DE2166741A1 - Steueranordnung fuer eine fluessigkristallanzeigevorrichtung - Google Patents

Description

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TlEDTKE - ÖÜHLING - KlKKE Dipl-ing. Tiedtke^ ^

Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-1'ng. Kinne

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cable: Germaniapatent München

21. April 1975

B 6226/Canon 253 div.

Canon Kabushiki Kaisha
Tokyo, Japan

(Ausscheidung aus P 21 57 16 3.1-35)

Steueranordnung für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steueranordnung für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung.

Zur Erregung oder Ansteuerung von Flüssigkeits-Leuchtkör·^ . per verwendenden Anzeigevorrichtungen wurden bisher mit Gleichspannungen oder Impulsen arbeitende Anordnungen verwendet. Die Betriebslebensdauer der in solchen Anzeigevorrichtungen verwendeten Flussigkeits-Leuchtkörper ist weitgehend von der zugeführten Spannung und Stromstärke abhängig. Auch bei der Speisung mit einer unterhalb der Durchschlagspannung des Flüssigkeits-Leuchtkörpers liegenden Spannung

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für den Betrieb der Anzeigevorrichtung treten in der Struktur . des Flüssigkeits-Leuchtkörpers Veränderungen auf, wenn solche Spannungen über eine längere Zeitspanne ohne Wechsel der Polarität daran gelegt werden, wodurch sich die Wirksamkeit des Leuchtkörpers verschlechtert. Bei einer Anzeigevorrichtung mit nematischen Flüssigkeits-Leuchtkörpern, deren wirksame Substanz Anisyliden-p-Aminophenylazetat in einer Gesamtdicke im Bereich von 25 um ist, tritt bei einer Erhöhung der angelegten Gleichspannung eine Verstärkung des Kontrastverhältnisses ein, also eine Vergrößerung des Unterschiedes der Lichtabgabe zwischen Teilen, an welche die Spannung gelegt ist und Teilen,, an denen keine Spannung liegt. So ist der stärkste Reflexionskontrast beispielsweise bei einer Spannung von 40 bis 50 V erzielbar. Dementsprechend kann im Falle einer dynamischen Anzeige eine hohe Spannung nicht angelegt werden. Beim Gleichspannungsbetrieb wird darüber hinaus die Betriebslebensdauer des Leuchtkörpers stark verkürzt, da schon nach einigen hundert Stunden Löcher und Flecken auftreten.

Es. ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, eine verbesserte Anordnung für den Betrieb einer Anzeigevorrichtung mit Flüssigkeits-Leuchtkörpern zu schaffen, welche den Leuchtkörpern eine längere Lebensdauer verleiht und sich insbesondere für die vollintegrierte Schaltungstechnik eignet.

Bei einer Anordnung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß sie Einrichtungen zur.Ansteuerung der Anzeigevorrichtung mittels Wechselstrom in Abhängigkeit von durch eine Steuerschaltung an die Gatts von

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MOS-Feldeffekttransistoren gelegten Anzeigesignalen aufweist. Die Steuerschaltung ist beispielsweise ein Ausgangskreis eines Computers. - .

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil eines einfachen ·« Aufbaus sowie den, daß als Spannungsquelle ein normaler Netzstromanschluß verwendet werden kann.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Anzeigevorrichtung mit Fitissigkeits-Leuchtkörpern ermöglicht eine dynamische Anzeige. Insbesondere ist die Anordnung zur Verwendung in der vollintegrierten Schaltungs-(LSI)-technik mit Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOS-FET) als Bauelementen geeignet.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. l ein Schaltungsdiagramm einer bekannten Anordnung für die Speisung■einer Anzeigevorrichtung mit Flüssigkeits-Leuchtkörper mit Gleichspannung,

Fig. 2 ein Diagramm der Beziehung zwischen der angelegten Gleichspannung und dem Kontrast,

Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 4 eine Darstellung der Wellenform der in der erfindungsgemäßen Anordnung verwendeten Speisespannung,

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Fig. 5 eine Fig. 4 entsprechende Darstellung der Wellenform der Spannung in vergrößertem Zeitmaßstab beim Anlegen eines Anzeigesignals,

Fig. 6 eine Darstellung der Wellenform des dem Flüssigkeits-Leuchtkörper zugeführten Speisestroms,

Fig. 7 ein Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zum Ansteuern einer Anzeigevorrichtung mit Flussigkeits-Leuchtkörpern,

Fig. 8 ein Schaltungsdiagrairan einer zweiten Ausführungsforra der Erfindung,

Fig, 9 ein Schaltungsdiagramm einer Anzeigevorrichtung mit Flüssigkeits-Leuchtkörpern für die Verwendung mit der erfindungsgemäßen Anordnung, worin die Vorrichtung η Anzeigestellen jeweils mit mehreren mosaikartig angeordneten Anzeigesegmenten aufweist,

Fig.10 eine Darstellung der Mosaikanordnung der Anzeigesegmente einer einzelnen Anzeigestelle,

Fig.Il eine graphische Darstellung der verschiedenen an die MOS-Transistoren in der in Fig. 9 dargestellten Schaltung gelegten Spannungen und

Fig.12 eine schematisierte Darstellung eines mit einem Decodierer in Kaskade geschalteten Codierers, welche zusammen den in der Schaltung nach Fig. 9 gezeigten Wandler bilden.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte bekannte Flüssigleuchtkörper-Anzeigevorrichtung wird über eine Anordnung gespeist oder

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erregt/ in welcher eine durch eine Gleichspannungsquelle ID gelieferte Spannung beim Schließen eines Schalters 2 angelegt.wird. Dabei ergibt sich eine für die praktische Verwendung übermäßig verkürzte Lebensdauer der Anzeigevorrichtung. Die Flüssigleuchtkörper-Anzeigevorrichtung umfaßt im wesentlichen ein Paar äußerer, transparenter Glasscheiben 3 und 7, eine transparente Elektrode 4, beispielsweise die unter der Handelsbezeichnung NESA-rElektrode erhältliche, ein Paar Abstandhalter 5 aus einem Isolierstoff wie etwa Polyethylenterephthalat (Mylar), eine durch Aufdampfen von Ni und Al erzeugte Dünnschicht 6 und einen Flüssigkeits-Leuchtkörper LC.

Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem in der Anzeigevorrichtung nach Fig. 1 angelegten Gleichstrom und dem Kontrast. Man erkennt, daß das Kontrastverhältnis bei einer Speisung der Flüssigleuchtkörper-Anzeigevorrichtung mit Gleichspannung bei etwa 35V oder wenig darüber gesättigt ist.

In der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 3 wird eine Flüssig-Leuchtkörper-Anzeigevörrichtung. der beschriebenen Art von einer Wechselspannungsquelle IA gespeist. Den in Fig. 1 gezeigten entsprechende Elemente sind in Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die an die Flüssigleuchtkörper— Anzeigevorrichtung gelegte Spannung wird mittels des Schalters 2 gesteuert. Dabei wechselt die an die einander gegenüberliegenden Elektrode 4 und 6 gelegte Spannung ihre Polarität bei jeder Periode. Es wurde festgestellt, daß sich dadurch die Lebensdauer der Anzeigevorrichtung gegenüber der bekannten Anordnung um mehr als das Zehnfache verlängern läßt. r\NAL

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• Wie nachstehend im einzelnen beschrieben ist, finden in der Anordnung zur Speisung der Anzeigevorrichtung mit Wechselspannung MOS-Transistoren Verwendung, welche bei der Herstellung vollintegrierter Schaltungsanordnungen besonders vorteilhaft sind. Die in Fig. 7 gezeigte Anordnung verwendet als Wechselspannungs— quelle IA beispielsweise einen gewöhnlichen Haus-Netzanschluß. Die Elektrode 4 der Flüssigleuchtkörper-Anzeigevorrichtung ist am Emitter oder Kollektor eines MOS-Feldeffekttransistors 9 angeschlossen. Die Elektrode 6 ist mit einem Ende der Sekundärwicklung eines Transformators 8 verbunden. Der Mittelabgriff der Sekundärwicklung des Transformators 8 ist an Masse gelegt. Das Gatt des MOS-FET 9 ist mit einer Steuerschaltung 10 verbunden. Da der. MOS-FET bipolar ist, können seine beiden Ausgänge A und B je nach der Polarität der angelegten Spannung als Kollektor oder Emitter wirksam sein. Xn der dargestellten Anordnung sind sie also bei jeder Halbperiode wechselweise als Kollektor und Emitter wirksam. So bildet der Ausgang A während der ersten Halbperiode den Emitter und in der zweiten Halbperiode den Kollektor. An das Gatt des MOS-FET ist von der Steuerschaltung 10 im Ruhezustand eine Nullsignalspannung Vs s gelegt.

Die Steuerschaltung 10, beispielsweise der Ausgangskreis eines elektronischen Computers, enthält integrierte MOS-Schaltkreise. Da die Vorspannungsquelle VDD für den MOS-FET am Mittelabgriff der Sekundärwicklung des Transformators 8 angeschlossen ist, liegt die Wechselspannung VDD an den Ausgängen A und B des MOS-FET und damit als Bezugsspannung an den Elektroden 4 und 6 der Anzeigevorrichtung. Der Unterschied zwischen der Bezugsspannung VDD und der Nullsignalspannung Vss beträgt 15V. Wird der MOS-FET

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9 durch Anlegen eines Anzeigesignals von der Steuerschaltung

10 leitend, so wird die von der Wechselspannungsguelle 1 gelieferte Spannung zur Anzeige einer Ziffer od. dergl. an die Elektroden 4 und 6 der Anzeigevorrichtung gelegt. Die Stärke des Anzeigesignals ist so gewählt, daß das Potential am Gatt des MOS-FET in Bezug auf das Potential am Emitter des MOS-FET unterhalb der Schwellenspannung liegt.

Somit fließt beim Anlegen eines Anzeigesignals der in Fig. 6 dargestellte Erregerstrora. Da die Anzeigevorrichtung einen hohen Innenwiderstand hat, ändert sich die über die Elektro- . { den 4 und 6 angelegte Spannung in Abhängigkeit von der Frequenz der Wechselspannungsquelle 1 (50 oder 60 Uz), jedoch unabhängig von der Impulsbreite, selbst wenn die Anzeigevorrichtung mit Impulsen von sehr geringer Breite, beispielsweise 10 ms* angesteuert wird. Selbst wenn daher die Steuerschaltung mit einer sehr hohen Frequenz von beispielsweise 100 kHz betrieben wird, bleibt die Funktion der Anzeigevorrichtung unbeeinflußt (Fig. 5).

Wird der MOS-FET in der zweiten, in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform durch Anlegen der Signalspannung an sein Gatt leitend, so liegt an den Elektroden 4 und 6 der Anzeigevorrichtung keine Spannung und es findet keine Anzeige statt. Beim Anlegen eines von der Steuerschaltung 10 abgegebenen Null-Anzeigesignals an das Gatt des MOS-FET 9 wird dieses gesperrt und dadurch die von der Quelle 1 gelieferte Spannung zum Anzeigen einer Ziffer od. dergl. an die Elektroden 4 und 6 der Anzeige^ vorrichtung gelegt.

Aufgrund der vorstehend beschriebenen Erregung der Flüssigleuchtkörper-Anzeigevorrichtung mit Wechselspannung wechselt die Polarität der an ihre Elektroden gelegten Spannung. Dadurch ist die Betriebslebensdaier des Flüssigleuchtkorpers in der Anzeigevorrichtung beträchtlich verlängerbar. Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ergibt sich ferner daraus, daß ein normaler Netzstrom mit 50 oder 60 Hz Wechselspannung angewendet werden kann. Gegebenenfalls kann die Anzeigevorrichtung mit Frequenzen zwischen 0,01 bis 200 Hz betrieben werden.

Fig. 9 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Flüssigleuchtkörper-Anzeigevorrichtung mit der erfindungsgemäßen Erreger- oder Ansteuerungsanordnung, welche n_ Anzeigestellen jeweils mit acht mosaikartig in Form einer Ziffer 8 angeordneten Anzeigesegmenten aufweist (Fig. 10). In Fig. 7 gezeigten Elementen entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die positiven Elektroden P der Anzeigestellen sind mit einem Ende der Sekundärwicklung eines mit der Spannungsquelle IA gekoppelten Transformators 8 verbunden. Am anderen Ende der Sekundärwicklung des Transformators 8 sind die wechselnd als Emitter und Kollektor wirksamen Ausgänge von MOS-Feldeffekttransistören 9 angeschlossen, deren andere wechselweise als Kollektor und Emitter wirksamen Ausgänge mit Anzeigesegmenten a bis h verbunden sind. An den Gatts der MOS-FETs 9 sind jeweils als Schaltelemente wirksame MOS-FETs 11 mit ihren Emittern ange-

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schlossen. Die Kollektoren der■MOS-FETs 11 sind mit einem binärcodierten Wandler 13- verbunden, welcher.zum Umwandeln einer Dezimalcodierung in einen Siebenercode eingerichtet ist. Die Gatts der MOS-FETs 11 in den einzelnen Anzeigestellen sind jeweils gemeinsam an einem Ansteuerungs-Zeitgeber 14 angeschlossen.

Wie Fig. 12 zeigt, umfaßt der Wandler 13 einen Decodierer zum Decodieren der binärcodierten Dezimalcodesignale und/

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oder eines Dezimal-Kommasignals und einen Codierer 16 zum Erzeugen einer codierten Signalkombination zum Anlegen an die Segmente a bis b der einzelnen Anzeigestellen in Abhängigkeit vom Ausgang des Decodiereis 15. Der beschriebene Wandler kann in verschiedener Form ausgebildet sein. In-der dargestellten Ausführungsform ist er als.voll integrierte MOS-Schaltung (MOS-LSI) ausgebildet. Ebenso ist der Ansteuerungs-Zeitgeber 14 als MOS-LSI ausgeführt. Wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Vorspannung VDD der MOS-FETs im Wandler 13 und im Zeitgeber 14 am Mittelabgriff der Sekundärspule des Transformators 8 abgenommen.

Der Aussteuerungs-Zeitgeber 14 dient der Zuführung der Anzeigesignale zu den Anzeigestellen in zeitlicher Aufeinanderfolge fortschreitend von der ersten zur n-ten Stelle.

Die MOS-FETs 9 und 11 der einzelnen Anzeigestellen bilden jeweils gemeinsam eine Steuerschaltung 12» deren gemeinsamer Anschluß S mit einem das Massepotential Vss führenden Leiter verbunden ist. Die in der dargestellten Ausführungsform an die MOS-FETs anlegbaren Spannungen sind in Fig. 11 dargestellt. Diese Anordnung ist insofern vorteilhaft, als die Gleichspannungskopplung zwischen den Gatt-Anschlüssen und den Anschlüssen vom Emittern oder Kollektoren in Fortfall kommt und die MOS-FETs aufgrund ihrer ungerichteten

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Charakteristik die Erregung der Flüssigleuchtkörper^Anzeigevorrichtung von einer Wechselspannungsquelle aus möglich machen.

Wird dem Emitter der MOS-PETs 11 vom Wandler 13 ein Anzeigesignal und dem Gatt der MOS-FETs 11 vom Zeitgeber 14 ein-' Ansteuerungssignal zugeführt, so werden sie leitend, so daß das Anzeigesignal an das Gatt der entsprechenden MOS-FETs 9 gelangt und diese leitend macht. Dadurch fließt zwischen der gemeinsamen positiven Elektrode P und den angesteuerten Segmenten der in Fig. 6 dargestellte Erreger-Wechselstrom, welcher den Leuchtkörper in diesen Bereichen zum Aufleuchten bringt. In dieser Weise wird die gewählte Ziffer od. dergl. an der betreffenden Anzeigestelle sichtbar.

Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt man, daß die erfindungsgemäße Anordnung zum Erregen von Anzeigevorrichtungen mit Flüssig-Leuchtkörpern einen äußerst einfachen Aufbau hat und eine beträchtliche Verlängerung der Betriebslebensdauer der verwendeten Flüssig-Leuchtkörper ermöglicht. Die erfindungsgemäße Wechselspannungs-Erregeranordnung bietet ferner eine Lösung für das Problem der Remanenz bei Anzeigevorrichtungen mit Flüssigkeits-Leuchtkörpern.

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Claims (3)

Patentansprüche

1.!Steueranordnung für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, gekennzeichnet durch eine in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung vorgesehene Anzahl von Flüssigkristalldigitanzeigeeinheiten mit jeweils einer gemeinsamen Elektrode (p ),eine Anzahl von Anzeigesegmenten (a bis g) , die der gemeinsamen Elektrode ρ gegenüber liegen und von dieser in Abstand stehen, wobei sich Flüssigkristallmaterial zwischen der gemein- · samen Elektrode und den Anzeigesegmenten befindet, durch eine Einrichtung zum elektrischen Verbinden der gleichen Anzeigesegmente in jeder der Flüssigkristalldigitanzeigeeinheiten, durch einen Zeitgebersignalgenerator zur Erzeugung von Signalen, die die gemeinsame Elektrode jeder Flüssigkristalldigitanzeigeeinheit nacheinander und zyklisch betreiben, durch einen Kodekonverter zum Erzeugen von Signalen zum selektiven Betreiben der Anzeigesegmente, durch eine Einrichtung zum Ändern der Polaritäten der an zumindest die gemeinsame Elektrode und die Anzeigesegmente in jeder Digitanzeigeeinheit anzulegende Spannung, wenn die Flüssigkristallanzeigevorrichtung auf dynamischer Basis betrieben wird, durch eine erste Gruppe von MOS-Transistoren mit jeweils einer ersten Elektrode, an der Signale von der Polaritätsänderungseinrichtung anliegen, einer zweiten Elektrode, die mit einem der Anzeigesegmente verbunden ist, und einer dritten Elektrode, die mit dem Kodekonverter verbunden ist, und einer Einrichtung zur Herstellung eines Pegels des von der Polaritätsänderungseinrichtung an die erste Elektrode jedes

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MOS-Transistors angelegten Signals zur Abnahme einer Gleichstromkomponente an der gemeinsamen Elektrode und den Anzeigesegmenten in jeder Digitanzeigeeinheit.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitsignalgenerator und der Kodekonverter MOS-Transistoren aufweisen, die alle integriert sind.

3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zweite Gruppe von MOS-Transistoren mit jeweils einer ersten und einer zweiten Hauptelektrode, von denen eine mit der dritten Elektrode jedes Transistors der ersten Gruppe von MOS-Transistoren verbunden sind, und einer Torelektrode, an der ein Steuersignal von dem Zeitsignalgenerator anliegt.

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