DE2644449C3

DE2644449C3 - Ansteuerverfahren für einen Anzeigeschirm mit einem zwischen den Zeilen und Spalten einer Leitermatrix befindlichen Medium, insbesondere einer Flüssigkristallschicht

Info

Publication number: DE2644449C3
Application number: DE2644449A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 8018 Grafing Walter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1976-10-01
Publication date: 1979-03-22
Also published as: US4212010A; DE2644449A1; DE2644449B2; GB1592795A; JPS5345128A

Description

0.

2
in

iJr die beiden Haltespannungcn:

G,,,,·,, = C_hlllus =^^(i

und für die beiden Löschspannungcn:

60

65

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daö alle Signale mit Ausnahme des Informationssignals »Aus« jeweils aus einer Folge von Impulsen gebildet werden, die aus m direkt aufeinanderfolgenden Elementarimpulsen bestehen, daß das »Aus«-Signal eine Folge von aus jeweils drei Impulsen gebildeten Impulsgruppen ist, wobei die einzelnen Impulse der Impulsgruppen aus 7— 1 bzw. m—jbzv/. 1 Elementarimpulsen (I <j<m, vorzugsweise,/='") bestehen und zwischen sich einen Abstand von I bzw. von j— I Elementarimpulsbreiten einhalten, und daß die Haltesignalimpulse sowie die jeweils ersten Impulse der »Ausw-Signalimpulsgruppen mit Beginn der Adressierzeit ft) beginnen, während das Schreibsignal sowie das Informationssignal »Ein« um eine Elementarimpulsbreite und das Löschsignal um m Elementarimpulsbreiten gegenüber dem Adressierzeitbeginn verzögert sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Matrixadressierung ist in »Bereichte der Bunsen-Gesellschaft«, Heft 9, 1974. S. 912 bis 914, beschrieben, und zwar an Hand einer cholesterinischen Flüssigkristallschicht mit einer positiven anisotropen Dielektrizitätskonstante und einer senkrechten Wandorientierung. Dieser Flüssigkristall nimmt oberhalb von U\2 eine (optisch klare, lichtstreuende) homöotrop-nematische Textur an und kehrt beim Absenken der Spannung unterhalb von Ui\ wieder zu einer (streuenden) fokal-konischen Orientierung zurück.

In der zitierten Literaturstelle wird das folgende Ansteuerverfahren genannt: Zunächst bringt man sämtliche Matrixpunkte durch einen hohen Spannungsimpuls in den »Aus«-Zustand; dann wird eine Haltespannung (Ui) angelegt, die den »Aus«-Zustand konserviert. Hiernach tastet man die Zeilen nacheinan der mit einem Impuls der Höhe Uh ab und macht an den einzuschaltenden Matrixelementen der gerade getasteten Zeile die Spannung so lange zu Null, bis sich dort die fokal-konische Orientierung ausbildet. An den übrigen Matrixelementen der Zeile liegt währenddessen die Spannung 2 χ U_n. Nach dem Einschreiben geht man wieder auf Uh zurück.

Das auch als >>Zwei- Phasen-Schreiben« (in der ersten Phase wird gelöscht, in der /weiten Phase wird eingeschrieben) bezeichnete Verfahren kommt mit einem relativ geringen Schaltungsaufwand aus, liefert jedoch keine besonders ansprechende Darstellung, da da·: Bild abwechselnd Zeile für Zeile aufgebaut und wieder total gelöscht wird. Der optische Eindruck ließe sich erheblich verbessern, wenn man nicht mehr die gesamte Matrix /u einer bestimmten Zeit, sondern die einzelnen Zeilen unmittelbar vor ihrer Adressierung löscht. Eine solche Betriebsweise ergibt zwar optisch kaum noch gestörte, nahezu ruhende Bilder, ist aber denkbar ungeeignet für den Einsatz von integrierten Schaltkreisen, da eine Zeilen- bzw zeilengruppenweise Versorgung der Ansteuerkreise mit einer geschalteten Versorgungsspannung zu einem extrem hohen Aufwand im Ansteuerteil führt.

Untersuchungen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung haben ergeben, daß man insbesonde* fe bei Flüssigkristallanzeigen mit einem hohen MuHU öiexvefhältnis Und kleinen BildöUnkten eine befiödische

Lösung beibehalten sollte. Die Bildpunkt-Zustände werden nämlich bei angelegter Haltespannung vom Rande her zunehmend gestört — bei Flüssigkristallanzeigen wachsen allmählich lange Disinklinationslinien hinein — und lassen sich nur durch einen hinreichend hohen Spannungsimpuls in eine saubere »Aus«-Textur zurückversetzen.

Ausgehend von dieser Beobachtung setzt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Zwei-Phasen-Schreibtechnik zu entwickeln, die zu Bildern mit einer guten optischen Qualität führt und dabei auch mit integrierten Schaltkreisen relativ einfach realisiert werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das im Patentanspruch I gekennzeichnete Verfahren vorgeschlagen.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet bevorzugt Anwendung bei Anzeigen, die eine Flüssigkristallschicht mit einem Bistabilitätseffekt enthalten. Es ist darüber hinaus aber auch stets dann sinnvoll, wenn das schaltbare Medium eine Hysterese im Kontrast-Spannungs-Diagramm zeigt und di" erforderlichen Randbedingungen, insbesondere die vorgeschriebene Beziehung zwischen der Reaktionszeit und dem Impulsabstand, eingehalten werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf der Vorstellung, daß das Meclium während der Adressierzeit auf gemittelte Spannungswerte (»Efiektivspannungen«) reagiert. Eine solche Reaktionsweise darf angenommen werden, wenn die Zeiten für die Übergänge zwischen den optischen Zuständen größer sind als die Zeiträume zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen.

Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Operationen »Loschen«, »Schreiben« und »Halten« zu gleicher Zeit auf der Matrix stattfinden und dabei ausschließlich mit Hilfe von einfach aufgebauten Impulsen auf logischem Pegel durchgeführt werden können. Die einheitliche Impulshöhe hat darüber hinaus den Vorteil, daß die effektiven Feldstärken in den verschiedenen Bereichen des Mediums weniger voneinander abweichen und somit die Zustandshysterese noch besser ausgenutzt werden kann. Das Verfahren läßt sich ohne Gleichspannungskomponenlen am Medium verwirklichen und trägt dadurch insbesondere bei Flüssig kristallan/eigen zu einer langen Lebensdauer bei.

Die Erfindung soll nun in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Flüssigkristallanzeige, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann.

F i g. 2 in einem Diagramm eine mögliche Art der Zeilen- und Spaltensignale im Rahmen der Erfindung und

F ι g. 3 in einem Blockschaltbild ein Flüssigkristall-Datensichtgerät, das mit dem vorgeschlagenen Verfahren betrieben wird.

Fig. 1 stellt in einem rein schematischen Seiten· schnitt eine übliche Flüssigkristallanzeige dar: Zwei zueinander parallele Trägerplatten 1 und 2 bilden zusammen mit einem Rahmen 3 eine Kammer, in der sich eine Flüssigkristallschicht 4 befindet. Die beiden Trägerplatten sind auf ihren Innenseiten jeweils mit Zeilen 6 bzw. Spalten 7 einer Leitermatrix versehen und tragen auf ihren Außenseiten jeweils einen Polarisator β, 9. Beide Polarisatoren sind zueinander gekreuzt. Die Flüssigkristallschicht zeigt einen Bistabilitätseffektj sie nimmt bei Überschreitung der oberen Schwellspannung Un eine optisch klare hcÄnöotrop-nematische Textur (»Ausi(-Zustand) an und kehn unterhalb der unteren Schwellspannung U₂\ zu einer streuenden fokal-konischen Orientierung (»Ein«-Zustand) zurück. Bei der vorgesehenen Polarisatorstellung ist ein Bildpunkt im

ϊ »Aus«-Zustand dunkel und im »Ein«-Zustand hell.

Die Flüssigkristallanzeige wird folgendermaßen betrieben: Die einzelnen Zeilen werden nacheinander eine bestimmte Zeitlang (Adressierzeit t) mit einem Adressiersignal (»Schreibsignal«) versehen. Während dieser

in Zeit empfangen die Spalten Informationssignale, und zwar je nachdem, ob ihr Kreuzungspunkt mit der gerade getasteten Zeile dunkel oder hell sein soll, ein »Aus«- oder ein »Ein«-Signal. An den betreffenden Matrixpunkten müssen Effektivspannungen LJ entstehen, die

Ii entweder größer als Un oder kleiner als Un sind

Nach der Adressierung erhält die Zeile ein Haltesignal Diese Größe muß so ausgebildet sein, daß an den Matrixpunkten, an denen spaltenseitig eines der beiden Informationssignale liegt, eine effektive Haltespannung (Uh) zwischen L/>p und LJn entsteht.

Entweder eine oder mehrere Adressierze.ten vor dem erneuten Einschreiben im nächsten Durchlauf wird die Zeile mit einem Löschsignal beaufschlagt, das zusammen mit dem »Aus«- oder dem »Ein«-Signal an den Matrixpi'i-kten eine genügend hohe effektive l.öschspannung (U\) ergibt.

Die Adressierzeit / wird im allgemeinen so kurz wie möglich gewählt werden; sie darf aber nicht kleiner sein als die Reaktionszeil der Flüssigkristallschicht für den Übergang vom homöotrop-nematischen »Aus«-Zustand in den fokal-konischen »Einw-Zustand. Dieser Texturwechse¹ geht am schnellsten vonstatten, wenn ίΛ ,·- = 0 ist.

Der Übergang von der fokal-konischen zur homöotrop-nematischen Orientierung vollzieht sich in der Regel langsamer als der umgekehrte Texturwechsel. Dementsprechend muß die Zeile mehrere Adressierzei ten lang vor dem Neueinschreiben gelöscht we,den bzw. ist während der Adressierung einer Zeile eine Gruppe von mehreren der nächstfolgenden Zeilen /u löschen.

In Fig. 2 ist dargestellt, mil welcher Art von Zeilen bzw. Spaltensignalen die erforderlichen Effektivspannungen an den einzelnen Bildpunkten hergestellt werden können. In dem Diagramm sind von oben nach unten eingetragen die Spaltensignale »Ein« und »Aus« (Reihe 1 bzw. 2), die Zeilensignale »Halten« (Reihe 3). »Schreiben« (Reihe 4) und »Löschen« (Reihe 5) sowie die Spannungen an den einzelnen Matrixpunkten (»Zellen«) für alle Kombinationen zwischen Spaltensignalen einerseits und Zeilensignalen andererseits. In Reihe 6 ist aufgetragen die Zellenspannung bei der Verknüpfung »Ein«- »Halten«, die folgenden Reihen stellen jeweils die Kombinationen dar »Aus«- »Halten«. »Ein«· »Schreiben«, >Aus«- »Schreiben«, »Ein <- »Löschen« und »Aus«- »Löschen«.

Der Figur entnimmt man, daß alle Signale und damit auch die Differetizspannungen an den einzelnen Matrixzellen Folgen von Impulsen bzw. Impulsgruppen sind, die eine gemeinsame Periodendauer Γ haben; im vorliegenden Fall ist T so lang wie die von der Reaktionszeit der Flüssigkristallschicht vorgegebene Mindestadressierzeit f„,;„. Die Impulse bzw. tmpulsgruppert haben aber nicht nur die gleiche Folgefrequenz, sondern sind sämtlich aus einheitlichen Elemenlarimpulsen zusammengesetzt, die eine Höhe LO und eine Breite 772/77 haben (rti ist eine natürliche Zahl}. Alle Sienale

entstehen dadurch, daß die Spannung Uo in einem bestimmten Takt mit der Dauer 772«; ständig überprüft und entweder belassen oder abgeschnitten wird.

Aus diesem Diagramm gehl hervor, daß bei dem gewählten Beispiel die Impulse bzw. Impulsgruppen jeweils aus m Eicmentarimpulscn bestehen. Bei sämtlichen Signalen außer dem »Aus«-Signal folgen dabei die Elcincntarimpulse direkt aufeinander, während bei dem v>Aus«-Signal zunächst./- I Elcmenlarimpulse lückenlos aufeinanderfolgen, dann nach einer Lücke von der Dauer eines Taktes wiederum ein Zug raus in—j aneinander anschließenden Eicmentarimpulscn kommt und schließlich nach einer weiteren Lücke iVon j— 1 Takten nochmals ein Elcmentarinipuls auftritt /7ist eine natürliche Zahl; es gilt I :£,/s ni, vorzugsweise Ij= m/2), im vorliegenden Fall setzen die Impulse des --'Haltesignals und die ersten Impulse der »Aus«-Signalilmpulsgruppcii jeweils mit Beginn der Adressierzeit ein, die Schrcibsignalimputsc und die »Ein«-Signalihipiilse 'Sind dagegen Him eine ürfd die Löschsignalimpulse um /;; Takte verzögest.

Bei allen möglichen Kombinationen zwischen den Zeilen- und den Spaitcnsignalcn entstehen an den einzelnen Miitrixzellcn stets wieder Folgen von Impulsen bzw. Impulsgruppen, bei denen der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen höchstens halb so groß ist wie die Periodendaucr T, d. h. wie die Mindesladrcssierzcit i„„„. Man kann also davon ausgehen, daß während der Zeilenadressiemng an der Flüssigkristallschicht effektive Spannungen wirksam sind. Für den Efl'eklivwcrt UgWi in erster Näherung

O ^

l , ι 2 hi

Demnach ergibt sich, daß die Spaltcnsignale »Aus« Und »Ein« mit der gleichen effektiven I laltcspannung

u,

aufrechterhalten werden, daß das Signal »Aus« mit

IAw \ ~, U< I ² <-'<·

und das Signal »Ein« mit I)^m = 0 eingeschrieben werden und daß die Signale »Aus« und »Ein« mit der gleichen effektiven Spannung

m m

(=5 i/o bei großen /»,(gelöscht werden.

1st Ua vorgegeben, dann muß dje Flüssigkristallanzeige so dimensioniert werden, daß U\ innerhalb möglichst kurzer Zeit vollständig löscht. Die Einstellung der Haltcspannung erfolgt dann durch Wahl einer geeigneten Periodenaufteilung //;; U/, sollte möglichst nahe an U\2 liegen. Nach Festlegung einer Grundfrequenz (1/7} und des Teilungsverhältnisses in ist ggf. die Grundpcriodczu wiederholen.

In Fig.3 ist das Anstcuerlcil eines mit den geschilderten Verfahren betriebenen Datensichtgerätes rein schematisch eingezeichnet. Die wesentlichen Einheiten dieser Teile sind ein Zeilcnschiebcregister 11 mit Serieneingang und Parallelausgängen, ein gleichartiges Spaltenschieberegister 12. '-in Mikroprozessor 13 und ein an den Prozessor angeschlossener Speicher 14. Der Mikroprozessor empfängt die Daten (Pfeile 16) und versieht einerseits das Zeilcnschiebcregister mit einem Zeilen-Taktimpuls (Leitung 17) sowie mit der Zeileninformation (Leitung 18) und andererseits das Spaltcnregisior mit dem Spallen-Taktimpuls (Leitung 19) sowie der Spalteninformation (Leitung 21). Im Schaltbild ist gerade der Zustand dargestellt, bei dem die vierte Zeile vnr, oben mit einem Schreibsignal, die Zeilen S bis 7 mit einem Loschsignal und alle übrigen Zeilen mit einem

Ki Haltesignal angesteuert werden. Während der Adressierung der vierten Zeile wird die im Spaltcnschicbcregister gesammelte information »Ein» oder »Aus« für diese Zeile gleichzeitig auf die Spalten gegeben.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das

f, dargestellte AusfUhrungsbcispiel. So brauchen die Zeilen und Spalten der Leiiermatrix nicht immer Slrcifcnform zu haben: beispielsweise können bei mehrstelligen alphanumerischen Anzeigen die Rückeleklrodcn jeder Stelle die »Zeilen« sein und die

w einander entsprechenden Segmentelcktrodcn jeder Stelle zu »Spalten« miteinander verbunden werden. Außerdem lassen sich die erforderlichen Effektivspanntingcn im Rahmen der Erfindung natürlich auch anders als mit Signalen der F i g. 2 erzeugen. Dabei sollte man

Vt aber darauf achten, daß sämtliche Signale auf logischem Pegel (»1« oder »0«) angeboten werden, da sich solche Signalformen mit besonders geringem elektronischem Aufwand herstellen lassen und außerdem /u der günstigsten Schreibspannung für den Zustand »Ein« (LK ,,„ = 0) führen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. AnsteuervetTahren für einen Anzeigeschirm mit einem zwischen den Zeilen und Spalten einer ί Leitermatrix befindlichen Medium, insbesondere einer Flüssigkristallschicht, das beim Anlegen einer Spannung an die Leiter nach Überschreiten einer ersten kritischen Spannung (obere Schwellspannung Uu) von einem ersten optischen Zustand (»Ein«-Zustand) in einen zweiten optischen Zustand (»Aus«- Zustand) übergeht, in diesem Zustand auch bei Verringerung der angelegten Spannung unter die erste kritisch' Spannung in einem endlichen Spannungsbereich (Bereich der Haltespannung Uh) π verbleibt und erst nach Unterschreiten einer zweiten kritischen Spannung (untere Schwellspannung L/21, L/21 < Uh< L/12) zum »Ein«-Zustand zurückkehrt (»Medium mit Bistabilitätseffekt«), wobei die Information durch ein serielles Adressieren der Zeilen mit einer Adressierzeit, die mindestens so groß ist wie die Übergangszeit des Mediums vom »Aus«- zum »Ein«-Zustand, und ein pro Zeile paralleles Ansteuern der Spalten mit den jeweiligen Zeilendaten eingeschrieben, anschließend gehalten und vor dem erneuten Einschreiben gelöscht wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Adressierung jeder Zeile zugleich die an einer vorgegebenen Anzahl der nächstfolgenden Zeilen vorhandene Information gelöscht und an allen übrigen Zeilen gehalten wird und daß sämtliche auf die Leitermatrix gegebenen Si_o.iale, nämlich die Schreib-, Halte- und Löschsignale an den Zeilen sowie die beiden Informationssignale »Ein« und »Aus« an den Spalten, aus Folgen von Imj>ulse^r bzw. Impulsgruppen bestehen, wobei alle Folgen die gleiche Periodendauer (T) haben, daß ferner sämtliche Impulse aus Elementarimpulsen mit einer Höhe i/o und einer Dauer 772/n (m ist eine natürliche Zahl) bestehen und der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen kleiner ist als die kürzeste Übergangszeit des Mediums zwischen den beiden optischen Zuständen, wodurch während der Adressierzeit an dem Medium in den Matrixpunkten Effektivspannungea_nämlich die beiden Schreibspannungen (Us,_ein, L/, _ä,„), die beiden Haltespannunen (Uh/cm, Uh.,„>) und die Löschspannungen (D~i,_r,n.

ham), wirksam werden, die allein durch den Aufbau von geeigneten Signalimpulsen bzw. Signalimpulsgruppen aus den Elementarimpulsen erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß gilt für die Schreibspannungen: