NL8602327A - Weergeefinrichting. - Google Patents

Description

ΡΗΝ 11.867 1 * Λ N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken "Weergeefinrichting"

De uitvinding betreft een weergeefinrichting bevattende een vloeibare kristallijn materiaal tussen twee evenwijdige steunplaten met naar elkaar toegekeerde oppervlakken, waarvan het ene oppervlak een patroon van lijnelektroden bevat en het andere oppervlak een patroon van 5 kolcmelektroden bevat waarbij de lijnelektroden de kolomelektroden kruisen en aldus ter plaatse van de kruisingen weergeefelementen worden gevormd en de inrichting een besturingsschakeling bevat voor het aanbieden van weer te geven datasignalen aan de kolomelektroden, alsmede een lijnaftastsehakeling voor het aftasten van de lijnelektroden.

10 Dergelijke weergeefinrichtingen zijn bekend en worden gewoonlijk in raultiplex-aansturing met elektrische spanningen volgens de zogenaamde r.m.s.-mode bedreven. De wijze van aansturing is beschreven door Alt en Pleshko in I.E.E.E. Trans. El. Dev., Vol. ED 21, 197*1, blz.

146-155 en geldt als de meest gangbare wijze voor het aansturen van 15 vloeibaar kristal weergeefinrichtingen, die zijn opgebouwd als een matrix van beeldelementen zoals hierboven beschreven, waarbij geen actieve schakelaars per beeldelement worden toegepast. Het maximaal aantal lijnen Nmax dat met een acceptabele contrastverhouding met deze methode kan worden aangestuurd is bepaald door de relatie: 20 r i r i

*2on + *2o£f ! !s2 + 1 ;2 V

-K -! - S-- ji2on-*2off j S2 - 1 : ’off 25 waarin VQn de benodigde r.m.s. spanning over een weergeefelement voorstelt om deze in de "aan"-toestand te schakelen en VQ££ de r.m.s. spanning voorstelt, waarbij de weergeefcel in de "uit"-toestand verkeert. Naarmate VQn en *off dichter bij élkaar liggen, kan een groter aantal lijnen worden aangestuurd. Uiteraard vereist dit een 30 steile drempel in de transmissie/spanning karakteristiek van het weergeefelement.

De r.m.s.-spanningen over de weergeefelementen volgen ....................... ' «mm ........... ...... .... . _____ 8602327 ί ΡΗΝ 11.867 2 f niet zonder meer uit de aangeboden selectie- en dataspanningen. Ten gevolge van de weerstand van de elektroden treden spanningsverliezen op, waardoor de spanning over de elementen lager kan zijn dan nodig is om deze te doen schakelen. Dit leidt tot een verlaging van het maximaal 5 aantal te multiplexen lijnen.

Een bekende oplossing om de effecten van bijvoorbeeld spanningsverliezen over de lijnelektroden tegen te gaan bestaat hierin dat men de selectiespanning gedurende een selectietijd t_ 9 tegelijkertijd aan beide uiteinden van de lijnelektroden aanbiedt.

10 In de tegelijk met deze aanvrage ingediende

Octrooiaanvrage no. 11.868 wordt een besturingsinrichting met een andere vorm van dubbel aansturen wordt voorgesteld (zogenaamd "reversed scan").

In de onderhavige aanvrage wordt het probleem van spanningsreductie ten gevolge van weerstand in de besturingselektroden' 15 op geheel andere wijze opgelost.

Een inrichting volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk dat de besturingsschakeling voor een weer te geven datasignaal aan een kolomelektrode een van de te besturen kolomelektrode afhankelijke spanningswaarde kan aanbieden.

20 De uitvinding berust op het inzicht dat de effectieve r.ra.s.-spanning over een weergeefelement kan worden aangepast door een geleidelijk of stapsgewijs aanpassen van met name de kolom spanningswaarden. Het resultaat van deze aanpassing is dat de reductie in Nmav, die anders ten gevolge van de genoemde spanningsverliezen zou 25 optreden, aanzienlijk minder is. Omdat in het algemeen aanpassing per kolom ingewikkelder (en dus duur) is, worden bij voorkeur groepen kolomelektroden van praktisch identieke spanningsniveaux voorzien. Het aantal elektroden per groep wordt in de praktijk bepaald door de verkrijgbare geïntegreerde LCD-drivers.

30 De wijze van spanningsvariatie over de diverse kolommen hangt mede af van de wijze van aansturing. Wordt de inrichting eenzijdig bedreven, met andere woorden een bijbehorende lijnselectieschakeling levert slechts aan één zijde van de vloeibaar kristal matrix selectiespanningen dan wordt de hoogste dataspanning aangeboden aan de 35 kolom(men) nabij de tegenoverliggende zijde. Bij tweezijdige aansturing wordt de hoogste dataspanning praktisch in het midden aangeboden.

Uiteraard kan de hier beschreven spanningscompensatie ook 8602327 ΡΗΝ 11.867 3 Λ worden toegepast op de signalen die op de selectie-elektroden worden aangeboden. Weer afhankelijk van het feit of nu de datasignalen eenzijdig of tweezijdig worden aangeboden neemt de waarde van de selectiespanning toe van de ene zijde naar de andere zijde of van de 5 beide zijden naar het midden.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de tekening waarin Figuur 1 schematisch in dwarsdoorsnede een vloeibaar kristal weergeefinrichting toont, 10 Figuur 2 een schematische weergave toont van een dergelijke inrichting, waarbij de beeldelementen volgens een matrix zijn gerangschikt, tezamen met een gedeelte van de besturingsschakelingen,

Figuur 3 schematisch een bovenaanzicht toont van een rij- elektrode, 15 Figuur 4 voor verschillende elektro-optische systemen de relatie toont tussen en V_, terwijl on s

Figuur 5 schematisch de opbouw van een besturingsschakeling toont.

De in figuur 1 weergegeven weergeefinrichting bevat twee 20 glazen steunplaten 1 en 2. De steunplaat 1 is voorzien van een patroon van stripvormige lijnelektroden 3 bestaande uit bijvoorbeeld indium-tinoxyde. De steunplaat 2 is eveneens voorzien van een patroon van stripvormige kolomelektroden 4 bestaande uit bijvoorbeeld indium-tinoxyde. De elektroden 3 kruisen de elektroden 4 en de kruispunten 25 vormen de weergeefelementen, die aldus volgens een matrix zijn gerangschikt. Over de van elektroden voorziene oppervlakken van de steunplaten 1 en 2 zijn oriëntatielagen 6 en 7 aangebracht. Tussen de steunplaten bevindt zich een vloeibaar kristal materiaal 8. De afstand tussen de platen ligt in de orde van 10 pm, welke door in de tekening 30 niet weergegeven, regelmatig over de plaatoppervlakken verdeelde afstandsmiddelen in stand wordt gehouden. Een afdichtingsrand 9 verbindt de steunplaten aan hun omtrek met elkaar. De steunplaten 1 en 2 zijn in dit voorbeeld elk voorzien van een lineaire polarisator en wel een polarisator 10 en een analysator 11 doch dit is niet noodzakelijk. De 35 weergeefelementen kunnen vanuit een eerste toestand naar een optisch daarvan verschillende tweede toestand geschakeld worden door op een geschikte wijze de elektroden 3 en 4 aan te sturen.

8602327

Ml......... " ___ PHN 11.867 4

Figuur 2 geeft het principe van de aansturing van een dergelijke weergeefinrichting weer. Weergegeven zijn een aantal lijnelektroden 3 en een aantal kolomelektroden 4 die een matrix van weergeefelementen 12 definiëren. De lijnelektroden 3 en de 5 kolomelektroden 4 worden van spanningspulsen voorzien door respectievelijk een lijnaftastschakeling 13 en een besturingsschakeling 14 die onderling gesynchroniseerd zijn door een verbinding 15.

Volgens de uitvinding zijn de spanningsniveaux, afgegeven door de besturingsschakeling 14 afhankelijk van de te besturen kolom.

10 Dit wordt in het hiernavolgende nader verklaard.

Bij eenzijdig aansturen van de lijnelektrode 3, bijvoorbeeld vanaf de linkerkant in Figuur 3 neemt de lijnspanning af van bijvoorbeeld aVs in punt (a) tot Vs in punt (b), et > 1. In de punten (a), (b) geldt dan voor VQn en ^0ffr bij N lijnen 15 ‘1 2 3 4on (a) = i (αν. + vn)1 + V1n « > 1

N N

v2off <«> - Vd)1 + H=1 v1d

N N

20 V1on (b) = _1(V5 + VD)1 + üzl V1d N N

8602327 0ff 0» - i <vs - vD)1 + >ti v1d 2

N N

3

Doordat α > 1 is vindt men voor het maximale aantal te multiplexen 25 lijnen een kleiner aantal dan dat bepaald door de steilheid 4 = Von/^0f£ van het eigenlijke optische systeem, dat wil zeggen het vloeibaar kristal effect zonder storende invloeden van elektrische weerstanden in de lijnelektroden en eventuele andere neveneffecten.

Voor een aantal waarden van α is het aantal te 30 multiplexen lijnen in systemen met eenzelfde contrast 4 als bij het multiplexen van Nmax met α = 1 in systemen met een steilheid S weergegeven in onderstaande tabel PHN 11.867 5 TABEL 1 V = 64 <S1> Vk = 128 <S2> ; Nmax = 256 <s3>

5 N ” " ' N 'N

j k ’ * " ' " ' ' ‘ ' i (1 = 1,02 55 104 194 α = 1,05 : 46 i 82 144 i ff = 1,10 ‘ 36 | 62 101 10 ; α * 1,15 30 50 ; 79 | σ = 1,25 23 37 56

Figuur 4 toont voor een aantal optische systemen met α = 1 en respectievelijk N = 128 (S2), N = 256 (S3) en N = (S^) de 15 relaties tussen—on en-^5 afgeleid uit de v8f^elijk2i|en: j 1 0 N-1 0 ''οη-γ^ + ν +-7vd , 1 , N-1 ,

20 ? o£f =7<Vs - V +—V D

en v2of£ = v2THR

Vthr: drempelspanning van het optische effect.

25

De maxima in de curves S2, S3, komen overeen met de selectieverhoudingen ^0n/^0ff volgens de wijze van besturing zoals beschreven door Alt & Pleshko. Voor een optisch systeem met een drempelsteilheid S2, geschikt voor het besturen van 256 lijnen 30 bedraagt de selectie verhouding (zie Figuur 4) ca 1,065. Wordt een dergelijk optisch systeem gebruikt in een matrix van 128 lijnen dan blijkt uit Figuur 4 dat er een groot gebied is waar Vs/VQff en V0n/V0ff voldoende zijn voor aansturing, namelijk het gebied tussen de ordinaten (i) en (ii). De bijbehorende selectieverhouding Jn- is altijd > 1,065.

3 5

In dit gebied is dus in een 128-lijnen-matrix een spanningsval toegestaan van aV_ naar Ve met S 5 MÉÉ;»,',.

8602327 PHN 11.867 6 a _ VSmax max ~~γ—;—

Sm het aantal te multiplexen lijnen te bepalen voor gegeven α en S keren we terug naar de r.m.s.-spanningen VQn en ^off op Punten (a)» (b) in Figuur 3.

5 Voor de dataspanningen VQ (a) en (b) worden hierbij de notaties D^, respectievelijk D2 gebruikt.

<a> - °1>2 (1) 1° (b) v20ff =1(VS - D2)2 +-%22 (2) en de bijbehorende "aan"-spanningen (»>»2on =7<ws + D1)2+-^Vi - (3) <b> »2on*7<vs + d2>2 +^d22 '4) (1) en (2) moeten aan elkaar gelijk zijn. Met X = Vg/D1 en Y = D2/D1 geeft dit 20 „.................................._ 2(a - Y) ± V 4(ar - Y)2 - 4N(1 - Y2)(or2 - 1) X =_,_ (5) 2(a2 + 1) 25 Netzo volgt uit (3) en (4): -2(a - Y) + V 4(a - Y)2 - 4N(1 - ϊ2)(α2 - 1)' X = _ (6) 2(a2 + 1) 30

Omdat (5) en (6) identiek zijn volgt hieruit:

Dn Y ^ = a (7) en D1 35 X =—s = \/ N (8) D1

Voor de selectieverhouding in punt (a) geldt nu 8602327 PHN 11.867 7 <T2on(a) (aVs + Dt)2 + (N - 1) D21 _ = _ (9) V20ff(a) (aVs - D.,)2 + (N - 1) D21 5 V- (a2 + 1)\ Ü1 + 2a met _ *> N = _ (10) D1 (a2 + 1)·; N - 2a 10 2a S2 + 1 2a of' N= __ - = en a2+1 s2 - 1 a2+1 N _ 2a VT «?+i 2 dn 15

Met (7) en (8) vinden we dat bij

Vs/Vd(a) = N en V^(b) = α V^a) het maximale aantal lijnen dat gebruikt kan worden gelijk is aan 20 2a ' ,

--£ M

a2+1 «ax‘

Dit is weergegeven in onderstaande tabel 2. De waarden van N liggen beduidend hoger dan in tabel 1.

25 TABEL· 2 I Nmax = 64 <S1 >. Nmax = N N Ni' 30· ----------- · ;.....

α = 1,10 63 126 ‘ 253 α = 1,15 . 62 ; 125 251 α = 1,25 60 121 243 ! α = 1,40 57 114 229 j ( 35 α = 1,50 54 109 218 j • ______________ j

In een tussen de punten (a) en (b) gelegen punt (i) is de 8602327 PHN 11.867 8 selectiespanning Vg (1 < < α) en de dataspanning VD(i) wordt dan bepaald uit (oti vs " Di)2 + (N ' 1) ivD(i))2 = N · y2thr· 5

De resulterende VQn spanning in het punt (i) is dan groter dan die op de punten (a), (b).

Figuur 5 toont schematisch een detail van een besturingsschakeling waarmee deze variabele dataspanningen kunnen worden 10 aangeboden. De besturingsschakeling 14 van Figuur 2 is hiertoe opgedeeld in deelschakelingen 14a, 14^, .... 14n die elk via één of meer uitgangen 16 met de kolomelektroden 4 verbonden zijn, terwijl deze deelschakelingen via verbindingslijnen 15, 17 van respectievelijk synchronisatiesignalen en datasignalen worden voorzien. Om de variabele 15 dataspanning in te kunnen stellen wordt elk van de deelschakelingen 14a, 14*\ .... I4n via een aansluiting 18 verbonden met een variabele weerstand 19 die zich bevindt tussen twee spanningslijnen 20, 21. De spanningswaarden op deze lijnen 20, 21 bepalen samen met de instelling van de variabele weerstanden 19 de diverse referentie niveaux 20 van de deelschakelingen 14a, 14^ ____ 14n en daarmee de spanningswaarden van de kolomspanningen aan de uitgangen 16.

Bij eenzijdige aansturingen van de selectielijnen zal de spanning langs de rijen in één richting afnemen bijvoorbeeld van links naar rechts in Figuur 5. De compensatie door verandering van de 25 dataspanning zal dan van links naar rechts toenemen. Bij gelijktijdige tweezijdige aansturing zal de compensatie ongeveer in het midden van de lijnelektroden 3 het grootst zijn, met andere woorden de referentiespanningen voor de deelschakelingen 14a, 14*3, ____ I4n zijn dan voor de deelschakelingen in of nabij het midden het hoogst.

30 Voor de wijze van aansturing zoals beschreven in de tegelijkertijd ingediende Octrooiaanvrage No. 11.868 kunnen de referentiespanningen afwisselend van links naar rechts en van rechts naar links aflopen. In de aansluitingen 18 van de variabele weerstanden 19 wordt dan een (niet getekende) extra schakelaar opgenomen waarmee de 35 deelschakelingen 14a, 14^, ____ 14n afwisselend met twee verschillende variabele aansluitingen van de weerstanden 19 kunnen worden verbonden.

8602327 PHN 11.867 9

Op dezelfde wijze als hierboven beschreven voor de dataspanningen kunnen ook de selectiespanningen variabel gemaakt worden om spanningsverliezen ten gevolge van weerstand in de kolomelektroden 4 te compenseren. De lijnaftastschakeling 13 wordt hiertoe op analoge 5 wijze als hierboven beschreven voor de besturingsschakeling 14 opgedeeld in deelaftastschakelingen die elk met een verschillende referentiespanning zijn verbonden. De via deze referentiespanning aangeboden compensatiespanning kan hierbij weer in één richting toenemen (éénzijdige aasturing van de kolommen) danwel vanaf de 10 beide uiteinden naar het midden toenemen (tweezijdige aansturing van de kolommen).

Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot de hier gegeven voorbeelden maar zijn binnen het kader van de uitvinding diverse variaties mogelijk. Zo kan, als de verliezen over de rijelektroden 3 15 verwaarloosbaar zijn, bijvoorbeeld als het aantal kolommen klein is ten opzichte van het aantal rijen de compensatie ook alleen op de lijnselectiespanningen worden toegepast. Ook hier kan de compensatie dan weer per groep van lijnelektroden plaatsvinden.

8602327

Claims (8)

1. Weergeefinrichting bevattende een vloeibaar kristallijn materiaal tussen twee evenwijdige steunplaten met naar elkaar toegekeerde oppervlakken waarvan het ene oppervlak een patroon van lijnelektroden bevat en het andere oppervlak een patroon van 5 kolomelektroden bevat waarbij de lijnelektroden de kolomelektroden kruisen en aldus ter plaatse van de kruisingen weergeefelementen gevormd worden en de inrichting een besturingsschakeling bevat voor het aanbieden van weer te geven datasignalen aan de kolomelektroden, alsmede een lijnaftastschakeling voor het aftasten van de lijnelektrode met het 10 kenmerk dat de besturingsschakeling voor een weer te geven datasignaal aan een kolomelektrode een van de te besturen kolomelektrode afhankelijke spanningswaarde kan aanbieden.

2. Weergeefinrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk dat per groep van kolomelektroden de spanningswaarden' voor een weer te 15 geven datasignaal praktisch identiek zijn.

3. Weergeefinrichting volgens één der vorige conclusies met het kenmerk dat de inrichting een lijnaftastschakeling bevat voor het periodiek aftasten van de lijnelektroden met een selectiespanning waarbij de lijnelektroden eenzijdig worden aangestuurd vanaf de ene 20 zijde van de inrichting en de bij de datasignalen behorende spanningswaarde toeneemt in de richting van de andere zijde.

4. Weergeefinrichting volgens één der conclusies 1 of 2 met het kenmerk dat de inrichting een lijnaftastschakeling bevat voor het periodiek aftasten van de lijnelektroden met een selectiespanning 25 waarbij de lijnelektroden tweezijdig worden aangestuurd en de bij de datasignalen behorende spanningswaarde bij de kolommen praktisch midden tussen beide zijden maximaal is.

5. Weergeefinrichting bevattende een vloeibaar kristallijn materiaal tussen twee evenwijdige steunplaten met naar elkaar 30 toegekeerde oppervlakken waarvan het ene oppervlak een patroon van lijnelektroden bevat en het endere oppervlak een patroon van kolomelektroden bevat waarbij de lijnelektroden de kolomelektroden kruisen en aldus ter plaatse van de kruispunten weergeefelementen gevormd worden en de inrichting een besturingsschakeling bevat voor het 35 aanbieden van weer te geven datasignalen aan de kolomelektroden alsmede een lijnaftastschakeling voor het aanbieden van lijnselectiesignalen aan de lijnelektroden met het kenmerk dat de lijnaftastschakeling voor een 8602327 'X PHN 11.867 11 selectiepuls aan een lijnelektrode een van de te besturen lijnelektrode afhankelijke spanningswaarde kan aanbieden.

6. Weergeefinrichting volgens conclusie 5 met het kenmerk dat per groep van lijnelektroden de spanningswaarden van de 5 selectiepulsen praktisch identiek zijn.

7. Weergeefinrichting volgens één of meer der conclusie 1 tot en met 6 met het kenmerk dat de datasignalen vanaf een zijde worden aangeboden en de waarde van de selectiespanning toeneemt in de richting van de andere zijde. 10

8. Weergeefinrichting volgens één of meer der conclusies 1 tot en met 6 met het kenmerk dat de datasignalen tweezijdig worden aangeboden en de waarde van de selectiespanning praktisch maximaal is bij de lijnelektroden praktisch midden tussen de zijden. 8602327