DE69029312T2

DE69029312T2 - Energiesparende Schaltung zur Steuerung von dünnfilmelektrolumineszenten Elementen

Info

Publication number: DE69029312T2
Application number: DE69029312T
Authority: DE
Inventors: Juris Andrejs Asars
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1989-09-25
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2010-09-22
Also published as: DE69029312D1; EP0420518A2; EP0420518A3; CA2022971A1; EP0420518B1; US5126727A; JPH03205785A

Description

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf Steuerschaltungen für elektrolumeszente Dünnschicht(TFEL)- Randemittereinrichtungen. US-A-4707692 zeigt eineSteuerschaltung nach der Einleitung von Ansprüchen 1, 8 und 10.
TFEL-Elemente emittieren Licht, wenn ein sich änderndes elektrisches Feld über dem Element vorhanden ist. TFEL-Elemente sind Dünnschichtstrukturen, die zum Beispiel eine Phoshorschicht umfassen, die zwischen zusammengesetzten dielektrischen Schichten und Elektroden gelagert ist, die auf der Außenseite der dielektrischen Schicht angeordnet sind. Beispiele der Struktur von TFEL-Elementen werden in US-A- 4535341, US-A-4734723 und der europäischen Patentanmeldung EP-A-369755, veröffentlicht am 23.05.90, gefunden.
TFEL-Randemittereinrichtungen sind typischerweise in Anordnungen eingebaut, die multiplexierte gemeinsame Steuerschaltung benutzen, um viele TFEL-Einrichtungen von einer einzigen Quelle zu steuern. Eine gemeinsame Steuerschaltung erzeugt die Spitze-zu-Spitze-Spannung, die notwendig ist, um die TFEL-Randemittereinrichtung zu beleuchten, und ein Demultiplexierkanaltreiber richtet das Signal wie erwünscht auf die individuellen Einrichtungen. Man arbeitet daraufhin, Randemitterstrukturen zu verbessern, so daß weniger physikalische Verbindungen zwischen den individuellen Bildelementen auf jeder Einrichtung und der Steuerschaltung getragen werden müssen. Ein Beispiel einer solchen Arbeit ist die europäische Patentanmeldung EP-A-395327, veröffentlicht am 31.10.90.
TFEL-Einrichtungen benötigen hohe Betriebsspannungen in der Größenordnung von 500 Volt Spitze-Spitze. Man benötigt nicht nur eine hohe Spannung zum Betrieb der Einrichtung, sondern die Spannung muß auch genau geregelt werden, um gleichmäßige, reproduzierbare Lichtemission von der TFEL-Einrichtung zu erhalten. Die gemeinsamen Steuerschaltungen benutzen zur Zeit stromsteuernde Transistoren, um die kapazitive TFEL-Last zu laden. Die in der TFEL-Last gespeicherte Spannung wird dann durch Zerstreuung des Stroms durch Widerstandsschaltung entladen. Siehe zum Beispiel Fig. 6 der obengenannten europäischen Patentanmeldung EP-A-395327 und die sie begleitende Beschreibung.
Da sich die Anwendungen für TFEL-Einrichtungen erhöhen, und ein Potential für tragbare Anwendungen vorhanden ist, besteht ein Bedarf an einer wirkungsvollen gemeinsamen Steuerschaltung. Die Steuerschaltung muß zusätzlich zur Erreichung einer wirkungsvollen Benutzung der Stromversorgung auch fähig sein, die angewandte Spannung genau zu regeln, wenn die Versorgungsspannung nicht genau kontrolliert ist.
Die vorliegende Erfindung besteht aus einer stromsparenden Spannungssteuerschaltung für eine elektrolumineszente Dünnschicht(TFEL)-Randemittereinrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen, die je einen ersten Pol haben, und in der sich alle Bildelemente einen gemeinsamen zweiten Pol teilen, wobei die Steuerschaltung ein Demultiplexiermittel umfasst, das wahlweise an den zweiten Pol angeschlossen werden kann, gekennzeichnet durch einen Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, wobei die Sekundärwicklung induktiv an die Primärwicklung angeschlossen ist; eine Diode, die mit der Sekundärwicklung zwischen einer Spannungsquelle und Erde zur Begrenzung der Betriebsspannung in Reihe geschlossen ist; ein Zweirichtungsschaltermittel, das mit der Primärwicklung in Reihe geschlossen ist; und ein Steuermittel, um einen der ersten Pole wahlweise durch die Primärwicklung und das Zweirichtungsschaltermittel an die Spannungsquelle anzuschließen, dabei zu ermöglichen, daß Strom in das Bildelement fließt, um das Bildelement auf eine Betriebsspannung zu laden, und zu ermöglichen, daß Strom aus dem Bildelement zur Spannungsquelle zurückfließt.
Die vorliegende Erfindung besteht auch aus einem Verfahren einer multiplexierten elektrolumineszenten Dünnschicht(TFEL)Randemitteranordnung und einer stromsparenden Steuerschaltung dafür, die eine Vielzahl von TFEL- Randemittereinrichtungen umfasst, wobei jede Einrichtung eine Vielzahl von Bildelementen hat, wobei jedes Bildelement von jeder Einrichtung einen ersten Pol hat, und sich einen gemeinsamen zweiten Pol mit den anderen Bildelementen der Einrichtung teilt, gekennzeichnet durch einen Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung; ein Zweirichtungsschaltermittel, das mit der Primärwicklung in Reihe geschlossen ist; ein Steuermittel, um bestimmte erste Pole wahlweise durch die Primärwicklung und das Zweirichtungsschaltermittel an eine erste Spannungsquelle anzuschließen; ein Diodenmittel, das mit der Sekundärwicklung zwischen der Spannungsquelle und Erde in Reihe geschlossen ist, um den Wert einer Betriebsspannung zu begrenzen; und ein Demultiplexiermittel, das wahlweise an bestimmte zweite Pole der Einrichtungen angeschlossen werden kann, um zu ermöglichen, daß ein Bildelement auf der ausgewählten Einrichtung sich auf die Betriebsspannung aufladen kann, und sich von der Betriebsspannung durch das Zweirichtungsschaltermittel und die Primärwicklung entladen kann.
Die Erfindung besteht auch aus einem Verfahren zur Lieferung eines multiplexierten Stroms an eine elektrolumineszente Dünnschicht(TFEL)-Randemitteranordnung, die aus einer Vielzahl von TFEL-Randemittereinrichtungen aufgebaut ist, wobei jede Einrichtung eine Vielzahl von Bildelementen hat, wobei jedes Bildelement einen ersten Pol hat, und alle Bildelemente auf einer Einrichtung sich einen gemeinsamen zweiten Pol teilen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, ein Datensignal von einem Demultiplexiertreiber wahlweise an wenigstens einen der zweiten Pole zu liefern; und wenigstens einen der ersten Pole wahlweise durch einen Zweirichtungsschalter und eine Primärwicklung eines Transformators an eine Spannungsquelle anzuschließen, dabei zu ermöglichen, daß Strom in die wahlweise angeschlossenen Bildelemente fließt, um zu ermöglichen, daß sich das Bildelement auf eine Betriebsspannung lädt; gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: eine Sekundärwicklung des Transformators wird induktiv an die Primärwicklung und eine Diode angeschlossen, wobei die Sekundärwicklung und die Diode in Reihe zwischen einer Spannungsquelle und Erde geschaltet sind, um den Wert der Betriebsspannung zu begrenzen; wenigstens einer der ersten Pole wird von der Spannungsquelle getrennt, dabei wird verhindert, daß sich das Bildelement entlädt; der wenigstens eine der ersten Pole wird nach einer geeigneten Pulsdauer wieder an die Spannungsquelle angeschlossen, um zu ermöglichen, daß Strom von dem geladenen Bildelement zur Spannungsquelle fließt; der wenigstens eine der ersten Pole wird von der Spannungsquelle getrennt, nachdem im wesentlichen die ganze in dem Bildelement gespeicherte Energie zur Spannungsquelle zurückgegeben wird; und das Datensignal wird von dem wenigstens einen der zweiten Pole entfernt.
Die Schaltung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung stellen eine dramatische Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar. Ohne Schaltungsoptimierung ist experimentell eine 66%ige Stromeinsparung beobachtet worden. Zusätzlich stabilisiert die stromsparende Steuerschaltung wegen der besonderen Kennzeichen der vorliegenden Erfindung automatisch die Betriebsspannung, die den TFEL-Einrichtungen unabhängig von den Kennzeichnen der TFEL-Last verfügbar ist. Daher erreicht die vorliegende Erfindung Gleichförmigkeit der Beleuchtung über der TFEL-Randemitteranordnung.
Die Erfindung wird nun, um sie zu verdeutlichen, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, die beispielsweise gegeben werden, beschrieben, und in denen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer multiplexierten elektrolumineszenten Dünnschicht(TFEL)-Randemitteranordnung ist, die eine Vielzahl von TFEL-Randemittereinrichtungen und eine stromsparende Steuerschaltung dafür umfasst;
Figuren 2A bis 2D verschiedene Signale darstellen, die beim Verständnis des Betriebs der in Figur 1 dargestellten Anordnung und der Steuerschaltung hilfreich sind;
Figur 3 eine schematische Darstellung der gemeinsamen Steuerschaltung ist;
Figuren 4A bis 4I verschiedene Signale darstellen, die beim Verständnis des Betriebs des in Figur 3 dargestellten gemeinsamen Steuerschaltung hilfreich sind;
Figur 5 eine vereinfachte Darstellung eines Teils der gemeinsamen Steuerschaltung ist;
Figuren 6A bis 6E verschiedene Signale darstellen, die beim Verständnis des Betriebs der in Figur 5 dargestellten Schaltung hilfreich sind;
Figur 7 ein elektrisches Schema einer Ausführungsform des in
Figur 5 dargestellten Zweirichtungsschalters ist; und
Figur 8 eine Kurve ist, die die von der vorliegenden Erfindung erreichten Stromeinsparungen darstellt.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer multiplexierten elektrolumineszenten Dünnschicht(TFEL)-Randemitteranordnung 9 und einer stromsparenden Schaltung dafür. Die Anordnung 9 ist aus einer Vielzahl von identischen TFEL-Einrichtungen oder Bildelementgruppen hergestellt, von denen drei (12, 14 und 16) gezeigt werden. Jede Einrichtung 12, 14, 16 umfasst eine Vielzahl von Bildelementen. In dem in Figur 1 gezeigten Beispiel werden vier Bildelemente 18-21 auf der Einrichtung 12 dargestellt. Jedes Bildelement 18-21 hat jeweils einen ersten Pol 22-25. Alle Bildelemente 18-21 der Einrichtung 12 teilen sich einen gemeinsamen zweiten Pol 27. Alle TFEL-Einrichtungen 12, 14, 16, die die Anordnung 9 umfassen, sind in identischer Weise aufgebaut. Daher hat die TFEL-Einrichtung 14 zum Beispiel eine Vielzahl von Bildelementen 18'-25', die jeweils einen ersten Pol 22'-25' haben und sich je einen gemeinsamen zweiten Pol 27' teilen. Es wird angenommen, daß Personen mit normalen Kenntnissen der Technik der Aufbau von solchen TFEL- Einrichtungen 12, 14, 16 wohlbekannt ist, so daß keine weitere Beschreibung solcher Einrichtungen notwendig ist.
Jeder der gemeinsamen zweiten Pole 27, 27', usw. ist an einen Kanaltreiber 30 angeschlossen. Der Kanaltreiber 30 ist ein kommerziell erhältliches Kombinationsschieberegister, Speicher, Steuereinrichtung, mit einer Vielzahl von Ausgängen 32, 32', usw., die jeweils an die gemeinsamen zweiten Pole 27, 27' usw. angeschlossen sind. Der Kanaltreiber 30 hat einen Dateneingangspol 34, um Daten von einem Datenbus 35 zu empfangen, einen Takteingangspol 36, um Taktpulse von einem Taktbus 37 zu empfangen, einen Speichereingangspol 38, um Speicherbefehle von einem Speicherbus 39 zu empfangen, und einen Polaritätseingangspol 40, um Polaritätssignale von einem Polaritätsbus 42 zu empfangen. Die Lieferung von Daten, Taktpulsen, Speicheranleitungen, und Polaritätssignalen an den Kanaltreiber 30 ist beim Stand der Technik wohlbekannt. Der Leser, der sich mehr Information betreffs des Aufbaus und des Betriebs des Kanaltreibers 30 wünscht, wird auf die obengenannte europäische Patentanmeldung EP-A-395327 hingewiesen.
Die in Figur 1 dargestellte Steuerschaltung 10 schließt auch eine gemeinsame Steuerschaltung 41 ein. Die gemeinsame Steuerschaltung hat einen ersten Ausgangspol 43, der an eine erste Sammelschiene 48 angeschlossen ist, einen zweiten Ausgangspol 44, der an eine zweite Sammeischiene 49 angeschlossen ist, einen dritten Ausgangspol 45, der an eine dritte Sammelschiene 50 angeschlossen ist, und einen vierten Ausgangspol 46, der an eine vierte Sammelschiene 51 angeschlossen ist. Jede der Sammeischienen 48-51 ist an einen der ersten Pole jeder der TFEL-Einrichtungen 12, 14, 16 angeschlossen. Die erste Sammelschiene 48 ist zum Beispiel an die ersten Pole 22, 22', usw. angeschlossen, die zweite Sammelschiene 49 ist an erste Pole 23, 23', usw. angeschlossen, die dritte Sammelschiene so ist an erste Pole 24, 24', usw. angeschlossen, und die vierte Sammelschiene 51 ist an erste Pole 25, 25', usw. angeschlossen. In dieser Weise kann die gemeinsame Steuerschaltung 41 Strom an alle Bildelemente von jeder TFEL-Einrichtung liefern. Die gemeinsame Steuerschaltung 41 ermöglicht, daß individuelle Bildelemente wie bekannt erregt werden, wenn sie in Verbindung mit dem Kanaltreiber 30 betrieben wird, der als ein Demultiplexierer wirkt.
Der Aufbau und der Betrieb der gemeinsamen Steuerschaltung 41 bildet einen wichtigen Teil der vorliegenden Erfindung und wird nun genauer in Verbindung mit Figuren 3, 4A-4I und 6A-6E beschrieben.
Wenn man Figur 3 betrachtet, dann wird die gemeinsame Steuerschaltung 41 genau dargestellt. Die Schaltung links von den Kondensatoren 53 und 54 liefert positive und negative Spannungspulse, die dann von der Schaltung rechts von den Kondensatoren 53 und 54 gesteuert werden, so daß wie in Figur 4A gezeigte Dreihöhensignale an dem Ausgangspol 43 verfügbar sind, wie in Figur 48 gezeigte Dreihöhensignale an dem Ausgangspol 44 verfügbar sind, wie in Figur 4C gezeigte Dreihöhensignale an dem Ausgangspol 45 verfügbar sind, und ähnliche Dreihöhensignale (nicht gezeigt) an dem Ausgangspol 46 verfügbar sind. Die Schaltung links von den Kondensatoren 53 und 54 ist eine Dualschaltung, bei der die obere Hälfte und die untere Hälfte identisch aufgebaut sind. Die obere Hälfte kann benutzt werden, um das positive Teil der Dreihöhensignale zu liefern, während die untere Hälfte benutzt werden kann, um das negative Teil der Dreihöhensignale zu liefern. Betrieb der Schaltung links von den Kondensatoren 53 und 54 wird genauer in Verbindung mit Figur 5 beschrieben.
In Figur 5 wird die obere Hälfte der Schaltung links von den Kondensatoren 53 und 54 genau gezeigt, die zur Herstellung des positiven Teils des Dreihöhensignals verantwortlich ist. Die Schaltung rechts von den Kondensatoren 53 und 54 ist vereinfacht worden, und wird einfach von der kapazitiven Last CL dargestellt.
Die kapazitive Last CL ist an eine Quelle positiver Spannung VS durch die Reihenkombination der Wicklung 60 eines Transformators 58 angeschlossen. Eine Sekundärwicklung 62 des Transformators 58 ist mit einer Diode 64 zwischen der positiven Spannungsquelle VS und Erde in Reihe geschlossen. Der Lastkondensator CL ist durch die Reihenkombination eines Widerstandes 66 und eines Schalters 68 an Erde geschlossen. Betrieb der in Figur 5 gezeigten Schaltung wird nun in Kombination mit Figuren 6A-6E beschrieben.
Der Zweirichtungsschalter 56 ist zur Zeit t&sub0; in Figur 6D geschlossen. Der Lastkondensator CL fängt an, sich wegen des Strornflusses ip (gezeigt in Figur 6B) durch die Induktanz der Primärwicklung 60 des Transformators 68 zu laden. Der Lastkondensator CL fängt an, sich wie eine wie in Figur 6A gezeigte gewöhnliche LC-Schaltung zu laden. Die Diode 64 ist zu dieser Zeit in Sperrichtung vorgespannt, so daß kein Strom ic durch die Sekundär- oder Steuerwicklung 62 des Transformators 58 fließt, wie in Figur 6C gezeigt. Der durch die Primärwicklung 60 fließende Strom erhöht sich weiterhin bis zur Zeit t&sub1;, wenn die Spannung des Lastkondensators CL gleich der Quellenspannung VS ist. Danach fängt der Wert des Stroms i an, sich wie in Figur 6B gezeigt zu verringern.
Die Spannung über der Lastkondensator CL hat zur Zeit t&sub2; ein wie von VOP in Figur 6A gezeigtes Betriebspotential erreicht. Wenn die Spannung über de Lastkondensator CL die Betriebsspannung VOP erreicht, dann überschreitet die Spannung VC über der Steuerwicklung 62 die Quellenspannung VS, was den in Figur 6C gezeigten Stromfluß iC ergibt. Dieser Stromfluß leitet die in dem Transformator 58 verbleibende Energie wieder zur Stromquelle um, was die Amplitude der Betriebsspannung VOP begrenzt. Der Schalter 56 ist, wie in Figur 6D gezeigt, zur Zeit t&sub2; offen, um Entladung der kapazitiven Last CL zu verhindern.
Der Maximalwert der Betriebsspannung Vop ist von den verschiedenen in kapazitiver Lastkennzeichnung unabhängig, und daher ohne Rücksicht auf die Anzahl von Bildelementen in dem "Ein"zustand zu irgendeiner gegebenen Zeit stabil. Vop ist die Summe der Spannung über der Primärwicklung, die von der Gleichung für einen idealen Transformator bestimmt wird, und die Quellenspannung VS wie folgt:
Vop = (1 + Np/Nc)VS
worin Np gleich der Anzahl von Windungen auf der Primärwicklung ist, und Nc gleich der Anzahl von Windungen auf der Sekundärwicklung 62 ist.
Die Betriebsspannung wird von Zeit t&sub2; bis t&sub3; beibehalten, da der Schalter 56, wie von Figuren 6A und 6D gezeigt wird, offen ist. Nach der gewünschten Pulsdauer wird der Schalter 56 wie von Figur 6D gezeigt geschlossen. Dieses gestattet, daß der Strom in die entgegengesetzte Richtung von der kapazitiven Last CL fließt, wie in Figur 6B gezeigt, was Entladung der Last wie von Figur 6A gezeigt ergibt. Ein wesentlicher Teil der in der kapazitiven Last CL gespeicherten Energie wird zur Spannungsquelle zurückgegeben. Wegen Verlusten in der Schaltung kann es aber sein, daß CL nicht ganz entladen wird. Daher ist der Schalter 56 zur Zeit t&sub4; offen und Schalter 68 geschlossen, wie jeweils in Figuren 6D und 6E gezeigt ist. Wenn Schalter 68 geschlossen ist, dann ist der Lastkondensator CL durch den Widerstand 66 geerdet, was gestattet, daß die Restenergie zerstreut wird, und die Ladung auf dem Kondensator wie in Figur 6A gezeigt auf Null verringert wird. Wenn die in dem Lastkondensator CL verbleibende Restenergie zerstreut worden ist, dann wird der Schalter 68 zur Zeit t&sub5; wie in Figur 6E gezeigt geschlossen. Es ist auch möglich, einen Teil der von dem Widerstand 66 zerstreuten Restenergie zurückzugewinnen, obwohl keine Schaltung in Figur 5 gezeigt ist, um eine solche Rückgewinnung durchzuführen. Fachleute werden erkennen, daß der Kanaltreiber 30 von Zeit t&sub0; bis Zeit t&sub5; arbeitet, um den gemeinsamen zweiten Pol des Bildelements, das beleuchtet wird, passend anzuschließen.
Wie schon diskutiert worden ist, erzeugt der in Figur 5 gezeigte Schaltung eine Hälfte von einem Zyklus der Dreihöhen- Spitze-Spitze-Wellenform, die zur Beleuchtung eines Bildelements notwendig ist. Deswegen, und wie in Figur 3 gezeigt, besteht die gemeinsame Steuerschaltung 41 aus zwei Schaltungen der in Figur 5 gezeigten Art, die komplementär nicht in Phase arbeiten, um das notwendige Dreihöhensignal zu erzeugen. In Figur 3 werden den Komponenten, die den negativen Halbzyklus der Dreihöhenwellenform liefern, gleiche Bezugsnummern gegeben, und sie werden durch die Hauptbezeichnung voneinander unterschieden.
Nachdem die positiven und negativen Teile des Dreihöhensignals erzeugt worden sind, wird eine geeignete Schaltung geliefert, um solche Signale zu den passenden Ausgangspolen zu steuern. Eine solche Steuerschaltung wird rechts von den Kondensatoren 53 und 54 gezeigt, und kann einen Folgedekodierer 70 umfassen, der auf Außenlogik reagiert, um eine Vielzahl von Schaltern 73 bis 75 zu betreiben. Ahnlich wird ein Folgedekodierer 70' zum Betreiben einer Vielzahl von Schaltern 72'-75' für den negativen Teil von dem Zyklus geliefert.
Die Schalter 72-75 und 72'-75' werden jeweils von Folgedekodierern 70 und 70' betrieben, um die in Figuren 4A-4C dargestellten Wellenformen zu liefern. Wie in Figur 4D gezeigt, ist der Schalter 72 zur Zeit t&sub0; geschlossen, was gestattet, daß der positive Teil der Wellenform zum Ausgangspol 43 geleitet wird. Alle anderen Schalter sind offen, so daß die an den Ausgangspolen 44 und 45 verfügbare Spannung Null ist, wie in Figuren 48 und 4C gezeigt. Schalter 72 ist zur Zeit t&sub1; offen, und Schalter 72' ist geschlossen, wie jeweils in Figuren 4D und 4E gezeigt ist, was gestattet, daß der negative Halbzyklus der Wellenform zum Ausgangspol 43 geleitet wird. Schalter 72' ist zur Zeit t&sub2; offen, und Schalter 72 ist geschlossen, was gestattet, daß ein anderer positiver Halbzyklus der Wellenform zum Ausgangspol 43 geleitet wird. Die Stellungen der Schalter sind zur Zeit t&sub3; wieder umgekehrt, was ermöglicht, daß ein anderer negativer Halbzyklus zum Ausgangspol 43 geleitet wird. Schalter 73 und 73' werden zur Zeit t&sub4; gleichzeitig betrieben, während Schalter 72, 72', 74, 74' usw. offen bleiben. Daher erscheinen die in Figuren 4A-4C gezeigten Dreihöhenwellenformen durch geeignete Manipulation der Steuerschalter jeweils an den Ausgangspolen 43-45.
Ein Zyklus des zum Beispiel in Figur 4A gezeigten Signals von Zeit t&sub0; bis Zeit t&sub2; ist ungefähr dreizehn Sekunden. Daher muß der Zweirichtungsschalter 56 zusätzlich zur Fähigkeit, Strom in beide Richtungen zu leiten, auch sehr schnell schalten können. Ein Beispiel eines Zweirichtungsschalters mit hoher Geschwindigkeit, der als Schalter 56 benutzt werden kann, wird in Figur 7 dargestellt.
In Figur 7 umfasst der Schalter 56 zwei Rücken-an-Rücken-MOSFET-Transistoren 72 und 74, jeweils mit geeigneten Blockierdioden 76 und 78. Das Tor des Transistors 72 ist an den Ubergang zwischen einem Widerstand 80 und einem Kondensator 82 angeschlossen, die in Reihe über der Spannungsquelle VS geschlossen sind. Ahnlich ist das Tor der transistoren 74 an den Übergang zwischen einem Widerstand 84 und einem Kondensator 86 angeschlossen, die über der Spannungsquelle VS in Reihe geschlossen sind. Es werden geeignete Steuersignale geliefert, um einen der anderen Transistoren 72, 74 leitend zu machen. In Figur 7 ist auch ein MOSFET-Transistor 88 gezeigt, der für den Schalter 68 benutzt wird.
Die MOSFET-Transistoren 72 und 74 wurden benutzt, um die Möglichkeit der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren, da solche Komponenten billig und leicht verfügbar sind, während Thyristoren hoher Geschwindigkeit und mit Silicon gesteuerte Gleichrichter (SCR's) nicht so leicht verfügbar sind. Fachleute werden aber erkennen, daß ein geeigneter Zweirichtungsschalter 56 hoher Geschwindigkeit auch aus einem Triac aufgebaut werden kann, einem Phototriac (die beide Zweirichtungseinrichtungen sind), zwei durch Silicon gesteuerten Rücken-an-Rücken- Gleichrichtern, oder zwei durch Photosilicon gesteuerten Rücken-an-Rücken-Gleichrichtern.
Ergebnisse, die mit der in Figur 7 gezeigten Schaltung erreicht wurden, werden in Figur 8 dargestellt. Sachbezogene Daten sind wie folgt: Anzahl von Primärwindungen ist gleich zwanzig, die Anzahl von Sekundärwindungen ist gleich sechsunddreißig; die Pulswiederholungsrate ist fünfzig Mikrosekunden (20 kHz), und die Pulsdauer ist fünf Mikrosekunden.
Der Wert für den Parameter D, der die Wirksamkeit der Schaltung darstellt, wird von der folgenden Gleichung dargestellt:
D = (2VSIST) (CLVop²)
worin VS = Versorgungsspannung in Volt
IS = Versorgungsstrom in Milliampere
T = Pulswiederholungsdauer
CL = kapazitiver Wert der Last
Vop = Betriebsspannung
In einem Experiment unter ähnlichen Bedingungen wie denen für derzeitige gemeinsame Randemittertreiber, zerstreute der gemeinsame Randemittertreiber 41 der vorliegenden Erfindung ungefähr 66% weniger Strom als derzeitig benutzte Treiber des Standes der Technik, für die der D-Wert größer als zwei ist.
Wenn man nun zu Figur 1 zurückkehrt, dann kann eine beträchtliche Energiemenge für TFEL-Randemitteranordnungen 9, wo geringer Stromverbrauch wichtig ist, gespart werden, indem der gemeinsame Treiber 41 während Zeitdauern gehemmt wird, wenn alle TFEL-Einrichtungen in der "Aus"-Stellung sind. Ein solcher Zustand kann in einem Randemitter für eine druckerartige Anwendung während der leeren Zeitdauern zwischen Reihen auf einer Seite oder während des Druckens eines grauen Skalengebiets bestehen. Ein solcher energiesparender Plan ist möglich, da die Information für die nächste Büscheldauer während irgendeiner Büscheldauer schon von der Datenquelle zum Kanaltreiber 30 geliefert wird.
In Figur 2A ist das auf dem Speicherbus 39 verfügbare Speichersignal dargestellt. Zu der Zeit, wenn ein Büschel (n) gezeigt wird, dann wird Information für das nächste Büschel (n+1) serienmäßig in die Halteeinrichtungen in dem Kanaltreiber 30 geladen. Daher ist die Zusammensetzung des nächsten Büschels (n+1) bekannt. Wenn bestimmt wird, daß alle Bildelemente während des nächsten Büschels (n+1) nicht Licht emittieren müssen, dann kann die Herstellung des in Figur 28 gezeigten Signals, das dem Büschel entspricht, gehemmt werden.
Da die gemeinsame Steuerschaltung 41 und der Kanaltreiber 30 synchron arbeiten, kann Durchführung einer Außerstandsetzungsschaltung für den gemeinsamen Treiber 41 durch minimale Änderung erreicht werden. Eine solche Außerstandsetzungsschaltung kann wie in Figur 1 gezeigt aus einem ODER-Tor 90 aufgebaut sein, das auf die Daten auf dem Datenbus 35 reagiert. Wenn die Daten anzeigen, daß alle Bildelemente leer sein sollen, dann wird ein Signal an einen ersten Flip-Flop 92 geliefert, der durch einen zweiten Flip- Flop 94 geht, um die gemeinsame Steuerschaltung 41 zu hemmen. Die Flip-Flops 92 und 94 werden von dem in Figur 2A gezeigten Speichersignal wieder eingestellt. So wird die gemeinsame Steuerschaltung 41 daran gehemmt, das Dreihöhenausgangsignal auf einem der Busse 48-51 herzustellen, wenn alle Bildelemente leer sein sollen. Dieses stellt eine bedeutende Stromeinsparung dar.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein multiplexiertes Verfahren gerichtet, um Strom zu der TFEL- Randemittereinrichtung 9 zu liefern, die derart ist, daß sie aus einer Vielzahl von TFEL-Einrichtungen 12, 14, 16 aufgebaut ist, worin jede Einrichtung eine Vielzahl von Bildelementen 18- 21, 18'-21', usw. trägt. Jedes Bildelement hat einen ersten Pol 22-25, 22'-25', usw., und alle Bildelmente auf einer Einrichtung teilen sich einen gemeinsamen zweiten Pol 27, 27', usw. Das Verfahren umfasst die Schritte, selektiv ein Datensignal von dem Dernultiplexierkanaltreiber 30 zu wenigstens einem der zweiten Pole zu liefern, zum Beispiel zu dem zweiten Pol 27. Zur gleichen Zeit wird wenigstens einer der ersten Pole, zum Beispiel der erste Pol 22, selektiv durch den Zweirichtungsschalter 56 und die Primärwicklung 60 des Transformators an die Spannungsquelle angeschlossen, was ermöglicht, daß Strom in das selektiv angeschlossene Bildelement 18 fließt. Wenn das Bildelement 18 sich im wesentlichen auf die Betriebsspannung Vop aufgeladen hat, dann ist der Schalter 56 offen, was verhindert, daß sich das Bildelement 18 entlädt. Der ausgewählte erste Pol, in diesem Beispiel Pol 22, wird nach einer geeigneten Pulsdauer durch den Zweirichtungsschalter 56 wieder an die Spannungsquelle angeschlossen, um zu ermöglichen, daß Strom von dem geladenen Bildelernent zur Spannungsquelle fließt. Danach ist der Zweirichtungsschater 56 offen, und der Schalter 68 geschlossen, was das Bildelernent 18 erdet, nachdem im wesentlichen die ganze am Bildelement 18 gespeicherte Energie zur Spannungsquelle zurückgegeben worden ist. Schließ1ich ist der Schalter 68 offen und das Datensignla wird von dem zweiten Pol 27 entfernt, indem der Treiber 30 demultiplexiert wird.
Der gemeinsame Randemittertreiber 41 der vorliegenden Erfindung benutzt reaktive Schaltung, um die Energie zu konservieren, die in der TFEL-Last während der Ladung gespeichert wird, indem die Energie wieder in die Stromquelle zurückgerichtet wird, wenn die Last entladen wird, statt daß der Strom durch Widerstandsschaltung zerstreut wird. Neuer Betrieb der Steuerschaltung 10, um die gemeinsame Steuerschaltung 41 während leeren Zeitdauern außerstand zu setzen, ermöglicht zusätzliche Stromeinsparung. Die von der vorliegenden Erfindung erreichten Stromeinsparungen eröffnen neue Anwendungsgebiete für TFEL-Anordnungen. Die vorliegende Erfindung stellt so einen wesentlichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik dar.

Claims

1. Stromsparende Steuerschaltung (10) für eine elektrolumineszente Dünnschicht(TFEL)-Randemittereinrichtung (9) mit einer Vielzahl von Bildelementen (18-21), die je einen ersten Pol (22-25) haben, und in der sich alle Bildelemente einen gemeinsamen zweiten Pol (27) teilen, wobei die Steuerschaltung ein Demultiplexiermittel (30) umfasst, das wahlweise an den zweiten Pol angeschlossen werden kann, gekennzeichnet durch einen Transformator (58) mit einer Primärwicklung (60) und einer Sekundärwicklung (62), wobei die Sekundärwicklung induktiv an die Primärwicklung angeschlossen ist; eine Diode (64), die mit der Sekundärwicklung zwischen einer Spannungsquelle und Erde zur Begrenzung der Betriebsspannung in Reihe geschlossen ist; ein Zweirichtungsschaltermittel (56), das mit der Primärwicklung in Reihe geschlossen ist; und ein Steuermittel (70), um einen der ersten Pole wahlweise durch die Primärwicklung und das Zweirichtungsschaltermittel an die Spannungsquelle anzuschließen, dabei zu ermöglichen, daß Strom in das Bildelement fließt, um das Bildelement auf eine Betriebsspannung zu laden, und zu ermöglichen, daß Strom aus dem Bildelement zur Spannungsquelle zurückfließt.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch ein Schaltmittel (68), um das Bildelement zu erden, nachdem ein wesentlicher Teil der in dem Bildelement gespeicherten Energie zur Spannungsquelle zurückgegeben worden ist.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1, in der das Zweirichtungsschaltermittel erste und zweite Transistoren (72,74) und erste und zweite Dioden (76,78) einschließt, die miteinander verbunden sind, so daß der erste Transistor leitend ist, wenn der zweite Transistor nichtleitend ist, um zu ermöglichen, daß Strom in die TFEL-Einrichtung fließt, und der erste Transistor nichtleitend ist wenn der zweite Transistor leitend ist, um zu ermöglichen, daß Strom aus der TFEL- Einrichtung fließt.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 1, in der das Zweirichtungsschaltermittel einen Triac einschließt.

5. Steuerschaltung nach Anspruch 1, in der das Zweirichtungsschaltermittel einen Phototriac einschließt.

6. Steuerschaltung nach Anspruch 1, in der das Zweirichtungsschaltermittel erste und zweite miteinander verbundene SCR's einschließt, so daß der erste SCR leitend ist, wenn der zweite SCR nichtleitend ist, um zu ermöglichen, daß Strom in die TFEL-Einrichtung fließt, und der erste SCR nichtleitend ist, wenn der zweite SCR leitend ist, um zu ermöglichen, daß Strom aus der TFEL-Einrichtung fließt.

7. Steuerschaltung nach Anspruch 1, in der das Zweirichtungsschaltermittel erste und zweite miteinander verbundene Photo-SCR's einschließt, so daß der erste Photo-SCR leitend ist, wenn der zweite Photo-SCR nichtleitend ist, um zu ermöglichen, daß Strom in die TFEL-Einrichtung fließt, und der erste Photo-SCR nichtleitend ist, wenn der zweite Photo-SCR leitend ist, um zu ermöglichen, daß Strom aus der TFEL- Einrichtung fließt.

8. Multiplexierte elektrolumineszente Dünnschicht(TFEL)Randemitteranordnung (9) und eine stromsparende Steuerschaltung (10) dafür, die eine Vielzahl von TFELRandemittereinrichtungen (12, 14, 16) umfasst, wobei jede Einrichtung eine Vielzahl von Bildelementen (18-21) hat, wobei jedes Bildelement von jeder Einrichtung einen ersten Pol (22- 25) hat, und sich einen gemeinsamen zweiten Pol (27) mit den anderen Bildelementen der Einrichtung teilt, gekennzeichnet durch einen Transformator (58) mit einer Primärwicklung (60) und einer Sekundärwicklung (62); ein Zweirichtungsschaltermittel (56), das mit der Primärwicklung in Reihe geschlossen ist; ein Steuermittel (70), um bestimmte erste Pole (22-25) wahlweise durch die Primärwicklung (60) und das Zweirichtungsschaltermittel (56) an eine erste Spannungsquelle anzuschließen; ein Diodenmittel (64), das mit der Sekundärwicklung zwischen der Spannungsquelle und Erde in Reihe geschlossen ist, um den Wert einer Betriebsspannung zu begrenzen; und ein Demultiplexiermittel (30), das wahlweise an bestimmte zweite Pole (27, 271, 27'1) der Einrichtungen (12, 14, 16) angeschlossen werden kann, um zu ermöglichen, daß ein Bildelement auf der ausgewählten Einrichtung sich auf die Betriebsspannung aufladen kann, und sich von der Betriebsspannung durch das Zweirichtungsschaltermittel und die Primärwicklung entladen kann.

9. Anordnung und Steuerschaltung nach Anspruch 8, in der die Betriebsspannung durch das Windungsverhältnis des Transformatormittels und der Quellenspannung bestimmt wird.

10. Verfahren zur Lieferung eines multiplexierten Stroms an eine elektrolumineszente Dünnschicht(TFEL)-Randemitteranordnung (9), die aus einer Vielzahl von TFEL-Randemittereinrichtungen (12, 14, 16) aufgebaut ist, wobei jede Einrichtung eine Vielzahl von Bildelementen (18-21) hat, wobei jedes Bildelement einen ersten Pol (22-25) hat, und alle Bildelemente auf einer Einrichtung sich einen gemeinsamen zweiten Pol (27) teilen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, ein Datensignal von einem Demultiplexiertreiber (30) wahlweise an wenigstens einen der zweiten Pole zu liefern; und wenigstens einen der ersten Pole wahlweise durch einen Zweirichtungsschalter und eine Primärwicklung (60) eines Transformators (58) an eine Spannungsquelle anzuschließen, dabei zu ermöglichen, daß Strom in die wahlweise angeschlossenen Bildelemente fließt, um zu ermöglichen, daß sich das Bildelement auf eine Betriebsspannung lädt; gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

eine Sekundärwicklung (62) des Transformators wird induktiv an die Primärwicklung und eine Diode (64) angeschlossen, wobei die Sekundärwicklung und die Diode in Reihe zwischen einer Spannungsquelle und Erde geschaltet sind, um den Wert der Betriebsspannung zu begrenzen; wenigstens einer der ersten Pole wird von der Spannungsquelle getrennt, dabei wird verhindert, daß sich das Bildelement entlädt; der wenigstens eine der ersten Pole wird nach einer geeigneten Pulsdauer wieder an die Spannungsquelle angeschlossen, um zu ermöglichen, daß Strom von dem geladenen Bildelement zur Spannungsquelle fließt; der wenigstens eine der ersten Pole wird von der Spannungsquelle getrennt, nachdem im wesentlichen die ganze in dem Bildelement gespeicherte Energie zur Spannungsquelle zurückgegeben wird; und das Datensignal wird von dem wenigstens einen der zweiten Pole entfernt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin gekennzeichnet durch den Schritt, das Bildelement zu erden, nachdem im wesentlichen die ganze in dem Bildelement gespeicherte Energie zur Spannungsquelle zurückgegeben worden ist.