DE3851688T2

DE3851688T2 - Vorrichtung, um mit einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung Graupegel wiedergeben zu können.

Info

Publication number: DE3851688T2
Application number: DE3851688T
Authority: DE
Inventors: Anthony J Bernot; Michael J Johnson
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1987-11-13
Filing date: 1988-11-08
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2008-11-09
Also published as: US4840460A; CA1328318C; EP0316708A2; ES2063751T3; EP0316708A3; DE3851688D1; EP0316708B1; JPH0212A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallanzeige gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.
Bestimmte Materialien, die allgemein als Flüssigkristalle bezeichnet werden, sind elektrooptisch insofern, als die Anlegung einer Spannung mit geeigneter Größe die optischen Eigenschaften des durch das Flüssigkristallmedium übertragenen Lichts verändert. Diese Veränderung in den optischen Eigenschaften des durch das Flüssigkristallmedium übertragenen Lichts hat erhöhte Anwendung als Grundlage für optische Anzeigen gefunden. Dieses elektrooptische Verhalten ist besonders gut für aktive Matrixanzeigen geeignet, bei denen ein Festkörperschalter (wie beispielsweise ein Dünnfilmtransistor oder eine Diode) mit hoher Impedanz verwendet wird, um die Spannung an den Flüssigkristall-Kondensator an jedem Pixel der Matrixanzeige anzulegen. Zusätzlich besitzen Flüssigkristall-Anzeigeeinheiten eine geringe Spannungsanforderung, wobei die Spannung lediglich verwendet wird, um die anfängliche Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zu deformieren. Flüssigkristall-Anzeigeeinheiten können bei Umgebungslicht arbeiten, wenn ein Spiegel hinter dem Flüssigkristallmaterial angeordnet wird und die optischen Eigenschaften des Materials verwendet werden, um das reflektierte Licht zu steuern. Die Verwendung von Umgebungslicht erfordert typischerweise, daß die Flüssigkristall-Anzeigeeinheit sorgfältig in Bezug auf die Lichtquelle ausgerichtet wird. Um das Ausrichtproblem zu vermindern und das Erfordernis nach Umgebungslicht zu vermeiden, kann das Flüssigkristall- Anzeigefeld von hinten beleuchtet werden. Schließlich kann das Flüssigkristall-Anzeigefeld relativ flach und niedrig hergestellt werden. Mit der modernen Technologie können die zugeordneten Schaltkreise so hergestellt werden, daß sie relativ wenig Raum innerhalb jeder gewünschten Konfiguration einnehmen.
Bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt leiden jedoch die Flüssigkristallanzeigen an der mangelnden Fähigkeit, einen befriedigenden Graupegel in der Einheit vorzugeben. In der Vergangenheit haben Versuche zur Erzielung eines Graupegels in Flüssigkristallanzeigen die direkte Lösung der Unterteilung eines jeden Anzeigepunktes verwendet, der nachstehend als ein Pixel bezeichnet wird und der in mehrere Untereinheiten oder Subpixel unterteilt wird. Die Anzahl der Untereinheiten, die aktiviert wird, gibt die Graupegel-Abstaffelung vor. Diese Lösung hat sich aus zwei Gründen als unbefriedigend erwiesen. Bei jeder beträchtlichen Anzahl von Pixel-Untereinheiten wird die Dichte der Adreßleitungen in großem Maße erhöht mit der sich ergebenden Schwierigkeit bei der Herstellung. Ferner wird die Adressierung schwieriger, da mehrere Subpixel gleichzeitig für jedes Pixel aktiviert werden müssen. Eine andere Technik, die versucht worden ist, um eine Graustaffelung zu erzielen, besteht in der teilweise Deformierung der Molekular-Ausrichtung des Flüssigkristallmaterials durch Anlegung einer Spannung an das Pixel, die größer als die Schwellwertspannung ist aber geringer als die Spannung für die optische Sättigung. Bei einer verdrillten nematischen Flüssigkristallanzeige erzeugt solch ein Spannungspegel eine teilweise Deformierung der Molekularausrichtung des Flüssigkristalles. Die teilweise Deformierung resultiert jedoch in einer Grauabstaffelung, die eine Funktion des Betrachtungswinkels zu einer Achse senkrecht zu der Flüssigkristallanzeige ist und sich aus diesem Grund als nicht befriedigend erwiesen hat. Unter Bezugnahme nunmehr auf Fig. 1 ist die Winkelabhängigkeit der Lichtübertragung durch einen verdrillten nematischen Flüssigkristall für verschiedene angelegte Spannungen veranschaulicht. Die angelegte Spannung ist vermerkt als Ausdruck des Verhältnisses der angelegten Spannung V zu der Schwellwertspannung V&sub0; mit V/V&sub0;=3 (Fig. 1A), 2 (Fig. 1B), 1,5 (Fig. 1C) und 0 (Fig. 1D). Der Betrachtungswinkel (d. h. die Abweichung von der Achse der Anzeigeeinheit) beträgt 45º und der Winkel Φ ist der Winkel um die Achse (die Winkel sind in Fig. 1E veranschaulicht). Die Größe der Übertragung ist vorgegeben durch den Abstand von dem Zentrum (Achse) der Figur. Wie dies auf der Hand liegt, ist jeder Versuch, die angelegte Spannung in einer Zelle zu verwenden, die einen verdrillten nematischen Flüssigkristall enthält, unbefriedigend auf Grund der Winkelabhängigkeit der optischen Übertragung.
Ein Erfordernis bestand daher nach einer Technik, die die Möglichkeit einer Grauabstaffelung für eine Flüssigkristall-Anzeigeeinheit vorgibt ohne die Winkelabhängigkeit, die der Grauabstaffelungstechnik bei einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit im Stand der Technik zugeordnet ist.
AUS der US-A-4 712 877 ist eine Flüssigkristall- Anzeigeeinheit bekannt, bei der Pixelelemente in einer Matrix angeordnet sind und jedes Pixelelement in mehrere schichtförmige Subpixelelemente unterteilt ist, die zugeordnete Aktivierungseinrichtungen aufweisen. Diese Aktivierungseinrichtung umfaßt Steuerkondensatoren von veränderlicher Schichtdicke, wobei sich die Kondensatoren in Reihenanordnung zu den schichtförmigen Subpixel- Flüssigkristallbereichen befinden. Durch das Anlegen einer anwachsenden Spannung an solch eine Einrichtung kann ein Graupegeleffekt erzielt werden, indem eine unterschiedliche Anzahl von Subpixelelementen innerhalb eines jeden Pixels angeregt wird.
Ausgehend von dieser bekannten Flüssigkristall- Anzeigeeinheit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Möglichkeit einer Grauabstaffelung vorzugeben, die unabhängig von dem Betrachtungswinkel ist und die leichter gesteuert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Die vorliegende Erfindung gibt mehrere Subpixel vor, die jedem Pixel der Anzeige zugeordnet sind. Ein Steuerkondensator ist für jedes Subpixel in Reihe zu einem wirksamen Kondensator geschaltet, wobei der wirksame Kondensator Flüssigkristallmaterial zwischen den Platten aufweist und es wird ein Spannungsteilerschaltkreis für die Steuerung der Spannung über dem wirksamen Flüssigkristall-Kondensator vorgegeben. Die Werte der Steuerkondensatoren werden ausgewählt, um die Anzahl der Subpixel festzulegen, die eine optische Sättigung auf Grund der an das Pixel angelegten Spannung erzielen können. Techniken für die Steuerung der Parameter der Steuerkondensatoren für die Subpixel werden erläutert. Die Verwendung der spannungsgesteuerten Subpixel gibt die Möglichkeit einer Grauabstaffelung der Flüssigkristallanzeige vor. Da der jedem Subpixel zugeordnete Flüssigkristall entweder durch die angelegte Spannung unbeeinflußt bleibt oder gesättigt wird, wird die winkelmäßige Homogenität der übertragenen Strahlung in hohem Maße verbessert. Die winkelmäßige Homogenität der übertragenen Strahlung für Analogsignale wird ebenfalls verbessert.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen verständlich, wobei
Fig. 1 die winkelmäßige Abhängigkeit der optischen Übertragung für ein verdrilltes nematisches Flüssigkristallmaterial veranschaulicht.
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, das eine Flüssigkristall-Matrixanzeige veranschaulicht.
Fig. 3A die elektrische Kopplung der Spalten- und Zeilenleitungen mit dem Pixelelement veranschaulicht und Fig. 3B den äquivalenten elektrischen Schaltkreis veranschaulicht.
Fig. 4 eine Matrix-Flüssigkristall-Farbanzeige ist, die die vorliegende Erfindung verwenden kann.
Fig. 5 eine konzeptionelle Erläuterung der Arbeitsweise der Matrix-Flüssigkristall- Farbanzeige gemäß Fig. 4 veranschaulicht.
Fig. 6 veranschaulicht, wie Grau-Abstaffelungspegel durch Halbton-Techniken erzielt werden können.
Fig. 7 die Technik für die Vorgabe einer Graupegel-Abstaffelung für ein Flüssigkristall-Anzeigepixel mit mehreren Subpixeln veranschaulicht.
Fig. 8A, 8B und 8C Techniken für die Anordnung eines steuerbaren Kondensators in Reihe mit dem wirksamen Kondensator des Subpixels veranschaulicht.
Fig. 9 eine auseinandergezogene Darstellung einer Flüssigkristall-Pixelzelle zeigt, die die Technik mit veränderlicher Fläche verwendet, um die Kapazität des Steuerkondensators zu bilden.
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkristall-Pixelzelle zeigt, die die dielektrische Dicke verwendet, um das elektrische Feld in einem wirksamen Kondensator einer Subpixelzelle zu bilden.
Fig. 11 das Verfahren für den Entwurf einer Flüssigkristall-Pixelzelle veranschaulicht, bei der die Subpixel- Aktivierung durch den angelegten Spannungspegel festgelegt wird.
Fig. 12 eine Eigenschaft der Flüssigkristallmaterialien veranschaulicht, die die Struktur des Subpixels bewirkt.
Gemäß Fig. 2 ist das Blockdiagramm der Flüsssigkristall- Anzeigematrix dargestellt. Die Flüssigkristallanzeige 10 besitzt eine Vielzahl (M·N) von Pixeln, wobei jedes Pixel über eine von M-Spaltenleitungen und eine von N-Zeilenleitungen adressiert wird. Die M-Spaltenleitungen werden ausgewählt durch eine x-Achsen-Spaltenbus-Treibereinheit 11 auf Grund von Gruppen von Adreßsignalen Wx und die N- Zeilenleitungen werden ausgewählt durch eine y-Achsen- Zeilenbus-Treibereinheit 12. Die Schnittstelle einer aktivierten Spaltenleitung und einer aktivierten Zeilenleitung aktiviert das zugeordnete Pixel.
Gemäß Fig. 3A ist die Kopplung der Spalten- und Zeilenieitungen mit dem Pixel veranschaulicht. Die Zeilen- und Spaltenleitungen sind auf einem Substrat 29 angeordnet, das eine Oberfläche des Behälters für das Flüssigkristallmaterial bildet. Die Zeilenleitungen und die Spaltenleitungen sind (elektrisch) durch Isoliermaterialkissen 21 voneinander getrennt. In enger Nachbarschaft zu der Schnittstelle einer Spaltenleitung (m) und einer Zeilenleitung (n) ist ein Dünnfilmtransistor 20 hergestellt. Der Dünnfilmtransistor 20 besitzt einen Quellenanschluß, der an die Spaltenleitung (m) angeschlossen ist und einen Steueranschluß, der an die Zeilenleitung (n) angeschlossen ist. Der Dünnfilmtransistor 20 ist mit seinem Senkenanschluß an ein Leitermaterial 25 angeschlossen, das auf der Innenoberfläche des Substrates 29 (im bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Glas hergestellt) angeordnet ist. Das an das Flüssigkristallpixel (m,n) angelegte elektrische Feld ergibt sich durch die Potentialdifferenz zwischen der an das Leitermaterial 25 angelegten Spannung und der Spannung des gemeinsamen Anschlusses, der auf dem zweiten Substrat 32 (in Fig. 4 gezeigt) hergestellt ist und der das Flüssigkristallmaterial enthält. Das Substrat 32 ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Glasmaterial, wobei der gemeinsame Anschluß auf der inneren Oberfläche angeordnet ist. Der äquivalente elektrische Schaltkreis für das Pixel ist in Fig. 3B gezeigt. Der Dünnfilmtransistor 20 ist mit dem Quellenanschluß an die Spaltenleitung (m) angeschlossen und mit dem Steueranschluß an die Spaltenleitung (n) angeschlossen. Der Senkenanschluß des Transistors 20 ist mit dem Kondensator 5 verbunden. Der Kondensator 5 wird gebildet durch das Leitermaterial 25, den Flüssigkristall, der als dielektrisches Material wirkt und den Masseanschluß auf der zweiten Platte der Flüssigkristallanzeige.
Gemäß Fig. 4 ist eine Flüssigkristall-Farbanzeige dargestellt. Das Glasssubstrat 29 besitzt einen Polarisator 31 auf der Außenfläche des Substrates 29, während die Innenfläche des Substrates 29 Elektroden 30 besitzt (d. h. die Dünnfilmtransistoren 20 und das Leitermaterial 25 von Fig. 3 sowie die Spalten- und Zeilenleitungen), die darauf angebracht sind. Das zweite Substrat 32 besitzt einen Polarisator 31, der einer Außenfläche zugeordnet ist und Farbfilter, die der Innenfläche zugeordnet sind. Ein Leitermaterial 34, das als gemeinsame Elektrode dient, ist auf der Innenseite des Glassubstrates 32 angeordnet und die Filter 33 sind auf dem Leitungsmaterial 34 angeordnet. Der Flüssigkristall 35 ist zwischen dem ersten und zweiten Substrat und zugeordneten Materialien angeordnet, während Abstandshalter 36 den Substrat-Zwischenabstand aufrechterhalten, der den Flüssigkristall enthält.
Gemäß Fig. 5 ist die Betriebsweise der Flüssigkristallanzeige von Fig. 4 erläutert, die eine verdrillte nematische Flüssigkristallanzeige für das durch die Anzeige übertragene Licht verwendet. In dem verdrillten nematischen Flüssigkristall sind die Moleküle 40 im allgemeinen länglich. Wenn in Fig. 5A die dem Substrat 32 und 29 entsprechend zugeordneten Polarisatoren 31 aufeinander ausgerichtet sind und keine Spannung zwischen den Elektroden 30 und 40 angelegt wird, so sind die Moleküle des verdrillten nematischen Kristalls im allgemeinen entlang der Längsachse parallel zu den eingrenzenden Oberflächen ausgerichtet. Die Moleküle sind jedoch geringfügig relativ zu den nächsten Nachbarn entlang einer Achse senkrecht zu den eingrenzenden Oberflächen verdreht. Bei dieser Molekularkonfiguration ward Licht, das durch den Lichtpolarisator 31 polarisiert ist, der dem Substrat 29 zugeordnet ist und das entlang der Achse senkrecht zu den zwei Begrenzungsoberflächen wandert, nicht durch den Polarisator 31 übertragen, der dem Substrat 32 zugeordnet ist. Wenn in Fig. 5B eine hinreichend große Spannung zwischen den Elektroden 34 und 30 angelegt wird, so werden die Moleküle 40 zu dem elektrischen Feld ausgerichtet und Licht kann durch die Anzeige übertragen werden. In Fig. 5C behalten die Moleküle 40 bei Zwischenfeldern die in dem Material angetroffene Drehung bei, wenn kein Feld angelegt ist, wobei eine teilweise Ausrichtung zu dem elektrischen Feld für Moleküle im Innern der Anzeige auftritt. Wie jedoch in Fig. 1 veranschaulicht, ist bei Zwischenfeldern das übertragene Licht axial nicht symmetrisch.
Gemäß Fig. 6 ist die Technik für die Erzielung einer Graustaffelung in 10 Schritten durch selektive Aktivierung von Bereichen einer 3·3-Pixelmatrix dargestellt. Diese Technik ist bekannt als Halbton- Technik und stützt sich auf die Integration des Auges, wenn ein Pixel hinreichend weit entfernt und/oder hinreichend klein ist, um eine Auflösung der Subpixel (bzw. Unterbereiche) zu verhindern. Bei dem Grauabstaffelungspegel Nr. 1 ist kein Teil des Pixels beleuchtet (d. h. durch Übertragung von Licht). Bei dem Grauabstaffelungspegel Nr. 2 wird durch eine Pixel- Subregion Licht übertragen. Bei jedem nachfolgenden Grauabstaffelungspegel wird durch einen zusätzlichen Subpixelbereich Licht übertragen bis bei dem Graupegel Nr. 10 das gesamte Pixel beleuchtet ist, indem durch dieses Licht übertragen wird.
Gemäß Fig. 7 ist die Technik zur Vorgabe der Aktivierung einer ausgewählten Anzahl von Subpixeln dargestellt, wobei die Anzahl der aktivierten Subpixel durch die an das Pixel angelegte Spannung festgelegt wird. Der Dünnfilmtransistor 20 ist mit mehreren Subpixeln S&sub0; bis SQ verbunden. Die Subpixel S&sub0; bis SQ besitzen jeweils einen wirksamen Kondensator C(LC)&sub0; bis C(LC)Q, wobei das Flüssigkristallmaterial zwischen den Platten der wirksamen Kondensatoren angeordnet ist und dem elektrischen Feld unterworfen wird, das sich aus der Aufladung der Platten des wirksamen Kondensators ergibt. In Reihe zu jedem wirksamen Subpixel-Kondensator C(LC)&sub0; bis C(LC)Q ist ein Steuerkondensator C&sub0; bis CQ angeordnet. Wenn sich der Transistor 20 im leitenden Zustand befindet, so wird die Spannung VA über jedem Paar von Kondensatoren, die in Reihe geschaltet sind, angelegt. Die über dem Flüssigkristall für jedes Subpixel angelegte Spannung ist wie folgt vorgegeben: V(LC)q=VA·Cq/[Cq+C(LC)q). Somit kann der Steuerkondensator Cq die über dem Flüssigkristallmaterial angelegte Spannung von jedem Subpixel für eine vorgegebene an das Pixel angelegte Spannung festlegen.
Gemäß den Fig. 8A, 8B und 8C sind drei Techniken für die Herstellung eines Steuerkondensators mit mehreren Kapazitätswerten in Reihe zu dem wirksamen Subpixel- Kondensator dargestellt. Diese Techniken sind am besten verständlich, wenn man den Ausdruck für die Plattenkondensatorgleichung C=k·e&sub0;·A/d betrachtet, wobei k die relative Dielektrizitätskonstante des Mediums ist, e&sub0; die Dielektrizitätskonstante des Vakuums ist, A die Fläche der Platten des Kondensators darstellt und d der Abstand zwischen den Platten des Kondensators darstellt. In Fig. 8A wird die Kapazität der Steuerkondensatoren durch Veränderung der relativen Dielektrizitätskonstanten k gesteuert. Somit besitzt der Steuerkondensator des Subpixels S&sub0; eine zugeordnete relative Dielektrizitätskonstante k&sub0;&sub1; der Steuerkondensator des Subpixels S&sub1; besitzt eine zugeordnete relative Dielektrizitätskonstante k&sub1; usw. Als Ergebnis ergibt sich, daß die Kapazität des Steuerkondensators für jedes Subpixel variiert werden kann. In Fig. 8B wird die Kapazität des Steuerkondensators, der in Reihe mit dem wirksamen Kondensator des Subpixels über dem Flüssigkristallmaterial geschaltet ist, durch Einstellung der Fläche von wenigstens einer Kondensatorplatte gesteuert. Eine Platte des Steuerkondensators, der dem Subpixel S&sub0; zugeordnet ist, besitzt eine Fläche A&sub0;, eine Platte des Steuerkondensators, der dem Subpixel S&sub1; zugeordnet ist, besitzt eine Fläche A&sub1; usw. Auf diese Weise kann die Kapazität des Subpixel-Steuerkondensators variiert werden. In Fig. 8C wird die Kapazität des Steuerkondensators durch Veränderung der relativen Dicke des dielektrischen Materials und des Flüssigkristallmaterials in den Subpixeln gesteuert (gesteuert durch das veränderliche elektrische Feld, das über dem Flüssigkristall angelegt wird, der jedem Subpixel zugeordnet ist). Die Dicke des dielektrischen Materials, das dem Subpixel S&sub0; zugeordnet ist, beträgt d&sub0;, die Dicke des dielektrischen Materials, das dem Subpixel S&sub1; zugeordnet ist, beträgt d&sub1; usw. Somit kann die Dicke des dielektrischen Materials, das jedem Subpixel zugeordnet ist, die relative Stärke des elektrischen Feldes über dem Flüssigkristall des zugeordneten Subpixels steuern. Bei dieser Technik der Parametereinstellung des Steuerkondensators wird die wirksame Kapazität über dem Flüssigkristall durch die Dicke des dielektrischen Materials festgelegt, welches als ein Steuerkondensator wirkt.
Gemäß Fig. 9 ist eine auseinandergezogene Darstellung einer Verwirklichung der Technik mit variabler Plattenfläche für die Festlegung der Kapazität des Steuerkondensators dargestellt. Die gemeinsame Elektrode 34, die mit einem Substrat (nicht dargestellt) verbunden ist, bildet eine Eingrenzung für den Flüssigkristall 35. Die gegenüberliegende Seite des Flüssigkristalls ist durch die gemeinsamen Subpixel-Elektroden 82 begrenzt. Die gemeinsamen Subpixel-Elektroden 82 sind die Elektroden, die dem wirksamen Flüssigkristall-Kondensator und dem Steuerkondensator gemeinsam sind. Die gemeinsamen Subpixel-Elektroden 82 sind nicht mit dem Rest der Anzeige durch Leitungselemente verbunden. Die gemeinsamen Subpixel-Elektroden sind auf der dielektrischen Schicht 81 angeordnet. Auf der zweiten Seite der dielektrischen Schicht 81 befindet sich die Subpixel-Elektrode 25. Wie durch Betrachtung der Elektrode 25 klar wird, besitzt die Fläche der Elektrode 25, betrachtet von jeder zugeordneten gemeinsamen Subpixel-Elektrode, einen unterschiedlichen Wert für jede gemeinsame Subpixel- Elektrode. Die Elektrode 25 ist auf der Glasplatte 29 (in Fig. 3) angeordnet.
Gemäß Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkristall-Pixelzelle gezeigt, die die Verwendung der veränderlichen dielektrischen Dicke veranschaulicht, um die Spannung über einem wirksamen Flüssigkristall- Subpixel-Kondensator festzulegen. Die gemeinsame Pixelelektrode bildet eine Begrenzung des Flüssigkristallmaterials 35 des Pixels. Eine-zweite Elektrode 25 bildet die zweite Begrenzung der Pixelzelle. Zugeordnet zu der Elektrode 25 sind mehrere dielektrische Materialbereiche 91-94, von denen jeder eine zugeordnete Dicke d&sub0; bis d&sub3; entsprechend aufweist. Die Spannung zwischen der Oberseite der dielektrischen Bereiche 91-94 und der Elektrode 34 (und demzufolge das hierdurch erzeugte elektrische Feld) wird durch die Dicke des zugeordneten dielektrischen Bereiches festgelegt.
Gemäß Fig. 11 ist ein Verfahren zur Festlegung der Subpixelparameter für die Möglichkeit der Grauabstufung veranschaulicht. Die Ordinate der Darstellung ist durch die Spannung V(LC) über dem wirksamen Subpixel- Kondensator vorgegeben. Die Abszisse ist durch die Spannung VA vorgegeben, die über der Pixelzelle angelegt wird, wobei die Differenz die Spannung über dem Steuerkondensator ist. Die Kurven V(LC)&sub0;, V(LC)&sub1;, V(LC)&sub2; und V(LC)&sub3; stellen die Spannungen über den wirksamen Subpixel-Kondensatoren in Abhängigkeit von der angelegten Spannung dar. Der Spannungspegel VL zeigt die Spannung für die Weiterschaltung der optischen Aktivität an, während VU den Spannungspegel anzeigt, bei dem eine Sättigung der optischen Aktivität stattfindet. Somit ist unterhalb der Spannung VL das Subpixel vollständig lichtundurchlässig, während oberhalb der Spannung VU das Subpixel völlig transparent ist. Gemäß der Kurve V(LC)&sub0;, d. h. der Spannung über dem wirksamen Flüssigkristall- Kondensator des Subpixels S&sub0; ist das zugeordnete Subpixel transparent, wenn die Spannung VA=V&sub0; an das Pixel angelegt wird. V(LC)&sub1;, die Spannung über dem wirksamen Flüssigkristall-Kondensator des Subpixels S&sub1; sollte höchstens VL betragen, wenn VA=V&sub0;. Gemäß Fig. 9 bildet dieses Verhältnis die Beziehung zwischen der Elektrode 25, die dem Subpixel S&sub0; zugeordnet ist und dem Bereich der Elektrode 25, die dem Subpixel S&sub1; zugeordnet ist. In gleicher Weise erreicht, wenn die Pixelspannung VA=V&sub1; beträgt, die Spannung über dem wirksamen Pixelkondensator V(LC)&sub1; die optische Sättigungsspannung VU, während die Spannung V(LC)&sub2; über dem wirksamen Flüssigkristall- Kondensator des Subpixels S&sub2; die Flüssigkristall- Schwellwertspannung VL erreicht. Dieser Spannungszustand legt das Verhältnis des Bereiches der Kondensatorplatte 25, die dem Subpixel S&sub1; zugeordnet ist und dem Bereich der Kondensatorplatte 25, die dem Subpixel S&sub2; zugeordnet ist, fest.
Gemäß Fig. 11 sind die Kurven V(LC)&sub0;, V(LC)&sub1;, V(LC)&sub2; und V(LC)&sub3; nicht linear. Die Nichtlinearität ist das Ergebnis der geänderten Orientierung der anisotropischen Flüssigkristallmoleküle unter dem Einfluß des angelegten elektrischen Feldes und wird unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben.
Gemäß Fig. 12 ist die Funktion der Dielekktrizitätskonstanten für einen wirksamen Flüssigkristall- Kondensator in Abhängigkeit von der angelegten Spannung veranschaulicht. Die relative Dielektrizitätskonstante K besitzt einen Minimalwert, der im wesentlichen konstant verbleibt, bis die Spannung die Nähe der Spannung für die optische Aktivierung VL erreicht. Die relative Dielektrizitätskonstante fährt mit dem Anstieg über den Spannungspegel VU für die optische Sättigung fort und erreicht einen Maximalwert bei einem Spannungspegel VUC für die dielektrische Sättigung. Diese Veränderung der Dielektrizitätskonstanten muß in Rechnung gestellt werden bei der Vorgabe der Spannung, die an ein ausgewähltes Subpixel für die optische Sättigung angelegt werden muß, während das nächste ausgewählte Subpixel eine daran angelegte Spannung besitzt, die in der Nähe des Schwellwertes für die optische Aktivität liegt.

Wirkungsweise des bevorzugten Ausführungsbeispieles

Durch Verwendung eines Steuerkondensators mit steuerbarer Kapazität in Reihe mit jedem Flüssigkristallbereich eines Subpixels kann die an das Pixel angelegte Spannung festlegen, welche von den Subpixeln Licht übertragen können. Die Möglichkeit der Anlegung einer steuerbaren Spannung an das Pixel zusammen mit der Möglichkeit der Steuerung der optischen Eigenschaften eines jeden Subpixels in Abhängigkeit von der an das Pixel angelegten Spannung gestattet den Pixeln der Flüssigkristallanzeige die Möglichkeit der Graupegelabstufung mit großem Betrachtungswinkel, d. h. als eine Funktion der angelegten Spannung.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Aktivierung der ausgewählten Subpixel durch die Einführung eines Steuerkondensators gesteuert, der in Reihe mit dem Flüssigkristallbereich des Subpixels geschaltet ist. Der in Reihe geschaltete Steuerkondensator wird so hergestellt, daß er einen Spannungsteilerschaltkreis vorgibt, wobei das zugeordnete Subpixel bei einer vorbestimmten Spannung optisch aktiviert wird, die über dem Pixel angelegt wird. Durch Anordnung der Steuerkondensatoren zwecks Vorgabe der optischen Aktivierung des Subpixel-Flüssigkristalles bei ausgewählten Pixelspannungen wird eine Möglichkeit der Grauschattierung in Abhängigkeit von der an das Pixel angelegten Spannung erzielt. Die Kapazität des in Reihe geschalteten Steuerkondensators kann variiert werden in Abhängigkeit von der Dielektrizitätskonstanten, in Abhängigkeit von dem Kondensator-Plattenabstand und/oder in Abhängigkeit von der Kondensator-Plattenfläche. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Technik der Kondensator-Plattenfläche verwendet, die die beste Steuerung der optischen und elektrischen Eigenschaften vorgibt.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Transistor, der die Anlegung der Spannung an jedes Pixel steuert, auf dem Substrat unter Verwendung der Dünnfilmtechnologie hergestellt. Diese Transistoren können unter Verwendung von amorphem Silicium, Polysilicium, Cadmium, Selenit, Telerium oder anderem geeignetem Material hergestellt werden. Das Flüssigkristallmaterial wird aus einem geeigneten verdrillten nematischen Material ausgewählt. Es ist jedoch klar, daß die Lösung der vorliegenden Erfindung für Materialien verwendet werden kann, die eine optische Aktivierung besitzen, die in Funktion der Spannung festgelegt ist. Das Substrat kann aus Glas, Hochtemperatur-Glas, Quarz oder anderem geeigneten Material hergestellt werden.
Wenn das auf der Flüssigkristallanzeige darzustellende Bild als eine Gruppe von logischen Signalen gespeichert ist, so kann ein Digital/Analog-Wandler verwendet werden, um die geeignete Pixelspannung VA zu erhalten.
Obgleich die vorliegende Erfindung in Bezug auf Spannungsschritte beschrieben worden ist, die an das Pixel angelegt werden, wodurch optisch nicht gesättigte Subpixel vermieden werden, liegt es auf der Hand, daß die vorliegende Erfindung die Gleichförmigkeit der Lichtübertragung über einen großen Betrachtungswinkel auf Grund der Anlegung von Analogsignalen an die Pixelelemente der Flüssigkristall-Anzeigeeinheit erhöht. Diese Verbesserung ist die Folge der Tatsache, daß für mehrere Subpixel ein angelegtes Analogsignal dazu führt, daß sich nur ein Subpixel nicht in einem gesättigten Zustand befindet. Somit besitzt nur ein Subpixel (aus der Vielzahl von Subpixeln) eine optische Übertragung mit merklicher Winkelabhängigkeit. Somit tritt die Winkelabhängigkeit weniger hervor und wird einer optischen Übertragung ohne merkliche Winkelabhängigkeit überlagert. In gleicher Weise kann ein Graupegel- Pixelelement durch Verwendung der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Techniken geschaffen werden, indem eine Folge von Subpixeln für jedes Pixel geschaffen wird, das eine optische Sättigung bei unterschiedlichen Spannungen erreicht, aber nicht notwendigerweise die in Fig. 11 gezeigte Beziehung aufweist. Wenn das Pixel typischerweise mehrere Subpixel in einem Zustand optischer Übertragungssättigung aufweist, so wird die Gleichförmigkeit der axialen optischen Übertragung verbessert.

Claims

1. Flüssigkristallanzeige mit mehreren Pixelelementen, die in einer M·N-Matrix angeordnet sind, wobei jedes Pixelelement umfaßt:

mehrere Subpixel-Elemente (20, 25; 30; S&sub0;-SQ), wobei jedes Subpixelelement einen Bereich mit dem Flüssigkristall (35) und Aktivierungseinrichtungen (20) zum Aktivieren von jedem Subpixel in Abhängigkeit von einer über dem Pixelelement angelegten Spannung aufweist;

wobei die Aktivierungseinrichtung passive und aktive Elemente (20; C&sub0;-CQ) aufweist und die Aktivierungseinrichtung eine Graustaffelung für das Pixelelement vorgeben und die Graustaffelung im wesentlichen gleichmäßig in Abhängigkeit von dem Betrachtungswinkel ist; und

wobei die Subpixel-Aktivierungseinrichtung einen Steuerkondensator (C&sub0;-CQ) in Reihe mit dem Flüssigkristallbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Subpixelelemente (S&sub0;-SQ) innerhalb eines jeden Pixelelementes in einer Matrix von n·n selektiv aktivierbaren Bereichen gleicher Form und Größe aber mit geringerer Größe als jedes Pixelelement angeordnet sind, um die Graustaffelstufen zu steuern und jedes Subpixelelement eine Kapazität besitzt, die durch den Steuerkondensator (C&sub0;-CQ) festgelegt ist, wobei die Steuerkondensatoren (C&sub0;-CQ) unterschiedliche Kondensator- Elektrodenflächen (A&sub0;-AQ) aufweisen.

2. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Subpixelelemente (S&sub0;-SQ) in einer Folge angeordnet sind, wobei ein ausgewähltes Subpixelelement optische Sättigung auf Grund einer an das Subpixelelement angelegten Spanung erreicht, während ein nächstes Subpixelelement in der Folge eine optische Schwellwert- Aktivierungsspannung nicht erreicht hat.

3. Anzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Subpixelelemente (S&sub0;-SQ) eine optische Sättigung auf einer unterschiedlichen Pixelspannung erreicht.

4. Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gek e n n zeichnet durch die Verwendung eines verdrillten nematischen Flüssigkristallmaterials.