WO1994001801A1 - Dispositif de visualisation a cristaux liquides, a matrice active - Google Patents

Dispositif de visualisation a cristaux liquides, a matrice active Download PDF

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Philippe Tison
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    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3614—Control of polarity reversal in general

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display screen device, called an active matrix device, comprising a thin layer of liquid crystals disposed between a planar counter electrode and control electrodes each defining a capacitor and an image element with the counter-electrode arranged so that each of the points of the image corresponds to a line and a column, each control electrode being connected to a control element, such as a thin film transistor, allowing or carrying it to the potential of a conductor which is common to all the elements of the column to which it belongs, or to isolate it and make its floating potential.
  • a control element such as a thin film transistor
  • the counter-electrode constitutes a potential plane covering the entire screen.
  • Means are often provided for varying the potential of the counter-electrode, in order to reduce the voltage dynamic range required on the column conductors, which receive the information.
  • the counter-electrode retains a fixed polarity Vce + or Vce- for the entire duration of a line. Ordering is made easier. On the other hand, it is difficult to obtain a sufficiently rapid convergence of the information presented on each of the column conductors, because the polarity of this conductor is reversed on each line, that is to say at a frequency of a few tens of KHz in the case of a 625-line television type image.
  • the invention aims to provide a display screen of the type defined above, responding better than those previously known to the requirements of practice.
  • the invention provides a device having a screen whose counter-electrode consists of two fractions provided with means making it possible to bring them to different potentials, reversed at each frame or a multiple of the frame frequency and in which two successive columns (or two groups of a few columns) of control electrodes cooperate with different fractions. These potentials can be equal and of opposite polarities.
  • the counter-electrodes will generally consist of interdigitated conducting equipotential planes, the fingers of which have a width corresponding to that of a column of picture elements, in order to give a maximum value to the spatial frequency of flickering.
  • FIG. 1 shows a classic constitution an active matrix liquid crystal display screen
  • FIG. 2 is a block diagram of a display device control mode, usable with the active matrix screen of Figure 1;
  • FIG. 3 shows a possible construction in accordance with the invention, of a counter-electrode for a screen of the kind shown in FIG. 1.
  • the display screen shown in FIG. 1 is of the monochrome type. It comprises a thin layer 10 of liquid crystals placed between two transparent plates 12 and 14 carrying electrodes. In the case of a screen working in transmission, the assembly thus formed is mounted between a polarizer 16 and an analyzer 18.
  • One of the blades, 12 for example, carries a counter-electrode 20.
  • the other blade, 14 for example, carries control electrodes 22 each defining an image element and constituting a capacitor with the counter-electrode 20.
  • These electrodes can be formed by transparent conductive deposits.
  • An advantageous control mode is shown diagrammatically in FIG. 2, for two picture elements belonging to the same column, therefore associated with the same column conductor 24 and belonging to two successive rows i and i + 1.
  • Each picture element is controlled by an element, generally constituted by a field effect transistor, shown diagrammatically in the form of a switch 26 pq and 26 p + lq .
  • All the transistors of the same line are made simultaneously conductive by carrying the line conductor 28 corresponding to a determined potential (for example +15 Volts) while the line conductors of all the other lines are brought to a blocking potential of the transistors (for example -5 Volts).
  • the transistor 26 pq is shown to be on, while the transistors of the other lines are blocked.
  • the pass-through transistors communicate the voltage Vc of the column conductor corresponding to the associated control electrode. The training is then kept for throughout the duration of the frame.
  • the counter-electrode 20 is in two fractions 20 j , for example associated with all the columns 20 even, and 20 2 , which is then associated with all the columns even.
  • the polarity of each fraction alternates between Vce + and Vce- values, the polarities of the two fractions being always opposite. This result can be achieved using a sequencer 30 controlled by a clock signal H at the frame frequency.
  • the control mode of the switching elements can be the same as in the case of a conventional device of the kind shown in FIG. 2.
  • the control voltages to which the column conductors, such as the conductor 24, will be applied providing the video information will depend, for a given result, on the column ordered.

Abstract

Le dispositif comprend une couche mince (10) de cristaux liquides disposée entre une contre-électrode plane et des électrodes de commande définissant chacune un condensateur et un élément d'image avec la contre-électrode, disposées de telle sorte que chacun des points de l'image corresponde à une ligne et une colonne, chaque électrode de commande étant reliée à un élément de commande, tel qu'un transistor en couche mince, permettant ou bien de la porter au potentiel d'un conducteur qui est commun à tous les éléments de la colonne à laquelle elle appartient, ou bien de l'isoler et de rendre son potentiel flottant. La contre-électrode est constituée de deux fractions 201, 202 munies de moyens permettant de les porter à des potentiels différents, inversées à chaque trame ou un multiple de la fréquence trame et dans lequel deux colonnes (ou deux groupes de quelques colonnes) successives d'électrodes de commande coopèrent avec des fractions différentes.

Description

DISPOSITIF DE VISUALISATION A CRISTAUX LIQUIDES, A MATRICE ACTIVE
La présente invention concerne un dispositif à écran de visualisation à cristaux liquides, dit à matrice active, comprenant une couche mince de cristaux liquides disposée entre une contre-électrode plane et des électrodes de commande définissant chacune un condensateur et un élément d'image avec la contre-électrode disposées de telle sorte que chacun des points de l'image corresponde à une ligne et une colonne, chaque électrode de commande étant reliée à un élément de commande, tel qu'un transistor en couche mince, permettant ou bien de la porter au potentiel d'un conducteur qui est commun à tous les éléments de la colonne à laquelle elle appartient, ou bien de l'isoler et de rendre son potentiel flottant.
On connaît déjà des écrans de visualisation plats du type ci-dessus défini. En général, la contre-électrode constitue un plan de potentiel couvrant la totalité de l'écran. Des moyens sont souvent prévus pour faire varier le potentiel de la contre-électrode, afin de diminuer la dynamique de tension requise sur les conducteurs de colonne, qui reçoivent les informations.
Pour éviter l'accumulation de charges résiduelles, qui donnent naissance à des images fantômes, il est nécessaire que la valeur moyenne dans le temps de la tension appliquée au condensateur de chaque élément d'image soit nulle. Cela oblige à inverser à intervalles réguliers la polarité de la tension appliquée au condensateur. Mais, du fait que les tensions à 50 Hz ou 60 Hz généralement utilisées ne sont pas parfaitement symétriques, on ne peut éviter un papillotement qui n'est invisible que si les polarités sont alternées avec une fréquence spatiale élevée ; cela conduit à adopter, en général, comme fréquence spatiale, celle de la répartition des éléments d'image en lignes ou en colonnes. La solution qui vient immédiatement à l'esprit consiste à inverser la tension appliquée à la contre- électrode, de valeur absolue Vce, d'une trame à l'autre et à inverser la polarité appliquée aux conducteurs de colonne à chaque ligne et à la contre-életrode. Cela revient à dire que les tensions appliquées à la contre-électrode et aux conducteurs de colonnes, lors de l'affichage des lignes d'ordre p et p+1, pour les images d'ordre i et d'ordre i+1, seront les suivantes :
Vce+ Vce+ Vce+
V- v- V-
Vce- Vce- Vce-
Figure imgf000004_0001
V+ V+ V+
image "i+1" (ou trame "i + 1") ligne "p" contre-électrode: Vce- Vce- Vce- Vce- colonne: V+ V+ V+ V+ ligne "p+1" contre-électrode: Vce+ Vce+ Vce+ Vce+ colonne: V- V- V- V-
Lorsqu'on fait ce choix, la contre-électrode conserve une polarité fixe Vce+ ou Vce- pendant toute la durée d'une ligne. Sa commande en est facilitée. En revanche il est difficile d'obtenir une convergence suffisamment rapide de 1'information présentée sur chacun des conducteurs de colonne, du fait que la polarité de ce conducteur est inversé à chaque ligne, c'est-à-dire à une fréquence de quelques dizaines de KHz dans le cas d'une image de type télévision à 625 lignes.
On pourrait penser qu'il est possible d'écarter le problème en inversant la polarité de colonne qu'une fois par trame, ce qui améliore la précision de commande de chaque élément d'image. L'excursion de tension sur le conducteur de colonnes est en effet alors plus faible d'une ligne à la suivante. Mais en contrepartie il deviendrait nécessaire d'inverser la polarité de la contre-électrode à chaque "colonne". Du fait que l'ensemble des points d'une ligne sont écrits simultanément, cela revient à dire qu'il faudrait Vce+ = Vce-. On perdrait alors l'avantage de la faible dynamique sur les colonnes.
L'invention vise à fournir un écran de visualisation du type ci-dessus défini, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique. Dans ce but, l'invention propose un dispositif ayant un écran dont la contre-électrode est constituée de deux fractions munies de moyens permettant de les porter à des potentiels différents, inversées à chaque trame ou un multiple de la fréquence trame et dans lequel deux colonnes (ou deux groupes de quelques colonnes) successives d'électrodes de commande coopèrent avec des fractions différentes. Ces potentiels peuvent être égaux et de polarités opposées.
Dans la pratique, les contre-électrodes seront en général constituées par des plans équipotentiels conducteurs interdigités, dont les doigts ont une largeur correspondant à celle d'une colonne d'éléments d'image, afin de donner une valeur maximale à la fréquence spatiale de papillotement. Il serait cependant possible de prévoir des fractions dont les doigts couvrent plus d'une colonne, par exemple deux ou même trois, de façon à faciliter la réalisation.
Grâce à cette disposition, on conjugue les avantages des solutions précédentes en éliminant leurs inconvénients respectifs. La polarité des contre-électrodes n'est inversée qu'à la fréquence trame, de 25 Hz au minimum. La polarité des colonnes n'est elle aussi inversée qu'à la fréquence trame.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :
- la figure 1 montre une constitution classique d'un écran de visualisation à cristaux liquides et à matrice active ;
- la figure 2 est un schéma de principe d'un mode de commande de dispositif de visualisation, utilisable avec l'écran à matrice active de la figure 1 ; et
- la figure 3 montre une constitution possible conforme à l'invention, d'une contre-électrode pour un écran du genre montré en figure 1.
L'écran de visualisation montré en figure 1 est du type monochrome. Il comporte une couche mince 10 de cristaux liquides placée entre deux lames transparentes 12 et 14 portant des électrodes. Dans le cas d'un écran travaillant en transmission, l'ensemble ainsi constitué est monté entre un polariseur 16 et un analyseur 18. L'une des lames, 12 par exemple, porte une contre-électrode 20. L'autre lame, 14 par exemple, porte des électrodes de commande 22 définissant chacune un élément d'image et constituant un condensateur avec la contre-électrode 20. Ces électrodes peuvent être constituées par des dépôts conducteurs transparents. Un mode de commande avantageux est schématisé en figure 2, pour deux éléments d'image appartenant à une même colonne, donc associés à un même conducteur de colonne 24 et appartenant à deux lignes successives i et i+1. Chaque élément d'image est commandé par un élément, généralement constitué par un transistor à effet de champ, schématisé sous forme d'un interrupteur 26p q et 26p+l q. Tous les transistors d'une même ligne sont rendus simultanément conducteurs en portant le conducteur de ligne 28 correspondant à un potentiel déterminé (par exemple +15 Volts) alors que les conducteurs de ligne de toutes les autres lignes sont portés à un potentiel de blocage des transistors (par exemple -5 Volts). Sur la figure 2, le transistor 26p q est représenté passant, alors que les transistors des autres lignes sont bloqués. Les transistors passants communiquent la tension Vc du conducteur de colonne correspondant à l'électrode de commande associée. La formation est ensuite conservée pendant toute la durée de la trame.
Conformément à 1 ' invention, la contre-électrode 20 est en deux fractions 20j, par exemple associée à toutes les colonnes 20 paires, et 202, qui est alors associée à toutes les colonnes paires. La polarité de chaque fraction alterne entre des valeurs Vce+ et Vce-, les polarités des deux fractions étant toujours opposées. Ce résultat peut être atteint à l'aide d'un séquenceur 30 commandé par un signal d'horloge H à la fréquence de trame.
Le mode de commande des éléments de commutation peut être le même que dans le cas d'un dispositif classique du genre montré en figure 2. En revanche, les tensions de commande auxquelles seront portés les conducteurs de colonne, tels que le conducteur 24, pour fournir l'information vidéo, dépendra, pour un résultat donné, de la colonne commandée.
On peut résumer la succession des polarités appliquées, pour les lignes d'ordre p et p+1 et les images d'ordre i et i+1, par le tableau suivant : colonne colonne
image
ligne "p" contre-électrode 20^ contre-électrode 202: conducteur de colonne: ligne "p+1" contre-électrode 20^ contre-électrode 202: conducteur de colonne:
Figure imgf000007_0001
image "i+1": ligne "p" contre-électrode 20x: Vce- Vce- contre-électrode 202: conducteur de colonne: V+ ligne "p+1" contre-électrode 20-: Vce- contre-électrode 202: conducteur de colonne: V+
Figure imgf000007_0002
On voit que les polarités sur les fractions de contre-électrodes et sur les conducteurs de colonne ne s'inversent qu'à la cadence de trame.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de visualisation à écran à cristaux liquides, à matrice active, comprenant une couche mince (10) de cristaux liquides disposée entre une contre-électrode plane et des électrodes de commande définissant chacune un condensateur et un élément d'image avec la contre-électrode, disposées de telle sorte que chacun des points de 1'image corresponde à une ligne et une colonne, chaque électrode de commande étant reliée à un élément de commande, tel qu'un transistor en couche mince, permettant ou bien de la porter au potentiel d'un conducteur qui est commun à tous les éléments de la colonne à laquelle elle appartient, ou bien de l'isoler et de rendre son potentiel flottant, caractérisé en ce que la contre-électrode est constituée de deux fractions (201,202) munies de moyens permettant de les porter à des potentiels différents, inversées à chaque trame ou un multiple de la fréquence trame et dans lequel deux colonnes (ou deux groupes de quelques colonnes) successives d'électrodes de commande coopèrent avec des fractions différentes.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fractions sont constituées par des plans équipotentiels conducteurs interdigités, dont les doigts ont une largeur correspondant à celle d'une colonne d'éléments d'image.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les potentiels différents sont égaux et de polarités opposées.
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