DE3100667A1 - Anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Dr. rer.nat. Thomas Berendf Ur.-ing. Hans Leyh

iKilc-GrVifi-Stf. 38 - D 8000 München 80

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

Ferranti Limited

Bridge House, Park Road

Gatley, Cheadle, Cheshire SK8 4HZ, England

(früher: Holiinwood, Lancashire, England)

Anzeigevorrichtung

1 3 Ü 0 4 7 / 0 A 7 7

I _m Ferranti Ltd.

A 14 456

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung, insbesondere eine Vorrichtung, die Flüssigkristalle zur Erzeugung einer Darstellung oder Anzeige verwendet.

Anzeigevorrichtungen mit Flüssigkristallen sind bekannt, wobei am häufigsten die Sieben-Strich-Darstellung verwendet wird, zur Erzeugung einer digitalen Anzeige. Dies erfordert die Verwendung geeignet geformter Elektroden uns es können nur Zeichen angezeigt werden, die durch die Sieben· Strich-Anordnung dargestellt werden können. Andere Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen verwenden geformte Elektroden, um eine analoge Darstellung zu schaffen, beispielsweise die Darstellung der rotierenden Zeiger einer Uhr. In beiden Fällen ist es jedoch nicht möglich, eine graduelle Änderung der Darstellung zu erzeugen, vielmehr kann eine Änderung nur durch die abrupte Bewegung von einer Darstellungsposition zur anderen bewirkt werden.

Das am meisten verwendete Flüssigkristall-Material ist ein solches, das normalerweise durchlässig für einfallendes Licht ist, jedoch undurchsichtig oder reflektierend wird, wenn ein elektrisches Feld an das Material angelegt wird. Eine dünne Schicht aus Flüssigkristall, z.B. mit einer Dicke von 10 mm,wird schichtförmig zwischen einem Paar Elektroden angeordnet, von denen eine transparent ist. Ein elektrisches Feld kann dann zwischen den Elektroden angelegt werden, um das Aussehen des Flüssigkristallmaterials zu verändern.

Es ist ferner bekannt, strichförmige Anzeigen zu erzeugen, wobei ein Strich graduell bewegt wird durch Veränderung des angelegten elektrischen Potentials, die Anwendungsfälle einer solchen Anzeige sind jedoch begrenzt.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung zu schaffen, bei der ein kleiner Punkt dargestellt und über einen Anzeigebereich nach Wunsch bewegbar ist.

Erfindungsgemäß ist hierzu eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen, die ein Paar im Abstand angeordneter Elektroden aufweist, von denen jede eine solche Widerstandscharakteristik besitzt, daß ein Potentialgradient Über der Elektrode erzeugt werden kann, ferner mit einem Paar von Anschlüssen an jeder Elektrode, die derart angeordnet sind, daß die über den zwei Elektroden entwickelten Potentialgradienten in einem Winkel zueinander verlaufen, ein Flüssigkristall-Material, das zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist und das undurchsichtig wird, wenn ein elektrisches Feld über ihm angelegt wird, eine Spannungsquelle zum Anlegen eines alternierenden Potentials an jedes Paar der Anschlüsse, derart, daß die beiden Potentiale dieselbe Frequenz haben, jedoch außer Phase zueinander um einen Winkel sind, der die Form der Darstellung bestimmt.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch eine Anzeigeeinrichtung zeigt.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht die Einrichtung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt die Betriebsweise der Einrichtung nach Fig. 2.

Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform einer Spannungsquelle zeigt.

Fig. 5 zeigt in Form eines Blockdiagrammes eine alternative Ausführungsform einer Spannungsquelle.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Anzeigeeinrichtung nach der Erfindung gezeigt, die zwei Platten 10 und 11 aus einem elektrisch isolierenden

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Material aufweist. Wird die Vorrichtung in Richtung des Pfeiles in Fig. 1 betrachtet, dann ist wenigstens die Platte 10 transparent. An den einwärts gerichteten Oberflächen jeder Platte ist eine Elektrode in Form einer dünnen, niedergeschlagenen oder aufgedampften Schicht aus einem geeigneten Metall angebracht. Jede dieser Schichten 12 und 13 besteht aus einem Material hohen spezifischen Widerstandes, so daß ein Potential gradient über der Elektrode erzeugt werden kann. Wenigstens die Elektrode 12 muß transparent sein. Wie Fig. 2 zeigt, ist ein Anschlußstreifen über jedem Ende der Elektrode 12 ausgebildet, wobei diese Streifen 14 und 15 einen niedrigen spezifischen Widerstand haben und mit an ihnen angeformten elektrischen Anschlüssen versehen sind. In gleicher Weise sind Anschlußstreifen 16 und 17 an den Enden der anderen Elektrode 13 ausgebildet, um elektrische Anschlüsse zu bilden. Die Streifen 14 und 15 verlaufen im wesentlichen senkrecht zu den Streifen 16 und 17,in derselben Weise wie auch die beiden Elektroden 12 und 13 senkrecht zueinander verlaufen.

Der Raum zwischen den Elektroden 12 und 13 ist durch eine Wand 18 aus geeignetem Material abgeschlossen und das von dieser Wand 18 und den beiden Elektroden 12 und 13 eingeschlossene Volumen wird mit einem geeigneten Flüssigkristall-Material 19 gefüllt.

Anzeigeeinrichtungen der vorbeschriebenen Art sind bekannt und sie arbeiten mit Gleichspannung oder Wechselspannung.

Die Betriebsweise der vorliegenden Anzeigeeinrichtung wird anhand von Fig. 3 beschrieben. Fig. 3a zeigt die Vorrichtung in schematischer Form, nur mit den Elektroden 12 und 13, den Anschlußstreifen 16 und und dem Flüssigkristal!material 19.

Wenn eine Spannung von 2V zwischen die Streifen 16 und 17 gelegt wird, so verläuft der Potentialgradient wie in Fig. 3b gezeigt ist, unter der Annahme, daß die Spannung +V an der Klemme 17 und die Spannung -V an der

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Klemme 16 liegt. Damit hat ein Bereich über der Elektrode 13, in der Mitte zwischen den beiden Anschlußklemmen die Spannung Null. Wenn nun beide Anschlußstreifen der Elektrode 12 an Null-Spannung gelegt werden, so bildet der Bereich über der Elektrode 13 einen Breien aus Flüssigkristall-Material, über welchem kein elektrisches Feld existiert. Der Rest des Flüssigkristall-Materials ist einem elektrischen Feld vorgegebener Größe unterworfen, obwohl diese sich mit der Position ändert. Da das Flüssigkristall-Material ein solches ist, das undurchsichtig wird, wenn ein elektrisches Feld an es angelegt wird, hat die Darstellung das Aussehen eines undurchsichtigen Striches in einem im übrigen durchsichtigen Bereich. Fig. 3c zeigt die Änderung der optischen Eigenschaften über dem Anzeigebereich. Es liegt jedoch kein abrupter übergang zwischen dem durchsichtigen und dem undurchsichtigen Zustand vor. Irgendeine Reflexion, die auftritt, wenn kein elektrisches Feld vorhanden ist, bezieht sich nur auf den Hintergrund.

Die beschriebene Wirkung wird erhalten, unabhängig ob die angelegte Spannung über der Elektrode 13 eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung ist. Durch das Anlegen einer ähnlichen Spannung an der anderen Elektrode 12 kann die Wirkung jedoch variieren. Das Anlegen einer gleichen Spannung, entweder Gleichspannung oder Wechselspannung, und in-phase, führt dazu, daß der Strich neu positioniert wird, so daß er diagonal über die Anzeigefläche läuft, unter der Annahme, daß diese rechteckig ist. Das wesentliche Merkmal der Erfindung liegt jedoch darin, daß die beiden angelegten Spannungen nicht in Phase miteinander sind. Fig. 4 zeigt schematisch eine geeignete Ausführungsform. An die Elektrode 12 ist die Sekundärwindung eines Transformators gelegt, an dessen Primärwicklung eine Spannung V sin wt gelegt ist. An der Sekundärwicklung liegt ferner ein Potentiometer, dessen Abgriffspunkt geerdet ist. Damit kann durch Einstellung des Abgriffspunktes die Spannungsverteilung bezüglich Erde variiert werden, während die Spannung über den Elektroden auf einem konstanten Wert gehalten wird.

Die andere Elektrode 13 ist in gleicher Weise an einen zweiten Transformator geschaltet, an den eine Spannung V cos wt gelegt ist.

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Wie zuvor, ist ein Potentiometer mit einem geerdeten Abgriffspunkt an die Sekundärwicklung des Transformators geschaltet. Mit rechtwinklig zueinander liegenden Elektroden und Spannungen in 90°-Phasenverschiebung kann ein quadratischer Punkt über die Anzeigefläche bewegt werden. Die Größe des Punktes hängt u.a. von den Stärken der angelegten Spannungen ab. Größere Spannungen führen zu einer kleineren Punktgröße.

Ein quadratischer Punkt kann auch erzeugt werden, wenn die Elektroden in anderen Winkeln als 90° zueinander angeordnet sind, bei geeigneter Einstellung der Phasendifferenz zwischen den beiden Spannungen. Ferner kann mit jeder besonderen Elektrodenanordnung die Form des Punktes verändert werden, durch Variieren der Phasen-Differenz zwischen den beiden Spannungen.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer einfachen Schaltung zur Erzeugung der gewünschten Bewegung des Punktes längs nur einer Achse. Die Schaltung umfaßt einen Multiplier M, an den die Spannung V sin wt gelegt ist, die mit Vi bezeichnet ist, sowie eine Steuerspannung Vc. Der Ausgang von Vo vom Multiplier ist an einen Anschluß von einer der beiden Elektroden gelegt. Die Sinus-Spannung Vi ist ferner über einen invertierenden Verstärker A1 mit der Verstärkung G an einen Eingang eines Summierverstärkers A2 gelegt. Der andere Eingang des Summierverstärkers A2 ist mit dem Ausgang Vo des Multipliers M verbunden. Die beiden Summierwiderstände des Verstärkers A2 haben denselben Wert. Der Ausgang des Summierverstärkers ist mit der anderen Anschlußklemme der Elektrode verbunden.

Im Betrieb ist die Ausgangsspannung Vo des Multipliers, die an einen Anschluß gelegt ist, das Produkt der Eingangsspannung Vi und der Steuerspannung Vc. Der Ausgang des invertierenden Verstärkers A1 ist -G-Vi und dieser Wert wird der Spannung VcVi vom Multiplier hinzuaddiert. Damit ist die Spannung, die an die andere Anschlußklemme der Elektrode gelegt wird Vi(Vc-G). Eine Veränderung der Steuerspannung Vc führt dazu,

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daß die an eine Anschlußklemme gelegte Spannung ansteigt, während die an die andere Klemme angelegte Spannung um denselben Betrag fällt. Die Spannung zwischen den beiden Anschlüssen bleibt konstant auf GVi.

Betrachtet man beispielsweise den Fall, wenn die Verstärkung des invertierenden Verstärkers A1 = 10, der Effektivwert der Spannung Vi 10 Volt beträgt und die Steuerspannung Vc zwischen 0 Volt und 10 Volt variabel ist. Wenn Vc und Vi beide 10 Volt sind, so ist der Ausgang des Multipliers 100 Volt bezüglich Erde und dieser Wert wird an eine Klemme der Elektrode gelegt. Der Ausgang des invertierenden Verstärkers ist ebenfalls 100 Volt, und damit ist der Ausgang des Summierverstärkers A2 gleich Null. Die andere Klemme der Elektrode liegt damit auf Erdpotential.

Es soll nun der Fall betrachtet werden, wenn die Steuerspannung Vc 5 Volt beträgt. Der Ausgang Vo des Multipliers ist dann 50 Volt, während der Ausgang des Verstärkers A1 -100 Volt ist. Der Ausgang des Summierverstärkers ist damit -50 Volt, so daß gleiche und entgegengesetzte Spannungen an die beiden Anschlußklemmen gelegt werden. Die Spannung über der Elektrode ist jedoch noch 100 Volt. Man erkennt somit, daß die Veränderung der Steue^spannung über ihren vollen Bereich die Spannungsverteilung über der Elektrode verändert, während eine konstante Spannung über der Elektrode aufrechterhalten wird.

Eine gleiche Schaltung kann für die andere Elektrode verwendet werden, wobei die Spannung Vi die Form V cos wt hat. Die Veränderung der beiden Steuerspannungen ermöglicht es somit, daß der Punkt in jede Position der Anzeigefläche bewegt wird.

Um ein Flimmern der Darstellung zu vermeiden, sollte die Frequenz der beiden angelegten Spannungen vorzugsweise größer als 50 Hz sein. Frequenzen im Bereich von 500 - 2000Hz sind geeignet. Die Zeitkonstante

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des Flüssigkristallmaterials neigt dazu, temperaturabhängig zu sein, bei normalen Betriebstemperaturen liegt dies jedoch im Bereich von Zehnteln von Millisekunden.

Es können andere Formen von Spannungsquellen verwendet werden, die die oben genannten Kriterien erfüllen. Die Erregerspannungen können auch anders als sinusförmig sein. Beispielsweise können Rechteckwellenformen verwendet werden.

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Claims (1)

1. A 14 456 Ferranti Ltd.

   Patentansprüche

   1. ^Anzeigevorrichtung, gekennzeichnet durch ein

   Paar im Abstand liegender Elektroden, von denen jede eine solche Widerstandscharakteristik hat, daß einPotentialgradient über ihr erzeugbar ist, ein Paar Anschlüsse an jeder Elektrode, die so angeordnet sind, daß die über den beiden Elektroden erzeugten Potentialgradienten in einem Winkel zueinander verlaufen, ein Flüssigkristall-Material zwischen den beiden Elektroden, das undurchsichtig wird, wenn ein elektrisches Feld an es angelegt wird, ferner durch eine Spannungsquelle zum Anlegen eines alternierenden Potentials an jedes Paar Anschlüsse, derart, daß die beiden Potentiale dieselbe Frequenz haben, jedoch außer Phase zueinander sind, um einen Winkel, der die Form der Anzeige bestimmt.

   2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden derart angeordnet sind, daß ihre Potentiale zueinander und die alternierenden Potentiale, die an die beiden Paare von Anschlußklemmen gelegt sind, zueinander in 90°-Phasenverschiebung liegen.

   3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der Elektroden transparent ist und auf einem transparenten Substrat angeordnet ist.

   4. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung so angeordnet ist, daß an jeder Elektrode eine konstante Spannung liegt, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um das Potential an jeder Anschlußklemme bezüglich einem Bezugspotential zu variieren.

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   5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung für jede Elektrode eine Multiplizierschaltung aufweist, an welche eine konstante Eingangs-Wechsel Spannung und eine variable Steuerspannung gelegt ist, und deren Ausgang mit einem Anschluß der Elektrode verbunden ist, daß ferner ein Verstärker mit konstanter Verstärkung vorgesehen ist, an den diese Eingangsspannung gelegt ist, ferner ein Summierverstärker, an den als Eingänge die Ausgänge der Multiplizierschaltung und des Verstärkers mit konstanter Verstärkung gelegt sind, und dessen Ausgang mit der anderen Anschlußklemme der Elektrode verbunden ist.

   6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung über einen Bereich von Null bis zu einem Wert variabel ist, der numerisch gleich der Verstärkung des Verstärkers mit konstanter Verstärkung ist.

   7. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die alternierenden Potentiale eine Sinus-Wellenform aufweisen.

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