Панель жидкокристаллического дисплея (пжкд) и способ ее управления

 

Изобретение относится к отображению информации. Его использование для отображения полутоновой информации позволяет упростить работу панели в телевизионном режиме и сократить объем памяти, необходимой для управления ею. Панель жидкокристаллического дисплея содержит жидкий кристалл с двумя состояниями ориентации, мультиплексор, регистр сдвига, генератор тактовых импульсов, две группы элементов управления пропусканием, одновибратор, элемент И и счетчик. Технический результат достигается благодаря тому, что мультиплексор является мультиплексором нечетной и четной строк, а кроме того, введены два мультиплексора нечетного и четного столбцов и преобразователь входного кода в параллельный четырехразрядный код. Способ электронной адресации панели жидкокристаллического дисплея состоит в управлении коэффициентом заполнения светлым состоянием каждого индикаторного элемента при подаче значений двоичного кода градаций уровня серого. Технический результат обеспечивается тем, что каждый индикаторный элемент формируют в виде сегментов на пересечении соответствующих строк и двух рядом расположенных столбцов и заполняют площадь каждого индикаторного элемента путем последовательной подачи соответствующих значений разрядов специального двоичного кода на рядом расположенные нечетные и четные столбцы соответствующих строк в индикаторных элементах с заранее заданным соотношением весов разрядов кода градаций уровня серого, соответствующих площадям сегментов индикаторного элемента. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 25 ил., 3 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области управления в жидкокристаллических панелях дисплеев, предназначенных для отображения полутоновой информации, в том числе и телевизионной (ТВ), путем растрирования элемента изображения сегментами различной площади на заданном отрезке времени - кадре.

Термооптические ЖК могут быть разделены на три группы в зависимости от упорядочения молекул, а именно на нематические (НЖК), холестерические (ХЖК) и смектические (СМЖК). Смектические ЖК (СМЖК) отличаются слоистой структурой с молекулами параллельными или немного повернутыми к нормалям слоев. Одним из типов СМЖК является хиральный смектик. Отличительной особенностью хиральных СМЖК (СЖК), т.е. ЖК, в которых молекулы не идентичны их зеркальному отражению, является наличие у них сегнетоэлектрических свойств.

В СЖК хиральные молекулы, образующие параллельные слои, наклоненные под углом по отношению к нормали смектических слоев 1. При переходе от слоя к слою направление наклона молекул ЖК (директор 2 или 2') монотонно изменяется, образуя спираль. Отсутствие симметрии в молекуле СЖК вызывает спонтанную (т. е. возникшую без воздействия внешнего электрического поля) поляризацию 3 или 3', перпендикулярную к директору и усредняемую до нуля на периоде спирали.

Спиральная структура СЖК может быть подавлена при использовании очень тонких d=1-2 мкм зазоров между подложками ЖК устройств, что приводит к наклону молекул только в двух направлениях 4 или 4' относительно 1 (фиг.1). При этом возникают домены, т. е. области СЖК, в которых директор имеет одно и тоже направление. Специальным приемом, заключающимся в однонаправленной механической натирке 5 ориентирующих слоев, наносимых на подложки, можно сформировать практически однодоменную структуру СЖК. Такая структура подобна одноосному кристаллу с управляемым электрическим полем направлением оптической оси. Поскольку направления 4 или 4' энергетически в одинаковой степени наиболее выгодны, то молекулы СЖК могут оставаться в этих состояниях и без электрического воздействия достаточно долгое время, т.е. возникает эффект бистабильности. Таким образом в СЖК имеется эффект памяти. Помещая, сформированный описанным выше способом, слой СЖК между двумя скрещенными поляроидами (8,9), можно получить световой затвор, пропускающий или не пропускающий свет в зависимости от направления приложенного электрического поля 10 или 10'. Скорость переключения этих двух состояний СЖК, обусловленная связью спонтанной поляризации с приложенным электрическом поле, на три порядка выше, чем у НЖК.

На фиг.1 изображена геометрия поверхностно-стабилизированной ячейки СЖК, находящегося в гомогенном состоянии с поляризацией 3 или 3'. Схематические слои 11 перпендикулярны плоскостям подложек 6 и 7, а оси молекул СЖК, направление которых обозначается директором 2 или 2', параллельны этим плоскостям. Директор 2 или 2' может занимать в ячейке два устойчивых состояния, определяемых углом 4 или 4', который отсчитывается от нормали 1 к смектическим слоям 11. Направление нормали 1 совпадает с направлением натирки 5 ориентирующих слоев, наносимых на внутренние стороны подложек ячейки.

Для визуализации эффекта скрещенные под углом 90^o оптические оси поляризатора 8 и анализатора 9, расположенных на внешних сторонах подложек 6 и 7, повернуты относительно направления натирки 5 под углом 4.

Одной из основных характеристик ячейки является время переключения τ между двумя состояниями 3 и 3'. На фиг.2 представлена зависимость 1/τ как функция амплитуды импульса напряжения U, подаваемого на образец жидкого кристалла типа ЖКСМ-76 толщиной около 2 мкм.

На графике фиг.2 можно выделить две характерные области: область от 0 до +5В, где 1/τ~U² и область от +5В до +15В, где 1/τ~U. Таким образом существуют две области напряжений, где время реакции отличается на порядок: при U = +5В τ~1мс, при U = +15В τ~0.1мс. Следует отметить, что τ означает такую длительность импульса, при которой происходит фиксация одного из бистабильных состояний при подаче на СЖК напряжения +U. Динамика процесса воздействия напряжения U при различной длительности импульсов τ показана на фиг. 3. Увеличение оптического пропускания T ячейки, изображенной на фиг.1, связано с увеличением длительности импульса τ. Существует время задержки между началом действия импульса напряжения U и началом оптического отклика СЖК. Кроме того, бистабильное состояние достигается только для некоторой длительности импульса τ при заданном напряжении U. Для всех других промежуточных значений τ от 0.5τ до τ СЖК возвращается к исходному состоянию, т.е. к начальному значению пропускания. Поскольку практическое применение СЖК требует времен переключения порядка 0,1 мс, то главным для оценки его свойств при матричной адресации будет не абсолютный порог срабатывания U_пор, а пороговая величина произведения (Uτ)_пор, при которой происходит переключение в одно из стабильных состояний в зависимости от знака ± U. Конкретно, например, для ЖКСМ-76 при его толщине 2 мкм тоска 1τ соответствует 100 мкм, а точка 0.5τ - 50 мкс при напряжении U=15В. Суммируя сказанное выше, отметим те факторы, которые необходимо учитывать при разработке способов электронной адресации ПЖКД на СЖК: 1. СЖК реагирует на знак приложенного поля (напряжения), переключая при этом элементарную ячейку ПЖКД из прозрачного состояния в непрозрачное или наоборот; 2. для исключения влияния постоянного тока на СЖК, который может привести к появлению электролитических эффектов, необходимо взаимно компенсировать разнополярные импульсы, так чтобы средний ток через СЖК за выбранный промежуток времени был равен нулю; 3. существует область порогового импульса (Uτ)_пор, при котором происходит переключение СЖК в бистабильное состояние; 4. время переключения ЖКСМ-76 в бистабильное состояние на линейном участке зависимости (1/τ) = f(U) уменьшается примерно в 10 раз с 1 мс до 0,1 мс при увеличении напряжения примерно в 3 раза с 5В до 15В.

На фиг. 4 изображена осциллограмма U управляющих напряжений на одной ячейке ЖКЭ с СЖК типа ЖКСМ-76 толщиной 2 мкм при воздействия на нее критическим импульсом с τ~0.1мс и периодом T=20 мс, а также осциллограмма светового отклика этой ячейки. Из фигуры видно, что время переключения из темного состояния B_т в светлое В_с приблизительно вдвое больше, чем время обратного переключения τ_т-с~2τ_с-тʹ, т.е. время переключения ЖКЭ τ_перекл~τ_с-т. В паузе между импульсами, когда U=0, СЖК удерживает приобретенное состояние: либо светлое при U=+15В, либо темное при U=-15В, т.е. обладает бистабильностью, причем контрастность ячейки K=В_с/B_т ≈ 15, где B_с - яркость ячейки в светлом состоянии, а B_т - в темном.

Фиг. 5 иллюстрирует динамику работы одной ячейки ЖКЭ с СЖК типа ЖКСМ-76 толщиной 2 мкм при воздействии на нее критических импульсов U_кр = ± 15В и следующих непосредственно за ними подкритических импульсов U_подкр = ± 5В.

Из осциллограмм следует, что ячейка ЖКЭ имеет два стабильных состояния, переключаемых критическими импульсами U_кр = ± 15В, τ = 0.1мс. Если после воздействия импульса U_кр=-15В, переводящего СЖК в темное стабильное состояние, начинают воздействовать подкритические импульсы U_подкр= ± 5В, то наблюдаются колебания яркости ячейки ЖКЭ ΔB около темного состояния; при этом ΔB~0.2(B_c-B_т), т.е. средняя контрастность ячейки уменьшается до K ≈ 10. Точно так же подкритические импульсы будут влиять на контрастность ячейки ЖКЭ после воздействия критического импульса U_кр= +15В. Падение контрастности ячейки ЖКЭ тем меньше, чем меньше амплитуда подкритических импульсов при заданной длительности импульсов τ. Так при U_подкр~2.5B~0.1(B_c-B_т). Таким образом, из рассмотренного следует, что СЖК вполне пригоден для матричной адресации в ЖКЭ с телевизионным числом строк при выполнении перечисленных выше условий.

Известны ПЖКД для отображения ТВ информации, в которых используется активная матрица тонкопленочных транзисторов, расположенных непосредственно между строчными и столбцовыми электродами элементов изображения. В такой матрице импульс включения тонкопленочного транзистора подается на его затвор, для того чтобы открыть канал исток - сток. Одновременно на исток подается импульс, длительность которого пропорциональна значению ТВ сигнала в данной точке. В результате на конденсаторе, обкладками которого служат электроды с заключенным между ними нематическим ЖК (НЖК), выделяется управляющий потенциал. Величина этого потенциала пропорциональна длительности импульса на истоке и, соответственно, яркости свечения элемента ПЖКД в данной точке, чем и передаются градации серого в ТВ изображении.

Однако стоимость такой ПЖКД высока из-за большого числа сложных технологических циклов при изготовлении матрицы тонкопленочных транзисторов (ТПТ). Кроме того, сложной технологической проблемой является изготовление матриц ТПТ для ПЖКД с диагональю экрана более 9 см.

Известны также ПЖКД с пассивной матрицей управляющих электродов, в которой в зазор между строчными и столбцовыми электродами заключен нематический жидкий кристалл. Такая ПЖКД относительно проста в изготовлении и недорога в производстве. Однако качество ПЖКД с пассивной матрицей существенно зависит от числа строчных электродов. При увеличении числа строчных электродов уменьшается (при заданном времени кадра) время воздействия управляющего импульса на элемент ПЖКД, что приводит к таким перекрестным искажениям, которые не позволяют получать изображение с высокой контрастностью. Кроме того, при увеличении числа строчных электродов становится трудно управлять числом передаваемых градаций серого в ТВ изображении из-за требуемой крутой вольт-яркостной характеристикой НЖК.

Наиболее близким по сути к предлагаемой ПЖКД является устройство по патенту Великобритании N 2164776 от 26.03.1986 г. Панель согласно этому патенту содержит: жидкокристаллический экран, шину данных, шину управления, запоминающее устройство, состоящее из 3-х блоков, мультиплексор, декодер, моностабильный мультивибратор, логическую схему "И", генератор тактовых импульсов, счетчик, схемы управления строками и схемы управления столбцами ЖКЭ. Панель согласно этому патенту содержит индикаторные элементы, расположенные в местах пересечения строчных и столбцовых электродов. Каждый элемент содержит сегнетоэлектрический жидкий кристалл (СЖК), обладающий двумя устойчивыми состояниями в первой и второй ориентации. Эти состояния соответствуют двум значениям яркости ПЖКД (темное и светлое состояние). В устройстве имеется блок для установки СЖК в состояние первой и второй ориентации, а также блок, управляющий длительностью времени пребывания индикаторных элементов в этих состояниях. В запоминающем устройстве (ЗУ) этого блока записывается в двоичном коде значение яркости каждого индикаторного элемента, причем число блоков ЗУ равно числу разрядов записываемого двоичного кода. В первом блоке ЗУ записываются данные первого (младшего) разряда всех индикаторных элементов ПЖКД, во втором - второго разряда, в третьем - третьего. Данные из 3-х блоков ЗУ последовательно подаются в течение 3-х полей кадра через мультиплексор в сдвиговый последовательный регистр. Длительности полей, составляющих один кадр изображения, относятся как 1:2:4. Таким образом, единице первого разряда первого блока ЗУ соответствует длительность свечения индикаторных элементов ПЖКД 1t, второго - 2t, третьего - 4t, где t - длительность первого поля. Нуль в разряде любого блока ЗУ соответствует темному состоянию СЖК, т.е. свечение индикаторного элемента отсутствует. При трехразрядном ЗУ из чисел 0, 1, 2, 4 реализуются 8 значений яркости свечения 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 (считаем t=1) индикаторных элементов. Таким образом, изображение с градацией полутонов получают, управляя длительностью времени пребывания индикаторных элементов во включенном и выключенном состояниях, путем подачи информационных сигналов на строчные и столбцовые электроды.

Недостатком такого устройства является наличие блока для управления длительностью запоминающего устройства с большим объемом требуемой памяти. Так для 2ⁿ градационного изображения на экране с N строками и M столбцами требуется объем памяти N x M x n ячеек. Кроме того, различная длительность полей, составляющих один кадр изображения, существенно усложняет возможность работы панели в телевизионном режиме.

На фиг.1 изображена геометрия поверхностно стабилизированной ячейки СЖК.

График фиг.2 иллюстрирует зависимость быстродействия ячейки СЖК от приложенного напряжения.

На фиг.3 изображена динамика изменения прозрачности ячейки СЖК при различной длительности прикладываемого импульса напряжения.

На фиг. 4 приведена осциллограмма импульса управляющего напряжения и импульса светового отклика ячейки СЖК.

Фиг. 5 иллюстрирует совместное воздействие на ячейку СЖК критических и подкритических импульсов напряжения.

На фиг.6 представлена блок-схема устройства управления панелью ПЖКД. Ее состав: 12 - жидкокристаллический экран, в котором 111, 112, ... 122 ... 144 обозначают сегменты индикаторных элементов, образованные пересечениями вертикальных столбцов и горизонтальных строк; 13 - преобразователь, например, 4-х разрядного двоичного кода в, например, 4-х разрядный; 14 - 4-х разрядная шина данных о яркости индикаторных элементов ЖКЭ с частотой данных; 16 - первый мультиплексор нечетного и четного столбцов, предназначенный для выбора одного из 2-х (2¹ или 2³) нечетных разрядов на выходе 13; 17 - второй мультиплексор нечетного и четного столбцов, предназначенный для выбора одного из 2-х (2² или 2⁴) четных разрядов на выходе 13; 18 - мультиплексор нечетной и четной строк, предназначенный для ввода информации для нечетной и четной строк 12 в первый регистр сдвига 19, входящий совместно с буферным регистром 20 в сдвиговый регистр 21; 22 - второй регистр сдвига; 23 - сигналы разрядов ( (2¹₀,2²₀,2³₀,2⁴₀) ) двоичного кода на шине данных; 2¹, 2², 2³, 2⁴, - сигналы разрядов на выходе 13; 24 - сигналы данных на входе 18; 25 - сигналы данных на входе 19; 26 - сигналы данных на входе 22; 15 - удвоенная частота данных шины данных 14; 27 - сигнал переключения полей, составляющих кадр изображения; 28 - одновибратор; 29 - стробирующий сигнал; 35 - логическая схема И; 36 - тактовый сигнал сканирования строк; 37 - тактовый сигнал от генератора тактовых импульсов 38; счетчик - 30; последовательный сдвиговый регистр - 21; схемы управления столбцом 241 ... 244; схемы управления строками 231 ... 234; сигналы управления столбцами 41 ... 44; сигналы управления строками 31 ... 34; 39 - шина управления.

Работа блок-схемы ПЖКД иллюстрируется фиг. 7-10. Работа блок-схемы поясняется для ЖКЭ с числом сегментов индикаторных элементов 4 х 4.

На фиг.7 представлен фрагмент экрана ЖКЭ, состоящий из двух строк 31, 32 и 10-ти столбцов 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50. Он иллюстрирует принцип получения пяти градаций относительно яркости в ЖКЭ путем высвечивания на пересечении 2-х рядом расположенных нечетной и четной строк и 2-х рядом расположенных нечетного и четного столбцов соответствующего числа равных по площади сегментов. Для первого элемента данного ЖКЭ с относительной яркостью К0 все четыре сегмента 111, 112, 121, 122 - темные. Темноту состоянию сегмента приписан код "0", а светлому - код "1", что подчеркнуто штриховкой. Кроме того, каждому сегменту приписан один из четырех разрядов 2¹, 2², 2³, 2⁴ четырехразрядного кода на выходе преобразователя кода 40, изображенного на фиг. 8. Для второго элемента данного ЖКЭ с относительной яркостью К1 три сегмента - темные, а один светлый. Для третьего - с относительной яркостью К2 два сегмента темные, а два - светлые и т.д.

На фиг. 8 представлен трехразрядный двоичный код градаций относительной яркости элемента ЖКЭ 12 (фиг. 6) на шине данных 14 и соответственно на входе преобразователя кода 13, преобразованный в четырехразрядный код, подаваемый нечетными разрядами 2¹ и 2³ в первый мультиплексор нечетного и четного столбцов, а четными разрядами 2², 2⁴ - во второй мультиплексор нечетного и четного столбцов.

На фиг. 9 представлен фрагмент экрана ЖКЭ, состоящий из четырех строк 31, 32, 33, 34 и четырех столбцов 41, 42, 43, 44. Он иллюстрирует принцип получения одиннадцати градаций относительной яркости в ЖКЭ путем высвечивания в пересечении 2-х рядом расположенных нечетной и четной строк и 2-х рядом расположенных нечетного и четного столбцов соответствующего числа разных по площади четырех сегментов. Площади четырех сегментов, составляющих каждый элемент ЖКЭ, относятся как 111 : 121 : 122 : 112, т.е. 1 : 2 : 3 : 4. Для первого элемента данного ЖКЭ с относительной яркостью К0 все четыре сегмента 111, 112, 121, 122 - темные. Темному состоянию сегмента приписан код "0", а светлому - код "1", что подчеркнуто штриховкой. Кроме того, каждому сегменту приписан один из четырех разрядов 2¹, 2², 2³, 2⁴ четырехразрядного кода на выходе преобразователя кода, изображенного на фиг. 10. Для второго элемента ЖКЭ с относительной яркостью К2 три сегмента 113, 114, 124 - темные, а 123 - светлый. Для третьего - с относительной яркостью К10 все четыре сегмента 131, 132, 141, 142 - светлые. Для четвертого - с относительной яркостью К8 три сегмента 133, 134, 144 светлые, а 143 - темный.

На фиг. 10 представлен четырехразрядный двоичный код градаций относительной яркости элементов ЖКЭ на шине данных и соответственно на входе преобразователя кода 51, преобразованный сумматором 52 в четырехразрядный код, подаваемый нечетными разрядами 2¹ и 2³ в первый мультиплексор 16 нечетного и четного столбцов, а четными разрядами 2² и 2⁴ - во второй мультиплексор 17 нечетного и четного столбцов.

Эпюры управляющих напряжений элементов блок-схемы изображены на фиг. 11а, б.

На фиг. 12 показаны электрические сигналы, подаваемые на строки и столбцы ЖКЭ, снабженного СЖК.

На фиг. 13 изображены модифицированные электрические сигналы, подаваемые на строки и столбцы ЖКЭ, снабженного СЖК.

На фиг. 14 показаны электрические сигналы, подаваемые на строки и столбцы ЖКЭ, снабженного НЖК.

На фиг. 15 показаны электрические сигналы, подаваемые на строки и столбцы ЖКЭ, снабженного двухчастотным НЖК, На фиг. 16 приведена блок-схема ВИС КП 030, реализующая функции сдвигового регистра, счетчика и схем управления ПЖКД.

На фиг. 17, фиг. 18 и фиг. 19 изображены эпюры импульсов входных сигналов, подаваемых по шине управления на входы БИС КПО30.

На фиг. 20 изображен вариант блок-схемы устройства управления ПЖКД. Работа этого варианта блок-схемы ПЖКД иллюстрируется фиг. 21 - 23 и поясняется для ЖКЭ с числом сегментов индикаторных элементов 4 x 2.

На фиг. 21 представлен фрагмент экрана ЖКЭ фиг. 20, состоящий из 2-х строк 13, 32 и четырех столбцов 41, 42, 43, 44. Он иллюстрирует принцип получения девяти градаций относительной яркости в ЖКЭ путем высвечивания в пересечении двух рядом расположенных нечетного и четного столбцов и двух строк двух разных по площади сегментов, причем высвечивание первой и второй строк происходит в двух последовательных полях кадра изображения. Площади сегментов, составляющих каждый элемент изображения ЖКЭ, относятся как 111 : 112, т. е. 1 : 3. Для первого элемента данного ЖКЭ с относительной яркостью К0 два сегмента 111 и 112 темные в первом и во втором поле кадра записи. Темному состоянию сегментов приписан код "0", а светлому - код "1". Кроме того, каждому сегменту приписаны два разряда - либо 2¹ и 2², либо 2³ и 2⁴ четырехразрядного кода на выходе преобразователя кода 63, изображенного на фиг. 22. Причем разряды 2¹ и 2³ относятся к первому полю кадра записи изображения, а 2² и 2⁴ - к второму полю кадра. Для второго элемента ЖКЭ с относительной яркостью К1 в первом поле кадра записи сегменты 113 и 114 - темные, а во втором поле кадра 113 - светлый, а 114 - темный. Для третьего элемента с относительной яркостью К8 сегменты 121 и 122 - светлые как в первом, так и во втором поле кадра записи. Для четвертого элемента ЖКЭ с яркостью К6 в первом поле кадра записи сегменты 123 и 124 - светлые, а во втором поле кадра 123 - темный и 124 - светлый.

На фиг. 22 представлен четырехразрядный двоичный код градаций относительной яркости элементов ЖКЭ фиг. 20 на шине данных и соответственно на входе преобразователя кода 63, преобразованный в четырехразрядный код, подаваемый нечетными разрядами в первый мультиплексор нечетного и четного столбцов, а четными разрядами во второй мультиплексор нечетного и четного столбцов.

Эпюры управляющих напряжений элементов варианта блок-схемы изображены на фиг. 23а, б.

На фиг. 24 представлена конструкция ЖКЭ.

На фиг. 25 изображена конструкция модуля ПЖКД.

Работа ПЖКД, изображенного на фиг. 6, происходит следующим образом. Каждый элемент изображения ЖКЭ представляет из себя пересечение двух строк и двух столбцов. В простейшем случае, когда строки 31, 32 и т.д. и столбцы 41, 42 и т. д. являются прямолинейными электродами фиг. 7, элемент изображения ЖКЭ образуется четырьмя равными по площади сегментами. Для первой и второй строки первого и второго столбца ЖКЭ эти сегменты обозначены как 111, 112, 121, 122, затем 113, 114, 123, 124 и т.д. Поскольку каждый элемент ЖКЭ, снабженный ЖК, может принимать только два состояния - либо светлое, либо темное, то в этом случае возможно получение пяти градаций яркости путем набора соответствующего числа сегментов. Нулевая градация относительной яркости К0 соответствует четырем темным сегментам, первая градация яркости К1 - трем темным сегментам и одному светлому, вторая градация яркости К2 - двум темным и двум светлым сегментам и т.д. Обозначим яркость К0 десятичным числом 0, яркость К1 десятичным числом 1, яркость К2 - числом 2, яркость К3 - числом 3, яркость К4 - числом 4. Расположим светлые и темные сегменты в элементах ЖКЭ с яркостью от 0 до 4 так, как показано на фиг. 7 и темному элементу припишем код "0", а светлому - код "1". Такому расположению светлых и темных сегментов в элементах ЖКЭ соответствует код на четырехразрядном выходе преобразователя кода 40 фиг. 8, на трехразрядный вход которого подается двоичный код градаций относительной яркости элементов ЖКЭ от шины данных 23.

Число передаваемых таким образом градаций яркости элементов ЖКЭ может быть существенно увеличено, если площадь пересечения двух строк и двух столбцов будет иметь разное значение для каждого пересечения. Оптимальное, с точки зрения конструкции ЖКЭ, число возможных вариантов достигается, когда площади пересечения двух строк и двух столбцов относятся в целях числах как 1 : 2 : 3 : 4. Этому соотношению соответствует конструкция столбцовых электродов 41 и 42, 43 и 44 и т.д. пересекающихся с прямолинейными строчными электродами 31 и 32, 33 и 34 и т.д., изображенная для фрагмента ЖКЭ на фиг. 9.

В каждом элементе такого ЖКЭ 011, 012, 021, 022 и т.д. площади соответствующих сегментов элементов 111 : 121 : 122 : 112, 113 : 123 : 124 : 114, 131 : 141 : 142 : 132, 133 : 143 : 144 : 134 и т.д. относятся как 1 : 2 : 3 : 4. Сегменты ЖКЭ принимают два состояния - светлое или темное и поэтому припишем светлому состоянию элемента ЖКЭ код 1, а темному - 0. Тогда различные комбинации светлых и темных сегментов в элементе ЖКЭ могут дать одиннадцать вариантов суммарной площади светлых сегментов в одном элементе ЖКЭ, т. к. из набора цифр 0, 1, 2, 3, 4 путем их сложения в различных комбинациях можно получить числа 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Этим десятичным числам, обозначающим градации относительной яркости элемента К0, К1, К2, К3, К4, К5, К6, К7, К8, К9, К10, соответствует двоичный четырехразрядный код на входе преобразователя кода 51, который преобразует его на своем выходе в четырехразрядный код ЖКЭ. Преобразователь кода представляет собой 3-х разрядный параллельный двоичный сумматор 52 (фиг. 10). На его входы для первого слагаемого подаются значения 1-го, 2-го и 3-го разрядов двоичного числа, выражающего относительную яркость элемента ЖКЭ. На входы для второго слагаемого, соответствующие 1-му и 3-му разрядам двоичного числа, подается значение 4-го разряда этого числа, а на вход, соответствующий 2-му разряду - 0. Кроме того, 4-й разряд числа на входе 52 является 4-ым разрядом преобразователя кода на его выходе. Значения разрядов этого кода находятся в однозначном соответствии, так как это показано на фиг. 9, с сегментами элементов ЖКЭ и их относительными площадями 1S, 2S, 3S, 4S, 111 -> 2¹ -> 1S, 121 -> 2² -> 2S, 112 -> 2³ -> 4S, 122 -> 2⁴ -> 3S, 113 -> 2¹ -> 1S, 123 -> 2² -> 2S, 114 -> 2³ -> 4S, 124 -> 2⁴ -> 3S; и т.д. На фиг. 9 рисунка фрагмента ЖКЭ, состоящего из 4-х строк 31, 32, 33, 34 и 4-х столбцов 41, 42, 43, 44, представлено состояние сегментов 4-х элементов ЖКЭ 011, 012, 021, 022 в виде набора нулей и единиц. Эти наборы соответствуют следующим кодам на выходе преобразователя кода и градациям относительной яркости: 011 ->0000 -> К0, 012 -> 0010 -> К2, 021 ->1111 -> К10, 022 -> 1101 -> К8.

Далее работа ПЖКД происходит следующим образом. В момент времени t₀ (фиг. 11а, б) импульс переключения полей 1-го кадра изображения (каждый кадр состоит из двух равных полей изображения) запускает одновибратор 28 (фиг. 6) для генерации стробирующего сигнала в виде импульса 29, подаваемого на схему совпадения 35. Схема 35 выполняет логическую операцию "И". На второй вход вентиля 35 подаются импульсы тактового сигнала 37, в результате чего четыре тактовых импульса 36 выдаются с вентиля 35 на счетчик 30, как сигналы сканирования, в данном случае, 4-х строк ЖКЭ. Счетчик 30 включает сигналом 31 схему управления 1-й строкой ЖКЭ 231 при подаче на него первого импульса тактового сигнала строк 36. Причем включение происходит по приходе заднего фронта импульса 36, т.е. с задержкой на длительность заполнения данными первой строки ЖКЭ регистра сдвига 19.

Данные 23 в регистр сдвига 19 заносятся от шины данных 14 с удвоенной частотой данных 15. Занесение этих данных происходит следующим образом. Четырехразрядный двоичный параллельный код данных об относительной яркости элементов 1-й строки изображения подается с удвоенной частотой данных 15 на вход преобразователя кода 13. Преобразованный код с той же частотой подается на входы 2-х мультиплексоров 16 и 17, причем 1-й и 3-й разряды кода подаются на 16, а 2-й и 4-й - на 17. В исходном состоянии мультиплексоры 16 и 17 установлены на 1-й и 2-й разряд соответственно. С выхода первого мультиплексора 16 сигналы 1-го и 3-го разряда кода подаются последовательно на вход 25 регистра сдвига 19 через мультиплексор строк 18, замкнутый в исходном состоянии на выход мультиплексора 16. Последовательный ввод сигналов 1-го и 3-го разрядов кода производится задним фронтом импульса 15. Параллельно с выхода мультиплексора 17 заполняется данными о значениях 2-го и 4-го разрядов кода элементов 1-ой строки изображения регистр сдвига 22. Последовательный ввод сигналов 2-го и 4-го разрядов кода также происходит задним фронтом импульса 15. По заполнении сдвиговых регистров данными 1-ой строки изображения задним фронтом 1-го импульса 36 происходит перезапись информации из регистра сдвига 19 в буферный регистр 20 и одновременное переключение мультиплексором строк входа 25 регистра сдвига 19 на выход второго регистра сдвига 22. При этом первый регистр сдвига 19 начинает заполнятся данными о 2-ом и 4-ом разрядах кода элементов первой строки изображения, а информация о 1-ом и 3-ем разрядах этого кода из буферного регистра 20 подается параллельно на все схемы управления столбцами 241 .... 244. Сигналами 41, 42, 43, 44 сегменты ЖКЭ 111, 112, 113, 114 устанавливаются в темное состояние - (0), которое удерживается с силу свойств памяти ЖКЭ в течение длительности одного кадра изображения. На этом цикле записи 1-ой строки ЖКЭ заканчивается.

После сброса информации из регистра сдвига 19 в него сразу же в течение длительного импульса 36 второй строки ЖКЭ заносится информация о состоянии второй строки ЖКЭ 121, 122, 123, 124 из регистра сдвига 22. Далее счетчик 30 выключает схему управления 1-ой строкой ЖКЭ 231 и включает схему управления 2-ой строкой 232, а информация из регистра сдвига 19 переводится в буферный регистр 20 и подается параллельно на все схемы управления столбцами ЖКЭ. Сигналами 41, 42, 43, 44 сегменты ЖКЭ 121, 122 и 124 устанавливаются в темное состояние - (0), а сегмент 123 - в светлое (1). Эти состояния удерживаются сегментами ЖКЭ в силу свойств памяти ЖКЭ в течение длительности 1-го кадра изображения. Таким образом цикл записи 1-ой строки изображения в ПЖКД заканчивается и элемент 011, состоящий из сегментов 111, 112, 121, 122, будет иметь в течение длительности 1-го кадра относительную яркость К0, а элемент 012, состоящий из сегментов 113, 114, 123, 124 - К2.

Цикл записи 2-ой строки изображения ПЖКД начинается с переключения задним фронтом второго импульса 36 входа 25 сдвигового регистра 19 на выход мультиплексора 16. Выход мультиплексора 16 при этом переключается задним фронтом импульса 15 на первый разряд преобразователя кода 13, а 17 - на его второй разряд. И далее запись 2-ой строки изображения ПЖКД происходит так же, как и для его 1-ой строки. В результате элемент изображения 2-ой строки ПЖКД 021, состоящий из сегментов 131, 132, 141, 142, в течение длительности 1-го кадра будет иметь относительную яркость К10, а элемент 022, состоящий из сегментов 133, 134, 143, 144 - К8.

Таким образом, к концу длительности 1-го кадра в глазу у наблюдателя сформируется изображение 1-го кадра изображения с градациями относительной яркости элементов: 011 - К0, 012 - К2, 021 - К10, 022 - К8. Далее с частотой 25 Гц формируются последующие кадры изображения для передачи динамической смены информации на экране ПЖКД.

На фиг. 12 соответственно показаны электрические сигналы, подаваемые на строки и столбцы ЖКЭ, снабженного СЖК. На фиг. 12^a показана форма сканирующего сигнала для выбора кодом "1" данной строки, а на фиг. 12^б форма сигнала, подаваемого на все невыбранные кодом "0" в данный момент времени строки. Эти сигналы подаются на строки из 231 ... 234. На фиг. 12^в и фиг. 12^г показаны сигналы, соответствующие коду "1" и "0", подаваемые на 241 ... 244 на столбцы ЖКЭ. На фиг. 12^е показана результирующая форма сигналов на индикаторных сегментах выбранной строки, приводящая СЖК в светлое состояние, а на фиг. 12^д - в темное. На фиг. 12^ж и фиг. 12^з показана результирующая форма сигналов на индикаторных сегментах невыбранных в данный момент строк.

Применение 4-тактной схемы подачи строчных и столбцовых импульсов диктуется необходимостью взаимно компенсировать положительные и отрицательные импульсы как на выбранной строке, так и на всех невыбранных строках, с целью поддержания нулевого среднего тока через индикаторные сегменты. Два такта нужны для взаимной компенсации на индикаторных сегментах рабочих критических импульсов 3V = U_ри = ±15B и два такта для взаимной компенсации подкритических импульсов перекрестной помехи V = U_пп = ±5B. Эти сигналы соответствуют требованиям, необходимым для создания качественного изображения на экране ПЖКД.

Действительно: 1-ое - перевод индикаторного сегмента ЖКЭ из темного состояния в светлое и наоборот производится путем последовательной подачи на него импульсов с U = - 15B и U = +15B либо с U = + 15B и U = -15B. Таким образом, состояние индикаторного сегмента в течение длительности поля определяется знаком амплитуды второго во время выбора данной строки рабочего критического импульса, 2-ое - средний ток через индикаторные сегменты как на выбранной, так и невыбранной строках равен нулю для сигналов и светлого и темного состояния; 3-е - если принять U_ри = U_кр = ±15B, U_пп = U_подкр = ±15B, то для ЖКСМ-76 τ₁=τ₂=τ₃=τ₄≃64мкс., T = 286 мкс, и эти параметры позволяют получить контрастность изображения K ≈ 10.

Следует отметить, что разрабатываемые в настоящее время СЖК, например ЖКСМ-170, позволяет получить τ₁=τ₂=τ₃=τ₄=16мкс., T = 64 мкс.

На фиг. 13 изображены модифицированные электрические сигналы, подаваемые на строки и столбцы ЖКЭ, снабженного СЖК. Отличительной особенностью эпюр этих сигналов по сравнению с эпюрами сигналов фиг. 12 состоит в том, что управляющие напряжения строк и столбцов в такте τ₁ равны 0 и эпюры из 4-тактных превратились в 3-тактные: t₁=t₂=t₃=τ. Такая схема электрических сигналов для управления ЖКЭ с СЖК более быстродействующая, но имеет нескомпенсированный импульс отрицательной полярности -V на всех выбираемых сегментах ЖКЭ. Для компенсации этих импульсов после выбора последней строки данного поля ПЖКД на все элементы изображения ЖКЭ одновременно подается при выборе первой строки следующего поля импульс положительной полярности +V длительностью τ. На фиг. 14 показаны электрические сигналы, подаваемые на строки и столбцы ЖКЭ, снабженного НЖК, который работает в режиме твист-эффекта. Отличие НЖК от СЖК состоит прежде всего в том, что он не полярен, т.е. его реакция на напряжение не зависит от знака импульса напряжения. Кроме того, у НЖК нет эффекта памяти, но есть существенная разница во времени перехода в светлое и темное состояние (или наоборот). В светлое состояние НЖК может переходить быстро за счет воздействия на него определенной величины импульсного напряжения. Переход же в темное состояние зависит только от реологических свойств ЖК (вязкости, модуля упругости) и его толщины, т.к. этот переход совершается при отсутствии напряжения. Таким образом, у НЖК при достаточно большой величине импульса напряжения возможен следующий режим работы: быстрый, за время действия напряжения (в течение длительности выбора строк), переход в светлое состояние и медленный (за время одного поля) переход в темное состояние.

На фиг. 14^а показана форма сканирующего сигнала для выбора кодом "1" данной строки, а на фиг. 14^б форма сигнала, подаваемого на все невыбранные кодом "0" в данный момент времени строки. Эти сигналы подаются на строки из 231 . .. 234. На фиг. 14^в и фиг. 14^г показаны сигналы, соответствующие коду "1" и "0", подаваемые из 241 ... 244 на столбцы ЖКЭ. На фиг. 14^е показана результирующая форма сигналов на индикаторных сегментах выбранной строки, приводящая СЖК в светлое состояние, а на фиг. 14^д - в темное. На фиг. 14^ж и фиг. 14^з показана результирующая форма сигналов на индикаторных сегментах невыбранных в данный момент строк.

Применение 2-тактной схемы подачи строчных и столбцовых импульсов диктуется необходимостью взаимно компенсировать положительные и отрицательные импульсы как на выбранной строке, так и на всех невыбранных строках, с целью поддержания нулевого среднего тока через индикаторные сегменты. Двух тактов достаточно для взаимной компенсации на индикаторных сегментах как рабочих импульсов 3V = U_ри = ±15B и так и импульсов перекрестной помехи V = U_пп = ±5B. Эти сигналы соответствуют требованиям, необходимым для создания качественного изображения на экране ПЖКД.

Действительно: 1-ое - перевод индикаторного элемента ЖКЭ с НЖК производится только из темного состояния в светлое путем подачи на него 2-х разнополярных импульсов U = ±15B. Темное состояние индикаторных элементов, работающих в режиме твист-эффекта, фиксируется не напряжением, а структурой ЖКЭ. Таким образом, светлое состояние индикаторного сегмента ЖКЭ в течение длительности поля определяется величиной эффективного напряжения, воздействовавшего на него во время выбора строки, на которой находятся данный сегмент. Темное состояние сохраняется у всех тех индикаторных сегментах, на которые подано напряжение ниже определенного порога, в данном случае U_п = ±5В.

2-ое - средний ток через индикаторные сегменты ЖКЭ как на выбранной, так и не выбранных строках равен нулю для сигналов и светлого и темного состояния.

3-е - если принять U_пр = ±15В, U_пп = ±5В, то для НЖКм 1391 τ₁=τ₂=125мкс., T = 250 мкс, и эти параметры позволяют получить контрастность изображения K≈6.

К преимуществам ЖКЭ, снабженного НЖК, следует отнести 2-х тактную схему подачи строчных и столбцовых импульсов, более простую технологию изготовления ЖКЭ. К недостаткам - отсутствие памяти и меньшую яркость свечения индикаторных элементов за счет релаксации НЖК к темному состоянию из светлого за время одного кадра. Так, для ЖК 1391, время свободной релаксации из светлого состояния в темное составляет ≈ 35 мс, что соответствует времени кадра стандартного ТВ сигнала, равному 40 мс.

На фиг. 15 показаны электрические сигналы, подаваемые на строки и столбцы ЖКЭ, снабженного двухчастотным НЖК, который работает в режиме твист-эффекта.

Отличие ЖКЭ с двухчастотным НЖК состоит в том, что существуют две характерные области частот, в которых он при заданном управляющем напряжении, например ± 15В, принимает либо светлое, либо темное состояние (или наоборот). Так для ЖК типа 1001 эти области характерны для следующих частот управляющего сигнала: светлое состояние - до 2 кГц, темное состояние - свыше 10 кГц. Таким образом, изменяя частоту управляющего сигнала ЖКЭ с 2 кГц до 10 кГц можно управлять его прозрачностью.

На фиг. 15а показана форма низкочастотного сканирующего сигнала для выбора кодом "1" данной строки, а на фиг. 15б - форма высокочастотного сигнала, подаваемого на все невыбранные кодом "0" в данный момент времени строки. Эти сигналы подаются на строки из 231 ... 234. На фиг. 15в и фиг. 15г показаны соответственно низкочастотный и высокочастотный сигналы, соответствующие коду "1" и "0", подаваемые из 241 ... 244 на столбцы ЖКЭ. На фиг. 15е показана результирующая форма низкочастотного сигнала на индикаторных сегментах выбранной строки, приводящая двухчастотный НЖК в светлое состояние. На фиг. 15д показана результирующая форма высокочастотного сигнала на индикаторных сегментах выбранной строки, приводящая двухчастотный НЖК в темное состояние. На фиг. 15ж и фиг. 15з показана результирующая форма сигналов на индикаторных сегментах выбранных в данный момент строк. Видно, что коду "1" на столбце невыбранной в данный момент строки соответствует высокочастотный сигнал на индикаторном сегменте ЖКЭ, а коду "0" - 0 нулевой сигнал. И тот и другой сигналы переводят ЖКЭ в темное состояние.

На фиг. 16 приведена блок-схема БИС КП 030, с помощью которой реализуются функции сдвигаемого регистра 21, счетчика 30 и схем управления 231... 234, 241...244 ПЖКД, изображенной на фиг. 6 и фиг. 20.

БИС КП 030 состоит из 32-х четырехканальных аналоговых двунаправленных ключей напряжения 52 (два p-канальных и два n-канальных МОП-транзистора) с цифровым управлением.

БИС работает следующим образом. При наличии разрешающего потенциала на входе 53 (логическая единица) с каждым положительным импульсом, поступающим на вход 54 по заднему фронту, происходит запись информации с входа 25 в регистр сдвига 19 и вывод информации с выхода 56. После заполнения сдвигового регистра потенциальным сигналом положительной полярности 36 происходит перезапись информации из сдвигового регистра 19 в буферный регистр 20. На аналоговые входы 57, 58, 59, 60 подается напряжение, которое коммутируется на выходы ключей 52 в соответствии с информацией, записанной в буферном регистре 20 и состоянием на входах управления ключами 61 и 62. Преобразователи уровня 55 служат для согласования с входами аналоговых двухнаправленных ключей 52. БИС КП 030 должна функционировать в соответствии с комбинациями входных сигналов, приведенных в табл. 1, 2, 3.

На фиг. 17, фиг. 18 и фиг. 19 приведены эпюры импульсов напряжений входных сигналов, подаваемых по шине управления на соответствующие входы БИС КП 030. Они построены в соответствии с таблицами 1, 2, 3 и необходимы для формирования электрических сигналов управления строками и столбцами ЖКЭ в соответствии с фиг. 12, 14, 15 соответственно. Эпюры напряжений в течение кадра записи для сегментов экрана 111, 123, 131 и 144 фиг. 6 показаны на фиг. 11б, для сегментов экрана 111, 113, 124 фиг. 20 показаны на фиг. 23б, причем эпюры 111', 123', 131', 144', 113', 124' соответствуют ЖКЭ с СЖК, а эпюры 111'', 123'', 131'', 144'', 113'', 124'' - ЖКЭ с НЖК. Светлое состояние индикаторных сегментов в течение поля кадра обозначено цифрой 1, а темное состояние цифрой 0.

Рассмотрим теперь те возможности, которые могут быть реализованы в настоящее время в телевизионном варианте ПЖКД.

Для ПЖКД с СЖК типа СЖКМ-170 возможен вариант карманного телевизора по схеме фиг. 6 со следующими параметрами:
размер изображения, мм² - 80х60
число электродов строк - 288
число электродов столбцов - 384
число строк в изображении - 144
число столбцов в изображении - 192
шаг электродов строк и столбцов, мм - 0,21
контрастность не менее - 10
время записи строки в регистр, мкс - 64
время записи строки на экране, мкс - 256
тип развертки - чересстрочная
число градаций яркости - 11
частота полей, Гц - 50
частота кадров, Гц - 25
число полей в кадре изображения - 2
частота поступления данных, МГц - 3
тип БИС управления - КП 030
число БИС строк - 9
число БИС столбцов - 12
Для ПЖКД с НЖК типа ЖК 1391 возможен вариант карманного телевизора со схеме фиг. 6 со следующими параметрами:
размер изображения, мм² - 40х30
число электродов строк - 144
число электродов столбцов - 192
число строк в изображении - 72
число столбцов в изображении - 96
шаг электродов строк и столбцов, мм - 0,21
контрастность не менее - 6
время записи строки в регистр, мкс - 64
время записи строки на экране, мкс - 512
тип развертки - чересстрочная
число градаций яркости - 11
частота полей, Гц - 50
частота кадров, Гц - 12,5
число полей в кадре - 4
частота поступления данных, МГц - 1,5
тип БИС управления - КП 030
число БИС строк - 5
число БИС столбцов - 6
Конструкция ЖКЭ с СЖК (НЖК) приведена на фиг. 24 Поскольку конструктивно эти два типа ЖКЭ подобны и отличаются только размером подложек и числом БИС, то отличающиеся параметры ЖКЭ с НЖК будем давать в описании в скобках.

ЖКЭ 12 выполняются из сложенных крест на крест стеклянных подложек из стекла с размерами 88х68х1 мм (60х48х1мм). Неплоскотность подложек - одно интерференционное кольцо на базе 10 мм. Внутренние стороны подложек снабжены управляющими электродами, выполняемыми методами стандартной фотолитографии по прозрачным электропроводящим слоям In₂O₃. Электроды располагаются вдоль длинных сторон подложек с шагом ≈ 0,21 мм и зазором 0,05 мм. Разводка выводов на контактные площадки (КП) на обе стороны подложек через один с шагом 0,42 мм, т. е. на одну сторону выводятся четные номера электродов, а на другую - нечетные. Размер КП 0,62x1 мм. Число электродов строк 288 (144), столбцов 384 (192). Рабочее поле ЖКЭ 80х60 мм (40х30). Число элементов изображения 144х192 (72х96).

Сложенные вовнутрь электродными структурами подложки, с помощью напыленных на одну из них в виде точек диэлектрических столбиков высотой 1,5 мкм (3,5) и диаметром 0,2 мм образуют равномерный зазор около 2 мкм (4). В зазор вводится жидкий кристалл типа ЖКСМ-170 (1391). Конструкция ЖКЭ с СЖК обеспечивает формирование у него внутренней памяти, т.е. ЖСКМ-170 обладает свойством сохранять, приобретенное в результате электрического воздействия, состояние (либо светлое, либо темное) достаточно длительное время (по крайней мере на время существенно большее, чем длительность кадра) при снятии сигнала возбуждения. Оба типа ЖКЭ работают в поляризованном свете с использованием 2-х поляроидов.

Управление состоянием прозрачности ЖКЭ производится с помощью БИС КП 030 "Коммутатор" 64, которые выпускаются в 2-х модификациях: корпусированном ТГ3.089.036 ТУ и бескорпусном ТГ3.089.037 ТУ. БИС 64 устанавливают на платах 65, которые с помощью гибких шлейфов 66 присоединяются через контактные площадки к экрану 12. Каждая БИС КП 030 работает на 32 выхода, при этом БИСы строк и столбцов могут работать попарно - каждая пара на четные или нечетные строки и столбцы; т.к. БИС КП 030 обеспечивает вывод записываемой информации через специальный выход, то возможно их объединение по соответствующим входам и выходам в "эстафету". Следует отметить, что попарная организация БИС требует коммутации четных и нечетных столбцов и строк на соответствующих выводах. На фиг. 25 изображена конструкция модуля ПЖКД проекционного типа со встроенным объективом. Модуль представляет из себя коробчатую конструкцию, с расположенным внутри нее проекционным объективом 67.

Работа ПЖКД, изображенного на фиг. 20, происходит следующим образом. Каждый элемент изображения ЖКЭ представляет из себя пересечение двух строк, высвечиваемых последовательно в двух полях кадра, и двух столбцов. Простейший вариант, когда сегменты, составляющие элемент, равны по площади. В этом случае, высвечивая сегменты последовательно в двух полях, составляющих кадр изображения, можно получить пять градаций относительной яркости.

Число передаваемых таким образом градаций яркости элементов ЖКЭ может быть увеличено до девяти, если площади пересечения строк и двух рядом лежащих столбцов будут иметь разное значение для каждого пересечения. Оптимальное, с точки зрения передачи градаций, число возможных вариантов достигается, когда площади пересечения строк и двух столбцов относятся в целых числах как 1:3. Этому соотношению соответствует конструкция столбцовых электродов 41 и 42, 43 и 44, и т.д., пересекающихся с прямолинейными строчными электродами 31 и 32 и т.д., изображенная на фиг. 21. В каждом элементе такого ЖКЭ 011, 012, 021, 022 и т.д. площади соответствующих сегментов элементов относятся 111:112, 113:114, 121:122, 123:124 и т.д., как 1:3. Сегменты ЖКЭ принимают два состояния - светлое или темное и поэтому припишем светлому состоянию сегмента элемента ЖКЭ код 1, а темному 0. Тогда различные комбинации светлых и темных сегментов элементов ЖКЭ в двух полях кадра изображения могут дать девять вариантов сумм площадей и времен свечения элементов ЖКЭ, т.к. из набора чисел 0, 1, 1, 3, 3 путем их сложения в различных комбинациях можно получить числа 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Этим десятичным числам, обозначающим градации относительной яркости элемента К0, К1, К2, К3, К4, К5, К6, К7, К8 соответствует двоичный четырехразрядный код на входе преобразователя кода (63), который преобразует его на выходе в четырехразрядный код ЖКЭ. Преобразователь кода 63 представляет собой электрическую схему из логических элементов И, ИЛИ, НЕ, изображенную на фиг. 22.

Разряды этого кода находятся в однозначном соответствии с сегментами элементов ЖКЭ, так как это показано на фиг. 21, и их относительными площадями 1S и 3S, причем разряды, изображенные без скобок, относятся к первому полю кадра записи изображения, а в скобах - ко второму полю: 111 -> 2¹ ->1S, 112 -> 2³ -> 3S, ... 123 -> 2¹ -> 1S, 124 -> 2³ -> 3S и т.д., 111 -> (2²) -> 1S, 112 -> (2⁴) -> 3S, ... 123 -> (2²) -> 1S, 124 -> (2⁴) -> 3S и т.д.

На фиг. 21 рисунка фрагмента ЖКЭ, состоящего из 2-х строк 31 и 32 и 4-х столбцов 41, 42, 43, 44, представлено состояние сегментов 4-х элементов 011, 012, 021, 022 в виде набора нулей и единиц, причем верхний ряд этого набора относится к первому полукадра записи изображения, а второй ряд - к второму полю кадра. Эти наборы соответствуют следующим кодами на выходе преобразователя кода 63 (фиг. 22) и градациям относительной яркости: 0111 -> 0000 -> К0, 012 -> 0001 -> К1, 021 -> 1111 -> К8, 022 -> 1110 -> К7.

Далее работа ПЖКД, изображенной на фиг. 20, происходит аналогично работе ПЖКД, изображенной на фиг. 6. Отличие состоит лишь в том, что мультиплексор строк 18 переключается не с частотой строк 36, а с частотой полей 27 и заполнение регистра сдвига 19 происходит непосредственно с выхода 26 мультиплексора нечетного и четного столбцов 17, а не через второй регистр сдвига.

В результате процесс записи изображения на экране ПЖКД занимает не одно, а два поля кадра и к концу второго поля кадра записи состояние сегментов будет следующим: в элементе 011 сегмента 111 и 112 не высветятся ни разу, что соответствует относительной яркости К0; в элементе 012 сегмент 113 высветится один раз, а сегмент 114 ни разу, что соответствует относительной яркости К1; в элементе 021 сегменты 121 и 122 высветятся по два раза, что соответствует относительной яркости К8; и, наконец, в элементе 022 сегмент 123 высветится один раз, а сегмент 124 два раза, что соответствует относительной яркости К7 (фиг. 23б). Далее с частотой кадров изображения формируются последующие кадры изображения для передачи динамической смены информации на экране ПЖКД.

В заключении рассмотрим возможности, которые могут быть реализованы в настоящее время с подобной схемой ПЖКД в телевизионном варианте.

Для ПЖКД с СЖК типа СЖКМ-170 возможен вариант карманного телевизора (по схеме фиг. 20) со следующими параметрами:
размер изображения, мм² - 80х60
число электродов строк - 144
число электродов столбцов - 384
число строк в изображении - 144
число столбцов в изображении - 192
шаг электродов строк и столбцов, мм - 0,21
контрастность не менее - 10
время записи строки в регистр, мкс - 64
время записи строки на экране, мкс - 128
тип развертки - построчная
число градаций яркости - 9
частота полей, Гц - 50
частота кадров, Гц - 25
число полей в кадре изображения - 2
частота поступления данных, МГц - 3
тип БИС управления - КП 030
число БИС строк - 5
число БИС столбцов - 12
Для ПЖКД с НЖК типа ЖК 1391 возможен вариант карманного телевизора со схеме фиг. 6 со следующими параметрами:
размер изображения, мм² - 40х30
число электродов строк - 72
число электродов столбцов - 192
число строк в изображении - 72
число столбцов в изображении - 96
шаг электродов строк и столбцов, мм - 0,21
контрастность не менее - 6
время записи строки в регистр, мкс - 64
время записи строки на экране, мкс - 512
тип развертки - построчная
число градаций яркости - 9
частота полей, Гц - 50
частота кадров, Гц - 12,5
число полей в кадре - 4
частота поступления данных, МГц - 1,5
тип БИС управления - КП 030
число БИС строк - 3
число БИС столбцов - 6

Формула изобретения

1. Панель жидкокристаллического дисплея, содержащая жидкокристаллический экран со множеством элементов изображения, образованных пересечениями соответствующих строк и столбцов, и включающая в себя жидкий кристалл с двумя состояниями ориентации, первое из которых соответствует темному, а второе - светлому состояниям жидкого кристалла в каждом элементе изображения, мультиплексор, выход которого подключен к информационному входу первого регистра сдвига, выходы которого соединены с информационными входами соответствующих элементов управления пропусканием первой группы, выходы которых соединены с соответствующими столбцами жидкокристаллического экрана, одновибратор, вход которого является входом сигнала переключения полей панели, генератор тактовых импульсов, выход которого и выход одновибратора соединены со входами элемента И, выход которого подключен ко входу разрешения считывания первого регистра сдвига и счетному входу счетчика, выходы которого подключены к информационным входам соответствующих элементов управления пропусканием второй группы, выходы которых соединены с соответствующими строками жидкокристаллического экрана, отличающаяся тем, что упомянутый мультиплексор является мультиплексором нечетной и четной строк, и тем, что введены первый и второй мультиплексоры нечетного и четного столбцов и преобразователь входного кода в параллельный четырехразрядный код, входы которого являются параллельными входами данных упомянутой панели, а выходы подключены своими нечетными и четными разрядами к информационным входам соответственно первого и второго мультиплексоров нечетного и четного столбцов, управляющие входы которых объединены и подключены к соответствующему разряду входов данных упомянутой панели, выходы первого и второго мультиплексоров нечетного и четного столбцов связаны с информационными входами мультиплексора нечетной и четной строк, управляющий вход которого предназначен для приема импульса переключения полей панели, управляющие входы элементов управления пропусканием первой и второй групп объединены в шину управления состоянием ориентации жидкого кристалла упомянутой панели.

2. Панель по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая связь выхода второго мультиплексора нечетного и четного столбцов с соответствующим информационным входом мультиплексора нечетной и четной строк осуществлена непосредственно, а упомянутый управляющий вход мультиплексора нечетной и четной строк объединен со входом одновибратора.

3. Панель по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая связь выхода второго мультиплексора нечетного и четного столбцов с соответствующим информационным входом мультиплексора нечетной и четной строк осуществлена через второй регистр сдвига, а управляющий вход мультиплексора нечетной и четной строк подключен к выходу элемента И.

4. Панель по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый жидкий кристалл является сегнетоэлектрическим жидким кристаллом.

5. Панель по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый жидкий кристалл является нематическим жидким кристаллом.

6. Панель по п.5, отличающаяся тем, что нематический жидкий кристалл выполнен двухчастотным с максимальной эффективностью на кадровой частоте и минимальной эффективностью на строчной частоте.

7. Способ электронной адресации градаций уровня серого двумерной матрицы строк и столбцов панели жидкокристаллического дисплея, состоящий в управлении коэффициентом заполнения светлым состоянием каждого индикаторного элемента жидкокристаллического экрана за кадр воспроизводимого изображения путем последовательного построчного сканирования индикаторных элементов в каждом кадре изображения с одновременной параллельной подачей значения каждого разряда из двоичного кода N = A₁ · 2⁰ + A₂ · 2¹ + A₃ · 2² + A₄ · 2³ градаций уровня серого, отличающийся тем, что каждый индикаторный элемент формируют в виде сегментов на пересечении соответствующих строк и двух рядом расположенных столбцов и заполняют площадь каждого индикаторного элемента путем последовательной подачи соответствующих значений разрядов двоичного кода N₁ на рядом расположенные нечетные и четные столбцы соответствующих строк в упомянутых индикаторных элементах с заранее заданным соотношением весов разрядов кода N, соответствующих площадям сегментов индикаторного элемента.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что сегменты индикаторного элемента образуют на пересечениях двух рядом расположенных строк и двух рядом расположенных столбцов, при этом на рядом расположенные нечетные и четные столбцы нечетной строки подают значения нечетных, а на те же столбцы четной строки - четных разрядов кода N₁ = N + (A₄ · 2⁰ + A₄ · 2³), при этом отношение весов разрядов S₁A₁ : S₂A₂ : S₃A₃ : S₄A₄, соответствующих площадям сегментов индикаторного элемента, равно 1:2:4:3.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что сегменты индикаторного элемента образуются на пересечении строки и двух рядом расположенных столбцов, при этом на рядом расположенные нечетные и четные столбцы каждой строки в первом кадре изображения подают значения нечетных, а на те же столбцы тех же строк во втором кадре изображения - четных разрядов кода

при этом отношение весов разрядов S₁A₁ : S₂A₂ : S₃A₃ : S₄A₄, соответствующих площадям сегментов индикаторного элемента, равно 1:1:3:3.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29