DE2808584C2

DE2808584C2 -

Info

Publication number: DE2808584C2
Application number: DE2808584A
Authority: DE
Inventors: Juris A. Pittsburgh Pa. Us Asars
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1978-02-28
Publication date: 1987-05-21
Also published as: FR2382733B1; DE2808584A1; US4087792A; NL187254C; FR2382733A1; GB1600436A; JPS6350710Y2; JPS53109421A; JPS6241193U; NL7802358A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches Anzeigefeld gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein elektrooptisches Anzeigefeld dieser Art ist bekannt (IEEE Transactions on Electron Devices, Bd. ED-22, September 1975 S. 739-748; US-PS 40 06 383; US-PS 35 64 135). Das Anzeigemedium wird dort von einer elektroluminiszierenden Zelle gebildet. Das Anzeigefeld umfaßt eine Vielzahl von individuell steuerbaren Anzeige elementen. Mit jedem Anzeigeelement ist eine Transistorsteuerschaltung aus Dünnschichttransistoren verbunden, wobei die Adressierung des je weiligen Anzeigeelementes durch Reihenleitungen und Spaltenleitungen er folgt. Die Helligheit des individuellen Anzeige elementes wird durch die Änderung der Amplitude des Informationssignal potentials gesteuert, das an das Gate des Umschalttransistors für das Treibersignal angelegt wird. Die Leitfähigkeit dieses Transistors und der sich daraus ergebende Strom durch das Anzeigeelement wurde in direkter Abhängigkeit von der Amplitude des Informationssignals 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 Er regerspannung ist. Für die Herstellung von tragbaren und vielseitig einsetzbaren leichten Anzeigefeldern ist daher eine geringere Verlust leistung erforderlich, da diese eine Verringerung der Größe und des Gewichts der erforderlichen Batterieleistung ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrooptisches Anzeige feld der eingangs genannten Art zu schaffen, das bezüglich seiner Helligkeit leicht zu steuern ist und geringere Leistungsanforderungen hat.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch gelöst.

Durch 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 Ein schaltzeit Verwendung fand. Die Anforderungen an die Schwellwertempfind lichkeit konnten wesentlich erniedrigt werden, indem die effektive Ver stärkung 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 Steuer transistoren für das Treibersignal angelegt wird.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus deren Erläuterung in der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigt

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

Fig. 2A und 2B Schwingungsformen des Treibersystems für den elektro optischen 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 3 × 3 Anzeigeelementen um faßt. Die Anzeigeelemente sind über Leitungen X ₁, X ₂ und X ₃ an eine nicht dargestellte Informationssignalquelle angeschlossen. Über Leitungen Y ₁, Y ₂, Y ₃ und Y ₄ sind die Anzeigeelemente an eine ebenfalls nicht darge stellte Umschaltsignalquelle angeschlossen, die zum Zwecke der Adressie rung der gewünschten Anzeigeelemente mit dem Informationssignal synchronisiert ist. Eine weitere Leitung S verbindet alle Source- Bereiche 12 des Steuertransistors T ₂, wogegen die Drain-Bereiche 14 dieses Transistors T ₂ 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 zwi schen diesen beiden Elektroden 16 und 20 liegt und jeweils das Anzeige element C _EL bildet. Die Elektrode 20 ist zweckmäßigerweise eine dünne lichtdurchlässige Metallschicht, die die gesamte Oberfläche des Bild schirmes und damit die Vielzahl der Anzeigeelemente überzieht.

Bei dem vorliegenden Anzeigesystem mit dem elektrooptischen Bildschirm wird die Helligkeitsinformation für eine ganze Spalte der Anzeigeelemente über die der Spalte zugeordnete Leitung X _i zugeführt. Ein positiver Um schaltimpuls auf einer entsprechenden Leitung Y _j einer Reihe ändert alle Transistoren T ₁ der ausgewählten Reihe bezüglich ihres Leitfähig keitszustandes, so daß sie vom nichtleitenden in einen leitenden Zustand mit niederem Widerstand geschaltet werden. Dies bewirkt die Übertragung der Information bzw. des Spannungsniveaus der zugeordneten Spaltenleitun gen in Speicherkondensatoren C ₁. Am Ende des Umschaltimpulses geht der Umschalttransistor T ₁ wieder in den nichtleitenden Zustand über und nimmt einen hohen Widerstandswert an, so daß das eingespeicherte Spannungsniveau in dem jeweiligen Speicherkondensator C ₁ für eine Vollbildperiode erhalten bleibt. Das Ruhepotential der Reihenleitungen Y _j wird als allgemeines Bezugspotential für den Informationsverteilungs vorgang verwendet. Die zusammengeschalteten Elektroden der Speicher kondensatoren einer gegebenen Reihe sind mit der benachbarten Reihen leitung verbunden, welche sich auf Ruhepotential befindet, während der Umschaltimpuls über die gegebene Reihenleitung wirksam ist. Bei einem Arbeitszyklus mit nur einem niedrigen Impuls auf jeder Reihenleitung wird durch die Umschaltimpulsmodulation des Gates des Transistors T ₂ nur eine unbedeutende Lumineszenz ausgelöst. Dieser Effekt kann dadurch eliminiert werden, daß der Umschaltimpuls auch an die Source-Bereiche der betroffenen Transistoren T ₂ in einer Feldkonfiguration angelegt wird, bei der die Source- Leitung S parallel zu den Reihenleitungen verläuft. Eine Synchronisation des Erregungssignals für die Elektrolumineszenz mit dem Um schaltimpuls kann auch dazu beitragen, diesen auf einem Minimum gehaltenen Hellig keitsschwellwert zu vermeiden.

In den Fig. 3A und 3B sind Schwingungsformen für ein Treibersystem dar gestellt, bei dem das Source-Potential synchron mit dem elektrooptischen Treibersignal verändert wird, wobei von links nach rechts vier Betriebs zustände 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 Betrieb mit vier Stromflußwinkeln für vier Helligkeitsniveaus dargestellt. Bei dieser Betriebsart sind die Source-Bereiche aller Transistoren T ₂in 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 ₂ eine vernach lässigbare Kapazität, eine Null-Schwellwertspannung und eine sehr hohe Verstärkung hat. Bei diesen Annahmen ist das im ausgeschalteten Zustand im Speicherkondensator C ₁ gespeicherte Potential unterhalb dem niedrigsten Augenblickspotential des Source-Bereiches, wie aus der linken Darstellung in Fig. 3A hervorgeht. Der Transistor T₂ befindet sich damit im nichtleitenden Zustand.

Es erscheint an der elektrolumineszierenden Zelle C _EL nur eine konstante 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 Augen blickspotential an dem Source-Bereich, wie aus der Darstellung auf der rechten Seite der Fig. 3A hervorgeht. Der Transistor T ₂ befindet sich kontinuierlich im stark leitenden Zustand, so daß das gesamte Erregungs signal an der elektrolumineszierenden Zelle C _EL wirksam ist. In einem mittleren Helligkeitszustand liegt am Gate des Transistors T ₂ ein Potential entsprechend der Ladung des Speicherkondensators C ₁, das zwischen dem minimalen und dem maximalen Augenblickspotential am gemeinsamen Source-Bereich liegt, wie in den beiden mittleren Darstellungen gemäß Fig. 3A gezeigt ist. Der Transistor T ₂ leitet nur während eines entsprechenden Teils des Erregungszyklusses, so daß ein Teil des Erregungssignals an der elektrolumineszierenden Zelle anliegt. In diesem Fall ist das Spitzensignal an der elektrolumineszierenden 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 Betriebszustände von links nach rechts den abgeschalteten Zustand, den teilweise eingeschalteten Zustand und den voll eingeschalteten Zustand be schreiben. In Fig. 2B ist ein weiteres stufenförmig ansteigendes Signal für das Source-Potential gezeigt, wobei ebenfalls die drei von links nach rechts dargestellten Betriebszustände dem abgeschalteten Zustand, dem teilweise eingeschalteten und dem ganz eingeschalteten Zustand zugeordnet sind. Die Schwingungsformen für die Spannung sind demselben Anzeige feld zugeordnet, wenn dieses in verschiedenen Arbeitszyklen betrieben wird. Bei dem in Fig. 2A dargestellten Betriebszustand ist das von dem Anzeige element abgegebene Lichtsignal in kontinuierlicher Weise proportional zu dem gespeicherten Informationspotential. Bei dem in Fig. 2B dargestellten Betriebszustand ist das im Speicherkondensator 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 Betriebszustände viel kleiner als die Erreger frequenz für die elektrolumineszierende Zelle, wobei die unterste Grenze durch das noch erkennbare Flackern in einer Größenordnung von 50 Hz bestimmt wird. Im ausgeschalteten Zustand ist das am Speicherkondensator liegende Potential kleiner als das minimale augenblickliche Source-Anstiegs potential. Der Transistor T ₂ befindet sich während des gesamten Source- Zyklusses im nichtleitenden Zustand und an der elektrolumineszierenden Zelle erscheint lediglich ein Vorspannungspotential. Wenn das in dem Speicherkondensator gespeicherte Potential über das minimale augenblick liche Source-Anstiegspotential ansteigt, leitet der Transistor T ₂ während eines entsprechenden Teils des Source-Zyklusses. Wenn sich das Potential am Speicherkondensator auf einem maximalen augenblicklichen Source- Anstiegspotential befindet, bleibt der Transistor T ₂ im leitenden Zustand mit niedrigem Widerstand für den gesamten Source-Zyklus und das Erregungs signal erscheint bzw. wird an der elektrolumineszierenden Zelle wirksam. Die beiden Endzustände sowie ein mittlerer Zustand für die Helligkeitsskala in diesem Arbeitsbetrieb sind in den Fig. 2A und 2B gezeigt.

Bei einer idealisierten Charakteristik des Steuertransistors T ₂ wird für alle oben beschriebenen Betriebszustände die Verlustleistung im Transistor bei mittleren Helligkeitsniveaus nahezu völlig eliminiert. Bei den der zeitigen aktuellen Transistorcharakteristiken kann die Verlustleistung in dieser Schaltung bis zu einer Größenordnung geringer als in der vor liegenden sein. Die größte Verlustleistung tritt im Steuertransistor während der Zeit auf, welche zwischen dem völlig eingeschalteten Zustand und dem völlig ausgeschalteten Zustand eines jeden Source-Zyklusses auftritt. Dieser Teil bestimmt sich aus der Verstärkung des Transistors und der Amplitude des Source-Signals. Mit ansteigender Amplitude des Source-Signals ver ringert sich die Verlustleistung in dem Anzeigefeld. Eine vergrößerte Source-Signalamplitude erfordert auch einen größeren Bereich der Informationssignale für die Helligkeit auf den Spaltenleitungen X _i, 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. 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.

Claims

Elektrooptisches Anzeigefeld mit einer Vielzahl von jeweils einer individuellen Transistorschaltung und einer elektroluminiszieren den Zelle, wobei die über Reihenleitungen und Spaltenleitungen ansteuer baren Transistorschaltungen in der Lage sind, ein zeitveränderliches periodisches Signal zur Änderung der Helligkeit der zugeordneten elektro luminiszierenden Zelle zu erzeugen und jeweils einen Umschalttransistor T ₁ und einen Steuertransistor T ₂ sowie einen Speicherkondensator C ₁ um fassen, die derart zusammengeschaltet sind, daß die Source des Umschalt transistors mit einer Spaltenleitung, das Gate des Umschalttransistors mit einer Reihenleitung, das Gate des Steuertransistors mit der Drain des Um schalttransistors sowie der einen Seite des Speicherkondensators und ferner die elektroluminiszierende Zelle in Serie zum Steuertransistor geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet,
- daß die andere Seite des Speicherkondensators C ₁ an die Reihenleitung nächsthöherer Ordnung angeschlossen ist,
- und daß über eine gemeinsame Source-Leitung S für alle Steuertransistoren T ₂ ein Abstimmsignal für die Helligkeit an die Transistorsteuerschaltungen anlegbar ist.