DE2423675A1 - Steueranordnung fuer eine anzeigeeinrichtung - Google Patents
Steueranordnung fuer eine anzeigeeinrichtungInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
DR".'CLAU-S REINiLÄNDER DIPL-ING. KLAUS BERNHARDT
D-8 München 60 ... Orthstraße.12 ·. Telefon 832024/5
. Telex 5212744 · Telegramme Interpatent "' . ' " 2423675
Citizen Watch Co., Ltd. Shinjuku-ku, Tokyo, Japan
Steueranordnung für eine Anzeigeeinrichtung
Priorität: Japan 15. Mai 1973 - Nr.53889/73
Die- Erfindung betrifft eine Steueranordnung für eine Anzeigeeinrichtung,
die durch ein mit Wechselstrom gespeistes Flüssigkristallanzeigeelement gebildet wird und ermöglicht,die
elektrische Leistung, die durch das Flüssigkristallanzeigeelement verbraucht wird, zu verringern.
Bisher war es allgemein üblich, ein Flüssigkristallanzeigeelement mittels einer elektrischen Wechselspannung.unter Beachtung
der Lebensdauer bei der Spannungsbemessung des Flüssigkristallanzeigeelements zu speisen. Bei einer derartigen
Steueranordnung wurde von zwei Signalen Gebrauch gemacht, de-
ren Phasenlage gegeneinander umjrverschoben war, und das Zuführen
von Signalen entgegengesetzter Polarität auf Gegensei- · ten des Flüssigkristallanzeigeelements führte dazu, daß ein
dynamischer "Scattering" Zustand (DS Modus) oder eine Eliminierung des "Twist" Zustands in der Polarisationsebene (TWIST
Modus) eintrat, während die Zuführung von Signalen mit gleicher Polarität quer zum Flüssigkristallelement zu einer Eliminierung
des dynamischen "Scattering^1 Zustandes und dem Auftreten des
"Twist" Zustandes führte.
In Fig.1 ist eine übliche Flüssigkris.tallansteuerschaltung
dargestellt. Ein Segmentsignal'S zur Ansteuerung eines Segmentes, das jedes Flüssigkristallanzeigeelement bildet, und
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ein Wechselstromsteuersignal φ werden einem Exklusivgatter 1 zugeführt.
Das Ausgangssignal des Exklusivgatters 1 wird an eine der Klemmen eines Flüssigkristallanzeigelements 11 geführt. Das
Signal φ wird ferner an die andere Klemme des Flüssigkristallanzeigeelements
11 gelegt. Das Flüssigkristallanzeigeelement 11 in Verbindung mit der Ansteuerschaltung, wie es in Fig.1 dargestellt
ist, kann in seinem Verhalten als Kondensator in der Ansteuerschaltung äquivalenter Schaltung "angenommen werden.
Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, ist die ^steuerschaltung
nach Fig.1-durch eine äquivalente Schaltung ersetzt,
die aus einer Gleichstromquelle, einem Kondensator und Schaltern, wie in Fig.2 dargestellt, besteht. Der Entladungsstrom des Kondensators
sei nun unter Betrachtung des Leistungsverbrauchs in der Flüssigkristallansteuerschaltung beschrieben.
In Fig.2 ist ein Kondensator 21 mit der Kapazität C über Umschalter
22, 23 zur Polaritätsumkehr der elektrischen Ladung, die in
dem Kondensator 21 gespeichert ist, in Serie mit einer Gleichstromquelle 24 verbunden, welche die Gleichspannung E besitzt und
in Reihe mit dem Widerstand 25 liegt, der den Gesamtwiderstandswert
der Schaltungsanordnung darstellt, wenn der Kondensator 21 mit der dargestellten Polarität geladen wird. In Fig.2 bedeuten
+q und -q positive und negative elektrische Ladungen, die dem kondensator 21 erteilt werden.
Wenn die Umschalter 22, 23 von der ersten Stellung, die in Fig.
2(a) dargestellt ist, in die Stellung gemäß Fig.2(c) umgelegt werden, wird im ersten Falle die elektrische Ladung, die an den Elektroden
des Kondensators 21 gespeichert wurde, über die Stromquelle 24 entladen, wie dies in Fig.2(c) dargestellt ist, bis die positiven
und negativen Ladungen an den Elektroden des Kondensators 21 entgegengesetzte Polaritäten gegenüber der Darstellung nach
Fig.2(a) angenommen haben, wie dies in Fig.2(b) dargestellt ist.
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Wenn die Umschalter 22, 23 vom Schaltzustand in Fig.2(b) in den
Schaltzustand nach Fig.2(d) umgelegt worden sind, so wird im ersten
Fall die elektrische Ladung, die an den Elektroden des Kondensators 21 gespeichert ist, über die Stromquelle 24, wie in Fig.
2(d) dargestellt, umgeladen bis die positiven und negativen Ladungen
an den Elektroden des Kondensators 21 eine entgegengesetzte Polarität zu der Darstellung naoh Fig.2(b) angenommen haben,
wie dies in Fig.2(f) dargestellt ist.
Bei einer üblichen Anzeigeansteueranordnung gemäß Fig.1 werden
Spannungen mit entgegengesetzten Polaritäten abwechselnd dem Flüssigkristallanzeigeelement 11 mit einer Periode eines Wechselstromsteuersignals
φ zugeführt. Als Ergebnis davon ergibt sich, daß eine Periode der Ansteueranordnung für den Flüssigkristall
aus dem Übergang des Zustandes von Fig.2(a) nach Fig.2(c), sodann nach Fig.2(b), darauf nach Fig.2(d) und schließlich nach
Fig.2(a) besteht.
In der' in Fig.2(e) dargestellten Schaltung ist ein Schalter 26
vorgesehen, der dazu dient, die Stromquelle für die Schaltung nach Fig.2(b) ein- und auszuschalten. Nachdem der Schalter 26
geschlossen ist, wird der Kondensator 21 mit positiver und negativer
Ladung in gleicher Weise wie im Schaltzustand nach Fig. 2(b) aufgeladen.
Die in der Schaltungsanordnung während der Zeit der Schaltungsbedingung
nach Fig.2(a) verbrauchte Verlustenergie, während der die positiven und negativen elektrischen Ladungen am Kondensator 21
im Gleichgewicht mit dem Schaltzustand nach Fig.2(b) sind, wobei positive und negative elektrische Ladungen am Kondensator 21 ebenfalls
im Gleichgewicht sind, wird im Widerstand 25 ausschließlich
2 umgesetzt, und der Wert der Verlustenergie beträgt 2CE .
Die durch die Schaltungsanordnung verbrauchte Verlustenergie während
der Zeit des Schaltzustandes, in welcher der Kondensator nicht mit elektrischer Ladung aufgeladen ist, wie in Fig.2(e) gezeigt,
bis zum Schaltzustand, in dem der Schalter 26 geschlossen
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ist, um positive und negative elektrische Ladung im Kondensator 21, wie in Fig.2(b) dargestellt, zu speichern, beträgt 1/2
CE2.
In Fig.2(f) ist eine Schaltung dargestellt, bei der parallel
zum Kondensator 21 ein Schalter 27 angeordnet ist, der zum Kurzschluß der Stromquelle 24 und zur Entladung der im Kondensator
21 gespeicherten Ladung über diesen Schalter 27 dient. Der Schalter 27 ist mit dem Schalter 26 derart verbunden, daß
wenn der Schalter 26 geschlossen ist, der Schalter 27 geöffnet wird, und andererseits bei geöffnetem Schalter 26 der Schalter
27 geschlossen wird. In dem Schaltzustand, wie er in
3?ig.2(f) dargestellt ist, das heißt, wenn der Speiseschalter 26 geöffnet ist, sodaß der Kurzschlußschalter 27 schließt,
wird die elektrische Ladung, die im Kondensator 21 gespeichert ist, durch den Kurzschlußschalter 27 entladen, und als
Ergebnis davon wird die im Kondensator 21 gespeicherte Ladung beseitigt, sodaß ein Zustand eintritt, der dem Zustand
in Fig.2(e) entspricht, bei dem die Verbindungsschalter 22 und 23 sich jeweils in der unteren Kontaktstellung befinden.
Wird dann der KurzSchlußschalter 27 geöffnet, um den Leistungsschalter
26 zu schließen, so wird der Kondensator 21, wie in Fig.2(b) gezeigt, aufgeladen, und der Energieverlust
erhält den Wert 1/2 CE , der während der Zeit entsteht, während der sich der Schaltungszustand, der in
Fig.2(f) gezeigt ist, zum Schaltungszustand gemäß Fig.2(b)
ändert. Durch den Energieverlust von 1/2CE , der in der Zeit des Schalt zustande s in 3?ig.2(e) bis zum Schaltzustand
in Fig.2(b) entsteht, erhält der Energieverlust den Wert CE . Die Verwendung des Kurzschlußschalters 27
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bewirkt, daß ein Entladungsstrom außerhalb der Stromquelle 24 fließt. Versuche zur Berechnung führten zum
Ergebnis, daß der Energieverlust, der im !Falle der Verwendung eines Kurzschlußschalters entsteht, um 50$ geringer
wird als im lalle einer Änderung des Schaltzustande
s vom Zustand nach Fig.2(a) über den Zustand gemäß .'
E1Ig.2(c) zum Zustand gemäß Fig.2(b) oder der im Falle einer
Änderung des Schalzustandes vom Zustand gemäß Fig.2(b) über den Zustand nach Fig.2(d) in den Zustand nach Fig.
2(a) entsteht.
Eine derartige Verringerung des Energieverlustes aufgrund von Berechnungen wird in der Praxis bei Verwendung von
Flüssigkristallen eines Feldeffekttransistortyps zu erwarten sein, deren Leistungsverbrauch wegen der Gleichstromkomponente
des Wechselstromes, der diesem zugeführt wird, im wesentlichen null ist. Sogar bei der Verwendung
von Flüssigkristallen des dynamischen "Scattering-Typs",
was mit einem Leistungsverbrauch infolge der Gleichstromkomponente des zugeführten Wechselstromes verbunden ist,
kann der Energieverlust um ein Mehrfaches von 10$ verringert
werden.
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Es ist zu erwarten, aaß eine Steueranordnung für die Anzeigeeinrichtung,
die von einem Kurzschlußschalter 27 Gebrauch macht, als vorteilhaft anzusehen ist, da zur Steuerung des Flüßigkri-. >.,
stalls Wechselstrom, dessen Frequenz niedriger als 100 Hz liegt, zur Verringerung des absoluten Wertes des verbrauchten Stromes
erforderlich ist.
Mit dör Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine Steueranordnung
für Anzeigeeinrichtungen zu schaffen, die bewirkt, daß ein Entladungsstrom im Kurzschluß an der elektrischen Speisequelle vorbeigeleitet,
und so der Energieverlust aus der Stromquelle wesentlich gesenkt wird.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Dabei zeigen:
Fig.1 die Schaltung einer bekannten Anzeigesteueranordnung;
Pig.2(a) bis 2(e) äquivalente Schaltungen zur Erläuterung des Energieverlustes
bei der Entladung;
Fig.3(a) bis 3(e) äquivalente Schaltungen zur Erläuterung der Wirkungsweise
der Anzeigesteueranordnung gemäß der Erfindung;
Fig.4(a) bis 4(d) Zeitdiagramme der verschiedenen Spannungen, die
den Klemmen der Flüssigkristallanzeigeelemente bei der Steuerschaltung gemäß der Erfindung zugeführt werdenj
Fig.5 eine Schaltungsanordnung einer Ausführungsform der Anzeigesteueranordnung
gemäß der Erfindung;
Fig.6(a) eine Schaltungsanordnung einer bevorzugten Ausführungsform der Anzeigesteuereinrichtung gemäß Fig.5 und ein Verzögerungs-Flip-Flop,
das als Verzögerungselement benutzt wird;
Fig.6(b) die Schaltungsanordnung eines Exklusivgatters, das als
Verzögerungselement in Fig.6(a) dargestellt ist sowie die entsprechende Zeitdarstellung von verschiedenen Spannungen;
Fig.6(c) die Darstellung einer Verriegelungsschaltung, die als Verzögerungselement in Fig.6(a) verwendet wird, sowie die entsprechende
Darstellung des Zeitverlaufes von verschiedenen Spannungen;
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Fig.7(.a) den zeitlichen Verlauf der verschiedenen Spannungen der
Anzeigeansteuerungsanordnung gemäß der Erfindung, die in Fig.6(a) dargestellt ist;
Fig.7(b) bis 7(g) Schaltungsdiagramme zur Erläuterung der Phasenbedingungen,
die durch die Linien 2A bis 3D in Fig.7(a) angedeutet
sind;
.8 ein Diagramm das der Erläuterung des Vergleichs zwischen dem
Verhältnis^-g des verbrauchten Stromes der Anzeigesteueranordnung
nach der Erfindung gegenüber einer üblichen Anzeigeansteuerungsanordnung
dient; die Abszisse zeigt dabei die Kurzschlußzeit und die Ordinate das Kontrastverhaltniso·» und das Verhältnis des Stromverbrauches
Fig.9(a) bis 9(f) Schaltungen bevorzugter Ausführungsformen von O-MOS-Elementen, die in den logischen Schaltungen der Anzeigesteueranordnung
nach Mg.5 verwendet werden;
Fig.10(a) eine Schaltung einer weiteren Ausführungsform der Anzeigesteuerungsanordnung
gemäß der Erfindung, bei der vom natürlichen Entladungsstrom eines Flüssigkristallanzeigeelements Gebrauch gemacht
wird;
Fig.1O(b) den Zeitverlauf verschiedener Spannungen bezogen auf die
Anordnung nach Fig.1O(a) und .·-. '.
Pig.10(c) die Schaltung einer weiteren Ausführungsform einer Anzeigesteueranordnung
gemäß der Erfindung, die ebenfalls vom natürlichen Entladungsstrom des Flüssigkristallanzeigeelements Gebrauch
macht.
Die Grundidee der Anzeigesteueranordnung gemäß der Erfindung ist
nachstehend unter Bezug auf die äquivalente Schaltung erläutert, die in Fig.2(f) dargestellt ist.
Ein Merkmal der Erfindung bildet eine Anzeigeansteuerungsanordnung
mit Umschaltkontakten zum Umschalten der Polaritäten der Spannung, die an das Flüssigkristallanzeigeelement 11 angelegt werden sowie
mit einem Leistungsschalter 26 zum Ein- und Ausschalten der Stromquelle 24 und einem Kurzschlußschalter 27, durch den ein Entla-
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dungsstrom fließt und bei der diese Elemente zueinander derart angeordnet
sind, daß der Energieverbrauch aus der elektrischen Stromquelle 24 niedrig gehalten werden kann.
Das bedeutet, daß der Leistungsschalter 26 zur Anschaltung der Stromquelle 24 an den Flüssigkristall 21, wie in Fig.2(f) geschlossen,
und daß der Kurzschlußschalter 27 ständig geöffnet ist. Im Gegensatz
dazu ist, wenn der Leistungsschalter 26 geöffnet ist, um den Flüssigkristall 21 von der Stromquelle zu trennen, der Kurzschlußschalter
27 geschlossen und baut einen Kurzschlußkreis außerhalb
der Stromquelle 24 auf, und der Kondensator 21 wird über diesen entladen. Zusätzlich bewirkt die Zuführung einer Wechselspannung
an den Flüssigkristall 21, daß die Umschalter 22, 23 jeweils
bei Umlegen des Kurzschlußschalters 27 von ihrem einen Zustand zum
anderen Zustand umgeschaltet werden, wodurch die Polaritäten der an den Kondensator 21 gelegten Spannung geändert werden.
Die Wirkungsweise der Anzeigeansteuerungsanordnung gemäß der Erfindung
ist nachstehend im Hinblick auf die oben angedeutete Grundidee der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig.J(a) bis 3(e) beschrieben.
In den Fig.3(a) bis 3(e) bezeichnen die Ziffern 28 und 29 Schalter,
die voneinander unabhängig betätigt werden können. Die Schalter 28 und 29 werden derart betätigt, daß in den Schaltzuständen
gemäß den Fig.3(ä) und 3(d) Spannungen mit entgegengesetzten Polaritäten an das Flüssigkristallanzeigeelement 11 gelegt werden, und
daß in den Schaltzuständen, die in Fig.3(b) und 3(c) gezeigt sind,
Spannungen mit gleicher Polarität an das Flüssigkristallanzeigeelement 11 angelegt werden, um die Stromquelle 30 abzutrennen.
In den äquivalenten Schaltungen nach den Fig.3(a) bis 3(d) werdend
die folgenden vier Betriebszustände der Schaltungen für eine Periode
dargestellt, die für die periodischen Arbeitsvorgänge der Schalter 28 und 29 erforderlich sind, um die Polaritäten der Spannung
umzukehren, die an das Flüssigkristallanzeigeelement 11 gelegt werden, um diese Polaritäten in ihren Anfangszustand zurückzuführen.
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Der erste Schaltungsarbeitsmodus ist:
(a) - (b) - (d) - (c) - (a) Der zweite Schaltungsarbeitsmodus ist:
(a) - (b) - (d) - (b) - (a) Der dritte Schaltungsarbeitsmodus ist:
(a) - (c) - (d) - (c) - (a) Der vierte Schaltungsarbeitsmodus ist:
In den Fig.4(a) bis 4(d) sind Zeitdiagramme dargestellt, die den
zeitlichen Verlauf der Spannungen V^ und V^ darstellen, die an die
gemeinsamen Klemmen A und B der Schalter 28 und 29 jeweils ange-τ-legt
werden, sowie den Verlauf. der Spannung V^(V^-Vg), die an das
Flüssigkristallanzeigeelement 11 gelegt wird. Der Verlauf der Spannungen V^, V-g und VLC(VA-VB) der Fig.4-(a) und 4-(b) entspricht zeitlich
der Ansteuerung des Flüssigkristallanzeigeelements im ersten und zweiten Schaltungsmodus,· der oben ausgeführt ist. In diesem
Falle ändern sich die Schaltungsbedingungen gemäß den Fig.3(a) bis 3(d) jeweils zu den gleichen Zeiten.
Wie aus den Fig.4(a) und (b) ersichtlich, ist der wirksame Verlauf
der Spannung V™ in dem ersten und zweiten Arbeitsmodus gleich,
unabhängig von dem Unterschied in der Ansteuerungsbetriebsart.
In Fig.4(c) ist ein anderer Verlauf der Spannungen V., V-g und
Vn-c(V»-V-n)im ersten Schaltungsarbeitsmodus gezeigt. Die Zeit, die
für die Schaltungsbedingung nach Fig.3(b) erforderlich ist, ist zweimal so lang als die Zeit, die für die Schaltungsbedingungen in
Fig.3(a)-und 3(d) erforderlich ist.
Wie aus den obigen Ausführungen ersichtlich, zeigen die Zeitdiagramme
in den Fig.4-(a) bis 4(d) die Wirkungsweise der Anzeigeansteuerungsanordnung
gemäß der Erfindung. Die Zeit, die für die Schaltungsbedingung nach Fig.A-(b) und 4(c) erforderlich ist, ist
bedeutend kurzer, als die Zeit für die Schaltungsbedingung nach Fig.4(a) und 4-(d).
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Die elektrische Ladung, die in dem Flüssigkristallanzeigeelement 11
gespeichert ist, wird entladen, wenn die Spannung V^0 zu null wird,
und als Ergebnis davon kann die Energie der Stromquelle, die zur Ansteuerung des Flüssigkristallanzeigeelements erforderlich ist,
wesentlich verringert werden.
In den äquivalenten Schaltungen, die in den Fig.3(a) "bis 3(d) dargestellt
sind, ist es ferner möglich, einen fünften Schaltungsarbeitsmodus,
beispielsweise (a) - (b) - (d) - (a) - (b) - (d) - (a) usw. aufzustellen. Der Spannungsverlauf von V^, V^ und ^j1(J^A^B^
ist in diesem Falle in Fig.4-(d) dargestellt.
In Fig.3(e) ist eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 3(a) dargestellt, wobei jeder der Schalter 28 und 29 so eingerichtet
ist, daß dieser mit einem offenen Kontakt verbunden werden kann, der nicht an die Stromquelle 30 angeschlossen ist. In dem Schaltungszustand, der in Fig.3(e) dargestellt ist, sind die Schalter
28, 29, die jeweils einen offenen, nicht mit der Stromquelle 30
verbundenen Kontakt besitzen, auf ihre offenen Kontakte eingestellt. Somit ist die Stromquelle 30 von der Schaltung abgetrennt, und ein
Schalter 12, der parallel zum Flüssigkristallanzeigeelement 11 liegt, ist geschlossen, um einen Kurzschluß des Flüssigkristallelements
11 zu erzielen. Die Schalter 28, 29 im Schaltzustand nach
Fig.3(e) befinden sich in derselben Stellung wie in den Schaltungszuständen, die in Fig.3(t>) und 3(c) gezeigt sind, und als Ergebnis
entstehen die folgenden neun Schaltungsbetriebsweisen, einschließlich des Schaltzustandes gemäß Fig.3(e), in dem der Schalter 12
geschlossen ist.
Der erste Schaltungsarbeitsmodus:
(a) - (b) - (d) - (c) - (a) Der zweite Schaltungsarbeitsmodus:
(a) - (b) - (d) - (c) - (a) Der dritte Schaltungsarbeitsmodus:
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Der vierte Schaltungsarbeitsmodus:
(a) - (ς) - (d) - (c) - (a) Der fünfte Schaltungsarbeitsmodus:
(a) - (c) - (d) - (e) - (a) Der sechste Schaltungsarbeitsmodus:
(a)--(c) - (d) - (by- (a)
Der siebte Schaltungsarbeitsmodus:
(a) - (e) - (d) - (c) - (a) Der achte Schaltungsarbeitsmodus:
(a) - (e) - (d) - (e) - (a) Der neunte Schaltungsarbeitsmodus:
In I1Ig.5 ist eine Ausführungsform der Anzeigesteuereinrichtung
nach der Erfindung dargestellt, welche die obigen neun Betriebsweisen ausführen kann. Ein Wechselstromsignal φ* zur Steuerung
des Flüssigkristalls wird einem Inverter 51 zugeleitet, um durch
Phasendrehung ein Signal "3Λ zu erzeugen, das an eine der Klemmen
14 des Flüssigkristallelements 11 gelegt wird. Ein Signal φ^ m^
einer Phasenverzögerung gegenüber dem Signal Xj umAt liegt an
einem UND-Gatter 53» an das auch das Segmentsignal S geführt wird.
Die Phasendifferenz At bezieht sich auf die Zeit, während der die
elektrische Ladung, die im Flüssigkristallanzeigeelement 11 gespeichert ist, durch den Kurzschluß an der Spannungsquelle vorbeigeführt
wird, um den Energieverlust der Stromquelle zu verringern. Dies trägt zum Kontrast des Flüssigkristallanzeigeelements bei.
Das Segmentsignal S wird ferner an einen Inverter 5^ geleitet,
durch den die Phase des Segmentsignals S zum Erhalt des Signals S umgekehrt wird. Das Signal B wird einem UND-Gatter 52 zugeführt,
an das ferner das Wechselstromsignal φ ^ zur Ansteuerung des Flüssigkristalls
geleitet wird.
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Das Ausgangssignal j2LJ3 aus dem UND-Gatter 52 und das Ausgangssignal
jzLS aus dem UND-Gatter 53 werden einem NOR-Gatter 55 zugeführt
und dessen Ausgangssignal (jz^S+jzfgS) einer anderen Klemme 15
des Flüssigkristallanzeigeelements 11 zugeführt. Als Ergebnis davon wird an die Klemme 14 und 15 des Flüssigkristallanzeigeelements
11 ein Signal angelegt, das aus den Signalen f^-tf^ü+^S besteht.
Wenn das Segmentsignal S null ist, so ist auch das Signal jjL-jjL=
und somit ist keine Spannung an das Flüssigkristallanzeigeelement 11 angelegt. Ist das Segmentsignal S = 1, so wird die Spannung,
bestehend aus j^-jzTp an das Flüssigkristallelement 11 angelegt.
Das Signal ^ ^-B^ gegenüber dem Signal ^ um die Zeit At verzögert
und besitzt eine Periode, welche der des Signals jL· entspricht.
Als Alternative können auch die Signale φ* und jzL benutzt werden,
deren Perioden voneinander verschieden sind, vorausgesetzt, daß die Bedingung gemäß der folgenden Gleichung erfüllt wird!
Jo
1 2
Dabei bedeutet T ein periodisches Zeitintervall .des Ansteuersignals,
das kürzer ist als die kleinstmögliche Zeit, in der eine nichtreversible Reaktion auftritt, die für den Flüssigkristall
schädlich ist. Auch in diesem Fall muß eine solche Flüssigkristallansteuerungsanordmmg
vorgesehen werden, durch die eine elektrische Ladung, die in dem Flüssigkristallanzeigeelement gespeichert
ist, über eine Kurzschlußschaltung, welche die Stromquelle überbrückt, abgeleitet wird.
In Fig.6(a) ist die Schaltungsanordnung einer bevorzugten Ausführungsform
der Anzeigesteuerungsanordnung gemäß der Erfindung dargestellt. In Fig.6(a) werden die gleichen Bezugszeichen wie in
Fig.5 für die gleichen Schaltelemente benutzt.
Ein Hochfrequenzsignal wird von einem Oszillator 56 an einen Frequenzteiler
57 geleitet, von dem der Steuerwechselstrom s& für den
Flüssigkristall abgeleitet wird, der über einen Inverter 58 zugeführt
wird. Der Inverter 58 dient dazu, das Signal φ in das Sig-
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nal 3 umzuwandeln, das an eine von zwei Klemmen des !Flüssigkristallanzeigeelements
11 angelegt wird. Das Signal φ wird ferner an ein Daten-Flip-Flop 16 angelegt, dem ebenfalls eine verhältnismäßig
hohe Signalfrequenz φ y, zugeführt wird, die aus dem
Frequenzteiler 57 abgeleitet ist und als Taktsignal dient. In diesem Falle verknüpft das Taktsignal φ y, den Wechselstrom φ zur
Steuerung des Flüssigkristalls, wenn φ y, ansteigt; φ ^,triggert
das Daten-Flip-Flop, sobald φ y, abfällt. Als Ergebnis wird ein
Signal j?V, das gegenüber dem Signal φ um eine halbe Periode des
Takt signals φ ^ verzögert ist, aus dem Signal φ abgeleitet. Die.
Phase des Signals j?! ist der Phasenlage des Signals φ1 entgege'ngesetzt.
Ersetzt man die Signale $' und φ durch die Signale φ^
und jz^, die in Fig.5 dargestellt sind, so ist das Ausgangssignal X
aus dem NOR-Gatter 55 durch folgende Beziehung gegeben:
X = ^'S+jzfiS = ^S+jiLS. In diesem Falle wird an das FlüssigkriI
stallanzeigeelement 11 angelegt: (j^oS-J^I?) -J2L. Zum Zeitpunkt, zu
dem das Segmentsignal S null ist, wird auch die Spannung an dem Flüssigkristallanzeigeelement 11 zu null und zu einem Zeitpunkt,
in dem das Segementsignal S = 1 ist, wird die Spannung an dem
Flüssigkristallanzeigeelement 11 den Wert ("fig-^O .annehmen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als Verzögerungselement zum Herstellen eines um Ät verzögerten Signals aus dem Wechselstromansteuersignal
φ von einer logischen Schaltungsanordnung Gebrauch gemacht, die ein Daten-Flip-Flop 16 enthält. Als Alternative
zu einer derartigen logischen Schaltung kann auch eine logische Schaltung verwendet werden, die ein Exklusivgatter wie in
Fig.6(b) enthält oder eine logische Schaltung mit einer Verriegelungsanordnung wie in Fig.6(c) dargestellt.
Bei der logischen Schaltung, die ein Exklusivgatter umfaßt, und die in Fig.6(b) dargestellt ist, ist mit φ^ e^n Wechselstromsignal
zur Ansteuerung eines Flüssigkristalls bezeichnet, das eine Frequenz von 32 Hz besitzt, und ein Signal φ'^ wird aus dem gleichen
Frequenzteiler abgeleitet, das eine Frequenz von 64- Hz besitzt. Diese Signale φ-,~ und Φ}cn werden den Eingangsklemmen des Exklusiv-
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gatters zugeführt, aus dessen Ausgangsklemme das Signal jföp abgeleitet
wird, dessen Phase gegenüber dem Signal jzL2 um die Impulsbreite
des Signals φΧη verzögert ist.
Bei der logischen Schaltungsanordnung mit der Verriegelungsschaltung
nach Fig.6(c) wird von einem Takt-Signal φ »ebenso wie im Falle
der Daten-Flip-Flop-Schaltung in Fig.6(c) Gebrauch gemacht, und das Signal jzL9 wird der Eingangsklemme der Verriegelungsschaltung
zugeführt, aus deren Ausgangskleinme ein Signal φ*-?o abgeleitet wird,
dessen Phase gegenüber dem Signal φ^ van. eine Halbperiode des Signals
φ-^2 verzögert ist.
Anstatt dieser logischen Schaltungen kann man ein Element mit Verteilerkonstante
verwenden, das zwischen Verstärker eingefügt ist, z.B. RC-Integrationsschaltungen o.dgl.
Im Falle der Verwendung einer logischen Schaltungsanordnung als Verzögerungselement kann zusätzlich der erforderliche Taktimpulszüg
durch einen separaten Oszillator erzeugt werden, und der Taktimpuls, der auf diese Weise erzeugt wurde, kann in dessen abgestimmten
Zustand verwendet werden.
In Fig.7(a) ist ein Zeitdiagramm dargestellt, das den zeitlichen Ablauf des Signals φ zeigt, dessen Frequenz um 1/4 niedriger als
die Frequenz der Taktimpulse φ * ist. X stellt das Ausgangssignal
aus dem NOR-Gatter 55 der Selektionsschaltung in Fig.6(a) dar.
In Fig.7(a) erläutern die Linien 5A, 3B, JC und 3D Betriebsarten,
welche dieselben sind, wie die Schaltzustände der Schalter für die Klemmen eines Flüssigkristallanzeigeelements 11, das in Fig.7(b)
gezeigt ist.
Das bedeutet, daß die Phasenbedingung der in Fig.7(b) gezeigten Schaltung der Phasenbedingung entspricht, die durch die Linie.3A
in Fig.7(a) angedeutet ist, bei der die Spannung, die an das Flüssigkristallanzeigeelement
11 angelegt wird, jeweils den niedrigen Pegel L und den hohen Pegel H annimmt. Wird die Phasenbedingung,
welche durch die Linie 3A angedeutet wird, geändert, und zwar in
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eine Phasenbedingung, die durch die Linie 3B angedeutet wird, so
bewirkt die elektrische Ladung, die in dem Flüssigkristallanzeigeelement 11 gespeichert ist, daß sich diese auf dem niedrigen Pegel
L und dem hohen Pegel H, wie in Fig.7(c) gezeigt, aufrechterhält. Dann wird diese elektrische Ladung durch einen Kurzschlußweg
außerhalb der Stromquelle entladen, um die Schaltbedingung nach Fig.7(d) zu erreichen. Wird die Phasenbedingung, die durch
die Linie 3B angedeutet ist, in eine Phasenbedingung, wie sie die Linie 3C zeigt, geändert, so wird die elektrische Ladung, die in
dem Element 11 gespeichert ist, in Richtung auf den hohen Pegel H und den niedrigen Pegel L, wie in Fig.7(e) dargestellt, geändert.
Dabei wird das Flüssigkristallelement 11 geladen. V/enn die Phasenbedingung, die durch die Linie 30 angedeutet ist,, zur Phasenbedingung
gemäß der Linie 3D verändert wird, so werden beide Klemmen des Elements 11 wie in Fig.7(f) kurzgeschlossen, um diese Klemmen
jeweils auf den hohen Pegel H und den niedrigen Pegel L zu bringen, und um dabei das Flüssigkristallanzeigeelement 11 über den
Kurzschlußweg außerhalb der Stromquelle zu entladen. Nach der Entladung nimmt der Pegel der elektrischen Ladung am Flüssigkristallanzeigeelement
11 den Zustand wie in Fig.7(g) gezeigt ein.
Bei der in Fig.5 dargestellten Ausführungsform empfangen der Inverter
51 und das NOR-Gatter 55 ihre Eingangssignale aus einer
gemeinsamen Stromquelle, und ihre Ausgangssignale mit jeweils hohem
Pegel H und niedrigem Pegel L sind in Koinzidenz mit den positiven und negativen Potentialen der Stromquelle. Besitzen die
Spannungen, die an beide Klemmen des Flüssigkristallanzeigeelements 11 angelegt werden, gleiches Potential, so ist es möglich,
einen Kurzschlußweg um die Stromquelle herum zu führen.
Sogar, wenn die Spannungen, die an beide Klemmen des Anzeigeelements
11 gelegt werden, gleiches Potential besitzen, wenn der Inverter 51 und das NOR-Gatter 55 (gemäß Fig.5) u.dgl. aus getrennten
und unabhängigen Stromquellen gespeist werden, kann der Kurzschlußweg nicht außerhalb einer Stromquelle aufgebaut werden. In
diesem Falle wird, wenn eine der Stromquellen entladen wird, die andere Stromquelle überladen. Zusätzlich wird, wenn die Ausgangs-
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pegel des Inverters 51 und des NOR-Gatters 55 nicht in Koinzidenz
mit der positiven und negativen Spannung der Stromquelle sind, das Flüssigkristallanzeigeelement nicht ausreichend durch den
Kurzschlußweg außerhalb der Stromquelle entladen, und ein Teil des Entladungsstroms fließt über die Stromquelle.
Um eine Anordnung zur Ansteuerung einer Anzeigeeinrichtung zu
schaffen, die gestattet, die Ausgangspegel aus der logischen Schaltungsanordnung
in Einklang mit den positiven und negativen Potentialen zu bringen, wird eine komplementäre logische Schaltung vorgesehen,
bei der vorzugsweise ein C-MOS-Transistor anstelle eines
bipolaren Transistors vorgesehen ist.
In Fig.8 sind Diagramme gezeigt, welche das Stromverbrauchsverhältnis
% j, und das Kontrastverhältnis % c gegenüber üblichen Anzeigeansteuerungsanordnungen,
wie in Fig.1 dargestellt, angeben, bei denen Wechselstromsignale mit entgegengesetzten Polaritäten an ein
"TWIST"-Flüssigkristallanzeigeelement von einer Anzeigesteuerungsanordnung
gemäß der Erfindung nach Fig.6(a) angelegt sind. Diese Diagramme sind auf der Grundlage der Ergebnisse einer experimentellen
Untersuchung gezeichnet, bei der ein "TWIST"-Flüssigkristallanzeigeelement
durch eine Wechselspannung von 7 v mit einer
Frequenz von 32 Hz angesteuert wurde. Wie aus Fig.8 ersichtlich,
ist die Zeit Ät, welche die Phasendifferenz zwischen 3^ und φ^
darstellt (Fig.5), extrem kurz. In Fig.8 ist der Strom, der von
einer üblichen Anzeigeanordnung nach Fig.1 verbraucht wird, bei einer Phasendifferenz <lt=O durch eine strichpunktierte Linie 1
bezeichnet. Wie aus den experimentellen YerSuchsergebnissen nach
Fig.8 ersichtlich, macht es die AnzeigeSteuerungsanordnung gemäß
der Erfindung möglich, eine bedeutende Ersparnis an Speiseenergie zu erzielen.
In den Fig. 9(a), 9(b), 9(c), 9(d), 9(e) und 9(f) sind verschiedene
Ausführungsformen der logischen Schaltungsanordnung nach Fig.5 dargestellt,' die in C-MOS-Technik ausgeführt sind.
409848/09Q7
Zu einem Zeitpunkt, zu dem das Segmentsignal S seinen hohen Pegel einnimmt, befindet sich sowohl das P Kanal-Gatter 90 als auch das
N Kanal-Gatter 91 im linken Teil der Schaltung im Zustand AUS, und
sowohl -dasP Kanal-Gatter 92 als auch das Έ Kanal-Gatter 93 auf der
rechten Seite der Schaltung gelangen in den Zustand EIN. Damit wird das Signal 95» das der auf der linken Seite dargestellten Klemme
des Flüssigkristalls 94· zugeführt wird, zum Wert /zTo· -^n d-en Flüssigkristall
94· werden die Spannungen ί^-ί?ρ angelegt. Umgekehrt wird
zu einem Zeitpunkt, in dem das Segmentsignal S seinen niedrigen Pegel
einnimmt, das Signal 95* das an der linken Klemme 95 des Flüssigkristalle
angelegt ist, zu JzL, und damit erhält die Spannung,
die an den Klemmen des Flüssigkristalls 94· liegt, den Wert jzL·-JzL=O
Mit anderen Ausführungsformen, die in Fig.9(b), 9(c), 9(d), 9(e)
und 9(f) dargestellt sind, wird in gleicher Weise verfahren, sodaß
eine nähere,Beschreibung davon fortgelassen werden kann.
Wird gewünscht, ein Flüssigkristallanzeigeelement mit großer Fläche
anzusteuern, so muß die Ausgangsimpedanz der Steuerschaltung klein bemessen sein. Wird der Wert Gm der Steuerschaltung unmit- "
telbar klein bemessen, so wird die Abmessung des Chips des C-MOS-Bausteins groß. In diesem Falle ist es vorzuziehen, für den IC-Auf
bau an der Ausgangsseite der Steuerschaltung eine C/MOS-Puffer-Schaltung
zuzufügen, beispielsweise einen größeren C/MOS Inverter oder eine Kombination eines Inverters kleinerer Dimension mit einem
Inverter großer Dimensionierung und die Spannung über einen derartigen Puffer an das Flüssigkristallanzeigeelement anzulegen.
Integrierte Schaltungsanordnungen in C-MOS-Technik, die in den
Fig.9(a) bis'^Ce) dargestellt sind, haben folgende Vorteile:
In erster Linie ermöglicht eine integrierte Schaltungsanordnung
in C-MOS-Technik einen geringen Leistungsverbrauch im Falle eines Kurzschlußaufbaus. Damit läßt sich das Hauptziel der Anzeigeansteuerungsanordnung
gemäß der Erfindung voll erreichen. Das bedeutet, daß das Anlegen des gleichen Potentials quer zum Flüssigkristallanzeigeelement
bewirkt, daß die elektronischen Schalter
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einen Kurzschlußkreis außerhalb der Stromquelle aufbauen können, wodurch die elektrische Ladung am Flüssigkristallanzeigeelement
über diesen Kurzschlußkreis entladen wird, um die verbrauchte Leistung auf die Hälfte gegenüber einer üblichen Anordnung zu
senken. Im Falle der Verwendung von bipolaren Transistoren, auch wenn eine Schaltungsanordnung mit komplementären Typen übernommen
v/ird, ist für den Fall des Aufbaues eines Kurzschlusses außerhalb der Stromquelle ein Leistungsverbrauch zu berücksichtigen. Für
den Fall der Verwendung nichtkompl.ementärer bipolarer Transistoren
in der Schaltungsanordnung ist es schwierig, die Pegel der dem Flüssigkristallanzeigeelement zugeführten Spannungen miteinander
zur Koinzidenz zu bringen und somit einen Kurzschluß zu ermöglichen.
In den Fig.1O(a) und 1O(c) sind weitere Ausführungsformen einer
Steueranordnung für Flüssigkristallanzeigeelemente nach der Erfindung dargestellt, bei denen positive und negative Spannungen
zufolge der natürlichen Entladung des Flüssigkristallelements an dieses gelegt werden. Bei derartigen Ausführungsformen wird die
Phasendifferenz At nicht benutzt. Dagegen wird die natürliche
Entladung des Flüssigkristallanzeigeelements ausgenutzt.
In Fig.1O(b) ist ein Zeitdiagramm dargestellt, das den zeitlichen
Verlauf des zur Steuerung des Flüssigkristalls verwendeten Wechselstromsignals
φ^ zeigt, ferner ein Signal φχ, das die Phase der
natürlichen Entladung der elektrischen Ladung, die im Flüssigkristallanzeigeelement
gespeichert ist, und die. Spannung; die an das Flüssigkristallanzeigeelement angelegt wird Vj1C (^i-^0C.) anzeigt.
Das Signal φ wird derart bemessen, daß dieses vor dem Wechsel des Steuerwechselstromsignals jzL für den Flüssigkristall ansteigt
und nach dem Wechsel des Signals φ^ abfällt. Das Signal φc£ ist
das Ausgangssignal aus der Steuerschaltung. Der Effekt des Signals
φ * ist bei beiden Ausführungsformen nach Fig.1O(a) und 10(c)
derselbe.
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Wie bereits angegeben, gestattet die Steueranordnung für Anzeigeelemente
gemäß der Erfindung eine bemerkenswerte Leistungsersparnis verglichen mit bereits vorhandenen Anordnungen und ermöglicht
die Anwendung auf elektronische Armbanduhren und tragbare elektronische Rechner, die einen möglichst geringen Leistungsverbrauch
bedingen, und bei denen eine vereinfachte verbesserte und besonders verlässliche Technik zur Herstellung erforderlich ist.
bedingen, und bei denen eine vereinfachte verbesserte und besonders verlässliche Technik zur Herstellung erforderlich ist.
Beispielsweise macht bei einer elektronischen Armbanduhr mit
!Flüssigkristallanzeige die Schaltungsanordnung und damit die
verbrauchte Leistung für die Steuerung des Flüssigkristallanzeigeelements 9Ofo der gesamten verbrauchten Leistung aus. Die
Erfindung ermöglicht es, den Leistungsverbrauch um 40$ zu senken und damit eine Verringerung des GesamtVerbrauches an Leistung auf 30% zu erreichen und somit, die Lebensdauer der als
Stromquelle dienenden Batterie, die üblicher Weise ein Jahr beträgt, um etwa vier Monate zu verlängern.
!Flüssigkristallanzeige die Schaltungsanordnung und damit die
verbrauchte Leistung für die Steuerung des Flüssigkristallanzeigeelements 9Ofo der gesamten verbrauchten Leistung aus. Die
Erfindung ermöglicht es, den Leistungsverbrauch um 40$ zu senken und damit eine Verringerung des GesamtVerbrauches an Leistung auf 30% zu erreichen und somit, die Lebensdauer der als
Stromquelle dienenden Batterie, die üblicher Weise ein Jahr beträgt, um etwa vier Monate zu verlängern.
Bei einer Tischuhr, deren Steuerschaltung für das Anzeigeelement aus Feldeffekttransistoren gemäß der Erfindung besteht, läßt sich
ebenfalls eine Reduzierung des Stromverbrauches erreichen.
Es ist zu erwarten, daß jegliche elektrisch steuerbare Anordnung außer Feldeffekttransistoren bei Steuerschaltungen zur Flüssigkristallanzeige
gemäß der Erfindung verwendet v/erden können.
Die Steueranordnung für Flüssigkristallanzeigen gemäß der Erfindung
kann auch im Falle einer Wechselstromsteuerung bei elektrooptischen Elementen verwendet werden, die durch einen Kondensator
ersetzt werden können.
Die Steueranordnung für Anzeigeelemente gemäß der Erfindung läßt sich ferner bei elektronischen Zeitmessern u.dgl. mit "Booster"-Schaltungen
verwenden. Dabei sei beispielsweise der Wirkungsgrad des "Boosters" 50$· Dabei läßt sich das Doppelte an verbrauchter
Leistung durch eine entsprechende Einsparung bei der Ansteuerschaltung
einsparen. In Verbindung damit läßt sich die Kapazität des in der "Booster"-Schaltung verwendeten Kondensators klein bemessen.
409848/0907
Die Steueranordnung gemäß der Erfindung läßt sich zur Steuerung
eines kapazitiven Anzeigeelementes, dessen Anzeige durch elektrische
Ladungen gesteuert wird, einrichten. Beispielsweise läßt sich die Steuerung der Polarisierung eines derartigen Elements
wie die Verwendung einer Verschiebung von Gebieten zur inneren Polarisation oder eine wahlweise Polarisation ausführen. Die Steueranordnung ist ferner in einem Steuersystem verwendbar, das mittels
einer KurζSchlußschaltung die Polarisation eines Elementes
herstellt, dem eine normale Gleichspannung zugeführt wird, und das darauf mit einer Gleichspannung entgegengesetzter Richtung
beaufschlagt wird.
Als Anzeigeelemente in Verbindung mit der Erfindung seien derartige
Photomodulationselemente genannt, die eine Steuerung des Lichtdurchganges unter der Einwirkung einer elektrischen Ladung
ermöglichen, beispielsweise ADP(NHj1H2PO^), KDP (KH2PO^), Gd2^(Mo0^)>,
PLZTf(Pb, La)(Zr, Ti)O^J oder eine isolierende Ölschicht, eine elek-""
trolumineszende Anordnung mit elektrolumxneszenden Phosphorpartikeln,
die in einem Dielektrikum o.dgl. verteilt sind.
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Claims (4)
- PatentansprücheΛ.) Steueranordnung für eine Anzeigeeinrichtung, gekennzeichnet durch eine Wechselstromquelle, ein !Flüssigkristallanzeigeelement mit optisch erkennbarer Anzeige zufolge der Beaufschlagung einer Wechselspannung aus der Stromquelle, mit einer Steuerschaltung zum Beaufschlagen des Flüssigkristallanzeigeelements mit einer V/echselspannung und zu dessen Steuerung sowie durch Mittel zur Entladung der elektrischen Ladung, die in dem Anzeigeelement gespeichert ist, über einen Kurzschlußkreis, der die Stromquelle umgeht.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsmittel durch eine Schaltungsanordnung vom C-MOS-Typ gebildet werden.
- 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsmittel von der natürlichen Entladung des Flüssigkristallanzeigeelements Gebrauch machen.
- 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsmittel aus einer Schaltungsanordnung vom C-MOS-Typ und aus einem natürlichen Entladungsweg des Flüssigkristallanzeigeelements bestehen.5- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flüssigkristallanzeigeelement, beispielsweise der Zeitanzeige dient, und daß die Wechselstromquelle aus einem Oszillator und einem Frequenzteiler zur Teilung der Frequenz des Oszillators besteht und die "'.Wechselspannung erzeugt, und daß ferner der Frequenzteiler über einen Inverter an eine der Klemmen des Flüssigkristallanzeigeelements angeschlossen ist, während die andere Klemme mit einer logischen Schaltung verbunden ist, die nach Empfang einer Wechselspannung betätigt wird, und ein Segmentsignal zur Ansteuerung eines Segments erzeugt, das jeweils ein Flüssigkristallanzeigeelement bildet.40 9-8 48/0907
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