DE69211896T2

DE69211896T2 - Flüssigkristallanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69211896T2
Application number: DE69211896T
Authority: DE
Inventors: Shinjiro Okada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1992-04-22
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: EP0510606A1; JPH04323615A; US5608420A; DE69211896D1; EP0510606B1; JP2847331B2; ATE140098T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die einen ferroelektrischen Flüssigkristall verwendet, und insbesondere eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die eine Anzeige mit einer Gradations- bzw. Abstufungs steuerung durchführt.

BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDES DER TECHNIK

Die JP-A-61-94 023 offenbart eine Anzeigevorrichtung, die einen ferroelektrischen Flüssigkristall verwendet. Insbesondere verwendet diese Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ein Paar Glassubstrate, die mit transparenten Elektroden auf ihren inneren Oberflächen versehen sind und einer Orientierungs- oder Ausrichtungsbehandlung unterzogen worden sind. Die Glassubstrate sind derart angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen und eine Lücke von 1 bis 3 µm dazwischen lassen. Die Lücke ist mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall ausgefüllt.
Eine einen ferroelektrischen Flüssigkristall verwendende Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung wird günstigerweise durch eine Kombination aus einem externen elektrischen Feld und einer durch den ferroelektrischen Flüssigkristall ausgeübten spontanen Polarisation geschaltet. Darüber hinaus kann ein Schalten durch Verändern der Polarität des externen elektrischen Feldes dank der Tatsache leicht ausgeführt werden, daß die Richtung der längeren Achsen der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle der Richtung der spontanen Polarisierung entspricht.
Demgegenüber sind verschiedene Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, die chiral-smektische Flüssigkristalle verwenden, in den folgenden US-Patentschriften offenbart: 4 639 089, 4 681 404, 4 682 858, 4 709 994, 4 712 872, 4 712 873, 4 712 874, 4 712 875, 4 721 367, 4 728 176, 4 740 060, 4 744 639, 4 747 671, 4 763 992, 4 773 738, 4 776 676, 4 778 259, 4 783 148, 4 796 979, 4 800 382, 4 802 740, 4 818 075, 4 818 078, 4 820 026, 4 836 656, 4 844 590, 4 869 577, 4 878 740, 4 879 059, 4 898 456, 4 907 859, 4 917 471, 4 932 757, 4 932 758, 5 000 545, 5 007 716, 5 013 137, 5 026 144, 5 054 890 und 5 078 475.
Außerdem offenbart die US-4 763 994 einen ferroelektrischen Flüssigkristall, der einen ersten und einen zweiten Orientierungszustand in Abhängigkeit von einem angelegten elektrischen Feld aufweist. Abtastelektroden und Signalelektroden sind in einer Matrix angeordnet, und eine Flüssigkristallverbindung ist zwischen den Elektroden zur Ausbildung einer großen Anzahl von Bildelementen zur Anzeige von Bildern oder Informationen gefüllt. Wenn eine Abtastelektrode zum Schreiben von Informationen ausgewählt wird, wird die entsprechende Zeile durch Zuführen einer geeigneten Spannung durch eine Signalelektroden-Ansteuereinrichtung zunächst gelöscht.
Darüber hinaus offenbart die EP-A-0 469 531, die gemäß Art. 54(3) und (4) EPÜ erwähnt wird, eine Flüssigkristallvorrichtung und deren Ansteuerverfahren. Eine Flüssigkristallvorrichtung ist durch eine Vielzahl von Abtastelektroden, eine Vielzahl von Datenelektroden, die die Abtastelektroden schneiden, und einen bistabilen Flüssigkristall ausgebildet, der zwischen den Abtastelektroden und den Datenelektroden angeordnet ist. Der Flüssigkristall weist erste und zweite stabile Orientierungszustände auf, die durch Anlegen einer Spannung verursacht werden, die eine bestimmte Schwellspannung übersteigt. Ein Spannungssignal wird an ein Bildelement angelegt, das einen Löschimpuls und einen dem Löschimpuls folgenden Schreibimpuls enthält. Bildelemente mit einem Anfangszustand mit einer höheren Inversion sind schon vollständig mit beabsichtigten Daten nach einem ersten Schreibschritt beschrieben, wohingegen Bildelemente mit einem Anfangszustand mit einer geringeren Inversion einen zweiten Schreibschritt erfordern. Dieser zweite Schreibschritt wird nach Ablauf einer Zeit ausgeführt, die größer als eine Erholzeit ist, nach der ein Unterschied des Schwellwerts verschwindet.
Im allgemeinen weisen chiral-smektische Flüssigkristalle jedoch eine bistabile Eigenschaft bzw. Kennlinie auf, so daß es schwierig gewesen ist, ein Bild mit einer Gradations- bzw. Abstufungssteuerung durch Verwendung dieser Art eines Flüssigkristalls anzuzeigen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu schaffen, die einen ferroelektrischen Flüssigkristall oder einen chiral-smektischen Flüssigkristall verwendet und ein Bild mit einem hohen Gradationsgrad anzeigen kann.
Erfindungsgemäß wird eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung geschaffen mit einem Anzeigeabschnitt zur Anzeige eines Bildes oder anderen Daten, wobei der Anzeigeabschnitt Abtastelektroden und Signalelektroden enthält, die derart angeordnet sind, daß sie sich zur Bildung einer Matrix von Bildelementen kreuzen, und einem ferroelektrischen Flüssigkristall, der eine Lücke zwischen den Abtastelektroden und den Signalelektroden füllt sowie einen ersten stabilen Zustand und einen zweiten stabilen Zustand in Ausrichtung mit der Richtung eines elektrischen Feldes annehmen kann, das durch eine zwischen den Elektroden angelegte Spannung erzeugt wird, wobei die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung außerdem eine Einrichtung zum Anlegen eines Rücksetzimpulses an eine ausgewählte Abtastelektrode, damit alle Bildelemente auf der Abtastelektrode in den ersten stabilen Zustand zurückgesetzt werden, und zum Anlegen zumindest eines von einer Vielzahl von dem Rücksetzimpuls folgenden Schreibimpulsen sowie eine Steuereinrichtung zum Steuern des Zeitpunkts des Anlegens der Impulse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten in einem derartigen Ablauf geschrieben werden, daß das Schreiben in das Bildelement mit dem höchsten Inversions-Schwellwertpegel zunächst ausgeführt wird, die Steuereinrichtung den Zeitpunkt des Anlegens der Impulse auf eine solche Weise steuert, daß ein Zeitintervall, das nicht kürzer als eine Erholzeit ist, zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen erhalten wird, wobei die Erholzeit die Zeit ist, die dazu erforderlich ist, daß der Flüssigkristall in einen Zustand versetzt wird, der den selben Inversions-Schwellwert wie denjenigen aufweist, der derselbe Flüssigkristall vor dem Anlegen des unmittelbar vorhergehenden Impulses aufweist, und daß zumindest einer der Vielzahl von Schreibimpulsen an eine Vielzahl der Abtastelektroden zu einem gemeinsamen Zeitpunkt angelegt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt Signalverläufe, die die Kurvenverläufe einer Steuerspannung zum Ansteuern einer Flüssigkristall-Zeilenmatrix darstellen, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
Fig. 2 ist eine Abbildung einer Anordnung von Elektroden bei einer gewöhnlichen matrixähnlichen Vorrichtung.
Fig. 3 zeigt einen Signalverlauf, der ein grundlegendes Muster des Kurvenverlaufs einer Matrixsteuerspannung darstellt.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht einer Flüssigkristallzelle, deren Dicke bei jedem Bildelement verändert wird.
Fig. 6 zeigt eine Darstellung von Inversionszuständen von Bildelementen in einem Abschnitt mit niedrigem Schwellwert, einem Abschnitt mit mittlerem bzw. dazwischenliegendem Schwellwert und einem Abschnitt mit hohem Schwellwert einer Flüssigkristallzelle, die durch Anlegen von Impulsen A bis D verursacht werden.
Fig. 7 zeigt Signalverläufe, die die Kurvenverläufe einer bei einer Matrix verwendeten Steuerspannung darstellen, bei der die Abtastzeilen in Gruppen jeweils mit n Abtastzeilen gruppiert sind.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen einem Impulsintervall und einer Reinversionsspannung darstellt.
Fig. 9 zeigt ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen einer an eine Flüssigkristallzelle angelegten Spannung und einer Beleuchtungsstärke der Flüssigkristallzelle darstellt.
Fig. 10 zeigt eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen einer an eine Flüssigkristallzelle angelegten Spannung und dem Zustand der durch die Flüssigkristallzelle ausgeführten Anzeige.
Fig. 11 zeigt eine Darstellung der Temperaturabhängigkeit der Inversionskennlinie einer Flüssigkristallzelle.
Fig. 12 zeigt Signalverläufe, die die Kurvenverläufe einer bei einem bekannten Steuersystem verwendeten Steuerspannung darstellen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Im allgemeinen weist ein ferroelektrischer Flüssigkristall zwei stabile Zustände auf, d.h. einen transparenten bzw. lichtdurchlässigen Zustand und einen lichtunterbrechenden Zustand, und wird hauptsächlich bei einer binären Bildanzeigevorrichtung verwendet, die ein binäres Bild entweder in dem transparenten bzw. lichtdurchlässigen Zustand entsprechenden Weiß oder in dem lichtunterbrechenden Zustand entsprechenden Schwarz darstellt. Es sei jedoch bemerkt, daß diese Art Flüssigkristall auch für eine Mehrwert- oder Gradations-Anzeige verwendet werden kann, die verschiedene Halbtonpegel erfordert. Eines dieser Halbton-Anzeigeverfahren besteht darin, dazwischenliegende Pegel von Lichtübertragung bei jedem der Bildelemente durch Steuern des Flächenverhältnisses zwischen zwei stabilen Zuständen des Flüssigkristalls zu verwirklichen. Dieses als "Flächenmodulationsverfahren" bekannte Verfahren wird nachstehend beschrieben.
Fig. 9 zeigt ein Diagramm, das schematisch den Zusammenhang zwischen der Amplitude eines an eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung angelegten Schaltimpulses und dem Lichtübertragungszustand der Vorrichtung darstellt. Im einzelnen wurde ein Teil eines Impulses an eine Flussigkristallzelle (Vorrichtung) angelegt, die sich anfänglich in einem lichtunterbrechenden (schwarzen) Zustand befindet, und die Menge 1 des durch die Zelle übertragenden Lichtes wurde gemessen. Ähnliche Messungen wurden durch Veränderung der Amplitude des Impulses ohne Veränderung der Polarität des Impulses durchgeführt. Dann wurden die Mengen I des übertragenen Lichts über Amplituden V aufgetragen, damit der in Fig. 9 dargestellte Graph erzeugt wird. Auf diese Weise zeigt Fig. 9 die Menge I des durch die Flüssigkristallzelle übertragenen Lichts als Funktion der Impulsamplitude V. Fig. 10(a) bis 10(d) zeigen die Zustände der Flüssigkristallzelle bezogen auf die Amplitude des an die Zelle angelegten Impulses. Fig. 10(a) zeigt den anfänglichen schwarzen Zustand, d.h. dann, wenn kein Impuls an die Flüssigkristallzelle angelegt wurde. Wie aus Fig. 9 und 10(a) bis 10(d) ersichtlich ist, wird keine Veränderung der übertragenen Lichtmenge verursacht, wenn sich die Impulsamplitude V unter einem vorbestimmten Schwellenwert Vth befindet (V < Vth), wie aus Fig. 10(b) im Vergleich mit Fig. 10(a) ersichtlich ist. Wenn die Impulsamplitude auf einen Wert zunimmt, der den Schwellwert überschreitet, aber noch unter einem Sättigungspegel Vsat bleibt (Vth < V < Vsat), wird ein Teil jedes Bildelements in den anderen stabilen Zustand verändert, d.h. in einen transparenten bzw. lichtdurchlässigen Zustand wie in Fig. 10(c) dargestellt, so daß das Bildelement einen dazwischenliegenden Pegel einer Lichtübertragung aufweist. Wenn die Impulsamplitude weiter auf einen Pegel angehoben wird, der den Sättigungspegel überschreitet (V > Vsat), wird der gesamte Teil des Bildelements in den anderen stabilen Zustand geschaltet, d.h. den transparenten bzw. lichtdurchlässigen Zustand, so daß die Menge des übertragenen Lichts gemäß Fig. 10(d) konstant wird.
Auf diese Weise werden bei dem Flächenmodulationsverfahren Halbtonpegel eines angezeigten Bildes durch Steuerung der Impulsamplitude innerhalb des durch Vth < V < Vsat ausgedrückten Bereichs verwirklicht.
Dieses einfache Steuerverfahren verursacht jedoch aufgrund der Tatsache, daß der Zusammenhang zwischen der Spannung und der Lichtübertragung gemäß Fig. 9 Abhängigkeiten sowohl von der Zellendicke als auch von der Temperatur aufweist, den folgenden Nachteil. Wenn es eine Dickenverteilung oder eine Temperaturverteilung in dem Anzeigefeld gibt, werden nämlich verschiedene Halbtonpegel im Ansprechen auf den Impuls einer bestimmten Amplitude erzeugt, wodurch eine gute Gradations- bzw. Abstufungssteuerung erschwert wird.
Dieses Problem wird nachstehend ausführlicher unter Bezug auf Fig. 11 beschrieben. Fig. 11 zeigt wie in dem Fall gemäß Fig. 9 den Zusammenhang zwischen der Spannungsamplitude V und der übertragenen Lichtmenge 1. In dieser Figur gibt es jedoch zwei Kurven: eine mit H bezeichnete, die den vorstehend erwähnten Zusammenhang darstellt, der beobachtet wird, wenn die Zellentemperatur vergleichsweise hoch ist, und die andere mit L bezeichnete, die denselben Zusammenhang darstellt, der beobachtet wird, wenn die Zellentemperatur niedrig ist. Eine große Anzeige weist häufig eine Temperaturveränderung oder - verteilung innerhalb eines Bereichs auf, der durch den selben Ansteuerungsimpuls abgedeckt wird. Deswegen führt jeder Versuch zur Erzeugung eines bestimmten Halbtonpegels durch eine bestimmte Impulsspannungsamplitude Vap häufig zu einem Mangel an Gleichmäßigkeit eines Halbtonpegels über einen breiten Bereich zwischen I1 und I2 gemäß Fig. 11.
Zur Umgehung dieses Problems ist ein "Vier-Impulsverfahren" genanntes Verfahren in der EP-453 856 A2 vorgeschlagen worden. Gemäß Fig. 6 und 12 verwendet dieses Verfahren vier Impulse A, B, C und D, die an einen Abschnitt mit geringem Schwellwert und an Abschnitte mit hohem Schwellwert derselben Abtastzeile angelegt werden, wodurch schließlich eine gleiche Inversionsfläche erhalten werden kann.
Bei diesem Vier-Impulsverfahren wird ein Rücksetzimpuls A an Bildelemente einer ausgewählten Abtastzeile angelegt, was von einem darauffolgenden Anlegen von Impulsen B, C und D gefolgt ist. Dieses Vier-Impulsverfahren weist jedoch die folgenden Probleme auf:
(1) Jeder Schreibimpuls B, C und D ist durch den vorangehen den Impuls beeinflußt. Im einzelnen verändert sich die Spannung, bei dem der Zustand des Flüssigkristalls invertiert wird, d.h. der Schwellwertpegel, leicht entsprechend der Spannung des vorangehenden Schreibimpulses. Dieses Problem wird insbesondere für die Einstellung des Impulses B kritisch. Falls die Veränderung des Schwellwertpegels wegen des Einflusses des vorangehenden Impulses sehr gering ist, würde eine derartige Veränderung als zulässig betrachtet werden, obwohl die Genauigkeit einer Gradationssteuerung leicht verschlechtert werden kann. Falls jedoch die durch den vorangehenden Impuls verursachte Veränderung des Schwellwertpegels groß ist, kann das Vier-Impulsverfahren nicht angewandt weren, weil das in der EP-453 856 A2 vorgeschlagene Vier-Impulserfahren auf der Annahme basiert, daß der Flüssigkristall dieselbe Inversionskennlinie, d.h. dieselben Schwellertpegel für sämtliche der vier Impulse aufweist.
(2) Ein Anlegen des in Fig. 6 dargestellten Impulses A kann ohne Problem ausgeführt werden, weil der Impuls A, der ein Rücksetzimpuls ist, eine Amplitude aufweisen kann, die ausreichend höher als der Schwellwertpegel ist. Im Fall der an deren Impulse B, C und D müssen die Amplituden jedoch genau in den Bereichen sehr nahe an den Schwellwertpegeln gesteuert werden, weil sie Domänenwände bzw. -grenzen i, j und k innerhalb jedes Bildelements erzeugen müssen. In derartigen Fällen wird das Schalten des Flüssigkristalls durch einen Impuls ausgeführt, der den Schwellwert nur leicht überschreitet, so daß jede Veränderung des Schwellwerts die Position der Domänenwand bzw. -grenze i, j und k innerhalb jedes Bildelements ernsthaft beeinflußt. Der Einfluß der unmittelbar vorangehenden Impulsspannung ist nicht so ernsthaft, wenn der Unterschied zwischen den Spannungen der vorangehenden Impulse gering ist. Wenn der Spannungsunterschied groß ist, kann das Vier-Impulsverfahren jedoch nicht effektiv ausgeführt werden.
(3) Der Inversions-Schwellwert des Flüssigkristalls wird auch durch die Spannung der Spannung eines Impulses beeinflußt, der unmittelbar nach dem Schreiben angelegt wird. Falls beispielsweise angenommen wird, daß eine Domänenwand j gemäß Fig. 6 eingestellt wird, wird die Position der Wand j unerwünschterweise verschoben, wenn der dem Impuls C nachfolgend angelegte Impuls eine Spannungsamplitude aufweist, die größer als ein bestimmter Pegel ist. Das bedeutet, daß der Schreibimpuls dazu neigt, durch eine Einstreuung des nächsten Impulses beeinflußt zu werden.
(4) Ein anderes Problem besteht darin, daß selbst dann, wenn die Verschiebung der Schwellwertspannung und der Einstreuung nicht so ernsthaft ist, eine Schwierigkeit wegen der Verwendung einer größeren Anzahl von Schreibimpulsen als bei dem bekannten Ansteuerverfahren entsteht. Das Vier-Impulsverfahren erfordert nämlich ein Anlegen von vier Impulsen A, B, C und D, die bekannten Verfahren gegenüberstehen, die nur die Impulse A und B, d.h. nur einen einem Erholimpuls folgenden Schreibimpuls verwenden. Dies bedeutet, daß eine längere Zeit zum Schreiben von Daten in einen gesamten Feldbereich erforderlich ist, d.h. eine längere Vollbildzeit, so daß die Anzeigequalität nicht nur dann ernst beeinflußt wird, wenn ein Bewegungsbild angezeigt wird, sondern auch dann, wenn das Vollbild ununterbrochen verändert wird. In dem schlimmsten Fall ist die Anzeige nur für ein Standbild möglich.
Daher weist das Vier-Impulsverfahren sowohl vorstehend unter (1) bis (3) erwähnte inhärente Fehlerfaktoren als auch wie unter (4) vorstehend erwähnt eine Verzögerung der Anzeige auf.
Zur Lösung dieser Probleme wird erfindungsgemäß der Zeitpunkt von zumindest einem der Impulse für eine Vielzahl von Abtastzeilen gemeinsam eingestellt. Fig. 8 zeigt das Ergebnis einer zum Zweck der Untersuchung einer Erholzeit ausgeführten Untersuchung. Im einzelnen wurde ein in Fig. 8 dargestellter Steuersignalverlauf an eine Flüssigkristallzelle angelegt. Nach einem Löschen wurden Daten in ein Bildelement mit einer Spannung V1 geschrieben, und nach einem Intervall T wurde ein Schreiben in dasselbe Bildelement durch einen Impuls mit einer Spannung V2 ausgeführt. Der Zusammenhang zwischen dem Zeitintervall T und der Impulsspannung V2 ist in Fig. 8 dargestellt.
Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß der Schwellwertpegel, zu dem der Zustand des Flüssigkristalls invertiert wird, durch den Spannungspegel V1 des vorangehenden Impulses invertiert wird, aber der Einfluß des vorangehenden Impulses wird auf einen vernachlässigbaren Pegel verringert, wenn das Zeitintervall 200 µs überschreitet. Das bedeutet, daß die minimale Erholzeit der bei der in Fig. 8 dargestellten Untersuchung verwendeten Flüssigkristallzelle 200 µs beträgt.
Bei der Untersuchung wurde während des Zeitintervalls T kein Spannungsimpuls angelegt. Die vorstehend beschriebene Wirkung der Erholung wurde selbst dann nicht wesentlich verändert, wenn Niedrig-Wechselspannungsimpulse von ungefähr ± 5V während des Zeitintervalis T angelegt wurden. Die Periode T wird verkürzt, wenn ein Impuls mit einem vorbestimmten Pegel unmittelbar nach dem Impuls V1 angelegt wurde. Es ist normalerweise jedoch erforderlich, das Zeitintervall auf einen Wert einzustellen, der etwas länger als die minimale Erholzeit ist.
Es ist daher selbstverständlich, daß jede durch einen vorangehenden Impuls verursachte Verschiebung des Schwellwertpegels im wesentlichen beseitigt werden kann, falls ein Zeitintervall, das nicht kürzer als die minimale Erholzeit ist, zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen eingestellt wird.
Erfindungsgemäß wird eine Vielzahl von Impulsen in einem derartigen Zeitintervall angelegt, das gestattet, daß der Flüssigkristall nach Anlegen jedes Impulses in einen Zustand zurückgesetzt wird, der die konstante Inversionskennlinie, d.h. die minimale Erholzeit aufweist, wodurch jegliche durch einen vorangehenden Impuls verursachte Veränderung oder Verschiebung des Schwellwertpegels beseitigt werden kann.
Außerdem kann die Abtastzeit für ein Vollbild verkürzt werden, weil der Zeitverlauf zum Anlegen zumindest eines der Vielzahl von Impulsen für eine Vielzahl von Abtastzeilen gemeinsam eingestellt wird.
Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt Signalverläufe, die beispielhaft die Kurvenverläufe einer gemäß einem Ausführungsbeispiel der bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Flüssigkristall-Zellenmatrix angelegten Steuerspannung darstellen. Die Steuerspannung wird grundsätzlich gemäß dem Vier-Impulsverfahren angelegt, aber das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Schreibimpulsen wird derart bestimmt, daß es größer als die minimale Erholzeit ist, die dazu erforderlich ist, daß nach jedem Anlegen eines Schreibimpulses der Flüssigkristall sich in einen derartigen Zustand erholt, daß er denselben Zustand der molekularen Ausrichtung oder Orientierung für sämtliche Schreibimpulse aufweist, die aufeinanderfolgend angelegt werden. Darüber hinauswird zumindest einer der Vielzahl von Impulsen zu einem gemeinsamen Zeitpunkt an eine Vielzahl von Abtastzeilen angelegt, damit die für eine Abtastung eines Vollbildes der Anzeige erforderliche Zeit verkürzt wird.
Gemäß Fig. 1 sind S1, S2, S3, S4, S5 und S6 Zeitverläufe, die Signalverläufe von Abtastsignalen darstellen, die aufeinanderfolgend angelegt werden. Jedes der Abtastsignale besteht aus vier Impulsen A, B, C und D. In Fig. 1 ist I1 ein Signalverlauf, der den Kurvenverlauf und den Zeitverlauf eines Datensignais darstellt. Auf diese Weise zeigt Fig. 1 beispielhaft Zeitverläufe und Kurvenverläufe von an eine Datensignalleitung und an sechs Abtastsignalleitungen angelegten Signalen.
Fig. 2 stellt eine bei einer herkömmlichen Matrixvorrichtung angenommene Elektrodenanordnung dar. Die Matrix besteht aus Abtastsignalleitungen S1 bis Sn und Datensignalleitungen I1 bis Im.
Fig. 3 zeigt grundlegende Muster von Kurvenverläufen von Signalen zur Ansteuerung der erfindungsgemäß verwendeten Matrix. Jedes Abtastsignal VS (Impulse B, C und D) ist ein Impuls mit einer Breite ΔT und einer Amplitude Vs, während das Datensignal VI ein Impuls ist, der aus einem mittleren Abschnitt mit einer Amplitude -Vi und gleichzeitig mit dem Abtastsignal VS verlaufenden vorderen und hinteren Endabschnitten mit einer Amplitude Vi und Breiten ΔT/2 besteht. Auf diese Weise weist das Datensignal VI eine gesamte Impulsbreite 2ΔT und eine mittlere Amplitude von 0 (Null) auf. Ein zusammengesetzter Kurvenverlauf, der aus dem Abtastsignal VS und dem Datensignal VI besteht, wird an das Bildelement angelegt, der bei jedem der Punkte vorgesehen ist, an denen sich die Abtastsignalleitungen und die Datensignalleitungen schneiden. Die zusammengesetzte Spannung Vs + Vi trägt zu der Inversion des Zustands jedes Bildelements bei. Entweder die Spannungsamplitude Vs der Abtastsignalimpulse B, C und D oder die Spannungsamplitude Vi des Datensignalimpulses kann festgelegt sein, vorausgesetzt, daß die an das Bildelement angelegte zusammengesetzte Spannung Vs + Vi auf eine gewünschte Gradations- bzw. Abstufungsspannung gesteuert bzw. geregelt werden kann. Ein Impuls mit einer Breite 2ΔT mit einer Spannungsamplitude von nicht weniger als Vsat wird als Abtastsignal für den Zweck des Rücksetzens (Impuls A) ohne Berücksichtigung des Datensignals VI angelegt. Ein Zurücksetzen der Bildelemente auf jeder Abtastzeile wird nämlich durch Anlegen einer ausreichend hohen Spannung an diese Abtastzeile ausgeführt, während Daten in andere Zeilen geschrieben werden. Die Periode des Impulses A ist deshalb nicht in der Periode einer Zeile enthalten.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Anlegen des Signals gemäß Fig. 1 an eine Flüssigkristallzelle. Zum Anlegen des Signais gemäß Fig. 1 an die mit 41 bezeichnete Flüssigkristallzelle weist die Schaltung eine Steuer-Stromquelle 42, die eine Spannung mit verschiedenen Pegeln ausgeben kann, einen segmentseitigen, integrierten Steuerschaltkreis 43, eine Zwischenspeicherschaltung 44, ein segmentseitiges Schieberegister 45, einen gemeinseitigen (steuerseitigen) integrierten Schaltkreis 46, ein gemeinseitiges Schieberegister 47, eine Bilddaten-Generatoreinrichtung 48 und eine Steuereinrichtung 49 auf.
Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung kann ein Gradationssignal, d.h. Spannungen mit verschiedenen Pegeln zuführen. Zu diesem Zweck ist ein Digital-Analog-Wandler in dem segmentseitigen integrierten Schaltkreis 43 vorgesehen, der ein über die Zwischenspeicherschaltung 44 zugeführtes digitales Gradationssignal umwandelt, das beispielsweise 2&sup4; = 16 Gradationspegel in dem Fall eines vier Bit breiten Signals trägt, und in analoge Signale mit einem analogen Signal mit 16 (sechzehn) verschiedenen Datensignalen umwandelt, die an Segmentleitungen (Datensignalleitungen I1 bis Im) angelegt werden. In diesem Fall erzeugt der gemeinseitige integrierte (Abtast-) Steuer-Schaltkreis 46 die Abtastsignale durch Verteilung der Spannung bzw. des Stroms der Steuer-Stromquelle 42 durch einen analogen Schalter. Diese Anordnung ist jedoch nicht ausschließlich. Beispielsweise kann die Zufuhr des analogen Signals an die Segmentleitungen durch eine Schaltung ausgeführt werden, bei der ein Kondensator parallel zu dem integrierten Steuer-Schaltkreis vorgesehen ist, damit eine direkte Eingabe des analogen Signals zugelassen wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Flüssigkristallzelle, an die die Steuersignale wie Abtastsignale S1, S2 und S3 und das Datensignal I1 angelegt werden, ein bestimmtes Muster einer Verteilung oder Veränderung des Inversions- Schwellwertpegels bei jedem Bildelement auf. Typischerweise und vorzugsweise wird eine Zelle, bei der die Zellendicke bei jedem Bildelement gemäß Fig. 5 verändert wird, als die vorstehend erwähnte Flüssigkristallzelle verwendet.
Gemäß Fig. 5 bezeichnet Bezugszeichen 51 Glassubstrate, 52 ein durch ultraviolette Strahlen aushärtendes Harz, 53 Streifenelektroden aus Indiumzinnoxid (ITO) einschließlich sowohl Abtast- als auch Datenelektroden und 54 aus Polyimid hergestellte Ausrichtfilme.
Fig. 6 zeigt die durch Anlegen der Impulse A bis D verursachten Inversionszustände der Flüssigkristallzellen bei jeder der drei Bildelemente, die sich jeweils in einem Abschnitt mit geringem Schweliwert, einem Abschnitt mit mittlerem bzw. dazwischenliegendem Schwellwert bzw. einem Abschnitt mit hohem Schwellwert befinden. Es sei angenommen, daß jedes Bildelement einen derartigen Gradienten bzw. eine derartige Steigung des Inversions-Schwellwertpegels aufweist, der bzw. die von dem linken Rand zu dem rechten Rand des dargestellten Bildelementquadrats fortschreitend zunimmt.
Unter besonderen Bezug auf Fig. 6 wird nachstehend ein Verfahren zum Schreiben von Gradationsdaten durch Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Steuer-Signalverlaufs beschrieben.
(1) Ein Rücksetzimpuls A mit einer Spannungsamplitude von nicht weniger als dem Sättigungsspannungspegel Vsat wird an eine Abtastzeile angelegt, damit sämtliche Bildelemente auf dieser Abtastzeile zurückgesetzt werden.
(2) Ein Schreiben wird in dem Abschnitt mit hohem Schwellwert der Abtastzeile durch Anlegen eines Impulses B ausgeführt. In diesem Zustand wird ein übermäßiges Schreiben in die Bildelemente der Abschnitte mit niedrigem und mittlerem bzw. dazwischenliegendem Schwellwert ausgeführt.
(3) Dann wird ein Impuls C angelegt, so daß Abschnitte der Spannungspegel, die niedriger als die durch den Impuls C angelegte Spannung sind, in denselben Zustand wie den Rücksetzzustand verändert werden. Vorzugsweise ist die durch den Impuls C angelegte Spannung gleich der Schwellwertspannung Vth des Bildelements des Abschnitts mit dem hohen Schwellwert.
(4) Dann wird ein Impuls D angelegt, so daß ein Schreiben wiederum derart ausgeführt wird, daß das Bildelement des Abschnitts mit dem niedrigen Schwellwert denselben Gradationspegel wie das Bildelement des Abschnitts mit dem hohen Schwellwert aufweist.
Es ist ersichtlich, daß das Schreiben in das Bildelement des Abschnitts mit dem hohen Schwellwert durch die vorstehend beschriebenen Schritte (1) und (2) abgeschlossen wird, während das Schreiben in den Abschnitt mit dem dazwischenliegenden Schwellwert und dem Abschnitt mit dem niedrigen Schwellwert darüber hinaus jeweils den Schritt (3) bzw. die Schritte (3) und (4) benötigt.
Erfindungsgemäß wird das beschriebene Vier-Impulsverfahren auf eine solche Weise ausgeführt, daß der Impuls C zu demselben Zeitpunkt an eine Vielzahl von Abtastzeilen (drei Abtastzeilen gemäß Fig. 3) angelegt wird. Deswegen wird wie aus Fig. 1 ersichtlich die für eine Abtastung über drei Abtastzeilen erforderliche gesamte Abtastzeit durch Ta + Tb + Tc = 6ΔT + 2ΔT + 6ΔT = 14ΔT ausgedrückt. Im Gegensatz dazu wird bei dem in Fig. 12 dargestellten bekannten Vier-Impulsverfahren die Abtastzeit für jede Abtastzeile durch T1 + T2 + T3 = 6ΔT ausgedrückt, und die für eine Abtastung über drei Abtastzeilen erforderliche Gesamtzeit beträgt 6ΔT x 3 = 18ΔT.
Angenommen, daß die Impulsbreite ΔT des Schreibimpulses 40 µs und die Anzahl der Abtastzeilen 400 beträgt, bietet die vorliegende Erfindung eine Verringerung von ungefähr 21 ms der Vollbildzeit, wie durch (18 - 14) x 40 µs x 400 21 ms ausgedrückt wird.
Fig. 7 zeigt Signalverläufe, die Zeitverläufe von an die erfindungsgemäße Vorrichtung angelegten Signalen zeigen, wenn die Abtastzeilen in eine Vielzahl von Gruppen gruppiert sind, die jeweils n Abtastzeilen enthalten. Die Erfindung kann am einfachsten und am leichtesten durch Verwendung als Impuls mit einem für n Abtastzeilen gemeinsamen Zeitverlauf des Impulses C ausgeführt werden, dessen Amplitude keine Abhängigkeit von der Gradation bzw. Abstufung aufweist. Dies ist jedoch nur veranschaulichend, und die Erfindung kann durch Annehmen des gemeinsamen Zeitverlaufs für den Impuls B oder D ausgeführt werden, falls eine Spannungsamplituden-Steuerung bzw. -Regelung entsprechend dem Gradationspegel in Betracht gezogen wird. Gemäß Fig. 7 dienen in Schwarz dargestellte Impulse zum Schreiben von schwarzen Daten, während weiße leere Impulse für das Schreiben von weißen Daten dienen.
Eine Anzeige mit einer beständigen Gradationssteuerung könnte durch Vorsehen der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel derart erhalten werden, daß ein Zeitintervall, das nicht kürzer als die Erholzeit von 200 µs ist, zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen beibehalten wird. In dem Fall der in Fig. 1 dargestellten Signale ist die Spannungsamplitude des Impulses A im wesentlichen konstant, und das Zeitintervall zwischen den Impulsen A und B ist auch im wesentlichen konstant. Es wird deswegen in Betracht gezogen, daß das Ausmaß des durch den Impuls A verursachten Einflusses auf den Schwellwertpegel der Inversion des Flüssigkristalls für alle Signale S1 bis S6 im wesentlichen derselbe ist. In diesem Fall wird das Zeitintervall zwischen dem Impuls A und dem Impuls B deswegen unter der Bedingung extrem kurz eingestellt, daß die Spannungsamplitude des Impulses B mit einem vorbestimmten Korrekturkoeffizienten gegenüber jedem Einfluß des Impulses A des Schwellwertpegels der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzelle korrigiert wird. Im Gegensatz dazu werden in dem Fall der in Fig. 7 dargestellten Signale Intervalle, die größer als die minimale Erholzeit sind, zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen A, B, C und D beibehalten. Auf diese Weise werden in beiden Intervallen die Intervalle zwischen den zweiten und dritten Impulsen und folgende derart bestimmt, daß sie nicht kürzer als die minimale Erholzeit bei beiden der in Fig. 1 und 7 dargestellten Signal-Zeitverläufe sind, und dieses ist eines der kritischen Merkmale der vorliegenden Erfindung.
Eine Flüssigkristallzelle mit einem in Fig. 5 dargestellten Aufbau wurde unter Verwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls mit unten dargestellten Eigenschaften hergestellt. FLÜSSIGKRISTALL A Kristall Neigungswinkel
Ein Film LQ-1802 (Handelsname, hergestellt durch Hitachi Chernical Co., Ltd.) wurde als der in Fig. 5 dargestellte Ausrichtfilm verwendet. Die Ausrichtbehandlung wurde durch Reiben sowohl der oberen als auch der unteren Substrate in dieselbe Richtung ausgeführt, wodurch eine Verdrehung des Flüssigkristalls um ungefähr 10º im Uhrzeigersinn beginnend von dem unteren Substrat in Richtung des oberen Substrats wie von der Oberseite der Zelle betrachtet erhalten wurde. Die Zellendicke wurde innerhalb des Bereichs zwischen 1,0 µm und 1,4 µm wie von dem Abschnitt gemäß Fig. 5 betrachtet verändert.
Dieser Flüssigkristall wies eine Schwellwertspannung von 12,2 V/µm bei 30ºC für einen Impuls von 40 µs auf, und die Bildelemente wiesen einen Schwellwert auf, der sich zwischen 12,1 V und 17,1 V für einen Impuls von 40 µs bei 30ºC verändert hat. Die auf diese Weise erhaltene Flüssigkristallzelle wurde mit jedem der in Fig. 1 und 7 dargestellten Signal-Zeitverläufe durch Verwendung von Gradations-Datensignalen als Impulse B und D angesteuert, die proportional zu den Schwellwertpegeln sind. In jedem Fall konnte eine Anzeige mit einem hohen Gradationsgrad erhalten werden.
Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Abtastsignalspannung unter der Bedingung eingestellt, daß sich die Datensignalspannung innerhalb des Bereichs zwischen -5V und +5V verändert. Dieses ist jedoch nur erläuternd, und der Veränderungsbereich der Datensignalspannung kann beispielsweise auf 0 bis +5V eingestellt werden.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung verständlich wird, ist es erfindungsgemäß möglich, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten, die eine Anzeige mit einer analogen Gradationssteuerung verwirklichen kann.
Außerdem ist eine sehr beständige Gradationssteuerung unabhängig von einer Veränderung der Zellendicke und der Temperatur möglich.
Außerdem ist es möglich, wenn Daten durch einen Schreibimpuls geschrieben werden sollen, eine durch einen unmittelbar vorangehenden Impuls verursachte Verschiebung des Inversions- Schwellwertpegels des Flüssigkristalls dank der Tatsache zu verhindern, daß ein Zeitintervall, das nicht kürzer als die Erholzeit ist, zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen beibehalten wird. Es sei ebenfalls bemerkt, daß, da ein Intervall, das nicht kürzer als die minimale Erholzeit ist, zwischen den aufeinanderfolgenden Impulsen beibehalten wird, es möglich ist, zumindest einen der Vielzahl von Impulsen an eine Vielzahl von Abtastzeilen zu einem gemeinsamen Zeitpunkt anzulegen, was eine wesentliche Verringerung der zur Abtastung eines Vollbildes einer Anzeige erforderlichen Zeit ermöglicht.

Claims

1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einem Anzeigeabschnitt zur Anzeige eines Bildes oder anderer Daten, wobei der Anzeigeabschnitt Abtastelektroden (S1, ..., Sn) und Signalelektroden (I1, ..., Im) aufweist, die derart angeordnet sind, daß sie sich zur Bildung einer Matrix von Bildelementen kreuzen, und einem ferroelektrischen Flüssigkristall (51), der eine Lücke zwischen den Abtastelektroden (S1, ..., Sn) und den Signalelektroden (Ii, ..., Im) füllt und einen ersten stabilen Zustand und einen zweiten stabilen Zustand in Ausrichtung mit der Richtung eines durch eine an die Elektroden angelegte Spannung erzeugten elektrischen Feldes annehmen kann, wobei die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung außerdem eine Einrichtung zum Anlegen eines Rücksetzimpulses (A) an eine ausgewählte Abtastelektrode (S1, .., Sn) zum Zurücksetzen sämtlicher Bildelemente auf der Abtastelektrode (S1 ,...,Sn) in den ersten stabilen Zustand und zur Zufuhr zumindest eines von einer Vielzahl von dem Rücksetzimpuls (A) folgenden Schreibimpulsen (B, C, D) und

eine Steuereinrichtung (49) zur Steuerung des Zeitverlaufs des Anlegens der Impulse aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuereinrichtung (49) derart angeordnet ist, daß im Betrieb die Daten in einem solchen Ablauf geschrieben werden, daß das Schreiben in das Bildelement mit dem höchsten Inversions-Schwellwertpegel zunächst ausgeführt wird,

wobei die Steuereinrichtung (49) außerdem derart angeordnet ist, daß sie im Betrieb den Zeitverlauf des Anlegens der Tmpulse auf eine solche Weise steuert, daß ein Zeitintervall (T), das nicht kürzer als eine Erholzeit ist, zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen beibehalten wird, wobei die Erholzeit diejenige Zeit ist, die dazu erforderlich ist, daß der Flüssigkristall (41) in einen Zustand versetzt wird, der denselben Inversions-Schwellwert (Vth) wie denjenigen aufweist, den derselbe Flüssigkristall vor dem Anlegen des unmittelbar vorangehenden Impulses aufweist, und daß

der zumindest eine der Vielzahl von Schreibimpulsen (B, C, D) zu einem gemeinsamen Zeitpunkt an eine Vielzahl der Abtastelektroden (S1, ..., Sn) angelegt wird.

2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall (T) zumindest zwischen den zweiten (B) und dritten (C) Schreibimpulsen und folgenden beibehalten wird, wobei der Inversions-Schwellwert (Vth) des Flüssigkristalls (41) im wesentlichen von jedem Einfluß eines unmittelbar vorangehenden Impulses frei ist.

3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall (T) ebenfalls zwischen dem Rücksetzimpuls (A) und dem ersten Schreibimpuls (B) beibehalten wird.

4. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bildelement eine Verteilung eines Schwellspannungspegels (Vth) zum Verursachen einer Inversion des Flüssigkristalls (41) zwischen den zwei stabilen Zuständen aufweist.