DE3516298C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur statischen Ansteuerung einer Flüssigkristallanzeige, die mehrere Seg­ mente und eine gemeinsame Rückelektrode aufweist, unter Verwendung eines Mikroprozessors, der die anzuzeigenden Daten seriell ausgibt, und unter Verwendung eines Seriell/ Parallel-Wandlers, der die anzuzeigenden Daten für jedes Segment der Flüssigkristallanzeige statisch zur Verfügung stellt, und bei dem die Ansteuerung der einzelnen Segmente und der Rückelektrode mit einer Taktfrequenz von 30 bis 100 Hz invertiert wird (Wechselspannungsansteuerung).

Der Begriff "statische Ansteuerung" wird dabei als Gegen­ satz zum Multiplexbetrieb benutzt. Die statische Ansteue­ rung bringt gegenüber der Multiplex-Ansteuerung den Vor­ teil eines besseren Kontrastes und eines größeren Einblick­ winkels. Die Wechselspannungsansteuerung der Flüssig­ kristallanzeige dient dazu, einen Elektrolyseprozeß inner­ halb der Flüssigkristalle - und damit deren Zerstörung - zu verhindern.

Verfahren dieser Art sind allgemein bekannt. In der DE-AS 26 50 426 ist z. B. eine Anordnung angegeben, bei der die Wechselspannungsansteuerung durch das Invertieren der Daten für die Vorderelektroden und der Spannung für die Rück­ elektrode realisiert ist. Ein Hinweis auf eine Sicherung gegen Funktionsfehler fehlt aber in der DE-AS 26 50 426. Ein Nachteil der statischen Ansteuerung ist nämlich, daß der Ausfall einzelner Bauelemente oder Verbindungen inner­ halb der Ansteuerelektronik zu einer Falschansteuerung einzelner Segmente führen kann, so daß z. B. bei 7-Segment- Ziffernanzeigen falsche Zahlen entstehen können. Bei dem aus der DE-AS 26 50 426 bekannten Wechselspannungsansteuer­ verfahren ergibt sich dann zwar eine Kontraständerung, die jedoch nicht bei allen Lichtverhältnissen sicher erkannt wird.

Verfahren, die eine falsche Segmentansteuerung sicher er­ kennbar machen, wie z. B. in der EP 00 11 234 A1 oder der DE-OS 27 43 907, basieren alle auf einem Multiplexbetrieb. In der DE-OS 27 43 907 z. B. ist für jedes zu überwachende Segment ein zusätzliches Kontrollsegment vorhanden, das in einem Zwei-Schritt-Multiplexbetrieb zusammen mit einer Kontroll­ rückelektrode angesteuert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzu­ geben, das auch bei statischer Ansteuerung der Flüssig­ kristall-Segmente eine sichere Funktionsfehler-Erkenn­ barkeit ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die anzu­ zeigenden Daten alle 0,05 Sekunden bis 0,5 Sekunden neu vom Mikroprozessor ausgegeben werden, daß die Daten für die einzelnen Segmente und für die Rückelektrode bei jeder zweiten Datenausgabe vom Mikroprozessor invertiert werden und daß der Mikroprozessor zusammen mit der Invertierung der Anzeigedaten bei jeder zweiten Datenausgabe auch den Takt der Wechselspannungsansteuerung invertiert.

Die Erfindung überlagert also der bekannten Wechsel­ spannungsansteuerung eine zweite, langsamere Invertierung der Potentiale an den Segmenten und an der Rückelektrode, wobei diese Invertierung direkt im Mikroprozessor vorge­ nommen wird, damit alle nachfolgenden Schaltungsteile in die Fehlerüberwachung einbezogen sind. Durch diese zusätz­ liche, langsamere Invertierung entsteht im Fehlerfall ein deutlich sichtbares Blinken des betroffenen Segmentes, das jedem Betrachter sofort auffällt, besonders, wenn es im Frequenzbereich von einigen Hertz liegt. Vorzugsweise wird daher die Dauer eines Anzeigezyklusses mit 0,1 Sekunde gewählt, so daß sich im Fehlerfall eine Blinkfrequenz von 5 Hz ergibt. Diese Blinkfrequenz darf bei Meßgeräten, die sowieso zyklisch neue Meßwerte anzeigen, wie z. B. Zähler, Digitalvoltmeter oder Waagen, nicht mit der Meßwertfolge­ frequenz übereinstimmen, da sonst z. B. bei einer 7-Segment- Anzeige der Ausfall des linken unteren Segmentes nicht vom Schwanken des Meßwertes zwischen 8 und 9 unterschieden werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 das Prinzip der Erfindung am Beispiel der Gleich­ spannungsansteuerung in einem Flußdiagramm,

Fig. 2 das zum Flußdiagramm in Fig. 1 gehörige Block­ schaltbild,

Fig. 3 eine 7-Segment-Ziffer,

Fig. 4 das Flußdiagramm für die Wechselspannungs­ ansteuerung einer Flüssigkristallanzeige,

Fig. 5 das zum Flußdiagramm in Fig. 4 gehörige Blockschaltbild und

Fig. 6 ein Impulsdiagramm für das Blockschaltbild in Fig. 5.

Das Flußdiagramm in Fig. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung als Befehlsabfolge für den Mikroprozessor. Dabei ist zur Vereinfachung der Erläuterung die Wechselspannungsansteue­ rung vorerst weggelassen worden und von einer Gleichspan­ nungsansteuerung ausgegangen worden. Die Anzeigedaten werden vom Mikroprozessor aus dem Anzeigespeicher über­ nommen und seriell an den Seriell/Parallel-Wandler ausge­ geben. Der Seriell/Parallel-Wandler stellt diese Daten dann parallel für die einzelnen Segmente zur Verfügung. Gleich­ zeitig legt der Mikroprozessor die Rückelektrode auf Null- Potential und behält diesen Zustand 0,1 Sekunde lang bei.

In dieser Zeit werden alle Segmente optisch aktiviert, die eine logische "1" als Anzeigedaten besitzen und damit auf dem Potential der Versorgungsspannung der Versorgungs­ spannung V_DD liegen. Nach Ablauf der 0,1 Sekunden über­ nimmt der Mikroprozessor die Anzeigedaten erneut aus dem Anzeigespeicher, invertiert diese Daten und gibt sie seri­ ell an den Seriell/Parallel-Wandler aus. Gleichzeitig legt der Mikroprozessor die Rückelektrode auf das Potential von V_DD und behält diesen Zustand ebenfalls 0,1 Sekunde lang bei. Dadurch werden in dieser Zeit alle Segmente optisch aktiviert, die eine logische "0" als Anzeigedaten besitzen. Wegen der Invertierung der Anzeigedaten sind dies genau dieselben Segmente, die während der ersten 0,1 Sekunden optisch aktiviert wurden.

Eine mögliche Schaltung zur Realisierung dieses Ablaufes ist in Fig. 2 als Blockschaltbild gezeigt. Der Mikro­ prozessor 1 gibt die Anzeigedaten am Ausgang 11 seriell aus. Bei der ersten Ausgabe steht das Flip-Flop 5 bei­ spielsweise so, daß der Ausgang Q aktiviert ist und damit das Tor 2 geöffnet ist. Dadurch gelangen die Anzeige­ daten vom Ausgang 11 des Mikroprozessors direkt in den Dateneingang 13 des Schieberegisters 6. Der zu den seri­ ellen Daten gehörende Datentakt gelangt vom Ausgang 10 des Mikroprozessors direkt auf den Schiebeeingang 14 des Schieberegisters und steuert so die serielle Datenüber­ tragung in das Schieberegister. Nach Abschluß der Daten­ übertragung gibt der Mikroprozessor einen kurzen Impuls am Ausgang 12 ab und veranlaßt damit den Speicher 7, die parallel anliegenden Daten des Schieberegisters 6 zu über­ nehmen und an die Segmente (Anschlüsse 16) der Flüssig­ kristallanzeige 8 weiterzuleiten. Schieberegister 6 und Speicher 7 bilden zusammen den Seriell/Parallel-Wandler.

Durch den Impuls am Ausgang 12 des Mikroprozessors wird weiter das Flip-Flop 5 umgeworfen, der Ausgang Q geht auf Null-Potential und damit wird auch die Rückelektrode (Anschluß 15) der Flüssigkristallanzeige 8 auf Null Volt gelegt; gleichzeitig wird das Tor 2 geschlossen und das Tor 3 geöffnet, so daß bei der folgenden Übertragung von Anzeigedaten vom Ausgang 11 des Mikroprozessors zum Dateneingang 13 des Schieberegisters 6 der Inverter 4 eingeschaltet wird. Die Übertragung der Anzeigedaten kann in dieser Schaltung zu einem beliebigen Zeitpunkt inner­ halb der Wartezeit von 0,1 Sekunde erfolgen. Am Ende der Wartezeit von 0,1 Sekunden erscheint wieder ein kurzer Impuls am Ausgang 12 des Mikroprozessors 1, der den Speicher 7 veranlaßt, die neuen, invertierten Anzeige­ daten vom Schieberegister 6 zu übernehmen und an die Seg­ mente der Flüssigkristallanzeige weiterzuleiten; gleich­ zeitig fällt das Flip-Flop 5 um, der Ausgang Q geht auf V_DD, so daß an der Rückelektrode der Flüssigkristall­ anzeige 8 das Potential von V_DD anliegt. Dadurch werden sowohl die Potentiale der Segmente als auch das Potential der Rückelektrode invertiert, so daß wieder an denselben Segmenten eine Potentialdifferenz anliegt, diese Segmente also optisch aktiviert werden.

In Fig. 3 ist als Beispiel für die Flüssigkristallanzeige 8 eine 7-Segment-Ziffer gezeigt. Die Segmente 17a . . . 17f sind als leitende Elektroden auf einer vorderen Glasplatte 8′ aufgedampft und mit Anschlüssen 16a . . . 16f am Rand leitend verbunden; die Rückelektrode befindet sich auf der hinteren Glasplatte 8′′ und ist bei 15 kontaktiert. Zwischen den beiden Glasplatten befindet sich die nematische Flüssig­ keit, deren optische Durchlässigkeit sich beim Anlegen einer Potentialdifferenz ändert. Flüssigkristallanzeigen dieser Art sind allgemein bekannt, so daß hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.

Durch das im vorstehenden beschriebene Prinzip zur Ansteue­ rung der Flüssigkristallanzeige werden Fehler im Schiebe­ register 6, im Speicher 7 und weitgehend auch Fehler bei den Zuleitungen zu den einzelnen Segmenten 17a . . . 17g vom Betrachter durch Blinken des entsprechenden Segmentes er­ kannt. Liegt beispielsweise ein Segment dauernd auf einem festen Potential, beispielsweise weil ein Speicher-Flip- Flop im Speicher 7 ausgefallen ist, so führt dies wegen des wechselnden Potentials der Rückelektrode zu einem Blinken dieses Segmentes. Liegt die Rückelektrode auf festem Potential, so blinkt die ganze anzuzeigende Zahl. Auch Kurzschlüsse auf den Zuleitungen, die zu einem konstanten Potential des zugehörigen Segmentes führen, äußern sich genauso durch Blinken. Nur Leitungsunterbrechungen werden nicht erkannt, da sie unabhängig vom Potential der Gegen­ elektrode zu einem Ausfall dieses Segmentes führen. Um diese Fehler zu erkennen, ist aber bereits der bekannte "8er-Check", der alle Segmente aktiviert, eingeführt. Alle Fehler, die noch innerhalb der seriellen Datenverarbeitung auftreten - also vor dem Schieberegister 6 -, führen wegen der seriellen Verarbeitung im allgemeinen zu einem totalen Ausfall der Daten. Parallele Strukturen innerhalb des Mikroprozessors - wie z. B. Speicher - werden im allgemeinen durch Prüfbits oder andere bekannte Verfahren gesichert, so daß durch das beschriebene Prinzip ein lückenloser Schutz vor nicht erkennbaren Fehlfunktionen erreicht wird.

Das Blinken der Anzeige wird vom Beobachter am deutlichsten wahrgenommen, wenn die Blinkfrequenz bei etwa 5 Hz liegt. Vorzugsweise liegt also die Dauer eines Anzeigezyklusses bei 0,1 Sekunden, d. h. daß jeweils 0,1 Sekunde lang das invertierte und das nicht invertierte Potential anliegt. Aber auch Frequenzen bis zu 10 Hz herauf und bis zu 1 Hz herunter werden erkannt, d. h. die invertierten und die nicht invertierten Potentiale können zwischen 0,05 und 0,5 Sekunden anliegen.

In Fig. 2 sind der Deutlichkeit halber das Flip-Flop 5, der Inverter 4 und die Tore 2 und 3 als diskrete Bau­ elemente außerhalb des Mikroprozessors 1 gezeichnet. Selbstverständlich sind deren Funktionen softwaremäßig innerhalb des Mikroprozessors realisiert, so daß der Mikroprozessor auch den Bereich 1′ mit umfaßt, wie es in Fig. 2 mit punktierten Linien angedeutet ist.

Eine Ausführung der Ansteuerung der Flüssig­ kristallanzeige mit Wechselspannungsansteuerung ist in Fig. 4 in Form eines Flußdiagramms der Anweisungen an den Mikroprozessor und in Fig. 5 als Blockschaltbild einer möglichen Realisierung dargestellt. Die anzuzeigenden Daten werden vom Mikroprozessor 21 wieder aus dem Anzeige­ speicher übernommen, seriell ausgegeben und in das Schiebe­ register 26 übertragen. Während des ersten Anzeigezyklusses steht das Flip-Flop 25 so, daß der Ausgang Q aktiviert ist, so daß das Tor 22 geöffnet ist und die Anzeigedaten ohne Invertierung in das Schieberegister 26 gelangen. In Fig. 4 und 5 ist dabei vorausgesetzt, daß auch das Potential für die Rückelektrode als ein Datenbit - beispielsweise als letztes - seriell mit in das Schieberegister 26 über­ schrieben wird. Nach dem Ende der Datenübertragung er­ scheint ein kurzer Impuls am Ausgang 35 des Mikroprozes­ sors 21, der den Speicher 27 zur Übernahme der Daten vom Schieberegister 26 veranlaßt. Gleichzeitig wird das Flip- Flop 25 umgeworfen, das Tor 22 wird gesperrt und statt dessen das Tor 23 geöffnet, so daß bei der nächsten Über­ tragung der Anzeigedaten der Inverter 24 eingeschaltet wird. Das Flip-Flop 25 öffnet weiterhin das Tor 30, so daß eine Impulsfolge mit einer Folgefrequenz von etwa 40 Hz vom Ausgang 33 des Mikroprozessors 21 über das Tor 30 zum Ein­ gang 34 eines Umschalters 28 gelangt. Diese Impulsfolge schaltet zyklisch die Wechselschalter 29 um, so daß sowohl die Potentiale der Segmente als auch das Potential der Rückelektrode zyklisch umgeschaltet werden. Liegen z. B. die Ausgänge Q₁, ₂ und Q_n auf V_DD und damit die Aus­ gänge ₁, Q₂ und _n auf Null, so liegt in der gezeichneten Stellung der Wechselschalter 29 am Anschluß 16a des Seg­ mentes 17a (siehe dazu auch Fig. 3) die Spannung V_DD an, am Anschluß 16b des Segmentes 17b Null-Potential und an der Rückelektrode 15 die Spannung V_DD. Dadurch wird das Segment 17b optisch aktiviert, das Segment 17a jedoch nicht. Schalten die Wechselschalter 29 um, so liegt am Anschluß 16a des Segmentes 17a Null-Potential, am Anschluß 16b des Segmentes 17b die Spannung V_DD und an der Rückelektrode 15 Null-Potential. Wieder ist also das Segment 17b optisch aktiviert, da sein Anschluß 16b eine Potentialdifferenz zur Rückelektrode 15 aufweist, und daß Segment 17a bleibt optisch inaktiv. Das zyklische Umlegen der Wechselschal­ ter 29 ändert also die optische Aktivierung der einzelnen Segmente nicht und dient nur dazu, in der nematischen Flüssigkeit der Flüssigkristallanzeige Polarisations­ erscheinungen zu verhindern.

Der eben beschriebene Zustand mit dem vorgegebenen Daten­ inhalt des Speichers 27 und dem zyklischen Umschalten der Wechselschalter 29 wird gemäß dem Flußdiagramm in Fig. 4 0,1 Sekunde lang beibehalten. Irgendwann innerhalb dieser 0,1 Sekunde gibt der Mikroprozessor 21 wieder seriell die Anzeigedaten aus, die dieses Mal aber über den Inverter 24 und das Tor 23 laufen, also invertiert im Schieberegister 26 ankommen. Mit dem Erscheinen des Impulses auf dem Aus­ gang 35 des Mikroprozessors 21 werden die invertierten Daten in den Speicher 27 übernommen. In dem oben angeführ­ ten Beispiel würden in diesem zweiten Anzeigezyklus also die Ausgänge Q₁, ₂ und Q_n auf Null liegen und die Ausgänge ₁, Q₂ und _n auf V_DD. Damit wird wieder das Segment 17b optisch aktiviert, da es jeweils gegenüber der Rück­ elektrode 15 ein anderes Potential aufweist, während das Segment 17a optisch inaktiv bleibt, da es jeweils das gleiche Potential wie die Rückelektrode aufweist. Weiter ist nun in Fig. 5 durch die andere Stellung des Flip- Flops 25 im zweiten Anzeigezyklus das Tor 30 geschlossen und statt dessen das Tor 31 geöffnet, so daß die Impuls­ folge vom Ausgang 33 des Mikroprozessors über den Inverter 32 zum Eingang 34 des Umschalters 28 gelangt. Da alle Impulse im Mikroprozessor 21 aus demselben hochfrequenten Takt hergeleitet werden, sind auch die Impulse auf den Ausgängen 33 und 35 miteinander synchronisiert. Beginnen also z. B. im ersten Anzeigezyklus die Wechselschalter 29 in der in Fig. 5 gezeichneten Stellung und enden in der entgegengesetzten Stellung, so beginnen sie im zweiten Anzeigezyklus mit der in Fig. 5 nicht gezeichneten Stellung und enden mit der in Fig. 5 gezeichneten Stellung.

Durch diese doppelte Invertierung - einmal werden die Anzeigedaten im Speicher 27 invertiert, zum anderen wird die Ansteuerung der Wechselschalter 29 invertiert - ergibt sich an den Anschlüssen 16a . . . 16f der Segmente 17a . . . 17f und am Rückanschluß 15 eine Wechselspannung ohne Phasen­ sprung, wie dies in Fig. 6 nochmal im einzelnen gezeigt ist. Die Impulsfolge am Ausgang 33 besteht aus regelmäßigen Impulsen, deren Impulsdauer gleich der Dauer der Pausen ist. Der Impuls am Ausgang 35 definiert das Ende des jeweiligen Anzeigezyklusses und den Beginn des nächsten Anzeigezyklusses. Wegen der Invertierung der Anzeigedaten ändert sich das Potential am beispielhaft herausgegrif­ fenen Ausgang Q₂ des Speichers 27. Gleichzeitig wird auch die Impulsfolge vom Ausgang 33 invertiert, so daß am Eingang 34 des Umschalters 28 die inverse Impulsfolge erscheint. Beide Invertierungen ergeben am Ausgang des Umschalters 28 wieder eine regelmäßige Wechselspannung, wie am Beispiel des Segmentes 17b mit seinem Anschluß 16b und am Beispiel der Rückelektrode 15 gezeigt ist.

In dieser, anhand der Fig. 4 bis 6 erläuterten wirk­ lichen Ausführung werden wieder Fehler im Schieberegister 26, im Speicher 27 und im Umschalter 28 durch Blinken der betroffenen Segmente oder Ziffern dem Benutzer angezeigt.

Fehler auf den Zuleitungen zur Flüssigkristallanzeige, die einen geringeren Kontrast (bei konstantem Potential der Zuleitung) ergeben oder (bei unterbrochener Zuleitung) zum dauerhaften Ausfall des Segmentes führen, werden wieder durch den "8er-Check" erkannt.

In Fig. 5 ist der Schaltungsbereich 21′ zur Erläuterung der Funktionsweise als getrennte Hardware-Schaltung gezeichnet. Selbstverständlich kann dieser Schaltungsbereich 21′ durch eine entsprechende Software auch vom Mikroprozessor 21 mit übernommen werden.

Die beispielhaft für eine 7-Segment-Ziffer erläuterte Erfindung ist selbstverständlich auch für beliebig viele 7-Segment-Ziffern oder für alphanumerische Anzeigen - beispielsweise mit Matrix-Darstellung - geeignet. Die Länge des Schieberegisters und die Anzahl der Speicherelemente und gegebenenfalls die Anzahl der Wechselschalter muß nur entsprechend gewählt werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur statischen Ansteuerung einer Flüssig­ kristallanzeige, die mehrere Segmente und eine gemein­ same Rückelektrode aufweist, unter Verwendung eines Mikroprozessors, der die anzuzeigenden Daten seriell ausgibt, und unter Verwendung eines Seriell/Parallel- Wandlers, der die anzuzeigenden Daten für jedes Seg­ ment der Flüssigkristallanzeige statisch zur Verfügung stellt, und bei dem die Ansteuerung der einzelnen Seg­ mente und der Rückelektrode mit einer Taktfrequenz von 30 bis 100 Hz invertiert wird (Wechselspannungsansteue­ rung), dadurch gekennzeichnet, daß die anzuzeigenden Daten alle 0,05 Sekunden bis 0,5 Sekunden neu vom Mikro­ prozessor (21) ausgegeben werden, daß die Daten für die einzelnen Segmente (17a . . . 17g) und für die Rückelektrode (15) bei jeder zweiten Datenausgabe vom Mikroprozessor (21) invertiert werden und daß der Mikroprozessor (21) zusammen mit der Invertierung der Anzeigedaten bei jeder zweiten Datenausgabe auch den Takt der Wechselspannungs­ ansteuerung invertiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anzuzeigenden Daten alle 0,1 Sekunde neu vom Mikro­ prozessor (21) ausgegeben werden.