DE2808584A1

DE2808584A1 - Elektrooptisches anzeigefeld

Info

Publication number: DE2808584A1
Application number: DE19782808584
Authority: DE
Inventors: Juris A Asars
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1978-02-28
Publication date: 1978-09-07
Also published as: US4087792A; JPS53109421A; FR2382733B1; JPS6350710Y2; DE2808584C2; GB1600436A; NL187254C; FR2382733A1; JPS6241193U; NL7802358A

Description

Elektrooptisches Anzeigefeld

Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches Anzeigefeld mit einer Vielzahl von individuelle Transistorsteuerschaltungen und jeweils eine elektroluminiszierende Zelle umfassenden Anzeigeelementen, die über Reihenleitungen und Spalienleitungen ansteuerbar sind.

Ein elektrooptisches Anzeigefeld mit einem Bildschirm, dessen .Anzeigeelemente von Dünnschichttransistoren gesteuert sind, ist bereits bekannt (IEEE Transactions on Electron Devices, September 1975). Das beschriebene Anzeigemedium wird von einer elektroluminis zierenden Zelle gebildet. Das Anzeigefeld umfaßt eine Vielzahl von individuell steuerbaren Anzeigeelementen. Mit jedem Anzeigeelement ist eine Transistorsteuerschaltung aus Dünnschichttransistoren verbunden, wobei die Adressierung des jeweiligen Anzeigeelementes durch Reihenleitungen und Spaltenleitungen erfolgt. Bei einem solchen bekannten Anzeigefeld sind zumindest zwei Leitungen in entweder der horizontalen oder vertikalen Richtung notwendig, um eine Rückleitung für das Bezugsniveau des individuellen Anzeige elementes zu gewährleisten. Die Helligkeit des individuellen Anzeige Fs/mü elementes

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elementes wird durch die Änderung der Amplitude des Informations signalpotentials gesteuert, das an das Gate des Umschalttransistors für das Treibersignal angelegt ward. Die Leitfähigkeit dieses Transistors und der sich daraus ergebende Strom durch das Anzeigeelement wurde in direkter Abhängigkeit von der Amplitude des Informations signals gesteuert. Dieses Ansteuer- und Treibersystem bedingt strenge Anforderungen an die Schwellwertgleichförmigkeit und Stabilität der Dünnschichttransistoren in ihrer Verteilung über das gesamte Anzeigefeld, um eine exakte Grauskala für die Anzeige zu erhalten. Bei einem typischen Anzeigefeld sind Tausende von Anzeigeelementen und Transistoren vorhanden. Das Treibersystem erfordert ebenfalls eine höhere als gewünschte Verlustleistung in den mittleren Helligkeiten. Dies ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß der Stromfluß im Steuertransistor in Phase mit der anliegenden Erregerspannung ist. Für die Herstellung von tragbaren und vielseitig einsetzbaren leichten Anzeigefeldern ist daher eine geringere Verlustleistung erforderlich, da diese eine Verringerung der Größe und des Gewichts der erforderlichen Batterieleistung ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrooptisches Anzeigefeld zu schaffen, das bezüglich seiner Helligkeit leicht zu steuern ist und geringere Leistungsanforderungen hat.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs erwähnten elektrooptischen Anzeigefeld dadurch gelöst, daß die Transistorsteuerschaltungen in der Lage sind, ein zeitveränderliches periodisches Signal zur Änderung der Helligkeit der zugeordneten elektroluminiszierenden Zelle zu erzeugen, und daß über eine gemeinsame Source-Leitung ein Abstimmsignal für die Helligkeit an die Transistorsteuerschaltungen anlegbar ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die jeweilige Transistorsteuerschaltung eines Anzeigeelementes einen Umschalttransistor und einen Steuertransistor sowie einen Speicherkondensator umfaßt, die derart zusammengeschaltet sind, daß sie in der Lage sind, den

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Arbeitszyklus des periodischen Signals zu ändern.

Purch die Maßnahmen gemäß der Erfindung wird die Verlustleistung in idealer Weise dadurch verringert, daß anstelle der Helligkeitssteuerung durch die Stromamplitude der Arbeitszyklus oder der Bereich der Einschaltzeit Verwendung fand. Die Anforderungen an die Schwellwertempfindlichkeit konnten wesentlich erniedrigt werden, indem die effektive Verstärkung des jeweiligen Steuertransistors verringert wurde. Die Helligkeit eines individuellen Anzeigeelementes ist somit eine Funktion der Zeit, während welcher das gespeicherte Informationssignal ein veränderliches Potential übersteigt, welches an die Source-Bereiche der jeweiligen Steuertransistoren für das Treibersignal angelegt wird.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Teilschaltbild eines elektrooptischen Bildschirmes gemäß der Erfindung;

Fig. 2A und 2B Schwingungsformen des Treibersystems für den elektrooptischen Bildschirm;

Fig. 3A und 3B Schwingungsformen für ein anderes Treibersystem gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus dem Schaltbild für einen elektrooptischen Bildschirm 10 dargestellt, der ein Feld von 3x3 Anzeigeelementen umfaßt. Die Anzeigeelemente sind über Leitungen X , X₉ und X„ an eine nicht

X Ct O

dargestellte Informations signalquelle angeschlossen. Über Leitungen Y₁, Y , Y und Y. sind die Anzeigeelemente an eine ebenfalls nicht darge-

X Cl O ΓΓ

stellte Umschaltsignal quelle angeschlossen, die zum Zwecke der Adressie-

rung der

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rung der gewünschten Anzeigeelemente mit dem Informationssignal synchronisiert ist. Eine weitere Leitung S verbindet alle Source-Bereiche 12 des Steuertransistors T₁ wogegen die Drain-Bereiche 14 dieses Transistors T₉ an eine planare Metallelektrode 16 angeschlossen sind, auf welcher jeweils eine Schicht eines elektrolumineszie-

renden Materials 18 angeordnet ist. Die andere Elektrode 20 verläuft parallel zur Metallelektrode 16 , so daß das elektrolumineszierende Material zwischen diesen beiden Elektroden 16 und 20 liegt und jeweils das Anzeigeelement CL,_T bildet. Die Elektrode 20 ist zweckmäßigerweise eine dünne lichtdurchlässige Metallschicht, die die gesamte Oberfläche des Bildschirmes und damit die Vielzahl der Anzeigeelemente überzieht.

Bei dem vorliegenden Anzeigesystena mit dem elektrooptischen Bildschirm wird die Helligkeits information für eine ganze Spalte der Anzeigeelemente über die der Spalte zugeordnete Leitung X. zugeführt. Ein positiver Umschaltimpuls auf einer entsprechenden Leitung Y. einer Reihe ändert

alle Transistoren T der ausgewählten Reihe bezüglich ihres Leitfähigkeitszustandes, so daß sie vom nichtleitenden in einen leitenden Zustand mit niederem Widerstand geschaltet werden. Dies bewirkt dieÜbertragung der Information bzw. des Spannungsniveaus der zugeordneten Spaltenleitungen in Speicherkondensatoren C Am Ende des Umschaltimpulses geht der Umschalttransistor T wieder in den nichtleitenden Zustand über und nimmt einen hohen Widerstands wert an, so daß das eingespeicherte Spannungsniveau in dem jeweiligen Speicherkondensator C für eine Vollbildperiode erhalten bleibt. Das Ruhepotential der Reihenleitungen Y. wird als allgemeines Bezugspotential für den Informationsverteilungs-

Vorgang verwendet. Die zusammengeschalteten Elektroden der Speicherkondensatoren einer gegebenen Reihe sind mit der benachbarten Reihenleitung verbunden, welche sich auf Ruhepotential befindet, während der Umschaltimpuls über die gegebene Reihenleitung wirksam ist. Bei einem

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Arbeitszyklus mit niedrigem Impuls auf jeder Reihenleitung wird nur eine unbedeutende Lichtmenge durch die Umschaltimpulsmodulation des Gates des Transistors T erzeugt. Dieser Effekt kann dadurch eliminiert werden, daß der Umschaltimpuls auch an die Source-Bereiche der betroffenen Transistoren T in einer Feldkonfiguration angelegt wird, bei der die Source Leitung S parallel zu den Reihenleitungen verläuft. Eine Synchronisation zwischen dem Erregungssignal für die Elektrolumineszenz und dem Umschaltimpuls kann auch durch diesen auf einem Minimum gehaltenen Helligkeitsschwellwert vermieden werden.

In den Fig. 3A und 3B sind Schwinungsformen für ein Treibersystem dargestellt, bei dem das Source-Potential synchron mit dem elektrooptischen Treibersignal verändert wird, wobei von links nach rechts vier Betriebszustände dargestellt sind. Diese Schwingungsformen für die Spannung und den Strom werden an ein idealisiertes Anzeigeelement im Feld angelegt und sind an diesem wirksam. Es ist ein veränderlicher Leitungswinkelbetrieb bei vier Helligkeitsniveaus dargestellt. Bei dieser Betriebsart sind die Source-Bereiche aller Transistoren T in Synchronismus mit der Erregerschwingungsform für die elektrolumineszierende Zelle moduliert. Sowohl die Schwingungsform am Source-Bereich als auch die für die Erregung sind in der oberen Figur der Einfachheit halber als Dreieckschwingung dargestellt, obwohl nahezu jegliche Schwingungsform mit einer begrenzten Anstiegs- und Abfallzeit für diese Betriebsart Verwendung finden kann. Bei dem dargestellten Zustand und auch bei der nachfolgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß der Dünnschicht-Transistor T eine vernachlässigbare Kapazität, eine Null-Schwellwertspannung und eine sehr hohe Verstärkung hat. Bei diesen Annahmen ist das im ausgeschalteten Zustand im Speicherkondensator C₁ gespeicherte Potential unterhalb dem niedrigsten Augenblicks potential des Source-Bereiches, wie aus der linken Darstellung in Fig. 3A hervorgeht. Der Transistor T befindet sich im nichtleitenden Zustand und absorbiert das gesamte Erregungssignal für die Elektrolumineszenz.

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Es erscheint an der elektrolumineszierenden Zelle C nur eine konstante

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Vorspannung, wie aus der Darstellung auf der linken Seite der Fig. 3A entnommen werden kann. Im eingeschalteten Zustand liegt das in dem Speicherkondensator gespeicherte Potential über dem höchsten Augenblickspotential an dem Source-Bereich, wie aus der Darstellung auf der rechten Seite der Fig. 3A hervorgeht. Der Transistor T befindet sich kontinuierlich im stark leitenden Zustand, so daß das gesamte Erregungssignal an der elektrolumines zierenden Zelle C„_T wirksam ist. In einem mittleren Helligkeitszustand liegt am Gate des Transistors T ein Potential entsprechend der Ladung des Speicherkondensators C₁, das zwischen dem miniraalen und dem maximalen Augenblickspotential am gemeinsamen Source-Bereich liegt, wie in den beiden mittleren Darstellungen gemäß Fig. 3A gezeigt ist. Der Transistor T leitet nur während eines entsprechenden Teils des Erregungszyklusses, so daß ein Teil des Erregungssignals an der elektrolumines zierenden Zelle anliegt. In diesem Fall ist das Spitzensignal an der elektrolumines zierenden Zelle direkt proportional zu dem Informations potential, welches im Speicherkondensator über dem dem Abschaltzustand zugeordneten Potential liegt.

In Fig. 2A ist eine Sägezahnspannung dargestellt, die dem angelegten Source-Potential entspricht, wobei die drei nebeneinander gezeigten Betriebs zustände von rechts nach links den abgeschalteten Zustand, den teilweise eingeschalteten Zustand und den voll eingeschalteten Zustand beschreiben. In Fig. 2B ist ein weiteres stufenförmig ansteigendes Signal für das Source-Potential gezeigt, wobei ebenfalls die drei von links nach rechts dargestellten Betriebs zustände dem abgeschalteten Zustand, dem teilweise eingeschalteten und dem ganz eingeschalteten Zustand zugeordnet sind. Die Schwingungsformen für die Spannung sind demselben Anzeigefeld zugeordnet, wenn dieses in verschiedenen Arbeitszyklen betrieben wird. Bei dem in Fig. 2A dargestellten Betriebszustand ist das von dem Anzeigeelement abgegebene Lichtsignal in kontinuierlicher Weise proportional zu dem gespeicherten Informationspotential. Bei dem in Fig.2B dargestellten

Betriebs-

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Betriebszustand ist das im Speicherkondsnsator gespeicherte Potential entsprechend der gemeinsamen Source-Schwingungsform quantisiert, so daß nur diskrete ausgangsseitige Lichtniveaus möglich sind. Für beide Fälle ist dieselbe idealisierte Komponentencharakteristik vorausgesetzt wie für den Betrieb gemäß den Fig. 3A und 3B. Die Source-Modulations frequenz ist für diese Betriebs zustände viel kleiner als die Erregerfrequenz für die elektroluminiszierende Zelle, wobei die unterste Grenze durch das noch erkennbare Flackern in einer Größenordnung von 50 Hz bestimmt wird. Im ausgestalteten Zustand ist das am Speicherkondensator liegende Potential kleiner als das minimale augenblickliche Source-Anstiegspotential. Der Transistor T befindet sich während des gesamten Source-

Ci

Zyklusses im nichtleitenden Zustand und an der elektrolumineszierenden Zelle erscheint lediglich ein Vorspannungspotential. Wenn das in dem Speicherkondensator gespeicherte Potential über das minimale augenblickliche Source-Anstiegspotential ansteigt, leitet der Transistor T während

Ci

eines entsprechenden Teils des Source-Zyklusses. Wenn sich das Potential am Speicherkondensator auf einem maximalen augenblicklichen Source-Anstiegspotential befindet, bleibt der Transistor T₀ im leitenden Zustand

Ct

mit niedrigem Widerstand für den gesamten Source-Zyklus und das Erregungssignal erscheint bzw. wird an der elektrolumines zierenden Zelle wirksam. Die beiden Endzustände sowie ein mittlerer Zustand für die Helligkeits skala in diesem Arbeitsbetrieb sind in den Fig. 2A und 2B gezeigt.

Bei einer idealisierten Charakteristik des Steuertransistors T wird für alle oben beschriebenen Betriebs zustände die Verlustleistung im Transistor bei mittleren Helligkeitsniveaus nahezu völlig eliminiert. Bei den derzeitigen aktuellen Transistorcharakteristiken kann die Verlustleistung in dieser Schaltung bis zu einer Größenordnung geringer als in der vorliegenden sein. Die größte Verlustleistung tritt im Steuertransistor während der Zeit auf, welche zwischen dem völlig eingeschalteten Zustand und dem völlig ausgeschalteten Zustand eines jeden Sourcezyklusses auftritt. Dieser Teil bestimmt sich aus der Verstärkung des Transistors und der Amplitude

des

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des Source-Signals. Mit ansteigender Amplitude des Source-Signals verringert sich die Verlustleistung in dein Anzeigefeld. Eine vergrößerte Source-Signalamplitude erfordert auch einen größeren Bereich der Informations signale für die Helligkeit auf den Spaltenleitungen X., da deren Bereich gleich der Summe des Spitzenwerts des Source-Signals und des dynamischen Gate-Signalbereiches des Steuertransistors ist. Die effektive Dämpfung des Informationssignals für die Helligkeit verringert auch die Anforderungen für die Stabilität und die Gleichförmigkeit für den Steuertransistor. Eine räumliche oder zeitliche Änderung der Schwellwertspannung wird durch die zeitliche Ableitung des Source-Potentials dividiert., um den Einfluß auf den Leitungsphasenwinkel oder den Arbeitszyklus für den Steuertransistor zu erhalten. Für Anzeigesysteme, bei denen diskrete Helligkeitsniveaus mit vielen unterschiedlichen Niveauwerten wünschenswert sind, kann ein treppenförmiges Source-Signal benutzt werden, wie in Fig. 2B dargestellt. Bei diesem Arbeitsbetrieb wird die zeitliche Ableitung des Source-Potentials über eine Anzahl von begrenzten Bereichen sehr groß und die Schwellwertänderungen innerhalb eines Stufenbereiches haben kaum Einfluß auf die ausgangsseitige Helligkeit. Eine gleichartige Quantisierung kann auch bei dem Phasenwinkelbetrieb gemäß den Fig. 3A und 3B vorgesehen werden.

Patentansprüche

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Claims

2.

Paten tansprüche

Elektrooptisches Anzeigefeld mit einer Vielzahl von individuelle Transistorsteuerschaltungen und jeweils eine elektroluminis zierende Zelle umfassenden Anzeigeelementen, die über Reihenleitungen und Spaltenleitungen ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet daß die Transistorsteuerschaltungen (T₁, T) in der Lage sind, ein zeitveränderliches periodisches Signal zur Änderung der Helligkeit der zugeordneten elektroluminis zierenden Zelle (C ) zu er-

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zeugen, und daß über eine gemeinsame Source-Leitung (S) ein Abstimmsignal für die Helligkeit an die Transis^orsteuerschaltungen anlegbar ist.

Elektrooptisches Anzeigefeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Transistorsteuerschaltung eines Anzeigeelementes einen Umschalttransistor (T ) und einen Steuertransistor (T ) sowie einen Speicherkondensator (C₁) umfaßt, die derart zusammengeschaltet sind,daß sie in der Lage sind, den Arbeitszyklus des periodischen Signals zu ändern.

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