DE2623429C2 - Multiplex-Ansteuerverfahren für eine Flüssigkristall-Anzeige - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Multiplex-Ansteuerverfahren für eine Flüssigkristall-Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches ist durch die Literaturstellen "Applied Physics Letters" Bd. 25, 1974, Seite 1 und 2 und "IBM-TDB" Bd. 16, 1973, Seiten 1578 bis 1581 bekannt geworden. Bei diesen bekannten Ansteuerverfahren ist die Bemessung der Ansteuerspannungen bei Anzeige-Einrichtungen, bei denen z. B. die Ansteuerelektroden spalten- und zeilenweise angeordnet sind und bei denen die Zeilen simultan und die Spalten nacheinander angesteuert werden, nicht unabhängig von der Spaltenzahl, wenn merkbare störende Einflüsse durch parasitäre Teilanregungen unterdrückt werden sollen.

Bekanntlich können bei bestimmten Flüssigkristallen Kollektivausrichtungen der Moleküle erhalten werden. Unter diesen Flüssigkristallen gibt es welche, die eine dielektrische Grenzfrequenz aufweisen, bei der die Anisotropie der Moleküle das Vorzeichen wechselt. Jenseits dieser Frequenz ist die Anisotropie positiv und diesseits dieser Frequenz negativ. Wenn ein elektrisches Feld mit einer niedrigeren Frequenz als die kritische oder Grenzfrequenz am Flüssigkristall angelegt ist, richtet sich die große Achse der Moleküle in Richtung des Feldes aus, während bei einer Frequenz über der Grenzfrequenz sich die kleine Achse in Richtung des elektrischen Feldes ausrichtet. Diese beiden bestimmten und unterschiedlichen Ausrichtungen der Moleküle zeigen sich durch zwei verschiedene optische Zustände des Flüssigkristallfilms bzw. der dünnen Flüssigkristallschicht, beispielsweise durch zwei verschiedene Werte der Brechzahl der Flüssigkristallschicht.

Bei der Erfindung ist diese Art von Erscheinungen von Bedeutung. Dabei geht es also um solche Flüssigkristalle, die, wenn sie einer durch das Anlegen eines elektrischen Feldes hervorgerufenen Anregung ausgesetzt sind, eine erste Molekülausrichtung besitzen, wenn das elektrische Feld eine erste Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz und eine zweite Ausrichtung der Moleküle besitzen, wenn das elektrische Feld eine zweite Frequenz oberhalb der Grenzfrequenz aufweist.

Herkömmlich wird zum Steuern oder Ansteuern eines der beiden optischen Zustände einer Zone des Flüssigkristalls, beispielsweise des Zustands, der einer ersten Ausrichtung entspricht, an dieser Zone ein elektrisches Feld geeigneter Frequenz angelegt, die kleiner ist als die dielektrische Grenzfrequenz. Da die Erscheinung einen Amplitudenschwellenwert aufweist, werden die an den Elektroden der den Flüssigkristall enthaltenden Zelle angelegten Spannungen so eingestellt, daß die sich daraus ergebende elektrische Anregung eine kritische oder Grenzanregung nur in den Zonen überschreitet, in denen der Zustand hervorgerufen werden soll, wobei die an den Zonen, in denen die Moleküle des Flüssigkristalls die zweite Ausrichtung beibehalten sollen, hervorgerufene Anregung kleiner als die Schwellenwert- oder Grenzanregung bleibt. Wenn symbolisch der erste optische Zustand durch den Zustand "1" und der zweite optische Zustand durch den Zustand "0" bezeichnet wird, ist festzustellen, daß bei den herkömmlichen Steuerverfahren die Anzeige einer "0" sich aus einer zur Anzeige des Zustands "1" nicht ausreichenden Anregung ergibt.

Es sind Steuerverfahren für Flüssigkristall-Anzeigezellen bekannt, bei denen beispielsweise eine Niederfrequenz zur Anzeige und eine Hochfrequenz zum Löschen verwendet wird (vgl. z. B. B.J. LECHNER et al., "Liquid Crystal Matrix Displays", Proc. IEEE, Band 59 (November 1971) 11, Seite 1566; und US-PS 35 75 492). Demgegenüber wird bei der vorliegenden Erfindung von der gemeinsamen Anwendung von Niederfrequenz- und Hochfrequenzsignalen zur Multiplexansteuerung Gebrauch gemacht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Multiplex-Ansteuerverfahren für eine Flüssigkristall-Anzeige der eingangs genannten Art unter Beibehaltung einer kleinen Abklingzeit zu erreichen, daß die Festlegung der Ansteuerspannungen unabhängig von der Anzahl der abzutastenden Spalten wird. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Gegenstandes des Anspruchs 1 ist im Unteranspruch gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 und 2 schematisch je ein System mit gekreuzten streifenförmigen Elektroden zur Erläuterung zweier herkömmlicher Verfahren zum Steuern einer Kreuzstreifen-Anzeigezelle;

Fig. 3 schematisch eine Kreuzstreifen-Anzeigezelle, die gemäß der Erfindung angesteuert wird;

Fig. 4 schematisch das Elektrodensystem einer Siebensegment-Anzeige zur Anzeige numerischer Zeichen, die gemäß der Erfindung angesteuert wird;

Fig. 5 schematisch ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 6 schematisch ein Blockschaltbild einer Steuerung einer Anzeige, die von vier Anzeigezellen für numerische Zeichen gebildet ist;

Fig. 7 schematisch eine Schaltung zur Erzeugung der Hochfrequenz-Spannungen;

Fig. 8 schematisch eine Schaltung mit der ausgehend von einem Niederfrequenz-Signal Spannungen mit geeigneten Effektivwerten erhältlich sind;

Fig. 9 schematisch eine Schaltung zur Überlagerung der Niederfrequenz- und der Hochfrequenz-Spannungen, die durch die Schaltungen gemäß Fig. 7, 8 erhalten sind;

Fig. 10 schematisch eine erste Interfaceschaltung zur Ansteuerung der Zeichen einer Bildanzeige;

Fig. 11 schematisch eine zweite Interfaceschaltung zur Ansteuerung der Segmente einer Bildanzeige.

Bekanntlich laufen die durch das Anlegen eines elektrischen Feldes an einen Flüssigkristall hervorgerufenen Ausrichtungserscheinungen zeitlich mit einer Konstante T ab, wobei: (1)

mit V = Steuerspannung,

V[tief]S = Schwellenwertspannung des elektrooptischen Effekts,

kleines Gamma = Viskositätskoeffizient des Flüssigkristalls,

kleines Epsilon = dielektrische Anisotropie des Flüssigkristalls bei der Anregungsfrequenz,

L = Dicke der Flüssigkristallschicht.

Die natürliche Abkling- oder Abfallzeit T[tief]N des Effekts wird dann erhalten, wenn die Steuerspannung V eine Nullspannung ist: (2)

Die Abklingzeit T steht daher mit der natürlichen Abklingzeit T[tief]N in folgender Beziehung: (3)

(4)

Aus der Gleichung (3) folgt, daß die Übergangszeit von einem bestimmten Zustand zum durch Anlegen einer Spannung V gesteuerten Zustand zunimmt, wenn die angelegte Spannung V sich der Schwellenwertspannung annähert. Theoretisch wäre im Grenzfall, wenn die angelegte Spannung gleich der Schwellenwertspannung V[tief]S ist, die Abklingzeit unendlich lange. In diesem Fall gilt jedoch die Gleichung (3) nicht mehr vollständig, da das Abklingen hyperbolisch und nicht mehr exponentiell erfolgt.

Es ist daher festzuhalten, daß der Übergang von einem ersten Zustand, der symbolisch Zustand "1" bezeichnet wird und durch eine angelegte Spannung, die größer als die Schwellenwertspannung ist, erhalten wird, zu einem zweiten Zustand, der symbolisch als Zustand "0" bezeichnet wird und durch eine gering kleinere Spannung als die Schwellenwertspannung erhalten wird, sehr lang ist und wesentlich größer ist als die natürliche Abklingzeit T[tief]N. Das Verhältnis zwischen den beiden Zeiten kann beispielsweise in der Größenordnung 10 liegen.

Genau dies tritt bei den bekannten Steuerverfahren auf, die nur mit Niederfrequenz arbeiten, wie sich das bei der Betrachtung der bekannten Steuerverfahren anhand der Fig. 1 und 2 ergibt.

In Fig. 1 ist ein auf drei Zeilen und drei Spalten begrenztes System gekreuzter streifenförmiger Elektroden dargestellt. Zum Ansteuern der Anzeige einer "1" in der mit a bezeichneten Zone wird an die dieser Zone a entsprechenden Spalte eine Spannung von + 3/2 V[tief]S und an die dieser Zone a entsprechende Zeile eine Spannung von - 3/2 V[tief]S angelegt. An die anderen Spalten werden Spannungen von - 1/2 V[tief]S und an die anderen Zeilen Spannungen von + 1/2 V[tief]S angelegt. Die angelegten Signale sind Wechselsignale mit Mittelwert Null, wobei das Vorzeichen "+" einer bestimmten Phasenlage und das Vorzeichen "-" der entgegengesetzten Phasenlage entspricht. Ein derartiger Satz bzw. eine derartige Gruppe von Spannungen wird im folgenden mit System A bezeichnet. Die Anregungsspannung in der Zone a beträgt das Dreifache der Schwellenwertspannung und die Spannungen an den Punkten oder Zonen b, c, d usw. sind genauso groß wie die Schwellenwertspannung.

Dieses System A wurde gewählt, weil es das Anlegen der maximalen Spannung am angeregten Punkt ermöglicht, weshalb die maximale Einschreibgeschwindigkeit erreichbar ist, und weil an den nicht angezeigten Punkten eine Spannung angelegt ist, die kleiner oder gleich der Schwellenwertspannung ist. Der wesentliche Nachteil eines derartigen Systems ist jedoch der, daß zum Übergang an einem Punkt bzw. einer Zone vom Zustand "1" zum Zustand "0" während eines Bildwechsels sehr lang gewartet werden muß. Wenn ein erstes Bild dargestellt war und wenn ein zweites Bild hergestellt werden soll, muß deshalb eine sehr lange Zeit verstreichen, damit die Restanregungen nicht das neue Bild stören.

Bei derartig langen Abklingzeiten nehmen die Moleküle niemals genau ihre Ruhelage wieder ein, was dazu führt, daß der Kontrast der Anzeige verringert wird. Diese Wirkung ist insbesondere erheblich, wenn die Spaltenzahl der Bildanzeige oder die Anzahl der Zeichen der Anzeigevorrichtung erheblich ist.

Eine andere bekannte Gruppe von Spannungen ist die bei dem in Fig. 2 dargestellten System B verwendete: An der Spalte, die der Zone a entspricht, in der der Zustand "1" angesteuert werden soll, wird eine Spannung V[tief]1 angelegt und an die dieser Zone a entsprechende Zeile wird eine Spannung - V[tief]2 angelegt. An die anderen Spalten wird eine Nullspannung angelegt und an die anderen Zeilen eine Spannung + V[tief]2. Die Anregungsspannung in der Zone a beträgt daher V[tief]1 + V[tief]2 und in der Zone b beträgt sie lediglich V[tief]1 - V[tief]2. Auch in diesem Fall werden die Spannungen V[tief]1 und V[tief]2 so eingestellt, daß der Mittelwert der während einer Bilddauer angelegten Wirk- oder Effektivspannung zur Anzeige des Zustands "0" kleiner oder gleich der Schwellenwertspannung V[tief]S ist.

Bei näherer Betrachtung der bei den Systemen A und B an die Zeilen und Spalten einer Bildanzeige angelegten Spannungen ist feststellbar, daß die Reduktion auf ein einziges System möglich ist. Wenn nämlich zur Gruppe der Spannungen im System A (+ 1/2 V, - 3/2 V, + 1/2 V), die an den Zeilen einer Bildanzeige anliegen, die Spannung + 1/2 V addiert wird, wird die Gruppe der Spannungen des Systems B (+ V, - V, + V) erhalten. In gleicher Weise wird, wenn an die Gruppe der Spannungen des Systems A (- 1/2 V, + 3/2 V, - 1/2 V), die an den Spalten anliegt, der gleiche Spannungswert + 1/2 V addiert wird, die Gruppe der Spannungen des Systems B (0, 2 V, 0) erhalten. Vom System A zum System B ist daher ein Übergang möglich durch eine Verschiebung um 1/2 V.

Die bekannten Steuerverfahren, bei denen die Anzeige des Zustands "0" durch Anlegen einer Spannung erfolgt, die etwas kleiner oder gleich der Schwellenwertspannung ist, haben daher nachteilig zur Folge, daß einerseits ein Bildwechsel sehr lange dauert und andererseits nur schlechter Kontrast möglich ist. Das trifft im übrigen auch zu, wenn wie bei der vorstehenden Erläuterung, die Anzeige punktweise erfolgt oder wenn, wie das häufig der Fall ist, diese Zeilenweise erfolgt, wobei die den Zuständen "0" und "1" jeder Zeile entsprechenden Anregungen daher simultan angelegt werden und die gleichen Werte annehmen, wie sie in den Fig. 1 bzw. 2 wiedergegeben sind, nämlich - 3/2 V[tief]S für den Zustand "1" und 1/2 V[tief]S für den Zustand "0" gemäß Fig. 1 bzw. - V[tief]2 für den Zustand "1" und + V[tief]2 für den Zustand "0" gemäß Fig. 2. Das erfindungsgemäße Steuerverfahren vermeidet diese Nachteile, wie das im folgenden näher erläutert wird.

Bei einem der kollektiven Ausrichtung der Moleküle unterliegenden Flüssigkristall ist die elektrische Anregung, die sich aus der Überlagerung einer Niederfrequenzspannung und einer Hochfrequenzspannung ergibt, proportional einer Größe F, mit

F = kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]BF - kleines Epsilon[tief]2 V[hoch]2[tief]HF - kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]S, (5)

mit kleines Epsilon[tief]1 = dielektrische Anisotropie bei Niederfrequenz,

kleines Epsilon[tief]2 = dielektrische Anisotropie bei Hochfrequenz,

V[tief]BF = Effektivwert der Spannung bei einer ersten Frequenz, die unterhalb der Grenzfrequenz liegt, für die die

Anisotropie verschwindet, und die im folgenden Niederfrequenzspannung genannt wird,

V[tief]HF = Effektivwert der Spannung bei einer zweiten Frequenz, die oberhalb der Grenzfrequenz liegt und die im folgenden Hochfrequenzspannung genannt wird,

V[tief]S = Niederfrequenz-Schwellenwertspannung.

Zur Bestimmung des Ausdrucks für F sei verwiesen auf H.K. BUCHER et al, "Frequency addressed liquid crystal field effect", "Applied Physics Letters", Band 25, (15.8.1974) 4, Seite 186, und T.S. CHANG, "Applied Physics Letters", Band 25 (1.7.1974) 1, Seite 1.

Die Gleichung (5) erlaubt die Definition einer Äquivalenzspannung V[tief]eq, die äquivalent der Anlegung der Niederfrequenz- und Hochfrequenzspannungen ist derart, daß die gleiche Anregung erreicht wird. Die Äquivalenzspannung V[tief]eq ergibt sich aus

F = kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]eq - kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]S. (6)

Um die Kennwerte der bei dem Flüssigkristall durchgeführten Anregung festzulegen, bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens, muß daher die Größe F abhängig von den an den verschiedenen Elektroden angelegten Spannungen bestimmt werden.

Diese Spannungen ergeben sich aus der Überlagerung einer ersten Gruppe von Niederfrequenzspannungen, die sowohl von dem in der Fig. 1 dargestellten Art als auch von der in der Fig. 2 dargestellten Art sein können, wobei diese Gruppe zur Ansteuerung des Zustands "1" bestimmt ist, und einer zweiten Gruppe von Hochfrequenzspannungen, die ebenfalls von der in Fig. 1 oder Fig. 2 wiedergegebenen Art sein können, die zum Ansteuern des Zustands "0" an den anderen Punkten oder Zonen der Bildanzeige bestimmt ist.

Als Beispiel ist in Fig. 3 ein Elektrodensystem mit gekreuzten Streifen oder Bändern dargestellt, anhand dessen die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert wird. Gemäß diesem Verfahren wird zur Ansteuerung des Zustands "1" in der Zone a an der dieser Zone a entsprechenden Spalte eine Spannung V[tief]1BF + V[tief]1HF angelegt, mit V[tief]1BF = Wirk- oder Effektivwert der Niederfrequenzspannung, und V[tief]1HF = Wirk- oder Effektivwert der Hochfrequenzspannung, während an die anderen Spalten Nullspannungen angelegt werden. An die der Zone a entsprechende Zeile wird eine Misch- oder Summenspannung -V[tief]2BF + V[tief]2HF und an die anderen Zeilen eine Spannung + V[tief]2BF - V[tief]2HF angelegt, wobei die gleichen Vorzeichenbedingungen wie in den Fig. 1 und 2 gelten.

Dabei ergeben sich in den verschiedenen Zonen folgende Spannungen:

Zone a: (V[tief]1BF + V[tief]2BF) + (V[tief]1HF - V[tief]2HF);

Zone b: (V[tief]1BF - V[tief]2BF) + (V[tief]1HF + V[tief]2HF);

Zone c: - V[tief]2BF + V[tief]2HF;

Zone d: V[tief]2BF - V[tief]2HF.

Gemäß der durch die Gleichung (6) angegebenen Bedingung ist die an Zonen a, an denen der Zustand "1" angezeigt ist, angelegte Äquivalenzspannung V[tief]eq (1) gegeben durch:

kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]eq (1) = kleines Epsilon[tief]1 (V[tief]1BF + V[tief]2BF)[hoch]2 - kleines Epsilon[tief]2 (V[tief]1HF - V[tief]2HF)[hoch]2, (7)

und ist die an Zonen b, in denen der Zustand "0" angezeigt werden soll, die entsprechende Äquivalenzspannung V[tief]eq (0) gegeben durch

kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]eq (0) = kleines Epsilon[tief]1 (V[tief]1BF - V[tief]2BF)[hoch]2 - kleines Epsilon[tief]2 (V[tief]1HF + V[tief]2HF)[hoch]2. (8)

Auf diese Weise entspricht in jeder Zone des gemäß dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren angesteuerten Flüssigkristalls ein Teil der Anregung den Niederfrequenzsignalen und ein anderer Teil den Hochfrequenzsignalen. Damit der an der Stelle bzw. der Zone b angezeigte Zustand tatsächlich der Zustand "0" ist, muß der Anteil der Niederfrequenzsignale an der Anregung kleiner sein als der der Hochfrequenzsignale und muß die Ungleichung

kleines Epsilon[tief]1 (V[tief]1BF - V[tief]2BF)[hoch]2 < kleines Epsilon[tief]2 (V[tief]1HF + V[tief]2HF)[hoch]2 (9)

erfüllt sein, die ausdrückt, daß die Größe kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]eq (0) gemäß der Gleichung (8) negativ sein muß. Wenn das der Fall ist, so wird die durch die Gleichung (4) gegebene Abkling- oder Abfallzeit kleiner als die natürliche Abklingzeit T[tief]N.

D. h., die Bedingung (9) bedeutet, daß nicht nur die Zustände "1" und "0" korrekt an den entsprechenden Stellen angezeigt werden, sondern daß auch die Rückkehr in den Zustand "0" erzwungen wird, und daß die Dauer einer derartigen Rückkehr gegenüber der bei bekannten Verfahren erreichten erheblich geringer ist.

Die vorstehenden Betrachtungen gelten für die Ansteuerung von Zonen, die einer einzigen Spalte einer Bildanzeige zugehören. Eine Flüssigkristall-Bildanzeige kann jedoch viele Spalten enthalten. Eine derartige Bildanzeige kann durch sequentielles Anlegen von Spannungen an die Spalten und durch simultanes Anlegen von Spannungen an Zeilen angesteuert werden. In diesem Fall wird jede Zone des Flüssigkristalls nicht nur durch Signale angeregt, die sich aus dem Anlegen von Spannungen an die Spalten ergeben, denen sie zugeordnet ist, sondern auch durch parasitäre Signale, die sich durch Anlegen von Spannungen an die benachbarten Spalten ergeben. Bei einem derartigen spaltenweisen Multiplexen oder Mehrfachansteuern, sammelt oder speichert eine den Zustand "1" anzeigende Zone während der Abtastung des gesamten Bildes einerseits eine Anregung, die der entspricht, die an die Zone a gemäß Fig. 3 angelegt ist, und andererseits (k - 1) parasitäre Anregungen in den Zonen d, mit k = Spaltenzahl der Bildanzeige. Bei dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren kann die Anregungsenergie-Speichererscheinung auch quantitativ mit Hilfe des Ausdrucks F in Gleichung (5) bestimmt werden. Die Summen- oder Speicheranregung F (1) in einer den Zustand "1" anzeigenden Zone beträgt

F (1) = kleines Epsilon[tief]1 (V[tief]1BF + V[tief]2BF)[hoch]2 - kleines Epsilon[tief]2 (V[tief]1HF - V[tief]2HF)[hoch]2 + (k - 1) (kleines Epsilon[tief]1 V[hoch2[tief]2BF - kleines Epsilon[tief]2 V[hoch]2[tief]2HF) - kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]S. (10)

Die Summen- oder Speicheranregung F (0) während der Gesamtabtastung des Bildes in einer den Zustand "0" anzeigenden Zone beträgt:

F (0) = kleines Epsilon[tief]1 (V[tief]1BF - V[tief]2BF)[hoch]2 - kleines Epsilon[tief]2 (V[tief]1HF + V[tief]2HF)[hoch]2 + (k - 1) (kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]2BF - kleines Epsilon[tief]2 V[hoch]2[tief]2HF) - kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]S. (11)

Die beiden Gleichungen (10), (11) zeigen, daß bei einer derartigen sequentiellen spaltenweisen Steuerung die Summenanregung an jedem Punkt der Flüssigkristallschicht einen ersten Teil enthält, der durch Anlegen von Niederfrequenzspannungen an die Elektroden erhalten ist, und einen zweiten Teil enthält, der durch Anlegen von Hochfrequenzspannungen an die gleichen Elektroden erhalten ist.

Um an bestimmten Punkten den Zustand "0" zu erhalten, werden die Wirk- oder Effektivwerte der angelegten Spannungen so eingestellt, daß der zweite Teil der Summenanregung, der durch das Anlegen der Hochfrequenzspannungen erhalten ist, an diesen Stellen größer ist als der erste Teil der Summenanregung, der durch das Anlegen der Niederfrequenzspannungen erhalten ist. Das heißt, es muß die folgende Ungleichung erfüllt werden:

kleines Epsilon[tief]1 (V[tief]1BF - V[tief]2BF)[hoch]2 + (k - 1) kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]2BF < kleines Epsilon[tief]2 (V[tief]1HF + V[tief]2HF)[hoch]2 + (k - 1) kleines Epsilon[tief]2 V[hoch]2[tief]2HF. (12)

Wenn diese Ungleichung (12) erfüllt ist, ist der Ausdruck kleines Epsilon[tief] 1 V[hoch]2[tief]eq (0) negativ, der gegeben ist durch:

kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]eq (0) = kleines Epsilon[tief]1 (V[tief]1BF - V[tief]2BF)[hoch]2 - kleines Epsilon[tief]2 (V[tief]1HF + V[tief]2HF)[hoch]2 + (k - 1) (kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]2BF - kleines Epsilon[tief]2 V[hoch]2[tief]2HF), (13)

was entsprechend der Gleichung (4) und wie bei der Ansteuerung einer einzigen Spalte bedeutet, daß die für den Flüssigkristall zum Übergang vom angezeigten Zustand "1" zum Zustand "0" benötigte Zeit kleiner ist als die natürliche Abklingzeit.

Das erfindungsgemäße Steuerverfahren ist selbstverständlich nicht nur auf die Ansteuerung von Bildanzeigen beschränkt, bei denen die Elektroden durch gekreuzte Streifen gebildet sind, sondern ist auch ganz allgemein auf Bildanzeigen anwendbar, bei denen die Punkte durch Koinzidenz-Anregung an zwei Elektroden angeregt werden, völlig unabhängig, wie die Elektroden ausgebildet sind. Insbesondere können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anzeige von numerischen Zeichen bestimmte Bildanzeigen angesteuert werden, nämlich Bildanzeigen, die wie üblich aus durchsichtigen leitfähigen Segmenten gebildet sind, die gegenüber einer leitfähigen Platte angeordnet sind, wie das in Fig. 4 dargestellt ist.

In diesem Fall erfolgt die Ansteuerung dadurch, daß an die Platte der Anzeigezelle eines Zeichens eine Spannung V[tief]1BF + V[tief]1HF angelegt wird, und daß an die Segmente entweder eine Spannung - V[tief]2BF + V[tief]2HF angelegt wird, wenn der Zustand "1" angesteuert werden soll, oder eine Spannung + V[tief]2BF - V[tief]2HF angelegt wird, wenn der Zustand "0" angeregt werden soll. In der Fig. 4 ist der besondere Fall dargestellt, bei dem die Zahl 3 durch Anregen des Zustandes "1" in den Segmenten a, b, d, g, f und durch Anregung des Zustandes "0" an den Segmenten c und e angezeigt wird. Bei einer durch mehrere Zeichen-Anzeigezellen gebildeten Bildanzeige erfolgt die Multiplex-Ansteuerung durch sequentielles, zeichenweises Anlegen der Spannungen an die Platten und durch simultanes Anlegen der Spannungen an die Segmente.

Nach der allgemeinen Erläuterung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens werden im folgenden besondere Ausführungsbeispiele erläutert, um die Möglichkeiten einer durch das erfindungsgemäße Verfahren angesteuerten Bildanzeige genauer zu erläutern.

Die Ungleichung (12), nämlich die Bedingung, die die Effektivwerte der an den Streifen einer Bildanzeige angelegten Spannungen erfüllen müssen, damit die Abklingzeit kleiner als die natürliche Abklingzeit ist, vereinfacht sich in dem besonderen Fall, in denen die Spannungen V[tief]2BF und V[tief]2HF die Beziehung

kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]2BF = kleines Epsilon[tief]2 V[hoch]2[tief]2HF (14)

erfüllen. Dann verschwinden nämlich die den Faktor (k - 1) enthaltenden Terme, so daß die Bedingung für die Spannungen und folglich die so erhältlichen Möglichkeiten, unabhängig von der Spaltenzahl und damit von der Komplexheit der Bildanzeige werden. Durch Einsetzen dieser besonderen Bedingung (14) in die Ungleichung (12) ergibt sich:

kleines Epsilon[tief]1 (V[tief]1BF - V[tief]2BF)[hoch]2 < kleines Epsilon[tief]2 (V[tief]1HF + V[tief]2HF)[hoch]2. (15)

Die Äquivalenzspannung V[tief]eq der Steuerung wird gemäß Gleichung (7) zu: (16)

Es ist wichtig, diese Spannung so groß wie möglich zu machen, um den Kontrast zu erhöhen. Wenn die Hochfrequenzspannung V[tief]1HF als Parameter betrachtet wird, zeigt die Gleichung (16), daß die Steuer-Äquivalenzspannung maximal ist, wenn V[tief]1HF = V[tief]2HF. Die in diesem Fall erhaltene Steuer-Äquivalenzspannung beträgt:

V[hoch]2[tief]eq = (V[tief]1BF + V[tief]2BF)[hoch]2. (17)

Die Ungleichung (15) wird in diesem Fall zu:

V[tief]1BF < V[tief]2BF. (18)

Dadurch erlaubt die Kenntnis der Spannung v = V[tief]2BF die Bestimmung aller anderen Spannungen durch die folgenden besonderen Gleichungen: (19)

Wird beispielsweise V[tief]1BF = 3 V[tief]2BF gewählt, wird die Übergangszeit vom Zustand "1" in den Zustand "0" gleich der natürlichen Abklingzeit des Flüssigkristalls.

Wird V [tief]1BF = 2 V[tief]2BF gewählt, wird die Abklingzeit (20)

Wenn insbesondere die Spannung V[tief]2BF = der Schwellenwertspannung V[tief]S ist, wird die Abklingzeit T gemäß der Gleichung (20) vierfach geringer als die natürliche Abklingzeit und wird die angelegte Effektivspannung 3 V[tief]S.

Ganz allgemein kann die Niederfrequenzspannung V[tief]2BF beliebig groß gewählt werden, was die Erhöhung der Steuerspannung und die Verringerung der Abklingzeit bewirkt. Wenn beispielsweise V[tief]1BF = 2,5 V[tief]2BF gewählt wird und wenn eine Abklingzeit gesucht wird, die vierfach geringer als die natürliche Abklingzeit, wird V[tief]2BF = 1,3 V[tief]S gewählt und wird die effektive Steuerspannung 4,6 V[tief]S.

Eine Steuervorrichtung einer Flüssigkristall-Anzeigezelle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens ist schematisch in Fig. 5 dargestellt.

Die Fig. 5 zeigt die anzusteuernde Anzeigezelle 10. Die Steuervorrichtung enthält schematisch dargestellt einen ersten Generator 12, dessen Frequenz einer ersten Frequenz unter dem kritischen Wert, der den Flüssigkristall kennzeichnet, liegt und einen zweiten Generator 14 mit einer zweiten Frequenz über diesem kritischen oder Grenzwert. Die beiden Generatoren 12, 14 sind jeweils mit Steuer- oder Einstellschaltungen 16, 18 für den Effektivwert der elektrischen Spannungen bei den entsprechenden Frequenzen verbunden. Die Schaltung 16 gibt an ihrem Ausgangsanschluß 17 eine erste Gruppe von Niederfrequenzspannungen ab und die Schaltung 18 gibt an ihrem Ausgangsanschluß 19 eine zweite Gruppe von Hochfrequenzspannungen ab. Eine Einrichtung 20 ist mit den Schaltungen 16 und 18 verbunden und gibt eine dritte Gruppe von Spannungen an Ausgangsanschlüssen 22 ab, die durch die Überlagerung einer Spannung der ersten Gruppe mit einer Spannung der zweiten Gruppe erzeugt sind. Eine Adressier- oder Verzweigungsschaltung 24 verbindet die Elektroden der Anzeigezelle 10 mit der Einrichtung 20. Die Adressierschaltung 24 wird durch ein an sich bekanntes Glied 26 gesteuert.

In Fig. 6 ist schematisch eine Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Ansteuerung einer Flüssigkristalleinrichtung dargestellt, die durch vier Zeichen-Anzeigezellen gebildet ist, wobei jede Zelle sieben Segmente aufweist. Diese Steuereinrichtung enthält einen Zeitgeber 30 und zwei Frequenzgeneratoren 32, 34 für Niederfrequenz bzw. Hochfrequenz, die an ihren Ausgangsanschlüssen 33 bzw. 35 elektrische Niederfrequenz- bzw. Hochfrequenzspannungen abgeben. Eine Schaltung 36 bildet eine Gruppe zusammengesetzter Spannungen, die an Ausgangsanschlüssen 38, 39, 40 abgegeben werden. Diese Spannungen werden an zwei Schnittstellen- oder Interfaceschaltungen 42, 44 angelegt. Die eine Interfaceschaltung steuert alle Segmente der verschiedenen Zeichen-Anzeigezellen der Bildanzeige 50 und die andere Interfaceschaltung steuert sequentiell die Anzeige jedes Zeichens. Die Adressierverbindungen für die sieben Segmente sind mit a, b, c, d, e, f, g bezeichnet und die Adressierverbindungen für die vier Zeichen der Bildanzeige 50 sind mit C'[tief]1, C'[tief]2, C'[tief]3 bzw. C'[tief]4 bezeichnet. Die sequentielle oder Folgesteuerung der Bildanzeige 50 wird durch ein Schieberegister 54 mit Ausgangsanschlüssen C[tief]1, C[tief]2, C[tief]3, C[tief]4 bestimmt. Ein Dekoder 58 empfängt an vier Eingangsanschlüssen A, B, C, D den an den vier Zellen der Anzeigevorrichtung anzuzeigenden Zeichen entsprechende Signale. Der Dekoder 58 gibt Binärsignale an seinen Ausgangsanschlüssen a, b, c, d, e, f, g ab, die den mit den sieben Segmenten jeder Anzeigezelle zugeordneten Anschlüssen a', b', g' zugeführt werden. Der Dekoder 58 wird durch das Schieberegister 54 gesteuert, an das es mit einer Verbindung 57 angeschlossen ist.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende: Die Schaltung 36, die weiter unten näher erläutert wird, gibt am Ausgangsanschluß 40 eine zusammengesetzte oder Summenspannung ab, beispielsweise die Spannung V[tief]1BF + V[tief]1HF, die ständig der Interfaceschaltung 44 zugeführt wird; die Schaltung 36 gibt am Ausgangsanschluß 38 eine Spannung V[tief]2BF - V[tief]2HF und am Ausgangsanschluß 39 eine Spannung - V[tief]2BF + V[tief]2HF die beide ständig der Interfaceschaltung 42 zugeführt werden.

Die durch die Flüssigkristall-Anzeige anzuzeigende Zahl, die beim Beispiel der Fig. 6 vier Zeichen enthält, ist beispielsweise eine binärcodierte Dezimalzahl, deren jede Ziffer einer Anordnung aus drei Binärzahlen entspricht, die an eine der vier Anschlüsse A, B, C, D zugeführt sind. Wenn beispielsweise die Zahl 1937 angezeigt werden soll, wird die erste Ziffer sensibilisiert durch Anlegen von A : 0, B : 0, C : 0, D : 1; dann wird die zweite Ziffer sensibilisiert und angelegt A : 1, B : 0, C : 0, D : 1; dann die dritte Ziffer durch Anlegen von A : 0, B : 0, C : 1, D : 1; dann die vierte Ziffer durch Anlegen von A : 0, B : 1, C : 1, D : 1. Denn die Binärzahl 0001 entspricht der Dezimalzahl 1, die Binärzahl 1001 der Dezimalzahl 9, die Binärzahl 0011 der Dezimalzahl 3 und die Binärzahl 0111 der Dezimalzahl 7.

Weil die Verbindungen a', b', c', g' mit allen Segmenten der Anzeigevorrichtung verbunden sind, muß nur die Spannung V[tief]1BF + V[tief]1HF an die der Anzeigezelle zugeordnete Platte angelegt werden, beispielsweise die dritte Platte zur Anzeige der "3"; d. h., dass lediglich der Anschluß C'[tief]3 mit der Verbindung 40 zu verbinden ist, während die Verbindungen a', b', g' auf die jeweiligen der Zahl "3" entsprechenden Potential-Pegel sind. Diese Zuordnung wird durch die Interfaceschaltung 44 erreicht, die später anhand der Fig. 10 ausführlich erläutert wird. Die Synchronisation zwischen den Platten-Signalen und den Segment-Signalen wird durch das Schieberegister 54 erreicht, das die Änderung der Zeichen steuert durch einerseits Einwirken auf den Dekoder 58 über die Verbindung 57 und andererseits durch Einwirken auf das Schieberegister 54 zur Bestimmung welcher der Anschlüsse C'[tief]1 C'[tief]4 an die Verbindung 40 anzuschließen ist. Das Schieberegister 54 wird durch den Takt- oder Zeitgeber 30 gesteuert, der eine Impulsfolge abgibt, die fortschreitend den logischen Zustand der Zellen verschiebt, die das Register bilden. Gleichzeitig wird durch die Generatoren 32, 34 die Impulsfolge frequenzgeteilt, um die Hochfrequenz- bzw. Niederfrequenzsignale zu erhalten.

Die Fig. 7, 8, 9 zeigen ausführlich ein Ausführungsbeispiel der Schaltung 36 gemäß Fig. 6, die ausgehend von den Niederfrequenz- und Hochfrequenzsignale die Erzeugung der dritten Gruppe der Spannungen ermöglicht, die an die Elektroden der Anzeigezelle angelegt werden.

Die Fig. 7 zeigt ein Schaltschema, durch das ausgehend von einem am Anschluß 33, der dem Ausgangsanschluß des Niederfrequenzgenerators 32 entspricht, auftretenden Niederfrequenzsignal drei Niederfrequenzsignale an Ausgangsanschlüssen 61, 62, 63 mit Effektivwerten V[tief]1BF, V[tief]2BF und - V[tief]2BF erhältlich sind. Die Schaltung gemäß Fig. 7 weist Transistoren T[tief]1 und T[tief]2 sowie Widerstände R[tief]1, R[tief]2, R[tief]3, R[tief]4, R[tief]5, R[tief]6, R[tief]7, R[tief]8 auf.

Die Einstellung der Spannung V[tief]1BF erfolgt durch Einstellung der von einer (nicht dargestellten) Gleichspannungsquelle fester Polung stammenden Gleichspannung, die am Anschluß 64 angeschlossen ist, und die Einstellung der Spannung V[tief]2BF erfolgt durch Einstellung bzw. Verstellung des Widerstands R[tief]3.

In der Fig. 8 ist ein Schaltbild einer Schaltung dargestellt, durch die ausgehend von einem am Anschluß 35, der dem Ausgangsanschluß des Generators 34 entspricht, anliegenden Hochfrequenzsignal, zwei Hochfrequenzsignale mit Effektivwerten + V[tief]HF und - V[tief]HF erhältlich sind, die an Ausgangsanschlüssen 67, 68 auftreten. Die Schaltung gemäß Fig. 8 weist Transistoren T[tief]3 und T[tief]4, Kondensatoren C[tief]1, C[tief]2 und Widerstände R[tief]10, R[tief]11, R[tief]12, R[tief]13, R[tief]14 auf.

Bei dieser Schaltung erfolgt die Einstellung der Spannung V[tief]HF durch Einstellung der am Anschluß 70 von einer (nicht dargestellten) Gleichspannungsquelle zugeführten Spannung.

Durch die Schaltung gemäß Fig. 8 ist eine einzige Hochfrequenzspannung erhältlich, da hier als Beispiel die beiden Hochfrequenzspannungen V[tief]1HF und V[tief]2HF

untereinander und mit der Spannung V[tief]HF gleich sind, was dem bereits erläuterten besonderen Fall entspricht.

Die durch die Schaltung gemäß Fig. 7 erhältlichen drei Niederfrequenzspannungen V[tief]1BF, V[tief]2BF, - V[tief]2BF und die durch die Schaltung gemäß Fig. 8 erhältlichen beiden Hochfrequenzspannungen + V[tief]HF und - V[tief]HF bilden jeweils die erste bzw. die zweite Gruppe der Spannungen, von denen ausgehend eine dritte Gruppe von zusammengesetzten oder Summenspannungen erhältlich sind, und zwar durch die schematisch in Fig. 9 dargestellte Schaltung.

Die Schaltung gemäß Fig. 9 enthält einen Satz von Widerständen und gibt an drei Ausgangsanschlüssen 72, 74, 75 die drei Summenspannungen (V[tief]1BF + V[tief]HF), (V[tief]2BF - V[tief]HF) bzw. (- V[tief]2BF + V[tief]HF) ab.

Die erste dieser Spannungen, nämlich die Spannung V[tief]1BF + V[tief]HF ist zur Ansteuerung der Zeichen bestimmt. Es ist nämlich diejenige Spannung, die über die Verbindung 40 gemäß Fig. 6 geführt wird. Diese Spannung wird durch die Interfaceschaltung 44 sequentiell an die Zeichen angelegt.

Die Misch- oder Summenspannungen (V[tief]2BF - V[tief]HF) und (- V[tief]2BF + V[tief]HF), die über die Verbindung 38 der Schaltung gemäß Fig. 6 geführt werden, sind zur Steuerung der Segmente vorgesehen und werden über die Interfaceschaltung 42 an die Segmente angelegt.

Die beiden Interfaceschaltungen 42, 44 der Fig. 6 sind ausführlich in den Fig. 10 und 11 dargestellt.

In der Schaltung gemäß Fig. 10 wird das Signal V[tief]1BF + V[tief]HF an einem Anschluß 80 angelegt und werden die Folgesteuersignale über Eingangsanschlüsse C[tief]1, C[tief]2, C[tief]3 und C[tief]4 an die Gate-Anschlüsse von (MOS-)Transistoren Q[tief]1, Q[tief]2, Q[tief]3 bzw. Q[tief]4 angelegt. Die Summenspannung V[tief]1BF + V[tief]HF tritt daher sequentiell oder folgegesteuert an den Ausgangsanschlüssen C'[tief]1, C'[tief]2, C'[tief]3 bzw. C'[tief]4 auf.

Die in Fig. 11 schematisch wiedergegebene Interfaceschaltung 42 enthält sieben identische Stufen, deren jede die Spannung V[tief]2BF - V[tief]HF über einen Anschluß 81 und die Spannung - V[tief]2BF + V[tief]HF über einen Anschluß 82 enthält. Das Steuersignal, das am Eingangsanschluß a auftritt, wird an den Gate-Anschluß eines ersten MOS-Transistors K[tief]1 angelegt und nach Umkehr über einen Inverter 84 an den Gate-Anschluß eines zweiten MOS-Transistors K[tief]2 angelegt. Entsprechend dem logischen Zustand des am Anschluß a angelegten Signals leitet einer der beiden MOS-Transistoren K[tief]1, K[tief]2 und tritt eine der beiden Summenspannungen am Ausgangsanschluß a' auf. Dieser Aufbau bzw. dieser Vorgang ist identisch für die Steuerung der anderen Segmente.

Claims (2)

1. Multiplex-Ansteuerverfahren für eine Flüssigkristall-Anzeige mit einer dünnen Flüssigkristallschicht zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrodenanordnung, bei der der Überschneidungsbereich einer Elektrode der ersten Elektrodenanordnung mit einer Elektrode der zweiten Elektrodenanordnung eine Anregungszone der Flüssigkristallschicht bildet, wobei die Elektroden der ersten Elektrodenanordnung in Spalten und die Elektroden der zweiten Elektrodenanordnung in Zeilen angeordnet sind, bei der die dielektrische Anisotropie des Flüssigkristalls eine Grenzfrequenz besitzt, bei der sie das Vorzeichen wechselt und unterhalb der Grenzfrequenz den Wert kleines Epsilon[tief]1 und oberhalb der Grenzfrequenz den Wert kleines Epsilon[tief]2 besitzt, bei der der Flüssigkristall einen ersten optischen Zustand "1" entsprechend einer ersten Molekülausrichtung bei einem angelegten elektrischen Wechselfeld ausreichender Amplitude mit einer Niederfrequenz unter der Grenzfrequenz und einen zweiten optischen Zustand "0" entsprechend einer zweiten Molekülausrichtung bei einem angelegten elektrischen Wechselfeld ausreichender Amplitude mit einer Hochfrequenz über der Grenzfrequenz einnehmen kann, bei welchem Verfahren an die Elektroden der beiden Elektrodenanordnungen Hochfrequenz- und Niederfrequenzspannungen gleichzeitig angelegt werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß spaltenweise abgetastet wird und alle durch eine Spalte gebildeten Punkte simultan angesteuert werden, indem eine Steuerspannung an die jeweilige Spalte und simultan an alle Zeilen angelegt wird,

daß an die jeweils abgetastete Spalte eine erste Niederfrequenzspannung mit dem Effektivwert V[tief]1BF und eine erste Hochfrequenzspannung mit dem Effektivwert V[tief]1HF und an die übrigen Spalten eine Nullspannung angelegt wird,

daß an die für den Zustand "0" der Punkte der Spalten anzusteuernden entsprechenden Zeilen eine zweite Niederfrequenzspannung mit Effektivwert V[tief]2BF gleichphasig zur ersten Niederfrequenzspannung, und eine zweite Hochfrequenzspannung mit Effektivwert V[tief]2HF gegenphasig zur ersten Hochfrequenzspannung angelegt wird,

daß an die für den Zustand "1" der Punkte der Spalten anzusteuernden entsprechenden Zeilen eine dritte Niederfrequenzspannung mit demselben Effektivwert V[tief]2BF wie die zweite aber gegenphasig zu dieser und eine dritte Hochfrequenzspannung mit demselben Effektivwert V[tief]2HF wie die zweite aber gegenphasig zu dieser angelegt wird, und

daß die Gleichung

kleines Epsilon[tief]1 V[hoch]2[tief]2BF = kleines Epsilon[tief]2 V[hoch]2[tief]2HF erfüllt ist

und die Ungleichung

kleines Epsilon[tief]1 (V[tief]1BF - V[tief]2BF)[hoch]2 < kleines Epsilon[tief]2 (V[tief]1HF + V[tief]2HF)[hoch]2

gilt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gilt.