EP1614091A1 - Kontrollsystem und kontrollverfahren zum berpr fen der funktion von lcd-anzeigen - Google Patents

Kontrollsystem und kontrollverfahren zum berpr fen der funktion von lcd-anzeigen

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Publication number
EP1614091A1
EP1614091A1 EP04723901A EP04723901A EP1614091A1 EP 1614091 A1 EP1614091 A1 EP 1614091A1 EP 04723901 A EP04723901 A EP 04723901A EP 04723901 A EP04723901 A EP 04723901A EP 1614091 A1 EP1614091 A1 EP 1614091A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
display
capacitance
measuring
lcd
segment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04723901A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Ruppender
Karl Miltner
Wolfgang Obermeier
Edgar Baumann
Hartmut Henkel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
F Hoffmann La Roche AG
Roche Diagnostics GmbH
Original Assignee
F Hoffmann La Roche AG
Roche Diagnostics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by F Hoffmann La Roche AG, Roche Diagnostics GmbH filed Critical F Hoffmann La Roche AG
Publication of EP1614091A1 publication Critical patent/EP1614091A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/006—Electronic inspection or testing of displays and display drivers, e.g. of LED or LCD displays
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3622—Control of matrices with row and column drivers using a passive matrix
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2320/00—Control of display operating conditions
    • G09G2320/02—Improving the quality of display appearance
    • G09G2320/029—Improving the quality of display appearance by monitoring one or more pixels in the display panel, e.g. by monitoring a fixed reference pixel
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/04—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of a single character by selection from a plurality of characters, or by composing the character by combination of individual elements, e.g. segments using a combination of such display devices for composing words, rows or the like, in a frame with fixed character positions
    • G09G3/16—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of a single character by selection from a plurality of characters, or by composing the character by combination of individual elements, e.g. segments using a combination of such display devices for composing words, rows or the like, in a frame with fixed character positions by control of light from an independent source
    • G09G3/18—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of a single character by selection from a plurality of characters, or by composing the character by combination of individual elements, e.g. segments using a combination of such display devices for composing words, rows or the like, in a frame with fixed character positions by control of light from an independent source using liquid crystals

Definitions

  • the invention relates to a method and a corresponding electronic measuring system for checking the function of LCD displays comprising individual display segments on the basis of the difference in the electrical capacity of defective and intact display segments, in particular in the case of medical measuring or diagnostic devices.
  • the correct functioning of the display is of great importance in many applications.
  • defects in the measured value display can lead to incorrect readings, which can lead to life-threatening misinformation by the user, for example due to a resulting incorrect dosage of a medication, and to life-threatening situations.
  • a first example of such a malfunction is the failure of the decimal point in a mmol / 1 display, for example due to a line fault or a defect in the display.
  • a second example is the failure of two segments, through which a leading 4, for example when a glucose reading of 415 mg is displayed, becomes a leading 1 and the result is falsified to 115 mg.
  • LCDs liquid crystal displays
  • Such LCD displays comprise a plurality of individually activatable segments, one segment representing a character or symbol or part of a character or symbol.
  • the alpha-numeric characters and symbols to be displayed are applied to a cover glass as transparent front electrodes and, together with back electrodes applied to a carrier glass and the liquid crystal layer defined by spacers as a dielectric, each form capacitive storage for electrical charges.
  • the electrical capacity of the LCD segments serves as an auxiliary variable for checking the functionality.
  • the check is based on the deviation of the capacity in the event of a malfunction, because the capacity of intact and non-intact display segments differs.
  • the capacity is used to conclude that it is functioning correctly or that an error has occurred.
  • Different measuring methods have been proposed which are based on the measurement of an electrical measured variable dependent on the capacity of the display segments, for example on the measurement of the time profile of the electrical voltage on the display segment or on the measurement of the level of the operating current.
  • the measuring method is based on the fact that there is a short circuit or a defective one
  • a charge is applied to an LCD capacitance and the remaining charge is measured after a certain period of time.
  • the functionality is determined from the comparison of the applied and the remaining charge.
  • Document US 5,539,326 describes a method for testing the connections of an LCD display before the final assembly.
  • the LCDs are charged in several steps, once with and once without charging, the LCD cell capacity itself, and the difference in the charges, which are determined in the form of a current integrated over time, is used to determine whether the supply lines to the LCDs are fine.
  • the LCDs themselves are not checked, and it is not possible to check them during operation.
  • Document US 5,428,300 describes a method and a device for testing TFT-LCDs, in which various charging and discharging processes take place and the function of the TFT-LCDs and their connection is determined on the basis of the waveform of the discharge currents.
  • the previously known methods in particular those which are based on the determination of charging time constants, often do not operate without DC voltage, require a variation in the measuring frequency and become increasingly non-linear with regard to capacity determination in the case of low capacitances.
  • the invention is based on the object of providing a method and a corresponding electronic measuring system for checking the function of LCD displays, with which a reliable, user-independent, fully automatic check of the function is possible, the method with little Effort, for example using CMOS technology in an ASIC, should be realizable.
  • a method according to the invention for checking the function of LCD displays comprising individual display segments on the basis of the difference in the electrical capacity of defective and intact display segments therefore has the special feature that instead of measuring an electrical measurement variable dependent on the capacity of the display segments and comparing the measured variable with a comparison value, the capacity of the display segments is determined directly by means of a capacity measurement method by measuring the electrical charge stored in the display segment.
  • the charge stored in LCD display segments can be measured, so that the capacity of the display segments can be determined directly with high resolution and accuracy.
  • the direct determination of the capacity of LCD display segments according to the invention can take place in a variety of ways.
  • the capacitance of the display segments be determined by means of capacitively coupled charges, an electrical measuring current being capacitively coupled into an evaluation circuit via the capacitance of the display segment to be measured and the latter measuring the coupled charge.
  • the measuring current is an alternating current and the charge coupled over per alternating voltage period is measured, which results in the capacitance of the display segment at a known frequency.
  • the measurement of the capacitance of the display segments be carried out using a capacitance measurement method in which a charge transport controlled by a sequence control is carried out both by the capacitance to be measured in a display segment and by a reference capacitor and the capacitance of the display segment is determined on the basis of a charge balance between the display segment to be checked and the reference capacitor.
  • Such a relative measurement which is based on the determination of a capacitance ratio, has the advantage of being insensitive to temperature and long-term drifts, for example the reference voltage sources, or the advantage of compensating for these drifts.
  • the reference capacitor is integrated in the LCD display, for example in the form of an LCD segment or a capacitor component. This has the advantage part of a further improved compensation for temperature drifts.
  • a preferred embodiment of a method according to the invention is that the capacity of the display segments is determined by means of a capacity measurement method that uses a ⁇ conversion. Such a method is particularly suitable for measuring small capacities.
  • the capacitance is approximately 1 pF to 300 pF, so that the charges to be measured are in the range of pC and the measuring currents are in the range of pA and are therefore difficult to measure in terms of measurement technology.
  • a capacitance measurement method using a ⁇ conversion can be set up with little expenditure on analog electronics with high measurement accuracy and insensitivity to parasitic stray capacitances, for example in the form of a first order ⁇ converter, i.e. using an integrator.
  • the basic principles of ⁇ -A / D converters and their implementation questions in connection with CMOS technology are known.
  • the basic principle of such a converter is that charge packets are charged with a fixed frequency from the capacitor to be measured, in the present case an LCD segment, to an integrator. Since the capacitor to be measured is thereby always transferred from a known voltage to another known voltage, since the voltage difference which arises during the transfer at the capacitor to be measured is constant and known, the charge supplied to the integrator with each transfer is proportional to the capacitance.
  • the output voltage of the integrator is proportional to the charge stored in the integration capacitor of the evaluation circuit and is constantly monitored in time with the charge packets supplied.
  • the result of such a conversion is a 1-bit data stream, the mean single density of which is proportional to the capacity to be measured.
  • This data stream is processed in a suitable manner in order to obtain a multi-bit result.
  • digital filters so-called decimation filters
  • decimation filters are typically used.
  • the theory of the ⁇ converters states that a decimation filter of at least one order higher is generally required to evaluate the data stream of a "charge balancing" converter of the given order. In the preferred embodiment of a first-order ⁇ converter, a second-order or higher-order decimation filter is thus used.
  • a control circuit for regulating the constant charge balance of the ⁇ converter can be constructed from a few flip-flops and easily integrated into an ASIC.
  • the structure of a second order decimation filter is also very regular and can easily be integrated into an ASIC.
  • the filter is also implemented in a microcontroller possible, for example in the microcontroller of the sequence control.
  • an automatic measuring point switch with which display segments are individually controlled for the function test.
  • the particular advantage of the measuring point switch, which selects individual segments, is that it can greatly reduce or almost eliminate the influence of parasitic capacitances and coupling capacitances, which usually falsify the measurement result.
  • a measuring voltage is applied by means of the measuring point switch to a first electrode of a display segment to be checked, the electrodes of other display segments corresponding to the first electrode are connected to ground in terms of AC voltage, and the coupled charge is applied to the second electrode of the display segment to be checked is measured, this point being AC in terms of virtual ground, and the electrodes of other display segments corresponding to the second electrode are AC in terms of ground.
  • first electrode is the front electrode and the second electrode is the rear electrode of the display segment to be tested.
  • the method according to the invention can advantageously also be used if the display segments are controlled in a matrix structure both for the ongoing operation of the LCD display and for the functional test in the multiplex method.
  • the control levels and the clock phases for the control of the display segments in particular in a multiplex process, be selected such that the voltage level of the inactive display segments below the response threshold and the voltage level of the active display segments above the response threshold of Display segments lies, the capacitance measurement process is carried out with these voltage levels and the switching phases of the capacitance measurement process are synchronized with the clock phases of the LCD control.
  • the display segments are driven on average without DC voltage.
  • direct voltage operation or in the case of a direct voltage component there is a risk that electrolysis effects may occur due to leakage currents, through which the liquid crystals can be decomposed.
  • the capacitance measurement method is carried out in such a way that the same effective value of the voltage of the display segment results as without capacitance measurement.
  • the capacity of a display segment is measured during a clock phase of the control of the display segment, with several switching operations of the capacity measuring method being carried out in this clock phase.
  • the LCD display for ongoing operation and / or for capacitance measurement with a low impedance is controlled to reduce the influence of coupling capacities.
  • a particular advantage of the method according to the invention can be that the capacitance of the display segments is determined as a digital measurement result by means of the capacitance measurement method and that the functionality of a display segment is checked using the digital measurement result.
  • Another advantageous feature of the method according to the invention is that it is possible to check the functionality of a display segment while the LCD display is in operation.
  • the sequence control for the capacitance measurement or the measuring point switch for the control of a display segment is modulated or synchronized with the driver circuit of the LCD display.
  • Another advantageous feature can be that one or more components of the LCD test device, including the sequence control for the capacitance measurement, the measuring point switch for the control of a display segment, the measuring circuit (analog switch, integration amplifier and comparator and possibly the Integration capacitor), the LCD driver / decoder circuit and the evaluation circuit (microcontroller) are housed in a single integrated component, such as an ASIC or a mixed signal FPGA.
  • the LCD control circuit usually used for driving and decoding is equipped with the LCD test device according to the invention.
  • a preferred embodiment provides that the ASIC is integrated in an LCD driver circuit.
  • the method according to the invention is suitable for any devices containing LCD displays, in particular for medical measuring or diagnostic devices.
  • the invention and its special configurations have a number of advantages.
  • a digital measurement result is delivered so that a high accuracy and thus a reliable check is achieved.
  • the criteria used in the functional test for proper functioning or for the presence of a malfunction can be selected in a very differentiated manner and evaluated in software.
  • insensitivity to temperature and long-term drifts is achieved.
  • series resistances, for example in the contacting have no influence on the measurement result, provided the switching times are sufficiently long.
  • the method according to the invention is suitable for any LCDs, ie not only for those with a common back electrode or with separate segment and back electrodes, but also for LCDs with segment electrodes in a matrix structure.
  • the method according to the invention can be calibrated in a simple manner, namely by software, automatic table and without circuit change or circuit adaptation.
  • Calibration parameters can, for example, be determined automatically within an ASIC and saved in an EEPROM or Flash ROM. According to the prior art, however, the external wiring and test frequency must be matched to the type of LCD display.
  • a calibration capacitor is used to calibrate the entire measurement or measuring circuit.
  • the charge balance compensation for the ⁇ conversion is carried out via the reference capacitor. No calibration capacitor is required in the final version of the test device in one device.
  • the method according to the invention can be carried out very quickly.
  • a typical LCD display can be fully checked in about 0.5 to 1 second, including multiple scans to increase confidence. It can work with a constant measuring frequency and the segment test can be carried out without DC voltage.
  • Another advantage is that the circuit according to the invention can be implemented very inexpensively, in particular if it is integrated in the ASIC for controlling the LCD display.
  • the invention makes it possible not only to test the quality and functionality of LCD displays in the course of production, for which technically complex methods are used according to the prior art, but also to carry out the functional test in an uncomplicated manner during the service life in the terminal.
  • the check of the LCD display cannot be visually recognized by the user of the device.
  • the LCD display can be monitored at any time, e.g. constantly, when starting a measurement or when displaying a measurement result, and not only when the device is switched on.
  • FIG. 1 shows a functional sketch of a first LCD display.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a ⁇ conversion
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a preferred LCD capacitance measuring arrangement according to the invention with ⁇ conversion
  • 5 shows the capacities of a matrix arrangement of LCD display segments in a 4x9 matrix
  • 6 shows the capacities of a matrix arrangement of LCD display segments in a 2x2 matrix
  • FIG. 7 shows the 2 ⁇ 2 LCD matrix from FIG. 6 in a two-pole representation
  • FIG. 8 shows the matrix from FIG. 7 with the elimination of the influence of parasitic capacitances during the functional test
  • FIG. 10 shows an LCD driver circuit for the multiplex operation of Fig. 6,
  • FIG. 12 shows the LCD driver circuit from FIG. 11 with a ⁇ conversion according to the invention for testing display segments
  • FIG. 13 shows a modified capacitance measuring circuit in the idle state
  • FIG. 14 shows the capacitance measuring circuit of FIG. 13 in the charging phase and comparison phase
  • FIG. 15 shows the capacitance measuring circuit of FIG. 13 in the comparison phase without reference integration
  • FIG. 16 shows the capacitance measuring circuit from FIG. 13 in the integration phase with reference integration.
  • FIG. 1 shows a functional sketch of an electronic measuring system according to document WO 95/14238 for testing LCD displays.
  • the circuit works with common driver ICs of the LCD control and comprises two switches SI and S2, an inverter 1 and a voltage source U.
  • the current flow through the LCD segment to be tested is illustrated by the capacitance Cseg is conducted via a shunt resistor RS.
  • the chip Voltage drop across this shunt resistor RS is amplified by means of the amplifier V and temporarily stored in a sample-and-hold element (sample-and-hold stage S&H).
  • a comparator ⁇ compares the output voltage of the sample-and-hold element with a reference voltage Uref and delivers the comparison result to the microprocessor ⁇ P, which switches the switches SI, S2 periodically.
  • the microprocessor ⁇ P changes the keying frequency until there are pronounced signal changes (jitter) in the comparator signal. From the frequency at which this occurs, the capacitance Cseg of the tested display segment is then concluded.
  • FIG. 2 shows an LCD test circuit according to document EP 0 015 914 B1 for testing segment capacitances Cseg.
  • series resistors Rv are switched into the leads of the LCD segments and an RC low-pass filter is formed in this way, to which a voltage is applied by means of an oscillator Os. If the LCD display functions correctly, the rise time of this low-pass filter must be greater than a reference value valid for the respective display type. The rise time is evaluated with the aid of the gate circuit Ts, the comparator ⁇ and the reference voltage source Uref. The output signal of the comparator ⁇ indicates whether the voltage across the segment capacitance has exceeded the value Uref. The gate circuit Ts measures the time required for this.
  • a disadvantage of this known circuit is that both the gate circuit Ts and the series resistor Rv would have to be matched to the segment capacities Cseg of the display type to be checked.
  • Fig. 3 shows a schematic diagram of a modern ⁇ converter that works with multiple oversampling and a resolution of one bit. It consists of two blocks, namely an analog modulator and a digital filter.
  • the modulator is in principle an analog comparator ⁇ , which is preceded by a low-pass filter as an integrator ⁇ .
  • the output signal Uin subtracts the output signal converted back by a 1-bit digital-to-analog converter DAW through the differential amplifier DV, so that the comparator ⁇ is reset each time. This creates a 1-bit data stream. If the amplitude of the analog signal increases, the "1" predominates at the output of the comparator ⁇ . If it falls, "0" predominates. If the amplitude is constant, "0" and “1" keep the balance.
  • noise shaping can be used, in which a noise spectrum is generated, for example by a noise source connected upstream of the integrator ⁇ . This is then downsampled by a steep-flanked digital filter FIR that forms an average.
  • FIG. 4 shows a basic diagram of a preferred measuring arrangement according to the invention for determining the capacitance
  • the segment capacity Cseg to be determined is together with a reference capacitor Cref with known capacitance integrated in a switch / capacitor structure according to FIG. 4.
  • the measuring arrangement comprises switches Sa, Sb, Sc, Sd and a downstream integrator ⁇ with integration capacitor C5 and a downstream comparator ⁇ .
  • the integration capacitor C5 should be chosen so large that the integrator ⁇ does not come within the limits given the maximum expected segment capacitance Cseg and the given charge-reversal voltage swing ⁇ Uref.
  • the switches Sa to Sd are controlled by a sequence control, not shown here. With each switching operation, a quantity of charge corresponding to the capacity is transported and integrated by the downstream integrator ⁇ .
  • the switches Sa-Sd are used by the
  • Sequence control is controlled so that a charge transport through the reference capacitor Cref causes a decrease, a charge transport through the segment capacitance Cseg to be determined causes an increase in the integrator voltage.
  • the charge balance of the integrator ⁇ is monitored with the aid of the downstream comparator ⁇ and can be kept constant by the sequential control system in that charge is either transported by both capacities or only by one of the two. From the ratio of the number of switching operations (or the added switching times) for the reference capacitor Cref and the segment capacitance Cseg, which results for a balanced charge balance, the ratio results directly as a digital result. The number of switching operations required for a given measurement accuracy is minimized by a digitally implemented decimation filter. Practical embodiments of LCD displays are usually controlled in a multiplex process in a matrix structure. FIG.
  • FIG. 5 illustrates an electrical equivalent circuit diagram of an LCD with 9 segment electrodes and 4 back electrodes, that is to say with 36 segments in a 4x9 matrix structure, which are driven with four row signals COM1, COM2, COM3 and COM4 and nine column signals SEG1 to SEG9. Segment capacities and parasitic coupling capacities are shown.
  • the front and back electrodes are low-resistance in the frequency range under consideration. Their impedance is therefore neglected compared to the coupling effects of the LCD segments.
  • the capacities of the individual segments between the front and back electrodes are C11 ... C49.
  • the coupling capacitances between the segment electrodes are CS12 ... CS89, and the coupling capacitances between the back electrodes are CC12 ... CC34.
  • the measuring method it should be possible to use the measuring method to measure the segment capacitances C11 ... C49 individually and without mutual influence or influence by the capacities CS12 ... CS89 or CC12 ... CC34.
  • the test method is suitable for practically all types of LCD displays, that is to say also for those whose segment electrodes are arranged in a matrix structure.
  • the function of the measuring point switch is explained below using an LCD display with a 2x2 matrix.
  • FIG. 6 illustrates such a 2x2 matrix structure using the example of an LCD display with four display segments, the capacities of which are represented by C1, C12, C21 and C22.
  • the segments are controlled by two row signals COM1, COM2 and two column signals SEG1, SEG2.
  • the matrix also includes parasitic coupling capacitances Cc and Cs; So all (essential) coupling capacities are illustrated.
  • FIG. 7 shows a two-pole position of the 2 ⁇ 2 LCD matrix corresponding to FIG. 6.
  • the capacitance of the segment C1 should be measured, ie the ⁇ converter is connected between the lines SEG1 and C0M1.
  • the current Iv designates the current flowing into the integrator, ie into the virtual ground. It can be seen from the two-pole representation of FIG. 7 that not only the capacitance C1 to be measured makes a contribution to the current Iv, but also the bridge circuit formed by the other capacitances shown in the circuit. This would falsify the measurement result.
  • the problem can be solved by using a measuring point switch which, as shown in FIG. 8, connects the other lines of the matrix, in this example the lines SEG2 and COM2, to ground. As a result, the parasitic current flows to ground and makes no contribution to the current Iv or to the measurement result.
  • a corresponding procedure is also possible with larger matrices, for example with the matrix shown in FIG. 5.
  • the LCD shown in FIG. 5 consists of a matrix of many capacitors coupled together. For example, if you want to measure the capacitance of the segment C35 at the electrodes COM3 and SEG5, you measure not only the capacitance C35 alone, but also the other LCD capacitances due to the connections. This falsifies the measurement.
  • a measuring point switch it is possible to use the matrix to determine a certain capacitance, e.g. C35, to be measured in isolation by the measuring point switch ensuring that currents flowing through a capacitor other than the one to be measured do not contribute to the capacitance measurement.
  • An isolated measurement of a segment, in particular by means of the capacitive coupling of charges, at the crossing point of a certain front and back electrode can be achieved in particular if the following conditions are met by means of the measuring point switch:
  • An AC voltage is applied to the front electrode leading to the segment to be measured.
  • the other front electrodes are connected to ground in terms of AC voltage.
  • the overcoupled charge is measured on the back electrode, which leads from the segment to be measured, this point being at virtual ground in terms of AC voltage.
  • the front and back electrodes can also be interchanged. However, it is electrically more advantageous to arrange as few circuit components as possible on the side on which the charge is removed.
  • the AC voltage is applied at SEG5.
  • the connections SEG1 to SEG4 and SEG6 to SEG9 are grounded.
  • These capacities have the effect that the applied AC voltage is loaded somewhat more; however, the fault current flows to ground.
  • the current flow into the virtual ground is measured at the electrode COM3 and the capacitance C35 is determined from this.
  • the electrodes C0M1, COM2 and COM4 are grounded so that no cross currents can flow in the coupling capacitances between the back electrodes CC12 ... CC34.
  • CC12 ... CC34 have no influence on the measurement. All other segment capacitances C11 ... C49, with the exception of C35, do not influence the measurement, because the described circuitry with the measuring point switch means that all segment capacitances, with the exception of C15, C25, C35 and C45, lie on both sides on ground or on virtual ground, so that no electricity flows. The currents flowing through C15, C25 and C45 flow to ground and are therefore not included in the capacitance measurement. Overall, the described wiring of the LCD with a measuring point switch thus enables the measurement of individual LCD segments in the matrix.
  • Such a measuring point switch advantageously consists of digitally controlled analog multiplexers in mixed CMOS Schottky diode switch technology. If a short distance to the measured LCD is maintained, they have only a negligible own parasitic capacitance.
  • a measuring point switch has, for example, nine positions for the coupling of the stimulus and five positions for the charge measurement, four of them for the connections COM1 to COM4, and one position for the connection of the calibration or reference capacitor, which is always on its other connection is fed by the stimulus.
  • the function of the measuring point switch into the LCD driver circuit, which is preferably implemented by an ASIC, in such a way that the function test of the LCD display segments takes place while the display is running.
  • the LCD driver circuit which is preferably implemented by an ASIC
  • This is fundamentally based on the fact that there are certain degrees of freedom in the sequence of the switch operations of the ⁇ conversion and the measuring point switch as well as in the selection of the charge voltage values, which make it possible to synchronize the switching processes with the LCD driver clock.
  • This makes it possible to carry out the functional test of the LCD display segments during the current display operation without the display being disturbed, impaired or interrupted. This is explained in more detail below.
  • LCD displays whose segment and back electrodes are arranged in matrix form, are activated in time-division multiplex operation, since a simultaneous selection of all segments is not possible.
  • the matrix structure means that inactive segments cannot be driven completely free of voltage. This is illustrated in Figures 9 and 10.
  • FIG. 9 shows four LCD display segments 2, 3, 4 and 5, which are designed, for example, as a square arrangement of square display segments in each case. Segment 2 is activated (black), ie it shows a black square, and segments 3, 4 and 5 are not activated (white).
  • the display segments 2, 3, 4, 5 are controlled electrically in a matrix form corresponding to FIG. 6.
  • ternary signals at the COM electrodes each of which can have the voltage values 0, 0, 5Ur or Ur.
  • Binary signals are present at the SEG electrodes, which are the two voltage values XUr or
  • a used for the functional test of the LCD display segments ⁇ converter can be designed so that it works with the voltage levels required for the multiplex operation and its switching phases with the clock phases of the
  • LCD control are synchronized.
  • An average DC voltage-free control of the LCD segments can also be implemented here.
  • the control frequency of an LCD display is usually between 30 and 100 Hz.
  • the measurement frequency of a capacitance measurement method according to the invention for example a ⁇ converter, is preferably greater than 2 kHz, preferably greater than 5 kHz and particularly preferably greater than 10 kHz.
  • the switching operations accommodate the ⁇ converter in sufficient numbers in the LCD control clock phases of the LCD control so that a capacitance measurement and consequently a functional test can be carried out while the display is running.
  • the functional test should advantageously be carried out in such a way that the same RMS values of the LCD segment voltages are set as without a functional test, so that the display with the ongoing functional test does not differ from the display without a functional test.
  • a corresponding LCD driver circuit with an integrated ⁇ converter is shown in FIG.
  • the voltages at the COM connections are constantly scanned with the measuring clock of the ⁇ converter.
  • the voltage U0 is then to be selected so that an effective value of the segment voltage corresponding to Ur is established.
  • the voltage Ur like the coefficient X introduced there, is dependent on the LCD response threshold.
  • the additional modulation of the LCD drive voltage with the measuring cycle leads to a reduction in the effective value of the drive level which is decisive for the LCD activation. Therefore, depending on the pulse / pause ratio of the measuring cycle, the voltage U0 must always be selected to be greater than the voltage Ur.
  • a complete switch cycle in the circuit according to FIG. 12 consists of three successive main phases, namely a charging phase, a comparison phase and an integration phase. There is also a rest phase in which all MOS switches are open. For each complete switch cycle there is an intermediate result single bit. A complete capacitance measurement on an LCD display segment requires a large number of such switch cycles. The capacity is calculated from the sequence of individual bits (the intermediate results) per switch cycle.
  • the states of the switches S1-S11 in FIG. 12 that apply to the various operating phases are given in the table below.
  • Phase 1 segment active, polarity +, charging phase
  • Phase 2 segment active, polarity +, integration without reference integration
  • Phase 3 segment active, polarity +, integration with
  • the order of the switch phases can also be modified. However, it should be noted that all phases are long enough to charge the capacitors Cseg and Cref, and that the integrator ⁇ has enough time to settle.
  • the duration of the individual switching phases should also take into account the respective series resistance in the transfer circuits. Although these series resistors have no direct influence on the measurement result, they can falsify the result if the switching phases are too short for sufficient charge equalization.
  • the MOS switches should be controlled in a suitable manner in order to exclude cross currents through switches that are still closed or already closed. For this purpose, the "break-before-make" concept is available, for example, or additional phases of shifted control signals can be used.
  • the integrator ⁇ should first be connected to the non-driven connections of Cseg and Cref and only then should the transhipment take place, i.e. switches S shown to the right of Cseg and Cref should close before the switches shown to the left. If this is not adhered to, there is a risk of partial discharge via parasitic diodes in the MOS structure, which leads to measurement errors and, in the case of large pulse currents, to a latch-up, which can result in a functional failure or destruction of the ASIC.
  • the measurement accuracy can be improved if MOS switches and operational amplifiers are used which have no input protection diodes. If the integrator settles too slowly, part of the charge could otherwise be diverted through these diodes in the first moment of the integration phase, which results in a measurement error.
  • the reference capacitor Cref should generally be larger than the largest expected segment capacitance Cseg, since otherwise the "charge balancing" will not proceed correctly. By modifying the switch cycles, a smaller reference capacitor Cref can also be used.
  • the digital ⁇ converter result is used for the functional test of the LCD display segment.
  • Numerous function test criteria can be implemented, e.g. the ratio of segment capacities to one another or compliance with absolute limits of capacity values.
  • FIG. 13 shows a block diagram of a capacitance measuring circuit in principle corresponding to FIGS. 4 and 12, but somewhat modified in detail in the idle state, i.e. for control signals switch S with logic 0.
  • the measuring point switch is not shown, and it is assumed in the circuit situation that a certain LCD display segment 2 is controlled by the measuring point switch to measure its segment capacity Cseg. This segment capacitance Cseg is shown between the signal lines CCOM and CSEG.
  • FIG. 12 shows an LCD driver circuit which, on the one hand, supplies the voltage level required for correct LCD display operation, and on the other hand allows a capacitance measurement for active LCD segments in accordance with the ⁇ method described, voltage level and clock signals being controlled in such a way that display and capacitance measurement are carried out simultaneously can be carried out.
  • Figure 13 relates to a capacitance measuring circuit used therein. The capacitance measurement takes place according to FIG. 13 by a ⁇ conversion with the reference capacitor Cref.
  • the capacitors Cseg and Cref are each interconnected with a full bridge of four MOS switches S each, the switches being controlled by the sequence controller 6 using logic signals LOADR, LOADX, INTR and INTX. This makes it possible to charge the capacitances Cseg and Cref separately, or to charge them in a controlled manner via the inverting integrator ⁇ , comprising a MOS operational amplifier and the integration capacitor C5.
  • the output voltage of the integrator ⁇ is compared with the voltage XUr by means of the comparator ⁇ , the comparator ⁇ providing the logic signal COMP. This is logic 1 if the integration voltage supplied by the integrator ⁇ is greater than XUr.
  • the downstream sequence controller 6, which is integrated, for example, in an ASIC or is implemented in software by means of a microcontroller, controls the switches S via the logic signals LOADR, LOADX, INTR and INTX.
  • the resulting 1-bit data stream 7 and the decimation filter are also shown 8th.
  • FIG. 14 shows the capacitance measuring circuit of FIG. 13 in the charging phase, in which the capacitors Cseg and Cref are charged, and in the subsequent short comparison phase, in which the output COMP of the comparator ⁇ is sampled and checked whether the integrator voltage is greater or has become smaller. If COMP is logic 0, this is followed by an integration phase without reference integration, if COMP is logic 1, this is followed by an integration phase with reference integration.
  • the integration phase without reference integration is shown in FIG. 15 and the integration phase with reference limit integration in Fig. 16.
  • the segment capacity Cseg sought can be determined from the charge balance.

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Abstract

Es wird ein Verfahren und ein Messsystem zum Überprüfen der Funktion von einzelne Anzeigesegmente umfassenden LCD-Anzeigen anhand des Unterschiedes in der elektrischen Kapazität Cseg defekter und intakter Anzeigesegmente vorgeschlagen. Das Verfahren beruht darauf, dass die Kapazität der Anzeigesegmente mit einem Kapazitätsmessverfahren unmittelbar mittels der Messung der gespeicherten elektrischen Ladung bestimmt wird. Als bevorzugtes Messverfahren wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Ladungstransport durch einen Referenzkondensator Cref erfolgt und die Segmentkapazität Cseg anhand einer Ladungsbilanz bestimmt wird, bevorzugt mittels einer DeltaSigma-Umsetzung.

Description

Kontrollsystem und Kontrollverfahren zum Überprüfen der Funktion von LCD-Anzeigen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein entsprechendes elektronisches Meßsystem zum Überprüfen der Funktion von einzelne Anzeigesegmente umfassenden LCD-Anzeigen anhand des Unterschiedes in der elektrischen Kapazität defekter und intakter Anzeigesegmente, insbesondere bei medizinischen Meß- oder Diagnosegeräten.
Das fehlerfreie Funktionieren der Anzeige ist bei vielen Anwendungen von großer Wichtigkeit. Bei medizintechnischen Geräten, z.B. Blutzuckermeßgeräten, können Defekte der Meßwertanzeige zu Falschablesungen führen, was zu einer lebensbedrohlichen Fehlinformation des Benutzers, beispielsweise aufgrund einer resultierenden Fehldosie- rung eines Medikamentes, und zu lebensbedrohlichen Situationen führen kann.
Ein erstes Beispiel einer solchen Fehlfunktion ist der Ausfall des Dezimalpunktes bei einer mmol/1 -Anzeige, bei- spielsweise aufgrund einer Leitungsstörung oder eines Defektes der Anzeige. Ein zweites Beispiel ist der Ausfall zweier Segmente, durch die eine führende 4, z.B. bei einer Anzeige eines Glucosemeßwertes von 415 mg, zu einer führenden 1 wird und das Ergebnis zu 115 mg verfälscht. Insbesondere bei batteriebetriebenen Geräten haben sich Flüssigkristallanzeigen (englisch: liquid crystal dis- plays, LCDs) gegenüber anderen Anzeigen weitgehend durchgesetzt, da sie einen geringen Strombedarf haben, mit niedrigen Betriebsspannungen betrieben werden können, die elektronische Ansteuerung leicht realisierbar ist, sie einen hohen Kontrast und eine große Schärfe aufweisen, die Form der Anzeigesegmente mit einfachen lithographischen Verfahren nahezu beliebig gestaltet werden kann, wobei auch großflächige Segmente oder Anzeigen realisierbar sind, sie eine geringe Bautiefe aufweisen und einfach zu montieren sind. Derartige LCD-Anzeigen umfassen mehrere einzeln aktivierbare Segmente, wobei ein Segment ein Zeichen oder Symbol oder ein Teil eines Zeichens oder Symbols darstellt.
Die darzustellenden alpha-numerischen Zeichen und Symbole sind bei LCDs als transparente Vorderelektroden auf einem Deckglas aufgebracht und bilden zusammen mit auf einem Trägerglas aufgebrachten Rückelektroden und der über Abstandshalter definierten Flüssigkristallschicht als Dielektrikum jeweils kapazitive Speicher für elektrische Ladungen .
Es ist jedoch bekannt, daß bei. LCDs Segmente oder ganze Zeichen ausfallen können, was die oben genannten Risiken zur Folge hat. Aus diesem Grund wird üblicherweise beim Einschalten eines Gerätes mit einer LCD-Anzeige für eine kurze Dauer von typischerweise 2 bis 4 Sekunden die Anzeige komplett dargestellt, wobei alle Segmente aktiviert sind. Der Benutzer des Gerätes kann in dieser Zeit visuell kontrollieren, ob alle Segmente bzw. Zeichen und Symbole dargestellt werden. Ein erster Nachteil besteht jedoch darin, daß in der praktischen Anwendung die Benutzer eine solche visuelle Überprüfung häufig nicht durchführen. Ein zweiter Nachteil ist ferner, daß bei dieser Methode die Anzeige nur zum Zeitpunkt des Einschaltvorganges überwacht werden kann und der Ausfall eines oder mehrerer Segmente im laufenden Betrieb für den Benutzer unbemerkt bleibt.
Zur Behebung dieser Nachteile wurden Verfahren vorge- schlagen, bei denen die elektrische Kapazität der LCD- Segmente als Hilfsgröße für die Überprüfung der Funktionstüchtigkeit dient. Die Überprüfung beruht dabei auf der Abweichung der Kapazität bei einer Fehlfunktion, denn die Kapazität intakter und nicht intakter Anzeigesegmente unterscheidet sich. Aus der Kapazität wird auf das korrekte Funktionieren oder das Vorliegen eines Fehlers geschlossen. Es wurden unterschiedliche Meßverfahren vorgeschlagen, die auf der Messung einer von der Kapazität der Anzeigesegmente abhängigen elektrischen Meßgröße beruhen, beispielsweise auf der Messung des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Spannung an dem Anzeigesegment oder auf der Messung der Höhe des Betriebsstromes.
Bei dem Dokument WO 95/14238 basiert die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der LCD-Segmente auf deren intrinsi- scher Kapazität, die gemessen wird. Bei einer Abweichung wird auf einen Fehler geschlossen. Die LCDs werden mit WechselSpannung betrieben und es wird der Betriebstrom gemessen. Eine Besonderheit der Funktionsprüfung besteht darin, daß der Strom bei verschiedenen Betriebsfrequenzen gemessen und geprüft wird, ob innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs vorgegebene Bereichsgrenzen für den Strom eingehalten werden. Daraus können verschiedene Rückschlüsse über unterschiedliche Fehlerzustände und Fehlerursachen gezogen werden. Nachteilig bei diesem vorbekannten Verfahren ist jedoch, daß keine schädlichen, die Überprüfung verfälschenden parasitären Koppelkapazitäten berücksichtigt werden und daß das Verfahren nur für LCD-Anzeigen beschrieben ist, 5 die für jedes LCD-Anzeigesegment separate Segment- und Rückführelektroden aufweist.
Aus dem Dokument EP 0 015 914 Bl ist ein Verfahren bekannt, bei dem die LCD-Anzeigesegmente dadurch über-
10 wacht werden, daß die LCDs mit getakteter Spannung oder Wechselspannung angesteuert werden und aus dem zeitlichen Verlauf der Spannung auf das korrekte Funktionieren der Segmente geschlossen wird. Das Meßverfahren basiert darauf, daß sich bei einem Kurzschluß oder einem defekten
15. Segment die Kapazität ändert, woraus eine Abweichung in der Anstiegs- oder Abfallgeschwindigkeit der Spannung resultiert. Das beschriebene Verfahren ist allerdings nur für LCD-Anzeigen mit gemeinsamer Rückelektrode spezifiziert und nur für das Erkennen von Leitungsunterbrechun-
20 gen und Kurzschlüssen zwischen Segment- und Rückelektrode geeignet .
Aus dem Dokument EP 0436777 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen der LCDs eines LCD-Arrays vor
25 der abschließenden Montage des Arrays bekannt. Dabei wird eine Ladung auf eine LCD-Kapazität aufgebracht und nach Ablauf einer gewissenen Zeitdauer die verbliebene Ladung gemessen. Aus dem Vergleich der aufgebrachten und der verbliebenen Ladung wird auf die Funktionsfähigkeit ge-
30 schlössen. Nachteilig bei diesem vorbekannten Stand der
Technik ist, daß weder die Funktion des fertig montierten LCD-Arrays noch dessen Funktion im laufenden Betrieb überprüft werden kann. Das Dokument US 5,539,326 beschreibt ein Verfahren zum Testen der Anschlüsse eines LCD-Displays vor der abschließenden Montage. Hierzu werden die LCDs in mehreren Schritten einmal mit und einmal ohne Ladung der LCD-Zel- lenkapazitat selbst aufgeladen und aus dem Unterschied in den Ladungen, die in Form eines über die Zeit integrierten Stromes bestimmt werden, wird ermittelt, ob die Zuleitungen zu den LCDs in Ordnung sind. Eine Überprüfung der LCDs selbst findet nicht statt, und eine Überprüfung im laufenden Betrieb ist nicht möglich.
In dem Dokument US 5,428,300 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen von TFT-LCDs beschrieben, bei dem diverse Auf- und EntladungsVorgänge ablaufen und die Funktion der TFT-LCDs und ihrer Verbindung anhand der Wellenform der Entladungsströme bestimmt wird.
Allen vorbekannten Verfahren ist gemeinsam, daß sie auf einer absoluten Messung beruhen, wobei eine Prüfung auf die Einhaltung gewisser Grenzen eines Absolutwertes einer Kapazität erfolgt. Aus diesem Grund haben die vorbekannten Verfahren den Nachteil, daß sie eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Temperaturdriften und anderen Drift- Vorgängen sowie Bauteilstreuungen aufweisen. Dies ist insbesondere deshalb nachteilig, weil die Segmente von LCD-Anzeigen nur eine sehr geringe Kapazität aufweisen.
Ferner arbeiten die vorbekannten Verfahren, insbesondere solche, die auf der Bestimmung von Aufladezeitkonstanten beruhen, oft nicht gleichspannungsfrei, erfordern eine Variation der Meßfrequenz und werden bei niedrigen Kapazitäten hinsichtlich der Kapazitätsbestimmung zunehmend nichtlinear. Der Erfindung liegt unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein entsprechendes elektronisches Meßsystem zum Überprüfen der Funktion von LCD-Anzeigen zu schaffen, mit dem eine zuverlässige, benutzerunabhängige, vollautomatische Überprüfung der Funktion möglich ist, wobei das Verfahren mit geringem Aufwand, beispielsweise mittels CMOS-Technologie in einem ASIC, realisierbar sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen der beigefügten unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überprüfen der Funktion von einzelne Anzeigesegmente umfassenden LCD-Anzeigen anhand des Unterschiedes in der elektrischen Kapazi- tat defekter und intakter Anzeigesegmente weist also die Besonderheit auf, daß anstatt der Messung einer von der Kapazität der Anzeigesegmente abhängigen elektrischen Meßgröße und eines Vergleichs der gemessenen Meßgröße mit einem Vergleichswert die Kapazität der Anzeigesegmente mit einem Kapazitätsmeßverfahren unmittelbar mittels der Messung der in dem Anzeigesegment gespeicherten elektrischen Ladung bestimmt wird.
Im Rahmen der Erfindung hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die in LCD-Anzeigesegmenten gespeicherte Ladung gemessen werden kann, so daß unmittelbar die Kapazität der Anzeigesegmente mit hoher Auflösung und Genauigkeit bestimmbar ist. Die erfindungsgemäße unmittelbare Bestimmung der Kapazität von LCD-Anzeigesegmenten kann in vielfältig ausgestalteter Weise erfolgen. Nach einem ersten vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß die Kapazität der Anzei- gesegmente mittels kapazitiv übergekoppelter Ladungen bestimmt wird, wobei ein elektrischer Meßstrom kapazitiv über die Kapazität des zu messenden Anzeigesegments in eine Auswerteschaltung gekoppelt wird und diese die übergekoppelte Ladung mißt. Dabei kann nach einem zusätzli- chen vorteilhaften Merkmal vorgesehen sein, daß der Meßstrom ein Wechselstrom ist und die je Wechselspannungspe- riode übergekoppelte Ladung gemessen wird, woraus sich bei bekannter Frequenz die Kapazität des Anzeigesegments ergibt .
Nach einem anderen, bevorzugten Merkmal wird vorgeschlagen, daß die Messung der Kapazität der Anzeigesegmente mit einem Kapazitätsmeßverfahren erfolgt, bei dem ein mittels einer Ablaufsteuerung gesteuerter Ladungstrans- port sowohl durch die zu messende Kapazität eines Anzeigesegments als auch durch einen Referenzkondensator erfolgt und die Kapazität des Anzeigesegments anhand einer Ladungsbilanz zwischen dem zu überprüfenden Anzeigesegment und dem Referenzkondensator bestimmt wird.
Eine solche Relativmessung, die auf der Bestimmung eines Kapazitätsverhältnisses beruht, hat den Vorteil der Unempfindlichkeit gegen Temperatur- und Langzeitdrifts, z.B. der Referenzspannungsquellen, bzw. den Vorteil einer Kompensation dieser Drifts. Dabei ist in einer bevorzugten Ausführungsform zur Minimierung von Meßfehlern vorgesehen, daß der Referenzkondensator in die LCD-Anzeige integriert wird, beispielsweise in Form eines LCD-Segments oder eines Kondensator-Bauteils. Dies hat den Vor- teil einer weiter verbesserten Kompensation von Tempera- turdrifts .
Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Kapazität der Anzeigesegmente mittels eines Kapazitätsmeßverfahrens bestimmt wird, das eine ΔΣ-Umsetzung verwendet. Ein solches Verfahren ist besonders für die Messung kleiner Kapazitäten geeignet. Bei LCD-Anzeigesegmenten beträgt die Kapazität ca. 1 pF bis 300 pF, so daß die zu messenden Ladungen im Bereich von pC und die Meßströme im Bereich von pA liegen und somit meßtechnisch schwierig zu erfassen sind.
Ein Kapazitätsmeßverfahren unter Verwendung einer ΔΣ- Umsetzung kann mit geringem Aufwand an Analogelektronik bei gleichzeitig hoher Meßgenauigkeit und Unempfindlich- keit gegenüber parasitären Streukapazitäten aufgebaut werden, beispielsweise in Form eines ΔΣ-Umsetzers erster Ordnung, d.h. unter Verwendung eines Integrators.
Die Grundprinzipien von ΔΣ-A/D-Umsetzern sowie deren Implementierungsfragen im Zusammenhang mit der CMOS-Technologie sind bekannt. Das Grundprinzip eines solchen Umsetzers besteht darin, daß mit einer festen Frequenz Ladungspakete von dem zu messenden Kondensator, im vorliegenden Fall einem LCD-Segment, auf einen Integrator geladen werden. Da der zu messende Kondensator hierbei jedes Mal von einer bekannten Spannung auf eine andere bekannte Spannung umgeladen wird, da die bei der Umladung an dem zu messenden Kondensator entstehende Spannungsdifferenz konstant und bekannt ist, ist die dem Integrator mit jeder Umladung gelieferte Ladung proportional zur Kapazität . Die AusgangsSpannung des Integrators ist proportional zu der im Integrationskondensator der Auswerteschaltung gespeicherten Ladung und wird ständig im Takt der gelieferten Ladungspakete überwacht . Bei Überschreitung eines gegebenen Spannungswertes am Integratorausgang wird der Integrator durch bekannte Referenzladungspakete in einer entgegengesetzten Richtung geladen. Es ergibt sich somit ein geschlossener Regelkreis, bei dem die Ladung im Integrator, d.h. auf seinem Integrationskondensator, in einem langfristigen Gleichgewicht konstant gehalten wird. Daher wird häufig von einem "Charge Balancing" -Prinzip gesprochen, synonym zu der Bezeichnung ΔΣ-Verfahren.
Das Ergebnis einer solchen Umsetzung ist ein 1-Bit-Daten- ström, dessen mittlere Einsendichte proportional zu der zu messenden Kapazität ist . Dieser Datenstrom wird in geeigneter Weise aufbereitet, um ein Viel -Bit -Ergebnis zu erhalten. Hierzu werden typischerweise Digitalfilter, sogenannte Dezimationsfilter eingesetzt. Die Theorie der ΔΣ-Umsetzer besagt, daß im Allgemeinen zur Auswertung des Datenstroms eines "Charge Balancing" -Umsetzers gegebener Ordnung ein Dezimationsfilter einer mindestens um eins höheren Ordnung erforderlich ist. In der bevorzugten Ausführungsform eines ΔΣ-Umsetzers erster Ordnung wird somit ein Dezimationsfilter zweiter oder höherer Ordnung verwendet .
Eine Kontrollschaltung zur Regelung der konstanten Ladungsbilanz des ΔΣ-Umsetzers kann aus wenigen Flip- Flops aufgebaut und leicht in einen ASIC integriert werden. Auch die Struktur eines Dezimationsfilters zweiter Ordnung ist sehr regulär und kann leicht in einen ASIC integriert werden. In anderen Ausführungsformen ist auch die Realisierung des Filters in einem MikroController möglich, beispielsweise in dem Mikrocontroller der Ablaufsteuerung .
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wird vorge- schlagen, einen automatischen Meßstellenumschalter zu verwenden, mit dem Anzeigesegmente einzeln für die Funktionsprüfung angesteuert werden. Der besondere Vorteil des Meßstellenumschalters, der einzelne Segmente auswählt, besteht darin, daß er den Einfluß parasitärer Kapazitäten und Koppelkapazitäten, die üblicherweise das Meßergebnis verfälschen, stark reduzieren oder nahezu ausschalten kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung kann dabei vorgesehen sein, daß mittels des Meßstellenumschalters an eine erste Elektrode eines zu überprüfenden Anzeigesegments eine Meßspannung gelegt wird, die der ersten Elektrode entsprechenden Elektroden anderer Anzeigesegmente Wechselspannungsmäßig an Masse gelegt werden, an der zweiten Elektrode des zu überprüfenden Anzeigesegments die übergekoppelte Ladung gemessen wird, wobei dieser Punkt Wechselspannungsmäßig auf virtueller Masse liegt, und die der zweiten Elektrode entsprechenden Elektroden anderer Anzeigesegmente Wechselspannungsmäßig an Masse gelegt werden.
Besonders bevorzugt dabei ist, wenn die erste Elektrode die Vorderelektrode und die zweite Elektrode die Rückelektrode des zu prüfenden Anzeigesegments ist .
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise auch dann verwendet werden, wenn die Anzeigesegmente sowohl für den laufenden Betrieb der LCD-Anzeige als auch für die Funktionsprüfung im Multiplex-Verfahren in einer Matrixstruktur angesteuert werden. Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß die Ansteuerungspegel und die Taktphasen für die Ansteuerung der Anzeigesegmente, insbesondere in einem Multiplex-Verfahren, so gewählt werden, daß der Spannungspegel der inaktiven Anzeigesegmente unterhalb der Ansprechschwelle und der Spannungspegel der aktiven Anzeigesegmente oberhalb der Ansprechschwelle der Anzeigesegmente liegt, das Kapazitätsmeßverfahren mit diesen Spannungspegeln durchgeführt wird und die Schaltphasen des Kapazitätsmeßverfahrens mit den Taktphasen der LCD- Ansteuerung synchronisiert werden.
Für den Betrieb der LCD-Anzeigesegmente ist es vorteil- haft, wenn mittels einer regelmäßigen Polaritätsumkehr der Spannungspegel eine im Mittel gleichspannungsfreie Ansteuerung der Anzeigesegmente erfolgt . Bei Gleichspannungsbetrieb oder bei einem Gleichspannungsanteil besteht nämlich die Gefahr, daß durch Leckströme Elektroly- seeffekte auftreten, durch die die Flüssigkristalle zersetzt werden können. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Kapazitätsmeßverfahren so durchgeführt wird, daß sich derselbe Effektivwert der Spannung des Anzeigesegments ergibt wie ohne Kapazitätsmessung.
Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Kapazität eines Anzeigesegments während einer Taktphase der Ansteuerung des Anzeigesegments gemessen wird, wobei mehrere Umschaltvorgänge des Kapazitätsmeßverfahrens in dieser Taktphase durchgeführt werden.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß die LCD-Anzeige für den laufenden Betrieb und/oder für die Kapazitätsmessung mit niedriger Impedanz angesteuert wird, um den Einfluß von Koppelkapazitäten zu reduzieren.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, daß die Kapazität der Anzeigesegmente mittels des Kapazitätsmeßverfahrens als digitales Meßergebnis bestimmt wird und die Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Anzeigesegmentes mittels des digitalen Meßergebnisses erfolgt.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es möglich ist, die Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Anzeigesegments während des laufenden Betriebs der LCD-Anzeige durchzufüh- ren. In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß nur aktivierte Anzeigesegmente auf ihre Funktionsfähigkeit hin geprüft werden, da nicht aktivierte Anzeigesegmente bei einer Fehlfunktion nicht zu einer Fehlanzeige führen. Dadurch ist es möglich, die Funktionsprüfung der LCD- Anzeigesegmente zu beschleunigen bzw. mit einer höheren Frequenz zu wiederholen.
Nach einem zusätzlichen vorteilhaften Merkmal ist vorge- sehen, daß die Ablaufsteuerung für die Kapazitätsmessung bzw. der Meßstellenumschalter für die Ansteuerung eines Anzeigesegments mit der Treiberschaltung der LCD-Anzeige moduliert bzw. synchronisiert wird.
Ein anderes vorteilhaftes Merkmal kann darin bestehen, daß eine oder mehrere Komponenten der LCD-Prüfeinrich- tung, umfassend die Ablaufsteuerung für die Kapazitätsmessung, den Meßstellenumschalter für die Ansteuerung eines Anzeigesegments, die Meßschaltung (Analogschalter, Integrationsverstärker und Komparator sowie ggf. den Integrationskondensator) , die LCD-Treiber-/Decoderschal- tung und die Auswerteschaltung (MikroController) in einem einzigen integrierten Bauelement, wie z.B. einem ASIC oder einem Mixed Signal FPGA, untergebracht sind. Dabei kann in einer besonderen Ausfuhrungsform vorgesehen sein, eine üblicherweise zum Treiben und Dekodieren verwendete LCD-Ansteuerschaltung mit der erfindungsgemäßen LCD- Prüfeinrichtung auszustatten. Dabei ist einer bevorzugten Ausfuhrungsform vorgesehen, daß der ASIC in eine LCD- Treiberschaltung integriert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für beliebige, LCD- Anzeigen enthaltende Geräte, insbesondere für medizinische Meß- oder Diagnosegeräte geeignet.
Die Erfindung und ihre besonderen Ausgestaltungen weisen eine Vielzahl von Vorteilen auf. Es wird ein digitales Meßergebnis geliefert, so daß eine hohe Genauigkeit und damit eine zuverlässige Überprüfung erzielt wird. Hier- durch können die bei der Funktionsprüfung angewendeten Kriterien für ein ordnungsgemäßes Funktionieren bzw. für das Vorliegen einer Fehlfunktion sehr differenziert ausgewählt sein und softwaremäßig ausgewertet werden. Im Falle der Relativmessung wird eine Unempfindlichkeit gegen Temperatur- und Langzeitdrifts erzielt. Ferner sind Längswiderstände, beispielsweise in der Kontaktierung, ohne Einfluß auf das Meßergebnis, sofern die Schaltdauern ausreichend lang sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für beliebige LCDs geeignet, also nicht nur für solche mit gemeinsamer Rückelektrode oder mit separaten Segment- und Rückelektroden, sondern auch für LCDs mit Segment- elektroden in einer Matrixstruktur.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einfache Art und Weise kalibriert werden, nämlich per Software, automa- tisch und ohne Schaltungsänderung oder Schaltungsanpassung. Kalibrationsparameter lassen sich z.B. innerhalb eines ASICs automatisch bestimmen und in einem EEPROM oder Flash-ROM abspeichern. Nach dem Stand der Technik müssen dagegen die äußere Beschaltung und Prüffrequenz auf den Typ der LCD-Anzeige abgestimmt werden.
Es ist eine automatische Kalibrierung mittels eines Referenz-LCDs eines Referenz-LCD-Segments oder eines Refe- renzkondensator-Bauteils bzw. Kalibrierkondensators möglich. Ein Kalibrierkondensator dient zum Kalibrieren der gesamten Messung bzw. Meßschaltung. Über den Referenzkondensator wird der Ladungsbilanzausgleich bei der ΔΣ-Wand- lung vorgenommen. In der endgültigen Ausführung der Prüf- einrichtung in einem Gerät wird kein Kalibrierkondensator benötigt .
Fehlfunktionen von LCD-Anzeigesegmenten können mit der Erfindung automatisch erkannt werden, ohne daß der Anwen- der die Anzeige durch Augenschein überprüfen muß. Dadurch wird eine benutzerunabhängige, vollautomatische Überprüfung der LCD-Anzeige ermöglicht und eine hohe Sicherheit für den Anwender erzielt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sehr schnell durchgeführt werden. Eine typische LCD-Anzeige kann in etwa 0,5 bis 1 Sekunde vollständig überprüft werden, einschließlich einer Mehrfachabtastung zur Erhöhung der Aussagesicherheit. Es kann mit einer konstanten Meßfrequenz arbei- ten und die Segmentprüfung kann gleichspannungsfrei erfolgen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Schaltung sehr kostengünstig realisiert werden kann, insbesondere wenn sie in dem ASIC für die Ansteuerung der LCD-Anzeige integriert wird. Die Erfindung ermöglicht es, die Qualität und Funktionsfähigkeit von LCD-Anzeigen nicht nur im Rahmen der Fertigung zu testen, wozu nach dem Stand der Technik technisch aufwendige Verfahren eingesetzt werden, sondern die Funk- tionsprüfung in unaufwendiger Weise während der Lebensdauer im Endgerät durchzuführen.
Die Überprüfung der LCD-Anzeige kann für den Benutzer des Gerätes visuell nicht erkennbar ablaufen. Die LCD-Anzeige kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt überwacht werden, z.B. ständig, beim Start einer Messung oder bei der Anzeige eines Meßergebnisses, und nicht nur beim Einschalten des Gerätes .
Beim Erkennen einer Fehlfunktion eines Anzeigesegments sind zahlreiche Gerätereaktionen möglich, beispielsweise die Erzeugung eines Warnsignals oder das Verhindern der Gerätefunktion .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die darin beschriebenen Besonderheiten können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Es zeigen: Fig. 1 eine Funktionsskizze' einer ersten LCD-
Prüfanordnung nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine Funktionsskizze einer zweiten LCD-
Prüfanordnung nach dem Stand der Technik,
Fig. 3 eine Prinzipskizze einer ΔΣ-Umsetzung, Fig. 4 eine Prinzipskizze einer bevorzugten erfindungsgemäßen LCD-Kapazitätsmeßanordnung mit ΔΣ- Umsetzung,
Fig. 5 die Kapazitäten einer Matrixanordnung von LCD- Anzeigesegmenten in einer 4x9-Matrix, Fig. 6 die Kapazitäten einer Matrixanordnung von LCD- Anzeigesegmenten in einer 2x2 -Matrix,
Fig. 7 die 2x2 -LCD-Matrix von Fig. 6 in Zweipoldarstellung, Fig. 8 die Matrix von Fig. 7 mit der Beseitung des Einflusses parasitärer Kapazitäten bei der Funktionsprüfung,
Fig. 9 die Anzeigesegmente der LCD-Matrix von Fig. 6,
Fig. 10 LCD-Ansteuerimpulse zu Fig. 9, Fig. 11 eine LCD-Treiberschaltung für den Multiplexbetrieb zu Fig. 6,
Fig. 12 die LCD-Treiberschaltung von Fig. 11 mit einer erfindungsgemäßen ΔΣ-Umsetzung zur Prüfung von Anzeigesegmenten, Fig. 13 eine abgewandelte Kapazitätsmeßschaltung im Ruhezustand,
Fig. 14 die Kapazitätsmeßschaltung von Fig. 13 in der Aufladephase und Vergleichsphase,
Fig. 15 die Kapazitätsmeßschaltung von Fig. 13 in der Vergleichsphase ohne Referenzintegration und
Fig. 16 die Kapazitätsmeßschaltung von Fig. 13 in der Integrationsphase mit Referenzintegration.
Die Fig. 1 zeigt eine Funktionsskizze eines elektroni- sehen Meßsystems gemäß dem Dokument WO 95/14238 zum Prüfen von LCD-Anzeigen. Die Schaltung arbeitet mit gebräuchlichen Treiber- ICs der LCD-Ansteuerung zusammen und umfaßt zwei Schalter SI und S2 , einen Inverter 1 sowie eine Spannungsquelle U. Während eines speziellen Testmodus wird der Stromfluß durch das zu testende LCD- Segment, daß durch die Kapazität Cseg veranschaulicht ist, über einen Shunt-Widerstand RS geleitet. Der Span- nungsabfall an diesen Shunt-Widerstand RS wird mittels des Verstärkers V verstärkt und in einem Abtast-Halte- Glied (sample-and-hold-Stufe S&H) zwischengespeichert. Ein Komparator Δ vergleicht die AusgangsSpannung des Abtast-Halte-Gliedes mit einer Referenzspannung Uref und liefert das Vergleichsergebnis an den Mikroprozessor μP, der die Schalter SI, S2 periodisch umtastet. Der Mikroprozessor μP verändert die Umtastfrequenz solange, bis es zu ausgeprägten Signalwechseln (Jitter) des Kompa- ratorsignals kommt. Aus der Frequenz, bei der dies auftritt, wird dann auf die Kapazität Cseg des geprüften Anzeigesegmentes geschlossen.
Diese Schaltung weist die eingangs beschriebenen Nach- teile auf. Ferner ist der Aufbau des LCD-Treiber-ICs unbekannt und es erfolgt keine Information über die Impedanzen an den einzelnen LCD-Segmenten.
Die Fig. 2 zeigt eine LCD-PrüfSchaltung gemäß dem Doku- ment EP 0 015 914 Bl zum Prüfen von Segmentkapazitäten Cseg. Dabei werden in die Zuleitungen der LCD-Segmente Vorwiderstände Rv geschaltet und auf diese Weise ein RC- Tiefpaßfilter gebildet, an dem mittels eines Oszillators Os eine Spannung angelegt wird. Bei korrekt funktionie- render LCD-Anzeige muß die Anstiegszeit dieses Tiefpaßfilters größer sein als ein für den jeweiligen Anzeigetyp gültiger Referenzwert. Die Auswertung der Anstiegszeit erfolgt mit Hilfe der Torschaltung Ts, dem Komparator Δ und der Referenzspannungsquelle Uref. Dabei zeigt das Ausgangssignal des Komparators Δ an, ob die Spannung an der Segmentkapazität den Wert Uref überschritten hat . Die Torschaltung Ts mißt die dafür benötigte Zeit.
Ein Nachteil dieser bekannten Schaltung besteht darin, daß sowohl die Torschaltung Ts als auch die Vorwider- stände Rv auf die Segmentkapazitäten Cseg des zu prüfenden Anzeigetyps abgestimmt werden müssen.
Die Fig. 3 zeigt eine Prinzipskizze eines modernen ΔΣ- Wandlers, der mit mehrfacher Überabtastung und einer Auflösung von einem Bit arbeitet . Er besteht aus zwei Blöcken, nämlich einem analogen Modulator und einem digitalen Filter. Der Modulator ist dabei prinzipiell ein analoger Komperator Δ, dem ein Tiefpass als Integrierer Σ vorgeschaltet ist. Gleichzeitig wird von der Eingangsspannung Uin das durch einen 1-Bit-Digital-Analog-Wandler DAW rückgewandelte Ausgangssignal durch den Differenzverstärker DV wieder abgezogen, so daß der Komparator Δ jedes Mal wieder zurückgesetzt wird. Dadurch entsteht ein 1-Bit-Datenstrom. Steigt die Amplitude des Analogsignals an, überwiegt am Ausgang des Komparators Δ die "1". Fällt sie, überwiegt "0". Ist die Amplitude konstant, halten sich "0" und "1" die Waage.
Das analoge Signal könnte nun unmittelbar durch Integration oder durch einen einfachen Tiefpaß wiedergewonnen werden. Zur Erzielung eines besseren Rauschabstandes kann das Noice Shaping angewendet werden, bei dem ein Rauschspektrum erzeugt wird, beispielsweise durch eine dem Integrierer Σ vorgeschaltete Rauschquelle. Anschließend erfolgt ein Downsampling durch ein Mittelwert bildendes, steilflankiges Digitalfilter FIR.
Die Fig. 4 zeigt ein Prinzipbild einer bevorzugten erfin- dungsgemäßen Meßanordnung zur Bestimmung der Kapazität
Cseg eines LCD-Anzeigesegments auf Basis eines ΔΣ-Kapazi- tätsmeßverfahrens, daß auch als ΔΣ-Umsetzung oder ΔΣ- Wandlung bezeichnet wird. Dabei handelt es sich im Prinzip um eine "Ladungspumpe". Die zu bestimmende Segmentka- pazität Cseg ist dabei gemeinsam mit einem Referenzkon- densator Cref mit bekannter Kapazität in einer Schalter- /Kondensator-Struktur gemäß Fig. 4 integriert. Die Meßanordnung umfaßt Schalter Sa, Sb, Sc, Sd sowie einen nachgeschalteten Integrator Σ mit Integrationskondensator C5 und nachgeschaltetem Komparator Δ. Der Integrationskondensator C5 sollte so groß gewählt werden, daß bei der maximal zu erwartenden Segmentkapazität Cseg und gegebenem Umladespannungshub ± Uref der Integrator Σ nicht in die Begrenzung gerät .
Die Schalter Sa bis Sd werden von einer hier nicht dargestellten Ablaufsteuerung gesteuert. Bei jedem Schaltvorgang wird eine der Kapazität entsprechende Ladungsmenge transportiert und von dem nachgeschalteten Integrator Σ integriert. Die Schalter Sa-Sd werden dabei von der
Ablaufsteuerung so gesteuert, daß ein Ladungstransport durch den Referenzkondensator Cref eine Absenkung, ein Ladungstransport durch die zu bestimmende Segmentkapazität Cseg einen Anstieg der Integratorspannung bewirkt.
Die Ladungsbilanz des Integrators Σ wird mit Hilfe des nachgeschalteten Komparators Δ überwacht und kann von der Ablaufsteuerung dadurch konstant gehalten werden, daß wahlweise entweder durch beide Kapazitäten Ladung trans- portiert wird oder nur durch eine von beiden. Aus dem sich für eine ausgeglichene Ladungsbilanz ergebenden Verhältnis der Anzahl der SchaltVorgänge (bzw. der aufaddierten Schaltzeiten) für den Referenzkondensator Cref und die Segmentkapazität Cseg ergibt sich als digitales Ergebnis direkt deren Verhältnis. Durch ein digital realisiertes Dezimationsfilter wird die für eine gegebene Meßgenauigkeit erforderliche Anzahl an Schaltvorgängen minimiert . Praktische Ausfuhrungsformen von LCD-Anzeigen werden zumeist im Multiplex-Verfahren in einer Matrixstruktur angesteuert. Die Fig. 5 veranschaulicht ein elektrisches Ersatzschaltbild eines LCDs mit 9 Segmentelektroden und 4 Rückelektroden, also mit 36 Segmenten in einer 4x9- Matrixstruktur, die mit vier Zeilensignalen COM1, COM2, COM3 und COM4 sowie neun Spaltensignalen SEG1 bis SEG9 angesteuert werden. Es sind Segmentkapazitäten sowie parasitäre Koppelkapazitäten dargestellt.
Es können jedoch in der Zeichnung nicht alle möglichen Koppelkapazitäten wiedergegeben werden. Dem elektrischen Ersatzschaltbild des LCDs liegt ein vereinfachtes Model zugrunde, das unter folgenden Annahmen aufgestellt ist:
1. Die Vorder- und Rückelektroden sind im betrachteten Frequenzbereich niederohmig. Ihre Impedanz wird daher gegenüber den Koppeleffekten der LCD-Segmente vernachlässigt .
2. Die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkristalle ist vernachlässigbar klein.
3. Es werden nur Koppelkapazitäten zwischen benachbarten Segment- bzw. Rückelektroden berücksichtigt. Diese Annahme stellt eine gute Näherung dar.
Die Kapazitäten der einzelnen Segmente zwischen den Vorder- und Rückelektroden sind C11...C49. Die Koppelkapazi- täten zwischen den Segmentelektroden sind CS12... CS89, und die Koppelkapazitäten zwischen den Rückelektroden sind CC12...CC34. Für die Prüfung eines einzelnen Segmentes soll es mittels des Meßverfahrens möglich sein, die Segmentkapazitäten C11...C49 einzeln und ohne gegensei- tige Beeinflussung oder Beeinflussung durch die Kapazitäten CS12...CS89 oder CC12...CC34 zu messen.
Durch die Verwendung eines Meßstellenumschalters ist es möglich, einzelne Segmente für die Funktionsprüfung auszuwählen und dabei den Einfluß parasitärer Koppelkapazitäten zwischen den Segmenten faßt vollständig auszuschließen. Hierdurch ist das Prüfverfahren für praktisch alle Typen von LCD-Anzeigen geeignet, das heißt auch für solche, deren Segmentelektroden in einer Matrixstruktur angeordnet sind. Die Funktion des Meßstellenumschalters wird im folgenden anhand einer LCD-Anzeige mit einer 2x2- Matrix erläutert .
Die Fig. 6 veranschaulicht eine solche 2x2 -Matrixstruktur am Beispiel einer LCD-Anzeige mit vier Anzeigesegmenten, deren Kapazitäten mit Cll, C12, C21 und C22 dargestellt sind. Die Segmente werden durch zwei Zeilensignale COM1, COM2 und zwei Spaltensignale SEG1 , SEG2 angesteuert. Die Matrix umfaßt ferner parasitäre Koppelkapazitäten Cc und Cs; es werden also alle (wesentlichen) Koppelkapazitäten veranschaulicht .
In Fig. 7 ist eine der Fig. 6 entsprechende Zweipoldar- Stellung der 2x2 -LCD-Matrix dargestellt. Beispielhaft soll die Kapazität des Segments Cll gemessen werden, d.h. der ΔΣ-Umsetzer wird zwischen die Leitungen SEG1 und C0M1 geschaltet . Der Strom Iv bezeichnet dabei den in den Integrator, d.h. in die virtuelle Masse fließenden Strom. Anhand der Zweipoldarstellung von Fig. 7 ist zu erkennen, daß nicht nur die zu messende Kapazität Cll einen Beitrag zu dem Strom Iv liefert, sondern auch die durch die übrigen in der Schaltung dargestellten Kapazitäten gebildete Brückenschaltung. Hierdurch würde das Meßergebnis ver- fälscht werden. Das Problem kann dadurch gelöst werden, daß ein Meßstellenumschalter verwendet wird, der wie in Fig. 8 dargestellt die übrigen Leitungen der Matrix, in diesem Bei- spiel die Leitungen SEG2 und COM2 auf Masse legt . Dadurch fließt der parasitäre Strom nach Masse ab und leistet keinen Beitrag zum Strom Iv bzw. zum Meßergebnis. Eine entsprechende Vorgehensweise ist auch bei größeren Matrizen, beispielsweise bei der in Fig. 5 dargestellten Matrix möglich.
Das in Fig. 5 dargestellte LCD besteht aus einer Matrix von vielen miteinander verkoppelten Kapazitäten. Wenn man beispielsweise die Kapazität des Segments C35 an den Elektroden COM3 und SEG5 messen möchte, mißt man nicht nur die Kapazität C35 alleine, sondern aufgrund der Verbindungen auch die anderen LCD-Kapazitäten. Die Messung wird dadurch verfälscht. Mittels eines Meßstellenumschalters ist es jedoch möglich, aus der Matrix eine bestimmte Kapazität, z.B. C35, isoliert zu messen, indem durch den Meßstellenumschalter gewährleistet wird, daß Ströme, die durch andere als durch den zu messenden Kondensator fließen, nicht zur Kapazitätsmessung beitragen.
Eine isolierte Messung eines Segments, insbesondere mittels der kapazitiven Überkopplung von Ladungen, am Kreuzungspunkt einer bestimmten Vorder- und Rückelektrode läßt sich insbesondere dadurch erreichen, daß mittels des Meßstellenumschalters folgende Bedingungen erfüllt wer- den:
1. Auf die Vorderelektrode, die zu dem zu messenden Segment führt, wird eine WechselSpannung gegeben. 2. Die anderen Vorderelektroden werden wechselspannungs- mäßig auf Masse gelegt .
3. Bei der Rückelektrode, die von dem zu messenden Seg- ment führt, wird die übergekoppelte Ladung gemessen, wobei dieser Punkt wechselspannungsmäßig auf virtueller Masse liegt.
4. Alle anderen Rückelektroden werden Wechselspannungs- mäßig auf Masse gelegt .
Die Vorder- und Rückelektroden können dabei auch untereinander ausgetauscht werden. Es ist elektrisch jedoch vorteilhafter, auf der Seite, an der die Ladung abgenom- men wird, möglichst wenige Schaltungskomponenten anzuordnen.
Wenn beispielsweise in Fig. 5 die Segmentkapazität C35 zu messen ist, wird die WechselSpannung bei SEG5 angelegt. Die Anschlüsse SEGl bis SEG4 und SEG6 bis SEG9 liegen auf Masse. Hierdurch fallen die Einflüsse aller parasitären Kapazitäten zwischen benachbarten Segmentelektroden CS12 ... CS89 sowie auch die zwischen nicht direkt benachbarten Segmentelektroden weg. Diese Kapazitäten bewirken zwar, daß die angelegte WechselSpannung etwas stärker belastet wird; der Fehlerstrom fließt jedoch nach Masse ab. Bei der Elektrode COM3 wird der Stromfluß in die virtuelle Masse gemessen und hieraus die Kapazität C35 bestimmt. Die Elektroden C0M1 , COM2 und COM4 werden auf Masse gelegt, so daß keine Querströme in den Koppelkapazitäten zwischen den Rückelektroden CC12... CC34 fließen können. Daher bleiben CC12...CC34 ohne Einfluß auf die Messung. Auch alle anderen Segmentkapazitäten C11...C49, ausgenommen C35, beeinflussen die Messung nicht, denn durch die beschriebene Beschaltung mit dem Meßstellenumschalter liegen alle Segmentkapazitäten, ausgenommen C15, C25, C35 und C45 beidseitig auf Masse bzw. auf virtueller Masse, so daß durch sie kein Strom fließt. Die durch C15, C25 und C45 fließenden Ströme fließen nach Masse ab und gehen somit ebenfalls nicht in die Kapazitätsmessung ein. Insgesamt erlaubt somit die beschriebene Beschaltung des LCDs mit einem Meßstellenumschalter die Messung einzelner LCD-Segmente in der Matrix.
Ein solcher Meßstellenumschalter besteht vorteilhafterweise aus digital angesteuerten Analog-Multiplexern in gemischter CMOS-Schottky-Diodenschalter-Technologie . Wenn eine kurze Distanz zum gemessenen LCD eingehalten wird, weisen sie nur eine vernachlässigbar geringe eigene parasitäre Kapazität auf. In dem Fall der Figur 6 hat ein Meßstellenumschalter beispielsweise für die Einkopplung des Stimulus neun Positionen, und für die Ladungsmessung fünf Positionen, davon vier für die Anschlüsse COM1 bis COM4, und eine Position für den Anschluß des Kalibrieroder Referenzkondensators, der an seinem anderen Anschluß immer vom Stimulus gespeist wird.
Dem Einfluß von Koppelkapazitäten bei im Multiplexverfah- ren angesteuerten LCDs kann auch dadurch entgegengewirkt werden, daß die Ansteuerung mit einer niedrigen Aus- gangsimpedanz erfolgt.
Um die LCD-Anzeige während der Funktionsprüfung nicht abschalten zu müssen, ist es möglich, die Funktion des Meßstellenumschalters so in die LCD-Treiberschaltung, die vorzugsweise durch ein ASIC realisiert ist, zu integrie- ren, daß die Funktionsprüfung der LCD-Anzeigesegmente während des laufenden Anzeigebetriebs erfolgt . Dies beruht grundsätzlich auf der Tatsache, daß bei der Reihenfolge der Schalterbetätigungen der ΔΣ-Umsetzung und des Meßstellenumschalters sowie bei der Wahl der Umla- despannungswerte gewisse Freiheitsgrade bestehen, die es möglich machen, die Schaltvorgänge mit dem LCD-Treibertakt zu synchronisieren. Dadurch ist es möglich, die Funktionsprüfung der LCD-Anzeigesegmente während des laufenden Anzeigebetriebes durchzuführen, ohne daß die Anzeige gestört, beeinträchtigt oder unterbrochen wird. Dies wird im folgenden näher erläutert .
LCD-Anzeigen, deren Segment- und Rückelektroden in Matrixform angeordnet sind, werden im Zeitmultiplexbe- trieb angesteuert, da eine gleichzeitige Auswahl aller Segmente nicht möglich ist. Die Matrixstruktur bewirkt dabei, daß inaktive Segmente nicht vollständig spannungsfrei angesteuert werden können. Dies wird in den Figuren 9 und 10 veranschaulicht.
Fig. 9 zeigt vier LCD-Anzeigesegmente 2, 3, 4 und 5, die beispielhaft als quadratische Anordnung von jeweils quadratischen Anzeigesegmenten ausgebildet sind. Das Segment 2 ist aktiviert (schwarz) , zeigt also ein schwarzes Qua- drat an und die Segmente 3, 4 und 5 sind nicht aktiviert (weiß) . Die Anzeigesegmente 2, 3, 4, 5 werden elektrisch in einer Matrixform entsprechend Fig. 6 angesteuert.
Anhand der Figuren 6 und 7 erkennt man, daß auch bei einer Variation der Spannungspegel an COM2 oder SEG2 immer ein Stromfluß durch eine der Kapazitäten C12, C21 oder C22 stattfindet. Praktisch wird dieses Problem durch eine entsprechende Steuerung der Ansteuerspannungspegel und Taktphasen gelöst, so daß der Spannungspegel an inak- tiven Segmenten unterhalb der Ansprechschwelle und der Spannungspegel an aktiven Segmenten oberhalb der Ansprechstelle der Flüssigkristalle liegt. Eine solche gebräuchliche Multiplexansteuerung mittels eines üblichen LCD-Treiber- ICs ist für die LCD-Anzeige der Fig. 9 in Fig. 10 dargestellt.
Wie Fig. 10 zeigt, liegen an den COM-Elektroden ternäre Signale, die jeweils die Spannungswerte 0, 0 , 5Ur oder Ur einnehmen können. An den SEG-Elektroden liegen jeweils binäre Signale, die die beiden Spannungswerte XUr oder
(l-X)Ur einnehmen können. Der Koeffizient X, mit 0 < X < 0,5 wird dabei so gewählt, daß sich der für die Aktivierung eines LCD-Segments nötige Spannungspegel nur bei maximalem resultierenden Spannungshub, d.h. bei den bei- den Pegelkombinationen Ur, (1 - X)Ur bzw. 0, XUr, einstellt. Durch regelmäßige Polaritätsumkehr, in Fig. 10 durch die senkrecht gestrichelte Linie dargestellt, wir eine im Mittel gleichspannungsfreie Ansteuerung erreicht. Eine LCD-Treiberschaltung, die diesen Anforderungen genügt, ist schematisch in Fig. 11 dargestellt.
Ein für die Funktionsprüfung der LCD-Anzeigesegmente verwendeter ΔΣ-Wandler kann so konstruiert sein, daß er mit den für den Multiplexbetrieb benötigten Spannungspegeln arbeitet und seine Schaltphasen mit den Taktphasen der
LCD-Ansteuerung synchronisiert sind. Auch dabei kann eine im Mittel gleichspannungsfreie Ansteuerung der LCD-Segmente realisiert werden.
Die Ansteuerfrequenz einer LCD-Anzeige liegt üblicherweise zwischen 30 und 100 Hz. Die Meßfrequenz eines erfindungsgemäßen Kapazitätsmeßverfahren, beispielsweise eines ΔΣ-Wandlers, ist vorzugsweise größer als 2 kHz, bevorzugt größer als 5 kHz und besonders bevorzugt größer als 10 kHz. Demzufolge lassen sich die Umschaltvorgänge für den ΔΣ-Umsetzer in ausreichender Anzahl in den LCD- Ansteuertaktphasen der LCD-Ansteuerung unterbringen, so daß eine Kapazitätsmessung und folglich eine Funktionsprüfung während der laufenden Anzeige durchgeführt werden kann. Dabei sollte die Funktionsprüfung vorteilhafterweise so durchgeführt werden, daß sich die gleichen Effektivwerte der LCD-SegmentSpannungen einstellen wie ohne Funktionsprüfung, damit die Anzeige mit laufender Funktionsprüfung sich nicht von der Anzeige ohne Funk- tionsprüfung unterscheidet.
In Fig. 12 ist eine entsprechende LCD-Treiberschaltung mit integriertem ΔΣ-Umsetzer dargestellt. Die Spannungen an den COM-Anschlüssen werden dabei ständig mit dem Meß- takt des ΔΣ-Wandlers getastet . Die Spannung U0 ist dann so zu wählen, daß sich ein Effektivwert der Segmentspannung entsprechend Ur einstellt. Die Spannung Ur ist entsprechend dem Beispiel aus Fig. 9 und 10, ebenso wie der dort eingeführte Koeffizient X von der LCD-Ansprech- schwelle abhängig. Durch die zusätzliche Modulation der LCD-Ansteuerspannung mit dem Meßtakt kommt es zu einer Verminderung des für die LCD-Aktivierung maßgeblichen Effektivwertes des Ansteuerpegels. Daher wird, abhängig vom Impuls-/Pausen-Verhältnis des Meßtaktes, die Spannung U0 immer größer als die Spannung Ur zu wählen sein. Bei der in Fig. 12 dargestellten Schaltung wird zur Vermeidung des schaltungstechnischen Aufwandes eine Kapazitätsmessung nur bei UCOM=U0 durchgeführt.
Ein vollständiger Schalterzyklus besteht in der Schaltung gemäß Fig. 12 aus drei aufeinander folgenden Hauptphasen, nämlich einer Aufladephase, einer Vergleichsphase und einer Integrationsphase. Hinzu kommt eine Ruhephase, in der alle MOS-Schalter geöffnet sind. Für jeden vollstän- digen Schalterzyklus ergibt sich als Zwischenergebnis ein einzelnes Bit. Eine vollständige Kapazitätsmessung an einem LCD-Anzeigesegment erfordert eine große Anzahl solcher Schalterzyklen. Die Kapazität wird aus der Folge der Einzelbits (den Zwischenergebnissen) je Schalterzyklus berechnet. Die für die verschiedenen Betriebsphasen geltenden Zustände der Schalter Sl-Sll in Fig. 12 sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
In der Tabelle bedeutet:
0 = Schalter geöffnet
1 = Schalter geschlossen
Phase 1 = Segment aktiv, Polarität +, Aufladephase Phase 2 = Segment aktiv, Polarität +, Integration ohne Referenzintegration
Phase 3 = Segment aktiv, Polarität +, Integration mit
Referenzintegration Phase 4 = Segment aktiv, Polarität -, keine Messung Phase 5 = Segment inaktiv, Polarität +, keine Messung Phase 6 = Segment inaktiv, Polarität -, keine Messung
Die Reihenfolge der Schalterphasen kann auch abgewandelt werden. Beachtet werden sollte jedoch, daß alle Phasen genügend lang sind, um die Kondensatoren Cseg und Cref umzuladen, und daß der Integrator Σ genügend Zeit zum Einschwingen erhält . Die Dauer der einzelnen Schaltphasen sollte auch den jeweiligen Längswiderstand in den Umlade- kreisen berücksichtigen. Obwohl diese Längwiderstände keinen unmittelbaren Einfluß auf das Meßergebnis haben, können sie das Ergebnis verfälschen, wenn die Schaltphasen zu kurz für einen ausreichenden Ladungsausgleich sind. Die MOS-Schalter sollten in geeigneter Weise ange- steuert werden, um Querströme über noch geschlossene oder schon geschlossene Schalter auszuschließen. Hierfür steht beispielsweise das "Break-Before-Make" -Konzept zur Verfügung oder es können zusätzliche Phasen verschobener Ansteuersignale eingesetzt werden.
Am Anfang der Integrationsphase sollte, ausgehend von dem Zustand "alle Schalter offen", der Integrator Σ zuerst mit den nicht getriebenen Anschlüssen von Cseg und Cref verbunden werden und dann erst die Umladung stattfinden, d.h. die rechts von Cseg und Cref dargestellten Schalter S sollten vor den links dargestellten Schaltern schließen. Wenn dies nicht eingehalten wird, besteht die Gefahr einer teilweisen Entladung über parasitäre Dioden in der MOS-Struktur, was zu Meßfehlern führt und bei großen Impulsströmen evtl. zu einem Latch-up, was einen Funktionsausfall oder eine Zerstörung des ASIC zur Folge haben kann.
Die Meßgenauigkeit kann verbessert werden, wenn MOS- Schalter und Operationsverstärker verwendet werden, die keine Eingangs-Schutzdioden aufweisen. Bei einem zu langsamen Einschwingen des Integrators könnte sonst im ersten Moment der Integrationsphase ein Teil der Ladung durch diese Dioden abgeleitet werden, was einen Meßfehler zur Folge hat. Der Referenzkondensator Cref sollte in der Regel größer sein als die größte zu erwartende Segmentkapazität Cseg, da sonst das "Charge-Balancing" nicht korrekt abläuft. Durch Modifikation der Schalterzyklen kann aber auch ein kleinerer Referenzkondensator Cref verwendet werden.
Das digitale ΔΣ-Wandlerergebnis wird für die Funktionsprüfung des LCD-Anzeigesegments herangezogen. Dabei sind zahlreiche Funktionstestkriterien realisierbar, z.B. das Verhältnis der Segmentkapazitäten untereinander oder die Einhaltung von absoluten Grenzen von Kapazitätswerten.
Die Figur 13 zeigt ein Blockschaltbild einer den Figuren 4 und 12 prinzipiell entsprechenden, im Detail jedoch etwas abgewandelten Kapazitätsmeßschaltung im Ruhezustand, d.h. für Ansteuersignale der Schalter S mit logisch 0. Der Meßstellenumschalter ist nicht dargestellt, und es wird in der Schaltungssituation davon aus- gegangen, daß ein bestimmtes LCD-Anzeigesegment 2 durch den Meßstellenumschalter zur Messung seiner Segmentkapazität Cseg angesteuert wird. Diese Segmentkapazität Cseg ist zwischen den Signalleitungen CCOM und CSEG dargestellt.
Die Figur 12 zeigt eine LCD-Treiberschaltung, die einerseits die für korrekten LCD-Anzeigebetrieb nötigen Spannungspegel liefert, andererseits eine Kapazitätsmessung für aktive LCD-Segmente entsprechend dem beschriebenen ΔΣ-Verfahren erlaubt, wobei Spannungspegel und TaktSignale so gesteuert sind, daß Anzeige und Kapazitätsmessung simultan durchgeführt werden können. Die Figur 13 bezieht sich auf eine darin verwendete Kapazitätsmeßschaltung. Die Kapazitätsmessung erfolgt gemäß Figur 13 durch eine ΔΣ-Umsetzung mit dem Referenzkondensator Cref. Die Kapazitäten Cseg und Cref sind jeweils mit einer Vollbrücke aus je vier MOS-Schaltern S verschaltet, wobei die Schal - ter mit Logiksignalen LOADR, LOADX, INTR und INTX von der Ablaufsteuerung 6 gesteuert werden. Hierdurch ist es möglich, die Kapazitäten Cseg und Cref separat gesteuert aufzuladen bzw. gesteuert über den invertierenden Integrator Δ, umfassend einen MOS-Operationsverstärker und den Integrationskondensator C5 , umzuladen.
Die AusgangsSpannung des Integrators Σ wird mittels des Komparators Δ mit der Spannung XUr verglichen, wobei der Komparator Δ das Logiksignal COMP liefert. Dieses ist dann logisch 1, wenn die von dem Integrator Σ gelieferte IntegrationsSpannung größer als XUr ist. Die nachgeschaltete Ablaufsteuerung 6, die beispielsweise in einen ASIC integriert ist oder mittels eines Microcontrollers softwaremäßig realisiert ist, steuert über die Logiksignale LOADR, LOADX, INTR und INTX die Schalter S. Ebenfalls dargestellt ist der sich ergebende 1 -Bit-Datenstrom 7 und das Dezimationsfilter 8.
Die Fig. 14 zeigt die Kapazitätsmeßschaltung von Fig. 13 in der Aufladephase, in der die Kondensatoren Cseg und Cref aufgeladen werden, und in der nachfolgenden kurzen Vergleichsphase, in der der Ausgang COMP des Komparators Δ abgetastet und geprüft wird, ob die Integratorspannung größer oder kleiner geworden ist. Wenn COMP gleich logisch 0 ist, folgt hierauf eine Integrationsphase ohne Referenzintegration, wenn COMP gleich logisch 1 ist folgt hierauf eine Integrationsphase mit Referenzintegration.
Die Integrationsphase ohne Referenzintegration ist in Fig. 15 dargestellt und die Integrationsphase mit Refe- renzintegration in Fig. 16. Aus der Ladungsbilanz kann die gesuchte Segmentkapazität Cseg bestimmt werden.
Bezugszeichenliste
1 Inverter
2 Anzeigesegment
3 Anzeigesegment
4 Anzeigesegment 5 Anzeigesegment
6 Ablaufsteuerung
7 1-Bit-Datenstrom
8 Dezimationsfilter Cc Koppelkapazität Cmn Anzeigesegment
C11...C49 Segmentkapazitäten
COM Zeilensignal
COMP Logiksignal
Cref Referenzkondensator C5 Integrationskondensator
Cs Koppelkapazität
Cseg Segmentkapazität
DAW Digital -Analog-Wandler
DV Differenzverstärker FIR Digitalfilter
Iv Integratorstrom
LOADR Logiksignal
LOADX Logiksignal
INTR Logiksignal INTX Logiksignal
Os Oszillator μP Mikroprozessor
RS Shunt-Widerstand
Rv Vorwiderstand S&H Abtast-/Halte-Glied SEG Spaltensignal
S Schalter
Ts Torschaltung
U Spannungsquelle U0 Spannungspegel für kombinierten LCD-Multiplex- und Meßbetrieb
Ur Spannungspegel für LCD-Multiplexbetrieb
Uin Eingangsspannung
Uref Referenzspannung V Verstärker
Δ Komparator
Σ Integrierer (Tiefpaß)
X Faktor

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Überprüfen der Funktion von einzelne Anzeigesegmente (2, 3) umfassenden LCD-Anzeigen anhand des Unterschiedes in der elektrischen Kapazität defekter und intakter Anzeigesegmente, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt der Messung einer von der Kapazität der Anzeigesegmente abhängigen elektrischen Meßgröße und eines Vergleichs der gemessenen Meßgröße mit einem Vergleichswert die Kapazität (Cseg) der Anzeigeseg- mente mit einem Kapazitätsmeßverfahren unmittelbar mittels der Messung der in dem Anzeigesegment (2, 3) gespeicherten elektrischen Ladung bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der Anzeigesegmente (2, 3) mittels kapazitiv übergekoppelter Ladungen bestimmt wird, wobei ein elektrischer Meßstrom kapazitiv über die Kapazität (Cseg) des zu messenden Anzeigesegments in eine Auswerteschaltung gekoppelt wird und diese die übergekoppelte Ladung mißt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrom ein Wechselstrom ist und die je Wechselspannungsperiode übergekoppelte Ladung gemes- sen wird, woraus sich bei bekannter Frequenz die Kapazität des Anzeigesegments (2, 3) ergibt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Kapazität der Anzeige- Segmente mit einem Kapazitätsmeßverfahren erfolgt, bei dem ein mittels einer Ablaufsteuerung (6) gesteuerter Ladungstransport sowohl durch die zu messende Kapazität eines Anzeigesegments (2, 3) als auch durch einen Referenzkondensator (Cref) erfolgt und die Kapazität des Anzeigesegments (2, 3) anhand einer
Ladungsbilanz zwischen dem zu überprüfenden Anzeigesegment (2, 3) und dem Referenzkondensator (Cref) bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzkondensator (Cref) in die LCD-Anzeige integriert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der Anzeigesegmente (2, 3) mittels eines Kapazitätsmeßverfahrens bestimmt wird, das eine ΔΣ-Umsetzung verwendet.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein automatischer Meßstellenumschalter verwendet wird, mit dem Anzeigesegmente (2, 3) einzeln für die Funktionsprüfung angesteuert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Meßstellenumschalters an eine erste Elektrode eines zu überprüfenden Anzeigesegments (2) eine Meßspannung gelegt wird, die der ersten Elek- trode entsprechenden Elektroden anderer Anzeigesegmente (3) Wechselspannungsmäßig an Masse gelegt werden, an der zweiten Elektrode des zu überprüfenden Anzeigesegments (2) die übergekoppelte Ladung gemessen wird, wobei dieser Punkt wechselspannungsmäßig auf virtueller Masse liegt, und die der zweiten Elek- trode entsprechenden Elektroden anderer Anzeigesegmente (3) wechselspannungsmäßig an Masse gelegt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode die Vorderelektrode und die zweite Elektrode die Rückelektrode des zu prüfenden Anzeigesegments (2) ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigesegmente (2, 3) sowohl für den laufenden Betrieb der LCD-Anzeige als auch für die Funktionsprüfung im Multiplex-Ver- fahren in einer Matrixstruktur angesteuert werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungspegel und die Taktphasen für die Ansteuerung der Anzeigesegmente, insbesondere in einem Multiplex-Verfahren, so gewählt werden, daß der Spannungspegel der inaktiven Anzeigesegmente (3) unterhalb der Ansprechschwelle und der Spannungspegel der aktiven Anzeigesegmente (2) oberhalb der Ansprechschwelle der Anzeigesegmente (2, 3) liegt, das Kapazitätsmeßverfahren, mit diesen Spannungspegeln durchgeführt wird und die Schaltphasen des Kapazi- tätsmeßverfahrens mit den Taktphasen der LCD-Ansteuerung synchronisiert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer regelmäßigen Polaritätsumkehr der Spannungspegel eine im Mittel gleichspannungsfreie Ansteuerung der Anzeigesegmente (2, 3) erfolg .
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapazitätsmeßverfahren so durchgeführt wird, daß sich derselbe Effektivwert der Spannung des Anzeigesegments (2, 3) ergibt wie ohne Kapazitätsmessung.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität eines Anzeigesegments (2, 3) während einer Taktphase der Ansteuerung des Anzeigesegments (2, 3) gemessen wird, wobei mehrere Umschaltvorgänge des Kapazitätsmeßverfahrens in dieser Taktphase durchgeführt werden.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die LCD-Anzeige für den laufenden Betrieb und/oder für die Kapazitätsmessung mit niedriger Impedanz angesteuert wird, um den Einfluß von Koppel - kapazitäten zu reduzieren.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der Anzeigesegmente (2, 3) mittels des Kapazitätsmeßverfahrens als digitales Meßergebnis bestimmt wird und die Über- prüfung der Funktionsfähigkeit eines Anzeigesegmentes (2, 3) mittels des digitalen Meßergebnisses erfolgt.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung der Funk- tionsfahigkeit eines Anzeigesegmentes (2, 3) während des laufenden Betriebs der LCD-Anzeige erfolgt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur aktivierte Anzeige- segmente (2) auf ihre Funktionsfähigkeit hin geprüft werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 18, insbesondere nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteuerung (6) für die Kapazitätsmessung bzw. der Meßstellenumschalter für die Ansteuerung eines Anzeigesegments (2, 3) mit der Treiberschaltung der LCD-Anzeige moduliert bzw. synchronisiert wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere folgender Komponenten in einem einzigen integrierten Bauelement, z.B. einem ASIC oder einem Mixed Signal FPGA, unter- gebracht werden: die Ablaufsteuerung (6) für die
Kapazitätsmessung, der Meßstellenumschalter für die Ansteuerung eines Anzeigesegments (2, 3), die Meßschaltung, die LCD-Treiber-/Decoderschaltung und die Auswerteschaltung .
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine üblicherweise zum Treiben und Dekodieren verwendete LCD-Ansteuerschaltung mit einer erfindungsgemäßen LCD-Prüfeinrichtung ausgestattet wird.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es an einer in ein Gerät, insbesondere einem medizinischen Meß- oder Diagnosegerät eingebauten LCD-Anzeige durchgeführt wird.
23. Elektronisches Meßsystem zum Überprüfen der Funktion von einzelne Anzeigesegmente (2, 3) umfassenden LCD- Anzeigen anhand des Unterschiedes in der elektrischen Kapazität defekter und intakter Anzeigesegmente, umfassend eine Kapazitätsmeßvorrichtung, mittels der anstatt der Messung einer von der Kapazität der Anzeigesegmente abhängigen elektrischen Meßgröße und eines Vergleichs der gemessenen Meßgröße mit einem Vergleichswert die Kapazität (Cseg) der Anzeigeseg- mente mit einem Kapazitätsmeßverfahren unmittelbar mittels der Messung der in dem Anzeigesegment (2, 3) gespeicherten elektrischen Ladung bestimmbar ist.
24. Meßsystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß es eine elektronische Schaltung zum Bestimmen der Kapazität der Anzeigesegmente (2, 3) mittels kapazitiv übergekoppelter Ladungen umfaßt, wobei ein elektrischer Meßstrom kapazitiv über die Kapazität (Cseg) des zu messenden Anzeigesegments in eine AuswerteSchaltung gekoppelt wird und diese die übergekoppelte Ladung mißt .
25. Meßsystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrom ein Wechselstrom ist und die je Wechselspannungsperiode übergekoppelte Ladung gemessen wird, woraus sich bei bekannter Frequenz die Kapazität des Anzeigesegments (2, 3) ergibt.
26. Meßsystem nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekenn- zeichnet, daß es eine elektronische Schaltung zum
Messen der Kapazität der Anzeigesegmente mit einem Kapazitätsmeßverfahren umfaßt, bei dem ein mittels einer Ablaufsteuerung (6) gesteuerter Ladungstransport sowohl durch die zu messende Kapazität eines Anzeigesegments (2, 3) als auch durch einen Referenzkondensator (Cref) erfolgt und die Kapazität des Anzeigesegments (2, 3) anhand einer Ladungsbilanz zwischen dem zu überprüfenden Anzeigesegment und dem Referenzkondensator (Cref) bestimmt wird.
27. Meßsystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzkondensator (Cref) in die LCD-Anzeige integriert ist.
28. Meßsystem nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß es eine elektronische Schaltung zum Bestimmen der Kapazität der Anzeigesegmente (2, 3) mittels einer ΔΣ-Umsetzung umfaßt.
29. Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen automatischen Meßstellenumschalter umfaßt, mit dem Anzeigesegmente (2, 3) einzeln für die Funktionsprüfung ansteuerbar sind.
30. Meßsystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstellenumschalters so ausgebildet ist, daß an eine erste Elektrode eines zu überprüfenden Anzeigesegments (2) eine Meßspannung gelegt wird, die der ersten Elektrode entsprechenden Elektroden anderer Anzeigesegmente (3) Wechselspannungsmäßig an Masse gelegt werden, an die zweite Elektrode des zu überprüfenden Anzeigesegments (2) die übergekoppelte Ladung gemessen wird, wobei dieser Punkt wechselspan- nungsmäßig auf virtueller Masse liegt, und die der zweiten Elektrode entsprechenden Elektroden anderer Anzeigesegmente (3) wechselspannungsmäßig an Masse gelegt werden.
31. Meßsystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode die Vorderelektrode und die zweite Elektrode die Rückelektrode des zu prüfenden Anzeigesegments (2) ist.
32. Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigesegmente (2, 3) sowohl für den laufenden Betrieb der LCD-Anzeige als auch für die Funktionsprüfung im Multiplex-Ver- fahren in einer Matrixstruktur angesteuert werden.
33. Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungspegel und die Taktphasen für die Ansteuerung der Anzeigesegmente, insbesondere in einem Multiplex-Verfahren, so gewählt werden, daß der Spannungspegel der inaktiven AnzeigeSegmente (3) unterhalb der Ansprechschwelle und der Spannungspegel der aktiven Anzeigesegmente (2) oberhalb der Ansprechschwelle der Anzeigesegmente (2, 3) liegt, das Kapazitätsmeßverfahren mit diesen Spannungspegeln durchgeführt wird und die Schaltphasen des Kapazitätsmeßverfahrens mit den Taktphasen der LCD-Ansteuerung synchronisiert werden.
34. Meßsystem nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer regelmäßigen Polaritätsumkehr der Spannungspegel eine im Mittel gleichspannungsfreie Ansteuerung der Anzeigesegmente (2, 3) erfolgt.
35. Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapazitätsmeßverfahren so durchgeführt wird, daß sich derselbe Effektiv- wert der Spannung des AnzeigeSegments (2, 3) ergibt wie ohne Kapazitätsmessung.
36. Meßsystem nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapazitätsmeßverfahren wäh- rend einer Taktphase der Ansteuerung der Anzeigeseg- mente (2, 3) durchgeführt wird, wobei mehrere UmschaltVorgänge des Kapazitätsmeßverfahrens in dieser Taktphase durchgeführt werden.
37. Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die LCD-Anzeige für den laufenden Betrieb und/oder für die Kapazitätsmessung mit niedriger Impedanz angesteuert wird, um den Einfluß von Koppel - kapazitäten zu reduzieren.
38. Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der Anzeigesegmente (2, 3) mittels des Kapazitätsmeßverfahrens als digitales Meßergebnis bestimmt wird und die Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Anzeigesegmentes (2, 3) mittels des digitalen Meßergebnisses erfolgt.
39. Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Anzeigesegmentes während des laufenden Betriebs der LCD-Anzeige erfolgt.
40. Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur aktivierte Anzeigesegmente (2, 3) auf ihre Funktionsfähigkeit hin geprüft werden.
41. Meßsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 40, insbe- sondere nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteuerung für die Kapazitätsmessung bzw. der Meßstellenumschalter für die Ansteuerung eines Anzeigesegments (2) mit der Treiberschaltung der LCD- Anzeige moduliert bzw. synchronisiert ist.
42. Meßsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere folgender Komponenten in einem einzigen integrierten Bauelement, z.B. einem ASIC oder einem Mixed Signal FPGA, untergebracht sind: die Ablaufsteuerung (6) für die Kapazitätsmessung, der Meßstellenumschalter für die Ansteuerung eines Anzeigesegments (2, 3), die Meßschaltung, die LCD-Treiber-/Decoderschaltung und die Auswerteschaltung .
43. Meßsystem nach dem Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß es eine üblicherweise zum Treiben und Dekodieren verwendete LCD-Ansteuerschaltung umfaßt, die mit einer erfindungsgemäßen LCD-Prüfeinrichtung aus- gestattet ist .
44. Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in ein Gerät mit einer eingebauten LCD-Anzeige, insbesondere in ein medizi- nisches Meß- oder Diagnosegerät integriert ist.
45. Medizinisches Meß- oder Diagnosegerät, umfassend ein Meßsystem nach einem der vorhergenden Ansprüche .
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