DE69615345T2 - Treiberschaltung für einen verschluss mit einem ferroelektrischen flüssigkristall - Google Patents
Treiberschaltung für einen verschluss mit einem ferroelektrischen flüssigkristallInfo
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Ansteuern (Treiben) einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Vorrichtung, vorzugsweise eines Verschlusses.
- Solche Verschlüsse besitzen eine bistabile Charakteristik, indem sie entweder offen oder geschlossen sind, und sie werden von einem Zustand in den anderen geschaltet durch einen angelegten Spannungsimpuls, dessen Polarität den endgültigen Zustand des Verschlusses bestimmt. Ein typischer Spannungsimpuls kann 40 Volt in der Amplitude betragen und 10 Mikrosekunden dauern. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen kann ein längerer Impuls von Vorteil sein.
- Es ist bekannt, dass zum Maximieren der Lebensdauer des Verschlusses die angelegte Spannung eine Gleichstrom-Komponente von null haben sollte. Selbst ein geringer Bruchteil eines Volts kann sich ungünstig auswirken. Eine bekannte Schwierigkeit liegt darin, eine Treiberschaltung ohne jede Gleichstrom-Komponente zu, konzipieren. Beispielsweise hat jede Schaltung, die einen Reihen-Kopplungs-Kondensator benutzt, Probleme mit dem initialen Kondensator-Ladestrom. GB-A-2208741 und GB-A-2262830 haben sich mit diesem Problem befasst.
- Eine zweite bekannte Schwierigkeit liegt im Öffnen und Schließen des Verschlusses unter Steuerung einer willkürlichen Wellenform; falls die Öffnungs- und Schließimpulse zeitlich nahe genug auftreten, so dass sie sich überlappen, und die Treiber- Wellenform keine Rechteckwelle mit einem Markierungs/Abstands- Verhältnis von 1 : 1 ist, dann wird die logische Verknüpfungsschaltung eine Impuls-Polarität mehr als die andere abschneiden, was zu einer Gleichstrom-Komponente am Ausgang führt. Bekannte Treiberschaltungen für ferroelektrische Flüssigkristalle haben integrierte umfangreiche Anordnungen von Treiber-Transistoren, die auf der Basis hohen Spannungszuführungen operieren. Das Timing von Eingangs-Steuersignalen zur Treiberschaltung muß sorgfältig gesteuert werden, da dicht beabstandete Eingangs- Treibersignale die oben genannten Probleme in der Ausgangs- Antriebs-Wellenform erzeugen können.
- Ziel der Erfindung ist es, eine Treiberschaltung zur Verfügung zu stellen, deren Ausgang im wesentlichen frei ist von Gleichstrom-Offset, und die das Steuern eines Verschlusses aufgrund eines Eingangs-Steuersignals mit willkürlichem Timing vereinfacht.
- Die vorliegende Erfindung sieht in einem Aspekt eine Treiberschaltung für eine ferroelektrische Flüssigkristall- Vorrichtung mit einer bistabilen Charakteristik vor, wobei die Schaltung ein Zählmittel zum Zählen zwischen ersten und zweiten vorbestimmten Werten, ansprechend auf ein Eingangssignal, enthält und so ausgebildet ist, dass sie in einer ersten Richtung auf den zweiten vorbestimmten Wert hin zählt, ansprechend auf einen ersten Parameter des Eingangssignals, und in einer zweiten Richtung auf den ersten vorbestimmten Wert hin, ansprechend auf einen zweiten Parameter des Eingangssignals, und Ausgabemittel, ansprechend auf das Zählen des Zählermittels und die Zählrichtung, um geeignete positive oder negative Ausgangs-Spannungs- Impulse zum Ansteuern einer ferroelektrischen Flüssigkristall- Vorrichtung zu erzeugen, wobei der positive Ausgangs-Spannungs- Impuls ansprechend auf das Zählmittel erzeugt wird, welches in der ersten Richtung zählt, und der negative Ausgangs-Spannungs- Impuls ansprechend auf das Zählmittel erzeugt wird, welches in der zweiten Richtung zählt.
- Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beimhaltet die Schaltung einen Zähler mit Endanschlägen für Maximum- und Minimum-Zählungen. Der Zähler, der von einer Bezugs-Frequenz getaktet wird, zählt aufwärts, wenn die Vorrichtung (Verschluß) in einen Zustand geschaltet werden soll, und abwärts, wenn sie in den anderen Zustand geschaltet werden soll. Während der Aufwärts-Zählung besitzt der Ausgangs-Spannungs-Impuls eine Polarität und während der Abwärts-Zählung die andere Polarität. Wenn der Zähler einen der Endanschläge erreicht, kehrt die Verschluß- Steuerspannung auf null zurück.
- Die Erfindung stellt sicher, dass die Gleichstrom-Komponente über dem Verschluß unter allen Umständen null ist, unabhängig vom Timing der Wellenform des Eingangssignals, da die Anzahl der Aufwärts-Zählungen über einen langen Zeitraum hinweg der Anzahl der Abwärts-Zählungen entsprechen muß.
- Eine bevorzugte Form von Zählmitteln umfaßt einen Aufwärts- Abwärts-Zähler angetrieben von einem Taktsignal, beispielsweise einen 5 MHz-Oszillator, der einen 8-Bit-Zähler antreibt, welcher Steuereingänge zur Bestimmung der Zählrichtung besitzt. Der Ausgang des Zählmittels ist über eine Logikschaltung zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die anzeigen, dass sich der Zähler in einem Zählzustand befindet, und die Zählrichtung anzeigen, an eine Ausgangs-Treiberschaltung angeschlossen. Es können auch andere Zählmittel verwendet werden wie beispielsweise eine Prozessor- Einheit oder ein universell verwendbarer Mikroprozessor, ein periodisches Schieberegister oder mehr als ein Schieberegister, welches einen oder mehrere Stufen aufweist, die eine Bit-Signal eines Typs enthalten, und wobei die restlichen Zustände ein Bit- Signal des anderen Typs enthalten. Es wäre möglich, ein einzelnes bidirektionales Schieberegister zu verwenden.
- Bei einer weiteren Ausführungsform können die Zählmittel eine duale neigungskapazitive Integrationsanordnung zum Erzeugen eines hochlinearen Spannungsabfalls mit der Zeit enthalten.
- Vorzugsweise umfaßt die auf den Ausgang der Zählmittel ansprechende Ausgangs-Treiberschaltung eine mit einer relativ geringen Spannung arbeitende Brückenanordnung von MOSFETs, wobei ein Ausgangs-Antriebssignal von einem Aufwärts-Spannungs- Transformator erzeugt wird.
- Außerdem kann ein vorspannendes Treibersignal von etwa 100 kHz von dem Taktsignal durch die Ausgangs-Treiberschaltung erzeugt und mit dem Flüssigkristall-Verschluß über eine weitere Transformator-Vorrichtung gekoppelt werden. Der Vorteil bei der Verwendung von Transformator-Kopplungen besteht in der Abwesenheit jeglicher Gleichstromkomponente in dem Ausgangssignal, was zum Abbau von Flüssigkristall führen könnte. Obgleich andere Formen der Isolierung in Betracht gezogen werden können, besteht der Vorteil der Verwendung eines Transformators darin, dass das Ausgangs-Treibersignal in der Spannungshöhe erhöht werden kann.
- Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung in einem zweiten Aspekt eine elektrische Treiberschaltung für eine ferroelektrische Flüssigkristall-Vorrichtung zur Verfügung mit auf ein Eingangssignal zur Erzeugung von Antriebs-Steuerimpulsen zu einer Ausgangsschaltung ansprechenden Taktmitteln, wobei die Ausgangsschaltung rechteckige Ausgangsimpulse im Ansprechen auf die Steuerimpulse erzeugt, und mit Transformatormitteln zur Kopplung der rechteckigen Antriebsimpulse an die Flüssigkristall-Anzeige.
- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1 ein Beispiel einer Eingangs-Steuer-Wellenform und einer entsprechenden Anzeige- Treiberspannung, die mit der vorliegenden Erfindung erreicht wird; und
- Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm einer bevorzugten Implementierung der Erfindung.
- Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Eingangs-Steuer-Spannungs- Wellenform und die entsprechende Ausgangs-Treiberspannung für einen ferroelektrischen Flüssigkristall-Verschluß. Der Steuereingang besitzt zwei Zustände, positiv oder null, entsprechend dem Öffnen oder Schließen des Verschlusses. Die Ausgangs- Verschluß-Treiberspannung besitzt eine rechteckige Wellenform, wobei ein positiver Impuls auf eine positiv ansteigende Flanke der Steuerspannung hin erzeugt wird, und ein negativer Impuls auf eine negativ abfallende Flanke der Wellenform hin. Beide Impulse sind von gleicher und festgesetzter Dauer, welche durch einen Zähler bestimmt wird, der zwischen seinen Maximum- und Minimum-Zählwerten getaktet wird. Diese Situation ist auf der linken Seite von Fig. 1 gezeigt.
- Wenn die Steuer-Eingangsflanken dichter beieinander liegen, wie auf der rechten Seite von Fig. 1 gezeigt, überlappen sich die Ausgangsimpulse, jedoch stets derart, dass eine Wellenform ohne mittlere Gleichstromkomponente entsteht.
- In Fig. 2 erhältt ein Eingangsanschluss 10 ein digitales Eingangssignal und ist über eine Konditionierungs-Schaltung, die einen Schmitt-Trigger 12 umfaßt, an eine Latch-Schaltung 14 angeschlossen. Die Latch-Schaltung 14 empfängt ein Taktsignal an einem Eingang 15, und das konditionierte Eingangssignal wird zweimal durch die Latch-Schaltung 14 hindurchgeführt, um das Signal durch das Taktsignal mit dem Rest der Schaltung zu synchronisieren. Das neu getimete und konditionierte Eingangssignal liefert Aufwärts/Abwärts-Steuersignale auf Leitung 16 zur Verknüpfungsschaltung 18 und an einen Aufwärts/Abwärts-Zähler 20.
- Der Aufwärts/Abwärts-Zähler 20 setzt sich zusammen aus zwei 4-Bit-Zählern und empfängt an einem Steuereingang 22 ein Eingangssignal auf Leitung 16 und beim Takteingang 24 ein Taktsignal von einem 5 MHz-Taktgeber 26. Der Taktgeber 26 umfaßt ein NOR-Gatter 27 und einen Kristall-Oszillator 28, die in einer Rückkopplungs-Vorrichtung verbünden sind; der Ausgang des Taktgebers 26 ist über einen Schmitt- Trigger 30 mit dem Zähler 20 gekoppelt. Das Ausgabesignal vom Taktgeber 26 wird weiterhin durch eine Durch-50-Teilungs-Schaltung 32 geleitet, um ein 100 kwz-Vorspannungssignal zu erzeugen, welches an die Latch- Schaltung 14 angelegt wird.
- Die Gate-Schaltung 18 umfaßt zwei NAND-Schaltungen 33, welche als Eingabsignale das Ausgabesignal 25 des Zählers 20, das Eingangssignal über Leitung 16 und eine invertierte Version davon über Leitung 34 empfangen. Die Ausgabesignale der Verknüpfungsschaltung 18 werden über die Latch-Schaltung 14 an invertierende Verstärker 40, 42 angelegt, welche eine Spannungsverstärkung (5 V bis 12 V) bei einer relativ geringen Ausgangs- Impedanz erzeugen. Die Verstärker 40, 42 steuern komplementäre Paare von MOSFET-Transistoren an, die in zwei Paaren 44, 46 in einer Brückenkonfiguration 50 angeordnet sind. Transistor-Paare 44, 46 versorgen eine Primärwicklung 52 eines Transformators 54 (mit einer Aufwärtsübersetzung von 140 : 44) mit einer Strom- Verstärkung niedriger Impedanz, wobei der Transformator 54 über den Ausgang der Brücke angeschlossen ist, und wobei die Sekundärwicklung 56 des Transformators direkt mit dem (nicht gezeigten) ferroelektrischen Flüssigkristall-Verschluß verbunden ist.
- Das von der Teilerschaltung 32 erzeugte 100 kHz-Vorspannungssignal wird durch die Latch-Schaltung 14 angelegt, um die Verstärker 60, 62 anzusteuern, die über einen weiteren Transformator 70 (mit einem Wert von 13 : 20) gekoppelt werden, der eine Primärwicklung 72 und eine Sekundärwicklung 74 besitzt, die mit der Sekundärwicklung 56 in Serie geschaltet sind, um ein Signal mit einer Größe von 5 Volt an den Verschluß zu liefern. Die Möglichkeit, bei dieser Konfiguration einen Transformator zu verwenden, hängt davon ab, ob eine Null-Gleichstromkomponente in der Treiberwellenform vorhanden ist; andernfalls würde der Primärgleichstrom zu einer Sättigung des Transformators führen.
- Im Betrieb wird daher ein auf der Leitung 10 empfangener digitales Eingangssignal im Schmitt-Trigger 12 quadriert, in der Latch-Schaltung 14 neu getimet, und seine positiv ansteigende oder negativ abfallende Kante wird dazu verwendet, die Zählrichtung des Zählers 20 am Eingang 22 zu steuern. Der Zähler 20 zählt zwischen seinen Maximum- und Minimum-Zählwerten, und für die auf der linken Seite von Fig. 1 gezeigte Situation wird er für seinen vollen Wert zählen und dann ein geeignetes Ausgangssignal an die Ausgangsanschluss 25 zu den NAND-Gattern 33 liefern. Diese Gatter werden in Zuständen gehalten, die durch das Eingangssignal in der Latch-Schaltung 14 bestimmt werden, um geeignete Steuerimpulse durch die Latch-Schaltung 14 zu invertierenden Verstärkern 40, 42 zur Ansteuerung der Brückenschaltung 44, 46 zu liefern. Auf diese Weise wird der Steuerimpuls in Verstärkern 40 und 42 verstärkt, und Stromverstärkung wird durch die Transistoren-Paare 44, 46 erzeugt. Der Rechteck-Impuls wird schließlich durch den Transformator 54 hinauf transformiert, um einen geeigneten positiven oder negativen Spannungsimpuls direkt zum Verschluß zu liefern.
- Während dies geschieht, wird ein konstant 5-Volt- Vorspannungssignal von 100 kHz über die Latch-Schaltung 14 an invertierende Verstärker 60, 62 und einen Transformator 70 angelegt, zum Konditionieren der ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeige.
- Im Fall der auf der rechten Seite von Fig. 1 gezeigten Situation, worin das Eingangssignal schnell mit der Zeit wechselt, und zwar schneller als die der Ausgangsimpuls andauert, wird das an den Eingang 22 des Zählers 20 angelegte Steuersignal entsprechend schnell wechseln, so dass der Zähler zunächst aufwärts zählt, dann abwärts und dann wieder aufwärts, ohne notwendigerweise seine Maximal- oder Minimal-Grenzen zu erreichen. Da die an die Verknüpfungsschaltung 18 angelegten Signale sofort die Zählrichtung wiedergeben, werden geeignete positive oder negative Steuerimpulse durch die Latch-Schaltung 14 an die Brückenschaltung 50 angelegt. Auf diese Weise wird der Ausgang positive und negative Impulse mit Verweildauern von weniger als der Maximum-Dauer der Ausgangsimpulse für Eingangssignale höherer Frequenz enthalten.
Claims (11)
1. Treiberschaltung für eine ferroelektrische Flüssigkristall-
Vorrichtung mit einer bistabilen Charakteristik, wobei die
Schaltung ein Zählmittel (20) zum Zählen zwischen ersten und
zweiten vorbestimmten Werten, ansprechend auf ein
Eingangssignal (22), enthält und so ausgebildet ist, dass sie in
einer ersten Richtung auf den zweiten vorbestimmten Wert hin
zählt, ansprechend auf einen ersten Parameter des
Eingangssignals, und in einer zweiten Richtung auf den ersten
vorbestimmten Wert hin, ansprechend auf einen zweiten Parameter
des Eingangssignals, und Ausgabemittel, ansprechend auf das
Zählen des Zählermittels (20) und die Zählrichtung, um
geeignete positive oder negative Ausgangs-Spannungs-Impulse
zum Ansteuern einer ferroelektrischen Flüssigkristall-
Vorrichtung zu erzeugen, wobei der positive Ausgangs-
Spannungs-Impuls ansprechend auf das Zählmittel (20) erzeugt
wird, welches in der ersten Richtung zählt, und der negative
Ausgangs-Spannungs-Impuls ansprechend auf das Zählmittel
(20) erzeugt wird, welches in der zweiten Richtung zählt.
2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei die ersten und
zweiten Parameter positiv und negativ verlaufende Kanten der
Eingangssignal-Wellenform (22) umfassen.
3. Treiberschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das
Ausgabesignal des Zählmittels (25) allen logischen Gattern einer
Verknüpfungsschaltung (gating) (18) zur Verfügung gestellt
wird, wobei die Verknüpfungsschaltung zwei parallele
logische Gatter umfaßt, wovon eines ebenfalls das Eingangssignal
(22) erhält, während das andere eine invertierte Version
davon erhält zum Erzeugen eines Ausgabesignals, das eine
Zählart und eine Zählrichtung repräsentiert.
4. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
enthaltend eine Taktschaltung, die das Zählmittel (20) mit
Taktsignalen (24) versorgt, und eine Einrast(Latching)-
Schaltung (14) zur Aufnahme des Eingangs-Steuersignals (22)
und zur Aufnahme des Taktsignals (24) zum Re-timen und
Synchronisieren des Eingangssignals (22) mit dem Taktsignal
(24).
5. Treiberschaltung nach Anspruch 4, in Rückbezug auf Anspruch
3, wobei der Ausgang der Verknüpfungsschaltungen (18) über
die Latching-Schaltung (14) an eine Ausgangsstufe geliefert
wird.
6. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
umfassend eine Ausgangsstufe zum Zurverfügungstellen von
rechteckigen Ausgangsimpulsen an das Flüssigkristall-
Display.
7. Treiberschaltung nach Anspruch 6, wobei die Ausgangsstufe
zwei Paare von komplementären Transistoren (44, 46) umfaßt,
die in Brückenkonfiguration angeordnet sind.
8. Treiberschaltung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Ausgang
der Ausgangsstufe mit der Primärwicklung (52) eines
Transformators (54) gekoppelt ist, wobei die Sekundärwicklung des
Transformators (56) direkt mit der Flüssigkristall-Display-
Anordnung verbunden ist.
9. Treiberschaltung nach Anspruch 8, wobei der Transformator
(54) ein Aufwärts-Transformator ist.
10. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit
Mitteln zum Erzeugen eines oszillierenden
Vorspannungssignals, und einen weiteren Transformator (70) zur Kopplung des
oszillierenden Vorspannungssignals mit der Flüssigkristall-
Display-Vorrichtung.
11. Treiberschaltung nach Anspruch 10 in Rückbezug auf Anspruch
8 oder 9, wobei die Sekundärwicklung (74) des weiteren
Transformators mit der Sekundärwicklung (56) des zuerst
erwähnten Transformators (54) in Serie geschaltet ist.
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