DE3806843A1 - Opto-elektronische anzeige-matrix und verwendung dieser matrix - Google Patents
Opto-elektronische anzeige-matrix und verwendung dieser matrixInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine opto-elektronische Anzeige-
Matrix mit Zeilen- und Spaltensegmenten, die im
Multiplexbetrieb angesteuert werden. Ferner betrifft
die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen
opto-elektronischen Anzeige-Matrix.
Zu den opto-elektronischen Bauelementen zählen auch
Lichtsignale aussendende, aktive oder passive Bauelemente.
Zu den aktiven Bauelementen rechnet man Halbleiterstrahler
wie Lumineszenz-Dioden (LED), Halbleiteranzeigen
sowie Gasentladungsanzeigen. Passive Bauelemente
sind insbesondere Flüssigkristall-Anzeigen,
bei denen das Umgebungslicht moduliert und so die
erforderliche Kontraständerung erreicht wird.
Matrizen bestehen aus einzelnen Segmenten, die in n
Zeilen und m Spalten angeordnet sind. So sind z. B.
bei Sieben-Segment-Anzeigen sieben LED's auf einem
Metallträger montiert und mit Kunstoff umgossen.
Numerische oder alphanumerische Anzeigen lassen sich
sowohl im statistischen als auch im sogenannten Zeitmultiplex-
Betrieb mit Frequenzen, die vorzugsweise über
25 Hz liegen, realisieren, um so eine flimmerfreie
Darstellung zu erreichen.
Daneben kommt den Flüssigkristallanzeigen wachsende
Bedeutung zu. Unter Flüssigkristallen versteht man
solche meist organische Verbindungen, die in flüssigem
Zustand abhängig von der Umgebungstemperatur eine
anisotrope und eine isotrope Phase durchlaufen. In
der anisotropen oder auch Mesophase zeigt der Flüssigkristall
bestimmte kristalline Eigenschaften, wie
z. B. die Doppelbrechung, die sich für Anzeigezwecke
nutzen lassen. Bei Flüssigkristallen unterscheidet
man je nach Art des wirksamen Ordnungsprinzipes zwischen
nematischen, cholesterinischen und smektischen
Flüssigkristallen. Für alle konventionelle Flüssigkristallanzeigen
werden nematische Flüssigkristalle
verwendet. Die Flüssigkristallanzeige selbst besteht
aus einer oder mehreren Zellen, wovon sich jede aus
zwei parallel zueinander angeordneten Glasplatten
zusammensetzt, deren Abstand etwa 10 µm beträgt, und
deren Innenflächen mit transparenten Elektrodenschichten
überzogen sind, die entsprechend der gewünschten
Anzeigen-Konfiguration geätzt werden.
Zwischen den Glasplatten ist ein nematischer Flüssigkristall
eingefüllt. Die Zelle ist hermetisch nach
außen hin verschlossen.
Flüssigkristall-Anzeigen zeichnen sich besonders
durch die geringe Leistungsaufnahme aus. Sie können
wegen ihres geringen Spannungsbedarfes mit integrierten
Schaltkreisen betrieben werden. Bei der einfachsten
Ansteuerart für Flüssigkristall-Anzeigen
werden alle Elemente bzw. Segmente der Anzeige im
Parallelbetrieb angesteuert. Man kann jedoch auch
gleiche Segmente verschiedener Elemente auf eine Ansteuerleitung
legen und somit die Zahl der Anschlußleitungen
reduzieren. Diese Art der Aussteuerung wird
als Multiplex-Betrieb bezeichnet. Jedoch ist der erreichbare
Kontrast, die Winkelabhängigkeit des Kontrastes
und der Winkelbereich stark von der Multiplex-Rate
der Anzeige abhängig. Je niedriger das
Multiplex-Verhältnis, desto besser ist der Gesamtkontrast,
desto geringer ist die Winkelabhängigkeit und
desto größer ist der Winkelbereich des Kontrastes.
Daher sollte generell das Multiplex-Verhältnis möglichst
gering gewählt werden.
Ein Problem beim Multiplex-Betrieb von opto-elektronischen
Anzeige-Matrizen stellt auch noch die Führung
der Leitungsanschlüsse dar. So ist bereits vorgeschlagen
worden, die innen im Anzeigenbereich liegenden
Matrix-Zeilen durch Durchkontaktierungsstellen
von der Display-Rückseite anzusteuern, was allerdings
technologisch sehr aufwendig ist. Weiterhin ist bereits
vorgeschlagen worden, die Ansteuerung über
dünne Durchführungen zwischen den Matrix-Punkten zu
realisieren. Bei dieser Lösung muß jedoch jedes Segment
einer Zeile im Vergleich zum Segment der benachbarten
Zeilen seitlich versetzt werden, so daß sich
keine geradlinigen Spalten ergeben, vielmehr macht
das Erscheinigungsbild des Matrix-Display einen inhomogenen
Eindruck mit zickzackförmigen oder schrägen
Zeichen.
Die erfindungsgemäße opto-elektronische Anzeige-Matrix
mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen hat
demgegenüber den Vorteil, daß die Leiterbahnen bzw.
Zuleitungen so geführt werden, daß sich jeweils benachbarte
Segmente aus verschiedenen Zeilen übereinander
und einen geradlinigen Spaltenabschluß bildend,
anordnen lassen. Vorteilhafterweise beträgt der
Winkel der Zuleitungen zu den Zeilenlängsachsen zwischen
20° und 60° einerseits und 120° und 150° andererseits,
weiterhin 45° oder 135°, jeweils in von
Zeilenpaar zu Zeilenpaar alternierender Folge.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
werden die Zeilen- und/oder Spaltensegmente an
ihren Ecken abgeschrägt und die Abschrägung der Ecken
so ausgeführt, daß sie parallel zu den dort
entlanggeführten Spalten-Zuleitungen verläuft. Diese
Ausführungsform hat den Vorteil, daß die dünnen
Zuleitungen zu den innenliegenden Spaltensegmenten
durch die Zwischenräume zwischen den Segmentreihen
mühelos hindurchgeführt werden können. Bevorzugt
wechseln zwischen den Zeilen jeweils Spalten- und
Zeilenzuleitungen ab. Vorzugsweise können somit die
jeweiligen Matrix-Segmentkanten mit den Kanten benachbarter
Matrix-Segmente in einer Linie liegen.
Um bei den Matrix-Layouts die Forderung der Mindest-
Multiplex-Rate einzuhalten, die durch die Hälfte der
darzustellenden Linien vorgegeben ist, wird durch
"Zusammenklappen" einer Matrix mit n Zeilen und m
Spalten eine neue Matrix mit n/2 und 2 m Spalten
gebildet. Hierdurch steigt zwar der Treiberaufwand
von n+m Treibern auf n/2+2 m, aber der Kontrast der
Anzeige wird erheblich gesteigert. Dies wird bei einem
besonderst bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
dadurch erreicht, daß jeweils paarweise Zeilen
elektrisch durch Leitungen miteinander verbunden
werden. Außerdem dadurch, daß die Spaltensegmente der
nebeneinanderliegenden Spalten so miteinander verbunden
sind, daß die Spaltensegmente, die in einer
Reihe mit den Segmenten benachbarter Spalten liegen,
mit den Spaltensegmenten der übernächsten Reihe verbunden
sind. Pro Spalte ergeben sich so zwei Gruppen
von untereinander in Verbindung stehenden und parallel
angesteuerten Segmenten.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Anzeigesegmente
als Flüssigkristall-Zellen bzw. LCD-
Zellen ausgebildet.
Opto-elektronische Anzeigen können vielfach verwendet
werden, so zum Beispiel in Armband-Uhren, Tisch-Uhren,
Taschenrechnern, Codiergeräten, Meßgeräten,
Lichtschutzblenden, Waagen, Tanksäulen, Registrierkassen
usw. Jedoch sollen insbesondere die erfindungsgemäßen
Flüssigkristallzellen in Matrixform als
Anzeigevorrichtung für Wegleitinformationen in einem
Kraftfahrzeug verwendet werden. So können zur besseren
Orientierung des Fahrzeugführers optische Signale,
insbesondere digitale Daten wie Entfernungsangaben,
auf einem Matrix-Display nach der vorliegenden
Erfindung angezeigt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den
Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die zeilenweise Verbindung von mehreren Matrix-
Segmenten und
Fig. 2 die spaltenweise Verbindung von mehreren Matrix-
Segmenten.
In Fig. 1 ist eine Anordnung von 4 Zeilen a bis d
aus zwei Zeilenpaaren a, b und c, d dargestellt, wobei
die Segmente 1 einer jeden Zeile mit einem benachbarten
Segment der nächsten Zeile durch Zuleitungen
3 miteinander verbunden sind. So ist das erste
Segment der Zeile a mit dem darunterliegenden Segment
der Zeile b durch eine Zuleitung 3 verbunden, die mit
der Zeilenlängsachse 5 einen Winkel α von 45°
einschließt. Das erste Segment der Zeile b ist -
ausgehend von seinem oberen rechten Eckpunkt - durch
eine weitere Zuleitung mit dem neben dem ersten Segment
der Zeile a liegenden zweiten Segment verbunden.
Das zweite Segment der Zeile a ist über eine weitere
Zuleitung mit dem zweiten Segment der Zeile b verbunden.
Diese Reihe setzt sich bis zum sechsten Segment
der beiden Zeilen a und b usw. entsprechend
fort.
Gleiches gilt für die Segmentzeile c und d, die
ebenfalls ein Paar bilden, mit der Maßgabe, daß die
Zuleitungen zwischen den Segmenten der Zeile c und d
mit der Zeilenlängsachse 5 jeweils einen Winkel
β von 135° einschließen.
Fig. 2 zeigt mehrere aus untereinander angeordneten
und miteinander verbundenen Spaltensegmenten bestehenden
Spalten. Die Segmente sind in Reihen e, f und g
angeordnet, wobei die Spaltensegmente der Reihe e
über Zuleitungen 4, 6, 4 jeweils mit den Segmenten 2
der übernächsten Reihe g verbunden sind. Die
Zuleitungen 4 der ersten Segmentreihe e schließen mit
der Zeilenlängsachse 5 einen Winkel α von 45° ein und
sind so geführt, daß sie jeweils in einen senkrechten
zur Zeilenlängsachse 5 bzw. parallel zur Spaltenrichtung
verlaufenden Leitungsabschnitt 6 übergehen,
der an einem Segment 2 der benachbarten Zeile bzw.
Reihe f vorbeiführt. Der Leitungsabschnitt 6 geht in
eine mit der Zeilenlängsachse 5 eine Winkel β von
135° einschließende Zuleitung 4 über, die den
Anschluß zum entsprechenden Segment der Spalte g
bildet. Es wird somit in jeder Spalte jeweils ein
Spaltensegment - hier Segment 2 der Spalte f - durch
die Zuleitung 4, 6, 4 überbrückt, so daß insgesamt 2m
Treiber, daß heißt doppelt so viel Treiber wie Spalten,
notwendig sind.
Legt man nun die Fig. 1 und 2 übereinander, so ergibt
sich das Gesamtbild der Zuleitungsführung in der
Anzeige-Matrix. Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt,
sind die Ecken eines jeden Segmentes 1, 2 abgeschrägt,
so daß sich jeweils ein achteckiges Segment
ergibt. Die Abschrägungen sind spiegelsymmetrisch
ausgeführt, sie schließen also mit den Zeilenlängsachsen
5 jeweils einen Winkel α bzw. β von 45°
bzw. 135° ein. Hierdurch verkleinern sich zwar die
Anzeigeflächen der Segmente 1, 2 jedoch wird gleichzeitig
Platz für die Zuleitung 4 und 6 geschaffen,
die entlang der jeweils freigewordenen Flächen zwischen
den Segmenten angeordnet sind. Die Segmente
können somit näher aneinander angeordnet werden und
liefern in der Gesamtmatrix aus n Zeilen und m Spalten
ein kontrastreiches Bild ohne großen technischen
Aufwand. Insbesondere können die einzelnen Segmente
der Reihen a bis d bzw. e, f und g nicht nur jeweils
parallel zueinander, sondern auch spaltenweise jeweils
eine gerade Abschlußlinie bildend angeordnet
werden.
Sämtliche Segmente bilden Bildpunkte eines
Flüssigkristall-Displays, die sich bei niedrigem
Spannungspegel durch C-MOS, MOS und TTL-Kompatililtät
auszeichnen.
Bei Flüssigkristall-Displays werden elektro-optische
Effekte ausgenutzt, die sich in der etwa 5 bis 30 µm
meist 10 µm dicken Schicht zwischen den beiden Glasplatten,
die mit einer Elektrodenschicht überzogen
sind, vollziehen. Mindestens eine der Elektrodenschichten
muß transparent sein, zum Beispiel eine aus
dotiertem Zinnoxid bestehende Schicht. Wesentlich ist
die einheitliche Orientierung der Flüssigkristall-Schichten
durch die Grenzflächen der Display-Zelle.
Die Flüssigkristall-Moleküle werden dabei entweder
einheitlich parallel (homogen), senkrecht (homöotrop)
oder schräg zu den Oberflächen orientiert. Durch Einwirkung
des elektrischen Feldes auf den zwischen den
Grenzflächen eingespannten Flüssigkristallmolekülen
kommt es zu elastoelektrischen Deformationen der
Flüssigkristall-Struktur. Hierbei unterscheidet man
zwischen den sogenannten Feldeffekt-Techniken und der
Technik der dynamischen Streuung. Bei Ausnutzen der
Feldeffekt-Technik nach Art der verdrillt nematischen
Zelle (TN-Zelle) erscheint das LCD-Display zwischen
gekreuzten Polarisatoren im spannungslosen Zustand
lichtdurchlässig. Bei Anlegen einer bestimmten
Spannung richten sich die Molekülachsen in
Feldrichtung aus, die Verdrehung wird aufgehoben und
das Display damit lichtundurchlässig. Bei Verwendung
von gekreuzten Polarisationsfiltern lassen sich auf
diese Weise transmissive Anzeigen mit dunklen
Symbolen auf hellem Umfeld und bei Verwendung von
parallelen Polarisationsfiltern tansmissive Anzeigen
mit hellen Symbolen auf dunklem Umfeld erzeugen.
Reflektierende Anzeigen können durch Aufkleben einer
zusätzlichen Reflektorfolie oder durch Verwendung
einer Polarisationsfolie mit integriertem Reflektor
hergestellt werden.
Oberhalb einer bestimmten Schwellenspannung, die an
eine dynamisch streuende Zelle bzw. an ein Segment
derselben angelegt wird, treten in der Flüssigkristall-
Schicht infolge elektrischer Leitfähigkeit
des Flüssigkristalls elektro-hydrodynamische Erscheinungen
auf, wobei es zu turbulenten Strömungen kommt.
Die nematische Ordnung bleibt nur noch in Teilbereichen
der Flüssigkristall-Schicht erhalten; diese Bereiche
sind doppelbrechend. An den Grenzen benachbarter
Bereiche treten wegen der verschiedenen Orientierung
in diesen Bereichen Änderungen des Brechungsindexes
auf; sie wirken für Licht als Streuzentren.
Die turbulenten Bereiche erscheinen bei durchscheinendem
Licht milchig-weiß. Dieser Effekt wird zu
Anzeigezwecken ausgenutzt und kann durch entsprechende
Ausleuchtung der transmissiven Anzeige vor einem
dunklen Hintergrund noch verstärkt werden. Bei
Abschaltung der Spannung nehmen die Moleküle des
Flüssigkristalls ihre nematische Ordnung wieder ein,
die Streuzentren verschwinden.
Ein nicht zuletzt werden der geringen Einbautiefe, der
guten Kontrasteigenschaften, des großen Ablesewinkels
und der geringen Parallelaxe bei LCD-Anzeigen bevorzugter
Einsatzbereiche ist die Anzeige von Wegleitinformation
in elektronischen Leit- und
Orientierungseinrichtungen eines Kraftfahrzeuges.
Hierbei werden anhand eingegebener Daten und unter
Verwendung der von einem elektrischen Kompaß und einem
Wegimpulsgeber des Kraftfahrzeugs abgegebenen
Meßwerte in einem Rechner bzw. Mikroprozessor zum
Beispiel Entfernungen und Winkelwerte zum Zielort
kontinuierlich errechnet und auf einem Display
angezeigt. Außer den angesprochenen Digitalwerten
können jedoch auch analoge Vorgänge mit Flüssigkristallanzeigen
angezeigt werden. Hierbei nutzt man
die unterschiedlichen Ansprechstellen der einzelnen
Flüssigkristall-Segmente aus, wodurch sich auf der
opto-elektronischen Anzeigematrix ein rasterhaftes
Gesamtbild ergibt. Verwendet man Flüssigkristall-
Anzeigen, die als elektrisch steuerbare Farbfilter
wirken, kann das Anzeigenbild auch farbig dargestellt
werden.
Claims (8)
1. Opto-elektronische Anzeige-Matrix mit Zeilen- und
Spaltensegmenten, die im Multiplex-Betrieb ansteuerbar
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zeilen-
bzw. Spaltensegmente (1 bzw. 2) elektrisch miteinander
verbindenden Zuleitungen (3 bzw. 4) im Bereich
zwischen den Zeilen (a, b; c, d) schräg zur
Zeilenlängsachse (5) und parallel zueinander in einer
Ebene verlaufen.
2. Opto-elektronische Anzeige-Matrix nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ( α, β ) der
Zuleitungen (3, 4) zu der Zeilenlängsachse (5)
zwischen 30° und 60° einerseits und 120° und 150°
andererseits, vorzugsweise 45° oder 135°, in von Zeilenpaar
zu Zeilenpaar alternierender Folge beträgt.
3. Opto-elektronische Anzeige-Matrix nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilen- und/oder
Spaltensegmente (1, 2) an ihren Ecken (1′, 2′) abgeschrägt
sind und die Abschrägung der Ecken ungefähr
parallel zu den dort entlanggeführten Spalten-
Zuleitungen (4) verläuft.
4. Opto-elektronische Anzeige-Matrix nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
den Zeilen (a, b; c, d) jeweils Spalten- und
Zeilenzuleitungen abwechseln.
5. Opto-elektronische Anzeige-Matrix nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
jeweiligen Matrix-Segmentkanten mit den Kanten
benachbarter Matrix-Segmente in einer Linie liegen.
6. Opto-elektronische Anzeige-Matrix nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei n
Zeilen (a, b; c, d) und m Spalten die Zeilen (a, b;
c, d) jeweils paarweise miteinander elektrisch verbunden
sind und daß bei jeder der m Spalten die
Spaltensegmente einer Reihe (e, f, g) jeweils mit den
Spaltensegmenten der übernächsten Reihe verbunden
sind, wobei zwischenliegende Spaltenelemente (2)
durch parallel zu den Spalten verlaufende
Leiterabschnitte (6) verbunden sind.
7. Opto-elektronische Anzeige-Matrix nach einem der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anzeigesegmente als Flüssigkristallzellen (LCD) ausgebildet
sind.
8. Verwendung der opto-elektronischen Anzeige-Matrix
nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Anzeigevorrichtung
für Wegleit-Informationen in einem Kraftfahrzeug.
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Legal Events
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