DE2325938A1

DE2325938A1 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung und verfahren zu ihrem betrieb

Info

Publication number: DE2325938A1
Application number: DE2325938A
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Heuner; Stanley Joseph Niemiec
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-05-25
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1973-12-13
Also published as: DE2325938C3; NL7307262A; CH572256A5; CH748673A4; JPS5225309B2; CH564228A; IT987850B; FR2195025A1; GB1405910A; GB1405909A; CA994889A; DE2325938B2; JPS4943598A; US3809458A

Description

7539-73 Dr.v.B/E
RCA 66,076
US-Ser.No. 256,717
Filed: May 25, 1972

RCA Corporation

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

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und Verfahren zu ihrem Betrieb

Die Verwendung von Flüssigkristallen, z.B. nematischen Flüssigkristallen, die auf dem Prinzip der dynamischen Streuung arbeiten, für Anzeigezwecke, wie auf dem Fernsehprinzip arbeitende Anzeigevorrichtungen, Anzeigevorrichtungen mit strich- oder streifenförmigen Elementen, Ziffernanzeigevorrichtungen usw., ist in den letzten Jahren immer interessanter geworden. Man weiß inzwischen, daß die Lebensdauer des Flüssigkristalles bei diesen und anderen Anwendungen wesentlich verlängert werden kann,-wenn die für die Erregung und Löschung verwendeten Spannungen alternierende Spannungen sind und der resultierende mittlere Wert des Gleichstromes durch den Flüssigkristall Null ist.

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Bei vielen Anwendungen ist die zur Steuerung des Flüssigkristalles bequem zur Verfügung stehende Spannung entweder eine Gleichspannung oder eine alternierende unipolare Spannung, d.h. eine Spannung, deren Amplitude sich zwischen z.B. Null und irgend einem positiven Wert oder Null und irgend einem negativen Wert ändert. Anders ausgedrückt hat die alternierende Spannung, die verfügbar ist, eine von Null verschiedene Gleichstromkomponente und diese Gleichstormkomponente ist es, die die Lebensdauer des Flüssigkristalles nachteilig beeinflußt. Typische Beispiele für Fälle, bei denen solche Bedingungen vorliegen, sind zeithaltende Systeme oder Taktschaltungen, die mit Verknüpfungsschaltungen arbeiten, z.B. in tragbaren Rechenmaschinen, Armbanduhren usw. Bei' Einrichtungen dieser Art kann die primäre Energiequelle aus einer Batterie bestehen und die Amplitude der von den Verknüpfungsschaltungen erzeugten alternierenden Spannung kann sich zwischen einem der Binärziffer Null entsprechenden Wert, wie Massepotential,und einem der Binärziffer L entsprechenden Wert, wie z.B. +15V ändern, um nur ein Beispiel zu geben.

Bei Einrichtungen der oben erwähnten Art treten häufig auch Probleme bezüglich des verfügbaren Raumes, der Verdrahtung und der Komplexität der Verknüpfungsschaltwerke auf. Hinsichtlich der Raum- und Verdrahtungsprobleme nehmen numerische Flüssigkristallanzeigevorrichtungen z.B. nur verhältnismäßig wenig Raum ein, es ist jedoch schwierig, die verschiedenen Segmente mit den Verknüpfungsschaltungen zu verbinden. Es ist-daher wünschenswert, die Anzahl der Anschlüsse der Flüssigkristallanzeigevorrichtungen so klein wie möglich zu halten. Hinsichtlich der Verknüpfungsschaltungen ist es wünschenswert, daß diese verhältnismäßig einfach sind und daß die für die Steuerung einer einzigen Anzeigevorrichtung erforderlichen Verknüpfungsschaltungen, wenn möglich, auch für die Steuerung der übrigen Anzeigevorrichtungen verwendet werden können,, ohne daß hierfür also zusätzliche Verknüpfungsschaltungen erforderlich sind.

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In der DT-OS 2 216 245 ist eine Lösung für das oben diskutierte Problem vorgeschlagen, gemäß der eine Multiplexanordnung verwendet werden soll, bei der die Gleichspannungskomponente am Flüssigkristallelement im gelöschten oder erregten Zustand, gemittelt über eine Periode der Erregungsspannung, im wesentlichen Null Volt sein soll. Im gelöschten Zustand beträgt der mittlere Gleichspannungspegel am Flüssigkristallelement während einer halben Periode der Erregungsspannung die Hälfte der maximalen Amplitude der Löschspannung und diese ist niedriger als der Spannungsschwellwert, bei dem der Flüssigkristall Licht zu streuen beginnt. Je mehr diese Gleichspannungskomponente herabgesetzt werden kann, umso kleiner ist die Gefahr, daß ein zu löschendes Flüssigkristallelement in unerwünschter Weise in einen Zustand ausgesteuert wird, in dem es schwach Licht streut.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Gleichspannung an einem Flüssigkristallelement im Mittel über eine Periode der Erregungsspannung ebenfalls Null Volt. Während der Zeitspanne, in der sich ein Flüssigkristallelement im gelöschten Zustand befindet, ist jedoch der maximale Gleichspannungswert am Flüssigkristall während jeder halben Periode der Erregungsspannung kleiner als die Hälfte der maximalen Amplitude der Löschspannung. Ein solcher Betrieb kann dadurch erreicht werden, daß man eine asymmetrische, unipolare Löschspannung verwendet, die in der unten erläuterten Weise an das Flüssigkristallelement angelegt wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert? es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Flüssigkristall-Anzeigepaneel, das vier Ziffernanzeigevorrichtungen enthält;

Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine der Ziffernanzeigevorrichtungen in einer Ebene 2-2 der Fig. 1;

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Fig. 3 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles einer die vier Ziffernanzeigevorrichtungen gemäß Fig. 1 enthaltenden Matrix gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Schaltbild eines Verknüpfungsschaltnetzes zur Erzeugung von Lösch- und Erregungsspannungen für die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 und 6 graphische Darstellungen des Verlaufes von Signalen, auf die bei der Erläuterungjder Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 Bezug genommen werden wird.

In Fig. 1 ist ein Flüssigkristall-Anzeigepaneel mit vier Ziffernanzeigevorrichtungen in Draufsicht dargestellt, wie es z.B. für Uhren, Rechenmaschinen und dgl. verwendet werden kann. Jede Zxffernanzeigevorrichtung enthält sieben Segmente, z.B. IA, IB...IG sowie eine Rückplatte oder Gegenelektrode, z.B. 1. Zwischen den Segmenten einerseits und der Gegenelektrode andererseits ist ein Flüssigkristallmaterial, im folgenden kurz Flüssigkristall 5 'Fig. 2) angeordnet. Der Flüssigkristall besteht vorzugsweise aus einem nematischen Material, das auf dem Prinzip der dynamischen Streuung arbeitet. Die sieben Segmente bestehen aus transparenten elektrischen Leitern, während die Gegenelektrode bei einer in Durchsicht betriebenen Anzeigevorrichtung ebenfalls aus einem transparenten elektrischen Leiter und im Falle einer in Reflexion betriebenen Anzeigevorrichtung aus einem reflektierenden Leitermaterial besteht.

Die sieben Segmente der jeweiligen Anzeigevorrichtungen sind auf der Innenseite eines transparenten Elementes, wie einer Glasplatte 6, angeordnet. In entsprechender Weise befindet sich die Gegenelektrode auf der Innenseite einer Glasplatte 7. Die Dicke der Flüssigkristallschicht hängt von der Konstruktion ab und bestimmt mit anderen Faktoren u.a. die Amplitude der Erregungsspannung, die erforderlich ist, um den Flüssigkristall in den lichtstreuenden Zustand zu bringen.

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Bei einer Einrichtung der in Fig. 1 und 2 dargestellten Art ist es im Hinblick auf die Vereinfachung der Elektronik und die Verringerung der Anzahl der Steuerschaltungen und der Anzahl der vom Paneel weg führenden Leitungen zweckmäßig, zu einem vorgegebenen Zeitpunkt jeweils nur eine einzige Anzeigevorrichtung zu erregen. Wenn die Anzeigevorrichtung genügend lange erregt oder eingeschaltet wird und die Erregung mit einer ausreichend hohen Frequenz erfolgt, bleibt die Anzeigevorrichtung infolge der normalen Relaxationszeit des Materials und der Trägheit des Gesichtssinnes scheinbar auch in den Pausen zwischen den ErregungsIntervallen eingeschaltet, der Flüssigkristall streut also scheinbar ununterbrochen.

Fig. 3 zeigt, wie die Segmente verbunden sein können, um das oben geschilderte Ergebnis zu erreichen. Die Zeilen der Matrix bestehen jeweils aus einer der Anzeigevorrichtungen. Die Zeilenleiter entsprechen den vier Gegenelektroden 1 bis 4 und sind mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Segmente A aller vier Ziffernanzeigeyorrichtungen sind mit dem gleichen Leiter verbunden, nämlich dem Spaltenleiter A der Matrix gemäß Fig. 3. In entsprechender Weise sind die Segmente B mit dem Spaltenleiter B verbunden, die Segmente C mit dem Spaltenleiter C usw. Die Flüssxgkristallelemente an den Kreuzungen der Zeilen und Spalten sind mit der entsprechenden Kombination von Zeilen- und Spaltenbezeichnungen versehen. Die Elemente in der Zeile 1 sind also IA, IB, IC usw., die Elemente der Spalte 1 sind IA,2A, 3A usw., wobei gleich bezeichnete Elemente in Fig. 1 und 3 einander entsprechen. Jedes Element besteht aus einem Flüssigkeitsvolumen zwischen einem Segment und der Gegenelektrode und sein Schaltungsäquivalent ist ein Widerstand verhältnismäßig hohen Wertes mit einer Kapazität verhältnismäßig kleinen Wertes.

Mit jedem Zeilenleiter der Matrix ist eine Gruppe aus zwei üoppeltorschaltungen verbunden. Da die Gruppen identisch sind, wird nur die Gruppe für die Zeile 1 beschrieben. Jede Doppeltorschaltung besteht aus einem MOS-Transistor vom η-Typ, z.B.

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20 oder 22, und einem MOS-Transistor vom p-Typ, z.B. 21 und 23. Db Gate-Elektroden des n-MOS-Transistors 20 und des p-MOS-Transistors 23 sind mit einer Klemme 24 verbunden, der ein Zeichenwählsignal φ, zugeführt wird. Dieses Zeichenwählsignal wird ferner über ein Negierglied 25 den Gate-Elektroden des p-MOS-Transistors 21 und des n-MOS-Transistors 22 zugeführt.

Die einen Enden der parallelgeschalteten Kanäle des n-MOS-Transistors 20 und des ρ-MOS-Trans is tors 21 sind mit einer Klemme IO verbunden, an der eine unipolare Erregungsspannung von 64 Hz liegt, deren Amplitude sich zwischen zwei Werten ändert, wie Null Volt entsprechend der Binärziffer 0 und +15V entsprechend der Binärziffer L. Dem einen Ende der parallelgeschalteten Kanäle des n-MOS-Transistors 22 und des p-MOS-Transistors 23 wird eine unipolare, asymmetrische Löschspannung von 4096 Hz zugeführt, deren Amplitude sich ebenfalls zwischen O und 15 V ändert. Die anderen Enden der parallelgeschalteten Kanäle dieser Transistoren sind mit dem Zeilenleiter 1 verbunden. In entsprechender Weise sind die parallelgeschalteten Kanäle der MOS-Transistoren 2O und 21 mit dem Zeilenleiter 1 verbunden.

Wie erwähnt, ist der Klemme 24 eine Zeichenwählspannung φ, für die erste Ziffernanzeigevorrichtung, also den Zeilenleiter 1 zuführbar. Die Wahl der zweiten Ziffernanzeigevorric* tung (Zeilenleiter 2) erfolgt durch eine Zeichenwählspannung ^y die einer Klemme 34 zugeführt wird. In entsprechender Weise können die dritte und vierte Ziffernanzeigevorrichtung (Zeilenleiter 3 und 4) durch Zeilenwählspannungen Φ₃ und φ, ausgewählt werden, die Klemmen 35 bzw. 36 zugeführt werden.

Mit jedem Spa-ltenleiter der Matrix ist ebenfalls eine Gruppe von zwei Doppeltorschaltungen verbunden. Da alle Gruppen gleich sind, ist nur die mit dem Spaltenleiter A verbundene Gruppe 50a genauer dargestellt. Diese Torschaltungen sind durch eine Steuerspannung a steuerbar und die anderen Tor-

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schaltungen durch entsprechende Steuerspannungen b bis g. Die Steuerspannungen sind jeweils Gleichspannungen, die zwei Werte entsprechend den Binärziffern O bzw. L annehmen können. Beispielsweise kann der Spannungswert +15V der Binärziffer L und der Spannungswert OV der Binärziffer 0 entsprechen.

Einer Klemme 10a, die mit dem einen Ende der parallelgeschalteten Kanäle eines Transistors 51 vom η-Typ und eines Transistors 52 vom p-Typ der Gruppe 50a verbunden ist, wird eine unipolare Erregungsspannung von 64 Hz zugeführt. Diese mit 64Hz bezeichnete Spannung ist komplementär zu der der Klemme zugeführten Spannung. Einer Klemme 11a, die mit dem einen Ende der parallelgeschalteten Kanäle eines Transistors 53 vom n-Typ und eines Transistors 54 vom p-Typ verbunden ist, wird eine unipolare Löschspannung von 4096 Hz zugeführt„ die komplementär zu der Löschspannung an der Klemme 11 ist. Die Steuerspannung a wird den Gate-Elektroden der Transistoren 51 und 54 direkt und den Gate.Elektroden der Transistoren 52 und 53 über einen Inverter oder Negator 55 zugeführt.

Die Spannungen φ, bis φ, und das 64-Hz-Signal sowie das 64-Hz-Signal sind in Fig. 5 dargestellt. Das 4096-Hz und das 4096-Hz-Signal sind in Fig. 6 (b) und (c) dargestellt. Man beachte, daß jedes dieser Signale seine Phase jede halbe Perioder der 64-Hz-Erregungsspannung um 180° ändert. Das Signal(b) ändert also z.B. im Zeitpunkt t, seine Phase um 180°. In entsprechender Weise kehrt sich die Phase dieses Signais im Zeitpunkt t2 wieder um.

Man beachte ferner, daß die Schwingungen (b) und (c) , bei denen es sich um unipolare alternierende oder pulsierende Schwingungen handelt, asyymetrisch sind. In der Zeitspanne von t bis tj hat z.B. der ins Positive gehende Teil (0 bis +15V) der Schwingung (b) eine Dauer At und der in negativer Richtung verlaufende Teil (+15V bis OV) die Dauer 2At. Die Schwin-

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gung Ca) _r bei der es sich ebenfalls um eine unipolar alternierende oder pulsierende Spannung handelt, ist andererseits symmetrisch. Der Grund für diese Maßnahmen wird gleich erläutert.

Fig. 4 zeigt, wie die Schwingungen a, ä~, b, und c erzeugt werden können- Die dargestellte Schaltungsanordnung ist einfach und braucht lediglich zwei EXKLUSIV-ODER-Glieder 60 und 62 zu enthalten. Ära einen Eingang jedes dieser beiden EXKLUSIV-ODER-Glieder liegt ein asymmetrisches 4Ο96-Hz-Signal. Ein Drittel jeder Periode verläuft im einen Sinne (in positiver Richtung) und die anderen zwei Drittel im entgegengesetzten Sinne (in relativ negativer Richtung). Dem zweiten Eingang des EXKLUSIV-ODER-Gliedes 60 wird ein 64-Hz-Erregungssignal zugeführt, während am zweiten Eingang des EXKLOSIV-ODER-Gliedes 62 das Komplement dieses Erregungssignales liegt. Die Negation wird durch einen Inverter 70 bewirkt.

Wenn im Betrieb der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung das 64-Hz-Signal den Wert 15V entsprechend der Binärziffer L hat, liefert das EXKLUSIV-ODER-Glied 60 ein 4096-Hz-Ausgangssignal der einen Phase und wenn das 64-Hz-Signal den Wert OV hat, entsprechend der Binärziffer 0, ändert sich die Phase des vom EXKLUSIV-ODER-Glied 60 erzeugten 4096-Hz-Signal um 180°, Das EXKLÜSIV-ODER-Glied 62 arbeitet in genau der gleichen Weise; wegen der Negation durch den Inverter 70 ist die Schwingung b jedoch komplementär zur Schwingung c. Für die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 gibt es eine Reihe von Alternativen. Das EXKLUSIV-ODER-Glied 62 kann z.B. entfallen und der Ausgangsleitung des EXKLUSIV-ODER-Gliedes 60 kann ein Inverter in Reihe geschaltet werden, um das Signal b zu erzeugen.

Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 erläutert: Eine Anzeigevorrichtung ist ausgewählt, wenn die dem Zeilenleiter der betreffenden Anzeigevorrichtung zugeführte mehrphasige Spannung

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(eines der Signale φ, bis φ. in Fig. 5) den Wert 1 hat und die übrigen mehrphasigen Spannungen den Wert O haben. Wenn z.B. φ, den Wert 1 hat, wird der Gate-Elektrode des Transistors 20 ein ins Positive gerichtetes Signal zugeführt und der Gate-Elektrode des Transistors 21 ein relativ ins Negative gerichtetes Signal zugeführt. Hierdurch wird die Doppeltorschaltung 2Ο-2Γ eingeschaltet. In entsprechender Weise schaltet das Signal φ,=1 die Doppeltorschaltung 22, 23 aus. Die Doppeltorschaltung 20,21 läßt nun die 64-Hz-Erregungsspannung zur Zeile 1 durch. Es läßt sich leicht einsehen, daß allen anderen Zeilen das 4096-Hz-LÖschsignal zugeführt wird.

Um ein Segment in einer ausgewählten Zeile einzuschalten, wird dem betreffenden Segment eine Steuerspannung, z.B. a=l zugeführt. Wenn die Doppeltorschaltung 51, 52 aufgetastet wird, wird die Doppeltorschaltung 53, 54gesperrt. Das 64-Hz-Signal gelangt nun also durch die Doppeltorschaltung 51, 52 zum Spaltenleiter A, der mit dem gewählten Segment verbunden ist.

Um ein Segment einer gewählten Anzeigevorrichtung ausgeschaltet zu halten, wird der durch einen Block 50 dargestellten Gruppe von Doppeltorschaltungen, die mit diesem Segment verbunden ist, also z.B. 50a, eine Steuer spannung des Viertes 0, also z.B. a=0 zugeführt. Wenn a=0 ist, wird die Doppeltorschaltung 51,52 gesperrt und die Doppeltorschaltung 53, 54 aufgetastet, so daß letztere das 4096-Hz-Löschsignal zu dem Spaltenleiter durchläßt, der zu dem nicht gewählten Segment der gewählten Anzeigevorrichtung führt.

Die Flüssigkristallelemente in der in Fig. 3 dargestellten Anzeigematrix können sich jeweils nur in einem von vier verschiedenen Zuständen befinden. Wenn das betrachtete Segment zu einer eingeschalteten Anzeigevorrichtung gehört, liegt an der zugehörigen Gegenelektrode der betreffenden Anzeigevorrichtung ein 64-Hz-Signal und am Segment selbst entweder ein 64-Hz-Signal

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oder ein 4096-Hz-Signal. Wenn die Anzeigevorrichtung nicht eingeschaltet ist, leigt an ihrer Gegenelektrode ein 4O96-Hz-Signal und an den Segmenten jeweils entweder ein 64-Hz-Signal oder ein 4096-Hz-Signal.

In Fig. 6d ist der erste der oben diskutierten Zustände dargestellt, d.h. die Signale, die an einem gewählten oder eingeschalteten Segment einer eingeschalteten Anzeigevorrichtung liegen. Hier liegt also an der Gegenelektrode ein 64-Hz-Erregungssignal und am Segment ein 64-Hz-Erregungssignal. Hieraus resultiert ein Gegentaktbetrieb, bei dem sich die Spannung am Flüssigkristall zwischen +15V und -15V ändert. Das Segment wird dementsprechend durch die entstehende dynamische Streuung sichtbar. Man beachte, daß der mittlere Gleichstrom durch den Flüssigkristall gleich Null ist.

Fig. 6e zeigt die Spannung am Flüssigkristall, wenn zwar die Anzeigevorrichtung eingeschaltet ist (64-Hz-Signal an der Gegenelektrode) , nicht jedoch das betrachtete Segmen (4O96-Hz"-Signal am Segment) . Während des einen halben Zyklus des 64-Hz-Signals ändert sich die Spannung am Flüssigkristall zwischen 0 und +15V. Die Phasenbeziehungen sind jedoch derart, daß die Spannung am Flüssigkristall während zwei Dritteln der Zeit OV und während eines Drittels der Zeit +15V beträgt. Die mittlere Gleichspannung am Flüssigkristall beträgt daher in der Zeitspanne von t bis t, nur +5V. Dies ist nur ein Drittel des Maximalwertes von +15V der unipolaren alternierenden Spannung.

Wie sich leicht einsehen läßt, ist in entsprechender Weise der Wert der mittleren Gleichspannung am Flüssigkristall während der halben Periode t,-t₂ der 64-Hz-Erregungsspannung nur -5V. Man beachte hier, daß die Schwingung t (4096 Hz) im Zeitpunkt tj ihre Phase um 180° ändert, so daß sich bei der effektiven Addition zur Schwingung a der mittlere Gleichspannungswert (V/3) * -5V und nicht (2v/3) oder -10V ergibt. Dieser Wert ist wieder nur ein Drittel des Maximalwertes der unipolaren pulsie-

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renden Spannung., Diese Verringerung des Gleichspannungswertes während der Halbperiode der Erregungsspannung stellt einen wesentlichen Vorteil der vorliegenden Anordnung gegenüber der oben erwähnten vorgeschlagenen Anordnung dar. Bei der vorgeschlagenen Anordnung war der mittlere Gleichspannungswert während einer halben Periode der Erregungsspannung gleich der Hälfte des Maximalwertes der unipolaren Erregungs- oder .Löschsparinung (V/2 oder 7,5V für den angenommenen Wert V=15V) und der Schwellwert für das dynamische Streuen des Flüssigkristalls lag etwas über 7,5V. Bei der vorliegenden Anordnung arbeitet der Flüssigkristall im gelöschten Zustand also während jedes halben Zyklus der Erregungsspannung wesentlich unter der Spannung, bei der er Licht zu streuen beginnt, als bei der vorgeschlagenen Anordnung.

Für den Betrieb stellt dies einen wichtigen Vorteil dar. Es ist nämlich wünschenswert, Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen mit verhältnismäßig hohen Spannungen zu betreiben, um einen möglichst großen Kontrast zwischen eingeschalteten und ausgeschalteten Segmenten zu erreichen. Wegen der Schwankungen der Schwellwerteigenschaften der verschiedenen Anzeigevorrichtungen und der in manchen Fällen verlaufenden, nicht sprungartigen Charakteristik haben die verschiedenen Anzeigeeinheiten im allgemeinen etwas unterschiedliche Schwellwerte für die Streuung. Bei der vorgeschlagenen Anordnung können sich Schwierigkeiten ergeben, wenn man mit einer vorgegebenen Spannung arbeitet und eine der nicht einzuschaltenden Anzeigevorrichtungen einen verhältnismäßig niedrigen Schwellwert hat. Der mittlere Gleichspannungswert V/2 kann in solchen Fällen bewirken, daß die betreffende Anzeigeeinheit oder gewisse Segmente der Einheit Licht schwach streuen. In ähnlicher Weise können SpannungsSchwankungen, die sich dem Gleichspannungswert V/2 überlagern, ein unerwünschtes Ansprechen von Einheiten mit nie- · drigem Schwellwert bewirken. Da der Wert der mittleren Gleichspannung an einem nicht eingeschalteten Segment während einer

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Halbperiode der Erregungsspannung nur V/3 anstelle von V/2 be-' trägt, ist der Toleranzbereich für Unterschiede in den Schwellwerten der Anzeigevorrichtungen und für Speisespannungsschwankungen größer.

Bei der vorliegenden Anmeldung ist der mittlere Gleichstrom durch den flüssigen Kristall wie bei der vorgeschlagenen Anordnung im Mittel über jede Periode der alternierenden Erregungsspannung gleich Null. Dies ist aus Fig. 6e klar ersichtlich. Diese vorteilhafte Eigenschaft der vorgeschlagenen Anordnung . bleibt also auch bei der vorliegenden Anadnuhg erhalten.

In Fig. 6f ist der Fall einer nicht eingeschalteten Anzeigevorrichtung (4096-Hz-Löschspannung an der Gegenelektrode, d.h. dem betreffenden Zeilenleiter der Matrix in Fig. 3) mit einem Segment in einer Spalte, der eine 64-Hz-Erregungsspannung zugeführt ist, dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Spannung genau in der gleichen Weise erhalten wird, wie bei dem zuletzt beschriebenen Falle. Man braucht hierzu nur die Amplituden der Schwingungen b und ä (das Komplement von a) graphisch addieren .

Fig. 6g zeigt den letzten der möglichen Fälle. Hier ist die Anzeigevorrichtung nicht gewählt, d.h. an der Gegenelektrode liegt die 4096-Hz-Löschspannung, und an dem mit dem betrachteten Segment verbundenen Spaltenleiter liegt das komplementäre 4096-Hz-Signal. Da die Löschspannung asymmetrisch ist, beträgt der Wert der mittleren Gleichspannung am Flüssigkristall während|äer Halbperiode t_Q bis t, der 64-Hz-Erregungsspannung -5V. Wenn diese mittlere Gleichspannung nicht kompensiert wird, leidet die Lebensdauer des flüssigen Kristalls» Wie aus Fig. 6g ersichtlich ist, beträgt pdoch der Wert der mittleren Gleichspannung am Flüssigkristall während der unmittelbar folgenden Halbperiode ti~t₂ der Erregungsspannung +5V. Der mittlere Gleichstrom durch den Flüssigkristall ist also während jeder ganzen Periode der Erregungsspannung im Mittel gleich Null.

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Beim Betrieb der beschriebenen Anordnung als ganzes
arbeiten die vier dargestellten Ziffernanzeigevorrichtungen im Multiplexbetrieb, d.h. zu einem bestimmten Zeitpunkt ist jeweils nur eine Ziffernanzeigevorrichtung eingeschaltet. Die Einschaltdauer (die Zeitspanne, während der sich der Flüssigkristall im lichtstreuenden Zustand befindet) soll dabei so lang
und das Intervall zwischen den Einschaltperioden soll dabei so kurz sein, daß das Flimmern möglichst klein ist. Die oben beispielsweise angegebenen Werte für die Frequenzen und Amplituden der Erregungs- und Löschspannungen.sind nur Beispiele, von denen in der Praxis selbstverständlich abgewichen werden kann. Bezüglich der Frequenzen sei bemerkt, daß die der Erregungsspannung größer als 100 Hz und die der Löschspannung kleiner oder
größer als 4096 Hz sein können.Wie man inzwischen weiß, kann die Frequenz, bei der die Löschung beginnt, bis in den Bereich von Hunderten von Hz oder sogar darunter abgesenkt werden, wenn man den Widerstand des Flüssigkristalles genügend groß macht. Hinsichtlich der Amplituden sei bemerkt, daß die verwendeten Werte von einer Reihe von Parametern abhängen, wie dsm Abstand zwischen den Elektroden, dem spezifischen Widerstand des Fiüssigkristalls usw. Bei einer speziellen Konstruktion, bei der der _} Abstand zwischen den Elektroden etwf. 12,5 um (0,5Millizoll) und

der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls etwa 2,5 χ 10 Ω cm betrug, wurden als Lösch- und Erregungsspannungen'Rechteckschwingungen mit Amplituden im Bereich zwischen 13 und 18 V verwendet .

Die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung hat gegenüber der vorgeschlagenen Anordnung außerdem den Vorteil, daß die Anzahl der Anschlüsse am Flüssigkristall-Anzeigepaneel gemäß Fig. 1 kleiner ist. Das dargestellte Paneel enthält insgesamt 28 Segmente und vier Gegenelektroden und diese sind, wie es in Fig. 3 dargestellt ist-, so angeordnet, daß für das ganze Paneel (sieben Spalten und vier Zeilen) nur insgesamt 11 An- ^Λ Schlüsse erforderlich sind.

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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde mit einem einzigen Zyklus des 64-Hz-Signals pro Zeichenwählintervall (dem Intervall des positiven Teiles z.B. der Schwingung Φ₁) gearbeitet, die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Arbeitsweise beschränkt. Der Takt oder die zeitliche Steuerung können z.B. so gewählt werden, daß während jedes Zeichenwählintervalles, in dem eine bestimmte Anzeigevorrichtung eingeschaltet ist, zwei oder mehr Zyklen der Erregungsspannung auftreten. Anstelle de'r dargestellten rechteckförmigen Erregungs™ und Löschspannungen (Spannungen mit steilen Flanken und ebenen Impulsdächern) können auch unipolar alternierende oder pulsierende Spannungen anderer Formen verwendet werden. In entsprechender Weise können auch andere Spannungswerte, wie O und -15V anstelle der erwähnten Werte von 0 und +15V verwendet werden.

Bei dem zur Erläuterung gewählten Ausführungsbeispiel ist die asymmetrische Löschschwingung in einen Teil entsprechend einer drittel Periode im einen Sinne und einen Teil entsprechend zwei Dritteln einer Periode im relativ anderen Sinne aufgeteilt; selbstverständlich kann man stattdessen auch mit anderen Verhältnissen arbeiten. Je größer die Asymmetrie ist, umso kleiner ist der mittlere Gleichspannungswert während der in den Fig.6e und 6f dargestellten Betriebszustände. Mit zunehmender Asymmetrie nimmt jedoch auch der mittlere Gleichspannungspegel während je_- der Halbperiode der Erregungs schwingung zu, wenn der Flüssigkristall in dem in Fig. 6g dargestellten Betriebszustand arbeitet. Man muß hier darauf achten, daß dieser Gleichspannungswert dem Schwellwert für die dynamische Streuung des Flüssigkristalles nicht zu nahe kommt. Das beschriebene Verhältnis (1/3 Periode im einen Sinne und 2/3 Perioden im entgegengesetzten Sinne) dürften das Optimum oder nahezu das Optimum in dem Sinne darstellen, daß die Gleichspannungskomponente am Flüssigkristall bei allen Fällen, in denen der Flüssigkristall gelöscht ist (Fig. 6e, 6f und 6g)nie den Wert 1/3V überschreiten.

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Bei manchen der folgenden Ansprüche wird davon gesprochen, daß die Flüssigkristallelemente in Form einer Matrix aus Spalten und Zeilen angeordnet sind. Dies soll jedoch keine Einschränkung auf eine räumliche Anordnung der Elemente in Spalten und Zeilen bedeuten, da die Segmente, wie auch z.B. bei. dem dargestellten Ausführungsbeispiel, räumlich nicht in Spalten und Reihen angeordnet zu sein brauchen. Der Begriff "Matrixanordnung oder dgl." bezieht sich also lediglich auf die elektrische Schaltung der Flüssigkristallelemente. Der Erfindungsgedanke läßt sich auch auf andere Typen von Anzeigevorrichtungen anwenden, insbesondere numerische Anzeigevorrichtungen, die eine andere Anzahl als vier Ziffernanzeigevorrichtungen enthalten, z_oB. 2,3 oder mehr als 4 Ziffernanzeigevorrichtungen„

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Claims

Patentansprüche

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit mindestens einem Flüssigkristall-Element, einer mit diesem gekoppelten Erregungseinrichtungen, die es in einen lichtstreuenden Zustand zu bringen gestattet, und einer mit dem Flüssigkristall-Element gekoppelten Löscheinrichtung, die es in einen Zustand zu bringen gestattet, in dem es Licht im wesentlichen nicht streut, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungseinrichtung eine Anordnung (20, 21, 51, 52) enthält, welche dem Flüssigkristallelement (IA) während einer ersten Zeitspanne eine alternierende Erregungsspannung verhältnismäßig niedriger Wiederholungsfrequenz zuzuführen gestattet, und daß die Löscheinrichtung eine Anordnung (2O, 21, 53, 54 oder 22, 23, 51, 52 oder 22, 23, 53, 54) enthält, welche dem Flüssigkristallelement während eines ersten Teiles einer anderen Zeitspanne eine relativ hochfrequente unipolare Spannung in einem solchen Sinne zuzuführen gestattet, daß am Flüssigkristallelement (IA) eine erste mittlere Gleichspannung einer ersten Polarität und eines vorgegebenen Viertes, der kleiner ist als die Hälfte der Amplitude der hochfrequenten unipolaren Spannung, entsteht und welche dem Flüssigkristallelement während eines nachfolgenden Teiles der anderen Zeitspanne eine relativ hochfrequente unipolare Spannung in einem solchen Sinne und mit einer solchen Amplitude zuzuführen gestattet, daß am Flüssigkristallelement eine zweite mittlere Gleichspannung entsteht, die im wesentlichen denselben Wert wie die erste mittlere Gleichspannung, jedoch eine dieser entgegengesetzte Polarität hat und der mittlere ivert der Gleichspannung am Flüssigkristallelement für die beiden Teile der anderen Zeitspanne im wesentlichen Null ist.

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2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die letzterwähnte Anordnung eine Einrichtung enthält, die am Flüssigkristallelement (1Ä) eine Gleichspannung erzeugt, deren Wert den S pannungs s chwe llwert nicht überschreitet,, bei dem das Flüssigkristallelement Licht zu streuen beginnt.
3» Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungseinrichtung eine Anordnung zum Erzeugen einer symmetrischen Rechteckschwingung enthält und daß die Löscheinrichtung eine Anordnung zum Erzeugen einer asymmetrischen Rechteckschwingung enthält.
4. Verfahren zum Betrieb eines Flüssigkristall-Eleinentes mit zwei Anschlüssen, dadurch gekennzeichnetj daß das Flüssigkristall-Element dadurch in einem Zustand, in dem es praktisch kein Licht streut, gehalten wird, daß

dem einen Anschluß eine verhältnismäßig niederfrequente unipolare pulsierende Spannung (Fig.6a) mit in positiver Richtung und in negativer Richtung verlaufenden Teilen gleicher Dauer zugeführt wird und

daß dem anderen Anschluß eine relativ hochfrequente unipolare pulsierende Spannung zugeführt wird, deren in positiver Richtung verlaufende und in negativer Richtung verlaufende Teile verschieden lang dauern, deren Frequenz oberhalb des Vfertes liegt, bei der ein Streuen von Licht eintritt, deren Phase sich jede Halbperiode der niederfrequenten Spannung um 180 ander und deren Amplitude so gewählt ist, daß die Gleichstromkomponente am Flüssigkristall kleiner ist als der Spannungsschwellwert, bei dem der Flüssigkristall Licht zu streuen beginnt und in der Amplitude wesentlich unterhalb der Hälfte der maximalen Amplitude der hochfrequenten unipolar, pulsierenden Spannung liegt.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den jeweiligen Anschlüssen zugeführte relativ niederfrequente und relativ hochfrequente Spannung jeweils-aus Rechtecksschwingungssignalen bestehen.
6. Einrichtung mit einer Matrix aus Flussigkristallelementen, die in Spalten und Zeilen angeordnet sind, gekennzeichnet . durch

eine Anordnung, die einer gewünschten Zeile (1,2,3, 4) der Matrix aus Flüssigkristallelementen (LA.? IE. ..4F,4G) eine unipolare pulsierende Spannung zuzuführen gestattet, deren Frequenz in einem Bereich liegt, in dem es den Flüssigkristallelementen möglich ist, Licht zu streuen;

eine Anordnung (51, 52), die es gestattet, einer gewünschten Spalte (A, E, C. o.-G) eine unipolare pulsierende Spannung zuzuführen gestattet, die die gleiche Frequenz wie die der gewählten Zeile zugeführte Spannung hat, dieser gegenüber jedoch um im wesentlichen 180° in der Phase verschoben ist;

eine Anordnung (53b, 54b».,) die es gestattet, den übrigen Spalten der Matrix eine verhältnismäßig hochfrequente unipolare pulsierende Löschspannung zuzuführen gestattet, deren Frequenz oberhalb des Frequenzbereiches liegt, bei dem Flüssigkristallelement Licht streuen kann, und deren Phase jede Halbperiode der unipolaren Erregungs.spannung um 180° wechselt und

eine Anordnung (22-2, 23-2) die es gestattet, den

übrigen Zeilen der Matrix eineSpannung zuzuführen gestattet,

die um 180° in der Phase bezüglich der Löschspannung verschoben ist.

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7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zeile der Matrix eine Ziffernanzeigevorrichtung mit einer Gegenelektrode (1,2, 3,4) einer der Anzahl der Spalten der Matrix gleichen Anzahl von Segmenten (IA bis IG, 2A...4G) und einem zwischen der Gegenelektrode einerseits und den Segmenten andererseits angeordneten Flüssigkristall (5) enthält und daß jedes Segment mit einer anderen Spalte verbunden ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Anlegen der Löschspannung eine Einrichtung zum Anlegen einer asyntmetrischen Rechteckschwingung enthält»
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Anlegen der Löschspannung eine Einrichtung zum Anlegen einer Schwingung enthält, die während eines Drittels jeder Periode der Schwingung einen ersten Sinn und während der übrigen zwei Drittel jeder Periode den entgegengesetzten Sinn hat.

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