindungsgemäß hergestelltes
Display 10. Das Display 10 umfasst ein flexibles
Substrat 15, bei dem es sich um ein dünnes, transparentes Polymermaterial
handelt, wie beispielsweise einen Kodak Estar Filmträger aus
Polyesterkunststoff mit einer Dicke zwischen 20 und 200 μm. In einem
Ausführungsbeispiel
kann das Substrat 15 eine 125 μm dicke Folie aus Polyesterfilm
sein. Andere Polymere, wie ein transparentes Polycarbonat, sind
ebenfalls verwendbar.
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Erste
bemusterte Leiter 20 sind über dem Substrat 15 ausgebildet.
Die ersten bemusterten Leiter 20 können Zinnoxid oder Indiumzinnoxid
(ITO) sein, wobei ITO das bevorzugte Material ist. Typischerweise
wird das Material der ersten bemusterten Leiter 20 als
eine Schicht über
dem Substrat 15 aufgedampft, um eine Schicht mit einem
Schichtwiderstand von kleiner als 250 Ohm/Fläche zu erzeugen. Die Schicht
wird dann bemustert, um in bekannter Weise erste bemusterte Leiter 20 zu
erzeugen. Alternativ hierzu können
die ersten Leiter 20 ein lichtundurchlässiges elektrisches Leitermaterial
sein, beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Nickel. Wenn die ersten
bemusterten Leiter 20 ein lichtundurchlässiges Metall sind, kann das
Metall ein Metalloxid sein, um lichtabsorbierende erste bemusterte
Leiter 20 zu erzeugen. Die ersten bemusterten Leiter 20 können in
der leitenden Schicht konventionell lithografisch oder durch Laserätzung bemustert
werden.
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Eine
in Polymer dispergierte, cholesterische Schicht 30 überlagert
die ersten bemusterten Leiter 20. Die in Polymer dispergierte,
cholesterische Schicht 30 umfasst ein in Polymer dispergiertes
cholesterisches Flüssigkristallmaterial,
wie in Patent US-A-5,695,682 beschrieben, welches durch Nennung
als hierin aufgenommen betrachtet wird. Die Anwendung elektrischer
Felder verschiedener Stärke und
Dauer kann ein chiral nematisches (cholesterisches) Material in
einen Reflexionszustand, einen Transmissionszustand oder in einen
Zwischenzustand bringen. Diese Materialien haben den Vorteil, dass
sie einen gegebenen Zustand unbegrenzt beibehalten, nachdem das
Feld entfernt worden ist. Cholesterische Flüssigkristallmaterialien können Merck
BL112, BL118 oder BL126 sein, erhältlich von EM Industries aus
Hawthorne, NY, USA.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die in Polymer dispergierte, cholesterische Schicht 30 das
cholesterische Material BL-118 von E.M. Industries, dispergiert
in deionisierter fotografischer Gelatine. Das Flüssigkristallmaterial ist mit
einer Konzentration von 8% in einer 5%igen, deionisierten, wässrigen
Gelatinelösung
dispergiert. Die Mischung wird derart dispergiert, dass 10 μm dicke Domänen aus
Flüssigkristall
in wässriger
Suspension entstehen. Das Material wird auf einer bemusterten ITO-Polyesterfolie
aufgetragen, um eine 9 μm
dicke, in Polymer dispergierte, cholesterische Beschichtung zu erzeugen.
Andere organische Bindemittel, wie Polyvinylalkohol (PVA) oder Polyethylenoxid
(PEO) sind ebenfalls verwendbar. Derartige Verbindungen werden dann
auf Einrichtungen aufgetragen, die fotografischen Filmen zugeordnet
sind.
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Zweite
bemusterte Leiter 40 überlagern
die in Polymer dispergierte, cholesterische Schicht 30. Die
zweiten bemusterten Leiter 40 sollten eine ausreichende
Leitfähigkeit
aufweisen, um ein Feld über die
in Polymer dispergierte, cholesterische Schicht 30 zu führen.
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Der
zweite bemusterte Leiter 40 kann in einem Vakuum mithilfe
von Materialien, wie Aluminium, Zinn, Silber, Platin, Kohlenstoff,
Wolfram, Molybdän, Zinn
oder Indium oder auch Kombinationen dieser Stoffe, ausgebildet werden.
Die zweiten bemusterten Leiter 40 sind, wie gezeigt, in
Form einer aufgetragenen Schicht ausgebildet. Oxide dieser Metalle
lassen sich zur Schwärzung
der zweiten bemusterten Leiter 40 verwenden. Das Metallmaterial
kann mithilfe von Energie aus Widerstandserwärmung, Kathodenbogen, Elektronenstrahl,
Kathodenzerstäubung
oder Magnetroneffekt erregt werden. Zinnoxid oder Indiumzinnnoxidbeschichtungen
ermöglichen
die Ausbildung transparenter zweiter bemusterter Leiter 40.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind
die zweiten bemusterten Leiter 40 gedruckte Leitlacke,
wie das im Siebdruck aufbringbare, elektrisch leitende Material
Electrodag 423SS der Acheson Corporation. Derartige gedruckte Materialien
bestehen aus fein verteilten Graphitpartikeln in einem thermoplastischen
Harz. Die zweiten bemusterten Leiter 40 werden mithilfe
gedruckter Leitlacke zur Kostensenkung der Displays hergestellt.
Die Verwendung eines flexiblen Trägers für Substrat 15, die
Laserätzung
zur Ausbildung erster bemusterter Leiter 20, der maschinelle
Auftrag der in Polymer dispergierten, cholesterischen Schicht 30 und
das Drucken zweiter bemusterter Leiter 40 ermöglicht die
Herstellung sehr kostengünstiger
Speicherdisplays. Kleine, mit diesen Verfahren hergestellte Displays
sind als elektro nisch wieder beschreibbare Elemente für kostengünstige Anwendungen
mit begrenzter Wiederbeschreibbarkeit geeignet.
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Ein
Dielektrikum kann über
die zweiten bemusterten Leiter 40 gedruckt werden und Öffnungen aufweisen,
die eine Verbindung zwischen den zweiten bemusterten Leitern 40 und
Leiterbahnen ermöglichen,
die Leiterbahnen zur Definition der Reihen oder Zeilen 45 bilden.
Bei den Zeilen 45 kann es sich um das gleiche siebgedruckte,
elektrisch leitende Material handeln, das zur Ausbildung zweiter
bemusterter Leiter 40 verwendet wird.
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2 zeigt
ein Baugruppenschaubild des an einer Karte 12 befestigten
Displays aus 1. Die Karte 12 kann
eine transparente Folie von ca. 0,5 mm Dicke sein, auf deren Oberfläche Informationen
aufgedruckt sind. Ein unbedruckter Bereich 13 bildet ein durchsichtiges
Fenster zur Betrachtung der Inhalte des Displays 10, das
auf die gegenüber
liegende Seite der Karte 12 aufgeklebt ist. Das Display 10 weist
in diesem Beispiel ein transparentes Substrat 15 auf und
wird zu der in 1 gezeigten Position während des
Befestigungsvorgangs invertiert. Die auf das Display 10 geschriebenen
Informationen werden durch den unbedruckten Bereich 13 der
Karte 12 und durch das transparente Substrat 15 betrachtet.
Die mit dem Display 10 versehene Karte 12 kann
in einen (nicht gezeigten) Halter eingesteckt werden, wobei Kontakte 14 während des
Einsteckvorgangs die ersten bemusterten Leiter 20 und die
Zeilen 45 auf dem Display 10 berühren, um
Informationen am Display 10 zu aktualisieren. Das Display 10 kann
als Karte für
finanzielle Transaktionen (Abbuchung/Gutschrift) verwendet werden,
bei der weniger als 10.000 aktualisierte Bilder benötigt werden.
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3A und 3B zeigen
zwei stabile Zustände
von cholesterischen Flüssigkristallen.
In 3A wurde ein Feld von hoher Spannung angelegt
und schnell auf ein Potenzial von null umgeschaltet, wodurch das
cholesterische Flüssigkristall
in einen planaren Zustand 22 wechselt. Das auf das cholesterische
Flüssigkristall
im planaren Zustand 22 fallende Licht wird als Licht 28 reflektiert,
um ein helles Bild zu erzeugen. In 3B belässt die
Anwendung eines Feldes von niedriger Spannung das cholesterische
Flüssigkristall
in einem transparenten, fokalkonischen Zustand 24. Wenn
einfallendes Licht 26 auf ein cholesterisches Flüssigkristall
in einem fokalkonischen Zustand 24 trifft, wird dieses
Licht durchgelassen. Die zweiten bemusterten Leiter 40 können schwarz
sein, wodurch einfallendes Licht 26 absorbiert wird, um
ein dunkles Bild zu erzeugen, wenn sich das Flüssigkristallmaterial in einem
fokalkoni schen Zustand 24 befindet. Dadurch nimmt ein Betrachter
ein Bild wahr, das helle oder dunkle Bereiche aufweist, je nachdem,
ob sich das cholesterische Material in einem planaren Zustand 22 oder
in einem fokalkonischen Zustand 24 befindet.
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4 zeigt
eine Kurve des Ansprechverhaltens eines cholesterischen Materials
auf ein gepulstes elektrisches Feld. Derartige Kurven sind in US-A-5,453,863
und US-A-5,695,682 sowie in den vorstehend genannten Patenten von
Drzaic zu finden. Für
eine gegebene Impulszeit, typischerweise zwischen 5 und 200 ms,
kann ein Puls einer gegebenen Spannung den optischen Zustand eines
cholesterischen Flüssigkristalls
verändern.
Die Patente nach dem Stand der Technik für cholesterische Displays betreffen
Displays, die unter Verwendung teurer, herkömmlicher Flachbildschirm-Displayverfahren hergestellt
werden. Daher sind nach dem Stand der Technik bipolare Spannungstreiberschemata
für cholesterische
Displays erforderlich, um eine Beschädigung durch Ionen zu vermeiden.
Die bipolaren Treiber erfordern mindestens zwei Spannungen und zwei getrennte
Halbleiterschaltelemente für
jede Treiberleitung.
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In
einem Versuch wurde ein auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel aufgetragenes,
in Gelatine dispergiertes, cholesterisches Material über das ITO-beschichtete,
flexible Substrat 15 aufgetragen, um eine in Polymer dispergierte,
cholesterische Schicht 30 zu bilden. Ein 1 Zoll2 (0,064516 cm2)
großes
leitendes Feld wurde über
dem in Gelatine dispergierten cholesterischen Material gedruckt,
um über
der Beschichtung ein Feld zu erzeugen. Ein unipolares Feld wurde
für 20
ms im Abstand von jeweils 5 Sekunden über das Display 10 geschaltet,
um das Material zwischen planem und fokalkonischem Zustand umzuschalten.
Das in Gelatine dispergierte, cholesterische Material wurde einer
Lebensdauerprüfung
von 10.000 Schreibvorgängen
unterzogen. Die Lebensdauerprüfung
entsprach einer an das Display 10 über 200 s kontinuierlich angelegten
unipolaren Spannung. Das Testfeld wies während der Lebensdauerprüfung keine
sichtbare Verschlechterung auf. Die Lebensdauerprüfung wurde
dann auf 100.000 Zyklen ausgedehnt. Das Testdisplay 10 wies nur
eine geringfügige
Verschlechterung auf. Aus diesem Versuch ist zu schließen, dass
in Polymer dispergierte, cholesterische Materialien auf flexiblen Substraten 15 mit
gedruckten Leitern durch unipolare (Gleichstrom) Felder für mindestens
die begrenzte Zahl von Lebenszyklen ansteuerbar sind, die für Displayanwendungen
mit eingeschränkter
Lebensdauer erforderlich sind. Derartige Displays profitie ren von einem
Ansteuerungsschema, das kostengünstige, einfach
schaltbare Chips verwendet, die mit einer einzelnen Spannung arbeiten.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung einer Matrixanordnung cholesterischer
Flüssigkristallelemente,
die mit einem unipolaren Ansteuerungsschema geschrieben worden sind.
Die Zeilenspannung VR liegt auf halbem Wege zwischen V3 und V4 auf
einer ausgewählten
Zeile, während
die übrigen Zeilen
auf eine Grundspannung gesetzt sind. Eine positive oder negative
Spaltenspannung Vc ist über alle
Spalten 47 angelegt, um VR entweder zur fokalkonischen
Spannung V3 oder zur planaren Spannung V4 zu versetzen, und zwar
je nach dem gewünschten
Endzustand einer Reihe von Pixeln. Die positiven und negativen Spaltenspannungen
VR-V3 und V4-VR sind kleiner als die Störspannung V1, so dass an Zeilen
bei Grundpotenzial Spannungen anliegen, die kleiner als die Störspannung
V1 sind, weshalb diese nicht verändert
werden. Diese Materialeigenschaften ermöglichen ein sequenzielles Beschreiben
der Zeilen.
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6 ist
eine Vorderansicht eines bestimmten Ausführungsbeispiels von Display 10 mit
einer erfindungsgemäßen Matrixadressierstruktur.
In diesem Ausführungsbeispiel
weist das Display 10 zwei Zeichen aus sieben Segmenten
auf, die derart aufgebaut sind, dass Segmente von jedem Zeichen
so verbunden sind, dass sie sieben Zeilen bilden, wobei transparente
Elektroden unter jedem Zeichen als Spalten 47 dienen. Bei
Betrachtung durch das Substrat 15 weist eine transparente
leitende Schicht Ätzlinien 21 auf,
die einen ersten bemusterten Leiter 20 bilden, der von
transparenten, leitenden Elektroden über jedem Zeichen aus sieben
Segmenten gebildet wird. Eine in Polymer dispergierte, cholesterische Schicht 30 ist
hinter den ersten bemusterten Leitern 20 aufgetragen. Ein
Teil eines in Polymer dispergierten cholesterischen Materials 30 wurde
entfernt, um für
jedes Zeichen einen Verbindungsbereich 32 zu bilden. Die
zweiten bemusterten Leiter 40 wurden derart aufgedruckt,
dass sie sieben Segmente jedes Zeichens innerhalb der Grenzen des
ersten bemusterten Leiters 20 bilden. Das Dielektrikum 42 wurde über dem
Display aufgedruckt und weist Durchleitungen auf, um eine elektrische
Verbindung jedes Zeichensegments zu ermöglichen, das von zweiten bemusterten
Leitern 40 gebildet wird. Eine letzte Schicht des leitenden
Materials wurde über
der Rückseite
des Displays aufgedruckt, um Zeilen 45 und Spalten 47 zu
bilden. Das vollständige
Display ist ein adressierbares, cholesterisches Matrixdisplay. Das Display 10 umfasst
sieben Zeilen 45 und zwei Spalten 47 für jedes
der beiden Zeichen bei insgesamt weniger als neun Treiber- oder Ansteuerungsleitungen.
Es ist vorteilhaft, das Display 10 mit einem einzelnen
Treiberchip anzusteuern. Wenn sich eine Spalte 47 und der
zweite bemusterte Leiter 40 zwischen der Zeile 45 überlagern,
bilden sie ein wählbares
Pixel oder Segment, das betrachtbar oder nicht betrachtbar ist.
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7 zeigt
eine elektrische schematische Darstellung nach dem Stand der Technik
zur Ansteuerung des Displays aus 1 auf der
Grundlage der Techniken in US-A-5,644,330. Es werden vier Netzteile
benötigt,
um +Vc, -Vc, +VR, -VR und Masse zu liefern. Jede Leitungsausgabe
muss eine der drei Spannungen zu jeder Leitung eines Matrixdisplays schalten.
Konventionelle bipolare Treiberschemata, wie in US-A-5,748,277 beschrieben,
bedürfen
der Verwendung kostspieliger analoger Schaltungselemente 55,
wie sie im 8-Kanal Hochspannungs-Analogschalter des Typs Supertex
HV204 zu finden sind. Ein analoger Schalter ist für jede Spannung
erforderlich, die an jede Bahn des Displays angelegt wird. Derart
teure Chips stehen einer kommerziellen Nutzung zu niedrigen Kosten
entgegen. Es wurden sogar komplexere Schaltschemata vorgeschlagen,
die die Zahl der Netzteile und analogen Schalter erhöhen, wie
beispielsweise in US-A-5,748,277 und in anderen Patenten beschrieben.
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8 zeigt
eine detaillierte Ansicht der in 7 verwendeten
Ansteuerung. Es werden vier Netzteile benötigt, um +Vc, -Vc, +VR, -VR
und Masse zu liefern. Für
die Zeilen- und Spaltenspannungen werden separate Treiberchips,
Zeilentreiber 60 und ein Spaltentreiber 65 benötigt. Die
digitalen Daten werden in den Zeilentreiber 60 und in den
Spaltentreiber 65 eingespeist. Ein Satz von Schieberegistern in
den Treibern empfängt
binäre
Zustandsdaten und speichert diese zwischen. Die zwischengespeicherten
Daten steuern den Betrieb der Schalter 55, bei denen es
sich um bilaterale DMOS-Hochspannungsschalter handelt. Mehrere Schalter 55 müssen miteinander
kombiniert werden, um jeder Zeile oder Spalte des Displays 10 mehrere
Spannungen zur Verfügung
zu stellen.
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9 zeigt
ein Diagramm der Wellen, die nach dem Stand der Technik unter Verwendung
des in 7 gezeigten bipolaren Treiberschemas erzeugten
werden. Eine bipolare Zeilenspannung VR kann an eine ausgewählte Zeile
angelegt werden, während
eine bipolare Spaltenspannung Vc entweder phasengleich oder phasenversetzt
mit der Zeilenspannung VR angelegt wird. Wenn bipolare Spannungen
phasenversetzt sind, liegt an einem Pixel wechselweise eine bipolare
hohe Pixelspannung Vp an, die V4 entspricht, so dass es in den planaren Zustand
(P) geschrieben wird. Wenn die beiden Spannungen phasengleich sind,
liegt an einem Pixel eine niedrigere bipolare Pixelspannung Vp an,
die V3 entspricht, so dass es in den fokalkonischen Zustand (FC)
geschrieben wird. An die Spalten 47 im Grundzustand (0)
wird eine bipolare, wechselnde Spaltenspannung Vc als alternierendes
Wechselstromfeld angelegt, das der Hälfte der Spannungsdifferenz
zwischen V4 und V3 entspricht. Die Spaltenspannung ist kleiner als
die Störspannung
V1, um den Bildzustand unbeschriebener, geerdeter Zeilen zu bewahren.
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10 zeigt
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Treiberschemas.
Ein einzelner Treiberchip 67 wird verwendet, um unipolare Felder
an das Display 10 unter Verwendung passiver Komponenten 70 anzulegen.
Anstatt teurer analoger Schalter verwendet der neue Treiber einfache Push-Pull-Ausgänge, um
einen Satz von Ausgängen zwischen
einer festen Hochspannung, im Ausführungsbeispiel 90 Volt, und
einer zweiten, niedrigeren Spannung, im Ausführungsbeispiel Masse, umzuschalten.
Ein derartiger Chip kann ein Plasmadisplay-Treiber des Typs STV7699
von ST Microelectronics sein, der 64 Ausgabeleitungen bereitstellt,
die über
einen Satz von Schieberegistern 50 gesteuert werden, der
jeden Ausgang 56 zwischen einer einzelnen Chipspannung
oder Masse schaltet. In dem Ausführungsbeispiel
beträgt
die Störspannung
V1 20 Volt, die fokalkonische Spannung V3 beträgt 60 Volt und die planare
Spannung V4 beträgt
90 Volt.
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11 zeigt
ein Diagramm der Wellen, die zum Beschreiben des Displays 10 mithilfe
des neuen Treiberschemas verwendet werden. Ein Ausgang des einzelnen
Treiberchips 67 wird benutzt, um eine umschaltbare, einzelne
Chipspannung Vsc, im Ausführungsbeispiel
90 Volt, an die passiven Komponenten 70 anzulegen. Wenn
das Display 10 nicht beschrieben wird, wird eine einzelne
Chipspannung Vsc an passive Komponenten 70 angelegt, die
sich auf Massepotenzial befinden. Wenn 90 Volt zur Speisung passiver
Komponenten 70 anliegen, wird die Zeilenspannung VR auf
15 Volt verschoben. Der Wert von 15 Volt dient als Grundzustand
für den Schreibprozess.
Die Spaltenspannungen Vc legen im Grundzustand ein Nennpotential
von -15 Volt für die
Pixelspannung Vp an. Diese Spannung liegt unterhalb der Störspannung
V1. Eine Zeile von Daten wird geschrieben, indem die Zeilenspannung
VR auf 90 Volt hoch gesetzt wird. Die Spaltenspannung Vc wird auf
30 Volt umgeschaltet, um cholesterisches Flüssigkristall in den fokalkonischen
Zustand (FC) umzuwandeln, oder verbleibt im Grundzustand, um das
cholesterische Flüssigkristall
in den planaren Zustand (P) umzuwandeln. Unbeschriebene Zeilen bleiben
bei null Volt, bis entweder -15 und +15 Volt von der Spaltenspannung
Vc angelegt werden, wenn Zeilen beschrieben werden. Der Spannungswechsel von
15 Volt liegt unterhalt der Störspannung
V1, wodurch Bilddaten in unbeschriebenen Zeilen nicht gestört werden.
Zum Ende des Schreibvorgangs werden sämtliche Ausgaben eines einzelnen
Treiberchips 67 auf den Grundzustand gesetzt, so dass am Display 10 keine
Felder anliegen.
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Eine
erste Konfiguration der passiven Komponenten 70 ist in 12 dargestellt.
Die passiven Komponenten 70 umfassen Sätze von Widerständen, die
als Spannungsteiler dienen, um auswählbare Ausgabespannungen von
festen Spannungen Vsc des einzelnen Chips bereitzustellen. Ein erster
Satz von Widerständen
in jeder Zeilenausgabe bewirkt, dass die Zeilenspannung VR zwischen
90 und 15 Volt umschaltet. Eine Ausgabe des einzelnen Treiberchips 67 liefert
eine feste Spannung Vsc an passive Komponenten 70, die
zur Erzeugung einer Zeilenspannung VR dienen. Durch Anlegen einer
festen Spannung Vsc durch eine dedizierte Ausgabeleitung kann das
Display 10 nach dem Schreibvorgang geerdet werden, indem
alle Ausgaben auf Grundzustand umgeschaltet werden. Ein zweiter
Satz an Widerständen
für jede
Spaltenausgabe schaltet die Spaltenspannung Vc zwischen 0 und 30
Volt um. Die passiven Komponenten 70 stellen eine von zwei
Spannungen für
eine Spalte und eine von zwei Spannungen für eine Zeile aus einer gemeinsamen,
festen Spannung Vsc des einzelnen Chips bereit. Die an ein bestimmtes
Pixel oder Segment angelegten Spannungen erzeugen ein unipolares
Feld, das bewirkt, dass dieses Pixel oder Segment in einen transparenten
oder reflektierenden Zustand wechselt.
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Ein
zweites Schema unter Verwendung passiver Komponenten 70 ist
in 13 dargestellt. Die zweite Konfiguration verwendet
einen Satz von Widerständen
und eine Diode 71, um die richtigen Zeilenspannungen VR
und Spaltenspannungen Vc bereitzustellen. Ein Satz von Widerständen erzeugt
die Zwischenspannung an jedem Ausgang, und durch die Dioden 71 kann
auf das Umschalten auf Grundpotenzial für die Zeilenspannungen VR und
auf das Umschalten auf die feste Spannung Vsc für die Spaltenspannungen verzichtet
werden. Die Diodenkonfiguration ermöglicht die Verwendung des Treibers
mit Displays 10 mit hoher Kapazität. Bei Displays mit höherer Kapazität beeinträchtigt die
Anstiegs- und Abfallzeit der angelegten Spannungen die Qualität des Displaybildes.
Indem jeder Reihenwiderstand aus dem ersten Ausführungsbeispiel durch Dioden 71 ersetzt
wird, werden schnelle Anstiegs- und Abfallzeiten für Displays
mit hoher Kapazität
erzielt. In dem Ausführungsbeispiel
mit Dioden 71 wird eine feste Spannung Vsc eines einzelnen
Chips an jeden Satz der passiven Komponenten 70 in dieser
Konfiguration ebenfalls durch einen der Ausgänge 56 angelegt. Durch
Umschalten aller Ausgänge 56 auf
Grundzustand wird das Display 10 in einen Nullfeldzustand gebracht.