CH620036A5 - Liquid-crystal display device and use of the device as an oscillograph - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer Ansteuerungsvorrichtung und einem Flüssigkristallelement, das eine zweidimensionale aus Zeilenelektroden, Zy (y = 1,..N), und Spaltenelektroden Sfi ([x = 1,..., M) bestehende Matrix enthält, wobei pro Spalte jeweils nur ein mi Matrixelement angezeigt wird und die Anzeige dieses Matrixelementes immer dann erfolgt, wenn die Differenz der an die entsprechenden Zeilenelektrode, Zy, und jeweilige Spaltenelektrode, S(x, angelegten Signalspannungen Null ist, während die Differenz der Signalspannungen zwischen den entsprechen- 55 den Zeilen- und Spaltenelektroden aller anderen Matrixelemente einen von Null verschiedenen Effektivwert aufweisen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung als Oszillograph.

AusderDE-OS 2 414 608 ist eine Flüssigkristallanzeige- mi Vorrichtung der oben erwähnten Art bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung hat die jeweilige Differenz der Signalspannungen, zwischen der Zeilen- und Spaltenelektroden der nicht anzuzeigenden Matrixelemente den Effektivwert Veft = V2/N • V, wobei V die jeweilige Zeilen, bzw. Spaltenspitzen- w Spannung bedeutet. Je grösser die verwendete Anzahl von Zeilen ist, umso kleiner wird für einen vorgegebenen Wert von V die Effektivspannung. Dieses bedeutet andererseits, dass für einen vorgegebenen Wert Veff mit wachsender Zeilenzahl, die Spannung V einen immer grösseren Wert aufweisen muss. Gleiches gilt auch für die Spannung an den den Zeilen- und Spalten zugeordneten Treiberschaltungen. Da derartige Schaltungen in der Regel durch integrierte Schaltungen (IC's) gebildet werden und maximal nur mit Spannungen < 20 V belastet werden können, ergibt sich bei den bekannten Vorrichtungen zwangsweise eine Begrenzung der maximal verwendeten Reihenzahl.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Anzeigevorrichtung der Eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der mit zunehmender Reihenzahl N nicht notwendigerweise auch eine Erhöhung der an den Reihen und Spalten liegenden Spannung V erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfir.gungsgemäss dadurch gelöst, dass an jeder der N Zeilenelektroden, Zy, eine von dem darzustellenden Anzeigesignal unabhängige Signalspannung angelegt wird, dass diese Signalspannungen ein orthogonales Funktionensystem mit jeweils gleichem Effektivwert bilden, dass an jeder der M Spaltenelektroden, S|i, ebenfalls jeweils eine der Zeilensignalspannungen liegt, und dass die Zuordnung dieser Signalspannung, zu der jeweiligen Spaltenelektrode, Sji, durch das darzustellende Anzeigesignal besteuert wird.

Als Signalspannungen eignen sich vor allem Walsh-Funktio-nen. Sie bilden einerseits ein orthogonales Funktionensystem und erlauben andererseits die Verwendung integrierter digitaler Schaltungsanordnungen.

Die Vorrichtung hat sich besonders als Oszillograph zur Darstellung zeitlich veränderbarer Vorgänge bewährt.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Walsh-Funktionen für die Zeilen- und Spaltensteuerung von Flüssigkristallelementen, die gemäss der Erfindung betrieben werden ;

Fig. 2 eine aus mehreren Schaltungsanordnungen gemäss Fig. 1 bestehende Ansteuerungsvorrichtung zum Betrieb eines 256 Reihenelektroden aufweisenden Flüssigkristallelementes nach der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte Walsh-Funktionengenerator besteht aus einem 8-bit Binärzähler 1, acht UND-Gattern 2, einem Exklusiv-ODER-Gatter 3 sowie einem Schieberegister 4, deren parallele Ausgänge direkt mit Schaltstufen 5 verbunden sind.

Wird an den Eingang K des Binärzählers 1 ein erstes Taktsi-gnal, TS[, gelegt, so ergeben sich an den acht Ausgängen des Zählers acht verschiedene Signale, die den Funktionsverlauf von Walsh-Funktionen besitzen. Am Ausgang A erhält man beispielsweise die Funktion wal (1, t); am Ausgang B die Funktion wal (3, t) ;... ; und am Ausgang H schliesslich die Funktion wal (255, t). Diese Signale gelangen an jeweils einen Eingang der UND-Gatter 2. In Abhängigkeit von den binären Datensignalen, die an dem jeweiligen zweiten Eingang der UND-Gatter liegen (in Fig. 1 sind diese Eingänge mit a bis h bezeichnet), werden die Walsh-Funktionen durch diese Gatter hindurchgelassen und gelangen zu dem Exklusiv-ODER-Gatter 3. An dessen Ausgang wiederum ergibt sich ebenfalls eine Walsh-Funktion, und zwar genau eine der 255 möglichen Funktionen wal (1, t), wal (2, t),..., wal (255, t). Der durch den jeweiligen Zustand des 8-bit-Zählers 1 bestimmte Augenblickswert dieser Walsh-Funktion, während eines durch den Takt bestimmten Zeitintervalls, wird dann in dem Schieberegister 4 gespeichert. Dieser Vorgang wird für mehrere Datensignale zyklisch wiederholt. Das Einschreiben der Werte der Walsh-Funktionen erfolgt dabei mit Hilfe eines zweiten Taktsignals, TS2, das dem Eingang L zugeführt wird und synchron mit dem Datensignalwechsel verläuft. Im vorliegenden Fall wurde bei

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spielsweise ein aus vier handelsüblichen, in Serie geschalteten 8-bit Schieberegister verwendet, so dass nach 32 Taktsignalen das Register 4 voll ist. Dabei ist jedem gespeicherten Walsh-Funk-tionenwert genau ein entsprechendes Datensignal zugeordnet.

Im Takte des ersten Taksignals TSj wird der gesamte Inhalt des Schieberegisters 4 parallel auf eine als Zwischenspeicher wirkende Schaltstufe 5 übertragen. Diese Schaltstufe ist ihrerseits mit den Zeilen- bzw. Spaltenelektroden, Zy bzw. Su, verbunden, so dass die in der Schaltstufe gespeicherten Signalwerte gleichzeitig auch an den Zeilen- bzw. Spaltenelektroden liegen.

Das Taktsignal TS! bewirkt ausserdem ein Weiterzählen des 8-bit-Zählers, so dass sich der oben beschriebene Vorgang wiederholt. Ist das Schieberegister 4 erneut gefüllt, so wird sein Inhalt wiederum auf die Schaltstufe 5 übertragen und deren bisheriger Inhalt gelöscht.

Im Gegensatz zu bekannten Walsh-Funktionsgeneratoren (vgl. z.B. R. Kitai and C.K. Yuen: Walsh Function Generators, in: Walsh Functions and their Applications, IEEE 1974) ist es bei der neuen Schaltungsanordnung weder notwendig, dass an den Eingängen a bis h im Gray-Code codierte Datensignale liegen, noch dass derart codierte Signale durch den Zähler 1 geliefert werden. Die Schaltungsanordnung ist daher gegenüber bekannten Anordnungen sehr einfach aufgebaut. Der Umstand, dass bei Verwendung des neuen Walsh-Generators einem binären Eingangswert j nicht notwendigerweise ein Ausgangswert wal (k, t) mit k = j zugeordnet ist, stört nicht. Denn gemäss der Erfindung ist es nicht notwendig eine Zeilenadressierung derart vorzunehmen, dass an der ersten Zeilenelektrode die Walsh-Funktion wal (1, t), an der zweiten die Funktion wal (2, t), etc. liegt. Es ist vielmehr lediglich erforderlich, dass an jeder Zeilenelektrode genau eine der Funktionen wal (1, t) bis wal (255, t) liegt ; beispielsweise also an der ersten Zeilenelektrode die Funktion wal (3, t), an der zweiten Elektrode die Funktion wal (230, t) etc. und dass diese Zuordnung der Walsh-Funktionen zu den einzelnen Zeilenelektroden sich nachträglich nicht ändert.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung kann entweder aus 8 Standard-CMOS integrierten Schaltungsanordnungen zusammengebaut werden (ein 8-bit-Zähler, 2 X vier UND-Gatter, ein Exklusiv-ODER-Gatter (z.B. RCA CD 40101B parity checker) vier 8-bit Schieberegister mit Schaltstufen (z.B. RCA CD 4094B bus register) oder aber auch als ein einziges mit 44 Anschlüssen versehenes IC hergestellt werden.

Fig. 2 zeigt wie mehrere derartige in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnungen (Module) zur Ansteuerung eines Flüssigkristallelements kombiniert werden können: Dieses Flüssigkristallelement 6 mag beispielsweise 256 Zeilenelektroden Zy besitzen, die von acht Modulen, Mt bis M8, angesteuert werden. Die jeweils beiden ersten Eingänge eines Moduls entsprechen den Eingängen L und K gemäss Fig. 1 ; über sie werden die Taktsignale TS! und TS2 zugeführt. Die restlichen acht Eingänge eines Moduls entsprechen den Dateneingängen a bis h gemäss Fig. 1. Die (jeweils 32) Ausgänge der Module sind identisch mit den in Fig. 1 dargestellten Ausgängen der Schaltstufen 5.

Drei der acht Dateneingänge jedes Moduls sind fest verdrahtet, d.h. an diesen Eingängen liegt ein konstantes binäres Signal, und zwar derart, dass die Kombination der an diesen Eingängen liegenden Signalen an jedem Modul eine andere ist. Insgesamt gibt es daher 8 Kombinationsmöglichkeiten und demnach können in diesem Fall maximal 8 Module verwendet werden, mit denen dann 8 • 32 = 256 Walsh-Funktionen erzeugt werden können. Die restlichen Dateneingänge sind mit einem 5-bit-Zähler 7 verbunden.

Die Taktsignale TS2 werden mit Hilfe eines Taktgebers 8 ? erzeugt, der Signale mit einer Frequenz von etwa 526 kHz erzeugt. Mit diesen Signalen TS2 wird ausser den Modulen M, bis M8 u.a. auch der 5-bit-Zähler 7 getaktet. Einem der Ausgänge dieses Zählers kann dann das Taktsignal TS, entnommen werden, wobei die Frequenz dieses Signals 1 /32 derjenigen des m Signals TS2 betragen darf.

Durch die vorstehend beschriebene Anordnung wird jede Zeilenelektrode Z mit genau einer Walsh-Funktion wal (k, t) angesteuert, die verschieden und orthogonal ist zu den Signalen an allen anderen Zeilenelektroden. Ferner entspricht das Ein-15 gangssignal, das die jeweilige an der Zeile Zy liegende Walsh-Funktion bestimmt, der binär kodierten Zeilenzahl y, die ihrerseits der Lage (Höhe) der Zeile entspricht.

Zur Ansteuerung der Spaltenelektroden sind Module M', bis M'jj ([1 kann auch grösser als 8 sein) vorgesehen, die wie-derum jeweils der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 entsprechen. Die binären Daten werden dabei von den den Modulen zugeordneten Schreib-Lesespeichern 9 abgerufen. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesen Speichern um solche mit jeweils 32 Adressen und 8 Datenein-und 8 Datenausgängen (32 X 8 RAM).

Die den Adressen zugeordneten 8-bit Worte entsprechen den anzuzeigenden Werten. Diese werden über einen in Fig. 2 nicht dargestellten Analog-Digital-Wandler erzeugt. Der anzu-zeigende analoge Messwert wird also mit Hilfe dieses Wandlers in |x X 32 Worte mit einer Länge von 8-bit umgewandelt und diese Worte werden dann nacheinander in die Speicher 9 eingeschrieben. Nach dem Schreibvorgang werden die Adressiereingänge der Speicher mit den Ausgängen des 5-bit-Zählers 7 vs verbunden. Es erfolgt anschliessend ein zyklisches Auslesen der gespeicherten 8-bit Datenworte entsprechend dem jeweiligen Zustand dieses Zählers. Durch die Module M'[ bis M'^ werden dann den Spaltenelektroden Signale zugeführt, die einen Walsh-Funktionenverlauf aufweisen, wobei die jeweilige Walsh-Funk-j,, tion charakteristisch ist für einen bestimmten anzuzeigenden Amplitudenwert des Analogsignals. Da jede Walsh-Funktion jeweils nur einer einzigen Zeilenelektrode zugeordnet ist, gibt es pro Spalte nur ein einziges Matrixelement, bei dem die Potentialdifferenz zwischen Zeilen- und Spaltenelektrode Null ist. Alle anderen Matrixelemente in dieser Spalte weisen eine Spannung von 0,707 U auf. Das anzuzeigende Analogsignal wird daher auf dem Flüssigkristallelement 6 als Spur nicht angeregter Matrixelemente dargestellt, wobei die Höhe des angezeigten Signals proportional zur Amplitude des Analogsi-5ll gnals ist.

Aus den Figuren 1 und 2 geht ferner hervor, dass die Zahl der integrierten Schaltkreise, die notwendig sind für den Aufbau eines derartigen Oszillographen reduziert werden können, wenn die Länge der Schieberegister 4 pro Modul erhöht wird. Wenn ?also beispielsweise statt 32-stufige Schieberegister solche mit 64 Stufen verwendet werden. In diesem Fall würde sich für eine vorgegebene Spalten- und Zeilenzahl die Zahl der erforderlichen Module um den Faktor 2 reduzieren. Allerdings erfordern höherstufige Schieberegister auch höhere Taktfrequenzen TS,. m) Eine weitere Einschränkung ergibt sich aus dem Umstand, dass pro Modul die Zahl der Anschlüsse nicht beliebig gross gewählt werden kann.

2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

620 036 PATENTANSPRÜCHE

1. Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer Ansteue-rungsvorrichtung und einem Flüssigkristallelement, das eine zweidimensionale aus Zeilenelektroden, Zy {y = 1,. . N), und Spaltenelektroden (S(i (ji = 1, . .M) bestehende Matrix enthält, wobei im Betrieb pro Spalte jeweils nur ein Matrixelement angezeigt wird und die Anzeige dieses Matrixelementes immer dann erfolgt, wenn die Differenz zwischen den Signalspannungen der entsprechenden Zeilen- und Spaltenelektrode Null ist, während die Differenz der Signalspannungen zwischen den entsprechenden Zeilen- und Spaltenelektroden aller anderen Matrixelemente einen von Null verschiedenen Effektivwert aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder der N Zeilenelektroden, Zy, eine von dem darzustellenden Anzeigesignal unabhängige Signalspannung angelegt wird, dass diese Signal- i Spannungen ein orthogonales Fuktionensystem mit jeweils gleichem Effektivwert bilden, dass an jeder der M Spaltenelektroden, S(i, ebenfalls jeweils eine der Zeilensignalspannungen liegt, und dass die Zuordnung dieser Signalspannungen zu der jeweiligen Spaltenelektrode, S[A, durch das darzustellende Anzeigesignal gesteuert wird.

2. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalspannungen Walsh-Funktionen sind.

3. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Walsh-Funk-tionen Schaltungs-Module (Mt ... Ms; M'| . .. M'^) verwendet werden, die aus einem oder mehreren binären Zählern (1) bestehen, wobei die Zuordnung der jeweiligen Walsh-Funktion zu dem binären Datensignal mit Hilfe eines Exklusiv-ODER-Gatters (3) erfolgt.

4. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gleiche Schaltungs-Module (M[ ... M8; M', . . . M'n) sowohl zur Ansteuerung der Spaltenelektroden (Sji) als auch zur Ansteuerung der Zeilenelektroden .i (Zy) verwendet werden.

5. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mehrere Schaltungs-Module (M! ... M8; M', ... M'n) zur Ansteuerung der Spalten* und Zeilenelektroden verwendet werden. 4

6. Verwendung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Oszillograph.