DE2515684A1 - Elektro-optische anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

DW Ήβ DI'L.-ΙΝβ M. SC- DIPU.-PHVI. DR. DIPL.-PHY». HÖGER - STELLRECHT - GRfESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE .N STUTTGART

Λ 40 989 b

a - 163

1. April 1975

Timex Corporation
Waterbury, Conn. 06720/ USA

Elektro-optische Anzeigevorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektro-optische Anzeigevorrichtung, vorzugsweise für Armbanduhren; die Erfindung liegt daher auf dem Gebiet der Zeiteinteilung und der Zeitanzeige. Gegenwärtig handelt es sich bei den hauptsächlich vorkommenden Arten von Uhren um mechanische oder elektromechanische Uhren. Die mechanischen Uhren sind mit einer Feder ausgestattet, die entweder durch eine externe Krone aufgezogen wird oder die bei einer "automatischen" Uhr durch schwingende Gewichte in einen

509846/0708

A 40 989 b

a - 163

,.April 1975 -2- 2515684

zum Antrieb der Uhr geeigneten Spannungszustand gebracht wird. Die Feder treibt einen Zeitstandard an, bei dem es sich üblicherweise um eine Unruhe handelt. Die Schwingbewegung der Unruhe steuert die Drehbewegung einer Reihe von miteinander kämmenden Zahnrädern, die schliesslich die Zeiger antreiben. Die Zeiger, üblicherweise Sekundenzeiger, Minutenzeiger und Uhrenzeiger, bewegen sich über die Sichtscheibe der Uhr in Uhrzeigerrichtung und sind unterhalb einer Schutzabdeckung aus transparentem Material, beispielsweise Glas, Kunststoff oder Kristall angeordnet, um durch Zusammenwirken mit Zahlen oder sonstigen Markierungen auf der Ziffernscheibe die Zeit anzuzeigen.

Bei elektromechanischen Uhren besteht die Energiequelle aus einer internen Batterie, die einen kleinen Motor mit Energie versorgt; bei diesem Motor kann es sich beispielsweise um eine Stimmgabel oder um eine angetriebene Unruhe handeln, die die zeitanzeigenden Zeiger antreibt. Es sind auch Uhren verfügbar, bei denen der Motor mit Hilfe einer einen Quarzkristall enthaltenden Schwingschaltung zur Erzielung einer höheren Genauigkeit synchronisiert ist.

Schliesslich sind, wenn auch zu relativ höheren Preisen, auch Uhren erhältlich, bei denen der Quarzkristallschwinger selbst als Zeitstandard verwendet wird und wobei dann die von dem Oszillator gelieferte Hochfrequenz durch eine Reihe von Abwärtszählschaltungen oder Teilerschaltungen reduziert wird. Die Teilerschaltungen betreiben schliesslich eine Anzeige-Treiberschaltung, die mit einer elektro-optischen Anzeigevorrichtung verbunden ist. Bei der elektro-optischen Anzeigevorrichtung

509846/0708

Λ 40 989 b

kann es sich um einen Flüssigkristall handeln, bei welchem von der Anzeige-Treiberschaltung zur Bildung digitaler Zahlen Segmente selektiv aktiviert werden. Zwar bevorzugen einige Käufer eine digital-numerische Anzeige, sehr viele jedoch, die mit der Drehbewegung der üblichen Zeiger vertraut sind, bevorzugen eine Zeitanzeige, die sich aus der Position von zwei oder drei Zeigern ergibt, wenn diese sich mit Bezug auf eine Ziffernscheibe in Uhrzeigerrichtung über diese bewegen; diese letztere Anzeigeart wird gelegentlich als "analoge Anzeige" bezeichnet.

Ein Hauptproblem, welches bei der Entwicklung und beim Betrieb solcher analoger elektro-optischer Zeitanzeigevorrichtungen auftritt, ist das der Leckströme. Solche Leckströme ergeben sich oder rühren her von den durch eine Spannung aktivierten Segmenten. Die Leckströme zwischen den aktivierten Segmenten können ausreichend sein, um andere, in diesem Zusammenhang nicht gewünschte Segmente zu aktivieren. Dies kann zu einer ungenauen Zeitanzeige und Ablesung führen, es ist ärgerlich und störend und führt ausserdem zu einer Energieverschwendung. Aufgrund solcher Leckströme kann die Lebensdauer der verwendeten Batterie und des verwendeten Flüssigkristallmaterials reduziert werden.

Den US-Patenten 3,776,615 und 3,789,388 können typische Systeme der eben beschriebenen Art entnommen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,eine elektro-optische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung für eine uhrenmässige Bewegung zu schaffen, bei der die Erscheinungsform ähnlich ist der, die bei der Bewegung von-zwei oder drei

509846/0708

Λ 40 989 b

a - 163

1. April 1975 -A-

Zeigern, beispielsweise des Sekunden, - Minuten- oder Stundenzeigers bei einer Uhr auftritt, wenn diese sich im Uhrzeigersinn um einen Mittelpunkt bewegen, wobei jedoch die sonst störenden Leckströme vermieden werden können. Eine solche elektro-optische Anzeigevorrichtung für Uhren simuliert die Erscheinungsform der Zeiger bei den üblichen mechanischen Uhren,

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer elektro-optischen Anzeigevorrichtung und besteht erfindungsgemäss darin, dass eine erste und eine zweite Platte vorgesehen sind, die auf einer Seite ein von Segmenten geformtes Muster aufweisen, wobei die Segmente aus Schichten leitenden Materials gebildet und mindestens einige der Segmente elektrisch in Reihe geschaltet sind, dass die Platten zueinander im Abstand derart angeordnet sind, dass die Segmente auf jeder Platte miteinander ausgerichtet sind und dass zwischen den Platten sandwichartig eine dünne Schicht eines Flüssigkristallmaterials mit einer Schwellen-Aktivierungsspannung von V. angeordnet ist, dass eine mit einer Spannungsquelle für die Versorgungsspannung und mit den Segmenten verbundene Treiberschaltung vorgesehen ist, die eine erste Versorgungsspannungsschaltung umfasst, zur Zuführung einer Spannung, die ein Bruchteil der Versorgungsspannung ist, an erste ausgewählte Segmente der ersten Platte, dass eine zweite Versorgungsspannungsschaltung vorgesehen ist, um zweiten ausgewählten Segmenten der ersten Platte die volle Versorgungsspannung zuzuführen und dass dritte Versorgungsspannungsschaltungen vorgesehen sind, die zweite ausgewählte Segmente der zweiten Platte an Spannungspotential Null Volt legen, derart, dass das Flüssigkristallmaterial zwischen den ersten Segmenten nicht aktiviert und das Flüssigkristallmaterial zwischen den

509846/0708

Λ 40 989 b

jeweils zweiten Segmenten aktiviert ist.

Auf diese Weise erzielt man ein Uhrensystem unter Einschluss einer elektro-optischen, durch Flüssigkristall bewirkten Anzeige, die dadurch in der Lage ist, die Zeigerbewegungen um einen Mittelpunkt zu simulieren, dass im Kreis angeordnete leitende Radialsegmente selektiv aktiviert werden. Vorteilhaft ist bei der Erfindung, dass der äusserst nachteilige Einfluss von Leckströmen auf nichtaktivierte Segmente dadurch reduziert wird, dass man an diese nichtaktivierten Segmente eine Spannung anlegt, die jedoch unterhalb der Aktivierungsspannung oder Schwellenspannung für das flüssige Kristallmaterial liegt.

Erfindungsgemäss gelingt es auf diese Weise, eine elektrooptische Anzeigevorrichtung zu schaffen, die in ihrem Aufbau relativ einfach ist und geringe Herstellungskosten verursacht, die äusserst betriebssicher ist und die sehr genau arbeitet, da grundsätzlich nur die gewünschten Segmente aktiviert werden.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass bei der erfindungsgemässen elektro-optischen Anzeigevorrichtung nur ein geringer Leistungsbedarf vorliegt, so dass sich die Lebensdauer der üblicherweise im Uhrengehäuse eingebauten Batterie verlängern lässt.

Die Erfindung schafft eine elektro-optische Anzeigevorrichtung, die ihrer Wirkung nach transparente Abdeckung und Ziffernscheibe einer die Zeit messenden Vorrichtung, nämlich einer Uhr₇darstellt. Die elektro-optische,erfindungsgemässe Anzeigevorrichtung zeigt die Zeit durch eine Reihe von radialen Segmenten an, die kreisförmig um einen gemeinsamen Mittelpunkt gruppiert sind.

509846/0708

A 40 989 b

a - 163

1. April 1975 - 6 -

Beispielsweise können in einem äusseren Ring sechzig Segmente angeordnet sein, die die Sekunden und Minuten anzeigen; vierundzwanzig Segmente in einem inneren Ring zeigen dann die Stunden an. Die selektive Aktivierung dieser Segmente der Flüssigkristall /anzeigevorrichtung simuliert die in Uhrzeigerrichtung erfolgende Verdrehung der Zeiger einer mechanischen Uhr, so dass es gelingt eine "analoge Anzeige" mit einer solchen Vorrichtung zur Verfügung zu stellen. Die erfindungsgemässe elektro-optische Anzeigevorrichtung ist besonders geeignet in Verwendung mit Uhren, deren Energieverbrauch relativ gering ist, so dass die effektive Lebensdauer der Batterie innerhalb des Uhrengahäuses so ausreichend lang bemessen werden kann, dass die Batterie lediglich einmal im Jahr ersetzt zu werden braucht.

Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung besteht aus einer oberen transparenten Platte, die beispielsweise aus Kristallglas gebildet sein kann und auf ihrer inneren oder Bodenfläche ein Muster in Form einer dünnen Schicht aus transparentem leitenden Material, beispielsweise Zinnoxid zeigt. Parallel zur oberen Platte ist eine Bodenplatte angeordnet, die aus einem nichtleitendem Material, beispielsweise aus Glas besteht und auf ihrer oberen Fläche ebenfalls ein Muster in einer dünnen Schicht aus leitendem Material trägt. Zwischen diese beiden Platten ist eine dünne Schicht eines Flüssigkristallmaterials angeordnet, welches Eigenschaften hinsichtlich einer dynamischen Streuung oder durch Feldeffektbeeinflussung aufweist und welches im Grunde seiner Art nach bekannt ist. Die Randbereiche der Platten sind miteinander abgedichtet und verbunden und bilden so eine abgeschlossene dünne Zelle aus.

509846/07 0

A 40 989 b

a - 163

1. April 1975 - 7 -

Allgemein gesagt,muss zur Aktivierung des zwischen den Segmenten der Platten befindlichen flüssigen Kristalls eine Spannung, d.h. ein elektrisches Potential angelegt werden; dieses elektrische Potential wird angelegt zwischen den oberen und unteren leitenden Segmenten.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die oberen leitenden Segmente relativ breit und gross und bedecken eine Anzahl schmalerer unterer leitender Segmente, die auch als Bodensecfmente bezeichnet werden können und die in einer Reihe von Kettenverbindungen miteinander verschaltet sind. Diese Kettenverbindungen stellen ein Mittel dar, durch welches es gelingt, mit einer minimalen Anzahl elektrischer Verbindungsschaltungen auszukommen und wobei die Muster auf den Glasplatten mit nur geringen Schaltungen versehen werden müssen, um so die Montagekosten gering zu halten. Allerdings sind diese Kettenverbindungen auch so ausgeführt, dass sich Zustände ergeben, die zu parallelen elektrischen Pfaden durch den Flüssigkristall führen, so dass es zur Aktivierung unerwünschter Segmente kommt.

Die speziell und erfindungsgemäss ausgebildete Treiberschaltung stellt nun ein Mittel dar, welches in der Lage ist, unerwünschte Segmente daran zu hindern, ihre Schwellenspannung zur Aktivierung zu erreichen.

Es wird ein Flüssigkristall ausgewählt, der zwischen den Zuständen Aktivierung und "keine Reaktion" eine möglichst scharfe Schwellenspannung V aufweist. Indem die doppelte Schwellenspannung einem Segment zugeführt wird, welches aktiviert werden

509846/0708

Λ 40 989 b

a - 163

1. April 1975 - 8 -

25Ί5684

soll und indem man einen Spannungspegel von einem Drittel dieser doppelten Schwellenspannung an die Segmente oder Elemente anlegt, die nicht aktiviert werden sollen (dieser Vorgang wird weiter hinten noch genauer erläutert) gelingt es, die Anzeigevorrichtung wie gewünscht zu betreiben. Wird beispielsweise einer ausgewählten Kette leitender Segmente auf der unteren Glasplatte eine positive Spannung von 2V. (doppelte Schwellenspannung) zugeführt und wird einem ausgewählten grösserem Segment der oberen Platte das Spannungspotential Null Volt oder Masse zugeführt, dann wird das untere Segment in der ausgewählten Kette, welches sich unter dem ausgewählten oberen Segment befindet, aktiviert. Um nun sämtliche anderen Segmente daran zu hindern, teilweise aktiviert zu werden, werden sämtliche nichtbenutzten Segmente der oberen Platte auf einen Spannungspegel V- von zwei Drittel der Versorungsspannung und alle nichtbenutzten Kettensegmente der Bodenplatte oder unteren Platte auf einen Spannungspegel V₁ von einem Drittel der Versorgungsspannung gebracht.

Im Falle schliesslich, dass eine Wechselstromerregung erforderlich ist, wenn die Erregung des gewünschten Segmentes umgekehrt wird, v/erden auch die den nichtbenutzten Segmenten der oberen Platte und der unteren Platte zugeführten Spannungen V₁ und V~ umgekehrt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen vorliegender Erfindung anhand der Figuren im einzel-

509846/07Q8

A 40 989 b

a - 1G3

1. April 1975 - 9 -

nen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil der oberen Platte, nämlich auf die transparente Abdeckung, die etwa aus Kristallglas bestehen kann,

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf einen Teil der unteren Platte,

Fig. 3 stellt eine äquivalente Schaltung für den Schaltungsaufbau der Segmente für die Minutenanzeige dar, die

Fig. 4

bis 6 zeigen vereinfachte äquivalente Schaltungen für einen Teilbereich der Schaltung der Fig. 3 und die

Fig. 7 zeigt in schematischer detaillierter Schaltungsdarstellung eine Treiberschaltung zur Aktivierung gewünschter Segmente.

Wie den Fig. 1 -und 2 entnommen werden kann,verfügt die obere Platte 12, die aus transparentem Kristallglas sein kann, über eine Anzahl von Segmenten 10, beispielsweise über acht Segmente 10, bei denen es sich um mikrondünne Bereiche von im Vakuum aufgedampftem Indiumoxid und um ihre Verbindungsleitungen 11 handelt; auch diese Verbindungsleitungen sind aus Indiumoxid und elektrisch leitend und noch ausreichend dünn, so dass sie transparent sind. Die gläserne Rückplatte 13 verfügt: über Segmente 14 einer dünnen Chromschicht, die ebenfalls elektrisch leitend ist und über Verbindungsleitungen 14 aus

- 10 -

509846/0708

Λ 40 989 b

dem gleichen Material.

Die Bodenplatte 13 verfügt über sechzig äquidistante, also in gleichem Abstand angeordnete radiale Segmente 14, die die Minuten darstellen; zum Zwecke der Beschreibung sind diese Segmente aufeinanderfolgend in Uhrzeigerrichtung von 1 bis 60 durchnumeriert. Das Segment 1 entspricht der 12 Uhr-Position der Zeiger einer üblichen Uhr.

Lediglich die Segmente 1 bis 8 sind durch Verbindungsleitungen mit entsprechenden Eingangsanschlüssen verbunden oder nach aussen geführt. Das Segment 1 ist auch mit einem der Segmente in der von 9 bis 16 numerierten Gruppe verbunden; das letztere Segment 16 ist seinerseits wieder mit einem der Segmente in der von 17 bis 24 numierten Gruppe verbunden. Auf diese Weise vrird eine Kette oder Reihe von 8 Segmenten gebildet, wobei jedes Segment zu einem und nur zu einem der Segmente der Gruppe 1 bis 8, 9 bis 16, .... 56 bis 60 gehört. Analoge Ketten oder Reihen von 8 Segmenten beginnen jeweils mit den Segmenten 2,3 und 4. Ketten,die mit den Segmenten 5,6, 7 und 8 beginnen, haben nur 7 Segmente. Es gibt daher vier Ketten mit 8 Segmenten und vier Ketten mit 7 Segmenten. Eine solche Konstruktion führt zu dem Entstehen von Leckpfaden in dem Material des flüssigen Kristalls

Die obere Platte 12 ist im Abstand zur Boden- oder Rückplatte 13 angeordnet und mit dieser an ihren Randbereichen abgedichtet und verbunden. Zwischen diesen beiden Platten befindet sich eine dünne Schicht eines Flüssigkristallmaterials. Die obere Platte 12 und die Bodenplatte 13 bilden zusammen mit dem Material des Flüssigkristalls eine elektro-optische Flüssigkristall-Anzeige-

- 11 -

509846/0708

A 40 989 b

a - 163

1. April 1975 - 11 -

vorrichtung. Der'im folgenden noch häufiger verwendete Begriff des "Flüssigkristallmaterials" umfasst, ist jedoch nicht auf solche nematischen Flüssigkristallmischungen oder -verbindungen beschränkt, die in dünner Schicht gegenüber Licht relativ transparent sind und die bei Anlegen eines elektrischen Feldes über einem vorgegebenen Schwellenwert trüb oder unklar werden, und zwar aufgrund der Lichtstreuung an Bereichen oder Domänen von Flüssigkristallmolekülen (dynamische Streuung). Beispielsweise umfassen geeignete Flüssigkristallmaterialien p-n-Orthoxybenzliden-p'-Aminobenzonitril oder p-Äthoxy-Benzliden-p-n-Butylanilin. Die erfindungsgemässe elektro-optische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung kann entweder die dynamische Lichtstreuung oder eine Feldeffektwirkung ohne sonstige elektro-optische Effekte benutzen. Bei der Feldeffektwirkung wird das Orientierungsmuster eines geeigneten Flüssigkristallmaterials verdreht und die verdrehte oder gedrehte Orientierung dreht linear polarisiertes Licht.

Untersuchungen bei vorliegender Erfindung führten zum Aufbau eines Modells einer äquivalenten Schaltung, die auf der Segmentendarstellung der Fig. 3 basiert. Unter Verwendung dieser durch Untersuchungen erreichten Technik wurde festgestellt, dass sich der Leckstrom zu den nichtaktivierten Segmenten auf einen Pegel reduzieren lässt, bei welchem diese Segmente nicht mehr aktiviert v/erden; dies gelingt durch die Verwendung einer Treiberschaltung für die Anzeigevorrichtung, die eine Vorspannung aufweist, die in einem Fall bei 1/3 der Gesamtspannung und im anderen Fall bei 2/3 der Gesamtspannung liegt. Es hat sich herausgestellt, dass dann, wenn die Leckspannungen, d.h. die Spannungen über der Flüssigkristallschicht an den nichtaktiviertc

- 12 -

509846/0708

A 40 989 b a - 163

1. April 1975 - 12 -

Segmenten auf- oder unterhalb von 1/3 der Spannung über der
Flüssigkristallschicht der aktivierten Segmente gehalten wird, unerwünschte Teilbereiche des Flüssigkristallmaterials nicht
aktiviert werden. Dies beruht auf der Annahme - und das
Flüssigkristallmaterial ist so ausgewählt-,dass sich eine
Spannung, die lediglich 1/3 der Versorgungsspannung beträgt,
unterhalb der Schwellenspannung für das Flüssigkristallmaterial befindet.

Fig. 3 stellt eine äquivalente Schaltung dar, die eine Analyse der Leckpfade angibt, ohne die unterteilten, erfindungsgemäss
vorgesehenen Spannungen. Wie die Fig. 3 zeigt, stellen die
oberen viereckigen Umrandungen (5p bis 12p) die Kontakte, d-h. die "Stifte" dar, die die Eingangsleitungen mit den jeweiligen Ketten niederer Segmente 14 verbinden. Die Segmente 14 stellen die Minuten oder Sekunden auf einer Uhroberfläche dar und sind ihrer Anzahl nach sechzig Stück, die sich auf der Bodenplatte
befinden. Des weiteren gibt es acht Segmente 10 auf der oberen Platte. Jedes Segment 10 auf der oberen Platte ist auf eine
Anzahl von Segmenten 14 auf der Bodenplatte ausgerichtet. Es
gibt daher sechzig kleine Flüssigkristallmaterial-Volumen, die aktiviert werden können. Allerdings muss zu einem gegebenen
Augenblick, beispielsweise zur Anzeige des "Minutenstandes", nur ein Volumen des Flüssigkristallmaterials aktiviert und die
anderen 59 Volumen dürfen nicht aktiviert werden.

Die in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen R1 bis R60 gekennzeichneten Widerstände stellen jeweils den Widerstand des kleinen
Flüssigkristallvolumens dar, welches zwischen zwei aufeinander ausgerichteten Segmenten positioniert ist. Beispielsweise be-

- 13 -

509846/0 7 08

A 40 989 b

a - 163

1. April 1975 - 13 - 2515684

findet sich der Widerstand "R60" der Fig. 3 am Oberteil der Zeigerplatte und ist zwischen einem Segment 10 (Fig. 1) auf einer Platte und dem Segment 60 (Fig. 2) auf der anderen Platte positioniert. Das Segment 60 ist mit einer Kette verbunden, die an den Stift 5p angeschlossen ist. Das Segment 10 ist mit dem Stift 13p verbunden. Das Volumen des Flüssigkristalls zwischen dem Segment 10 und dem Segment 60 verfügt über einen Widerstand, dessen Äquivalent als Widerstand R60 bezeichnet ist. Da das Flüssigkristallmaterial gleichförmig ist, haben die äquivalenten Widerstände R1 bis R60 gleichen Widerstand.

In Fig. 3 entsprechen die Stifte 21p, 22p, 25p, 26p, 13p, 14p, 17p und 18p Indium-Eingangspunkten, d.h. Eingangseinschlüssen für die oberen Segmente 10.

Zur weiteren Erläuterung sei beispielsweise angenommen (siehe Fig. 3), dass das gemeinsame Volumen zwischen den Segmenten aktiviert werden soll, mit denen die Stifte oder Leitungsanschlusszuführungen 21p und 12p verbunden sind. Der Widerstand dieses Volumens ist durch den Widerstand R39 dargestellt. Es lässt sich erkennen, dass bei Anlegen der Spannung zwischen die Stifte 21p und 1'2p, wie sie zur Vereinfachung im folgenden weiter bezeichnet werden sollen, d.h. bei Anlegen einer Spannung an die Leitung 21 L und der Verbindung der Leitung 12 L mit Masse auch sämtlichen Volumina Spannung zugeführt wird, mit denen das mit der Leitung 21 L verbundene Segment in Kontakt steht, nämlich mit den Volumina, die durch die Bezeichnungen R39, R38, R37, R36, R35, R34, R33 und R32 dargestellt sind. Zusätzlich veranlasst die über dem durch den Begriff R38 dargestellten Volumen angelegte Spannung einen gewissen, zur

- 14 -

509846/0708

A 40 989 b

Leitung 11 L fliessenden Leckstrom; diese Leitung ist mit dem Stift 11p verbunden. Diese Leitung 11L wiederum legt einen gewissen Leckspannungsbetrag an jedes der Volumina, die durch die Widerstände R41, R54, R57, R6, R9, R22 und R25 gekennzeichnet sind. Um den Stromkreis zu schliessen, sind dann auch noch die zur Bildung der vollständigen Rückführschleife zur Leitung 12 L erforderlichen Widerstände umfasst, bei diesen Widerständen handelt es sich um den Widerstand R40 in Reihe mit R41 und R55 in Reihe mit R54 sov/ie R56 in Reihe mit R 57 und R7 in Reihe mit R6 sowie R8 in Reihe mit R9 und R23 in Reihe mit R22, schliesslich noch um den Widerstand R24 in Reihe mit dem Widerstand R25.

Wie weiter oben schon erwähnt v/ird angenommen - und diese Annahme ist hinsichtlich der Konsistenz oder des Zusammenhalts des Widerstands der Segmente selbst und auch der Konsistenz oder des Zusammenhalts des Widerstands des Flüssigkristallmaterials begründet-»dass die äquivalenten Widerstände zwischen jedem der Segmente gleich sind: Dementsprechend ergibt sich die weitere Vereinfachung der Fig. 4, bei welcher der Widerstand des Segmentes, welches aktiviert werden soll, nämlich R39, getrennt von den äquivalenten Widerständen dargestellt ist, die in den Leckstromkreis verwickelt sind. Der in den durch den Widerstand R38 fliessenden Leckstrom verwickelte Widerstand liegt mit diesem Widerstand R38 in Reihe und besteht aus sieben parallelen Stromwegen aus jeweils zwei Widerständen. Beispielsweise würde bei dieser Annäherung erster Ordnung an die Widerstandsmatrix, einer dieser sieben parallelen Strompfade gebildet sein durch die in Reihe geschalteten Widerstände R41 und R40, wie in Fig. 4 angezeigt. Jedes in Reihe geschaltete Widerstands-

- 15 -

509846/0708

Λ 40 989 b

a - 163

1. April 1975 - 15 - 2515684

paar der Fig. 4 verfügt über einen Gesamtwiderstandswert vom doppelten Wert jedes einzelnen Widerstandes. Auf diese Weise ergeben sämtliche sieben parallelen Pfade einen äquivalenten Widerstand von 2/7 eines Segmentwiderstandes, d.h. es ergibt sich ein Widerstand von (—η—).

In weiterer Vereinfachung lässt sich, wie in Fig. 5 gezeigt, feststellen, dass die volle Treiberspannung über dem gewünschten Segment 539 liegt (um dessen zwischen den Platten befindliches Flüssigkristallmaterial zu aktivieren), gleichzeitig tritt die Treiberspannung jedoch auch über dem ungewünschten, also nicht zu beaufschlagenden Segment (R38) in Reihe mit einer Parallelkombination von Segmenten auf. Die Treiberspannung (V) teilt sich über der Reihenschaltung der Widerstände annähernd in folgender Weise auf:

— . V = 7 . V

R + 2_ R 9

Das bedeutet, dass annähernd 3/4 der Versorgungsspannung über dem Widerstand R38 entwickelt werden. Diese Spannungsgrösse kann das Segment R38'auch dann aktivieren, wenn eine Aktivierung nicht erwünscht ist. Im übrigen sei darauf hingewiesen, dass diese Analyse die Einwirkungen anderer Strompfade vernachlässigt, diese Einwirkungen sind jedoch von geringerer Bedeutung. Grundsätzlich lässt sich aus dieser Analyse jedoch feststellen, dass die Möglichkeit der Aktivierung sehr vieler ungewünschter Segmente besteht.

- 16 -

509846/0708

Λ 40 989 b a - 163

1. April 1975 -16-

In Fig. 7 ist nun dargestellt, wie die Spannungen über der Flüssigkristallschicht an den nichtgewünschten Segmenten auf einen gegebenen Wert E oder auf einen äquivalenten Wert gezwungen werden. Dies steht im Gegensatz zu der durch die vorhergehende Analyse festgestellten Situation, bei welcher solche Spannungen die Folge einer komplexen Stromverteilung wahren und bei v/elcher mit Ausnahme der Eingangsleitungen oder Eingangspunkte für die gewünschten Segmente die anderen horizontalen und vertikalen Eingangsleitungen der Fig. 3 potentialmässig freigegeben waren. Die Spannung E ist in ihrem Wert nach ausgewählt als V₁ = 1/3 V , wobei es sich bei der Spannung V um die Versorgungsspannung handelt. Diese letztere Spannung ist die Spannung, die von den zu aktivierenden gewünschten Segmenten "gesehen" wird. Die Schwellenspannung V. des Flüssigkristallmaterials ist ausgewählt oberhalb der Spannung V₁ = V , sollte jedoch geringer als V₉ = 2 V /3 sein. 3

Es wäre möglich V₁ = 1/2 V zu wählen, es sei jedoch darauf

ι s

hingewiesen, dass die Helligkeit oder Strahlungsfähigkeit über dem Spannungsverlauf bei einem Flüssigkristallmaterial keinen abrupten Sprung macht,sondern allmählich ansteigt. Daher wird eine dem doppelten der Schwellenspannung entsprechende Spannung üblicherweise benötigt, um volle Leuchtdichte oder Helligkeit zu erzielen. Wählt man ein Verhältnis von V₁ = 1/2 V , dann würde dies eine sehr kritische Auswahl der Schwellenspannung nach sich ziehen. Ist V > V₁ = 1/2 V , dann besteht die Möglichkeit, dass die volle Helligkeit bei V nicht erreicht wird; ist V^ V₁ = 1/2 V , dann können ungewünschte Segmente aufleuchten.

Wie in Fig. 7 dargestellt, verwendet die Treiberschaltung Fest-

- 17 -

B098A6/0708

Λ 40 989 b

a - 163

1. April 1975 - 17 -

körperschaltelemente, die als diskrete Bauelemente oder Bauteile aufgebaut sein können oder die Teil einer integrierten Schaltung, d.h. eines sogenannten Chips sein können. Die Schaltung kann im übrigen auch so aufgebaut sein, dass die sogenannten COS/MOS-Logikschaltungen verwendet werden. Die Schaltung der Fig. 7 besteht aus Transistorschaltanordnungen in Form einer Dreiwegbrücke, wobei jedes Flüssigkristallvolumen zwischen einem leitenden Chromsegment (Leitung 128) und einem gegenüberliegenden Indiumoxidsegment (Leitung 126) einer von drei Spannungen beliebiger Polarität unterworfen werden kann. Jede der beiden Brückenschaltungshälften stellt eine spiegelbildliche Schaltungsanordnung dar und verfügt über drei Steuereingänge und drei Versorgungsspannungseingänge. Der Steuereingang 137 ist mit der Steuerelektrode, der Basis oder dem Gatter (im folgenden mit ff3 bezeichnet; diese Bezeichnung ist für die einzelnen Elektrodenanschlüsse der Schaltelemente im Unterschied zu den üblichen Bezugszeichen gewählt) des J-FET-Transistors 122 verbunden. Wenn dieses logische Eingangssignal auf hohem Potential liegt (grosser als +8V zuzüglich der Vorspannung des J-FET-Transistors) dann leitet der J-FET-Transistor und erzeugt einen Spannungsabfall über eine ir "Wider stand 121 (22 MOhm) , wodurch der MOS-FET-Transistor 124 i-n seinen leitenden Zustand geschaltet v/ird. Das Leitendsein dieses MOS-FET-Transistors 124 legt die positive Eingangsspannung, die in diesem Falle zu 20V ausgewählt worden ist, über den begrenzenden Widerstand 125 an den Chromsegment-Eingangsanschluss für die Flüssigkristallzelle, und zwar über die Leitungen 126 und 128.

Der zweite Steuereingang 136 ist direkt mit dem Eingangsgatter 2) eines MOS-FET-Transistors 127 (mit η-Kanal) verbunden.

- 18 -

509846/0708

A 40 989 b

Liegt dieses logische Eingangssignal auf hohem Potential, dann leitet der Transistor 127 und bildet für den Chromsegment-Eingang der Flüssigkristallzelle über die Leitungen 138 und 128 einen direkten Strompfad gegen Masse.

Der dritte Steuereingang 135 ist mit dem Eingangsgatter eines MOS-FET-Transistors 134 (η-Kanal) verbunden. Bei hohem Potential dieses logischen Eingangssignals leitet dann auch der Transistor 134, wodurch die Spannung auf der Leitung 133 abfällt; dadurch fällt die Spannung an der Steuerelektrode oder dem Gatter {'if=2) des Transistors 131 unter das 20 V-Potential und ermöglicht ein Leitendwerden des Transistors 131 (p-Kanal). Dadurch ergibt sich ein Strompfad für die 1/3 oder 2/3 Spannungspegel am Eingang 129 über einen begrenzenden Widerstand 130; der Strompfad verläuft über den Transistor 131 zur Leitung 132 und legt die Leitung 128 und damit den Chromsegment-Eingang der Flüssigkristallzelle an die entsprechend.-* Spannung.

Die Auswahl der dem Eingangsanschluss 129 zuzuführende 1/3 oder 2/3 Spannung erfolgt durch externe logische bilaterale COS/MOS-übertragungsschalter. Die Stromversorgung 150 und eine elektronische Umpolregelung 151 sind, wie der Darstellung der Fig. 7 entnommen werden kann,, so geschaltet, dass die erforderlichen Spannungen zur Verfügung stehen.

Die Eingangssteuerleitung 135 ist nur dann aktiviert, wenn die Eingangssteuerleitungen 137 oder 136 nicht aktiviert sind. Ist die Eingangssteuerleitung 135 aktiviert, dann hängt die Bestimmung, welche Spannung (1/3 oder 2/3 Spannung) dem Stromversor-

- 19 -

509846/0708

A 40 989 b

a - 163

1. April 1975 - 19 - 2515684

gungseingang 129 zugeführt werden soll, logisch ab von der Spannung, die der Chromseite des Segmentes, welches eine Anzeige ergeben soll, zugeführt wird. Wird der Chromseite des gewünschtenfalls zu aktivierenden Segmentes die volle positive Spannung zugeführt, dann verfügen sämtliche nicht verwendeten Chromsegmente am Steuereingang 135 über hohes Potential und damit über eine Vorspannung vom Punkt 129, die auf eine 1/3 Spannungshöhe eingestellt ist. Wird andererseits das gewünschte Chromsegment mit Masse verbunden (in diesem Falle würde die Indiumseite mit der vollen positiven Spannung versorgt werden?, dann würden sämtliche anderen Chromsegmente über die Vorspannungsversorgung vom Punkt 129 auf eine 2/3 Spannungshöhe gesetzt werden.

Lediglich als Hinweis sei erwähnt, dass es sich bei den verwendeten MOS-FET-Transistoren 124 und 127 um die Typen 2N4 352 und 2N4351 handeln kann.

Die Schaltung, die über die Leitung 126 mit den Indiumsegmenten verbunden ist, ist die gleiche wie weiter oben soeben beschrieben und die entsprechenden Transistoren sind von gleicher

Art wie soeben beschrieben; daher sind auch die gleichen Bezugsworden zeichen, lediglich um einen Beistrich oben verändert, verwendet In diesem Falle ergibt sich die 1/3 oder 2/3 Spannung am Punkt 129', die Niedrigspannungseingangssteuerung erfolgt am Punkt 136', die 2/3-Spannungseingangssteuerung am Punkt 135' und die Eingangsspannungssteuerung mit hohem Potential am Punkt 137'.

Als Folge der Versorgungsspannungs- und Steuerspannungseingänge auf der linken oder rechten Seite der in Fig. 7 dargestellten Brückenschaltung kann man daher jeder Seite eines Flüssigkri-

- 20 -

5098A6/0708

A 40 989 b

a - 163

1. April 1975 -20- 2515684

Stallvolumens ein aus vier Spannungen ausgewähltes Spannungspotential zuführen. Es handelt sich hierbei um die volle positive Spannung V , um eine positive 2/3-Spannung, um eine positive 1/3-Spannung oder um Masse. Die Spannung über dem Flüssigkristall kann daher von beliebiger Polarität und auf drei verschiedenen Spannungspotentialen liegen, nämlich auf der vollen Versorgungsspannung, auf 1/3 der Versorgungsspannung und auf 2/3 der Versorgungsspannung.

Die Schaltung der Fig. 7 erzeugt auf der Leitung 128' die 2/3 (oder 1/3)-Spannung in der absoluten Spannungshöhe von etwa +14 (öder +7) Volt und führt diese den Indiumoxid-Segmenten zu, die nicht aktiviert werden sollen. Gleichzeitig wird den Chromsegmenten, die nicht aktiviert werden sollen, die 1/3 (oder 2/3) -Spannung mit einer Amplitude von etwa +7 (oder +14) Volt zugeführt. Dementsprechend ergibt sich über oder zwischen den nichtaktivierten Segmenten ein Spannungsgradient von 1/3 der Versorgungsspannung, d.h. beispielsweise von TV. Den Segmenten, die aktiviert werden sollen, wird die volle Spannungsdifferenz zugeführt, beispielsweise wird dann an die Chromsegmente Masse oder Nullpotential angelegt und an die Indiumoxid-Segmente die Versorgungsspannung von +20V. Die Treiberschaltung verfügt in diesem Falle über einen vier Spannungspegel umfassenden Ausgangsanschluss, nämlich 0, 1/3, 2/3 und V (Versorgungsspannung)

Als Alternative ist es auch denkbar, eine Treiberschaltung zu verwenden, die einen Ausgangsanschluss mit drei verschiedenen Spannungspegeln erzeugt, nämlich den Spannungspegeln 0, die halbe Versorgungsspannung und die gesamte Versorgungsspannung. Wird beispielsweise eine 20 V-Versorgungsspannung verwendet,

- 21 -

509846/0708

A 40 989 b a - 163

1. April 1975 - 21 -

dann wird die halbe Spannung (10V) sowohl den Indiumoxid-Segmenten als auch den Chromsegmentketten zugeführt, die nicht aktiviert werden sollen. Dies führt dazu, dass maximal über einigen unerwünschten Segmenten die halbe Versorgungsspannung abfällt, beispielsweise also 10V bei einer Versorgungsspannung von 20V. Infolgedessen muss das Flüssigkristallmaterial hier eine Aktivierungsspannung haben, die grosser als die halbe Versorgungsspannung ist.

509846/0708

Claims (9)

A 40 989 b a - 163 I.April 1975 ftg 251568 4 Patentansprüche : 1 J Elektro-optische Anzeigevorrichtung, vorzugsweise für eine Armbanduhr, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite Platte (12,13) vorgesehen sind, die auf einer Seite ein von Segmenten (10,14) geformtes Muster aufweisen, wobei die Segmente (10,14) aus Schichten leitenden Materials gebildet und mindestens einige der Segmente elektrisch in Reihe geschaltet sind, dass die Platten (12,13) zueinander im Abstand derart angeordnet sind, dass die Segmente auf jeder Platte miteinander ausgerichtet sind und dass zwischen den Platten sandwichartig· eine dünne Schicht eines Flüssigkristallmaterials mit einer Schwellen-Aktivierungsspannung von V angeordnet ist, dass eine mit einer Spannungsquelle (150) für die Versorgungsspannung (V ) und mit den Seg- menten (10,14) verbundene Treiberschaltung vorgesehen ist, die eine erste Versorgungsspannungsschaltung (134, 131) umfasst, zur Zuführung einer Spannung (V.), die ein Bruchteil der Versorgungsspannung (V ) ist, an erste ausgewählte Segmente (10) der ersten Platte (12), dass eine zweite Versorgungsspannungsschaltung (122,124) vorgesehen ist, um zweiten ausgewählten Segmenten der ersten Platte (10) die volle Versorgungsspannung (V ) zuzuführen und dass dritte Versorgungsspannungsschaltungen (127') vorgesehen sind, die zweite ausgewählte Segmente (14) der zweiten Platte (13) an Spannungspotential Null Volt legen, derart, dass das Flüssigkristallmaterial zwischen den 509846/0708 A 40 989 b a - 163

1. April 1975 -*- 2515684

«3

ersten Segmenten nicht aktiviert und das Flüssigkristallmaterial zwischen den jeweils zweiten Segmenten aktiviert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung für die Segmente (10,14) eine erste Versorgungsspannungsschaltung (134, 131; 134', 131') umfasst, die ersten ausgewählten Segmenten (10) der ersten Platte (12) eine Spannung (V.) zuführt, die ein Bruchteil der Versorgungsspannung (V ) und geringer als eine zweite Spannung (V~) ist, dass eine zweite Versorgungsspannungsschaltung fi 34 ', 1 31 '; 134,132) vorgesehen ist, die ersten ausgewählten Segmenten (14) der zweiten Platte

(13) die zweite Spannung (V„) zuführt, die ebenfalls ein Bruchteil der Versorgungsspannung (V ) ist, wobei V₁ + V₂ = V_s und ^V2>^vt^>Vi ^ist' ^{dass eine dritte Vsr}~ sorgungsspannungsschaltung (122,124; 122¹, 124') vorgesehen ist, die zweiten ausgewählten Segmenten (10) der ersten Platte (12) die volle Versorgungsspannung zuführt und dass eine vierte Versorgungsspannungsschaltung (127, 127¹) vorgesehen ist, die zweite ausgewählte Segmente

(14) der zweiten Platte (13) auf Spannungspotential Null schaltet, derart, dass das Flüssigkristallmaterial zwischen den ersten Segmenten nicht und das Flüssigkristallmaterial zwischen den zweiten Segmenten aktiviert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte (12) und die auf ihr befindlichen Segmente (10) transparent sind.

509846/0708

A 40 939 b

a - 163

1. April 1975 - y- 2515684

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und die vierte Versorgungsspannungsschal— tung (122,124; 122',124^ 127, 127') ihre Ausgangsspannungen schnell vertauschen zur Erzeugung und Zuleitung einer Wechselspannung zu den mit ihnen verbundenen Segmenten beider Platten.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannung (V₁) 1/3 der Versorgungsspannung (V ) und die zweite Spannung (V₀) 2/3 der Versorgungsspannung (V ) beträgt.

£ S

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte (12) über eine Vielzahl relativ breiter Segmente (10) und eine Vielzahl von Anschlüssen verfügt, wobei jedes Segment mit einem Anschluss verbunden ist, dass die zweite Platte

(13) über eine Vielzahl schmalerer, in Gruppen angeordneter Segmente (14) verfügt, wobei jeweils eine Gruppe einem Segment (10) der ersten Platte (12) gegenüberliegt und wobei entsprechende Segmente in jeder Gruppe elektrisch ketten- oder leiterartig zur Bildung einer Elementmatrix mit einem Anschluss verbunden sind und dass die erste Versorgungsspannungsschaltung der Treiberschaltung so ausgebildet ist, dass einem ausgewählten gewünschten Segment (10) der ersten Platte (12) abwechselnd die Versorgungsspannung (V ) oder Nullpotential zugeführt ist, dass die zweite Versorgungsspannungsschaltung so ausgebildet ist, dass einer gewünschten ausgewählten Segmentkette der zweiten Platte (13) abwechselnd das Spannungs-

-A-

5098A6/0708

A 40 989 b a - 163 !..April 1975

potential Null oder die Versorgungsspannung (V ) zügeführt ist, dass die dritte Versorgungsspannungsschaltung so ausgebildet ist, dass sämtlichen anderen Segmenten

(10) der ersten Platte (12) abwechselnd eine Spannung mit dem Potential des dritten Teils der Versorgungsspannung (V /3) zugeführt ist und dass die vierte Versorgungsspannungsschaltung so ausgebildet ist, dass sämtlichen .anderen Segmentketten der zweiten Platte (13) abwechselnd eine Spannung von 2/3 der Versorgungsspannung (2V /3) zugeführt ist, derart, dass sichergestellt ist, dass die Maximalspannung zwischen nicht zu aktivierenden Segmenten der ersten und zweiten Platte kleiner als die Schwellen-Aktivierungsspannung des Flüssigkristallmaterials, daher V_s/3 < V_fc, ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der ersten Versorgungsspannungsschaltung zug^- führte erste Spannung (V₁) die Hälfte der Versorgungsspannung (V ) beträgt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentmuster auf der ersten und der zweiten Platte (12,13) zur Bildung einer analogen Uhranzeige jeweils aus einer Reihe radialer, kreisförmig um einen gemeinsamen Mittelpunkt angeordneter Segmente (10,14) besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anzeige von halben Stunden vierundzwanzig Segmente in einem inneren Ring und zur Anzeige von Minuten sechzig

509846/0708

A 40 989 b

9b

Segmente auf einem äusseren Ring auf einer der Platten (10,13) angeordnet sind, wobei die vierundzwanzig halbstündigen Segmente in einer geeigneten Matrixanordnung und die Minutensegmente in einer 8 χ 8 - Matrix mit vier nichtbenutzten Matrixpositionen angeordnet sind.

509846/070