DE69416005T2

DE69416005T2 - Analoge graupegeladressierung in einer ferroelektrischen flüssigkristallanzeige mit subelektrodenstruktur

Info

Publication number: DE69416005T2
Application number: DE69416005T
Authority: DE
Inventors: Neil Lockmuller
Original assignee: Central Research Laboratories Ltd
Current assignee: Central Research Laboratories Ltd
Priority date: 1993-12-02
Filing date: 1994-11-17
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2014-11-18
Also published as: KR960706669A; US5739798A; JPH09505908A; GB9324710D0; KR100319960B1; WO1995015548A1; EP0731966A1; DE69416005D1; EP0731966B1; CA2177996A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adressierung einer Matrix bistabiler Pixel, welche definiert ist durch überlappende Bereiche zwischen Elementen einer ersten Gruppe von Elektroden auf einer Seite einer Schicht eines Materials und Elementen einer zweiten Gruppe von Elektroden, welche die Elemente der ersten Gruppe überkreuzen, auf der anderen Seite der Schicht des Materials, wobei das Material zur Änderung einer optischen Eigenschaft desselben von einem stabilen Zustand in einen anderen stabliben Zustand elektrisch adressierbar ist, wobei jedes Element der ersten Gruppe von Elektroden erste und zweite Subelektroden umfaßt, welche an ihren gegenüberliegenden Kanten wenigstens in den Pixel-Bereichen durch eine Schicht einen Widerstand aufweisenden Materials verbunden sind, wobei in dem Verfahren für jede Elektrode der ersten Gruppe ein Austastsignal einer vorgegebenen Polarität an deren Subelektroden angelegt wird, wonach ein vorbestimmtes Strobesignal an eine ihrer Subelektroden angelegt wird, während an jede Elektrode der zweiten Gruppe parallel ein Datensignal mit ausgewählter Amplitude angelegt wird, wobei die vorbestimmten Strobesignale nacheinander an die entsprechenden Elektroden der zweiten Gruppe angelegt werden.
Ein Verfahren der oben bezeichneten allgemeinen Art ist offenbart in EP-A-224 243 und EP-A-276 864. Wenn bei dem bekannten Verfahren ein Strobe-Signal an eine Subelektrode einer Elektrode der ersten Gruppe angelegt wird, wird die andere Subelektrode dieser Elektrode bei null Volt gehalten. Die Folge ist, daß zwischen den beiden Subelektroden, also über jeden betreffenden Pixel, ein Spannungsgradient erzeugt wird. Es kann daher so eingerichtet werden, daß das elektrische Feld über der Materialschicht eines jeden Pixels von dem einen Rand zu dem gegenüberliegenden Rand variiert, und zwar von einem Pegel, der oberhalb des Schalt-Schwellwerts des Materials liegt, zu einem Pegel, welcher unterhalb des Schwellwerts liegt. Die Auswahl von Daten- Wellenformen, die gleichzeitig jedem Mitglied der zweiten Gruppe von Elektroden zugeführt werden, bestimmt, wo der Schalt- Schwellwert überschritten wird und damit wieviel des entsprechenden Pixels von dem ausgetasteten Zustand umgeschaltet wird. Bei einem Material wie etwa ferroelektrischem Flüssigkristall- Material, wo die stabilen Zustände lichtdurchlässige und licht- undurchlässige Zustände für die betreffenden Pixel darstellen, wenn das Material zwischen gekreuzten Polarisierern angeordnet ist, läßt sich auf diese Weise der Helligkeitspegel oder Graupegel eines jeden Pixels steuern.
Ein Problem bei einem derartigen Verfahren liegt darin, daß sich der Schalt-Schwellwert des Materials mit der Temperatur verändern kann. In großen Matrizen, wie z. B. Displays, kann die Temperatur von einem Rand der Matrix zu ihrer Mitte erhebliche Unterschiede aufweisen. Damit kann die Menge eines ausgewählten Pixels, die durch eine gegebene Wellenform geschaltet wird, innerhalb der Matrix variieren, was eine Steuerung der Graupegel unzuverlässig macht.
Die Druckschrift DE-A-37 11 823 lehrt das Anlegen von Strobe-Signalen an Mitglieder einer ersten Gruppe von Elektroden und Datensignalen an Mitglieder einer zweiten Gruppe von Elektroden. Alle Mitglieder der ersten Gruppe von Elektroden sind in zwei Subelektroden unterteilt, um eine analoge Graupegel-Adressierung zu erlauben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme des bekannten Standes der Technik zu lösen.
Der vorliegenden Erfindung gemäß wird ein Verfahren wie im ersten Absatz definiert vorgesehen, wobei die vorbestimmten Strobesignale jeweils einen Vor-Impuls und einen Hauptimpuls umfassen, welche eine im Verhältnis zu den Austastimpulsen entgegengesetzte Polarität aufweisen, derart, daß jedesmal wenn das vorbestimmte Strobesignal an eine Subelektrode angelegt wird, an die andere Subelektrode derselben Elektrode ein Hilfs-Strobesignal angelegt wird, welches einen Vor-Impuls derselben Polarität wie die Austastimpulse und einen Hauptimpuls mit zu den Austastimpulsen entgegengesetzter Polarität umfaßt, daß jedes Datensignal auch von ausgewählter Polarität ist und, wenn seine Amplitude ungleich null ist, einen ersten Impuls umfaßt, welcher mit den Vor-Impulsen der entsprechenden vorbestimmten und Hilfs-Strobesignale zusammenfällt, und einen zweiten Impuls, welcher mit den Hauptimpulsen der vorbestimmten und Hilfs- Strobesignale zusammenfällt, wobei die ersten und zweiten Impulse zueinander entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, daß die Größen der Hauptimpulse der vorbestimmten und Hilfs- Strobesignale um den gleichen Wert entsprechend größer und kleiner als der Schalt-Schwellwert des Materials bei einer vorbestimmten Arbeitstemperatur sind und daß die Größen der Vor- Impulse der vorbestimmten und Hilfs-Strobesignale gleich der Größe des ersten Impulses eines Datensignals sind, welches eine derartige Amplitude aufweist, daß dessen zweiter Impuls eine Größe besitzt, welche gleich der Differenz zwischen den Größen der Hauptimpulse und dem Schalt-Schwellwert ist.
In der inversen Betriebsart, also wo ein Impuls unterhalb des Schalt-Schwellwertes einen Schaltvorgang herbeiführt, während ein Impuls oberhalb des Schwellwertes keinen Schaltvorgang auslöst, kann es so eingerichtet werden, daß ein Teil eines selektierten Pixels, welcher geschaltet werden soll, einen Vorimpuls gleicher Polarität, welcher den Schaltvorgang erleichtert, erfährt, und ein Teil, welcher nicht geschaltet werden soll, einen Vorimpuls von entgegengesetzter Polarität erfährt, welches ein Schalten erschwert.
Zum besseren Verständnis der Erfindung soll nun beispielhaft auf die anliegenden Diagrammzeichnungen Bezug genommen werden. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Pixels in einer Matrix, welche mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens adressiert werden kann;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Pixel nach Fig. 1;
Fig. 3a, b und c Daten und Strobe-Wellenformen zusammen mit resultierenden Wellenformen über den Pixeln bei einer Ausführungsform der Erfindung; sowie
Fig. 4a, b und c Spannung gegenüber Distanz über den Pixeln für die resultierenden sowohl Vorimpulse als auch Hauptimpulse entsprechend Fig. 3a, b und c.
Bezug nehmend auf Fig. 1 und 2 umfaßt eine Matrix von Pixeln ein Paar von Substraten 2, 4, z. B. Glas, das erste und zweite Gruppen von Elektroden 6, 8 trägt, die aus einem transparenten Material, wie z. B. Indium-Zinnoxid (ITO) gebildet sind. Jede Elektrode 6 der ersten Gruppe überkreuzt sämtliche Elektroden der zweiten Gruppe, vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise in einem rechten Winkel, und umfaßt erste und zweite Subelektroden 10, 12 verbunden durch eine Schicht 14 leitenden Materials, welche einen höheren Querschnittswiderstand als die Subelektroden aufweist.
Jede Gruppe von Elektroden ist in bekannter Weise von einer Barriereschicht 16 und einer Ausrichtungsschicht 18 bedeckt. Der Raum zwischen ihnen ist mit ferroelektrischem Flüssigkristall- Material 20 ausgefüllt und um die Kanten des Substrats 2, 4 herum versiegelt.
Bezug nehmend auf Fig. 3a bis c und 4a bis c, wenn die Zeile von Pixeln entsprechend einem Mitglied 6 der ersten Gruppe von Elektroden adressiert werden soll, wird zunächst ein (nicht gezeigter) Austastimpuls einer Polarität, Größe und Dauer derart, daß alle Pixel der Zeile in einen ausgetasteten (Hell- oder Dunkel-) Zustand gesetzt werden, an beide Subelektroden der entsprechenden Elektrode 6 angelegt. Danach werden ein vorbestimmtes Strobe-Signal 22 und ein Hilfs-Strobe-Signal 24 gleichzeitig an entsprechende der ersten und zweiten Subelektroden 10, 12 der betreffenden Elektrode 6 angelegt. Das Strobe-Signal 22 umfaßt einen Vorimpuls 26 und einen Hauptimpuls 28 von gleicher Dauer, wobei diese Impulse eine dem Austastimpuls gegenüber entgegengesetzte Polarität aufweisen. Der Vorimpuls 26 besitzt einen Spannungspegel Vd, und der Hauptimpuls 28 besitzt einen Spannungspegel, der um einen Wert Vd unterhalb des Schalt-Schwellwertes 30 des Materials bei einer vorbestimmten Arbeitstemperatur liegt. Das Strobe-Signal 24 umfaßt ebenfalls einen Vorimpuls 32 und einen Hauptimpuls 34 von gleicher Dauer. Der Vorimpuls 32 ist von gleicher Polarität wie der Austastimpuls und entgegengesetzter Polarität zu dem Hauptimpuls 34 und weist die Größe Vd auf. Der Hauptimpuls 34 besitzt eine Größe, die um den Wert Vd über dem Schalt-Schwellwert 30 liegt.
Ein simultanes Paar von Strobe-Signalen 22, 24 wird den Subelektroden 10, 12 einer jeden Elektrode 6 nacheinander zugeführt.
Jedesmal, wenn ein solches simultanes Paar von Strobe- Signalen 22, 24 angelegt wird, werden Datensignale parallel an sämtliche der Elektroden 8 der zweiten Gruppe angelegt; drei Beispiele derartiger Datensignale sind in Fig. 3 als 27, 42 bzw. 56 gezeigt. Die Polarität und Amplitude eines jeden Datensignals werden so gewählt, daß sie zu derjenigen Helligkeit passen, die von dem Pixel an der Schnittstelle der betreffenden Elektrode 8 mit der Elektrode 6, an die die Strobe-Signale gegenwärtig angelegt werden, verlangt wird. Ist die Amplitude eines Datensignals nicht null (ein Datensignal mit Null-Amplitude ist als 27 gezeigt), so umfaßt das Datensignal, wie man an den Beispielen 42 und 56 sehen wird, erste und zweite Impulse von gleicher Größe und entgegengesetzter Polarität, wobei der erste Impuls mit den Vorimpulsen 26 und 32 des gegenwärtigen Strobe-Signals zusammenfällt und der zweite Impuls mit den Hauptimpulsen 28 und 34 des gegenwärtigen Strobe-Signals zusammenfällt. Die maximale Amplitude eines jeden Datensignals entspricht dem Zustand, daß jeder Impuls davon eine Größe Vd aufweist, d. h. die Größe der Vorimpulse 26 und 32 und die Werte, um die die Größen der Hauptimpulse 28 und 34 geringer als bzw. größer als der Schwellwert 30 sind. Das unter 56 gezeigte Datensignal weist eine derartige Maximal-Amplitude auf.
Ist es erforderlich, daß ein Pixel einen Helligkeitspegel von der Hälfte des Maximal-Pegels aufweist, daß also die Hälfte des Pixels von dem ausgetasteten Zustand (z. B. dem lichtundurchlässigen Zustand) umgeschaltet werden muß, so wird das Datensignal 27 mit dem Spannungspegel null an das entsprechende Mitglied 8 der zweiten Gruppe von Elektroden angelegt. In Fig. 4a erkennt man, daß der Spannungspegel über dem Pixel, wenn die Hauptimpulse 28, 34 angelegt werden, von einem Wert Vd unterhalb des Schalt-Schwellwertes 30 auf einer Seite zu einem Wert Vd oberhalb des Schwellwertes an der anderen Seite variieren. In der inversen Betriebsart ist also die Hälfte 36 des Pixels benachbart der ersten Subelektrode 10 einem Spannungspegel unterhalb des Schwellwertes 30 ausgesetzt und schaltet in den anderen Zustand (z. B. den lichtdurchlässigen Zustand), während die andere Hälfte 38 einem Spannungspegel oberhalb des Schwellwertes ausgesetzt wird und nicht umschaltet. Die Hälfte 36, welche umschaltet, erfährt auch einen positiven Vorimpuls, welcher den Schaltvorgang erleichtert, während die Hälfte 38, welche nicht umschaltet, einen negativen Vorimpuls erfährt, welche einen Schaltvorgang erschwert. Sollte die Temperatur des Materials von der vorbestimmten mittleren Arbeitstemperatur abweichen, so daß der Schwellwert z. B. auf einem höheren Pegel 30' liegt, so bewirkt der Hauptimpuls tendentiell das Umschalten eines weiteren Teils 40 des Pixels. Allerdings erfährt dieser Teil 40 immer noch einen negativen Vorimpuls, welcher den Schaltvorgang erschwert und damit die durch die Temperaturveränderung bewirkte Helligkeitsänderung vermindert.
In dem in Fig. 3b und 4b gezeigten Beispiel ist es erforderlich, drei Viertel des Pixels umzuschalten. In diesem Fall wird eine Daten-Wellenform 42 angelegt, welche eine bipolare, ladungsausgeglichene Wellenform mit einem negativen Teil der Größe Vd/2 gefolgt von einem positiven Teil der gleichen Größe ist. Die resultierende Wellenform über dem Pixel an der ersten Subelektrode besitzt einen Vorimpuls 44 der Größe 3Vd/2 und einen Hauptimpuls 46 einer Geöße, welche um 3Vd/2 kleiner ist als der Schalt-Schwellwert 30. Die resultierende Wellenform an der zweiten Subelektrode umfaßt einen Vorimpuls 48 der Größe Vd/2 und einen Hauptimpuls 50, welcher Vd/2 oberhalb des Schalt- Schwellwertes 30 liegt. In Fig. 4b kann man erkennen, daß während der Dauer des Hauptimpulses ein Viertel 52 des Pixels einen Spannungspegel oberhalb des Schwellwertes erfährt und daher nicht umschaltet, während drei Viertel 54 einen Pegel unterhalb des Schwellwertes 30 erfahren, wodurch ein Schaltvorgang ausgelöst wird. Der Vorimpuls für das eine Viertel 52 des Pixels ist negativ und für die drei Viertel 54 positiv und ist daher tendentiell geeignet, den beabsichtigten Effekt des Hauptimpulses zu verstärken und den erreichten Helligkeitspegel bei wechselnden Temperaturen zu stabilisieren.
Das Beispiel von Fig. 3c und 4c zeigt den Fall, wo es gefordert ist, daß das gesamte Pixel ohne Schaltvorgang verbleibt.
Die Daten-Wellenform umfaßt einen positiven Impuls der Größe Vd gefolgt von einem negativen Impuls derselben Größe. Der Vorimpuls 58 an der ersten Subelektrode ist null und fällt auf einen Pegel 60 von -2Vd an der zweiten Subelektrode. Der Hauptimpuls steigt von einem Pegel 62 entsprechend dem Schalt-Schwellwert 30 an der ersten Subelektrode zu einem Pegel 64, welcher 2Vd oberhalb des Schwellwertes 30 liegt, an der zweiten Subelektrode. Das gesamte Pixel führt daher tendentiell keinen Schaltvorgang durch.
Obgleich, wie beschrieben, die Größen der Vorimpulse 26 und 32 gleich der Differenz zwischen dem Schwellwert 30 und der Höhen der Hauptimpulse 28 und 34 sind und jedes Datensignal, wenn es nicht null ist, erste und zweite Impulse gleicher Größe von entgegengesetzter Polarität umfaßt, ist dies nicht wesentlich. Erforderlich ist nur, daß die Größen der Vorimpulse 26 und 32 gleich der Größe des ersten Impulses eines Datensignals sind, welches eine derartige Amplitude aufweist, daß der zweite Impuls eine Größe Vd besitzt. Es kann daher z. B. jedes Datensignal so ausgebildet sein, daß, wenn seine Amplitude nicht null ist, die Größe seines ersten Impulses doppelt so groß ist wie sein zweiter Impuls. In einem solchen Fall müssen die Größen der Vorimpulse 26 und 32 jeweils 2Vd sein.
Es versteht sich, daß die stabilen Zustände des betreffenden Materials nur so lange stabil sein müssen, wie die maximale Zeitperiode zwischen einer Adressierung eines Pixels und der nächsten.

Claims

1. Verfahren zur Adressierung einer Matrix bistabiler Pixel, welche definiert ist durch überlappende Bereiche zwischen Elementen einer ersten Gruppe von Elektroden auf einer Seite einer Schicht eines Materials und Elementen einer zweiten Gruppe von Elektroden, welche die Elemente der ersten Gruppe überkreuzen, auf der anderen Seite der Schicht des Materials, wobei das Material zur Änderung einer optischen Eigenschaft desselben von einem stabilen Zustand in einen anderen stabliben Zustand elektrisch adressierbar ist, wobei jedes Element der ersten Gruppe von Elektroden erste und zweite Subelektroden umfaßt, welche an ihren gegenüberliegenden Kanten wenigstens in den Pixel-Bereichen durch eine Schicht einen Widerstand aufweisenden Materials verbunden sind, wobei in dem Verfahren für jede Elektrode der ersten Gruppe ein Austastsignal einer vorgegebenen Polarität an deren Subelektroden angelegt wird, wonach ein vorbestimmtes Strobesignal an eine ihrer Subelektroden angelegt wird, während an jede Elektrode der zweiten Gruppe parallel ein Datensignal mit ausgewählter Amplitude angelegt wird, wobei die vorbestimmten Strobesignale nacheinander an die entsprechenden Elektroden der ersten Gruppe angelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Strobesignale jeweils einen Vor-Impuls und einen Hauptimpuls umfassen, welche eine im Verhältnis zu den Austastimpulsen entgegengesetzte Polarität aufweisen, derart, daß jedesmal wenn ein solches vorbestimmtes Strobesignal an eine Subelektrode angelegt wird, an die andere Subelektrode derselben Elektrode ein Hilfs-Strobesignal angelegt wird, welches einen Vor-Impuls derselben Polarität wie die Austastimpulse und einen Hauptimpuls mit zu den Austastimpulsen entgegengesetzter Polarität umfaßt, daß jedes Datensignal auch von ausgewählter Polarität ist und, wenn seine Amplitude ungleich null ist, einen ersten Impuls umfaßt, welcher mit den Vor-Impulsen der entsprechenden vorbestimmten und Hilfs-Strobesignale zusammenfällt, und einen zweiten Impuls, welcher mit den Hauptimpulsen der vorbestimmten und Hilfs-Strobesignale zusammenfällt, wobei die ersten und zweiten Impulse zueinander entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, daß die Größen der Hauptimpulse der vorbestimmten und Hilfs-Strobesignale um den gleichen Wert entsprechend größer und kleiner als der Schalt-Schwellwert des Materials bei einer vorbestimmten Arbeitstemperatur sind und daß die Größen der Vor-Impulse der vorbestimmten und Hilfs- Strobesignale gleich der Größe des ersten Impulses eines Datensignals sind, welches eine derartige Amplitude aufweist, daß dessen zweiter Impuls eine Größe besitzt, welche gleich der Differenz zwischen den Größen der Hauptimpulse und dem Schalt-Schwellwert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Größen der ersten und zweiten Impulse eines jeden Datensignals, das nicht null ist, gleich sind.

3. Verfahren nach Anpruch 1 oder 2, wobei die Bereiche der ersten und zweiten Impulse eines jeden Datensignals, das nicht null ist, gleich sind.