HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkristallanzeigebildschirm des
Typs mit aktiver Matrix, der nichtlineare Widerstandselemente als Schaltelemente
verwendet. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen
Flüssigkristallanzeigebildschirm mit nichtlinearen Widerstandselementen, die in Abhängigkeit von der Polarität
einer an die Elemente angelegten Spannung asymmetrische nichtlineare Eigenschaften
aufweisen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
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Die Flüssigkristallanzeigebildschirme werden groß, und die
Flüssigkristallanzeigebildschirme mit einem einfachen Matrixaufbau, die Multiplex-Ansteuersysteme verwenden,
weisen ein Problem hinsichtlich einer Verminderung des Kontrastes mit Zunahme der
Zeitaufteilungsrate auf, was es schwierig macht, ein ausreichendes Maß an Kontrast in
dem Fall zu erzielen, wenn sie 200 oder mehr Abtastzeilen aufweisen. Um den
obigen Defekt zu eliminieren, wurde daher ein Flüssigkristallanzeigebildschirm des Typs
mit aktiver Matrix verwendet, bei dem die einzelnen Flüssigkristallpixel mit einem
Schaltelement versehen sind. Die Flüssigkristallanzeigebildschirme des Typs mit
aktiver Matrix können grob in jene des Dreipol-Typs, die Dünnfilmtransistoren verwenden,
und jene des Zweipol-Typs unterteilt werden, die nichtlineare Widerstandselemente
verwenden. Vom Standpunkt der Konstruktion und Fertigung her sind jedoch die
Bildschirme des Zweipol-Typs überlegen. Die Bildschirme des Zweipol-Typs umfassen
jene des Dioden-Typs, des Varistor-Typs, des MIM(Metall-Isolator-Metall)-Typs und
ähnliche Typen. Unter diesen ist jedoch der Bildschirm des MIM-Typs vom Aufbau her
besonders einfach und kann unter Verwendung einer reduzierten Anzahl von Schritten
hergestellt werden.
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Fig. 10 zeigt einen Aufbau eines Flüssigkristallanzeigebildschirms, der nichtlineare
Widerstandselemente verwendet. Abtastelektroden S1 bis SN und Signalelektroden
D1 bis DN sind auf den entgegengesetzten Oberflächen von zwei Glassubstratstücken
vorgesehen. Ein Anzeigepixel, das aus einem nichtlinearen Widerstandselement 41
und einem Flüssigkristallpixel 42 besteht, ist an jedem Überschneidungsbereich der
Abtastelektrode und der Signalelektrode ausgebildet. Wenn eine Ansteuerspannung
angelegt wird, um das Flüssigkristallpixel 42 anzuschalten, weist das nichtlineare
Widerstandselement einen niedrigen Widerstand auf, und das Flüssigkristallpixel wird mit
einer kleinen Zeitkonstante angeschaltet. Wenn die Ansteuerspannung ausgeschaltet
wird, weist das nichtlineare Widerstandselement einen hohen Widerstand auf, und die
elektrische Entladung findet mit einer großen Zeitkonstante statt. Das Ergebnis ist
daher eine Erhöhung des Verhältnisses der effektiven Werte der Spannungen, die an
die Flüssigkristalle angelegt werden, wenn sie an- und ausgeschaltet werden, was es
möglich macht, die Multiplexansteuerung auszuführen, während eine hohe Pixeldichte
aufrechterhalten wird.
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Einige nichtlineare Widerstandselemente weisen in Abhängigkeit von der Polarität der
angelegten Spannung asymmetrische nichtlineare Charakteristika auf. Das heißt unter
Bezugnahme auf Fig. 2, die den Transmissionsfaktor in Abhängigkeit von der
Schreibspannung zeigt, daß die Charakteristika der positiven Seite und die Charakteristika der
negativen Seite aufgrund der asymmetrischen Charakteristika des nichtlinearen
Widerstandselements asymmetrisch zueinander sind. Hierbei steht die positive Seite für den
Fall, in dem eine positive Spannung an das nichtlineare Widerstandselement angelegt
wird, wenn das Anzeigepixel als ein Ersatzschaltkreis angesehen wird, in dem das
nichtlineare Widerstandselement und das Flüssigkristallpixel seriell miteinander verbunden
sind, und die negative Seite steht für den Fall, in dem eine negative Spannung daran
angelegt wird. Fig. 11 zeigt Spannungs-Strom-Kennlinien, die große asymmetrische
Charakteristika bezüglich der Polarität der angelegten Spannung aufweisen. Die Kurve
A repräsentiert Elementcharakteristika der positiven Seite, und die Kurve B
repräsentiert Elementcharakteristika der negativen Seite. Wenn der
Flüssigkristallanzeigebildschirm im Multiplexbetrieb angesteuert werden soll, wird die an das Flüssigkristallpixel
angelegte Spannung im allgemeinen für jedes Halbbild (Periode von einer gegebenen
Abtastung zu einer nächsten Abtastung der gleichen Zeile) invertiert oder wird durch
das Wechselstromansteuerverfahren für jede Zeile invertiert. Hierbei werden jedoch,
wenn auf die Spannung geachtet wird, die unter der Bedingung an das
Flüssigkristallpixel angelegt wird, unter der das nichtlineare Widerstandselement in Abhängigkeit
von der positiven Seite und der negativen Seite asymmetrische nichtlineare
Charak
teristika zeigt, wie oben beschrieben, möglicherweise unterschiedliche Spannungen an
das Flüssigkristallpixel angelegt, da in Abhängigkeit von der positiven Seite und der
negativen Seite unterschiedliche Spannungen an das nichtlineare Widerstandselement
angelegt werden.
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Als ein Resultat bewirken Flimmern und Ablenkung von Ionen in dem Flüssigkristall,
daß das Bild wie ein Restbildphänomen auf das Pixel gedruckt wird, und die
Anzeigequalität verschlechtert sich beträchtlich.
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Des weiteren offenbart die japanische Patentanmeldung Nr. 181229/1989 ein
Verfahren zur Steigerung der Anzeigequalität durch Kompensation von asymmetrischen
nichtlinearen Charakteristika. Das in der Anmeldung Nr. 181229/1989 offenbarte
Ansteuerverfahren wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 12 und 11 beschrieben.
Wie in Fig. 12 gezeigt, liegt das Merkmal dieses Ansteuerverfahrens darin, daß in
Abhängigkeit von Schreiben oder Nicht-Schreiben unterschiedliche Offset-Spannungen,
d. h. Voff 3 und Voff 2, an die Abtastelektrode angelegt werden. Hierbei werden
die Offset-Spannungen wie nachstehend beschrieben eingestellt. Als erstes werden ein
Element-Anschaltstrom während des Schreibens, der aus der Ansteuerspannung
bestimmt wird, und ein Element-Ausschaltstrom während des Nicht-Schreibens in dem
Diagramm der Spannungs-Strom-Kennlinien eines nichtlinearen Widerstandselements
von Fig. 11 eingezeichnet. Es wird eine Spannung gefunden, die einem dem
Anschaltstrom entsprechenden mittleren Punkt P1 der Spannung zwischen der positiven Seite
und der negativen Seite entspricht und die mit Voff 3 bezeichnet ist. In ähnlicher Weise
wird eine Spannung gefunden, die einem dem Ausschaltstrom entsprechenden mittleren
Punkt P2 der Spannung zwischen der positiven Seite und der negativen Seite entspricht
und die mit Voff 2 bezeichnet ist. Somit wird die Offset-Spannung nicht einfach
angelegt, sondern die Offset-Spannungen werden in Abhängigkeit von der Schreib- und der
Nicht-Schreib-Spannung unabhängig eingestellt, um die Ansteuerspannung zu
realisieren, die den Spannungs-Strom-Charakteristika der positiven Seite und der negativen
Seite des nichtlinearen Widerstandselements genau entspricht.
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Das oben erwähnte Verfahren zur Einstellung der Offset-Spannung des Abtastsignals ist
in der Lage zu verhindern, daß sich die Qualität der Anzeige aufgrund der
asymmetrischen Charakteristika des nichtlinearen Widerstandselements verschlechtert, ist jedoch
nicht ausreichend, da die Amplitude des Datensignals konstant bleibt und der
Modulationsbereich des Transmissionsfaktors des Flüssigkristallpixels für die Schreibspannung
in Abhängigkeit von der positiven Seite und der negativen Seite unterschiedlich ist.
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Außerdem besteht ein Problem hinsichtlich der Gradationsanzeige. Fig. 13 zeigt
Signalverläufe von Datensignalen in dem Fall, in dem die Gradation unter Verwendung
der Impulsbreitenmodulation angezeigt wird. Das Verhältnis einer Periode f, während
der die Spannung Vd1 beträgt, zu einer Periode e, während der die Spannung Vd2
beträgt, ändert sich in Abhängigkeit von der Gradation. Es wird auf. Fig. 13
Bezug genommen, in der ein Pixel durch einen Impuls angesteuert wird, der das gleiche
Verhältnis von positivseitigem Halbbild zu negativseitigem Halbbild aufweist. Wenn
die nichtlinearen Charakteristika des nichtlinearen Widerstandselements aufgrund der
Polarität der Spannung stark asymmetrisch sind, werden die Transmissionsfaktoren
aufgrund des positivseitigen Halbbildes und des negativseitigen Halbbildes lediglich an
einem Punkt g gleich, wie in Fig. 14 gezeigt, sind jedoch in anderen
Transmissionsfaktorbereichen unterschiedlich. Selbst in diesem Fall ist es daher nicht möglich, die
Degradation der Bildqualität ausreichend zu verhindern, die durch Flimmern und Laufen
verursacht wird. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Verfahrens zum Ansteuern eines Flüssigkristallanzeigebildschirms, das auf einem
Impulsbreitenmodulationsschreibsystem mit hoher Anzeigequalität basiert und frei von
Problemen ist, die durch die an die Signalelektroden angelegten Impulssignalverläufe
verursacht werden.
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Die europäische Patentanmeldung EP-A-0360523 offenbart ein System, bei dem die
Amplitude des Datensignals zwischen positiven und negativen Halbbildern variiert
wird, um Flimmern zu vermeiden; das Impulsbreitenverhältnis wird jedoch ungeachtet
dessen, ob es sich um ein positives Halbbild oder ein negatives Halbbild handelt, auf
den gleichen Wert eingestellt.
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Die europäische Patentanmeldung EP-A-0508628 offenbart eine
Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die zu einer Gradationsanzeige in der Lage ist und eine Mehrzahl von
Abtastelektroden und eine Mehrzahl von Signalelektroden, eine Matrix von
Anzeigeelementen entsprechend den Schnittpunkten der Abtastelektroden und der
Signalelektroden, wobei jedes der Anzeigeelemente sowohl ein Flüssigkristallpixel als auch ein
nichtlineares Widerstandselement aufweist, das in Abhängigkeit von der Polarität der
angelegten Spannung asymmetrische nichtlineare Charakteristika zeigt, um
asymmetrische elektro-optische Charakteristika aufzuweisen; Mittel zum Zuführen von
Abtastsignalen zu den Abtastelektroden und Mittel zum Zuführen eines Datensignals, das
Gradationsinformationen beinhaltet, zu den Signalelektroden beinhaltet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist gegenüber der Offenbarung der EP-A-0508628
dahingehend gekennzeichnet, daß das Datensignal in Form eines bipolaren Impulses vorliegt,
bei dem das Verhältnis der Breite des positiven Teils zu der Breite des negativen Teils
durch die anzuzeigende Gradation festgelegt ist, wobei das Verhältnis gemäß den
asymmetrischen elektro-optischen Charakteristika der Anzeigeelemente unabhängig für das
positivseitige Halbbild und für das negativseitige Halbbild eingestellt werden, damit
die Anzeigeintensität bei dem maximalen, dem minimalen und Zwischenwerten der
Gradation während des positivseitigen Halbbildes und des negativseitigen Halbbildes
konvergiert.
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Fig. 1 ist ein Diagramm von Signalverläufen, das ein Ansteuerverfahren illustriert;
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Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Schreibspannung und
dem Transmissionsfaktor darstellt;
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Fig. 3 ist ein Diagramm von Signalverläufen, welches das Ansteuerverfahren
gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung illustriert;
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Fig. 4 ist ein Diagramm, das Transmissionscharakteristika nach Einstellen des
Signalverlaufs in Fig. 1 darstellt;
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Fig. 5 ist ein Diagramm von Signalverläufen von Datensignalen gemäß der ersten
Ausführungsform;
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Fig. 6 ist ein Diagramm von Signalverläufen, das ein weiteres Ansteuerverfahren
illustriert;
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Fig. 7 ist ein Diagramm eines Signalverlaufs von Datensignalen von Fig. 6;
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Fig. 8 ist ein Diagramm von Signalverläufen, welches das Ansteuerverfahren
gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert;
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Fig. 9 ist ein Diagramm von Signalverläufen, das ein weiteres Ansteuerverfahren
illustriert;
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Fig. 10 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Flüssigkristallbildschirms darstellt,
der mit nichtlinearen Widerstandselementen versehen ist:
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Fig. 11 zeigt eine Spannungs-Strom-Kennlinie eines nichtlinearen
Widerstandselements mit asymmetrischen nichtlinearen Charakteristika;
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Fig. 12 ist ein Diagramm von Signalverläufen von Abtastsignalen in einem
herkömmlichen Ansteuerverfahren;
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Fig. 13 ist ein Diagramm eines Signalverlaufs von Datensignalen in dem
herkömmlichen Ansteuerverfahren; und
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Fig. 14 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Impulsbreite und dem
Transmissionsfaktor gemäß einem herkömmlichen
Impulsbreitenmodulationsansteuerverfahren darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nunmehr wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit
den Zeichnungen beschrieben. Der in dieser Ausführungsform verwendete
Flüssigkristallanzeigebildschirm weist den Aufbau von Fig. 10 auf, der von dem herkömmlichen
Ansteuerverfahren eingesetzt wird. Außerdem zeigt das nichtlineare
Widerstandselement die gleichen Charakteristika wie jene, die von dem herkömmlichen
Ansteuerverfahren verwendet werden, und seine Spannungs-Strom-Kennlinie ist wie in Fig. 11
gezeigt. Gemäß einem Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, jedoch
keine Ausführungsform der Erfindung bildet, wird der Flüssigkristallanzeigebildschirm
durch eine Anlegespannung angesteuert, das heißt durch Anlegen einer
Abtastspannung, die in Fig. 1 gezeigt ist, an die Abtastelektrode und durch Anlegen einer
Datensignalspannung von Fig. 1 und dergleichen an die Signalelektrode. Die Signalverläufe
dieser Signale werden nunmehr detailliert beschrieben. Die Spannungen c und d von
Abtastsignalen während der Nicht-Schreibperiode sind jene, die durch Addieren der
Offset-Spannung Voff2 von Fig. 12 zu den Vorspannungen Vbias 1 und Vbias 2
erhalten werden. Es war bekannt, daß die Ansteuerbarkeit zunimmt, wenn die
Vorspannung angelegt wird, und die asymmetrischen Charakteristika des Elements während
des Nicht-Schreibens werden relativ kompensiert, wenn die Offset-Spannung angelegt
wird.
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Die Abtastspannung des Abtastsignals wird wie nachfolgend beschrieben eingestellt.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Anlegespannungs-Kennlinie für den
Transmissionsfaktor während des Schreibens zeigt, wenn die Datensignalspannung auf 0 V gesetzt ist,
und für die Anlegespannungen während des Schreibens auf das Pixel in den zwei
Halbbildern wird gefunden, daß der Transmissionsfaktor zwischen dem positivseitigen
Halbbild und dem negativseitigen Halbbild während des Schreibens der gleiche ist. Hierbei
ist, wenn der Modulationsbereich des Transmissionsfaktors zwischen T1 und T2
eingestellt wird, die entsprechende Anlegemodulationsspannung während des Schreibens
dann a2 in dem positivseitigen Halbbild und b2 in dem negativseitigen Halbbild. Der
Transmissionsfaktor wird durch das Verfahren zur Modulation der Impulsamplitude
von der Signalelektrode moduliert; wie in Fig. 1 gezeigt, wird die Anlegespannung
von der Abtastelektrode während des Schreibens auf einen mittleren Punkt von
Spannungen eingestellt, die den Transmissionsfaktoren T1 und T2 entsprechen. Das heißt,
(Val + Va2)/2 = a1 in dem positivseitigen Halbbild und (Vb1 + Vb2)/2 = b1 in
dem negativseitigen Halbbild. Daher ist die Offsetspannung während des Schreibens
die Differenz zwischen a1 und b1, die Voff 1 beträgt. Diese Offsetspannung kann für
die Impulsamplitudenmodulation optimiert werden und erzeugt vom Standpunkt des
Standes der Technik aus einen speziellen Fall von Offsetspannung.
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Die maximale Amplitude des Datensignals wird auf die Spannung eingestellt, die dem
Modulationsbereich T1 bis T2 des Transmissionsfaktors von Fig. 2 entspricht, und
die Amplitude desselben wird entsprechend der Gradation gesteuert. Das heißt, die
Spannung a2 wird in dem positivseitigen Halbbild angelegt, und die Spannung b2 wird
in dem negativseitigen Halbbild angelegt.
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Auf diese Weise wird bei Betrachtung der Impulsamplitudenmodulation die Differenz
der Transmission zwischen dem positivseitigen Halbbild und dem negativseitigen
Halbbild vermindert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 3 gezeigt, wird der Transmissionsfaktor
durch das Verfahren zur Modulation der Breite des Impulses von der Signalelektrode
moduliert. Wie oben erläutert, ist in diesem Fall, in dem die Spannungen der
Abtastsignale in dem positivseitigen Halbbild und dem negativseitigen Halbbild auf a1, b1
eingestellt werden, die Spannungen der Datensignale in dem positivseitigen Halbbild
und dem negativseitigen Halbbild auf a2, b2 eingestellt werden und die
Impulsbreitenmodulation verwendet wird, bei der die Impulsbreiten für jede Gradation in dem
positivseitigen Halbbild und dem negativseitigen Halbbild einander gleich sind, die
Differenz der Transmission während der zwischenliegenden Gradation wie in Fig. 4
gezeigt. Nachfolgend wird die Reduktion der Differenz der Transmission erörtert. Fig.
5 zeigt Datensignale in jeder der Gradationen, mit denen die Gradationsanzeige in vier
Gradationen bewirkt wird. Ta und Td entsprechen T2 und T1 von Fig. 2, und Tb
sowie Tc sind zwischenliegende Transmissionsfaktoren. Somit werden Datensignale mit
Impulsbreiten verwendet, die separat in dem positivseitigen und in dem negativseitigen
Halbbild derart eingestellt werden, daß die Transmissionsfaktoren in dem
positivseitigen Halbbild und in dem negativseitigen Halbbild in jeder der Gradationen einander
gleich werden, wie in Fig. 3 gezeigt.
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Für eine Modifikation, wie in Fig. 6 gezeigt, sind die Impulsamplituden von
Datensignalen entsprechend T2 und T1 die gleichen wie jene von Fig. 2. Als nächstes wird
das Verhältnis der Breiten f und e der Datensignale in dem
Impulsbreitenmodulationsverfahren für die Gradationsanzeige in dem positivseitigen Halbbild und dem
negativseitigen Halbbild konstant eingestellt. Als ein Resultat ergibt sich ein Problem, wie in
Fig. 4 gezeigt, in der zwischenliegenden Gradation, wenn ein
Flüssigkristallanzeigebildschirm angesteuert wird. Daher werden für das obige Problem, wie in Fig. 7 gezeigt,
die Impulsamplituden a2'(a2"), b2'(b2") der Datensignale in der zwischenliegenden
Gradation auf a2'(a2"), b2'(b2") in dem positivseitigen Halbbild beziehungsweise dem
negativseitigen Halbbild korrigiert, so daß der Transmissionsfaktor für jede Gradation
konstant wird.
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Für eine weitere Modifikation, wie in Fig. 8 gezeigt, ist der Transmissionsbereich T1
bis T2, der moduliert werden soll, in Fig. 2 bestimmt. Die Impulsamplituden von
Datensignalen werden in dem positivseitigen Halbbild und dem negativseitigen
Halbbild gleich groß eingestellt, während die Differenz an beiden Enden der Impulsbreite
im Stand der Technik auftritt, wie in Fig. 14 gezeigt. Selbst wenn a1, b1, b0 in Fig.
8 so eingestellt werden, daß die Differenz so klein wie möglich gemacht wird, wenn die
Impulsbreiten in dem positivseitigen Halbbild und dem negativseitigen Halbbild gleich
groß eingestellt werden, um den Flüssigkristallanzeigebildschirm anzusteuern, ist die
Differenz des Transmissionsfaktors für jede Gradation vorhanden, wie in Fig. 14
gezeigt. Daher wird die Impulsbreite auf e ≥ e korrigiert, wenn e ≥ g (Fig. 14), und auf
e < e', wenn e < g, so daß die Differenz des Transmissionsfaktors so klein wie möglich
wird. Außerdem weisen in Fig. 3 die angelegten Spannungen von der Signalelektrode
vier Pegel auf, das heißt a2/2, -a2/2 in dem positivseitigen Halbbild und b2/2, -b2/2
in dem negativseitigen Halbbild.
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Es gibt eine Vorgehensweise, um das obige Verfahren zu vereinfachen, das heißt zu
ermöglichen, daß die angelegten Spannungen von der Signalelektrode drei Pegel
aufweisen. Fig. 9 zeigt ein Beispiel dafür. Die angelegte Spannung von der Abtastelektrode
während des Schreibens wird auf a1 in dem positivseitigen Halbbild und auf b1 - (a2 -
b2)/2 = b3 in dem negativseitigen Halbbild eingestellt. In diesem Fall wird die Offset-
Spannung während des Schreibens Voff1 auf a1-b3 eingestellt. Diese Offset-Spannung
kann für die Impulsbreitenmodulation auf diese Weise optimiert; werden und erzeugt
vom Standpunkt des Standes der Technik einen speziellen Fall von Offset-Spannung.
Außerdem wird die angelegte Spannung von der Signalelektrode so gebildet, daß sie
drei Pegel aufweist, und zwar a2/2, -a2/2 in dem positivseitigen Halbbild und b4 =
a2/2, -b2/2 + (a2 - b2)/2.
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Das Ansteuerverfahren dieser Ausführungsform macht es möglich, in dem
positivseitigen Halbbild und in dem negativseitigen Halbbild die gleiche Spannung an die
Flüssigkristallschicht anzulegen. Als ein Ergebnis wird keine Gleichstromkomponente
angelegt, und die Anzeige wird ohne Flimmern und Laufen des Bildes realisiert.
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Gemäß dem bevorzugten Verfahren zum Ansteuern des Flüssigkristallanzeigebildschirms
werden die Signalpegel der Datensignale in Abhängigkeit von den Charakteristika des
nichtlinearen Widerstandselements geändert, und die Flüssigkristallpixel werden mit
einer Schreibspannung beaufschlagt, die den positivseitigen und negativseitigen
Transmissionsfaktormodulationsbereichen korrekter entspricht, was es möglich macht, eine
Anzeige mit geringem Flimmern und Laufen zu erzielen. Außerdem wird, selbst wenn
die Gradationsanzeige basierend auf der Impulsbreitenmodulation ausgeführt wird, die
Impulsbreite in Abhängigkeit von den nichtlinearen Charakteristika eingestellt.
Daher wird auf der positiven Seite und auf der negativen Seite eine gleiche Spannung an
die Flüssigkristallschicht angelegt, was es möglich macht, die Gradationsanzeige mit
geringerem Flimmern und Laufen zu realisieren.
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Des weiteren können die Datensignale in den drei Pegeln gebildet werden, um einen
angemessenen Schaltkreisaufbau einer Spannungsversorgungsquelle bereitzustellen und
den Flüssigkristallanzeigebildschirm mit hoher Genauigkeit anzusteuern.