CH672196A5

CH672196A5 -

Info

Publication number: CH672196A5
Application number: CH877/86A
Authority: CH
Inventors: Tuomo Suntola
Original assignee: Lohja Ab Oy
Priority date: 1985-03-05
Filing date: 1986-03-04
Publication date: 1989-10-31
Also published as: AU593239B2; DK97686A; SE8600983L; IN165865B; AU5427986A; JPS61281692A; GB2172733B; ES8707804A1; GB2172733A; IT8647713A0; FI850874L; FR2578705A1; FR2578705B1; FI73325C; DE3606404A1; NO860801L; IT1190215B; SE461692B; DD243578A5; BR8600925A

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Bildelementen auf einem Farbanzeigeschirm gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie auf eine Farbanzeigeeinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Den Stand der Technik betreffende Verfahren sind in folgenden Publikationen erfasst:

(1) R. Vatne, P. A. Johnson,Jr„ P. J. Bos:

A LC/CRT Field-Sequential Color Display, SID 83 DIGEST, Seiten 28...29.

(2) P. J. Bos, P. A. Johnson, Jr., K. R. Koehler/Beran: A Liquid Crystal Optical-Switching Device,

SID 83 DIGEST, Seiten 30...31.

(3) G. Haertling:

PLZT Color Displays,

SID 84 DIGEST, Seiten 137...140.

(4) H. Kamamori, M. Suginoya, Y. Terada, K. Iwasa: Multicolor Graphic LCD withTricolor Layers Formed by

Electrodeposition,

SID 84 DIGEST, Seiten 215...218.

(5) W. A. Barrow, R. E. Coovert, C. N. King:

Strontium Sulphide:The Host for a New High-Efficiency

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Thin Film EL Blue Phosphor,

SID 84 DIGEST, Seiten 249...250.

(6) Electroluminescent Displays,

Report 6 475, Seite 83.

(7) W.F.Goede:

Technologies for High-Resolution Color Display, 1982 International Display Research Converence,

1982

IEEE, Seiten 60...63.

(8) T. Uchida, S. Yamamoto, Y. Shivata:

A Full-Color Matrix LCD with Color Layers on the Electrodes,

1982 International Display Research Conf., 1982 IEEE, Seiten 166...170.

(9) Displays, October 1984, Seite 212.

(10) S. Morozumi, K. Oguchi, S. Yazawa, T. Kodaira, H. Ohshima, T. Mano:

B/W and Color LC Video Displays Addressed by Poly Si TFTs

SID 83 DIGEST, Seiten 156... 157.

(11) M. Yoshida, K. Tanaka, K. Taniguchi, T. Yamashita, Y. Kakihara, T. Inoguchi:

AC Thin-Film EL Device That Emits White Light, SID 80 DIGEST, Seiten 106...107.

(12) J.Chevalier,J-P.Valves:

CRTs With Phosphor and Impregnated Cathodes for Avio-nics Displays,

SID 82 DIGEST, Seiten 60...61.

(13) Large Screen Display Performance Comparison Chart

SID 82 DIGEST, Seite 107.

(14) M.G. Clark, I.A.Shanks:

A Field-Sequential Color CRT Using a Liquid Crystal Color Switch SID 82 DIGEST,-Seiten 172...173.

(15) J. A. Roese, L. E. McCleary, A. S. Khalafalla:

3-D Computer Graphics Using PLZT Electrooptic Cera-mics,

SID 78 DIGEST, Seite 16.

(16) SID 78 DIGEST, Seite 16.

(17) GB-PS 2 061 557 (M. Stolov).

(18) B. E. Rogowith:

Flicker Matching: A Technique for Measuring the Per-ceived Flicker of a VDT,

SID 83 DIGEST, Seiten 172...173.

(19) Mukao et al. (Hitachi Col Ltd.) :

Nikkei Microdevices,

Special Issue, Frühling 85

(20) R. Blinc, N. A. Clark, J. Goodby, S. A. Pikin, K. Yos-hino:

Ferroelectrics, Vol. 55, Nr. 1,2,3,4 (1984) und Vol. 59, Nr. 1,2(1984).

(21) FI-PS 60 333 (J. Antson et al.).

Die weithin angewandte Lösung für eine elektronische Farbanzeigeeinrichtung ist die Schattenmaskenröhre, wie sie in Farbfernsehgeräten üblich ist und die aus nebeneinander angeordneten Dreiergruppen von Farbelementen besteht, die in typischer Weise mit Hilfe von drei Elektronenstrahlen (7) erregt werden. Bei einer derartigen Anzeigeeinrichtung besteht der gesamte Anzeigeschirm aus einer grossen Anzahl derartiger Farbbildelemente oder sogenannten Farbpixeln. Ein homogener Farbeindruck von dieser Art einer Farbanzeigeeinrichtung erfordert einen hinreichend grossen Betrachtungsabstand zwischen dem Betrachter und dem Anzeigeschirm, um nämlich die Farbelemente der Farbelemente der Farb-Dreiergruppen in der Vorstellung des Betrachters zu einem nicht-diskret wahrgenommenen Farbpixel zusammenfliessen zu lassen.

Es existieren ferner Farbanzeigeeinrichtungen auf der Grundlage von benachbarten Farbelementen, die in anderer Weise erregt werden als durch eine Elektronenstrahlerre-gung. So ist beispielsweise die matrixgesteuerte Fluoreszenz-Plasmaanzeigeeinrichtung im Prinzip imstande, eine Anzeige zu liefern, welche der der Schattenmaskenbildröhre äquivalent ist (16). Diese Anzeigeeinrichtungen gehören in die Kategorie der aktiven Anzeigekomponenten; sie zeichnen sich durch eine aktive Lichtemission von den Farbelementen aus.

Eine Farbanzeigeeinrichtung mit einer parallelen Steuerung von benachbarten Farbelementen kann ebenfalls aus einer Licht-Gattermatrix mit steuerbarer Lichtdurchlässigkeit gebildet werden, wozu Farbfilter im Lichtweg und eine Lichtquelle auf der Rückseite der Anzeigeeinrichtung in Betracht gezogen werden (4, 8,10). Eine derartige Licht-Gattermatrix besteht generell aus Flüssigkeitskristallzellen (LC-Zellen), in denen jeder Pixel bzw. jedes Bildelement in typischer Weise aus drei Lichtzellen mit individueller paralleler Steuerung besteht. Jede Zelle ist dabei so abgestimmt, dass sie eine der Primärfarben durch ihr Blau-, Grün- bzw. Rot-Filter überträgt. Demgemäss muss das Lichtquellenspektrum genügend Energie sämtlicher Primärfarbwellenlängen enthalten. Die LC-Licht-Gattermatrix-Farbanzeigeeinrichtung ist mit den Farbfiltern bei kleinen Fernsehempfängern angewandt worden, und zwar unter Erzielung der Vorteile eines geringen Gewichts und eines kleinen Profils im Vergleich zu der konventionellen Bildröhre. Einer der Nachteile der mit benachbarten Primärfarblichtschaltern arbeitenden Farbanzeigeeinrichtungen liegt in den relativ niedrigen Übertragungswirkungsgrad, der u. a. durch den Umstand hervorgerufen ist, dass die Lichtquellenemission für die jeweilige Primärfarbe lediglich durch einen Drittel der jeweiligen Pixelfläche wirksam übertragen wird. In der Praxis ist die effektive Lichtgatterfläche bzw. Lichtdurchlassfläche sogar kleiner, und zwar aufgrund der unvermeidbaren Zwischenräume zwischen den Lichtgattern bzw. Lichtdurchlassbereichen.

Sämtliche Lösungen von Anzeigeeinrichtungen mit benachbarten Farbelementen sind durch ungenügende Farbkonvergenz beschränkt, die in direkter Beziehung zu dem relativen Abstand zwischen den Primärfarbelementen steht. Dieser Nachteil ist besonders bei farbigen Graphik-Anzeigeeinrichtungen bemerkbar sowie bei anderen Farbanzeigeeinrichtungen, bei denen eine Forderung nach hoher Auflösung besteht.

Eine Lösung zur Verbesserung der Farbkonvergenz ist durch die sogenannte Pénétrations- bzw. Durchdringungsbildröhre gegeben, bei der die Lichtabgabeschicht auf dem Anzeigeschirm der Bildröhre auseinander überlagerten Leuchtstoffschichten mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen für die Primärfarben besteht (12). Die jeweils emittierte Wellenlänge kann durch Ändern der Energie des Erregungs-Elektronenstrahls ausgewählt werden, und damit kann die Durchdringungs- bzw. Eindringtiefe gesteuert werden, um die Leuchtstoffschicht mit der gewünschten Wellenlänge zu erreichen. Bildröhren vom Durchdringungstyp decken jedoch nicht das gesamte wahrnehmbare Farbspektrum ab. Aufgrund der komplizierten Steuerelektronik der Elektronenstrahl-Beschleunigungsspannung sind die Steuerfunktionen bei dieser Art von Bildröhre unangenehm ; demgemäss wird die Bildröhre vom Durchdringungstyp lediglich in Spezialanwendungsfällen benutzt.

Eine weitere, vor kurzem entwickelte Lösung liegt in einer Kombination einer Farbanzeigeeinrichtung mit sequentiellen Farbteilbildern zweier Primärfarben. In diesem Falle werden die Farbteilbilder für die beiden Primärfarben mittels einer einzigen Farbbildröhre erzeugt, die mit Farbpolari-

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satoren für die Farbtrennung und mit LC-Farbseparatoren für die Auswahl der sequentiellen Farbteilbilder ausgestattet ist ( 1, 14). Die Skala der Farbwerte ist jedoch bei dieser Anzeigeeinrichtung auf die Skala der beiden Primärfarben und ihrer Kombinationen beschränkt. Bei diesem System setzt die Erzeugung eines Farbbildes ohne Flimmern voraus, dass der LC-Farbseparator, in diesem Falle der Polarisations-Separator, imstande ist, bei einer Frequenz von etwa 100... 120 Hz zu arbeiten. Die Einschalt-und Ausschaltzeiten der LC-Zelle, wie sie in der Druckschrift (1) beschrieben ist, betragen etwa 1 ms. Diese Zeitspanne reicht aus, um diese Forderung zu erfüllen. Die grundsätzlichen Beschränkungen dieser Lösung liegen in dem eingeschränkten Spektrum der Farben innerhalb der Kombinationen der beiden Primärfarbkomponenten sowie in dem hohen Intensitätsverlust, der auf den niedrigen Übertragungswirkungsgrad in der Polarisationsanordnung zurückgeht.

Bei einer Farbbild-Projektionsanzeigeeinrichtung besteht das Farbbild im allgemeinen aus der Addition gesondert erzeugter Primärfarbbilder von den Primärfarb-Kanälen. Diese Farbbilder werden in einem optischen Linsensystem kombiniert, welches die Primärfarbbilder auf einen einzigen Schirm projiziert (13).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von Bildelementen mit einer individuellen Farbsteuerung vorzuschlagen, bei welchem die bei den oben erwähnten herkömmlichen Lösungen vorgefundenen Nachteile beseitigt sind.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Erzeugung von Bildelementen mit einer individuellen Farbsteuerung auf einem Farbanzeigeschirm, das nach dem Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.

Die zur Durchführung dieses Verfahrens erfindungsge-mäss vorgeschlagene Farbanzeigeeinrichtung ist durch den Anspruch 6 definiert.

Durch die Erfindung werden erhebliche Vorteile erzielt. So ist die durch die Erfindung erzielte Farbkonvergenz ausgezeichnet, da sämtliche Primärfarbkomponenten durch dasselbe Licht-Gatter gesteuert werden. Dieser Vorteil kann in keiner Anzeigeeinrichtung mit benachbarten Primärfarbelementen erzielt werden. Wenn ein und dasselbe Licht-Gatter für jede Primärfarbe als gesteuertes Bildelement verwendet wird, dann kann in der Praxis die dreifache oder eine sogar noch stärkere Durchlässigkeit erzielt werden im Vergleich zu einem Bildelement, welches aus benachbarten Farblementen besteht. Dies bringt den zusätzlichen Vorteil mit sich, dass jede Primärfarbquelle lediglich während der Dauer der entsprechenden Primärfarbkomponente des Bildelements aktiviert ist bzw. wird. Das Verfahren gemäss der Erfingung bringt somit einen hohen Durchlässigkeits-Wirkungsgrad mit sich, der dreifach den Wirkungsgrad der Anzeigen mit benachbarten Farbelementen übersteigt.

Die Farbreinheit oder Einfarbigkeit einer Primärfarbe, die durch Ausfiltern von einer Quelle mit kontinuierlichem Spektrum gewonnen wird, ist im allgemeinen schlechter als von einer monochromatischen Lichtquelle. Demgemäss bringt das Verfahren gemäss der Erfindung den zusätzlichen Vorteil mit sich, dass nämlich eine stärkere Abdeckung von Farbwerten in dem Farbkoordinatensystem erzielt ist. Überdies besteht einer der Vorteile des Verfahrens in der Herabsetzung der individuell gesteuerten Licht-Gatter auf ein Drittel im Vergleich zu der Lösung, die auf der Verwendung von benachbarten Farbelementen basiert. Dies vereinfacht den Aufbau der Licht-Gattermatrix. Bei der Licht-Gattermatrix der Synchro-Gatter-Anzeigeeinrichtung sind ferner die Farbfilter in der Licht-Gattermatrix angeordnet. Im Vergleich zu der Lösung mit benachbarten Licht-Gattern ist es bezüglich der Licht-Gatter bei der vorliegenden Erfindung zwar erforderlich, mit etwa der dreifachen Rate zu arbeiten; diese Betriebsweise ist jedoch mit zum Stand der Technik gehörenden Licht-Gatterkonstruktionen erreichbar. So arbeiten beispielsweise die in den Druckschriften 2,3,15,19 und 20 angegebenen Licht-Gattertypen mit einer für diesen Zweck ausreichenden Geschwindigkeit.

Diese Vorteile sind zusammen mit weiteren Vorteilen und Charakteristiken in weiter hinten folgenden Tabellen 1 und 2 veranschaulicht, die als Anhang beigefügt sind und in denen die Synchrogatter-Anzeigeeinrichtung mit bekannten Farb-anzeigeeinrichtungen verglichen ist, die auf der Kombination eines Licht-Gatters und einer Lichtquelle basieren. Der Vergleich schliesst Anzeigeeinrichtungen gemäss den Lösungen nach den Druckschriften (4) und (1) ein, wobei die erstere Lösung eine parallele Farbanzeigeeinrichtung mit benachbarten Licht-Gatterelementen und Filtern umfasst, während die letztere Lösung eine teilbild-sequentielle Farbanzeigeeinrichtung ist, bei der die abwechselnden Primär-farb-Teilbilder mittels eines Licht-Gatters getrennt werden. Die durch die Druckschrift (17) gegebene Lösung einer Anzeigeeinrichtung umfasst die Kombination einer hinsichtlich der Farbe auswählbaren Lichtquelle auf der Rückseite und einer Licht-Gatteranzeigeeinrichtung ; diese Lösung führt jedoch zu keiner funktionsfähigen Anzeigeeinrichtung, sondern eher zu einer monochromen Anzeigeeinrichtung mit einer Auswahlfähigkeit bezüglich der Anzeigefarbe, indem die Farbe der Projektionslichtquelle auf der Rückseite geändert wird.

Der in der Vergleichstabelle in Verbindung mit der Syn-chrogatter-Anzeigeeinrichtung und der teilbild-sequentiellen Anzeigeeinrichtung benutzte Ausdruck der kritischen Flimmerfrequenz bezieht sich auf die Wiederholungsrate der Licht- oder Bildfelder, mit der das menschliche Auge das wiederholt auftretende Licht oder die wiederholt auftretenden Bilder zu kontinuierlichen Licht oder zu einer kontinuierlichen Bildinformation integriert. In der Praxis hängt die kritische Flimmerfrequenz von der Helligkeit, vom Oberflächentyp, von Kontrast und von auf den Betrachter sich beziehende Faktoren des Lichtes oder Bildes ab. In typischer Weise liegt die kritische Flimmerfrequenz über 25 Hz, siehe hierzu die Druckschrift (18).

Im folgenden wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. la und lb zeigen eine Frontansicht bzw. eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Anzeigeeinrichtung gemäss der Erfindung.

Fig. 2a veranschaulicht in einen Blockdiagramm eine Ausführungsform der Anzeigeeinrichtung gemäss der Erfindung.

Fig. 2b zeigt schematisch sowie in vergrössertem Massstab eine Ausführungsform einer Flüssigkeitkristall-Licht-Gatter-Steuerschaltung.

Fig. 2c zeigt schematisch sowie in vergrössertem Massstab eine Ausführungsform einer Flüssigkeitkristall-Licht-Gatter Steuerschaltung in Verbindung mit Eingangs-Zwischenspeichern.

Fig. 3a zeigt das Signal-Zeit-Diagramm für die verschiedenen Abschnitte einer Ausführungsform gemäss der Erfindung während einer vollständigen horizontalen Abtastung.

Fig. 4b zeigt das Signal-Zeit-Diagramm für die verschiedenen Komponenten einer Ausführungsform gemäss der Erfindung während einer vollständigen horizontalen Abtastung in Verbindung mit den Eingangs-Zwischenspeichern.

Fig. 4a und 4b zeigen eine weitere Ausführungsform gemäss der Erfindung in einer Frontansicht bzw. in einer Seitenansicht.

Fig. 5a und 5b zeigen eine dritte Ausführungsform gemäss

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Fig. 6a und 6b zeigen eine vierte Ausführungsform gemäss der Erfindung in einer Frontansicht bzw. in einer Seitenansicht.

Fig. 7a und 7b zeigen eine fünfte Ausführungsform gemäss der Erfindung in einer Frontansicht bzw. in einer Seitenansicht.

Fig. 8a zeigt in einer schematischen Form eine Ausführungsform gemäss der Erfindung für die Anwendung in einer Proj ektionsanzeigeeinrichtung.

Fig. 8b zeigt ein rotierendes Farbtrennfilter in Vorderansicht für die in Fig. 8a dargestellte Ausführungsform.

Fig. 9a, 9b und 9c zeigen eine Ausführungsform gemäss der Erfindung für eine Anwendung in einer sogenannten hybriden Anzeigeeinrichtung.

Fig. 1 Oa und 10b veranschaulichen einen Vergleich zwischen den Bereichen der Farbelemente auf dem Anzeigeschirm und den zugehörigen Licht-Gattern für eine Anzeigeeinrichtung mit benachbarten Farbelementen bzw. für eine Anzeigeeinrichtung gemäss der Erfindung.

Die das Verfahren gemäss der Erfindung ausführende Anzeigeeinrichtung umfasst die in Fig. la und lb dargestellten grundsätzlichen Komponenten: eine Licht-Gatter-Matrix 9 und ein Lichtquellensystem mit Primärfarblichtquellen 6,7 und 8 sowie Steuerschaltungen 1 bis 4, welche den synchronen Betrieb der Licht-Gattermatrix 9 und des Lichtquellensystems 6,7, 8 in geeigneter Weise gemäss den Verfahren nach der Erfindung steuern.

Die Licht-Gattermatrix 9 ist mit Licht-Gatterelementen 10 realisiert, welche während der Erzeugung des entsprechenden Primärfarbbildes auf einen Durchlässigkeitspegel gesteuert werden, welcher der Intensität der angezeigten bzw. anzuzeigenden Primärfarbe in dem jeweiligen Bildelement entspricht. Eine Ansprechzeit von etwa 2 ms oder weniger ist für das Licht-Gatterelement 10 erforderlich. Eine Zeitspanne von einigen wenigen Millisekunden tiR, tic, tm (Fig. 3a, 3b) steht für die Ansteuerung der Licht-Gattermatrix 9 mit der Teilbildinformation zur Verfügung, wobei die Lichtquelle 6, 7 bzw. 8 lediglich während der Zeitspanne taR, taG, taB aktiviert ist, während der die der jeweiligen Primärfarbe R, G, B entsprechende Bildinformation vollständig zu der Licht-Gatter-matrix 9 hingeleitet wird und während der die Licht-Gatterelemente 10 auf ihre entsprechenden Durchlässigkeitspegel gesteuert werden.

Auf der Grundlage der bekannten Technologie ist die einfachste Lösung zur Realisierung der Licht-Gattermatrix eine Flüssigkeitskristall-Licht-Gattermatrix die durch Dünnfilm-Transistoren gesteuert wird. Im Prinzip handelt es sich dabei um eine Matrix, wie sie bei bekannten Licht-Gatter-Matrizen mit benachbarten, Farbfilter-Licht-Gatterelementen zu finden ist.

Eine Anzeigeeinrichtung gemäss der Erfindung kann, wie dies in Fig. 2a und 2b veranschaulicht ist, unter Verwendung der vorliegenden Hauptblöcke realisiert werden.

Block 1 : Hierbei handelt es sich um einen Videosignalspeicher zur Umsetzung des Eingangssignals in eine serielle Form, die mit der Anzeigeeinrichtung kompatibel ist.

Block 2 : Hierbei handelt es sich um Daten-Eingangssteuereinrichtungen zur Steuerung der Licht-Gattermatrix-Spalten

Cl...Cm.

Block 3 : Hierbei handelt es sich um Auswahleinrichtungen für die Licht-Gattermatrix-Zeilen ri...rn.

Block 4: Hierbei handelt es sich um Zeitsteuerschaltungen und um die Spannungsversorgungseinrichtung.

Block 5 : Hierbei handelt es sich um ein Lichtquellensystem, welches gesondert aktivierte, Primärfarben emittierende Lichtquellen 6,7 und 8 für die Farben Rot, Grün bzw. Blau umfasst.

Block 9 : Hierbei handelt es sich um eine LC-Licht-Gatter-matrix, deren Gatterelemente 9 durch eine integrale Dünnfilm-Transistoranordnung gesteuert werden.

Block 15 (Fig. 2b): Die Gate-Elektrode G eines Dünnfilm-Transistors 15, derein individuelles Licht-Gatterelement 10 steuert, ist mit der Matrix-Zeile rj verbunden, die von den Zeilen-Wählern des Blocks 3 gesteuert wird. Die Drain-Elektrode D des Dünnfilm-Transistors 15 ist mit der Spaltenleitung ci der Matrix 9 verbunden, über die ein Datentreiber 2 die Intensitäts-Information des entsprechenden Elements einspeist, und zwar über die Source-Elektrode S des betreffenden Dünnfilm-Transistors an einer Stelle 12 auf die durch das LC-Element gebildete Kapazität. Die andere Elektrode des Flüssigkeitskristallelements 16 ist eine gemeinsame Elektrode 17.

Block 49 : Hierbei handelt es sich um Steuerschaltungen bzw. um Treiber der Lichtquellen 6,7, 8 in den Lichtquellensystem 5.

Die sogenannte Synchrogatter-Anzeigeeinrichtung gemäss der Erfindung setzt die folgende Leistungsfähigkeit von dem Licht-Gatterelement 10 voraus:

a) Eine Ansprechzeit von ^ 2ms und b) einen steuerbaren Durchlässigkeitspegel für sämtliche spektralen Primärfarbkomponenten.

Die Forderung bezüglich der Ansprechzeit lässt sich am besten bei den bekannten Lösungen durch PLZT-Licht-Gatter (3,15) bzw. durch ferroelektrische Flüssigkeitskristall-Licht-Gatter (19,20) erfüllen. Die Pi-Zelle (2) erfüllt ebenfalls die Forderungen bezüglich der Ansprechzeit. Die Durchlässigkeit der erwähnten Zellentypen ist durch ein transversales elektrisches Feld über die Zelle für sämtliche Primärfarbkomponenten R, G, B steuerbar.

Aufgrund einer niedrigeren Steuerspannung zeigen u. a. die LC-Zellen eine bessere Ausbeute als die PLZT-Zellen in den Licht-Gatter-Matrixkonstruktionen mit einer grossen Anzahl von Zellen. Die besten Ergebnisse sind mit LC-Matrizen erzielt worden, die durch Dünnfilm-Transistoren (TFT) gesteuert werden. Bei den bisher bekannten Lösungen wird jedes LC-Element in der Licht-Gattermatrix in typischer Weise durch einen TFT-Transistor gesteuert, dessen Gate- und Drain-Elektroden mit Zeilen- bzw. Spaltenleitungen rj, ci der Licht-Gattermatrix 9 verbunden sind (Fig. 2b). Die der jeweiligen Spalten-Leitung a aufgezwungene Steuerspannung wird über den Kanal des TFT-Transi-stors, welcher durch das Steuersignal von der Zeilen-Auswahlleitung her leitend gesteuert ist, auf die durch die LC-Zelle gebildete Kapazität übertragen. Um die Zellenzeitkon-stante zu erhöhen, ist der Kapazität im allgemeinen ein Dünnschichtkondensator parallelgeschaltet, un die 20 ms-Speicherzeit zu erzielen, ein Wert, wie er in typischer Weise erforderlich ist für Zellen in benachbarten Farbelementan-zeigeeinrichtungen. Die Lösung der Anzeigeeinrichtung gemäss der Erfindung arbeitet sogar mit einer Matrix-Zellen-speicherzeit von J/3 x 20 ms. Im Unterschied dazu muss die Ansprechzeit ^ 5 ns liegen, während die Lösungen auf der Grundlage der benachbarten Farbelementmatrizen in typischer Weise mit einer längeren Ansprechzeit von ^ 30|is arbeiten.

Eine Alternative (Fig. 2c) für eine durch einen Dünnschicht- bzw. Dünnfilm-Transistor gesteuerte Zelle umfasst einen weiteren TFT-Transistor als Eingangs-Zwischenspeicher- bzw. als Eingangs-Latch, der die Information des nächsten Teilbildes in die Matrix während der Anzeige des vorhergehenden Teilbildes ohne irgendeine Störung des angezeigten Teilbildes zu übertragen gestattet. Das Intensitätssignal wird in bzw. auf einem Kondensator 60 gespeichert

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und zu dem Licht-Gatterelement durch das Einschalten des Dünnschicht-Transistors 61 in sämtlichen Primärfarbelementen über eine Elektrode 62 durchgeschaltet.

Fig. 3 a zeigt das Signal-Zeit-Diagramm für eine Anzeige-einrichtung gemäss der Erfindung, bei der die Licht-Gattermatrix 9 mit der sogenannten TFT-LC-Konstruktion realisiert ist. Das Steuerverfahren zur Steuerung der Matrix 9 arbeitet zeilenweise, d. h. «eine Zeile zu einem Zeitpunkt». Die zeitliche Signalsteuerung erfolgt durch die Zeitsteuereinheit 4, die mit dem Eingangs-Videosignal synchronisiert ist.

Die grundsätzliche Arbeitsablauffolge tt (z. B. 20 ms) umfasst drei sequentielle Sub-Sequenzen tR, tG und tß, während derer die Rot-, Grün-bzw. Blau-Farb-Unterteilbilder erzeugt werden. Darüber hinaus umfasst jede der drei Sub-bzw. Unter-Sequenzen zwei grundsätzliche Betriebszyklen, deren erste tiR, tiG und üb die Videoinformation des jeweiligen Sub-Teilbildes über die Spaltenleitungen ci...cm einzeln nacheinander zu den Elementen der Licht-Gattermatrix-Zeile ri...rn übertragen. Die den LC-Elementen aufgedrückten Steuerspannungen sind in Fig. 3a als Signalverläufe rl, cl...cm, rn, cl...cm veranschaulicht. Die zweiten Grundzyklen taR, taG, taB sind für die Lichtquellenaktivierung reserviert, so dass der Lichtimpuls von der roten Lichtquelle während der Zeitspanne taR erzeugt wird ; der grüne Lichtimpuls von der grünen Lichtquelle wird während der Zeitspanne taG erzeugt, und der blaue Impuls wird von der blauen Lichtquelle während der Zeitspanne taB erzeugt. Zusätzlich zu den Grundzyklen müssen die Sub-Sequenzen tR, tG, tß Zeit für eine Licht-Gatter-Zustandsänderung tlg und für Lichtquellen-Abschaltverzögerungen TR, Tg, Tb bereitstellen bzw. reservieren. Die Fig. 3b zeigt die entsprechenden Sequenzen bzw. Folgen, Sub-Sequenzen und Grundzyklen für eine Licht-Gattermatrix mit Eingangs-Speichern. Bei diesem Aufbau können die Grundzyklen ta und ti gleichzeitig auftreten. Eine zusätzliche Folge bzw. Sequenz für den Eingangsspeicher-Freigabeimpuls ist mit einer Dauer von derselben Grössenordnung erforderlich, mit der der Eingangs-Schreibimpuls auftritt.

Das Lichtquellensystem 5 der Anzeigeeinrichtung umfasst Lichtquellen für die Primärfarben R, G und B; die Lichtquellen werden individuell während einer Impulsdauer von ^ 3 ms gesteuert.

Die Ausführung der Primärfarbquellen 6,7, 8, die für den Betrachter in gleicher Weise zur Anzeige gebracht werden müssen, kann unter Verwendung irgendeiner Konstruktion der verschiedenen bekannten Lichtquellenkonstruktionen erfolgen. Eine optimale Lichtquelle ist eine transparente, eine flache Oberfläche aufweisende und ein geringes Profil zeigende Lichtquelle, welche die Primärfarben R, G und B abgibt und welche die Lage sämtlicher Primärfarbquellen 6, 7,8 einer typischen Farbanzeigeeinrichtung in Betrachtungsrichtung ausgerichtet zulässt. Eine diese Forderungen erfüllende Lichtquelle ist beispielsweise die Dünnschicht-Elektro-lumineszenzzelle gemäss der Literaturstelle (21) ; sie umfasst eine Elektrolumineszenz-Konstruktion (Fig.5a und 5b), wobei sie unter Anwendung der Dünnschichttechnologie auf einer Glasplatte 18 als Elektrolumineszenzschicht 24 mit transparenten Elektroden 23,25 hergestellt ist.

Demgemäss sind bei dieser Konstruktion die elektrolumi-neszenten Primärlichtquellen oder EL-Lampen hinter der Licht-Gattermatrix 9 angeordnet und in der Grösse der Licht-Gattermatrix zusammengeschichtet. Die EL-Lampen R, G und B können in ihrem Resonanzbetrieb gesteuert werden, was zu geringeren Forderungen bezüglich des Wirkungsgrades führt als bei einer im Multiplexbetrieb arbeitenden EI^ Anzeigeeinrichtung.

Die Primärfarbquellen können ferner so aufgebaut sein, wie dies in Fig. 4a, 4b gezeigt ist. Bei dieser Ausführung wird das emittierte Licht-Teilbild der benachbarten oder parallel angeordneten Primärfarbquellen 19,20,21 mittels eines Dif-fusors 22, beispielsweise durch eine mattierte Glasscheibe zwischen der Lichtquelle und der Licht-Gattermatrix homogenisiert. Jede Primärfarbquelle R, G, B ist als parallel gesteuerte Gruppe von Leuchtdioden, z. B. als Spalten 19,20, 21, ausgestaltet.

Ferner kann das Lichtquellenfeld als Vakuum-Fluoreszen-zemitter konstruiert sein, der in ausreichender Dichte streifen- oder punktförmige Bereiche der jeweiligen Primärfarbe oder eine Kombination dieser Elemente umfasst (Fig. 6a, 6b). Bei dieser Konstruktion sind die Fluoreszenzstreifen 31,32,33 für die Primärfarben R, G, B parallel auf einer Glasplatte 18 angeordnet. In Abstand von diesen Streifen 31,32,33 ist eine Kathodenstruktur 50 vorgesehen. Die Streifen 31,32,33 und die Kathodenstruktur 50 sind in einer Vakuumverpackung eingeschlossen, die eine Diffusor-platte 22, Abdichtungen 30 und Abstandsstücke 26 umfasst. Die Primärfarben emittierenden Fluoreszenzstoffe sind als schmale Streifen über gesonderte Anodenelektroden 27,28, 29 gedruckt. Die Auswahl der R-, G- und B-Lichtimpulse erfolgt durch eine Anoden-Kommutierung.

Beim Projektorbetrieb (Fig. 8a, 8b) lässt sich die Lichtquelle 41,42 am leichtesten mittels einer einzigen weisses Licht emittierenden Quelle 41,42 realisieren, beispielsweise durch eine Xenon-Gasentladungslampe, die impulsweise betrieben wird, um den Wirkungsgrad zu steigern, wobei ein Primärfarbtrennfilter 37 im Lichtübertragungsweg synchron mit den Steuersignalen der Licht-Gattermatrix 9 gedreht wird.

Das Filter 37 wird durch einen Elektromotor 39 über eine Welle 38 synchron mit einem Steuersignal von einer Steuereinheit 40 her gedreht, welche die Matrix 9 steuert. Die kreisförmige Filterplatte 37 ist durch schwarze Sektoren 41 in drei transparente Filterbereiche 38,39,40 für die drei Primärfarben R, G bzw. B unterteilt. Das von der Lichtquelle 41 emittierte Licht wird durch die Farbtrenneinrichtung zu einem Reflektor 42 hin und von diesen durch das optische Licht-Gattersystem 43 bis 46 als das gewünschte Farbmuster zu einem Anzeigeschirm 47 hin übertragen.

In Fig. 7a, 7b ist ein Lichtquellenaufbau veranschaulicht, der monochromatische Primärfarb-Fluoreszenzlampen 34, 35,36 oder äquivalente Neon-Entladungsröhren enthält. Die Forderungen bezüglich der Anstiegs- und Abfall-Ansprech-zeiten bei diesen Lichtquellen können unter Verwendung von beispielsweise UV-erregter Lanthanide-Fluoreszenzstoffe erfüllt werden. Auch in diesem Falle besteht die Funktion des Diffusors 22 darin, die Intensität der Lichtabgabefläche für die Licht-Gattermatrix 9 zu homogenisieren.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf Ausführungen gemäss der Erfindung, die auf der Verwendung einer LC-Licht-Gattermatrix mit einer integralen Dünnschicht-Transistorsteuerschaltungsan-ordnung basieren.

Wenn die gewünschte Bildauflösung gering ist, umfasst die Erfindung ferner Lösungen, bei denen die individuellen Bildelemente mit Hilfe von diskreten Licht-Gatterelementen in einer Hybrid-Konstruktion ausgeführt sind, und zwar möglicherweise mit einer gesonderten Treiberschaltung versehen. Diese Ausführungsform ermöglicht den Einsatz von konventionellen integrierten Schaltungen zur Steuerung der Licht-Gatter, wie dies vorgeschlagen ist, und zwar für ein Instrumentenanzeigefeld, wie dies in Fig. 9a, 9b und 9c angedeutet ist. Die Traganordnung bei dieser Lösung für die Licht-Gattermatrix ist eine Glasplatte 51. Auf die Oberfläche der Glasplatte 51 ist mit Ausnahme der Bereiche der Licht-Gatterelemente überall eine lichtundurchlässige Isolationsmaterialschicht 52 aufgedruckt. Auf der Oberseite der Isola-

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tionsschicht 52 ist ein Leitermuster 53 aufgedruckt. Dies stellt die Verbindung bzw. Verdrahtung von den Licht-Gatterelementkontakten 54 zu den Steuerschaltungskontakten 55 her.

Sowohl die Lichtelemente als auch die Steuerschaltungen sind an der Glasplatte 51 unter Anwendung einer Oberflächenbefestigungstechnologie befestigt. Eine individuelle Licht-Gatter-Anzeigeeinrichtung 56 kann aus gesondert kontaktierten Licht-Gatter-Elementen 58 bestehen, die über Signalleitungen angesteuert werden, welche an der Licht-Gatter-Anzeigeeinrichtungskante angebracht sind.

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Wenn der Aufbau auf PLZT-Licht-Gatterelemente basiert, ist eine Steuerspannung von etwa 150 bis 200 V von den Treiberschaltungen 57 erforderlich. Diese können von derselben Art sein wie die für EL- und Plasmaanzeigeeinrichtungen. 5 Eine Treiber- bzw. Steuerschaltung dieses Typs steuert in typischerWeise 32 oder 64 Licht-Gatterelemente.

Obwohl die als Ausführungsbeispiele der Erfindung beschriebenen Ausführungsformen sich auf die Verwendung von drei Primärfarben beziehen, dürfte einzusehen sein, dass io es ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegt, beispielsweise zwei, vier oder sogar mehr Primärfarben zu verwenden.

Tabelle 1

Nachbar-Element-Anzeige (Parailel-Filterkonstruktion)

Teilbildsequentielle Anzeigeeinrichtung

Synchrogatter-Anzeigeeinrichtung

Lichtquelle

Kombination von Farb-Emitter für Primärfarben

Kombination von Farbabgabe-Bildröhre für 2 Primärfarben

Gesonderte Primärfarbemitter

Bilderzeugung

In Licht-Gattermatrix

Bei Lichtquelle

In Licht-Gattermatrix

Intensitätssteuerung für Primärfarben

Durchlässigkeitssteuerung der Lichtgatter

Pixel-Pegelsteuerung bei Lichtgattern

Durchlässigkeitssteuerung der Licht-Gatter

Trennung der Primärfarben

Filter in der Licht-Gattermatrix

Farbpolarisatoren und Licht-Gatter-Separator

In gesonderten Farbquellen eingeschlossen

Synchrone Operationen

Nichts

Licht-Gatter-Separator Hinzugefügtes Farbbild

Primär-Farb-Subteilbilder des Farbbildes in der Licht-Gattermatrix

Primärfarb-Emitter-Steuerung

Farbspektrum

Sämtliche Farben in dem Primärfarbspektrum

Kombinationen aus zwei Primärfarben

Sämtliche Farben innerhalb des Primärfarbspektrums

Farbkonvergenz

Unvollständig

Vollständig

Tabelle 2

N achbar-Element-Anzeige (Parailel-Filterkonstruktion)

Teilbildsequentielle Anzeigeeinrichtung

Synchrogatter-Anzeigeeinrichtung

Anzahl der Licht-Gatter

3 x Anzahl der Bildelemente

1

Anzahl der Bildelemente

Anforderung bezüglich der Ansprechzeit der Licht-Gatter

^20 ms

^ 3 ms

^ 2 ms

Steuerungsintervall für ein Licht-Gatter

^30jj.s

^3 ms

5 LIS

Teilbild-Multiplikator/Primärfarbe

(P - S) (P/3 - S) P2

Siehe Fig. 10a

(P-s T-p2

Siehe Fig. 10b

B

7 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Erzeugung von Bildelementen mit einer individuellen Farbsteuerung auf einem Farbanzeigeschirm, unter Verwendung von zumindest zwei Licht-Gattern (10) und einem gemeinsamen Lichtquellensystem (5) für die Licht-Gatter zur gesonderten Erzeugung zumindest zweier Primärfarben (R, G, B), wobei das Lichtquellensystem (5) für jede Primärfarbe (R, G, B) zur Lieferung von Licht gesondert aktiviert wird, in welchem die verschiedenen Primärfarbkomponenten vorhanden sind, und mit Steuerschaltungen (1...4) für eine solche Steuerung der Durchlässigkeit des jeweiligen Licht-Gatters (10) gesorgt wird, dass die gewünschte Farbintensität erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärfarben (R, G, B) in dem Lichtquellensystem (5) als alternierende Lichtzyklen mit einer Wiederholungsfrequenz von mindestens 25 Hz erzeugt werden, wobei zum jeweiligen Zeitpunkt nur eine Primärfarbe emittiert wird, und dass die Farbe des jeweiligen Bildelements dadurch erzeugt wird, dass die Durchlässigkeit des jeweiligen Licht-Gatters (10) während jedes die jeweilige Primärfarbe enthaltenden Lichtzyklus in dem von der gewünschten Farbensumme bedingten Verhältnis synchron geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfolge jedes Lichtzyklus durch die Anzahl der Primärfarben (R, G, B) in eine entsprechende Anzahl von sequentiell auftretenden Sub-Folgen (tR, tG, tB,) unterteilt wird, deren jede ferner in Grundzyklen (tï, ta) unterteilt wird, deren eine (ti) dafür herangezogen wird, eine Videosignalinformation zu dem jeweiligen Licht-Gatter (10) hin zu übertragen, und deren andere 15 (ta) für die Aktivierung des Lichtquellensystems (5) herangezogen wird, derart, dass ein Lichtimpuls der entsprechenden Primärfarbe (R, G, B) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundzyklen (ti, ta) in jeder Sub-Folge (tR, tG, tß) sequentiell auftreten (Fig. 3a).
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundzyklen (fa, ta) in jeder Sub-Folge (tR, tG, tß) gleichzeitig auftreten (Fig. 36).
5. Verfahren nach Anspruch 2, unter Verwendung einer Licht-Gattermatrix (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Videosignalinformation zu dem jeweiligen Licht-Gatter (10) von einem Dateneingangstreiber (2) über Spaltenleitungen (ci...cm) Zeile für Zeile (ri...rn) übertragen wird.
6. Farbanzeigeeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit zumindest zwei Lichtgattern (10) als Anzeigeelemente, mit einem Lichtquellensystem (5) auf der Farbanzeigeeinrichtungs-Rückseite, wobei das Lichtquellensystem so ausgebildet ist, dass es zumindest zwei verschiedene Primärfarben (R, G, B) emittiert, und mit Steuerschaltungen (1...4) für die Steuerung der Lichtdurchlässigkeit des jeweiligen Licht-Gatters (10) in Übereinstimmung mit einem gewünschten Programm, dadurch gekennzeichnet, dass ein Synchronisationsbereich (4) vorgesehen ist, der so ausgebildet ist, dass er mit einer Wiederholungsfrequenz von zumindest 25 Hz individuell und sequentiell die Primärfarben (R, G, B) des Lichtquellensystems (5) aktiviert, und dass die Steuerschaltungen (1...4) so ausgebildet sind, dass sie jedes Licht-Gatter (10) synchron mit dem Synchronisationsbereich (4) derart steuern, dass dann, wenn irgendeine der Primärfarben im aktivierten Zustand ist, die Intensität des durch das entsprechende Licht-Gatter (10) hindurchgelassenen Lichts dem Anteil der Primärfarbe in der im Licht-Gatter (10) erzeugten Farbensumme proportional ist.
7. Farbanzeigeeinrichtung nach Anspruch 6, mit einem Lichtquellensystem (37,41,42), welches eine Licht über ein weites Spektrum abgebende Lichtquelle (41,42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Farbsynchronisationsele-

ment vorgesehen ist, das aus einem Farbtrennfilter (32 -Fig. 8a, 8b) besteht, das vor der Lichtquelle (41,42) angebracht und in Drehung versetzbar ist und zusammen mit der Lichtquelle die verschiedenen Primärfarben (R, G, B) erzeugt.
8. Farbanzeigeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtquellensystem Dünnschicht-Elektrolumineszenzstrukturen (23...25) umfasst, die in Betrachtungsrichtung zur Abgabe der Primärfarben (R, G, B - Fig. 5a, 5b) zusammengeschichtet sind.
9. Farbanzeigeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtquellensystem eine Struktur von Leuchtdiodengruppen (19,20,21) für die Abgabe der verschiedenen Primärfarben (R, G, B) umfasst. (Fig. 4a, 4b)
10. Farbanzeigeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtquellensystem eine Vakuum-Fluoreszenzanordnung mit Primärfarben abgebenden Bereichen (31,32,33) für die Abgabe der verschiedenen Primärfarben (R, G, B) umfasst. (Fig. 6a, 6b)
11. Farbanzeigeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtquellensystem eine Anordnung aus Fluoreszenzröhren (34,35,36) oder ähnlichen Lichtemittern umfasst. (Fig. 7a, 7b)
12. Farbanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Diffusor (22) vorgesehen ist, der vor den Lichtquellen angeordnet ist und das Farbabgabefeld homogenisiert.
13. Farbanzeigeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus diskreten Komponenten aufgebaute Licht-Gatterelemente (56,58) vorgesehen sind, die auf einer Glasplatte (51) aufgebracht sind, welche als Anzeige-Leitersubstrat und Strukturrahmen dient. (Fig. 9a, 9b, 9c)
14. Farbanzeigeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ein individuelles Licht-Gatter steuernde Steuerschaltung einen Eingangsspeicher enthält, der einen Dünnschicht-Transistor (61) und einen Zwischenspeicher-Kondensator (60) enthält, und zwar für die gleichzeitige Übertragung von Bildinformation zu sämtlichen Bildelementen auf ein auf einer gemeinsamen Freigabeelektrodenleitung (62) für sämtliche Bildelemente auftretendes Signal hin. (Fig. 2c)