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Flüssigkristallanzeigevorrichtung und Verwendung der Vor-
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richtung als Oszillograph Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit einer Ansteuerungsvorrichtung und einem Flüssigkristallelement, das eine zweidimensionale
aus Zeilenelektroden, Z y (Y= 1, .., N), und Spaltenelektroden Sp ( = 1> ,..,M)
bestehende Matrix enthält, wobei pro Spalte jeweils nur ein Matrixelement angezeigt
wird und die Anzeige dieses Matrixelementes immer dann erfolgt, wenn die Differenz
der an die entsprechenden Zeilenelektrode, Zf, und jeweilige Spaltenelektrode, Sp,
angelegten Signalspannungen Null ist, während die Differenz der Signalspannungen
zwischen den entsprechenden Zeilen- und Spaltenelektroden aller anderen Matrixelemente
einen von Null verschiedenen Effektivwert aufweisen. Die Erfindung bezieht sich
ferner auf die Verwendung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung als Oszillograph.
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Aus der DT-OS 2 414 608 ist eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
der oben erwähnten Art bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung hat die jeweilige
Differenz der Signalspannungen, zwischen den Zeilen- und Spaltenelektroden der nicht
anzuzeigenden Matrixelemente den Effektivwert eff = V,' V,wobei V die jeweilige
Zeilen, bzw. Spaltenspitzenspannung bedeutet. Je grösser die verwendete Anzahl von
Zeilen ist, umso kleiner wird für einen vorgegebenen Wert von V die Effektivspannung.
Dieses bedeutet andererseits, dass für einen vorgegebenen Wert V eff mit wachsender
Zeilenzahl, die Spannung V einen immer grösseren Wert aufweisen muss. Gleiches gilt
auch für die Spannung an den den Zeilen-und Spalten zugeordneten Treiberschaltungen.
Da derartige Schaltungen in der Regel durch integrierte Schaltungen (IC's)
gebildet
werden und maxi:al rur mit Spanffungen < 20 7 belaE+et erde können, ergibt sich
bei den bekannten T.rorrichtungen zwangsweise eine Begrenzung der maximal verwendeten
Reihenzahl.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eir.e
Anzeigevorrichtung der Eingangs erwähnten Art anzugeben, bei er mit zunehmender
Reihenzahl tT nicht notwendigerweise auch eine Erhöhung der n den Reihen und Spalten
liegenden Spannung V erforderlich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass an jeder
der N Zeilenelektroden, Zy , eine von dem darzustellenden Anzeigesignal unabhängige
Signalspannung angelegt wird, das diese Signaispannungen ein orthogonales Funktlonensystem
mit jeweils gleichem Effektivwert bilden, dass an jeder der - Spaltenelektroden,
+, ebenfalls jeweils eine der Zeilensignalspannungen liegt, und dass die Zuordnung
dieser Signal-Spannung, zu der jeweiligen Spaltenelektrode, S#, durch das darzustellende
Anzeigesignal gesteuert wird.
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Als Signalspannungen eignen sich vor allem Walsh-Funktionen.
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Sie bilden einerseits ein orthogonales Funktionensystem und erlauben
andererseits die Verwendung integrierter digitaler Schaltungsanordnungen.
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Die neue Vorrichtung hat sich besonders als Oszillograph zur Darstellung
zeitlich veränderbarer Vorgänge bewährt.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden BeSchreibung on Austührur.gsbeispielen in Verbindung
mit den beigefügten Zeichnungen.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Walsh-Funkt
ionen für die Zeilen- und Spaltensteuerung von Flüssigkristallelementen, die gemäss
der Erfindung betrieben werden; Fig. 2 eine aus mehreren Schaltungsanordnungen gemäss
Fig. 1 bestehende Ansteuerungsvorrichtung zum Betrieb eines 256 Reihen elektroden
aufweisenden Flüssigkristallelementes nach der Erfindung.
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Der in Fig. 1 dargestellte Walsh-Funktionengenerator besteht aus einem
8-bit Binärzähler 1, acht UND-Gattern 2, einem Exklusiv-ODER-Gatter 3 sowie einem
Schieberegister 4, deren parallele Ausgänge direkt mit Schaltstufen 5 verbunden
sind.
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Wird an den Eingang K des Binärzählers 1 ein erstes Taktsignal, TS1,
gelegt, so ergeben sich an den acht Ausgängen des Zählers acht verschiedene Signale,
die den Funktionsverlauf von Walsh-Funktionen besitzen. Am Ausgang A erhält man
beispielsweise die Funktion wal (1, t); am Ausgang B die Funktion wal (3, t); ...;
und am Ausgang H schliesslich die Funktion wal (255, t). Diese Signale gelangen
an jeweils einen Eingang der UND-Gatter 2. In Abhängigkeit von den binären Datensignalen,
die an dem jeweiligen zweiten Eingang der UND-Gatter liegen (in Fig. 1 sind diese
Eingänge mit a bis h bezeichnet), werden die Walsh-Funktionen durch diese Gatter
hindurchgelassen und gelangen zu dem Exklusiv-ODER-Gatter 3. An dessen Ausgang wiederum
ergibt sich ebenfalls eine Walsh-Funktion, und zwar genau eine der 255 möglichen
Funktionen wal (1, t), wal (2, t),
...,wal(25,t). Der durch den
jeweiligen Zustand des 8-bit-Zählers 1 bestimmte Augenblickswert dieser Walsh-Funktion,
während eines durch den Takt bestimmten Zeitintervalls, wird dann in dem Schieberegister
4 gespeichert. Dieser Vorgang wird für mehrere Datensignale zyklisch wiederholt.
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Das Einschreiben der Werte der Walsh-Funktionen erfolgt dabei mit
Hilfe eines zweiten Taktsignals, TS2, das dem Eingang L zugeführt wird und synchron
mit dem Datensignalwechsel verläuft. Im vorliegenden Fall wurde beispielsweise ein
aus vier handelsüblichen, in Serie geschalteten 8-bit Schieberegister verwendet,
so dass nach 32 Taktsignalen das Register 4 voll ist. Dabei ist jedem gespeicherten
Walsh-Funktionenwert genau ein entsprechendes Datensignal zugeordnet.
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Im Takte des ersten Taktsignals TS1 wird der gesamte Inhalt des Schieberegisters
4 parallel auf eine als Zwischenspeicher wirkende Schaltstufe 5 übertragen. Diese
Schaltstufe ist ihrerseits mit den Zeilen- bzw. Spaltenelektroden, Zy bzw.
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Sp, verbunden, so dass die in der Schaltstufe gespeicherten Signalwerte
gleichzeitig auch an den Zeilen- bzw, Spaltenelektroden liegen.
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Das Taktsignal TS1 bewirkt ausserdem ein Weiterzählen des 8-bit-Zählers
, so dass sich der oben beschriebene Vorgang wiederholt. Ist das Schieberegister
4 erneut gefüllt, so wird sein. Inhalt wiederum auf die Schaltstufe 5 übertragen
und deren bisheriger Inhalt gelöscht.
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Im Gegensatz zu bekannten Walsh-Punktionsgeneratoren (vgl.
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z.B. R. Kitai and C.K. Yuen: Walsh Function Generators, in: Walsh
Functions and their Applications, IEEE 1974) ist es bei der neuen Schaltungsanordnung
weder notwendig, dass an den Eingängen a bis h im Gray-Code codierte Datensignale
liegen,
noch dass derart codierte Signale durch den Zähler 1 geliefert werden. Die Schaltungsanordnung
ist daher gegenüber bekannten Anordnungen sehr einfach aufgebaut. Der Umstand, dass
bei Verwendung des neuen Walsh-Generators einem binären Eingangswert j nicht notwendigerweise
ein Ausgangswert wal (k, t) mit k = j zugeordnet ist, stört nicht. Denn gemäss der
Erfindung ist es nicht notwendig eine Zeilenadressierung derart vorzunehmen, dass
an der ersten Zeilenelektrode die Walsh-Funktion wal (1, t), an der zweiten die
Funktion wal (2, t), etc. liegt. Es ist vielmehr lediglich erforderlich, dass an
jeder Zeilenelektrode genau eine der Funktionen wal (1, t) bis wal (255, t) liegt;
beispielsweise also an der ersten Zeilenelektrode die Funktion wal (3, t), an der
zweiten Elektrode die Funktion wal (230, t) etc. und dass diese Zuordnung der Walsh-Funktionen
zu den einzelnen Zeilenelektroden sich nachträglich nicht ändert.
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Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung kann entweder aus 8
Standard-CMOS integrierten Schaltungsanordnungen zusammengebaut werden (ein 8-bit-Zähler,
2 x vier UND-Gatter, ein Exklusiv-ODER-Gatter (z.B. RCA CS 40101B parity checker)
vier 8-bit Schieberegister mit Schaltstufen (z.B. RCA CD 4094B bus register) oder
aber auch als ein einziges mit 44 Anschlüssen versehenes IC hergestellt werden.
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Fig. 2 zeigt wie mehrere derartige in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnungen
(Module) zur Ansteuerung eines Flüssigkristallelements kombiniert werden können:
Dieses Flüssigkristallelement 6 mag beispielsweise 256 Zeilenelektroden Zy besitzen,
die von acht Modulen, M1 bis M8, angesteuert werden. Die jeweils beiden ersten Eingänge
eines Moduls entsprechen den Eingängen L und K gemäss Fig. 1; über sie werden die
Taktsignale TS1 und TS2 zugeführt. Die restlichen acht Eingänge eines Moduls entsprechen
den Dateneingängen
a bis h gemäss Fig. 1. Die le (jeweils 32) Ausgangder
Module sind identisch mit den In Fig. 1 dargestellten Ausgängen der Schaltstufen
5.
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Drei der acht Dateneingänge jedes Moduls sind fest verdrahtet, d.h.
an diesen Eingängen liegt ein konstantes binäres Signal, und zwar derart, dass die
Kombination der an diesen Eingangen liegenden Signalen an jedem Modul eine anaere
ist. Insgesamt gibt es daher 8 Kombinationsmoglichkeiíen und demnach können in diesem
Fall maximal 8 Module verwendet werden, mit denen dann 8 w 32 = 256 Walsh-Funktionen
erzeugt werden können. Die restlichen Dateneingänge sind mit einem 5-bit-Zähler
7 verbunden.
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Die Taktsignale TS2 werden mit Hilfe eines Taktgebers 8 er-.
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zeugt, der Signale mit einer Frequenz von et 526 kz erzeugt. Mit diesen
Signalen TS2 wird ausser den modulen M1 bis M8 u.a. auch der 5-bit-Zähler 7 getaktet.
Einem der Ausgänge dieses Zählers kann dann das Takt signal TS entnommen werden,
wobei die Frequenz dieses Signals 1/32 derjenigen des Signals TS2 betragen darf.
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Durch die vorstehend beschriebene Anordnung wird jede Zeilenelektrode
Z mit genau einer Walsh-Funktion wal (k, t) angesteuert, die verschieden und orthogonal
ist zu den Signalen an allen anderen Zeilenelektroden. Ferne entspricht das Eingangssignal,
das die jeweilige an der Zeile Zy liegende Walsh-Funktion bestimmt, der binär kodierten
Zeilenzahl y 2 die ihrerseits der Lage (Höhe) der Zeile entspricht.
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Zur Ansteuerung der Spaltenelektroden sind Module MI bis MÄ ( kann
auch grösser als 8 sein) vorgesehen, die wiederum jeweils der Schaltungsanordnung
nach Fig. 1 entsprechen.
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Die binären Daten werden dabei von den den Modulen zugeordneten Schreib-Lesespeichern
9 abgerufen. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei
diesen Speichern um solche mit jeweils 32 Adressen und 8 Datenein-und 8 Datenausgängen
(32 x 8 RAM).
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Die den Adressen zugeordneten 8-bit Worte entsprechen den anzuzeigenden
Werten. Diese werden über einen in Fig. 2 nicht dargestellten Analog-Digital-Wandler
erzeugt. Der anzuzeigende analoge Messwert wird also mit Hilfe dieses Wandlers inji
x 32 Worte mit einer Länge von 8-bit umgewandelt und diese Worte werden dann nacheinander
in die Speicher 9 eingeschrieben.
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Nach dem Schreibtrgang werden die Adressiereingänge der Speicher mit
den Ausgängen des 5-bit-Zählers 7 verbunden. Es erfolgt anschliessend ein zyklisches
Auslesen der gespeicherten 8-bit Datenworte entsprechend dem jeweiligen Zustand
dieses Zählers. Durch die Module Mj bis M' werden dann den Spaltenelektroden Signale
zugeführt,. die einen Walsh-Funktionenverlauf aufweisen, wobei die jeweilige Walsh-Funktion
charakteristisch ist für einen bestimmten anzuzeigenden Amplitudenwert des Analogsignals.
Da jede Walsh-Funktion jeweils nur einer einzigen Zeilenelektrode zugeordnet ist,
gibt es pro Spalte nur ein einziges Matrixelement, bei dem die Potentialdifferenz
zwischen Zeilen- und Spaltenelektrode Null ist. Alle anderen Matrixelemente in dieser
Spalte weisen eine Spannung von 0,707 U auf. Das anzuzeigende Analogsignal wird
daher auf dem Flüssigkristallelement 6 als Spur nicht angeregter Matrixelemente
dargestellt, wobei die Höhe des angezeigten Signals proportional zur Amplitude des
Analogsignals ist.
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Aus den Figuren 1 und 2 geht ferner hervor, dass die Zahl der integrierten
Schaltkreise, die notwendig sind für den Aufbau eines derartigen Oszillographen
reduziert werden
können, wenn die Länge der Schieberegister Lt
pro Modul erhöht wird. Wenn also beispielsweise statt 32-stufige Schieberegister
solche mit 64 Stufen verwendet werden. In diesem Fall würde sich für eine vorgegebene
Spalten- und Zeilenzahl die Zahl der erforderlichen Module um den Faktor 2 reduzieren.
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Allerdings erfordern höherstufige Schieberegister auch höhere Taktfrequenzen
TS1. Eine weitere Einschränkung ergibt sich aus dem Umstand, dass pro Modul die
Zahl der Anschlüsse nicht beliebig gross gewählt werden kann.