DE3785687T2

DE3785687T2 - Steuergeraet.

Info

Publication number: DE3785687T2
Application number: DE8787101880T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Inaba; Hiroshi Inoue; Yoshiyuki Osada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-02-12
Filing date: 1987-02-11
Publication date: 1993-09-02
Anticipated expiration: 2007-02-12
Also published as: EP0236767B1; US4830467A; ES2041650T3; EP0236767A2; EP0236767A3; DE3785687D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Ansteuern einer optischen Modulationseinrichtung, in der der Kontrast abhängig von einem angelegten elektrischen Feld unterschieden wird, insbesondere eine ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtung.
Flache Einbauanzeigeeinrichtungen wurden und werden in aller Welt aktiv weiterentwickelt. Unter diesen ist eine Anzeigeeinrichtung, die ein Flüssigkristall verwendet, im kommerziellen Gebrauch voll akzeptiert, wenn sich die Anzeigeeinrichtung auf kleine Abmessungen beschränkt. Es war jedoch sehr schwer, eine Anzeigeeinrichtung zu entwickeln, die ein solch hohes Auflösungsvermögen und eine so große Bildfläche hat, daß sie eine CRT (Katodenstrahlröhre) mit Mitteln eines konventionellen Flüssigkristallsystems ersetzen kann, z. B. solche, die eine TN-(verdrillte nematische Kristallanordnung) oder DS- (dynamische Streuung) Betriebsart verwenden.
Um die Nachteile bekannter Flüssigkristalleinrichtungen zu vermeiden, ist die Verwendung einer Flüssigkristalleinrichtung vorgeschlagen worden, die Bistabilität aufweist. Da ferroelektrische Flüssigkristalle mit chiraler smektischer C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) Bistabilität aufweisen, werden diese Flüssigkristalle allgemein benutzt. Im einzelnen besitzen Flüssigkristalle bistabile Zustände, die hinsichtlich eines an sie angelegten elektrischen Feldes einen ersten und einen zweiten stabilen Zustand aufweisen. Im Gegensatz zu optischen Modulationseinrichtungen, in welchen die zuvor genannten Flüssigkristalle des TN-Typs verwendet werden, richten sich die bistabilen Flüssigkristallmoleküle hinsichtlich des elektrischen Feldvektors des angelegten elektrischen Feldes auf erste und zweite optisch stabile Zustände aus. Die Charakteristika der Flüssigkristalle dieses Typs sind derart, daß sie sich mit extrem hoher Geschwindigkeit nach einem von zwei stabilen Zuständen orientieren und daß die Zustände beibehalten werden, wenn kein elektrisches Feld angelegt wird. Durch Nutzung solcher Eigenschaften können diese Flüssigkristalle mit der chiralen smektischen Phase eine große Anzahl von Problemen, die den bekannten Einrichtungen wie zuvor beschrieben, eigen sind, wesentlich verbessern.
In ferroelektrischen Flüssigkristalleinrichtungen kann das Umschalten bewirkt werden durch Anlegen eines Spannungssignals von positiver Polarität oder eines Spannungssignals von negativer Polarität an einzelne Pixel, wie aus der britischen Patentschrift GB-A 2141279 bekannt. Aus diesem Dokoment ist ein Steuergerät bekannt, welches zum Ansteuern einer optischen Modulationseinrichtung geeignet ist, an die ein ein Ansteuerspannungssignal mit wechselnder Polarität mit einem positiven Polaritätssignal und einem negativen Polaritätssignal verwendendes Schreibschema angelegt wird, das eine mit Rasterelektroden verbundene Rastertreiberschaltung und eine mit Signalelektroden verbundene Signaltreiberschaltung enthält. Das heißt, an Signalelektroden angelegte Schreibsignale enthalten sowohl ein positives Polaritätssignal als auch ein negatives Polaritätssignal in einer einzelnen Rasterphase.
Folglich benötigt eine Treiberschaltung für eine ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtung allgemein eine komplizierte Schaltungsstruktur verglichen mit einer Treiberschaltung für eine konventionelle Flüssigkristalleinrichtung des TN (verdrillte nematische Kristallanordnung)-Typs, so daß eine große Anzahl von Treiber ICs (intigrierte Schaltkreise) und auch eine große Anzahl von Verbindungspunkten zwischen den ICs und der ferroelektrischen Flüssigkristalleinrichtung erforderlich sind. Folglich ist solch eine Treiberschaltung für eine ferroelektrische Flüssigkeitseinrichtung verantwortlich, teuer zu sein.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuergerät zu schaffen, daß die zuvor genannten Probleme löst, insbesondere ein Steuergerät mit einer für eine ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtung geeigneten einfachen Schaltungsstruktur.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Steuergerät zum Ansteuern einer optischen Modulationsrichtung mit Rasterelektroden und Signalelektroden, an die ein ein Ansteuersignal mit wechselnder Polarität mit einem positiven Polaritätssignal und einem negativen Polaritätssignal verwendendes Schreibschema angelegt wird, wobei das Steuergerät eine Rastertreiberschaltung, deren Ausgänge mit den Rasterelektroden verbindbar sind, und eine Signaltreiberschaltung, deren Ausgänge mit den Signalelektroden verbindbar sind, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaltreiberschaltung
eine treibersignalerzeugende Einheit, die einen ersten und
einen zweiten Signalerzeuger zum Erzeugen eines ersten bzw. eines zweiten Spannungssignals von gleichgestaltiger Kurvenform und einander entgegengesetzter Polarität;
eine vermittelnde Schalteinheit zur auswählenden Zuleitung des ersten oder zweiten Spannungssignals an jede einzelne der Signalelektroden und
eine vermittelnde Signalbildungseinheit zur Zuleitung eines vermittelnden Steuersignals in Abhängiskelt eines Bildsignals an die vermittelnde Steuereinheit enthält.
Die Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der nachstehenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung, worin
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Anzeigegerätes ist, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
Fig. 2 ein schematischer Grundriß der Flüssigkristallanzeige ist;
Fig. 3 Signalformen veranschaulicht, die an eine Flüssigkristallanzeige angelegt werden;
Fig. 4 ein Blockschaltbild ist, das das Steuergerät nach der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 5 eine Schaltung einer treibersignalerzeugenden Einheit veranschaulicht, die in dem Steuergerät nach der Erfindung benutzt wird;
Fig. 6 ein Zeitdiagramm von damit erzeugten Signalen ist;
Fig. 7 ein Zeitdiagramm von Signalen ist, die in dem Steuergerät nach der Erfindung verwendet werden;
Fig. 8A ein äquivalenter Schaltplan eines Inverters ist;
Fig. 8B die Aufsicht auf dessen Struktur ist;
Fig. 8C Eingangs- und Ausgangscharakteristiken des Inverters veranschaulicht;
Fig. 9 ein äquivalenter Schaltplan eines dynamischen Schieberegisters ist, das im Steuergerät nach der Erfindung verwendet wird;
Fig. 10 eine Zeitdiagrammübertragung ist;
Fig. 11 ein Blockschaltbild ist, das ein weiteres Steuergerät nach der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 12 ein Zeitdiagramm für eine Matrizenschaltung 1122 im Gerät ist;
Fig. 13 und 14 schematische perspektivische Ansichten sind, die eine ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtung veranschaulichen, bedeuten.
Ein optisches Modulationsmaterial, das in einer optischen Modulationseinrichtung verwendet wird, auf das die vorliegende Erfindung passend anwendbar ist, kann ein Material sein, das in der Lage ist, einen unterscheidbaren Kontrast hervorzubringen durch Anzeigen wenigstens eines ersten optisch stabilen Zustandes (angenommen z. B. einen "Hell"-Zustand) sowie eines zweiten optisch stabilen Zustandes (angenommen z. B. einen "Dunkel"-Zustand) abhängig von einem angelegten elektrischen Feld, vorzugsweise ein Material, das in Abhängigkeit vom angelegten elektrischen Feld Bistabilität zeigt und insbesondere ein Flüssigkristall, das diese Eigenschaften zeigt.
Bevorzugte, Bistabilität aufweisende Flüssigkristalle die in einem Steuergerät nach der Erfindung verwendbar sind, sind smektische, insbesondere chirale smektische, ferroelektrizitätaufweisende Flüssigkristalle. Unter ihnen sind chirale smektische C (SmC*) -, H (SmH*) -, I (SmI*) -, F (SmF*) - oder G (SmG*) -Phasenflüssigkristalle dafür geeignet.
Genauer gesagt sind Beispiele ferroelektrischer Flüssigkristallzusammensetzungen im erfindungsgemäßen Gerät Decyloxybenzylidene-p'-Amino-2-Methylbutyl-Cinnamate (DOBAMC), Hexyloxybenzylidene-p'-Amino-2-Chloropropylcinnamate (HOBACPC), 4-o-(2-Methyl)-Butylresorcylidene-4'-Octylaniline (MBRA8), etc.
Wenn eine Einrichtung aus diesen Materialien zusammengesetzt ist, kann die Einrichtung mit einem Kupferblock usw. gehalten werden, in den ein Heizgerät eingebettet ist, um die Temperaturbedingungen herzustellen, die die Flüssigkristalle in einer Sm*-, SmH*-, SmI*-, SmF*- oder SmG*-Phase voraussetzen.
In Fig. 13 ist ein Beispiel einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle schematisch dargestellt. Die Bezugszeichen 131a und 131b bedeuten Substrate (Glasplatten), auf die eine durchsichtige Elektrode, z. B. In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, ITO (Indium-Zinn-Oxid) aufgetragen werden kann.
Ein Flüssigkristall von einer SmC*-Phase, in der Flüssigkristallmolukularschichten 132 senkrecht zur Oberfläche der Glasplatten stehen, ist zwischen diesen luftdicht angeordnet. Ein Vollstrich 133 zeigt Flüssigkristallmoleküle. Jedes Flüssigkristallmolekül 133 hat ein Dipolmoment (P ) 132 senkrecht zur Achse. Wenn zwischen den auf den Substraten 131a und 131b geformten Elektroden eine Spannung oberhalb eines gewissen Schwellwertes anliegt, wird eine schraubenförmige Struktur der Flüssigkristallmoleküle 133 abgewickelt oder freigelassen, um die Achsialausrichtung der jeweiligen Flüssigkristallmoleküle 133 zu wechseln, so daß die Dipolmomente (P ) 134 alle in Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet sind. Jedes der Flüssigkristallmoleküle 133 hat eine verlängerte Gestalt und zeigt lichtbrechende Anisotopie zwischen seiner langen und kurzen Achse. Folglich ist leicht zu verstehen, daß wenn beispielsweise Polarisatoren in einer Nicol-Kreuzbeziehung stehen, d. h., sich mit ihrer Polarisationsrichtung gegenseitig auf den oberen und unteren Oberflächen der Glasplatten kreuzen, die auf diese Weise angeordnete Flüssigkristallzelle wie eine Flüssigkristallmodulationseinrichtung funktioniert, deren optische Eigenschaften sich abhängig von der Polarität einer angelegten Spannung ändern. Wenn desweiteren die Schichtdicke der Flüssigkristallzelle hinreichend dünn ist (z. B. 1 Mikrometer), ist die schraubenförmige Struktur der Flüssigkristallmoleküle ohne Anlegen eines elektrischen Feldes abgewickelt, wobei die Dipolmomente einen von zwei Zuständen einnehmen, das heißt, Pa in eine obere Richtung 144a oder Pb in eine untere Richtung 144b, wie es Fig. 14 zeigt. Wenn ein elektrisches Feld Ea oder Eb, wobei die Felder über einem gewissen Schwellwert liegen und in ihrer Polarität voneinander unterschieden sind, wie in Fig. 14 dargestellt, an eine Zelle mit den oben genannten Eigenschaften angelegt wird, dann wird das Dipolmoment abhängig vom Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb entwender in die obere Richtung 144a oder die untere Richtung 144b gerichtet. In Übereinstimmung damit sind die Flüssigkristallmoleküle entweder in einen ersten stabilen Zustand 143a (Hellzustand) oder in einen zweiten Zustand 143b (Dunkelzustand) gerichtet.
Wenn das oben genannte ferroelektrische Flüssigkristall als ein optisches Modulationselement verwendet wird, ist es möglich, zwei Vorteile zu erlangen. Erstens ist die Ansprechgeschwindigkeit ganz schnell. Zweitens zeigt die Ausrichtung der Flüssigkristalle Bistabilität.
Der zweite Vorteil wird später erklärt werden, z. B. anhand von Fig. 14. Wenn das elektrische Feld Ea an den Flüssigkristallmolekülen anliegt, werden sie zum ersten stabilen Zustand 143a gerichtet. Dieser Zustand wird stabil beibehalten, selbst wenn das elektrische Feld Ea weggenommen wird. Wenn das elektrische Feld Eb andererseits eine entgegengesetzte Richtung zu der des anliegenden elektrischen Feldes Ea hat, richten sich die Flüssigkristallmoleküle nach dem zweiten Zustand 143b, wobei die Richtungen der Moleküle gewechselt werden. Ebenso wird der letztgenannte Zustand stabil beibehalten, selbst wenn das elektrische Feld Eb weggenommen wird. Solange die Stärke des anliegenden elektrischen Feldes Ea oder Eb nicht über einem gewissen Schwellwert liegt, bleiben die Flüssigkristallmoleküle in dem entsprechenden Richtungszustand. Um in effizienter Weise hohe Ansprechgeschwindigkeit und Bistabilität zu erreichen, ist vorzugsweise die Schichtdicke der Zelle so dünn wie möglich und allgemein zwischen 0,5 und 20 Mikrometer, insbesondere 1-5 Mikrometer, stark.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Steuergerätes für eine ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtung (im folgenden wird der Begriff "ferroelektrisches Flüssigkristall" gelegentlich als "FLC" abgekürzt). Genauer gesagt enthält eine Steuereinheit für eine Flüssigkristallanzeige 11 eine Rastertreiberschaltung 12 und eine Signaltreiberschaltung 13. Die Rastertreiberschaltung 12 liefert Rastersignale S1, S2..., und die Signaltreiberschaltung 13 liefert Datensignale D1, D2, . . ., wie in Fig. 3 dargestellt.
Die Adressen der Rastertreiberschaltung 12 und der Signaltreiberschaltung 13 werden entsprechend von einem Adressendekoder 14 bestimmt. Desweiteren werden Spaltendaten 16 von einer CPU 15 gelenkt und an die Signaltreiber- Schaltung 13 geleitet.
Fig. 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Matrixfeld 21, das eine Anzahl (m) von Rasterelektroden 22 (S1,...Sm) und einer Anzahl (n) von Signalelektroden 33 (D1,...Dn) mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall (nicht dargestellt) als schichtweise dazwischen angeordnetes optisches Modulationsmaterial umfaßt. Die Rasterelektroden 22 werden sequentiell in der Reihenfolge von S1, S2, S3,..., Sm ausgewählt. Desweiteren werden nach Auswahl einer Rasterelektrode die Signalelektroden 23 (E1,..., Dn) entsprechend mit zu Bilddaten gehörenden Signalen versorgt. Fig. 3 stellt ein Beispiel von an die Elektroden S1, S2, D1 und D2 angelegten Signale dar, die einen in Fig. 2 dargestellten Anzeigezustand bewirken, wobei ein Pixel bei S1-D1 in "schwarz" angezeigt wird (in der Figur als "B" bezeichnet), was auf dem zweiten stabilen Zustand der ferroelektrischen Flüssigkristalle basiert, ein Pixel am Schnittpunkt S1-D2 wird in "weiß" angezeigt (in der Figur durch "W" bezeichnet) aufgrund des ersten stabilen Zustandes der ferroelektrischen Flüssigkristalle und ein Pixel im Schnittpunkt S2-D1 und S2-D2 werden beide in "schwarz" angezeigt. Aus Fig. 3 wird klar, daß in einer Periode der Phasen 1-2-3 ein Schwarzsignal B und ein Weißsignal W an Pixel einer ausgewählten Rasterzeile S1 bei Phase 2 selektiv angelegt werden, um in die Pixel der Rasterzeile S1 einzuschreiben. Bei Phase 1 wird eine die erste Schwellwertspannung Vth1 überschreitende Spannung von 3 Volt an alle Pixel der Rasterzeile S1 angelegt, wobei alle Pixel aufgrund des ersten stabilen Zustands der FLC in "weiß" geschrieben werden. In Phase 2 wird ein mit Schwarzsignal B angesteuertes Pixel mit einer den zweiten Schwellwert Vth2 überschreitenden Spannung von - 3 V versorgt, um aufgrund des zweiten stabilen Zustands in "schwarz" umzukehren, während ein mit "weiß" angesteuertes - Pixel mit einem Weißsignal W, das mit einer den zweiten Schwellwert nicht überschreitenden Spannung von -V angesteuert wird, um den aus Phase 1 resultierenden "Weiß" Anzeigezustand so beizubehalten, wie er ist. Desweiteren sind die Signale + V in Phase 3 solche, die den in der Phase 2 geschriebenen Anzeigezustand der Pixel nicht verändern und werden benutzt, um ein Übersprechphänomen zu verhindern, daß durch ein ständig an einem Pixel anliegendes Datensignal verursacht wird, z. B. wenn durch eine Signalelektrode andauernd an einem Pixel ein Weißsignal anliegt. In dieser Ausführung ist das in Phase 3 angelegte Signal vorzugsweise von einer Polarität, die der Polarität in Phase 2 hinsichtlich ihres Bezugspotentials entgegengesetzt ist.
Folglich werden die eingeschriebenen Zustände der Pixel einer Zeile durch die oben genannte Phase 2 bestimmt, und durch sequentielles Wiederholen des Arbeitsablaufs der Phasen 1-2-3 einschließlich der Phase 2 Zeile für Zeile wird ein vollständig geschriebenes Bild bewirkt. In dieser Ausführung wird der Spannungswert V vorgegeben, um beim FLC die folgenden Verhältnisse mit der ersten Schwellwertspannung Vth1 zum Einstellen des ersten stabilen Zustands (weiß) und der zweiten Schwellwertspannung Vth2 zum Einstellen des zweiten stabilen Zustands (schwarz), das heißt 3V > Vth1 > V und -3V < Vth2 < -V.
Wie zuvor beschrieben, werden das "Weiß"-Signal W (-V) und das "Schwarz"-Signal B (+ V) mit unterschiedlichen Polaritäten im FLC-Feld in einer einzelnen Rastersignalphase, das heißt Phase 2, an die Signalelektroden 23 angelegt. Im Folgenden werden das selektiv in Phase 2 an die Siganlelektroden gelegte Signal + V und das -V (der Einfachheit halber) als "Schwarz"-Signal bzw. "Weiß"-Signal bezeichnet.
In Fig. 4 ist eine Blockschaltbild des Steuergerätes zum Erzeugen der zuvor erwähnten Datensignale D1, D2 . . . . Das Steuergerät ist zur Bildung eines "Weiß"-Signals W und eines "Schwarz"-Signals B mit einer treibersignalerzeugenden Einheit 41, einer vermittelnden Signalbildungseinheit 42 zur Bildung eines Taktsignals zur datenabhängigen Auswahl entweder eines "Weiß"-Signals oder eines "Schwarz"-Signais und einer vermittelnden Schalteinheit 43 zur Auswahl eines Signals auf einem "Weiß"-Bus 414 oder auf einem "Schwarz"- Bus 413 als Datensignal.
Die treibersignalerzeugende Einheit 41 enthält eine "Schwarz"-signalerzeugende Einheit 411 zur Bildung einer "Schwarz"-Signal-Kurvenform (A), die in Fig. 7 unter (A) dargestellt ist und eine "weiß"-signalerzeugende Einheit 412 zur Bildung einer "Weiß"-Signal-Kurvenform (F), die in Fig. 7 unter (F) dargestellt ist, wobei die Einheiten mit dem "Schwarz"-Bus 413 bzw. mit dem "Weiß"-Bus 414 verbunden sind. Die beiden Busse 413 bzw. 414 sind mit der vermittelnden Schalteinheit 43 verbunden. Fig. 5 zeigt den detaillierten Aufbau der "schwarz"-signalerzeugenden Einheit 411 und der "Weiß"-signalerzeugenden Einheit. Grundtaktsignale aus einem Taktgeber 40 gelangen durch einen Frequenzteiler 51 in ein Schieberegister 52 (LS 164). Fig. 6 zeigt ein Impulsdiagramm für die Schaltung.
In der vermittelnden (Steuer-) Signalbildungseinheit 42 werden eingespeiste Bildsignale mittels eines Serien- Parallel-Umsetzers, wie einem Schieberegister 421, einer Serien-Parallel-Umsetzung unterzogen, um Datensignale (D) für eine Rasterzeile, wie sie unter (D) in Fig. 7 dargestellt ist, zu bilden, die einer Pufferschaltung, wie dem Übertragungsglied 422, zugesandt. Im Übertragungsglied 422 werden Sperrimpulse (C), wie unter (C) in Fig. 7 dargestellt, an betreffende Transistoren Tr1-1 Tr1-2, . . . gelegt, wobei die Datensignale (D) aus dem Schieberegister 421 in Datenhaltekondensatoren C1, C2, . . . zur zeitlichen Normierung zu speichern. Die in Fig. 7 unter (E) dargestellten Signale aus dem Übertragungsglied 422 werden zur Erzeugung eines vermittelnden Taktsignals der Reihe nach an Inverter In1, In2, . . . angelegt. Genauer gesagt werden die Transistoren Tr3, . . ., Tr2n-1 (n gibt die Nummer der Signalzeile an) in der vermittelnden Schalteinheit 43 beim H-Signal (H = high level, bedeutet "1") vom Übertragungsglied 422 ausgewählt, um die "Schwarz"-Signal-Kurvenform (A) an eine Signalelektrode anzulegen, und wenn das Signal (E) vom Übertragungsglied 422 "L" ist (L = low level, bedeutet "0"), dann werden die Transistoren Tr2, Tr4, . . ., Tr2n in der ver- mittelnden Schalteinheit 43 ausgewählt, um die "Weiß"- Signal-Kurvenform "F" an eine Signalelektrode zu legen. Der zeitliche Verlauf der Kurvenform, die zu dieser Zeit an die Signalzeile D1 angelegt wird, ist in Fig. 7 unter D1 dargestellt.
Fig. 7 stellt eine Zeittafel für die o. g. "Schwarz"- Signal-Kurvenform (A), die "Weiß"-Signal-Kurvenform (F), die Sperrimpulse (C), die Signale (D) vom Schieberegister 421, die Signale (E) vom Übertragungsglied 422, das Ausgangssignal D1 zur Signalzeile D1, Rastersignale S1, S2 . . . und die Grundtaktsignale dar.
Fig. 8A zeigt eine äquivalente Schaltung eines Signal Inverters 81, der wie einer der Inverter In1, In2, . . . arbeitet; Fig. 8B einen Grundriß von dessen Struktur; und Fig. 8C verdeutlicht den Zusammenhang zwischen Ein- und Ausgangsignalen der Schaltung. In Fig. 8A bezeichnet VSS 0 Volt (Grundzustand) und VDD bezeichnet die Betriebsspannung. Ein Ausgangssignal (E) vom Übertragungsglied 422 kann durch einen Lasttransistor 81 und einen Treibertransformator 82 im Inverter gesteuert werden, um ein vermittelndes Taktsignal V Index OUT zu bilden. Der Lasttransistor 81 hat ein Gate 811 und eine Source 812, die durch ein Kontaktfenster 813 kurzgeschlossen sind, und auch einen Drain 814, der mit der Source 82 des Treibertransistors 82 durch ein Kontaktfenster 821 verbunden ist.
Der Treibertransistor 82 hat ein Gate 822, das von einem Signal (E) gespeist wird, und ein mit Vss verbundenes Drain 823. Die Schraffierten Teile in Fig. 8B enthalten Dünnfilmhalbleiter wie amorphes Silizium, Polysilizium, CdSe oder ZnSe.
Fig. 9 veranschaulicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Schieberegisters 421 und zeigt eine Schaltung eines Invertervereinigenden dynamischen Schieberegisters Ein Bildsignal liegt beispielsweise als Eingangssignal an. Fig. 10 zeigt eine Impulstafel für das Eingangssignal, ein Taktsignal Φ1, ein Taktsignal Φ2, ein Signal an Punkt I, ein Signal an Punkt II (Ausgangssignal der ersten Stufe, stimmt überein mit einem durch "ist bit out") ein Signal an Punkt III und ein Signal an Punkt VI. Fig. 10 zeigt, daß der Eingangsimpuls bei jedem Zyklus des Taktsignals Φ zu einer nachfolgenden Stufe geschoben wird. Das Taktsignal Φ1 stimmt mit einem aus dem Taktgeber 40 und das Taktsignal Φ2 ist eines, das man durch Invertieren erhält. In Fig. 9 bezeichnet ein Block, der von einer gestrichelten Linie umgeben ist, einen ersten Block 91 eines Schieberegisters, VD bezeichnet eine Betriebsspannung, um VS bezeichnet 0 Volt (Masse). Ein Lasttransistor 92 und Treiber- transistoren 93, 94 und 95 in jedem Block können einen Dünnfilmhalbleiter enthalten wie amorphes Silizium, Polysilizium, CdSe, oder ZnSe als Halbleiter.
Im Treibergerät nach der vorliegenden Erfindung können die Transistoren Tr1, Tr2, . . . in der vermittelnden Schalteinheit 43, die Inverter In1, In2, . . . in der vermittelnden Signalbildungseinheit 42 und die Transistoren im Übertragungsglied 421 MOS oder MIS-FET Transistoren sein können, wobei diese Transistoren als Dünnfilmtransistoren auf einem Glassubstrat gebildet sein durch Verwendung eines Halbleitermaterials wie amorphes Silizium Polysilizium, CdSe oder ZnSe. Folglich kann ein Anzeigegerät mit weniger Teilen und weniger Verbindungen zubereitet werden, das die vermittelnde Schalteinheit 43, die vermittelnde Signalbildungseinheit 42, den "Schwarz"-Bus 413 und den "Weiß"-Bus 414 auf einem einzigen Glassubstrat eine Flüssigkristallanzeige 21 bilden, die dann mit der "schwarz"signalerzeugenden Einheit 411, der "weiß"-signalerzeugenden Einheit 412 und dem Taktgeber 40 als externe Schaltungen verbunden werden.
Gemäß dem oben genannten Ausführungsbeispiel ist die Betriebsfrequenz des Schieberegisters 421 genau von der Rasterfrequenz (Bildwechselfrequenz der Anzeige 21 und der Pixelauswahl vorgegeben, so daß ein dynamisches Schieberegister, mit weniger Elementen und für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb eingerichtet, gegenüber einem statischen Schieberegister mit vielen Elementen bevorzugt benutzt wird.
Auf diese Weise steht ein Steuergerät mit einfacher Schaltungsstruktur für eine Einrichtung zur Verfügung, bei der ein Schreibschema mit verschiedenen Polaritäten des Spannungssignals angewandt wird, speziell eine ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtung. Folglich kann die für das Steuergerät benötigte Anzahl von ICs verringert werden, und die Herstellkosten für das Anzeigegerät können gesenkt werden.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Steuergerätes nach der vorliegenden Erfindung. Das Steuergerät in Fig. 11 zeichnet sich besonders aus durch den vermittelnden Steuersignalerzeuger 112. Der vermittelnde Steuersignalerzeuger beinhaltet (a) einen Serien-Parallel- Umsetzer und (b) eine Matrizenschaltung mit einer Vielzahl von Schaltgliedern, die in eine Vielzahl von Blöcken eingeteilt sind, wobei die Schaltglieder eines jeden Blockes mit einer gemeinsamen Steuerleitung verbunden sind und wobei die Ausgangssignale vom Serien-Parallel-Umsetzer auf die betreffenden Blöcke verteilt werden.
Genauer gesagt ist Fig. 11 ein Blockschaltbild eines Steuergerätes zur Erzeugung der oben genannten Datensignale D1, D2, . . . Das Steuergerät enthält eine treibersignalerzeugende Einheit 41 zur Bildung eines "Weiß"-Signals W und eines "Schwarz"-Signals B, die im wesentlichen mit denen in Fig. 4 übereinstimmen; eine vermittelnde Steuersignal erzeugende Einheit 112; und eine vermittelnde Schalteinheit 43 zum Auswählen eines Datensignals entweder aus Signalen eines "Schwarz"-Busses 413 oder eines "Weiß"-Busses 414, die im wesentlichen mit denen in Fig. 4 übereinstimmen.
Die vermittelnde steuersignalerzeugende Einheit 112 enthält einen Serien-Parallel-Umsetzer wie ein Schieberegister 1121, mit dem Eingangsbildsignale einer Serien-Parallel-Umsetzung unterworfen werden zur Bildung von Datensignalen (D) für eine Rasterzeile, wie unter (D) in Fig. 7 dargestellt; eine Matrizenschaltung 1122 zur Verarbeitung der Daten im Zeitmultiplexbetrieb; eine Pufferschaltung wie ein Übertragungsglied zur Gestaltung oder zum Einschieben von Ausgangssignalen aus der Matrizenschaltung so wie Inverter In1, In2, . . .
Das Schieberegister 1121 kann ein dynamisches Schieberegister sein, wie es schon anhand Fig. 9 beschrieben ist. Der Taktgeber 40 in Fig. 11 ist im wesentlichen derselbe wie der Taktgeber 40 in Fig. 9.
Die Matrizenschaltung 1122 wird nun anhand Fig. 11 beschrieben, und Fig. 12 zeigt die Zeittafel dafür. Der Einfachheit halber wird ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem die Gesamtbitzahl auf der Signalseite (Anzahl der Signalleitungen) n=16 ist, die D1, D2, . . . D16 einschließt, und die Anzahl der Teilungen (Anzahl von Blöcken) ist 4.
In der Matrizenschaltung 1122 sind 16 Bits in 4 Blöcke (BLOCK 1, 2, 3 und 4) mit je 4 Bits und Schaltglieder 1125 (1125a1-1125a4, 1125b1-1125b4, 1125c1-1125c4 und 1125d1- 1125d4) übereinstimmend zu den betreffenden Bits eingerichtet, so daß sie gemeinsam blockweise mit einer der Steuerleitungen 1124 (1124a, 1124b, 1124c und 1124d) verbunden sind.
Die oben genannten Schaltglieder 1125 können aus MOS- oder MIS-Feldeffekttransistoren, insbesondere Dünnfilmtransistoren, gebildet sein, so daß jede der Signalleitungen 1124 allgemein mit den Gates zugehöriger Dünnfilmtransistoren verbunden ist.
Die Sourceanschlüsse der Schalttransistorelemente jedes Blockes sind der Reihe nach mit den Ausgangsstufen des Schieberegisters 1121 verbunden, um so eine Matrix zu bilden. Beispielsweise ist die Ausgangsleitung der ersten Stufe des Schieberegisters 1121 gemeinsam an den Transistor 1125a1 in Block 1, den Transistor 1125b1 in Block 2, den Transistor 1125c1 in Block 3 und den Transistor 1125d1 in Block 4 angeschlossen. In derselben Weise sind die Ausgangsleistungen der zweiten, dritten und vierten Stufe des Schieberegisters 1121 gemeinsam an die Transistoren (1125a2, 1125b2, 1125c2 und 1125d2), (1125a3, 1125b3, 1125c3 und 1125d3) beziehungsweise (1125a4, 1125b4, 1125c4 und 1125d4) in den betreffenden Blöcken angeschlossen. Wie schon gesagt, sind desweiteren die Transistoren jedes Blockes gemeinsam an eine der Steuerleitung 1124a-1124d angeschlossen, an die Gate-Einschaltimpulse, wie unter G1, G2, G3 und G4 in Fig. 12 dargestellt, sequentiell aus den Anschlüssen G1, G2, G3 bzw. G4 angelegt werden. Andererseits sind die Drainanschlüsse der Schalttransistoren 1125 mit der Übertragungsschaltung bitindividuell verbunden.
Fig. 12 ist eine Zeittafel für die betreffenden Signale auf der Grundlage der Taktsignale 40, die die Ausgangssignale des Schieberegisters 1121 einschließen, die Gate-Einschaltimpulse G1, G2, G3 und G4 zu den Steuerleitungen, ein Sperrimpuls sowie die logischen Pegel einer Rasterleitung i-1 und i. In Fig. 12 bedeuten "L" (L-Pegel) und "H" (H-Pegel) die logischen Pegel, die den Schaltvorgang während der Auswahlperiode der Rasterzeile i-1 begleiten.
Wie in Fig. 12 dargestellt, bezieht sich eine Auswahl Periode von der Rasterzeile Si-1 bis zur nachfolgenden Rasterzeile Si auf eine horizontale Rasterperiode (1H), und während der 1H-Periode werden Bildsignale für eine Rasterzeile der Serien-Parallel-Umsetzung unterworfen und zwischengespeichert. Zu diesem Zweck sind die Ausgangssignale des Schieberegisters, wie in Fig. 12 dargestellt, zugeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist in einer Periode (1H/Anzahl von Blöcken) ein Steuerleitungsignal G1 eingeschaltet, um einen Parallelsignalsatz (die ersten 4 Stufenausgangsignale in der Figur) in einen Block (Block 1 in Fig. 11) zu übertragen in der nachfolgenden Periode von (1H/Anzahl der Blöcke) wird das nachfolgende Steuerleitungssignal G2 eingeschaltet, um so Parallelsignale aus dem Schieberegister 1121 in den nachfolgenden Block zu übertragen. Der obige Betrieb wird solange wiederholt, bis der letzte Block (Block 4 in der Figur) und danach der Sperrimpuls an die Übertragungsschaltung 1123 angelegt sind. Durch eine Serie dieser zuvor beschriebenen Operationen erhält man Taktsignale, die den Bildsignalen einer Rasterzelle entsprechen. Ein unter (E) dargestelltes Taktsignal aus dem Übertragungsglied 1123 wird an Inverter In1, In2, . . . gelegt wobei jeder als ein Steuerkreis zur Schaltsignalerzeugung funktioniert. Genauer gesagt, werden Transistoren Tr1, Tr3, . . . Tr2n-1 (n ist Nummer der Signalleitung) in der vermittelnden Schalteinheit 43 ausgewählt, wenn das Signal (E) vom Übertragungsglied 1123 "H" (H-Pegel; bedeutet "1") ist, um die "Weiß"-Signalwellenform (F) an Signalelektroden anzulegen, und wenn das Signal (E) vom Übertragungsglied 1123 "L" (L-Pegel; bedeutet "0") ist, werden Transistoren Tr2, Tr4, . . ., Tr2n in der vermittelnden Schalteinheit 43 ausgewählt, um eine "Schwarz"-Signalkurvenform (A) an die Signalelektroden anzulegen. Die zu dieser seit an die Signalleitung D1 angelegte Kurvenform ist unter D1 in Fig. 7 dargestellt.
Fig. 7 zeigt auch eine Zeittafel für die zuvor erwähnte "Schwarz"-Kurvenform (A), die "Weiß"-Kurvenform (F), Sperrimpulse (C), Signale (D) aus dem Schieberegister 1121, Signale (E) vom Übertragungsglied 1123, Ausgangssignale D1 für die Signalzeile D1, Rastersignale S1, S2, . . . und Grundtaktsignale. Die Strukturen und die Betriebsweise der Inverter In1, In2, . . . sind im wesentlichen die gleichen wie anhand der Fig. 8A bis 8F erläutert. Im Inverter kann ein Ausgangssignal (E) vom Übertragungsglied 1123 durch einen Lasttransistor 81 und einen Treibertransistor 82 gesteuert werden, wie in Fig. 8 dargestellt, um ein vermittlendes Taktsignal Vout zu bilden. Der Lasttransistor 81 hat ein Gate 811 und eine Source 812, die durch ein Kontaktfenster 813 kurzgeschlossen sind, sowie auch einen Drain 814, der durch ein Kontaktfenster 815 mit der Source 821 des Treibertransistors 82 kurzgeschlossen ist.
Der Treibertransistor hat ein Gate 822, das mit einem Signal (E) gespeist wird, und ein mit VSS verbundenen Drain 823.
Im in Fig. 11 dargestellten Steuergerät können die Transistoren Tr1, Tr2, . . . in der zuvor beschriebenen vermittelnden Schalteinheit 43, die in der Matrizenschaltung 1122 benutzten Schaltglieder 1125, die in dem vermittelnden Steuersignalerzeuger 112 benutzten Inverter (In1, In2, . . . sowie die Transistoren im Übertragungsglied 1123 oder im Schieberegister 1121 aus MOS- oder MIS-FET-Transistoren gebildet sein, und diese Transistoren können als Dünnfilmtransistoren auf einem Glassubstrat aufgetragen sein, wobei ein Halbleitermaterial wie amorphes Silizium, Polysilizium, CdSe oder ZnSe verwendet wird.
Folglich kann ein Anzeigegerät aus weniger Teilen und weniger Verbindungen hergestellt werden, in dem die vermittelnde Schalteinheit 43, der vermittelnde Steuersignalerzeuger 112, der "Schwarz"-Bus 413 und der "Weiß"-Bus 414 auf einem einzigen Glassubstrat aufgetragen sind, das eine Flüssigkristallanzeige bildet, und diese mit dem "Schwarz"-Signalerzeuger 411, dem "Weiß"-Signalerzeuger 412 und dem Taktgeber 40 als externe Schaltungen vereinigen.
Desweiteren ist es möglich, im in Fig. 11 dargestellten Steuergerät die vermittelnde Schalteinheit 43 und den vermittelnden Steuersignalerzeuger 112 auf ein einziges Glassubstrat aufzutragen und diese durch Drahtkontaktierung oder durch Anwendung eines an isotropen leitfähigen Klebers mit einer ferroelektrischen Flüssigkristalleinrichtung zu verbinden.
Im obigen Ausführungsbeispiel des Steuergerätes ist eine Ausführung der Matrizenschaltung 1122 erläutert, die in 4 Blöcke geteilte 16-Bit-Signalleitungen umfaßt. Jedoch ist die Anzahl der Blöcke und die Anzahl der Signalleitungen eigentlich nicht hierauf beschränkt.
Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Gesamtzahl der in der Signaltreiberschaltung eingesetzten Schalttransistoren verringert werden. Genauer gesagt, enthält die Schalteinheit 43 zwei Elemente pro Signalleitung, zwei Elemente in einem Inverter des vermittelnden Steuersignalerzeugers, die Übertragungsschaltung 1123 ein Element pro Inverter und das dynamische Schieberegister sechs Elemente für einen Ausgang. Auf diese Weise werden elf Schalttransistorelemente für eine Signalleitung benötigt, wo keine Blockteilung von Signalleitungen inbegriffen ist. Demzufolge enthält das in Fig. 2 dargestellte Feld bei m = n = 1.000 Matrixelektroden und (2+2+1+6)·1.000 = 11.000 Elemente, d. h. 11· Schalttransistoren. Im Gegensatz dazu kann die Leitungstreiberschaltung bei einer Teilung der n-Bit-Signalleitungen in Blöcke aus 6n·(1+1/k) Schalttransistoren gebildet sein. Beispielsweise werden im genannten Fall bei n = 1.000 und k = 4 nur 7.500 Schalttransistoren insgesamt benötigt. Außerdem steht ein Steuergerät mit einfachem Schaltungsaufbau zur Verfügung, das angepaßt ist an eine Einrichtung, an die ein unterschiedliche Polaritäts-Spannungssignale verwendendes Schreibschema mit einem positiven Polaritätssignal und einem negativen Polaritätssignal, insbesondere eine ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtung. Folglich kann die Anzahl benutzter ICs im Steuergerät vermindert, und die Herstellkosten des Steuergerätes können gesenkt werden.

Claims

1. Steuergerät zum Ansteuern einer optischen Modulationseineinrichtung mit Rasterelektroden und Signalelektroden, an die ein ein Aussteuersignal mit wechselnder Polarität mit einem positiven Polaritätssignal und einem negativen Polarisationssignal verwendendes Schreibschema angelegt wird, wobei das Steuergerät eine Rastertreiberschaltung (12), deren Ausgänge mit den Rasterelektroden verbindbar sind, und eine Signaltreiberschaltung (13), deren Ausgänge mit den Signalelektroden verbindbar sind, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaltreiberschaltung (13) eine treibersignalerzeugende Einheit (41), die einen ersten (411) und einen zweiten Signalerzeuger (412) zum Erzeugen eines ersten (A) bzw. eines zweiten Spannungssignals (F) von gleichgestaltiger Kurvenform und einander entgegengesetzter Polarität;

eine vermittelnde Schalteinheit (43) zur selektiven Zuleitung des ersten (A) oder zweiten Spannungssignals (F) an jede der Signalelektroden (23) und

eine vermittelnde Signalbildungseinheit (42) zur Zuleitung eines vermittelnden Steuersignals in Abhängigkeit eines Bildsignals an die vermittelnde Steuereinheit 43 enthält.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vermittelnde Signalbildungseinheit (42) einen Serien- Parallel-Umsezter (421, 1121) enthält.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Serien-Parallel-Umsetzer ein dynamisches Schieberegister (421) ist.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die vermittelnde Signalbildungseinheit (42) auch eine Matrizenschaltung (1122) enthält, die in einer Vielzahl von Blöcken angeordnete Vielzahl von Schaltelementen aufweist, wobei die Schaltelemente jeden Blockes gemeinsam mit betreffenden Steuerleitungen (G1, G4) verbunden sind und wobei die Ausgangssignale des Serien-Parallel- Umsetzers (1121) auf die betreffenden Blöcke verteilt werden und daß die vermittelnde Schalteinheit (43) das erste (A) oder zweite ausgewählte Spannungssignal abhängig vom vermittelnden Steuersignal aus den Ausgängen der Schaltelemente der vermittelnden Signalbildungseinhalt (42) (F) an jede Signalelektrode (23) anlegt.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die vermittelnde Signalbildungseinheit (42) auch ein Pufferglied (422) enthält.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vermittelnde Signalbildungseinheit (42) auch eine Inverterschaltung (In1, In2) enthält.

7. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der vermittelnden Schalteinheit (43), der vermittelnden Signalbildungseinheit (42), des dynamischen Schieberegisters (421) und/oder Schaltelemente einen Transistor (Tr1-Tr4) enthält.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (Tr1-Tg4) ein Feldeffekttransistor ist.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor ein Dünnfilmtransistor ist.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilmtransistor einen Halbleiterfilm von amorphem Silizium, Polysilizium, CdSe oder ZnSe enthält.

11. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (A) und das zweite Spannungssignal (F) an ihre ausschließlichen Busse (413, 414) der Reihe nach aus der treibersignalerzeugenden Einheit (41) angelegt werden, wobei die Busse mit der vermittelnden Schalteinheit verbunden sind.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Modulationseinrichtung einer Einbauanzeige des Typs ist, der Matrixelektroden (23) enthält, die aus Rasterelektroden (22) und sich mit diesen kreuzend angeordneten Signalelektroden (23) gebildet sind, wobei ein Kontrast an jeder Kreuzung der Rasterelektroden (22) und der Signalelektroden (23) abhängig von der Richtung des elektrischen Feldes an der Kreuzung unterschieden wird.

13. Gerät nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ebenfalls vorgesehene Synchronisationsmittel zum Synchronisieren des ersten (A) und zweiten Spannungssignals (F), das von der Signaltreiberschaltung (13) an die Signalelektroden (23) geliefert wird mit einem Rasterauswahlsignal, das von der Rastertreiberschaltung (12) an die Rasterelektroden (22) geliefert wird.

14. Gerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes erste (A) und zweite Spannungssignal (F) eine Spannung positiver Polarität, eine Spannung negativer Polarität und einer Spannung gleichen Pegels hinsichtlich eines Bezugspotentials aufweist.

15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Polaritätsspannung und die negative Polaritätsspannung die gleiche Amplitude haben.

16. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche 12-15, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Modulationseinrichtung ein ferroelektrisches Flüssigkristall enthält, das an den Kreuzungen der Rasterelektroden (22) und der Signalelektroden (23) angeordnet ist.

17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das ferroelektrische Flüssigkristall ein chiral smektisches Flüssigkristall ist.

18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das chiralsmektische Flüssigkristall in einer hinreichend dünnen Schicht angeordnet ist, um die schraubenförmige, den chiralsmektischen Flüssigkristallen innewohnende Struktur bei Abwesenheit des elektrischen Feldes freizugeben.