DE69132976T2

DE69132976T2 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69132976T2
Application number: DE69132976T
Authority: DE
Inventors: Toshiya Inada; Tomihisa Sunata; Yasuhiro Ukai
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1990-07-23
Filing date: 1991-07-23
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: EP0669549A1; DE69127866T2; EP0669549B1; EP0468452A2; US5245450A; DE69132976D1; US5321535A; KR950013550B1; DE69132975D1; DE69127866D1; EP0672935A1; US5521729A; DE69132975T2; EP0468452B1; EP0468452A3; EP0672935B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Pixelstruktur für eine Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung, wobei Pixel verwendet werden, die je aus einer Anzahl Teilpixel bestehen und eine Multigradationswiedergabe ermöglichen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Pixelstruktur, die eine verbesserte Multigradationswiedergabequalität und verbessertes Aperturverhältnis schafft.
Ein bekanntes Beispiel einer derartigen Pixelstruktur ist beschrieben worden in US Patent Nr. 4.840.460, worauf der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert ist. Wie in Fig. 1A dargestellt, die eine schaubildliche Darstellung eines Pixelgebietes einer Flüssigkristall-Wiedergabeplatte, ausgeschnitten senkrecht dazu, ist eine Steuerkondensatorelektrode 2 an der inneren Oberfläche einer transparenten Basisplatte 1 aus Glas gebildet, wobei über das ganze Gebiet der inneren Oberfläche der transparenten Basisplatte 1 einschließlich der Steuerkondensatorelektrode 2 ein isolierender Film 3 abgelagert worden ist. Auf dem isolierenden Film 3 sind vier gleichmäßig verteilte quadratische Teilpixelelektroden 41 bis 44 gebildet. Auf der inneren Oberfläche einer transparenten Basisplatte 5 aus Glas, ist in der Nähe von den Teilpixelelektroden 41 bis 44 aber in einem Abstand davon eine gemeinsame Elektrode 6 vorgesehen um zwischen dieser Platte und den Teilpixelelektroden 4, (wobei i = 1 bis 4 ist) einen Raum zu definieren, in dem der Flüssigkristall 7 eingeschlossen wird. Die Steuerkondensatorelektrode 2, die Teilpixelelektroden 4, und die gemeinsame Elektrode 6 sind transparente Elektroden aus ITO oder aus einem ähnlichen Material. Auf diese Weise wird ein einziges Pixel entsprechend den Teilpixelelektroden 41 bis 44 in vier Teilpixel F&sub1; bis F&sub4; aufgeteilt. Wie in Fig. 1B dargestellt, ist zwischen jeder Teilpixelelektrode 41 und der Steuerkondensatorelektrode 2 ein Steuerkondensator Cci gebildet, wobei der isolierende Film 3 als Dielektrikum benutzt worden ist, und zwischen der Teilpixelelektrode 4, und der gemeinsamen Elektrode 6 ist ein Flüssigkristallkondensator CLCi gebildet, wobei der Flüssigkristall 7 als Dielektrikum verwendet worden ist. Fig. 2 zeigt eine elektrisch gleichwertige Schaltungsanordnung des in Fig. 1A dargestellten Pixels. In diesem Fall sind der Bequemlichkeit halber die elektrostatischen Kapazitäten des Steuerkondensators Cc und des Flüssigkristallkondensators CLci durch CCi uns CLci bezeichnet, wobei das Teilgebiet der Steuerkondensatorelektrode 2, das jede Teilpixelelektrode 4i überlappt, derart eingestellt ist, dass die nachfolgende Gleichung erfüllt wird:
Cc1 > Cc2 > Cc3 > Cc4 (1)
Die Steuerkondensatorelektrode 2 ist, wie in Fig. 1B dargestellt, mit einer Drain-Elektrode D eines Dünnfilmtransistors 8 (nachstehend als TFT bezeichnet) verbunden, der auf der transparenten Basisplatte 1 in der Nähe des Pixels in Fig. 1 A gebildet worden ist. An die Steuerkondensatorelektrode 2 und die gemeinsame Elektrode 6 wird über den TFT 8 eine vorbestimmte Spannung Va angelegt. Wenn der TFT 8 eingeschaltet wird, wird die angelegte Spannung Va für jedes Teilpixel Fi in eine Spannung VCi an dem Steuerkondensator CCi und eine Spannung VLci an dem Flüssigkristallkondensator CLci aufgeteilt. Die Spannung VLci wied wie folgt ausgedrückt:
Dadurch, dass die Kapazität jedes Steuerkondensators CCi auf einen derartigen Wert wie in der Gleichung (1) eingestellt wird, kann die Spannung VLci an jedem Flüssigkristallkondensator CLci derart eingestellt werden, dass die nachfolgende Bedingung erfüllt wird:
VLC1 > VLC2 > VLC3 > VLC4 (3)
Wenn nun vorausgesetzt wird, dass eine Spannung, bei der die Transmission von Licht durch den Flüssigkristall gesättigt wird, durch Vu dargestellt wird, und dass eine Schwellenspannung durch VL dargestellt wird, dann kann vorausgesetzt werden, dass die Spannung VLci an dem Flüssigkristallkondensator CLci die nachfolgenden Fälle annehmen kann entsprechend einem Wert der Spannung Va, die dem Pixel zugeführt wird, wie in Fig. 3 dargestellt.
(a) VLCi = 0 für Va = 0
(b) VLcl = Vu und VLC2 VL: In diesem Fall sind VLC3 und VLC4 niedriger als VL. Die angelegte Spannung Va ist in diesem Fall durch Va1 bezeichnet.
(c) VLC2 = Vu und VLC3 = VL: In diesem Fall ist die angelegte Spannung Va durch Va2 bezeichnet.
(d) VLC3 = Vu und VLC4 = VL: In diesem Fall ist die angelegte Spannung durch Va3 bezeichnet.
(e) VLC4 = Vu: In diesem Fall ist die angelegte Spannung durch Va4 bezeichnet.
Die angelegte Spannung Vai ist wie folgt:
Va1 > Va2 > Va3 > Va4 > 0 (4)
Durch Änderung des Wertes der angelegten Spannung Va wird eine Multigradationswiedergabe erhalten
Bekanntlich wird die Spannung VLci an den Flüssigkristallkondensator CLc, derart eingestellt, dass wenn die angelegte Spannung Va den Wert Vai hat, die Spannung VLci der Spannung Vu entspricht, bei der die Transmission von Licht durch den Flüssigkristall gesättigt wird. Dies ist:
Das Teilgebiet des Steuerkondensators CCi, das die Teilpixelelektrode 4i überlappt, wird derart selektiert, dass die Kapazität die Gleichung (5) erfüllt. Wie aus der Gleichung (5) ersichtlich, verursacht die Reduktion der an den Flüssigkristallkondensator VLci der Teilpixelelektrode 4i anzulegenden Spannung eine Verringerung in der Kapazität des entsprechenden Steuerkondensators CCi. Mit anderen Worten, das Teilgebiet der Steuerkondensatorelektrode 2, das die Teilpixelelektrode 4i überlappt, muss verringert werden. Wenn aber das überlappende Gebiet abnimmt (das überlappende Gebiet des Steuerkondensators CC4 ist das kleinste Gebiet in dem obenstehenden Beispiel) nimmt ein Fehler des Kapazitätswertes CCi zu, und zwar durch Schwankungen in den Teilgebieten der Steuerkondensatorelektrode 2, welche die Teilpixelelektroden 4&sub1; bis 4&sub4; überlappen, was durch Musterfehlausrichtung verursacht wird. Wenn die Flüssigkristallkondensatorelektrode VLci von der die Transmission sättigenden Spannung Vu in starkem Maße abweicht, nimmt ein Fehler in der Multigradationswiedergabe zu, was mit einer wesentlichen Beeinträchtigung der Wiedergabequalität einhergeht.
Weiterhin müssen die benachbarten Teilpixelelektroden 4, jedes Pixels durch bestimmte zwischen denselben definierte Spalten getrennt sein, aber im Stand der Technik kann, da die Steuerkondensatorelektrode 2 derart gebildet ist, dass sie die meisten der Spalte nicht überlappt, keine Spannung an die Flüssigkristallschicht abgelegt werden, entsprechend den Spalten, welche die Steuerkondensatorelektrode 2 nicht überlappen - reduziert dies das effektive Pixelgebiet und verringert folglich das Aperturverhältnis des Pixels.
Außerdem variiert, da die Teilpixelelektroden 4, auf einfache Art und Weise durch Verteilung einer einzigen Pixelelektrode in der Reihen- und in der Spaltenrichtung gebildet sind, die Mitte eines EIN-Gebietes jedes Pixels mit der Anzahl Teilpixel, die eingeschaltet sind. Folglich ist die Wiedergabequalität nicht gut.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung zu schaffen deren Multigradationswiedergabequalität durch Streukapazitäten, die während der Herstellung eingeführt werden, nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
Nach der vorliegenden Erfindung weist eine Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung die Merkmale auf, wie diese in dem Anspruch 1 aufgeführt sind.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1A ist eine schaubildliche Ansicht einer Pixelstruktur einer herkömmlichen Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung;
Fig. 1B ist eine schematische Darstellung von elektrostatischen Kapazitäten, die zwischen den betreffenden Elektroden in Fig. 1A gebildet werden;
Fig. 2 ist ein Ersatzschaltbild des in Fig. 1A dargestellten Pixels;
Fig. 3 eine Graphik einer Charakteristik einer angelegten Spannung Va gegenüber der Flüssigkristallkondensatorspannung VLCi in einer Teilpixelelektrode Fi (wobei i = 1 bis 4 ist) in den Fig. 1A und 1B;
Fig. 4A ist eine schaubildliche Darstellung einer Pixelstruktur nach einem vergleichenden Beispiel, das nicht beansprucht wird;
Fig. 4B eine schematische Darstellung der elektrostatischen Kapazitäten, die zwischen den betreffenden Elektroden in Fig. 4A gebildet sind;
Fig. 5 ein Ersatzschaltbild des in Fig. 4A dargestellten Pixels;
Fig. 6A eine Graphik eines Beispiels einer Charakteristik der Spannung gegenüber der Transmittanz jedes Teilpixels in Fig. 4A;
Fig. 6B eine Graphik der Charakteristik der Gesamtspannung gegenüber der Transmittanz im Falle der Fig. 6A;
Fig. 7A eine Graphik eines anderen Beispiels der Charakteristik der Spannung gegenüber der Transmittanz jedes Teilpixels in Fig. 4A;
Fig. 7B eine Graphik einer Charakteristik der Gesamtspannung gegenüber der Transmittanz im Falle der Fig. 7A;
Fig. 8A eine Graphik der Charakteristik der allgemeinen Spannung gegenüber der Transmittanz von roten (R), grünen (G) und blauen (B) Pixeln in einem TN-Farb-Flüssigkristall-Wiedergabeelement;
Fig. 8B eine Graphik als Beispiel einer Charakteristik der Spannung gegenüber der Transmittanz von R, G und B Pixeln in der Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9A eine schaubildliche Darstellung einer Pixelstruktur nach einem vergleichen Beispiel, das nicht beansprucht wird;
Fig. 9B eine Draufsicht einer Steuerkondensatorelektrode nach Fig. 9A;
Fig. 10A eine Draufsicht des Hauptteils eines anderen vergleichenden Beispiels, das nicht beansprucht wird;
Fig. 10B zeigt einen Schnitt gemäß der Linie 10B-10B in Fig. 10A;
Fig. 10C zeigt einen Schnitt gemäß der Linie 10C-10C in Fig. 10A;
Fig. 11 ist ein Ersatzschaltbild jedes Pixels in dem Beispiel nach den Fig. 10A, 10B und 10C;
Fig. 12 eine schematische Draufsicht einer modifizierten Form des Beispiels nach den Fig. 10A, 10B und 10C;
Fig. 13 zeigt einen Schnitt durch eine Modifikation des Beispiels nach den Fig. 10A, 10B und 10C;
Fig. 14A ist eine Draufsicht eines Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14B zeigt einen Schnitt gemäß der Linie 14B-14B in Fig. 14A;
Fig. 15A zeigt eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15B zeigt einen Schnitt gemäß der Linie 15B-15B in Fig. 15A;
Fig. 15C zeigt einen Schnitt gemäß der Linie 15C-15C in Fig. 15A;
Fig. 16A ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16B zeigt einen Schnitt gemäß der Linie 16B- 16B in Fig. 16A; und
Fig. 16C ist ein Schnitt gemäß der Linie 16C-16C in Fig. 16A,

BESCHREIBUNG NICHT BEANSPRUCHTER VERGLEICHSBEISPIELE

Fig. 4A zeigt ein Pixelgebiet einer Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung, wobei die Elemente, die denen aus Fig. 1A entsprechen, durch dieselben Bezugszeichen und Buchstaben angegeben sind, und von denen an dieser Stelle keine detaillierte Beschreibung gegeben wird. Die aus ITO gebildete Steuerkondensatorelektrode 2 ist als breite, kreuzförmige Elektrode vorgesehen, die sich über die ganze Länge eines kreuzförmigen Spaltes Ga erstreckt, der die Teilpixelelektroden trennt und wobei die vier Eckteile über ein vorbestimmtes Gebiet an jeder Ecke eines rechteckigen Pixelgebietes in diesem Beispiel entfernt worden sind. Dadurch wird der Flüssigkristall entsprechend dem Spalt Ga zwischen den Teilpixelelektroden durch die Spannung angetrieben, die der Steuerkondensatorelektrode 2 zugeführt wird. Zwischen einer zusätzlichen Kondensatorelektrode 12 und der Teilpixelelektrode 4, (wobei i = 1 bis 4 ist) ist, wie in Fig. 4B dargestellt, unter Verwendung eines isolierenden Films 11 ein zusätzlicher Kondensator gebildet. Das heißt, in diesem Beispiel ist die zusätzliche Kondensatorelektrode 12 in einer U-Form auf den Teilpixelelektroden 41 bis 4&sub4;, durch den kreuzförmigen Spalt Ga getrennt und mit dem isolierenden Film 11 aus einem Siliziumnitrid (SiNx) gebildet. Die U-förmige zusätzliche Kondensatorelektrode 12 wird derart gebildet, dass sie sich nacheinander über die Teilpixelelektroden 41 bis 44 erstreckt. Solche zusätzlichen Kondensatorelektroden 12 der betreffenden Pixel in jeder Reihe werden sequentiell durch (nicht dargestellte) Verdrahtung verbunden und in dem Betriebszustand des Flüssigkristall-Wiedergabeelementes erhalten sie ein festes Potential. Die zusätzliche Kondensatorelektrode 12 kann beispielsweise entweder aus ITO oder aus Aluminium gebildet werden.
Fig. 5 ist ein Ersatzschaltbild des in Fig. 4A dargestellten Pixels. Da der zusätzliche Kondensator CSi durch (nicht dargestellte) Verdrahtung auf einem festen Potential gehalten wird, wird sie auf gleichwertige Weise parallel zu dem Flüssigkristall-Kondensator CLci verbunden. Die Steuerspannung Va, die an die Steuerkondensatorelektrode 2 und an die gemeinsame Elektrode 6 angelegt wird, wird durch die Kapazität Cc des Steuerkondensators und die zusammengesetzte Kapazität CLci + Csi der Kapazität CLci des Flüssigkristallkondensators und die Kapazität Csi des zusätzlichen Kondensators geteilt, und die Spannung, die dem Flüssigkristallkondensator CLci zugeführt wird, wird wie folgt ausgedrückt:
In dem Stand der Technik wird die Spannung VLci, die dem Flüssigkristallkondensator CLci zugeführt werden soll, nur dadurch festgelegt, dass die Kapazität CCi des Steuerkondensators eingestellt wird, bei der vorliegenden Erfindung aber wird die Einstellung der zusätzlichen Kapazität CSi in Kombination mit der Einstellung der Kapazität CCi benutzt. So wird beispielsweise in dem Fall, wo die Spannung VLC4 an der Kapazität CLC4 auf einen niedrigen Wert um die Spannungen VLC1 bis VLC4 herum gesetzt wird, die Kapazität des Steuerkondensators CC4 auf einen geringen Wert gesetzt, aber die Kapazität des zusätzlichen Kondensators CS4 wird auf einen großen Wert gesetzt, wodurch der Wert von CC4/(CLC4 + CS4 + CC4) in der Gleichung (6) auf einen Wert gesetzt wird, der kleiner ist als in dem Fall, wo i = 1 bis 3 ist. Bei einer derartigen kombinierten Verwendung des Steuerkondensators CCi und des zusätzlichen Kondensators CSi braucht die Kapazität des erst genannten nicht auf einen derart kleinen Wert gesetzt zu werden, wie in dem Stand der Technik, aber auf einen Wert, der durch einen Fehler in der Positionierung des Steuerkondensators CCi während der Herstellung nicht beeinträchtigt wird. Es ist erwünscht, dass sogar, wenn die zusätzliche Kondensatorelektrode 12 während der Herstellung aus ihrer Lage gebracht wird, ihr Gebiet, das jede Teilpixelelektrode 4i überlagert, sich nicht wesentlich ändert, so dass die Streuung der Kapazität unterdrückt wird.
Da die breite, kreuzförmige Steuerkondensatorelektrode 2 sich über die ganze Länge des Spaltes Ga erstreckt, der die Teilpixelelektroden 4&sub1; bis 4&sub4; trennt, wird die Spannung Va, die an die Steuerkondensatorelektrode 2 und an die gemeinsame Elektrode 6 angelegt wird, durch die isolierenden Filme 3, 11 und den Flüssigkristall 7, der über den Spalt Ga liegt, geteilt und der Flüssigkristall 7 wird gesteuert um den Durchgang von Licht je nach der Größe der Spannung Va zu ermöglichen bzw. zu sperren, wodurch auf diese Weise ein Beitrag geliefert wird zu der Muldgradationswiedergabe, wie dies bei den Teilpixelelektroden der Fall ist. Dies steigert das Aperturverhältnis des Pixels.
Übrigens, soll der Flüssigkristall 7 in dem Gebiet der Teilpixelelektrode 41, in dem die Kapazität der Steuerelektrode CCi größer ist als die in den anderen Teilpixelelektrodengebieten, mit einer Spannung versehen werden, die höher ist als diejenige, die dem Flüssigkristall in den anderen Gebieten zugeführt wird. Zum Maximieren der Spannung an einem Flüssigkristallkondensator CLci wenn die Spannung Va als fest vorausgesetzt wird, braucht die Steuerkondensatorelektrode 2 sich nur über die ganze Teilpixelelektrode 4, zu erstrecken oder auf alternative Weise können die Teilpixelelektrode 4, und die Steuerkondensatorelektrode 2 auch elektrisch verbunden sein. Die nachher noch zu beschreibende Ausführungsform benutzt eine derartige elektrische Verbindung des letzteren Falls und dies ist gleichwertig mit der Einstellung der Kapazität des Steuerkondensators CCi auf unendlich, wobei in diesem Fall der Betrag der Überlappung der Steuerkondensatorelektrode 2 und der Teilpixelelektrode 4i beliebig ist.

ENTWURF DER KENNLINIE SPANNUNG-TRANSMITTANZ

Durch Steuerung der Kennlinie Spannung-Transmittanz der Teilpixel F&sub1; bis F&sub4; durch Verwendung der Kapazitäten der zusätzlichen Kondensatoren CSi und der Steuerkondensatoren CCi nimmt der Freiheitsgrad im Entwerfen der Transmittanzkennlinie des ganzen Pixels zu, wodurch es ermöglicht wird, dass mehrere bevorzugte Kennlinien erhalten werden.
(a) Dadurch, dass die Transmittanzkennlinien der Teilpixel F&sub1; bis F4 auf Werte gesetzt werden, die auf der Spannungsachse auseinander liegen, wie in Fig. 6A dargestellt, kann die Totalkennlinie des Pixels schrittweise gemacht werden, wie in Fig. 6B dargestellt.
(b) Dadurch, dass die Kennlinien der Teilpixel F&sub1; bis F&sub4; derart eingestellt werden, dass die angelegte Spannung Va, wenn die Transmittanz des Teilpixels Fi 90% beträgt und die angelegte Spannung Va, wenn die Transmittanz des Teilpixels Fi+1 10% beträgt, einander gleich sind, die Totalkennlinie des Pixels linear wird, wie in Fig. 7B dargestellt und die Neigung der Kennlinie sanfter gemacht werden kann als in dem Fall, in dem das Pixel nicht in die Teilpixel aufgeteilt worden ist. In diesem Fall ist wird Abweichung der Transmittanz jedes Teilpixels Fi von der geraden Linie in Fig. 7A eine kleinere komprimierte Kennlinie in der Totalkennlinie, dargestellt in Fig. 7B, wodurch eine bessere Linearität geschaffen wird. Weiterhin wird das lineare Gebiet der Totalkennlinie des Pixels ebenfalls breiter als die einzelnen Kennlinie in Fig. 7A. Dies eliminiert die Notwendigkeit, die als Gammakorrektur zum Einstellen des angelegten Spannungswertes bezeichnet wird zum Korrigieren der Linearität, wenn die Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung üblicherweise als Videosignal-Wiedergabeanordnung benutzt wird.
Da die Spannung-Transmittanzkennlinie sanft ist, ist es möglich, eine breite Marge für die Ausgangsabweichung einer Treiber-IC zu setzen, die einem Quellenbus ein Signal zuführt in dem Fall, dass eine Video-Wiedergabeanordnung oder dergleichen geschaffen wird. Dadurch, dass die Spannung-Transmittanz-Kennlinien der einzelnen Teilpixel eingestellt werden, wie in Fig. 7A dargestellt, kann die Spannung, bei der die Transmittanz des Pixels gesättigt wird, niedriger gemacht werden als in dem Fall nach Fig. 6B, wie aus Fig. 7B ersichtlich; folglich kann das Pixel mit einer niedrigeren Spannung betrieben werden.
(c) Es ist als wesentliches Merkmal einer Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung von dem TN-Typ für Farbwiedergabe durchaus bekannt, dass die Spannung- Admittanz-Kennlinie des Pixels bei den Farben R, G und B jeweils anders ist, und zwar auf Basis der optisch Drehdispersion, wie in Fig. 8A dargestellt. Nach der vorliegenden Erfindung aber kann, da der Freiheitsgrad im Entwerfen der Spannung- Transmittanz-Kennlinie des Pixels zunimmt, die Kennlinie auf einfache Art und Weise wie erwünscht entworfen werden und folglich kann die Spannung-Transmittanz- Kennlinie für die drei Farben zu nahezu die gleichen Kennlinien korrigiert werden. Sogar in dem Fall, in dem das Pixel nicht in Teilpixel aufgeteilt ist, kann die Spannung des Flüssigkristallkondensators VLC = VaCC/(CLC + CS + CC) eingestellt werden, und zwar für jede Farbe durch die Kapazität des Farbkondensators CC und durch die zusätzliche Kapazität CS, wobei die oben genannte Korrektur durchgeführt werden kann.
Während oben beschrieben worden ist, dass das Pixel in vier Teilpixel aufgeteilt wird, ist es wichtig, dass es in n Teilpixel aufgeteilt werden kann, (wobei n eine ganze Zahl gleiche 2 oder größer als 2 ist).
Die Gebiete der vielen Teilpixel können für jedes Pixel konzentrisch vorgesehen sein. So ist beispielsweise, wie in Fig. 9A dargestellt, in der die Teile entsprechend denen in Fig. 4A durch dieselben Bezugszeichen angegeben sind, die Pixelelektrode aus ITO durch einen quadratischen schleifenartigen Spalt Ga in zwei quadratische schleifenartige Teilpixelelektroden 4&sub1; und 4&sub2; konzentrisch aufgeteilt, die Teilpixel F&sub2; bzw. F&sub3; definieren, wobei dieses letztere flächenmäßig größer ist als das erste. Die Teilpixelelektrode 4&sub1; hat ein zentral vorgesehenes quadratisches Fenster W. Wie in Fig. 9B dargestellt, hat die Steuerkondensatorelektrode 2 eine Apertur 2a entsprechend etwa der Hälfte des Gebietes der Teilpixelelektrode 4&sub1; und ist aus ITO gebildet über fast das ganze Pixelgebiet gegenüber den Teilpixelelektroden 4&sub1; und 4&sub2; und dem quadratischen Fenster W, ausgenommen die Öffnung 2a, wobei die Steuerkondensatorelektrode 2 mit dem isolierenden Film 3 bedeckt ist. In diesem Beispiel definiert das Gebiet der Steuerkondensatorelektrode 2, die in dem zentralen Fenster W durch den isolierenden Film 3 hindurch elektrisch frei liegt, das Teilpixelgebiet F&sub1;.
Auf entsprechende Art und Weise wird, wenn die Steuerspannung Va, die an die Steuerkondensatorelektrode 2 und an die gemeinsame Elektrode 6 angelegt wird, zunimmt, das Teilpixelgebiet F&sub1; in dem zentralen Fenster W zunächst eingeschaltet, danach wird das Teilpixelgebiet F&sub2;, definiert durch die Teilpixelelektrode 4&sub1; zusätzlich eingeschaltet und zum Schluss wird das Teilpixelgebiet F&sub3;, definiert durch die Teilpixelelektrode 4&sub2;, zusätzlich eingeschaltet. Es wurde versuchsweise ermittelt, dass da die Mitte des eingeschalteten Gebietes im Wesentlichen in der Mitte des Pixels bleibt ungeachtet der Frage, ob das eingeschaltete Gebiet zunimmt oder abnimmt, wie oben erwähnt, dass die Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung mit Pixeln einer derartigen Konstruktion ein Bild schafft, das sich leicht ansehen lässt und noch exzellenter ist in der Wiedergabequalität als in dem Fall, wo die Pixelelektrode in der Reihen- und Spaltenrichtung aufgeteilt ist, wie in Fig. 1 dargestellt.
Fig. 10A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, in dem jedes Pixel aus zwei Teilpixeln besteht und eine erste Pixelelektrode mit der Steuerkondensatorelektrode gekoppelt ist. Die Fig. 10B und 10C sind je ein Schnitt gemäß der Linie 10B-10B bzw. 10C-10C in Fig. 10A. In Fig. 10 sind diejenigen Teile, die denen aus Fig. 4 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen und Buchstaben angegeben. Auf der transparenten Basisplatte 1 werden inselartige das Licht abfangende Schichten 13 vorgesehen um zu vermeiden, dass Licht auf die TFTs trifft. Die transparente Basisplatte 1 und die das Licht abfangenden Schichten 13 werden mit einem isolierenden Film 14 aus Siliziumoxid (SiO&sub2;) bedeckt, auf dem die schleifenförmige Steuerkondensatorelektrode 2 aus ITO oder dergleichen gebildet wird. Die Steuerkondensatorelektrode 2 und der isolierende Film 14 werden mit einem isolierenden Film 15 aus Siliziumoxid bedeckt, auf dem ein Source-Bus 21, eine Source-Elektrode 21a, eine Drain-Elektrode 22 und Teilpixelelektroden 4&sub1; und 4&sub2; aus ITO oder dergleichen vorgesehen sind. Die Teilpixelelektrode 4&sub1; wird in Kontakt mit der Steuerkondensatorelektrode 2 in einem Kontaktloch 15H in dem isolierenden Film 15 auf der Steuerkondensatorelektrode 2 gebildet und werden zueinander in dem leitenden Zustand gehalten. Die Teilpixelelektrode 4&sub1; erstreckt sich bis an die Drain-Elektrode 22 des TFTs 8 und ist damit verbunden. Es wird eine Halbleiterschicht 23 aus amorphem Silizium gebildet, die sich zwischen der Source-Elektrode 21a und der Drain-Elektrode 22 erstreckt. Die Halbleiterschicht 23 und die Teilpixelelektroden 4&sub1; und 4&sub2; werden mit einem Gate-Isolierfilm 24 aus Siliziumnitrid (SiNx) bedeckt, auf dem ein Gate-Bus 25, eine Gate-Elektrode 25a und die zusätzliche Kondensatorelektrode 12 gleichzeitig beispielsweise aus Aluminium gebildet werden.
Die transparente Basis-Platte 1, welche die TFTs 8 hat, die Teilpixelelektroden 4&sub1; und 4&sub2; usw., die auf der Innenseite derselben gebildet sind, wie oben beschrieben, wird gegenüber der transparenten Basis-Platte 5 mit der gemeinsamen Elektrode 6, die auf der Innenseite derselben gebildet ist, angebracht und der Flüssigkristall 7 wird in dem Raum, definiert durch die Basis-Platten 1 und 5, eingeschweißt.
In den sich schneidenden Teilen von dem Source-Bus 21 mit dem Gate- Bus 25 und der zusätzlichen Kondensatorelektrode 12 werden inselförmige Halbleiterschichten 23a und 23b unterhalb des Gate-Isolierfilms geschichtet um die Isolierung des Source-Busses 21 gegenüber dem Gate-Bus 25 und der zusätzlichen Kondensatorelektrode zu gewährleisten. Die Teilpixelelektrode 4 mit einem kleinen Gebiet und die Teilpixelelektrode 4&sub2; mit einem großen Gebiet werden in einem durch solche rechte und linke Source-Busse 21 und solche Oben- und Unter-Gate-Busse 25 gebildet. Die Steuerkondensatorelektrode 2 wird in der Form einer Schleife gebildet, die den marginalen Teil der Teilpixelelektrode 4&sub2; umgibt und überlappt. Die Teilpixelelektrode 41 und die Steuerkondensatorelektrode 2 sind in der Kontaktöffnung 15H, wie oben erwähnt, elektrisch miteinander verbunden.
Die Steuerkondensatorelektrode 2, die mit der Teilpixelelektrode 4&sub1; verbunden ist, ist konzentrisch um die Teilpixelelektrode 4&sub2; vorgesehen und dadurch wird, wenn die Spannung Va dem Pixel über den TFT 8 während der Betreibung der Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung zugeführt wird, das Gebiet der Steuerkondensatorelektrode 2, das die Teilpixelelektrode 4&sub2; umgibt (einschließlich des Teilpixels 4&sub1;), zunächst eingeschaltet (transparent) und wird, wenn die Spannung Va um einen vorbestimmten Wert höher gesteigert wird, das Gebiet der Teilpixelelektrode 4&sub2; ebenfalls eingeschaltet. Mit einer derartigen konzentrischen Steuerung des Wiedergabegebietes des Pixels, wie oben erwähnt, wird die Wiedergabequalität höher als in dem Fall, in dem die Teilpixel in der Länge und/oder in der Breite vorgesehen sind, wie in Fig. 4A dargestellt.
Die zusätzliche Kondensatorelektrode 12 wird auf der Teilpixelelektrode 42 gebildet, und zwar durch den Gate-isolierenden Film 24 hindurch. In diesem Beispiel hat die zusätzliche Kondensatorelektrode 12 eine H-Form, wobei der horizontale Teil 12C sich horizontal über die Steuerkondensatorelektrode 2 erstreckt, im Wesentlichen zentral dazu und sie hat an den beiden Enden vertikale Teile 12A und 12B. Die vertikalen Teile 12A und 12B erstrecken sich überlappend über die Randteile der Steuerkondensatorelektrode 12. Von dem horizontalen Teil 12C erstrecken sich die beiden Enden zu den zusätzlichen Kondensatorelektroden 12 der angrenzenden Pixel in der Richtung der Ausdehnung des Gate-Busses 25 und sind damit verbunden. Im Betrieb der Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung werden diese zusätzlichen Kondensatorelektroden 12 aller Pixel dadurch auf einem vorbestimmten Potential gehalten, dass den erweiterten Enden der horizontalen Teile 12C auf eine feste DC-Spannung zugeführt wird. Die Steuerkondensatorelektrode 2 überlappt den Spalt Ga zwischen den Teilpixelelektroden 41 und 42.
Der Steuerkondensator CC2 ist zwischen der Steuerkondensatorelektrode 2 und der Teilpixelelektrode 4&sub2; gebildet, aber da die Steuerkondensatorelektrode 2 und die Teilpixelelektrode 4&sub1; elektrisch kurzgeschlossen sind, wird der Steuerkondensator CC1 nicht gebildet. (Auf alternative Weise kann es erwogen werden, dass der Kondensator CC1 gebildet wird, aber darüber kurzgeschlossen wird). Die zusätzliche Kapazität CS2 wird zwischen der zusätzlichen Kondensatorelektrode 12 und der Teilpixelelektrode 4&sub2; gebildet. In diesem Beispiel wird die zusätzliche Kapazität CS1 nicht unmittelbar zwischen der Teilpixelelektrode 4&sub1; und der zusätzlichen Kondensatorelektrode 12 gebildet, aber stattdessen wird sie zwischen der Steuerkondensatorelektrode 2 (verbunden mit der Teilpixelelektrode 4&sub1;) und der zusätzlichen Kondensatorelektrode 12 gebildet. Die Flüssigkristall-Kondensatoren CLC1a, CLC1b und CLC2 werden zwischen der Teilpixelelektrode 4&sub1; und der gemeinsamen Elektrode 6, zwischen der Steuerkondensatorelektrode 2 gegenüber dem Spalt Ga und der gemeinsamen Elektrode 6, bzw. zwischen der Teilpixelelektrode 42 und der gemeinsamen Elektrode 6 gebildet. Auf entsprechende Art und Weise ist die Ersatzschaltung des Pixels in dem Beispiel nach den Fig. 10A, 10B und 10C wie in Fig. 11 dargestellt.
In der Ausführungsform nach den Fig. 10A, 10B und 10C beträgt die Überlappung der Steuerkondensatorelektrode 2 mit dem Randteil der Teilpixelelektrode 42 etwa 12 um, aber in dem bekannten Beispiel, in dem die zusätzliche Kapazität nicht verwendet wird, ist es erforderlich, dass die oben genannte Überlappung klein ist, beispielsweise 1,5 um, und folglich kann keine ausreichende Marge für einen Musterfehler vorgesehen werden.
Wie aus Fig. 10A hervorgeht, überlappt die zusätzliche Kondensatorelektrode 12 die beiden Ränder der Steuerkondensatorelektrode 2 in der Mitte jedes der vertikalen Teile 12A und 12B in der Breite; folglich bleiben die Teilgebiete der zusätzlichen Kondensatorelektroden 12, welche die Teilpixelelektrode 42 und die Steuerkondensatorelektrode 2 (die mit der Teilpixelelektrode 41 verbunden sind) im Wesentlichen ungeändert, ungeachtet des Positionierungsfehlers der zusätzlichen Kondensatorelektrode 12. Auf entsprechende Art und Weise werden die Kapazitäten der zusätzlichen Kondensatoren CS1 und CS2 im Wesentlichen konstant gehalten, ungeachtet eines Positionierungsfehlers. Eventuell funktionieren die zusätzlichen Kondensatoren CS1 und CS2 als Speicherkapazitäten zum Festhalten der Signalladungen und tragen so bei zu der Stabilisierung einer Wiedergabe unter Hochtemperaturbedingungen, wobei ein Leckstrom zunimmt.
Obschon in den Fig. 10A, 10B und 10C die Steuerkondensatorelektrode 2 um die Teilpixelelektrode 42 gebildet ist, ist es auch möglich, eine Anordnung zu benutzen, wobei die Steuerkondensatorelektrode 2 in der Mitte des Pixelgebietes vorgesehen ist und die Teilpixelelektrode 42 um die Elektrode 2 gebildet ist, dabei den Randteil überlappend, wie in Fig. 12 schematisch dargestellt ist. In diesem Fall wird, wenn die zugeführte Spannung Va zugenommen hat. Das zentrale Teilpixelgebiet als erstes eingeschaltet und danach wird auch das äußere Teilpixelgebiet eingeschaltet.
Weiterhin ist es möglich, eine derartige Struktur zu benutzen, wie diese in Fig. 13 dargestellt ist, wobei die Source-Elektrode 21a und die Drain-Elektrode 22 des TFTs 8 in der Ausführungsform nach den Fig. 10A, 10B und 10C in derselben Schicht gebildet sind wie die Steuerkondensatorelektrode 2, so dass die Teilpixelelektrode 4&sub1; und die Steuerkondensatorelektrode 2 als Einheitsstruktur miteinander gebildet sind.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Während in dem Beispiel nach den Fig. 10A, 10B und 10C die zusätzliche Kondensatorelektrode 12 über der Teilpixelelektrode 4&sub2; vorgesehen ist, kann sie auch in derselben Ebene wie die Steuerkondensatorelektrode 2 unterhalb der Teilpixelelektroden 4&sub1; und 4&sub2; vorgesehen sein, wie dies in den Fig. 14A und 14B dargestellt ist. Das heißt, in der Ausführungsform nach den Fig. 14A und 14B ist die quadratische schleifenförmige Steuerkondensatorelektrode 2 teilweise entfernt zum Bilden einer Strecke 2A, über die der horizontale Teil 12C der modifizierten H-förmigen zusätzlichen Kondensatorelektrode 12 geführt ist, und die vertikalen Teile 12A und 12B der H-förmigen Elektrode 12 sind außerhalb bzw. innerhalb der quadratischen schleifenförmigen Elektrode 2 vorgesehen. Weiterhin ist in dieser Ausführungsform die Teilpixelelektrode 41 derart ausgebildet, dass die beiden Ränder den Rand der Steuerkondensatorelektrode 2 und der zusätzlichen Kondensatorelektrode 12 bedecken und sich längs der im Wesentlichen ganzen Länge der beiden längeren Seiten der im Wesentlichen rechteckigen Teilpixelelektrode 4&sub2; parallel dazu erstrecken, wobei der Spalt Ga zwischen denselben definiert ist. Von dem vertikalen Teil 12A der H-förmigen zusätzlichen Kondensatorelektrode 12 erstrecken sich die beiden Enden bis an die vertikalen Teile 12A der zusätzlichen Kondensatorelektroden der oberen und unteren angrenzenden Pixel und sind damit verbunden, und im Betrieb der Flüssigkristall- Wiedergabeanordnung werden die zusätzlichen Kondensatorelektroden 12 auf einem festen Potential gehalten. Die äquivalente Schaltungsanordnung dieser Ausführungsform ist ebenfalls genau dieselbe wie die aus Fig. 11.
Während in den oben beschriebenen Ausführungsformen die zusätzlichen Kondensatoren CS1, CS2, ... im Zusammenhang mit allen Teilpixelelektroden 4&sub1;, 4&sub2;, ... vorgesehen sind, braucht ein derartiger zusätzlicher Kondensator in einigen Fällen nicht immer mit wenigstens einem der Teilpixelelektroden verbunden zu werden. Die Fig. 15A, 15B und 15C zeigen schematisch eine Struktur, worin auf den zusätzlichen Kondensator CS1 in dem in den Fig. 10A, 10B und 10C dargestellten Beispiel verzichtet ist. In dieser Ausführungsform sind die zusätzliche Kondensatorelektrode 12 und der Gate-Bus 25 gleichzeitig aus demselben Material (Beispielsweise Aluminium) parallel zu einander gebildet, so dass die zusätzliche Kondensatorelektrode 12 einen Randteil der rechteckigen Teilpixelelektrode 42 durch den Gate-isolierenden Film 24 überlappt. Die Teilpixelelektrode 41 ist über die Kontaktöffnung 15H in dem isolierenden Film 15 mit der Steuerkondensatorelektrode 2 verbunden, wie in dem Beispiel der Fig. 10A, 10B und 10C. Die Steuerkondensatorelektrode 2 überlappt nicht die zusätzliche Kondensatorelektrode 12 und folglich wird in dieser Ausführungsform kein zusätzlicher Kondensator mit der Teilpixelelektrode 41 verbunden. Das elektrische Ersatzschaltbild des Pixels in dieser Ausführungsform entspricht der Schaltungsanordnung nach Fig. 11, mit der Ausnahme, dass der zusätzliche Kondensator CS1 entfernt ist.
Die Fig. 16A, 16B und 16C zeigen eine Struktur, wobei der zusätzliche Kondensator CS1 in der Ausführungsform nach den Fig. 14A, 14B und 14C auf dieselbe Art und Weise fortgelassen sind. Bei dieser Ausführungsform ist die zusätzliche Kondensatorelektrode 12 aus ITO gebildet, und zwar in derselben Ebene wie der Steuerkondensator und gleichzeitig damit und erstreckt sich in derselben Richtung wie Der Source-Bus 1, so dass sie die Teilpixelelektrode 42 überlappt. Die Teilpixelelektrode 41 ist über die Kontaktöffnung 15H in dem isolierenden Film 15 mit der Steuerkondensatorelektrode 2 verbunden, sie überlappt aber nicht die zusätzliche Kondensatorelektrode 12. Auf entsprechende Art und Weise ist kein zusätzlicher Kondensator mit der Teilpixelelektrode 41 verbunden und das elektrische Ersatzschaltbild des Pixels in dieser Ausführungsform entspricht der Schaltungsanordnung nach Fig. 11, mit der Ausnahme, dass der zusätzliche Kondensator CS1 entfernt worden ist.
Wie oben beschrieben, ist der Effekt des zusätzlichen Kondensators auf Basis der Grundsätze nach der vorliegenden Erfindung den Freiheitsgrad im Entwerfen des Steuerkondensators gegenüber der Teilpixelelektrode, womit der zusätzliche Kondensator verbunden ist, zu steigern. Auf entsprechende Art und Weise können, wie aus den Ausführungsformen nach den Fig. 15A bis 15C und 16A bis 16C ersichtlich ist die Prinzipien der vorliegenden Erfindung nicht auf die Teilpixelelektrode angewandt werden, mit der die Steuerkondensatorelektrode nicht in Reihe verbunden ist, so dass kein zusätzlicher Kondensator nicht im Zusammenhang mit einer derartigen Teilpixelelektrode vorgesehen ist. Mit der Verbindung des zusätzlichen Kondensators aber nimmt die Kapazität des Flüssigkristall-Kondensators zu, und folglich nimmt der Betrag an Ladung, den er speichern kann, entsprechend zu, wodurch bekanntlich ein Effekt der Verzögerung eines Spannungsabfalls durch einen Anstieg einer Leckstroms unter Umständen einer hoher Temperatur geschaffen wird.
Weiterhin kann die Steuerkondensatorelektrode 2 den Spalt Ga, der die Teilpixelelektroden 4i voneinander trennt, überlappend vorgesehen sein und es wird eine Steuerspannung über die Steuerkondensatorelektrode 2 an den Flüssigkristall angelegt, und zwar entsprechend dem Spalt Ga. Das heißt, da die Steuerkondensatorelektrode 2 als eine einzige Teilpixelelektrode benutzt werden kann, kann das Aperturverhältnis des Pixels auf entsprechende Art und Weise gesteigert werden.
Nach der vorliegenden Erfindung wird in wenigstens einem der vielen Teilpixel Fi der zusätzliche Kondensator CSi zusammen mit der herkömmlichen Steuerkondensatorelektrode CCi verwendet zum Ermitteln der Spannung VLC1 an dem Flüssigkristall-Kondensator CLci, und zum entsprechenden Steigern des Freiheitsgrades im Entwerfen der Spannung-Transmittanz-Kennlinie des Teilpixels. In dieser Hinsicht braucht das Gebiet der Steuerkondensatorelektrode, das die Teilpixelelektrode 41 überlappt, nicht so klein gemacht zu werden, dass der Einfluss eines Kapazitätsfehlers durch einen Musterpositionierungsfehler ein Problem verursachen würde. Folglich kann jede Flüssigkriställspannung LLci mit einem höheren Genauigkeitsgrad als in der Vergangenheit eingestellt werden. Dadurch kann die Multigradationswiedergabe durch die Platte genauer erzeugt werden als in der Vergangenheit und die Wiedergabequalität kann auf entsprechende Weise verbessert werden. Da die Spannung-Transmittanz- Kennlinie jedes Teilpixels mit großer Genauigkeit dadurch eingestellt werden kann, dass der Steuerkondensator und der zusätzliche Kondensator kombiniert werden, wobei die Linearität der gesamten Spannung-Transmittanz-Kennlinie des Pixels auf einfache Art und Weise vergrößert werden kann und die sog. Gamma-Korrektur, die in der Vergangenheit zum Korrigieren der Linearität erforderlich war, ist nicht notwendig. Aus demselben Grund ist es möglich, auf einfache Weise Abweichungen der Spannung-Transmittanz-Kennlinien von Pixeln verschiedener Farben, die durch eine optisch drehende Dispersion in der Flüssigkristall-Farbwiedergabeanordnung von TN- Typ verursacht werden.
Es dürfte einleuchten, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung viele Abwandlungen möglich sind, die dennoch durch die beiliegenden Patentansprüche definiert sind.

Claims

1. Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung, wobei diese Anordnung die nachfolgenden Elemente umfasst:

- eine erste (1) und eine zweite (2) transparente Basisplatte (1, 5), zwischen denen ein Flüssigkristallmaterial (7) eingeschlossen ist;

- eine gemeinsame Elektrode (6) auf der Innenfläche der zweiten Basisplatte (5);

- eine Steuerkondensatorelektrode (2) auf der Innenfläche der ersten Basisplatte (1);

- einen isolierenden Film (15), der über im Wesentlichen die ganze Innenfläche der ersten Basisplatte (1) und über die Steuerkondensatorelektrode (2) vorgesehen ist;

- eine Anzahl Pixel, die je eine Anzahl Teilpixelelektroden (4&sub1;, 4&sub2;) umfassen, die auf dem isolierenden Film (15) vorgesehen sind; und

- Mittel (8) zum Zuführen einer Steuerspannung (Va) zu der Steuerkondensatorelektrode (2) und zu der gemeinsamen Elektrode (6);

dadurch gekennzeichnet, dass

- eine zusätzliche Kondensatorelektrode (12) in derselben Ebene gebildet wird wie die Steuerkondensatorelektrode (2), teilweise gegenüber wenigstens einer der Teilpixelelektroden jedes Pixels;

- der isolierende Film (15) über im Wesentlichen die ganze Innenfläche der zusätzlichen Kondensatorelektrode (12) angebracht ist; und

- Mittel vorgesehen sind zum Zuführen eines festen Potentials zu der zusätzlichen Kondensatorelektrode (12).

2. Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung nach Anspruch 1, wobei eine der genannten Teilpixelelektroden (4&sub1;) mit der genannten Steuerkondensatorelektrode (2) elektrisch verbunden ist.

3. Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung nach Anspruch 2, wobei die genannte Steuerkondensatorelektrode (2) im Wesentlichen eine andere Elektrode der genannten Teilpixelelektroden (4&sub2;) umfasst und deren Randteil überlappt.

4. Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung nach Anspruch 2, wobei die genannte eine Teilpixelelektrode (4&sub1;) über eine Kontaktöffnung (15H) in dem genannten isolierenden Film mit der genannten Steuerkondensatorelektrode (2) verbunden ist.

5. Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung nach Anspruch 2, wobei die genannte eine Teilpixelelektrode (4&sub1;) in derselben Ebene gebildet ist wie eine andere der genannten Teilpixelelektroden (4&sub2;) aber durch einen Spalt (Ga) davon getrennt ist und dass die genannte Steuerkondensatorelektrode (2) ein Gebiet hat, das sich im Wesentlichen über das ganze Gebiet des genannten Spaltes erstreckt.

6. Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung nach Anspruch 1, wobei die genannte zusätzliche Kondensatorelektrode (12) eine Fortsetzung (12A) hat, die mit der genannten zusätzlichen Kondensatorelektrode des genannten Pixels verbunden ist, und zwar in der Reihen- sowie in der Spaltenrichtung.