DE2501114B2

DE2501114B2 - Schaltungsanordnung für ein Flüssigkristall-Anzeigeelement

Info

Publication number: DE2501114B2
Application number: DE2501114A
Authority: DE
Inventors: George Draper Summit N.J. Hanchett
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1974-03-27
Filing date: 1975-01-13
Publication date: 1981-07-02
Also published as: SU563931A3; US3873888A; HK55180A; FR2266207A1; FR2266207B1; MY8100199A; CH610713B5; DE2501114C3; JPS50129241A; CH74475A4; CA1033480A; DE2501114A1; GB1485061A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der DE-OS 50 621 bekannt.

Flüssigkristall-Anzeigesysteme, wie Ziffernanzeigeelemente beispielsweise in elektronischen Uhren, werden häufig durch integrierte Schaltungen gesteuert. Derartige Schaltungen können mit einer Batterie betrieben werden und legen an die Rückplatte und an die Segmente des Anzeigesystems unipolare (d. h. auf einer Seite der Null-Linie verlaufende) Wechselspannungen an. Die Rückplatte kann beispielsweise eine relativ niederfrequente unipolare Spannung einer gegebenen Phase empfangin, während den Segmenten ein Signal der gleichen Frequenz zugeführt werden kann, das entweder in Phase oder außer Phase mit der Spannung der Rückplatte ist. Nun kann es geschehen, daß der die niederfrequente unipolare Spannung erzeugende Oszillator der Schaltung ausfällt, obwohl die als Betriebsspannungsquelle für die Treiberschaltung des Flüssigkristallelements dienende Batterie weiterhin eine beträchtliche Gleichspannung erzeugt. Unter diesen Umständen, also bei nicht arbeitendem Oszillator und noch vorhandener Betriebsspannung für die Treibertransistoren, können zwischen gewissen Segmenten des Anzeigesystems und seiner Rückplatte Gleichspannungen auftreten. Diese statischen Spannungen können einen äußerst ungünstigen Einfluß auf die Lebensdauer des Flüssigkristallelements haben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die bei Ausfall des Oszillators die Betriebsspannungsversorgung der Treiberschaltung unterbricht.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Schaltungsanordnung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In einer Schaltung gemäß der Erfindung wird der Zustand des Oszillators nbgefühlt. Wenn seine Schwingungen aufhören, wird die Gleichspannungszuführung für d'e Treibertransistoren des Flüssigkristallelements unterbrochen. Die Schaltung enthält am Betriebsspannungseingang der Treiberschaltung ein Ladungsspeicherglied, das über den Strompfad eines Schalters, vorzugsweise eines Transistors, an die Betriebsspannungs-Batterie angeschlossen ist. Die Schwingungen werden der Steuerelektrode des Transistors zugeführt. Wenn diese Schwingungen vorhanden sind, wird das Ladungsspeicherglied auf Betriebsspannung geladen und zwar bei jeder Periode der Schwingungen einmal. Das Ladungsspeicherglied dient somit als die Betriebsspannungsquelle. Wenn die Schwingungen aufhören, wird der Transistor gesperrt und die Ladung des Ladungsspeicherglieds geht in kurzer Zeit verloren, wodurch die Betriebsspannung weggenommen wird.

Dadurch wird eine Schädigung des Flüssigkristallelements durch die sonst anliegende Gleichspannung vermieden.

Eine Schaltung, die die Hochspannungsversorgung einer Kathodenstrahl-Anzeigeröhre unterbricht, wenn die Horizontal-Ablenkspannung ausfällt, ist aus der US-PS 35 88 608 bekannt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Systems mit einem Flüssigkristall-Anzeigeelement und einer Treiberschaltung,

F i g. 2 ein schematisches Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.

Das Problem, mit dem sich die vorliegende Erfindung befaßt, wird anhand der Darstellung des bekannten Systems in Fig. 1 erläutert. Der Oszillator 10, der mit einer Betriebsspannung Vss von —5 V betrieben werden kann, legt eine unipolare Wechselspannung an die integrierte Schaltung 12 an. Die unipolare Wechselspannung kann beispielsweise eine Frequenz von 30 Hz und eine Amplitude von 5 V haben, d. h. sie kann zwischen 0 V und — 5 V wechseln.

Die integrierte Schaltung 12 kann handelsüblich sein. Sie enthält eine Pegelverschiebungsstufe, welche die vom Oszillator 10 erzeugten Schwingungen und Eingangsspannungen in Form von binär-codierten Dezimalsignalen (BCD) empfängt. Die vier BCD-Spannungen werden an die Stifte 2, 3, 4, 5 angelegt, während die Schwingungen an den Stift 6 angelegt werden. Die Pcgelverschiebungsstufe in der Schaltung 12 ist an einen Decoder angeschlossen, der die BCD-Spannungcn in Signale für die sieben Segmente des Anzeigeelements umwandelt. Der Decoder ist seinerseits mit den Treibertransistoren des Anzeigeelements gekoppelt.

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Die Stifte 9 bis 15 der integrierten Schaltung 12 dienen zum Anschluß der sieben Segmente des Ziffern-Anzeigeelements 14, während für den Anschluß seiner Rückplatte der Stift 1 der Schaltung vorgesehen ist.

Beim Betrieb der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung legt die Pegelverschiebungsstufe in der Schaltung 12 verstärkte Schwingungen an den Stift 1 an. Diese Schwingungen können eine Amplitude von 15 V haben, was bedeutet, daß die Wechselspannung Ausschläge zwischen OV und —15 V harten kann. Dieses Signai wird an die Rückplatte angelegt. In Abhängigkeit von den vier an den Stiften 2 bis 5 empfangenen Steuerspannungen treibt die Pegelverschiebungsstufe ferner den BCD/Sieben-Segment-Decoder, der seinerseits sein Ausgangssignal der Treiberschaltung des Anzeigeelements in der Schaltung 12 zuführt. Die Schaltung 12 legt in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Decoders und von den verstärkten Schwingungen der Pegelverschiebungsstufe an die entsprechenden Segmente ein unipolares Signal mit einer Amplitude von 15 V (Spannungshub von 0 bis — 15 V) und 30 Hz an, das entweder in Phase oder außer Phase mit der Spannung der Rückplatte ist. Wenn beispielsvveise das Anzeigeelement die Ziffer »3« anzeigen soll, legt die Treiberschaltung eine Spannung von 30 Hz in Phase mit der Rückplattenspannung an die Segmente e und f und eine um 180° bezüglich der Rückplattenspannung phasenverschobene 30 H^ Spannung an die übrigen Segmente a, b, c, d und g an. Das Ergebnis ist die Simulierung einer bipolaren Wechselspannung von 30 V über dem Flüssigkristallelement ·\η den Segmenten a, b. c, d und g, während bei den Segmenten e und /Ober dem Flüssigkristallelement die Spannung Null liegt. Durch die Erregung mit 30 V wird das Fliissigkristallelement lichtslreuend, falls es sich um ein Element vom Typ der dynamischen Streuung handelt (stattdessen können auch andere Flüssigkristallelemente verwendet werden, beispielsweise solche, die im erregten Zustand dunkel und im unerregten Zustand hell sind).

Bei dem in Fig. 1 dargestellten System kann es geschehen, daß die Versorgungsspannung Kv.v so weit absinkt, daß der Oszillator 10 aufhört zu arbeiten, während die Versorgungsspannung V/_;y_:· noch eine beträchtliche Höhe von z.B. —10 oder -11 V oder mehr (oder weniger) haben kann. Wenn der Oszillator ausfällt, kann die Rückplattenspannung auf Massepotential abfallen. Auch die Treibertransistoren erhalten keine Schwingungen mehr. Die Zustände, die sie annehmen, also ob sie leiten oder nicht, wird jedoch von den Werten der Steuergleichspannungen abhängen, die sie vom BCD-Decoder empfangen. Einige dieser Transistoren werden leiten und eine Gleichspannung von fast der Größe der Spannung Vti; statt einer unipolaren Wechselspannung an die betreffenden, von ihnen angesteuerten Segmente anlegen. Wenn also der Oszillator stehen bleibt und die Rückplattenspannung auf Massepotential geht, werden zwar einige der Segmente ebenfalls auf Masse absinken, doch werden andere Segmente bei fast der Spannung Vm: »hängen«, da zwischen dem Stift 7 (an den die Spannung Vu: angelegt wird) und diesen Segmenten über einen Treibertransislor eine leitende Verbindung hergestellt ist. Wenn man diese Gleichspannungskomponente nicht beseitigt, kann sie das Flüssigkristallelement beschädigen oder zerstören.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 zeigt eine Lösung des oben geschilderten Problems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schaltungsanordnung enthält einen Transistor 16. der mit seinem Kollektor 17 an die Klemme der Versorgungsspannung Vfcund mit seinem Emitter 19 an den Stift 7 der Integrierten Schaltung angeschlossen ist. Im Gegensatz zur Schaltungsanordnung nach Fig. 1 befindet sich der Emitter-Kollektor-Pfad eines Transistors also nun zwischen der Betriebsspannungsklemme auf dem Stift 7. Die Basis 21 des Transistors 16 ist über den Kondensator Ci mit der Ausgangsklemme des Oszillators 10 gekoppelt. Über den Widerstand 18 ist die Basis 21 außerdem an den Emitter 19 des Transistors geschaltet. Der Kondensator Ci ist zwischen den Emirter 19 und den Stift 16 der integrierten Schaltung geschallet. Der Stift 16 liegt an der Spannung Vw, d. h. an Masse.

Beim Betrieb der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 werden, wenn der Oszillator arbeitet, die Schwingungen über den Kondensator C\ an die Basis 21 angelegt. Jedesmal, wenn die Osziüatorspannung auf —5 V geht, wird der Transistor 16 leitend, so daß Strom von Müsse über den Kondensator C? und den Emitter-Kollektor-Pfad des Transistors 16 zur Klemme der Spannung V, / fließt. Der Kondensator C2 wird in einer sehr kurzen Zeitspanne fast auf —15 V geladen und legt diese Spannung von —15 V an den Stift 7 der integrierten Schaltung. Der Widerstand 18 und der Kondensator C₂ arbeiten praktisch als Tiefpaßfilter und erzeugen eine Gleichspannung, deren Wert nahezu gleich der Spannung Vw ist.

Wenn die Spannung Kw ^so weit absinkt, daß der Oszillator aufhört zu arbeiten, erscheint an seiner Ausgangsklemme ein Gleichspannungspegel, von dem hier angenommen sei, daß es sich um Massepotential handelt. Diese Gleichspannung kann nicht durch den Kondensator C\ gelangjn. Der Widersland 18 legt die Basis 21 auf das am Emitter herrschende Potential, so daß der Transistor 16 gesperrt wird. Die im Kondensator C? vorhandene Ladung fließt nun über gewisse der in der integrierten Schaltung 12 vorhandenen Transistoren ab, und innerhalb einer kurzen Zeitdauer (gewöhnlich in der Größenordnung von 10 Sekunden) sinkt die Spannung an der Klemme 7 auf Massepotential ab. Dadurch wird jeder Gleichstrom durch das Flüssigkristallelement beseitigt.

Bei praktischen Ausführungsformen der beschriebenen Schaltungsanordnung werden die Spannung Ks.s und V/t meistens von getrennten Batterien geliefert. Die elektrischen Kapazitäten dieser Batterien werden so gewählt, daß sie die gleiche Lebensdauer haben, doch ist es unwahrscheinlich und selten, daß beide Batterien gleichzeitig ausfallen. Wenn die Batterie für die Spannung Vfi: zuerst versagt, kann kein bleibender Schaden auftreten. Wenn aber die Batterie für die Spannung V_Ss versagt und die Schwingungen für das Anzeigeelement verschwinden, wäre eine Beschädigung des Flüssigkristallelements in der oben beschriebenen Weise fast sicher. Hei der praktischen Ausführungsform der Schaltung bleibt der Oszillator im allgemeinen stehen, wenn die Spannung V_Ss etwas unter -2 V absinkt, und es kann als ganz unnormal bezeichnet werden, wenn er bei wesentlich niedrigeren Spannungen als — 1,5 V noch arbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für ein Flüssigkristall-Anzeigeelement, insbesondere in einer Uhr, das wenigstens zwei Elektroden hat, mit einem Oszillator, der eine unipolare Wechselspannung erzeugt, und mit einer von einer Betriebsgleichspannung gespeisten Treiberschaltung, die gesteuert von der unipolaren Wechselspannung des Oszillators zwischen den beiden Elektroden des Flüssigkristallelementes zu dessen Betrieb eine bipolare Wechselspannung ohne Gleichspannungskomponente erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsgleichspannung (Vu) für die Treiberschaltung (12) von einem Ladungsspeicherglied (d) geliefert wird, das von einem Schalter (16) durch periodische Aufladung entsprechend der Frequenz der unipolaren Wechselspannung (58) des Oszillators (10) auf Betriebsgleichspannung (Vel) gehalten wird, wobei ein die Wechselspannung (58) des Oszillators (10) abgreifendes Wechselspannungs-Fühlglied (Q) den Schalter (16) steuert und bei Ausfall der Wechselspannung (58) geöffnet hält.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselspannungs-Fühlglied (Q) durch einen Kondensator gebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladungsspeicherglied (Ci) durch einen Kondensator gebildet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (16) durch einen Transistor gebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (21) des Transistors (16) mit dem Wechselspannungs-Fühlglied (Q) gekoppelt ist, während seine beiden Hauptelektroden (17,19) an eine die Betriebsgleichspannung (Vn) führende Klemme bzw. an den einen Pol des Ladungsspeicherglied (Ci) bildenden Kondensators angeschlossen sind, dessen anderer Pol auf dem Bezugspotential liegt.