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CN103871382B - 显示器 - Google Patents

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CN103871382B
CN103871382B CN201310675148.0A CN201310675148A CN103871382B CN 103871382 B CN103871382 B CN 103871382B CN 201310675148 A CN201310675148 A CN 201310675148A CN 103871382 B CN103871382 B CN 103871382B
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Abstract

一种显示器包括可独立寻址的像素，像素包括：第一电极(12a)和置于第一电极上的第二电极(12b)，并且第一电极与第二电极彼此间隔开。反电极设置在第二基板上，其中，在第一基板和第二基板之间设置电光材料。控制器在使用中对像素的第一电极施加第一电压，对像素的第二电极施加与第一电压不同的第二电压，并且对像素的反电极施加第三电压，以在像素中定义第一区域(18a)、第二区域(18b)和第三区域(18c)中的至少一个。选择第一、第二和第三电压，使得像素中定义的第一、第二和第三区域中的每一个的区域产生像素的期望灰度级。

Description

显示器
技术领域
本发明涉及驱动液晶显示器的电极布置以及相关方法，以便改善显示器的视角特性。
背景技术
对于LCD，期望具有较宽视角，使得从离轴位置观看的图像与从轴上位置观看的该图像看起来相同。为了改善LCD宽视角性能，已经开发了一些技术。已经生产了具有角度补偿膜(例如，用于扭曲向列(TN)显示器的八字解取(discotic)宽视角膜)、用于垂直对准向列(VAN)的多域像素以及改进的电极几何形状的显示器。这些开发使得显示器在宽视角下不存在对比度反转问题，即，尽管像素的绝对亮度可以随着视角而改变，但是切换到具有比另一像素更高轴上亮度的像素在所有视角处保持更亮，反之亦然。然而，像素亮度随视角的变化量在多数类型的LCD中仍随着轴上像素亮度非线性地变化。这具有以下效果：在包括像素阵列的彩色显示器中，每个像素由多个彩色子像素组成，例如，RGB条纹(stripe)显示器中的红色、绿色和蓝色子像素，如果像素正显示由三个颜色分量的不同亮度值组成的颜色，则这些不同亮度值可以随着视角偏移不同量，导致所感知颜色的偏移。实质上，离轴亮度响应与轴上亮度响应具有非线性关系，因此，获得随视角变化的图像。为了最小化角度相关颜色偏移，已经开发了多种技术来减小离轴亮度响应与轴上亮度响应之间的非线性度。
US4840460、US20050219186A1、US6067063和US7079214描述了使用附加电子装置进一步将每个LCD彩色子像素划分成两个(或更多个)子区域(拆分子像素架构)。除了黑色电平以外，第一子区域具有第一相对高亮度值，第二子区域具有第二相对低亮度值。来自子像素的第一和第二子区域的平均亮度获得所述像素的期望亮度。以这种方式显示图像减小了子像素的离轴亮度响应和轴上亮度响应之间的非线性度，从而最小化角度相关颜色偏移。这些技术的缺点在于减小最大亮度。最大亮度受到第二子区域永远不会达到其最大可能亮度这一事实的限制。最大亮度还受到进一步划分每个子像素所需的附加电子装置降低了子像素的总体孔径比这一事实的限制。
US6801220和US5847688描述了如何通过图像处理算法(在软件或LCD控制电子装置中运行的图像处理算法)高效地模仿拆分子像素架构的光学效果，该图像处理算法去除了对将每个LCD子像素划分成至少一另外两个子区域所需的附加电子装置的需要。可以通过在空间或时间域中交替地上下调整整个彩色子像素的亮度，对任一现有的彩色显示器应用这些算法，从而产生与拆分子像素架构相同的光学效果。在邻近像素的颜色分量之间高效的传送亮度，而不呈现总体亮度改变。这种技术的缺点在于，相对于尚未经算法处理的图像，该算法降低了图像的感知分辨率。
GB2428152和US2010214324描述了图像处理算法(在软件或LCD控制电子装置中运行的图像处理算法)，使用LCD的离轴亮度响应与轴上亮度响应之间的非线性关系，以便创建私有功能。当激活私有功能时，在轴上观看到的图像与离轴观看到的图像不同。
经由第三电阻电极与第二传导电极电接触的第一传导电极使得能够沿着第三电阻电极形成电压梯度。在文献中已经公开了使用这种形成电压梯度来切换液晶(LC)分子的电子装置。WO2005/015300A1描述了在LC切换期间使用瞬时电压梯度来控制电场的方向，以免在LC层中产生向错线。EP1484634A1和US2011/0170030A1描述了使用电压梯度在空间上改变包含液晶的窗的传递函数，来实现针对所述窗的电可控屏障(curtain)。US3675988、US3741629A、US4139278、US4106858A、US4112361A、US4392718A均公开了非像素化液晶显示设备，通过使用模拟电压梯度来传递信息。US4815823描述了在铁电液晶显示设备的每个像素内使用电压梯度。铁电液晶显示设备是双稳态的，并且因此固有地仅具有两个灰度级。然而，使用如US4815823所描述的电压梯度实现了对通过每个像素透射光的连续控制，因此实现了每个像素多于两个灰度级。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种显示器，包括：第一基板；与第一基板间隔开的第二基板；图像显示层，置于第一基板和第二基板之间，并且包括电光材料，电光材料不是铁电电光材料；以及控制器；其中，显示器包括多个可独立寻址的像素，多个像素中的一个像素包括：第一电极和置于第一基板上的第二电极，第一电极在与第一基板的平面平行的方向上与第二电极间隔开；电阻层，置于第一基板上，并且与第一电极和第二电极电连接；以及置于第二基板上的另一电极；控制器，在第一模式下，适合于针对显示器的像素，对像素的第一电极施加第一电压，对像素的第二电极施加与第一电压不同的第二电压，并且对像素的另一电极施加第三电压，以在像素中定义第一区域、第二区域和第三区域中的至少一个，在第一区域中电光材料在未切换状态下，在第二区域中电光材料在完全切换状态下，在第三区域中电光材料在部分切换状态下，选择第一、第二和第三电压，使得像素中定义的第一、第二和第三区域中的每一个的区域产生像素的期望灰度级。
附图说明
图1是第一基板和电极布置；
图2是第一基板和电极布置；
图3是第二基板和电极布置；
图4是液晶显示器；
图5是电极电压标记的定义；
图6是正常驱动下正常白色LCD像素的平面图；
图7是模拟多像素驱动下正常白色LCD像素的平面图；
图8是正常驱动下正常黑色LCD像素的平面图；
图9是正常驱动下正常黑色LCD像素的平面图；
图10是模拟多像素驱动中LC像素分子的中平面倾斜；
图11是模拟多像素驱动中LC像素分子的中平面倾斜；
图12是正常驱动下的第一最小TN观看角度响应；
图13是模拟多像素驱动下的第一最小TN观看角度响应；
图14是正常白色第一最小TN的电压透射曲线。
图15是CPAVAN的观看角度响应；
图16是饱和电压处CPAVAN模式下的LC分子的平面图；
图17是饱和电压处4域VAN模式下的LC分子的平面图；
图18是4域VAN的观看角度响应；
图19是4域VAN的观看角度响应；
图20是4域正常黑色VAN的电压透射曲线；
图21是用于施加电压梯度的子像素和电极的配置；
图22是用于施加电压梯度的子像素和电极的配置；
图23是用于施加电压梯度的子像素和电极的配置；
图24是用于施加电压梯度的子像素和电极的配置；
图25a是用于施加电压梯度的4域VAN像素和电极；
图25b是用于施加电压梯度的4域VAN像素和电极；
图26是饱和电压处4域VAN模式下的LC分子的平面图；
图27是利用模拟多像素驱动的像素中的DC平衡；
图28a是利用模拟多像素驱动的LCD中的DC平衡；
图28b是利用模拟多像素驱动的LCD中的DC平衡；
图28c是利用模拟多像素驱动的LCD中的DC平衡；
图28d是利用模拟多像素驱动的LCD中的DC平衡；
图29a是模拟多像素驱动的电压图；
图29b是模拟多像素驱动的电压图；
图30是具有关联驱动电子装置的液晶显示器；
图31是具有关联驱动电子装置的液晶显示器；以及
图32是图31的控制ASIC的输出电路80。
附图标记描述
10第一基板和电极层
11第一基板
12a第一电极
12b第二电极
13第三电极
15第一和第二电极之间的区域
16第一电极的边缘
17第二电极的边缘
18a具有高亮度的像素区域
18b具有亮度梯度的像素区域
18c具有低亮度的像素区域
19子像素
19a子像素的反射区域
19b子像素的透射区域
20第二基板和电极层
21第二基板
22第四电极
30液晶材料(图像显示层)
31液晶分子
32CPAVAN像素
33CPARivet
344域VAN像素
34a4域VAN像素的第一LC域
34b4域VAN像素的第二LC域
34c4域VAN像素的第三LC域
34d4域VAN像素的第四LC域
34-1第一4域VAN像素
34-2第二4域VAN像素
34-3第三4域VAN像素
34-4第四4域VAN像素
40偏振器
50偏振器
60液晶单元
80输出电路
具体实施方式
诸如扭曲向列(TN)、超扭曲向列(STN)、电控双折射(ECB)、光学补偿双折射(OCB或“pi-cell”)和垂直对准向列(VAN)等许多液晶显示器通过在与基板平面(即，面外(outofplane)切换LC模式(面外切换模式))垂直的平面中将LC分子倾斜预定量，实现了多种光调制。提出了一种用于面外切换LCD的电极布置以及相关驱动方法(被称作“模拟多像素驱动”)，与利用传统电极布置和传统驱动方法(被称作“正常驱动”)的面外切换LCD相比提高了LCD的视角性能。事实上，所提出的电极布置和模拟多像素驱动可以用于提高任一面外切换LC模式(面外切换模式)的视角性能。
具有传统电极布置的面外切换LCD与图像处理算法(例如，US6801220和US5847688中公开的那些图像处理算法)可兼容，以便进一步提高视角性能。所提出的电极布置和模拟多像素驱动与包括具有传统电极布置的面外切换LCD并根据用于增强视角性能的图像处理算法(例如，US6801220和US5847688中公开的那些图像处理算法)的显示系统相比，具有更好的视角性能以及更高的分辨率。如上所述，这样的图像处理算法降低了图像的感知分辨率(相对于尚未经算法处理的图像)，并且本发明避免了这种分辨率降低，这是由于在本发明中不使用图像处理算法来获得提高的视角性能。
所提出的电极布置与模拟多像素驱动和正常驱动相兼容。可以利用针对最优视角性能的模拟多像素驱动或者针对视角性能降低的正常驱动来驱动LCD。正常驱动与图像处理算法(例如，GB2428152和US2010214324中公开的那些图像处理算法)可兼容，以进一步修改视角性能并且创建私有功能。高质量宽视角模式与窄视角(私有)模式之间的切换对于移动显示器而言是有利的。
利用模拟多像素驱动的LCD的电压-亮度曲线与正常驱动相比明显更线性。模拟多像素驱动的相对线性电压-亮度曲线具有优于正常驱动的两个优点。首先，由电噪声、电荷泄露等所引起的像素信号电压的任一帧到帧变化对利用模拟多像素驱动显示的图像的影响较小。其次，利用模拟多像素驱动容易地精确再现图像数据。因此，模拟多像素驱动与采用每像素10比特(以及更高比特)数据级的显示方案更加兼容。
术语“未切换状态”是指当在电光材料上施加的电压没有引起液晶定向的变化时(即，当在液晶电光材料的情况下所施加电压低于液晶阈值电压时。分子LC模式的LC切换阈值电压根据LC模式可以在～0.5V到～2.5V之间。一些双稳态LC模式的切换阈值可以更高。对于TNLC模式典型的切换阈值电压是～1V)显示器的光电材料采用的状态。当在电光材料上施加电压时，电光材料会采用不同定向，直到其最终采用或倾向于最终定向为止，在最终定向之后所施加电压的幅度的进一步增加实质上不会产生电光材料定向的进一步改变。通常认为当电光材料上的电压等于或大于电光材料的“饱和电压”时已经获得了最终定向。在液晶电光材料的示例中，LC饱和电压可以在～2V到～10V之间，并且通常定义为透射在如果对LC材料施加无限大电压就会发生的透射(对于正常黑色显示)的～95％的点。在电光材料上施加的电压等于或大于饱和电压的状态被称作“完全切换状态”。术语“部分切换状态”是指以下状态：在电光材料上施加的电压的幅度大到足以引起电光材料定向的某些改变，使得电光材料不再处于未切换状态下，但是在电光材料上施加的电压的幅度不足以大到使电光材料采用其完全切换状态。
对于不显示滞后切换特性的任一LC模式，实现“完全切换状态”所需的电压(即，饱和电压)大于阈值电压。对于不显示滞后切换特性的任一LC模式，实现“部分切换状态”所需的电压在阈值电压与饱和电压之间。
通常，像素的第一区域(其中，电光材料在未切换状态下)、像素的第二区域(其中，电光材料在其完全切换状态下)和像素的第三区域(其中，电光材料在部分切换状态下)具有彼此不同的透射率。(例如在正常白色显示中，第一区域典型地具有最大透射率，第二区域最大衰减因此具有最小透射率，第三区域具有中间透射率)。因此能够通过选择像素中第一、第二和第三区域的区域，将像素布置为具有最亮灰度级(通常被称作“白色”)和最暗灰度级(通常被称作“黑色”)之间的任一期望灰度级，使得像素的空间平均透射率给出期望灰度级。
在面外切换显示中，使用部分切换液晶状态来获得中间灰度级，使得对于中间灰度级，液晶分子具有面中(mid-plane)倾斜值，该面中倾斜值在像素上实质上不变并且在液晶未切换时采用的倾角与液晶完全切换时采用的倾角之间。相反，在本发明中，对于中间灰度级，像素区的仅一部分在部分切换的液晶状态下，其中在其他像素区中的液晶未切换和/或完全切换。中间灰度级中的面中倾角因此在像素区上变化，其中，中间面中倾角仅在像素的一部分中存在，在该像素部分中存在部分切换的液晶状态。已经实现了：使中间面中倾角仅存在于像素的一部分中与中间面中倾角实质上在整个像素上存在的传统显示器相比，获得针对中间灰度级的视角性能提高。(已知，诸如液晶显示器等显示器的观看属性依赖于视角。典型地，随着视角远离显示器的垂直轴，观察者所见图像的属性劣化，例如，图像对比度会降低(并且最终变为相反)和/或图像颜色会改变。显示器具有作为视角的范围的“视角范围”，在视角的范围内所显示图像的质量令观察者满意。术语“视角性能”是指视角范围的程度和/或视角范围内的图像属性。)
除非上下文明确要求，否则本文所使用的术语“像素”也意在覆盖复合像素的一部分，复合像素例如是彩色显示器的情况下的彩色(子)像素，在彩色显示器中两种或更多种颜色的(子)像素布置为形成复合像素。
为了避免疑义，本发明不要求像素的第一电极和第二电极与邻近像素的第一电极和第二电极分离，并且一个电极可以用作多个像素(例如，像素行或像素列，或者甚至两个邻近像素行或两个邻近像素列)的第一或第二电极。
参照图1和2，第一基板和相关电极布置10(第一基板和电极层10)包括：第一基板11、第一电极12a和置于第一基板上的第二电极12b、以及也置于第一基板上的电阻层(在本示例中，由第三电极13组成)。第一电极12a和第二电极12b经由第三电极13彼此电接触。参照图1，第三电极13可以沉积在第一基板11上，其中，第一电极12a和第二电极12b沉积在第三电极13的顶部上。参照图2，第一电极12a和第二电极12b可以沉积在第一基板11上，其中，第三电极13沉积在第一和第二电极的顶部上。液晶对准层(未示出)沉积在电极的顶部上。第一电极12a和第二电极12b可以独立寻址。例如，可以通过适合的控制器(未示出)对第一电极12a施加第一电压VR1，可以对第二电极12b施加第二电压VR2。如果第一和第二电压相同(即，VR1＝VR2)，则该电压也可以在沿着第三电极13的所有横向位置15(第一和第二电极之间的区域15)处出现在第三电极13上。如果第一电压VR1和第二电压VR2不同(即，VR1≠VR2)，则沿第三电极13的横向范围15出现电压梯度，使第三电极13在位置16(第一电极的边缘16)处具有第一电压VR1，在位置17(第二电极的边缘17)处具有第二电压VR2。区域15示出了在第三电极上出现的电压梯度的空间范围。如果第三电极13在位置16和17之间具有均匀阻抗，则在第三电极13上的位置16和17之间存在具有线性函数形式的电压梯度。区域15可以近似对应于液晶显示器(LCD)内的像素孔径或子像素孔径的空间范围。
参照图3，第二基板和相关电极布置20(第二基板和电极层20)包括第二基板21和置于第二基板上的至少另一电极(在本示例中，是第四电极22)。液晶对准层(未示出)置于电极的顶部上。第四电极22是被施加电压VSIG的信号电极。(以下参照图30-32给出了用于对第一电极12a施加第一电压VR1、对第二电极施加第二电压VR2并且对另一电极22施加电压VSIG的适合控制器的示例)在包括多个像素的LCD中，可以经由薄膜晶体管(TFT)和关联驱动电极的标准布置(如图30所示)对给定像素或子像素的第四电极施加VSIG。
参照图4，第一基板和电极布置10以及第二基板和电极布置20间隔开预定量，其中液晶对准层(未示出)彼此面对。由诸如液晶材料30等电光材料构成的图像显示层包含在第一基板和电极布置10与第二基板和电极布置20之间，以便实现LCD60(液晶单元60)。(主要参照其中图像显示层是液晶材料层的实施例来描述本发明)。LCD具有分别附着至第一基板11和第二基板22的最外面的偏振器40、50。偏振器可以是线偏振器或圆偏振器。如果采用线偏振器，则线偏振器可以彼此平行布置，或者彼此垂直布置或者彼此成预定角度，如超扭曲向列(STN)LCD的情况。如果采用圆偏振器，则两个圆偏振器可以具有相同旋向性或相反旋向性。例如负C板和/或正A板的光学补偿膜(未示出)可以位于偏振器40、50之间的光学层叠中。背光单元(未示出)照亮LCD。背光单元可以接近偏振器40或偏振器50放置。LCD具有驱动电极(未示出)，驱动电极经由第一、第二和第四电极像LCD的像素提供电信号，使得在LCD上形成图像。稍后讨论驱动电极和驱动方案的细节。
参照图5，示出了标记为VR1(第一电极12a上的电压)、VR2(第二电极12b上的电压)和VSIG(第四电极22上的电压)的电压。第三电极13上的电压VR(X)可以沿从位置16到位置17的x方向横向变化。VR(X)随VR1和VR2以及包括电极13的材料而变化。例如，如果VR1＝-VR2并且第三电极13沿x方向具有均匀阻抗，则在位置16和位置17之间的中间点处VR＝0V。通过VSIG-VR(X)给出LC层上的电压VLC(X)。如果VR1＝VR2，则VR不随位置而变化，并因此VLC在区域15内部实质上不具有空间相关性。
图4的液晶显示器至少能够在第一模式下操作并且可选地还能够在第二模式下操作，第一模式是“模拟多像素驱动”，第二模式是“正常驱动”模式。在第一模式下，针对显示器的像素，控制器对像素的第一电极12a施加第一电压(VR1)，对像素的第二电极12b施加与第一电压不同的第二电压(VR2)，并且对像素的另一电极(即，第四电极22)施加第三电压(VSIG)，以在像素中定义第一区域、第二区域和第三区域中至少一个，在第一区域中，电光材料在未切换状态下，在第二区域中电光材料在完全切换状态下，在第三区域中，电光材料在部分切换状态下。选择第一、第二和第三电压，使得在像素中定义的第一区域、第二区域和第三区域或第一区域、第二区域和第三区域中的每一个的区域产生像素的期望灰度级(如该像素的输入数据所定义的)。在第二模式下，如果需要，则控制器适合于针对至少一个像素对像素的第一电极施加第一电压(VR1)，并且对像素的第二电极施加与第一电压相同的第二电压(VR2)。
图6示出了经历正常(即，传统)驱动的正常白色LC像素。参照图6，VR1＝VR2＝0V并且VTH是图像显示层的阈值切换电压(即，在该示例中液晶层的阈值切换电压)，并且VSAT是液晶饱和电压。标记G0、G64、G128、G192和G255指示针对8比特驱动方案的近似数据级(灰度级)。除非另外说明，否则本文包含的寻址方案的所有示例具有每像素或每子像素256个数据级(从G0到G255)(即，每像素或每子像素8比特数据级)。当VSIG从小于或等于VTH的值增加到实质上等于VSAT的值时，假定8比特寻址方案，像素亮度从最大光透射状态(G255)改变到灰度(G192、G128、G64)、到最大光吸收状态(G0)。为了方便起见，术语“白色”和“黑色”用于代替“最大光透射”和“最大光吸收”。
对于单域LC模式，像素亮度对于正常(传统)驱动在区域15上实质上不变。对于单域和多域LC模式，面中倾斜对于正常(传统)驱动在区域15上实质上不变。面中定义为d/2处的平面，其中，d是LC层30的厚度。图6中示出的像素可以与标准滤色器结合使用，以便获得LCD的有色子像素。
图7示出了经历模拟多像素(即，非传统)驱动的正常白色LC像素。图7及其摘要仅出于示意目的并未按比例缩放。参照图7，VR1＜＝VTH，VR2＜＝VTH并且VR1＝-VR2。当VSIG＝0V时，对于像素上的所有空间位置，液晶层30上的电压VLC(x)＜＝VTH，并因此像素在整个区域15上看起来实质上为白色，对应于数据级G255。当VSIG增大时，像素亮度在区域15上不再是不变的。对于像素内的第一空间区域18a，因而|VSIG-VR1|＜VTH，液晶材料未切换，并且像素实质上为白色(这是由于正常白色显示中未切换的液晶材料的区域看起来为白色)。对于像素内的第二空间区域18b，因而|VSIG|＞＝VSAT，液晶材料完全切换，并且像素实质上为黑色。对于像素内的第三空间区域18c，因而VTH＜|VSIG|＜VSAT，液晶材料在部分切换状态下，并且像素具有分级亮度。参照图6的传统驱动方案，对于从G1到G254的所有数据级(即，对于除了“白色”和“黑色”级以外的所有数据级)，像素或子像素的液晶层包括其整个区域上实质上均匀的中间液晶状态(对应于图7的分级亮度区域18b)。相反，在图7的驱动方案中，像素可以完全由区域18a构成(即，对于G255)。参照图7，像素可以完全由区域18a和18b构成(对于低于在G255的灰度级，例如G254和G253)。参照图7，像素可以完全由区域18a和18b和18c构成(对于中间灰度级，例如是G128)。备选地，尽管图7中未示出，但是像素可以完全由区域18b组成(对于中间灰度级，例如，为G128)。呈现例如G128中间灰度级的像素(像素完全由区域18b构成)与呈现与图6所示相同中间灰度级(G128)的传统像素相比具有更好的视角性能。视角性能提高的原因在于，即使整个像素完全由部分切换的区域18b构成，由于第一电极和第二电极之间的电压梯度液晶状态在像素上也不均匀。大约～45°的面中倾斜(用于获得图6中的G128级)具有最大最差视角性能。当面中倾斜增加到～45°以上或者减小到～45°以下，视角性能提高。在极限情况下，对于完全由正好完全切换状态和完全未切换状态构成的像素(即，没有部分切换状态)，出现中间灰度级的最佳观看性能。然而，根据本发明，呈现例如G128中间灰度级的像素(完全由区域18b构成)仍具有更好的视角性能，这是因为具有对视角性能最有害的面中倾角(即，～45°)的像素区小于呈现相同中间灰度级(G128)的传统像素区。换言之，例如，由两个区域(其中，第一区域具有～25°的面中倾斜，第二区域具有～75°的面中倾斜)构成的中间灰度级下的像素的视角性能与由单个区域(具有～45°的单个面中倾斜)构成的相同中间灰度级下的像素相比具有更好的视角性能。尽管区域18b由面中倾角的连续分布构成，但是已经使贡献于大约～45°面中倾斜的区域(具有最大最差视角性能)最小化。参照图7，像素可以完全由区域18b和18c构成(对于就在G0以上的灰度级，例如，G1和G2)。参照图7，像素可以完全由区域18c构成(即，G0)。因此在像素或子像素内采用区域18a、18b和18b的使用，以获得从黑色到白色的所有灰度级。为了获得期望的灰度级，像素或子像素可以由区域18a、18b和18c中的一个、两个或三个构成。对于单域和多域LC模式，面中倾斜在经历该模拟多像素驱动时可以在区域15上实质上变化(例如，参见G192、G128和G64)。图7中示出的像素可以结合标准滤色器使用，以便获得LCD的有色子像素。
图8示出了以类似于图6提供的描述的正常(传统)方式驱动的正常黑色LC像素。图9示出了以类似于图7提供的描述的模拟多像素驱动(非传统)方式驱动的正常黑色LC像素。图9及其摘要仅出于示意目的，并未按比例示出。参照图9，VR1＜＝VTH、VR2＜＝VTH和VR1＝-VR2。当VSIG＝0V时，对于像素上的所有空间位置液晶层30上的电压VLC(x)＜＝＝VTH，并因此在整个区域15上像素看起来实质上为黑色，对应于数据级G0。当VSIG增大时，像素亮度在区域15上不再不变。对于像素内的第一空间区域18c，因而，|VSIG-VR1|＜VTH，液晶材料未切换，并且像素实质上为黑色(由于正常黑色显示中未切换液晶材料的区域看起来为黑色)。对于像素内的第二空间区域18a，因而|VSIG|＞＝VSAT，液晶材料完全切换，并且像素实质上为白色。对于像素内的第三空间区域18b，因而VTH＜|VSIG|＜VSAT，液晶材料在部分切换状态下，并且像素具有分级亮度。
对于图8的传统驱动方案，对于从G1到G254的所有数据级(即，对于除了“白色”和“黑色”级以外的所有数据级)，像素或子像素的液晶层在其整个区域上包括中间液晶状态(对应于图7或9的分级亮度区域18b)。相反，在图9的驱动方案中，像素可以完全由区域18a构成(即，G255)。参照图9，像素可以完全由区域18a和18b构成(对于就在G255以下的灰度级，例如G254和G253)。参照图9，像素可以完全由区域18a和18b和18c构成(对于中间灰度级，例如是G128)。备选地，尽管图9中未示出，但是像素可以完全由区域18b组成(对于中间灰度级，例如，为G128)。参照图9，像素可以完全由区域18b和18c构成(对于就在G0以上的灰度级，例如，G1和G2)。参照图9，像素可以完全由区域18c构成(即，G0)。对于单域和多域LC模式，面中倾斜在经历该模拟多像素驱动时可以在区域15上实质上变化(例如，参见G192、G128和G64)。图9中示出的像素可以结合标准滤色器使用，以便获得LCD的有色子像素。因此，可以在像素或子像素内采用区域18a、18b和18c的使用，以获得从黑色到白色的所有灰度级。期望的灰度级可以由标记为18a、18b和18c的区域中的一个、两个或三个构成。对于单域和多域LC模式，面中倾斜可以在经历该模拟多像素驱动时在区域15上实质上变化(例如，参见G192、G128和G64)。图9中示出的像素可以结合标准滤色器使用，以便获得LCD的有色子像素。
图10和图11示出了LC分子31的面中倾斜在区域15上如何变化的示例，区域15近似对应于像素孔径或子像素孔径。参照图10，区域18a中的LC分子具有低面中倾斜，区域18c中的LC分子具有高面中倾斜，并且区域18b中的LC分子具有中间倾斜的梯度。区域18a中分子的面中倾斜可以对应于LC表面对准层引起的预倾斜。区域18c中分子的面中倾斜可以对应于LC表面对准层引起的预倾斜。尽管图11示出了与图10不同的LC面中倾斜空间布置，但是图11和图10都包括呈现了中间倾斜的梯度的区域18b。
如图5所示，根据设计来制造正常白色第一最小扭曲向列LC切换单元。所使用的LC材料是MLC-2101(Merck，Δn＝0.0943，Δε＝+18.1)，并且单元厚度是～5μm。LC对准层是PI2555(DuPontMicroSystems)，给出了～1°的低表面预倾斜。手性掺杂剂(chiraldopant)R811(Merck)在被注入到LC单元之前添加到LC材料，生成的混合物具有～100μm的间距(pitch)。手性LC混合物的旋向性与对准层的垂直摩擦表面引入的旋向性合作。氧化铟镓锌层用于第三电极13并且沉积在第一基板11上。氧化铟镓锌薄层电阻是～106Ω/sq。具有适合薄层电阻的透明材料可以用于第三电极13。第三电极13的薄层电阻可以在～105Ω/sq到～1013Ω/sq的范围内。较高薄层电阻使较低电流在第三电极13中流动，并且因此实现了较低功耗。尤其对于移动LCD应用期望降低功耗。然而，较高薄层电阻由于与第四电阻耦合的电容可以使LC切换速度减速。为了一阶近似，电容耦合效应在像素的RC常数变得与LC模式的固有切换速度可兼容时变得显著。因此，必须选择针对第三电极13的薄层电阻的上限值，使得切换速度不显著减速。出于实践目的，在范围～107Ω/sq到～1011Ω/sq中的薄层电阻可以是优选的。铝用于第一电极12a和第二电极12b。可以利用透明材料或非透明材料来制造第一电极12a和第二电极12b。优选地，用于第一电极12a和第二电极12b的材料的电阻足够低，使得对第一电极12a和第二电极12b施加不同电压(即，VR1≠VR2)在生成的LCD上所有点处获得第三电极上实质上相同的压降(即，位置16和位置17之间的压降)。换言之，选择第一电极12a、第二电极12b和第三电极12c的薄层电阻，使得沿着第一电极12a的轨迹或者沿着第二电极12b的轨迹实质上没有压降。在第二基板21上的第四电极22上形成LCD制造中使用的标准氧化铟锡(ITO)层。偏振膜(没有补偿膜)附着至第一基板11和第二基板21。
对上述正常白色第一最大扭曲向列LC切换单元的视角响应进行测量。针对从黑色到白色的若干不同灰度级(数据级)测量轴上(Theta＝0°)和离轴(Theta＝25°)的亮度。针对三个不同的方位角(Phi＝0°、Phi＝90°和Phi＝270°)执行离轴(Theta＝25°)测量。
图12示出了使用正常驱动测量的正常白色第一最小扭曲向列LC切换单元的视角响应，其中，VR1＝VR2＝0V，并且VSIG从0V增大到VSAT。参照图12，针对归一化轴上亮度绘制的Phi＝0°、Theta＝25°(圆形)处归一化离轴亮度响应示出了高线性关系。这种高线性关系转化为良好的视角响应，并且这样的LCD在从离轴方向观看时不会遭受颜色偏移，即，轴上图像和离轴图像(Phi＝0°，Theta＝25°)没有显著不同。参照图12，针对归一化轴上亮度绘制的Phi＝90°、Theta＝25°(三角形)处归一化离轴亮度响应示出了高非线性关系。这种非线性关系转化为不良的视角响应，并且这样的LCD在从离轴方向观看时会遭受颜色偏移，即，轴上图像和离轴图像(Phi＝90°，Theta＝25°)具有较大显著不同。具体地，中间灰度数据级在Phi＝90°、Theta＝25°(三角形)观看方向上过亮。参照图12，针对归一化轴上亮度绘制的Phi＝270°、Theta＝25°(方形)处归一化离轴亮度响应示出了高非线性关系。这种非线性关系转化为不良视角响应，并且这样的LCD在从该离轴方向观看时会遭受颜色偏移。具体地，中间灰度数据级在Phi＝270°、Theta＝25°(方形)观看方向上过暗。
图13示出了使用模拟多像素驱动测量的上述正常白色第一最小扭曲向列LC切换单元的视角响应，其中，VR1＝+VTH、VR2＝-VTH并且VSIG从0V增大到VR1+VSAT。参照图13，针对归一化轴上亮度绘制的Phi＝0°、Theta＝25°(圆形)处归一化离轴亮度响应示出了高线性关系。这种高线性关系转化为优异的视角响应，并且这样的LCD在从离轴方向观看时不会遭受颜色偏移。针对正常驱动(图12)和模拟多像素驱动(图13)的Phi＝0°、Theta＝25°(圆形)视角响应在视觉上相同。参照图13，针对归一化轴上亮度绘制的Phi＝90°、Theta＝25°(三角形)处归一化离轴亮度响应在与使用正常驱动(图12)的等同观看方向相比时示出了降低的非线性度。因此，模拟多像素驱动(图13)与针对Phi＝90°、Theta＝25°(三角形)的正常驱动(图13)相比具有较小的颜色偏移。参照图13，针对归一化轴上亮度绘制的Phi＝270°、Theta＝25°(方形)处归一化离轴亮度响应在与使用正常驱动(图12)的等同观看方向相比时示出了降低的非线性度。因此，模拟多像素驱动(图13)与针对Phi＝270°、Theta＝25°(方形)观看方向相比具有较小的颜色偏移。清楚地，与正常驱动(图12)相比，利用模拟多像素驱动(图13)正常白色第一最小扭曲向列LC切换单元具有更好的视角响应。
参照图6，单域正常白色LC模式(例如，上述第一最小TN)具有对于正常驱动在区域15上实质上不变的像素亮度。参照图10，使用正常驱动，给定的中间灰度数据级(即，G128)具有在区域15上实质上不变的单个面中倾斜值。该单个面中倾斜值通常在到基板11、21的平面的范围～20°到～70°中。换言之，对于正常驱动，中间灰度数据级近似对应于在VTH以下采用的倾角与～VSAT处采用的倾角中间的均匀LC倾角。参照图10，使用模拟多像素驱动用于所述中间灰度数据级(G128)，面中倾斜在区域15上变化。如图12和图13所示，模拟多像素驱动具有比正常驱动更好的视角性能。通常，通过避免面中倾斜的中间值来实现LCD中更好的视角性能(即，较小的角度相关颜色偏移)。换言之，与正常驱动相比，模拟多像素驱动的中间面中倾斜值在区域15中具有较小的空间范围，并因此模拟多像素驱动具有比正常驱动更好的视角性能。
图14示出了用于如上所述正常白色第一最小扭曲向列LC切换单元的轴上电压-透射(V-T)曲线。正常驱动的V-T曲线(方形)高度非线性。模拟多像素驱动的V-T曲线对于多数灰度级(数据级)是线性的。主导线性V-T曲线优于高度非线性V-T曲线的第一优点在于，更容易实现10比特(或更高)数据级(10比特＝1024灰度级)。主导线性V-T曲线优于高度非线性V-T曲线的第二优点在于，帧时间内的任一VSIG改变引起较小的时间相关颜色偏移。图14示出了对于正常白色第一最小扭曲向列LC切换单元，模拟多像素驱动的VSAT(即，最大VSIG值)比正常驱动的VSAT高大约0.5V。VSAT的这种小增加会需要更高的功耗。可以通过诸如LC材料、LC单元厚度、负C板的量等参数的进一步优化来减小模拟多像素驱动的VSAT。
参照图15，示出了针对正常驱动(方形)和模拟多像素驱动(三角形)的垂直对准向列(VAN)LCD的视角性能。图15还示出了针对其本身绘制的轴上响应，以示意期望的(理想的)线性响应(即，如果针对给定离轴角度的归一化亮度响应改变了与针对所有灰度(数据)级的归一化轴上亮度响应相同的部分，则达到理想视角性能)。VANLCD在每个像素的中心处具有集中点(突出)，这对于高信号电压引起连续的叶轮对准(CPA)(即，当LC分子完全切换时，大多数分子以从集中点向外辐射的方式在基板11、21的平面中近似对准)。在图16中示意性示出了饱和电压(VSAT)下CPAVAN像素32、集中点33和LC分子31的平面图。对于正常驱动采用对轴上和离轴(极角：theta＝50°)亮度响应的测量。LC切换的对称意味着，对于第一近似，在方位视角方向视角性能不变。对于正常驱动(方形)，针对归一化轴上亮度绘制的归一化离轴亮度响应示出了高非线性关系。对于正常驱动(方形)，清楚地，当轴上亮度降到一半亮度时，离轴亮度根本不会下降。换言之，对于中间和高数据级，CPAVAN透射太多离轴光。根据正常驱动(方形)数据计算模拟多像素驱动(三角形)响应。计算假定VR1＝+VTH，VR2＝-VTH，并且VSIG从0V增大到VR1+VSAT。对于模拟多像素驱动(三角形)，针对归一化轴上亮度绘制的归一化离轴亮度响应示出了非线性远小于正常驱动(方形)的关系。模拟多像素驱动(三角形)响应比正常驱动(方形)更接近线性(理想)轴上响应。清楚地，模拟多像素驱动(三角形)在CPAVANLCD的情况下具有比正常驱动(方形)更好的视角响应。
在该示例中，在图17中示出了饱和电压(VSAT)下多域VAN像素(在该示例中，是4域VAN像素)的示意平面图。诸如图案化UV对准等对准技术用于沿实质上正交的方向(即，4域)对准LC分子。示出了方位观看方向0°和45°。参照图18和19，示出了针对正常驱动(方形)和模拟多像素驱动(三角形)的4域VAN像素的视角性能。图18和19还示出了针对其自身绘制的轴上响应，以示意期望的(理想的)线性响应(即，如果针对给定离轴角度的归一化亮度响应改变了与针对所有灰度(数据)级的归一化轴上亮度响应相同的部分，则达到理想视角性能)。根据LC仿真获得正常驱动(方形)亮度响应数据。然后根据正常驱动(方形)数据计算模拟多像素驱动(三角形)响应。计算假定VR1＝+VTH，VR2＝-VTH，并且VSIG从0V增大到VR1+VSAT。图18和图19的离轴极视角是50°(即，theta＝50°)，而图18示出了Phi＝0°的离轴方位视角，图19示出了Phi＝45°的离轴方位视角。参照图18，对于正常驱动(方形)，针对归一化轴上亮度绘制的归一化离轴亮度响应示出了非线性关系。参照图18，对于模拟多像素驱动(三角形)，针对归一化轴上亮度绘制的归一化离轴亮度响应示出了比正常驱动(方形)更小非线性的关系。清楚地，模拟多像素驱动(三角形)对于Phi＝0°，theta＝50°观看方向具有比正常驱动(方形)更好的视角响应。参照图19，对于正常驱动(方形)，针对归一化轴上亮度绘制的归一化离轴亮度响应示出了高非线性关系。参照图19，对于模拟多像素驱动(三角形)，针对归一化轴上亮度绘制的归一化离轴亮度响应示出了比正常驱动(方形)更小非线性的关系。清楚地，模拟多像素驱动(三角形)对于Phi＝45°，theta＝50°观看方向具有比正常驱动(方形)更好的视角响应.在给出4域VAN的对称属性的情况下，从图18和19清楚地，模拟多像素驱动(三角形)4域VAN中具有比正常驱动(方形)更好的视角响应，并且期望这一点普遍适用于多域VAN像素，而与每像素的域个数无关。
图20示出了针对如上所述4域VAN的轴上电压-透射(V-T)曲线。针对正常驱动(方形)的V-T曲线是高度非线性的。针对模拟多像素驱动的曲线对于多数灰度级(数据级)是线性的。主导线性V-T曲线优于高度非线性V-T曲线的第一优点在于，更容易实现10比特(或更高)数据级(10比特＝1024灰度级)。主导线性V-T曲线优于高度非线性V-T曲线的第二优点在于，帧时间内的任一VSIG改变引起较小的时间相关颜色偏移。图20示出了对于4域VAN，模拟多像素驱动的VSAT(即，最大VSIG值)比正常驱动的VSAT高大约0.5V。VSAT的这种小增加可以需要更高的功耗。可以通过诸如LC材料、LC单元厚度、负C板的量等参数的进一步优化来减小模拟多像素驱动的VSAT。
参照图21、图22、图23和图24，第一电极12a和第二电极12b可以位于滤色器基板上，其中，红色像素由“R”表示，绿色像素由“G”表示，并且蓝色像素由“B”表示。通常，第一电极12a和第二电极12b位于与被施加了VSIG的基板相对的基板上。可以经由传统薄膜晶体管(TFT)对有色子像素19施加VSIG。区域18c(参见图10、图11)可以邻近针对给定中间灰度数据级的第一电极12a，或者区域18c可以邻近针对给定中间灰度数据级的第二电极12b。
图21和图22示出了第一电极12a和第二电极12b位于彩色子像素19之间的行中的方式。图21的电极设计能够呈现比图22的电极设计更亮的图像，这是因为图21使用每子像素19更少的电极12a和12b，并因此可以具有更高孔径比。图23示出了第一电极12a和第二电极12b位于彩色像素之间的列中的方式。
参照图24，每个像素可以包括反射区域19a和透视区域19b。对于低环境光照明条件(例如，室内)，优选地，对于任一给定中间灰度数据级(例如，G128)，区域18c(参见图10、图11)邻近第一电极12a。对于正常白色模式或正常黑色模式，这可以经由对第一、第二和第四电极施加适合的电压来实现。例如，假定电极12a具有电压～+VTH，并且电极12b具有电压～-VTH。对于正常白色LC模式，区域18c通过使用电极4(未示出)上的负信号电压(-VSIG)邻近第一电极12a。对于正常黑色LC模式，区域180c通过使用电极4(未示出)上的正信号电压(+VSIG)邻近第一电极12a。备选地，如果假定电极12a具有电压～-VTH，电极12b具有电压～+VTH。对于正常白色LC模式，区域18c通过使用电极4(未示出)上的正信号电压(+VSIG)邻近第一电极12a。对于正常黑色LC模式，区域18c通过使用电极4(未示出)上的负信号电压(-VSIG)邻近第一电极12a。
对于高环境照明条件(例如，室外)，优选地，对于任一给定中间灰度数据级(例如，G128)，区域18c(参见图10、图11)邻近第二电极18b。对于正常白色模式或正常黑色模式，这可以经由对第一、第二和第四电极施加适合的电压来实现。例如，假定电极12a具有电压～+VTH，并且电极12b具有电压～-VTH。对于正常白色LC模式，区域18c通过使用电极4(未示出)上的正信号电压(+VSIG)邻近第二电极12b。对于正常黑色LC模式，区域180c通过使用电极4(未示出)上的负信号电压(-VSIG)邻近第二电极12b。备选地，如果假定电极12a具有电压～-VTH，电极12b具有电压～+VTH。对于正常白色LC模式，区域18c通过使用电极4(未示出)上的负信号电压(-VSIG)邻近第二电极12b。对于正常黑色LC模式，区域18c通过使用电极4(未示出)上的正信号电压(+VSIG)邻近第二电极12b。
图25a和图25b示出了由标记为34-1、34-2、34-3和34-4的4个子像素组成的显示器的区域。每个子像素具有4域VAN34对准结构，如图17中的LC域图案化所示。图25a示出了最大亮度(最高可能数据级)处的每个子像素。图25b示出了相同亮度(即，G200)处的子像素34-1和34-2，以及比34-1亮度高(即，G225)的子像素34-3，以及比34-1亮度低(即，G85)的子像素34-4。图25b清楚地示出了，对于中间灰度级，每个子像素的黑色区域18c没有均匀地覆盖所述子像素中的4个LC域中的每一个(为了清楚起见，省略了区域18a和18b)。假定正常黑色LC模式并且参照图17，在切换LC域31b和31c之前切换LC域31a和31d(即，在邻近电极12b的LC域31b和31c之前切换邻近电极12a的LC域31a和31d)。如果通过近似相同的比例来切换给定子像素的所有LC域，则可以实现最优视角性能。参照图26，通过相对于电极12a和12b改变像素19、34中4个LC域的空间分布，然后可以通过针对任何数据级(灰度级)的近似相同空间比例来同时切换给定子像素19的所有LC域。因此，如图26所示，当采用模拟多像素驱动时，相对于电极12a和12b的LC域图案化可以实现比图25a、图25b和图17所示的LC域图案化提高的视角性能。通常，对于给定数据级，使用模拟多像素驱动方案同时切换子像素19中相同比例的所有LC域可以有利于视角性能。值得注意的是，参照图25b，将具有如图17所示LC对准的子像素34-1和34-2切换到相同数据级实质上可选地等同于切换具有如图26所示LC对准的所述子像素，这是因为在两个LC对准情况下切换相同比例的所有LC域。
LCD驱动的重要方面在于，对时间平均像素驱动电压按顺序进行DC平，以防止诸如重像等图像伪像。事实上，DC平衡(也被称作“反驱动”)涉及在第一时间帧内利用正电压驱动像素，并且在后续时间帧内利用负电压驱动像素，使得当随时间平均时，在LCD的任一基板上不会出现电荷的净累积。图27和图28示出了针对模拟多像素驱动的DC平衡驱动方案。参照图27，示出了一些中间数据级(例如，G128)处的正常白色信号像素19(可以是子像素)。注意，任意选择中间数据级和正常白色LC模式像素，并且这里描述的DC平衡方案与所有数据级和正常白色LC模式相关。图27的帧1示出了具有电压VR1的电极12a和具有电压VR2的电极12b。对于该示例，VR1＝+V和VR2＝-V，使得VR1＝-VR2。对第四电极22(未示出)施加信号电压-VSIG。通常，不对帧1DC平衡。图27的帧2示出了具有电压VR2＝-V的电极12a和具有电压VR1＝+V的电极12b。并且对第四电极22(未示出)应用+VSIG。通常，不对帧2进行DC平衡。然而对帧1+帧2的平均进行DC平衡在于，像素上(LC层上)的时间平均电压不具有净DC分量。这种反方案不需要在从帧1过渡到帧2期间发生任一LC切换。图27示出了单个像素或子像素(只要是LCD的最小可寻址区域)中的DC平衡。
图28示出了利用模拟多像素驱动对LCD的3个白色像素实现图27的反方案。图28中的每个白色像素包括由R、G和B表示的3个彩色子像素，然而，这种讨论不限于每白色像素具有3个彩色子像素的LCD。图28示出了标记为C1的单个白色像素列，以及分别标记为R1、R2和R3的3个白色像素行。
每个子像素具有关联的薄膜晶体管(TFT，图28中未示出，但是在图30中示出)以对每个子像素的第四电极(未示出)实现信号电压Vsig的寻址。现在参照图30、31和32描述本发明的适合于驱动显示器的控制器的一个示例。在本示例中，控制器包括用于驱动像素的第一和第二电极12a、12b的控制电子装置的第一布置以及用于驱动像素的第四电极的控制电子装置的第二布置。
图30中示出了在像素19、TFT的标准布置以及关联的控制电子装置，可以用于对每个像素的第四电极施加VSIG。图31中示出了可以用于对第一电极12a施加第一电压VR1并且对第二电极12b施加第二电压VR2的控制电子装置的布置。如根据以上描述理解的，对于图27和图28a-d的示例，仅使用VR1和VR2的特定值，使得在一个实施例中，控制电子元件可以布置为施加VR1和VR2，使得VR1可以取值VCOM，+V或-V，VR2可以取值VCOM，+V或-V。
在图30和31的示例中，控制电子元件的每个布置包括相应控制ASIC。针对基板21的控制ASIC(图21)和针对基板11的控制ASIC(图31)必须以某种方式耦接在一起，使得属于相同像素行(R1、R2、R3等)的第一电极12a、第二电极12b和第四电极21按照模拟多像素驱动的同步方式改变。通常，行定时触发信号(时钟)用于同步针对基板11的控制ASIC和针对基板21的控制ASIC。例如，针对基板21的控制ASIC可以向针对基板11的控制ASIC发送定时行触发信号，以确保属于任一给定行子像素(R1、R2、R3等)的第一电极12a、第二电极12b和第四电极22的电压以同步方式改变。参照图28描述同步的详细示例。
针对基板21的控制ASIC(图30)具有模式选择输入和数据信号(数据级)。使用模式选择(可以由用户或者预定的自动过程来激活)来选择正常驱动或模拟多像素驱动。在正常驱动中，第一查找表用于将输入的数据信号转换成针对每个像素19的第四电极21的期望输出电压。在模拟多像素驱动中，与第一查找表不同的第二查找表用于将输入的数据信号转换成针对每个像素19的第四电极21的期望电压。
针对基板11的控制ASIC(图31)具有模式选择输入和定时行触发信号(时钟)输入。模式选择(可以由用户或预定的自动过程来激活)用于选择正常驱动或模拟多像素驱动。在正常驱动中，VR1＝VR2，并且针对所有行(R1、R2、R3等)的每个行电极(12a、12b等)全局地切换到同一电压，例如，VCOM。(术语“VCOM”用于表示正常驱动模式下应用于每个行电极的电压。VCOM可以为零，尽管本发明不需要VCOM为零)。在模拟多像素驱动中，可以将针对每行(R1、R2、R3等)的每行电极(12a、12b)切换到+V或-V。当针对基板21的控制ASIC对行1(R1)的像素19寻址时，将定时行触发信号传递到针对基板11的控制ASIC，使得属于行1(R1)的像素19的行电极(12a、12b)与对基板21上的R1的寻址同步地切换到适当电压(+V或-V)。事实上，以同步方式利用适当的电压对给定行(R1、R2、R3等)中的所有像素19进行寻址。
在该示例中，针对基板11的控制ASIC的输出电路80具有3个输出(VCOM，+V或-V)，如图32所示。针对基板11的控制ASIC(图31)的定时行触发信号可以来自于针对基板21的控制ASIC(图30)。
如果通过模式选择将针对基板21的控制ASIC(图30)设置为正常驱动，则也可以通过模式选择将针对基板11的控制ASIC(图31)设置为正常驱动。如果通过模式选择将针对基板21的控制ASIC(图30)设置为模拟多像素驱动，则也可以通过模式选择将针对基板11的控制ASIC(图31)设置为模拟多像素驱动。
图28a示出了帧1的结束处对所有子像素施加的电压，其中，电极12a＝+V，电极12b＝-V。出于简要示意的目的，假定在图28a中已经对所有子像素的第四电极22(未示出)施加了相同信号电压VSIG。为了不实现净DC分量，应当如图28d所示在帧2中驱动像素，即，将每行电极上的电压的符号取反，并且还将信号电压的符号取反，使得12a＝-V，电极12b＝+V并且信号电压＝+Vsig。然而，对控制电子装置的限制意味着通常不能从图28a中示出的状态之间切换到图28d中示出的状态。图28b和28c示出了中间电压施加状态的示例，允许以与传统控制电子装置可兼容的方式从图28a中示出的状态过渡到图28d中示出的状态。
图28b表示帧2的开始以及对R1中的所有像素的寻址。在帧2的开始处，属于所有R1子像素的电极12a上的电压从+V改变到-V。属于所有R1子像素并且与R2子像素共享的电极12b上的电压从-V改变到+V。以标准方式采用TFT阵列(未示出)，从而第四电极22上的电压从-VSIG改变到+VSIG，使得利用新的信号电压+VSIG对R1中的所有子像素进行寻址。然后对TFT阵列(未示出)进行寻址，使得R1中的所有子像素与后续应用到R2、R3等的信号电压电隔离。图28c示出了针对R2中的子像素的寻址过程。属于R2所有子像素并与R3子像素共享的电极12a从+V改变到-V。以标准方式采用TFT阵列(未示出)，从而第四电极22上的电压从-VSIG改变到+VSIG，使得利用新的信号电压-VSIG对R2中的所有子像素寻址。然后对TFT阵列(未示出)寻址，使得R2中的所有子像素与随后施加到R1像素行的信号电压电隔离(并且R1中的子像素保持与随后施加到R1像素行的信号电压电隔离)。图28d示出了针对R3中子像素的寻址过程。属于R3中所有子像素并且与R4中子像素(未示出)共享的电极12b从-V改变到+V。以标准方式采用TFT阵列(未示出)，从而第四电极22上的电压从-VSIG改变到+VSIG，使得利用新的信号电压+VSIG对R3中所有子像素寻址。然后针对LCD的每一行重复以下过程(“写入”时间)：将第一电极12a上的电压取反，将第二电极12b上的电压取反，并且将所述行上的每个子像素的信号电压取反。然后在帧2的剩余持续时间(“空白”时间)内保持图28d的电压。通过将图28a和图28d相比较，清楚地，被寻址数据在帧2中获得与帧1中相同的图像，并且在帧1和帧2的总持续时间上对所有子像素的LC上的平均电压进行DC平衡。
值得注意，在正对给定行(即，Rn，后续行Rn+1)寻址的时间段内子像素和电极12a和12b的该特定配置具有在像素上施加的不正确电压梯度。参照图28b，当正对R1寻址时，属于R2的电极12b和属于R2的电极12a均具有所施加的相同电压(+V)。因此，当正对R1寻址时，R2子像素上的电压梯度为0，这对于期望的数据级而言是不正确的。然而，假设R2(或者，一般地Rn+1)子像素上的电压梯度不正确的时间明显小于LC分子的响应时间，并且因此在正对R1(或Rn)寻址时在R2(或Rn+1)子像素内不会出现LC切换。这一点通过以下示例进一步澄清。
在帧中，在将数据写入像素时存在“写入”时间，并且在后续帧的写入时间之前存在“空白时间”。帧的总持续时间是写入时间和空白时间之和，写入时间+空白时间＝总帧时间。根据应用，写入时间可以短到总帧时间的5％，或者长到总帧时间的50％(或者可能更大)。对于图28b和28c的电压切换步骤而言重要的是，向单个行写入数据的持续时间与LC的切换时间相比微不足道。这是因为当正将数据写入到给定行(行Rn)时，后续行(行Rn+1)的所有像素上施加了不正确的电压梯度，但是这仅在向行Rn写入数据的持续时间内发生。这种不正确的电压梯度会改变行Rn+1中像素的数据级，但是仅当不正确的电压梯度持续与LC材料的切换时间近似的时间才发生这种情况。考虑显示器以120Hz更新的示例，这给出了近似8ms的帧时间。如果写入时间是帧时间的50％(缓速写入时间)，在近似4ms内向整个显示器写入信息。如果显示器具有500行(在当今，这不是特别高的数目)，则写入每行所花费的时间近似4/500ms，即，近似0.008ms。0.008ms比几乎所有(99.99％)当今液晶显示器中使用的LC的响应时间短大约2个数量级。因此，即使图28b和28c的电压切换步骤导致在写入每一帧时对像素行施加错误电压，对像素行施加了不正确电压的持续时间也远小于液晶材料的响应时间，并从而不正确电压的施加不会引起液晶材料切换。
图29a示出了当第三电极13在电极12a和电极12b之间具有均匀阻抗时针对模拟多像素驱动像素的电压图。电极12a和电极12b之间的均匀阻抗在电压VR1下的位置16与电压VR2下的位置17之间获得均匀电压梯度(即，电压梯度对于位置16和位置17之间的所有点是相同的)。图29b示出了当第三电极13在电极12a和电极12b之间具有不均匀阻抗时针对模拟多像素驱动像素的电压图。为了获得图29b中示出的电压图的函数形成，第三电极13的阻抗在位置16处具有第一值并且在位置17处具有第二值，并且阻抗沿着像素的长度15从第一值改变到第二值。电极12a和电极12b之间的不均匀阻抗在位置16(在电压VR1下)和位置17(在电压VR2下)之间获得不均匀电压梯度。如果在位置16和17之间对第三电极的厚度图案化，则第三电极可以具有不均匀阻抗。如果在位置16和17之间施加图案化的掺杂工艺，则第三电极可以具有不均匀的阻抗。如果在位置16和17之间电极的宽度改变，则第三电极可以具有不均匀阻抗。通过将先前描述的用于获得不均匀阻抗的两个或更多个方法相组合，第三电极可以在位置16和17之间具有不均匀阻抗。参照图29a和图29b，像素内的空间区域18c(因而，VTH＜|VSIG|＜VSAT)具有分级亮度。如上所述，使区域18b的空间范围最小化可以提高视角性能。通过与图29a和图29b的比较，清楚地，图29a中区域18b的空间范围小于图29b中区域18b的空间范围。因此不均匀阻抗的第三电极13对于第一范围的数据值(灰度级)可以提高视角性能，这是因为可以针对第一范围的数据值压缩区域18b。
可以利用正常驱动(如图6和图8所示)和模拟多像素驱动(如图7和图9所示)来驱动具有像素电极结构的LCD(例如，图5中示出的LCD)。可以在所述显示器的整个区域上使用正常驱动来执行具有所述像素电极结构的LCD中的光调制。可以使用模拟多像素驱动在所述显示器的整个区域上执行具有所述电极结构的LCD中的光调制。LCD可以具有至少第一空间区域和至少第二空间区域，在第一空间区域中，经由正常驱动视角光调制，在第二空间区域中经由模拟多像素驱动来实现光调制。
可以利用正常驱动(如图6和图8所示)和模拟多像素驱动(如图7和图9所示)来驱动具有像素电极结构的LCD(例如，如图5所示的LCD)。正常驱动和模拟多像素区域之间的切换可以用于修改LCD的视角性能。图像处理算法(例如，GB2428152和US2010214324中公开的那些算法)可以用于进一步修改视角性能并且创建私有功能。用于实现私有性的图像处理算法可以在与正常驱动结合使用时实现更好的私有性。
具有像素电极结构的LCD(例如，如图5所示的LCD)与波束控制光学元件(例如，视差屏障、微透镜等)可兼容，以实现方向显示器(例如，3D显示器)。如果波束控制光学元件可切换以实现2D模式和3D模式，则优选地，模拟多像素驱动(如图7和图9所示)用于实现2D模式(不激活波束控制光学元件)，并且正常模式(如图6和图8所示)用于实现3D模式(激活波束控制光学元件)。
模拟多像素驱动可以与非向列LC相位结合使用，以提高视角性能。
模拟多像素驱动可以与光学补偿膜(例如负C板或正A板)结合使用，以便进一步提高LCD的视角性能。
模拟多像素驱动可以与图像处理算法(例如，US6801220和US5847688中公开的那些算法)结合使用，以便进一步提高LCD的视角性能(尽管，如上所述，这种对图像处理算法的使用导致分辨率降低)。
通常，与正常驱动相比，通过在与基板11、21垂直的平面中将LC分子倾斜预定量来实现可变光调制的LC模式(即，面外切换LC模式(面外切换模式))可以使用本文描述的模拟多像素驱动来提高视角性能。模拟多像素驱动可以用于提高面外切换LC模式(面外切换模式)的视角性能，面外切换LC模式包括但不限于，扭曲向列(TN)、超扭曲向列(STN)、电控双折射(ECB)、光学补偿双折射(OCB或“pi-cell”)和垂直对准向列(VAN)。
上述实施例涉及使用面外切换液晶模式(面外切换模式)的显示设备，面外切换液晶模式即是通过在与基板平面垂直的平面中将LC分子倾斜预定量来实现可变光调制的液晶模式。然而，本发明不限于此，通常，与正常驱动相比，通过在与基板11、21的平面平行的平面中将LC分子扭曲预定量来实现可变光调制的任一LC模式(即，面中切换LC模式)可以使用模拟多像素驱动具有提高的视角性能。
上述实施例涉及使用单稳态液晶模式的显示设备。然而，本发明不限于此，通常，与正常驱动相比，任一非铁电面外双稳态LC模式可以使用模拟多像素驱动具有提高的灰度级控制。例如，与正常驱动相比，使用双稳态栅极表面根据固有单稳态LC材料创建双稳态LC模式的顶点双稳态显示器(ZBD)可以使用模拟多像素驱动具有提高的灰度级控制。顶点双稳态显示器(ZBD)与双稳态铁电显示器相比明显对于机械冲击更鲁棒。
上述实施例涉及使用作为液晶材料的电光材料的设备。然而，本发明在原理上不限于此，并且可以使用任一适合的电光材料。
尽管已经关于一个或多个特定实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员在阅读并理解本说明书和附图时可以想到等同改变或修改。具体地，关于上述元件(组件、装置、设备、结构等)执行的多种功能，用于描述这种元件的术语(包括对“装置”的引用)意在对应于(除非另外指示)执行所描述元件的特定功能(即，功能等同)的任一元件，即使结构上不等同于执行本文的本发明一个或多个示例实施例的功能的所公开结构。此外，尽管以上已经关于若干实施例中的仅一个或多个来描述本发明的特定实施例，但是这样的特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征相组合，这是由于对于任一给定或特定应用而言是需要的并有利的。
可以选择第一、第二和第三电压，使得在像素的第一区域中的电光材料上施加的电压低于电光材料的阈值切换电压，并且在像素的第二区域中的电光材料上施加的电压大于饱和切换电压。通常，电光材料不会经历从且未切换状态到其完全切换状态的急剧过渡。通常，电光材料在电光材料上施加的电压的幅度达到第一阈值时从其未切换状态开始切换，但是在光电材料上施加的电压的幅度达到饱和电压(即，大于阈值电压)之前不会切换到完全切换状态。当电光材料上施加的电压的幅度大于阈值单元但小于饱和电压时，电光材料在部分切换状态下。
像素的第一区域可以是最大光透射，并且像素地第二区域可以是最大光吸收。这对应于“正常白色”显示的情况，其中，在像素上不施加电压的情况下像素具有其最大透射率，并且在像素上施加电压引起像素透射率降低。
备选地，像素的第一区域可以是最大光吸收，像素的第二区域可以是最大光透射。这对应于“正常黑色”显示的情况，其中，在像素上不施加电压的情况下像素具有其最低透射率，在像素上施加电压引起像素透射率增加。
为了方便起见，使用术语“白色”和“黑色”代替“最大光透射”和“最大光吸收”。
电光材料可以配置在面外切换模式下。
电光材料是单稳态电光材料。如已知，“单稳态”电光显示模式可以以下模式：如果施加足够电压以将电光材料切换到其完全切换状态，则当电光材料上的电压降低到阈值电压以下释放回到的未切换状态。然而，应当注意，本发明在原理上还可以应用于某些双稳态电光材料和稳态显示设备。LC材料固有地可以是单稳态的，但是可以经由其他技术(例如，表面对准技术)使其以双稳态方式工作，使得双稳态显示设备可以利用固有单稳态电光材料或固有双稳态电光材料来实现。
控制器可以适合于，针对显示器的像素，施加第一电压、第二电压和第三电压，使得在像素中定义第一区域、第二区域和第三区域中的至少两个，从而获得针对像素的灰度级，该灰度级在最大透射状态灰度级和最小透射灰度级中间。应当理解，每个灰度级不需要像素包括第一区域、第二区域和第三区域。例如，对于最亮(“白色”)灰度级，像素仅包括第一区域或第三区域(根据显示是正常白色显示还是正常黑色显示)，即，像素仅包括在像素的整个活动区域上延伸的一个区域。对于最暗(“黑色”)灰度级，像素仅包括第一区域或第三区域(根据显示是正常白色显示还是正常黑色显示)，即，像素仅包括在像素的整个活动区域上延伸的一个区域。对于中间灰度级(即，对于不是最亮灰度级或最暗灰度级的灰度级)，像素通常包括第一、第二和第三区域中的至少两个，例如，如果像素包括第一区域和第三区域，如果像素包括第二区域和第三区域，或者如果像素包括第一、第二和第三区域，则可以获得中间灰度级。备选地，如果第三区域(部分切换区域)占据整个像素区域，则可以获得中间灰度级。这一点在优选实施例的描述中更详细地说明。
此外，控制器可以适合于，对于显示器的像素，施加第一电压、第二电压和第三电压，使得在像素中定义第一区域、第二区域和第三区域，从而获得针对该像素的灰度级，该灰度级在最大透射状态灰度级和最小透射状态灰度级中间。典型地，这会产生比最亮灰度级明显更暗但是比最暗灰度级明显更亮的中间灰度级。对于特定显示设备，包括所有3个不同(未切换、完全切换和部分切换)区域的灰度级在最大透射率的百分比方面可能占据相对窄的范围，然而该窄范围可以随着显示设备的不同而不同，并且可以在最大透射率的15％到85％的范围内的任一位置。
电光材料可以是液晶材料。
液晶材料可以按照以下之一来配置：扭曲向列液晶模式、超扭曲向列液晶模式、电控双折射液晶模式、光学补偿双折射液晶模式和垂直对准向列液晶模式。
电阻层的电阻率在电阻层上可以是不均匀的。实际上，其中电光材料部分切换的区域可能存在于第一区域(其中，电光材料不切换，并且保持在其零电压状态)和第二区域(其中，电光材料完全切换)之间。使用具有不均匀的电阻率的电阻层可以缩减其中电光材料部分切换的区域的范围。
电阻层的电阻率可以沿着从第一电极到第二电极的方向变化。
显示器的至少一个像素可以是包含不同液晶对准的两个或更多个域的多域像素。
多域像素的域可以在像素的第一电极和像素的第二电极之间彼此平行延伸或者总体上平行延伸。这确保液晶从其零电压状态切换切换的域的比例对于像素的所有域几乎相同。
显示器的至少一个像素(以及可选地所有像素)可以包括反射区域。这提供了可以使用环境光的透反像素，并且从而降低或者甚至消除从背光提供光的需要。
像素的反射部分可以平行于或者总体上平行于并邻近第一电极或第二电极。这确保当控制对像素第一、第二和反电极施加的电压增加在像素上施加的电压时，覆盖反射器的液晶部分是像素中要首先切换的液晶，或者像素中要最后切换的液晶。针对作为像素中要最后切换的液晶的覆盖反射器的液晶部分的布置在以下情况下是有利的：例如，正常白色显示在高环境照明下，因为这允许像素对于多数灰度级值(即，除了最暗灰度级值以外)利用环境。相反，在正常白色显示在低环境照明的情况下，对于作为像素中首先要切换的液晶的覆盖反射器的液晶部分是有利的，因为该液晶部分不会显著贡献于总像素亮度(主要由从背光穿过像素中没有提供反射器的部分的光透射来确定)。
像素可以按照行和列来布置。第一和第二电极可以平行于或总体上平行于像素行延伸，或者备选地，第一和第二电极可以平行于或者总体上平行于像素列延伸。
在第二模式下，控制器可以适合于，对于至少一个像素，对像素的第一电极施加第一电压，并且对像素的第二电极施加与第一电压相同的第二电压。该实施例的显示器能够使用本发明的模拟多像素驱动或传统正常驱动来驱动。
在第二模式下，控制器可以施加电压，使得对于多个像素中的每个像素，对像素的第一电极施加的电压与对像素的第二电极施加的电压相同，使得在第二模式下，可以使用传统正常驱动来驱动多个像素中的每个像素。
备选地，在第二模式下，控制器可以施加电压，使得对于第一组像素中的每个像素，对像素的第一电极施加的电压与对像素的第二电极施加的电压不同，并且使得对于第二组像素的每个像素，对像素的第一电极施加的电压与对像素的第二电极施加的电压相同。第一组像素提供使用本发明的模拟多像素驱动来驱动的显示区域，第二组像素提供使用传统正常驱动来驱动的显示区域。
工业实用性
一种具有视角性能提高的液晶显示，适合于移动电话、手持游戏控制台、平板、便携式PC、电视等。

Claims (17)

1.一种显示器，包括：
第一基板；
与第一基板间隔开的第二基板；
图像显示层，置于第一基板和第二基板之间，并且包括电光材料，所述电光材料不是铁电电光材料；以及
控制器；
其中，显示器包括多个可独立寻址的像素，所述多个像素中的一个像素包括：
置于第一基板上的第一电极和第二电极，第一电极在与第一基板的平面平行的方向上与第二电极间隔开；
电阻层，置于第一基板上，并且与第一电极和第二电极电连接；以及
置于第二基板上的另一电极；
控制器，适合于在第一模式下，针对显示器的像素，对像素的第一电极施加第一电压，对像素的第二电极施加与第一电压不同的第二电压，并且对像素的另一电极施加第三电压，以在像素中定义第一区域、第二区域和第三区域中的至少两个，其中在第一区域中电光材料在未切换状态下，在第二区域中电光材料在完全切换状态下，在第三区域中电光材料在部分切换状态下，从而获得针对像素的灰度级，该灰度级在最大透射状态灰度级和最小透射状态灰度级之间；第一、第二和第三电压被选择为使得像素中定义的第一、第二和第三区域中的每一个的区域产生像素的期望灰度级。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中，第一、第二和第三电压被选择为使得在像素的第一区域中的电光材料上施加的电压低于电光材料的阈值切换电压，并且在像素的第二区域中的电光材料上施加的电压等于或大于饱和切换电压。
3.根据权利要求1或2所述的显示器，其中，像素的第一区域是最大光透射区域，像素的第二区域是最大光吸收区域。
4.根据权利要求1或2所述的显示器，其中，像素的第一区域是最大光吸收区域，像素的第二区域是最大光透射区域。
5.根据权利要求1或2所述的显示器，其中，电光材料配置在面外切换模式下。
6.根据权利要求1或2所述的显示器，其中，电光材料是单稳态电光材料。
7.根据权利要求1或2所述的显示器，其中，电光材料是液晶材料。
8.根据权利要求7所述的显示器，其中，液晶材料配置在面外切换模式下，并且液晶材料配置在以下模式之一下：扭曲向列液晶模式、超扭曲向列液晶模式、电控双折射液晶模式、光学补偿双折射液晶模式和垂直对准向列液晶模式。
9.根据权利要求1、2或8所述的显示器，其中，电阻层的电阻率在电阻层上是不均匀的。
10.根据权利要求9所述的显示器，其中，电阻层的电阻率沿着从第一电极到第二电极的方向变化。
11.根据权利要求1、2、8或10所述的显示器，其中，显示器的至少一个像素是包含不同液晶对准的两个或更多个域的多域像素。
12.根据权利要求11所述的显示器，其中，多域像素的域在像素的第一电极和像素的第二电极之间彼此平行或总体上平行延伸。
13.根据权利要求1、2、8、10或12所述的显示器，其中，显示器的至少一个像素包括反射区域。
14.根据权利要求13所述的显示器，其中，反射区域平行于或总体上平行于第一电极或第二电极延伸并邻近第一电极或第二电极。
15.根据权利要求1、2、8、10、12或14所述的显示器，其中，像素按照行和列布置，第一和第二电极平行于或总体上平行于像素行延伸。
16.根据权利要求1、2、8、10、12或14所述的显示器，其中，像素按照行和列布置，第一和第二电极平行于或总体上平行于像素列延伸。
17.根据权利要求1、2、8、10、12或14所述的显示器，其中，在第二模式下，控制器适合于针对至少一个像素，对像素的第一电极施加第一电压，并且对像素的第二电极施加与第一电压相同的第二电压。
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