EP1640943A2 - Procédé de commande d'un afficheur à cristaux liquides multi-segments - Google Patents

Procédé de commande d'un afficheur à cristaux liquides multi-segments Download PDF

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EP1640943A2
EP1640943A2 EP05300771A EP05300771A EP1640943A2 EP 1640943 A2 EP1640943 A2 EP 1640943A2 EP 05300771 A EP05300771 A EP 05300771A EP 05300771 A EP05300771 A EP 05300771A EP 1640943 A2 EP1640943 A2 EP 1640943A2
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segment
control
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segments
back plane
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Mickael Beule
Patrick Leveque
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
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Definitions

  • the invention relates to the field of electronics that can be applied to appliances of the appliance. It relates more particularly to a control method of a multi-segment liquid crystal display, commonly called LCD for "Liquid Crystal Display".
  • the invention relates to a control method that facilitates the manufacture of the electronic control circuit of the display, therefore, allows the reduction of the overall cost of the device integrating it.
  • liquid crystal displays consist of a plurality of independently controlled segments. Each segment can be made either opaque (ie “on”), or transparent (ie “off”) depending on the effective voltage applied to it, during operating cycles. repeating at a frequency of the order of a few hundred tens of Hertz. Control circuits (or “drivers”) are used to generate the different voltages applied to each segment.
  • each of these segments requires a control circuit, and for example a microcontroller, having N outputs, each controlling a segment, to which must be added a corresponding common output. at a common point of the different segments.
  • This individual control of each segment is therefore relatively heavy because it requires an electronic component having a high number of outputs, and its implementation on the control card requires the realization of a large number of tracks.
  • the different segments (A 11 , A 12 , A 13 , A 21 , A 22 , A 23 ) are grouped by subsets, for example (A 1 , A 2 ) in groups of 3 as in the form illustrated in Figure 1.
  • Each segment of the same group has a terminal connected to a common electrode (4,5), generally running on the front face of the display, and therefore called "plane front”.
  • This electrode (4) is connected to an output (S 1 , S 2 ) of the microcontroller (3), which controls this group.
  • Each segment of the group has its other terminal which is connected to a common track, running on the rear face of the display, and therefore frequently called "back plane".
  • control circuit (3) must comprise N / n outputs each dedicated to a specific group, to which are added n outputs each connected to a backplane.
  • the solutions known to date require that the signal applied to each back plane (BP 1, BP 2, BP 3) can adopt three distinct values. These three values are the two output voltage levels of the microcontroller (3), to which is added an intermediate value, obtained by a resistor bridge (R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 ) when the outputs of the microcontroller (3) are in a state of high impedance.
  • the voltage applied to the segment (A 11 ) has an effective value of the order of 1 / ⁇ 6 times the supply voltage V cc , which voltage is not sufficient to cause the ignition of the segment. This is because, when the back plane signal (BP 1 ) takes the maximum values + V cc or 0, the control signal (S 1 ) has the same value, and the voltage applied to the segment (A 11 ) is therefore zero.
  • control signal (S 1 ) is identical to that of the back plane (BP 2 ) when it is active during the first two cycles (C 1 , C 2 ), so that the voltage applied to the central segment is too low to cause ignition.
  • contrast ie the variation of the luminous intensity between the extinguished and lit states of a segment.
  • This contrast is generally evaluated by the ratio of the effective voltages applied in these two states. It can be seen that in the known solutions illustrated in FIGS. 1 and 2, the contrast is of the order of ⁇ 3.
  • the invention thus relates to a method of n-plexed control of a multi-segment liquid crystal display.
  • this multiplexing is carried out thanks to a mounting in which each group of n segments is connected to a common track or "back plane", and to a control electrode dedicated to this group.
  • an AC voltage is applied to each segment as a function of the signals present on the common tracks and the control electrodes.
  • this method is characterized in that the signals applied to each common track are binary, and adopt two distinct values, during time intervals of two predetermined durations.
  • the backplane according to the invention can be found only in two states, so that it is no longer necessary to achieve intermediate levels with the resistances, the disadvantages of which have been previously explained.
  • the backplane signals therefore oscillate between two values, typically 0 and + VDC , with a frequency that varies within a control cycle.
  • the durations in which the signals of the back planes remain constant can be substantially double of one of the other.
  • the back plane is considered active when it has a frequency twice that which it presents in the rest of the control cycle.
  • the various back plane signals are out of phase with each other, with a duration worth one-nth of the duration of the control cycle.
  • the multiplexed control of a multi-segment display is carried out thanks to the set of so-called "front plane" connections (FP 1 , FP 2 ), each dedicated to a group of segments (A 1 , A 2 ), as well as a set of back plane signals (BP 1 , BP 2 , BP 3 ), each feeding one of the segments of each group.
  • front plane connections FP 1 , FP 2
  • the number of segments per group (A 1 , A 2 ) is three, but it goes without saying that a different number, and more importantly, could be adopted without departing from the scope of the invention. .
  • the segment (A 11 ) is powered according to the voltage applied to it, resulting from the difference between the signals S 1 and BP 1 .
  • the back plane signals (BP 1 , BP 2 , BP 3 ) only adopt two values according to the invention, namely the two output levels of the microcontroller (3). that is to say a zero voltage and the supply voltage V cc .
  • These signals are delivered by conventional microcontroller (3) of the 8-bit, 28-pin type, for example that marketed by the company ST Microelectronics under the reference ST72215.
  • FIG. 4 illustrates the variations of the different backplane and control signals for two successive cycles of operation (D 1 , D 2 ).
  • F 1 The other back plane signals (BP 1 , BP 2 , BP 3 ) are deduced from the previous one by a phase shift of one third of the duration of the control cycle (D 1 ).
  • the control signal (S 1 ) is equal to the back plane signal (BP 1 ), so that the voltage applied to the segment is zero.
  • the back plane (BP 1 ) and control (S 1 ) signals have the same value during the whole of the first cycle. Half of the time, so that the voltage applied to the segments is zero during half of these two thirds of the operating cycle.
  • the effective voltage applied to this segment in the first operating cycle is approximately 1 / ⁇ 3.V cc , which voltage is insufficient to cause the segment to ignite.
  • control signal (S 1 ) is in opposition with the back plane signal ( BP 1 ), so that the voltage applied to the segment oscillates between + V cc and -V cc .
  • the contrast obtained with this operating mode is of the order of ⁇ 2, which value is lower than the contrast observed in the previous devices, of the order of ⁇ 3.
  • this disadvantage is largely offset by the simplification of the control circuit, which has no resistance for the generation of an intermediate level of voltage for the back plane signals.
  • the method according to the invention has multiple advantages, since it allows the elimination of resistor networks.
  • the routing of the card is simplified, and therefore the cost of the devices to different types of displays is lower.

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Abstract

Procédé de commande n-plexée d'un afficheur à cristaux liquides multi-segments, dans lequel chaque groupe (A1, A2) de n segments (A11, A12, A13, A21, A22, A23) est connecté à n pistes communes (BP1, BP2, BP3), et à une électrode de commande (S1, S2, S3, S4) dédiée audit groupe (A1, A2), de manière à appliquer sur chaque segment une tension alternative fonction des signaux présents sur les pistes communes et les électrodes de commande, caractérisé en ce que les signaux appliqués sur chaque piste commune (BP1, BP2, BP3) sont binaires, et adoptent deux valeurs distinctes pendant des intervalles de temps de deux durées prédéterminées.

Description

    Domaine technique
  • L'invention se rattache au domaine de l'électronique pouvant être appliquée à des appareils de l'électroménager. Elle concerne plus particulièrement un procédé de commande d'un afficheur à cristaux liquides multi-segments, couramment appelé LCD pour "Liquid Crystal Display". L'invention vise un procédé de commande qui facilite la fabrication du circuit électronique de commande de l'afficheur, par conséquent, permet la réduction du coût global de l'appareil l'intégrant.
    • Techniques antérieures
  • De façon générale, les afficheurs à cristaux liquides sont constitués d'une pluralité de segments commandés indépendamment. Chaque segment peut être rendu soit opaque (c'est à-dire "allumé"), soit transparent (c'est à-dire "éteint") en fonction de la tension électrique efficace qui lui est appliquée, pendant des cycles de fonctionnement se répétant à une fréquence de l'ordre de quelques centaines dizaines de Hertz. Des circuits de commande (ou "drivers") sont utilisés pour générer les différentes tensions appliquées à chaque segment.
  • En conséquence, pour un afficheur comportant N segments, la commande individuelle de chacun de ces segments nécessite un circuit de commande, et par exemple un micro-contrôleur, disposant de N sorties, commandant chacune un segment, auquel il faut ajouter une sortie commune correspondant à un point commun des différents segments. Cette commande individuelle de chaque segment est donc relativement lourde, car elle nécessite un composant électronique comportant un nombre de sorties élevé, et son implantation sur la carte de commande oblige à la réalisation d'un nombre élevé de pistes.
  • C'est pourquoi, des solutions ont déjà été proposées dans laquelle la commande s'effectue par multiplexage. Dans ce cas, les différents segments (A11, A12, A13, A21, A22, A23) sont regroupés par sous-ensembles, par exemple (A1, A2) par groupes de 3 comme dans la forme illustrée à la figure 1. Chacun des segments du même groupe présente une borne reliée à une électrode commune (4,5), généralement cheminant sur la face avant de l'afficheur, et donc appelée "front plane". Cette électrode (4) est reliée à une sortie (S1, S2) du microcontrôleur (3), qui commande ce groupe. Chaque segment du groupe présente son autre borne qui est reliée à une piste commune, cheminant sur la face arrière de l'afficheur, et donc fréquemment appelée "back plane". Les trois segments du même groupe sont chacun relié à des "back plane" (BP1, BP2, BP3) différents, étant entendu que chacun de ces "back plane" est relié à un segment de chacun des groupes. Ainsi, pour une commande n-plexée d'un afficheur de N segments, le circuit de commande (3) doit comporter N/n sorties dédiées chacune à un groupe spécifique, auxquelles s'ajoutent n sorties reliées chacune à un back plane.
  • Pour obtenir un fonctionnement multiplexé, les solutions connues à ce jour nécessitent que le signal appliqué sur chaque back plane (BP1, BP2, BP3) puisse adopter trois valeurs distinctes. Ces trois valeurs sont les deux niveaux de tension de sortie du microcontrôleur (3), auxquels se rajoute une valeur intermédiaire, obtenue par un pont de résistances (R11, R12, R21, R22, R31, R32) lorsque les sorties du microcontrôleur (3) sont dans un état de haute impédance.
  • Pour le premier cycle de fonctionnement (C1) illustré à la figure 2, la tension appliquée sur le segment (A11) présente une valeur efficace de l'ordre de 1/√6 fois la tension d'alimentation Vcc, tension qui n'est pas suffisante pour provoquer l'allumage du segment. Ceci est dû au fait que, lorsque le signal de back plane (BP1) prend les valeurs maximales +Vcc ou 0, le signal de commande (S1) prend la même valeur, et que la tension appliquée au segment (A11) est donc nulle.
  • En revanche, dans le deuxième cycle de fonctionnement (C2), on observe que le signal de commande (S1) est en opposition avec le signal du back plane (BP1) correspondant, lorsque ce dernier adopte les valeurs 0 ou +Vcc. Il s'ensuit que la tension appliquée sur le segment (A11) correspondant est plus importante, et typiquement égale à 1/√2.Vcc, et dépasse le seuil qui provoque l'allumage du segment.
  • En ce qui concerne le second segment (A12), le signal de commande (S1) est identique à celui du back plane (BP2) lorsque celui ci est actif pendant les deux premiers cycles (C1, C2), de sorte que la tension appliquée au segment central est trop faible pour provoquer l'allumage.
  • Un facteur important pour la qualité de la perception de l'affichage réside dans le contraste, c'est à dire la variation de l'intensité lumineuse entre les états éteint et allumé d'un segment. Ce contraste est généralement évalué par le rapport entre les tensions efficaces appliquées dans ces deux états. On constate que dans les solutions connues illustrées aux figures 1 et 2, le contraste est de l'ordre de √3.
  • On conçoit que pour un fonctionnement multiplexé tel que décrit ci-dessus, plus le nombre de segments à commander est important, plus le multiplexage doit être important, et plus le nombre de back plane est donc élevé. Il s'ensuit que le nombre de résistances nécessaire pour générer les niveaux intermédiaires de tension peut être important. Dans ce cas, l'encombrement et l'implantation des différentes résistances sur la carte supportant le micro contrôleur peuvent être délicats, ou tout au moins être une cause de surcoût.
    • Exposé de l'invention
  • L'invention concerne donc un procédé de commande n-plexé d'un afficheur à cristaux liquide multi-segments. De façon classique, ce multiplexage s'effectue grâce à un montage dans lequel chaque groupe de n segments est connecté à une piste commune ou "back plane", ainsi qu'à une électrode de commande dédiée à ce groupe. De cette manière, on applique sur chaque segment une tension alternative en fonction des signaux présents sur les pistes communes et les électrodes de commande.
  • Conformément à l'invention, ce procédé se caractérise en ce que les signaux appliqués sur chaque piste commune sont binaires, et adoptent deux valeurs distinctes, pendant des intervalles de temps de deux durées prédéterminées.
  • Autrement dit, contrairement aux solutions connues à ce jour utilisant des signaux de back plane ternaires, les back plane selon l'invention ne peuvent se trouver que dans deux états, de sorte qu'il n'est plus besoin de réaliser des niveaux intermédiaires avec les résistances, dont on a précédemment exposé les inconvénients.
  • Les signaux back plane oscillent donc entre deux valeurs, typiquement 0 et +Vcc, avec une fréquence qui varie à l'intérieur d'un cycle de commande.
  • Autrement dit, lorsque le signal de back plane évolue plus rapidement, il est considéré comme actif. En revanche, dans les autres phases, où les transitions sont moins rapides, le même signal back plane est considéré comme inactif.
  • En pratique, les durées dans lesquelles les signaux des back planes restent constants peuvent être sensiblement le double de l'une de l'autre. En d'autres termes, on considère le back plane comme actif lorsqu'il a une fréquence double de celle qu'il présente dans le reste du cycle de commande.
  • Avantageusement, les différents signaux de back plane sont déphasés les uns par rapport aux autres, d'une durée valant un énième de la durée du cycle de commande.
    • Description sommaire des figures
  • La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées dans lesquelles:
    • la figure 3 est un schéma électrique simplifié, montrant les connexions entre les différents segments d'un afficheur et le microcontrôleur de commande.
    • la figure 4 est un ensemble de chronographes illustrant les variation des différents signaux de commande et l'état des segments ainsi commandés.
    Manière de réaliser l'invention
  • Comme déjà évoqué, la commande multiplexée d'un afficheur multi-segment, s'effectue grâce à l'ensemble de connexions dites "front plane"(FP1, FP2), dédiés chacune à un groupe de segments (A1, A2), ainsi que par un ensemble de signaux de back plane (BP1, BP2, BP3), alimentant chacun un des segments de chaque groupe.
  • Dans l'exemple illustré, le nombre de segments par groupe (A1, A2) est de trois, mais il va de soi qu'un nombre différent, et notamment plus important, pourrait être adopté sans sortir du cadre de l'invention.
  • Ainsi, le segment (A11) est alimenté en fonction de la tension qui lui est appliquée, résultant de la différence entre les signaux S1 et BP1.
  • Comme on l'observe à la figure 4, les signaux de back plane (BP1, BP2, BP3) n'adoptent conformément à l'invention que deux valeurs, à savoir les deux niveaux de sortie du microcontrôleur (3), c'est à dire une tension nulle et la tension d'alimentation Vcc. Ces signaux sont délivrés par microcontrôleur (3) classique du type à 8 bits, 28 broches, par exemple celui commercialisé par la société ST Microélectronics sous la référence ST72215.
  • La figure 4 illustre les variations des différents signaux de back plane et de commande pour deux cycles successifs de fonctionnement (D1, D2). Ainsi, dans le premier tiers (D11) de ce premier cycle (D1), le signal de commande (BP1) oscille entre les valeurs 0 et Vcc, à une fréquence F1=1/T1. Dans les deux tiers suivants (D12, D13) du cycle (D1), le signal de back plane (BP1) oscille entre les deux même valeurs, mais à une fréquence moindre F2 = 1/T2.= ½ F1. Les autres signaux de back plane (BP1, BP2, BP3) se déduisent du précédent par un déphasage d'un tiers de la durée du cycle de commande (D1).
  • Par ailleurs, le signal de commande (S1), oscille également entre les deux valeurs 0 et Vcc, à la fréquence la plus élevée des signaux de back plane, c'est à dire F1= 1/T1.
  • Dans le premier cycle de commande (D1), et donc en particulier dans le premier tiers (D11) de ce cycle où BP1 est actif, car fonctionnant à la fréquence la plus élevée, le signal de commande (S1) est égal au signal de back plane (BP1), de telle sorte que la tension appliquée sur le segment est nulle.
  • Dans les deux autres tiers du premier cycle de fonctionnement, les signaux de back plane (BP1) et de commande (S1) présentent la même valeur pendant globalement la moitié du temps, de sorte que la tension appliquée aux segments est nulle pendant également la moitié de ces deux tiers du cycle de fonctionnement.
  • Il en résulte que la tension efficace appliquée à ce segment dans le premier cycle de fonctionnement, vaut approximativement 1/√3.Vcc, tension qui est insuffisante pour provoquer un allumage du segment.
  • A l'inverse, dans le deuxième cycle de fonctionnement (D2), et plus précisément dans le premier tiers (D21) de ce deuxième cycle, le signal de commande (S1) est en opposition avec le signal de back plane (BP1), de sorte que la tension appliquée sur le segment oscille entre +Vcc et -Vcc.
  • Durant les deux autres tiers (D22, D23) de ce cycle de fonctionnement, les tensions sont identiques à celles appliquées lors des derniers tiers (D12, D13) du premier cycle. La valeur efficace globale de la tension appliquée aux segments pendant le deuxième cycle de fonctionnement est donc supérieure, et typiquement de l'ordre de 2 / 3 . V c c .
    Figure imgb0001
     Cette tension est suffisante pour provoquer l'allumage du segment (A11).
  • On notera que le contraste obtenu avec ce mode de fonctionnement est de l'ordre de √2, valeur qui est inférieure au contraste observé dans les dispositifs antérieurs, de l'ordre de √3. Toutefois, ce désavantage est largement compensé par la simplification du circuit de commande, qui ne comporte pas de résistance pour la génération d'un niveau intermédiaire de tension pour les signaux de back plane.
  • Il ressort de ce qui précède que le procédé conforme à l'invention présente de multiples avantages, puisqu'il permet l'élimination des réseaux de résistances. Le routage de la carte s'en trouve simplifié, et par conséquent, le coût des appareils à différents types d'affichages est donc inférieur.

Claims (3)

  1. Procédé de commande n-plexée d'un afficheur à cristaux liquides multi-segments, dans lequel chaque groupe (A1, A2) de n segments (A11, A12, A13, A21, A22, A23) est connecté à n pistes communes (BP1, BP2, BP3), et à une électrode de commande (S1, S2, S3, S4) dédiée audit groupe (A1, A2), de manière à appliquer sur chaque segment une tension alternative fonction des signaux présents sur les pistes communes et les électrodes de commande, caractérisé en ce que les signaux appliqués sur chaque piste commune (BP1, BP2, BP3) sont binaires, et adoptent deux valeurs distinctes (0, +Vcc) pendant des intervalles de temps de deux durées prédéterminées (T1, T2)-
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux durées prédéterminées (T1, T2) pendant lesquelles des signaux des pistes communes restent constants, sont le double l'une de l'autre.
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les signaux appliqués aux pistes communes sont déphasés de un nième (1/n) de la durée du cycle de commande (D1, D2).
EP05300771A 2004-09-28 2005-09-23 Procédé de commande d'un afficheur à cristaux liquides multi-segments Withdrawn EP1640943A3 (fr)

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