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Fernsehgerät mit Flachbildschirm
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Die Erfindung betrifft ein Fernsehgerät mit Flachbildschirm, bei welchem
der Bildschirm zwischen zwei durchsichtigen Platten eine Flüssigkristallschicht
aufweist, die mit Elektroden in Verbindung steht.
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Es gibt seit langer Zeit Bemühungen, bei Fernsehgeräten ohne Bildröhre
auszukommen, weil die Bildröhre ein empfindliches Teil ist, das große Abmessungen
hat und außerdem hohe Spannungen benötigt und große Wärmeverluste verursacht. Anstelle
der Bildröhre kann ein Flachbildschirm verwendet werden, der eine Schicht aus einem
Material enthält, dessen optische Eigenschaften durch Anlegen eines elektrischen
Feldes verändert werden können. So ist es beispielsweise bei Anzeigeeinrichtungen
bekannt, Flüssigkristalle zu verwenden, die doppelbrechende Eigenschaften haben
und die Polarisationsrichtung einfallenden Lichtes verändern. Diese Flüssigkristalle
befinden sich in einem Spalt zwischen zwei Glasplatten, die außen jeweils mit einer
Polarisationsschicht beschichtet sind. Die Polarisationsschichten haben unterschiedliche
Polarisationsachsen, so daß die gesamte Platte ohne Einwirkung eines elektrischen
Feldes kein Licht durchläßt. Wird dagegen an Elektroden, die mit der Flüssigkristallschicht
in Verbindung stehen, eine Spannung angelegt, dann ändern sich die Orientierungen
der Molekülachsen des Flüssigkristalls und die Polarisationsrichtung des auftreffenden
Lichtes wird geändert. Stellt man hinter der Gesamtplatte eine Lichtquelle auf,
so kann das Maß des durchscheinenden Lichtes durch Modulierung der an die Elektroden
angelegten Spannung verändert werden. Die Anwendung dieses Prinzips
auf
Fernsehbildschirme, bei denen eine große Anzahl von Bildpunkten in einer Bildebene
liegt, konnte bisher nicht mit dem gewünschten Erfolg realisiert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fernsehgerät mit Flachbildschirm
zu schaffen, bei dem auf einfache Weise eine Verteilung der Bildimpulse auf die
verschiedenen Stellen des Bildschirms erfolgt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die
Elektroden linienförmig entlang der Bildschirmzeilen verlaufen und jeweils mit Impulsen
gespeist werden, die einzeln nicht ausreichen, um die optischen Eigenschaften der
Schicht zu verändern, und daß die Impulse derart bemessen sind, daß beim örtlichen
Zusammentreffen zweier Impulse an unterschiedlichen Elektroden an einem Bildpunkt
des Bildschirms die optischen Eigenschaften der Schicht an diesem Bildpunkt entsprechend
der Gesamtamplitude der zusammentreffenden Impulse verändert werden.
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Ein derartiger Flachbildschirm hat nicht die oben aufgeführten Nachteile
der Bildröhre. Er kommt mit relativ niedrigen Spannungen aus. Die Spannungen der
einzelnen Impulse an jeder der Elektroden reichen nicht aus, um einen Bildpunkt
des Bildschirms optisch zu verändern. Erst wenn beide Impulse aufeinandertreffen,
wird an den Stellen des Zusammentreffens ein Bildpunkt erzeugt, dessen Helligkeit
von der Gesamtamplitude der sich summierenden Impulse abhängt. Da die Impulse nur
eine kurze zeitlang zusammentreffen, sollte der Bildschirm zweckmäßigerweise eine
nachleuchtende Beschichtung tragen, die den Bildpunkt länger leuchten läßt als die
Oberschneidung der zusammentreffenden Impulse andauert.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß entlang
jeder Bildschirmzeile zwei Elektroden verlaufen, daß an das eine Ende der ersten
Elektrode erste Impulse mit einer ersten Impulsfrequenz gelegt werden, deren Amplituden
entsprechend den Bildsignalen moduliert sind, daß an das gegenüberliegende Ende
der zweiten Elektrode zweite Impulse mit einer zweiten Impulsfrequenz gelegt werden,
und daß die beiden Impulsfrequenzen geringfügig voneinander abweichen, derart, daß
jeweils ein erster Impuls und ein zweiter Impuls infolge der Laufzeitverzögerungen
an unterschiedlichen Stellen der Bildschirmzeile aufeinandertreffen.
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Wenn der erste und der zweite Impuls genau gleichzeitig zu beiden
Enden einer Bildschirmzeile anstehen, treffen sie in der Mitte der Zeile aufeinander.
Wird der zweite Impuls aber z.B. von dem rechten Zeilenende abgeschickt, bevor der
erste Impuls von dem linken Zeilenende aus abgeschickt wird, so treffen beide Impulse
in der linken Zeilenhälfte aufeinander. Auf diese Weise kann durch geeignete Bestimmung
des Phasenunterschiedes zwischen dem ersten und dem zweiten Impuls der Punkt des
Zusammentreffens beider Impulse auf dem Bildschirm verändert werden. Da diese Veränderungen
kontinuierlich erfolgen müssen, haben die ersten Impulse eine feste Frequenz und
die zweiten Impulse haben ebenfalls eine feste Frequenz. Beide Impulsfrequenzen
unterscheiden sich nur geringfügig voneinander. Die zweite Impulsfrequenz ist vorzugsweise
etwas kleiner als die erste Impulsfrequenz.
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Die zur Veränderung der optischen Eigenschaften der Schicht benötigten
Potentiale erhält man vorzugsweise dadurch, daß die Impulse an den beiden Elektroden
entgegengesetzte
Polaritäten haben. Auf diese Weise addieren sich
beim Zusammentreffen der Impulse die elektrischen Spannungen. Da die Zeitspanne
der gegenseitigen Überschneidung zweier Impulse nur sehr kurz ist, bestehen zweckmäßigerweise
die Impulsintervalle nicht aus Nullspannungen, sondern aus einer Vorspannung. Auf
diese Weise wird die elektrisch veränderbare Schicht einem Vorspannungspotential
ausgesetzt, von der aus die Umschaltung bei eintreffenden Impulsen schneller erfolgt.
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Bei kleineren Bildschirmen können die Elektroden sämtlicher Bildschirmzeilen
in Reihe geschaltet sein. Die ersten Impulse werden beispielsweise an der oberen
linken Ecke des Bildschirms eingespeist, während die zweiten Impulse an dem anderen
Ende der Elektrodenleitung eingespeist werden, das sich an der rechten unteren Ecke
des Bildschirms befindet. Die ersten und die zweiten Impulse werden an unterschiedliche
Elektrodenleitungen gelegt.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme
auf die Figuren näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch den Weg der ersten Impulse und der zweiten
Impulse auf einem relativ kleinen Bildschirm, bei dem die Elektrodenpaare sämtlicher
Zeilen in Reihe geschaltet sind, Fig. 2 zeigt schematisch das Zusammentreffen zweier
Impulse an einem Bildpunkt, Fig. 3 zeigt schematisch ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen
Fernsehgerätes,
Fig. 4 verdeutlicht die zeitlichen Beziehungen zwischen
den ersten und den zweiten Impulsen bei der Erzeugung aufeinanderfolgender Bildpunkte,
und Fig. 5 zeigt schematisch die Unterteilung eines Bildschirmes in mehrere Bereiche
zur Vermeidung von Mehrfachüberschneidungen eines zweiten Impulses mit ersten Impulsen.
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In Fig. 1 ist schematisch ein Flachbildschirm 10 nach der Erfindung
dargestellt. Auf diesem Bildschirm sind entlang der Bildzeilen Paare von Elektrodenleitungen
11 verlegt.
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In Fig. 1 sind die Elektrodenleiterpaare jeweils mit nur einem einzigen
Strich angedeutet, der die betreffende Zeile markiert. Die Zeilen 11 laufen von
links nach rechts und das rechte Ende einer jeden Zeile ist mit dem (linken) Anfang
der darunterliegenden Zeile verbunden. Dies bedeutet, daß die Elektrodenpaare der
Zeilen in entsprechender Weise in Reihe geschaltet sind.
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Ein erster Impuls I1, der an eine Eingangsleitung 12 gelegt wird,
die mit dem Anfang der ersten Zeile verbunden ist, durchläuft also sämtliche Zeilen
11 jeweils von links nach rechts und gelangt schließlich an die Leitung 13, die
mit dem linken Ende der untersten Zeile verbunden ist.
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Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß die Leitungen 12, 13, ebenso
wie die mit 11 bezeichneten Zeilen jeweils aus einem Paar durchgehender Elektroden
bestehen, daß also in Wirklichkeit zwei parallele Leiter vorhanden sind. Die Impulse
I1 und die Impulse I2 werden an unterschiedliche Leiter gelegt.
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Zur Erzeugung des ersten Bildpunktes am linken oberen Ende
des
Bildschirms durchläuft der Impuls I2 sämtliche Bildzeilen von rechts nach links
und von unten nach oben. Erst wenn er in der obersten Bildzeile angekommen ist,
wird an Leitung 12 der erste Impuls I1 erzeugt, so daß beide Impulse 11 und I2 an
dem gewünschten Bildpunkt aufeinandertreffen. Die beiden Impulse haben unterschiedliche
Polaritäten, so daß sich ihre Spannungen addieren. Die Gesamtspannung hängt von
der Amplitude des betreffenden Impulses I1 ab. Diese Amplituden variieren entsprechend
der Signalspannung des Bildsignales. Dadurch werden die Helligkeitsunterschiede
erzielt. Dagegen sind die Amplituden der Impulse I2 konstant.
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In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines Fernsehempfängers nach der
Erfindung dargestellt. Von der Antenne 15 gelangt das Fernsehsignal in den Empfangsteil
16, wo es verstärkt wird. Anschließend erfolgt in dem Verstärker und Demodulator
17 die Demodulierung. In der Stufe 18 werden die Bildsignale von den Tonsignalen
getrennt. Die Tonsignale werden dem Lautsprecher 19 zugeführt, während die Bildsignale
an eine Torschaltung 20 geleitet werden. Die Zeilensynchronsignale werden aus der
Schaltung 18 herausgeführt und über eine Leitung 21 an die Impulsgeneratoren 22
und 23 gegeben.
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Der Impulsgenerator 22 erzeugt die Impulse I1 mit einer Impulsfolgefrequenz
f1, während der Impulsgenerator 23 die Impulse I2 mit einer Frequenz f2 erzeugt.
Die Frequenzen f1 und f2 unterscheiden sich nur geringfügig voneinander, was nachfolgend
noch erläutert wird. Die Impulse I1 werden einer Analogtorschaltung 20 zugeführt,
die dadurch gesteuert wird und die Bildsignale während des Anstehens der Impulse
I1 zum Bildschirm durchläßt. Auf diese
Weise erfolgt eine Impulsabtastung
des Bildinhalts.
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Die Folgefrequenz der Bildimpulse I1 hängt von der Größe des Bildschirms
ab. Als Beispiel sei angenommen, daß ein Bildschirm eine Breite von 834 mm und eine
Höhe von 625 mm hat. Dies entspricht einem üblichen Bildschirmformat.
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Der Bildschirm habe 625 Zeilen und die benötigte Anzahl der Leuchtpunkte
betrage 834.
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Bei den üblichen Fernsehsignalen beträgt die Abtastzeit für eine Zeile
52,5 ps, zuzüglich 11,5 ps für den Zeilenrücklauf. In 52,5 Zs sind also 834 Bildimpulse
erforderlich. Dies bedeutet, daß stets nach 62,949 ns ein Bildimpuls erzeugt werden
muß. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß sich die Impulse mit Lichtgeschwindigkeit
fortbewegen, beträgt der Längenabstahd zwischen zwei Bildimpulsen 19075,727 mm.
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Für den Durchlauf einer Zeile von 834 mm Länge benötigt der Stromimpuls
2,7522 ns.
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Sollen sich die beiden gegenläufigen Impulse I1 und I2 in einem Abstand
von 1 mm vom Zeilenanfang treffen, so hat beim Zusammentreffen der Impulse der vom
Zeilenanfang ausgesandte Impuls eine Zeitspanne von 0,0033 ns durchlaufen und der
vom Zeilenende ausgesandte Impuls 12 hat eine Zeitspanne von 2,7489 ns durchlaufen.
Dies gilt für die oben erwähnte Zeilenlänge von 834 mm.
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Liegt der Treffpunkt der beiden Impulse 2 mm vom Zeilenanfang, so
benötigt der erste Impuls I1 (Bildimpuls) 0,0066 ns und der zweite Impuls I2 benötigt
2,7456 ns um zu dieser Stelle zu gelangen. Diese Zeiten verschieben
sich
für jeweils 1 mm Abstand auf der Zeile um 0,0033 ns.
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Diese Verhältnisse sind für eine Bildzeile in Fig. 4 dargestellt.
Die Abszissenwerte kennzeichnen den Abstand des Bildpunktes vom Zeilenabstand und
auf der Ordinate ist die Zeit aufgetragen. Am linken Rand sind die Zeitpunkte des
Anlegens der Impulse I1 an die Leitung 12 (Fig. 1) und am rechten Rand die Zeitpunkte
des Anlegens der Impulse I2 an Leitung 13 aufgezeichnet.
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Ein erster Impuls 30, der zum Zeitpunkt 0 vom Zeilenanfang losgeschickt
wird, erreicht nach 2,7522 ns das Ende der Zeile.
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Es sei angenommen, daß ein zweiter Impuls 41 nach 60,2043 ns nach
dem Zeitpunkt 0 vom Zeilenende aus abgeschickt wird und daß ein erster Impuls 31
nach einer Zeit von 62,9499 ns, also später als der Impuls 41, vom Zeilenanfang
abgeschickt wird. Beide Impulse 31 und 41 treffen zu einem Zeitpunkt von 62,9532
ns (bezogen auf den Zeitpunkt 0) an einer Stelle 51 aufeinander, die einen Abstand
von 1 mm vom Zeilenanfang hat. Die übrigen Werte für die Impulserzeugung am Zeilenanfang
und am Zeilenende zur Erzeugung der Bildpunkte 52, 53 und 54, die jeweils voneinander
einen Abstand von 1 mm haben, ergeben sich aus Fig. 4.
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Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel haben die ersten Impulse I1
jeweils Abstände von 62,9499 ns, was einer Impulsfolgefrequenz f1 von 15,885648
MHz entspricht. Die Impulse I2 haben dagegen voneinander einen zeitlichen Abstand
von 60,2043 ns, was einer Frequenz 2 von 15,883983 MHz entspricht.
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Die Bildimpulse 12, deren Amplituden entsprechend dem zeitlichen Verlauf
des Zeilensignales moduliert sind, haben bei zeitlichen Abständen von 62,9499 ns
unter Berücksichtigung ihrer Fortpflanzung mit Lichtgeschwindigkeit einen räumlichen
Abstand von ca. 19 m voneinander.
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Dies bedeutet, daß der jeweils nächstfolgende Impuls erzeugt wird,
wenn der erste Impuls auf dem Bildschirm eine Zeilenlänge von ca. 19 m (inkl. Zeilenrücklauf)
durchlaufen hat. Bei relativ kleinen Bildschirmen kann die Gesamtzeilenlänge, also
die Summe der Längen aller Zeilen kleiner sein als der räumliche Abstand zweier
Impulse, so daß man prinzipiell nach dem in Fig. 1 dargestellten Schema verfahren
könnte, bei dem die Impulse Ii am oberen linken Bildrand und die Impulse I2 am unteren
rechten Bildrand eingegeben werden. Bei größeren Bildschirmen hätte diese Art der
Impulseinspeisung aber den Nachteil, daß jeweils mehrere erste Impulse I1 und mehrere
zweite Impulse I2 auf dem Bildschirm liefen, weil der vorhergehende Impuls sich
noch auf dem Bildschirm befindet, während der nächstfolgende Impuls gerade erzeugt
wird. Außer den beabsichtigten Bildpunkten würden daher stets noch weitere unbeabsichtigte
Bildpunkte entstehen.
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Um dies zu vermeiden, ist der Bildschirm 60 nach Fig. 5 in mehrere
Zeilenbereiche aufgeteilt. Bei dem dargestellten Beispiel sind zwei Zeilenbereiche
vorhanden. Die Gesamt-Zeilenlänge des oberen Zeilenbereiches 61 ist inkl.
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Zeilenrücklauf so lang, daß sie kleiner ist als der räumliche Abstand
zweier aufeinanderfolgender Impulse. Das gleiche gilt für den unteren Zeilenbereich
62. Die ankommenden Bildimpulse 11 werden einem Verteiler 63 zugeführt, der einen
Zeilenzähler enthält. Der Zeilenzähler wird durch die Zeilensprungsignale an Leitung
21 gesteuert.
Hat sein Zählerstand die Zeilenzahl des ersten Zeilenbereichs
61 erreicht, schaltet er die Impulse I1, die zunächst an die obere Leitung 121 weitergeleitet
worden sind, nunmehr auf die untere Leitung 122 um. Auf diese Weise erreicht man,
daß die Gesamtzeilenlänge des oberen Halbbildes und die Gesamtzeilenlänge des unteren
Halbbildes jeweils kleiner ist als der Impulsabstand, so daß unerwünschte Impulskreuzungen
vermieden werden. Gegebenenfalls kann für noch größere Bildschirme der Bildschirm
in noch mehr Zeilenbereiche unterteilt sein. Die Zeilenbereiche müssen auch nicht
notwendigerweise in der dargestellten Weise räumlich zusammenhängende Blöcke sein.
Vielmehr können beispielsweise die ungeradzahligen Zeilen dem ersten Zeilenbereich
und die geradzahligen Zeilen dem zweiten Zeilenbereich zugeordnet werden.
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In Fig. 2 ist schematisch der Aufbau einer Zeile dargestellt. Zwischen
zwei Glasplatten 70, 71 befindet sich eine Flüssigkristallschicht 72. Entlang der
Glasplatten 70, 71 verlaufen in Zeilenrichtung durchsichtige Elektroden 73, 74,
die durch die Flüssigkristallschicht 72 voneinander getrennt sind. Die Elektroden
verlaufen parallel zueinander und liegen einander gegenüber. Ein Elektrodenpaar
73, 74 bildet bei der Darstellung nach Fig. 1 eine Zeile und ist daher in Fig. 1
mit nur einem Strich dargestellt.
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Die Bildimpulse I1 wandern auf der Elektrodenleitung 73, z.B. von
links nach rechts, während die zweiten Impulse 12 auf der Elektrodenleitung 74 von
rechts nach links wandern. An der Stelle, an der beide Impulse I1 und I2 zusammentreffen,
wird die elektrische Feldstärke im Flüssigkristall so groß, daß die Molekülachsen
gedreht werden
und der Flüssigkristall an dieser Stelle seine optischen
Eigenschaften verändert. An den Außenseiten der Glasplatten 70, 71 können Polarisationsschichten
angebracht sein.
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Außerdem kann sich hier noch eine Lumineszenzschicht befinden, die
ein Nachleuchten bewirkt. Die Zeit des Zusammentreffens der beiden Impulse I1 und
I2 ist nur sehr kurz und wffrde vom menschlichen Auge überhaupt nicht wahrgenommen,
wenn kein Nachleuchten erfolgen würde.
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Andere Elektrodenformen sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Nach
Fig. 6 ist eine Kristallplatte 75 außen mit einander überlappenden Elektroden 76,
77 versehen. Fig. 6 stellt im Gegensatz zu Fig. 2 einen Querschnitt durch den Bildschirm
dar, wobei die Elektrodenleitungen 76 und 77 jeweils paarweise eine Zeile bilden.
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Eine ähnliche Anordnung für einen Flüssigkristall 78 ist in Fig. 7
dargestellt. Zwei Glasplatten 79, 80 bilden einen Hohlraum, in dem sich ein Flüssigkristall
78 befindet.
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Längs der Plattenflächen sind Elektroden 81, 82 angeordnet, von denen
sich jeweils zwei Elektroden paarweise gegenüberliegen und eine Bildschirmzeile
bilden. Die Elektroden sind durchsichtig.
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