NL9002011A - Weergeefinrichting. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Weergeefinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een weergeefinrichting bevattende een elektro-optisch medium tussen twee steunplaten waarin met behulp van beeldelektroden op tenminste een van de steunplaten in meerdere deelelementen opgedeelde beeldelementen zijn gedefinieerd.

Weergeefinrichtingen van de genoemde soort kunnen worden toegepast voor het weergeven van alfa-numerieke informatie of videobeelden.

Een inrichting van de in de aanhef beschreven soort wordt beschreven in EP-A 0.316.774. De daar getoonde inrichting wordt bedreven met zogenaamde multiplexbesturing, waarbij in een systeem van elkaar loodrecht kruisende selectielijnen of adreslijnen (rijelektroden) en datalijnen (kolomelektroden) de besturing plaatsvindt door afwisselend de adreslijnen te bekrachtigen terwijl op de datalijnen de in te schrijven informatie wordt aangeboden. Door daarbij de kolomelektroden op te delen in deelelektroden (bijvoorbeeld volgens oppervlakte-verhoudingen 4:2:1) kunnen in een dergelijke inrichting verschillende transmissieniveaus (grijstinten) worden geïntroduceerd.

Om een groot aantal grijstinten te kunnen introduceren (bijvoorbeeld meer dan 50) neemt het aantal deelelektroden per kolom aanzienlijk toe (5 of meer). Hoewel dit enigszins kan worden ondervangen door de rijelektroden eveneens in deelelektroden op te delen, zoals in EP-A 0.316.774 gesuggereerd wordt, leidt dit tot andere problemen, zoals bijvoorbeeld een geringere efficiëntie in het te realiseren aantal grijstinten, doordat één grijstint op meerdere wijzen gedefinieerd kan worden.

Een andere mogelijkheid om grijstinten in te stellen bestaat hierin, dat men gebruik maakt van de transmissie-spannings-karakteristiek, met name als deze een slappe helling bezit zoals bijvoorbeeld bij weergeefinrichtingen gebaseerd op het getwist nematische vloeibaar kristal effect. Daarbij is echter een nauwkeurig identieke instelling, over de hele weergeefinrichting gezien, problematisch door lokale variaties in bijvoorbeeld drempelspanningen en spanningsvariaties ten gevolge van parasitaire weerstanden en capaciteiten.

In EP-A 0.361.981 wordt een mengvorm aangegeven waarbij bijvoorbeeld elk deelelement 4 subniveaus van transmissie kent, bijvoorbeeld 0, 1/3 Iq, 2/3 Iq en Iq. Ook hier doen zich echter problemen voor bij het definiëren van grijstinten, afhankelijk van de instelbaarheid van elk van de deelelementen.

Een ander nadeel bestaat hierin dat bij een gegeven aantal grijstinten de breedte van de smalste deelelektrode ten opzichte van die van de breedste deelelektrode erg klein wordt. Bij 256 grijstinten bedraagt de breedte van de smalste deelelektrode dan circa 1/17 van het geheel. Dit geeft problemen van lithografische aard.

De uitvinding stelt zich onder meer ten doel een weergeefinrichting te verschaffen, waarin deze problemen grotendeels worden voorkomen.

Verder stelt zij zich ten doel een weergeefinrichting te verschaffen waarbij de grijstinten met eenvoudige elektronica realiseerbaar zijn.

Een weergeefinrichting volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk dat één deelelement een oppervlak bezit dat ten hoogste gelijk is aan dat van een van de andere deelelementen en op meerdere transmissieniveaus instelbaar is terwijl de overige deelelementen uitsluitend tussen twee uiterste transmissietoestanden schakelbaar zijn.

De uitvinding berust op het inzicht dat een nauwkeurige eerste instelling (grofinstelling) van de grijsschaal mogelijk is door deze door de deelelementen met twee transmissietoestanden te laten bepalen met daarop gesuperponeerd een tweede instelling (fijninstelling) via het ene deelelement met meerdere transmissieniveaus.

Voor de eerste instelling kan bijvoorbeeld in passieve weergeefinrichtingen een opdeling worden gebruikt zoals beschreven in de niet vóórgepubliceerde Aanvrage No. 9000942 van Aanvraagster (PHN 13.304), waarvan de inhoud bij referentie in deze Aanvrage is opgenomen, maar ook actieve aansturing is mogelijk.

De oppervlakken van de overige deelelementen verhouden zich bij voorkeur als 2n : 2n_1 :...:2:1.

Als het ene deelelement hetzelfde oppervlak bezit als het kleinste van de overige deelelementen kunnen sommige grijstinten echter op twee verschillende manieren ingesteld worden.

Om dit te voorkomen heeft een voorkeursuitvoering van een weergeefinrichting volgens de uitvinding het kenmerk dat het instelbare deelelement m transmissieniveaus bezit en een oppervlak dat praktisch (1 - 1/m) maal het oppervlak van het kleinste van de overige elementen bedraagt.

Doordat de overige deelelementen slechts twee uiterste toestanden bezitten kan een weergeefinrichting waarin de beeldelementen matrixvormig gerangschikt zijn op eenvoudige wijze bestuurd worden door schakelelementen die deze deelelementen binair besturen en het instelbare deelelement analoog of met een aantal discrete niveaus besturen.

Binair schakelgedrag treedt op zichzelf op bij oppervlakte-gestabiliseerde ferro-elektrische vloeibaar kristal weergeefinrichtingen. Het ene deelelement met instelbare transmissieniveaus kan daarbij worden verkregen door het ferro-elektrisch kristal lokaal (ter plaatse van het ene element) een van de behandelingen te geven zoals omschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 8901481 (PHN 12.974) van Aanvraagster, of bijvoorbeeld door middel van diktevariaties in het element. Ook kan het kleinste deelelement zonodig via een actief schakelelement worden bestuurd zoals beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 8700627 (PHN 12.049) van Aanvraagster.

Uiteraard is het ook mogelijk een vloeibaar kristal (of ander elektro-optisch medium) met een slappe transmissie-spannings-karakteristiek waarbij de oppervlakte-elementen op soortgelijke wijze als boven beschreven, zijn gedefinieerd te besturen met binaire schakelelementen, terwijl het kleinste deelelement zonodig analoog (eventueel via een digitaal-analoog omzetter) bestuurd wordt.

Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen thans nader worden beschreven aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de tekening.

Figuur 1 toont schematisch in bovenaanzicht een weergeefcel volgens de uitvinding;

Figuur 2 toont schematisch een dwarsdoorsnede langs de lijn II-II in Figuur 1;

Figuur 3 toont schematisch een bovenaanzicht van een andere weergeefcel volgens de uitvinding;

Figuur 4 toont een schematische weergave van de wijze van besturing van een dergelijke weergeefcel; en

Figuur 5 toont schematisch een deel van een weergeefcel volgens de uitvinding voor actieve aansturing.

Figuur 1 toont schematisch een opdeling van elektroden 1, 2, waartussen zich een elektro-optisch materiaal bevindt. In dit voorbeeld zijn de elektroden, bijvoorbeeld een rijelektrode 1 en een kolomelektrode 2, opgedeeld in deelelektroden 2a, 2*\ 2C, 2^, waarvan de breedtes zich onderling verhouden als 4:2: 1 : 1. Ter plaatse van de kruising van de elektroden 2 (elektrodestroken) (2a, 2*\ 2C, 2^) en 1 is een weergeefcel 3 gedefinieerd die door het op geschikte wijze aansturen van de deelelektroden zijn elektro-optische eigenschappen geheel of gedeeltelijk kan veranderen.

Indien als elektro-optisch medium een vloeibaar kristal wordt gebruikt kan een zodanige spanning op de (deel)elektroden worden aangelegd dat een zekere spanningsdrempel wordt overschreden en de transmissietoestand (plaatselijk) verandert, bijvoorbeeld van lichtabsorberend naar lichtdoorlatend of omgekeerd. Dit gedrag kan mede bepaald worden door de stand van eventueel aanwezige polarisatoren.

Doordat de elektrode 2 opgedeeld is in deelelektroden is het mogelijk slechts een gedeelte van de weergeefcel 3 aan te sturen. Zo wordt bij de juiste bekrachtiging van de elektrode 1 en deelelektrode 2a het gedeelte 3a van de weergeefcel aangestuurd, waardoor dit deel bijvoorbeeld lichtdoorlatend wordt terwijl het overige gedeelte van de weergeefcel lichtondoorlatend blijft. Bij bekrachtiging Τ’* V» van de elektrode 1 en deelelektrode 2° wordt het gedeelte 3° aangestuurd etc. Op deze wijze kunnen verschillende oppervlakken van de weergeefcel 3 worden aangestuurd waardoor verschillende verhoudingen lichtdoorlatend/lichtondoorlatend (wit/zwart) worden verkregen, m.a.w. verschillende grijstinten.

Figuur 2 toont schematisch een dwarsdoorsnede van een deel van de inrichting langs de lijn II-II in Figuur 1.

De elektroden 1 en 2 zijn als parallel uitgevoerde stroken van doorzichtig geleidend materiaal (bijvoorbeeld indium-tin-oxyde) aangebracht op doorzichtige substraten 6, 7 van bijvoorbeeld glas of kwarts. De genoemde elektroden 1 en 2 zijn hierbij onderverdeeld, zoals boven beschreven, in kolom-deelelektroden 2a, 2^, 2C, 2^, terwijl zonodig ook de lijnelektroden zijn opgedeeld. Om de vloeibaar kristal moleculen ter plaatse van de elektroden een bepaalde voorkeursinrichting te geven zijn de elektroden bedekt met een elektrisch isolerende of oriëntatielaag 8. Tussen de beide substraten 6, 7 bevindt zich een laag vloeibaar kristal materiaal 9, in dit geval een ferro-elektrisch vloeibaar kristal materiaal. De inrichting kan als weergeefinrichting worden gebruikt en zal daarbij op algemeen gebruikelijke wijze voorzien zijn van polarisatoren kleurfilters, en/of spiegels alsmede van een verlichtingsinstallatie.

Het ferro-elektrisch vloeibaar kristal materiaal heeft een bistabiel schakelgedrag ter plaatse van de deelelektroden 2a, 2^, 2C zodat de gedeelten 3a, 3^, 3C uitsluitend schakelbaar zijn tussen twee uiterste toestanden, nl. praktisch geheel lichtdoorlatend en praktisch geheel lichtondoorlatend (binair schakelgedrag).

Volgens de uitvinding is het gedeelte 3^, dat in oppervlak gelijk is aan het gedeelte 3C, instelbaar op bijvoorbeeld vier niveaus. Dit kan bereikt worden door de weergeefcel 3 ter plaatse van het deel 3^ een slappe transmissie-spanningskarakteristiek te geven met behulp van variërende wisselspanningen tussen de elektroden 1 en 2^, zoals nader omschreven in NL-A 8901481 (PHN 12.974).

Als men voor de instelbare niveaus de waarden 0, 1/31, 2/3 I en I kiest voor de hoeveelheid doorgelaten licht per oppervlak en het oppervlak van het deel 3*^ de waarde a toekent, bedraagt de transmissie voor dit deel 3^ 0, 1/3 al, 2/3 al of al.

Indien de overige delen 3a, 3^, 3C van de beeldcel 3^ oppervlakken bezitten van respectievelijk 4a, 2a en a dan zijn hiermee 8 transmissieniveaus instelbaar, nl. 0, al, 2al, ...lal.

Op deze binair instelbare waarden kunnen dan de vier via het deel 3^ instelbare waarden gesuperponeerd worden zodat in totaal 32 transmissieniveaus van 0 tot 8al mogelijk zijn. Bij een groter aantal instelbare nveaus is dit aantal nog hoger. Algemener wordt door het toevoegen van een enkel deelelement dat op m verschillende waarden kan worden ingesteld het aantal grijstinten met een factor m vermenigvuldigd. Meer algemeen wordt door toepassing van de uitvinding het totaal aantal grijstinten bij n deelelementen en m verschillende transmissiewaarden voor het kleinste deelelement 2n_1.m. Bovendien zijn de grijstinten, voor zover uitsluitend bepaald door de binair instelbare waarden scherp gedefinieerd.

Hierdoor heeft, over een gehele weergeefinrichting gezien, een kleine verschuiving van de transmissie-spanningskarakteristiek (bijvoorbeeld door diktevariaties) nauwelijks invloed op de grijstinten omdat de grofinstelling hierdoor niet beïnvloed wordt, dit in tegenstelling tot de inrichting van EP-A 0.361.891 die een dergelijke grofinstelling in samenwerking met een fijninstelling niet kent.

Niettemin kent de inrichting volgens Figuur 1, 2 nog enige tekortkomingen, daar volledige aansturing van het deel 3^ van de beeldcel 3 eenzelfde transmissieniveau geeft als aansturing in het ene uiterste niveau van het deel 3C. Om dit te voorkomen heeft de beeldcel 13 in de inrichting volgens Figuur 3 deelcellen 13a, 13b, 13c, 13^, 13e, 13^ waarvan de oppervlakken zich verhouden als 16:8:4:2:1 : (1 - 1/m), waarbij m het aantal transmissieniveaus • f . .

is waarop het deel 13 van de weergeefcel 13 instelbaar is. Teneinde een dergelijke opdeling te verkrijgen worden de delen van éên weergeefcel nu gedefinieerd door rijelektroden 11 en kolomelektroden 13, die beide zijn opgedeeld in deelelektroden (11a, 11^, respectievelijk 12a, 12^, 12c). De binair schakelbare delen 13a, 13*1, 13C worden gedefinieerd ter plaatse van de rijelektrode 11a en kolomelektroden 11a, 1111C die daar een onderlinge breedteverhouding van 4:2:1 bezitten. De delen 13^, 13e worden gedefinieerd ter plaatse van de rijelektrode 11*3 met een onderlinge breedteverhouding van de kolommen van 2:1. Door een geschikte keuze * * a van de verhouding van de breedtes van de lijnelektroden 11 , 11 (nl. 8 : 1,107) wordt een inrichting verkregen die met betrekking tot de binair instelbare delen 13a, 13b, 13c, 13^, 13e dezelfde voordelen biedt als beschreven in de genoemde niet vóórgepubliceerde

Aanvrage No. 9000942, terwijl daarop met behulp van het deel 13 een fijninstelling van de transmissieniveaus gesuperponeerd wordt.

In het onderhavige voorbeeld is m = 8 en verhouden de breedtes van de kolomelektroden zich ter plaatse van de lijnelektrode 11a als 7 : 8 : 16. Bij volledige aansturing bedraagt de doorgelaten f (of geblokkeerde) hoeveelheid licht van het deel 13 dus 7/8 van die bij volledige aansturing van het deel 13e zodat de hierboven geconstateerde mogelijkheid tot aansturing van eenzelfde grijstint op twee manieren niet langer bestaat. De getoonde inrichting kent 25 = 32 grofinstellingen ter plaatse van de binair instelbare delen 13a, 13b, 13c, 13^, 13e. Door de instelling op 8 tussenliggende niveaus ter plaatse van het deel 13^ kent de weergeefinrichting dus een totaal aantal van 256 grijstinten. Zoals uit het bovenstaande blijkt heeft de lijnelektrode 11b een breedte die circa 1/8 van die van de totale lijnbreedte bedraagt, hetgeen uit lithografisch oogpunt voordelig is.

Op dezelfde wijze als beschreven in de niet vóórgepubliceerde Aanvrage No. 9000942 kan het kleinste deelelement weer zodanig gesitueerd worden dat het optisch zwaartepunt in het midden van het beeldelement ligt. Het kleinste deelelement wordt dan omringd door (delen van) het op een na grotere element enz.; de overige deelelementen liggen daarbij symmetrisch om het kleinste deelelement.

Figuur 4 toont schematisch een vervangingsschema van de inrichting volgens Figuur 3. Een ingangsschakeling 15 zet een binnenkomend signaal 16 dat de weer te geven informatie representeert, om in een aantal besturingssignalen 17. De besturingssignalen 17 besturen een aantal schakelaars 18 die een zodanige spanning op de delen 13a, 13b, 13c, 13d 13e zetten dat binair geschakeld wordt tussen zodanige spanningen (geleverd door schematisch aangegeven spanningsbronnen 19) dat deze schakelen tussen volledig doorlatend en volledig ondoorlatend. De besturingssignalen 18 besturen ook een instelbare weerstand 20 die het deel 13 van het weergeefelement afhankelijk van de aangeboden signalen op een van de weer te geven niveaus instelt. In plaats van een variabele weerstand kan ook bijvoorbeeld een digitaal-analoog-omzetter worden gebruikt. De besturingssignalen bestaan dan bijvoorbeeld uit een 8-bits signaal waarvan de 5 meest significante bits de instellingen van de schakelaars 18 bepalen en de 3 minst significante bits de instelling van de digitaal-analoog-omzetter .

Hoewel hierboven sprake was van een ferro-elektrisch medium dat zelf binair schakelt zodat de schakelaars 18 eigenlijk niet nodig zijn, zal het duidelijk zijn dat met behulp van deze schakelaars ook grijstinten in niet-binair schakelende media op de beschreven wijze kunnen worden weergegeven, mits de schakelaars schakelen tussen twee spanningswaarden die buiten de overgang in de transmissie-spannings-karakteristiek liggen. Op deze wijze is de uitvinding dus ook toepasbaar op bijvoorbeeld getwist nematische vloeibaar kristal inrichtingen.

Ook is de uitvinding niet noodzakelijk beperkt tot de hierboven getoonde passieve aansturing. Zo toont Figuur 5 deelelektroden 23a, 23^, 23c, 23^, 23e, 23·^ van een actief aangestuurde weergeefinrichting die aan de gewenste oppervlakteverhoudingen, zoals hierboven besproken, voldoen en via niet nader besproken schakelelementen 24 verbonden zijn met kolomelektroden 22a, 22*\ 22c. De deelelektroden 23, schakelelementen 24 en kolomelektroden 22 bevinden zich op een eerste substraat. De rijelektroden 21a, 21** bevinden zich in dit voorbeeld op een tweede substraat, dat samen met het eerste substraat en een afsluitrand een ruimte definieert die met vloeibaar kristal materiaal wordt opgevuld. De inrichting is zonodig op de gebruikelijke manier voorzien van kleurfliters, polarisatoren, etc.

Ter plaatse van de deelelektroden 23^ bezit de weergeefinrichting een slappe transmissie-spanningskarakteristiek die op meerdere waarden instelbaar is, terwijl deze ter plaatse van de overige deelelektroden tussen twee uitersten instelbaar is. Dit wordt weer bereikt door bijvoorbeeld gebruik te maken van een ferro-elektrisch vloeibaar kristallijn medium dat ter plaatse van deelelektrode 23^ een wisselspanningsbehandeling ondergaat. Ook kan weer gebruik gemaakt worden van getwist nematische vloeibaar kristallijne materialen die ter plaatse van de deelelektroden 23a, 23*\ 23c, 23^, 23e uitsluitend tussen twee uiterste toestanden worden gebruikt.

In plaats van de hier getekende tweepolen kunnen voor de schakelaars 24 ook driepolen worden gebracht. De rijelektroden 11 worden dan, bijvoorbeeld als smalle metaalsporen die de kolomelektroden kruisen, op hetzelfde substraat aangebracht, terwijl het andere substraat van één enkele tegenelektrode wordt voorzien.

Claims (8)

1. Weergeefinrichting bevattende een elektro-optisch medium tussen twee steunplaten waarin met behulp van beeldelektroden op tenminste een van de steunplaten in meerdere deelelementen opgedeelde beeldelementen zijn gedefinieerd met het kenmerk dat één deelelement een oppervlak bezit dat ten hoogste gelijk is aan dat van een van de andere deelelementen en op meerdere transmissieniveaus instelbaar is, terwijl de overige deelelementen uitsluitend tussen twee uiterste transmissietoestanden schakelbaar zijn.

2. Weergeefinrichting volgens Conclusie 1, met het kenmerk dat de genoemde overige deelelementen een onderlinge verhouding van hun oppervlakken bezitten van 2n : 2n-^ :...:2:1.

3. Weergeefinrichting volgens Conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het instelbare deelelement m transmissieniveaus bezit en een oppervlak dat praktisch (1 - 1/m) maal het oppervlak van het kleinste van de overige deelelementen bedraagt.

4. Weergeefinrichting volgens één der vorige Conclusies, met het kenmerk dat de beeldelementen matrixvormig gerangschikt zijn en meerdere selectielijnen en datalijnen de informatie van de deelelementen bepalen via schakelinrichtingen die genoemde overige deelelementen binair besturen en het instelbare deelelement analoog of met meerdere discreet instelbare niveaus besturen.

5. Weergeefinrichting volgens één der Conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk dat de intermediaire transmissietoestanden en de uiterste transmissietoestanden via schakelelementen instelbaar zijn.

6. Weergeefinrichting volgens één der vorige Conclusies, met het kenmerk dat het elektro-optisch medium een ferro-elektrisch vloeibaar kristallijn medium is.

7. Weergeefinrichting volgen één der Conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk dat het instelbare deelelement geheel of gedeeltelijk wordt omringd door de overige deelelementen.

8. Weergeefinrichting volgens Conclusie 6, met het kenmerk dat elk deelelement althans ten dele door een groter deelelement wordt omringd.