DE2840034C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-OS 25 21 116).

Da eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung wenig elektrische Leistung verbraucht und mit einer sehr niedrigen Spannung angetrieben werden kann, wird sie für verschiedene Anzeigevorrichtungen, wie zur numerischen Anzeige, zur Buchstabenanzeige, zur grafischen Anzeige, zur Fernsehvideoanzeige usw. verwendet.

Es ist bekannt, daß, wenn ein Flüssigkristall von einer Gleichspannung angesteuert wird, seine Lebensdauer erheblich verkürzt wird, weshalb der Flüssigkristall im allgemeinen von einer Wechselspannung angesteuert wird (z. B. DE-OS 25 21 116, US 37 81 865). Wenn in letzterem Falle irgendeine Gleichspannungskomponente über dem Kristall verbleibt, wird seine Lebensdauer allmählich verkürzt. Da die restliche Gleichspannungskomponente die Lebensdauer des Flüssigkristalls selbst dann nachteilig beeinflußt, wenn ihr Wert in der Größenordnung von Millivolt liegt, ist es erwünscht, die restliche Gleichspannung über dem Flüssigkristall unter 50 Millivolt zu verringern. Selbst wenn die restliche Gleichspannungskomponente über dem Flüssigkristall relativ niedrig ist, hat sie eine akkumulative Wirkung und beeinflußt den Flüssigkristall nachteilig.

Bei einem bekannten Verfahren zur Ansteuerung eines Flüssigkristalls wird einer Flüssigkristallzelle direkt an einer ihrer beiden Elektroden eine Ansteuerspannung einer Wechselspannungsquelle und an ihrer anderen die gleiche Spannung über ein Exklusiv-ODER-Glied zugeführt (US 37 81 865). Dabei wird das Tastverhältnis der Ansteuerspannung verändert und damit liegt eine restliche Gleichspannungskomponente der angelegten Spannung über der Flüssigkristallzelle, so daß deren Lebensdauer verschlechtert bzw. verkürzt wird. Dieser Nachteil tritt vor allem auf, wenn die Frequenz der Ansteuerspannung hoch ist.

Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Ansteuerung eines Flüssigkristalls durch Widerstandsteilung wird das Mittelpunktpotential der Ansteuerspannung an den Flüssigkristall angelegt (vgl. DE-OS 26 21 577). Dabei kann eine Gleichspan­ nungsverschiebung infolge eines Fehlers der Widerstände auftreten, so daß eine Gleichspannungskomponente über dem Flüssigkristall verbleibt.

Ein weiteres Verfahren zur Ansteuerung eines Flüssigkristalls besteht darin, eine nicht polare Kapazität vorzusehen, um eine Gleichspannungskomponente zu unterdrücken (US 37 81 865). Dabei ist es jedoch notwendig, eine Kapazität vorzusehen und eine nicht polare Kapazität für jede von mehreren Flüssigkristallzellen zu verwenden, die zum Beispiel in Form einer Ziffer 8 oder eines bestimmten Schemas in paralleler Form angeordnet sind, um die verschiedenen Anzeigen, wie eine numerische Anzeige, eine grafische Anzeige usw. zu erreichen. Daher ergibt sich ein großer, komplizierter und teurer Aufbau. Da die restliche Gleichspannungskomponente an einem Widerstand abfällt, wird der gesamte elektrische Leistungsverbrauch der Vorrichtung groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine restliche Gleichspannungskomponente, die durch eine Spannungsschwankung eines Ansteuersignals, eine Spannungsverschiebung, eine Störung des Tastverhältnisses, Impedanzänderungen eines Ansteuerkreises usw. entsteht, beseitigt werden kann, so daß die Lebensdauer eines darin verwendeten Flüssigkristalls erheblich verlängert wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Beim Stand der Technik nach der DE-OS 25 21 116 wird die Spannung an einer der Elektroden zwar einer RC -Kombination zugeführt, aber nur, um ein Signal für den eventuellen Ausfall des Wechselspannungssignals zu erhalten.

Durch die Erfindung wird eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einem Integrator und wenigstens einer Flüssigkristallzelle, wie einem mit einem elektrischen Feld arbeitenden Flüssigkristall oder einem dynamischen Streu-Flüssigkristall, geschaffen, bei der eine Ansteuerspannung eines Ansteuerkreises an eine der beiden Elektroden der Zelle angelegt wird, deren anderer Elektrode eine mittlere Gleichspannung zugeführt wird, die durch Integration der Ansteuerspannung durch den Integrator mit einer Zeitkonstante niedriger als die der Grundfrequenzkomponente der Ansteuerspannung erzeugt wird.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 10 beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 und 2 Schaltbilder bekannter Ansteuerkreise für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild einer Flüssigkristallzelle,

Fig. 4 den Verlauf eines bekannten Ansteuersignals für eine Flüssigkristallzelle,

Fig. 5, 6 und 7 Schaltbilder bekannter Ansteuerkreise für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, und

Fig. 8 bis 10 Schaltbilder von Ansteuerkreisen für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung.

Anhand der Fig. 1 wird nun ein bekanntes Verfahren zur Ansteuerung einer Flüssigkristallzelle in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung beschrieben. In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Flüssigkristallzelle, die an einer ihrer beiden Elektroden eine Ansteuerspannung von einem Wechselspannungsanschluß t _i direkt und an ihrer anderen Elektrode die Ansteuerspannung über ein Exklusiv-ODER-Glied 2 zugeführt wird. Wenn das ODER-Glied 2 an seinem Steueranschluß t _c das Signal "1" erhält, wird beiden Elektroden der Zelle 1 die Spannung zugeführt, die an das Exklusiv-ODER-Glied 2 angelegt wird, wobei die eine Spannung bezüglich der anderen phaseninvers ist. Die Zelle 1 erhält daher zweimal eine Spannung und wird eingeschaltet. Wenn das Signal "0" an den Steueranschluß t _c des ODER-Gliedes 2 angelegt wird, werden Spannungen gleicher Phase an die Zelle 1 angelegt. Die Zelle 1 wird daher ausgeschaltet.

Wenn bei dem bekannten Ansteuerverfahren das Tastverhältnis der Ansteuerspannung 50 : 50 ist, erscheint keine Gleichspannungskomponente, wenn die Zelle 1 eingeschaltet ist. Wenn jedoch das Tastverhältnis gestört wird oder zum Beispiel 49 : 51 wird, wird eine Restgleichspannungskomponente von 2% an die Zelle 2 angelegt. Wenn die Zelle 1 über einen Ansteuerkreis, wie einen C-MOS-Transistor, angesteuert wird, wird häufig eine Asymmetrie des Tastverhältnisses in der obigen Größenordnung verursacht. Die Zelle kann daher bei Anwendung des bekannten Ansteuerverfahrens nicht für eine lange Lebensdauer verwendet werden. Die obige Tendenz tritt vor allem auf, wenn die Ansteuerfrequenz hoch ist. Wenn zum Beispiel das Tastverhältnis 49 : 51 ist und die angelegte Spannung 5 Volt beträgt, wird die Restgleichspannungskomponente 100 Millivolt.

Es wird nun ein anderer bekannter Ansteuerkreis beschrieben. Im allgemeinen wird die Zelle 1 über einen C-MOS-Transistor angesteuert, wie Fig. 2 zeigt. In dieser Figur bezeichnen TR₁ und TR₂ einen P-Kanal bzw. einen N-Kanal-MOS-FET, die einen Ansteuerkreis in Form eines C-MOS-Transistors bilden.

Fig. 3 ist ein Ersatzschaltbild der Zelle 1, in der ein Widerstand R _S etwa einige Kiloohm, ein Widerstand R _p etwa 1 Teraohm und ein Kondensator C _L etwa einige Hundert pf/cm² beträgt.

Wenn bei dem Ansteuerkreis der Fig. 2 die beiden MOS-FET TR₁ und TR₂ während des eingeschalteten Zustandes gleiche Impedanz haben, sind die von den Lastsystemen in Richtung der Anschlüsse +E und -E gesehenen Impedanzen gleich. Wenn unter dieser Bedingung eine Rechteckspannung mit einem Tastverhältnis von 50 : 50 an den Eingangsanschluß a des C-MOS-Transistors angelegt wird, wird die Ausgangsspannung bezüglich des Potentials

unabhängig von der Lastimpedanz symmetrisch, und damit verbleibt keine Restgleichspannungskomponente. Wenn jedoch in den Impedanzen der MOS-FETs TR₁ und TR₂ ein Fehler auftritt, wird das Ausgangssignal des C-MOS-Transistors entweder positiv oder negativ verschoben und damit verbleibt eine Restgleichspannungskomponente. Da die Zelle 1 durch das Ersatzschaltbild der Fig. 3 ausgedrückt werden kann, ist sie nahezu vollständig eine kapazitive Last. Wenn die MOS-FETs TR₁ und TR₂ unterschiedliche Impedanz haben, d. h., daß zum Beispiel die Impedanz des MOS-FET TR₁ höher als die des MOS-FET TR₂ ist, wird die an die Zelle 1 angelegte Spannung an ihren Schultern auf der positiven Seite abgerundet, wie Fig. 4 zeigt. Wenn dagegen die Impedanz des MOS-FET TR₂ höher als die des MOS-FET TR₁ ist, werden die Schultern der angelegten Spannung an der negativen Seite abgerundet, wie die gestrichelten Kreise in Fig. 4 zeigen. Wenn daher die Impedanz der MOS-FET TR₁ und TR₂ asymmetrisch sind, wird die mittlere Gleichspannung nicht Null und damit verbleibt eine Restgleichspannungskomponente.

Im allgemeinen können bei einem C-MOS-Transistor, der derart hergestellt wird, daß beide Leitfähigkeitsarten bzw. N- und P-MOS-FETs TR₁ und TR₂ auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat integriert werden, die MOS-FETs, TR₁ und TR₂ beider Leitfähigkeitsarten hinsichtlich ihrer Herstellung keine gleichen Kennlinien der Verunreinigungskonzentration und -fläche haben, so daß ein Impedanzfehler auftritt. Wenn daher der C-MOS-Transistor als Ansteuerkreis für den Flüssigkristall verwendet wird, verbleibt eine Restgleichspannungskomponente über dem Kristall und damit wird dessen Lebensdauer verkürzt.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel eines bekannten Ansteuerverfahrens für einen Flüssigkristall 1. Bei diesem wird das mittlere Potential der Ansteuerspannung, die von einem aus zwei Widerständen R₁ bestehenden Teiler erzeugt wird, an den Kristall 1 angelegt. Dabei kann die Gefahr bestehen, daß eine Gleichspannungsverschiebung durch einen Widerstandsfehler der Widerstände R₁ verursacht wird. Selbst wenn die Widerstände R₁ eine Genauigkeit von 1% haben, verbleibt eine Gleichspannungskomponente von 50 Millivolt, wenn die Ansteuerspannung 5 Volt beträgt. In Fig. 5 stellt C₁ By-Paßkondensatoren für eine Wechselspannungskomponente dar.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Beispiel eines bekannten Ansteuerkreises. Eine nicht polare Kapazität C₂ ist in dem Kreis der Fig. 5 zur Blockierung der Gleichspannungskomponente vorgesehen. Dabei ist es notwendig, einen Kondensator mit großer Kapazität von zum Beispiel 0,1 bis 1 µF als nicht polaren Kondensator C₂ zu verwenden. In Fig. 6 stellt R₂ einen zum Kristall 1 parallel geschalteten Widerstand dar, über den die Gleichstromkomponente fließt.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Beispiel eines bekannten Ansteuerkreises. Bei einer Anzeigevorrichtung, die verschiedene Anzeigen, wie eine numerische, bewirkt, sind mehrere Flüssigkristallzellen 1 in einem bestimmten Muster, wie einer Ziffer 8, oder in paralleler Anordnung vorgesehen, so daß es notwendig ist, den Kondensator C₂ für jede Zelle 1 vorzusehen, wie Fig. 7 zeigt; damit wird die Anzeigevorrichtung kompliziert und groß. Da die Restgleichspannungskomponente von den Widerständen R₂ verbraucht wird, ist der Leistungsverbrauch der gesamten Vorrichtung groß. In Fig. 7 bezeichnet 2 einen elektrischen oder mechanischen Schalter, der von einem Anzeigesignal des Ansteuerkreises gesteuert wird, um die Zellen 1 in Abhängigkeit von dem Anzeigesignal auszuwählen und die Ansteuerspannung an die Zellen 1 anzulegen.

Es wird nun ein Beispiel der Erfindung anhand der Fig. 8 beschrieben, in der die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bis 7 die gleichen Elemente bezeichnen, die nicht näher beschrieben werden. Bei diesem Beispiel wird die Ansteuerspannung eines Ansteuerkreises mit einem C-MOS-Transistor an eine der beiden Elektroden einer Flüssigkristallzelle 1, wie einem mit einem elektrischen Feld arbeitenden Flüssigkristall oder einem dynamischen Streu-Flüssigkristall, angelegt. Eine mittlere Gleichspannung, die durch Integration der Ansteuerspannung des C-MOS-Transistors mit einem Integrator 10 mit einer Zeitkonstante niedriger als der Grundfrequenzkomponente der Ansteuerspannung erzeugt wird und damit der Ansteuerspannung entspricht, wird an die andere Elektrode der Zelle 1 angelegt. Wenn die Impedanz des Ausgangs des Integrators 10 zu hoch ist, ist es möglich, daß das Ausgangssignal des Integrators 10 auf einen Impedanzwandler 11 zur Verringerung der Impedanz gegeben und dann das Ausgangssignal des Impedanzwandlers 11 auf die Zelle 1 gegeben wird.

Ein praktischer Kreis des Beispiels in Fig. 8 wird nun anhand der Fig. 9 beschrieben. In dem Kreis der Fig. 9 ist der Integrator 10 aus einem Widerstand R mit einem Widerstandswert von zum Beispiel 1 Megohm und einem Kondensator C mit einer Kapazität von zum Beispiel 0,1 µF und der Impedanzwandler 11 aus einem Spannungsfolger-Funktionsverstärker gebildet. Da die Spannungsverschiebung des Funktionsverstärker, der als Impedanzwandler 11 wirkt, ausreichend klein ist, tritt nahezu keine Schwierigkeit auf. Wenn jedoch die Konstante des Integrators 10 geeignet gewählt und/oder die Ansteuerfrequenz hoch ist, kann der Impedanzwandler 11 weggelassen werden. Wenn zum Beispiel die Frequenz der Grundwelle der Ansteuerspannung zu 100 Hz und die Kapazität des integrierenden Kondensators C zu 1 µF gewählt wird, beträgt die Impedanz des Ausgangssignals des Integrators 10 etwa 1,6 Kiloohm. Diese Impedanz ist ausreichend klein im Vergleich zu der der Zelle 1, so daß in diesem Falle das integrierte Ausgangssignal auf die Zelle 1 ohne Impedanzwandlung gegeben werden kann.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel, bei dem Flüssigkristallzellen 1 in Form der Ziffer 8 bzw. parallel angeordnet sind. Die Zellen 1 werden von dem Anzeigesignal des Ansteuerkreises, der den C-MOS-Transistor aufweist, über den elektrischen oder mechanischen Schalter 2, der von dem Anzeigesignal gesteuert wird, wahlweise angesteuert. Wie Fig. 10 zeigt, genügt es, daß ein einziger Integrator 10 und, wenn notwendig, ein Impedanzwandler 11 gemeinsam mit den Zellen 1 verbunden sind, so daß, selbst wenn die Anzeigevorrichtung mehrere Zellen 1 enthält, die Anzahl der Schaltungselemente nicht erhöht und damit die Vorrichtung nicht groß und teuer wird. Der Flüssigkristall ist frei von Störungen, wie einer Unsymmetrie des Tastverhältnisses und der Impedanz des Ansteuerkreises, einer Schwankung der Spannungsquelle usw., und die Restgleichspannungskomponente kann beseitigt werden, so daß die Lebensdauer des Flüssigkristalls verlängert werden kann. Die Erfindung ist insbesondere dann anwendbar, wenn der Flüssigkristall von einer hohen Spannung und einer hohen Frequenz angesteuert wird.

Claims (5)

1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bestehend aus wenigstens einer Flüssigkristall-Anzeigezelle mit einer ersten und einer zweiten Elektrode und einer Erregungseinrichtung, die mit der ersten Elektrode verbunden ist und dieser eine Ansteuerwechselspannung zuführt, gekennzeichnet durch eine zwischen die erste und die zweite Elektrode geschaltete Integriereinrichtung (10) zur Erzeugung einer im wesentlichen mittleren Gleichspannung an der zweiten Elektrode durch Integration der Ansteuerwechselspannung (Fig. 8 bis 10).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impedanzwandler (11) zwischen die Integriereinrichtung (10) für die Erzeugung der mittleren Gleichspannung und die zweite Elektrode geschaltet ist, der die Impedanz des Ausganges der Integriereinrichtung (10) in eine Impedanz niedriger als die der Flüssigkristallzelle (1) umwandelt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler (11) ein Spannungsfolger-Funktionsverstärker ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungseinrichtung ein Ansteuerkreis mit einem C-MOS-Transistor ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integriereinrichtung (10) ein RC -Glied ist.