DE2508619C2 - Verfahren zum Treiben einer Flüssigkristall-Anzeigematrix - Google Patents
Verfahren zum Treiben einer Flüssigkristall-AnzeigematrixInfo
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Description
V1 die während einer ersten Zeitperiode Ti an eine
angewählte Abtastzeile (X) angelegte Spannung,
K2 die während der ersten Zeitperiode T1 an eine
nicht angewählte Abtastzeile (X) angelegte Spannung,
V3 die während eines ersten Zeitabschnitts Tw der
ersten Zeitperiode Γι an eine Signalzeile (Y)
angelegte Spannung,
Vt, die während des zweiten Zeitabschnitts T =
T1 - Tw der ersten Zeitperiode Γ, an eine
Signalzeile (Y) angelegte Spannung,
Vs die während einer zweiten Zeitperiode 7~2 an die
angewählte Abtastzeile (X) angelegte Spannung,
Vt die während der zweiten Zeitperiode T2 an die
nicht angewählte Abtastzeile (X) angelegte Spannung,
K7 die während des ersten Zeitabschnitts Tw der
zweiten Zeitperiode T2 an die Signalzeile (Y)
angelegte Spannung und
Vg die während des zweiten Zeitabschnitts T =
T2 - Tw der zweiten Zeitperiode T2 an die
Signalzeile (Y) angelegte Spannung ist,
wobei die Beträge der über einen angewählten Rasterpunkt während des Zeitabschnitts Tw anliegenden
resultierenden Spannungen | K1 - V}\ und
1^5 ~ ^l gleich einer die Schwellenspannung des
Flüssigkristall-Rasterpunktes übersteigenden Spannung^,
die Beträge der über einen angewählten Rasterpunkt während des Zeitabschnitts T anliegenden resultierenden
Spannungen | V\ - K41 und | K5 - V^\ gleich
(l - -) K0 mit a
> 3,
die Beträge der über einen nicht angewählten Rasterpunkt während des Zeitabschnitts Tw anlie- so
genden resultierenden Spannungen | K2 ~ K31 und
\Vb -V1] gleich - V0 und
die Beträge der über einen nicht angewählten Rasterpunkt während des Zeitabschnitts T anliegenden
resultierenden Spannungen! V1- ^|und| V6- l^|
gleich - V0 gewählt sind, und bei dem die Helligkeit
des entsprechenden Rasterpunktes durch das Verhältnis des Zeitabschnitts T zum Zeitabschnitt Tw
bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,daß die Beziehungen
IK2 - K6I = I
erfüllt sind.
- F8I = IK4 - V,\ = (\ - 1
= IK3 - K7|
65
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Treiben einer Flüssigkristall-Anzeigematrix nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist Gegenstand des älteren DE-Patents 24 14 609. Dort ist
a = -/Ν" + 1, wobei JV die Anzahl der Abtastzeilen ist.
Aus der DE-OS 22 37 996 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, wo allerdings α den festen Wert 3 besitzt.
Ein Flüssigkristall-AD7.eigeelement besieht typischerweise
aus zwei Glasplatten, die mit Hilfe von Abstandhaltern im Abstand von einigen zehn Mikrometern voneinander planparallel einander gegenüberliegend
angeordnet sind. Der Raum zwischen den beiden, eine optische Zelle bildenden Glasplatten ist mit
einem Flüssigkristall gefüllt. Die Innenwände der Glasplatten
tragen Dünnschichtelektroden, die nach Maßgabe der zu bewirkenden Darstellungsart angeordnet
sind. In der Regel trägt die vordere oder obere Glasplatte Elektroden in Form durchsichtiger elektrisch leitender
Überzüge, während die Elektroden auf der hinteren oder unteren Glasplatte aus einer ebenfalls durchsichtigen
und elektrisch leitenden dünnen Schicht oder aus Metaliüberzügen bestehen, je nach der Art des Darstellungsverfahrens,
für das das Anzeigeelement eingesetzt werden soll.
Die optische Zelle des Anzeigeelementes wird vorzugsweise mit einem nematischen Flüssigkristall gefüllt.
Das Element kann nach dem Verfahren der dynamischen Streuung (DSM) oder unter Ausnutzung des
Feldeffektes (FEM) betrieben werden. Beim DSM-Vcrfahren ist der Flüssigkristall in Abwesenheit eines elektrischen
Feldes durchsichtig und wird in weißem und sichtbarem Licht undurchsichtig, wenn ein äußeres
elektrisches Feld angelegt wird, das stärker als eine bestimmte Schwellenfeldstärke ist. Ein Flüssigkristall
oder ein Flüssigkristallrasterpunkt, auf den ein elektrisches Feld einwirkt, das stärker als das Sch wellcnfcld ist,
wird als aufgeleuchtet bezeichnet. Entsprechend wird der Zustand, in dem sich der Flüssigkristall befindet, als
Zustand des Aufleuchtens bezeichnet. Beim FEM-Vcrfahren tritt je nach der Ausrichtung und Orientierung
der Flüssigkristallmoleküle eine Doppelbrechung oder eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes auf,
wobei die Orientierung der Flüssigkristallmolekül durch die Stärke eines angelegten elektrischen Feldes
steuerbar ist. Nach diesem Verfahren kann sowohl eine farbselektive sils auch eine Schwarz-Weiß-Anzcigc
erfolgen.
In Flüssigkristallanzeigeelementen der beschriebenen Art sind die Elektroden auf der oberen Glasscheibe
(X-Zeilenelektroden, Abtastzeilen) und die Elektroden auf der unteren Glasscheibe (K-Zeilenelcktroden,
Signalzeilen) üblicherweise in Matrixform angeordnet. Die Darstellung von Ziffern, /eichen,
Buchstuben oder bildlichen Darstellungen kunn durch Auswahl X- und K-Zeilenelektroden und Anlegen einer
Spannung an diese Elektroden erfolgen, so daß der Flüssigkristallrasterpunkt am Schnittpunkt der X- und Y-Zeilenelektroden
einem elektrischen Feld ausgesetzt ist, der ihn zum Aufleuchten bringt. Zusätzlich zu dieser
Spannung kann bei der Abtastung der Flüssigkri-
stall-Matrixanzeigeelemente nach dem beschriebenen
zcilenweisen Verfahren eine sogenannte »Einstreuspannung« auf diejenigen Flüssigkristallrasterpunkte
aufgeprägt werden, die nicht aufleuchten tollen. Dies ist aufgrund der zweiseitig gerichteten Eigenschaften des s
Flüssigkristalls möglich. Beim zusätzlichen Aufprägen einer Einstreuspannung tritt jedoch die Schwierigkeit
auf, daß auch in unerwünschter Weise Flüssigkristallrastcrpunktc zum Aufleuchten gebracht werden können,
wenn die aufgeprägte Einstreuspannung einen Wert überschreitet, der über dem Schwellenwert liegt.
Aus Gründen einer einfachen und klaren Darstellung des Sachverhaltes wird im Rahmen dieser Beschreibung
von einem Rasterpunkt gesagt, er sei angesteuert, wenn
sowohl seine ^-Zeilenelektrode als auch gleichzeitig is
seine }'-Zeilenelektrode für die Darstellung angesteuert ist. Ein Rasterpunkt, bei dem entweder nur die
A'- Zcilenelektrode oder nur die y-Zeilenelektrode zur
Darstellung angesteuert ist, wird als halbangesteuert bezeichnet. Schließlich wird der Zustand des Raster-Punktes
als nicht angesteuert bezeichnet, wenn gleichzeitig weder die X- noch die K-Zeilenelektrode zur Darstellung
angesteuert ist. Die Einstreuspannung ist in diesem Sinne eine Spannung, die einem Flüssigkristallraslcrpunkt
im halbangesteuerten oder nicht angesteuerten Zustand aufgeprägt wird.
Um ein unbeabsichtigtes Aufleuchten von Rasterpunkten durch die Einstreuspannung zu verhindern,
bedient man sich eines bekannten Verfahrens (z. B. US-PS 37 76 615), das als »Mitteln der Einstreuspannung«
bezeichnet werden kann. Bei diesem Verfahren wird die höchste Spannung Vp, die auf die X- und y-Zeilenelektroden
aufgeprägt wird, in die drei Spannungspegel V0,
V, und V2 geteilt, wobei V0
> V1 > V2 >0. Die so geteilten
Spannungen werden in der Weise kombiniert, daß ein angesteuerter Flüssigkristallrasterpunkt mit der Spannung
± V11 und ein nicht angesteuerter oder halbangestcuerter
Rasterpunkt mit einer Spannung von etwa ±1/3 Vn beaufschlagt wird. Die auf die Flüssigkristallraslcrpunktc
im halbangesteuerten und nicht angesteuerlcn Zustand aufgeprägte Spannung, also die Einstreuspannung,
ist also auf einen Betrag von 1/3 derjenigen Spannung gemittelt, die dem Rasterpunkt im angesteuerten
Zustand aufgeprägt wird. Auf diese Weise können die Nachteile, die zunächst mit dem Aufprägen
einer Einstreuspannung verbunden waren, vollständig behoben werden.
Mit dem beschriebenen Verfahren der Mittelung der I-Jnstrcuspannung ist jedoch eine tonpegelmodulierte
Darstellung nicht ohne Nachteile möglich. Für ein Verfahren zur Darstellung oder Anzeige mit verschiedenen
Tonpegcln der optischen Darstellung müssen die dem I lüssigkristallrasterpunkt aufgeprägten Effektivwerte
der Spannung verändert werden. Wenn man in herkömmlicher Weise zu diesem Zweck eine Amplitudenmodulation
oder eine Impulsbreitenmodulation (DE-OS 22 37 996; US-PS 37 76 615) der den angesteuerten
Rasterpunkten aufgeprägten Signalspannungsimpulse vornimmt, können die Einstreuspannungswerte in den
halbangesleuerten oder nicht angesteuerten Zuständen der Rasterpunkte nicht immer auf reine Wechselspannung
gemittelt werden, und es tritt mit zunehmender Anzahl der Abtastzeilen eine starke Kontrastverringerung
ein.
Der Erfindung liegt angesichts dieses Standes der Technik nach der DE-OS 22 37 996 die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zum Treiben eines Flüssigkristall-Matrixanzeigcelementes
zu schaffen, bei dem unter Mittelung der Einstreuspannung eine tonpegelvariable optische Darstellung mit verbessertem Kontrast
ermöglicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Einbeziehung des Parameters α zur Festlegung der Spannungen
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1.
Gegenüber dem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (älteres Patent 24 14 609) weist die Erfindung
den Vorteil auf, daß die an die Elektroden angelegten Spannungshübe kleiner sind.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführangsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein typisches
Flüssigkristall-Matrixanzeigeelement;
Fig. 2 ein Beispiel typischer Spannungswellenformen, wie die in an sich bekannter Weise zum Treiben
eingesetzt werden;
Fig. 3 ein Beispiel für Spannungswellenformen, wie
sie nach dem Verfahren der Erfindung zum Treiben gewählt werden;
Fig. 4 ein bestimmtes Beispiel für Wellenformen der
in Fig. 3 gezeigten Art;
Fig. 5 das Schaltbild eines Treibers zur Erzeugung der in Fig. 4 gezeigten Wellenformen;
Fig. 6 an verschiedenen Stellen in der in Fig. 5 gezeigten Schaltung auftretende Signale;
Fig. 7 ebenso wie Fig. 6 an verschiedenen Stellen in
der in Fig. 5 gezeigten Schaltung auftretende Signale; Fig. 8 in schematischer Blockdarstellung eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung und
Fig. 9 eine Folge von Wellenformen zur Verdeutlichung des Betriebes der in Fig. 8 dargestellten Anordnung.
In der Fig. 1 ist die Grundanordnung eines typischen Flüssigkristall-Matrixanzeigeelementes dargestellt.
Das Anzeigeelement S selbst ist eine übliche Flüssigkristallzelle, die mit einem A"-Zeilentreiber 6 und einem Y-Zeilentreiber
7 verbunden ist. Die Flüssigkristallrasterpunkte sind durch jene Bereiche des Flüssigkristalls in
der optischen Zelle definiert, die in den Schnittpunkten der mit dem A'-Zeilentreiber 6 verbundenen /f-Zeilen
und der mit dem X-Zeilentreiber 7 verbundenen K-Zeilen
liegen. Zum Treiben eines solchen Flüssigkristall-Matrixanzeigeelementes werden in an sich bekannter
Weise die in F i g. 2 gezeigten Wellenformen verwendet. Vx ist dabei die den ^-Zeilen aufgeprägte Spannung, VY
die den F-Zeilen aufgeprägte Spannung und Vx-Vy ist
die den Flüssigkristallrasterpunkten aufgeprägte Spannung, also die in den Schnittpunkten der ^-Zeilen und
y-Zeilen auftretende Spannung. In der Fig. 2 ist davon
ausgegangen, daß die an halbangesteuerten und nicht angesteuerten Rasterpunkten liegende Spannung, nämlich
die Einstreuspannung, auf 1/3 derjenigen Spannung gemittelt ist, die einem angesteuerten Rasterpunkt
aufgeprägt wird. Ein unbeabsichtigtes Aufleuchten nicht angesteuerter Rasterpunkt durch eine Einstreuspannung
ist dadurch ausgeschlossen.
Mit den in Fig. 2 gezeigten Wellenformen kann bei einer Amplituden- oder Impulsbreitenmodulation der
Ansteuerungsspannungsimpulse keine Mittelung der Ein^treuspannung durchgeführt werden. Eine tonpegelvariable
optische Darstellung ist bei Aufrechterhaltung der Einstreuspannungsmittelung also nicht durch eine
Veränderung der Effektivwerte der Ansteuerungsspannung, die auf die einzelnen Flüssigkristallrasterpunkte
geprägt wird, möglich. bar ist.
Mit dem Treibverfahren der Erfindung ist dagegen die tonpegelvariable Informationsdarstellung auf einem Tabelle I
Flüssigkristallanzeigeelement bei gleichzeitiger Mit-
telung der Einstreuspannung möglich. Die dazu ver- 5 Adressenwendeten
Wellenformen sind in der F i g. 3 gezeigt. Eine signal Anzeigedarstellung mit Ton ist möglich, während
gleichzeitig eine Einstreuspannung auf (l/a) V0 gemittelt
wird. Dabei ist α >3 und V0 die höchste vorgewählte
Treibspannung oder Ansteuerungsspannung, also eine Spannung, die größer als die zum Aufleuchten eines
RJasterpunktes erforderliche Schwellenspannung ist.
Die an die Jf-Zeile, also die Tast-Zeile, angelegte
Spannung Vx umfaßt die Spannungen Null und V0, die
einem angesteuerten Rasterpunkt aufgeprägt werden, und die Spannungen (l/a) V0 und (1 - Ha) ίζ, die dem
Rasterpunkt im nicht angesteuerten Zustand aufgeprägt werden.
Ein impulsbreitenmoduliertes Impulssignal VY wird
auf die ^-Zeilen, die Signalzeilen, die die Tastzeilen schneiden, aufgeprägt. Die Signale VY weisen zeitliche
Breiten Γμ/und /auf. Während der Dauer Tw wird eine
erste Spannung, die Ansteuerungsspannung für das Aufleuchten des Flüssigkristallrasterpunktes, auf die
Signalzeile geprägt. Während der Dauer T wird eine zweite Spannung, die Vorspannung zum Mitteln der
Einstreuspannung, aufgeprägt. Für die Dauer Tw werden
die Spannungen Null und V0 aufgeprägt. Für die Dauer Γ treten die Spannungen (2Ia) JjJ und (1 -2Ia) V0
auf.
Aus der in Fig. 3 gezeigten Darstellung kann man ablesen, daß die einem Flüssigkristallrasterpunkt aufgeprägte
Spannung (Vx- VY) im nicht angesteuerten
Zustand eine Einstreuspannung von ±(l/a) JjJ und im
angesteuerten Zustand eine Spannung ± V0 im Intervall
Tw und ±(1 - 2Ia) V0 im Intervall T ist. Die dem
Rasterpunkt aufgeprägte Effektivspannung kann durch eine Modulation des Intervalls Tw verändert werden,
also durch eine Veränderung der Dauer oder der Impulsbreite der Ansteuerungsspannung. Auf diese
Weise kann also mit der in F i g. 3 gezeigten Wellenform eine tonpegelvariable Anzeigedarstellung erzielt werden,
bei der man die Efiektivspannung im nicht angesteuerten Zustand unverändert beibehält und lediglich
die Effektivspannung im angesteuerten Zustand verändert.
Die in Fig. 3 gezeigten Wellenformen sind in Fig. 4 für das Beispiel a = 3 gezeigt. In dem in Fig. 4 dargestellten
Beispiel ist die Vorspannung (2/3) (ζ und (1 - 2/3) V0 und wird die Einstreuspannung auf so
±(1/3) V0 gemittelt. Die im angesteuerten Zustand
wirksame EfTektivspannung wird durch Modulation des Zeitintervalls Tw gesteuert.
In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Treiberschaltung
zur Erzeugung der in Fig. 4 gezeigten Wellenfonnen dargestellt Die Schaltung besteht im
wesentlichen aus den Schalttransistoren Qx, Qi und Qi,
den Widerständen A1, A2 und R3, dem NICHT-Glied 8
und den NOR-Gliedern 9,10 und 11. Der Treiber weist einen Eingang A für ein Adressensignal und einen Eingang
C für ein Taktsignal sowie den Ausgang 0 auf. Als Funktion des Adressensignals und des Taktsignals sind
in der Tabelle I die Schaltzustände der Transistoren und die am Anschluß 0 auftretenden Ausgangsspannungen
des Treibers zusammengestellt Die Tabelle zeigt, daß jede der benötigten vier Ausgangsspannungen (2/3) V0,
(1/3) V0, Null und V0 durch eine entsprechende Kombination
des Adressensignals und des Taktsignals herstell-Taktsignal
durchgeschalteter Transistor
Ausgangsspannung
0 | 0 | Q1 | 2/3 K |
0 | 1 | Q3 | 1/3 K |
1 | 0 | Q. | 0 |
1 | 1 | keiner | Vn |
Mit dem in Fig. 5 gezeigten Treiber und einer entsprechend gewählten Kombination des Adressensignals
und des Taktsignals können die den Tastzeilen aufzuprägenden Spannungen Vx in der in F i g. 6 gezeigten Weise
und die den Signalzeilen aufzuprägenden Spannungen VY in der in Fig. 7 gezeigten Weise erhalten werden. In
der Fig. 7 ist ein impulsbreitenmoduliertes Signal dargestellt. Die Impulsbreite Tw des Adressensignals A,
wird nach Maßgabe der darzustellenden Bildsignale moduliert. Damit läßt sich in der vorbeschriebenen
Weise ein tonpegelmoduliertes Bild auf dem Flüssigkristallanzeigeelement darstellen.
In der Fig. 8 ist in schematischer Darstellung eine
Baugruppe zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung gezeigt. Die Funktion der in Fi g. 8 gezeigten Baugruppe
ist anhand der in Fi g. 9 dargestellten Wellcnformen erklärt.
Aus Gründen einer übersichtlichen und klaren Darstellung ist in der F i g. 8 von einem Flüssigkristallanzeigeelement
12 mit einer 3 x 3-Matrix ausgegangen. Durch die Ziffern 1,2 und 3 in den Flüssigkristallrasterpunkten
sind bestimmte Helligkeits- bzw. Tonpcgcl bezeichnet. Die in Fig. 5 gezeigte Treiberschaltung
kann sowohl dem Tastzeilentreiber 13 als auch dem Signalzeilentreiber 14 zugrunde liegen. Es wird das Verfahren
der zeilenweisen bzw. zeilensimultanen Abtastung verwendet, d. h. also, die Zeilen Xx, X2 und X3 werden
sequentiell abgetastet.
Auf der Abszisse der in F ig. 9 gewählten Darstellung ist die Zeit aufgetragen. Die auf den Signaltreiber 14
gegebenen Adressensignale AYi, AY2 und An sind
impulsbreitenmodulierte Signale, die in an sich bekannter Weise in einem Impulsbreitenmodulator 15 moduliert
werden.
Den in Fig. 8 schraffiert hervorgehobenen Rasterpunkten werden beispielsweise die Spannungen
VXI - VYX und Vn - Vn aufgeprägt. Die Spannungen
Vxl - "η und Vn - Vy3 sind im nicht gesteuerten
Zustand ±(1/3 V0) und weisen gleiche Effektivwerte
auf. Im angesteuerten Zustand sind die Impulsbreiten bzw. Zeitintervalle für ±fg nach Maßgabe des darzustellenden
Tonpegels unterschiedlich lang. Da der Tonpegel von Vjn-VyxI und der Tonpegel von Vx? - Vy7,2
ist, ist die Impulsbreite von ± ^ in Vn - Vn größer als
in Vn - Vyx.
Die Einstreuspannung sei (l/a) V0, die Anzahl der
Tastzeilen TV und die Effektivspannung am Flüssigkristallrasterpunkt
Vs. Führt man den Parameter m = Twl
(T + 7V) ein, so ist die im Rasterpunkt wirksame Spannung Vs durch Gleichung 1 wie folgt gegeben:
Wie die Gleichung 1 zeigt, nimmt also die Effektiv-
spannung Vs mit dem Wert für den Parameter m zu.
Andererseits hängt jedoch die Helligkeit des Flüssigkristalls
von der einwirkenden Effektivspannung ab, und /.war sowohl bei der dynamischen Streuung als auch bei
der Steuerung durch den FeldefFekt. Mit der in Fig. 8
gezeigten Anordnung kann daher durch eine Impulsbreitenmodulation eine Gradation der Anzeigedarstellung
erzeugt werden.
Wenn man die in Fig. 4 gezeigten Wellenformen in Kombination mit der in Fig. 8 gezeigten Anordnung
einsetzt, ist a = 3 und N = 3. Die Effektivspannung Vs'
ist dann
Kv = 1/3 V0 Vl +8/3 m (2)
Da 0 < m < 1, kann durch Veränderung von m eine
lonpcgclvariable Anzeige erhalten werden. Eine solche Änderung von m wird in einfacher Weise durch eine
Änderung der Impulsbreite Tw des Adressensignales
A ι erreicht und eingestellt, das auf den in F ig. 8 gezeigten
Signalzeilentreiber 14 gegeben wird.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
25
30
35
40
50
55
60
65
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zum Treiben einer Flüssigkristall-Anzeigematrix bei zeilenweiser Abtastung mit matrixartig an den Schnittpunkten von Abtastzeilen (X) und Signalzeilen (Y) angeordneten Flüssigkristall-Rasterpunkten, wobei die Helligkeit jedes Rasterpunktes vom Effektivwert einer angelegten Wechselspannung abhängt, mit Spannungen K, bis Vg, wobei
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DE2508619C2 true DE2508619C2 (de) | 1985-12-05 |
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