KR100215187B1 - 디스플레이 장치용 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

한 쌍의 전극, 및 상기 전극들 사이의 광 도전층과 광 변조 물질층을 포함하광 변조 장치, 상기 광 도전층에 등급 데이타를 반송하는 광 데이타를 공급하기 위한 신호 광원, 및 이미지 데이타를 판독하기 위하여 상기 광 변조 물질층에 판독광을 공급하기 위한 판독 광원을 포함하는 디스플레이 장치가 개시된다. 상기 디스플레이 장치는 상기 광 데이타를 상기 광 도전층에 스캐닝하여 공급하는 단계;및상기 판독 광을 상기 광변조 물질층에 스캐닝하여 공급하는 단계를 포함하는 방법에 의해 구동된다. 양호하게, 상기 판독 광원의 조사 시간은 규정된 광학 상태를갖는 상기 광 변조 물질의 기간과 주어진 등급 데이타에 따른 상기 조사 시간 사이의 중첩 기간을 변조하도록 제어된다.

Description

디스플레이 장치용 구동 방법
본 발명은 광원으로부터 발산되거나 광원에 의해 전송 또는 반사된 광량을 제어하는 형태의 광 변조 또는 이미지 디스플레이 장치 또는 유니트를 구동하는 방법 및 장치 또는 시스템에 관한 것이다.
광 변조 장치는 디수플레이 장치와 같은 여러 광학 장치에 포함된다. 예를들어 유사한 예로서 액정 디수플레이 장치에 관련하여 이하에서 설명될 여러 가지 방식에 따라서, 광학 변조 장치를 이용하여 등급 디스플레이 또는 그레이 스제일디스플레이(gray-scale display)가 실 행 된다.
하나의 방식에 따르면, 비틀림 네마틱형(twisted nematic:TN) 액정이 픽셀을 구성하는 광학 변조 소자(물질)로 이용되고 전압 데이타가 TN-액정에 인가되어 전체 픽셀을 통한 트랜스미턴스를 변조(제어)하게 한다.
제 2 방식에 따르면, 하나의 픽셀은 복수의 서브 픽셀의 어셉블링(assembling)으로 구성되어 각 서브 픽셀이 광 전송 상태에 위치된 서브 픽셀의 영역을 변조시키기 위해 2진 데이타에 근거하여 턴 은 또는 턴 오프된다. 이 방식은 예를 들어일본국 특허 출원 공개 번호(JP-A) 56-88193과, 유럽 특허 출원 공개 번호(EP-A)453033 및 EP-A 361981에 개시되어 있다.
제 3 방식에 따르면, 명 상태부(bhght state portion)와 암상태부(darkstatepoI+ion)가 다양한 영역비로 공존하여 픽셀을 통한 트랜스미턴스를 변조시키게 하도록 하나의 픽셀에 액정의 전계 인텐시티(intensity) 또는 반전 임계값의 분산이 제공되어 있다. 이 방식은 카네코(Kaneko)에게 허여되며, 핵생성 및 반전을 개시시키는 픽셀내의 영역을 가지는 강유전성(ferroelecthc) 액정 광 변조 장치''로 표제된 미합중국 특허 제4,796,980호 및 미합중국 특허 제 4,712,877호, 제 4,747,671호, 제 4,763,994호 등에 개시되어 있다.
제 4 방식에 따르면, 턴 온되어 명 상태를 나타내는 하나의 픽셀의 주기가 변조된다. 이 방식은 구리바야시(Kuribayashi) 등에게 부여되며 그레이 스케일을 활성시키는 강유전성 디스플레이 패널 및 디스플레이 방법''으로 표제된 미합중국 특허번호 4,709,995에 개시되어 있다.
디지달 듀티 변조(digital duty modulation)의 다른 예가 넬슨(Nelson)에게 부여되며 행(row)마다 하나의 셔터 전이(shutter transition)를 가지는 활성 행 백라이트 열 셔터 LCD로 표제된 미국 특허 제 5,311,206호에 개시되어 있다.
여기에서, 제1 방식은 휘도 변조에;제2 방식은 픽셀 분할에;제3 방식은 영역 변조에; 제4 방식은 디지탈 듀티 변조에 관련된 것이다.
휘도 변조는 급격한 트랜스미턴스 변화 특성이나 메모리 특성을 가지는 광변조 물질을 이용하는 장치에는 용이하게 적용되지 않는다. 또한, TN-액정이 보통느린 응답 속도를 가지기 때문에 고속으로 변하는 데이타를 처리하는 시스템에 적용하는 것이 불가능하다.
픽셀의 어셈블링을 포함하는 단위 픽셀을 사용하는 시스템과 등가인 픽셀 분할은 寸은 공간 주파수(spatia1丘equency)를 가지게 되어, 해상도가 낮아질 가능성이있다. 또한, 광 인터럽팅부 영역(light-inteㄸupting poI+ion)이 증가되어 구경비(aperature ratio)를 저하시키게 된다.
영역 변조는 전계 인텐시티 또는 반전 임계값의 분산을 제공하는 복잡한 구조의 픽셀을 필요로 한다. 또한, 하프톤 디스플레이(halftone display)의 전압 마진이 좁기 때문에, 온도에 영향을 받기가 쉬어진다.
디지탈 듀티 변조는 변조 단위 시간이 클럭 펄스 주파수와 게이트 스위칭 타임에 의해 제한되도록 온-오프 시간 변조를 필요로 한다. 따라서, 고 정밀의 변조를 실행하기가 어렵고 표시 가능한 등급 레벨의 수가 제한되게 된다. 또한, 이 방식은 아날로그 데이타의 아날로그-디지탈(A/D) 변환을 반드시 필요로 하여 간단한광 변조 시스렘에는 용이하게 적용될 수 없다.
상술한 문제의 관점에서, 본 발명의 목적은 아날로그 데이타에 근거하여 광변조를 가능하게 하는 광 변조 또는 이미지 디스플레이 시스템(즉, 방법 및 장치)을제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 메모리 특성을 가지는 급격한 인가 전압-트랜스미턴ㅅ-(V-T) 특성을 가지는 광 변조 물질을 이용하는 광 변조 장치에 적용될 수 있는 광 변조 또는 이미지 디스플레이 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 공간 주파수 및 고 해상도를 실현할 수 있는 광 변조 또는 이미지 디스플레이 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 아날로그 듀티 변조에 근거하여 비교적 간단한 방식에 따른 등급 데이타 생성을 가능하게 하여 저렴한 광 변조 또는 이미지 디스플레이 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 한 쌍의 전극, 전극 사이에 위치한 광 변조 물질층 및 광도전층으로 등급 데이타를 반송하는 광 데이타를 제공하기 위한 신호 광원, 이미지데이타를 판독해 내기 위한 판독 광을 광 변조 물질층에 제공하기 위한 판독 광원을 포함하는 광 변조 장치를 포함하는 디스플레이 장치를 위한 구동 방법이 제공된다.
상기 구동 방법은 광 도전층에 광 데이타를 스캐닝 방식으로 제공하는 단계; 광 변조 물질 층에 판독 광을 스캐닝 방식으로 제공하는 단계를 포함한다.양호하게, 판독 광원의 조사 시간(lighting time)을 제어하여 광 변조 물질이선정된 광학적 상태를 취하는 기간과 조사 시간 간의 중복된 기간을 소정의 등급데이타에 따라서 변조한다.
본 발명의 또 다른 한 특징에 따르면,(a) 각각이 등급 데이타를 반송하는 전기 신호를 광 변조 소자에 제공하기 위해 한 쌍의 전극과 구동 소자 사이에 광 변조 물질층을 위치시킴으로써 형성된 광 변조 소자를 포함하는 다수의 2차원 배열된피제드「 ㄹㄹ,(b) 이미지 데이타를 판독해 내기 위한 판독 광을 광 변조 물질층에 제공하기 위한 판독 광원을 포함하는 광 변조 장치를 포함하는 디스플레이 장치 구동 방법이 제공된다.
상기 구동 방법은 스캐닝 방식으로 선택된 픽셀에 전기 신호를 제공하는 단계; 선택된 픽셀에서 판독 광을 광 변조 물질층에 제공하기 위해 판독 광을 사용해 픽셀을 스캐닝하는 단계;및 규정된 광학적 상태를 취하는 광 변조 물질의 기간과 주어진 등급 데이타에 따르는 조사 기간 간의 중첩된 기간을 변조하기 위해 판독 광원의 조사 기간을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 광 변조 소자에 인가된 전압이 광 변조 소자의 광학 상태를 스위칭시키기 위해 필요한 임계값을 초과하는 시점이나 기간은 주어진 등급 데이타에의존하는 아날로그 모드에서 변경된다. 결과적으로, 광 변조 수단, 즉, 광 셔터의 개방 시간과 광원의 조사 기간 사이의 중첩된 기간의 길이가 아날로그 모드에서 변조되어 투과되거나 반사된 광량의 시간 적분은 등급 데이타에 대응한다. 따라서, 등급 레벨 수는 클럭 펄스 주파수와 같은 디지달 양에 의해 제한되지 않고, 등급 데이타의 A/D 변환이 생략될 수 있다.
또한, 아날로그 변조는 비록 그 결과는 아직까지 예측될 수 없지만 급격하게(steep) 인가되는 전압-투과 특성을 갖는 디지탈(혹은 이진) 디스플레이 장치를 사용해서도 가능하다.
따라서, 양호한 등급 디스플레이가 본 발명에 따라 가능해 진다.
본 발명의 이러한 및 다른 목적, 특징 및 유익한 점들이 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 본 발명의 양호한 실시예에 대한 설명으로부터 보다 명확해질것이다.
본 발명의 몇몇 실시예는 도26을 참조하여 다음에 차례로 설명된다. 그러나,먼저, 본 발명을 뒷받침하기 위한 기본 시스템이나 원리에 대한 약간의 설명이 다음에 주어진다.
도 1은 본 발명에 따른 광 변조 시스템의 기본 구성을 나타내는 블럭도.
도 2는 본 발명에 사용되는 광 변조 소자(또는 물질)의 인가 전압(또는 펄스폭) 의존 트랜스미턴스 특성을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 광 변조 장치의 구동 방법의 기본 실시예를 설명하는 타이 밍도.
도 4는 본 발명에 사용되는 등급 데이타를 발생하는 실시예를 설명하는 다이어그램.
도 5는 본 발명에 따른 광 변조 시스템의 다른 실시예를 나타내는 블럭도.
도 6 내지 도 8은 각각 본 발명에 사용되는 광 변조 장치의 구동 회로의 실시예의 다이어그램.
도 9a 내지 도 9d는 각각 본 발명에 사용되는 광 변조 물질(또는 소자)의 트랜스미턴스-인가 전압 특성을 나타내는 그래프.
도 10은 광 변조 장치의 회로도.
도 11은 광 변조 장치를 구동하는 방법을 설명하는 시계열파형도(time-serialwavefornl diagranl)
도 12, 도 14 및 도 16은 각각 광 변조 장치의 회로도.
도 13, 도 15 및 도 17은 각각 도 12, 도 14 및 도 16의 광 변조 장치를 구동하는데 사용되는 시계열 파형을 나타내는 다이어그램.
도 18은 본 발명에 사용되는 이미지 디스플레이 장치의 광 변조 장치의 개략 단면도
제19A-19B도는 도18의 장치에 사용되는 카이럴 스멕틱형(chiral smectic) 액정의 두 분자 배향(광학 상태)의 개략 설명도.
도 20은 도 18의 장치에 사용되는 액정의 전기 광학 특성을 나타내는 그래프.
도 21은 도 18 장치의 동작을 설명하는 타이밍도.
도 22는 이미지 디스플레이 장치의 실시예의 개략 설명도.
도 23 내지 도 25는 각각 본 발명의 실시예에 따른 이미지 형성 장치의 동작을 설명하는 타이밍도.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 기입 광 및 판독 광을 사용한 스캐닝
(scanning) 방식의 한 예.
도 27은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 한 실시예.
도 28은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 또 다른 실시예.
도 29는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 실시 동작을 설명하는 타이밍도.
도 30은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 실시에서의 광 변조 장치의 등가회로도.
도 31은 본 발명에 사용된 광 변조 장치의 대략 한 픽셀에 대응하는 부분의 개략적 부분 단면도.
도 32는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 실시 동작을 설명하는 타이밍도.
도 33은 판독 광을 사용한 스캐닝 방식의 한 예.
도 34는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 실시 구성예.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
810 : CRT 811 : 이미지 형성 렌즈
812 : 리셋 광원 815 : 이용가능 미러
816 : 필터 817 : 판독 광원
818 : 조명 렌즈 819 : 이미지 재생 스크린
906 : 게이트 전극 907 : 하단 전극
908 : 게이트 절연막 909,910 : 오옴믹층
911 : 소스 전극 912 : 드레인 전극
914 : 채널층
먼저. 본 발명에 채택된 기본 변조 방식을 도면과 관련하여 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 변조 방식을 실현하는 시스템 예의 다이어그램이다.
이 시스템은 광 변조 수단으로서 광 전송을 제어하는 광 셔터(1)과, 발광하는 광원(2), 광 셔터를 구동하는 구동 수단 DR1, 광원을 턴 은 및 턴 오프하는 구동 수단DR2, 상기 두 개의 구동 수단들의 전원과 이 구동 수단들의 동작 시간을 제어하는제어 수단을 포함한다.
도2는 광 셔터(1)을 구성하는 광 면조 소자(물질)의 트랜스미턴스 변화 특성의 일 예를 나타내는 그래프이다. 예를 들어, 일정 펄스폭의 인가 전압이 임계값Vth를 초과할 때·트랜스미턴스는 급 상승하여 포화 전압(Vsat) 이상에서 일정 값이되게 된다. 광 변조 물질이 저장 특성을 가지게 되면, 결과된 광학 상태는 인가된전압이 제거된 후에도 일정하게 유지된다.
도3은 도1에 나타낸 시스템의 기본 동작을 설명하는 타이밍도이다. 도3에관련하여, 커브(10)는 광 셔터(1)의 광학 전이를 나타내고, 커브(20)은 광원(2)의 동작(발광 및 비발광)을 나타내고, 커브(30)는 진폭(피크치) Vop( 및 또 다른 선택적펄스폭 PWop)가 임의의 등급 데이타에 따라 변경되게 되는 광 셔터에 인가된 신호를 나타낸다.
광원은 시간 tl에서 턴 온되고 시간 t3에서 턴 오프┎며, 이 사이에 인식 가능
한 하프톤을 제공하기 위해 미리 설정된 주기(t)동안 광원으로부터 광이 발광되게
된다. 광원의 주기적 동작(발광)과 함께, 광 변조 물질에는 인가 전압이 공급되어
인가 전압의 시적분이 임계값을 초과할 때 암 상태(Min)로부터 명상태(Max)로 스위
칭된다.
스위칭의 상승 시간 t2는 진폭 Vop와 펄스 폭 PWop에 따라 달라지게 된다.진폭 Vop 및 펄스 폭 PWop 중 최소한 하나가 등급 데이타에 따라 변조됨에 따라,시간 t2는 등급 데이타에 따라 시간 범위(TM) 내에서 변경되게 된다. 시간 댜f는광 셔터를 턴 오프하는 호를 인가하는 시간이고, 광 셔터(1)을 통해 전송되는 광량의 시적분을 조사 시간(주기)과 광 셔터가 은 상태로 유지되는 기간 사이의 중첩 시간에 의해 지배되어, 이 중첩 시간(주기)은 등급 데이타에 따라 변경(변조)되게 된다. 결과적으로, 전송된 광량의 시적분은 만일, 예를 들어, 일정 펄스 폭 PWop에서아날로그 방식으로 진폭 Vop를 변경시킴으로써 용이하게 변조될 수 있다.
종래의 디진탈 듀티 변조 방식에서는, 전압신호 30의 인가 시간 ㄴn이 전압신호(30)의 일정 펄스 폭 PWop와 진폭 Vop로 디지탈 방식으로 변경된다.
반대로, 본 발명의 새로운 특성은 신호(30)이 변화하는 진폭(또는/및 펄스폭)을 가지는 아날로그 값으로 처리되어 아날로그 듀티 변조를 가능하게 한다는 것이다.
도4는 아날로그 신호(30)을 발생하는 회로의 일 예를 나타낸다. 임의의 등급데이탁는 트랜지스터 Tr1에 의해 증폭되고 스위치 트랜지스터 Tr2에 의해 샘플링되어 변조된 진폭과 광 셔터를 구동하는 데에 필요한 소정의 펄스 폭을 가지는 신호를 제공한다. 도4는 도시된 예에서, 증폭기 Tr1은 하나의 바이폴라 트랜지스터 회로로 구성되고, 스위치 Tr2는 MOSFET에 의해 구성된다. 그러나 증폭기 Tr1 및 스위치 Tr2는 상기와 같은 간단한 소자로 제한될 필요는 없다.
다음에, 다른 기본 변조 방식이 도5를 참조하여 설명된다.
도5에 나타낸 시스템은 광 변조 수단으로서 도1의 광 전송 수단(1) 대신에광 반사 수단(1A)을 포함하고 있는 점에서 도1에 나타낸 시스렘과 다르다. 광 반사수단은 액정 소자 또는 미러 소자를 포함할 수 있다. 이 반사 모드 액정 소자는 액정을 샌드위칭하는 한 쌍의 기판중 하나는 투과 부재를 구비하고 다른 하나는 반사부재를 구비하게 형성하여 구성됨으로써 액정의 배향 상태(광학 상태)에 따라서 광-흡수 상태 또는 광-반사 상태를 선택하게 한다. 미러 소자의 경우에, 미러의 반사면 각도는 미러의 이동으로 제어되어 반사에 적당한 소정의 방향(은 상태)과 반사를일으키지 않는 다른 방향을 선택하게 한다.
다음에, 광원(2)의 조사 시간과 반사 수단(2)의 ON 기간사이의 중첩 시간은임의의 등급 데이타에 따라서 아날로그 방식으로 변조된다.
여기에서, 반사 수단의 ON 기간은 일반적으로 광원 장치가 광 반사 상태에있거나, 미러 소자가 소정의 방향으로 지향된 반사면을 가지고 있는 기간에 관련된다. 경우에 따라서, ㅇ1 ON 기간은 반사 수단이 비반사 상태, 예를 들어 광 인터럽팅 상태를 나타내는 기간에 관련되는 것으로 간주될 수도 있다. 이 경우, 결과 상태는 간단히 반전된다.
(구동 회로)
이하, 본 발명에 이용되는 구동 회로에 관하여 설명될 것이다.
도6은 CLC로 나타내는 광 변조 수단의 구동 회로를 나타낸다.
먼저 광 변조 수단(CLC)의 임계값을 초과하는 충분한 전압이 임의의 등급 데
이타에 대응하는 Rpc을 변경시키면서 인가된다고 가정된다. Rpc가 높으면, CLc에인가되는 전압이 임계값을 초과하는 시간이 지연된다. 반면, Rpc가 낮으면, CLc에인가되는 전압이 임계값을 초과하는 시간이 빨라지게 된다. 따라서, 임계값 초과시간과 광원의 발광 기간을 조절하여, 전송된 광 또는 반사광의 아날로그 듀티 변조가 가능하게 된다.
도7은 광 변조 수단 CLc이 저항 Rpc 및 커패시턴스 Cpc와 병렬 접속되는 점에서만 도6에 나타낸 구동 회로와 다른 구동 회로를 나타내고 있다. 이 경우, 충분한 전압 Vd가 CLc를 은 상태에 있게 하기 위해 소정의 기간동안 인가된 다음에,RC 회로의 시정수에 따른 방전 현상이 활용되게 된다. 방전을 더 느리게 하는 높은 RPc에서, CLc에 인가되는 전압은 임계값 이하로 하강하는 시간이 지연되게 된다.한편, 방전을 더 빠르게 하는 낮은 Rpc에서는, CLc에 인가되는 전압이 임계값 이하로 하강하는 시간이 빨라진다. 이 시간을 광원의 발광 기간으로 설정함으로써, 광전송 또는 반사 기간이 시간차에 따라 아날로그 방식으로 면조될 수 있다.
도8은 등급 데이타를 가변 전압 Vv로 나타내고 있는 다른 구동 회로 예를도시하고 있다. 도7에 나타낸 것과 다르게, Rpc와 Cpc를 포함하는 RC회로의 시정수가 고적되어 있으므로, CLc에 인가된 전압이 임계값 아래로 하강하는 시간이 등급데이타에 대응학는 전압(Vv)에 의해 결정되게 된다. 따라서, 만일 이러한 시간이
발광 기간으로 조절된다면, 아날로그 듀티 변조는 도7의 예에서와 같이 유사하게 될
가능성이 있다.
(광원)
광원에 관련하여 이하에서 설명된다. 광원으로부터 발광된 광은 자연 태양광, 백색 광, 적색, 녹색, 및 청색 광과 같은 모노크로매틱 광(monochromatic light),및 이들의 결합일 수 있고, 적당한 선택에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명에적절히 사용되는 광원은 레이저 광원, 형광 램프, 크세논 램프, 할로겐 램프, 발광 다이오드, 및 전자 발광 소자를 포함할 수 있다. 이들 광원은 광 변조 수단의 구동시간과 동기하여 제어되는 방식으로 턴 은 및 턴 오프┞ 수 있다. 특히, 광원의 연속조사 시간은 육안으로 감지 가능한 플리커(flicker)를 제공하는 최대한의 상호 플리커 링 주파수(reciprocal flickering 丘equency)(예를 들어, 나60초)인 것 이 바람직 하다.색상 디스플레이의 경우, 시분할에 따라 R, G, 및 B의 광 변조를 실행하기 위해 여러 시순서(time sequence)에 따라 R, G, 및 B 광원을 작동시키는 것이 바람직하다.한편, 시분할로 다른 색상의 필터를 사용하여 조명 광(파장 영역)을 변경하기 위해서 색상 필터과 결합하여 백색 광원을 사용하는 것이 또한 가능하다.
(광 변조 장치)
본 발명에 사용되는 광 변조 장치는 광 셔터(또는 광 밸브)로 불리는 광 전송형 장치와, 광 반사도를 변조하는 광 반사 수단으로서의 반사 장치를 포함할 수있다.. 그 대표적인 예에는 공간 광 변조(Spatial Light Modulation:SLM)로 불리는것이 포함될 수 있다.
본 발명에 사용되는 광 셔터는 광학적으로 다른 두 상태를 제공할 수 있는것이다. 그 바람직한 예는 광 변조 물질로 액정을 이용하는 액정 소자일 수 있다.
액정 소자의 바람직한 형태는 한 쌍의 전극사이에 배치된 액정을 포함하는것으로, 이 액정 분자는 인가되는 전계에 따라서 배향 상태를 변경시키고, 액정 분자를 통하는 광 트랜스미턴스는 편광 장치(p아aIㅓzing device)와 함께 배향 상태에 따라 제어되게 된다. 따라서, 액정 소자의 트랜스미턴스, 리플렉턴스(renectance), 투과 상태, 반사 상태와 같은 광학적 요인이 편광 장치와 조합하여 결정된다.
더 상세하게, 액정이 사이에 밀봉되는 한 쌍의 기판으로 이루어지는 액정 셀(또는 패널)을 사용하는 것이 가능하다. 기판의 상호 대향하는 내면중 적어도 하나에는 투과 전극과 정렬막이 제공될 수 있다.
기판은 유리, 플라스틱, 석영 등의 투과 시트(transparent sheet)로 이루어질수 있다. 반사 수단으로 사용되는 장치를 구성하는 경우, 하나의 기판은 광 비투과성일 수 있다. 투과 전극은 틴 옥사이드(tin oxide), 인듐 옥사이드(indium oxide)또는 ITO(인듐 틴 옥사이드) 와 같은 메탈 옥사이드 도전체로 이루어지는 것이 바람직하다.
정렬막은 러빙(rubbing)과 같은 동축 정렬 처리되는 중합체막, 또는 경사 증착에 의해 형성되는 무기막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
액정은 네마틱 상(nematic phase)으로 동작하는 네마틱 액정과 스멕틱 상(smeti므 phase)으로 동작하는 스멕틱 액정으로 적절히 이루어질 수 있다. 카이럴스멕틱 액정이나 카이럴 네마틱 액정과 같은 저장 특성을 가지는 액정을 이용하는
것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 반사 장치는 반사 금속의 반사 표면이 반사 표면의 각도
를 변경시켜 반사 광의 발광 방향을 변조시키기 위해 인가 전압에 의해 야기되는
정전력에 의해 이동되는 DMD(디지탈 마이크로 미러 소자)로 불리는 장치이거나, 한면은 반사성이고 다른 면은 투과성으로 만들어져 액정이 광 투과 상태에 놓일 때여기에 입사되는 광이 반사되게 되는 상술한 바와 같은 액정 셀(또는 패널)을 포함하는 반사형 액정 소자일 수 있다.
제9A-9D도는 본 발명에서 이용될 수 있는 광 변조 소자(물질)의 몇가지 트랜스미턴스-인가 전압 특성을 나타내고 있다. DMD의 경우, 세로 좌표는 소정의방향으로 반사된 광량을 나타내는 것으로 간주될 수 있다.
도9A은 양의 임계값 전압이 초과될 때 광학 상태의 전이(스위칭)를 야기하는광 변조 물질의 특성을 나타낸다. 도9B은 각각 히스테리시스(hysteresis)를 갖는 양과 음의 임계값을 가지는 광 변조 물질의 특성을 나타낸다. 도9C은 양과 음의 임계값을 제공하는 히스테리시스를 나타내는 광 변조 물질의 특성을 나타낸다. 도9D는제로의 전압에서의 임계값을 나타내는 특성을 나타낸다. 제gA-gD도는 어느 정도간단화된 이상 형태에서의 특성을 나타내고, 이들 도면에서 나타낸 수직선은 실제로경사져 도2에 도시된 바와 같이 양 측에서 임계값 값과 포화값을 제공하게 된다.
구동 회로와의 정합(matching)에 관련하여, 도9A 또는 도9B의 특성은 도7또는 드8에 나타낸 병렬 회로와 결합되는 것이 바람직하고, 도gC 또는 도gD의 특성은 도6에서 나타낸 직렬 회로와 결합되는 것이 바람직하다.
다음 예 1 내지 5는 본 발명의 이해를 돕기 위한 참조 예로서 제공된다.
(제1 예)
도10은 광 변조 장치를 구동하기 위한 광 변조 시스템을 설명한다. 이 시스
템은 각각 전극을 위에 가지는 한 쌍의 기판과 이 기판들 사이에 배치된 카이럴 스
멕틱 액정을 포함하는 액정 소자(101), 등급 데이타를 발생하는 등급 데이타 발생회로(103) 및 광원(104)를 포함한다. 이 시스템의 정면에 관측자(105)가 표시되어있다. 이 시스템은, 용량성 소자 Cpc와, 소오스-드레인(또는 에미터-콜렉터) 저항이트랜지스터(102)의 게이트나 베이스 전위의 변경으로 변화되는 트랜지스터(102)을포함하는 구동 회로를 역시 포함하고 있으며, 이에 따라 전압이 액정의 반전 임계값을 초과하게 되는 시점을 변경시킬 수 있다. 이 구동 회로는 리셋 전압과 구동 전압을 액정 소자에 인가하는 전압 인가 수단 Vext를 포함한다. Cnc는 액정의 커패시턴스를 나타낸다.
등급 데이타 발생 회로(103)은 발광 다이오드 PED,4개의 가변 저항 VRB,VRG, VRR, 및 VRV√, 및 4개의 스위칭 트랜지스터 TB, TG, TR, TW 및 전원VCC를 포함한다. 다이오드 PED 및 트랜지스터(102)는 광결합기를 구성한다.
각 색상에 대한 등급 데이타를 구성하는 가변 저항값 형태인 전기 신호는 발광 다이오드 PED에 의해 광 데이타로 전환된다.
광원(104)은 3개의 색상(R, G 및 B)의 광을 발광하는 발광 다이오드 EDR,EDG,.및 EDB와 백색 밸런스(white balance)를 취하는 데에 선택적으로 사용되는가변 저항 BR을 포함한다.
도11은 도10의 시스템 동작의 타이밍도이다. 103T에서는 광 데이타를 출력
하는 시점을 나타낸다. FLC에서의 커브 Vnc는 액정에 인가되는 전압을 나타내고
커브 Vext는 외부 전원 Vext으로부터 인가된 전압을 나타낸다. Tran에서는 액정 소자
를 통한 트랜스미턴스 레벨이 도시된다. 104T에서는 광원의 출력 레벨을 나타내고있다. 105T에서는 관측자(105)에 의해 인식되는 전송된 광량 레벨을 나타내고 있다.
도11을 참조하여, 먼저, 리셋용 백색 광이 공급되며, 리셋 펄스는 전압 인가수단 Vext로부터 인가되고, 이로 인해 액정이 일단 암 상태로 리세팅된다.
다음으로, R 등급 데이타에 대응하는 광이 출력될 때, 동시에 R 발광 다이오
ㄷ
-
EDR이 턴 온되고 Vext는 액정 소자에 역 극성 전압을 공급한다. 이 기간에,
PED로부터의 R 광량은 매우 적어, 액정에 인가된 유효 전압은 임계값 Vth를 초과하지 않고, 액정 소자는 EDR로부터 R 광을 전송시키지 않는다.
다음에, 백색 광이 다시 공급될 때, Vext(전압 인가 수단 Vext로부터 인가된전압)은 액정을 광 전송 상태로 반전시키도록 증가된다. 그러나, 이 때에, 어떠한광원(104)도 여기되지 않아, 관측자가 암 상태를 연속하여 인식할 수 있다.
다음에, Vext는 음의 전압으로 변경되지만, 액정에 인가된 유효 전압은 -Vth임계값을 초과하지 않아, 액정 소자는 명 상태로 유지되게 된다. 그러나, 또한 이기간에도 어떠한 광원도 여기되지 않는다.
R 디스플레이 기간은(도11의 실시예에서) 상술한 방식으로 종료된다.
다음에, G 디스플레이 기간에서의 동작은 R 디스플레이 기간에서와 유사하
게 실행된다. G 데이타 광량은 상술되는 R의 경우에서보다 더 커, 액정에 인가된
전압은 시간 trv에서 임계값 Vth를 초과한다. 다음에, G 광원 EDG이 턴 오프되는
시간 다f때 까지의 기간동안, 액정 소자는 G광을 전송하여, 관측자가 G광의 중간 레
벨을 인식하게 한다.
다음에, B 디스플레이 기간에서의 동작은 R과 G 디스플레이 기간에서와 유사하게 실행된다. B 데이타 광량은 상술한 바와 같이 G의 경우에서보다 더 커, 액정에 인가된 전압이 시간 t「2에서 임계값 Vth를 초과하게 된다. 다음에, B 광원EDB이 턴 오프되는 시간 ㄴf巳 까지의 기간동안, 액정 소자는 B광을 전송하여, 관측자가 중간 레벨이지만 B광의 최대 레벨에 가까운 레벨을 인식할 수 있게 한다.
상술한 바와 같이, 이러한 예에서, 임계값 Vth를 초과하는 Vnc 시간(지점 또는 기간)은 등급 데이타에 따라 변경된다. 또한, 광원을 턴 오프하는 시간은 광원의발광 기간이 트랜스미턴스의 최소 레벨을 부여하는 등급 데이타에 대응하는 액정소자의 전송 기간(ON 기간)과 중첩하지 않도록 결정된다.
결과적으로 이러한 예에서 휘도의 최소 레벨과 최대 레벨사이에서 원하는 하프톤 레벨을 성취하는 것이 가능하다. 또한, 액정에 인가되는 전압은 양과 음의 극성으로 대칭으로 맞추어지기 때문에, 실질적으로 제로인 DC 성분만이 액정에 인가되어 액정 소자의 열화를 억제할 수 있다.
(저12 여l)
도12는 광 변조 시스템의 다른 예를 나타내고 있다. 이 시스템은 상부에 전극을 각각 가지는 한 쌍의 기판과 이 기판 사이에 배치된 액정으로 이루어지는 반
사형 액정 소자(201), 광원을 구동하는 광원 구동 회로(204), 용량성 소자 Cpc, 저항
소자 Rpc, 및 구동 전원 Vd를 포함한다. 이 시스템에서, 회로는 저항 소자 Rpc가
입력된 등급 데이타에 따라 변하는 저항 값을 가지게 하도록 구성된다.
사용되는 액정은 도9A에서 나타낸 바와 같이 트랜스미턴스-인가 전압(T-V)
특성을 가질 수 있다.
도13은 도12의 시스템을 구동하는 타이밍도이다. Vsl은 전압(Vd)의 인가 시간을, V1c는 액정에 인가되는 전압을, Tran은 액정 소자의 반사도를,204T는 광원의조사 시간을,205T는 아날로그 등급 데이타의 레벨에 각각 대응하며 Rpc의 낮은 값에 의해 주어진 커브 1, Rpc의 중간 값에 의해 주어진 커브 m과, Rpc의 높은 값에의해 주어진 커브 n을 포함하는 관측자에 의해 인식 가능한 반사된 광량을 나타낸다.
도13을 참조하여, 시간 ㄴn에서, Vd가 액정 소자에 인가되고 액정에 인가된전압 V1c가 임계값 Vth를 충분히 초과한 V1이 되어, 액정 소자가 최대 반사도를 나타내게 된다.
전압 Vd가 시간 댜f에서 제거되어, 액정에 인가된 전압 V1c은 트랜스미턴스Tran이 각각 최저 레벨을 나타낼 때에 저항 Rpc의 값에 따라 점차 저하되어 등급데이타에 따라 달라지는 몇몇 시간, 예를 들어,1에 대해 시간 txl, m에 대해 tx2, n에대해 tx3에서 임계값 Vth 이하로 하강하게 된다. 이 실시예에서,204T에서 나타낸바와 감이, 광원은 시간 tx1에서 턴 온되고 시간 tx3에서 턴 오프┎게 설계되어, 반사된 광량 205T는 Vlc의 각 1, m, n의 경우에 대해 커브 l, m, n에 의해 나타내는 바와
같은 레벨을 나타내고 있다. 이 방식으로 조사 시간을 설정함으로써, 우수한 하프
톤 디스플레이의 선형성이 주어지게 된다.
상술한 바와 같이, 이러한 예에서, 임계값 이하로 하강하는 Vlc 시간은 등급
데이타에 따라 변경된다. 더욱, 광원을 턴 온하는 시간은 광원의 발광 기간이·반사도의 최소 레벨을 부여하는 등급 데이타에 대응하는 액정 소자의 반사 기간(ON 기간)과 중첩되지 않도록 결정된다.
결과적으로, 이러한 예에 의하면, 최소의 휘도 레벨 1과 최대의 휘도 레벨 n사이의 원하는 중간 반사 상태를 성취할 수 있다.
(제3 예)
도14는 광 변조 시스템의 다른 예를 나타내고 있다. 이 시스템은 각각 전극을 상부에 가지고 있는 한 쌍의 기판과 이 기판 사이에 배치된 액정을 포함하는 반사형 액정 소자(301), 광원을 구동하는 광원 구동 회로(304), 용량성 소자 Cpc, 저항소자 Rpc와, 구동 전원 Vv와 구동 전원 Vv로부터의 전압 신호의 공급을 턴 은 및턴 오프하는 스위치 Vso를 포함한다. 이 시스템에서, 구동 전원 Vv로부터 공급된전압 신호는 아날로그 등급 데이타를 반송한다.
사용되는 액정은 도9A에서 나타낸 바와 같이 트랜스미턴스-인가 전압(T-V)특성을 가질 수 있다.
도15는 도14의 시스템을 구동하는 타이밍도이다. Vso는 등급 신호의 인가시간읓, V1C는 액정에 인가된 전압을, Tran은 액정 소자의 반사도를,304T는 광원의조사 시간을,305T는 등급 데이타의 레벨에 각각 대응하여 낮은 전압 Vl로 주어진
커브 1, 중간 전압 Vm으로 주어진 커브 m 및 높은 전압 Vn으로 주어진 커브 n을
포함하는, 관측자에 의해 인식 가능한 반사된 광량을 나타낸다.
도15와 관련하여, 시간 ㄴn에서, Vv는 액정 소자에 인가되고 액정에 인가된
전압 Vlc가 임계값 Vth를 각각 충분히 초과하는 전압 V1, Vm 및 Vn이 되어, 액정
소자는 어떤 경우에도 최대의 반사도를 나타내게 된다.
시간 댜f에서, 전압 VV가 제거되고, 이로 인해 액정에 인가된 전압 Vlc는, 트
랜스미턴스 Tran이 각각 최저 레벨을 나타낼 때에 이 전압 Vv에 대응하여 점차 하
강하여 등급 데이타에 따라 달라지는 몇몇 시간에 예를 들어 1에 대해 시간 tx1, m에
대해 tx2, 및 n에 대해 tx3에서 임계값 Vth 이하로 하강하게 된다. 이러한 예에서,
광원은 304T에서 나타낸 바와 같이, 시간 tx1에서 턴 온되고 시간 tx3에서 턴 오프┎
게 설계되어, 반사된 광량 305T가 V1c의 각 1, m, 및 n의 경우에 대해 커브 l, m, 및
n으로 나타낸 바와 같은 레벨을 가지게 된다.
상술한 바와 같이, 이러한 예에서, 임계값 이하로 하강하는 Vlc의 시간은 등
급 데이타에 따라 달라진다. 더욱, 광원을 턴 온하는 시간은 광원의 발광 기간이
최소의 반사 레벨을 부여하는 등급 데이타에 대응하는 액정 소자의 반사 기간(ON
기간)과 중첩하지 않도록 결정된다.
결과적으로, 최소의 휘도 레벨 1과 최대의 휘도 레벨 n 사이에서 원하는 매체반사 상태를 성취하는 것이 가능하다.
(제4 예)
도16은 광 변조 시스템의 다른 예를 나타낸다. 이 시스템은 상부에 전극을 각각 가지고 있는 한 쌍의 기판과 이 기판 사이에 배치된 반 강유전성(anti-feㄸoelecthc) 카이럴스멕틱 액정을 포함하는 반사형 액정 소자(401), 광원을 구동하는 광원 구동회로(404), 용량성 소자 Cpc, 저항 소자 Rpc, 구동 전원 Vv, 및 구동 전원 Vv로부터의 전압 신호의 공급을 턴 은 및 턴 오프하는 스위치 Vso를·포함한다. 이 시스템에서, 구동 전원 Vv로부터 공급된 전압 신호는 아날로그 등급 데이타를 반송한다. 액정 소자(401)의 정면에 관측자(405)를 나타내고 있다.
사용되는 카이럴 스멕틱 액정은 도9B에서 나타낸 바와 같이 트랜스미턴스-인가 전압(T-V) 특성을 가질 수 있다.
도17은 도16의 시스템을 구동하는 타이밍도이다. Vso은 등급 신호의 인가시간을, Tanc는 액정에 인가되는 전압을, Tran은 액정 소자의 반사도를,404T는 광원의 조사 시간을,405T는 등급 신호의 레벨에 각각 대응하여, 저 전압 V1에 의해 주어진 커브 I, 중간 전압 Vm에 의해 주어진 커브 m, 및 고 전압 Vn에 의해 주어진커브 n를 포함하는, 관측자에 의해 인식되는 반사된 광량을 나타낸다.
도17을 작조하여, 시간 니에서 Vd가 액정 소자에 인가되고, 액정에 인가된전압 Vanc가 각각 임계값 Vth를 충분히 초과하는 V1, Vm, 또는 Vn이 되게 되어, 액정 소자는 각 경우에 최대의 반사도를 나타내게 된다.
시간 댜f에서, 전압 VV가 제거되고, 이로 인해 액정에 인가되는 전압 Vanc는전압 Vv에 대응하여 점차 하강하여 트랜스미턴스 Tran이 각각 최저 레벨이 될 때등급 덕1이타에 따라 달라지는 몇몇 시간, 예를 들어 1에 대해 시간 tx1, m에 대해 tx2,n에 대해 tx3에서 임계값 Vth 이하로 하강하게 된다. 이러한 예에서, 광원은 404T
에서 나타낸 바와 같이 시간 tx1에서 턴 온되고 시간 tx3에서 턴 오프┎도록 설계되
어, 반사된 광량 405T가 Vanc의 각 1, m,및 n의 경우에 대해 커브 1, m, 및 n에 의해
나타낸 레벨을 가지게 된다.
하나의 싸이를 주기(cycle pehod, 도17에서 Prd1 및 Prd2의 각각)를 최대
1/30sec로 설정하고 광원의 연속 조사 시간을 최대 1/60sec 이하로 설정하는 것이
바람직하다.
이러한 예는 반-강유전성 액정이 사용되고, 이에 대응하여 주기 Prd2에서 전
압 Vv가 이전 주기 Prd1에서 사용되는 것과 반전되여 있는 점에서 도14 및 도15의
실시예와 다르다. 반-강유전성 액정은 반대 극성의 히스테리시스로 인해 두 개의
임계값을 제공할 수 있지만, 전압 Vv의 극성이 반전되는 경우에도, 액정의 광학 상태는 Tran에서 나타낸 바와 같이 동일하다. 카이럴 스멕틱 액정은 두 개의 분자배향 상태 사이의 빠른 이전 속도(스위칭 속도)를 나타내고 본 실시예를 제외한 본발명에서 선택적으로 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 이러한 예에서 임계값 이하로 하강하는 Vanc의 시간은 등급 데이타에 따라 변경된다. 또한, 광원을 턴 온하는 시간은 광원의 발광 주기가최소 레벨의 반사도를 부여하는 등급 데이타에 대응하는 액정 소자의 반사 기간(ON기간)과 중첩되지 않도록 결정된다.
본 발명에서, 상술한 구현예에서 설명되고 있는 광 전송 장치(광 셔터) 또는
고
반삭 장치와 각각 기능적으로 동일한 다수의 광 변조 장치가 이차원 매트릭스로
배치되어 있는 이차원 확장 소자(extending device)를 사용하는 것이 가능하다. 이
이차원 매트릭스 소자 대신에, 이차원 확장부를 가지는 평면 광 변조 장치를 사용하
눈 것이 또한 가능하고, 이 이차원 확장부의 각 국부 영역은 상술한 바와 같이 광
변조 장치와 등가의 기능을 행한다.
더욱 상세하게, 복수의 전송형 또는 광 투과형 픽셀이 배치되어 있는 이차원
확장부와 매트릭스로 배열된 복수의 마이크로미러를 포함하는 DMD를 구비하는 패
널을 사용하는 것이 가능하다.
다음으로, 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치를 위한 구동 방법이 설명
된다.
도18은 구현예에 따른 이미지 디스플레이 장치에 사용되는 광 변조 장치의
단면도이다.
도19A 및 도19B은 장치에 사용되는 카이럴 스멕틱 액정의 두 분자 배향 상
태(광학 상태)를 개략적으로 나타내고 있다. 도20은 두 광학 상태를 포함하는 장치
의 전기광학 특성을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 구현예를 설명하기 전에, 도18에 도시된 장치의 기본 동작이 기술
될 것이다. 도21은 장치의 동작을 설명하는 타이밍도이다.
도18에서 나타낸 장치는 소위 반사형 액정 패널을 구성한다. 장치에서, 투과기판(511)은 투과 전극(512), 광감지층으로서의 광 도전츤(513)과, 반사층으로서의 유전성 다층막(514)이 위에 연속적으로 설치되어 있다. 다른 투과 기판(516)에는 투과전극(아5)가 설치되어 있다. 이 두 기판 사이에는 카이럴 스멕틱 액정(때에 따라FLC로 축약)(517)이 광 변조 물질로서 배치되어 있다. 편광기(522)가 광 입사측
에 또한 배치되어 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 액정 분자를 정렬하는 정렬
막은 전극(515) 및 반사층(514)과 액정층(517)의 경계에 배치되어 있다. 외부 전압
인가 수단 Vext가 전극(512 및 515)에 접속되어 전극 사이에 전압을 인가한다. 이렇
게 구성된 장치는 리셋 광(521), 등급 데이타를 운반하는 기록 광(518), 변조된'등급
데이타, 죽 이미지를 판독하는 판독 광(519)로 조명된다.
장치는 도6에서 나타낸 등가의 회로에 의해 나타낼 수 있다.
도19A은 액정 분자(ML)의 제1 배향 상태(광학 상태)를 나타내고, 도19B은
분자(ML)의 제2 배향 상태(광학 상태)를 나타낸다. 제1 배향 상태의 액정(도19A)에
전압 +Vu가 공급될 때, 액정은 제2 배향 상태(광학 상태)(도19B)로 스위칭된다. 결
과된 제2 배향 상태(도19B)는 전압이 제로, 즉 전계하에 전혀 위치하지 않은 경우에
도 유지된다. 다음에, 역 극성 전압 -Vu이 액정에 인가된다면, 액정은 전계의 제거
후에도 유지되는 제1 배향 상태(도19A)로 스위칭된다. 이 스위칭은 액정의 전이 또
1--
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반전이라고 불릴 수 있다. 도19A 및 도19B에서 나타낸 제1 및 제2 배향 상태는
모두 안정 상태이고, 따라서 액정은 저장 특성을 가진다.
도19A 및 도19B에 나타낸 상태는 광학적으로 다른 상태(다른 광학 상태)이기 때문에 편광기를 적당히 결합하여 하나는 최대 트랜스미턴스 상태에 놓이고 다른 것은 최소의 트랜스미턴스 상태에 놓이게 할 수 있다. 여기에서, 전압 값 Vu는반전 임계값 전압과 대체로 동일한 포화 전압을 초과하는 전압을 표시하는 데에 사용된다.
이제, 소자의 작동을 설명한다. 작동 원리에 대한 이해를 쉽게하기 위하여,
액정총(517)의 커패시턴스 Cnc와 광 도전층(513)의 커패시턴스 C∝들은 서로 동일하
며, 액정층(517)은 무한대의 큰 저항을 갖고, 또 반사층(514)는 0인 임피던수를 갖는
다고 가정한다. 도21을 참조하면,521T와 518T들은 광 도전층(513)을 조명하는 리
셋광(521)의 조명시간과 광 도전층(513)을 조명하며 둥급 데이타에 따라 변하는 인
텐시티를 갖는 기입광(518)의 조명 시간을 각각 나타낸다. Vext는 장차 양측의 투과
전극(512 및 515)에 인가되는 교류 전압(altemating voltage)을 나타내며, Vnc는 액정
층(517) 양측의 전압 분할에 의해 인가되는 효과 전압을 나타낸다. +Vu 및 -Vu들
은 도20에 도시된 바와 같이 액정의 제1 상태에서 제2 상태로의 반전 및 제2 상태
에서 제1 상태로의 반전을 야기시키기 위한 전압을 각각 나타낸다. Tran은 FLC의
(제1 및 제2) 배향 상태를 나타낸다. 이러한 구현예에서, 제1 배향 상태(광학 상태)
의 가장 낮은 트랜스미턴스는 암 상태(dark state)를 제공하고 또 제2 배향 상태(광
학 상태)는 가장 높은 트랜스미턴스의 명 상태(bhght state)를 제공하도록 편광기
및 분해기 양자 모두의 기능을 하는 편광 소자(522)의 위치가 조정된다고 가정하자.
504T는 액정층(517)을 조명하는 판독 광(5l9)의 조사 시간을 나타내며,505T는 판독광을 편광기(522), 액정(514), 반사층(514) 및 분해기(522)를 통과시킴으로써 형성된출력 광의 레벨을 나타낸다.
도21을 참조하면, 시간 t5o 부터 t51까지의 리셋 기간에서 Vext(전원 Vext로부터공급된 전압)는 전압 -Vl로 취해지며, 광 도전층(513)은 리셋광으로 조명되는데, ㅇl에 따락 광캐리어(전자-홀 쌍)들이 광 도전층(513) 내에서 발생되고, 전자와 홀들은전압 분할에 의해 광 도전층에 인가된 전기장에 따라 반대 방향으로 액정층(517)의
양측에서 이동한다. 이러한 작동의 결과, Vnc는 전위 -V1에 접근한다. 도6의 등가
회로에 기초하여 설명한 바와 같이, 전압 변화는 광 도전층의 저항 성분이 자기 방
전(self-discharge)을 야기 시 키 는 광도전 효과(photoconductive e玗ect)에 의 해 낮아지
며 또 전압 분할에 의해 광 도전층에 제공된 전위가 낮아지는 현상의 결과로서, 이
에 따라 Vnc가 -V1에 접근한다고 역시 이해될 수 있다. 리셋 광이 충분한 광 인텐
시티를 갖는 때, Vnc는 이전 상태에 상관없이 시간 t51에서 -Vl로 리셋될 수 있으며,
이에 따라 액정의 제1 광학 상태(암)가 보장된다. 시간 t51에서, 리셋광은 턴 오프┎
며, Vext는 +V2로 변경된다. 이 때, 전위 Vnc는 1:1 커패시턴스 분할에 의해
V3=-V1+[V2-(-Vl)]/2로 변경된다. 만일 어떠한 기입 광도 본 실시예의 제1 주기에
서와 같이 제공되지 않는다면, VnC는 t52까지 V3을 유지하며, 또 액정은 V3Vu이기
때문에 제1 광학 상태(암)을 유지한다. 그 다음으로, t52 후의 기간에서, t5o-t52의 기
간에서의 작동과 유사한 작동이 Vext의 극성을 변경시키는 동안 수행된다. 그 결과,
한(싸이클) 주기 내의 Vnc의 적분은 0인 DC 성분을 제공하며, 이에 따라 안정한
FLC 구동에 요구되는 구동 파형의 AC 대칭이 보장된다. t52 내지 t53인 주기에서,
Vnc는 액정이 제2 광학 상태(명)로 반전되도록 Vu를 초과하여 V1으로 리셋된다.
제2(싸이클) 주기에서, 소자는 기입 광으로 조명된다. 기입 광은 Vnc가 더
느린 시정수로 Vext에 접근하도록 리셋광보다 작은 인텐시티를 갖는다. 기입 광이
소정의 큰 강도 또는 더 큰 강도를 갖는 경우, 액정이 제1 광학 상태로부터 제2 광
학 상태로 반전되는 때에 Vnc는 기간 T(t51 내지 t52) 내의 시간 txl 에서 Vu를 초과한다. 기입 광이 제3 주기에서와 같이 더 큰 인텐시티를 갖는 경우, 액정이 더 바
른 시간 내에 제2 광학 상태로 반전되도록 txl은 t5l에 더 가까와진다. 제2 및 제3
싸이를 주기의 각각에서, t5l 내지 t52의 주기에서 사용된 것과 유사한 기입 광이 t밋
내지 t궈(즉, 후속 싸이를 주기 내의 t∞)의 기간 내에서 공급되며, Vnc는 시간 tx2에서
-
Vu 아래로 떨어짐으로써 이에 따라 액정은 제1 광학 상태(암)로 복귀한다. 제1 내
지 제3 주기들 가운데 어떤 때에도, VnC의 AC 대칭은 보장되며, 각각의 주기에서 액
정은 각 주기의 50 % 동안 제1 광학 상태 및 제2 광학 상태를 취하게 된다. 기입
광 인텐시티가 증가함에 따라, FLC의 제2 광학 상태는 더 빨리 위상 쉬프팅 된다.
상기 액정 상태 변경과 병립하여, 판독 광이 각 싸이를 주기내의 t51 내지 t52
의 기간에서 공급되며, 관찰자는 판독 광의 발광 기간과 FLC의 제2 광학 상태(명)
기간간의 겹치눈 기간 동안에만 출력 광을 인식한다. 그 걸과, 어떠한 출력 광도제1 싸이를 주기에서 주어지지 않으나, 출력 광 플럭스는 제2 및 제3 사이를 주기내에서와 같이 더 긴 겹치는 기간을 제공하도록 기입 광 인텐시티가 증가됨에 다라증가된다. 만일 각각의 사이를 주기가 인간 눈에 인식가능한 플리커(flicker)를 주는최소 주파수(즉, 예를 들어 60 Hz의 플리커링 주파수)의 주기(예를 들어,1/60초) 보다 짧도록 설정된다면 광 인텐시티의 변화로서 관찰자에 의해 출력 광 플럭스의 변화가 인식된다.
다른 한편으로, 만일 판독 광이 t5l-t52 기간 대신에 t53-t덖의 기간에서 공급된다면, 겹치는 기간은 기입 광 인텐시티가 증가됨에 따라 출력 광 리플럭스(renux)를감소시.키도록 감소된다. 따라서, 기입 광과 판독 광 사이의 음-양 교환(negative-positive exchange)이 가능해진다. 기입 광은 기입 광 인텐시티에 따라
평면 전위 분포를 형성하는 것이 가능하도록 2차원 평면 방산(spreading) 형태로 갖
을 수 있으며, 이에 따라 2차원 광 기입 및 판독을 허용하는 이른바 광 기입형 공간
광 변조기를 제공하게 된다.
도22는 상술한 바와 같이 광 기입형 공간 광 변조기를 포함하는 이미지·디스
플레이 장치로서의 완전 색상막 뷰어(ful1-c이or film viewer)의 시스템 다이어그램이
다.
기입측 광원은 R, G 및 B의 3개의 색상인 발광 다이오드(LED)들을 포함한
다.
보다 상세하게 도22를 참조하면, 참조번호(530R)은 R 기입 광원 LED를 나타
내며, 참조 번호(530G)는 GV 기입 광원 LED를, 참조 번호(530B)는 B 기입 광원
LED를, 참조 번호(535)는 리셋 광원을, 또 참조 번호(531)은 R 반사면과 B 반사면
을 갖는 3 색상 혼합 프리즘(three-co1or mixing prism)을 나타낸다. 시스템은 광학
변조 소자, 렌즈(532 및 534), 막(533) 및 프리즘(537)을 더 포함한다. 또한, 시스템
은 R 판독 광원 LED(539R), G 판독 광원 LED(539G), B 판독 광원 LED를 포함하
는 판독 광원 시스템과 R 반사면 및 B 반사면을 갖는 3 색상 흔합 프리즘을 더 포
함한다.
도22의 시스템 작동을 도23을 참조하여 설명한다.
각각의 싸이를 주기는 최대 약 5 msec(=1/플리커링 주파수△)가 되도록 설정된다..기입 광원(530R,530G 및 530B)들은 각각의 한 싸이를 주기 동안 순차적으로턴 온된다. 다른 한편으로, 판독 광원(539R,539G, 및 539B)들은 기입측 광원과 동
시에 순차적으로 턴 온된다. 막(533)운 R에 대해서는 0 %, G에 대해서는 50 % 및
B에 대해서는 100 %의 트랜스미턴스로 표현되는 등급 데이타를 포함하도록 취해진
이미지 데이타를 반송한다.
3개의 싸이를 주기 동안, 추가의 색상 혼합이 완전 색상 출력을 제공하도록
행해진다.
이미 설명된 바와 같이, 판독 광원에 대한 조사 시간을 변경시킴으로써, 시스
템은 막(533)으로서 양막 또는 음막에 응용될 수 있다.
만일 색상 필터 구비 전송형 액정 TV가 막(533) 대신에 명 판독 광원으로
서 색상 회전 필터와 할로겐 램프와 조합하여 사용된다면, 시스템은 모션 화상 프로
젝터를 제공할 수 있다.
부수적으로, 예를 들어 모노크로매틱 기입(monochromatic whting)을 포함하
는 모노크로매틱 0H안오버헤드 프로젝터)를 구성하는 경우, 만일 특정 픽셀 영역에
대한 기입 광의 양이 변경되지 않는다면 리셋 광원은 생략될 수 있다.
만일, 리셋 광원이 최소한 소정의 인텐시티를 갖는다면, 이로써 충분한데, ㅇ1에 따라 기입은 문제를 유발시키지 않고 리셋 주기 내에서 중첩적으로 수행될 수있게 된다.
광 기입형 필름 뷰어의 또 다른 예가 도24를 참조하여 설명될 것이다.
이러한 구현예들에 따른 이미지 디스플레이 장치를 구성하는 광학 시스템은도22에. 도시된 것과 동일하며, 광 변조 소자는 도18에 도시된 구조를 갖는데, 따라서이둘에 대한 또 다른 설명을 생략한다.
도24는 도18에 도시된 광 변조 장치를 포함하는 이미지 디스플레이 장치를
구동하기 위한 타이밍도이다.
기본 동작은 도21의 실시예의 것과 동일하나 기입 광 518T가 각각 사이클
주기 내에서 ㄴl-t62인 기간, 즉 기입 주기의 전단 절반부분(fomler half)에서만 공급
되며 남은 기간[즉, 기입 주기의 후단 절반 부분(latter half)]에서는 턴 오프된다는
점이 다르다. 拈1-t62의 기간에서 공급된 광은 판독에 기여하지 않는다. 다른 한편
으로, t62寸63의 기간 내, 즉 기입 주기의 후단 절반 부분에서 균일 바이어스 광 550T
가 공급된다. 등급 데이타를 반송하는 기입 광 518T가 제1 싸이를 주기에서와 같
이 O인 경우, 액정에 인가된 전압은 ㄴ1-t62의 기간을 통하여 -V6으로 일정하다. 그
다음으로, 바이어스 광(550T)가 시간 ㄶ2에서 공급되는 때, 액정에 인가된 전압 Vnc
-_-
亡
광 도전층(513)의 저항 강하에 기인하여 양인 방향으로 증가된다. 이러한 예에
서, R押 또는 C押(도6)의 값과 시간 札3 들은 전압 Vnc가 기입광이 최소 레벨인 경우시간 t3에서 조차도 액정의 임계값(+Vu)를 초과하지 않도록 조정된다. 따라서, 기입광이 0, 즉 최소 레벨인 때, 출력 광(505T)도 역시 0, 즉 최소 레벨이 된다. 후속싸이를 주기 내의 t63 이후 ㄴo 까지의 기간에서, 액정은 양인 극성 전압의 인가에 의해 반전 작동된다. 이러한 기간에서는 어떠한 판독 광도 공급되지 않으며, 이에 따라 어떠한 이미지 데이타도 재생 또는 출력되지 않는다.
기입광이 중간 레벨인 제2 싸이를 주기에서, 광 도전층(513)은 낮은 저항을갖도특 야기되며, 액정은 양인 방향으로 -V6 보다 높은 전압이 공급된다.
제2 싸이를 주기의 t62-ㄴ3인 기간에서, 바이어스 광 550T는 마찬가지로 공급
되며, 액정에 인가된 전압 Vnc는 제1 싸이를 주기와는 달리 판독 광이 공급된 때
坮1-t63인 기간 내의 중간인 시간 tx1에서 -V6 보다 높은 초기 전압으로부터 액정의
임계값(+Vu)를 초과하도록 증가된다. 그 걸과, 판독 광이 소자의 반사층(514)에 의
해 반사되는 때에 액정 tx1-t63인 기간에서 최대 트랜스미턴스(Tran)을 나타낸다. 따
라서 판독광의 반사를 위한 기간이 기입 광량 518T에 따라 변조된다. 시간 ㄴ3 후
의 남은 기간은 제1 사이를 주기 내에서의 작동과 유사한 반전 작동을 위해 사용된
다.
제3 사이를 주기에서, 기입 광의 최대 레벨이 공급된다(518T), 그 결과, 액정
에 인가된 전압 Vnc는 바이어스 광원에 대한 ㄴ2-t63인 기간이 개시된 때 처음 시간
지점 ㄴ2에서 이미 임계값 +Vu를 초과하게 된다. 따라서, 판독 광이 공급되는 ㄴ2-t63
의 기간 전체 동안, 액정은 최대 트랜스미턴스를 나타낸다. 그 결과, 장치에 입사되
어 규정된 방향으로 반사되는 판독 광의 반사 광량의 시간 적분이 최대가 된다.
상술한 바와 같이, 판독 광 반사 시간은 기입 광의 양에 따라 결정되며, 따라서 만일 기입 광량이 아날로그 방식으로 변경된다면, 반사 시간은 기입 광량의 변경을 따라서 아날로그 방식으로 변경되게 된다.
각각의 싸이를 주기의 반전 작동을 위한 t63-너의 기간에서, 인가된 전압 Vext의 극성이 반전되며, 또 기입 광 및 바이어스 광들이 기입 기간 내에서와 동일한 광량으로 공급된다. 그 결과, 하나의 싸이를 주기에서 액정에 인가된 효과 전압의 시간 적분은 0이 되며, 이에 따라 액정의 열화가 억제된다.
이러한 예에서, 바이어스 광량의 레벨은 광 도전층(513)의 시정수 및 t6o-ㄴ3의
기간 길이의 관점에서 적절하게 결정될 수 있다. 바이어스 광의 광원은 리셋 광원
과 동일 또는 그와 다를 수 있다. 그러나, 바이어스 광원과 리셋 광원둘은 독립적
으로 광량이 제어되는 것을 허용하도록 제광 수단(dimnler means)이 각각 구비되는
것이 바람직하다.
이러한 예에서, 만일 각각의 싸이를 주기가 약 1/30초 또는 그보다 짧도록 설
정되며 ㄶo-坑의 기간이 약 1/60초 또는 더 짧도록 설정된다면 플리커링이 없는 양호
한 하프톤 디스플레이(halftone display)가 되는 것이 가능할 수 있다.
이러한 예에서, 앞의 예가 판독 광원 및 기입 광원들이 각각 R, G 및 B인 독
립적으로 구동되는 3개의 색상 광원들로 대체되도록 변형되는데, 제1 사이를 주기는
R에 대한 기입 및 판독 주기로 할당되며, 제2 사이를 주기는 G에 대한 기입 및 판
독 주기로 할당되고, 또 제3 싸이를 주기눈 B에 대한 기입 및 판독 주기로 할당되는
데, 이에 따라 완전 색상 광 변조에 따른 이미지 재생이 행해진다.
도25는 역시 또 다른 예에 따른 광 변조 소자를 포함하는 이미지 디스플레이
장치를 구동하기 위한 타이밍도이다.
기본 작동은 도24의 선행 예의 것과 동일하나, 바이어스 광 조명이 T72-T73의기간에서 장치에 인가된 전압 Vext를 증가시킴으로써 대체된다는 점이 다르다.
t7o-t71의 기간에서, 리셋 광이 공급된다(721T). 이 때, Vext는 0이다.
시간 T7l에서, Vext는 액정의 임계값 +Vu로 변경되나 액정에 인가된 전압Vnc는.광 도전층(513)에 인가된 기입 광(718T)가 최소 레벨(=0)인 때에 더 낮은 전압 +Vuu가 된다. 광 도전층(513)과 액정층(517)이 동일 캐패시터를 갖는 경우, +Vuu는 Vu/2와 같게 된다.
시간 t72에서, 기입 광(718T)는 0이 되면, 장치에 인가된 전압 Vext는 시간 t73
에서 시간에 따라 점차 +Vem으로 증가된다. 이에 따라서, 액정에 인가된 전압 Vflc
가 증가된다.
이 때, 만일 +Vemㅇ1 +Vu의 2배로 설정되었다면, Vnc는 시간 t73에서 +Vu에
도달하게 된다. 그 결과 t72-t73의 기간에서, 액정은 광학 상태의 스위칭을 야기하지않으며, 따라서 판독 광이 ON 상태로 유지하는 동안(704T) 최대 트랜스미턴스 상태를 나타내지 않게 된다.
t73-t7o의 남은 기간은 판독 광이 공급되지 않기 때문에 이미지 재생이 행해지
지 않는 동안의 반전 작동을 위한 것이다.
제2 싸이를 주기에서, 중간 레벨 기입 광 조명이 수행된다(718T). 앞서의 반전 작동의 결과, 액정을 시간 t7o에서 광 비전송 상태(non-light-transmissive state)에 놓이게 된다. Vext가 O인 때, Vnc는 O인 전압 레벨에 접근한다.
시간 t1에서 Vext는 임계값 +Vu와 같게 되며, 판독 광이 턴 은 된다(704T).Vext를 인가한 결과, Vnc는 증가되나 임계값 +VU에는 도달하지 않는다.
시간 t72에서, Vext는 증가되기 시작하며, 이에 따라 액정이 최대 트랜스미턴스를 나타내는 광학 상태로 스위칭되는 때에 시간 txl에서 임계값 +Vu를 초과하도록 증가될 수 있게 된다. 따라서, 이러한 시간 t72에서는 이미 턴 온된 판독 광이 액정층(아7)을 통하여 반사층(514)에 입사되어 인식가능한 반사 이미지를 제공하도록그곳에서 반사되는 것이 허용된다. 따라서, 반사 시간 tx1-t73은 기입 광의 양에 따
라 변조된다. 시간 t73 이후의 기간은 반전 작동을 위한 것이다.
제3 싸이를 주기에서, 기입 광이 최대 광량 레벨로 공급된다. t7o-t71의 기간
내의 작동은 상술된 제1 및 제2 싸이를 주기의 작동과 동일하다.
시간 t71에서 개시되는 기입 광으로 조명한 결과, Vnc는 시간 t72에서 임계값
+Vu에 도달한다. 따라서, t72-t73의 판독 광 발광 기간 동안, 액정은 최대 트랜스미
턴스인 광학 상태로 유지되며, 이에 따라 판독 광은 최대 기간동안 장치에 의해 반
사될 수 있게 된다(705T).
상술된 바와 같이, 판독 광 반사 시간은 기입 광량에 따라 결정되며, 따라서
만일 기입 광량이 아날로그 방식으로 변경된다면, 반사 시간은 기입 광량 변화를 따
라서 아날로그 방식으로 변경된다.
각각의 싸이를 주기의 반전 작동을 위한 t73-t7o의 기간에서, 인가 전압 Vext의극성은 반전되며, 또 기입 광 및 바이어스 광들은 기입 기간에서와 같은 동일 광량으로 긍급된다. 그 걸과, 하나의 싸이를 주기에서 액정에 인가된 효과 전압의 시간적분은 0이 되며, 이에 따라 액정의 열화가 억제된다.
본 예에서, Vext의 시간에 따른 변화는 광 도전층(513)의 시정수 및 t71-t73의기간의 길이의 관점에서 적절히 결정될 수 있다.
본 예에서, 만일, 각각의 싸이를 주기가 약 1/30초 또는 그보다 짧도록 설정되며, 또 t7o-t73의 기간이 약 1/6O초 또는 그보다 잚도록 설정된다면 플리커링 없는양호한 하프톤 디스플레이가 되는 것이 가능할 수 있다.
(제1실시예)
이제, 본 발명의 제1 실시예를 설명한다. 도22를 참조한 기준 예에서, 막 등
에 등급 데이타를 운반하는 2차원 이미지가 근본적으로 단 한번의 기입 광 조명에
의해 광 변조 장치인 액정 장치의 광 도전층에 기입된다. 이러한 실시예에서,2차
원 이미지가 수직 및 수평 스캐닝에 의해 시간상 순차적으로 액정 장치에 기압된다.
기입된 등급 데이타는 적절한 타이밍에서 판독 광을 사용하여 액정 장치를 마찬가
지로 스캐닝함으로써 판독될 수 있다.
도26은 스캐닝 방식을 설명하기 위해 도18에 도시된 것과 동일한 구조인 광
도전층 및 키럴 스멕틱 액정층을 갖는 반사형 액정 장치(801)의 개략적인 평면도이다. 액정 장치는 CRT 상의 통상의 스캐닝에서와 유사한 비-비월 방식(non-interlaced manner)으로 점차적으로 수평 스캐닝 광을 아래로 쉬프팅시키면서수평적인 스캐닝 기입 광(802)를 사용하여 스캐닝 된다. 바꾸어 말하면, 광 도전층은 기입 광으로 시간상 순차적으로 조사 또는 조명된다. 한편, 판독 광(803)은 등급데이타를 재생하기 위해 규정된 기간 동안만 광 도전층의 기입 위치에 대응하는 액정층의 부분을 조명하도록 야기된다. 따라서, 판독 광으로 장치를 조명하는 것도역시 시간상 순차적으로 수행된다. 판독 광(803)으로 스캐닝하는 것은 기입 광(802)로 스캐닝한 후에 수행된다.
도27은 기입 광원으로서의 CRT(음극선 튜브,810), 이미지 형성 렌즈(811),리셋 광원(812), 미러(813), 편광 빔 스플리터(814), 이동가능 미러(815), 적외선 및자외석 차단용 필터(816), 판독 광원(817), 조명 렌즈(818) 및 이미지 재생 스크린(819)를 포함하는 이러한 제1 실시예에 해당하는 이미지 디스플레이 시스템을 도시
한다.
판독 광 스캐닝 수단은 이동가능 미러(815) 대신에 고정 미러 및 이동가능
광원(817)의 조합 또는 이동가능 미러와 이동가능 광원의 조함에 의해 구성될 수 있
다.
또한, 기입 광원은 CRT에 한정되지 않으며 판독 광 스캐닝 수단과 마찬가지
로 이동가능 미러 또는 이동가능 광원을 사용하여 구성될 수 있다. 고해상도 이미
지를 기입하기 위하여, CRT와 같은 광 빔의 2차원 스캐닝을 허용하는 기입 광원을
사용하눈 것이 바람직하다.
리셋 광원(812), 렌즈(811), 필터(816) 등은 설명된 바와 같이 사용될 수 있으
며, 또 생략될 수 있다.
(제2 실시예)
도28은 다수의 기입 광 조명 수단(810-812) 및 다수의 광 변조 장치(801)을포함하며, 판독 광은 미러(813R,813G 및 813B)에 의해 스펙트럼으로 분할된다는 점에서 도27에 도시된 것과는 상이한 다른 디스플레이 시스템을 도시한다.
이러한 시스템에서, 개별적인 광 변조 장치(801)에 기입된 광 데이타에 의해개별적으로 변조되는 반사된 광을 취하도록 백색 광은 개별적인 광 면조 장치(801)에 입사되는 예를 둘어, R, G 및 B 광으로 분할될 수 있다. 이러한 경우, 판독 광원도 각각의 기입 광원으로 할당될 수 있도록 다수로 분할될 수 있으며, 개별 색상에 대핵 제공되는 광 변조 장치들은 각 색상을 위한 광을 기입 및 판독함으로써 조명된다. 백색 광원을 사용하는 경우, 판독 광의 스캐닝 타이밍은 색상 편차가 없는
이미지가 얻어질 수 있도록 개별적인 색상에 대해 동시에 행해진다. 다른 한편으
로, 개별 색상에 대한 판독 광원을 사용하는 경우, 개별 색상 광원이 색상 밸런스의
조정이 쉽도록 독립적으로 제어될 수 있다.
도29는 상술된 제1 실시예 또는 제2 실시예를 보다 상세하게 설명하는 타임
챠트(time chart)이다. 도21의 실시예에서는 3 싸이를 주기의 동작이 설명된 반면
에, 도29는 1 싸이를 주기의 동작을 설명한다.
참조번호(821)에는 도21의 참조번호(521)의 것과 유사한 리셋 광의 동작이 도
시된다. t8o - t81인 주기에서, 리셋 광은 광 변조 장치를 조명한다.
참조번호(818Tl,8201, Tran1 및 504Tl)의 파형들은 비-비월 스캐닝에 따라기입 광(802)에 의해 먼저 기입된 제1 픽셋의 동작을 설명하기 위해 도시된다.
참조번호(818Tl)은 제1 픽셀에 입사하는 기입 광(802)의 동작 타임을 도시한다. 제1 픽셀이 기입 광(802)로 조명되는 때인 시간 t811에서, 기입 광 인텐시티에비례하는 전기 전하 △Q를 갖는 전자-홀 쌍들이 전위 변화 △V = △Q√를 야기하도록 발생된다. 더 강한 기입 광 인텐시티에서, Vnc는 어두운 상태로부터 밝은 상태로의 FLC의 광 상태 변화를 야기하도록 짧은 시간 내에 Vu를 초과한다. 바꾸어말하면, 기입 광 인텐시티-FLC 위상 변환(phase conversion)이 수행된다.
도29는 3가지 경우, 즉, 최대 광 품질을 내도록 최대 인텐시티로 기입 광이전해지는 경우, 암 디스플레이 상태를 제공하도록 기입 광이 소정 옵셋 광 인텐시티(offse드 1ight intersity)로 전해지는 경우, 및 중간 광 품질을 내도록 기입 광이 중간광 인텐시티로 전해지는 경우를 도시한다.
Tran1에 도시된 바와 같이, FLC는 기입 광이 최대 인텐시티로 전해지는 경
우 시간 tx111에서, 또 기입 광의 최소 레벨이 소정 옵셋 광 인텐시티로 전해지는 경
우는 시간 tx113에서 제2 광 상태(명 상태)로 상태 변경이 야기된다.
참조번호(504T1)은 제1 픽셀에 입사한 판독 광의 동작을 도시한다. 제1 픽
셀이 주기 txn1 내지 tx113 동안 판독 광으로 조명되는 때, 관찰자는 FLC의 제2 광
상태(명 상태) 시간과 판독 광 조명 시간 사이의 중첩 기간 동안 광을 인식할 수 있
다. 만일 제1 픽셀 내의 기입 및 그로 부터의 판독이 플릭커링 주파수에 해당하는
것보다 짧은 싸이를 주기 동안 반복된다면, 중첩 기간 변화가 관찰자에 의해 제1 픽
셀의 광 인텐시티 변화로서 인식된다.
상술한 바와 마찬가지로, 참조번호(818Tn,820n, Tran n 및 504Tn)들은 비-
비월 스캐닝 모드에 의해 기입되는 화상 영역의 거의 중앙 지점에 위치된 제n 픽셀
의 동작을 설명하기 위하여 도시된다.
또한, 참조번호(8181TN,820N, Tran N 및 504TN)의 파형은 비-비월 스캐닝에 의해 기입 광(802)로 마지막에 기입된 제N 픽셀의 동작을 설명하기 위하여 도시된다.
개별적인 픽셀들의 동작은 제1 픽셀의 동작과 유사한데, 이러한 경우 제n 픽셀은 시간 ト1n에서 기입되며, 제N 픽셀은 시간 T8囚에서 기입된다.
리셋 광으로 조명된 후, 장치(801)은 기입 광(802)로 스캐닝된다. 그와 동시에, 장:l(801)은 순차적으로 리셋 전압 및 기입 전압이 공급된·다. 그 결과, 액정에
t-:
工=
광 도전층에 의한 광 흡수에 기인한 조명된 광 품질에 따라 ＼l간 상 변하는 효
과 전압(e玗ctive voltage)이 공급되며, 이에 따라 액정은 상기 효과 전압이 임계값을
초과하는 때인 시간상 다른 지점에서 광 상태 변화를 야기함으로써, 액정이 주어진등급 데이타에 따라 반사 상태에 놓이는 다른 주기의 시간을 제공하게 된다. 반사상태의 시간과 적절히 중첩하는 때, 액정은 판독 광(803)으로 스캐닝 된다. 이러한실시예에서, 스캐닝은 이동가능 미러(815)의 이동에 의해 수행된다. 보다 상세하게,이동가능 미러(815)가 화살표 AA 방향으로 이동되는 때, 장치(801)을 조명하는 판독광(803)은 액정 장치 상의 화살표 AA 방향으로 이동하며, 이에 따라 장치(801)은 스트라이프형 판독 광으로 수직 스캐닝 된다. 판독 광(803)의 한 수평 스캐닝 주기는나60 초 또눈 더 짧도록 설정될 수 있으며, 이에 따라 하프톤 인식을 허용하게 된다.이동 가능 미러(815) 및 CRT(810)의 스캐닝 이동둘은 제어 회로(도시되지 않음)에의해 서로 동기된다. 광 및/또는 조명이 동기되어 상승 시간에 의해 결정되는 변조가능 주기 txl1l - tx113 동안에만 수행되도록 광원 및 스캐닝 수단을 제어하는 것이특히 바람직하다. 광 변조 장치(801)의 광전 특성은 주기 tx111 - tx113을 최대 1/60초로 설정하도록 결정되는 것이 바람직할 수 있다.
등급 데이타를 구현하기 위한 광 변조 장치의 동작은 도1 - 도25를 참조하여설명된 바와 같이, 보다 상세히 말하면 도11, 도21 및 도23 - 도25를 참조하여 설명된 원리에 따라 수랭될 수 있다. 따라서, 상기 도면들을 참조하여 설명된 구동 방식은 도26 - 도29를 참조하여 설명된 판독 광 및 기입 광의 스캐닝과 조합될 수 있다.
상기 언급된 제2 실시예는 완전 색상 디스플레이에 응용가능하도록 제1 실시
예를 변형한 것이며, 이에 따라 기입 광 스캐닝 수단 및 액정 장치(801)은 개별 색
상, 예를 들어 각각 R, G 및 B인 3 색상에 대한 2개 집합(800R,800G 및 800B)로
제공된다.
도28에 도시된 시스렘의 동작은 도27의 시스템에 대해 도29를 참조하여 설명
된 것과 근본적으로 동일하다. 만일 기입 광 스캐닝 타이밍이 3개의 색상에 대해동기된다면, 완전 색상 디스플레이가 부가적인 색상 믹싱(c아or mixing)에 따라 가능해 진다. 그에 따라 구성된 디스플레이 장치는 완전 색상 이동 화상 디스플레이에적합하며, 따라서 큰 스크린 크기의 텔레비젼 시스템 구성용으로 사용하는데 적합하다.
(제3 실시예)
상술된 제1 및 제2 실시예들은 CRT에서와 유사한 기입 광의 스폿 빔(spotbeam)을 사용하는 비-비월 스캐닝 모드를 사용하는 것으로 설명되었으나, 예를 들어 순차적으로 턴 은 및 오프되는 선형 또는 2차원 LED 어레이를 사용함으로써 선형 순차 기입 방식을 행하는 것도 역시 가능하다.
(제4 실시예)
도30은 본 발명의 이러한 실시예에서 사용되는 액정 장치의 등가 회로도이며, 도31은 도30에 도시된 장치의 대략 한 픽셀을 덮고 있는 부분 단면도이다.
이러한 실시예에 따른 장치는 각각의 픽셀에 대한 스위치 TFT, 저항 소자RPc 뭣 용량성 소자 CPC를 포함하는 능동 매트릭스형 액정 장치이며, 또 N개의 게이트 라인(스캐닝 라인) G1 - GN 및 M개의 소스 라인(데이타 라인) Sl - SM으로
구성된 전극 매트릭스이다. 도31에 도시된 바와 같이, 장치에는 투과 기판(901) 상
에 개별적인 기능 소자들을 형성하고, 또 공통 투과 전극을 운반하는 대응 투과 기
판(902)와 기판(901)로 액정층(904)를 샌드위칭시킴으로써 제공된다.
각각의 스위치 TFT는 게이트 전극(906), 게이트 절연막(908), 채널층(914),
개별적으로 소스 및 드레인을 구성하는 오옴믹층(ohmic layer,910 및 909), 및 소스
및 드레인 전극(911 및 912)를 포함한다.
용량성 전극 소자 Cpc는 드레인 전극(912), 오음믹층(909), 절연막(908), 및 하
단 전극(907)을 포함한다.
저항성 소자 Rpc는 드레인 전극(912), 오옴믹층(909) 및 전극(913)을 포함한
다.
게이트 전극(906) 및 하단 전극(907)은 공통 단계로 증착되어 패터닝된 도전체로 구성될 수 있으며, 채널충(914 및 915)는 공통 단계로 증착되어 패터닝된 반도
체로 구성될 수 있다.
게이트 전극(906)은 게이트 라인 Gl - GN을 제공하도록 각 로우에 대해 공통으로 접속되며, 또 소스 전극(911)들은 소스 라인 S1 - SM을 제공하도록 각각의
컬럼에 대해 공통으로 접속된다.
모든 픽셀들에 대한 공통 전극 및 하단 전극(907)들은 기준 전원에 공통으로
접속되어 기준 전위로 유지된다.
도32는 액정 장치의 동작을 도시하기 위한 타임 챠트이다. 소스 라인 S1 -⒥I들에는 등급 데이타에 대응하는 전압을 갖고 시간상 순차적으로 변하는 신호가
병렬로 공급되며, 게이트 라인 G1 - GM들에는 멀티플렉스 구동을 행하도록 스위치
TFT들을 턴 온햐기 위한 신호가 순차적으로 공급된다.
판독 광은 게이트-은 신호(gate-on signal)울 따르도록 스캐닝을 행하기 위하
여 주기 PON 동안 한 로우의 픽셀을 조명하게 된다.
등급 디스플레이의 원리는 도15를 참조하여 설명된 원리와 같다.
게이트-은 신호가 공급된 때, 스위치 TFT가 픽셀 전극으로서 기능하는 드레
인 전극(912)의 전위를 상승시키도록 스위치를 통하여 등급 신호 전압을 공급하기위하여 턴 은 된다. 픽셀 전극 전위와 공통 전극(903)의 전위의 전위차로 인하여,액정(904)는 광 전송 상태로 분자 배향된다. 픽셀 전극의 전하가 저항성 소자 Rpc로서의 오옴믹층(909)를 통하여 방전되며, 이에 따라 픽셀 전극(912)의 전위가 점차낮아지게 된다. 전위가 임계값 아래로 낮아진 때, 액정은 광 인터럽팅 상태로 분자배향된다.
전위가 임계값 아래로 되는 시간은 소스 라인에 인가된 전압에 좌우되며, 또저항성 소자 Rpc 및 용량성 소자 Cpc에 의해 주어지는 시간 상수에도 역시 좌우된다. 광 전송 상태인 액정 주기의 변조가능 범위와 동시에, 픽셀은 규정된 주기(예를들어, 나60xa 초) 동안 판독 광으로 조명된다. 판독 광은 스트라이프 형태일 수 있으며, 또 이미지 데이타의 한 프레임을 판독하기 위해 수직으로 스캐닝되도록 이동될 수 있다.
제n 로우 상의 픽셀들이 예로서 취해진 경우, 픽셀들에는 시간 tn에서 등급신호가 공급되며, 또 상기 픽셀들은 수평 스캐닝 주기의 수배에 해당하는 주기가 경
과한 후 시간 ㄴn에서 판독 광으로 조명되기 시작하여 댜f에서 조명되는 것이 중단된
다. 이러한 동작은 도33에서 도시된다.
본 발명에서 사용되는 저항성 소자 및 용량성 소자들은 도30 및 도31에 도시
된 것둘에 제한되지 않는다.
게이트 전극(906) 및 소스 전극(911)들은 A1, Cr, Cu, Mo, W 또는 Ta, 또는
이들 금속들의 함금과 같은 금속을 포함할 수 있다. 픽셀 (드레인) 전극(912) 및 하
단 전극(907)들은 ITO, SnO2 또는 InO와 같은 투과 도전체를 포함할 수 있다.
게이트 절연막(908)은 SiN, SiO, Ta2O3 또는 A12O3와 같은 절연 재료를 양호
하게 포함할 수 있다. 채널층(914)는 고저항 비-단일 결정 실리콘(high-resistivity
non-single crystal silicon)을 포함한 비정질 실리콘(amo印hous silicon)을 양호하게
포함할 수 있다.
오옴믹층(909 및 910)은 주기표의 V족에 속하는 원자들로부터 선택된 원자들
이 도핑된 (비-단일 걸정 실리콘을 포함하는) 저저항 비정질 실리콘, 마이크로크리스탈린 실리콘(microcrystalline silicon) 또는 이들의 혼합물을 양호하게 포함할 수있다.
도34는 상술된 바와 같은 액정 장치(900), 또 역시 판독 광원(817), 이동가능미 러(815), 렌즈(818), 스크린(819) 및 스탑(stop,831)을 포함하는 이미지 디스플레이장치를 도시한다.
판독 광은 스탑(831)을 통하여 규정된 폭을 갖눈 스트라이프 형태의 플럭스로 변환되며, 도33에 도시된 바와 같이 턴 온된 게이트 라인의 이동을 따르면서 장
치(900)을 조명하도록 이동가능 미러(815)의 이동에 의해 스캐닝되어 이동된다.

Claims (34)

  1. 한 쌍의 전극, 이 전극들 사이에 배치된 광 도전층과 광변조 물질층, 등급(gradation) 데이타를 반송하는(caㄸying) 광 데이타를 상기 광도전층에 공급하기 위한 신호 광원, 및 이미지 데이타를 판독하기 위한 판독광을 상기 광변조 물질층에공급하는 판독 광원을 구비하는 광변조 장치를 포함하는 디스플레이 장치를 구동하---亡 방법에 있어서,상기 광 데이타를 상기 광 도전층에 스캐닝하여 공급하는(scanningly supplying) 단계;및 상기 판독 광을 상기 광변조 물질층에 스캐닝하여 공급하는 단계를 포함하서 ㅓ되 콰 ㅑ ㅑ---:=것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광 도전층의 일부에는 한 수평 스캐닝에 따라 상기 광데이타가 공급되고, 그 후 상기 광변조 물질층의 대응하는 부분은 상기 판독 광으로스캔되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 광원은 상호 다른 파장 영역을 갖는 적어도 2가지 형태의 광 데이타를 공급하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 광원은 적색, 녹색 및 청색의 광 데이타를 공급하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 장치는 다수의 신호 광원 및 이에 대응하동일한 수의 광변조 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 판독 광은 이동형 미러에 의해 스캐닝적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 판독 광은 소정 파장의 광을 선택적으로 투과 또는 반사시키는 미러에 의해 스펙트럼으로 분할되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 장치는 CRT, 이동형 미러 및 편광 빔 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광변조 장치에는 상기 광 데이타의 공급 이전에 리셋광이 공급되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 한 극성의 리셋 전압이 인가된 다음에 기록 전압이 상기 한쌍의 전극들 간에 인가되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 광 변조 장치는 다수의 스캐닝 라인들 및 상기 스캐닝라인들을 교차하는 다수의 데이타 라인들을 포함하며, 이에 따라 상기 스캐닝 라인과 데이타 라인들의 교차점에 각각 있으며 또 한 쌍의 전극, 및 상기 전극들 사이의광 도전층과 광 변조 물질을 포함하는 픽셀들의 매트릭스(mathx)가 형성되는 것을특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 모든 스캐닝 라인들 상의 픽셀들에는 리셋 전압이 동시에 공급되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 픽셀 또는 모든 스캐닝 라인들에 대응하는 광 도전층에 리셋 광이 동시에 공급되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 판독 광은 상기 픽셀 내의 광 변조 물질이 그 광학 상태를 변화시킬 수 있는 주기 동안 픽셀에 공급되는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치 구동 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 광 변조 물질은 상기 판독 광을 공급하기 위한 주기내에서 공급된 광 데이타에 따라 변하는 시점에서 광학 상태를 변경시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  16. 제 11 항에 있어서, 판독 광을 사용하는 하나의 수평 스캐닝은 상기 광 데이타
    를 사용하는 하나의 수평 스캐닝과 동기되어 수행되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 광 변조 물질은 기억 특성을 갖는 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 광 변조 물질은 키럴 스멕틱(chiral smectic) 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  19. (a) 한 쌍의 전극들 사이에 광 변조 물질층을 위치시킴으로써 형성된 광 변조 소자 및 상기 광 면조 소자에 등급 데이타를 반송하는 전기 신호를 공급하기 위한 구동 소자를 각각이 포함하는 다수의 2차원 픽셀 배열을 포함하는 광 변조 장치,및 (b/ 상기 광 변조 물질층에 이미지 데이타를 판독하기 위한 판독 광을 공급하기위한 판독 광원을 포함하는 디스플레이 장치를 구동하는 방법에 있어서, 상기 전기 신호를 스캐닝적으로 선택된 픽셀에 공급하는 단계; 상기 선택된 픽셀의 상기 광 변조 물질에 상기 판독 광을 공급하기 위하여 상기 판독 광으로 상기 픽셀들을 스캐닝하는 단계;및ㅑ단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 선택된 픽셀을 포함하는 하나의 수평 픽셀 로우에 전기 신호가 공급된 다음 상기 픽셀 로우가 상기 판독 광으로 스캐닝되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 구동 소자는 트랜스지스터를 포함하는 것을 특징으로하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 구동 소자는 트랜지스터 및 저항성 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  23. 제 19 항에 있어서, 상기 구동 소자는 트랜지스터, 저항성 소자, 및 용량성 소ㅏ를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  24. 제 19 항에 있어서, 상기 판독 광은 픽셀의 스캐닝 선택 주기보다 더 긴 추기동안 조명되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  25. 제 20 항에 있어서, 상기 광 변조 물질에 인가된 전압이 규정된 값 아래로 내려가는 시점은 변조되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  26. 제 20 항에 있어서, 상기 구동 소자는 픽셀에 접속되며 또 소스, 게이트 및 드레인을 갖는 트랜지스터를 포함하며, 상기 전기 신호는 상기 소스에 공급되눈 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  27. 제 19 항에 있어서, 상기 판독 광은 상기 픽셀 내의 상기 광 변조 물질이 그광학 상태를 변화시킬 수 있는 주기 동안 픽셀에 공급되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  28. 제 19 항에 있어서, 상기 광 변조 물질은 상기 판독 광을 공급하기 위한 주기내에서 공급된 광 데이타에 따라 변하는 시점에서 광학 상태를 변경시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  29. 제 19 항에 있어서, 상기 광 변조 물질은 기억 특성을 갖는 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  30. 제 19 항에 있어서, 상기 광 변조 물질은 키럴 스멕틱 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  31. 제 1 항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판독 광은 최대 1/30초인 주기 동안 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  32. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판독 광은 최대 1/60초인 주기 동안 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  33. 제 19 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판독 광은 최대 1/30초인주기 동안 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
  34. 제 20 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판독 광은 최대 1/60초인주기 동안 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 구동 방법.
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