DE2325938C3 - Verfahren zum Betrieb eines Flüssigkristallelementes und Einrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

am Flüssigkrislallelement während jeder HaIbperiodc der Hrregungswcchselspannung niedriger ais uer Spannungsscnwellwert uer brregung und wesentlich kleiner als die halbe Maximalamplitude der Löschwcchsclspannung gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Anschlüssen Rechteckschwingungssignale zugeführt werden.

1. Verfahren zum Betrieb eines Flüssigkristallelementes mit zwei Anschlüssen, das durch Anlegen einer unipolaren Erregungswechselspannung erregbar ist, wenn deren Frequenz in einem Erregungsfrequenzbereich liegt und ein Spannungsschwellwert überschritten wird, und das durch

Anlegen einer unipolaren Löschwechselspannung 10 tungen usw., ist in den letzten Jahren immer intermit einer über dem Erregungsfrequenzbereich lie- essanter geworden. Beispielsweise ist aus der US-PS genden Fiequenz an den einen Anschluß in einem 3 519 330 eine Matrixanordnung aus Flüssigkristallpraktisch unerregten Zustand gehalten wird, wo- zellen bekannt, die jeweils durch einen Erregungsbei an den anderen Anschluß eine unipolare impuls ausreichender Amplitude erregt und damit Wechselspannung im Erregungsfrequenzbereich 15 eingeschaltet und durch einen Löschimpuls wieder angelegt wird, deren in positiver bzw. negativer ausgeschaltet werden. Beide Impulse werden mit der-Richtung verlaufende Schwingungsteile von glei- selben Wiederholungsfrequenz angelegt. Eine ähncher Dauer sind, dadurch gekennzeich- liehe Anzeigevorrichtung, bei welcher die Erregungsn e t, daß an den einen Anschluß eine Lösch- impulse zwar eine andere Dauer, aber ebenfalls die wechselspannung angelegt wird, deren in positiver 20 gleiche Frequenz wie die Löschimpulse haben, ist Richtung verlaufende Schwingungsteile eine andere auch aus der Zeitschrift »IEEE Intern.-Solid-State Dauer haben als die in negativer Richtung ver- Circuits Conference«, 1969, S. 52/53, bekannt. Ferner laufenden Schwingungsteile und deren Schwin- ist es aus der Zeitschrift »Appl. Physics Letters« begungsform bei jeder Halbperiode der Erregungs- kannt, an ein Flüssigkristallelement, das im nicht wechselspannung in ihre Komplementform ge- 25 lichtstreuenden Zustand gehalten werden soll, gleichwird, wobei die Gleichstromkomponente zeitig sowohl Signale relativ niedriger Frequenz als

auch Signale höherer Frequenz anzulegen. Es handelt sich um bipolare, d. h. um den Potentialwert Null schwankende Wechselspannungen.

Die Spannung höherer Frequenz wird mit einer so großen Amplitude angelegt, daß eine Lichtstreuwirkung der niederfrequenten Spannung entgegengewirkt wird.

Bei vielen Anwendungen steht zur Steuerung des

3. Einrichtung zum Durchführen des Verfah- 35 Flüssigkristallelements aber nur entweder eine Gleichrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Matrix spannung oder eine alternierende unipolare Spanaus in Spalten und Zeilen angeordneten Flüssig- nung zur Verfügung, d. h. eine Spannung, deren Amkristallelementen, gekennzeichnet durch eine An- püiude sich zwischen z. B. Null und irgend einem Ordnung (20, 21), die einer gewünschten Zeile positiver, oder negativen Wert ändert. Die verfügbare (1, 2, 3 oder 4) der Matrix eine unipolare pulsie- 40 Spannung hat also eine von Null verschiedene Gleichrende Spannung zuzuführen gestattet, deren Fre- stromkomponente, die jedoch die Lebensdauer des quenz in einem Bereich liegt, in dem eine Erre- Flüssigkristallmaterials nachteilig beeinflußt, wie ergung der Flüssigkristallelemente möglich ist; eine findungsgemäß festgestellt wurde. Typische Beispiele Anordnung (51, 52), mit der einer gewünschten für Fälle, bei denen solche Bedingungen vorliegen, Spalte (A, ß, C ... G) eine unipolare pulsierende 45 sind zcithaltende Systeme oder Taktschaltungen, die Spannung zuführbar ist, die die gleiche Frequenz mit Verknüpfungsschaltungen arbeiten, z. B. in tragwie die der gewählten Zeile zugeführte Spannung baren Rechenmaschinen, Armbanduhren usw. Bei hat, dieser gegenüber jedoch um im wesentlichen Einrichtungen dieser Art kann die primäre Energie-180° in der Phase verschoben ist, eine Anord- quelle aus einer Batterie bestehen, und die Amplinung (53 b, 54 b . . .), mit der den übrigen Spalten 50 tude der von den Verknüpfungsschaltungen erzeugten der Matrix eine unipolare pulsierende Löschspan- alternierenden Spannung kann sich zwischen einem nung zuführbar ist, deren Frequenz oberhalb des der Binärziffer Null entsprechenden Wert wie Masse-Frequenzbereiches liegt, in dem eine Erregung potential und einem der Binärziffer L entsprechenden des Flüssigkristallelements möglich ist, und deren Wert wie z. B. f 15 V ändern, um nur ein Beispiel zu Sdiwmgungsform sich bei jeder Halbperiode der 55 geben.

unipolaren Erregungsspannung in ihre Komple- Bei Einrichtungen der obenerwähnten Art treten

häufig auch Probleme bezüglich des verfügbaren Raumes, der Verdrahtung und der Komplexität der Verknüpfungsschaltwerke auf. Hinsichtlich der Raum- und Verdrahtungsprobleme nehmen numerische Flüssigkristallanzeigevcrrichtungen z. B. nur verhältnismäßig wenig Raum ein, doch ist es 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

mentform ändert, und eine Anordnung (22-2, 23-2), mit der den übrigen Zeilen der Matrix eine Spannung zuführbar ist, die um 180° in der Phase bezüglich der Löschspaunung verschoben ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem (iaUungsbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner be-

die für die Steuerung einer einzigen Anzeigevorrichtung erforderlichen Verknüpfungschaltungen, wenn möglich, auch für die Steuerung der übrigen Anzeigevorrichtungen verwendet werden können.

In der DT-OS 2 261 245 ist eine Lösung für das oben diskutierte Problem vorgeschlagen, gemäß der eine Multiplexanordnung verwendet werden soll, bei der die Gleichspannungskomponente am Flüssigkristalk'ement 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 das Flüssigkristallmaterial Licht zu streuen beginnt. Je mehr diese Gleichspannungskomponente herabgesetzt werden kann, um so kleiner ist die Gefahr, daß ein zu löschendes Flüssigkristallelement in unerwünschter Weise in einen Zustand ausgesteuert wird, in dem es schwach Licht streut.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Betrieb einer im oben erläuterten Sinne möglichst einfachen Anzeigevorrichtung anzugeben, deren Flüssigkristallelemente mit bezüglich des Potentialwertes Null unsymmetrischen Wechselspannungen betrieben werden kann, ohne durch deren mittleren Gleichspannungswert wesentlich beeinträchtigt zu werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das im Patentanspruch I angegebene Verfahren.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Lebensdauer des Flüssigkristallmaterials gegenüber bekannten Anzeigevorrichtungen wesentlich verlängert wird, weil die mittlere Gleichspannungskomponente am Element trotz Verwendung von unsymmetrischen Spannungen nahe bei Null gehalten werden kann. Ein besonderer Vorteil auch gegenüber dem eigenen Vorschlag nach der DT-OS 2 261 245 besteht darin, daß die Gleichstromkomponente auch während einer Halbperiode der Erregungswechselspannung sehr niedrig ist und deshalb die Flüssigkristallzellen auch dann noch einwandfrei im Löschzustand gehallen werden können, wenn ihr Erregungsschwellwert unnormal niedrig sein sollte, was bei der Massenfertigung nicht immer ausgeschlossen werden kann, oder wenn relativ hohe Spannungsamplituden erwünscht sind.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

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

Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine der ZifTernanzeigevorrichtungen in einer Ebene 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer die vier Zifternanzeigevorrichtungen gemäß Fig. 1 enthaltenden Matrix gemäß der Erfindung,

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

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

In Fig. I ist ein Flüssigkristall-Anzeigepaneel mit vier Ziffernanzeigevorrichtungen in Draufsicht dargestellt, wie es ?.. B. für Uhren, Rechenmaschinen u. dgl. verwendet werden kann. Jede Ziffernanzeigevorrichuing enthält sieben Segmente, z. B. \A, \B ... IG sowie eine Rückplatte oder Gegenelektrode, z. B. 1. Zwischen den Segmenten einerseits und der Gegenelektrode andererseits ist ein Flüssigkristallmateria!, im folgenden kurz Flüssigkristall 5 (F i g. 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?. Die Dicke der Flüssigkristallschicht hängt von der Konstruktion ab und bestimmt mit anderen Faktoren unter anderem die Amplitude der Errecungsspannung, die erforderlich ist, um den Flüssigkristall in den lichtstreuenden Zustand zu bringen.

Bei einer Einrichtung der in F i g. 1 und 2 dargcstellten Art ist es im Hinblick auf die Vereinfachung der Elektronik und die Verringerung der Anzahl der Sleucrschaltungen 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 derTrägheit des Gesichtssinnes scheinbar auch in den Pausen zwischen den Erregungsintervallen eingeschaltet, der Flüssigkristall streut also scheinbar ununterbrochen.

F i g. 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. E>ie Zeilcnleiter entsprechen den vier Gegcnelektroden L bis 4 und sind mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Segmente A aller vier Zilfernanzeigevorrichtungen sind mit dem gleichen Leiter verbunden, nämlich dem Spaltenleiter A der Matrix gemäß F i g. 3. In entsprechender Weise sind die Segmente B mit dem Spaltenleiter B verbunden, die Segmente C mit dem Spaltenleiter C usw. Die Flüssigkristallclemente an den Kreuzungen dei Zeilen und Spalten sind mit der entsprechenden Kombination von Zeilen- und Spaltenbezeichnungen versehen. Die Elemente in der Zeile 1 sind also I A, 1 ß, 1 C usw., die Elemente der Spalte 1 sind IA, IA, 2>A usw., wobei gleich bezeichnete Elemente in Fig. I und 3 einander entsprechen Jedes Element besteht aus einem Flüssigkeitsvolumcr zwischen einem Segment und der Gegenelektrode und sein Schaltungsäquivalcnt ist ein Widerstant verhältnismäßig hohen Wertes mit einer Kapazitä verhältnismäßig kleinen Wertes.

Mit jedem Zeilenleiter der Matrix ist eine Gruppe aus zwei Doppcllorschaltiingen verbunden. Da dii Gruppen identisch sind, wird nur die Gruppe für dii

Zeile 1 beschrieben. Jede Doppeltorschaltung besteht aus einem MOS-Transistor vom η-Typ, z. B. 20 oder 22, und einem MOS-Transitor vom p-Typ. z. B. 21 und 23. Die Gate-Elektroden des n-MOS-Transistors 20 und des p-MOS-Transistors 23 sind mit einer Klemme 24 verbunden, der ein Zcichenwählsignal Φ, zugeführt wird. Dieses Zcichenwählsignal 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 p-MOS-Transistors 21 sind mit einer Klemme 10 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 + 15 V 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 0 und 15 V ändert. Die anderen Enden der parallelgeschalleten Kanäle dieser Transistoren sind mit dem Zeilenleiler 1 verbunden. In entsprechender Weise sind die parallelgeschalteten Kanäle der MOS-Transistoren 20 und 21 mit dem Zeilenleiter 1 verbunden.

Wie erwähnt, ist der Klemme 24 eine Zeichenwählspannung </>j für die erste Ziffernanzeigevorrichtung, also den Zeilenleiter 1 zuführbar. Die Wahl der zweiten Ziffernanzeigevorrichlung (Zeilenleiter 2) erfolgt durch eine Zeichenwählspannung Φ«, die einer Klemme 34 zugeführt wird. In entsprechender Weise können die dritte und vierte Ziffernanzeigevorrichtung (Zeilenleiter 3 und 4) durch Zeilenwählspannungen Φ_Ά und </»₄ ausgewählt werden, die Klemmen 35 bzw. 36 zugeführt werden.

Mit jedem Spaltenleiter der Matrix ist ebenfalls eine Gruppe von zwei Doppeltorschaltungen verbunden. Da alle Gruppen gleich sind, ist nur die mit dem Spaltenleiter A verbundene Gruppe 50 a genauer dargestellt. Diese Torschaltungen sind durch eine Steuerspannung α steuerbar und die anderen Torschaltungen durch entsprechende Stcuerspannungen b bis g. Die Steuerspannungen sind jeweils Gleichspannungen, die zwei Werte entsprechend den Binärziffern 0 bzw. L annehmen können. Beispielsweise kann der Spannungswert + 15 V der Binärziffer L und der Spannungswert 0 V der Binärziffer 0 entsprechen.

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

Die Spannungen </>, bis Φ_Α 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 F i g. 6 (b) und (c) dargestellt. Man beachte, daß jedes dieser Signale sich jede halbe Periode der 64-Hz-Erregungsspannung in seine komplementäre Form ändert. Während der positiven Halbperiode (i„ bis /,) des 64-Hz-Signals hat also das mit (h) bezeichnete 4096-Hz-Sijinal eine Form, zu der diejenige während der folgenden Halbperiode (I₁ bis t₂) komplementär ist. Diese Schwingungsformen werden durch die in F i g. 4 dargestellte Schaltung erzeugt.

ίο Man beachte ferner, daß die Schwingungen (h) und (r), bei denen es sich um unipolare alternierende ocier pulsierende Schwingungen handelt, asymmetrisch sind. In der Zeitspanne /, bis f₂ gilt der umgekehrte Fall, d. h„ der positive Teil der Schwingung (b) hat dann die Dauer 2At und der negative Teil die Dauer .1 /.

Die Schwingung (α), bei der es sich ebenfalls um eine unipolar alternierende oder pulsierende Spannung handelt, ist andererseits symmetrisch. Der Grund für diese Maßnahmen wird gleich erläutert. F i g. 4 zeigt, wie die Schwingungen α, ä, b und c erzeugt werden können. Die dargestellte Schaltungsanordnung ist einfach und braucht lediglich zwei EXKLUSlV-ODER-Glicder 60 und 62 zu enthalten. Am einen Eingang jedes dieser beiden EXKLUSlV-ODER-Glieder liegt ein asymmetrisches 4096-Hz-Signal. Ein Drittel jeder Periode verläuft im einen Sinne (in positiver Richtung) und die anderen zwei Drittel im entgegengesetzten Sinne (in relativ ncgativer Richtung). Dem zweiten Eingang des EXKLU-SIV-ODER-Gliedes 60 wird ein 64-Hz-Erregungssienal zugeführt, während am zweiten Eingang des EXKLUSIV-ODER-Gliedes 62 das Komplement dieses Erregungssignals liegt. Die Negation wird durch einen Inverter 70 bewirkt.

Wenn im Betrieb der in Fi g. 4 dargestellten Schallungsanordnung das 64-Hz-Signal den Wert 15 V entsprechend der Binärziffer L hat, z. B. in der Zcit- :;pannc I_n bis J₁ in Fig. 6, liefert das EXKLUSIV-ODER-Glied 60 ein 40^r)6-Hz-Ausgangssignal. das komplementär zu dem 4096-Hz-hingangssignal des EXKLUSIV-ODER-Gliedes 60 ist, und wenn das 64-Hz-Signal den Wert 0 V hat, entsprechend der Binärziffer 0 (z. B. in der Zeitspanne /, bis <„). hat das vom EXKLUSIV-ODER-Glied 60 erzeugte 4096-Hz-Signal die gleiche Form wie das 4096-Hz-Eingangssignal des EXKLUSIV-ODER-Gliedes 60. Die am Ausgang des letzteren erzeugte Schwingung (r) ändert sich gemäß F i g. 6 bei jeder Halbperiode des 64-Hz-Signals in ihre jeweils komplementäre Form. Das EXKLUSIV-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) wie in Fig. 6 ersichtlich ist. 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. und 6 erläutert: Eine Anzeigevorrichtung ist ausgewählt, wenn die dem Zeilenleiter der betreffenden Anzeigevorrichtung zugeführte mehrphasige Spannung (eines der Signale Φ, bis Φ₄ in Fig. 5) den Wert 1 hat und die übrigen mehrphasigen Spannungen den Wert 0 haben. Wenn z. B. Φ, den WeTt 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 20-21 eingeschaltet. In entsprechender Weise schaltet das Signal Φ, — 1 die Doppeltorschaltung 22, 23 aus. Die Doppeltorschaltung 20, 21 läßt nun die 64-Hz-Erregungspannung 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 der Gruppe 50« oder 50 b usw. für das betreffende Segment eine Steuerspannung, z. B. a — 1 zugeführt. Wenn die Doppeltorschaltung Sl, 52 aufgetastet wird, wird die Doppeltorschaltung 53, 54 gesperrt. 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 Steuerspannung des Wertes 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 40%-Hz-Löschsignal zu dem Spaltenleiter durchläßt, der zu dem nicht gewählten Segment der gewählten Anzeigevorrichtung führt.

Die Flüssigkristallelemente in der in F i g. 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 oder ein 4096-Hz-Signal.

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

In F i g. 6 d 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 +1SV und — 15 V 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 Segment (4096-Hz-Signal am Segment). Während des einen halben Zyklus des 64-Hz-Signals ändert sich die Spannung am Flüssigkristall zwischen 0 und 15 V. Die Schwingungsformen sind jedoch derart, daß die Spannung am Flüssigkristall während zwei Dritteln der Zeit 0 V und während eines Drittels der Zeit -f 15 V beträgt. Die mittlere Gleichspannung am Flüssigkristall beträgt daher in der Zeitspanne von f₀ bis I₁ nur 4- 5 V. Dies ist nur ein Drittel des Maximalwertes von -f 15 V der unipolaren alternierenden Spannung.

Wie sich leicht einsehen läßt, ist in entsprechender Weise der Wert der mittleren Gleichspannung am Flüssigkristall während der halben Periode I₁ bis r₂ der 64-Hz-Erregungsspannung nur — 5 V. Man beachte hier, daß die Schwingung t (4096-Hz) im Zeitpunkt /j ihre Form in die zur Zeitspanne i₀ bis f, komplementäre Form ändert, so daß sich bei der effektiven Addition zur Schwingung α der mittlere Gleichspannungswert (K/3) = 5 V und nicht 2 v/3) oder — 10 V ergibt. Mit anderen Worten: Während

ίο der Zeitspanne Z₁ bis f₂ ist die Spannung am Flüssigkristall für '¹Ii der Zeit gleich Null und für Vs der Zeit — 15 V, was einen Mittelwert von —5 V ergibt, vgl. Fig. 6e. Dieser Wert ist wieder nur ein Drittel des Maximalwertes der unipolaren pulsierenden Spants nung. 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 An-

ao Ordnung war der mittlere Gleichspannungswert während einer halben Periode der Erregungspannung gleich der Hälfte des Maximalwertes der unipolaren Erregungs- oder Löschspannung (V/2 oder 7,5 V für den angenommenen Wert V = 15 V), und der Schwellwert für das dynamische Streuen des Flüssigkristalls lag etwas über 7,5 V. 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

♦5 einer vorgegebenen Spannung arbeitet und eine der nicht einschaltenden 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 niedrigem Schwellwert bewirken. Da der Wert der mittleren Gleichspannung an einem nicht eingeschalteten Segment während einer Halbperiode der Erregungsspannung nur Vß an Stelle von V/2 beträgt ist der Toleranzbereich für Unterschiede in der Schwellwerten der Anzeigevorrichtungen und füi Speisespannungsschwankungen größer.

Bei der vorliegenden Anmeldung ist der mittler* Gleichstrom durch den flüssigen Kristall wie bei de vorgeschlagenen Anordnung im Mittel über jed« Periode der alternierenden Erregungsspannung gleic] Null. Dies ist aus F i g. 6c klar ersichtlich. Diese vor teilhafte Eigenschaft der vorgeschlagenen Anordnun bleibt also auch bei der vorliegenden Anordnung ei halten.

ίο

In F i g. 6 f 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 3 (das Komplement von a) graphisch addieren.

F i g. 6 g 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 der Halbperiode J₀ bis <, der 64-Hz-Erregungsspannung — 5 V. Wenn diese mittlere Gleichspannung nicht kompensiert wird, leidet die Lebensdauer des flüssigen Kristalls. Wie aus F i g. 6 g ersichtlich ist, beträgt jedoch der Wert der mittleren Gleichspannung am Flüssigkristall während der unmittelbar folgenden Halbperiode /, bis U der Erregungsspannung + 5 V. Der mittlere Gleichstrom durch den Flüssigkristall ist also während jeder ganzen Periode der Erregungsspannung im Mittel gleich Null.

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 Erregungsund 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 40% 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 Flüssigkristalls genügend groß macht. Hinsichtlich der Amplituden sei bemerkt, daß die verwendeten Werte von einer Reihe von Parametern abhängen, wie dem Abstand zwischen den Elektroden, dem spezifischen Widerstand des Flüssigkristalle usw. Bei einer speziellen Konstruktion, bei der der Abstand zwischen den Elektroden etwa 12,5 μΐη (0,5 Millizoll) und der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls etwa 2,5 · ΙΟ⁸ 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 F i g. 1 kleiner ist. Das dargestellte Paneel enthält insgesamt 28 Segmente und vier Gegenelektroden, und diese sind, wie es in F i g. 3 dargestellt ist, so angeordnet, daß für das ganze Paneel (sieben Spalten und vier Zeilen) nur insgesamt 11 Anschlüsse erforderlich sind.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde

ίο mit einem einzigen Zyklus des 64-Hz-Signals pro Zeichenwählintervall (dem Intervall des positiven Teiles z. B. der Schwingung <I\) 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 Zeichenwählintervalis, in dem eine bestimmte Anzeigevorrichtung eingeschaltet ist, zwei oder mehr Zyklen der Erregungsspannung auftreten. An Stelle der dargestellten rechteckförmigen Erregungs- und

ao 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 0 und

J5 —15 V an Stelle der erwähnten Werte von 0 und + 15 V verwendet werden.

Bei dem zur Erläuterung gewählten Ausfuhrungsbeispiel 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 statt dessen auch mit anderen Verhältnissen arbeiten. Je größer die Asymmetrie ist, um so kleiner ist der mittlere Gleichspannungswert während der in den F i g. 6 e und 6 f dargestellten Betriebszustände. Mit zunehmender Asymmetrie nimmt jedoch auch der mittlere Gleichspannungspegel während jeder Halbperiode der Erregungsschwingung zu, wenn der Flüssigkristall in dem in F i g. 6 g dargestellten Betriebszustand arbeitet. Man muß hier darauf achten, daß dieser Gleichspannungswert dem Schwellwert für die dynamische Streuung des Flüssigkristalls nicht zu nahe kommt. Das beschriebene Verhältnis (Vj Periode im einen Sinne und ²/s 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 (F i g. 6 e, 6 f und 6 g) nie

den Wert VsV überschreiten.

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 räumliehe Anordnung der Elemente in Spalten und Zeiler bedeuten, da die Segmente, wie auch z. B. bei derr dargestellten Ausführungsbeispiel, räumlich nicht ir Spalten und Reihen angeordnet zu sein brauchen Der Begriff »Matrixanordnung od. dgl.« bezieht siel also lediglich auf die elektrische Schaltung der Flüs sigkristallelemente.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   trifft die Erfindung eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens mit einer Matrix aus in Spalten und Zeilen angeordneten Flüssigkristallelementen. 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 slreifenförmigen Elementen, Ziffernanzeigevorrich-