DE4315819A1

DE4315819A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Treiben einer Elektrolumineszenz-Matrix-Anzeige

Info

Publication number: DE4315819A1
Application number: DE4315819A
Authority: DE
Inventors: Terho Harju
Original assignee: Planar International Oy
Current assignee: Planar Systems Oy
Priority date: 1992-05-15
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1993-11-18
Also published as: JPH07152344A; JP3958377B2; FI922215A0; US5451978A; FI91684B; FI922215A7; FI91684C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Treiben einer Elektrolumineszenz-Matrix-Anzeige.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Treiben einer Elektrolumineszenz-Matrix-Anzeige.

Bei den bekannten Techniken zum Treiben einer Elektrolumineszenz-Anzeige ist bei den meisten kommerziell verfügbaren Lösungen lediglich eine EIN/AUS- Lösung ohne einen genaueren Graustufentreiber implementiert.

Sowohl in dem US-Patent 4,559,535 wie auch in den japanischen Patenten JP 02-15295 und JP 01-307797 sind Implementationen von Grauabstufungen in Elektrolumineszenz-Anzeigen beschrieben. Die Lösung gemäß der US- Veröffentlichung ist wegen ihrer Bit-Effektivität nicht sonderlich gut. Die japanischen Veröffentlichungen beschreiben Pulsbreiten-Modulations-Verfahren, wobei die hiermit verbundenen Probleme weiter unten beschrieben werden.

Es sind auch Schaltkreise zum Herstellen von Grautönen verwendet worden (Supertext HV08 und HV38), die mit einer Amplitudenmodulation arbeiten, aber in praktischen Lösungen hat es sich herausgestellt, daß der allgemeine Lumineszenzgrad den Grauton eines einzelnen Bildpunkts übermäßig beeinflußt. Es hat sich herausgestellt, daß die Korrektur dieser Basislösung, um eine besser funktionierende Lösung zu erhalten, sehr teuer ist und daß darüber hinaus die notwendigen zusätzlichen Schaltkreise eine beträchtlich höhere Leistung erfordern und den Stromverbrauch erhöhen würden.

Es ist auch eine andere Modulationsmethode verwendet worden, die sogenannte Pulsbreiten-Modulation (PWM = Pulse width modulation), die jedoch ähnliche Probleme mit sich bringt wie die zuvor erwähnte Amplitudenmodulation: Instabilität der Grauabstufungen wegen sich ändernder Treibermuster sowie Probleme mit dem Stromverbrauch.

Darüber hinaus sind die Spaltentreiber-Schaltkreise der oben diskutierten Lösungen kompliziert und teuer in der Herstellung.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der oben beschriebenen Verfahren und Techniken zu eliminieren und ein neues Verfahren zum Treiben einer Elektrolumineszenz-Matrix-Anzeige zu schaffen.

Die Erfindung basiert auf dem Konzept, an zumindest einen Teil der nicht ausgewählten Zeilenelektroden eine Spannung anzulegen, die der Durchschnittsmodulationsspannung entspricht, um die Spaltenelektroden kapazitiv um ein Maß anzuheben, das dem Durchschnittsmodulationsgrad entspricht, und lediglich die benötigten Spaltenelektroden durch Entladen oder Laden durch die Durchschnittsspannung zu treiben.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Durchschnittsspaltenspannung unmittelbar von der Anzeige gemessen, wobei durch diese Spannung die Schaltzeiten der Schalter der Spalten mittels einer Rückkopplung gesteuert werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist genauer durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben.

Im Gegenzug ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 beschrieben.

Durch die Erfindung können bemerkenswerte Vorteile verwirklicht werden.

Der Spaltentreiber-Schaltkreis kann sehr einfach gemacht werden und wegen der Rückkopplung kann die Bildqualität, insbesondere die Stabilität der Grauabstufungen, beträchtlich verbessert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von beispielhaften Ausführungsformen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher beschrieben.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Treiberlösung gemäß der Erfindung in Form eines Blockdiagramms,

Fig. 2 eine 6×6-Anzeigen-Matrix gemäß der Erfindung in einer vereinfachten Prinzipskizze in einem ausgewählten Anzeigenzustand,

Fig. 3 zeigt die Anzeigenmatrix gemäß Fig. 2 in einem anderen Anzeigezustand, und

Fig. 4 zeigt grafisch den Kurvenverlauf der Spaltenspannungen für die Lösung gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung drei Grundeinheiten: eine Anzeige 1, eine Rückkopplungseinheit 4 und eine Spalten-Treiber-Einheit 2. Die Einheiten 2 und 4 sind selbstverständlich zusammen mit der Anzeige als Ganzes bekannt. Die Latchschaltung der Spalten-Treiber-Einheit, die Komparatorglieder 20 und 22, sowie die FETs (Feldeffekttransistoren) sind spaltenspezifische Bauelemente. An der oberen und unteren Kante der Anzeige 1 sind zusätzliche Sensorzeilen 3 ausgebildet, die dazu verwendet werden, die tatsächliche Spaltenspannung zu messen. Um das Beispiel konkreter zu machen, nehmen wir an, daß in diesem Fall der Modulationsspannungsbereich von 0 bis +40 V reicht und daß 16 Graustufen vorgesehen sind. Die Spannung, die einer Graustufe entspricht, ist demnach 40/15 V = 2,67 V. Um das Prinzip der Erfindung zu beschreiben, mag man sich eine theoretische Situation vorstellen, bei der sich die als Schalter verwendeten FETs 9 und 10 in einem nicht leitenden Zustand befinden und alle Spaltenelektroden massefrei sind. Kapazitätsmäßig kann man dann die Spaltenelektroden durch die nicht ausgewählten Zeilenelektroden einstellen, wodurch alle Graustufen der Anzeige ohne einen Spaltentreiber durchlaufen werden können. In dem dargestellten Beispiel würden natürlich alle Bildpunkte einer Zeile eine gleiche Leuchtstärke (Lumineszenz) aufweisen.

In einer tatsächlichen Anzeigesituation wird der Startwert der Zähler 8 und 7 den errechneten Durchschnittswert der Spaltenspannung der ausgewählten Zeile entsprechen. Diese Information wird von einer (nicht dargestellten) Datenverarbeitungseinheit erhalten, indem für eine Zeile die Summe der seriellen Eingangsvideodaten ermittelt wird und diese durch die Anzahl der Spalten geteilt wird. In dieser Beschreibung wird der pro Zeile ermittelte Durchschnittswert durch das Symbol FAV bezeichnet, der dem Endwert der unmittelbaren Durchschnittsmodulationsspannung entspricht, die durch das Symbol AV bezeichnet wird. In dem von den Sensorzeilen 3 kommenden Signalpfad sind Widerstände 5 und 6 angeordnet, die dem durchschnittlichen Spaltenwiderstand entsprechen. Bei dem Komparatorkreis 12 ist hinter dem Widerstand 5 ein Kondensator C gegen Erde gelegt und bei dem Komparatorkreis 13 gegen die Spannung V_spal, wobei der Kurvenverlauf dieser Spannung während jeder Anzeigeperiode eine gleiche Rampenspannung ist, um das Prinzip der Erfindung darzustellen. Die von den Sensorzeilen 3 abgegriffene Spannung wird demgemäß durch ein RC-Netzwerk gefiltert (Tiefpaß-gefiltert) bevor sie zu den Komparatorkreisen 12 oder 13 gelangt.

Zur besseren Darstellung wird angenommen, daß die Zahlen 0 bis 15 den Graustufen entsprechen, so daß 0 einem dunklen Bildpunkt entspricht und 15 dem hellsten Bildpunkt. Gleichermaßen wird angenommen, daß der Zeilenwählimpuls negativ ist, wobei +40 V Modulationsspannung der hellsten Stufe entspricht. Die Durchschnittsgraustufe einer Zeile wird beim Wert 10 angenommen, der der Spannung 10×2,67 V = 26,7 V entspricht.

a) Der gewünschte Grauton ist 13, der im Latch-Kreis 11 in numerischer Form gespeichert ist. Die gewünschte Graustufe ist dementsprechend höher als der Anfangswert (10) im Zähler 8. Deswegen ist der FET 9, der durch den Komparatorkreis 20 gesteuert wird, durchgeschaltet, und die Rampenspannung V_spal wird direkt auf die Spalte gelegt. Es wird jedoch ein ansteigendes Signal von den Elektroden der Anzeige 1 am Eingang des Komparatorkreises 13 empfangen, und mit jedem Graustufenschritt (2,67 V) wird ein Impuls auf den Zähler 8 gegeben, durch den der im Zähler 8 enthaltene Wert um 1 erhöht wird. Demgemäß entspricht der Wert im Zähler 8 nach Vorbeilaufen von 3 Graustufen dem Wert im Latchkreis 11 und der FET 9 sperrt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spaltenspannung 3×2,67 V größer als ihre unmittelbar gemessene Durchschnittsspannung AV. Der Wert in Zähler 7 ist die ganze Zeit unterhalb des Werts im Latchkreis 11 geblieben, und da der Zähler 7 ein Rückwärtszähler ist, ist der durch den Komparatorkreis 22 getriebene FET 10 die ganze Zeit gesperrt gewesen. Demgemäß wird die Spalte nach drei Zeitsignalen des Komparatorkreises 13 massefrei sein und der Spannung AV der Zeilenelektroden folgen. Wenn die Spannung AV auf ihren Endwert FAV (26,7 V) ansteigt, steigt die Spaltenspannung auf den Wert 3×2,67 V + 26,7 V = 34,7 V.
b) Nehmen wir an, daß der gewünschte Grauton 5 ist. Gemäß dem vorhergehenden Beispiel war der FET 9 die ganze Zeit gesperrt. Der FET 10 war statt dessen durchgeschaltet, weil der Anfangswert (10) des Zählers 7 größer ist als der Inhalt (5) des Latchkreises 11.

In der oben beschriebenen Weise sendet der Komparatorkreis 12 nun Zeitsignale an den Zähler 7 nach jeder, einem Überschreiten einer Graustufe entsprechenden Spannungsänderung, und demgemäß sperrt der FET 10 nach 5 Zeitimpulsen und die Spaltenelektrode beginnt der Treiberspannung der Zeilenelektroden zu folgen. Für die Endspannung der Spalte erhalten wir 26,7 V -5 × 2,67 V = 13,4 V.

In der Lösung gemäß Fig. 2 besteht die Anzeige aus einer 6×6-Matrix, wobei zum Darstellen eines Bildes alle Zeilen r1 bis r6 eine nach der anderen von oben nach unten abgetastet werden und der Leuchtgrad eines einzelnen Bildpunktes in jeder Zeile durch die Spannungen der Spalten c1 bis c6 bestimmt wird. In der Anzeige-Matrix ist der Spaltentreiber 2 vereinfacht als mit Schaltern arbeitend dargestellt, von denen beispielsweise die Schalter s1 und s2 die Spannungen der Spalten c1 und c2 steuern. Die Spalten c3 bis c6 sind massefrei durch ihre eigenen Schalter verbunden. Alle Spalten c1 bis c6 sind mit dem Spaltentreiber- Schaltkreis 2 verbunden. In der Ausführungsform gemaß der Figur sind zwei Zeilentreiber vorgesehen, ein Treiber 15 für ungerade Zeilen r1, r3 und r5, und ein Treiber 16 für gerade Zeilen r2, r4 und r6. Oberhalb der obersten Anzeigezeile r1 ist zusätzlich eine erste Sensorzeile rf1 und entsprechend unterhalb der untersten Anzeigezeile r6 eine weitere Sensorzeile rf2 angeordnet, wobei die Spaltentreiber mit Hilfe der Rückkopplungseinheit 4 auf der Grundlage der Spaltenspannungsdaten, die von den Sensorreihen erhalten werden, gesteuert werden. In der Ausführungsform gemäß der Figur ist die Zeile r1 ausgewählt. Die anderen Reihen mit ungeradzahligen Indizes r3 und r5 sind massefrei geschaltet. Die Zeilen mit geradzahligen Indizes r2, r4 und r6 sind mit der Durchschnittsspaltenspannung AV entsprechend der Zeile r1 mit dem Zeilentreiber 16 verbunden. Diese Spannung steigert die Spannung der kapazitätsmäßig frei geschalteten Spalten c3 bis c6. Die Spalte c1 ist mit dem Massepotential verbunden, um einen Lumineszenzgrad zu erhalten, der geringer ist, als der Durchschnitt für den durch die Zeile r1 und die Spalte c1 definierten Bildpunkt. Die Spalte c2 ist entsprechend mit der Spannung V_spal verbunden, um einen Lumineszenzgrad zu erhalten, der höher ist, als der Durchschnitt für den Bildpunkt, der durch die Zeile r1 und die Spalte c2 definiert ist.

In Fig. 3 ist die Lösung gemäß Fig. 2 dargestellt, nachdem der Betriebszustand beim Betreiben der Anzeige um eine Zeile weitergeschritten ist. Dementsprechend hat der Zeilentreiber 16 nun die Zeile r2 ausgewählt und die anderen Zeilen r4 und r6, die durch den Treiber 16 getrieben werden, sind massefrei geschaltet. Der Treiber 15 für die ungeradzahligen Zeilen hat nun im Gegenzug die Zeilen r1, r3 und r5 an die Spannung AV angeschlossen, die der Durchschnittsspaltenspannung entsprechend Zeile r2 entspricht.

Fig. 4 zeigt typische Kurvenverläufe der Spaltenspannung. Obwohl der Graph nicht maßstabsgetreu ist und nicht vollständig den Beispielen a) und b) entspricht, die in Verbindung mit Fig. 1 erläutert worden sind, wird hierauf Bezug genommen. Das Beispiel gemäß Fig. 2 wird ebenfalls anhand der Kurvenform von Fig. 4 erläutert.

Spalte c1, Fig. 2

Die Anzeigeperiode beginnt zur Zeit t0 und bis zur Zeit t2 ist der Schalter s1 in Fig. 2 mit dem Massepotential verbunden, und zur Zeit t2 wird der Schalter gelöst, wonach die Spalte c1 massefrei geschaltet ist und der Steuerspannung AV folgt, die durch die geradzahligen Zeilen r2, r4 und r6 geleitet wird, in Höhe der geladenen Differenzspannung (5×2,67 V = 13,4 V) unterhalb.

Spalte c1, Fig. 1

Gemäß Beispiel b) wird die Spalte c1 auf Massepotential gehalten, bis der n- FET-Zähler 7 mit Impulsen, die von dem Rückkopplungskreis 4 stammen, bis auf einen Wert herunterzählt, der der AV-Spannung entspricht, wobei der Zähler zur Zeit t2 den im Latch-Kreis 11 gespeicherten Wert erreicht. Danach ist die Spalte c1 massefrei geschaltet und die Spalte erreicht schließlich die Spannung 26,7 V - 5×2,67 V = 13,4 V zur Zeit t3.

Spalte c2, Fig. 2

Bis zur Zeit t1 ist der Schalter s2 in Fig. 2 auf die Spannung V_spal gelegt. Zur Zeit t1 wird der Schalter gelöst und die Spalte c2 ist erdfrei geschaltet und beginnt der Steuerspannung AV, die durch die geradzeiligen Zeilen r2, r4 und r6 gelangt, oberhalb zu folgen.

Spalte c2, Fig. 1

Gemäß dem Beispiel a) wird die Spalte c2 mit der Spannung V_spal beaufschlagt, bis der p-FET-Zähler 8 mittels von dem Rückkopplungsschaltkreis 4 stammenden Impulsen bis zu dem Wert heraufzählt, der der AV-Spannung entspricht, wobei der Zähler zur Zeit t1 den in dem Latch-Kreis 11 gespeicherten Wert erreicht. Danach wird die Spalte c1 massefrei geschaltet und die Spalte erreicht schließlich die Spannung 26,7 V + 3×2,67 V = 34,7 V.

Theoretisch kann die Rückkopplung auch durch Berechnen der Kurvenform der Spannung AV ersetzt werden, wobei die Spannung AV im vorhinein aus der Spaltentreiber-Spannungsinformation errechnet wird. Diese Lösung ist jedoch teuer und schwierig für Gerätetechniken und Treibertechniken zu implementieren, da die Lösung den Widerstandseffekt der Spaltenelektrode bei verschiedenen zu ladenden Spannungen kompensieren sollte und es zulassen sollte, die V_spal- Spannungen mit sich ändernden Kurvenverläufen anzupassen, um Strom zu sparen.

Claims

1. Verfahren zum Treiben einer Elektrolumineszenz-Matrix-Anzeige, wobei aufeinanderfolgende Bilder auf der Anzeige hergestellt werden, und wobei

- zum Herstellen eines Bildes alle Zeilenelektroden (r1-r6) der Anzeige eine nach der anderen mit einer konstanten Spannung abgetastet werden, und
- die der gewünschten augenblicklichen Kombination von Lumineszenzstufen für jede Reihe (r1-r6) entsprechende Spaltenspannung für die Spaltenelektroden (c1-c2) synchron mit dem Abtasten der Zeilenelektroden gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- eine der durchschnittlichen Modulationsspannung (AV) der Spaltenelektroden (c1-c6) entsprechende Spannung an zumindest einem Teil der nicht ausgewählten Zeilenelektroden (r1-r6) angelegt ist, um die Spaltenelektroden (c1-c6) kapazitätsmäßig um den Betrag der durchschnittlichen Modulationsstufe anzuheben, und
- lediglich die benötigten Spaltenelektroden (c1-c6) mit der Differenzspannung in bezug auf die durchschnittliche Modulationsspannung (AV) getrieben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Spaltenelektroden (c1-c6) durch zumindest eine, sich parallel zu den Zeilenelektroden (r1-r6) erstreckende Sensorelektrode (rf1, rf2) erfaßt wird und daß die erfaßten Daten zum Treiben der Spaltenelektroden (c1-c6) verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltenelektroden (c1-c6) zum Anfang der Anzeigeperiode getrieben werden und dieser Vorgang unterbrochen wird, wenn eine Information über eine genügend hohe Differenzspannung über die Sensorelektrode (3) und den Rückkopplungskreis (4) erhalten worden ist.

4. Vorrichtung zum Treiben einer Elektrolumineszenz-Matrix-Anzeige mit

- einer Elektrolumineszenz-Anzeige (1) mit Spaltenelektroden (c1-c6) und Zeilenelektroden (r1-r6),
- Treibermitteln (2) für die Spaltenelektroden (c1-c6), und
- Treibermitteln (15, 16) für die Zeilenelektroden (r1-r6), dadurch gekennzeichnet, daß
- Mittel zum Bestimmen der durchschnittlichen Spaltenspannung (AV) pro Zeile vorgesehen sind,
- die Treibermittel (15, 16) für die Zeilenelektroden (r1-r6) Mittel umfassen, durch die zumindest ein Teil der nicht ausgewählten Zeilen (r1-r6) mit der Durchschnittsspaltenspannung (AV) beaufschlagbar sind, und
- die Treibermittel (2) für die Spaltenelektroden (c1-c6) Schaltermittel (s1, s2) aufweisen, durch die die Spaltenelektroden (c1-c6) entweder mit dem Massepotential oder mit der Spaltentreiberspannung (V_spal) verbindbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zumindest eine Sensorelektrode (3) und damit verbundende Rückkopplungsmittel (4) zum Ansteuern der Schaltermittel (s1, s2) der Spaltenelektroden auf Grundlage der von der Sensorelektrode (3) ermittelten Spaltenspannung aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sensorelektroden (3) parallel zu den Zeilenelektroden (r1-r6) an der oberen und unteren Kante der Anzeige angeordnet sind.