DE2357322A1 - Schaltungsanordnung zur steuerung einer anzeigevorrichtung mit fluessigen anzeigekristallen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur steuerung einer anzeigevorrichtung mit fluessigen anzeigekristallen

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DE2357322A1 DE2357322A DE2357322A DE2357322A1 DE 2357322 A1 DE2357322 A1 DE 2357322A1 DE 2357322 A DE2357322 A DE 2357322A DE 2357322 A DE2357322 A DE 2357322A DE 2357322 A1 DE2357322 A1 DE 2357322A1
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Description

Priorität: 27. November 1972, Japan^ Nr0 118 075
Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Anzeigevorrichtung ait flüssigen Anzeigekristallen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Anaeigevorrichtung mit mehreren Anaeigegruppen, die jeweils einen flüssigen Kristall enthalten, dessen visueller Zustand sich "bei einer vorbestimmten Potentialdifferenz an seinen beiden Elektroden ändert und dessen zweite Elektrode mit der zweiten Elektrode der anderen flüssigen Kristalle verbunden ist, und bei welcher der visuelle Zustand des ausgewählten Anzeigekrjsfcalls verändert wird.
Diese flüssigen Anzeigekristalle haben die mechanischen Eigenschalten einer Flüssigkeit und die optischen Eigenschaften eines Kristalls. ■ .
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-2-
Anzeigevorrichtungen mit flüssigen Kristallen werden "besonders wegen ihres geringen Energieverbrauchs bei elektronischen Armbanduhren, bei kleinen elektronischen Tischrechnern und bei anderen batteriegetriebenen Geräten verwendet.
Solche Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen arbeiten z.B. im dynamischen Streubetrieb (DSM) oder im Feldeffektbetrieb (EEM). Als optische Betriebsarten sind der Reflexionsbetrieb, der Transmissionsbetrieb und der Absorptionsbetrieb bekannt.
Die vorliegende Erfindung kann für sämtliche möglichen Betriebsarten verwendet werden. Sie wird am Beispiel der dynamischen Streuung (DSM) im Reflexionsverfahren erläutert.
Bei diesem Verfahren tritt bei den flüssigen Kristallen das Phänomen der sogenannten dynamischen Streuung auf, bei welcher, wenn eine Spannung an die beiden entgegengesetzte,! Elektroden eines flüssigen Kristalls gelegt wird, dessen Moleküle aus einer ersten Anordnung in einer festen Richtung unregelmäßig umorientiert werden, so daß auffallendes Licht gestreut wird und die Flüssigkeit von ihrem transparenten Zustand in einen semitransparenten, -'eißlichen Zustand übergeht. Der Aufbau und diese beschriebene Erscheinung solcher Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen ist aus den folgenden Idteraturstellen bekannt: "Electronics,n 6. Juli 1970, 64 - 70; "Transistor Gijutsu" (eine japanische Veröffentlichung), August 1971, 104 - 109.
Es ist bekannt, daß die Lebensdauer eines flüssigen Kristalls verkürzt wird, wenn er lange Zeit einer Gleichspannung ausgesetzt ist. Es ist deshalb allgemein üblich, flüssige Kristalle mit WechaäLspannung zu betreiben. D.h., den beiden Endelektroden des flüssigen Kristalls wird eine gewisse Zeit lang eine vorbe3tiiDmte Spannung aufgeprägt. Danach wird die Spannung ν..τ:-
409827/0227 _3.
gepolt und die invertierte Spannung während einer gleich, langen Periode aufgeprägt. Solch eine doppelseitig gerichtete Shaltungsanordnung zur Steuerung flüssiger Kristalle ist z.B. aus "Nikkei Electronics" (eine japanische Veröffentlichung), 31. Juli 1972 oder aus "Electronics", 10. April 1972 bekannt.
Da die Potentiale der gemeinsamen Elektroden (Stellenelektroden) sich während der Auswahlperiode ändern^ ist es bei solchen doppelseitig gerichtet betriebenen Steuerschaltungen für Anzeigevorrichtungen mit flüssigen Kristallen schwierig, das dynamische Anzeigesystem, welches herkömmlicherweise Treiberstufen für Entladungsröhren umfaßt, für Jieuchtdi,oden und ähnliche Bauteile anzupassen.
Aus den oben genannten Druckschriften ist es bekannt, die dynamische Anzeige dadurch zu erreichen, daß man 'die gemeinsamen Elektroden mit niederfrequenten und mit hochfrequenten Impulsen und unter Ausnutzung der Frequenzcharakteristik der flüssigen Kristalle auswählt. Wie in diesen Literaturstellen jedoch zugegeben wird, hat dieses Verfahren den Nachteil, daß die ho- · hen Frequenzen den für die Anzeige erforderlichen Energieverbrauch erhöhen, daß die Einstellung der" G-renzfrequenz der flüssigen Kristalle sehr schwierig ist und daß die Anwendung des Sjrsteins sehr teuer ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Anzeigevorrichtung mit flüssigen Kristallen zu schaffen, bei welcher das dynamische Indikationssystem einfach angepaßt werden kann.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß flüssige Anzeigekristalle verwendet werden, welche eine visuelle Schwellwertspannung V^ haben, so daß der visuelle (optische)
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Zustand in einfacher Weise lediglich durch Steuerung der Spannungen und unter Ausnutzung der Schwellwertspannung geändert werden kann, wodurch eine dynamische Anzeige möglich ist. .
Es gibt sowohl flüssige Kristalle, deren -visueller Zustand sich in Abhängigkeit von. einer angelegten Spannung langsam ändert? als auch solche flüssigen Kristalle, deren visueller Zustand sich sehr schnell "bei einer vorbestimmten Grenz spannung, also bei einer visuellen Schweliwertspannung, ändert, wie die Kennlinie der Pig» 1 zeigt. Flüssige Anzeigekristalle der letztgenannten Art sind zeB. aus den folgenden Druckschriften bekannt: "Applied Physics Letters", YoI. 19, Nr. 10, 391-395? "Transistor Gjgutsu", a.a.O.; und Katalog über Anzeigevorrichtungen mit flüssigen Kristallen mit dem Titel "DNM - 1" von der Firma Dai-Nippon Toryο Go9, Ltd.«
Die Steuerung der Spannungen erhält man durch Verwendung -"von Spannungsquellen, welche drei verschiedene Potentiale V„, VM
ι ι Jl 1*1
und Vj1 liefern. Eins Potentialdifferenz IVH - Y1I wird zwischen einer ausgewählten Stellenelektrode und einer ausgewählten Segmentelektrode zur Erzielung der dynamischen Anzeige erzeugt. Diese Potentialdifferenz oder Spannung wird immer wieder umgepolt, so daß das mittlere Potential V., zwischen dem hohen Potential VH und dem Potential V1 (V H >VM>VL» VM = ^YE + Yj)^2^ den gemeinsamen, nicht ausgewählten Elektroden zugeführt wird. Dementsprechend bestehen zwischen den nicht ausgewählten Stellenelektroden und allen Segmentelektroden die Spannungen \y„ - Vl und lvM - I
EaHs die Spannung IVg - V1I größer als die visuelle (optische) Schwellwertspannung V^ und die Spannungen |v - V„| und |VM kleiner als die Schwellwertspannung V., des optischen Kristalls
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sind, kann man die dynamische Anzeige in einfacher Weise und ohne Anlegen einer Gleichspannung an den flüssigen Kristall erreicheno Darüberhinaus ist es möglich,, ein Nebensprechen, welches "bei den bekannten Schaltungsanordnungen zur Steuerung von raatrixförmigen Anzeigevorrichtungen mit flüssigen Kristallen ("Nikkei Electronics11, 8„ Mai 1972? 32 - 43) auftritt, zu vermeiden«, -.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das mittlere Potential VM auch den nicht ausgewählten Segmentelektroden
fill zugeführt, so daß lediglich die Spannungen |Vtt = VjJ und |VM - V-,-1 zwischen den ausgewählten Segmentelektroden und den anderen Segmentelektroden erzeugt werdens während die große Potentialdifferenz oder Spannung JVjt - Vj! nicht aufgezwungen wird, wodurch wegen der Spannung zwischen den Segmentelektroden eine Änderung des sichtbaren Zustands des flüssigen Kristalls verhindert werden kann.
V/eitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus dem An= spriich in Verbindung mit der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
Die Erfindung ist im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Kennlinie eines flüssigen Kristalls,
Eig. 2a eine Schaltungsanordnung zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit flüssigen Kristallen,
Fig. 2b ein Zeitlagendiagramm zur Erklärung des Betriebs der Schaltungsanordnung der l?ig. 2a,
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-6-
Fig. 3a eine andere, erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,
Pig. 3b ein Zeitlagendiagramm zur Erklärung des Betriebs
der in Fig. 3a gezeigten Schaltungsanordnung,
Pig. 4a eine andere, erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und
Fig. 4b ein Zeitlagendiagramm sur Erklärung des Betriebs der Schaltungsanordnung der Pig, 4a.
Die Fig. 2a zeigt eine Treiberschaltung, welche konform mit einem Treibersystem für eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung mit flüssigen Kristallen ausgebildet ist.
In dieser Fig. bezeichnen LCD,. - LCD Anzeigevorrichtungen mit flüssigenKristallen. Die schrägen Linien in jeder Anzeigevorrichtung stellen die flüssigen Kristalle dar. Die η Elektroden an der Oberseite sind Stellenelektroden, während die m Elektroden an der Unterseite einer jeden Stellenelektrode Segmentelektroden darstellen, welche so angeordnet sind, daß vorbe— stimmte Zeichen, Buchstaben ο»dgl. dargestellt werden können. Alle entsprechenden Segmentelektroden einer jeden Stelle sind miteinander verbunden.
KL und M, stellen Feldeffekttransistoren (im folgenden einfach Transistoren genannt) mit einem P-Kanal dar, und Kp und KL stellen Transistoren mit einem N-Kanal dar. Die Transistoren M1 - KL bilden zwei komplementäre Schaltungen. Die Quellelektroden der Transistoren M.. und M-, sind mit einer Spannungsquelle "VVr verbunden, während die Quellelektroden der Transistoren KU und M. geerdet sind (Potential Vj1).
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357322
OG. -und
bezeichnen eine UND-,, eine ODER=· bzw„ eine
exklusive ODER-Schaltung»
Der Stellenelektrode der Anzeigevorrichtung LCD^ wird die · Ausgangsspannung der komplementären Stufe an der oberen Seite zugeführt. Der Segmentelektrode am linken Ende der Anzeigevorrichtung LCD1 wird ein Ausgangszeichen der komplementären Stufe an der unteren Seite zugeführt«
Zum Betrieb der flüssigen Kristalle in zwei Richtungen dienen doppelseitig gerichtete Treibimpulse BD0
ίβΙ)Τ η)
-j
(- S) sind Stellenauswahlzeichen bzw ο Segmentauswahlzeichen.
Es wird jetzt der Betrieb der Schaltung beschrieben» Zur Erleichterung der Beschreibung sind die Relationen zwischen den doppelseitig gerichteten Treibimpulsen BD9 den Stellenauswahlzeiehen DT1 9 den Segmentauswahlzeichen S1 und den Potentialen V 1 und V1J welche den Stellenelektroden und den Segmentelekt: den zugeführt werden, in Pig. 2b als Zeitlagendiagramm und in der folgenden Tabelle dargestellt!
Tabelle
DT1 BD I VL S1 ' BD Vs1 ■
II-] It II-]I! VH It-j Il II A 19
• I		 VH
H -J II "0" . VM It-] It "0" VL
"0" H-] II VM 11O" II·] Il VL.
»0» "0" "0" "0" VH
(Logische "1": positives Potential; Logische "O":Massg?otential)
Die Transistoren M1 und-Mp werden beide leitend, wenn das Stellenauswahlsignal DT1 den Wert "0" annimmt. Die komplementäre Stufe bildet dann einen Spannungsteiler. Das Potential V^ ent-
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spricht dann der geteilten Spannung. Die Werte der Potentiale VM, Vjt und V-r werden so bestimmt, daß die folgenden Beziehungen erfüllt werden:
k Vth, K - V < Vthf
Wenn das Stellenauswahlzeichen DT.. zur Auswahl der linken Stellenelektrode den Wert "1" annimmt, v/ird die linke Segmentelektrode, deren Segmentauswahlzeichen S1 den Wert "1" annimmt, ausgewählt und die Impulse der entgegengesetzten Phasen werden beiden Elektroden zugeführt, d.h., die Potentialdifferenz |Vtt - Vj I wird doppelseitig gerichtet zugeführt. Da |Vjj - V1J > V,, , in-, duzieren die flüssigen Kristalle zwischen den beiden Elektroden eine Streuung. Falls das S egment auswahl ζ eichen S., zu dieser Zeit den Wert "0" hat, werden die Impulse innerhalb dieser Phase beiden Elektroden zugeführt. Die Potentialdifferens zwischen beiden Elektroden ist dementsprechend null, so daß der flüssige Kristall zwischen ihnen- keine Streuung bewirkt.
Wenn andererseits das Stellenauswahlzeichen DT. den Wert "0" annimmt, wird der Viert des Potentials V , der linken Stellenelektrode auf den Wert des mittleren Potentials V;, gebracht, unabhängig von dem Zustand des doppelseitig gerichteten T'reibimpulses. Selbst wenn die Spannungen, die irgendwelchen Segmentelelctroden zugeführt v/erden, auf die Potentiale Vr, und Vj gebracht werden, bewirken die flüssigen Kristalle, welche der gemeinsamen linken Elektrode entsprechen, unter den Bedingungen IVj1 - VMj < Vth und |VM - V1I < V^ keine Streuung. Um zu verhindern, daß eine Gleichstromkomponente dem flüssigen Kristall zugeführt wird, ist es in diesem Falle vorzuziehen, daß das mittlere Potential V^ genau oder möglichoi nahe dem folgenden Wert gebracht wird:
V-V-V-V « "^TT +
H M ~ M L V - —ü——
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Da die Auswahl der Stellenelektroden durch. Spannungspegel getroffen wird, wobei von der Tatsache Gebrauch gemacht wird, daß flüssige Kristalle eine visuelle Schwellwert spannung V., haben, werden bei dem obigen Ausführungsbeispiel Probleme, welche bei den bekannten, mit Freq/uenzen arbeitenden Auswahlsystemen auftreten, vermieden. Da ferner drei Betriebsspannungswerte verwendet werden, kann selbst bei einem doppelseitig gerichteten Treibersystem leicht eine dynamische Anzeige erreicht werden.
Die Pig. 3a zeigt eine andere Treiberschaltung für eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung mit -flüssigen Kristallen.
Der wesentliche Unterschied zwischen der Schaltung der Fig. 3a und derjenigen der Fig» 2a liegt darin, daß den Segment elektroden, vrenn sie nicht ausgewählt sind, ebenfalls das mittlere Potential Y™ zugeführt wirdo
Dementsprechend unterscheidet sich die Ausführungsform der Fig.2a von derjenigen der Figo 3a durch die Eingangsteile der Transistoren M, und M..
Die Beziehungen zwischen den doppelseitig gerichteten Treibimpulsen BD, den Stellenauswahlzeichen DT.. und dem Potential V ., der ganz linken Stellenelektrode sind die gleichen wie diejenigen in der Fig. 2a» Die Beziehungen zwischen dem doppelseitig gerichteten Treibimpuls BD, dem Segmentauswahlzeichen S.. und dem Potential T , der Segmentelektrode sind in der folgenden Tabelle aufgeführt, und die Beziehungen zwischen allen diesen Größen sind in der Fig. 3a in einem Zeitlagendiagramm dargestellt= Die Transistoren I*L* und M, 'bilden einen Spannungsteiler, wenn das Segmentzeichen S^ den Wert "0" annimmt und beide durchsteuert. Die geteilte Spannung V^ wird zu dieser Zeit· auf den vorher genannten Wert gebracht.
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Tabelle
S1 BD Vs1
it-| η ti -| H VH
H-JH "0" VL
irOn It-JIt VM
«oir H0II
Bei dieser Ausführungsform "beträgt- die Potentialdifferenz zwischen der ausgewählten Segmentelektrode und der .nicht ausgewählten Segment elektrode lediglich [Vjj - V^j oder [v^ - VjJ. Es wird, im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, vermieden, daß zwischen der ausgewählten Segmentelektrode und der gemeinsamen Elektrode eine Potentialdifferenz |vH - Vt i zwischen den Segmentelektroden erzeugt wird. Die Differenz wird verringert, so daß der Wechsel des visuellen Zustands des flüssigen Kristalls, v/elcher den Potentialunterschied zwischen den Segmentelektroden zuzuschreiben ist, verhindert wird.
Die Pig. 4a zeigt eine weitereAusführungsform einer Treiberschaltung für eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung mit flüssigen Kristallen. Diese Ausführungsform weist gegenüber der Schaltung der Fig. 3a den Vorteil eines geringeren Leistungsverbrauches auf, und die Unterschiede werden im folgenden beschrieben.
Pur das mittlere Potential V^ wird nicht ein Spannungsteiler verwendet, welcher aus den Schaltelementen zusammengesetzt ist, sondern eine separate Spannungsqnelle. Zur Vermeidung eines Stromflusces zwischen der Quelle V^ und den Quellen Vg oder Vy beim Schalten, v/erden die transistoren Mg, Kq und die Transistoren K,r und II. q während des Schaltvorganges von einem Austastsignal BL, vgl. Pig. 4b,gesperrt. Das Austastsignal BL
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muß nicht langer als die Selialtzeit währen. Wenn die Impulsbreite des Austastsignals größer als notwendig ist, wird das Elektrodenpotential des flüssigen Kxistalles während einer langen Zeit in einem schwimmenden Zustand gehalten, und es besteht die Gefahr'des Übersprechen. In dieser Hinsieht ist Vorsicht geboten.
Die Relationen zwischen den Elektrodenpotentialen V .. und V-. der Anzeigevorrichtung und den Zeichen DT^, S^, BD und BL sind in der Fig» 4b und in der folgenden Tabelle dargestellt:
Tabelle
DT1 BD BL Tc1 S1 BD BL Vs1
»Ο" "0" »o» "0" H0Il VM
"0" sip» It-JSl % "0" "0" H-] It VM
"0" H-| II "0" "O" Il-J .11 ItQtI VM
"0" ti -j ti H-JU % «o3i st-j Ii H >j it %
ti ·} π «o» ItQ" % "» -| 81 IIQ« VL
H-J Η "0" η-pi ED H1S! 83 Q 5! St-j Il PL
ti-j ti ti ι it "0" - ¥E 31 -| SI Ü-J Il ItQJI YH
H-J It It-J Il H-| ft EL· Il Ί QS 15 ·} It ""j H FL
FL: Schv/immender Zustand (schwinmendes Potential.),
Die Erfindung ist keineswegs auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sie kann vielmehr verschiedene Modifikationen aufweisen.
Die Erfindung ist z.B. nicht nur auf Flüssigkristall-Anseigevorrichtungen des Segmenttyps anwendbar?, sondern sie kann auch bei Anzeigevorrichtungen des Mätrixtyps verwendet werden,
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— 1 ? _
(wobei die Stellenelektroden entsprechend den individuellen Segmentelektroden ausgebildet sein können)· .
Für die mittlere Spannung V™ kann ein Impuls verwendet werden, dessen Potential sich zeitlich ändert, soweit die vorher genannten Bedingungen eingehalten werden, (wobei die Gieichspannungskomponente "vollständig eliminiert werden kann, wenn der mittlere V/ert des Potentials Y^ (Vg + Vj1)/2 "beträgt). Als wesentliche Elemente der Treit-ex-schaltung können Transistoren mit einem einzigen Kanal, bipolare Transistoren, passive Elemente usw. verwendet werden* Außerdem können die Plüssigkristall-Anzeigevorrichtungen separat so angeordnet werden, daß sie den jeweiligen Segmentelektroden entsprechen,. oder sie können gemeinsam so angeordnet werden, daß sie einer oder mehreren Stellen entsprechen.
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Claims (1)

  1. Patentanspruch
    Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Anzeigevorrichtung mit mehreren Anzeigegruppens die jeweils einen flüssigen Kristall enthalten^ dessen visueller Zustand sich "bei einer vorbestimmten Potentialdifferenz an seinen "beiden Elektroden ändert und dessen zweite Elektrode mit der zweiten Elektrode der anderen flüssigen Kristalle verbunden istp und bei welcher der visuelle Zustand des ausgewählten Anzeigekristalls verändert wirdj, gekennzeichnet durch Mittel zur wahlweisen Zuführung eines hohen^ eines niedrigen bzw. eines mittleren Potentials (Vjp V-^ V^) zu den entsprechenden ersten Elektroden (Y i - V) und durch Mittel zur wahlweisen Zuführung eines hohen bzw« eines niedrigen Potentials (V™, Vt) zu den entsprechenden zweiten Elektroden (V .* - V__)« wobei die Potentiale (Vjp Yx^ VTvj) so ausgewählt sind,- daß die Potential-» differenz zwischen dem hohen Potential (V^) der ersten Elektrode (V ., - V ) und dem niedrigen Potential (Yj1) der zweiten Elektrode (Y .. - V) bzwo /die Potentialdifferenz zwischen dem niedrigen Potential (Vx) der ersten Elektrode (V «. - V) und dem hohen Potential (V1x) der zweiten Elektrode (V^4 - V1) zur
    χι si- sm
    sichtbaren Änderung des Zustande des flüssigen Kristalls ausreicht, während die Potentialdifferenz zwischen dem mittleren Potential (V,,) der ersten Elektrode und dem hohen bzw. dem niedrigen Potential (Vtt, V^) der zweiten Elektrode (Vgu - VBm) nicht zur sichtbaren Änderung des Zustande der flüssigen Kristalle ausreicht.
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