Die Erfindung betrifft ein Ansteuerungsverfahren für die Pixel einer Flüssigkristallzelle des DHF - Typs (DHF-LCD). DHF-LCDs sind im europäischen Patent EP 0 309 774 B1 beschrieben.

Flüssigkristall-zellen des DHF - Typs können in zwei verschiedenen Modi betrieben werden:Im asymmetrischen Modus ist die Zelle so zwischen gekreuzten Polarisatoren angeordnet, dass die Transmission für eine gewisse, z.B. negative Spannung-U₀ minimal und für +U₀ maximal ist. Im symmetrischen Modus ist die Zelle so angeordnet, dass die Transmission für 0 V angelegte Spannung minimal ist und für positive und negative Spannungen zunimmt.

Im asymmetrischen Modus ist die Zelle empfindlicher, d.h. der elektrooptische Effekt ist rund doppelt so gross, wie im symmetrischen Modus. Dafür besteht die Gefahr, dass im Falle von nicht gleichspannungsfreien Ansteuerung elektrochemische Prozesse ausgelöst oder Polarisationsladungen in den Orientierungsschichten der Flüssigkristallzelle erzeugt werden. Beide Effekte können zu Phantombildern führen. Im symmetrischen Modus kann dies vermieden werden, indem man ein Bild abwechslungsweise mit positiver Spannung und mit negativer Spannung ansteuert.

In beiden Modi ist es wichtig, möglichst rasch von einer Graustufe zu einer anderen schalten zu können. Im symmetrischen Modus ist dies schwieriger, weil bei gleicher Grauwertänderung eine grössere Flüssigkristallbewegung nötig ist.

Wichtige Anwendung von DHF-LCDs benötigen eine Aktivmatrix-Ansteuerung, d.h. jedem Pixel sind Halbleiterelemente (Transistoren oder Dioden) zugeordnet, die den Multiplexbetrieb der Anzeige ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerung anzugeben, mit der mit möglichst niedriger Spannung in Kombination mit einer aktiven Matrix eine möglichst kurze Schaltzeit von DHF-LCDs erreicht wird.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass jedes Pixel vor der Zuführung eines Datenpulses auf eine vorgegebene Spannung gebracht wird.

Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

• Fig. 1 ein Ersatzschaltbild eines DHF-Pixels
• Fig. 2 ein Pulsdiagramm für eine Form des Ansteuerpulses
• Fig. 3 ein Pulsdiagramm einer alternativen Form des Ansteuerpulses
• Fig. 4 ein Pulsdiagramm einer weiteren alternativen Form des Ansteuerpulses.

In dem in Fig. 1 gezeigten Ersatzschaltbild eines DHF-Pixels ist die statische Kapazitat C_s die Kapazität, bei der sich der Direktor nicht bewegt. C_hx beschreibt die Tatsache, dass das Deformieren der ferroelektrischen Helix mit einer Aufladung (Polarisationsladung) verbunden ist. R_hx beschreibt die damit verbundenen Reibungsverluste. Für Flüssigkristallmischungen mit hoher spontaner Polarisation ist C_hx um ein Mehrfaches grösser als C_s. Die Aufladung von C_s ist rasch und lediglich limitiert durch die Ausgangsimpedanz der verwendeten Spannungsquelle. Die Aufladungszeit von C_hx dagegen ist durch ${\text{τ=R}}_{\text{hx}}{\text{C}}_{\text{hx}}$ bestimmt.

Wird eine DHF-Zelle mit einer aktiven Matrix angesteuert, so liegt während der Zeilenadressierungszeit t_z (typ. 64 µsec) ein niederohmiges Signal am Pixel. Dann wird das Pixel isoliert bis zum nächsten Bild (typisch 40 ms). Während dieser Zeit verteilt sich die Ladung, die in der Zeilenadressierungszeit auf das Pixel geflossen ist, auf die beiden Kapazitäten so, dass sie auf dieselbe Spannung aufgeladen sind. Ist die resultierende Ladung auf C_hx gross genug, um die gewünschte Deformation zu bewirken, bestehen keine Probleme. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn die charakteristische Zeit τ mehrfach kürzer ist als t_z (dann wird C_hx direkt aufgeladen und C_s hat keine Bedeutung) und/oder wenn die verwendete Spannung so hoch ist, dass nach dem Ladungsausgleich genügend Ladung auf C_hx gespeichert ist.

Da τ vor allem bei tiefen Temperaturen länger als zulässig wird, muss also mit relativ hohen Spannungen gearbeitet werden. Dies vor allem, weil C_s deutlich kleiner als C_hx ist. Um genügend Ladung auf C_s zu bringen (die dann beim Ladungsausgleich mehrheitlich auf C_hx fliesst), braucht es also eine entsprechend höhere Ladespannung.

Hohe Ladungsspannungen sind aber schlecht vereinbar mit der Aktivmatrix - Technologie. Ansteuerungsmethoden, die die notwendige Spannung reduzieren können, sind also vorzuziehen.

Steht eine Spannungsquelle mit der Maximalspannung U₀ zur Verfügung, so wird auf dem Pixel bei sehr kurzzeitiger Ansteuerungszeit τ₀ (C_hx wird nicht wesentlich geladen) die Ladung ${\text{Q₀=C}}_{\text{s}}\text{U₀}$ auf dem Pixel gespeichert. Wartet man einige Male τ, so hat sich Q₀ auf die beiden Kapazitäten verteilt. Dieser Zyklus lässt sich mehrmals (n mal) wiederholen, wobei C_hx immer weiter aufgeladen wird. Die Gesamtzeit während der ein Pixel adressiert ist, ist nτ₀. Da τ₀ sehr kurz, d.h. nτ₀ < t_z gewählt werden kann, wird die für das Multiplexieren zulässige Gesamtzeit t_z nicht überschritten, sie wird nur auf mehrere, voneinander getrennte kürzere Zeiten verteilt.

Um einen gleichspannungsfreien Betrieb einer DHF-Zelle zu gewährleisten, muss die Polarität der Ansteuerung von Bild zu Bild wechseln. Das Pixel muss also zuerst entladen werden, bevor die neue Information eingeschrieben werden kann. Dies geschieht mit Pulsen, die vor dem Einschreiben der Daten (Grauwerte) an eine ganze Zeile angelegt werden. Im wesentlichen sind drei Varianten solcher Pulse geeignet die in den Figuren 2 bis 4 skizziert sind. In diesen Figuren ist jeweils die angelegte Spannung U und die Ladung Q auf dem Pixel sowie vier Zeitabschnitte 1-4 dargestellt. Während der Zeiten vor (Zeitabschnitt 1) und nach (Zeitabschnitt 4) der Ansteuerung ist das Pixel isoliert, d.h. die angelegte Spannung nicht definiert.

Die in Fig. 2 unten gezeigten Vorpulse während des Zeitabschnitts 2 entladen das Pixel, so dass die Datenpulse während des Zeitabschnitts 3 nur noch die Aufladung auf den neuen Graustufenwert bewirken müssen.

Die in Fig. 3 unten gezeigten Vorpulse während des Zeitabschnitts 2 laden das Pixel schon auf einen geeigneten Wert vor. Die Datenpulse während des Zeitabschnitts 3 müssen dann weniger Ladung zu- oder abführen. Die Datenpulse haben dieselbe Polarität wie die Vorladepulse.

Die in Fig. 4 Mitte und unten gezeigten Vorpulse während des Zeitabschnitts 2 laden das Pixel auf die maximale Spannung auf. Die Datenpulse während des Zeitabschnitts 3 entladen dann das Pixel auf den gewünschten Grauwert. Dies kann auf zwei Arten geschehen: entweder (1) durch Amplitudenmodulation wie in Fig. 2 und 3, d.h. durch Pulse verschiedener Amplitude (Figur 4 Mitte), wobei der volle Spannungshub von -U₀...U₀ ausgenutzt werden kann, oder (2) durch Pulsbreitenmodulation, d.h. durch Pulse maximaler Spannung U₀, aber verschiedener Pulslänge (Fig. 4 unten). Bei dieser Ansteuerungsart muss die Polarität nicht in Abhängigkeit der Graustufe wechseln wie bei der Amplitudenmodulation.

Vorpulse mit maximaler Spannung sättigen das Pixel, was die Gefahr des Uebersprechens von Dateninformation anderer Zeilen, die während des Vorladepulses adressiert werden, vermindert.