DE69813948T2

DE69813948T2 - Methode zur Kompensation von Störungen in einer kapazitiven Schaltung und Anwendung in Matrixanzeigevorrichtungen

Info

Publication number: DE69813948T2
Application number: DE69813948T
Authority: DE
Inventors: François Maurice
Original assignee: Thales Avionics LCD SA
Current assignee: Thales Avionics LCD SA
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2018-05-14
Also published as: KR19990006523A; DE69813948D1; FR2764424B1; EP0883102B1; KR100582940B1; FR2764424A1; EP0883102A1; JPH1152907A; US6252566B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation einer gestörten kapazitiven Schaltung, insbesondere ein Verfahren zur Kompensation einer Schaltung mit mindestens einem Leiter auf einem bestimmten Potential, mit mindestens weiteren Leitern, die Störungen durch kapazitive Kopplung auf dem Leiter hervorrufen, und mit einer Busleitung zur Kompensation der Störungen, die mit dem Leiter kapazitiv gekoppelt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Anwendung dieses Verfahrens auf Bildschirme mit Matrixsteuerung. Sie betrifft also eine Vorrichtung zur Kompensation des Potentials für einen Bildschirm, der von einem Netz von matrixartig angeordneten Elektroden gesteuert wird. Insbesondere handelt es sich um Flüssigkristall-Bildschirme, aber auch andere Bildschirme gleichen Typs kommen in Frage.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf einen Bildschirm mit matrixartiger Steuerung beschrieben, aber kann auch auf alle kapazitiv gestörten Systeme angewendet werden, die eine Kompensation erfordern, wobei die Kompensation realisiert wird, ohne daß eine spezielle Meßleitung hinzugefügt wird.
Im Fall eines Bildschirms mit Matrixsteuerung wird dieser in bekannter Weise durch eine Schar von aktivierbaren parallelen Zeilen und eine Schar von aktivierbaren parallelen Spalten gebildet, wobei die Scharen zueinander senkrecht verlaufen. Ein solcher Bildschirm kann sequentiell arbeiten, wobei die Zeilen dann einzeln nacheinander aktiviert werden, während die Daten in den Spalten angezeigt werden oder umgekehrt. Bei einem sequentiellen Betrieb Zeile für Zeile legt die Zeilensteuerschaltung ein erstes Auswahl-potential an die ausgewählte Zeile, während die anderen Zeilen auf ein Bezugspotential gebracht werden. Während eines Teils der Dauer entsprechend der Steuerung der Zeile legen die Spaltensteuerschaltungen an alle Spalten ein Potential gemäß den anzuzeigenden Daten. Auf diese Weise wechseln alle Spaltensteuerschaltungen gleichzeitig ihren Zustand. Die gleichzeitigen Zustandswechsel ergeben also eine kapazitive Kopplung zwischen den Zeilen und Spalten, die umso größer ist, je größer die Differenz zwischen der Steuerimpedanz und der Ladungsimpedanz zugunsten letzterer ausfällt.
Verschiedene Lösungen wurden daher für die Kompensation der kapazitiven Kopplungen zwischen den Zeilen und den Spalten eines matrixartigen Bildschirms unter Verwendung von Zeilen- oder Spaltensteuervorrichtungen vorgeschlagen, insbesondere solche, die eine hohe oder mittlere Ausgangsimpedanz aufweisen.
Eine derartige Kompensationsschaltung wird beispielsweise in der französischen Patentanmeldung 94 05 987 vom 17. Mai 1994 im Namen von THOMSON-LCD beschrieben. In diesem Fall verwendete man, wie in 1 dargestellt, eine zusätzliche Elektrode, nämlich eine Spalte f, die kapazitiv über Kondensatoren Cf_j mit jeder der Zeilen des Bildschirms gekoppelt ist, sowie eine zusätzliche Zeile g, die ebenfalls kapazitiv mit den Spalten des Bildschirms gekoppelt ist, die sie kreuzt, um die Kompensation durchzuführen. Insbesondere sieht man in 1 schematisch einen Bildschirm mit matrixartigem Netz, das Spalten i (i variiert von 1 bis n) und Zeilen j (j variiert von 1 bis m) besitzt, welche von Zeilensteuerschaltungen Dj – 1 für die Zeile j – 1, Dj für die Zeile j und Dj + 1 für die Zeile j + 1 gecteuert werden. Die Spaltensteuerschaltungen für die Spalten i – 1, i und i + 1 wurden in der Zeichnung nicht dargestellt.
Wenn der Ausgang einer Zeilensteuerschaltung Dj einer Auswahlzeile j nicht auf niedriger Impedanz ist, ergeben sich nicht vernachlässigbare kapazitive Kopplungen über die Kondensatoren C_ij (i variiert von 1 bis n und j variiert von 1 bis m) zwischen den Zeilen i (i variiert von 1 bis n) und den Spalten j (j variiert von 1 bis m). Diese kapazitive Kopplungen können nicht tolerierbare Spannungen auf den Zeilen induzieren, die bis zu einem Zustandswechsel der in bekannter Weise an den Kreuzungspunkten zwischen Zeilen und Spalten der aktiven Matrix liegenden Transistoren führen können, wenn die Spalten sich in Ruhezustand befinden.
Um diesen Nachteil zu beheben und die Kopplungen zu kompensieren, hat man, wie in 1 gezeigt, eine zusätzliche Spalte f vorgesehen, die über die Kondensatoren Cf_j mit jeder der Zeilen j (j variiert von 1 bis m) des Bildschirms kapazitiv gekoppelt ist. Der Kapazitätswert des Kondensators Cf_j wird in der Nähe der Summe der Kopplungskapazitäten Ci zwischen einer Zeile und den sie kreuzenden Spalten gewählt. Die Spalte f kann bei jedem Polaritätswechsel auf den Spalten aktiviert werden, wie zum Beispiel bei der Umkehr von Rahmen oder Zeilen. Andrerseits kann, wie 1 zeigt, ein anderes Mittel zur Steuerung der Spalte f darin liegen, über einen Komparator 1 eine Zeile g hinzuzufügen, die kapazitiv über die Kondensatoren Cgi mit den Spalten i (i variiert von 1 bis n) gekoppelt ist, die sie kreuzt. Diese Zeile g ermöglicht die Erfassung der Kopplungen mit den Spalten des Bildschirms und die Korrektur des Potentials der Spalte f aufgrund der kapazitiven Kopplung Cfg zwischen der Spalte f und der Zeile g. In diesem Fall benötigt man zwei zusätzliche Elektroden, nämlich die Zeile g zur Messung des Ungleichgewichts aufgrund der kapazitiven Kopplung und die Spalte f zur Kompensation dieses Ungleichgewichts.
Die Patentanmeldung EP-A-0 731 442 beschreibt einen Flüssigkristallbildschirm, der eine Vorrichtung zur Verringerung der Störungen aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen Zeilen und Spalten enthält, welche eine erste Busleitung zur Messung der Störung und eine zweite Busleitung zur Anwendung einer Korrektur verwendet.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesserung der obigen Vorrichtung vorzuschlagen, die es ermög licht, nur eine Busleitung oder eine zusätzliche Elektrode zu verwenden, um sowohl die Messung des Ungleichgewichts als auch die Kompensation dieses Ungleichgewichts zu realisieren. Die Verwendung nur einer Busleitung führt insbesondere für die Bildschirme zur Begrenzung von deren Größe, da die Koppelkondensatoren wie Cfj und Cgi eine erhebliche Fläche beanspruchen, wenn sie auf der Matrix selbst realisiert werden.
Daher ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Kompensation einer Schaltung, die erste Leiter auf einem bestimmten Potential, mindestens einen zweiten Leiter, der Störungen durch kapazitive Kopplung auf dem Leiter erzeugt, und mindestens eine Kompensations-Busleitung zur Kompensation der Störungen enthält, die kapazitiv mit den ersten Leitern über Kapazitäten gekoppelt isst, die insgesamt einen ersten Kapazitätswert (C₁ ) haben, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

– die Spannung (V_comp ) und der Strom (I_comp ) auf der Kompensationsbusleitung werden gemessen;
– eine mittlere Spannung (V_pert ) auf den ersten gestörten Leitern wird berechnet;
– die an die gemeinsame Kompensations-Busleitung anzulegende Sollspannung zur Kompensation der Störung wird bestimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ergibt sich der Wert für die Spannung aus folgender Formel:
Der Wert von ∫I_compdt wird durch Beobachtung des Werts der Spannung an den Klemmen eines zweiten Kondensators (C₂ ) berechnet, der in Reihe mit der Kompensationsbusleitung liegt und vom gleichen Strom I_comp durchflossen wird.
Gegenstand er vorliegenden Erfindung ist auch ein Bildschirm mit einem Netz von matrixartig in Zeilen und in Spalten angeordneten Elektroden, mit einer Kopplungskapazi tät, die jedem Kreuzungspunkt zwischen Zeile und Spalte zugeordnet ist, mit Zeilen- und Spaltensteuerschaltungen und mindestens einer zusätzlichen Busleitung, die alle Zeilen kreuzt und kapazitiv mit jeder Zeile so gekoppelt ist, daß die entsprechende Kopplungskapazität einen Wert besitzt, der die gleiche Größenordnung wie die Summe der Kopplungskapazitäten zwischen einer Zeile oder einer Spalte und den Spalten oder Zeilen besitzt, die sie kreuzt, und mit einer Kompensationsschaltung zur Kompensation der Ungleichgewichte aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen Zeilen und Spalten während der Steuerphasen, dadurch geknnzeichnet, daß der Eingang und der Ausgang der Kompensationsschaltung an die gemeinsame zusätzliche Busleitung gekoppelt sind, um das erfindungsgemäße Verfahren zu implementieren.
Vorzugsweise enthält dieser Bildschirm eine Schaltung zur Kompensation der Ungleichgewichte aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen Zeilen und Spalten während der Steuerphase, wobei Eingang und Ausgang dieser Schaltung mit der zusätzlichen Busleitung gekoppelt sind.
Weitere Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 wurde bereits beschrieben und zeigt schematisch einen matrixartigen Bildschirm mit einer Potential-Kompensationsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt schematisch einen Bildschirm mit einem matrixartigen Netz sowie mindestens einer zusätzlichen Elektrode, die die Messung und Kompensation des Ungleichgewichts durchführt.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung.
Um die Beschreibung zu vereinfachen, tragen gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen, und insbesondere gilt:
C = ε·(Cej + Ce'j) mit 1 ≤ j ≤ n in 2.
Nun wird im Einzelnen das Verfahren zur Kompensation einer Schaltung beschrieben, die mindestens einen ersten Leiter auf einem bestimmten Potential, mindestens einen Signalgenerator, der Störsignale auf dem Leiter erzeugt, und eine Kompensationsbusleitung zur Kompensation der Störungen aufweist, die mit dem ersten Leiter über einen gemeinsamen Kondensator C₁ kapazitiv gekoppelt ist. Das Verfahren wird teilweise anhand von 3 beschrieben. Als erstes mißt man den Strom I_comp und die Spannung V_comp auf der zusätzlichen Busleitung, auch Kompensationsleitung genannt. Aus dieser Messung kann man die Spannung V_pert der gestörten Zeilen ableiten, da die Kapazitäten C₁ bekannt und bestimmt sind.
Es gilt nämlich: Q = C·V
Dies ergibt folgende Formel: (V_pert – V_comp) = ∫I_compdt
und somit: V_pert = V_comp + ∫(I_comp/C₁)dt
Der Wert von ∫I_compdt wird von einem Kondensator C₂ gemessen, der so gewählt ist, daß er größer als C₁ ist. ∫Icompdt = C2(Vcomp – VS) V_S ist die Spannung an der anderen Klemme des Kondensators C₂ . Vpert = Vcomp + (C2/C1)(Vcomp – VS) und somit: V_S = V_comp + (V_comp – V_pert)·(C₁/C₂)
Zur Kompensation der Kopplung verwendet man eine ohm'sche Teilerbrücke R2, R1, die an eine Bezugsspannung V_ref angeschlossen ist, wobei die Spannung am Zwischenabgriff zwischen R₂ und R₁ mit V bezeichnet wird. Wenn sich die Schaltung in einer Zone stabilen Betriebs befindet, das heißt, wenn die Punkte 3 und 4 auf gleichem Potential liegen, also V_comp = V gilt, ergibt sich: VS = V + [(V – Vref)/R1]·R2 VS = Vcomp + (Vcomp – Vref)(R2/R1) Setzt man R₂/R₁ = C₁/C₂, dann ergibt sich: V_ref – V_pert.
Man erkennt, daß die Schaltung die Spannung des gestörten Leiters V_pert durch die Bezugsspannung V_ref zu steuern vermag. Die Schaltung wirkt auf die Kompensationsbusleitung so lange ein, bis die Gleichheit dieser Spannungen erreicht ist.
Die Gleichheit der Spannungen am Zwischenabgriff der Teilerbrücke ergibt sich durch Verwendung eines Verstärkers, der in 3 gezeigt ist.
Nun wird anhand von 2 ein Bildschirm mit Matrixnetz und insbesondere ein Flüssigkristall-Bildschirm beschrieben, der zusätzliche Busleitunngen oder Elektroden gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Dieser Bildschirm verwendet das oben beschriebene Verfahren.
Dieser Bildschirm besteht aus einem Matrixnetz von Zeilen 1, ..., j, j + 1, ..., m und Spalten 1, ..., i, i + 1, ... n, die senkrecht zueinander verlaufen. An Kreuzungspunkten jeder Zeile und jeder Spalte sitzt ein Steuertransistor T, im allgemeinen ein Transistor in Dünnschichttechnologie, der den durch einen Kondensator C symbolisierten Bildpunkt steuert. Die Zeilen 1, ..., j, j + 1, ..., m sind in bekannter Weise an nicht dargestellte Zeilensteuerschaltungen angeschlossen, während die Spalten 1, ..., i, i + 1, ..., n in bekannter Weise an nicht dargestellte Spaltensteuerschaltungen angeschlossen sind. Wie oben beschrieben, gibt es nicht vernachlässigbare kapazitive Kopplungen (dargestellt durch die Kondensatoren Cij) zwischen den Zeilen und Spalten, wenn die Ausgänge der Zeilensteuerschaltungen sich nicht auf niedriger Impedanz befinden. Um diesen Nachteil zu beseitigen, verwendet man im Einklang mit 2 eine zusätzliche Busleitung (in der dargestellten Ausführungsform zwei Busleitungen). Diese Busleitungen e und e' verlaufen parallel zu den Spalten 1, ..., i, i + 1, ..., n und sind über die Kondensatoren Cej und Ce'j mit jeder der Zeilen 1, ..., j, j + 1, ..., m des Bildschirms gekoppelt. In der in 2 gezeigten Ausführungsform soll die Summe der Kapazitäten einer Zeile (Cej + Ce'j) in der Nähe der Summe der Koppelkapazitäten Cij (i variiert von 1 bis n) zwischen einer bestimmten Zeile j und den Spalten 1, ..., i, i + 1, ..., n liegen, die sie kreuzt. In der dargestellten Ausführungsform sind die beiden zusätzli chen Busleitungen e und e' miteinander und mit einem Punkt B verbunden, der an eine Kompensationsschaltung angeschlossen ist, die in einer bevorzugten Ausführungsform in 3 gezeigt ist.
Die Kompensationsschaltung, die, wie in 3 gezeigt, die Kompensation der Ungleichgewichte aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen Zeilen und Spalten während der Steuerphasen des matrixartigen Bildschirms bewirkt, besteht aus einem Operationsverstärker 2, von dem ein Eingang 3, der negative Eingang, über eine Impedanz, nämlich den Widerstand R₁ in der dargestellten Ausführungsform, an eine Bezugsspannung V_ref angeschlossen. Andrerseits ist dieser Eingang 3 auch über eine zweite Impedanz, nämlich den Widerstand R₂ , an den Ausgang 5 des Operationsverstärkers angeschlossen. Außerdem ist der zweite Eingang 4, der positive Eingang, mit dem gemeinsamen Punkt B der beiden zusätzlichen Busleitungen sowie auch über einen ersten Kondensator C₂ mit dem Ausgang 5 verbunden. In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist die Kapazität des Kompensationskondensators C₁ gleich der Summe der Kapazitäten, die die zusätzliche Busleitung oder die zusätzlichen Busleitungen mit jeder Zeile des matrixartigen Netzes verbindet.
Nun wird der Betrieb der oben beschriebenen Kompensationsschaltung erläutert:
Gemäß der vorliegenden Erfindung und wie oben erwähnt wird der Wert der Widerstände und Kondensatoren der Kompensationsschaltung so gewählt, daß gilt: R1/R2 = C1/C2 da bekanntlich gilt: C₁ = Σ(Cej + Ce'j) mit 1 ≤ j ≤ m.
Wenn in der oben beschriebenen Schaltung die Zeilen kapazitiv von den Spalten gestört werden, bewirkt die Schaltung des Operationsverstärkers, daß der Ausgang 5 so verändert wird, daß die Zeilenspannung auf einen Wert gleich der Bezugsspannung gebracht wird, sodaß das Ungleichgewicht mit derselben Busleitung (e, e') kompensiert werden kann.
Wenn auch die Erfindung mit zwei zusätzlichen Busleitungen e, e', die die gleiche Aufgabe haben, beschrieben wurde, so ist dem Fachmann doch klar, daß die vorliegende Erfindung sich auch auf eine Schaltung mit nur einer zusätzlichen Busleitung e oder e' beziehen kann.

Claims

Verfahren zur Kompensation einer Schaltung, die erste Leiter auf einem bestimmten Potential, mindestens einen zweiten Leiter, der Störungen durch kapazitive Kopplung auf dem Leiter erzeugt, und mindestens eine Kompensations-Busleitung zur Kompensation der Störungen enthält, die kapazitiv mit den ersten Leitern über Kapazitäten gekoppelt ist, die insgesamt einen ersten Kapazitätswert (C₁ ) haben, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – die Spannung (V_comp ) und der Strom (I_comp ) auf der Kompensationsbusleitung werden gemessen; – eine mittlere Spannung (V_pert ) auf den ersten gestörten Leitern wird berechnet; – die an die gemeinsame Kompensations-Busleitung anzulegende Sollspannung zur Kompensation der Störung wird bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Spannungswert auf den ersten gestörten Leitern sich aus folgender Formel ergibt:
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von ∫I_comp·dt aufgrund der Beobachtung des Spannungswerts an den Klemmen eines zweiten Kondensators (C₂ ) berechnet wird, der mit der Kompensations-Busleitung in Reihe liegt und vom gleichen Strom I_comp durchflossen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (C₂ ) einen größeren Kapazitätswert als der erste Kondensator (C₁ ) besitzt und daß die Spannung an diesem Kondensator so gewählt ist, daß V_S eine Funktion der Spannung V_comp auf der Busleitung, der mittleren Spannung V_pert auf dem ersten gestörten Leiter und des Verhältnisses der Kondensatoren ist.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation in einer analogen Schaltung erfolgt, die eine ohm'sche Teilerbrücke mit einer ersten Impedanz (R₁ ) und einer zweiten Impedanz (R₂ ) enthält derart, daß gilt: R₂ /R₁ = C₁ /C₂ , wobei die Teilerbrücke an einen Operationsverstärker angeschlossen ist, der die Gleichheit der Spannungen am Zwischenabgriff der Teilerbrücke gewährleistet, wobei ein erster Eingang (3) des Operationsverstärkers über die erste Impedanz (R₁ ) an eine Bezugsspannung (V_ref ) und ein zweiter Eingang (4) unmittelbar an die Kompensations-Busleitung (e, e') angeschlossen ist, während der Ausgang (5) über die zweite Impedanz (R₂ ) an den ersten Eingang (3) und über einen zweiten Kondensator (C₂ ) an die Kompensations-Busleitung angeschlossen ist.
Bildschirm mit einem Netz von matrixartig in Zeilen (1 ≤ j ≤ m) und in Spalten (1 ≤ i ≤ n) angeordneten Elektroden, mit je einer Kopplungskapazität an jedem Kreuzungspunkt zwischen Zeile und Spalte, mit Zeilen- und Spaltensteuerschaltungen und mindestens einer zusätzlichen Busleitung (e, e'), die alle Zeilen kreuzt und kapazitiv mit jeder Zeile so gekoppelt ist, daß die entsprechende Kopplungskapazität (Cej + Ce'j) einen Wert besitzt, der die gleiche Größenordnung wie die Summe der Kopplungskapazitäten zwischen einer Zeile oder einer Spalte und den Spalten oder Zeilen besitzt, die sie kreuzt, und mit einer Kompensationsschaltung (2, R₁ , R₂ , C₂ ) zur Kompensation der Ungleichgewichte aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen Zeilen und Spalten während der Steuerphasen, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (4) und der Ausgang (5) der Kompensationsschaltung an die gemeinsame zusätzliche Busleitung (e, e') gekoppelt sind, um das Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5 zu implementieren.
Bildschirm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung einen Operationsverstärker (2) enthält, der mit einem ersten Eingang (3) über eine erste Impedanz (R₁ ) an eine Bezugsspannung (V_ref ), mit einem zweiten Eingang (4) unmittelbar an die zusätzliche Busleitung (e, e') und mit dem Ausgang (5) über eine zweite Impedanz (R₂ ) an den ersten Eingang (3) sowie über einen zweiten Kondensator (C₂ ) an die zusätzliche Busleitung (e, e') angeschlossen ist.
Bildschirm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der zweiten Impedanz (R₂ ) und der ersten Impedanz (R₁ ) im wesentlichen dem Verhältnis zwischen der Summe der Kopplungskapazitäten (C₁ ) der zusätzlichen Busleitung mit den Zeilen oder Spalten und der Kapazität des zweiten Kondensators (C₂ ) gleicht.
Bildschirm nach einem beliebigen der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zusätzliche Busleitungen (e, e') vorgesehen sind, die ein jedem Ende des matrixartigen Netzes verlaufen und miteinander (B) und mit dem Eingang der Kompensationsschaltung verbunden sind.