KR100213656B1 - 액티브 매트리스형 액정 표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

액티브 매트리스형 액정 표시장치 및 그 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액티브 매트릭스형 액정 디스플레이의 저구동 전력, 고화질을 실현하는 액정표시 장치의 구성 및 그 구동방법을 제공하기 위해 다수의 주사배선(101)과 다수의 신호배선(102)이 매트릭스형상으로 형성되며, 각각의 조합에 대응하여 설치한 박막 트랜지스터(TFT)(103)와 회소전극(104)이 형성되며, 각 회소전극(104)에 대응하는 주사배선(101)이 회소전극(104)에 대해 상하로 1개씩 배치되고, TFT가 각 회소전극에 대해 주사배선의 어느 한쪽 혹은 양쪽사이에 형성된다. 회소전극(104)과 그에 대응하는 주사배선 이외의 주사배선과의 사이에 부가용량을 형성한다. 축적용량(105)은 그에 대응하는 주사배선의 1라인전 또는 1라인후의 주사배선과의 사이에서 형성되며, 그 형성위치는 인접하는 신호배선(102)마다 교대로 배치된다.

Description

액티브 매트릭스형 액정 표시장치 및 그 구동방법
본 발명은 OA기기 및 AV기기 등에 이용되는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치 및 그 구동방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 저구동 전력, 고화질을 실현하는 대형 고세밀 액정표시 장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
현재, 액정을 사용한 표시장치는 비디오 카메라의 뷰화인더(viewfinder)나 포켓TV는 물론 고세밀 투사형TV, 퍼스콤, 워드 프로세서 등의 정보표시 단말등 다양한 분야에서 응용되고 있고, 개발, 상품화가 활발하게 행해지고 있다. 그 증에서도 특히 액티브 매트릭스형의 액정표시장치는 고화질화를 실현할 수 있기 때문에 매우 주목을 받고 있다. 액티브 매트릭스형이란 종래의 단순 매트릭스형에 대비하여 불리워지는 액정 구동방식을 의미하는 것으로써, 매트릭스상에 배치된 화소전극에 각각 스위치소자를 설치하고, 이들 스위치소자를 통하여 각 화소전극에 액정의 광학특성을 제어하는 전기신호를 독립으로 공급하는 방식이다. 스위칭소자로서는 박막 트랜지스터(TFT)를 사용한 것이 주류이다. 액티브 매트릭스형 액정 표시장치는 각 화소에 설치된 스위치소자에 의해 액정에 인가하는 전압을 독립으로 제어할 수 있기 때문에, 원리적으로 단순 매트릭스방식과 같은 크로스토크(crosstalk)가 없고, 다단조 표시에 매우 적합하다. 동시에, 상기 액티브 매트릭스형 액정표시 소자를 더욱 저전력화, 고화질화하는 것을 목적으로 다양한 패널구성이나 구동법이 검토, 실용화되고 있다.
특히 일본국 특개평02-000913호 공보, 일본국 특개평02-157815호 공보에 제안되어 있는 것과 같은 회소전극에 용량적으로 결합하고 있는 주사배선의 전위를 변화시킴으로써, 회소전극의 전위를 변조하는 구동법(이하, 용량결합 구동이라고 표기한다)에서는 대향전극의 전위를 일정하게 유지한채로 신호저압 진폭을 작게 할 수 있으므로, 저소비전력을 실현할 수 있는 구동법으로서 매우 유효하다.
그러나, 상기 종래의 용량결합 구동에서는 엔지니어링 워크스테이션(work station)등의 초대형, 대용량 표시에 대해서는 대향전극의 부하가 증대함에 기인하는 횡방향의 크로스토크가 발생하는 등의 문제가 있었다. 특히 횡 크로스토크의 발생은 화질상 매우 심가한 문제이다. 횡 크로스토크란 본래 동일 휘도를 가지지않으면 안되는 화면상의 영역이 각각 같은 시각에 온 상태로 되는 이외의 회소 패턴에 의존하여 다른 휘도가 되는 현상이다.
이와 같은 횡 크로스토크의 원인은 신호배선과 대향전극의 용량적으로 결합하고 있기 때문에, 신호배선의 전위변화에 따라 대향전극의 전위가 왜곡되어, 결과적으로 본래 희망하는 액정인가 전압을 얻을 수 없는데 있다. 종래부터 잘 알려져 있는 신호배선마다 신호배선의 전위변화의 방향이 반전하는, 즉 신호배선마다 전압의 극성을 반전하는 구동법(이하, 칼럼(column) 반전구동이라고 표기한다)에 의하면 인접하는 신호선 전위끼리 대향전극으로의 왜곡을 해소하기 위해, 횡 크로스토크는 관측되지 않지만, 신호진폭이 크다는등의 커다란 문제가 존재한다. 또, 상기한 용량결합구동과 칼럼반전과의 겸용을 실현하기 위해, 회소전극과 주사배선과의 사이에 형성하는 축적용량을 각 회소전극에 대응하는 주사배선의 전단 및 후단에 교대로 배치하는 구성도 제안되고 있다(일본국 특개평 4-294109호 공보).
그러나, 상기 일본국 특개평 4-294109호 공보의 제안에서는 회소전극에 공급되는 전압이 주사방향에 대해 번갈아 1라인 엇갈리는 문제가 있었다.
본 발명은 각 주사배선에 대해 회소전극이 엇갈리지 않고 용량결합구동으로 칼럼 반전구동을 가능하게 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치를 제공함으로써, 용량결합구동의 특징을 유지한채로 횡 크로스토크 현상을 해소하고, 저전력, 고화질의 액티브 매트릭스형 액정표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1도는 본 발명의 일실시형태인 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 회소부의 평면 구성 개략도.
제2도 (a)는 본 발명의 일실시형태인 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 회소부의 등가회로도.
제2도 (b)는 본 발명의 일실시형태에 있어서의 주사배선으로 공급되는 주사신호의 전위파형도.
제2도 (c)는 본 발명의 일실시형태에 있어서의 신호배선으로 공급도는 표시신호의 전위파형도.
제3a도는 본 발명의 일실시형태에 있어서의 온 기간 직후 음극 보상전위에 의한 변조를 도시하는 전위파형도.
제3b도는 본 발명의 일실시형태에 있어서의 온 기간 직전 양극 보상전위에 의한 변조를 도시하는 전위파형도.
제3c도는 본 발명의 일실시형태에 있어서의 온 기간 직후 양극 보상전위에 의한 변조를 도시하는 전위파형도.
제3d도는 본 발명의 일실시형태에 있어서의 온 기간 직전 음극 보상전위에 의한 변조를 도시하는 전위파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 : 주사배선 102 : 신호배선
103 : 박막 트랜지스터 104 : 회소전극
105 : 축적용량(Cst) 201 : 게이트와 회서전극사이의 기생용량(Cgd)
202 : 액정용량(Clc) 203 : 대향전극
1v : 주사신호 2v : 표시신호
1va : 주사배선전위(상기 회소전극에 대한다)
1vb : 주사배선전위(회소전극 전위 변조선)
1v1 : 주사배선전위(스위칭 소자의 오프 전위, V(off))
1v2 : 주사배선전위(스위칭 소자의 온 전위, V(on))
1v3 : 주사배선전위(양극 보상 전압, Vge(+))
1v4 : 주사배선전위(음극 보상 전압, Vge(-))
2v : 표시신호 4v : 회소전극전위
5v : 대향전극전위
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 액티브 매트릭스형 액정표시 장치는 다수의 주사배선과 다수의 신호배선이 매트릭스형상으로 형성되고, 각각의 조합에 대응하여 설치한 적어도 1개의 스위칭소자와 회소전극이 형성되며, 상기 각 회소전극에 대응하는 주사배선이 상기 회소전극에 대해 상하로 1개씩 배치되고, 상기 스위칭소자가 각 회소전극에 대해 상기 주사배선의 적어도 한쪽에 형성되며, 상기 회소전극과 그에 대응하는 주사배선 이외의 주사배선과의 사이에 부가용량을 형성한 것을 특징으로 한다.
상기 액티브 매트릭스형 액정표시 장치에 있어서는 상기 각 주사배선에 대응하는 각 회소전극과 부가용량을 형성하는 주사배선이 상기 신호배선의 1개마다 다른 것이 바람직하다.
또한, 상기 신호배선 전위의 극성을 상기 주사배선의 1개마다 반전시키는 수단을 구비한 것이 바람직하다.
또한, 상기 스위칭 소자의 온 기간에 상기 신호배선전위를 상기 회소전극에 전달하는 수단과, 오프기간에 상기 회소전극과의 사이에 부가용량을 형성한 주사배선의 전위를 상기 신호배선의 1개마다 상호 역방향으로 변화시킴으로써, 상기 회소전극의 전위를 변조하는 수단을 구비한 것이 바람직하다.
또한, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 주사배선 선택기간의 전후로 공급하는 수단을 구비한 것이 바람직하다.
또한, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 선택기간의 전후에서 상호 역방향으로 변화시키는 수단을 구비한 것이 바람직하다.
또한, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 주사배선의 선택기간의 전후로 공급하는 수단과, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 선택기간의 전후에서 상호 역방향으로 변화시키는 수단을 구비함으로써, 신호배선전위의 진폭중심과 회소전극 전위의 진폭중심을 일치시키는 것이 바람직하다.
다음에 본 발명의 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 구동방법은 다수의 주사배선과 다수의 신호배선이 매트릭스형상으로 형성되고, 각각의 조합에 대응하여 설치한 적어도 1개의 스위칭소자와 회소전극이 형성되며, 상기 각 회소전극에 대응하는 주사배선이 상기 회소전극에 대해 상하로 1개씩 배치되고, 상기 스위칭소자가 각 회소전극에 대해 상기 주사배선의 적어도 한쪽에 형성되며, 상기 회소전극과 그에 대응하는 주사배선 이외의 주사배선과의 사이에 부가용량을 형성한 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 구동방법으로써, 상기 스위칭소자의 온 기간에 상기 신호배선 전위를 상기 회소전극에 전달하고, 오프기간에 상기 회소전극과의 사이에 부가용량을 형성한 상기 주사배선의 전위를 상기 신호배선의 1개마다 상호 역방향으로 변화시킴으로써, 상기 회소전극의 전위를 변조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 구동방법에 있어서는 상기 각 주사배선에 대응하는 각 회소전극과 부가용량을 형성하는 주사배선이 상기 신호배선의 1개마다 다른 것이 바람직하다.
또한, 상기 신호배선 전위의 극성을 상기 주사배선의 1개마다 반전시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 주사배선 선택기간의 전후에 공급하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 선택기간의 전후에서 상호 역방향으로 변화시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 주사배선 선택기간의 전후에 공급하고, 또한 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 선택기간의 전후에서 상호 역방향으로 변화시킴으로써 신호배선 전위의 진폭중심과 회소전극 전위의 진폭중심을 일치시키는 것이 바람직하다.
상기한 발명의 액티브 매트릭스형 액정표시 장치 및 그 구동방법에 의하면, 회소전위가 엇갈리지 않고 용량 결합 구동으로 칼럼 반전구동을 가능하게 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치를 제공하는 것이 가능해진다. 이에따라, 용량 결합 구동의 특징을 유지한 채로 대형, 고세밀 페널을 실현한 다음에 최대 과제였던 횡 크로스토크 현상을 완전히 해소할 수 있다. 이에따라 저전력, 고화질의 액티브 매트릭스형 액정표시 장치를 실현할 수 있다.
제1도는 본 발명의 실시예의 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 박막 트랜지스터 어레이의 회소부의 평면 구성 개략도를 도시한 것이다. 제2도는 제1도에 도시한 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 회소영역의 등가회로도를 도시한 것이다. 제1도, 제2도에서 101은 주사배선, 102는 신호배선을 도시하고 있다. 103은 역 지그재그형의 박막 트랜지스터(TFT)이다. 104는 투면 도전막으로 형성된 회소전극을 도시하고 있다. 상기 주사배선(101)은 각 회소전극(104)의 상하로 분할되어 배치된다. 제2도의 회소전극(104)은 박막 트랜지스터(103)를 통하여 신호배선(102)과 전기적으로 접속되어 있고, 신호배선(102)과 상기 회소전극(104)사이의 전기적 도통(導通)상태가 제어된다. 105는 회소전극(104)과 주사배선(101)사이에 형성된 축적용량을 도시하고 있다. 상기 축적용량(105)은 그에 대응하는 주사배선의 1라인전, 또는 1라인후의 주사배선과의 사이에서 형성되며, 그 형성위치는 인접하는 신호배선(102)마다 교대로 배치된다.
다음에 제1도에 도시한 액티브 매트릭스형 액정표시 장치에 인가되는 본 발명의 구동신호파형과 그 동작에 대해 제2도를 사용하여 설명한다.
제2도 (a)에서 201은 박막 트랜지스터(103)의 게이트와 회소전극간애 발생하는 기생용량(이하, Cgd라고 표기한다)이다. 또, 202는 회소전극(104)과 대향전극(203)간에 형성되는 액정층에 의한 정전용량(이하, Clc라고 표기한다)이다. 상기한 바와 같이, 축적용량(105)(이하, Cst라고 표기한다)은 신호배선(102)마다 교대로 전단 및 후단의 상이한 주사배선과의 사이에 형성된다. 제2도 (b)는 인접하는 주사배선에 공급되는 주사신호의 전위파형의 3개분을 도시하고 있다. 각 전위파형에는 양극 보상 전위, 온 전위, 음극 보상 전위를 구비하고 있다. 제2도 (c)는 인접하는 신호배선에 공급되는 표시신호의 전위파형의 2개분을 도시하고 있다. 표시신호의 극성은 신호배선의 1개마다 반전하고 있다.
다음에, 각 배선에 공급되는 신호파형과, 회소전극의 구동전위 관계에 대해 제3도를 참고로 하면서 설명한다. 본 발명의 장치의 구성에서는 신호배선마다 축적용량을 전단의 주사배선과의 사이에서 형성한 회소전극과, 후단과의 사이에서 형성된 회소전극이 존재한다. 동 도면(a)는 온 기간 직후 음극 보상전위에 의한 변조, 동 도면(b)는 온 기간 직전 양극 보상 전위에 의한 변조, 동 도면(c)는 온 기간 직후 양극 보상 전위에 의한 변조, 동 도면(d)는 온 기간 직후 양극 보상전위에 의한 변조를 표시한다. 1va는 주목하는 회소의 TFT게이트 전극에 접속하는 주사배선에 인가되는 전위, 1vb는 회소전극에 축적용량을 통하여 접속하는 주사배선에 인가되는 전위, 1vl은 TFT오프 전위 레벨, 1v2는 TFT 온 전위 레벨, 1v3은 보상전위(+)레벨, 1v4는 보상 전위 (-)레벨, 4v는 회소전극에 전달되는 전위, 5v는 대향전극의 전위(일정치)이다. 보상전압은 TFT 온 기간의 전후에서 인가된다. 표시신호2v의 극성은 신호배선의 1개마다 위상이 반전하고 있고(칼럼반전), 이에 대응하여 보상전압은 TFT 온 기간전후에서 극성이 반전하고 있다. 또한, 표시신호2v는 주사배선의 1개마다 반전하고 있고(이하, H반전이라고 표기한다), 이에 대응하여 보상전압은 주사배선의 1개마다 극성이 반전하고 있다. 제2도에 도시한 구성에 제3도에 도시한 전위를 인가했을 때의 회소전극 전위를 4v로 도시한다. 여기에서 하기식(수1)으로 했을 때에 하기식(수2)의 값이 대략 0이 되도록 각 전위를 설정해 두었다.
Vge(+) : 주사배선전위(양극 보상 전압)
Vge(-) : 주사배선전위(음극 보상 전압)
이에따라 표시신호 진폭중심과 회소전극 전위 진폭중심 및 대향전극 전위 중심이 일치하기 때문에, 액정이 유전 이방성 등에 기인하는 직류성분은 나타나지 않고, 또한 표시신호 진폭은 작은채로 액정인가 전압을 크게할 수 있기 때문에 저소비전력을 실현할 수 있다.
실제로 제1도에 도시하는 TFT어레이 구조를 가지는 액정패널에 제3도에 도시한 전위를 인가하여 특성개선의 효과를 검증했다. 표시화면내에 윈도우상태의 패턴을 표시하여 대향전극의 전위파형을 관찰한 바, 신호배선 전위에 의한 전압진동성분은 관찰되지 않았다. 또한, 실제의 표시화면을 눈으로 봐서 관찰했을 때도 횡방향 크로스토크는 완전 해소되었다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 표시신호는 H반전으로 공급되었지만, 1프레임마다 신호의 전압극성을 반전하는 소위 1F반전구동의 경우도 적용할 수 있는 것은 쉽게 유추할 수 있다.
이상 상술한 바와같이, 본 발명 구성의 액티브 매트릭스형 액정표시 장치 및 그 구동방법에 의하면, 각 회소전극에 대해 주사배선을 2개로 분할함으로써, 회소전극에 신호배선의 1개마다 다른 주사배선과의 사이에서 축적용량을 형성하는 것을 가능하게 하고, 스위칭장치의 오프기간에 회소전극에 거는 변조의 극성을 신호배선 1개마다 반전시키는 것, 즉 용량결합 구동으로 칼럼 반전구동을 가능하게 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치를 제공하는 것이 가능해 진다. 이에따라, 대향전극의 전위 왜곡은 소멸하고, 용량결합 구동의 특징을 유지한채로 대형, 고세밀 패널을 실현한 다음에 최대 과제였던 횡 크로스토크 형상을 완전히 해소할 수 있다. 이에따라 저전력, 고화질의 액티브 매트릭스형 액정표시 장치를 실현할 수 있다.

Claims (13)

  1. 다수의 주사배선과 다수의 신호배선이 매트릭스형상으로 형성되고, 각각의 조합에 대응하여 설치한 적어도 1개의 스위칭 소자와 회소전극이 형성되고, 상기 각 회소전극에 대응하는 주사배선이 상기 회소전극에 대해 상하로 1개씩 배치되고, 상기 스위칭소자가 각 회소전극에 대해 상기 주사배선의 적어도 한쪽에 형성되고, 상기 회소전극과 그에 대응하는 주사배선 이외의 주사배선과의 사이에 부가용량을 형성한 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 주사배선에 대응하는 각 회소전극과 부가용량을 형성하는 주사배선이 상기 신호배선의 1개마다 다른 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호배선 전위의 극성을 상기 주사배선의 1개마다 반전시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 온 기간에 상기 신호 배선전위를 상기 회소전극에 전달하는 수단과, 오프 기간에 상기 회소전극과의 사이에 부가용량을 형성한 주사배선의 전위를 상기 신호배선의 1개마다 상호 역방향으로 변화시킴으로써, 상기 회소전극의 전위를 변조하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 주사배선의 선택기간의 전후에 공급하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 선택기간의 전후에서 상호 역방향으로 변화시키는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 주사배선의 선택기간의 전후에 공급하는 수단과, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 선택기간의 전후에서 상호 역방향으로 변화시키는 수단을 구비함으로써, 신호배선 전위의 진폭중심과 회소전극 전위의 진폭중심을 일치시키는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치.
  8. 다수의 주사배선과 다수의 신호배선이 매트릭스형상으로 형성되며, 각각의 조합에 대응하여 설치한 적어도 1개의 스위칭 소자와 회소전극이 형성되고, 상기 각 회소전극에 대응하는 주사배선이 상기 회소전극에 대해 상하로 1개씩 배치되며, 상기 스위칭소자가 각 회소전극에 대해 상기 주사배선의 적어도 한쪽에 형성되고, 상기 회소전극과 그에 대응하는 주사배선 이외의 주사배선과의 사이에 부가용량을 형성한 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 구동방법으로써, 상기 스위칭 소자의 온 기간에 상기 신호 배선 전위를 상기 회소전극에 전달하고, 오프 기간에 상기 호소전극과의 사이에 부가용량을 형성한 상기 주사배선의 전위를 상기 신호배선의 1개마다 상호 역방향으로 변화시킴으로써, 상기 회소전극의 전위를 변조하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 구동방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 각 주사배선에 대응하는 각 회소전극과 부가용량을 형성하는 주사배선이 상기 신호배선의 1개마다 다른 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 구동방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 신호배선 전위의 극성을 상기 주사배선의 1개마다 반전시키는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 구동방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 선택기간의 전후에 공급하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 구동방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 선택기간의 전후에서 상호 역방향으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 구동방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 주사배선의 선택기간의 전후에 공급하고, 또한, 상기 회소전극의 전위를 변조하기 위한 주사배선의 전위를 상기 선택기간의 전후에서 상호 역방향으로 변화시킴으로써, 신호배선 전위의 진폭중심과 회소전극전위의 진폭중심을 일치시키는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 구동방법.
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