DE2630622C2

DE2630622C2 - Anordnung zur Steuerung eines kapazitiven Anzeigeelementes

Info

Publication number: DE2630622C2
Application number: DE19762630622
Authority: DE
Inventors: Kenzoh Tenri Nara Inazaki; Masahiro Ise; Yoshiharu Kanatani; Etsuo Mizukami; Chuji Nara Suzuki
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1975-07-07
Filing date: 1976-07-07
Publication date: 1982-03-25
Also published as: GB1556450A; DE2630622A1; FR2317722A1; FR2317722B1

Description

1) die Induktivität aus zwei derart in zwei parallelgeschalteten Zweigen liegenden Induktivitäten (L\, L2) besteht, daß mit der kapazitiven Komponente (C) des Anzeigeelements jeweils ein LC-Serienresonanzkreis (L\-, Cbzw. L₂, CJ gebildet ist,

2) mit jeder Induktivität (Li, L2) in Reihe eine Diode (D\ bzw. Lh) geschaltet ist, wobei die Dioden (D], D₂) einander entgegengesetzt gepolt sind,

3) eine Gleichspannungsversorgung (Eu E₂; E)\ma die Schaltervorrichtung (SWi, SW₂; Tr,, Tr₂) derart ausgebildet sind, aaß die kapazitive Komponente (C) des Anzeigeelements abwechselnd über die eine Induktivität (L\) auf die Treibspannung (Vi) der einen Polarität und über die andere Induktivität (L₂) auf die Treibspannung (— V₂) der anderen Polarität geladen ist (Fig. 2,3,5,6).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gleichspannungsversorgung zwei Gleichspannungsquellen (Eu E₂) vorgesehen sind, die je an eine der Reihenschaltungen aus Induktivität (Lu L₂) und Diode (Du D₂) derart angeschlossen sind, daß sie eine Durchlaßvorspannung der je zugehörigen Diode (Du D₂) bewirken, und daß die Schalteranordnung zwei Schalter (5Wl, SW₂) aufweist, von denen jeder zwischen eine der beiden Gleichspannungsquellen (Eu E₂) und eine der beiden Reihenschaltungen geschaltet ist (F i g. 2).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gleichspannungsversorgung eine einzige Gleichspannungsquelle (E) vorgesehen ist und daß die Schalteranordnung zwei Schalter (SWu SW₂) aufweist, die je zwischen eine der Reihenschaltungen aus Induktivität (L], L₂) und Diode (Du D₂) und einen der Pole der Gleichspannungsquelle (E) geschaltet sind (F i g. 6).

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Diode (D\, D₂) zwischen der zugeordneten Induktivität (Lu L₂) und dem Anzeigeelement liegt.

5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltervorrichtung (Tr\, Tr₂) durch ein Taktgebersignal (Pu P₂) steuerbar ist (F i g. 5).

6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement eine Elektrolumineszenz-Wiedergabetafel ist.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung eines kapazitiven Anzeigeelementes gemäß Oberbegriff

des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Anordnung ist bekannt aus »Electronics«, 22. Januar 1960, Seiten 49 bis 51. Dort ist eine wechselspaxinungsgetriebene elektrolumineszente An-Zeigevorrichtung beschrieben, deren Anzeigesegmente durch Ferroresonanz gesteuert werden, und zwar dutch die Verwendung einer Eisenkernspule und eines Kondensators. Dadurch wird es möglich, einen bistabilen Schalter mit Speicherwirkung zu schaffen. In der Schaltung aus der nicht linearen Eisenkernspule und dem Kondensator, der zum Anzeigesegment parallelgeschaltet ist, entsteht dann, wenn sie sich in dem einen der bistabilen Schaltzustände befindet, ein Strom, der zu einer Spannung über diesem Kondensator führt, die größer ist als die zugeführte Spannung.

Aus der US-PS 35 25 988 ist es bekannt eine Elektrolumineszenzanatigevorrichtung dadurch mit einer Gleichspannungsquelle betreibbar zu machen, daß man parallel zu der Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung eine Spule schaltet, in Reihe zu dieser Parallelschaltung einen Schalter in Form eines Schalttransistors anordnet und diese Reihenschaltung zwischen die Pole der Gleichspannungsquelle schaltet Der Schalttransistor wird mit einer hochfrequenten Wechselspannung angesteuert.

Aus der DE-OS 20 38 102 ist es bekannt das Potential einer Spannungsquelle abwechselnd an die eine und die andere Anschlußseite einer Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtung anzuschalten, dadurch, daß jede dieser

jo Anschlußseiten zwischen die Spannungsquelle und die Emitter-Kollektor-Strecke eines Schalttransistors mit geerdetem Emitter geschaltet ist, wobei die Basisanschlüsse dieser Schalttransistoren je von einem Impulsgenerator angesteuert werden.

j5 Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der eingangs genannten Anordnung ein kapazitives Anzeigeelement von einer Gleichspannungsquelle aus mit einer alternierenden Treibspannung zu versorgen, wobei die aufzuwendende Leistung möglichst gering gehalten werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben und kann den Unteransprüchen gemäß vorteilhaft weitergebildet werden.
Durch die Maßnahme, das kapazitive Anzeigeelement über einen LC-Serienresonanzkreis zu treiben, erreicht man eine beträchtliche Energieersparnis gegenüber Lösungen, bei denen die Treibspannung direkt an ein solches Anzeigeelement angelegt wird.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer üblichen Elektrolumineszenz-Speichermatrixtafel,
F i g. 2 ein schematisches Schaltbild, das den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Steueranordnung zeigt,

F i g. 3(a) und 3(b) Darstellungen des Verlaufs eines Stromes bzw. einer Spannung in der Anordnung nach Fig. 2,

bo Fig. 4(a) und 4(b) eine Darstellung des Verlaufs eines Stromes bzw. einer Spannung zur Erläuterung der Arbeitsweise der in F i g. 2 gezeigten Anordnung,

F i g. 5 ein ausführliches Schaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steueranordnung, und

b5 Fig.6 ein schematisches Schaltungsdiagramm, das den grundsätzlichen Aufbau einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steueranordnung zeigt.

Zunächst wird unter Bezugnahme auf F i g. 1 und 2 eine typische EL-Speichermatrixtafel beschrieben, die bei der Erfindung verwendbar ist

Mehrere transparente Zeilenelektroderj 2 sind auf einem Glassubstrat 1 gebildet Eine dielektrische Schicht 3, z.B. aus YiO₃ oder N₂Si ist auf den transparenten Zeilenelektroden 2 und dem Glassubstrat 1 gebildet, und darauf befindet sich eine elektrolumineszente Schicht 4 bestehend aus einem dünnen ZnS-FiIm, der mit Mangan dotiert ist. Eine weitere dielektrische Schicht 3' ist auf der elektrolumineszenten Schicht 4 gebildet, und zwar mit einer Dicke von 5—500 nm unter Verwendung von Aufdampf- oder Zerstäubungsverfahren. Mehrere transparente Zeilenelektroden 5 sind auf der dielektrischen Schicht 3' in solcher Weise gebildet, daß die Elektroden 2 und 5 sich miteinander im rechten Winkel kreuzen. Mit einer solchen Anordnung kann eine Matrixsteuerung erzielt werden, indem man Auswahlsignale den Elektroden 2 und 5 zuführt.

Fig.2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Steueranordnung.

Die EL-Wiedergabetafel isi vom kapazitiven Typ und daher wird die kapazitive Komponente der EL-Wiedergabetafel mit C bezeichnet Eine Serienschaltung bestehend aus einer Diode Di, einer Induktivität (Spule) L], einem Widerstand R\ und einem Schaltelement 51Vi ist zwischen die kapazitive Komponente C und eine positive Gleichspannunsquelle £Ί geschaltet. Eine weitere Serienstufe bestehend aus einer Diode D2, einer Spule L₂, einem Widerstand A₂ und einem Schaltelement 51V₂ ist zwischen die kapazitive Komponente C und eine negative Gleichspannungsquelle E₂ geschaltet. Die Dioden D] und Di liegen bezüglich der Spannungsquellen Ei und E₂ in Durchlaßrichtung. Die Widerstände R\ und R₂ enthalten die Widerstandswerte der Elektroden, die sich in der EL-Wiedergabetafel befinden und die äquivalenten Widerstände der Verbindungsleitungen. Die Schaltelemente SWi und SW₂ bilden die Schaltervorrichtung, die Spannungsquellen ZT, und E₂ die Gleichspannungsversorgung.

Die Arbeitsweise der Steueranordnung von F i g. 2 wird nun unter Bezugnahme auf F i g. 3(a) und 3(b) beschrieben.

Wenn das Schaltelement 5Wi eingeschaltet ist und das Schaltelement SW₂ ausgeschaltet ist, und zwar während der Periode a gemäß Fig.3(a), fließt ein Ladestrom //aus der positiven Spannungsquelle E\. Der Spannungswert an der kapazitiven Komponente C beträgt Vi, was größer ist als die Quellenspannung E\, wenn eine Halbperiode der LC-Resonanzfrequenz gemäß Fig.3(b) vergangen ist. In diesem Moment ist die Diode D\ in Sperrichtung gepolt, und es wird daher die Treibspannung Vi aufrechterhalten. Während dieser Halteperiode b ist das Schaltelement 5Wi entweder eingeschaltet oder ausgeschaltet, und das Schaltelement 5W₂ ist ausgeschaltet

Während der folgenden Periode c ist das Schaltelement 51Vi ausgeschaltet, und das Schaltelement 5VV₂ ist eingeschaltet, und daher fließt ein Strom ir von der negativen Spannungsquelle — E₂, wie in Fig.3(a) gezeigt wird. Wenn die Halbzyklus-Periode vergangen ist, ist die Diode D₂ abgeschaltet, und daher wird die Treibspannung — V₂ aufrechterhalten. Während der nachfolgenden Halteperiode d ist das Schaltelement SW] ausgeschaltet, und das Schaltelement 5IV₂ ist entweder ein- oder ausgeschaltet.

Die obige Arbeitsweise wird wiederholt, wdurch Aufrechterhaltungsimpulse der EL-Wiedergabetafel zugeführt werden. Die Resonanzfrequenz des LC-Resonanzkreises bewirkt daß der der kapazitiven Komponente C zufließende Strom begrenzt wird, und die Diode arbeitet in der Weise, daß der Spannungswert aufrechterhalten wird. Der Slrombegrenzungszustand kann dadurch geändert werden, daß die Induktanz der Spulen L₁ und L₂ variiert wird, und die Frequenz der Aufrechterhaltungsimpulse kann dadurch geändert werden, daß die Schaltfrequenz der Schaltelemente 5IVi und 5IV₂ geändert wird. Die EL-Wiedergabetafel sendet Licht mit hoher Intensität aus, weil die Spannungswerte Vi und V₂ gehalten werden und daher das EL-Element die Spannung | Vi + V₂| empfängt die größer ist als die Spannungsquellenspannung |£Ί + E₂\, und zwar während des Schaltvorganges.

Ferner wird der Leistungsvei lust in der oben beschriebenen Schaltung minimal gehalten, was auf folgendem beruht:
Man nehme den Zustand an, in dem der Strom //"von der positiven Gleichspannungsquelle Ej zu der kapazitiven Komponente Cfließt.

Wenn die Diode D] aus der Schaltung von F i g. 2 weggelassen wird, ist die Schaltung ein üblicher LCÄ-Serienresonanzkreis. Wenn der Schalter 51Vi

2^r> geschlossen wird, fließt der unten ausgedrückte Strom if aus der Gleichspannungsquelle £Ί, und eine Spannung e_o, die unten ausgedrückt wird, erscheint an der Kapazität C.

if = jj-e-"sinfi

•J^/d'

1-e

a<( a „■„

V7 ■

/r +cos/7

LC a²+/² = E] -I- e"<" ί 4- sin/r + cos/ζ J (2)

Dabei ist

£Ί = der Spannungswert der Spannungsquelle E₁;

L = der Induktivitätswert der Spule L;
C = der Kapazitätswert der kapazitiven Komponente C;

a = ( die Dämpfungskonstante unter der

Bedingung ——-:

f = I —y j die natürliche Schwingungs-

Y LC 4 L \

frequenz unter der Bedingung > —

LC 4

Fig.4(a) und 4(b) zeigen die Änderungen des Stromes // und der Spannung e_o. Im Falle eines Serienresonanzkreises, bei dem die Diode D] weggelassen wird, wird die gedämpfte Schwingung durchgeführt, wie ir. gestrichelten Linien in F i g. 4(a) und 4(b) gezeigt wird. Wenn die Diode D] in den Kreis in Serie eingeschaltet wird, herrscht während der ersten Halbperiode, die dem Umlegen des Schalters 5Wi folgt, Resonanz, da die Diode D] in Durchlaßrichtung gepolt

ist. Jedoch wird die Spannung am Kondensator C gehalten, nachdem die Halbzyklus-Periode Schaltung im normalen Zustand von + V nach — V ist wie folgt:

_ η
ι —

E =

- e

V.

(6)

vergangen ist, weil die Diode D₁ in Sperrichtung gepolt ist. Dieser Zustand wird mit der durchgezogenen Linie in Fig. 4(b) gezeigt. Die Haltespannung e_oh kann wie folgt ausgedrückt werden:

(3)

λ nähert sich im Idealzustand Null, wenn nämlich R sich Null nähert, der Durchlaßwiderstand der Diode vernachlässigbar ist, und der Leistungsverlust an der kapazitiven Komponente Cund der Spule L ist ebenfalls vernachtässigbar. Es folgt dann aus der Gleichung 3: e_oh = 2Et. Das heißt die Spannung wird auf einer Amplitude gehalten, die zweimal so groß ist wie die Speisespannung E₁.

Der Energieverlust während der ersten Halbperiode, die dem Umlegen des Schalters 51V, folgt, kann unter der Voraussetzung idealer Resonanz wie folgt ausgedrückt werden:

;/· e_{) ür^jj-j sin/ , (1 - cos/ i) d τ =

Die Gleichung (4) kann wegen/ = ausgedrückt werden:

/²L (4)

-γγτ Wie folgt

(5)

d. h„ die während dieser Halbperiode erforderliche Energie ist die zum Aufladen der kapazitiven Komponente C auf den Spannungswert 2£i erforderliche Energie.

Zwar ist das EL-Dünnschichtelement ein kapazitives Element; jedoch ist es keine verlustlose Kapazität. Der Verlust ist recht niedrig, wenn das Element durch Niedrigspannungssignale getrieben wird, die keine Lichtemission hervorrufen können. Es tritt jedoch ein Emissionsverlust in nichtlinearer Weise auf, wenn das Element von einer Spannung hoher Amplitude getrieben wird. Zusätzlich tritt ein Leistungsverlust an den Elektroden, den Schaltelementen und der Spule auf, und daher muß von der Spannungsquelle Leistung zugeführt werden, um die Resonanzschwingungen hervorzurufen.

Um das Verständnis zu erleichtern, wird aus der nachfolgenden Betrachtung der nichtlineare Faktor, wie der Emissionsverlust weggelassen. In Fig.2 sind die konstanten Widerstände /?i und R₂ in die Schaltung so einbezogen, daß ein LCR Serienresonanzkreis gebildet wird, wobei die Widerstände Ri und R₂ den Elektrodenwiderstand, den Durchgangswiderstand der Schaltelemente und den Widerstandswert der Spule einschließen. Die notwendige Speisespannung zum Treiben der

1 + e

Die Gleichung (6) zeigt: im Falle idealer Resonanz R = O gilt E=O. Das heißt, die Kapazität Ckann ohne Leistungszuführung von E₁ (- E₂) durch den Spannungshub von + V\ nach — V₂ getrieben werden, wenn der Kondensator C zunächst auf den Spannungswert V aufgeladen wird. Dagegen ist E= V, wenn die Widerstände R] und /?2der Bedingung

genügen. Dies beruht darauf, daß dann der kritische Dämpfungszustand vorliegt. In der tatsächlichen Schaltung ist 0 < E < V < 2£ Das heißt, daß der Verlust klein wird, während

V-E

= e f

groß wird.

Fig.5 zeigt eine detaillierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steueranordnung.

In Fig. 5 ist C die kapazitive Komponente des EL-Dünnschichtelements, D, und D₂ sind Haltedioden, T ist ein Transformator für die Resonanzspulen L\ und L₂, Tn und Tr₂ sind Schalttransistoren, Ti und T₂ sind Kopplungstransformatoren, U\ und U₂ sind TTL Inverter vom offenen Kollektortyp, und P\ und P₂ sind Schaltimpulse. Das Windungsverhältnis der Primär- und Sekundärwindungen des Transformators T ist 1 :1. Die Impulslänge der Impulse P, und P₂ ist größer als die Halbperiode der natürlichen Schwingung, aber kleiner als die Gesamtperiode der natürlichen Schwingung.

Wenn die Taktimpulse P, und P₂ der Schaltung den in F i g. 3(a) gezeigten Perioden a bzw. c zugeführt werden, werden die Transistoren Tr₁ und Tr₂ dahingehend gesteuert, daß sie zwischen Ein und Aus hin- und hergeschaltet werden synchron zu den genannten Impulsen, und somit wird die in Fig.3(b) gezeigte Spannung dem EL-Dünnschichtelement zugeführt Diese Spannung wird allen Bildpunkten der El Matrixtafel als Aufrechterhaltungsimpuls zugeführt Bei dieser Ausführungsform kann die Amplitude der Steuerspannung gewählt werden in einem Bereich von Null bis E

1 +e

71

indem man die Impulslänge der Impulse P_s und P₂ variiert welche die Einschaltungsperiode der Schaltelemente 7h und Tr₂ steuert und zwar in einem Bereich innerhalb der Halbzyldusperiode.

Fig.6 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird die kapazitive Komponente C von einer Spannungsquelle füber den Schalter SWi, die Spule Li und die Diode D₁ aufgeladen, und die kapazitive Komponente C wird über die Diode D₂, die Spule L₂ und den Schalter 5W₂ entladen. Bei dieser Ausführungsform ist nur eine Gleichspannungsquelle erforderlich, um den alternierenden Spannungshub zu bewirken.

2 Blau Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung eines kapazitiven Anzeigeelements mit einer Schaltervorrichtung für die Zuführung einer Treibspannung wechselnder Polarität an das Anzeigeelement und mit einer Induktivität in Reihe geschaltet mit dem Anzeigeelement,

dadurch gekennzeichnet, daß