DE2261245A1

DE2261245A1 - Fluessigkristallanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2261245A1
Application number: DE2261245A
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Heuner; David Keith Morgan; Stanley Joseph Niemiec
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1971-12-16
Filing date: 1972-12-14
Publication date: 1973-06-28
Also published as: CA1004316A; FR2167068A5; JPS4866989A; US3740717A; CH1835972A4; GB1405908A; DE2261245C3; CH558561A; JPS5128999B2; DE2261245B2; CH562454A5

Description

RCA 65,458
US-Ser.Na. 208,813
Filed:December 16,1971

RCA Corporation

New York N.Y. (V.St.A.)

Flüssigkristallanzeigevorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einem Flüssigkristallelement, einer Wählvorrichtung, durch welche an das .Element während einer vorgegebenen ersten Zeitspanne eine verhältnismäßig niederfrequente Erregungsspannung,anlegbar ist, die das Element in den lichtstreuenden Zustand bringt, und einer Löschvorrichtung, durch die dem Element während einer anderen, zweiten Zeitspanne eine verhältnismäßig hochfrequente Spannung zuführbar ist.

In jüngerer Zeit hat das Interesse an der Verwendung von Flüssigkristallen, wie nematischen Flüssigkriställen, die auf dem Prinzip der dynamischen Streuung arbeiten, für Anzeigezwecke, wie Fernsehbildwiedergabe, Wiedergabe von Strichmustern, Ziffernwiedergabe usw. stark zugenommen. Man weiß auch bereits, daß die Lebensdauer von Flüssigkristallen bei diesen und anderen Anwendungen besonders groß wird, wenn-man zum Erregen und Löschen Wechselspannungen verwendet und wenn der resultierende Mittelwert des den Flüssigkristall durchfließenden Gleichstroms gleich Null ist.

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Bei vielen Anwendungen ist jedoch die einzige Spannung, die für das Steuern des Flüssigkristalle«· ohne.■ .ßioiwrierigkeiten zur Verfügung gestellt werden kann, entweder eine Gleichspannung oder eine unipolare Wechselspannung» d.h. eine Wechselspannung, deren Amplitude sich z.B. zwischen dem Wert Null und irgend einem positiven oder negativen Wert ändert. Anders ausgedrückt hat bei vielen Anwendungen die verfügbare Wechselspannung eine von Null verschiedene Gleichstromkomponente, die die Lebensdauer des Flüssigkristalles beeinträchtigt. Typische Beispiele hierfür sind Taktschaj.tungen und zeithaltende Systeme, die Verknüpfungsglieder enthalten, z.B. für tragbare Rechenmaschinen, Armbanduhren usw. Bei solchen Einrichtungen ist die primäre Leistungsquelle häufig eine Batterie und die Amplitude der durch die Verknüpfungsschaltungen erzeugten wechselnden Spannungen ändert sich zwischen einem Wert, wie Massepotential, der einer binären Null.·entspricht und einem Wert, wie +15V, der einer binären Eins entspricht, um nur ein Beispiel zu geben.

Bei Einrichtungen der oben erwähnten Art sind häufig auch Platzbedarf, Verdrahtung und die Kompliziertheit der Verknüpfungsschaltungen problematisch. Hinsichtlich des Piatzbe-\ darfes und der Verdrahtung nehmen Flüssigkristall-Ziffernanzeigevorrichtungen z.B. nur einen verhältnismäßig kleinen Raum ein und es ist schwierig, die Anschlüsse der verschiedenen.Segmente der Anzeigevorrichtung mit den Verknüpfungsschaltungen zu verbinden. Es ist hier wünschenswert, die Anzahl def Anschlüsse der Flüssigkristallanzeigevorrichtungen so klein wie möglich zu halten. Die Verknüpfungsschaltungen sollen andererseits verhältnismäßig einfach sein und die Vetjtnüpfungsschältungen, die für die Steuerung einer einzigen Anzeigevorrichtung erforderlich sind, sollten für sich alleine, also ohne daß eine entsprechende Anzahl solcher Verknüpfungsschaltüiigen erforderlich sind, auch die übrigen Anzeigevorrichtungen Versorgen können.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine wechselnde Erregungsspannung einer ausgewählten Zeile einer Matrix von Flüssigkristallelementen zugeführt und außerdem wird den Spalten der Matrix eine Spannung der gleichen Frequenz, die gleichphasig oder gegenphasig bezüglich der Zeilenspannung sein kann, zugeführt. .

Die Erfindung läßt sich auch in Kombination mit einer wechselnden Spannung verwenden, deren Frequenz oberhalb des Wertes liegt, bei dem die Streuung von Licht auftritt und die den übrigen, nicht ausgewählten Zeilen der Matrix zugeführt wird.

Gemäß der Erfindung ist ferner eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Löschvorrichtung während eines Teiles der zweiten Zeitspanne eine relativ hochfrequente Spannung in einem, solchen Sinne anlegt, daß sich ein mittlerer Gleichspannungswert einer ersten Polarität am Flüssigkristalleiement ergibt,J und daß die Löschvorrichtung während eines anschließenden Teiles der zweiten Zeitspanne eine relativ hochfrequente Spannung in einem solchen Sinne und mit einer solchen Amplitude anlegt, daß sich ein mittlerer Gleichspannungswert der entgegengesetzten Polarität am Flüssigkrisiall ergibt und der mittlere Gleichspannungswert am Element für die beiden Teile der zweiten Zeitspanne im wesentlichen gleich Null ist.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen dex Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen;

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Paneel von Flüssigkeitskristallanzeigevorrichtungen, welches vier Ziffernanzeige-

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vorrichtungen enthält;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine der Ziffernanzeigevorrichtungen ;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Matrixschaltung für die vier Ziffernanzeigevorrichtungen gemäß Fig. 1, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und

Fig. 4 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufes von Signalen, auf die bei der Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 Bezug genommen wird.

In Fig. 1 ist ein Paneel mit vier Ziffernanzeigevorrichtungen dargestellt, wie es z.B. für Armbanduhren, Rechengeräte und dgl. verwendet v/erden kann. Jede Anzeigevorrichtung enthält sieben Segmente, z.B. IA bis IG und eine Rückplatte, z. B. 1. Die Segmente und die Rückplatte der anderen Anzeigevorrichtungen sind mit 2A bis 2G bzw. 2 usw. bezeichnet. Zwischen den sieben Segmenten einerseits und der Rückplatte andererseits befindet sich ein Flüssigkristall 5, der in der Querschnittsansicht Fig. 2 dargestellt ist. Bei dem Flüssigkristall handelt es sich vorzugsweise um einen vom nematischen Typ, der auf dem Prinzip der dynamischen Streuung arbeitet. Die sieben Segmente bestehen aus einem transparenten Leiter und die Rückplatte besteht im Falle einer Durchsicht-AnzeigevontiLchtung ebenfalls aus einem transparenten Leiter, während sie im Falle einer Reflektor-Anzeigevorrichtung aus einem reflektierenden, elektrisch leitenden Platerial hergestellt wird.

Die sieben Segmente einer Anzeigevorrichtung befinden sich auf der Innenseite einer transparenten Bauteils, z.B.einer Glasplatte 6. In entsprechender Weise ist die Rückplatte auf der Innenfläche einer Glasplatte 7 angeordnet. Die Dicke der

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Flüssigkristallschicht hängt von der Konstruktion ab und bestimmt zusammen mit anderen Faktoren die Amplitude der Erregungsspannung, die erforderlich ist, um den Flüssigkristall in den lichtstreuenden Zustand z\x bringen.

Bei einer Anordnung des in Fig. 1 und 2 dargestellten Typs ist es hinsichtlich der Vereinfachung der Verknüpfungsschaltungen, der Verringerung der Anzahl der Steuerschaltungen und der Anzahl der vom Paneel zu den die Segmente steuernden Schaltungen führenden Leitungen wünschenswertι 2tt einem vorgegebenen Zeitpunkt jeweils nur eine einzige Anzeigevorrichtung zu erregen. Wenn eine Anzeigevorrichtung für eine Zeitspanne ausreichender Länge eingeschaltet wird und die Einschaltung mit ausreichender Frequenz wiederholt wird, sieht die Anzeigevorrichtung wegen der normalen Relaxationszeit des Materials und der Trägheit des Auges aus, als ob sie auch zwischen den Erregungsintervallen eingeschaltet wäre (d.h. daß der Flüssigkristall so ausäeht als ob er sich dauernd im lichtstreuenden Zustand befindet.)

Fig. 3 zeigt, wie die Segmente geschaltet sein können, um dieses Resultat zu erreichen. Jede Zeile der dargestellten Matrix bestehtfcus einer der Anzeigevorrichtungen. Die Zeilen^ leiter entsprechen den vier Rückplatten 1 bis 4 und sind daher mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Α-Segmente aller vier Anzeigevorrichtungen sind mit einem gemeinsamen Leiter, nämlich dem A-Spaltenleiter (Fig. 3) verbunden. In ähnlicher Weise sind die B-Segmente alle mit einem B-Spaltenleiter, die C-Seg- · mente alle mit einem C-Spaltenleiter usw. verbunden. Die Flüssigkristallelemente bei den Überkreuzungen der Zeilen und Spalten sind durch die Zeilen- und Spalten-Nummern bezeichnet. In der Zeile 1 befinden sich also beispielsweise die Elemente IA, IB, IC usw. und in der Spalte 1 befinden sich die Elemente IA, 2A, 3A usw., die Bezugszeichen entsprechen dabei denen der Fig. 1. Jedes Element besteht aus einem Flüssigkeitsvolumen zwischen

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einem Segment und der Rückplatte und sein Ersatzschaltbild ist ein Widerstand verhältnismäßig hohen Wert·· mit einer verhältnismäßig kleinen Kapazität.

Mit jedem Spaltenleiter ist ein Exklusiv-ODER-Glied 11, 12...bzw.17 verbunden. Einer Eingangsklemme jedes dieser Exkluaiv-ODER-Glieder wird eine unipolare wechselnde Steuerspannung von 64 Hz von einer Klemme 10a zugeführt, während der anderen Klemme eine Segmentsteuerspannung von entsprechenden Klemmen a bis g zugeführt wird. Die Amplitude der unipolaren Steuerspannung ändert sich zwischen zwei Werten, wie Hull Volt entsprechend einer binären 0 und +15 Volt entsprechend einer binären 1. Die Steuerspannungen an den Klemmen a bis g sind Steuergleichspannungen, die die Werte Null oder +15 Volt annehmen können.

Mit jedem Zeilenleiter ist eine Gruppe von zwei dualen Torschaltungen verbunden. Da die Gruppen alle gleich sind, genügt es, die der Zeile 1 zugeordnete Gruppe zu beschreiben. Jede duale Torschaltung besteht aus einem η-Kanal MOS-Transistor, z.B. 20 oder 22 und aus einem p-Kanal MOS-Transistor, ζ. B. 21 oder 23. Die GATE-Elektroden des n-Transistors 2O und des p-Transistors 23 sind mit einer Klemme 24 verbunden, der ein Zeichenwählsignal φ. zugeführt wird. Dieses Zeichenwählsignal wird ferner über einen Negator 25 den GATE-Elektroden des p-Transistors 21 und des n-Transistors 22 zugeführt.

Die 64 Hz-Erregungsspannung wird außer der Klemme 10a auch noch einer Klemme 10 zugeführt, welche mit dem einen Ende der parallelgeschalteten Kanäle des n-Transistors 20 und p-Transistors 21 verbunden ist. Dem einen Ende der parallelgeschalteten Kanäle des n-Transistors 22 und den p-Transistors 23 wird eine Löschspannung von 4096 Hz zugeführt. Die anderen Enden der parallelgeschalteten Kanäle dieser Transistoren und

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der parallelgeschalteten Kanäle der Transistoren 21 und 22 sind rait dem Seilenleiter 1 verbunden.

Wie erwähnt, wird der Klemme 24 ein Zeichenwählsignal φ, zugeführt. Dieses Signal wählt in diesem Falle die erste !üiffernanzexgevorrichtung, also die Siffernanzeigevorrichtung der geile 1. Sum Auswählen der zweiten Ziffernanzeigevorrichtung J₇ also der der Zeile 2 dient eine Ziffernwähispannung φ₂, die an der Kleimse 34 zugeführt wird und in entsprechender VJeise dienen Zxffernwählsignale φ., bzw. φ. an Klemmen 35 bzw. 36 ζ «or Wahl der Zeilen 3 bzw. 4.

Die Arbeitsweise der in Fig.3 dargestellten Schaltungsanordnung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert. Während, der Zeitspanne t bis t hat das Zeichenwählsignal φ. den Wert +15 Volt und stellt die Binärziffer 1 dar. Die Zeichenvtähisignale φ_ο, Φ₃ und φ. sind HbII Volt entsprechend einer binären Null. Das ZeichenwählsigBal φ_ gelangt direkt zur GATE-Elelctrode des n-Transistors 20, der dadurch eingeschaltet wird, und aniBeräenn öl3er den Negator 25 zur GATE-Elektrode des p-Transistors 21_r der dadurch ebenfalls eingeschaltet wird. Die duale Torschaltung 2Ο-21 ist dadurch also aufgetastet und das unipolare 64-Hz-Steuersignal wird von ihr zur Zeile 1 durchge-

Das Zeichenwäli!signal φ, liegt ferner an der GATE-Elektrode des p-Transistors 23, der dadurch gesperrt wird, und über den Hegator 25 an|der GATE-Elektrode des n-Transistors 22, der ebenfalls gesperrt wird. Die duale Torschaltung 22-23 ist dadurch gesperrt und das 4096-Hz-Löschsignal kann nicht zur !jeile 1 gelangen.

Bei den Zeilen 2,3 und 4 sind die Verhältnisse gerade umgekehrt. S.B. ist das Zeichenwählsignal φ₂ an der Zeile 2 gleich KuIl Volt. Die duale Torschaltung 2Ο-2, 21-2 ist da-

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, . , 0ADORiQlNAt

—ft —

durch gesperrt, während die duale Torschaltung 22-2, 23-2 aufgetastet ist. Durch die duale Torschaltung 22-2, 23-2 gelangt daher das 4096-Hz-Löschsignal zur Zeile 2, während die gesperrte duale Torschaltung 20-2, 21-2 verhindert, daß die 64-Hz-Erregungsspannung zur Zeile 2 gelangt. Den Zeilen 3 und 4 wird in entsprechender Weise die 4096-Hz-Löschspannung zugeführt.

Ein Exklusiv-ODER-Glied liefert bekanntlich das Ausgangssignal L (entsprechend der Binärziffer 1) dann und nur dann, wenn eines der Eingangssignale den Wert 1 hat und das andere den Wert Null, während es das Ausgangssignal Null liefert, wenn beide Eingangssignale 1 oder beide Eingangssignale Null sind. Angenommen, die Segmentsteuerspannung a stellt eine 1 dar (sie hat also den Wert +15 Volt). Wenn in diesem Falle das 64-Hz-Erregungssignal einer 1 entspricht, liefert das Exklusiv-ODER-Glied 11 ein Ausgangssignal des Werts 0, während es ein Ausgangssignal des Wertes 1 erzeugt, wenn die 64-Hz-Erregungsspannung dem Wert 0 entspricht. Mit anderen Worten gesagt, wenn eine Segmentsteuerspannung, wie an der Klemme a, eine 1 darstellt, liefert das Exklusiv-ODER-Glied ein Ausgangssignal, der komplementär zu der ihm zugeführten 64-Hz-Rechteckschwingung ist. Wenn andererseits eine Segmentsteuerspannung, wie a, den Wert 0 hat, liefert das betreffende Exklusiv-ODER-Glied ein Ausgangssignal, das mit dem 64-Hz-Signal übereinstimmt, also mit diesem phasengleich ist, welches an der zweiten Eingangsklemme des Exklusiv-ODER-Gliedes liegt.

Im Betrieb gibt man den Segmentsteuerspannungen an den Klemmen a bis g der Exklusiv-ODER-Glieder 11 bis 17 solche Werte, daß diejenigen Segmente der Anzeigevorrichtung, die der wiederzugebenden Ziffer entsprechen, eingeschaltet werden. Wenn z.B. die der Zeile 1 entsprechende Ziffernanzeigevorrichtung die Ziffer 3 wiedergeben soll, müssen die Segmente A, B, C, D sowie G eingeschaltet und die Segmente E und P ausgeschaltet werden. Hierzu gibt man den Segmentsteuerspannungen an den

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Klemmen a, b, c, d und g einen der Binärziffer 1 entsprechenden Wert (+15 Volt) ,. während die Segmentsteuerspannungen an den beiden übrigen Klemmen e und f den Wert Null (0 Volt) entsprechen. Im ersten Falle, d.h. z.B. wenn die Segmentsteuerspannung an der Klemme c den Wert 1 hat und die Zeile 1 angewählt wird, ist das auf dem Spaltenieiter C erscheinende 64-Hz-Erregungssignal komplementär zum 64-Hz-Signal am Zeilenleiter 1. Diese Verhältnisse sind in Fig. 4 für das Zeitintervall t_Q bis •t^ in den letzten vier Kurven dargestellt. Das durch die letzte Schwingung dargestellte Resultat besteht darin, daß während eines halben Zyklus t~ bis t» 15 Volt im einen Sinne (positiv) am Flüssigkristall liegen, während in dem anderen halben Zyklus t_Q bis tj^ am Flüssigkristall -15 Volt liegen. Diese Spannungswerte reichen aus, um den Flüssigkristall in den lichtstreuenden Zustand zu bringen. Die auf diese Weise angelegten Spannungen bewirken eine "Gegentakt"-Erregung des Flüssigkristallelements mit der !Wirkung einer bipolaren Wechselspannungserregung (mit positiven und negativen Halbwellen),- bei der der Mittelwert des den Flüssigkristall durchfließenden Stromes gleich Null ist.

Wenn ein Segment einer ausgewählten Anzeigevorrichtung nicht angesteuert v/erden soll, wird die betreffende Segmentsteuerspannung zu Null gemacht. Angenommen, es sei z.B. die Steuerspannung f. = 0 während das 64-Hz-Erregungssignal an der Zeile 1 auftritt. In diesem Fall ist dann das 64-Hz-Signal an der Spalte F in Phase mit dem 64-Hz-Signal an der Zeile 1 und die resultierende Spannung am Flüssigkristallelement IF ist dementsprechend Null. Die Verhältnisse sind ähnlich,wie es in den letzten vier Diagrammen der Fig. 4 für die zweite Zeitspanne t_Q bis t₁ dargestellt ist. Man kann dies als "Gleichtaktbetrieb" ansehen, bei dem die tatsächlich am Flüssigkristall liegende Spannung gleich Null ist, wie das letzte Diagramm in der zweiten Periode t_Q bis t., zeigt.

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Wenn also irgend eine Anzeigevorrichtung ausgewählt ist, kann jedes spezielle Segment dieser Anzeigevorrichtung entweder eingeschaltet (wobei das Licht am Ort des Segmentes gestreut wird) oder ausgeschaltet (wobei am Ort des Segmentes kein Licht gestreut wird, sein. Wenn ein Segment eingeschaltet ist, liegt am Flüssigkristall eine unipolare wechselnde Spannung von 15 Volt. Mit anderen Worten gesagt, wird dasselbe erreicht wie mit einer bipolaren Wechselspannung, deren Amplitude von Spitze zu Spitze gerechnet 30 Volt beträgt und bei der der den Flüssigkristall durchfließende Gleichstrom im Mittel gleich Null ist. Wenn ein Segment einer ausgewählten Anzeigevorrichtung nicht erregt werden soll, wird das unipolare Signal von 15 Volt dem Flüssigkristall im Gleichtakt zugeführt, so daß sowohl die resultierende Wechselspannung als auch die resultierende Gleichspannung am Flüssigkristall Null sind.

Solange eine Anzeigevorrichtung nicht ausgaählt ist, erscheint an ihrem Flüssigkristall eine mit der Frequenz 4096 Hz schwankende unipolare Spannung, wie es unten in Fig. 4 dargestellt ist. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Anzeigevorrichtung der Zeile 2 ausgewählt ist, die Anzeigevorrichtung der Zeile 1 nicht ausgewählt ist und das C-Segment 2C der Zeile 2 erregt, also eingeschaltet ist. Diese Situation entspricht nun der Zeitspanne t« bis t, der letzten Kurve in Fig. 4, die die Spannung an einem Flüssigkristallelement IC einer nicht ausgewählten Anzeigevorrichtung darstellt. Die Spannung an der Zeile 1 ist das 4096-Hz-Löschsignal. An der Spalte C liegt ein 64-Hz-S-^ignal, das gegenphasig zum 64-Hz~Signal und der Klemme 10a ist. Während der Zeit, in der die Spalte C auf 0 Volt liegt, ändert sich die Amplitude der Spannung an der Zeile 1 zwischen 0 und +15 Volt mit der Frequenz 4096 Hz, wie in der erstenJHälfte t₁ bis t, der Zeitspanne t. bis t dargestellt ist. Während sich der Spaltenleiter C auf +15V befindet, ändert sich die Spannung am Zeilenleiter 1 zwischen O und

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+15 Volt mit der Frequenz 4096 Hz, so daß am Flüssigkristallelement Ic die für die letzte Hälfte t. bis t« der Zeitspanr · ne von t, bis t₂ dargestellt ist.

Frequenz 4096 Hz liegt im Lösch frequenzbereiche d.h. eine Spannung dieser Frequenz bewirkt/ daß der Flüssigkristall seinen nichtstreuenden Zustand annimmt. Eine Theorie erklärt dies dadurch, daß die Ionen, die die turbulente Bewegung der Domänen des Flüssigkristalls bewirken, in einem schnell wechselnden Feld keine große Strecke zurücklegen können. Sie schwingen vielmehr um eine GIeichgewichtslage und bewegen sich dabei während jeder Halbwelle nur eine sehr kleine Strecke ohne die Domäne des Flüssigkristalls zu stören. Da die Spannung am Flüssigkristall während einer solchen Zeitspanne, z.B. zwischen t, und t, eine zwischen 0 und 15 Volt schwankende unipolare Spannung ist, tritt am Flüssigkristall eine Gleichspannungskomponente von +7,5 Volt auf. Eine solche Gleichspannungskomponente könnte bei ausreichender Amplitude (z.B. mehr als etwa 10 "VoIt) ausreichen, um den Flüssigkristall in den lichtstreuenden Zustand zu bringen, sie wird jedoch so gewählt, daß sie unter dem für den streuenden Zustand des Flüssigkristalles erforderlichen Schwellwert liegt, so daß also keine Streuung von Licht eintritt. Wie bereits erwähnt, hängt der Schwellwert, bei dem der Flüssigkristall Licht zu streuen beginnt, von verschiedenen Parametern.ab, wie der Dicke der Flüssigkristallschicht, dem Flüssigkristalljnaterial usw., und man kann die Spannung so bemessen, daß der mittlere Gleichspannungswert unter diesem Schwellwert liegt.

Es bleibt nun immer noch das Problem, daß der mittlere Gleichspannungspegei von +7,5 Volt die Lebensdauer des Flüssigkristalles herabsetzt, wenn er nicht kompensiert wird. Bei der vorliegenden Einrichtung ist jedoch eine solche Kompensation gewährleistet. Bei der folgenden Zeitspanne t_la bis t₂

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wlrkt nämlich auf den Flüssigkristall eine Spannung ein, deren Amplitude mit der Frequenz 4096 Hz von O bis -15 Volt schwankt. Hier beträgt nun die Gleichspannungskomponente am Flüssigkristall -7,5 Volt. Diese Gleichspannung von -7,5 Volt, die während der Zeitspanne t. bis t~ am Flüssigkristall liegt, ist nun genau entgegengesetzt gleich dem Gleichspannungsanteil von +7,5 Volt, der während der gleich langen Zeitspanne t. bis t. am Flüssigkristall liegt. Während der ganzen Zeitspanne von tj bis t₂ ist also die mittlere Gleichspannung am Flüssigkristall gleich Null.

Die obigen Erläuterungen gelten für den Fall, daß es in einer nicht ausgewählten Zeile ein Segment gibt, daß gelöscht wird, während ein entsprechendes Segment (in der gleichen Spalte) in einer ausgewählten Zeile erregt wird. In der Zeitspanne t₃ bis t_Q der letzten Kurve in Fig. 4 ist nun der Fall dargestellt, daß das C-Element IC in der Zeile 1 gelöscht wird, während sich gleichzeitig das C-Element 4C in der ausgewählten Zeile 4 im abgeschalteten Zustand befindet. Die Verhältnisse liegen hier jedoch genau so wie bei dem Element IC während der Zeitspanne t, bis t~ mit der Ausnahme, daß die Phasenlage anders ist. Während der Zeitspanne t₃ bis t, ist die mittlere Gleichspannung am Flüssigkristallelement IC gleich -7,5 Volt, während die mittlere Gleichspannung am Flüssigkristallelement während der zweiten Hälfte der Periode, d.h.zwischen t-_a und t_Q gleich +7,5 Volt ist. über die ganze Zeitspanne t₃ bis t_Q gemittelt ist also die Gleichspannung am Flüssigkristallelement Null.

Jedes Element einer nicht ausgewählten Anzeigevorrichtung, d.h. jeder nicht ausgewählten Zeile, liegt also dauernd an der 4096-Hz-Spannung. Bei der Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 1 liegt diese Spannung also an der Rückplatte. Während der einen Hälfte jeder Zeitspanne, in der die betreffende Anzeigevorrichtung nicht ausgewählt ist, liegt an den Segmenten einer

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nicht.ausgewählten Zeile eine mittlere Gleichspannung von +7,5 Volt und während der anderen Hälfte der Zeitspanne liegt an den Segmenten eine mittlere Gleichspannung von -7,5 Volt. Für die ganze Zeitspanne ist also die mittlere Gleichspannung gleich Null. Um ein einwandfreies Arbeiten zu gewährleisten, sollen die Gleichspannungskomponenten von +7,5 Volt bzw. -7,5 Volt unter der Schwellwertspannung liegen, bei der der Flüssigkristall Licht zu streuen beginnt.

Im ganzen gesehen, können also die vier Anzeigevorrichtungen der Einrichtung gemäß Fig. 1 im Zeitmultiplexbetrieb betrieben werden, d.h., daß zu einem vorgegebenen Zeitpunkt jeweils nur eine Anzeigevorrichtung eingeschaltet ist. Die Einschaltdauer , also die Zeitspanne, in der sich der Flüssigkristall im lichtstreuenden Zustand befindet, soll so lang sein und die Zwischenräume zwischen den Einschaltperioden sollen so kurz sein, daß kein nennenswertes Flimmern auftritt. Dies ist jedoch lediglich eine Frage der Konstruktion.

Die vorliegende Einrichtung hat den Vorteil, daß die Anzahl der Ausgangsleitungen oder Anschlüsse des Anzeigepaneels gemäß Fig, 1 sehr klein ist. Es sind nämlich insgesamt 28 Segmente und vier Rückplatten vorhanden, diese sind jedoch, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, so geschaltet, daß für das ganze Paneel nur elf Leitungen oder Anschlüsse (sieben Spalten und vier Zeilen) bencfcigt werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt, das mit einem Zyklus des 64-Hz-Signals pro Zeichenwählintervall (das IntervalüJies ins Positiv gehenden Teiles einer Schwingung, wie φ j] arbeitet. Der zeitliche Ablauf kann auch so sein, daß während jedes Zeichenwählintervalles zwei oder mehr Zyklen der Erregungsspannung auftreten. Die Erfindung ist selbstverständlich auch nicht auf die hier beispielsweise genannten Zahlen--

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werte und Parameter beschränkt. Die Erregungsspannung kann z.B. eine wesentlich niederigere Frequenz oder eine wesentlich höhere Frequenz als 64 Hz haben. Auch die Frequenz der Löschspannung kann größer oder kleiner als etwa 4 kHz sein. Diese Spannungen sind als Rechteckschwingungen dargestellt, man kann jedoch auch unipolare sinusförmige Wechselspannungen oder Spannungen anderer Kurvenformen verwenden. Auch andere Spannungswerte, wie 0 und -15 Volt, können anstelle von U und +15 Volt verwendet werden. Es sei auch darauf hingewiesen, daß bei der vorliegenden Einrichtung die hochfrequente Spannung, die in der Praxis vom selben Oszillator gewonnen wird, wie die niederfrequente Erregungsspannung, eine Frequenz hat, die ein ganzes Vielfaches der Frequenz der niederfrequenten Spannung ist.

Bei der obigen Erläuterung des Hochfrequenzbetriebes eines Flüssigkristallelementes sollten die beiden Perioden, wie t, bis t- und t. bis t~ gleich lang sein und die auftretenden Gleichspannungsanteile sollten gleich groß sein und umgekehrte Vorzeichen haben. Das Ergebnis für die gesamte Zeitspanne, z.B. von t, bis t2 besteht dann darin, daß die Gleichspannungskomponente im Mittel gleich Null ist. Man kann selbstverständlich die Einrichtung auch so betreiben, daß die beiden Perioden ungleich sind. Z.B. kann die Periode t. bis t. kürzer sein als die Periode t._ bis t_o. In diesem Falle sollte die Hochfrequenzspannung dann während der kürzeren Periode eine größere Amplitude und während der längeren Periode eine niedrigere Amplitude haben, so daß die mittlere Gleichspannung für die ganze Periode auch dann gleich Null ist.

In einigen der folgenden Ansprüche wird erwähnt, daß die Flüssigkristallelemente eine Matrix aus Zeilen und Spalten bilden. Dies ist jedoch hinsichtlich der räumlichen Anordnung nicht wörtlich zu nehmen, da man schon aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel sieht, daß die Segmente selbst räumlich keine Matrix aus Zeilen und Spalten bilden, sondern nur elektrisch als

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Mafcrxx geschaltet sind. Die Erfindung läßt sich selbstverständlich auch auf Anordnungen und Paneele anwenden, die mehr oder weniger als vier Anzeigevorrichtungen, z.B. zwei, drei, fünf oder mehr Ziffernanzeigevorrichtungen oder andere Anzeigevorrichtungen enthalten.

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Claims

Patentansprüche

1.)Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einem'Flüssigkristallelement, einer Wählvorrichtung, durch welche an das Flüssigkristallelement während einer vorgegebenen Zeitspanne eine verhältnismäßig niederfrequente Erregungsspannung anlegbar ist, die das Flüssigkristallelement in lichtstreuenden Zustand bringt, und einer Löschvorrichtung, durch die dem Flüssigkristallelement während einer anderen, zweiten Zeitspanne eine verhältnismäßig hochfrequente Spannung zuführbar lst,d adurch gekennzeichnet, daß die Löschvorrichtung während eines Teiles (t. bis t.„) der zweiten Zeit-

x xa

spanne (t. bis t_) eine relativ hochfrequente Spannung in einem solchen Sinne an das Flüssigkristallelement (z.B. IC) legt, daß am Flüssigkristallelement eine vorgegebene mittlere Gleichspannung (z.B. +7,5 Volt) einer ersten Polarität auftritt, während sie während eines folgenden Teiles (t. bis tj) der zweiten Zeitspanne eine relativ hochfrequente Spannung einer solchen Polarität und Amplitude liefert, daß am Flüssigkristallelement eine mittlere Gleichspannung (z.B. -7,5 Volt) der entgegengesetzten Polarität und solchen Betrages auftritt, daß die mittlere Gleichspannung am Flüssigkristallelement während beider Teile der zweiten Zeitspanne im wesentlichen gleich Null ist.

2. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschvorrichtung eine Anordnung enthält, die während jedes ersten Teiles und folgenden Teiles der zweiten Zeitspanne am Flüssigkristallelement eine resultierende Gleichspannung erzeugt, deren Betrag den Schwellwert, bei dem das Flüssigkristallelement Licht zu streuen beginnt, nicht überschreitet.

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3. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem FlUssigkristallelement durch die Wählvorrichtung und durch die Löschvorrichtung jeweils ein Kechteckschwingungssignal zuführbar ist.

4. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, •dadurch gekennzeichnet, daß die Löschvorrichtung dem Flüssigkristallelement während des ersten Teiles der zweiten Zeitspanne eine unipolare Spannung bestimmter Periode und Amplitude zuführt,

5. Verfahren zum Halten eines zweipoligen Flüssigkristallelementes in einem im wesentlichen nicht lichtstreuenden Zustand, bei welchem dem Flüssigkristallelement eine verhält-* nismäßig hochfrequente'wechselnde Spannung zugeführt wird, deren Frequenz oberhalb der Grenzfrequenz liegt, bis zu der das Flüssigkristallelement in den lichtstreuenden Zustand gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Klemme des Flüssigkristallelements eine verhältnismäßig niederfrequente, unipolare, wechselnde Spannung mit gleichen Auswanderungen in negativer und positiver Richtung zugeführt wird und daß der anderen Klemme eine verhältnismäßig hochfrequente unipolare, wechselnde Spannung mit einer solchen Amplitude zugeführt wird, daß die Gleichspannungskomponente der relativ hochfrequenten Wechselspannung am Flüssig kristall unter dem Spannungsschwellwert liegt, bei dem das Flüssigkristallelement Licht zu streuen beginnt·

6. Verfahren nach Anspruch Sr dadurch gekennzeichnet, daß die den jeweiligen Klemnen zugeführte relativ hochfrequente und relativ niederfrequente Spannung Hechteckspannungen sind, '

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7. Flüssigkristallanateigevorrichtung mit mehreren, jeweils zwei Klemmen aufweisenden, erregbaren Flüssigkristallelementen und einer Wählvorrichtung zum wahlweisen Erregen jedes vorgegebenen Flüssigkristallelements, einer ersten Vorrichtung ,durch die der einen Klemme eines ausgewählten Flüssigkristallelementes eine unipolare wechselnde Spannung in einem Frequenzbereich, in dem das Element in den lichtstreuenden Zustand gebracht werden kann,zuführbar ist, eine Vorrichtung/durch die der anderen Kieme des ausgewählten Elementes eine unipolare wechselnde Spannung der gleichen Frequenz zuführbar ist, die in Phase oder im wesentlichen gegenphasig bezüglich der an der ersten Klemme liegenden Spannung ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Elemente (IA, IB..:) in einer Matrix aus Zeilen (1 bis 4) und Spalten (A bis 6) angeordnet sind; daß die einen Klemmen der in einer vorgegebenen Zeile angeordneten Elemente (z.B. IA bis IG) mit ihrer einen Klemme an einen Zeilenleiter angeschlossen sind und daß die in einer Spalte liegenden Elemente (z.B. IA bis 4A mit ihrer anderen Klemme an einen Spaltenleiter angeschlossen sind; daß die erste Vorrichtung eine Anordnung zum Zuführen der unipolaren Spannung zu einem ausgewählten Zeilenleiter enthält und daß die zweite Vorrichtung eine Anordnung zum Zuführen der unipolaren Spannung zu einem ausgewählten Spaltenleiter enthält.

8. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Löschschaltung zur Speisung aller nicht ausgewählter Zellen der Matrix ait einer verhältnismäßig hochfrequenten unipolaren, .,wechselnden Spannung mit einer Frequenz oberhalb des Frequenzbereiches bei de» eine Lichtstreuung auftritt. . . .

9. riüssic^uristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erst« Vorrichtung mehrere duale MOS-Transistor-Torechal- .

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tungen, und zwar eine Torschaltung für jede Zeile, sowie eine Anordnung zum Auftasten der der ausgewählten Zeile entsprechenden Torschaltung (z.B. 20, 21),enthält.

10. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeilenleiter (1) der Matrix eine Rückplatte'einer Ziffernanzeigevorrichtung enthält, daß jede Ziffernanzeigevorrichtung eine mit der Anzahl der Spalten der Matrix übereinstimmende Anzahl von Segmenten enthält, zwischen denen einerseits und der Rückplatte andererseits ein Flüssigkristallmaterial (5) angeordnet ist und daß entsprechende Segmente der Ziffernanzeigevorrichtungen mit entsprechenden Spaltenleitern verbunden sind.

11. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschvorrichtung eine zweite Vielzahl von dualen MOS-Transistor-Torschaltungen, und zwar eine Torschaltung für jede Zeile, sowie eine Vorrichtung, durch die diejenigen dieser Torschaltungen, die nicht ausgewählten Zeilen zugeordnet sind, gleichzeitig mit den ersterwähnten Torschaltungen auftastbar sind.

12. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorrichtung mehrere Exklusiv-ODER-GLieder (11 bis 17), die jeweils mit einem zugehörigen Spaltenleiter (A bis G) verbunden sind,.eine Vorrichtung, durch die allen Exklusiv-ODER-Gliedern eine wechselnde Spannung zuführbar ist, die sich zwischen Werten, welche der Binärziffer 0 und der Binärziffer 1 entsprechen, ändert, und eine Vorrichtung, durch die den Exklusiv-ODER-Gliedern individuell eine Steuergleichspannung zuführbar ist, die jeweils einen der Binärziffer 1 oder der Binärziffer O entsprechenden Wert annehmen kann, enthält.

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