DE60206964T2

DE60206964T2 - Transflektive flüssigkristallanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE60206964T2
Application number: DE60206964T
Authority: DE
Inventors: J. Sander ROOSENDAAL
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: KR20040073460A; CN1599879A; EP1459128B1; EP1459128A1; US20040252092A1; DE60206964D1; JP2005512123A; WO2003048847A1; ATE308063T1; AU2002347519A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine transflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit mindestens einem Pixel, welches ein reflektives Subpixel mit einer ersten Flüssigkristallzelle und ein transmissives Subpixel mit einer zweiten Flüssigkristallzelle aufweist.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Adressierung einer solchen transflektiven Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
Auf Grund ihres geringen Stromverbrauchs, ihrer Zuverlässigkeit und ihres geringen Preises sind Flüssigkristallanzeigen bzw. LCDs zur Standardanzeige für mobile Anwendungen, wie z.B. PDAs, Laptops und Zellulartelefone, geworden. Es sind heutzutage verschiedene LCD-Arten, wie z.B. reflektive und transmissive Dünnfilmtransistor-Bildschirme, auf dem Markt erhältlich. Reflektive LCDs sind besonders zur Verwendung im Freien in direktem Sonnenlicht geeignet. Das Kontrastverhältnis ist, im Verhältnis zu einer transmissiven Anzeige, relativ gering, und die Helligkeit dieser Art Anzeige ist unter schlechten Beleuchtungsverhältnissen ebenfalls gering. Dagegen weisen transmissive LCDs ein gutes Kontrastverhältnis auf, werden jedoch unter, in direktem Sonnenlicht gegebenen Beleuchtungsverhältnissen praktisch unlesbar. Des Weiteren sieht die transmissive Anzeige eine Hintergrundbeleuchtung vor, was in einer Zunahme des Stromverbrauchs resultiert.
Infolgedessen besteht die Notwendigkeit, eine Anzeige mit guten Anzeigeeigenschaften unter sämtlichen Beleuchtungsverhältnissen vorzusehen. Eine Lösung ist die Verwendung einer so genannten transflektiven LCD, welche gleichzeitig sowohl in einem transmissiven als auch reflektiven Modus verwendet werden kann. Die Intensität der Hintergrundbeleuchtung kann dadurch, entweder per Hand oder automatisch, unter Verwendung einer Photodiode o.ä. so eingestellt werden, dass sie den Beleuchtungsverhältnissen angepasst ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine transflektive Flüssigkristallanzeige und ein Verfahren zur Verbesserung der Hintergrundbeleuchtungseffizienz einer solchen Anzeige.
Eine transflektive Anzeige, wie oben beschrieben, ist zum Beispiel in US 6 195 140 offenbart, wobei eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung einen Reflexionsbereich und einen Transmissionsbereich aufweist.
Um jedoch eine transflektive Anzeige mit einem guten Kontrast vorzusehen, muss die Möglichkeit bestehen, sowohl den Reflexionsbereich als auch den Transmissionsbereich anzusteuern, welche bei einer Transmission oder Reflexion von praktisch Null jeweils ein Subpixel der Anzeige bilden. Dieser Zustand wird als guter Dunkelzustand bezeichnet.
Die Transmission oder Reflexion der verschiedenen Zustände der Anzeigevorrichtung ist von dem Verdrehungswinkel und der effektiven, optischen Dicke u der Anzeige abhängig, welche (bei einer nicht verdrillten, nematischen Schicht) durch
dargestellt ist, wobei d den Zellenabstand, Δ die Doppelbrechung der Flüssigkristallschicht und λ die Wellenlänge des auffallenden Lichts darstellen. Bei Anlegen eines elektrischen Felds (oberhalb eines Schwellwerts) an die Flüssigkristallzelle beginnen die Flüssigkristalle zu kippen, und das die Zelle passierende Licht erfährt weniger Doppelbrechung. Daher besteht die Möglichkeit, eine effektive Doppelbrechung (Δn) und eine effektive optische Dicke (u_eff) der Zelle auf ähnliche Weise, wie in (1) definiert, zu definieren. Δn_eff und u_eff stellen Wirkungsweisen der an die Zelle angelegten Spannung dar.
Wie oben implizit erwähnt, ist die Reflexion sowie die Transmission der transflektiven Anzeige von der optischen Dicke u und dem Verdrehungswinkel (∅) abhängig. Des Weiteren kann der effektive Wert u (u_eff) durch Anlegen eines elektrischen Felds an die Anzeige geändert (verringert) werden. Üblicherweise wiesen sowohl die reflektiven als auch transmissiven Subpixel einer transmissiven Anzeige die gleiche optische Dicke auf. Dadurch kann eine Anzeige vorgesehen werden, die einen Wert u aufweist, bei welchem sowohl die Transmission als auch die Reflexion der jeweiligen Subpixel verhältnismäßig hohe Werte (heller Zustand) aufweist, und die einen Wert u_eff aufweist (wenn ein bestimmtes Feld an das Pixel angelegt wird), bei welchem sowohl die Transmission als auch die Reflexion der jeweiligen Subpixel verhältnismäßig niedrige Werte (dunkler Zustand) aufweist. Da der dunkle Zustand der Zelle sowohl bei dem reflektiven als auch dem transmissiven Subpixel den gleichen Wert u_eff aufweisen muss, ist der Polarisationszustand des Lichts kurz hinter dem Reflektor in dem reflektiven Subpixel der gleiche wie der Polarisationszustand des in die Flüssigkristallschicht des transmissiven Subpixel eintretenden Lichts. Bei dem dunklen Zustand ist dieser Polarisationszustand des Lichts ein zirkular polarisierter Zustand. Um dieses bei dem transmissiven Subpixel zu erreichen, muss eine Kompensationsfolie vorhanden sein, weiche die lineare Polarisation des Eingangspolarisators in zirkular polarisiertes Licht umwandelt. Um eine maximale Reflexion in dem hellen Zustand des reflektiven Subpixels zu erzielen, muss das Licht unmittelbar hinter dem Reflektor linear polarisiert werden, und die optische Dicke der Zelle und der Verdrehungswinkel werden eingestellt, um dieses zu erreichen. Bei dem hellen Zustand des transmissiven Subpixels wird das in die Flüssigkristallschicht eintretende Licht jedoch durch die Kompensationsfolie noch immer zirkular polarisiert. Es kann sich zeigen, dass eine Flüssigkristallschicht, die einen linearen Polarisationszustand in einen linearen Polarisationszustand umwandelt, einen zirkularen Polarisationszustand in einen zirkularen Polarisationszustand umwandelt. Somit wird an dem Ausgangspolarisator die Hälfte des Lichts absorbiert, und die Transmission des hellen Zustands beträgt lediglich 50%.
Eine Lösung des obigen Problems, nämlich die geringe Transmission in hellen, transmissiven Subpixeln, wurde in dem obigen Dokument US 6 195 140 vorgeschlagen, nach welcher eine Anzeigevorrichtung mit verschiedenen Zellenabständen bei den reflektiven bzw. transmissiven Subpixeln vorgesehen und dadurch der Wert u optimiert wird. Diese Lösung ist jedoch insofern nachteilig, als die aktive Platte mit niedrigeren und höheren Bereichen auf ihrer Oberfläche versehen werden muss, um verschiedene Zellenabstände vorzusehen, wodurch die Herstellung dieser aktiven Platte recht kostenaufwendig ist. Es sind daher andere Mittel zur Lösung des obigen technischen Problems wünschenswert.
Infolgedessen liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, eine transflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung vorzusehen, bei welcher die oben erwähnten Nachteile überwunden werden.
Weiterhin liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, eine transflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer größeren Effizienz der Hintergrundbeleuchtung vorzusehen.
Darüber hinaus liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, eine transflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung vorzusehen, welche einen größeren Betrachtungswinkel aufweist.
Diese und weitere Aufgaben werden durch eine Anzeigevorrichtung, wie eingangs beschrieben, gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Subpixel so angeordnet sind, dass diese bei gegenseitig unterschiedlichen Steuerspannungen angesteuert werden. Dadurch wird ein zusätzlicher Freiheitsgrad eingebracht, welcher zur Optimierung der Transmission der transmissiven und reflektiven Subpixel eingesetzt werden kann. Durch Anwendung der Erfindung ist es möglich, dass der dunkle Zustand der reflektiven und transmissiven Subpixel unterschiedliche Werte u_eff aufweisen kann. Infolgedessen können die dunklen Zustände der verschiedenen Subpixel bei unterschiedlichen Spannungen auftreten. Eines der Subpixel ist zweckmäßigerweise mit einem Subpixelspannungsänderungselement versehen. Durch Integrieren des Spannungsänderungselements in eines der Subpixel besteht die Möglichkeit, die Flüssigkristallzellen der reflektiven und transmissiven Subpixel bei gegenseitig unterschiedlichen Spannungen anzusteuern. Durch Integrieren eines Spannungsänderungselements in das Subpixel ist es ebenfalls möglich, einfachere, integrierte Ansteuerungsschaltungen zu verwenden und die Anzahl Datenleitungen der Anzeige zu reduzieren.
Vorzugsweise ist das Subpixelspannungsänderungselement mit einer Flüssigkristallzelle des einen Subpixels in Reihe geschaltet. Dadurch kann die oben beschriebene Spannungsänderung durch Spannungsteilung, einer recht unkomplizierten Methode, erreicht werden. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Subpixelspannungsänderungselement durch einen ersten Kondensator gebildet. Dadurch wird eine Spannungsänderung durch einfache, stabile und kostengünstige Mittel erreicht.
Ferner ist zweckmäßigerweise ein zweiter Änderungsschaltkreis parallel zu der Flüssigkristallzelle des einen Subpixels geschaltet, welcher in Reihe mit dem Subpixelspannungsänderungselement geschaltet ist. Dadurch entspricht eine Einfachspannung der Ansteuerungselektronik einer einfachen Graustufe beider Subpixel, was in der Verwendung einer verhältnismäßig einfachen Steuerelektronik für die Anzeige resultiert. Vorzugsweise wird der zweite Änderungsschaltkreis durch einen zweiten Kondensator gebildet. Auf diese Weise kann ein einfaches, stabiles und kostengünstiges Element vorgesehen werden.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weisen die reflektiven und transmissiven Subpixel jeweils ein erstes und ein zweites Flüssigkristallschichtsegment mit gegenseitig unterschiedlichen Verdrehungswinkeln auf. Daher wird bei der Wahl der Kompensationsfolie(n) und Polarisatorausrichtung auf der von hinten beleuchteten Seite des Transmissionssubpixels ein zusätzlicher Freiheitsgrad erreicht, welcher eingesetzt werden kann, um die Gesamteffizienz der Hintergrundbeleuchtung zu vergrößern.
Darüber hinaus ist das Subpixelspannungsänderungselement vorzugsweise so angeordnet, dass es eine, an das eine Subpixel durch eine Datenleitung der Anzeige angelegte Spannung ändert. Dadurch kann an sämtliche Datenleitungen eine gemeinsame Spannung angelegt werden, was in der Verwendung einer verhältnismäßig einfachen Steuerelektronik für die Anzeige resultiert.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden ebenfalls durch ein Verfahren, wie eingangs beschrieben, gelöst, wonach

– eine erste Steuerspannung (V1) an die erste Flüssigkristallzelle angelegt wird und
– eine zweite Steuerspannung (V2) an die zweite Flüssigkristallzelle angelegt wird, wobei die erste Steuerspannung von der zweiten Steuerspannung abweicht.

Dadurch wird ein zusätzlicher Freiheitsgrad eingebracht, welcher eingesetzt werden kann, um die Transmission der transmissiven und reflektiven Subpixel zu optimieren. Durch Anwenden der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass der dunkle Zustand der reflektiven und transmissiven Subpixel unterschiedliche Werte u_eff aufweisen kann. Folglich können die dunklen Zustände der verschiedenen Subpixel bei unterschiedlichen Spannungen auftreten.
Wenn die Flüssigkristallanzeige vorzugsweise in dem ersten Subpixel ein Subpixelspannungsänderungselement aufweist, sieht das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte vor:
Anlegen einer, der gewünschten zweiten Steuerspannung (V2) gleichenden, gemeinsamen Spannung VTOT an jeweils das erste und zweite Subpixel, wobei die Spannung an der ersten Flüssigkristallzelle (15a) auf Grund des Subpixelspannungsänderungselements im Wesentlichen der ersten Steuerspannung (V1) entspricht, wenn die zweite Steuerspannung an das zweite Subpixel angelegt wird.
Dadurch kann eine, eine Dateneinfachspannung abgebende, einzelne Ansteuerungsschaltung verwendet werden. Darüber hinaus werden nach dem Verfahren die Steuerspannungen zweckmäßigerweise einzeln ermittelt, um die Reflexion bei einem reflektiven Subpixel oder die Transmission bei einem transmissiven Subpixel der Anzeigevorrichtung zu optimieren.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die Anordnung eines Subpixelspannungsänderungselements in dem ersten Subpixel ebenfalls die Anordnung des Subpixelspannungsänderungselements in Reihe mit der Flüssigkristallzelle des einen Subpixels. Dadurch wird die erfinderische Spannungsdifferenz zwischen den Flüssigkristallzellen leicht durch Spannungsteilung erreicht. Vorzugsweise wird das Subpixelspannungsänderungselement durch einen ersten Kondensator gebildet, was eine kostengünstige und unkomplizierte Möglichkeit, das erfinderische Ergebnis zu erreichen, darstellt.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel wird nach dem Verfahren weiterhin ein zweiter Änderungsschaltkreis parallel zu der Flüssigkristallzelle des einen Subpixels geschaltet, wobei dieser in Reihe mit dem Subpixelspannungsänderungselement geschaltet ist, wodurch sich bei Ermittlung der exakten Relation zwischen der ersten Steuerspannung und der zweiten Steuerspannung ein weiterer Freiheitsgrad ergibt. Zweckmäßigerweise wird der zweite Änderungsschaltkreis durch einen zweiten Kondensator gebildet.
Gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel wird nach dem Verfahren weiterhin:

– ein gewünschter, erster Verdrehungswinkel einer Flüssigkristallschicht des ersten Subpixels ermittelt,
– ein gewünschter, zweiter Verdrehungswinkel einer Flüssigkristallschicht des zweiten Subpixels ermittelt, wobei der erste und der zweite Verdrehungswinkel gegenseitig unterschiedlich sind,
– ein erster und ein zweiter Verdrehungswinkel an eine jeweilige Flüssigkristallschicht des ersten und zweiten Subpixels angelegt. Dadurch wird für die Wahl der Kompensationsfolie(n) und Polarisatorausrichtung auf der von hinten beleuchteten Seite des Transmissionssubpixels ein zusätzlicher Freiheitsgrad erreicht, welcher eingesetzt werden kann, um die Gesamteffizienz der Hintergrundbeleuchtung zu vergrößern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 – eine schematische Zeichnung eines Querschnitts eines Pixels einer transflektiven Anzeige;
2 – ein elektrisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3 – ein zweites elektrisches Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
4 – ein Diagramm, welches die Reflexion und Transmission versus Steuerspannung für eine nicht verdrillte, transflektive Zelle zeigt;
5 – ein Diagramm, welches die Reflexion und Transmission versus Steuerspannung für eine um 57° verdrillte, transflektive Anzeige zeigt;
6 – ein Diagramm, welches die Reflexion und Transmission versus Steuerspannung für eine um 63°/90° verdrillte, transflektive Zelle zeigt;
7a – ein Diagramm, welches das Kontrastverhältnis bei dem reflektiven Subpixel der um 63° verdrillten, nematischen Anzeige zeigt;
7b – ein Diagramm, welches das Kontrastverhältnis bei dem transmissiven Subpixel der um 63° verdrillten, nematischen Anzeige zeigt;
7c – ein Diagramm, welches das Kontrastverhältnis bei dem transmissiven Subpixel der um 63°/90° verdrillten, nematischen Anzeige zeigt.
In 1 ist ein Aufbau einer transflektiven Flüssigkristallanzeige 11 dargestellt. Eine transflektive Anzeige ist eine Anzeige, welche in einem reflektiven Modus und/oder einem transmissiven Modus gesteuert werden kann. Die Anzeige gemäß 1 weist eine Flüssigkristallschicht 12 auf, welche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine verdrillte, nematische Flüssigkristallschicht dargestellt ist. Diese Schicht 12 ist zwischen einer transparenten, vorderen Elektrode 13 und einer hinteren Elektrode 14 angeordnet. Des Weiteren sind auf den Elektroden 13, 14 Orientierungsschichten (nicht dargestellt) angeordnet, um eine Gleichgewichtsorientierung sowie Verdrehungswinkel und Anstellwinkel der Flüssigkristallschicht 12 zu induzieren. Die Anzeige 11 ist in eine große Anzahl Pixel unterteilt, und diese sind in einer großen Anzahl Datenleitungen und Adressierleitungen gemäß dem Stand der Technik angeordnet. 1 zeigt schematisch ein solches Pixel.
Wie in 1 dargestellt, ist jedes Pixel in ein erstes und ein zweites Subpixel 11a, 11b unterteilt, welche jeweils nicht unbedingt die gleiche Fläche aufweisen, wobei das erste Subpixel 11a als transmissives Subpixel und das zweite Subpixel als reflektives Subpixel bezeichnet wird. Jedes transmissive Subpixel 11a enthält einen ersten, hinteren Elektrodenteil 14a, welcher transparent, z.B. aus ITO hergestellt ist, und jedes reflektive Subpixel weist einen zweiten, hinteren Elektrodenteil 14b auf, welcher mit einem Reflektor, wie z.B. einer Aluminiumschicht o.ä., verbunden ist. Der erste Elektrodenteil 14a definiert folglich einen durchlässigen Pixelteil und der zweite Elektrodenteil 14b einen reflektierenden Pixelteil. Zusammen bilden die Flüssigkristallschicht 12 und die Elektroden 13, 14 eine erste und eine zweite Flüssigkristallzelle 15a, 15b. Im Besonderen sei erwähnt, dass beide Subpixel in etwa den gleichen Zellenabstand aufweisen.
Des Weiteren sind die Flüssigkristallzellen zwischen einer vorderen optischen Folie 16a und einer hinteren optischen Folie 16 angeordnet. Überdies sind, wie in 1 dargestellt, auf der Betrachterseite der Vorrichtung ein vorderer Polarisator 17a und auf der Rückseite ein hinterer Polarisator 17b sowie ein Hintergrundbeleuchtungsfeld 18 angeordnet.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 2 offenbart. 2 zeigt ein elektrisches Äquivalent für ein einzelnes Pixel (Datenleitung m und Adressierleitung n der Anzeigevorrichtung) mit einem transmissiven und einem reflektiven Subpixel, wie oben beschrieben. Das transmissive Subpixel ist hier durch eine Kapazität C_T und das reflektive Subpixel durch eine Kapazität C_R schematisch dargestellt. In 2 sind parasitäre Kapazitäten nicht berücksichtigt. Die Werte von C_T für das transmissive Subpixel und C_R für das reflektive Subpixel sind zum Beispiel von der Durchschnittsorientierung der Flüssigkristallmoleküle in der Flüssigkristallzelle des jeweiligen Subpixels und daher von einer, an jede Flüssigkristallzelle angelegten Spannung abhängig. Der in 2 dargestellte Schaltkreis weist ebenfalls einen Speicherkondensator C_store auf, welcher zwischen Adressierleitung n und der vorherigen oder nächsten Adressierleitung der Anzeige auf an sich bekannte Weise geschaltet ist, wobei jedoch dessen Funktion für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist und daher hier nicht näher beschrieben wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist hier jedoch eine erste Kapazität C₁ in Reihe mit einem transmissiven Subpixel bzw. einem reflektiven Subpixel C_R, C_T geschaltet. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Kondensator C₁ in Reihe mit dem reflektiven Subpixel C_R geschaltet, wodurch eine Spannung V_R an dem reflektiven Subpixel C_R in Folge einer Spannungsteilung an C₁ und C_R verringert wird.
Davon ausgehend, dass V_T die Spannung an dem transmissiven Subpixel C_T in 2 darstellt, ist die Spannung V_R an dem reflektiven Subpixel C_R dargestellt durch:
Da C_R in der obigen Relation von dem Steuerzustand des Flüssigkristalls abhängig ist (da C_R, wie oben angegeben, eine schematische Darstellung des reflektiven Subpixels ist), ist dieses α ebenfalls. Zum Beispiel liegt bei einem Flüssigkristallmaterial mit einem positiven Wert Δε (Dielektrizitätsanisotropie) der Wert α bei einem planaren, nicht geschalteten Zustand näher an 1 und verringert sich mit Zunahme des 'Molecular Tilt' des Flüssigkristallmaterials (durch Schaltung).
Folglich kann die Spannung an dem transmissiven Subpixel auf entsprechende Weise, wie oben beschrieben, reduziert werden, wenn die erste Kapazität C₁ in Reihe mit dem transmissiven Subpixel C_T geschaltet ist.
Des Weiteren ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in 3 offenbart. 3 offenbart ein elektrisches Äquivalent für ein einzelnes Pixel (Datenleitung m und Adressierleitung n der Anzeigevorrichtung) mit einem transmissiven und einem reflektiven Subpixel, wie oben beschrieben. Das transmissive Subpixel ist hier ebenfalls durch eine Kapazität C_T und das reflektive Subpixel durch eine Kapazität C_R schematisch dargestellt. In 3 sind parasitäre Kapazitäten nicht berücksichtigt. Die Werte von C_T für das transmissive Subpixel und C_R für das reflektive Subpixel sind von der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle in der Flüssigkristallzelle des jeweiligen Subpixels und daher von einer, an jede Flüssigkristallzelle angelegten Spannung abhängig. Der in 3 dargestellte Schaltkreis weist, wie oben in Verbindung mit 2 beschrieben, ebenfalls einen Speicherkondensator C_store auf.
Jedoch ist gemäß der vorliegenden Erfindung, wie auch unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, ein Subpixelspannungsänderungselement, eine erste Kapazität C₁, in Reihe mit einem transmissiven Subpixel bzw. reflektiven Subpixel C_R, C_T angeordnet. Des Weiteren ist ein zweites Änderungselement, in diesem Fall eine Kapazität C₂, parallel zu dem gleichen transmissiven Subpixel bzw. reflektiven Subpixel C_R, C_T geschaltet. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Kondensator C₁ in Reihe mit dem transmissiven Subpixel C_T und der zweite Kondensator C₂ parallel zu dem transmissiven Subpixel C_T geschaltet. In diesem Fall ist, unter der Voraussetzung, dass V_R die Spannung an dem reflektiven Subpixel C_R in 3 darstellt, die Spannung V_T an dem transmissiven Subpixel C_T dann dargestellt durch:
Dadurch kann durch entsprechendes Auswählen der Werte der Kondensatoren C₁ und C₂ sowohl der Wert als auch die Spannungsabhängigkeit von β verändert werden. Ein Parallelkondensator, wie zum Beispiel C₂, kann durch Verwendung lithographischer Spacer (Abstandshalter) vorgesehen werden. Durch Auswählen des Spacermaterials sowie der Spacerfläche wird ein geeigneter Flachkondensator durch die Elektroden gebildet, welcher durch den Spacer getrennt ist. Dieses Verfahren macht eine exakte Positionierung der Spacer erforderlich, die durch Lithographie erreicht werden kann.
Beispiele der obigen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beschrieben.
4 zeigt die simulierten Reflexions- und Transmissionskurven bei einer nicht verdrillten, transflektiven Anzeige. Die Polarisatoren 17a, 17b, wie in 1 dargestellt, befanden sich in einem Winkel von 45 Grad zu dem LC-Direktor der Flüssigkristallschicht 12, und der Zellenabstand wurde so eingestellt, dass er der optischen, effektiven Dicke von dΔn/λ = 0,5, welche ein Reflexionsmaximum darstellt, entsprach. In diesem Fall sieht das Flüssigkristallmaterial ε_|| = 2 und Δε = 8,3 vor. In 4 sind zwei Transmissionskurven dargestellt. Die erste Kurve T1 zeigt eine Lösung nach dem Stand der Technik, wobei u_eff sowohl bei dem transmissiven als auch dem reflektiven Subpixel gleich ist. Da in dem dunklen Zustand eine zirkulare Polarisation erforderlich ist, ist die Transmission in dem hellen Zustand auf 50% oder weniger begrenzt. In dem zweiten Fall T2 wird das transmissive Subpixel zwischen 1,5 und 4,5 V geschaltet, während der Wert des ersten Kondensators C1 so eingestellt ist, dass das reflektive Subpixel zwischen 1,26 V und 2,57 V geschaltet wird. Die Effizienz der Hintergrundbeleuchtung wird dadurch von 45% auf 72% erhöht.
5 zeigt die simulierten Reflexions- und Transmissionskurven bei einer um 57° verdrillten, transflektiven Anzeige. Der Polarisator 17a auf der Betrachtungsseite, wie in 1 dargestellt, befand sich in einem Winkel von 30 Grad zu dem LC-Direktor auf der Betrachtungsseite, und der Zellenabstand wurde so eingestellt, dass er einer optischen Dicke von dΔn/λ = 0,88 entsprach. In diesem Fall sieht das Flüssigkristallmaterial ε_||=3,6 und Δε = 6,7 vor. Hier sind in 5 für das transmissive Subpixel drei Alternativen aufgezeigt. Wenn beide Subpixel zwischen 1,3 V und 2 V geschaltet werden, beträgt die Effizienz der Hintergrundbeleuchtung lediglich 37%. Bei der Variante, bei welcher das transmissive Subpixel zwischen 1,5 V und 2,8 V und das reflektive Subpixel zwischen 1,3 V und 2 V geschaltet wird, wird die Effizienz der Hintergrundbeleuchtung auf 90% erhöht. Bei der dritten Variante, bei welcher das transmissive Subpixel zwischen 1,6 V und 2,7 V geschaltet wird, wird die Effizienz der Hintergrundbeleuchtung auf 82% erhöht. In beiden Fällen wird die Effizienz der Hintergrundbeleuchtung mehr als verdoppelt.
Es sei erwähnt, dass in sämtlichen oben angeführten Beispielen die Spannungsabhängigkeit von α und β, wie oben beschrieben, einen Vorteil darstellt, da bei dem Schwarzzustand niedrigere Werte von α und β erforderlich sind.
Ebenfalls sei erwähnt, dass es sich bei den oben beschriebenen nicht um die einzigen reflektiven Moden handelt, welche bei einer transflektiven Flüssigkristallanzeige gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt werden können, sondern es können im Prinzip alle reflektiven Flüssigkristallmoden zur Anwendung kommen.
Gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine transmissive Anzeige, wie in 1 dargestellt und oben erwähnt, ein transmissives und ein reflektives Subpixel auf. Das transmissive Subpixel kann, auf die gleiche Weise wie oben, durch eine Kapazität C_T und das reflektive Subpixel durch eine Kapazität C_R schematisch dargestellt sein. Erfindungsgemäß ist ein Subpixelspannungsänderungselement, wie zum Beispiel eine erste Kapazität C₁, in Reihe mit einem transmissiven Subpixel bzw. einem reflektiven Subpixel C_R, C_T geschaltet. Beide Subpixel können bei verschiedenen Spannungen angesteuert werden, indem eines der Subpixel in Reihe mit einem Kondensator geschaltet wird. Des Weiteren ist das Flüssigkristallmaterial des reflektiven und des transmissiven Subpixels jeweils so angeordnet, dass es unterschiedliche Verdrehungswinkel aufweist. Dieses kann durch optische Justierung der Orientierungsschichten, wie vom Stand der Technik her bekannt, erreicht werden, da es durch Anwendung einer optischen Justierung möglich ist, die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle lokal zu definieren. Der Vorteil hiervon ist, dass bei Auswählen der Kompensationsfolie(n) und zur Erhöhung der Effizienz der Hintergrundbeleuchtung zwei Freiheitsgrade (Dunkelzustandsspannung und Verdrehungswinkel) zur Verfügung stehen. Durch sorgfältiges Auswählen des Verdrehungswinkels des transmissiven Subpixels kann die Grauskalenlinearität und/oder der Betrachtungswinkel verbessert werden, während die Steuerspannungen, wie unten beschrieben, verringert werden können. Dieses resultiert in einer signifikanten Leistungsreduzierung sowie einer Verbesserung des Betrachtungswinkels.
Ein Beispiel der Reflexion und der Transmission einer Anzeige gemäß dem oben beschriebenen, dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 6 dargestellt. 6 zeigt die Reflexion und Transmission versus Spannungskurven bei einer transflektiven Anzeige gemäß der Erfindung mit einem Verdrehungswinkel von 63° bei den reflektiven Subpixeln. Das Flüssigkristallmaterial und der Zellenabstand sind so abgestimmt, dass dΔn/λ = 0,75 und das Flüssigkristallmaterial ε_|| = 3,6 und Δε = 6,7 vorsieht. Durch Erhöhen der Spannung an dem transmissiven Subpixel (und Verwenden einer geeigneten Korrekturfolie auf der von hinten beleuchteten Seite der Anzeige) wird, wie aus 6 ersichtlich, eine Erhöhung der Effizienz der Hintergrundbeleuchtung von 40% auf 80% erreicht. 6 zeigt ebenfalls die entsprechende Kurve bei einer um 90° verdrillten Zelle. In der Erhöhung des Verdrehungswinkels liegen zwei Vorteile. Zum einen wird der Dunkelzustand bei einer niedrigeren Spannung erreicht, wodurch sowohl in dem Anzeigefeld als auch den integrierten Ansteuerungsschaltungen Energie gespart wird. Zum anderen ist die Effizienz der Hintergrundbeleuchtung sogar größer. Dadurch wird durch Ansteuerung des transmissiven Subpixels zwischen 3,8 V und 1,6 V und Ansteuerung des reflektiven Subpixels zwischen 2,5 V und 1,3 V eine Hintergrundbeleuchtungseffizienz von 90% erreicht. Die Unterschiede in der Grauskalenlinearität zwischen beiden Subpixeln sind minimal. Um den gleichen Grauskalenähnlichkeitsgrad in dem um 63° verdrillten Fall zu erreichen, müsste der helle Zustand bei 1,9 V angesteuert werden, wodurch die Effizienz der Hintergrundbeleuchtung auf 75% reduziert wird.
7a zeigt das Kontrastverhältnis des reflektiven Subpixels. Das Kontrastverhältnis wurde als das Verhältnis der Reflektivität des hellen bzw. des dunklen Zustands berechnet, wobei der dunkle Zustand in diesem Fall bei 2,5 V lag. 7b zeigt das Kontrastverhältnis des transmissiven Subpixels, während 7c das gleiche bei dem um 90° verdrillten, transmissiven Subpixel zeigt. In allen drei Figuren ist das Kontrastverhältnis um die normale Betrachtungsrichtung herum wesentlich höher als 25. Wie aus den 7b und 7c ersichtlich, ist dieser zentrale Teil bei einem höheren Kontrastverhältnis als 25 bei der um 90° verdrillten Lösung größer als bei der um 63° verdrillten Lösung.
Diese Verbesserung des Betrachtungswinkels wird ohne die Verwendung einer zusätzlichen Kompensationsfolie erreicht. Durch Verwendung von Kompensationsfolien, welche nicht den Polarisationszustand des auffallenden Senkrechtlichts verändern, können die Eigenschaften des Betrachtungswinkels der Anzeige selbstverständlich noch weiter verbessert werden.
Zusammenfassend wurde eine transflektive Anzeige vorgeschlagen, welche getrennte reflektive und transmissive Subpixel aufweist. Eine solche Anzeige kann in beiden Moden gleichzeitig betrieben werden, wodurch der Anwendungsbereich wesentlich vergrößert wird. Beide Subpixel können bei verschiedenen Spannungen angesteuert werden. Hierdurch wird bei der Wahl der Kompensationsfolie(n) und Polarisationsausrichtung auf der von hinten beleuchteten Seite des Transmissionssubpixels ein zusätzlicher Freiheitsgrad erreicht, welcher eingesetzt werden kann, um die Gesamteffizienz der Hintergrundbeleuchtung zu vergrößern. Dieses wird durch Integrieren eines Spannungsänderungselements in eines der Subpixel erreicht. Ein Beispiel, welches angeführt wird, betrifft die Integration eines Kondensators, welcher in Reihe mit der Flüssigkristallzelle des Subpixels geschaltet ist, wodurch eine Spannungsteilung ermöglicht wird.
Auf diese Weise kann die Effizienz der Hintergrundbeleuchtung mehr als verdoppelt werden, wodurch die Lebensdauer der Batterie, z.B. von einem Mobilgerät mit einer solchen erfinderischen Anzeige, bedeutend erhöht werden. Diese Lösung ist, im Verhältnis zu der alternativen Lösung mit verschiedenen Zellenabständen für verschiedene Subpixel, ebenfalls einfacher herzustellen. Des Weiteren muss der Abstand der transmissiven Zelle nicht zweimal so groß wie dieser der reflektiven Zelle sein (wie dieses bei bekannten Vorrichtungen der Fall ist), wodurch die Herstellung der erfinderischen Vorrichtung vereinfacht wird. Ferner ermöglicht die erfinderische Lösung eine höhere Transmission als bekannte Vorrichtungen mit Einfachabstand, und überdies ist die Anwendung einer optischen Justierung nicht erforderlich.
Alternativ wird eine transflektive Anzeige vorgeschlagen, welche getrennte reflektive und transmissive Subpixel mit unterschiedlichen Verdrehungswinkeln aufweist. Die unterschiedlichen Verdrehungswinkel können durch optische Justierung erreicht werden. Beide Subpixel können bei verschiedenen Spannungen angesteuert werden. Hierdurch wird bei der Wahl der Kompensationsfolie(n) und Polarisationsausrichtung auf der von hinten beleuchteten Seite des Transmissionssubpixels ein zusätzlicher Freiheitsgrad erreicht, welcher eingesetzt werden kann, um die Gesamteffizienz der Hintergrundbeleuch tung zu vergrößern. Dieses kann durch Integrieren eines Spannungsänderungselements in eines der Subpixel erreicht werden. Ein Beispiel, welches angeführt wird, betrifft die Integration eines Kondensators, welcher in Reihe mit der Flüssigkristallzelle des Subpixels geschaltet ist, wodurch eine Spannungsteilung ermöglicht wird. Auf diese Weise kann die Effizienz der Hintergrundbeleuchtung, wie oben dargestellt, mehr als verdoppelt werden. Durch sorgfältiges Auswählen des Verdrehungswinkels des transmissiven Subpixels können die Grauskalenlinearität und der Betrachtungswinkel verbessert werden, während gleichzeitig die Steuerspannungen verringert werden. Dieses resultiert in einer signifikanten Leistungsreduzierung sowie einer Verbesserung des Betrachtungswinkels.
Es sei erwähnt, dass die oben beschriebene Spannungsdifferenz bei verschiedenen Subpixeln erreicht wird, indem verschiedene Steuerspannungen durch eine integrierte Ansteuerungsschaltung (d.h. durch Integrieren eines Spannungsänderungselements in das Steuer-IC) oder, wie oben beschrieben, durch Integrieren des Spannungsänderungselements in das Subpixel direkt erzeugt werden. Die zuletzt erwähnte Methode ist insofern von Vorteil, als einfachere, integrierte Ansteuerungsschaltungen verwendet werden können und die Anzahl Datenleitungen in der Anzeige ebenfalls reduziert werden kann.
Ebenfalls sei erwähnt, dass das oben beschriebene Subpixelspannungsänderungselement als ein komplizierterer Schaltkreis als der obige Einzelkondensator realisiert werden kann. Zum Beispiel wird im Falle einer LTPS-(Niedertemperatur Poly-Si)-Anzeige ein Spannungsänderungselement mit mehreren Transistoren, Widerständen und Kondensatoren bevorzugt.
Inschrift der Zeichnung:
2/3

C_STORE
C_STORE

4, 5, 6

Reflection
Reflexion
Transmission
Transmission
Voltage
Spannung

5

Voltage (volt)
Spannung (Volt)

6

Degree
Grad

7

Levels
Pegel
deg(ree)
Gr(ad)

Claims

Transflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung (11) mit mindestens einem Pixel, welches ein reflektives Subpixel (11b) mit einer ersten Flüssigkristallzelle und ein transmissives Subpixel (11a) mit einer zweiten Flüssigkristallzelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Flüssigkristallzelle so angeordnet sind, dass diese bei gegenseitig unterschiedlichen Steuerspannungen angesteuert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eines der Subpixel (11a, 11b) mit einem Subpixelspannungsänderungselement (C1) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Subpixelspannungsänderungselement (C1) in Reihe mit einer Flüssigkristallzelle des einen Subpixels geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Subpixelspannungsänderungselement durch einen ersten Kondensator (C1) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein zweiter Änderungsschaltkreis parallel zu der Flüssigkristallzelle des einen Subpixels geschaltet ist, welcher in Reihe mit dem Subpixelspannungsänderungselement geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der zweite Änderungsschaltkreis durch einen zweiten Kondensator (C2) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Flüssigkristallmaterial der ersten und einer zweiten Flüssigkristallzelle gegenseitig unterschiedliche Verdrehungswinkel aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Subpixelspannungsänderungselement so angeordnet ist, dass es eine, an das eine Subpixel durch eine Datenleitung der Anzeige angelegte Spannung ändert.
Verfahren zur Adressierung einer transflektiven Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit mindestens einem Pixel (11), welches ein erstes Subpixel (11a) mit einer ersten Flüssigkristallzelle (15a) und ein zweites Subpixel (11b) mit einer zweiten Flüssigkristallzelle (15b) aufweist, wonach – eine erste Steuerspannung (V1) an die erste Flüssigkristallzelle angelegt wird und – eine zweite Steuerspannung (V2) an die zweite Flüssigkristallzelle angelegt wird, wobei die erste Steuerspannung von der zweiten Steuerspannung abweicht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Flüssigkristallanzeigevorrichtung in dem ersten Subpixel ein Subpixelspannungsänderungselement aufweist, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte vorsieht: Anlegen einer, der gewünschten zweiten Steuerspannung (V2) gleichenden, gemeinsamen Spannung VTOT an jeweils das erste und zweite Subpixel, wobei die Spannung an der ersten Flüssigkristallzelle (15a) auf Grund des Subpixelspannungsänderungselements im Wesentlichen der ersten Steuerspannung (V1) entspricht, wenn die zweite Steuerspannung an das zweite Subpixel angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Steuerspannungen (V1, V2) einzeln ermittelt werden, um die Reflexion bei einem reflektiven Subpixel oder die Transmission bei einem transmissiven Subpixel der Anzeigevorrichtung zu optimieren.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Subpixelspannungsänderungselement (C1) in Reihe mit der Flüssigkristallzelle (15a) des einen Subpixels geschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei das Subpixelspannungsänderungselement durch einen ersten Kondensator (C1) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Vorrichtung weiterhin einen zweiten Änderungsschaltkreis (C2) parallel zu der Flüssigkristallzelle (15a) des einen Subpixels aufweist, welcher in Reihe mit dem Subpixelspannungsänderungselement geschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der zweite Änderungsschaltkreis durch einen zweiten Kondensator (C2) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Vorrichtung weiterhin einen ersten Verdrehungswinkel einer Flüssigkristallschicht des ersten Subpixels und einen zweiten Verdrehungswinkel einer Flüssigkristallschicht des zweiten Subpixels aufweist, wobei der erste und zweite Verdrehungswinkel gegenseitig unterschiedlich sind.