DE3610916C2

DE3610916C2 -

Info

Publication number: DE3610916C2
Application number: DE3610916A
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Yamamoto; Yutaka Nara Jp Ishii; Hiroshi Ikoma Nara Jp Take
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1985-03-23
Filing date: 1986-03-24
Publication date: 1990-03-22
Also published as: US4801933A; GB2175119A; DE3610916A1; GB2175119B; JPS61219023A; GB8607279D0

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

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.