DE3610916C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine matrixförmige Flüssigkristall-
Anzeigeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1. Eine derartige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
ist bereits aus der DE-OS 28 46 874 bekannt. Sie enthält
eine Anzahl von in einer Richtung liegenden Signalelektroden
und eine Anzahl von in einer dazu senkrechten
Richtung liegenden Abtastelektroden, wobei die Signalelektroden
und/oder die Abtastelektroden in eine Mehrzahl von
Blöcken unterteilt sind, sowie eine Ansteuerschaltung, die
mit den Blöcken der Signalelektroden und/oder Abtastelektroden
jeweils verbundene Steuereinrichtungen aufweist, um
unabhängig voneinander einstellbare Spannungen an die entsprechenden
Blöcke der Signalelektroden bzw. Abtastelektroden
legen zu können.
Eine derartige matrixförmige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
wird üblicherweise im Zeitmultiplex-Verfahren angesteuert.
Mit ihr lassen sich,
im Gegensatz zu Segment-Anzeigeeinrichtungen, Bilder mit
erheblich größerer Bildinformationsdichte erzeugen. Allerdings
wird für verschiedene Anwendungsfälle angestrebt,
die Anzahl der Abtastelektroden bzw. die Multiplexfrequenz
zur Ansteuerung der matrixförmigen Anzeigeeinrichtung noch
weiter zu erhöhen.
Das Augenmerk wird dabei insbesondere auf eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
vom Transmissions-Typ gerichtet
(TN-LCD), die Farbfilter oder Farbpolarisatoren zur farbigen
Darstellung von Bildern enthält. Um auf dieser Basis
eine Flüssigkristall-Farbfernseheinrichtung entwickeln zu
können, werden gegenwärtig verstärkte Untersuchungen hinsichtlich
der Ansteuermethode, des Aufbaus der Farbfilter
und bezüglich der Auswahl geeigneter Flüssigkristallmaterialien
durchgeführt. Wesentliches Ziel der Anstrengungen
ist, ein Anzeigesystem zu schaffen, das Farbbilder mit hoher
Reinheit und über einen weiten Farbtonbereich erzeugen
kann.
Wird eine konventionell matrixförmige X-Y-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
mit N Abtastelektroden bei der optimalen Spannung bzw.
mit Hilfe des Verfahrens der Spannungsmittelwertbildung
im Multiplexbetrieb betrieben, so wird das maximale
Kontrastverhältnis dann erhalten, wenn die Beziehung
entsprechend der nachfolgenden Gleichung (1) zwischen der
Abtastpuls-Spitzenspannung V₁ und der Signalpuls-Spitzenspannung
V₂ erfüllt ist:
Das Verhältnis α zwischen der effektiven Spannung V EIN zur
Einschaltung der Bildelemente zu der Spannung V AUS, bei
der die Bildelemente wieder ausgeschaltet werden, läßt
sich durch die Gleichung (2) ausdrücken:
Anhand dieser Gleichung (2) ist klar zu erkennen, daß die
Differenz zwischen V EIN und V AUS um so kleiner wird, je
größer die Anzahl der Abtastelektroden N ist.
Ist beispielsweise N = 200, so ist die an den eingeschalteten
Bildelementen liegende Spannung nur um 7,3% größer
als diejenige Spannung, die an den ausgeschalteten Bildelementen
liegt. Ist N größer, so fällt die Spannung aufgrund
des Elektrodenwiderstands, was eine Fluktuation der
Schwellenspannung bezüglich der elektrooptischen Eigenschaften
nach sich zieht. Beispielsweise treten dann
Schwankungen bei der Ein- und Ausschaltung der einzelnen
Bildelemente auf, durch die die matrixförmige Anzeigeeinrichtung
aufgebaut wird. Das bedeutet, daß sich nur ungleichförmige
Bilder oder Bilder mit schlechterem Kontrast
erzeugen lassen. Die Anzahl der Abtastelektroden N
kann daher nicht beliebig erhöht werden, ohne eine Verschlechterung
des Bildkontrastes in Kauf zu nehmen.
Insbesondere bei im Multiplex-Verfahren angesteuerten
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen zur Erzeugung farbiger
Bilder hängt die Intensität des transmittierten Lichts
von der an die Flüssigkristalle angelegten Spannung ab,
und darüber hinaus noch von der Farbe bzw. Wellenlänge des
transmittierten Lichts. Bei konventionellen Anzeigeeinrichtungen
dieser Art ist es daher schwierig, gleichmäßig
gute Farben im gesamten Bildbereich zu erzeugen, selbst
wenn die Schwankungen anderer Größen über den Anzeigebereich
kompensiert worden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs
genannte Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung so weiterzubilden,
daß auch bei einer höheren Anzahl von Abtastelektroden
oder Signalelektroden ein gleichmäßigerer Bildkontrast
oder eine gleichmäßigere Farbdarstellung erreicht
werden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß eine
an die Abtastelektroden angelegte Spannung (V₁) und eine
an die Signalelektroden angelegte Spannung (V₂) in folgender
Beziehung:
zueinander stehen, wobei die Anzahl (N) der Abtastelektroden
oder Signalelektroden ≧ 100 ist und das Verhältnis
(k) den Wert k = (0,5 bis 1,5) ± 50% aufweist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind
die Signalelektroden verschiedenen Farben zugeordnet, wobei
jeweils in einem Block nur Signalelektroden für eine
Farbe enthalten sind. Dabei können Blöcke mit Signalelektroden
für jeweils rote, grüne und blaue Farben vorhanden
sein.
Vorzugsweise bestimmt sich eine Einschaltspannung V EIN
für die Flüssigkristalle zu
und eine zugehörige Ausschaltspannung V AUS zu
Grundsätzlich ist es bereits aus der DE-PS 26 20 530 bekannt,
Kontrastunterschiede zu kompensieren, die durch
Ohm'sche Widerstände hervorgerufen werden. Darüber hinaus
ist es aus der DE-OS 31 07 827 bekannt, zur Einstellung
einer gewünschten Mischfarbe unterschiedliche Spannungen
an die jeweiligen Elektroden anzulegen.
In der Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik
Ausführungsbeispiele der Erfindung
dar. Es zeigt
Fig. 1 (A) bis 1 (E) Signalverläufe von Spannungen, die
in herkömmlicher Weise an eine
matrixförmige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
angelegt werden und die zur Erläuterung
der Betriebsweise der matrixförmigen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
herangezogen werden,
Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des
Zusammenhangs zwischen den Werten α und N der
matrixförmigen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung,
Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des
Zusammenhangs zwischen der angelegten Spannung
und der Intensität des transmittierten Lichts
bei der matrixförmigen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung,
Fig. 4 ein elektrisches Schaltdiagramm der matrixförmigen
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung,
Fig. 5 (A) und 5 (B) Signalverläufe von Spannungen, die an
die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach
Fig. 4 anlegbar sind,
Fig. 6 ein elektrisches Schaltdiagramm eines anderen
Ausführungsbeispiel der matrixförmigen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
und
Fig. 7 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des
Zusammenhangs zwischen der Intensität des transmittierten
Lichts und der angelegten Spannung
für jeweils unterschiedliche Farben Rot, Grün
und Blau.
Im nachfolgenden wird das Ansteuerprinzip
näher erläutert. Die Fig.
1 (A) bis 1 (E) zeigen Beispiele bzw. Signalverläufe von
Spannungen aufgrund der Spannungsmittelwertbildung, die
an die matrixförmige X-Y-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
anlegbar sind. In Fig. 1 (A) ist dabei der Signalverlauf
derjenigen Spannung angegeben, die an die Abtastelektrode
Y₁ angelegt wird. Die Signalverläufe derjenigen
Spannungen, die jeweils an die Signalelektroden X₁ und X₂
angelegt werden, sind in den Fig. 1 (B) und 1 (C) gezeigt.
Fig. 1 (D) stellt den Signalverlauf derjenigen Spannung
dar, durch die die Bildelemente eingeschaltet werden bzw.
aufleuchten, während Fig. 1 (E) den Signalverlauf derjenigen
Spannung angibt, die den ausgeschalteten bzw. nichtleuchtenden
Bildelementen zugeführt wird. Die EIN-Periode
für eine Abtastelektrode ist mit t bezeichnet, während T
ein Bildzyklus ist. V₁ ist die Spitzenspannung, die an die
Abtastelektrode angelegt wird, während V₂ die Spitzenspannung
an den Signalelektroden ist.
Wie bereits zuvor erwähnt, weist eine matrixförmige X-Y-
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ein maximales Kontrastverhältnis
auf, wenn die Spannungen V₁ und V₂ die
durch die Gleichung (1) angegebene Beziehung zueinander
besitzen. In diesem Fall wird das Verhältnis α derjenigen
Spannung, die an den eingeschalteten Bildelementen liegt,
zu derjenigen Spannung, die an den ausgeschalteten Bildelementen
liegt, durch die genannte Gleichung (2) beschrieben.
Im folgenden sei angenommen, daß die Spannungen V₁ und V₂
nicht die oben beschriebene Beziehung zueinander aufweisen,
sondern wie folgt miteinander verknüpft sind:
Für das Verhältnis α ergibt sich dann der nachstehende
Ausdruck:
Wie anhand der Fig. 2 zu erkennen ist, durch die die Gleichung
(4) graphisch dargestellt wird, ändert sich das Verhältnis
α nur wenig bei großen Werten N innerhalb einer
Schwankungsbreite des Werts k von ± 50%.
Ferner läßt sich die Spannung V EIN, die an eingeschalteten
Bildelementen liegt, durch folgende Gleichung ausdrücken:
Wie anhand dieser Gleichung (5) zu erkennen ist, ändert
sich V EIN in Abhängigkeit von den Spannungen V₁ und V₂.
In Fig. 3 ist der Zusammenhang zwischen der angelegten
Spannung und der Intensität des transmittierten Lichts
durch den Flüssigkristall hindurch dargestellt. Der Flüssigkristall
(a) wird durch die angelegten Spannungen V EIN
und V AUS jeweils ein- und ausgeschaltet, während die Flüssigkristalle
(b) und (c) nicht in geeigneter Weise ein-
und ausgeschaltet werden, da Diskrepanzen zwischen den
Flüssigkristalleigenschaften und der ausgewählten angelegten
Spannung bestehen.
Um ein unterschiedliches Verhalten verschiedener Flüssigkristalle
berücksichtigen zu können, werden die Spannungen V₁
und V₂ gemäß Gleichung (5) eingestellt, um auf diese Weise
eine geeignete Spannung V EIN einzustellen. Da andererseits
das Verhältnis α nur geringen Schwankungen im Bereich großer
Werte von N unterliegt, wird dadurch auch die Spannung
V AUS geeignet eingestellt. Im Ergebnis bedeutet dies, daß
selbst Flüssigkristalle mit verschiedenen Eigenschaften,
wie sie in Fig. 3 (b) und (c) dargestellt worden sind, hinreichend
gut angesteuert werden können. Ist der Wert N
groß, so können, wie oben beschrieben, die Spannungen V EIN
und V AUS durch Steuerung der Spannungen V₁ und V₂ in geeigneter
Weise eingestellt werden, ohne daß eine wesentliche
Änderung des Verhältnisses α hervorgerufen wird. Das Prinzip
besteht also darin, für Flüssigkristalle
mit verschiedenen Eigenschaften die jeweiligen Spannungen
V EIN und V AUS in geeigneter Weise einzustellen, um dadurch
ein gleichmäßigeres Bild bzw. einen gleichmäßigeren
Bildkontrast zu erzielen.
Die Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer matrixförmigen
X-Y-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach einem ersten
Ausführungsbeispiel. Die matrixförmige
X-Y-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung 10 enthält 160 X-
Elektroden (Signalelektroden) X₁ bis X₁₆₀ sowie 120 Y-
Elektroden (Abtastelektroden) Y₁ bis Y₁₂₀. Eine Abtasttreiberschaltung
12 liefert Abtastspannungen V₁ zu den Y-
Elektroden Y₁ bis Y₁₂₀. Die X-Elektroden X₁ bis X₁₆₀ sind
in vier gleich große Blöcke A, B, C und D unterteilt. Mit
jedem Block A, B, C und D ist jeweils eine Datentreiberschaltung
14 A, 14 B, 14 C und 14 D verbunden. Auf diese Weise
lassen sich unabhängig voneinander Signalspannungen V 2A ,
V 2B , V 2C und V 2D zu den X-Elektroden der jeweiligen Blöcke
A, B, C und D liefern. Die Datentreiberschaltungen 14 A,
14 B, 14 C und 14 D sind jeweils mit Datensteuerschaltungen
16 A, 16 B, 16 C und 16 D verbunden, die die Signalspannung
V₂ empfangen und so steuern, daß an den jeweiligen
Ausgängen die Signalspannungen V 2A , V 2B , V 2C und V 2D , wie
in Fig. 4 gezeigt ist, anliegen. Darüber
hinaus werden bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4
X-Elektroden X₁ bis X₁₆₀ mit Widerständen von 10 kΩ und Y-
Elektroden Y₁ bis Y₁₂₀ mit Widerständen von 70 kΩ eingesetzt.
Die Anzeigeeinrichtung 10 wird als erstes dadurch
angesteuert, daß die Abtastspannung V₁ an die Abtasttreiberschaltung
12 und die Signalspannung V₂ an die Datensteuerschaltungen
16 A, 16 B, 16 C und 16 D angelegt werden.
Die nach dem Spannungsmittelwert-Bildungsverfahren erzeugten
Spannungssignale weisen ein Tast- bzw. Abtastverhältnis
von 1/120 und eine Bildfrequenz von 60 Hz auf.
Ist V₂ = V 2A = V 2B = V 2C = V 2D , so verschlechtert sich der
Kontrast gleichmäßig vom Punkt P₁ in Richtung des Punkts
P₂ auf der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung 10. Dies
liegt daran, daß die elektrostatische Kapazität der Flüssigkristalle
eine Zeitverzögerung bei der angelegten Spannung
und bei einem höheren Elektrodenwiderstand verursacht,
so daß die angelegte Spannung nach Fig. 5 (A) in eine
solche umgewandelt werden, die in Fig. 5 (B) gezeigt ist.
Je weiter also die Flüssigkristalle von der Spannungssignal-Eingangsklemme
entfernt sind, desto weniger wirksame
Spannungen V EIN und V AUS lassen sich an die Flüssigkristalle
anlegen, so daß diese nicht in gewünschter Weise
angesteuert werden. Eine Kontrastverschlechterung ist die
Folge. Werden die Signalspannungen an den Eingängen der
Datentreiberschaltungen 14 A, 14 B, 14 C und 14 D jedoch so
eingestellt, daß die Beziehung V₂ = V 2A < V 2B < V 2C < V 2D
gilt, so läßt sich der oben beschriebene ungleichförmige
Kontrast korrigieren. Daher wird ein Bild mit regulärem
und im wesentlichen gleichförmigem Kontrast auf dem gesamten
Anzeigefeld 10 der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
erhalten. Werden hochohmige Elektroden als X-Elektroden
verwendet, so ist es ebenfalls möglich, den Kontrast
durch Unterteilung der Y-Elektroden Y₁ bis Y₁₂₀ in eine
Mehrzahl von Blöcken einzustellen, wobei die Abtastspannung
V₁ für jeden Block in der gleichen Weise gesteuert
wird wie die Signalspannung V₂.
In Fig. 6 ist ein elektrisches Schaltdiagramm eines zweiten
Ausführungsbeispiels einer matrixförmigen X-Y-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
dargestellt.
Es handelt sich hierbei um eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
zur Erzeugung farbiger Bilder. Die matrixförmige
X-Y-Farbflüssigkristall-Anzeigeeinrichtung 20 enthält X-
Elektroden (Signalelektroden) X₁ bis X k und Y-Elektroden
(Abtastelektroden) Y₁ bis Y n. Die X-Elektroden (Signalelektroden)
X₁ bis X k bilden Elektroden für die Farben rot
(R), grün (G) und blau (B). Die Farbgebung kann beispielsweise
durch entsprechende Filter erfolgen. Mit den
Y-Elektroden (Abtast- bzw. Scan-Elektroden) Y₁ bis Y n ist
eine Abtasttreiberschaltung 22 verbunden, um eine Abtastspannung
V₁ an die Y-Elektroden (Abtastelektroden) Y₁ bis
Y n anzulegen. Eine Datentreiberschaltung 24 R für die
Signalelektroden der roten Farbe ist mit allen X-Elektroden R für die rote Farbe verbunden,
um an diese eine Signalspannung V 2R anzulegen. Die
X-Elektroden für die grüne Farbe G sind mit einer Datentreiberschaltung
24 G verbunden, um von dieser eine Signalspannung V 2G zu erhalten.
Dagegen sind die X-Elektroden B für die blaue Farbe mit einer
Datentreiberschaltung 24 B verbunden, um von dieser eine
Signalspannung V 2B zu erhalten.
Die Intensität des transmittierten Lichts durch jeden farbigen
Flüssigkristall bzw. farbigen Bereich hängt von der
angelegten Spannung sowie von der jeweiligen Farbe ab. Wie
beispielsweise die Fig. 7 zeigt, nimmt die Abhängigkeit
der Intensität des transmittierten Lichts bei angelegter
Spannung in der Rangfolge Blau, Grün, Rot zu. Es ist daher
möglich, die Farben Schwarz oder Weiß mit derselben
angelegten Spannung zu synthetisieren. Werden dagegen die
Signalspannungen V 2R , V 2G und V 2B , die über die jeweiligen
Datentreiberschaltungen 24 R, 24 G und 24 B an die X-Elektroden
X₁ bis X k angelegt werden, die in eine der Anzahl der
Farben entsprechende Zahl von Blöcken unterteilt sind, so
eingestellt, daß die Beziehung V 2R < V 2G < V 2B gilt, so
werden die angelegten Spannungen (V EIN, V AUS), die die Intensität
des transmittierten Lichts für die verschiedenen
Farben bestimmen, so eingestellt, daß die Intensitäten für
transmittierte Strahlung bei den verschiedenen Farben und
bei gegebener angelegter Spannung (V EIN, V AUS) miteinander
übereinstimmen. Auf diese Weise wird es möglich, weiße
oder schwarze Farben und ausgeglichene neutrale bzw. andere
Farbtöne zu synthetisieren.
Claims (4)
1. Matrixförmige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung,
mit einer Anzahl von in einer Richtung liegenden Signalelektroden
(X₁, X₂, . . . , X₁₆₀; X₁, X₂, . . . , X k) und einer
Anzahl von in einer dazu senkrechten Richtung liegenden Abtastelektroden
(Y₁, Y₂, . . . , Y₁₂₀; Y₁, Y₂, . . . , Y n), wobei
die Signalelektroden und/oder die Abtastelektroden in eine
Mehrzahl von Blöcken (A, B, C, D; R, G, B) unterteilt sind,
und mit einer Ansteuerschaltung, die mit den Blöcken der
Signalelektroden und/oder Abtastelektroden jeweils verbundene
Steuereinrichtungen (16 A, 16 B, 16 C, 16 D; 24 R, 24 G,
24 B) aufweist, um unabhängig voneinander einstellbare Spannungen
an die entsprechenden Blöcke der Signalelektroden
bzw. Abtastelektroden legen zu können, dadurch gekennzeichnet,
daß eine an die Abtastelektrode angelegte Spannung
(V₁) und eine an die Signalelektrode angelegte Spannung
(V₂) in folgender Beziehung
zueinander stehen, wobei die Anzahl (N) der Abtastelektroden
oder Signalelektroden ≧ 100 ist und das Verhältnis (k)
den Wert k = (0,5 bis 1,5) ± 50% aufweist.
2. Matrixförmige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalelektroden
verschiedene Farben (r, g, b) zugeordnet sind,
und daß jeweils in einem Block (R, G, B) nur Signalelektroden
für eine Farbe enthalten sind.
3. Matrixförmige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Blöcke (R, G,
B) mit Signalelektroden für jeweils rote, grüne und blaue
Farben vorhanden sind.
4. Matrixförmige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß sich eine Einschaltspannung (V EIN) für die Flüssigkristalle
zu
und eine zugehörige Ausschaltspannung (V AUS) zu
bestimmt.
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