DE2846874C2

DE2846874C2 - Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit Ansteuerelektroden in XY-Matrixanordnung

Info

Publication number: DE2846874C2
Application number: DE2846874A
Authority: DE
Inventors: Keisaku Nonomura; Toshiaki Nara Takamatsu; Hisashi Uede; Tomio Yamatokoriyama Nara Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1978-10-27
Publication date: 1982-04-15
Also published as: DE2846874A1; JPS5917430B2; CH639783A5; JPS5464493A; US4281324A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ist durch die DE-OS 24 49 543 bekannt. Dort ist beschrieben, wie die sogenannte Betriebsspanne κ optimiert werden kann.

Bei größeren Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen macht sich jedoch die aus RCA-Review 1974, Vol. 35, Seite 613 bis 651 und insbesondere Seite 619 bekannte Abhängigkeit des Kontrastes vom Blickwinkel und der Ansteuerspannung störend bemerkbar. Von einem festliegenden Beobachterstandpunkt aus ergeben sich für verschiedene Bereiche einer Anzeigefläche unterschiedliche Blickwinkel, so daß die bei größeren Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen auftretenden größeren Blickwinkeldifferenzen merkbare Kontrastverän derungen bewirken und dadurch den ästethischen Eindruck der Anzeigeeinrichtung sowie ein schnelles Erfassen der angezeigten Information beeinträchtigen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Flüssigkristail-Anzeigeeinrichtung der eingangs genannten Art die störenden Kontrastveränderungen infolge Blickwinkeländeru^.gen weitgehend /u unterdrücken.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Der Gedanke, die Anzeigefläche einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung zu teilen, ist zwar bereits aus der DE-OS 23 23 059 bekannt, jedoch sollen dort durch die Teilung der Anzeigefläche einzelne Punkte mit einfachen geometrischen Formen geschaffen werden, aus denen die darzustellenden Zeichen aufgebaut oder

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zusammengesetzt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit verdrehtem nematischem Flüssigkristall (im folgenden auch als TN-FEM-LCD-Anzeige = Twisted Nematic Field Effect Mode Liquid Crystal Display bezeichnet) erreicht man infolge der Matrixansteuerung nicht nur für bestimmte Blickrichtungen ein verhältnismäßig gutes Kontrastverhältnis, sondern braucht auch nicht mehr den Nachteil ·η Kauf zu nehmen, daß sich bei unterschiedlichen Blickrichtungen erhebliche Änderungen, insbesondere eine starke Abschwächung des Kontrastes ergeben, die so weit führen, daß es schwierig wird, die Sichtanzeige zu erkennen. Obwohl sich für vertikal angeordnete, im wesentlichen planare Anzeigefelder der Blickwinkel von der Ober- zur Unterseite verhältnismäßig stark ändert, nämlich beispielsweise von Winkel Θι bis zum Winkel Θ2 (vgl. F i g. 5), verhindert die Erfindung, daß sich der Kontrast von der Ober- zur Unterseite eines derartigen Anzeigeschirms deutlich verändert, indem die Ansteuerschaltung den sequentiell abzutastenden Elektroden, in der Praxis üblicherweise den Zeilenelektroden, eine sich verändernde Ansteuerspannung zuführt.

Die Frfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter bezug auf die Zeichnungen in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Schaltungsanordnung einer Ansteuerschaltung für eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung vom Matrix-Typ,

F i g. 2 die schematische grafische Darstellung eines Beispiels einer Matrix-Elektrodenanordnung,

F i g. 3 die auseinandergezogene Perspektivdarstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer oberen und einer unteren Matrix-Elektrodenanordnung,

F i g. 4 die auseinandergezogene Perspeklivdarstellung einer zweilagigen Matrix-Elektrodenstruktur.

F i g. 5 die Beziehung zwischen den einzelnen Anzeigepositionen auf einem Anzeigefeld und dem Blickwinkel,

F i g. 6 die zeitbezogene Darstellung des Verlaufs von Treiberspannungen, die den Matrixelektroden in Übereinstimmung mit der Erfindung zuzuführen sind,

F i g. 7 ein grafisches Schaubild zur Verdeutlichung der Beziehung zwischen den Blickwinkeln und den jeweiligen Kontrasten, aufgetragen als Funktion der Treiberspannung unter der Bedingung, daß die Betriebsspanne etwa beim Maximum liegt,

Fig.8 eine in Verbindung mit der Erfindung zu bevorzugende Ausführungsform einer Flüssigkristall-Anzeigetafel und

Fig.9 das Schaltdiagramm einer Elektroden-Ansteuerschaltung für die anhand der obigen Figuren erläuterten Ausgestaltungsmöglichkeilen der Erfindung.

F i g. 1 der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht eine Ansteuerschaltung für eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung vom Matrixtyp, mit der sich eine zeilensequentielle Ansteuerung bzw. Abtastung erreichen läßt. Die in einem Hauptspeicher 1 enthaltenen Daten werden über einen Zeichensignalumsetzer 2 in Anzeigemustersignale umgesetzt, die im Pufferspeicher eines Spaltentreibers 3 zwischengespeichert und dann den Spaltenelektroden Ki, Y₂... Y_n einer Flüssigkristall-Matrixanzeige zugeführt werden. Weiterhin ist ein Zeilentreiber 4 vorhanden, der die Zeilenleitungen Xu X2... Xmder Flüssigkristall-Matrixanzeige 6sequentiell eine hinter der anderen abtastet. Der Hauptspeicher 1,

der Spaltentreiber 3 sowie der Zeilentreiber 4 werden alle von einer Steuerschaltung 5 aus bedient.

Bei dieser Art der zeilensequentiellen Ansteuerung eine,- derartigen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung in Matrix-Anordnung muß die Periode der pro Zeile zuzuführenden Spannung im Verhältnis zur gesamten Abtastperiode um so kurzer gewählt wurden, je größer die Anzahl der Zeilenelektroden wird. In anderen Worten: Die relative Einschaltdauer oder das sogenannte Tastverhältnis führt zu einem Übersprechprobirm. Dies ist besonders bei Flüssigkristallanzeigen kritisch, bei denen als inhärente Eigenschaften die Ansprechschwelle nicht genau festliegt und ein relativ langsames Ansprechverhalten zu berücksichtigen ist. Dies führt im Ergebnis zu unbefriedigenden Kontrastverhältnissen bei der Anzeige.

Es ist möglich, die Matrixelektrodenanordnung so zu verändern, daß sich eine Erhöhung des Tastverhältnisses erreichen läßt Wie sich aus F i g. 2 ersehen läßt, die die Äquivalenzschaltung einer Elektrodenanordnung wiedergibt, besteht eine Möglichkeit darin, einer Zeilenelektrode X, zwei unabhängige Spaltenelektroden Y]j, Y₂, gegenüberzusetzen, um dadurch die Anzahl der zu erregenden Zeilen zu verdoppeln, zu vervierfachen usw., ohne den Anzeigekontrast zu verschlechtern. Es ist möglich, damit Flüssigkristallanzeigen in Matrix-Anordnung zu verwirklichen, die beispielsweise 100 Zeilen aufweisen.

Im folgenden wird zunächst ein praktisches Ansteuerverfahren gemäß der Erfindung zusammen mit einigen charakteristischen Kennwerten einer dafür geeigneten Ansteuerschal tungsanordnung erläutert.

Es gibt zwei mögliche Methoden, ein Matrix-Flüssigkristall· Anzeigefeld anzusteuern, das eine der Äquivalenzschaltung nach F i g. 2 entsprechende Elektrodenstruktur aufweist.

Wie sich anhand der F i g. 3 ersehen läßt, besteht eine Möglichkeit darin, jede Spaltenelektrode in eine obere Hälfte und eine untere Hälfte innerhalb der Anzeigezelle zu unterteilen. Die Fig.4 dagegen verdeutlicht die andere Möglichkeil, nämlich eine zweilagige Matrixanordnung vorzusehen, bei der zwei Zellen stapelartig übereinander angeordnet sind.

Obgleich die Erfindung nachfolgend unter Bezug auf den unterteilten Typ solcher Anzeigen beschrieben wird, ist für den Fachmann deutlich, daß die Anwendung der Erfindung auch auf den zweilagigen Matrix-Typ oder eine Kombination aus beiden Anzeigezelltypen möglich ist.

Bei der Matrixansteuerung der Flüssigkristallanzeige wird ein sogenanntes 1/u-Vorspannungs-Ansteuerverfahren angewendet, das im Prinzip einer Weiterentwicklung des bekannten 1/3-Vorspannungsverfahrens entspricht. Wie sich am besten aus Fig. 6 ersehen läßt, wird eine Zeilenelektrode, d.h. also eine A"-Elektrode bei der Ansteuerung zur Anzeige mit einer Spannung

a /

JO

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beaufschlagt, während im nicht gewählten Zustand der Polentialwert 0 anliegt. Einer Spalten- oder K-Elektrode

dagegen wird stets ein Spannungswert ± — V₀ zuge-

führt, so daß die summierte Spannung über die be- Ί5 treffende /Y- und X-Elektrode bei Auswahl zur Anzeige

K₀ und im nichtgewählten Zustand ± — K₀ beträgt.

Die Betriebsspanne oder der ausnutzbare Bereich a = V_tls/V_Als erreicht ein Maximum für a = VN + 1, wobei mit Λ' die Anzahl der Abtastzeilen bezeichnet ist. Der ausnutzbare Betriebsbereich wird in anderen Worten dann ein Maximum, wenn die Beziehung K₁ = VN - K₂ befriedigt wird, worin mit V₁ die Spannung Spitze-Spitze eines K₁ -Signals und mit K₃ der entsprechende Gegenwert eines Κ,-Signals bezeichnet sind. Da sich die Absolutwerte von V₁ und V₂ bei einer Erfüllung der oben dargestellten Beziehung verändern, verschiebt sich auch das Kontnistverhältnis gegenüber einzelnen sich ändernden Blickwinkeln. Die Fig. 7 verdeutlicht die charakteristischen Kennwerte des Kontratsverhältnisses, aufgetragen als Funktion des Blickwinkels Θ. Die Kurve ® in Fig. 7 verdeutlicht das Komrastverhältnis, wenn die Ansteuerspannungen Κι ι und Ki₂ der Beziehung

entsprechen.

K₁₂ = VN- K₂₂, mit K₁₂ < K_n,

zusamenhängen.

K₁₃ = VN- K₂₃. mit K₁₃ < K₁₂

zusammenhängen·

In anderen Worien: Es gelten die Ungleichgewichtsbeziehungen

V_u>V-₂>V_n
K₂₁ > K₂₂ > K₂₃

Eine Analyse der experimentell erhaltenen Ergebnisse führte zu dem Schluß, daß Änderungen der Ansteuerspannung weniger oder keine Veränderungen für den Bereich des Blickwinkels verursachen, der beim maximalen Kontrastverhältnis liegt, wobei der Blickwinkel Θ für das höchste Kontrastverhältnis in positiver Korrelation zur Ansteuerspannung Vsteht.

Zu diesem Zweck wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine einzige Anzeigeeinheit in eine obere und eine untere Hälfte unterteilt (vgl. Fig. 8) und die Ansteuerung erfolgt über die Treiberschaltung nach F i g. 9.

Die Ansteuerspannungen Vi> und V₂₁ sind der X-Elektrodengruppe 9 bzw. der V-Elektroüengruppe 11 der oberen Zellenhälfte 13 zuzuführen und werden hinsichtlich des höchsten Kontrastverhältnisses für den Blickwinkel 0n auf einen Punkt Pin die Mitte des Felds der oberen Zellenhälfte gewählt. In ähnlicher Weise werden die Ansteuerspannungen Vn und V₂\ für die X-Elektrodengruppe 10 bzw. die V-Elektrodengruppe 12 in der unteren Zellenhälfte 14 so gewählt, daß sich das höchste Kontrastverhältnis für den Blickwinkel Θ22 für einen anderen Punkt Q in der Mitte der unteren Zellenhälfte ergibt. Durch diese Maßnahme werden Ungleichmäßigkeiten im Kontrastverhältnis über das gesamte Anzeigefeld wesentlich verringert, und zwar im Prinzip so, daß sich das viel bessere Kontrastverhältnis eines Anzeigefelds mit nur halb so großen Längen- bzw.

Breitenabmessungen ergibt.

Diese getrennte Ansteuerung unterteilt nach oberer und unterer Hälfte des Anzeigefelds läßt sich ersichtlicherweise auf die Matrixanordnung gemäß F i g. 3 gut anwenden. Für den Fall, daß die zweilagige Matrixanordnung (vgl. Fig.4) mit der Elektrodenunterteilung gem. F i g. 3 kombiniert wird, ist es ebenfalls möglich, ein sehr hohes Kontrastverhältnis durch Unterteilung des Anzeigefelds und Änderung der Ansteuerspannung für die einzelnen Hälften des Felds zu erreichen. Im Ergebnis erhält man auf dem Anzeigefeld eine Kontrastverteilung, die weitgehend frei von Ungleichmäßigkeiten in Abhängigkeit von der jeweiligen Anzeigeposition ist.

Die Erfindung hat ein vergleichsweise weites Anwendungsfeld, das von Anzeigen für kleine tragbare Geräte bis zu großen an einer Wand zu befestigenden Anzeigefeldern reicht.

Hierzu 5 BhUt Zi:idiium»cn

Claims

Patentanspruch:

Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung vom Feldeffekttyp mit verdrehter nematischer Phase und mit Zeilenelektroden und Spaltenelektroden in XV-Matrixanordnung, von denen für eine Zeichen- oder Bilddarstellung die Zeilenelektroden sequentiell und die Spaltenelektroden jeweils gleichzeitig durch eine Steuereinrichtung mit Ansteuerspannungen derart 1« beaufschlagbar sind, daß bei einer Anzahl N von Abtastzeilen zwischen der Spannungsamplitude Vi der Zeilenelektroden und der Spannungsamplitude V> der Spaltenelektroden die Beziehung Vi = /N ■ V2 gilt, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigefeld (6) aus zwei von einem festliegenden Beobachterstandpunkt aus unter verschiedenen Blickwinkeln (0n, Θ?·;) sichtbaren Halbzellen (14, 13) aufgebaut ist, die durch die Steuereinrichtung (3, 4, 5) derart mit Ansteuerspannungen (Vw mit V21, Vp mit V22) unterschiedlicher Amplitude beaufschlagbar sind, daß die Amplituden der der unteren Halbzelle (14) zugeführten Ansteuerspannungen (Vw mit V21) so gewählt sind, daß sich für den Blickwinkel (Θι ι) auf den Mittelpunkt (P) der unteren Halbzelle (14) der höchste Kontrast ergibt, während die Amplituden der Ansteuerspannungen (Vn mit V22) für die obere Halbzelle (13) so gewählt sind, daß sich der höchste Kontrast für den Blickwinkel (Θ22) auf den Mittelpunkt (Q)der oberen jo Halbzelle (13) ergibt (F i g. 1,8,9).