DE69305179T2

DE69305179T2 - Grauwertadressierung für flcds

Info

Publication number: DE69305179T2
Application number: DE69305179T
Authority: DE
Inventors: Robin Central Researc Mugridge
Original assignee: Central Research Laboratories Ltd
Current assignee: Central Research Laboratories Ltd
Priority date: 1992-09-23
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 1997-04-24
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: WO1994007235A1; EP0662234B1; EP0662234A1; CA2144162A1; DE69305179D1; JPH08504040A; GB2271011A; GB9220132D0; US5793347A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Adressierung von ferroelektrikschen Flüssigkristallanzeigen oder FLCDS, und insbesondere auf ein Verfahren zum Adressieren einer Flüssigkristallzelle vom Matrix-Typ, um Graupegel zu erzeugen.
Eine Flüssigkristallzelle vom Matrix-Typ umfaßt eine Matrix von Pixeln, die durch einander schneidende, auf entgegengesetzten Seiten eines Substrats angebrachte Reihen- und Spaltenelektroden definiert werden. Ein bekanntes Verfahren zum Adressieren einer solchen Zelle enthält die im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale und ist in GB-A-2 146 473 offenbart.
Bei dem bekannten Verfahren, das sogenanntes Löschen vor Schreiben verwendet, nehmen Signale, die den Spaltenelektroden zugeführt werden, oder Datensignale, zwei Formen an, entweder "ein" oder "unverändert". Synchronisiert mit diesen Signalen sind Signale, die den Reihenelektroden zugeführt werden: "Auswahl" oder "Nicht Auswahl". Ferner werden "Lösch"-Signale periodisch den Reihenelektroden zugeführt. Zu irgendeiner Zeit wird nur einer Reihenelektrode das "Auswahl"-Signal zugeführt; allen übrigen Reihenelektroden wird das "Nicht Auswahl"-Signal zugeführt.
Das Adressierungs-Schema arbeitet auf folgende Weise. Den Spaltenelektroden werden Datensignale zugeführt, um das gewünschte Muster in der Pixelreihe zu schaffen, die der Reihenelektrode entspricht, der das Auswahl-Signal zugeführt wird. Die Anordnung ist so, daß diese Reihe zuvor durch die Zuführung des Lösch-Signals zu der entsprechenden Elektrode gelöscht worden ist. Dies hat die Wirkung, daß die Reihe in einen bestimmten Zustand versetzt wird, üblicherweise den Dunkel- (oder "Aus")-Zustand.
Adressierungsverfahren sind auch in EP-A-0 337 780, EP-A- 0 370 649 und EP-A-0 394 903 offenbart.
Bei einem solchen System ist es erforderlich, eine Gleichstromkompensation oder ein Ladungs-Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Dies macht es notwendig, daß sowohl die "Ein"- als auch die "Unverändert"-Datensignale keine Netto-Gleichstromkomponente haben und vorzugsweise auch die Summe von Lösch-, Auswahl- und Nicht Auswahl-Signalen keine Netto-Gleichstromkomponente hat.
Bekannte Verfahren zum Erzeugen von Graupegeln umfassen räumliches Zittern (dither), zeitliches Zittern und Schwellwertänderung. Räumliches Zittern beinhaltet die Unterteilung jedes Pixels in getrennte Bereiche, die einzeln geschaltet werden können. Dies hat den Nachteil, daß die Kompliziertheit der Anzeige durch die Elektrodenmusterung und die erforderliche Zusammenschaltung erhöht wird. Temporales Zittern, bei dem ein Pixel mit unterschiedlichen Daten mehrere Male pro Bild adressiert wird, um einen Grau-Eindruck zu erzeugen, hat den Nachteil, daß eine Hochgeschwindigkeitselektronik erforderlich ist, die die maximale Größe der Anzeige begrenzt. Schwellwertänderung beinhaltet die Unterteilung jedes Pixels in eine Vielzahl von Bereiche, die unterschiedliche Schaltschwellen haben, so daß ein bestimmtes Adressierungssignal nur einige Bereiche schaltet, um eine Grau-Wirkung zu erhaltene Diese Technik ist aufgrund der Tatsache kompliziert, daß im Betrieb mehr als zwei Datenspannungspegel benötigt werden.
Die Erfindung ist bestrebt, diese Nachteile zu verringern.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Adressieren einer Matrix von Pixeln vorgesehen, die durch Überlappungsbereiche zwischen Elementen einer ersten Gruppe und Elektroden auf einer Seite einer Schicht aus ferroelektrischem Material und Elementen einer zweiten Gruppe von Elektroden, die die Elemente der ersten Gruppe kreuzen, auf der anderen Seite des Materials definiert werden, wobei unipolare Lösch-Signale den Elementen der ersten Gruppe von Elektroden zugeführt werden, um eine Löschung zu bewirken, bevor ihnen unipolare Auswahl-Signale eines nach dem anderen zugeführt werden, um eine Adressierung der entsprechenden Pixel durch gleichzeitige Zuführung einer ausgewählten, in der Ladung ausgeglichenen bipolaren Daten-Wellenform zu jedem Element der zweiten Gruppe von Elektroden zu bewirken, wobei die Daten- Wellenformen jeweils Impulse mit zwei entsprechenden Spannungspegeln umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten-Wellenformen aus Daten-Wellenformen mit wenigstens einer ersten, einer zweiten und einer dritten Form ausgewählt werden, die bei Kombination mit Auswahl-Signalen resultierende Wellenformen einer ersten Art, die das Schalten von nahezu dem vollständigen Pixel bewirken, einer zweiten Art, die nahezu das vollständige Pixel ungeschaltet lassen, bzw. einer dritten Art, die das Schalten eines Teils des Pixels bewirken, erzeugen, wobei eine resultierende Wellenform der ersten Art einen Impuls mit einem ersten Spannungspegel und einer gegebenen Dauer enthält und der Impuls das Schalten etwa des vollständigen Pixels bewirkt, daß eine resultierende Wellenform der zweiten Art einen Impuls mit einem zweiten Spannungspegel enthält, der nicht in der Lage ist, irgendeinen Teil des Pixels zu schalten, und daß eine resultierende Wellenform der dritten Art eine Vielzahl von Impulsen enthält, von denen wenigstens einer den ersten Spannungspegel hat, und von denen wenigstens einer den zweiten Spannungspegel hat, wobei die Dauer des oder jedes Impulses mit dem ersten Spannungspegel kleiner ist als die gegebene Dauer und die Vielzahl das Schalten eines Teils des Pixels bewirkt.
Dieses Verfahren erlaubt die Erzeugung eines oder mehrerer Grau-Pegel in einer einzelnen Adressierungsoperation, ohne daß mehr als zwei Daten-Spannungspegel benötigt werden.
Bei einer Anordnung, bei der die Pixel aus einem einheitlichen Material bestehen, kann das Schalten eines Teils der Pixel durch teilweises Schalten bewirkt werden, wodurch bestimmte Gebiete des Materials in dem Pixel geschaltet werden, andere dagegen nicht. Ein stabiles teilweises Schalten eines Pixels während der vollständigen Zeit eines Vollbildes wird erreicht, da das Übersprechen (Daten-Wellenformen, die mit dem Nicht Auswahl- Signal kombiniert sind) im Ladungsgleichgewicht ist; d.h. jede Daten-Wellenform hat gleiche positive und negative Teile, und somit insgesamt keine Gleichstromkomponente. Auf diese Weise hat das Übersprechen einen stabilisierenden Effekt auf die teilweise geschalteten Pixel, so daß der Grau-Pegel während der gesamten Zeit des Vollbildes konstant gehalten wird.
Alternativ kann bei einer Anordnung, bei der die Pixel jeweils eine Vielzahl von Bereichen mit unterschiedlichen Schaltpegeln umfassen, das Schalten eines Teils des Pixels durch Schalten nur einiger dieser Bereiche bewirkt werden.
Die Anzahl der mit diesem Verfahren erzielbaren Grau-Pegel hängt von der Zahl der möglichen Änderungen des Spannungspegels für jedes Signal ab, bekannt als Zeitschlitze. Bei einem Vier- Schlitz-Schema, bei dem der Auswahl-Impuls zwei Zeitschlitze dauert, kann eine Grau-Pegel-Schaltwellenform erzielt werden, die einen Impuls mit dem ersten Spannungspegel und einen Impuls mit dem zweiten Spannungspegel enthält. Bei einem Sechs-Schlitz-Schema erfaßt der Auswahl-Impuls drei Zeitschlitze, und es können zwei Grau-Pegel erzielt werden; einer, bei dem die Wellenform einen Impuls mit dem ersten Spannungspegel und zwei Impulse mit dem zweiten Spannungspegel umfaßt, und ein weiterer, in dem zwei Impulse mit dem ersten Pegel und einer mit dem zweiten Pegel enthalten sind.
Die Erfindung wird nachfolgend zum besseren Verständnis unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Flüssigkristallzelle vom Matrix-Typ;
Fig. 2 Signale, die gemäß der Erfindung den in Fig. 1 dargestellten Elektrodengruppen zugeführt werden können und resultierende Wellenformen;
Fig. 3 alternative Signale und Wellenformen gegenüber denen von Fig. 2;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der zugeführten Impulsbreite über der Spannung für jedes Pixel;
Fig. 5 einen Teil einer Flüssigkristallzelle mit den Pixeln in einem teilweise geschalteten Zustand; und
Fig. 6 ein Oszillogrammbild der Lichtdurchlässigkeit über der Zeit für ein durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung adressiertes Pixel.
Gemäß Fig. 1 umfaßt eine allgemein mit 2 bezeichnete Flüssigkristallzelle vom Matrix-Typ eine Gruppe von einander überlappenden orthogonalen Reihenelektroden 4 und Spaltenelektroden 6, zwischen denen Flüssigkristallmaterial (nicht dargestellt) angeordnet ist. Wo jede Reihenelektrode 4 eine Spaltenelektrode 6 überlappt, wird ein Pixel (z.B. 3) definiert.
Gemäß Fig. 2 sind die Signale, die den Reihenelektroden 4 zugeführt werden können, das "Auswahl"-Signal 8, das "Nicht Auswahl"-Signal 10 und das "Lösch"-Signal 12. Die Datensignale, die wahlweise den Spaltenelektroden 6 synchron mit den Reihenelektrodensignalen 8, 10, 12 zugeführt werden, sind "unverändert" 14, "ein" 16 und "Grau" 18.
Das Verfahren zur Adressierung der Anzeige ist wie folgt. Die Anzeige wird auf einer Zeile-für-Zeile-Basis adressiert; das ist jeweils eine Reihe. Jede Reihe muß "gelöscht" werden, kurz bevor sie adressiert wird, so daß das Lösch-Signal 12 zu einer gegebenen Zeit wenigstens einer Reihe, das Auswahl-Signal einer anderen Reihe, die zuvor gelöscht worden ist, zugeführt wird und alle anderen Reihen das Nicht Auswahl-Signal 10 empfangen.
Gleichzeitig wird eines der Datensignale 14, 16, 18 jeder Spaltenelektrode 6 in Abhängigkeit von dem erforderlichen Zustand jedes Pixels in der gerade adressierten Reihe zugeführt. Für die Reihen, denen das Nicht Auswahl-Signal 10 zugeführt wird, erfolgt eine Kombination der Datensignale 14, 16 oder 18, von denen jeder Impuls eine Größe Vd hat, mit dem Nicht Auswahl-Signal, um eine Wellenform 26, 28 oder 30 zu erhalten, so daß der Zustand des Pixels nicht geändert wird. Für die Reihe, die das Lösch-Signal 12 mit der Größe Vb empfängt, erfolgt eine Kombination der Datensignale 14, 16 oder 18 in jedem Fall mit Vb um Wellenformen 32, 34 oder 36 zu erhalten, die alle die Pixel in den dunklen Zustand schalten. Für die gerade adressierte Reihe wird eines der Datensignale 14, 16 oder 18 gewählt, um eine Kombination mit dem Auswahl-Signal der Größe Vs zu bewirken, entweder um das relevante Pixel einzuschalten (22), es unverändert zu lassen (20) oder es auf einen Grau-Zustand (24) zu schalten.
Ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial kann die in Fig. 4 dargestellte Schaltcharakteristik haben. Bei diesem Beispiel wird die umgekehrte Betriebsart verwendet. Bei dieser Betriebsart liegt Vs auf dem oberen Teil der Schalt-Schwellwertkurve, und das Pixel wird durch eine niedrigere Spannung Vs - Vd geschaltet, aber durch eine höhere Spannung Vs + Vd nicht geschaltet.
Um einen Grau-Zustand des Pixels zu erzielen, ändert sich die zugeführte Spannung zwischen Vs + Vd und Vs - Vd, wie bei 24 gezeigt. Dies bewirkt, daß ein Teil des Pixels in einer Weise schaltet, die als Teilschaltung bekannt ist. Gemäß Fig. 6 enthält ein teilweise geschaltetes Pixel geschaltete Gebiete 38 und andere Gebiete 40, die nicht geschaltet sind, was den Eindruck eines Grau-Pegels ergibt.
Die Pixel verbleiben in diesem Zustand während der gesamten Vollbild-Dauer, da das Übersprechen, das durch die Datensignale 26, 28, 30 aus der Sicht des Pixels in einem Nicht Auswahl- Zustand verursacht wird, im Ladungsgleichgewicht ist und als Art von Stabilisierung wirkt.
In Fig. 6 ist die Adressierung des Pixels zu sehen, um jeden der drei Lichtdurchlässigkeitspegel 42, 44, 36 zu bewirken. Am Beginn einer Vollbildzeit (angegeben durch 48) wird die Lösch- Well"enform 32, 34 oder 36 bei 50 zugeführt und verursacht, daß das Pixel in seinen dunklen Zustand 42 geschaltet wird. Die Adressierung des Pixels durch die Wellenform 20 ist bei 52 gezeigt, die bewirkt, daß der Zustand des Pixels unverändert bleibt oder den dunklen Zustand 42 einnimmt.
Für das nächste Vollbild wird der Lösch-Impuls bei 54 zugeführt, und die Grau adressierende Wellenform 24 wird bei 56 zugeführt. Es ist zu sehen, daß das Pixel sich in einem grauen Zustand 44 stabilisiert, bis der nächste Lösch-Impuls bei 58 zugeführt wird, obwohl - wie man sieht - dieser graue Zustand im Pegel der Lichtdurchlässigkeit etwas weniger gleichmäßig ist als entweder der vorhergehende dunkle Zustand 42 oder der helle Zustand 46, der durch die bei 60 gezeigte Wellenform 20 ausgelöst wird.
Das Beispiel von Fig. 2 ist als Vier-Schlitz-Adressierungsschema bekannt, da jede resultierende Wellenform als vier Zeitschlitzen besteht. Wenn die Zahl der Zeitschlitze auf sechs erhöht wird, wie in Fig. 3 dargestellt, können zwei verschiedene Grau-Pegel erreicht werden. Die beiden Datensignale zur Erzeugung von Grau sind bei 62 und 64 gezeigt. Diese kombinieren sich mit dem Auswahl-Signal 66, um die beiden Adressierungs-Wellenformen 68, 70 zu erhalten. Die erste Wellenform 68 enthält zwei Impulse 72 mit der nicht schaltenden Spannung Vs + Vd und einen Impuls 74 mit der Schaltspannung Vs - Vd. Die andere Wellenform 70 enthält zwei Impulse 76 mit dem Spannungspegel Vs - Vd und einen mit dem Pegel Vs + Vd, um einen helleren Grau-Pegel zu erhalten, da mehr von dem Pixel geschaltet wird. Es wurden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, jedoch sei hervorgehoben, daß Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können mehr Zeitschlitze verwendet werden, um eine größere Zahl von möglichen Grau-Pegeln zu erhalten.
Das Adressierungs-Schema kann auch bei Pixeln verwendet werden, die eine Vielzahl von Bereichen mit unterschiedlichen Schalteigenschaften haben.
Beispielsweise kann bei einem Vier-Schlitz-Schema das Pixel zwei Bereiche mit unterschiedlichen Schaltschwellen umfassen. Der Impuls des Spannungspegels Vs - Vd, der in der "ein"-Wellenform 22 enthalten ist, wird in der Schaltcharakteristik-Kurve für beide Bereiche des Pixels liegen, um beide in einen hellen Zustand zu schalten, während der Impuls Vs + Vd der "unveränderten" Wellenform 20 für beide Bereiche außerhalb der Kurve liegen wird und beide in einem dunklen Zustand läßt. Die Grau-Wellenform 24 wird einen Bereich in den hellen Zustand schalten, während der andere dunkel bleibt. Bei einem Sechs-Schlitz-Schema kann das Pixel drei Bereiche haben und somit in der Lage sein, zwei Grau-Pegel zu erzeugen, u.s.w.

Claims

1.) Verfahren zum Adressieren einer Matrix (2) von Pixeln (3), die durch Überlappungsbereiche zwischen Elementen einer ersten Gruppe von Elektroden (4) auf einer Seite einer Schicht aus ferroelektrischem Material und Elementen einer zweiten Gruppe von Elektroden (6), die die Elemente der ersten Gruppe kreuzen, auf der anderen Seite des Materials definiert werden, wobei unipolare Lösch-Signale (12) den Elementen der ersten Gruppe von Elektroden (4) zugeführt werden, um eine Löschung zu bewirken, bevor ihnen unipolare Auswahlsignale (8) eines nach dem anderen zugeführt werden, um eine Adressierung der entsprechenden Pixel (3) durch gleichzeitige Zuführung einer ausgewählten, in der Ladung ausgeglichenen bipolaren Daten-Wellenform (14, 16, 18) zu jedem Element der zweiten Gruppe von Elektroden (6) zu bewirken, wobei die Daten-Wellenformen jeweils Impulse mit zwei entsprechenden Spannungspegeln (+Vd, -Vd) umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten-Wellenformen aus Daten-Wellenformen mit wenigstens einer ersten (16), einer zweiten (14) und einer dritten Form ausgewählt werden, die bei Kombination mit den Auswahl-Signalen (8) resultierende Wellenformen einer ersten Art (22), die das Schalten von nahezu dem vollständigen Pixel (3) bewirken, einer zweiten Art (20), die nahezu das vollständige Pixel (3) ungeschaltet lassen, bzw. einer dritten Art (24), die das Schalten eines Teils des Pixels (3) bewirken, erzeugen, daß eine resultierende Wellenform der ersten Art (22) einen Impuls mit einem ersten Spannungspegel und einer gegebenen Dauer (2T) enthält und der Impuls das Schalten etwa des vollständigen Pixels (3) bewirkt, daß eine resultierende Wellenform der zweiten Art (20) einen Impuls mit einem zweiten Spannungspegel enthält, der nicht in der Lage ist, irgendeinen Teil des Pixels zu schalten, und daß eine resultierende Wellenform der dritten Art (24) eine Vielzahl von Impulsen enthält, von denen wenigstens einer den ersten Spannungspegel hat und von denen wenigstens einer den zweiten Spannungspegel hat, wobei die Dauer des oder jedes Impulses mit dem ersten Spannungspegel kleiner ist als die gegebene Dauer und die Vielzahl das Schalten eines Teils des Pixels (3) bewirkt.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das ferroelektrische Material Flüssigkristallmaterial ist.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Elemente der zweiten Gruppe von Elektroden orthogonal zu den Elementen der ersten Gruppe von Elektroden angeordnet sind.