DE69117665T2 - Flüssigkristallanzeigevorrichtungen mit aktiver Matrix und Verfahren zum Betrieb solcher Vorrichtungen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Flüssigkristallanzeigeanordnungen mit aktiver Matrix, insbesondere Videoanzeigeanordnungen, beispielsweise für die Wiedergabe von Fernsehbildern, und Verfahren zum Betreiben derartiger Anordnungen.
• Die Erfindung bezieht sich auf Flüssigkristallanzeigeanordnungen mit aktiver Matrix der Art mit einem Wiedergabefeld mit einer Zeilen- und Spaltengruppe von Flüssigkristallbildelementen, die je von einer zugeordneten Schalteinrichtung gesteuert werden, mit Eingangsmitteln zum Empfangen eines Videosignals und mit Steuermitteln zum Steuern der Bildelemente entsprechend dem Videosignal, wobei die Bildelemente Zeile für Zeile durch sequentielles Abtasten der Zeilen in einer aufeinand erfolgenden Halbbildzeit gesteuert werden.
• Flüssigkritallvideowiedergabeanordnungen zum Wiedergeben von Fernsehbildern u.dgl. sind bekannt. Großflächenanzeigen enthalten üblicherweise eine aktive Schalteinrichtung in Verknüpfung mit jedem Bildelement zum Erhalten einer ausreichenden Wiedergabequalität. Diese Schalteinrichtungen bestehen typisch aus Dünnschichttransistoren oder nichtlinearen Zweiklemmeneinrichtungen, wie Diodenoder MIM-Elementen. Bei einer einfachen und typischen TFT-adressierten Wiedergabeanordnung ist beispielsweise eine Bildelementelektrode mit der Drain eines zugeordneten Dünnschichttransistors verbunden. Die Steuerelektroden der TFT aller Bildelemente in derselben Zeile werden mit einem Abtast-Adreßleiter mit gemeinsamer Zeile verbunden, und die Source der TFT aller Bildelemente in derselben Spalte werden mit einem gemeinsamen Spalten-Adreßleiter verbunden, an den Videoinformations-Datensignale gelegt werden. Die Bildelemente werden Zeile für Zeile sequentiell durch Abtastung der Zeilenleiter mit Aufsteuersignalen gesteuert. Videoinformationssignale die durch Abtasten des Videosignals, beispielsweise des Fernsehsignals, abgeleitet werden und den aus der Zeile von Bildelementen zu erhaltenden Wiedergabeausgang bestimmen, gelangen an die Spaltenleiter und werden auf die entsprechenden Bildelementelelttroden übertragen, wenn die TFT aufgesteuert werden. Nachdem alle Zeilen angesteuert sind, wiederholt sich der Betrieb, in dem jede Zeile in aufeinanderfolgenden Halbbildzeiten adressiert werden. Die Abtastftequenz und daher die Halbbildfrequenz wird durch Zeitsteuerung der Signale im Eingangssssvideosignal bestimmt, und die Halbbildgeschwindigkeit des Wiedergabefeldes entspricht der des ausgegebenen Videosignals. Bei einer PAL-Fernsehwiedergabe zum Beispiel beträgt jede Zeilenperiode, in der oder wobei im Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Zeilenperioden eine Bildelementzeile adressiert wird, 64 ms und ein Halbbild hat eine Dauer von 20 ms. Die Länge einer Bildelementaufladeperiode (Zeilenadreßperiode) wird von der Video-Norm bestimmt, die bei PAL eine Höchstdauer von einer Fernsehzeile gibt, d.h. 64 ms für Halbauflösungsanzeigen. Dies wieder bestimmt den Strom der Schalteinrichtung, der groß genug sein soll, um die Bildelementkapazität auf die der abgetasteten Videospannung in der Aufladezeit aufzuladen. Im Rest der Halbbildperiode (20 ms für PAL) ist die Schalteinrichtung abgeschaltet, wodurch das Bildelement wirksam isoliert wird, so daß die Ladung im Bildelement gespeichert wird und der vom Bildelement erzeugte Anzeigeeffekt festgehalten wird, bis das Element anschließend in der folgenden Halbbildperiode adressiert wird, obgleich einiger Verfall möglicherweise durch die nichtmakellosen Merkmale des Flüssigkristallmaterials auftreten kann.
• Fernsehwiedergaben stellen hohe Anforderungen an die Fähigkeit zum Erzeugen von Graustufen, Totalfarben, guter Homogenität, hohem Kontrast und hoher Helligkeit und einer schnellen Beantwortungsgeschwindigkeit. Die Verwendung aktiver Matrixadressierung beispielsweise unter Verwendung von Dünnschichttransistoren und von verdrillt nematischen Flüssigkristallwerkstoffen haben viele dieser Anforderungen in bestimmtem Ausmaß erfüllt.
• Eine wichtige Erwägung für Videoanwendungen ist die Beantwortungsgeschwindigkeit der Bildelemente auf eine Änderung in der Datensignalspannung. Wenn die Spannung an einem Bildelement geändert wird, um einen anderen Anzeigeeffekt (Graustufe) zu erzeugen, gibt es eine endliche Zeitverzögerung, bevor das Bildelement sich auf den neuen Anzeigeausgangspegel einstellt. Für zufriedenstellende Betrachtung muß die Anzeigeanordnung die Möglichkeit haben, eine gute Anzeigequalität für schnell bewegende Bilder zu liefern, wie sie beim Fernsehen oder bei Computer-erzeugter Graphik auftreten. Wenn die Beantwortungsgeschwindigkeit der Bildelemente zu niedrig ist, entsteht Verschmierung der beweglichen Bilder. Dies macht sich insbesondere bemerkbar bei hellen Gegenständen, die sich gegen einem dunklen Hintergrund bewegen.
• Als Schätzung erster Ordnung müßte die Beantwortungszeit der Anzeige im Idealfall derart sein, daß etwa 90% jeder Änderung in der Helligkeit in einer Halbbildperiode erfolgt (d.h. etwa 20 ms), wenn keine offensichtliche Bewegungsartefakte auftreten dürfen. Anders als in Kathodenstrahlröhren, in denen Helligkeitsänderungen schnell erfolgen und die Verzögerungszeit der Leuchtstoffe typisch viel kürzer als 20 ms ist, so daß keine Verschmierungseffekte sichbar sind, beantworten bekannte Flüssigkristallanzeigeanordnungen viel langsamer auf Änderungen in der angelegten Videospannung, und Änderungen in der Ausgangshelligkeit aus einem Bildelement erfolgt üblicherweise ununterbrochen über eine größere Zeit als eine Halbbildperiode, so daß Verschmierung auftreten kann. Verbesserungen in verdrillt nematischen Flüssigkristallwerkstoffen und die Verwendung dünnerer Werkstoffschichten bei den Bildelementen halfen zum Reduzieren dieser Beantwortungszeit, so daß zufriedenstellende dynamische Leistung in Fernsehanwendungen u.dgl. erhalten werden kann. Jedoch wird eine weitere Verbeseerung in dieser Hinsicht als erforderlich erachtet.
• Der Erfindung liegt die Ausgabe zugrunde, eine Flussigkristall-Matrix anzeigeanordnung zu schaffen und ein Verfahren zum Betreiben einer Flüssigkristall Matrixanzeigeanordnung anzugeben, durch die eine Verbesserung in der Ansprechgeschwindigkeit erhalten wird.
• Nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Reduzieren der Bildelement-Ansprechzeit einer Flüssigkristallanzeigeanordnung mit aktiver Matrix mit einem Flüssigkristallanzeigefeld mit einer Zeilen- und Spaltengruppe von Bildelementen angegeben, die je mit einer aktiven Schalteinrichtung verknüpft sind, und mit Steuermitteln zum sequentiellen Steuern der Bildelementzeilen entsprechend einem Videosignal mit einer vorgegebenen Halbbildgeschwindigkeit nach den Steuermitteln durch Abtasten der aufeinanderfolgenden Gruppenzeilen und durch Ausgeben abgetasteter Halbbilder des Videosignals nach den Spalten der Gruppe, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildelemente des Feldes mit einer höheren Halbbildgeschwindigkeit gesteuert werden als die des Videosignals nach den Steuermitteln, wobei Halbbilder des zugelieferten Videosignals in Halbbildspeichermittel der Steuermittel eingegeben werden, deren Inhalt bei einer höheren Geschwindigkeit als die der Eingabe zur Verwendung beim Steuern der Bildelemente ausgelesen wird.
• Nach einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Flüssigkristall-Videoanzeigeanordnung mit aktiver Matrix mit einem Anzeigefeld mit einer Zeilen- und einer Spaltengruppe von Flüssikristallbildelementen, die mit je einer Schaltungseinrichtung, mit Eingangsmitteln zum Empfangen eines Videosignals mit einer vorgegebenen Halbbildfrequenz und mit Steuermitteln zum Steuern der Bildelemente Zeile für Zeile entsprechend dem Eingangsvideosignal durch aufeinanderfolgendes Abtasten der Zeilen der Gruppe und durch Ausgeben abgetasteter Halbbilder des Videosignals nach den Spalten der Gruppe verknüpft sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel zum Reduzieren der Bildelement-Ansprechzeit durch Steuerung der Gruppe von Bildementen bei einer Halbbildgeschwindigkeit größer als die des Eingangsvideosignals betreibbar sind und Halbbildspeichermittel enthalten, in die Bildinformation eines Eingangsvideosignalhalbbildes eingegeben wird, und deren Inhalt zum Auslesen mit einer höheren Geschwindigkeit als die der Eingabe zum Steuern der Bildelemente entsprechend der Bildinformation eines gespeicherten Halbbildes angeordnet ist.
• Überraschenderweise wurde gefunden, daß die für die Übertragung eines Flüssigkristallbildelements erforderliche Zeit zum Stabilisieren nach einer Änderung im Steuer-(Video-)Pegel durch Vergrößerung der Halbbildgeschwindigkeit reduzierbar ist. Ausgehend vom Ansprechwert der Bildelementübertragung auf Änderungen im Steuerpegel ovn 90% Übertragung auf 10% Übertragung und zurück bei einer Steuerung in der normalen (Standard-) Halbbildzeit von 20 ms, nimmt es typisch mehrere Halbbilder für die Übertragung zum Einstellen auf den neuen Pegel. Bei der Reduktion der Halbbildzeit erreicht jedoch das Bildelement den neuen Pegel in einer wesentlich kürzeren Zeit. Also kann die Ansprechzeit der Bildelemente auf Änderungen im Steuerpegel einfach durch Vergrößerung der Halbbildgeschwindigkeit reduziert werden, bei der die Elemente betrieben werden.
• Im Weiteren ist eine mögliche Erläuterung der Ursache dieses Effekts beschrieben. Es gibt eine Verzögerung in der Übertragungsänderung nach einer Anderung im Steuerpegel, indem die Moleküle des Flüssigkristalls eine endliche Zeit zum Einnehmen ihrer neuen Position nehmen. Außerdem sind die dielektrische Konstante und daher die Bildelementkapazität vom Steuerpegel abhängig, aber neben auch eine endliche Zeit zum Ändern nach einer Änderung im Steuerpegel. Wenn das Bildelement mit dem neuen Steuerpegel adressiert wird, fängt die Übertragung zum Ändern an. Gleichzeitig ändert sich die Bildelementpakazität und dies beeinflußt wieder die Bildelementspannung. Diese Änderung in der Bildelementspannung verzögert die Übertragungsänderungsgeschwindigkeit. Am Ende der Halbbildperiode unterscheidet sich die Bildelementspannung von ihrem Ursrungswert und wird durch Neuadressierung wieder hergestellt, und dies bringt wieder die Übertragungsänderungsgeschwindigkeit auf einen höheren Wert. Also stellt sich die Übertragung schneller ein, wenn das Bildelement bei einer höheren Halbbildgeschwindigkeit neu adressiert wird.
• In US-A-4845473 ist ein Verfahren zum Reduzieren von Flimmern in der Anzeige bei einer TFT-Flüssigkristallanzeigeanordnung beschrieben, in der die Bildelementgruppe auf eine nicht herkömmliche Weise adressiert wird, die das Aufteilen der Gruppe in zwei Anteile und das Anlegen eines Aufsteuersignals an aufeinanderfolgende Bildelementzeilen abwechselnd in jedem Anteil umfaßt. Die Breite jedes Aufsteuersignals ist eine Hälfte von dem eines herkömmlichen Aufsteuersignals, so daß jedes folgende Aufsteuersignalpaar, eines für jeden Anteil, eine Standardzeilenabtastperiode einnimmt. Echtzeit-Videosignale gelangen an Bildelemente in einem Anteil synchron mit den Aufsteuersignalen nach diesem Anteil, während Videosignale aus einem Speicher an Bildelemente im anderen Anteil synchron mit den Aufsteuersignalen nach dem anderen Anteil angelegt werden. Daher empfangen bei fortschreitender Abtastung Bildelemente im einen Anteil bzw. im anderen Anteil gespeicherte und Echtzeit-Videosignale usw. Daher empfangen Bildelemente in jedem der zwei Anzeigeanteile sowohl Echtzeit- als auch gespeicherte Videosignale einmal in jeder normalen Halbbildperiode, wobei Anzeigeflimmern im Vergleich zu herkömmlich gesteuerten Anzeigeanordnungen reduziert wird. In Wirklichkeit wird die Halbbildfrequenz der Spannung an die Flüssig kristallbildelemente erhöht. Jedoch wird bei dieser Beschreibung nicht angegeben, daß die Ansprechzeit der Bildelemente beeinflußt wird. Es sei auch anhand des beschriebenen Steuerplans bemerkt, daß aufeinanderfolgend adressierte Bildelementzeilen, eine in jedem Anzeigeanteil, in einander gegenüberliegenden Hälften der Anzeige liegen, statt einer physikalischen Nachbarstellung, und daß dies komplizierte Verbindungen zwischen der Gruppe und einer Zeilensteuerschaltung erfordert.
• In EP-A-0254805 gibt es eine Beschreibung eines Verfahrens zum Steuern einer Flüssigkristallanzeigeanordnung, deren Bildelemente gerade zwei mögliche Abstufungen oder Zustände haben und unter Verwendung von Binärsignalen gesteuert werden. Zum Schaffen eines offensichtlichen Mehrabstufungsanzeigeausgangs aus der Gruppe von Bildelementen werden die Bildelement-Anzeigesignale in Sequenzen von Binärsignalen entsprechend ihrer Werte umgewandelt, und diese Sequenzen werden an die Bildelemente in einer Reihe aufeinanderfolgender Halbbilder zum Belegen einer normalen Halbbildperiode angelegt, die durch die Sichtbeharrlichtkeit des Zuschauers als einen Mehrabstufungsanzeigeausgang gedeutet werden kann. Auf diese Weise kann über N-1 Halbbilder ein N Abstufungspegelausgang erhalten werden. Jedoch werden in jedem einzelnen Halbbild die Bildelemente nicht mit der vollständigen Bildinformation entsprechend dem Videosignal geliefert, sondern mit Binärsignalen, die nur einen Teil der Bildinformation enthalten. Hierdurch läßt sich keine Verbesserung der Ansprechzeit der Bildelemente erwarten.
• Bei der Anwendung der Erfindung sind weitere Bauteile in den Steuermitteln der Anzeigeanordnung im Vergleich zu herkömmlichen Anzeigeanordnungen erforderlich, um die Steuerung der Bildelemente des Anzeigefeldes mit einer höheren Halbbildgeschwindigkeit durchzuführen. Jedoch lassen sich die zu erhaltenden Vorteile, insbesondere bei Anordnungen mit Großflächenanzeigen entweder direkt oder durch Projektion oder zwecks HDTV-Anzeige die zusätzlichen Kosten und die erforderliche Komplexität leicht rechtfertigen.
• Zum Bewerkstelligen der Kompatibilität mit dem Videosignal ist die höhere Halbbildgeschwindigkeit, bei der die Bildelemente gesteuert werden, ein integrales Vielfaches der Halbbildgeschwindigkeit des Eingangsvideosignals. Vorzugsweise wird die Halbbildgeschwindigkeit der Bildelement als das Zweifache oder Vierfache der Halbbildgeschwindigkeit des gelieferten Videosignals gewählt. Beispielsweise kann bei einem Eingangssignal mit einem PAL- oder NTSC-Fernsehsendesignal, dessen Halbbildgeschwindigkeiten 50 Hz bzw. 60 Hz betragen, die Halbbildgeschwindigkeit für das Anzeigefeld auf 100 Hz bzw. 120 Hz erhöht werden.
• Eine Flüssigkristallvideoanzeigeanordnung mit aktiver Matrix und ein Verfahren für den Betrieb dieser Anordnung wird erfindungsgemäß anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
• Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeanordnung mit aktiver Matrixadressierung,
• Fig. 2 bis 5 die graphische Darstellung der Übertragungs/Zeitkennlinien der verschiedenen Flüssigkristallprüfzellen unter Verwendung verschiedener Arten verdrillt nematischer LC-Werkstoffe, und
• Fig. 6 eine graphisch Darstellung zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen der Übertragungskennlinie gegen die Zeit einer der Prüfzellen und der Spannung an der Zelle gegen die Zeit beim Steuern.
• In Fig. 1 enthält die Anzeigeanordnung, die zum Anzeigen von Videobil dem beispielsweise von Fernsehbildern dient, ein aktives matrixadressiertes Flüssigkristallanzeigefeld 10 mit einer Zeilen- und Spaltengruppe von Bildelementen enthält, die aus m Zeilen (1 bis m) mit n horizontal angeordneten Bildelementen 12 (1 bis n) in jeder Zeile besteht. Nur wenige Bildelemente werden der Einfachheit halber dargestellt. In der Praxis kann die Gesamtzahl der Bildelemente (m x n) im Matrixbereich mehrere Hundert oder Tausend ! betragen.
• Das Anzeigefeld 10 hat allgemein eine herkömmliche Form. Jedes Bildelement 12 ist mit einer betreffenden Schalteinrichtung in Form eines Dünnschichttransistors (TFT) 11 verknüpft und befindet sich neben der Schnittstelle der Gruppen von Zeilen- und Spaltenadreßleitern 14 und 16, wobei die Grenzen der Bildelemente durch den Raum zwischen benachbarten Paaren der Zeilen- und Spaltenleiter bestimmt werden.
• Die Gate-Klemmen aller TFT 11 in Verknüpfung mit den Bildelementen in derselben Zeile werden mit einem gemeinsamen Zeilenleiter 14 verbunden, an den im Betrieb Schaltsignale (Aufsteuersignale) geliefert werden. Ebenfalls werden die mit allen Bildelementen in derselben Spalte verknüpften Sourceklemmen mit einem gemeinsamen Spaltenleiter 16 verbunden, an den Datensignale (Videoinformationsignale) gelegt werden. Die Drainklemmen der TFT werden mit je einer betreffenden transparenten Bildelementelektrode 18 zur Bildung eines Teils eines Bildelements und zur Definition des Bildelements verbunden.
• Die Zeilen- und Spaltenleiter 14 und 16, die TFT 11 und die Elektroden 18 sind alle auf einer transparenten Platte angeordnet, beispielsweise aus Glas. Parallel zu dieser Platte und im Abstand davon befindet sich eine weitere transparente Platte, auf der eine durchgehende transparente Leitschicht zur Bildung einer für alle Bildelemente des Feldes gemeinsamen Elektrode gebildet. Verdrill nematisches Flüssigkristallmaterial befindet sich zwischen den beiden Platten, die auf geeigete Weise an ihrer Peripherie abgedichtet sind. Die einander gegenüberliegenden Platten sind auf herkömmliche Weise mit Polarisatorschichten versehen.
• Im Betrieb wird das Anzeigefeld von einer Lichtquelle auf der einen Seite beleuchtet, und in das Feld eintretendes Licht wird entsprechend der Übertragungskennlinien der Bildelemente 12 entsprechend moduliert. Das Flüssigkristallmaterial moduliert von den Bildelementen entsprechend der daran gelegten Spannung übertragenes Licht, wobei jedes von der Elektrode 18 auf einer Platte definiertes ! Bildelement, ein gegenüberliegender Anteil der gemeinsamen Elektrode auf der anderen Platte und das zwischenliegende Flüssigkristallmaterial zum Ändern der Lichtübertragung durch das Feld entsprechend einer Steuerspannung an den betreffenden Elektroden betreibbar sind.
• Nach der Standardpraxis wird die Anordnung Zeile für Zeile durch Abtastung der Zeilenleiter 14 sequentiell mit einem Aufsteuersignal (Wählsignal) gesteuert, um jede Zeile von TFT der Reihe nach aufzusteuern und Datensignale, d.h. Bildinformationssignale, an die Spaltenleiter für jede Zeile von Bildanzeigeelementen der Reihe nach auf geeignete Weise und synchron mit den Aufsteuersignalen anzulegen, um ein voll ständiges Anzeigebild aufzubauen. Beispielsweise wird bei einer Fernsehanzeige jede Zeile von Bildelementen mit Bildinformationssignalen entsprechend einer Fernsehzeile beliefert. Bei Adressierung von jeweils einer Zeile werden alle TFT 11 der adressierten Zeile für eine Zeit aufgesteuert, die durch die Dauer des Aufsteuersignals bestimmt wird, wobei die Videoinformationssignale von den Spaltenleitern 16 auf die Bildelemente 12 übertragen werden. Nach der Zeilenadressierung und der Beendung des Aufsteuersignals werden die TFT 11 der Zeile gesperrt und dabei werden die Bildelemente von den Leitern 16 isoliert, wobei die angelegte Aufladung in den Bildelementen gespeichert wird. Diese Bildelemente bleiben im Zustand, in denen sie sich befanden, bis sie das folgende Mal adressiert werden.
• Die Zeilenleiter 14 werden aufeinanderfolgend mit Aufsteuersignale von einer Zeilensteuerschaltung 20 beliefert, die ein digitales Schieberegister enthält, das von regelmäßigen Zeitsteuerimpulsen aus einer Zeitsteuer- und Kontrolischaltung 21 gesteuert wird, an die ein Synchronsignal aus einer Synchrontrennstufe 26 gelegt wird. In den Intervallen zwischen Aufsteuersignalen werden die Zeilenleiter mit einem im wesentlichen konstanten Bezugspotential von der Steuerschaltung 20 beliefert. Videodatensignale, Bildinformationssignale, gelangen an die Spaltenleiter 16 aus einer Spaltensteuerschaltung 22 mit einer oder mehreren Schieberegister/Abtast-und-Halteschaltungen !. Die Schaltung 22 wird mit Videodatensignalen aus einer Videoaufbereitungsschaltung 24 beliefert, die aus einem Video-(Fernseh-)Signal mit Bild- und Zeitsteuerinformation abgeleitet werden und eine vorgegebene Halbbildgeschwindigkeit aufweisen, das an einen Eingang 25 gelegt wird. Zeitsteuersignale, die von aus der Synchrontrennstufe 26 aus der Zeitsteuerinformation des Eingangsvideosignals erhaltenen Synchronsignale abgeleitet sind, gelangen an die Schaltung 22 durch die Zeitsteuerund Kontrollschaltung 21 synchron mit der Zeilenabtastung zur Verwirklichung einer Serien/Parallelumwandlung entsprechend jeweils einer Zeile beim Adressieren des Feldes 10. Die Schaltungen 20, 22, 24 und 26 haben allgemein eine herkömmliche Form und werden als solche hier nicht weiter beschrieben. Eine ausgesprochene Grundform der Spaltensteuerschaltung 22 ist schematisch in Fig. 1 der Einfachheit halber dargestellt, und es soll klar sein, daß andere Schaltungsarten verwendbar sind, was dem Fachman geläufig sein wird.
• Zum Vermeiden elektrochemischer Herabsetzung des LC-Materials wird die Polarität der an die Bildelemente gelegten Steuersignale periodisch entsprechend bekannter Praxis umgekehrt, obgleich das Mittel, mit dem dies erreicht wird, in Fig. 1 der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Diese Polaritätsumkehrung kann nach jedem vollständigen Halbbild des Anzeigefeldes erfolgen.
• In einer herkömmlichen Fernsehanzeigeanordnung werden aufeinanderfolgende Aufsteuersignale aus der Zeilensteuerschaltung 20 an die Zeilenleiter synchron mit Fernsehzeilen zugeführt, wobei jedes Aufsteuersignale eine Dauer entsprechend einer Fernsehzeilenperiode T1 oder weniger hat. Nachdem Anlegen eines Aufsteuersignals an einen Zeilenleiterwerden die TFT dieser Zeile für den Rest der Fernsehhalbbildzeit Tf gesperrt, wobei Tf etwa gleich m.T1 ist. Bei einer PAL-Norm Fernsehanzeige mit einer halben Auflösung zum Beispiel beträgt eine Fernsehzeilenperiode 64 ms und jeder Zeilenleiter wird mit einem auf Steuersignal bei Intervallen von ms entsprechend der Fernsehhalbbildperiode beliefert.
• In der Anzeigeanordnung nach Fig. 1 jedoch und erfindungsgemäß wird das Anzeigefeld mit einer Halbbildgeschwindigkeit gesteuert, die größer ist als die Halbbildgeschwindigkeit des Eingangsvideo-Fernseh-Signals. Dies führt zur Verbesserung in der Ansprechzeit in herkömmlich gesteuerten Anzeigeanordnungen. Insbesondere wird die Übertragungs-Ansprechzeit der Bildelemente, d.h. die für die Übertragung eines Bildelements zum Stabilisieren nach einer Änderung im angelegten Steuerpegel erforderliche Zeit, durch Erhöhung der Halbbildgeschwindigkeit reduziert, so daß die Elemente schneller gesteuert werden.
• Die Bildelemente des Anzeigefeldes 10 des Anordnungsbeispiels nach Fig. 1 werden mit einer Halbbildgeschwindigkeit gesteuert, die das Zweifache der des normalen gelieferten Fernsehsignals beträgt. Für ein PAL-Fernsehwiedergabesignal mit einer Halbbildzeit von 20 ins und einer Halbbildgeschwindigkeit von 50 Hz bedeutet dies, daß die Halbbildzeit des Anzeigefeldes auf 10 ms reduziert wird, wobei die Halbbildgeschwindigkeit tatsächlich nach 100 Hz umgesetzt wird.
• Zu diesem Zweck und anhand der Fig. 1 werden die Videosignale aus dern Eingang 25 über einen Analog/Digital-Wandler 27 und einen Umschalter 28 in einen der zwei Digitalhalbbildspeicher 30 und 31 eingegeben, der die digitalisierten Videosignale für ein vollständiges Fernsehhalbbild speichert. Der Umschalter 28 wird unter der Steuerung der Schaltung 21 derart betrieben, daß abwechselnde Fernsehhalbbildsignale in die Speicher 30 bzw. 31 eingeschrieben werden. Während ein Speicher, z.B. 30, die Daten empfängt, wird der Inhalt des anderen Speichers 31 gelesen und über einen Umschalter 32 ebenfalls unter der Steuerung der Schaltung 21 und einen Digitall- Analog-Wandler 33 nach der Videoaufbereitungsschaltung 24 ausgegeben. Die gespeicherten Signale im einen Speicher werden zeilenweise nach der Schaltung 24 ausgelesen, wobei jeder Auslesevorgang eine halbe Fernsehzeilenperiode nimmt. Nachdem Auslesen eines Halbbildes wird der Vorgang wiederholt, so daß die zwei aufeinanderfolgenden und gleichen Haibbildauslesungen aus einem Speicher eine Standard- Fernsehhalbbildperiode einnehmen. Nach den zwei Auslesevorgängen werden die Umsehalter 28 und 32 betätigt, so daß die folgenden Fernsehhalbbildsignale nach der Schaltung 24 ausdem anderen Speicher wiederum auf gleiche Weise und zweimal aufeinanderfolgend ausgelesen werden, während das folgende Fernsehhalbbild in den ersten Speicher eingegeben wird. Dieser Betrieb wird ununterbrochen wiederholt.
• In Fig. 2 bis 5 ist graphisch der Effekt der Änderung der Anzeigehalbbildgeschwindigkeit dargestellt, und genauer gesagt das Verhältnis zwischen Übertragung und Zeit eines einzelnen Bildelements bei verschiedenen Halbbildgeschwindigkeiten. Da es schwierig ist, das Verhalten eines typischen Bildelements des Anzeigefeldes 10 an Ort und Stelle zu studieren, wurden Großabmessung-Bildelemente von etwa 50 Quadratmillimetern mit einer Steuerung von einem Feldeffekttransistor zum Simulieren der Matrixsteueranordnung zum Durchführen der in diesen Figuren angegebenen Messungen hergestellt. Die Messungen wurden mit simulierter TFT-Steuerung beim zwei verschiedenen Amplituden für die eingestellte Quellenwelle durchgeführt. Die FET- Eingangsamplitude wird zwischen den beiden Pegeln unter Verwendung einer Steuerwelle geschaltet, die durch Teilung der Quellenwelle zur Verwirklichung von Synchronismus abgeleitet wird. Die Übertragung der Bildelemente wird unter Verwendung eienr Lichtquelle und einer Photodiode gemessen.
• Die Messungen nach Fig. 2 bis 5 gelten für den Fall, indem das Schalten der Bildelemente zwischen 90% Übertragung und 10% Übertragung und zurück erfolgt. Dieser Schaltvorgang erfolgt nach jeweils acht Halbbildperioden.
• In Fig. 2 und 3 sind die Übertragung Tr in zeitlicher Abhängigkeit t kennzeichnend für Licht-zu-Dunkel- und Dunkel-zu-Licht-Übergänge bei einem Bildelement oder einer Zelle A unter Verwendung eines im Handle verfügbaren verdrillt nematischen Flüssigkristallmaterials und von Polyimidausrichtschichten dargestellt.
• In Fig. 4 und 5 sind die Übertragung Tr in zeitlicher Abhängigkeit t kennzeichnend für Licht-zu-Dunkel- und Dunkel-zu-Licht-Übergänge bei der Zelle B dargestellt, bei der ein anderes im Handel erhältliches TN-LC-Material und dieselben Polyimid-Ausrichtschichten verwendet werden.
• Gegen die Zeit durchgeführte Übertragungsmessungen wurden unter Verwendung von drei verschiedenen Halbbildgeschwindigkeiten durchgeführt, d.h. 25 Hz, 50 Hz und 100 Hz entsprechend den Halbbildzeiten 40 ms, 20 ms bzw. 10 ms, und die gemessenen Ergebnisse für jede Halbbildgeschwindigkeit sind in den graphischen Darstellungen angegeben und dementsprechend bezeichnet.
• In beiden Fällen wurde die Licht-zu-Dunkel-Antwort schneller als die Dunkel-zu-Licht-Antwort festgestellt. Das LC-Material der Zelle B hat einen höheren Widerstandswert als das der Zelle A. Auch dann wird die Ansprechzeit der Zelle mit dem früheren Material als ausgesprochen gleichdem letzgenannten Material festgestellt. Bei einer Temperatur von 22ºC und bei einer Halbbildgeschwindigkeit von 50 Hz betragen die Anspreichzeiten der Zelle A 35 ms für Licht-zu-Dunkel-Übertragung und ms für Dunkel-zu-Licht-Übertragung und die Ansprechzeiten der Zelle B betragen 30 rns für Licht-zu-Dunkel-Übergang und 44 ms für Dunkel-zu-Licht-Übergang.
• In jeder graphischen Darstellung werden die Zellen A und B bei t gleich 40 ms geschaltet. Wie bereits erwähnt werden die Zellen nach acht aufeinanderfolgenden Halbbildperioden in den anderen Zustand umgeschaltet. Also anhand der Fig. 2 zum Beispiel wird die Zelle A bei einer Halbbildgeschwindigkeit von 100 Hz wiederum von dunkel nach licht nach 80 ms (8 x 10 ms) gesteuert, das heißt bei t gleich 120 ms. Der Zeitmaßstab in den grpahischen Darstellungen ist zu kurz zum Veranschaulichen der folgenden Änderung bei 25 Hz-Steuerung.
• Was insbesondere für die niedrigeren Halbbildgeschwindigkeiten, 25 Hz und 50 Hz, ersichtlich ist, wird ein Welligkeitseffekt erzeugt. Beispielsweise bei der Zelle A, licht nach dunkel, bei einer Steuerung auf 25 Hz nach Fig. 2, fällt die Übertragung ziemlich scharf ab nach ursprünglicher Umschaltung bei t gleich 40 ms, aber sie fängt etwa 20 ms wieder zum Ansteigen an, bis die Zelle als folgende bei t gleich 80 ms adressiert wird, wonach sie wiederum stark abfällt. Dieses Muster wird wiederholt, bis nach mehreren Halbbildperioden die Übertragung etwa auf 10% stabil ist.
• Die drei Halbbildgeschwindigkeiten, bei denen die Zellen adressiert werden, bestätigen, daß die Ansprechzeit der Zellen von der Halbbildgeschwindigkeit beeinflußt wird. Die Ergebnisse werden in nachstehender Tabelle zusammengefaßt. Tabelle 1 Halbbild-Zeit Steuerpegel Zeit von hell nach dunkel von dunkel nach hell Zelle
• Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, d aß die Ansprechzeit bei ansteigender Halbbildzeit insbesondere beim Dunkel-zu-Licht-Übergang länger wird.
• Beim Steuern mit einer Halbbildperiode von 20 ms belegen die Zellen A und B mehrere Halbbilder für den Übergang zum Einstellen auf seinen neuen Pegel. Jedoch wenn die Zellen mit einer verringerten Halbbildzeit von 10 ms gesteuert werden, stellen sie sich schneller auf den neuen Pegel ein.
• Das Verhalten der Übertragung bei einer Anderung und zuletzt die Einstellung nach einer Änderung des Steuerpegels wird von dem Spannungsabfall in der Zelle und von der Verzögerung in der spannungsabhängigen Änderung in der dielektrischen Konstante des LC-Materials beeinflußt.
• Die Übertragungskurve mit aktiver Steuerung ist von der Halbbildgeschwindigkeit abhängig. Im allgemeinen vergrößern sich die Werte der Schwellen- und Sättigungsspannungen in der Übertragungskurve mit den längeren Halbbildzeiten. Die Ursache davon ist, daß Leck die Effektivspannung an der Zelle kleiner macht als die Steuerspannung. Eine längere Halbbildzeit bewirkt, daß die Übertragungskurve besser vom Direktsteuerfall ausgeht. Dieses Lecken kann Welligkeit in der Halbbildgeschwindigkeit auf das von der Flüssigkristallzelle ausgesandten Licht verursachen.
• In der Halbbildzeit fällt die wirkliche Spannung an der Zelle durch Lecken ab. Direkt nachdem Adressieren der Zelle mit einem Spannungspegel, der für 10% Übertragung geeignet ist, fängt das Abfallen der Übertragung bei einer von der Zeit vorgeschriebenen Geschwindigkeit ab, die für die LC-Moleküle zum Neuausrichten beansprucht wird. Inzwischen fällt die Spannung an der Zelle durch Lecken ab und möglicherweise wird ein Zustand erreicht, indem die Spannung an der Zelle derart abgefallen ist, daß die Übertragung für die momentan angelegte Spannung zu gering ist und die Übertragung vergrößert sich wieder bis zum Ende der Halbbildperiode, wenn die Spannung ergänzt wird und der Vorgang abermals startet. Bei der Zelle B zum Beispiel ist die Abfallzeit höher als 10 s, wodurch der Spannungsabfall wenig Einfluß auf die Form der Ansprechkurve bei den Übergängen hat. Der Haupteffekt wird hier durch die Verzögerung in der Änderung der dielektrischen Konstante verursacht. Da die Moleküle eine endliche Zeit zu ihrem Neuausrichten nach einer Änderung im Steuerpegel beanspruchen (z.B. dunkel nach licht), wird auch die Änderung in der dielektrischen Konstante verzögert. Aus Fig. 4 und 5 ist ersichtlich, daß es wirklich keine Welligkeit auf der Übertragungskurve gibt, nachdem die Effekte der Änderung eines Steuerpegels sich ausgewirkt haben. Jedoch gibt es direkt nach einer Änderung im Steuerpegel, wenn die Übertragung sich nach ihrem neuen Wert ändert, eine Welle bei Halbbildgeschwindigkeit.
• In Fig. 4 und 5 ist ebenfalls dargestellt, daß die Kurven für die drei Halbbildgeschwindigkeiten einander in den ersten 10 ms nach dem Umschalten des Steuerpegels auffolgen. Die 20 ms und 40 ms Halbbildzeitkurven bleiben dann beieinander, bis 20 ms vergangen ist. Der Vorgang ist mit weiteren Einzelheiten aus Fig. 6 ersichtlich, die die Übertragung Tr und die Zellenspannung V in der 50 ms nach einer Licht-zu-Dunkel-Übertragung für 10 ms und 20 ms Halbbildzeiten dargestellt sind.
• Direkt nachdem Steuerpegelanstieg fängen die Moleküle sich zum Neuausrichten im höheren elektrischen Feld an. Dies verursacht den Abfall der Übertragung und den Anstieg der dielektrischen Konstante. Der Anstieg der dielektrischen Konstante und daher der Zellenkapazität bewirkt einen entsprechenden Abfall der Zellenspannung von ihrem Anfangswert von etwa 6,2 V, da bei jedem geringsten Lecken die Gesamtladung der Zelle in Wirklichkeit ungeändert bleibt. Für die ersten 10 ms, sind der Spannungsabfall und der Übertragungsabfall für beide Halbbildgeschwindigkeiten gleich.
• In den zweiten 10 ms werden die Spannung und die Übertragung für die 20 ms Halbbildgeschwindigkeit ununterbrochen fortgesetzt. Bei der 10 ms Halbbildzeit wird die Zelle nach 10 ms neuadressiert und die Spannung auf ihren Anfangswert von 6,2 V erhöht, aber diesmal negativ entsprechend eines herkömmlichen Halbbildumkehrsteuerplans zum Vermeiden von Herabsetzung des LC-Materials. Diese Wiederherstellung der Zellenspannung ergibt einen Anstieg in der Änderung der Übertragung, und die Kurve für die 10 ms Halbbildgeschwindigkeit sinkt schneller ab. Nach 20 ms erfolgt Neuadressierung für die 20 ms Halbbildzeit. Genauso wird die Spannung an der Zelle höher und es gibt eine Diskontinuität in der Übertragungskurve. Der wichtige Punkt dabei ist, daß die schnellere Adressierung der Zelle bei den höheren Halbbildgeschwindigkeiten bewirkt, daß die Zelle ihren Gleichgewichtswert schneller erreicht, d.h. die Ansprechzeit hat abgenommen.
• Die Ergebnisse geben an, daß die Ansprechzeit abhängig ist von der Zeit, die die Moleküle benötigen zum Ausrichten nach einer Änderung im Steuerpegel der Zelle, und zeigen, daß bei Erhöhung der Halbbildgeschwindigkeit und daher bei schnellerer Steuerung der Zelle die Ansprechzeit reduziert wird.
• Die Reduktion der Ansprechzeit der Flüssigkristallbildelemente durch Erhöhung der Halbbildgeschwindigkeit, bei der sie gesteuert werden, ergibt eine bessere Bildqualität Die Verbesserung ist in der (PAL) Fernsehanzeigeanordnung nach Fig. 1 verkörpert, in der die Bildelemente bei einer 100 Hz Halbbildgeschwindigkeit gesteuert werden statt bei einer 50 Hz Halbbildgeschwindigkeit entsprechend dem Fernsehsignalhalbbildgeschwindigkeit, wie sie in der normalen Praxis erfolgt.
• Die Reduktion der Ansprechzeit ist ein wichtiger Faktor für hochgradige Anzeigen bei Verwendung des Anzeigefeldes als Teil einer Projektionsfernsehanordnung für Großbildabmessungen und insbesondere für Hochauflösungsfernsehen.
• Die Polarität der vom Bildelement gesteuerten Spannungen kann nach jeweils zwei Wiedergabehalbbildern statt nach jedem aufeinanderfolgenden Wieder gabehalbbild umgekehrt werden.
• Obgleich im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Wiedergabehalb bildgeschwindigkeit das Zweifache der Geschwindigkeit des Eingangsvideosignals ist, kann die Wiedergabehalbbildgeschwindigkeit ein integrales Vielfaches des Eingangsvideos größer als zwei sein. Vorzugsweise beträgt das integrale Vielfache 2 bis 4. Um dies zu bewerkstelligen, werden die Inhalte des Halbbildspeichers in jeder Videosignalhalbbildperiode auf geeignete Weise mehrmals ausgelesen.
• In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das LC-Anzeigefeld vom aktiven Matrixtyp mit nichtlinearen Zweiklemmenanordnungen sein, wie Diodenelemente oder MIM-Schichten, als aktive Elemente für die Bildelemente statt Dünnschichttransistoren.
• Es wird in Erwägung gezogen, daß andere Annäherungen als die nach der Beschreibung anhand der Fig. 1 angewandt werden können, um die Möglichkeit zu bieten, daß das Anzeigefeld bei einer höheren Halbbildgeschwindigkeit als die des ankommenden Videosignals gesteuert wird. Mehrere in der Kathodenstrahlröhrenanzeigetechnologie bekannte Techniken zur Ermöglichen der Kathodenstrahlröhren zum Erzeugen einer Anzeige beispielsweise bei doppelter Halbbildgeschwindigkeit des gelieferten Videosignals, zum Beispiel bei 100 Hz für ein 50 Hz PAL-Standard- Fernsehsignal kann zur Verwendung in der Flüssigkristallanzeigeanordnung mit aktiver Matrix ausgeführt werden. Wenn A und B zur Darstellung von zwei aufeinanderfolgenden Halbbildern in einem Fernsehsignal zum Beispiel verwendet werden, dienen einige dieser Techniken zum Anzeigen bei höherer Halbbildgeschwindigkeit durch einfaches Halbbildwiederholen, d.h. AABB usw. wie bei der oben beschriebenen Anordnung. Bei anderen bekannten Techniken kann eine abwechselnde Sequenz von Halbbildern erzeugt werden, d.h. ABAB usw.
• Es können andere präzisere Techniken nach neulicher Entwicklung für HDTV-CRT-Anzeigen vorteilhaft verwendet werden, indem neben einer Ansprechzeitverbesserung ein Bild mit einer höheren Qualität erhalten werden kann. In dieser Hinsicht ist eine bevorzugte Technik die des Bewegungsausgleichs. Mit dieser mit Hilfe einer komplexeren Halbbildgeschwindigkeitsumsetzerschaltung erhaltenen Technik wird ein Zwischenhalbbild vom Feld zur Anzeige addiert, das nicht bloß eine Wiederholung des vorangehenden Halbbilds ist, sondern stattdessen davon abgeleitet und vom folgenden eigentlichen Halbbild durch geeignete Signalaufbereitung ist, so daß die Sequenz der Anzeigehaibbilder wie folgt wird A A/B B B/C C usw. Für weitere Einzelheiten dieser Technik bei Anwendung in einer HDTV-CRT-Anzeigeanordnung sei auf den Artikel von Fernande et al mitdem Titel "Motion compensated Field Rate Conversion for HDMAC Display" verwiesen, der bei der International Broadcasting Convention in Brighton, September 1988 vorgeführt und in der IEEE Conference Publication Nr.293 veröffentlicht wurd.
• Beim Lesen dieser Beschreibung werden den Fachleuten weitere Abwandlungen und Änderungen bekannt werden. Derartige Abwandlungen und Änderungen können Äquivalente und weitere Eigenschaften enthalten, die im Entwurf, bei der Herstellung und bei der Anwendung von Anzeigeanordnungen und von Bauteilen dieser Anordnungen bereits bekannt sind, und die stattdessen oder neben bereits hier beschriebenen Eigenschaften verwendbar sind.

Claims (8)

1. Verfahren zum Reduzieren der Bildelementansprechzeit einer Flüssigkristallanzeigeanordnung mit aktiver Matrix mit einem Flüssigkristallanzeigefeld (10) mit einer Zeilen- und Spaltengruppe von Bildelementen (12), die mit je einer aktiven Schaltanordnung (11) verknüpft sind, und mit Steuermitteln (20 bis 22, 24 bis 26) zum sequentiellen Steuern der Zeilen von Bildelementen entsprechend einem Videosignal mit einer vorgegebenen Halbbildgeschwindigkeit nach den Steuermitteln durch aufeinanderfolgendes Abtasten der Zeilen der Gruppe und durch Ausgeben abgetasteter Halbbilder des Videosignals nach den Spalten der Gruppe, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildemente des Feldes mit einer höheren Halbbildgeschwindigkeit gesteuert werden als die von den Steuermitteln, wobei die Halbbilder des ausgegebenen Videosignals in Halbbildspeichermittel (27, 28, 30 bis 33) der Steuermittel eingeschrieben werden, deren Inhalte zur Verwendung beim Steuern der Bildelemente mit einer höheren Geschwindigkeit als die des Eingebens gelesen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbbildgeschwindigkeit des Anzeigefeldes das n-Fache der Halbbildgeschwindigkeit des ausgegebenen Videosignals ist, worin n gleich 2, 3 oder 4 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbbildspeichermittel zum Erzeugen einer Sequenz von Anzeighalbbildern arbeitet, die Wiederholungshalbbilder umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnde Halbbiler des ausgegebenen Videosignals in zwei jeweilige Halbbildspeicher (30, 31) eingegeben werden, wobei der Inhalt des einen Halbbildspeichers zur Verwendung beim Steuern der Bildelemente mehrmals gelesen wird, während ein Halbbild des Videosignals in den anderen Halbbildspeicher eingeschrieben wird.

5. Flüssigkristallvideoanzeigeanordnung mit aktiver Matrix mit einem Anzeigefeld (10) mit einer Zeilen- und Spaltengruppe von Flüssigkristallbildelementen (12), die mit je einer Schaltungseinrichtung (11) verknüpft sind, mit Eingangsmitteln (25) zum Empfangen eines Videosignals mit einer vorgegebenen Halbbildfrequenz und mit Steuermitteln (20 bis 22, 24, 26) zum Steuern der Bildeelemente Zeile für Zeile entsprechenddem Eingangsvideosignal durch aufeinanderfolgendes Abtasten der Zeilen der Gruppe und durch Ausgeben abgetasteter Haibbilder des Videosignals an die Spalten der Gruppe, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel zum Reduzieren der Bildelementansprechzeit betreibbar ist, in dem die Gruppe von Bildelementen bei einer höheren Halbbildgeschwindigkeit als die des Eingangsvideosignals gesteuert wird, und Halbbildspeichermittel (27, 28, 30 bis 33) enthält, in die Bildinformation eines Eingangsvideosignalhalbbildes eingeschrieben wird, und dessen Inhalte zum Steuern der Bildelemente entsprechend der Bildinformation eines gespeicherten Halbbildes bei einer höheren Geschwindigkeit als die der Eingabe ausgelesen werden.

6. Flüssigkristallvideoanzeigeanordnung mit aktiver Matrix nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel zum Steuern des Anzeigefeldes bei einer Halbbildgeschwindigkeit angeordnet ist, die das n-Fache von der des Eingangsvideosignals ist, worin n gleich 2, 3 oder 4 ist.

7. Flüssigkristallvideoanzeigeanordnung mit aktiver Matrix nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbbildspeichermittel zum Erzeugen einer Sequenz von Anzeigehalbbildern mit Wiederholungsshalbbildern an seinem Ausgang angeordnet ist.

8. Flüssigkristallvideoanzeigeanordnung mit aktiver Matrix nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbbildspeichermittel erste und zweite Halbbildspeicher (30, 31) enthält, in die abwechselnde Eingangsvideosignalhalbbilder eingeschrieben werden, und daß das Steuermittel derart angeordnet ist, daß es die Inhalte des einen Halbbildspeichers liest und die Bildelemente dementsprechend mehrmals steuert, während der andere Halbbildspeicher mit einem Videosignalfeld geladen wird.