DE2423675B2

DE2423675B2 - Vorrichtung zur Steuerung eines kapazitiven elektro-optischen Anzeigeelementes

Info

Publication number: DE2423675B2
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: 1979-04-19
Also published as: HK30082A; JPS5731148B2; JPS506356A; DE2423675C3; DE2423675A1; GB1471219A; US3961840A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines kapazitiven elektro-optischen Anzeigeelementes mit einer Spannung von einer periodisch polumschaltbaren Gleichstromquelle (DE-OS 21 50 621, Fig. 7).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorausgesetzte Vorrichtung so auszubilden, daß der Energieverbrauch der Stromquelle wesentlich gesenkt wird. Gelöst wird diese Aufgabe durch zwei Ausführungsformen mit den Merkmalen der Kennzeichen der Ansprüche 1 und 2. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht somit von der bisherigen Speisung mittels Wechselstroms ab und verwendet einen zerhackten Gleichstrom. Die Kurzschließung zwischen zwei Polumschaltungen führt dazu, daß beim Polwechsel die in dem Anzeigeelement noch vorhandene Ladung abgeführt wird. Die Stromquelle muß damit nicht das Anzeigeelement gtgen die noch vorhandene entgegengesetzte gepolte Spannung speisen.

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, deren Phasenlage gegeneinander um π verschoben war, und das Zuführen von Signalen entgegengesetzter Polarität auf den Gegenseiten 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«-Zustandes und dem Auftreten des »Twist«-Zustandes

ίο führte.

In F i g. 1 ist eine übliche Flüssigkristallansteuerschaltung dargestellt Ein Segmentsignal 5 zur Ansteuerung eines Segmentes, das jedes Flüssigkristallanzeigeelement bildet, und ein Wechselstromsteuersignal Φ is werden einem Exklusivgatter 1 zugeführt Das Ausgangssignal des Exklusivgatters 1 wird an eine der Klemmen eines Flüssigkristallanzeigeelements 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 F i g. 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 Ansteuerschaltung nach F i g. 1 durch eine äquivalente Schaltung ersetzt, die aus einer Gleichstromquelle, einem Kondensator und Schaltern, wie in F i g. 2 dargestellt, besteht. Der Entladungsstrorn des Kundensators sei nun unter Betrachtung des Leistungsverbrauchs in der Flüssigkristallansteuerschaltung beschrieben.

In F i g. 2 ist ein Kondensator 21 mit der Kapazität C über Umschalter 22, 23 zur Polaritätsumkehr der elektrischen Ladung, die in dem Kondensator 21 ;;5 gespeichert ist, in Serie mit einer Gleichstromquelle 24 verbunden, welche die Gleichspannung £ besitzt und in Reihe mit dem Widerstand 25 liegt, der den Gesamtwiderstandswert der Schaltungsanordnung darstellt, wenn der Kondensator 21 mit der dargestellten

■to Polarität geladen wird. In F i g. 2 bedeuten + qund —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 F i g. 2(b) dargestellt ist.

Wenn die Umschalter 22, 23 vom Schaltzustand in

F i g. 2(b) in den Schaltzustand nach F i g. 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 nach 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 Flüssigkri-

stall aus dem Übergang des Zustandes von Fig.2(a) nach Fig.2(c), sodann nach Fig.2(b), darauf nach F i g. 2(d) und schließlich nach F i g. 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 F i g. 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 F i g. 2ib) 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 umgesetzt, und der Wert der Verlustenergie beträgt 2 CE².

Die durch die Schaltungsanordnung vnrbrauchte Verlustenergie während der Zeit des SchaJtzustandes, in welcher der Kondensator 21 nicht mit elektrischer Ladung aufgeladen ist, wie in Fig.2(e) gezeigt, bis zum Schahzustand, in dem der Schalter 26 geschlossen ist, um positive und negative elektrische Ladung im ;s Kondensator 21, wie in Fig.2(b) dargestellt, zu speichern, beträgt '/2 CE³.

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 jo 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 Schaller 26 geschlossen ist, der Schalter 27 geöffnet wird, und andererseits bei geöffnetem Schalter 26 der r> Schalter 27 geschlossen wird. In dem Schaltzustand, wie er in Fig. 2(f) dargestellt ist, das heißt, wenn der Speiseschalter 26 geöffnet ist, so daß 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, so daß 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. 4^r>

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 Energievcrlust erhält den Wert '/2 CE², der während der Zeit entsteht, während der sich der Schaitungszustand, der in Fig.2(f) gezeigt ist, zum Schaltungszustand gemäß F i g. 2(b) ändert. Durch den Energieverlust von '/2CE², der in der Zeit des Schaltzustandes in Fig.2(e) bis zum Schaltzustand in F i g. 2(b) entsteht, erhält der Energieverlust den Wert CE². Die Verwendung des Kurzschlußschalters 27 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 bo 50% geringer wird als im Falle einer Änderung des Schaltzustandes vom Zustand nach F i g. 2(a) über den Zustand gemäß Fig. 2(c) zum Zustand gemäß Fi g. 2(b) oder der im Falle einer Änderung des Schaltzustandes vom Zustand gemäß F i g. 2(b) über den Zustand nach b5 F i g. 2(d) in den Zustand nach F i g. 2(a) entsteht.

Eine derartige Verringerung des Energieverlustes aufgrund von Berechnungen wird in der Praxis bei Verwendung von Flüssigki istallen euies 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.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 die Schaltung einer bekannten Anzeigesteueranordnung,

Fig.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,

F i g. 4(a) bis 4{d) Zeitdiagramme der verschiedenen Spannungen, die den Klemmen der Flüssigkristallanzeigeelemente bei der Steuerschaltung gemäß der Erfindung zugeführt werden,

F i g. 5 eine Schaltungsanordnung einer Ausführungsform der Anzeigesteueranordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 6(a) eine Schaltungsanordnung einer bevorzugten Ausführungsform der Anzeigesteuereinrichtung gemäß Fig. 5 und ein Verzögerungs-Flip-Flop, das als Verzögerungselement benutzt wird,

F i g. 6(b) die Schaltungsanordnung eines Exklusivgatters, das als Verzögerungselement in Fig. 6(a) dargestellt ist sowie die entsprechende Zeitdarstellung von verschiedenen Spannungen,

F i g. 6(c) die Darstellung einer Verriegelungsschaltung, die als Verzögerungselement in Fig. 6(a) verwendet wird, sowie die entsprechende Darstellung des Zeitverlaufes von verschiedenen Spannungen,

F i g. 7(a) den zeitlichen Verlauf der verschiedenen Spannungen der Anzeigeansteuerungsanordnung gemäß der Erfindung, die in F i g. 6(a) dargestellt ist,

F i g. 7(b) bis 7(g) Schaltungsdiagramrne zur Erläuterung der Phasenbedingungen, die durch die Linien 3A bis 3D in F i g. 7(a) angedeutet sind,

F i g. 8 ein Diagramm, das der Erläuterung des Vergleichs zwischen dem Verhältnis t\e des verbrauchten Stromes der Anzeigesteueranordnung nach der Erfindung gegenüber einer üblichen Anzeigeansteuerungsanordnung dient; die Abszisse zeigt dabei die Kurzschlußzeit und die Ordinate das Kontrastverhältnis TjcUnd das Verhältnis des Stromverbrauches 77 ε

F i g. 9(a) bis 9(f) Schaltungen bevorzugter Ausführungsformen von C-MOS-Elementen, die in den logischen Schaltungen der Anzeigesteueranordnung nach F i g. 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. 10(b) den Zeitverlauf verschiedener Spannungen, bezogen auf die Anordnung nach F i g. 10(a) und

F i g. 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 biidet 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 Entladungsstrom 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 iCurzschiuBschaiter 27 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 F i g. 3(a) bis 3(e) beschrieben.

In den F i g. 3(a) bis 3{e) bezeichnen die Ziffern 28 und 29 Schalter, die voneinander unabhängig betätigt werden können. Die Schaller 28 und 29 werden derart betätigt, daß in den Schaltzuständen gemäß den F i g. 3(a) und 3(d) Spannungen mit entgegengesetzten Polaritäten an das Flüssigkristallanzeigeelement 11 gelegt werden, und daß in den Schaltzuständen, die in F i g. 3(b) und 3{c) gezeigt sind. Spannungen mit gleicher Polarität an das Flüssigkristallanzeigeelement II angelegt werden, um die Stromquelle 30 abzutrennen.

In den äquivalenten Schaltungen nach den Fig. 3(a) bis 3(d) werden 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, und um diese Polaritäten in ihren Anfangszustand zurückzuführen.

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:

ten Schaltungsmodus, der oben ausgeführt ist. In diesem Falle ändern sich die Schaltungsbedingungen gemäß den F i g. 3(a) bis 3(d) jeweils zu den gleichen Zeiten.

Wie aus den F i g. 4(a) und 4(b) ersichtlich, ist der wirksame Verlauf der Spannung Vlc in dem ersten und zweiten Arbeitsmodus gleich, unabhängig von dem Unterschied in der Ansteuerungsbetriebsart.

In Fig.4(c) ist ein anderer Verlauf der Spannungen Va, Vflund Vlc(V_a- Vb)im ersten Schaltungsarbeitsmodus gezeigt. Die Zeit, die für die Schaitungsbedingung nach F i g. 3(b) erforderlich ist, ist zweimal so lang als die Zeit, die für die Schaltungsbedingungen in F i g. 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 F i g. 4(b) und 4(c) erforderlich ist, ist bedeutend kürzer, als die Zeit für die Schaltungsbedingung nach F i g. 4(a) und 4(d).

Die elektrische Ladung, die in dem Flüssigkristallanzeigeelement 11 gespeichert ist, wird entladen, wenn die Spannung V_LC 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 F i g. 3(a) bis 3(d) dargestellt sind, ist es ferner möglich, einen fünften Schaltungsarbeitsmodus, beispielsweise (a)-

3« (b)-(d)—(a)-(b)—(d)—(a)usv/. aufzustellen. Der Spannungsverlauf von Va, Vb und Vlc(Va— Vb)ist in diesem Falle in F i g. 4(d) dargestellt.

In Fig. 3(e) ist eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach F i g. 3(a) dargestellt, wobei jeder der

α 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, nic.St 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 Flüssigkristalleleinents 11 zu erzielen. Die Schalter 28, 29 im Schaltzustand nach Fig.3{e) befinden sich wirkungsmäßig in derselben Stellung wie in den Schaltungszuständen, die in Fig.3{b) und 3(c) gezeigt sind, und als Ergebnis entstehen die folgenden neun

so Schaltungsbetriebsweisen, einschließlich des Schaltzustandes gemäß Fig.3(e), in dem der Schalter 12 geschlossen ist.

Jn den Fig.4(a) bis 4(d) sind Zeitdiagramme eo dargestellt die den zeitlichen Verlauf der Spannungen Va und V_B darstellen, die an die gemeinsamen Klemmen A und B der Schalter 28 und 29 jeweils angelegt werden sowie den Verlauf der Spannung Vu(V_A — Vb), die an das Flüssigkristallanzeigeelement 11 gelegt wird. Der Verlauf der Spannungen Va, Vb und Vu(Va — Vb) der F i g. 4(a) und 4{b) entspricht zeitlich der Ansteuerung des Flüssigkristallanzeigeelements im ersten und zwei-Der erste Schaltungsarbeitsmodus:

(a)-(b)-(d)-(c)-(a)
Der zweite Schaltungsarbeitsmodus:

(a)-(b)-(d)-(c)-(a)
Der dritte Schaltungsarbeitsmodus:

(a)-(b)-(d)-(b)-(c)
Der vierte Schaltungsarbeitsmodus:

(a)-(c)-(d)-(c)-(a)
Der fünfte Schaltungsarbeitsmodus:

(a)-(c)-(d)-(e)-(a)
Der sechste Schaltungsarbeitsmodus:

(a)-(c)-(d)-(b)-(a)
Der siebte Schaltungsarbeitsmodus:
)())

Der achte Schaltungsarbeitsmodus:

(a)-(e)-(d)-(e)-(a)
Der neunte Schaltungsarbeitsmodus:

In F i g. 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 lnvertej^ 51 zugeleitet, um durch Phasendrehung ein Signal Φι zu erzeugen, das an eine der Klemmen 4 des Flüssigkristallelements 11 gelegt wird. Ein Signal Φ2 mit_ einer Phasenverzögerung gegenüber dem Signal Φι um At liegt an einem UND-Gatter 53, an das auch das Segmentsignal 5 geführt wird. Die Phasendifferenz A t 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 5 wird ferner an einen Inverter 54 geleitet, durch den die Phase des Segmentsignals 5 zum_ Erhalt des Signals 5 umgekehrt wird. Das Signals 5 wird einem UND-Gatter 52 zugeführt, an das ferner das Wechselstromsignal Φ\ zur Ansteuerung des Flüssigkristalle geleitet wird.

Das Ausgangssignal Φι5 aus dem UND-Gatter 52 und das Ausgangssignal Φ2-5 aus dem UND-Gatter 53 werden einem NOR-Gatter 55 zugeführt und dessen Ausgangssignal (Φ|5+Φ25,> einer anderen Klemme 15 des Flüssigkristallanzeigeelements 11 zugeführt. Als Ergebnis davoü wird an die Klemme 14 und 15 des Flüssigkristallanzeigeelements 11 ein Signal angelegt, das aus den Signalen

Φι-Φι5+Φ₂5

besteht.

Wenr^ das_Segmentsignal S null ist, so ist auch das Signal Φ, — Φ\ =0 und somit ist keine Spannung an das Flüssigkristallanzeigeelement 11 angelegt. Ist das Segmentsignal 5=1, so wird die Spannung, bestehend aus Φι — Φ2&ηάΆ5 Flüssigkristallelement ll_angelegt.

Das Signal Φ2 ist gegenüber dem Signal Φ\ um die Zeit At verzögert und besitzt eine Periode, welche der des Signals Φ\ entspricht. Als Alternative können auch die Signale Φ\ und Φ2 benutzt werden, deren Perioden voneinander verschieden sind, vorausgesetzt, daß die Bedingung gemäß der folgenden Gleichung erfüllt wird:

(0, - 0₂)df = O .

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 selche Flüssigkristallansteuerungsanordnung 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 F i g. 5 für die gleichen Schaltelemente benutzt

Ein Hochfrequenzsignal wird von einem Oszillator 56 an einen Frequenzteiler 57 geleitet, von dem der Steuerwechselstrom Φ für den Flüssigkristall abgeleitet wird, der über einen Inverter 58 zugeführt wird. Der Inverter 58 dient dazu, das Signal Φ in das Signal Φ 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_€ ι zugeführt wird, die aus dem Frequenzteiler 57 abgeleitet ist und als Taktsignal dient. In diesem Falle verknüpft das Taktsignal Φ_€\ den Wechselstrom Φ zur Steuerung des Flüssigkristalls, wenn Φ_ο\ ansteigt; Φ₍\ triggert das Daten-Flip-FJop, sobald Φ_Ρ, abfällt. Als Ergebnis wird ein Signal Φ', das gegenüber dem Signal Φ um eine halbe Periode des Taktsignals Φ₀] verzögert ist, aus dem Signa! Φ abgeleitet. Die Phase des Signals Φ' ist der Phasenlage d« Signals Φ' entgegengesetzt. Ersetzt man die Signale Φ' und Φ durch die Signale Φ2 und Φ\, die in Fig. 5 dargestellt sind, so ist das Ausgangssignal X aus dem NOR-Gatter 55 durch folgende Beziehung gegeben:

Λ-=Φ'5+Φ5= Φ₂5+ Φ, S.

In diesem Falle wird an das Flüssigkristallanzeigeelement Il angelegt:

Zum Zeitpunkt, zu dem das Segmentsignal 5 Null ist, wird auch die Spannung an dem Flüssigkristallanzeige-JO element 11 zu Null und zu einem Zeitpunkt, in dem das Segmentsignal 5=1 ist, wird die Spannung an dem Flüssigkristallanzeigeelement 11 den Wert (Φ2 —Φι) annehmen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als Verzögerungselement zum Herstellen eines um At 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 F i g. 6(b) enthält oder eine logische Schaltung mit einer Verriegelungsanordnung wie in F i g. 6(c) dargestellt.

Bei der logischen Schaltung, die ein Exklusivgatter umfaßt, und die in F i g. 6(b) dargestellt ist, ist mit Φ32 ein Wechselstromsignal zur Ansteuerung eines Flüssigkristalls bezeichnet, das eine Frequenz von 32 Hz besitzt, und ein Signal Φμ' wird aus dem gleichen Frequenzteiler abgeleitet, das eine Frequenz von 64 Hz besitzt. Diese Signale Φ32 und Φ_Μ' werden den Eingangsklemmen des Exklusivgatters zugeführt, aus dessen Ausgangsklemme das Signal Φ*32 abgeleitet wird, dessen Phase gegenüber dem Signal Φ32 um die Impulsbreite des Signals Φ_Μ' verzögert ist.

Bei der logischen Schaltungsanordnung mit der Verriegelungsschaltung nach Fig.6(c) wird von einem Takt-Signal Φ_α ebenso wie im Falle der Daten-FIip-Flop-Schaltung in F i g. 6(c) Gebrauch gemacht und das Signal Φ32 wird der Eingangsklemme der Verriegelungsschaltung zugeführt, aus deren Ausgangsklemme ein Signal Φ* ₃ ² ₂ abgeleitet wird, dessen Phase gegenüber dem Signal Φ₃₂ um eine Halbperiode des Signals Φ32 verzögert ist

Anstatt dieser logischen Schaltungen kann man ein Element mit Verteilerkonstante verwenden, das zwischen Verstärker eingefügt ist z.B. ÄC-Integrationsschaltungen od. dgl.

Im Falle der Verwendung einer logischen Schaltungs-

anordnung als Verzögerungselement kann zusätzlich der erforderliche Taktimpulszug 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 Ά niedriger als die Frequenz der Taktimpulse Φ_σ\ ist. X stellt das Ausgangssignal aus dem NOR-Gatter 55 der Selektionsschaltung in F i g. 6(a) dar.

In Fig. 7(a) erläutern die Linien 3A, 3ß, 3C und 3D Betriebsarten, welche dieselben sind, wie die Schaltzustände der Schalter für die Klemmen eines Flüssigkristallanzeigeelements 11, das in F i g. 7(b) gezeigt ist.

Das bedeutet, daß die Phasenbedingung der in F i g. 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 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 F i g. 7(c) gezeigt, aufrechterhält. Dann wird diese tlektrische Ladung durch einen Kurzschlußweg außerhalb der Stromquelle entladen, um die Schaltbedingung nach F i g. 7(d) zu erreichen. Wird die Phasenbedingung, die durch die Linie 3ß 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 F i g. 7(e) dargestellt, geändert. Dabei wird das Flüssigkristallelement 11 geladen. Wenn die Phasenbedingung, die durch die Linie 3C 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 F i g- 7(g) gezeigt ein.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform empfangender 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 Ausgangspegel 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 an Stelle eines bipolaren Transistors vorgesehen ist.

In Fig.8 sind Diagramme gezeigt, welche das Stromverbrauchsverhältnis Tjcund das Kontrastverhältnis 7]c gegenüber üblichen Anzeigeansteuerungsanordüngen, wie in Fi g. 1 dargestellt, angegeben, bei denen Wechselstromsignale mit entgegengesetzten Polaritäten an ein »TWIST«-Flüssigkristallanzeigeelement von einer Anzeigesteuerungsanordnung gemäß der Erfindung nach Fig.6(a) angelegt sind. Diese Diagramme

::o 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 F i g. 8 ersichtlich.Jst die Zeit Δ t, welche die Phasendifferenz zwischen Φι und Φ2 darstellt (F i g. 5), extrem kurz. In F i g. 8 ist der Strom, der von einer üblichen Anzeigeanordnung nach F i g. 1 verbraucht wird, bei einer Phasendifferenz At=Q durch eine strichpunktierte Linie 1 bezeichnet. Wie aus den experimentellen Versuchsergebnissen 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 F i g. 5 dargestellt, die in C-MOS-Technik ausgeführt sind.

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 das P-Kanal-Gatter 92 als auch das N-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 Φ2. An den Flüssigkristall 94 werden die Spannungen Φ,-Φ₂ angelegt. Umgekehrt wird zu einem Zeitpunkt, in dem das Segmentsignal 5 seinen niedrigen Pegel einnimmt, das Signal 95, das an der linken Klemme 95 des Flüssigkristalls angelegt ist, zu Φι, und damit erhält die Spannung, die an den Klemmen des Flüssigkristalls 94 liegt, den Wert Φ,— Φ,=0. Mit anderen Ausführungsformen, die in F i g. 9(b), 9(c), 9(d), 9(e) und 9(f) dargestellt sind, wird in gleicher Weise verfahren, so daß 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 unmittelbar klein bemessen, so wird die Abmessung des Chips des C-MOS-Bausteins groß. In diesem Falle ist es vorzuziehen, für den IC-Aufbau 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 9(e) 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 beJeutet, daß das Anlegen des gleichen Potentials quer zum Flüssigkristallanzeigeelement bewirkt, daß die elektronischen Schalter 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 wird, ist für den Fall des Aufbaues eines Kurzschlusses außerhalb der Stromquelle ein Leistungsverbrauch zu berücksichtigen. Für den Fall der Verwendung nichtkomplementärer 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 F i g. 10(a) und 10(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 F i g. 10(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 Flüssigkristallan/eigeelement gespeichert ist, und die Spannung, die an das Flüssigkristallanzeigeelement angelegt wird,

Vlo&\ — <&c) anzeigt. Das Signal Φ, wird derart bemessen, daß dieses vor dem Wechsel des Steuerwechselstromsignals Φι für den Flüssigkristall ansteigt und nach dem Wechsel des Signals Φ\ abfällt. Das Signal Φ_σι ist das Ausgangssignal aus der Steuerschaltung. Der Effekt des Signals Φαΐ'κΐ bei beiden Ausführungsformen nach F i g. 10(a)und 10(c) derselbe.

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 90% 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 werden 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 Anzeigeelementc gemäß der Erfindung läßt sich ferner bei elektronischen Zeitmessern u. dgl. mit »Boosterw-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.

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 Elementes 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 Kurzschlußschaltung 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(NH₄H₂PO₄),
KDP(KH₂PO₄),
]

PLZTßPb, La) (Zr, Ti)O₃]

oder eine isolierende ölschicht, eine elektrolumineszierende Anordnung mit elektrolumineszierenden Phosphorartikeln, die in einem Dielektrikum od. dgl. verteilt sind.

Hierzu <S Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung eines kapazitiven elektro-optischen Anzeigeelements mit einer Spannung von einer periodisch polumschaltbaren Gleichstromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromquelle einen mit der Frequenz der Polumschaltung arbeitenden Zerhacker (26) aufweist und daß parallel zum Anzeigeelement (21) eine periodisch mit der Zerhackerfrequer.z arbeitende Kurzschließeinrichtung (27) vorhanden ist, wobei zwischen zwei Polumschaltungen der Gleichstromquelle der Zerhacker öffnet und die Kurzschließeinrichtung schließt

2. Vorrichtung zur Steuerung eines kapazitiven elektro-optischen Anzeigeelements mit einer Spannung von einer periodisch polumschaltbaren Gleichstromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement über zwei beiderseits zum Anzeigeelement in Reihe liegende Umschalter gespeist ist, deren bewegliche Kontakte jeweils mit einem Anschluß des Anzeigeelements und deren feste Kontakte mit den Anschlüssen der Gleichstromquelle verbunden sind, wobei die beiden Umschalter derart betätigbar sind, daß zwischen zwei Polumschaltungen eine Kurzschließung des Anzeigeelements erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschließeinrichtung ein Feldeffekttransistor ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschließeinrichtung ein C-MOS-Transistor ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kapazitive elektro-optische Anzeigeelement ein Flüssigkristallanzeigeelement ist.