DE2359084A1

DE2359084A1 - Treiberstufe fuer fluessigkristallanzeigevorrichtungen

Info

Publication number: DE2359084A1
Application number: DE2359084A
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Hatsukano
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-11-27
Filing date: 1973-11-27
Publication date: 1974-06-06
Also published as: JPS4977537A; NL7316089A; IT1000930B; HK30679A; GB1447639A; FR2208567A5; MY7900222A; CH561913A5; US3896430A

Description

Treiberstufe für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen (Priorität: 27. November 1972, Japan, Nr. 118074) -

Die Erfindung betrifft eine Treiberstufe für Anzeigevorrichtungen, die Flüssigkristalle enthalten, die mechanisch die Eigenschaft einer Flüssigkeit und optisch die Eigenschaft eines Festkörpers (Kristalls) haben.

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen werden wegen ihres niedrigen LeistungsVerbrauchs in elektronischen Armbanduhren, kleinen elektronischen Tischrechnern und dergleichen, die mittels Batterien gespeist werden, in immer stärkerem Maße verwendet.

Flüssigkristall- Anzeigevorrichtungen können im dynamischen Streubetrieb (DSM), im Feldeffektbetrieb (FEM) usw. arbeiten. Als optische Betriebsweisen sind die Reflexion, Transmission, Absorbtion und dergleichen bekannt.

Die vorliegende Erfindung ist auf beliebige Betriebsweisen anwendbar. Im folgenden soll der dynamische Reflexionsbetrieb (DSH) als Beispiel erläutert werden. Bei DSM-Reflexions-Flüssigkriäall-Anzeigevorrichtungen wird die Erscheinung der sogenannten dynamischen Streuung ausgenutzt. Dabei werden bei einem zwischen zwei Elektronen angeordneten Flüssigkristall bei angelegter Spannnung die in einer festen Richtung angeordneten Moleküle des· Flüssigkristalls unregelmäßig gerichtet, so daß auffallendes Licht gestreut wird und der Flüssigkristall aus dem transparen-

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ten in den halbtransparenten Zustand gebracht wird. Der Aufbau von Flüssigkristallen und die dabei auftretenden Erscheinungen sind beispielsweise in "Elektronics", Juli 1970, Seiten 64 bis 70 und in "Transistor Gijutsu" August 1971, Seiten 104 bis 109 beschrieben.

Bei der Auslegung einer Treiberstufe für eine derartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung muß folgendes Problem beachtet werden. Bei Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, beispielsweise vom Segment-Typ, sind für eine gemeinsame Elektrode (Ziffernelektrode) mehrere Segment-Elektroden in einer bestimmten Form, beispielsweise in Form von Zahlen angeordnet. Ein der nicht gewählten Segment-Elektrode entsprechender Flüssigkristall streut das Licht infolge einer an die gewählte Segment-Elektrode angelegten Spannung. Demzufolge wird die Anzeige der Zahl verzerrt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Treiberstufe für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen zu schaffen, bei der diese Schwierigkeit vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer visuellen Ansprech- oder Schwellenspannung V verwendet.

Uli

Durch die Schwellenspannung kann die vorstehend beschriebene Schwierigkeit vermieden werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 die Kennlinie eines Flüssigkristalls;

Fig.2a das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Treiberstufe für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen;

Fig.2b ein Diagramm zur Erläuterung der Pegel der Spannungsquellen der Treiberstufe;

Fig.3a das Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Treiberstufe;

Fig.3b ' ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Treiberstufe der Fig. 3a;

Fig.4a das Schaltbild einer erfindungsgemäßen dynamischen Trei-

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berstufe für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen; und Fig.4b ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Treiberstufe der Fig. 4a.

Es sind Flüssigkristalle bekannt, deren visueller Zustand.sich in Abhängigkeit von der angelegten Spannung allmählich ändert. Bei anderen Flüssigkristallen ändert sich deren visueller Zustand entsprechend der Kennlinie der Fig. 1 schnell, das heißt, der visuelle Zustand ändert sich bei einem bestimmten Grenzwert der angelegten Spannung. Mit anderen Worten, Flüssigkristalle dieser Art haben eine sogenannte visuelle Schwellenspannung . Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen der letzteren Art sind beispielsweise in "Applied Physics Letters",Band 19, Nr.10, Seiten 391 bis 393, in der bereits erwähnten Veröffentlichung "Transistor Gijutr su" und in einem Katalog für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen des Typs DNM - 1 der Firma Dai-Nippon Tpryo Co., Ltd. beschrieben. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung"werden Flüssigkristalle der letzteren Art verwendet.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Spannungsquellen mit drei Pegeln (V_H, V_M und V_L) verwendet. Eine Potentialdifferenz I Vtt - V, J wird an eine Segment-Elektrode und eine gemeinsame Elektrode angelegt. Das mittlere Potential V_M (Vu > V„ y-ν,) wird an die nicht gewählten Segment-Elektroden angelegt.

Die Potentialdifferenz /V_H - VjJ " wird größer als die Schwellenspannung V , gewählt , während die Potentialdifferenzen {Vtt V_M/ oder J Vj, - V,j' kleiner als die Schwellenspannung V+, gewählt werden.

Bei einer derartigen Treiberstufe für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen wird nur die Potentialdifferenz |V™ - VjJ oder (Vtt - V J an die gewählte Segment-Elektrode und die andere Seg-

ⁿ M
ment-Elektrode angelegt, während die große Potentialdifferenz Iν« - V_T i nicht angelegt wird. Daher kann die Änderung des vi-. suellen Zustandes des Flüssigkristalls infolge der Potentialdifferenz zwischen den Segment-Elektroden verhindert werden. Da-

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rüber hinaus kann das Quersprechen verhindert werden, das bei einer bekannten Treiberstufe für Matrix-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen ("Nikkei Electronics," Mai 1972, Seiten 32 bis 43) auftritt.

Fig. 2a zeigt eine erfindungsgemäße Treiberstufe für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen. Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung LCD enthält einen schraffiert dargestellten Flüssigkristall, eine obere Elektrode als gemeinsame Elektrode und mehrere (m) Elektroden an der unteren Seite, die als Segment-Elektroden dienen und so angeordnet sind,daß bestimmte Buchstaben, Zahlen oder dergleichen wiedergegeben werden können.

Die Treiberstufe enthält einen p-Kanal-Feldeffekttransistor M₁ und einen N-Kanal-Feldeffektransistor Mp. Die Transistoren M₁ und M bilden eine Komplementärschaltung. Die Source-Anschlüsse sind an die Spannungspotentiale V™ beziehungsweise Vj angeschlossen, während den Gate-Anschlüssen ein Segment-Wählsignal S₁ zugeführt wird.

Ein hohes Potential Vtt wird dem gemeinsamen Anschluß der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung LCD zugeführt. Das Ausgangssignal der vom Segmentsignal S gespeisten Komplementärschaltung wird den Segmentanschlüssen zugeführt. Die Beziehungen zwischen den Spannungen Vtt, V^ und V_L sind in Fig. 2b gezeigt. Ihre Werte sind gemäß folgenden Ungleichungen bestimmt:

/^VH- ^VlI 2 V_th> |V_H- V_MI < V_th

Die Schaltung arbeitet folgendermaßen: wird das Segment-Wählsignal S₁ gleich "1" (positives Potential), wenn die linke äußere Segment-Elektrode in Fig. 2 angewählt werden soll, so wird der Transistor M₂ leitend und der Segment-Elektrode das niedrige Potentisl Vy zugeführt. Hierdurch gelangt der entsprechende Teil -:" ' "*":■' ' ■ ' ^: ·■·■:'. streuenden Zustand.

Soll andererseits diese Segment-Elektode nicht gewählt werden,

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So bleibt das Segment-Wählsignal auf "0" (Massepotential) und der Transistor M. leitet. Dieser Segment-Elektrode wird also das mittlere Potential V^ zugeführt, so daß der entsprechende Teil des Flüssigkristalls nicht streut.

Ähnlich wird den anderen gewählten Segment-Elektroden das niedrige Potential Y^ und den nicht gewählten das mittlere Potential Vj, zugeführt.

Zwischen einer gewählten und einer nicht gewählten Segment-Elektrode liegt also die Potentialdifferenz iV_M - V₁-{ an. Hierdurch wird verhindert* daß die Potentialdifferenz I V^ - V, / zwischen der gewählten Segment-Elektrode und der gemeinsamen Elektrode anliegt. Hierdurch wird die oben beschriebene Schwierigkeit vermieden.

Fig. 3a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Treiberstufe. Ein wesentlicher Unterschied der Schaltung der Fig. 3a gegenüber der der Fig. 2a besteht darin, daß zur Erhöhung der Lebensdauer des Flüssigkristalls dieser in zwei Richtungen, daß heißt mittels Wechselspannung betrieben wird. Wird nämlich dem Flüssigkristall eine Gleichstromkomponente aufgeprägt, so wird er polarisiert und seine Lebensdauer verkürzt.

Der Impuls BD (Fig. 3b) wird direkt den Gate-Anschlüssen von Transistoren M_ und M^ zugeführt.Er wird ferner über eine Umkehrstufe IN₁ und ein UND-Gatter AG beziehungsweise ein ODER-Gatter OG den Gate-Anschlussen von Transistoren M,- beziehungsweise M,-zugeführt. Das 'Segmentsignal S₁ wird der zweiten Eingangsklemme des UND-Gatters AG zugeführt, während das invertierte Segmentsignal S. dem zweiten Eingang des ODER-Gatters OG zugeführt wird.

Die Ausgangsspannung der die Transistoren Mw und M. enthaltenden oberen Komplementärschaltung wird der gemeinsamen Elektrode zuge-

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führt. Die Ausgangs spannung der die Transistoren M₅ und Mg enthaltenden unteren Komplementärschaltung wird einer der Segment-Elektroden zugeführt.

Die Schaltung der Fig. 3a arbeitet folgendermaßen: soll die äußere linke Segment-Elektrode gewählt werden, so wird das Segmentsignal S₁ gleich "1", so daß das UND-Gatter AG und das ODER-Gatter OG durchgeschaltet werden und den Gate-Anschlussen der Transistoren Mj- und PL- der invertierte, in zwei Richtungen gerichtete Speiseimpuls BD zugeführt wird.Andererseits wird den Gate-Anschlüssen der Transistoren M-, und M, der Speiseimpuls BD zugeführt. Demzufolge liegt zwischen der Segment-Elektrode und der gemeinsamen Elektrode synchron zum Speiseimpuls BD eine impulsförmige Wechselspannung mit der Pegeldifferenz I Vt, - Vy I , das heißt, während einer gewissen Zeitperiode ist die an die geraeinsame Elektrode angelegte Spannung V gleich dem Potential V„ und die an die äußere linke Elektrode angelegte Spannung V₁ gleich dem Potential V-r (Kassepotential) (Fig. 3t>). In der nachfolgenden Periode werden die Verhältnisse umgekehrt, das heißt die Polaritäten invertiert, so daß V_n gleich V_T und V. gleich V₁T. Dabei

C Li S I Xl

streut der zwischen den Elektroden liegende Flüssigkristall < ^Ivh-^vlI ^§vth>·

Soll die äußere linke Segment-Elektrode nicht gewählt werden, so wird das Segment-Wählssignal S₁ gleich "0" und das UND-Gatter AG und das ODER-Gatter OG werden gesperrt. Die Steuerpegel der Transistoren Mc und Mg werden unabhängig von dem Speiseimpuls BD "0" beziehungsweise "1". Beide Transistoren M₅ und Mg werden leitend. Dabei bildet die Komplementärschaltung einen Spannungsteiler und die geteilte Spannung V,, wird der Segment-Elektrode zugeführt (V₁ in Fig.3b). Wird die geteilte Spannung V_M so gewählt, daß

'^vh-V* ^vth ^md 'Vh-⁷L¹ ^ ^vth· so streut der Teil des Flüssigkristalls nicht, der dem Segment entspricht. Dabei nimmt die gemeinsame Elektrode synchron zum Speiseimpuls BD die Werte V^ und V Lan. Damit dem Flüssigkristall keine Gleichstromkomponente aufgedrückt wird, wird vorzugsweise

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das mittlere Potential V.» genau oder möglichst genau auf folgenden Wert gebracht: ,_T _v

-Die vorstehen beschriebene Arbeitsweise kann durch folgende Tabelle wiedergegeben werden:

	• BD	^Vs1	^Vc
1	• 1	^VH	^VL
1	O	^VL
O	1	^VM	^VL
O	• 0	^VM	^VH

Fig. 4a zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße dynamische Treiberstufe für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird gegenüber dem der Fig. 3a weniger Leistung verbraucht. Es unterscheidet sich von diesem folgendermaßen:

Fur das mittlere Potential V,. wird nicht der aus Schaltelementen zusammengesetzte Spannungsteiler,sondern eine getrennte Spannungsquelle verwendet. Damit beim Schalten zwichen der Spannungsquelle V^ und Spannungsquelle Y„ oder V, kein Strom fließen kann, werden diese beim Schalten durch ein Austastsignal BL in den nichtleitenden Zustand gebracht (Fig. 4b). Die Impulsbreite des Austastsignals BL braucht nicht langer als die Schaltzeit zu sein. Ist die Signalbreite jedoch größer als notwendig, so "schwimmt" das Elektrodenpotential des Flüssigkristalls für lange Zeit, so daß ein Quersprechen möglich ist. Hierauf muß sorgfältig geachtet werden.

Die gegenseitigen Beziehungen zwischen den Elektrodenpotentialen V ,. und V₁ der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und den Signalen DT,., S., BD und BL ergeben sich aus Fig. 4b und der folgenden Tabelle:

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BD	Bl	V
O O	e 1	V
1	0	^VM
1	1	^VM
O	O	V
O	1	FL
1	O	^VL
1	1	FL

^S1	BD	BL	^Vsl
O	O	O	^VM
O I	O	1	^VM
O ί	1	e	^VM
O	1	1	^VM
1	O	O	^VL
1	O	1	FL
1	1	O	^VH
1	1	1	FL

1
1
1
1
FL: "schwimmender" (floating) Zustand.

Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß beim vorliegenden Ausführungsbeispiel nur geringe Potentialdifferenzen Iv₁T ~ Ll und |V_M - V₁.1 zwischen den Segment-Elektroden lie-

ri 1*1 rl Ju

gen, so daß die Änderung des visuellen Zustands des Flüssigkriäalls infolge der großen Potentialdifferenz zwischen den Segment-Elektroden verhindert und die Lebensdauer des Flüssigkristalls erhöht werden kann.

Die Erfindung wurde zwar anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert, ist jedoch hierauf nicht beschränkt. So ist sie nicht nur auf Segment-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, sondern auch auf Matrix-Flüssigkristall- Anzeigevorrichtungen anwendbar. Für die mittlere Spannung V^ kann auch ein Impuls verwendet werden, dessen Potential zeitlich veränderlich ist, wenn nur die zuor erwähnten Bedingungen erfüllt sind. Zum Aufbau der Treiberstufen können auch Transistoren mit einem Kanal, bipolare Transistoren, passive Elemente und dergleichen verwendet werden.

Patentanspruch

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Claims

PATENTANSPRUCH

Treiberstufe für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen mit einer ersten gemeinsamen Elektrode, mit mehreren zweiten Elektroden, und mit einem Flüssigkristall, der¹ zwischen den ersten und zweiten Elektroden angeordnet ist, und dessen visueller Zustand bei einer vorherbestimmten Potentialdifferenz geändert wird, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Anlegen einer Potentialdifferenz"zwischen die erste Elektrode und wenigstens eine gewählte zweite Elektrode, wobei die Potentialdifferenz ausreicht, den visuellen Zustand des zwischen den Elektroden angeordneten Flüssigkristalls zu ändern, und durch Einrichtungen zum Aufdrücken eines Potentials auf die anderen zweiten Elektroden, das zwischen dem der ersten und der gewählten zweiten Elektrode aufgedrückten Potential liegt, wobei die Potentialdiff erenz zwischen dem mittleren Potential und dem der err sten Elekrode aufgedrückten Potential so gewählt wird, so daß der visuelle Zustand des zwischen der ersten Elektrode und den anderen zweiten Elektroden liegenden Flüssigkristalls nicht geändert wird.

AO 9823/0353