Spannungspegel am Segment-LCD

[Bene (Gast)]

Hallo Zusammen,

für ein projekt soll ich ein 7-Segment-LCD ansteuern.
Dieses LCD hat einen Bias und ein Duty von 1/3, das heißt dass ich drei 
Commonleitungen habe und insgesamt 4 verfügbare Spannungen 
(5V,3.3V,1.6V,0V).

Das man keine Gleichspannung anlegen darf hab ich verstanden. Ich habe 
auch verstanden, wie ich mehrere Spannungspegel erzeuge und die dann auf 
die Leitung gebe.
Mir gehts es rein um die anliegende Spannung am LCD.

In diversen Datenblättern habe ich gefunden, wie so ein LCD angesteuert 
wird. Im Anhang ist auch ein Bild davon.

Meine Frage:
Wie in dem Bild zu erkennen ist, wird bei der Kombination COM0-SEG0 
zuerst 1.6V(V1) und dann -1.6V. Aber warum? Müsste die im Bild markierte 
Stelle nicht ganz schwach leuchten? Wenn nein: Warum? Ich lege ja 
immerhin 1.6V an. Warum werden die Spannungspegel nicht so geschalten, 
dass direkt 0V anliegen?

Kann mir da jemand weiterhelfen, der sich schonmal mit der Thematik 
befasst hat?

Vielen dank im voraus.

[Sebastian (Gast)]

Ist doch alles prima. Das LCD braucht Wechselspannung, und der 
kontinuierliche Wechsel von +1,6 auf -1,6 am entsprechenden Segment hält 
dieses aktiviert und gesund.
Inaktive Segmente haben im Prinzip den gleichen Pegel wie die 
dazugehörige Backplane - theoretisch. In der Praxis haben Segmente eine 
gewisse Schwellspannung, unter der sie nicht ansprechen.

[Bene (Gast)]

He... danke für die schnelle Antwort.

Bei 1.6V (bzw. -1.6V) sollte das angesteuerte Segment aber nicht 
leuchten.
Erst bei 5V sollte es angesprochen werden (so hab ich das verstanden).

Wenn ich jetzt davon ausgehe, dass das Segment bei 1.6V noch nicht 
angesprochen wird, aber bei 5V angesprochen wird: Wofür brauche ich dann 
die 3.3V? Die liegen nie am Display an.

Ich komm nicht dahinter, was das mit der Kurvenform auf sich hat. 
Außerdem, warum man mehr spannungspegel benötigt, um eine höhere Anzahl 
von segmenten ansteuern zu können?

[Sebastian (Gast)]

Oh, sorry, das LCD ist also bei 1,6 Volt noch inaktiv. Dann dienen die 
+/- 1,6 Volt nur dazu, dem inaktiven Segment trotzdem keine 
Gleichspannung anzubieten. Wahrscheinlich ist es beim 3:1 Multiplex 
nicht möglich, ein inaktives Segment ganz auf 0 Volt zu legen.
Was die Spannungspegel angeht... Die Grafik zeigt ja nur einen 
Ausschnitt. Eigentlich müßte man sich diese Spannungsverläufe für jedes 
Segment aufzeichnen, auch für die, die auf anderen COM-Leitungen liegen.

[Bene (Gast)]

kein problem.

Aber vllt. kannst du mir beantworten, warum ich mehr spannungspegel 
benötige, um mehr segmente ansteuern zu können.  sollten 4 
Spannungspegel nicht ausreichen für eigentlich unendlich viele Segmente 
sein? nur die Zeit, zwischen dem ansprechen des jeweiligen Segmentes 
sollte sich doch dadurch verlängern?

[Sebastian (Gast)]

Ich versuche mal eine Erklärung:

Unbenutzte Segmente darf man nicht hochohmig schalten bzw. unbeschaltet 
lassen, da sie sonst zum "Ghosting" neigen, also unkontrolliert mit 
ansprechen.
Man muß also jedes Segment und jede Backplane aktiv ansteuern, 
offenlassen ist nicht.

[Bene (Gast)]

Dass man die segmente nicht in einem undefinierten zustand lasse darf 
ist logisch, aber wieso ich deshalb genau auf vier verschiedene 
Spannungspegel komme versteh ich nicht. Und wie sich diese 
Spannugsverläufe zusammensetzten.

Da liegt bei mir noch der Hund begraben.

[Nosnibor (Gast)]

Die vielen Spannungen werden gebraucht, weil jedes Segment die Differenz 
zwischen einer Backplane und einer Segmentleitung "sieht", und weil man 
diese Differenzen unter Kontrolle bekommen muß, damit wirklich nur die 
Segmente "leuchten", die man auch ansprechen will.

z.B. legt man in einer Phase die aktive Backplane auf 5V. Dann muß man 
die jetzt aktiven Segmentleitungen auf 0V legen, damit die angesteuerten 
Segmente 5V Spannungsdifferenz "sehen" und entsprechend sichtbar 
reagieren. Was machen wir aber mit den anderen Backplane- und 
Segmentleitungen? Die momentan unbenutzten Backplanes dürfen ja nicht 
mehr als 1,6V von den 0V abweichen, sonst reagieren immer alle Segmente, 
die an derselben Segmentleitung liegen, gleichzeitig. Und die 
unbenutzten Segmentleitungen durfen um nicht mehr als 1,6V von den 5V 
abweichen, sonst würden alle Segmente der aktiven Backplane ansprechen. 
Ach ja, und zwischen den unbenutzen Backplanes und den unbenutzen 
Segmentleitungen dürfen auch nicht mehr als 1,6V liegen.

Damit kommt man dann auf die vier Spannungen:
5V (aktive Backplane)
3,3V (unbenutze Segmentleitung)
1,6V (unbenutzte Backplane)
0V (aktive Segmentleitung)

Und weil das LCD ja Wechselspannung braucht, kommt gleich danach 
dasselbe nochmal mit vertauschten Spannungspegeln:
0V (aktive Backplane)
1,6V (unbenutze Segmentleitung)
3,3V (unbenutzte Backplane)
5V (aktive Segmentleitung)

Und dann ist die nächste Backplane dran usw.

Die aktiven Segmente sehen jetzt also in jedem Zyklus zweimal 5V, 
hoffentlich reicht das, damit sie ansprechen. Und an den unbenutzten 
Segmenten werden wir die 1,6V nicht los, hoffentlich reagieren sie da 
noch nicht sichtbar. Bei einem Dsiplay mit Bias 1:2 hätte man übrigens 
mehr Spielraum zwischen der größten Spoannung, bei der noch nichts 
passiert, und der kleinsten Spannung, bei der ein Segment anspricht; 
entsprechend kommt man da mit einem Spannungspegel weniger aus (alle 
momentan unbenutzten Leitungen liegen auf mittlerer Spannung).

Das ganze funktioniert also nur, weil die Flüssigkristalle nichtlinear 
reagieren: bei 1,6V reagieren sie eben noch gar nicht, und nicht ein 
Drittel so stark wie bei 5V. Aber das ist beim Multiplexen immer so: 
LEDs sind ja auch nichtlinear (in die eine Richtung leiten (und 
leuchten) sie, in die andere nicht), deswegen eignen sie sich zum 
Multiplexen.

Bei der Gelegenheit eine Behauptung: Glühbirnen sind zwar auch 
nichtlinear, aber falschherum (bei kleinerer Spannung fließt ein 
unverhältnismäßig höherer Strom); deshalb kann man sie nicht 
multiplexen. Oder weiß jemand ein Gegenbeispiel?