EP1068608B1 - Aktivmatrix-flüssigkristallanzeige - Google Patents

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EP1068608B1
EP1068608B1 EP99917759A EP99917759A EP1068608B1 EP 1068608 B1 EP1068608 B1 EP 1068608B1 EP 99917759 A EP99917759 A EP 99917759A EP 99917759 A EP99917759 A EP 99917759A EP 1068608 B1 EP1068608 B1 EP 1068608B1
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EP
European Patent Office
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liquid crystal
crystal display
value signals
scale value
grey
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EP99917759A
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English (en)
French (fr)
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EP1068608A1 (de
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Michael März
Klaus Wammes
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3696—Generation of voltages supplied to electrode drivers

Definitions

  • the invention relates to an active matrix liquid crystal display, at the pixels formed by liquid crystal cells are arranged in rows and columns of a matrix, the liquid crystal cells on each side on one Reference potential lie and on the other side above them individually assigned controllable switches with columns Column electrodes are connected, the switch on the control side are connected line by line to line electrodes which Column electrodes on a different gray scale signal for the column controller generating the different columns are connected and at which the row electrodes on a switch-on signals for the switches in the different line generating line control device are connected.
  • rows and columns are here as interchangeable below.
  • Such an active matrix liquid crystal display because of the Controllable, usually designed as thin film transistors Switch also as TFT-LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) is from US-A-4 635 127 known.
  • TFT-LCD Thin Film Transistor Liquid Crystal Display
  • gray value signals are applied to the column electrodes represent the gray values of the pixels of one line each; by means of a switch-on signal on one of the row electrodes the gray scale signals to the liquid crystal cells of the relevant line.
  • All rows are displayed one after the other in quick succession Liquid crystal cells activated.
  • the optical transparency each individual liquid crystal cell is dependent of the voltage across the liquid crystal cell so that with backlighting of the active matrix liquid crystal display the desired image is displayed.
  • the Liquid crystal cells operated in a voltage range, in which is the otherwise typically non-linear dependency between the transparency of the liquid crystal cells and the voltage is approximately linear.
  • Liquid crystal cells are used to display color images alternating columns of red, green and blue color filter strips upstream or downstream, with each three adjacent ones behind or in front of it in a row Liquid crystal cells with regard to their control a color image point consisting of three sub-pixels are summarized.
  • Non-linearities between the transparency of the liquid crystal cells and the tension on them is particularly disturbing to make noticable.
  • the one that depends on the voltage applied Transparency of every single liquid crystal cell is due to the voltage-dependent optical rotation the liquid crystals depending on the viewing angle, so that at a determined voltage on the liquid crystal cell of the shown Pixels differ depending on the viewer's perspective is bright.
  • An active matrix liquid crystal display which are listed in the preamble of claim 1 has technical features, is in European patent application EP 0 514 033 A2 described.
  • the invention is based on the object, the voltage range, within which the liquid crystal cells one Active matrix liquid crystal display without adulteration Image playback can be operated, enlarged and in further the possible uses of such an active matrix liquid crystal display to increase.
  • the object is defined by that in claim 1 Active matrix liquid crystal display solved.
  • the active matrix liquid crystal display according to the invention can operate within voltage ranges, in which the transparency of the liquid crystal cells is typically nonlinear depending on the voltage applied to them changes without falsification the image reproduction comes. So there is more advantageous Way the opportunity through a largely unlimited Choice of the voltage range optimal contrast ratios for certain viewing angles and the area within which the transparency of the Changed liquid crystal cells to display gray values will better adapt to the backlight.
  • the correction device can be the column control device may be assigned, the gray value signals generated by the latter being assigned distorted prior to delivery to the column electrodes.
  • the Signal distortion can be analog or digital, depending according to whether the gray value signals in analog or digital Form.
  • the information about the typical dependency the optical transparency of the liquid crystal cells from the applied voltage can be used, for example, as a characteristic curve or in the form of digital table values in a memory available.
  • Active matrix liquid crystal display is the correction device assigned to the line control device, the Switch-on signals for the switches by controlling the switch-on and switch off times in the sense of the distortion of the forwarded the switches to the liquid crystal cells Grayscale signals changed.
  • the integrating Behavior of both the liquid crystal cells, the individual Form capacities, as well as used by the human eye, by changing the ratio between the periodically successive switch-on and switch-off times one controlled with a certain gray value signal Liquid crystal cell of the shown or perceived Gray value is changed accordingly.
  • Active matrix liquid crystal display has this one Adjustment device for changeable adjustment of the potential difference between the potential level of the gray value signals and the reference potential for at least part of the Columns on.
  • Adjustment device for changeable adjustment of the potential difference between the potential level of the gray value signals and the reference potential for at least part of the Columns on.
  • the setting device can be changed Setting the reference potential.
  • the adjustment device can be changed Setting the potential levels of the gray value signals be formed, the analog gray value signals for example a variable offset voltage or the digital A changeable offset value is superimposed on the gray value signals becomes.
  • the column control device the gray value signals from at least two different ones Images nested one after the other outputs the column electrodes and that the adjusting device for the different images one after the other different Potential differences.
  • Active matrix liquid crystal display is provided that the column controller the gray scale signals from at least two different images at the same time gives nested columns to the column electrodes and that the setting device different potential differences assigned to the different images Column electrodes.
  • the temporal nesting and the spatial nesting when playing different pictures can also can be combined with each other.
  • the vehicle driver traffic information in a motor vehicle display and at the same time the passenger To present video film.
  • the passenger To present video film In the same way, for example sitting next to each other in railroad cars or airplanes Passengers on a single active matrix liquid crystal display different pictures (videos) shown become.
  • FIG. 1 shows an example of the structure of an active matrix liquid crystal display without the associated control electronics.
  • a lower glass plate 1 carries one on its underside Polarization film 2.
  • On the top of the glass plate 1 are translucent pixel electrodes in a row-column matrix 3 trained, column by column individually assigned controllable and designed as thin film transistors Switches 4 are connected to column electrodes 5.
  • the controllable switches 4 are with their control connections connected in rows with row electrodes 6.
  • Each of the translucent Pixel electrodes 3 together with a all pixel electrodes 3 common counter electrode 7 and an underlying liquid crystal layer 8 each controllable liquid crystal cell 9, resulting in a row and columnar arrangement of the liquid crystal cells 9 results.
  • the position with the liquid crystal cells 9 is with a top glass plate 10 covered, on which another polarizing film 11 is applied.
  • For displaying color images are between the liquid crystal cells 9 and upper glass plate 11 alternately red, green and Blue color filter strips 12, 13 and 14 arranged.
  • Backlighting is used for image reproduction 15 light 16 through the matrix with the liquid crystal cells 9 blasted and by this depending on the control over the lines and Column electrodes 6 and 5 with different brightness connected through.
  • the light 16 is initially from the lower polarizing film 2 (polarizer) polarized.
  • the individual liquid crystal cells 9 become the liquid crystals depending on the electrical voltage between the respective pixel electrode 3 and the counter electrode 7 twisted, so that through the liquid crystals polarized light passing through in its polarization direction is rotated accordingly.
  • This twisting of the The direction of polarization leads in the upper polarization film 11 (analyzer) to one depending on the degree of rotation more or less severe decrease in brightness of the emerging Light.
  • the brightness H of the light emerging from the active matrix liquid crystal display and thus the contrast of the respective image shown is dependent on the viewing angle ⁇ . This dependence also varies with the voltage U, here z. B. three different voltages U 1 , U 2 and U 3 , on the respective liquid crystal cell 9.
  • Figure 3 shows qualitatively the typical non-linear dependency between the brightness H or equivalent to the optical transparency of the liquid crystal cells 9 and voltage U applied to them in each case the liquid crystal cells 9 are operated in a voltage range, in which this dependency is largely linear.
  • the nonlinear areas as explained below will distort the image.
  • It three pixels X, Y and Z are considered as examples, the simultaneously from three different liquid crystal cells 9 are generated, the pixel Z by an amount ⁇ H brighter than the pixel Y and this in turn by the same amount ⁇ H is lighter than the pixel X.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the active matrix liquid crystal display according to the invention in the form of a block diagram.
  • the liquid crystal cells 9 shown here as capacitors are arranged in rows and columns.
  • the liquid crystal cells 9 are connected in columns to the column electrodes 5 via the controllable switches 4 assigned to them individually.
  • the switches 4 are connected on the control side to the row electrodes 6 in rows.
  • the common electrode 7 common to all liquid crystal cells 9 is at a reference potential V 0 .
  • the column electrodes 5 are on a column control device 18 connected, the image signals supplied by it 19 different gray value signals 20 at the same time for the different columns of liquid crystal cells 9 and different gray value signals 20 in time for the liquid crystal cells 9 in the different rows generated and applied to the column electrodes 5.
  • a line controller 21 controls the row electrodes 6 controllable switch 4 in such a way that the gray value signals 20 on the column electrodes 5 one after the other Rows are switched through with the liquid crystal cells 9.
  • One of the two control devices 18 and 21 associated synchronization device 22 for synchronization the successive gray value signals 20 for the different rows with the liquid crystal cells 9 and the switch-on signals 23 for the individual lines.
  • the are behind the different color filter strips 12, 13 and 14 ( Figure 1) lying three adjacent liquid crystal cells 9 with respect their control to one consisting of three sub-pixels Color point summarized.
  • the potential difference between the reference potential V 0 at the counter electrode 7 and the potential level of the gray value signals 20 which are switched through to the pixel electrodes 3 adjustable is used which, depending on a z. B. manually generated by an operating element 25 setting signal 26 changes the reference potential V 0 .
  • the potential level of the gray value signals 20 can also be changed by superimposing a variable offset voltage or, in the case of digital gray value signals, a variable offset value.
  • the column control device 18 contains a correction device 28, to which the setting potential 24 communicates the respectively set reference potential V 0 .
  • the gray value signals 20 ' before they are applied to the column electrodes 5, on the basis of information about the typical dependence shown in FIG. 3 between the optical transparency of the liquid crystal cells 9 and the voltage applied to them and as a function of the potential difference between the gray value signals 20 'and the reference potential V 0 distorted in such a way that there is an at least approximately linear relationship between the optical transparency of the liquid crystal cells 9 and the undistorted gray value signals 20'.
  • FIG. 5 again shows the typically non-linear dependency between the brightness H or synonymous with the optical transparency of the liquid crystal cells 9 and the voltage U 20 applied to them, which corresponds to the potential difference between the gray scale signals 20 and the reference potential V 0 .
  • a characteristic curve K is shown, according to which the undistorted gray value signals 20 ′ with the voltage U 20 ′ are converted into the distorted gray value signals 20 with the voltage U 20 in the correction device 28. The conversion can also take place digitally, in which case the characteristic curve K is present in the form of a value table in a memory (not shown here).
  • the embodiment shown in Figure 6 of the invention Active matrix liquid crystal display differs from that according to FIG. 4 in that the correction device 29 Is or is part of the line control device 21 assigned.
  • the switch-on signals 23 for the controllable switch 4 by control the on and off times in terms of distortion that of the switches 4 to the liquid crystal cells 9 switched through gray value signals 20 changed.
  • the control of the switch-on and switch-off times can take place on the basis of a characteristic curve as shown in FIG is shown.
  • the active matrix liquid crystal display shown in Figures 4 or 6 30 via a controllable switching device 31, which is part of the column control device 18, Image signals 32 and 33 from two different image signal sources 34 and 35 fed.
  • the switching device 31 is from an adjusting device 36 with a periodically changing one Switching signal 37 controlled.
  • the Adjustment device 36 of the counter electrode 7 of the active matrix liquid crystal display 30 via a signal connection 38 two reference potentials alternating in synchronism with the switching signal 37 to.
  • the due to the image signals 32 and 33 of the Active matrix liquid crystal display 30 produced images 39 and 40 are therefore separated from each other in different Viewing angle ranges shown.
  • FIG. 9 In the alternative embodiment shown in Figure 9 become the active matrix liquid crystal display 30 different image signals 32 and 33 of the image signal sources 34 and 35 fed via a signal conditioning device 41, which is part of the column control device 18.
  • the signal processing device 41 interleaves the image signals 32 and 33 in columns, so that adjacent to each other Column electrodes 5 belonging to different images Grayscale signals 20 are supplied.
  • an adjusting device 42 two different offset voltages or offset values 43 and 44 and carries these the Active matrix liquid crystal display 30 too, where they are columnar nested the given to the column electrodes 5 Gray value signals 20 are superimposed.
  • the due to the Image signals 32 and 33 from the active matrix liquid crystal display 30 generated images 45 and 46 are therefore columns nested in different viewing angles shown.
  • Figure 10 shows an embodiment in which a plurality of image signal sources 47, 48 and 49 image signals 50, 51 and 52 from different views of a three-dimensional object deliver.
  • the image signals 50, 51 and 52 become the active matrix liquid crystal display 30 via one of an adjuster 53 controlled switching device 54 supplied.
  • the Adjustment device 53 different reference potentials in stages for the counter electrode 7 of the active matrix liquid crystal display Set 30, using the switching device 54 each to the active matrix liquid crystal display 30 switched image signals 50, 51 and 52 each a reference potential for the counter electrode 7 of the active matrix liquid crystal display 30 is assigned. This ensures that of the active matrix liquid crystal display 30 different images 56, 57 and 58, the three-dimensional Display object in different views for different viewing angle areas are generated so that in this way a three-dimensional representation of the object he follows.
  • Figure 11 shows an example of the installation of the Active matrix liquid crystal display 59 in a vehicle, for example in the middle in front of the driver's seat 60 and the passenger's seat 61.

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Abstract

Um bei einer Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige mit in Zeilen und Spalten angeordneten Flüssigkristallzellen, die auf einer Seite an einem gemeinsamen Bezugspotential liegen und an deren andere Seiten Grauwertsignale durchschaltbar sind, den Spannungsbereich, innerhalb dessen die Flüssigkristallzellen ohne Verfälschung der Bildwiedergabe betrieben werden können, zu vergrössern, ist eine Korrektureinrichtung (28) vorgesehen, die die an die Flüssigkristallzellen (9) gelangenden Grauwertsignale (20) aufgrund von Informationen über die typische Abhängigkeit zwischen der optischen Transparenz der Flüssigkristallzellen (9) und der an ihnen anliegenden Spannung sowie in Abhängigkeit von der Potentialdifferenz zwischen den Grauwertsignalen (20) und dem Bezugspotential (V0) in der Weise verzerrt, dass sich ein zumindest annähernd linearer Zusammenhang zwischen der optischen Transparenz der Flüssigkristallzellen (9) und den unverzerrten Grauwertsignalen (20') ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige, bei der von Flüssigkristallzellen gebildete Bildpunkte in Zeilen und Spalten einer Matrix angeordnet sind, die Flüssigkristallzellen auf jeweils einer Seite an einem Bezugspotential liegen und auf der anderen Seite über ihnen einzeln zugeordnete steuerbare Schalter spaltenweise mit Spaltenelektroden verbunden sind, die Schalter steuerseitig zeilenweise an Zeilenelektroden angeschlossen sind, die Spaltenelektroden an einer unterschiedliche Grauwertsignale für die unterschiedlichen Spalten erzeugenden Spalten-Steuereinrichtung angeschlossen sind und bei der die Zeilenelektroden an einer Einschaltsignale für die Schalter in den unterschiedlichen Zeilen erzeugenden Zeilen-Steuereinrichtung angeschlossen sind. Die Begriffe Zeilen und Spalten sind hier wie auch im folgenden gegeneinander austauschbar.
Eine solche Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige, die wegen der üblicherweise als Dünnfilmtransistoren ausgebildeten steuerbaren Schalter auch als TFT-LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) bezeichnet wird, ist aus der US-A-4 635 127 bekannt.
Zur Darstellung von Bildern mit unterschiedlichen Grauwerten werden an den Spaltenelektroden Grauwertsignale angelegt, die die Grauwerte der Bildpunkte jeweils einer Zeile repräsentieren; mittels eines Einschaltsignals an einer der Zeilenelektroden werden die Grauwertsignale an die Flüssigkristallzellen der betreffenden Zeile durchgeschaltet. Auf diese Weise werden in schneller Folge nacheinander alle Zeilen mit Flüssigkristallzellen aktiviert. Die optische Transparenz jeder einzelnen Flüssigkristallzelle stellt sich in Abhängigkeit von der Spannung an der Flüssigkristallzelle ein, so daß bei Hintergrundbeleuchtung der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige das gewünschte Bild dargestellt wird. Zur Vermeidung von Grauwertverfälschungen bei der Bildwiedergabe werden die Flüssigkristallzellen in einem Spannungsbereich betrieben, in dem die ansonsten typischerweise nichtlineare Abhängigkeit zwischen der Transparenz der Flüssigkristallzellen und der an ihnen liegenden Spannung annähernd linear ist.
Zur Darstellung von Farbbildern sind den Flüssigkristallzellen spaltenweise abwechselnd rote, grüne und blaue Farbfilterstreifen vor- oder nachgeordnet, wobei die jeweils dahinter bzw. davor in einer Zeile liegenden drei benachbarten Flüssigkristallzellen bezüglich ihrer Ansteuerung zu einem aus drei Unterbildpunkten bestehenden Farbbildpunkt zusammengefaßt sind. Bei der Farbbildwiedergabe können sich Unlinearitäten zwischen der Transparenz der Flüssigkristallzellen und der an ihnen liegenden Spannung besonders störend bemerkbar machen.
Die sich in Abhängigkeit von der anliegenden Spannung einstellende Transparenz jeder einzelnen Flüssigkristallzelle ist bedingt durch die spannungsabhängige optische Verdrehung der Flüssigkristalle blickwinkelabhängig, so daß bei einer bestimmten Spannung an der Flüssigkristallzelle der dargestellte Bildpunkt je nach Blickwinkel des Betrachters unterschiedlich hell ist.
Es ist bekannt, diesen Effekt bei Flüssigkristallanzeigen zu nutzen, die nur zur Hell-/Dunkel- bzw. Schwarz-/Weiß-Darstellung, nicht aber zur Darstellung unterschiedlicher Helligkeits- bzw. Grauwerte ausgebildet sind. Ein Beispiel hierfür ist die Einstellung von optimalen Kontrastverhältnissen für einen bestimmten Blickwinkel. Ein weiteres, aus der US-A-5 526 065 bekanntes Beispiel ist die Verwendung einer solchen Flüssigkristallanzeige als optisches Filter vor einem konventionellen Bildschirm in einem Fahrzeug, um das dargestellte Bild während der Fahrt für den Blickwinkelbereich des Fahrzeugführers unsichtbar, für den des Beifahrers dagegen sichtbar zu machen.
Eine Aktivmatrix- Flüssigkristallanzeige, die die im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten technischen Merkmale besitzt, ist in der europäischen Patenanmeldung EP 0 514 033 A2 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Spannungsbereich, innerhalb dessen die Flüssigkristallzellen einer Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige ohne Verfälschung der Bildwiedergabe betrieben werden können, zu vergrößern und im weiteren die Einsatzmöglichkeiten einer solchen Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige zu erhöhen.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 definierte Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige gelöst.
Die erfindungsgemäße Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige läßt sich somit auch innerhalb von Spannungsbereichen betreiben, in denen sich die Transparenz der Flüssigkristallzellen typischerweise nichtlinear in Abhängigkeit von der jeweils an ihnen anliegenden Spannung ändert, ohne daß es dabei zu Verfälschungen der Bildwiedergabe kommt. Damit besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, durch eine weitgehend unbeschränkte Wahl des Spannungsbereiches optimale Kontrastverhältnisse für bestimmte Blickwinkelbereiche einzustellen und den Bereich, innerhalb dessen die Transparenz der Flüssigkristallzellen zur Darstellung der Grauwerte geändert wird, besser an die Hintergrundbeleuchtung anzupassen.
Die Korrektureinrichtung kann der Spalten-Steuereinrichtung zugeordnet sein, wobei sie die von dieser erzeugten Grauwertsignale vor der Abgabe an die Spaltenelektroden verzerrt. Die Signalverzerrung kann dabei analog oder digital erfolgen, je nachdem, ob die Grauwertsignale in analoger oder digitaler Form vorliegen. Die Informationen über die typische Abhängigkeit der optischen Transparenz der Flüssigkristallzellen von der anliegenden Spannung können beispielsweise als Kennlinie oder in Form von digitalen Tabellenwerten in einem Speicher vorliegen.
Bei einer alternativen Ausführung der erfindungsgemäßen Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige ist die Korrektureinrichtung der Zeilen-Steuereinrichtung zugeordnet, wobei sie die Einschaltsignale für die Schalter durch Steuerung der Einschalt- und Ausschaltzeiten im Sinne der Verzerrung der von den Schaltern an die Flüssigkristallzellen weitergeleiteten Grauwertsignale verändert. Hierbei wird das integrierende Verhalten sowohl der Flüssigkristallzellen, die einzelne Kapazitäten bilden, als auch des menschlichen Auges genutzt, indem durch Veränderung des Verhältnisses zwischen den periodisch aufeinanderfolgenden Einschalt- und Ausschaltzeiten einer mit einem bestimmten Grauwertsignal angesteuerten Flüssigkristallzelle der dargestellte bzw. wahrgenommene Grauwert entsprechend verändert wird.
Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige weist diese eine Einstellvorrichtung zur veränderbaren Einstellung der Potentialdifferenz zwischen dem Potentialniveau der Grauwertsignale und dem Bezugspotential für zumindest einen Teil der Spalten auf. Durch Veränderung der Potentialdifferenz wird der Blickwinkelbereich geändert, innerhalb dessen das auf der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige dargestellte Bild für den Betrachter sichtbar ist. Da die Verzerrung der Grauwertsignale durch die Korrektureinrichtung in Abhängigkeit von der Potentialdifferenz erfolgt, führt deren Änderung zu keiner Verfälschung der Bildwiedergabe. Es ist daher in gleicher Weise, wie dies aus der oben bereits erwähnten US-A-5 526 065 bekannt ist, möglich, die dargestellten Bilder in einem Fahrzeug in dem Blickwinkelbereich des Fahrzeugführers auszublenden, während sie für den Beifahrer sichtbar sind; im Unterschied zum Stand der Technik erfolgt dabei die Bildwiedergabe mittels der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige, die u.a. wegen ihrer geringeren Einbautiefe für den Einsatz in Fahrzeugen weitaus besser geeignet ist, als konventionelle Bildschirme. Eine weitere Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemäßen Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige besteht in der Darstellung von dreidimensionalen Objekten, wobei für unterschiedliche einstellbare Blickwinkelbereiche unterschiedliche Bilder ein und desselben Objekts in unterschiedlicher Ansicht dargestellt werden.
Im einfachsten Fall ist die Einstellvorrichtung zur veränderbaren Einstellung des Bezugspotentials ausgebildet.
Alternativ hierzu kann die Einstellvorrichtung zur veränderbaren Einstellung der Potentialniveaus der Grauwertsignale ausgebildet sein, wobei den analogen Grauwertsignalen beispielsweise eine veränderbare Offsetspannung oder den digitalen Grauwertsignalen ein veränderbarer Offsetwert überlagert wird.
Um in vorteilhafter Weise unterschiedliche Bilder für unterschiedliche Blickwinkelbereiche darstellen zu können, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, daß die Spalten-Steuereinrichtung die Grauwertsignale von mindestens zwei unterschiedlichen Bildern nacheinander zeitlich verschachtelt an die Spaltenelektroden abgibt und daß die Einstellvorrichtung für die unterschiedlichen Bilder nacheinander unterschiedliche Potentialdifferenzen einstellt.
Bei einer hierzu alternativen Ausbildung der erfindungsgemäßen Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige ist vorgesehen, daß die Spalten-Steuereinrichtung die Grauwertsignale von mindestens zwei unterschiedlichen Bildern gleichzeitig spaltenweise verschachtelt an die Spaltenelektroden abgibt und daß die Einstellvorrichtung unterschiedliche Potentialdifferenzen an den jeweils unterschiedlichen Bildern zugeordneten Spaltenelektroden einstellt.
Die zeitliche Verschachtelung und die räumliche Verschachtelung bei der Wiedergabe unterschiedlicher Bilder können auch miteinander kombiniert werden. Mit der verschachtelten Wiedergabe unterschiedlicher Bilder ist es beispielsweise möglich, in einem Kraftfahrzeug dem Fahrzeugführer Verkehrsinformationen anzuzeigen und gleichzeitig dem Beifahrer einen Videofilm zu präsentieren. In gleicher Weise können beispielsweise in Eisenbahnwagen oder Flugzeugen nebeneinandersitzenden Passagieren über eine einzige Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige unterschiedliche Bilder (Videos) gezeigt werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen:
Figur 1
ein Beispiel für eine Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige,
Figur 2
ein Beispiel für die Abhängigkeit zwischen der Helligkeit bzw. dem Grauwert wiedergegebener Bildpunkte und dem Blickwinkel,
Figur 3
ein Beispiel für die nichtlineare Abhängigkeit zwischen der Helligkeit eines Bildpunktes bzw. der optischen Transparenz einer Flüssigkristallzelle und der an ihr anliegenden Spannung,
Figur 4
ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige,
Figur 5
ein Beispiel für die Verzerrung der Grauwertsignale,
Figur 6
ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige,
Figur 7
ein weiteres Beispiel für die Verzerrung der Grauwertsignale, die
Figuren 8 bis 10
unterschiedliche Einsatzbeispiele der erfindungsgemäßen Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige und
Figur 11
ein Beispiel für den Einbau der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige in einem Fahrzeug.
Figur 1 zeigt ein Beispiel für den Aufbau einer Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige ohne die zugehörige Steuerelektronik. Eine untere Glasplatte 1 trägt auf ihrer Unterseite einen Polarisationsfilm 2. Auf der Oberseite der Glasplatte 1 sind in einer Zeilen-Spalten-Matrix lichtdurchlässige Bildpunktelektroden 3 ausgebildet, die spaltenweise über ihnen einzeln zugeordnete und als Dünnfilmtransistoren ausgebildete steuerbare Schalter 4 mit Spaltenelektroden 5 verbunden sind. Die steuerbaren Schalter 4 sind mit ihren Steueranschlüssen zeilenweise mit Zeilenelektroden 6 verbunden. Jede der lichtdurchlässigen Bildpunktelektroden 3 bildet zusammen mit einer allen Bildpunktelektroden 3 gemeinsamen Gegenelektrode 7 und einer darunter liegenden Flüssigkristallage 8 jeweils eine ansteuerbare Flüssigkristallzelle 9, woraus sich eine zeilenund spaltenförmige Anordnung der Flüssigkristallzellen 9 ergibt. Die Lage mit den Flüssigkristallzellen 9 ist mit einer oberen Glasplatte 10 abgedeckt, auf der ein weiterer Polarisationsfilm 11 aufgebracht ist. Zur Darstellung von Farbbildern sind zwischen den Flüssigkristallzellen 9 und der oberen Glasplatte 11 spaltenweise abwechselnd rote, grüne und blaue Farbfilterstreifen 12, 13 und 14 angeordnet.
Zur Bildwiedergabe wird mittels einer Hintergrundbeleuchtung 15 Licht 16 durch die Matrix mit den Flüssigkristallzellen 9 gestrahlt und von dieser je nach Ansteuerung über die Zeilenund Spaltenelektroden 6 und 5 mit unterschiedlicher Helligkeit durchgeschaltet. Dabei wird das Licht 16 zunächst von dem unteren Polarisationsfilm 2 (Polarisator) polarisiert. In den einzelnen Flüssigkristallzellen 9 werden die Flüssigkristalle in Abhängigkeit von der elektrischen Spannung zwischen der jeweiligen Bildpunktelektrode 3 und der Gegenelektrode 7 verdreht, so daß das durch die Flüssigkristalle hindurchtretende polarisierte Licht in seiner Polarisationsrichtung entsprechend gedreht wird. Diese Verdrehung der Polarisationsrichtung führt in dem oberen Polarisationsfilm 11 (Analysator) zu einer je nach dem Grad der Drehung mehr oder weniger starken Helligkeitsminderung des austretenden Lichts.
Wie Figur 2 zeigt, ist die Helligkeit H des aus der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige austretenden Lichts und damit der Kontrast des jeweils dargestellten Bildes von dem Blick-winkel α abhängig. Diese Abhängigkeit variiert darüber hinaus auch mit der Spannung U, hier z. B. drei unterschiedliche Spannungen U1, U2 und U3, an der jeweiligen Flüssigkristallzelle 9.
Figur 3 zeigt qualitativ die typisch nichtlineare Abhängigkeit zwischen der Helligkeit H oder gleichbedeutend der optischen Transparenz der Flüssigkristallzellen 9 und der an ihnen jeweils anliegenden Spannung U. Üblicherweise werden die Flüssigkristallzellen 9 in einem Spannungsbereich betrieben, in dem diese Abhängigkeit weitgehend linear ist. In den nichtlinearen Bereichen kann es, wie im folgenden erläutert wird, zu Verfälschungen der Bildwiedergabe kommen. Es werden beispielhaft drei Bildpunkte X, Y und Z betrachtet, die gleichzeitig von drei unterschiedlichen Flüssigkristallzellen 9 erzeugt werden, wobei der Bildpunkt Z um einen Betrag ΔH heller als der Bildpunkt Y und dieser wiederum um denselben Betrag ΔH heller als der Bildpunkt X ist. Werden nun die Spannungen an den drei Flüssigkristallzellen 9 alle um denselben Betrag ΔU verändert, so verändert sich der Helligkeitsabstand zwischen den Bildpunkten X, Y und Z in nichtlinearer Weise, wobei sich zwischen den neuen Bildpunkten X' und Y' ein Helligkeitsabstand ΔH1 und zwischen den neuen Bildpunkten Y' und Z' ein davon unterschiedlicher Helligkeitsabstand ΔH2 ergibt. Diese Helligkeitsverfälschung macht sich insbesondere bei der Farbbildwiedergabe in Form von Farbverfälschungen und damit noch störender als bei der reinen Grauwert-Bildwiedergabe bemerkbar.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige in Form eines Blockschaltbildes. In der Matrix 17 sind die hier als Kondensatoren dargestellten Flüssigkristallzellen 9 in Zeilen und Spalten angeordnet. Auf der von den Bildpunktelektroden 3 gebildeten Seite sind die Flüssigkristallzellen 9 über die ihnen einzeln zugeordneten steuerbaren Schalter 4 spaltenweise mit den Spaltenelektroden 5 verbunden. Die Schalter 4 sind steuerseitig zeilenweise an den Zeilenelektroden 6 angeschlossen. Die allen Flüssigkristallzellen 9 gemeinsame Gegenelektrode 7 liegt an einem Bezugspotential V0.
Die Spaltenelektroden 5 sind an einer Spalten-Steuereinrichtung 18 angeschlossen, die aufgrund von ihr zugeführten Bildsignalen 19 gleichzeitig unterschiedliche Grauwertsignale 20 für die unterschiedlichen Spalten von Flüssigkristallzellen 9 und zeitlich nacheinander unterschiedliche Grauwertsignale 20 für die Flüssigkristallzellen 9 in den verschiedenen Reihen erzeugt und an die Spaltenelektroden 5 anlegt. Eine Zeilen-Steuereinrichtung 21 steuert über die Zeilenelektroden 6 die steuerbaren Schalter 4 in der Weise an, daß die Grauwertsignale 20 an den Spaltenelektroden 5 nacheinander an die Zeilen mit den Flüssigkristallzellen 9 durchgeschaltet werden. Dabei sorgt eine den beiden Steuereinrichtungen 18 und 21 zugeordnete Synchronisiereinrichtung 22 für eine Synchronisierung der zeitlich aufeinanderfolgenden Grauwertsignale 20 für die unterschiedlichen Zeilen mit den Flüssigkristallzellen 9 und der Einschaltsignale 23 für die einzelnen Zeilen. Für die Farbbildwiedergabe werden die jeweils hinter den verschiedenen Farbfilterstreifen 12, 13 und 14 (Figur 1) liegenden drei benachbarten Flüssigkristallzellen 9 bezüglich ihrer Ansteuerung zu einem aus drei Unterbildpunkten bestehenden Farbbildpunkt zusammengefaßt.
Um den Blickwinkelbereich, innerhalb dessen das von der Matrix 17 mit den Flüssigkristallzellen 9 dargestellte Bild für den Betrachter sichtbar ist, ändern zu können, ist die Potentialdifferenz zwischen dem Bezugspotential V0 an der Gegenelektrode 7 und dem Potentialniveau der an die Bildpunktelektroden 3 durchgeschalteten Grauwertsignale 20 einstellbar. Hierzu dient eine Einstellvorrichtung 24, die in Abhängigkeit von einem hier z. B. von Hand über ein Bedienelement 25 erzeugten Einstellsignal 26 das Bezugspotential V0 verändert. Wie durch den gestrichelt dargestellten Signalweg 27 angedeutet ist, kann alternativ zu der Änderung des Bezugspotentials V0 auch das Potentialniveau der Grauwertsignale 20 geändert werden, indem diesen eine veränderbare Offsetspannung oder im Falle von digitalen Grauwertsignalen ein veränderbarer Offsetwert überlagert wird.
Die Spalten-Steuereinrichtung 18 enthält eine Korrektureinrichtung 28, der von der Einstellvorrichtung 24 das jeweils eingestellte Bezugspotential V0 mitgeteilt wird. In der Korrektureinrichtung 28 werden die Grauwertsignale 20', bevor sie an die Spaltenelektroden 5 angelegt werden, aufgrund von Informationen über die in Figur 3 gezeigte typische Abhängigkeit zwischen der optischen Transparenz der Flüssigkristallzellen 9 und der an ihnen anliegenden Spannung sowie in Abhängigkeit von der Potentialdifferenz zwischen den Grauwertsignalen 20' und dem Bezugspotential V0 in der Weise verzerrt, daß sich ein zumindest annähernd linearer Zusammenhang zwischen der optischen Transparenz der Flüssigkristallzellen 9 und den unverzerrten Grauwertsignalen 20' ergibt.
Figur 5 zeigt nochmals die typisch nichtlineare Abhängigkeit zwischen der Helligkeit H oder gleichbedeutend der optischen Transparenz der Flüssigkristallzellen 9 und der an ihnen jeweils anliegenden Spannung U20, die der Potentialdifferenz zwischen den Grauwertsignalen 20 und dem Bezugspotential V0 entspricht. Ferner ist eine Kennlinie K dargestellt, entsprechend der in der Korrektureinrichtung 28 die unverzerrten Grauwertsignale 20' mit der Spannung U20' in die verzerrten Grauwertsignale 20 mit der Spannung U20 umgesetzt werden. Die Umsetzung kann auch digital erfolgen, wobei dann die Kennlinie K in Form einer Wertetabelle in einem hier nicht gezeigten Speicher vorliegt.
Das in Figur 6 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige unterscheidet sich von dem nach Figur 4 dadurch, daß die Korrektureinrichtung 29 Bestandteil der Zeilen-Steuereinrichtung 21 ist bzw. dieser zugeordnet ist. Hierbei werden, wie Figur 7 zeigt, die Einschaltsignale 23 für die steuerbaren Schalter 4 durch Steuerung der Einschalt- und Ausschaltzeiten im Sinne der Verzerrung der von den Schaltern 4 an die Flüssigkristallzellen 9 durchgeschalteten Grauwertsignale 20 verändert. Durch das integrierende Verhalten sowohl der Flüssigkristallzellen 9 als auch des menschlichen Auges wird dabei derselbe Grauwert 20 um so dunkler dargestellt, je kürzer die Einschaltzeit ist. Die Steuerung der Einschalt- und Ausschaltzeiten kann dabei anhand einer Kennlinie erfolgen, wie sie in Figur 5 gezeigt ist.
Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel werden der in den Figuren 4 oder 6 gezeigten Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige 30 über eine steuerbare Umschalteinrichtung 31, die Bestandteil der Spalten-Steuereinrichtung 18 ist, Bildsignale 32 und 33 von zwei unterschiedlichen Bildsignalquellen 34 und 35 zugeführt. Die Umschalteinrichtung 31 wird von einer Einstellvorrichtung 36 mit einem periodisch wechselnden Umschaltsignal 37 gesteuert. Gleichzeitig führt die Einstellvorrichtung 36 der Gegenelektrode 7 der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige 30 über eine Signal Verbindung 38 zwei synchron mit dem Umschaltsignal 37 wechselnde Bezugspotentiale zu. Die aufgrund der Bildsignale 32 und 33 von der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige 30 erzeugten Bilder 39 und 40 werden daher voneinander getrennt in unterschiedlichen Blickwinkelbereichen dargestellt.
Bei dem in Figur 9 dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel werden der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige 30 die unterschiedlichen Bildsignale 32 und 33 der Bildsignalquellen 34 und 35 über eine Signalaufbereitungseinrichtung 41 zugeführt, die Bestandteil der Spalten-Steuereinrichtung 18 ist. Die Signalaufbereitungseinrichtung 41 verschachtelt die Bildsignale 32 und 33 spaltenweise, so daß einander benachbarten Spaltenelektoden 5 zu unterschiedlichen Bildern gehörende Grauwertsignale 20 zugeführt werden. Gleichzeitig erzeugt eine Einstellvorrichtung 42 zwei unterschiedliche Offsetspannungen oder Offsetwerte 43 und 44 und führt diese der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige 30 zu, wo sie spaltenweise verschachtelt den an die Spaltenelektroden 5 abgegebenen Grauwertsignalen 20 überlagert werden. Die aufgrund der Bildsignale 32 und 33 von der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige 30 erzeugten Bilder 45 und 46 werden daher spaltenweise verschachtelt in unterschiedlichen Blickwinkelbereichen dargestellt.
Figur 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere Bildsignalquellen 47, 48 und 49 Bildsignale 50, 51 und 52 von unterschiedlichen Ansichten eines dreidimensionalen Objekts liefern. Die Bildsignale 50, 51 und 52 werden der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige 30 über eine von einer Einstellvorrichtung 53 gesteuerte Umschalteinrichtung 54 zugeführt. Mittels eines Bedienelements 55 lassen sich über die Einstellvorrichtung 53 stufenweise unterschiedliche Bezugspotentiale für die Gegenelektrode 7 der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige 30 einstellen, wobei über die Umschalteinrichtung 54 jedem an die Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige 30 durchgeschalteten Bildsignal 50, 51 und 52 jeweils ein Bezugspotential für die Gegenelektrode 7 der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige 30 zugeordnet ist. Dadurch wird erreicht, daß von der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige 30 unterschiedliche Bilder 56, 57 und 58, die das dreidimensionale Objekt in unterschiedlichen Ansichten darstellen, für unterschiedliche Blickwinkelbereiche erzeugt werden, so daß auf diese Weise eine dreidimensionale Darstellung des Objekts erfolgt.
Figur 11 zeigt schließlich ein Beispiel für den Einbau der Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige 59 in einem Fahrzeug etwa mittig vor dem Sitz 60 des Fahrers und dem Sitz 61 des Beifahrers.

Claims (8)

  1. Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige, bei der von Flüssigkristallzellen (9) gebildete Bildpunkte in Zeilen und Spalten einer Matrix (17) angeordnet sind,
    die Flüssigkristallzellen (9) auf jeweils einer Seite an einem Bezugspotential (Vo) liegen und auf der anderen Seite über ihnen einzeln zugeordnete steuerbare Schalter (4) spaltenweise mit Spaltelektroden (5) verbunden sind,
    die Schalter (4) steuerseitig zeilenweise an Zeilenelektroden (6) angeschlossen sind,
    die Spaltelektroden (5) an einer unterschiedliche Grauwertsignale (20) für die unterschiedlichen Spalten erzeugenden Spalten-Steuereinrichtung (18) angeschlossen sind,
    die Zeilenelektroden (6) an einer Einschaltsignale (23) für die Schalter (4) in den unterschiedlichen Zeilen erzeugenden Zeilen-Steuereinrichtung (21) angeschlossen sind und
    eine Korrektureinrichtung (28, 29) vorhanden ist, die die an die Flüssigkristallzellen (9) gelangenden Grauwertsignale (20) aufgrund von Informationen über die typische Abhängigkeit zwischen der optischen Transparenz der Flüssigkristallzellen (9) und der an ihnen anliegenden Spannung (U) in der Weise verzerrt, dass sich ein zumindest annähernd linearer Zusammenhang zwischen der optischen Transparenz der Flüssigkristallzellen (9) und den unverzerrten Grauwertsignalen (20') ergibt,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Änderung des Blickwinkelbereichs oder zur Einstellung optimaler Kontrastverhältnisse innerhalb eines bestimmten Blickwinkelsbereichs eine Einstellvorrichtung (24, 36, 42, 53) zur veränderbaren Einstellung der Potentialdifferenz zwischen dem Potentialniveau der Grauwertsignale(20) und dem Bezugspotential (Vo) für zumindest einen Teil der Spalten vorgesehen ist und dass die Verzerrung der Grauwertsignale (20) in der Korrektureinrichtung (28, 29) zusätzlich in Abhängigkeit von der Potentialdifferenz zwischen den Grauwertsignalen (20) und dem Bezugspotential (Vo) erfolgt.
  2. Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (28) der Spalten-Steuereinrichtung (18) zugeordnet ist und die von dieser erzeugten Grauwertsignale (20) vor der Abgabe an die Spaltenelektroden (5) verzerrt.
  3. Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (29) der Zeilen-Steuereinrichtung (21) zugeordnet ist und die Einschaltsignale (23) für die Schalter (4) durch Steuerung der Ein- und Ausschaltzeiten im Sinne der Verzerrung der von den Schaltern (4) an die Flüssigkristallzellen (9) weitergeleiteten Grauwertsignale (20) verändert.
  4. Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung (24, 36, 42, 53) zur veränderbaren Einstellung des Bezugspotentials (Vo) ausgebildet ist.
  5. Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige nach einen der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung (24, 36, 42, 53) zur veränderbaren Einstellung der Potentialniveaus der Grauwertsignale (20) ausgebildet ist.
  6. Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten-Steuereinrichtung (18) die Grauwertsignale (20) von mindestens zwei unterschiedlichen Bildern (39, 40) nacheinander zeitlich verschachtelt an die Spaltelektroden (5) abgibt und dass die Einstellvorrichtung (36) für die unterschiedlichen Bilder (39, 40) nacheinander unterschiedliche Potentialdifferenzen einstellt.
  7. Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten-Steuereinrichtung (18) die Grauwertsignale (20) von mindestens zwei unterschiedlichen Bildern (45, 46) gleichzeitig spaltenweise verschachtelt an die Spaltenelektrode (5) abgibt und dass die Einstellvorrichtung (42) unterschiedliche Potentialdifferenzen an den jeweils unterschiedlichen Bildern (45, 46) zugeordneten Spaltenelektroden (5) einstellt.
  8. Verwendung einer Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeige nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem Fahrzeug, wobei sie etwa mittig vor seitlich benachbarten Passagiersitzen (60, 61) angeordnet wird.
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