DE2423675A1

DE2423675A1 - Steueranordnung fuer eine anzeigeeinrichtung

Info

Publication number: DE2423675A1
Application number: DE2423675A
Authority: DE
Inventors: Ryuichi Maruka; Shigeru Morokawa; Yasushi Nomura; Fukuo Sekiya
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1973-05-15
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1974-11-28
Also published as: HK30082A; GB1471219A; DE2423675B2; JPS506356A; JPS5731148B2; DE2423675C3; US3961840A

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 V_LC(V_A-V_B) 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 "3_Λ 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.

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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 φ_χ, 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 φ_c£ 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.

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.

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.

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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

Patentansprüche

Λ.) 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.

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