KR100272148B1 - 액정표시장치및그구동방법 - Google Patents

Abstract

매트릭스형상으로 배열된 복수의 화소전극과 이들 화소전극에 대향하도록 배치된 대향전극과의 사이에 배치된 자발분극(spontaneous polarization)을 갖는 액정을 이용한 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 액정표시장치의 구동방법은, 상기 복수의 화소전극과 상기 대향전극 사이에 인가되는 전압의 적어도 일부의 극성을 주기적으로 반전하는 극성반전공정과, 상기 화소전극에 인가된 전압에 각각 대응하여 표시전압을 유지하도록 상기 화소전극에 전압을 인가하는 기입공정을 포함하고, 상기 극성반전공정은 프레임시간을 TF, 액정의 응답시간을 τ, 기입시간을 TK, 극성반전을 행하기 위한 주기를 TS로 했을 때, TS≥TF×(τ/TK)〉1의 표현을 만족하도록 행한다.

Description

액정표시장치 및 그 구동방법

본 발명은 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것으로, 특히 전장의 인가에 의해 유기되는 자발분극(spontaneous polarization) 또는 고유 자발분극을 갖는 액정재료를 이용한 액티브 매트릭스방식(active matrix type)의 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

액정표시장치는, 저소비전력, 경량 등의 특징을 갖고, 워드프로세서, 퍼스널 컴퓨터, 차량항법시스템 등의 표시장치로서 널리 사용되고 있다. 이러한 액정표시장치에는, 현재 박막트랜지스터(TFT) 등의 능동소자를 스위칭소자로 하고 네마틱액정(nematic liquid crystal)을 이용한 TFT-TN방식, 및 동일하게 네마틱액정을 이용하며 더욱이 비틀어짐각을 증대시킨 STN방식이 있고, 이미 10인치정도의 풀컬러(full color)표시가 달성되고 있으며, 정보단말용 디스플레이 등에 이용되고 있다.

이들 액정표시장치는, 워드프로세서나 표계산 등의 제한된 용도에 대해서는, 거의 만족할 수 있는 특성을 갖는다. 그러나, STN방식에서는, 이들 용도에 대해서도 응답속도면에서 아직 불충분하다. 또, 시야각이 극단적으로 좁고, 현재 위상차필름 등을 이용하여 시야확대를 위한 개량이 검토되고 있지만, 아직 충분한 시야각을 얻는데 이르고 있지 못하다.

한편, TFT 등을 스위칭소자로 하는 TN방식의 액정표시장치는, 응답속도에 관해서는 거의 만족할 수 있는 것이지만, 더 대형의 것을 제작하는 경우에 응답속도의 면에서 곤란이 예상된다. 더욱이, 시야각에 대해서는 STN방식에 비해 유리하지만, 특히 풀컬러표시의 경우 극히 좁아져서 이것이 이 표시방식의 용도를 한정하리라고 예상된다.

이러한 액정표시장치의 문제점을 해결하는 표시방식으로서, 최근 강유전성 액정 FLC(Ferroelectric Liquid Crystal), 반강유전성 액정 AFLC(Anti-Ferroelec tric Liquid Crystal), DHF(Distorted Helical Ferroelectric Liquid Crystal), 비틀어짐 강유전성 액정 TFLC(Twisted Ferroelectric Liquid Crystal) 또는 무임계치 반강유전성 액정 TLAF(Thresholdless Anti-Ferroelectric Liquid Crystal) 등, 전장의 인가에 의해 유기되는 자발분극 또는 고유 자발분극을 갖는 액정재료를 사용하는 표시방식이 주목되고 있다.

이러한 액정재료를 사용하는 표시방식으로서, 표면안정화강유전성 액정을 사용하는 방식(Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal:SSFLC, N. A. Cla rk and S. T. Lagerewall Appl. Phys. Lett., 36,899(1980))이 알려져 있다. 이 방식에 따르면, 응답속도가 2∼3자릿수 빨라지고, 또한 시야각이 음극선관과 같은 값으로 증가한다.

이 표시방식은, 스멕틱(smectic)액정의 카이랄 스멕틱 C상(chiral smectic C phase)의 나선구조를 배향막과 액정의 상호작용으로 풀고, 그때에 발생하는 자발분극과 전장의 상호작용에 의해 발생하는 토오크(torque)를 이용하여 스위칭동작을 행하는 것이다. 이 방식에서는, 자발분극이 배향막의 경계면에 수직한 2방향을 향하는 2상태만이 안정화되기 때문에, 메모리성을 갖고, 당초는 TFT, TFD(박막 다이오드), MIM(metal-insulator-metal diode) 등의 비선형 능동소자로 구성된 스위칭소자를 필요로 하지 않는 표시방식으로서, 크게 기대된다.

그렇지만, 이 방식에 있어서는, 2상태만을 이용하기 때문에, 중간조(中間調: gray scale)의 표시가 불가능하다. 그러나, 금후의 디스플레이를 생각해 보면, 중간조의 표시는 불가결하기 때문에, 현재 이 중간조의 표시를 얻는 몇가지의 검토예가 알려져 있다.

그 하나로서, 상기 표면안정화 강유전성 액정을 이용하여 중간조표시를 행하는 몇가지의 시도가 있다(예컨대, W. J. A. M. Harmann, Ferroelectrics, 1991, 122, p1). 그러나, 이 표면안정화 강유전성 액정은, 응답이 도메인반전(domain inversion)이라는 소위 불연속한 스위칭을 나타내기 때문에, 능동소자를 이용하지 않고 중간조표시를 행하지 않는 것은 불가능하다고 해도 좋다.

한편, 반강유전성 액정을 이용하고, 그 반강유전성 액정상(SmCa상)을 이용하여 표시하는 방식(A. D. L. Chandani, T. Hagiwara, T. Suzuki, Y. Ouchi, H. Takezoe and A. Fukuda, Jpn. J. Appl. Phys., 271,729 (1988))이 알려져 있다. 이 방식에서는, 강유전성 액정의 2개의 안정상태 외에, 전압무인가시에 반강유전성 액정구조를 취하는 것으로, 근래 이 방식에 의해 능동소자로 구성된 스위칭소자를 사용하지 않고 중간조표시가 가능한 것이 발표되어 있다(N. Koshoubu, K. Mori, K. Nakamura, Y. Yamada, Ferroelectrics, 1993, 149, p295).

이들 표시방식에 더하여, 근래 능동소자로 구성된 스위칭소자를 사용하고, 카이랄 스멕틱 C상을 이용하는 표시장치가 제안되어 있다. 구체적으로는, DHF를 사용하는 방식(J. Funfschilling and M. Schadt, J. Appl. Phys. 66(8), 15), 또는 TFLC 및 TLAF를 사용하는 방식(J. S. Pate, Appl. Phys. Lett. 60(3), p280)이 제안되어 있다. 이들 방식을 이용한 표시장치는, 능동소자로 구성된 스위칭소자를 사용하기 때문에, 가격의 면에서는 상기 방식에 비해 떨어진다.

그러나, 이 방식은, 다음과 같은 점에서 상기 각 방식보다 우수하다. 첫번째로, 중간조표시의 신뢰성이 우수하다. 즉, 이들 방식은 인가전압에 대한 투과율의 변화가 비교적 완만하고, 또 표면안정화 강유전성 액정과 같이 중간조표시가 곤란해진다고 하는 문제를 발생시키지 않는다. 두번째로, 이 방식의 액정재료는, 저전압(0∼5V)에서의 구동이 가능하여 저소비전력의 액정표시장치로 할 수 있다. 세 번째로, 이 방식의 표시장치는, 기계적 쇼크에 강하고, 표면안정화 강유전성 액정과 같이 기계적 쇼크로 배향파괴를 일으키는 일이 없다.

그렇지만, 자발분극을 갖는 액정의 경우, 또는 액티브 매트릭스 구동동작을 행하는 경우에는, 온상태에서의 광투과율이 정적 구동동작의 경우에 비해 상당히 낮다. 그에 따라, 컨트라스트가 낮아지고, 화질이 떨어진다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 전장의 인가에 의해 유기되는 자발분극 또는 고유 자발분극을 갖는 액정이 매트릭스형상으로 배열된 화소전극과 이들 화소전극과 대향하도록 배치된 배향전극과의 사이에 배치되고, 고컨트라스트의 화질이 양호한 표시를 얻을 수 있는 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 자발분극을 갖는 액정의 전장에 대한 분자응답을 설명하기 위한 도면이고,

도 2a∼도 2h는 종래의 액정표시장치의 구동방법을 설명하기 위한 파형도로, 도 2a 및 도 2b는 주사선의 게이트전압 및 신호선의 신호전압을 나타내고, 도 2c∼도 2e는 기입전압, 유지전압 및 TN형 액정의 투과율을 나타내며, 도 2f∼도 2h는 자발분극을 갖는 액정의 유지전압, 그 투과율 및 기입전압을 나타내고,

도 3a 및 도 3b는 액정의 응답시간의 정의를 설명하기 위한 파형도,

도 4는 본 발명의 제1실시형태에 따른 액정표시장치의 구성을 나타낸 도면,

도 5a는 제1실시형태에 따른 액정표시장치의 한 구성부분인 액정표시소자의 구성을 나타낸 평면도,

도 5b는 도 5a의 5B-5B선에 따른 단면도,

도 5c는 도 5a의 일부(5C 부분)의 확대도,

도 6a∼도 6f는 제1실시형태의 액정표시장치의 구동방법을 설명하기 위한 같은 시간척도로 나타낸 파형도로, 도 6a는 주사선의 게이트전압을 나타내고, 도 6b는 신호선의 신호전압을 나타내며, 도 6c는 화소전극에 인가되는 기입전압을 나타내고, 도 6d는 화소전극의 유지전압을 나타내며, 도 6e는 액정의 투과율을 나타내고, 도 6f는 액정분자의 광축을 나타내며,

도 7a∼도 7f는 각각 제1실시형태에서의 화소전극의 극성반전방법의 몇가지 형태를 나타낸 도면으로, 여기서 F1∼F4는 연속한 4개의 프레임을 나타내고,

도 8a∼도 8d는 본 발명의 제2실시형태에 따른 액정표시장치의 구동방법을 설명하기 위한 같은 시간척도로 나타낸 파형도로, 도 8a는 주사선의 게이트전압을 나타내고, 도 8b는 신호선의 신호전압을 나타내며, 도 8c는 화소전극에 인가되는 기입전압을 나타내고, 도 8d는 화소전극의 유지전압을 나타내며,

도 9a∼도 9d는 본 발명의 제2실시형태의 변형예에 따른 액정표시장치의 구동방법을 설명하기 위한 같은 시간척도로 나타낸 파형도로, 도 9a는 주사선의 게이트전압을 나타내고, 도 9b는 신호선의 신호전압을 나타내며, 도 9c는 화소전극에 인가되는 기입전압을 나타내고, 도 9d는 화소전극의 유지전압을 나타내며,

도 10은 본 발명의 제3실시형태에서의 화소전극의 극성반전을 제어하는 극성반전 제어회로의 구성을 나타낸 블록도,

도 11a∼도 11g는 제3실시형태에서의 화소전극의 극성반전방법을 설명하기 위한 파형도,

도 12는 제3실시형태에서의 화소전극의 극성반전을 설명하기 위한 도면,

도 13은 제3실시형태에서의 극성반전 제어회로의 극성반전 판정회로의 구성을 나타낸 블록도,

도 14는 상기 극성반전 판정회로에 의해 판정된 극성반전의 순서를 설명하기 위한 도면,

도 15는 제3실시형태에서의 극성반전 제어회로의 극성반전 판정회로의 다른 구성을 나타낸 블록도,

도 16은 상기 극성반전 판정회로에 의해 판정된 극성반전의 순서를 설명하기 위한 도면,

도 17은 제3실시형태에서의 화소전극의 다른 극성반전을 설명하기 위한 도면,

도 18은 본 발명의 제4실시형태에서의 화소전극의 극성반전을 제어하는 극성반전 제어회로의 구성을 나타낸 블록도,

도 19a 및 도 19b는 본 발명의 제5실시형태에 따른 액정표시장치의 구동방법을 설명하기 위한 같은 시간척도로 나타낸 파형도로, 도 19a는 주사선의 게이트전압을 나타내고, 도 19b는 화소전극에 인가되는 기입전압을 나타낸다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

20 --- 극성반전 제어회로, 23 --- 표시타이밍 제어회로,

24 --- 액정표시소자, 25 --- 신호선 구동회로,

26 --- 주사선 구동회로,

30 --- 스위칭소자, 31 --- 화소전극,

32a, 32b --- 배향막, 34 --- 대향전극,

35a, 35b --- 편향판, 36 --- 신호선,

37 --- 게이트선, 38 --- 게이트신호,

39 --- 표시신호, 44 --- 유지전압,

45a, 45b --- 투과율, 49 --- 라인 카운터,

50 --- 프레임 카운터, 51 --- 비교기,

52 --- 극성반전 판정회로.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1실시태양에 따른 액정표시장치의 구동방법은, 매트릭스형상으로 배열된 복수의 화소전극과 이들 화소전극에 대향하도록 배치된 대향전극과의 사이에 배치된 자발분극을 갖는 액정을 이용한 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 복수의 화소전극과 상기 대향전극 사이에 인가되는 전압의 적어도 일부의 극성을 주기적으로 반전하는 극성반전공정과, 상기 화소전극에 인가된 전압에 각각 대응하여 표시전압을 유지하도록 상기 화소전극에 전압을 인가하는 기입공정을 구비하고,

상기 극성반전공정은, 프레임시간을 TF, 액정의 응답시간을 τ, 기입시간을 TK, 극성반전을 행하기 위한 주기를 TS로 했을 때, TS≥TF×(τ/TK)〉1의 표현을 만족하도록 극성반전을 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 극성반전공정은 2프레임이상마다 행해지면 좋다.

상기 기입공정은, 상기 복수의 화소전극중에서 극성반전을 행하는 화소전극에 대한 기입시간을 상기 극성반전을 행하는 화소전극 이외의 화소전극에 대한 기입시간보다 길게 하는 공정을 포함하면 좋다.

상기 기입공정은, 상기 복수의 화소전극중에서 극성반전을 행하는 화소전극의 각각에 대한 기입전압을 상기 극성반전을 행하는 화소전극 이외의 화소전극의 각각에 대한 기입전압보다 높게 하는 공정을 포함하면 좋다.

상기 극성반전공정은, 1화면에 있어서 상기 화소전극의 적어도 일부에 인가되는 전압의 극성을 반전하는 공정을 포함하고, 상기 극성반전이 행해지는 상기 화소전극의 적어도 일부를 순차적으로 변화시키면서 상기 화면 전 부분에 대한 극성반전을 종료하는 복수의 부공정을 포함하면 좋다.

상기 극성반전공정은, 1화면에서의 극성반전을 상기 복수의 화소전극중 적어도 1개에 대해 행하는 공정을 포함하면 좋다.

상기 극성반전공정은, 1화면에서의 극성반전을 상기 복수의 화소전극중 적어도 1주사선상에 위치하는 모든 화소전극에 대해 행하는 공정을 포함하면 좋다.

상기 극성반전공정은, 1화면의 3㎜×3㎜의 소망하는 영역내에서 정전압이 인가되는 화소전극과 부전압이 인가되는 화소전극의 비율을 0.5∼2의 범위내에서 설정한 상태에서 극성반전을 행하는 공정을 포함하면 좋다.

상기 TS≥TF×(τ/TK)〉1의 표현을 만족하도록 극성반전을 행하는 공정은 1화면의 일부 영역에서 행하고, 상기 일부 영역 이외의 영역에서는 1프레임마다 극성반전을 행하면 좋다.

상기 TS≥TF×(τ/TK)〉1의 표현을 만족하도록 극성반전을 행하는 공정은 시간의 경과에 따른 기간동안 간헐적으로 행하고, 다른 기간에서는 1프레임마다 극성반전을 행하면 좋다.

상기 화소전극과 상기 대향전극 위에 각각 형성되고, 그 표면부분에 전기적으로 도전성을 갖게 한 배향막을 더 구비하면 좋다.

본 발명의 제2실시태양에 따른 액정표시장치는, 제1기판과, 상기 제1기판상에 매트릭스형상으로 배열된 복수의 화소전극, 상기 복수의 화소전극이 형성되어 있는 상기 제1기판의 표면에 대향하도록 배치된 제2기판, 상기 제2기판상에 상기 복수의 화소전극과 대향하도록 형성된 대향전극 및, 자발분극을 가지면서 상기 제1 및 제2기판 사이에 유지된 액정을 구비하고,

상기 복수의 화소전극과 상기 대향전극 사이에 인가되는 전압의 일부에 대한 주기적인 극성반전동작과, 상기 화소전극에 인가된 전압에 각각 대응하여 표시전압을 유지하도록 상기 화소전극에 전압을 인가하는 기입동작을 갖추고 있으며,

상기 극성반전동작이 프레임시간을 TF, 액정의 응답시간을 τ, 기입시간을 TK, 극성반전을 행하기 위한 주기를 TS로 했을 때, TS≥TF×(τ/TK)〉1의 표현을 만족하도록 극성반전을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액정표시장치는, 제1실시태양의 구동방법에서 설명한 모든 동작을 갖는다.

액정의 응답시간이란, 전압무인가상태로부터 전압인가상태 또는 전압인가상태로부터 전압무인가상태로 상태를 변화시킨 경우에, 광강도의 변동이 90%로 변화하기까지에 요하는 시간이다.

액정의 응답시간(τ)을 측정하는 방법의 구체예를 이하에 설명한다. 배경광이 측정을 위한 액정표시장치에 귀속되면, 이 표시장치가 빛난다. 그리고 배경광이 귀속되지 않으면, 이 표시장치는 적당한 광원 아래에 놓이게 된다. 측정을 간단화하기 위해, TFT 등을 갖추지 않은 작은 간단화된 액정셀을 형성하고, 이 액정셀을 투과형 편광현미경 위에 놓고 측정을 행하는 것이 가능하게 된다. 이때, 측정용의 간단화된 액정셀 및 실제로 제작된 액정표시장치에서 화소전극과 대향전극간의 캐패시턴스(액정 캐패시턴스 및 배향막과 절연막의 캐패시턴스)를 같게 할 필요가 있다.

액정표시장치를 통과하는 광의 양은 포토다이오드, 광전자증배관(photomul tipler) 또는 휘도측정기에 의해 측정한다. 도 3a에 나타낸 바와 같이, 화소전극과 대향전극 사이에 전압이 인가된다. 액정표시장치가 TFT 등의 스위칭소자를 갖는 경우에는, 게이트선에 20V의 DC전압을 인가함으로써 스위칭소자를 턴온할 필요가 있다. 이때 생기는 광강도(광투과율)의 변화는 도 3b에 나타낸 바와 같이 발생한다. 시간 t=0에서의 광강도는 T1으로 되고, 시간 t=16.7ms에서의 광강도는 T2로 된다. 응답시간(τ)은, 광강도가 90% 변화하기 까지에 요하는 시간 또는 광강도가 0.9×(T2 - T1) + T1의 값에 도달하기 까지에 요하는 시간을 구함으로써 얻을 수 있다. 인가전압의 절대치가 V로 설정되고, 응답시간이 0→+v, +V→0, 0→-V 및 -V→0의 변화시에 서로 다른 경우에는, 상기 응답시간중에서 가장 긴 것을 응답시간으로서 사용하게 된다.

(발명의 실시형태)

본 발명의 실시형태의 설명에 앞서서, 전장의 인가에 의해 유기되는 자발분극 또는 고유 자발분극을 갖는 액정재료(이하, 자발분극을 갖는 액정이라 약기한다)의 일례인 반강유전성 액정에 대해 설명한다.

도 1은 무임계치 반강유전성 액정(TLAF)의 분자배향과 전장과의 관계를 나타낸 것이다. 이 액정의 분자(1)는, 전압무인가시의 상태(A)에서는 2개의 다른 방향중의 하나에 교대로 배열되어 자발분극을 부정하고 있다. 이 경우, 평균적인 분자(1)의 광축(2)은 종방향으로 된다. 따라서, 화살표 3, 4로 나타낸 바와 같이 광축(2)과 같은 방향 및 직교방향으로 되도록 2매의 편광판을 배치하면, 암(dark)상태[노멀리 블랙상태(normally black state)]로 된다.

그러나, 정전압 또는 부전압을 인가하는 상태 B 또는 C에서는, 전장(5)의 방향에 따라 액정의 분자(1)가 한 방향으로 배열되어 광축(2)이 편광판의 편광방향으로부터 어긋나 명(bright)상태로 된다. 즉, 이 무임계치 반강유전성 액정은, 네마틱 액정과, 정전압의 인가와 부전압의 인가에서 액정의 분자의 배열이 다른 점이 상위하다.

더욱이, 무임계치 반강유전성 액정은, 전극간에 인가되는 전압의 강도 및 극성에 따라 전압무인가상태(상태 A), 정전압인가상태(상태 B), 부전압인가상태(상태 C)라는 3개의 배열상태뿐만 아니라, 이들 상태의 중간의 임의의 배열도 가능하다. 따라서, 메모리성은 제공되지 않지만, 복수 화소에 TFT 등의 능동소자로 구성된 스위칭소자를 형성한 액티브 매트릭스형 표시장치에 적용하고, 비선택기간중에도 상기 임의의 배열상태를 취하는 전압을 유지하도록 함으로써, 계조표시(gray scale display)가 가능하게 된다.

도 2a∼도 2h는 네마틱 액정 및 자발분극을 갖는 액정이 매트릭스형상으로 배열된 화소전극과 대향전극 사이에 배치된 액정표시장치를, 액티브 매트릭스형 프레임반전 구동모드로 구동한 경우에, 임의의 1화소에 인가되는 전압과 광투과율을 나타낸 것이다. 이 경우, 편광판은 노멀리 블랙상태로 되도록 배치되어 있는 것으로 한다.

네마틱 액정에서는, 도 2a에 나타낸 바와 같이 게이트선으로부터 주기적으로 게이트신호(7)가 입력되는 것으로 한다. 이 경우, 이 게이트신호(7)의 주기가 프레임주파수(fF)이다. 한편, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 신호선에 프레임주파수와 같은 주기로 극성이 반전되는 신호전압(8)이 인가된다(대향전극의 전위를 0V로서 표시). 상기와 같이 게이트신호가 입력되어 스위칭소자의 게이트전극에 인가되면, 도 2c에 나타낸 바와 같이 그 기간(t1)동안 스위칭소자는 온상태로 되어 상기 신호선의 전압이 기입전압(9)으로서 화소전극에 공급된다. 그후, 도 2d에 나타낸 바와 같이 네마틱 액정셀의 유지전압(10a)은, 도 2c에 나타낸 화소전극에 공급되는 전압에 의해 액정셀 및 보조용량선이 콘덴서로서 기능하기 때문에, 전압유지율의 저하가 전혀 없어 거의 일정하게 유지된다.

즉, 액정에 불순물이 함유되어 있는 경우는, 유전전압이 저하하게 되지만, 이온성 불순물을 전혀 함유하지 않은 불소계 액정 등을 사용하는 경우는, 상기 예와 같이 거의 일정하게 유지된다. 이 경우의 액정셀의 광투과율을 도 2e에 나타낸다. 네마틱 액정은, 응답속도가 느리기 때문에, 광투과율(11a)의 상승은 느리지만, 화소전극에 유지되는 전압이 정극성이라도 부극성이라도 액정의 배향에 영향을 미치지 않기 때문에, 그후의 광투과율(11a)은 거의 일정으로 된다.

그에 반해, 자발분극을 갖는 액정에서는, 도 2a에 나타낸 게이트선으로부터의 게이트신호(7)의 입력 및 도 2b에 나타낸 신호선에 인가되는 전압(8)에 의해 도 2c에 나타낸 기입전압(9)이 화소에 공급된다. 이 경우, 도 2f에 나타낸 바와 같이, 액정셀의 유지전압(10b)은 기입후에 저하하여 극히 나쁜 유지특성을 나타낸다. 이 경우, 액정셀의 광투과율(11b)은 도 2g에 실선으로 나타낸 바와 같이 된다.

이 액정셀의 신호선에 도 2h에 나타낸 기입전압(12)을 공급하여 정적 구동동작(static driving operation)을 행하도록 하면, 도 2g에 파선으로 나타낸 광투과율(11c)이 얻어진다. 따라서, 자발분극을 갖는 액정의 경우, 이 액정을 액티브 매트릭스 구동모드로 하면, 정적 구동모드에 비해 온시의 광투과율이 현저하게 저하한다. 그 결과, 자발분극을 갖는 액정을 이용한 액정표시장치는, 컨트라스트가 저하하고, 표시품위가 열화한다고 하는 문제가 있다.

본 발명자들은, 이 문제를 상세히 조사한 결과, 다음과 같은 원인에 의해 발생한다는 것을 알아냈다. 즉, 액티브 매트릭스 구동모드의 경우, 도 2c에 나타낸 바와 같이 1프레임에서의 기입을 위한 전압의 공급은 그 일부밖에 수행되지 않는다. 통상, 액정은 기입시간(전형적으로는 64㎲이하)에 비해 응답시간(80㎲이상)이 길기 때문에, 기입시간(t1)내에 액정분자의 배열의 변화가 완료되지 않는다. 그 때문에, 기입종료후의 잔여의 시간(t2)도 보조용량에 유지된 전하에 의해 액정분자의 배열의 변화가 계속되어, 도 2d에 나타낸 바와 같이 유지전압이 저하한다. 이때, 액정분자는 정적 구동모드에서 얻어지는 배열까지 변화할 수 없고, 그 때문에 정적 구동모드시에 비해 투과율이 저하한다. 그리고, 다음의 프레임에서는 역극성의 전압이 기입된다.

자발분극을 갖지 않는 네마틱 액정에서는, 액정분자는 인가전압의 절대치에 대하여 응답한다. 즉, +5V의 인가시와 -5V의 인가시에 같은 배열이 얻어진다. 그 때문에, 오프상태로부터 온상태로 된 1회째의 프레임에서 액정의 배열변화가 불충분해도, 2, 3프레임째로 서서히 액정분자의 배열변화가 일어나서, 수∼수십 프레임후에는 정적 구동모드에서와 같은 전압을 인가함으로써 얻어지는 것과 같은 배열의 상태가 얻어진다. 즉, 수∼수십 프레임후에는 정적 구동모드에서 얻어진 것과 같은 투과율이 얻어진다.

한편, 자발분극을 갖는 액정에서는, 인가되는 전압의 극성에 따라 액정분자의 배열이 달라진다. 즉, +5V의 인가시와 -5V의 인가시에 배열이 달라진다. 그 때문에, 오프상태로부터 온상태로 된 제1프레임에서 액정분자가 정극성의 어떤 배열로 된다(응답속도가 느리기 때문에, 정적 구동모드에서 같은 전압을 인가함으로써 얻어지는 배열의 상태에는 도달하지 못한다).

제2프레임에서는 극성이 반전되기 때문에, 액정분자의 배열은 제1프레임의 정극성의 배열로부터 변화하여 전압무인가시의 배열을 거친다. 따라서, 오프상태로부터 온상태로 된 제1프레임의 경우와 마찬가지로 정적 구동모드에서 얻어지는 배열에는 도달하지 못한다. 그 이후의 프레임도 프레임마다 극성이 반전되기 때문에, 정적 구동모드에서 같은 전압을 인가함으로써 얻어지는 배열의 상태에는 도달하지 못한다. 그 결과, 투과율은 정적 구동모드에서 얻어지는 것에 비해 크게 저하하여 컨트라스트가 낮은 표시로 된다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 자발분극을 갖는 액정을 이용하여 고컨트라스트의 양호한 화질을 제공할 수 있는 액정표시장치를 제공하는데 있다.

이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.

본 발명의 그 실시형태에 따른 액정표시장치의 구성을 도 4에 나타낸다. 이 액정표시장치는, 네마틱 액정을 이용한 종래의 액티브 매트릭스형 액정표시장치의 구성에, 극성반전 제어회로(20)를 부가한 구성으로 되어 있다.

즉, 이 액정표시장치에서는, 표시신호(21) 및 동기신호(22)가 입력되는 표시타이밍 제어회로(23)에 액정표시소자(24)를 구동하는 신호선 구동회로(25)와 주사선 구동회로(26)가 접속되고, 더욱이 표시타이밍 제어회로(23)에 적절히 표시신호(21)의 극성을 반전하는 극성반전 제어회로(20)가 접속된 구성으로 되어 있다.

상기 액정표시소자(24)는, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 서로 대향하는 1쌍의 유리기판(28,29)중, 한쪽의 제1기판(28)의 내면에 매트릭스형상으로 TFT 등으로 이루어진 스위칭소자(30) 및 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명도전막으로 이루어진 화소전극(31)이 설치되고, 이들 스위칭소자(30) 및 화소전극(31)상에 폴리이미드수지 등으로 이루어진 배향막(32a)이 설치되어 있다.

또, 다른쪽의 제2기판(29)의 내면에 컬러필터(33), 이 컬러필터(33)상에 ITO 등의 투명도전막으로 이루어진 대향전극(34)이 설치되고, 더욱이 이 대향전극(34)상에 폴리이미드수지 등으로 이루어진 배향막(32b)이 설치되어 있다. 그리고, 그 제1기판(28)에 설치된 스위칭소자(30) 및 화소전극(31)과, 제2기판(29)에 설치된 대향전극(34)과의 사이에, 강유전성 액정 FLC, 반강유전성 액정 AFLC, DHF, TFLC 또는 TLAF 등 자발분극을 갖는 액정이 배치되어 있다. 또, 이들 제1, 제2기판(28,29)의 외면에 편광판(35a,35b)이 각각 부착되어 있다.

도 5c에 나타낸 참조부호 36은 신호선, 37은 게이트선이다. 또, 도 5c에서는 Cs(보조용량)선이 생략되어 있다.

이 액정표시장치에서는, 표시타이밍 제어회로(23)에 입력된 동기신호(22)에 따라 이 표시타이밍 제어회로(23)로부터 신호선 구동회로(25)와 주사선 구동회로(26)에 각각 표시신호 및 주사신호가 공급된다. 이때, 극성반전 제어회로(20)에 의해 적절히 표시신호의 극성을 반전시킨다.

이 표시신호의 극성반전은, 다음의 방법 (a)∼(e)에 나타낸 바와 같이 행해진다.

(a) 프레임시간을 TF, 액정의 응답시간을 τ, 기입시간을 TK로 했을 때, TS≥TF×(τ/TK)〉1의 표현을 만족하는 TS시간마다 전극간에 인가되는 전압의 극성을 반전한다. 이 극성반전은, 바람직하게는 2프레임이상마다 행한다.

상기한 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 얻어진다. 극성반전의 종료후에 곧바로 오는 프레임을 1프레임으로 하고, 이 1프레임 다음의 프레임을 2, 3프레임으로 한다. 이때, 액정의 응답시간(τ)을 기입시간(TK)보다 길게 하면, 1프레임의 기록동작동안에 액정분자의 응답은 종료되지 않는다. 이 방법에서는, 2프레임 및 이어지는 프레임에서 같은 극성의 전압이 인가되기 때문에, 액정분자의 응답동작이 더 계속되어, 2프레임 및 이어지는 프레임에서의 광강도가 1프레임에서 얻은 것보다도 높아진다. 그 결과, 컨트라스트를 AC구동모드(1프레임마다 극성이 반전되는 모드)에서 얻어지는 컨트라스트이상으로 향상시킬 수 있다.

(b) 극성반전을 행하는 화소에 대한 기입시간을 극성반전을 행하지 않는 화소보다 길게 한다.

(a)의 경우에는, 극성반전에 의해 광강도가 저하하기 때문에, 1프레임에서의 광강도도 물론 낮아진다. 극성반전이 행해지는 영역의 면적이 넓으면, 광강도의 저하가 발생하는 영역의 면적이 넓어져서 광강도의 저하가 시각적으로 인식되어 표시품위가 떨어진다. (b)의 방법에서는, 극성반전을 행하는 화소에 대한 기입시간을 길게 하고 있기 때문에, 광강도의 저하를 억제할 수 있다. 예컨대, τ=150㎲의 자발분극을 갖는 액정을 TK=42㎲간 구동할 때에는, 극성반전이 행해지는 화소에 대해서만 기입시간을 200㎲로 한 경우에 극성반전시의 광강도의 저하가 발생하지 않는다.

(c) 극성반전을 행할 때의 신호의 진폭을 극성반전을 행하지 않을 때보다도 크게 한다.

이 방법에서는, 극성반전이 행해지는 화소에 인가되는 전압의 절대치(신호진폭)를 크게 하고 있기 때문에, 극성반전시의 광강도의 저하를 억제할 수 있다. 예컨대, τ=150㎲의 자발분극을 갖는 액정을 TK=42㎲간 구동하는 경우를 생각해 보자.극성이 -5V로부터 +5V로 반전한 경우에는, 극성반전이 행해지는 프레임(1프레임)에만 (5+α)V의 전압이 인가된다. 기입동작시에, 액정분자의 배열은 정적 구동모드에서 (5+α)V의 전압을 인가할 때에 얻어지는 배열을 향하여 변화하지만, 응답시간이 기입시간보다 길기 때문에 배열의 변화는 중도에서 정지한다. 이때 얻어지는 배열의 상태가 정적 구동모드에서 5V의 인가에 의해 얻어지는 배열의 상태와 같으면, 극성반전시의 광강도의 저하가 발생하지 않는다. 모든 계조(gray scale)에 대해 α값을 미리 구하고, 극성반전시에 신호진폭을 α에 대응하는 값만큼 증가시킴으로써, 극성반전시의 광강도의 저하를 방지할 수 있다.

α값이 구동IC가 출력할 수 있는 전압의 극한을 넘으면, (b)와 (c)의 방법의 조합에 의해 극성반전시의 광강도의 저하를 억제하면 좋다.

(d) 1화면의 일부 화소에 대해 전극간에 인가되는 전압의 극성반전을 행하고, 복수회의 프레임의 재기록에 의해 전 화소의 극성반전을 종료한다.

이 극성반전방법은, 1화면의 적어도 1화소에 대해 행하는 것, 적어도 1주사선상에 위치하는 모든 화소에 대해 행하는 것을 포함하고, 이들 방법에 있어서 바람직하게는 1화면에 정극성 화소와 부극성 화소가 거의 같은 비율로 존재하도록 행해진다.

프레임의 전 부분에 대해 동시에 극성반전을 행하면, 극성반전시의 광강도의 저하가 쉽게 시각적으로 인식될 수 있다. (d)의 방법에서 나타낸 바와 같이 극성반전이 행해지는 영역의 면적을 축소함으로써, 광강도의 저하를 시각적으로 인식하는 것을 어렵게 하는 것이 가능하다. 각 프레임에서 1화소마다 극성반전을 행하면, 광강도의 저하를 시각적으로 인식하는 것이 가장 어렵게 된다.

극성반전을 부분적으로 행할 때에는, 1주사선(게이트선)에 접속된 모든 화소를 극성반전의 1단위로 하는 경우에 구동동작을 간단화할 수 있다. 즉, 어떤 프레임에서의 n번째 게이트선에 접속된 화소에 대해 극성반전을 행하고, 다음 프레임에서의 m번째 게이트선에 접속된 화소에 대해 극성반전을 행한다. 이 경우, 극성반전이 행해지는 게이트선의 온상태를 확대하는 것이 필요할 뿐이므로, 이 방법은 용이하게 실현할 수 있다.

2프레임이상마다 극성반전을 행하는 동작은 1화면의 일부에서 행하고, 상기 화면의 다른 부분에서 1프레임마다 통상의 극성반전동작을 행한다. 또, 시간축상의 일부 시간에서 2프레임이상마다 극성반전을 행하고, 다른 시간에서 1프레임마다 통상의 극성반전동작을 행한다.

자발분극을 갖는 액정이 광학적으로 단축의 이방성을 갖기 때문에, 인가전압의 절대치가 같아도 정전압인가시와 부전압인가시에 액정표시소자를 비스듬한 방향으로 볼 때는 광강도 및 색깔이 변화한다. 이러한 변화를 억제하기 위해서는, 신호선반전에 기초하거나 반전없이 액정을 구동하는 것이 좋고, 정극성의 전압이 인가되는 화소와 부극성의 전압이 인가되는 화소의 비율을 거의 1 : 1로 하는 것이 좋다. 구체적으로는, 1화면의 3㎜×3㎜의 소망하는 면적에서 정극성의 화소수/부극성의 화소수의 비율을 0.5∼2의 범위내로 하면 좋다.

투과광의 강도 및 색깔은, 액정표시소자를 비스듬한 방향으로 볼 때에 액정분자에 인가되는 전압의 극성에 따라 변화한다. 신호선반전을 행하거나 행하지 않는 경우에는, 액정표시소자를 비스듬한 방향으로 볼 때에 생기는 투과광의 강도나 색깔의 변화가 보상되어 인접한 신호선 또는 화소에 대한 시야각이 넓어진다. 화면(프레임)의 일부에 대해 극성반전을 행하는 경우에는, 정극성의 화소와 부극성의 화소간의 균형을 유지할 수 없어 상기한 보상효과를 얻을 수 없고, 액정표시소자를 비스듬한 방향으로 볼 때에 가끔 불규칙한 패턴이 관측될 수 있다. 이를 방지하기 위해서는, 1화면의 3㎜×3㎜의 소망하는 면적에서 정극성의 화소수/부극성의 화소수의 비율을 0.5∼2의 범위내로 하면서 극성반전을 행하면 좋다(이 범위내에서는, 불규칙한 패턴은 중요한 문제를 전혀 일으킬 수 없다).

특히, 1화면의 2㎜×2㎜의 소망하는 면적에서 정극성의 화소수/부극성의 화소수의 비율을 0.75∼1.33의 범위내로 하면서 극성반전을 행하면 좋다. 그 결과, 액정표시소자를 어떠한 방향으로 보아도 불규칙한 패턴이 관측되는 일은 없다.

(e) 액정표시소자의 배향막의 표면에 전기적으로 도전성을 갖게 하고, 전극간에 인가되는 전압의 극성반전을 소정의 프레임시간마다 행한다.

이 방법에 따르면, 액정재료내에 다량의 불순물이 존재하여 이미지 스틱킹(image sticking)이 발생하면, 이 이미지 스틱킹을 억제할 수 있다.

또, 극성반전의 주기를 길게 하면, 보조용량이나 액정셀 등의 콘덴서성분으로의 전하의 충방전의 횟수가 저감되기 때문에, 소비전력을 저감할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 구동방법의 구체적인 실시예를 설명한다.

실시예1

도 5a∼도 5c에 나타낸 바와 같이 자발분극을 갖는 액정이 매트릭스형상으로 배열된 화소전극과 대향전극과의 사이에 배치된 액정셀(24)을 도 4에 나타낸 회로구성으로 구동하는 경우, 그 구동동작은 다음의 표현을 만족하도록 행한다. 즉, 프레임시간을 TF, 액정의 응답시간을 τ, 기입시간을 TK로 하고, TS시간마다 전극간에 인가되는 전압의 극성의 반전을 행할 때,

TS≥TF×(τ/TK)〉1

의 표현을 만족하도록 행한다.

이 경우, 프레임주파수 fF와 프레임시간 TF의 관계는

TF=1/fF

로 설정되고, 상기 식의 τ/TK는 기입시간에 비해 어느 정도 응답시간이 긴 가를 나타내고 있다.

예컨대, 기입시간(TK)이 60㎲일 때, 응답시간(τ)이 120㎲인 액정을 사용한 것으로 하면,

τ/TK=2

로 되어, 기입시간의 2배, 응답에 시간이 걸리는 것을 나타내고 있다. 따라서, 이 시간만큼 표시신호의 극성반전의 주기를 길게 하기 위해서는,

TS≥TF×(τ/TK)=TF×2

로 되어, 2프레임이상마다 극성반전을 행하면 만족한 결과를 얻을 수 있게 된다.

도 6a∼도 6f는 그 일례로서 2프레임마다 극성반전을 행하는 경우의 신호파형을 나타낸 것이다.

도 6a에 나타낸 바와 같이 게이트선으로부터 주기적으로 게이트신호(38)가 입력되고, 도 6b에 나타낸 바와 같이 신호선에 상기 게이트신호의 주기의 2배, 즉 2프레임마다 극성이 반전되는 표시신호전압(39)을 인가한다(대향전극의 전위를 0V로서 표시). 이때, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 제1프레임에서 표시신호가 온레벨로 되어 화소전극에 정전압(40a)이 인가되면, 도 6f에 나타낸 바와 같이 액정분자의 광축(41)이 편광방향(42,43)으로부터 어긋나 명상태로 된다.

제2프레임에서도, 화소전극에는 정전압(40a)이 인가되어 같은 명상태로 된다. 도 6d에 이 경우의 유지전압(44)의 변화를 나타낸다. 이 경우, 액정분자의 배열변화에 요하는 시간은, 기입시간보다도 길기 때문에, 기입시간내에 배열변화가 완료되지 않아 투과율은 도 6e에 제1프레임의 투과율을 45a, 제2프레임의 투과율을 45b로 나타낸 바와 같이, 제1, 제2프레임의 순서로 높아진다.

그후, 제3프레임에서는, 표시신호가 반전되어 화소전극에 부전압(40b)이 인가된다. 이 신호반전에 따라 유지전압(44)이 도 6d에 나타낸 바와 같이 변화한다. 이 경우, 액정분자의 배열은 정전장의 배열로부터 무전장의 배열을 거쳐 부전장의 배열로 변화한다(도 1 참조). 이 배열변화에 요하는 시간은, 기입시간보다도 길기 때문에, 기입시간내에 배열변화가 완료되지 않는다. 그 때문에, 도 6e에 나타낸 바와 같이, 투과율(45a)이 저하한다. 다음의 제4프레임에서도 부전압이 인가되기 때문에, 이 제4프레임의 기입에서 제3프레임에서 완료되지 않은 액정분자의 배열변화가 거의 완료되어, 정적 구동모드에서 얻어지는 투과율과 동등한 높은 투과율(45b)이 얻어진다.

그 결과, 고컨트라스트이면서 명료한 계조표시를 행할 수 있게 된다. 게다가, 이 구동방법에 의하면, 표시신호(39)의 극성반전을 길게 하는 것 뿐이기 때문에, 구동용 구동회로의 IC의 추가나 회로의 대폭적인 설계변경을 필요로 하지 않고 구동회로를 구성할 수 있다. 더욱이, 극성반전의 횟수의 감소에 의해 소비전력을 저감할 수 있다.

한편, 상기 설명에서는, 표시신호(39)의 전압을 제1프레임과 제2프레임, 제3프레임과 제4프레임에서 같은 레벨로 했지만, 실제로는 각 프레임에 표시되는 화상에 따라 그 레벨을 변경할 필요가 있다. 예컨대, 서서히 밝아지는 표시를 하는 경우는, 제1프레임에서 +2V, 제2프레임에서 +3V, 제3프레임에서 -5V, 제4프레임에서 -6V와 같이 신호전압을 변화시키면 좋다.

또한, 이 실시예1에서는, 2프레임이상마다 화소전극에 인가되는 표시신호의 극성반전을 행하도록 했지만, 이 화소전극에 인가되는 전압의 극성반전의 주기의 최적의 상한치는, 액정의 이온성 불순물량이나 배향막의 대전(帶電)의 용이성 등에 따라 결정된다.

즉, 화소전극에 같은 극성의 전압을 계속 인가하면, 액정내에 함유된 이온성 물질이 화소전극 부근의 배향막과 액정과의 경계면으로 이동하여 배향막을 대전시킨다. 그 결과, 액정에 걸리는 실효전압이 저하하여 표시가 변화한 때에, 이전의 표시가 엷게 남는 이미지 스틱킹현상이 발생한다. 이 이미지 스틱킹현상을 방지하기 위해서는, 예컨대 배향막을 폴리이미드수지로 형성한 경우, 60분이내, 바람직하게는 5분이내에 화소전극에 인가되는 표시신호의 전압의 극성을 반전하는 것이 요망된다.

또, 상기 표시신호의 극성반전은, 액정표시장치에 절환스위치를 설치하여 극성을 쉽게 바꿀 수 있도록 해 두면 좋다. 예컨대, 퍼스널 컴퓨터의 화면과 같이 비교적 긴 시간 같은 화면을 표시하는 경우에는 극성반전의 주기를 길게 하고, TV나 비디오 등의 표시와 같이 움직임이 빠른 영상을 표시하는 경우에는 극성반전의 주기를 프레임시간에 근접하게 짧게 하는 등, 액정표시장치의 사용목적에 따라 극성반전주기를 최적으로 선택할 수 있도록 해 두면 좋다.

또, 이 실시예1에서는, n프레임마다 극성을 반전하면, 프레임주파수의 1/2n의 주파수성분이 발생한다. 예컨대, 프레임주파수를 60㎐로 하고, 2프레임마다 표시신호의 극성반전을 행하면, 투과율응답에 15㎐ 성분이 발생하고, 경우에 따라서는 이 15㎐ 성분이 플리커(flicker)로서 관측되게 된다. 따라서, 이러한 경우, 도 7a∼도 7f에 각각 제1 내지 제4프레임(F1∼F4)에서의 인접한 4개의 화소전극(31)에 대해 나타낸 바와 같이, 각 화소전극(31)의 극성을 적절히 변경하여 구동함으로써 상기 플리커를 관측되지 않게 할 수 있다. 특히, 2중 스캔방식 등과 같이 복수의 주사선(게이트선)상의 화소전극을 동시에 구동하는 경우는, 도 7c에 나타낸 극성반전을 이용하는 것이 바람직하다.

다음에는 이 실시예1의 약간의 구체예에 대해 설명한다.

(구체예1) 먼저, 매트릭스형상으로 배열된 TFT소자 및 화소전극을 갖춘 제1기판과, 컬러필터 및 그 위에 형성된 블랙 매트릭스(black matrix)를 갖춘 제2기판을 준비한다. 이 구체예에 이용된 TFT소자의 구성을 도 5c를 참조하여 설명한다.

상기 제1기판상에 형성된 게이트전극(37)은 게이트산화막과 실리콘산화막의 적층구조를 갖는 게이트절연막으로 피복되어 있고, 이 게이트절연막상에는 비정질실리콘박막으로 이루어진 반도체 박막이 형성되어 있다.

상기 반도체 박막상에는, 채널형성시에 이 반도체 박막을 보호하기 위한 실리콘질화막으로 이루어진 채널보호막이 형성되어 있다. 상기 반도체 박막에는 저항성 접촉층(ohmic contact layer)을 매개해서 소오스전극이 전기적으로 접속되어 있고, 상기 반도체 박막과 채널보호막상에는 신호선을 구성하는 드레인전극이 형성되어 있다. 또, 상기 소오스전극은 화소전극에 전기적으로 접속되어 있다.

상기한 구조의 스위칭소자(TFT: 30), 신호선(36), 게이트전극(37) 및 화소전극은, 산화실리콘 또는 질화실리콘으로 이루어진 보호막에 의해 피복되어 있다. 이와 같이 신호선(36) 및 화소전극을 보호막으로 피복함으로써, 제2기판상의 대향전과과의 단락회로에 의해 일어나는 결함의 발생을 억제할 수 있다.

다음에는 제2기판에 대해 설명한다. 제2기판의 내면에는 컬러필터 및 블랙 매트릭스가 형성되어 있다. 이 구조상에는 기판표면을 평탄하게 하기 위해 (아크릴수지, 벤조시클로부틴, 폴리이미드 등으로 이루어진) 수지층이 덮여 있다. 또, 이 결과적인 구조상에는, ITO 등의 투명도전막으로 이루어진 대향전극이 형성되어 있다. 이때, 투명도전막은 기판의 전면에는 형성되어 있지 않다. 즉, 제1기판 및 제2기판을 서로 대향하도록 한 경우, 제1기판상의 신호전극 및 TFT소자와 대향하는 대향전극 부분이 PEP공정에 의해 제거되어 있다. 이러한 구조에서는, 대향전극이 컬러필터의 더스트(dust) 또는 돌기부를 통해 신호선 및 TFT소자와 단락회로를 형성하는 것을 방지할 수 있다.

상기 제2전극의 전면에 대향전극을 형성한 경우에는, 대향전극과 신호선과의 사이에 유전막(액정재료 또는 배향막)이 배치되어 있기 때문에, 신호선에 인가되는 신호의 파형이 완만해지지만, 이 실시예의 구조에서는 파형이 완만해지지 않게 된다. 단락회로 및 파형의 완만해진 부분은 셀갭(제1 및 제2기판간의 거리)이 작아짐에 따라 더 중대한 문제를 일으킬 수 있다. 이 구체예에서는, 셀갭을 2㎛로 설정하고 있는 바, 셀갭을 이러한 작은 값으로 설정하면, 대향전극을 부분적으로 제거하는데 대단히 유효하다.

TFT소자를 형성한 제1기판과 컬러필터 및 블랙 매트릭스를 형성한 제2기판에, 각각 가용성 폴리이미드(니혼 고우세이 고무 가부시키가이샤에 의해 제조된 AL-1051)의 박막을 배향막으로서 오프셋인쇄하고, 90℃에서 3분, 더욱이 N₂분위기중에서 200℃, 30분간 베이킹한다.

이렇게 해서 형성된 막두께 40㎛의 폴리이미드 배향막을 러빙처리(rubbing process)한다. 이때, 제1 및 제2기판은 100℃로 가열되면서 러빙처리된다. 그 결과, TFT 등에 의한 단차부분이 충분히 러빙처리를 받을 수 있게 된다. 이 경우, 러빙방향은 제1 및 제2기판에 대해 반평행상태로 설정되고, 교차하는 러빙각도는 5°로 설정된다.

다음으로, 그 제1기판상에 스페이서입자(직경: 2㎛)를 산포했다. 이때, 스페이서입자는 실리카(SiO₂)의 핵에 유기물수지를 덮음으로써 형성했다. 또, 제2기판의 주변부에 자외선 경화수지로 이루어진 밀봉재를 인쇄했다. 주입시간을 단축하기 위해서는, 2개이상의 주입구를 설치하는 것이 바람직하다. 이들 제1 및 제2기판을 서로 대향하도록 조합시키고, 가압상태에서 자외선을 조사하여 밀봉재를 경화시켰다. 이후, 160℃에서 1시간동안 가열하여 액정셀을 형성했다.

그후, 이 액정셀을 진공챔버내에 넣고, 진공상태에서 120℃로 가열하면서 주입구로부터 (고상→-30℃→스메틱 C상→80℃→스메틱 A상→85℃→등방성의 순서로 변화하는 상시리즈(phase series)를 갖고, 응답시간이 80㎲인) 무임계치 반강유전성 액정을 주입한 다음, 주입구를 에폭시계 접착제로 밀봉했다. 이렇게 해서 형성된 셀의 셀갭은 2㎛였다.

그후, 더욱이 제1 및 제2기판의 외면에 편향판의 전송축이 러빙방향과 거의 수직(대략 92.5℃)으로 되도록 편향판을 부착했다. 또, 제2기판의 외면에 시이트형상의 히터를 부착하고, 상기 기판상의 히터에 편향판의 전송축이 러빙방향과 거의 평행(대략 2.5℃)으로 되도록 편향판을 부착했다. 상기 시이트형상의 히터는, 유리나 플라스틱기판상에 형성된 ITO 등의 투명도전막으로 이루어지고, 0℃이하의 적용환경에서도 높은 표시품위가 얻어지도록 액정에 열을 공급한다.

이렇게 해서 제작된 대각방향폭이 15인치(코너를 가로질러 15인치 폭)의 액정표시소자를, 게이트선에 25V의 DC전압을 인가하여 게이트를 온상태로 유지하고, 신호선에 ±10V의 구형파(10㎐)를 인가하며, 대향전극에 0V를 인가하면서 전압인가 배열처리를 하여, 이 액정표시소자를 30분동안 90℃로부터 실온으로 서서히 식혔다. 그 결과, 액정의 배열이 균일하게 이루어졌다.

상기한 액정표시소자에는 구동회로를 탑재한다. 또, 제1기판의 외면에는 배경광을 장착하고, 전체 구조를 케이싱에 넣음으로써 액정표시장치를 완성했다. 상기 시이트형상의 히터는 또한 액정의 배열의 파괴를 방지하기 위한 보호판(쇼크흡수판)의 기능을 갖는다. 배열의 파괴란, 액정표시소자를 손가락 등에 의해 강하게 누름으로써 파괴되는 액정분자의 배열을 의미하는 것이다.

이 액정표시소자를 프레임주파수 60㎐, 프레임시간 16.67㎳, 기입시간 64㎲의 조건하에서 구동했고, 2프레임마다 화소전극에 인가되는 표시신호의 극성을 반전하기 위해 그 극성반전을 33.33㎳마다 행했다. 그 결과, 컨트라스트비가 80:1로 대폭적으로 향상되었다. 1프레임(16.67㎳)마다 표시신호의 극성을 반전시킨 경우에는, 컨트라스트비가 4:1이었다.

또, 인접한 화소전극을 도 7e에 나타낸 바와 같은 관계에 기초하여 극성을 반전시킨 결과, 플리커가 전혀 발견되지 않고, 시야각이 넓으며, 잔상이나 이미지 스틱킹이 없는 대단히 양호한 표시특성을 갖는 액정표시장치를 얻을 수 있었다.

(구체예2) 다음에는, 배향막을 140℃에서 가열하면서 러빙처리하는 것을 제외하고, 상기 구체예1과 동일한 방법에 의해 셀을 형성하고, 이 셀에 DHF액정(응답시간 150㎲)을 주입하여 대각방향폭이 10인치의 액정표시소자를 제작했다.

그리고, 이렇게 해서 얻은 액정표시소자를, 프레임주파수 60㎐, 프레임시간 16.67㎳의 2중 스캔조건으로 구동했다. 이 경우, 기입시간은 128㎲로 되지만, 게이트가 턴온된 후의 기입시간의 전반의 64㎲ 동안은 같은 신호선이 접속되어 있는 1주사시간(t1)만큼 게이트가 빨리 턴온으로 된 화소전극에 인가되는 전압과 같은 전압이 인가된다. 또, 2프레임마다 화소전극에 인가되는 표시신호의 극성을 반전하기 위해서, 그 극성반전을 33.33㎳마다 행했다. 그 결과, 컨트라스트비가 80:1로 대폭적으로 향상되었다. 1프레임(16.67㎳)마다 표시신호의 극성을 반전시킨 경우에는, 컨트라스트비가 3:1이었다.

또, 인접한 화소전극을 도 7c에 나타낸 바와 같은 관계에 기초하여 극성을 반전시킨 결과, 플리커가 전혀 발견되지 않고, 시야각이 넓으며, 잔상이나 이미지 스틱킹이 없는 대단히 양호한 표시특성을 갖는 액정표시장치를 얻을 수 있었다. 이 경우, 반전방법이 수직라인 반전방법(vertical-line inversion method)이기 때문에, 2중 스캔 구동방법을 행할 수 있다.

(구체예3) 다음에는, 배향막을 50℃에서 가열하면서 러빙처리하는 것을 제외하고, 상기 구체예1과 동일한 방법에 의해 셀을 형성하고, 이 셀에 반강유전성 액정(응답시간 65㎲)을 주입하여 대각방향폭이 10인치의 액정표시소자를 제작했다.

그리고, 이렇게 해서 얻은 액정표시소자를, 프레임주파수 60㎐, 프레임시간 16.67㎳, 기입시간은 32㎲의 조건으로 구동하고, 5분마다 화소전극에 인가되는 표시신호의 극성을 반전하기 위해 그 극성반전을 5분마다 행했다.

그 결과, 컨트라스트비가 100:1로 대폭적으로 향상되었다. 1프레임(16.67㎳)마다 표시신호의 극성을 반전시킨 경우에는, 컨트라스트비가 4:1이었다. 이 경우, 이온성 불순물을 거의 함유하지 않은 불소원소함유 유기화합물로 이루어진 액정을 이용함으로써, 저항률이 10¹⁵Ω·㎝로 높아 5분간 극성반전을 행하지 않아도 이미지 스틱킹은 발생되지 않았다.

(구체예4) 구체예4로서, 다음과 같은 액정표시소자를 형성했다.

TFT 및 매트릭스형상으로 배열된 화소전극을 갖춘 제1기판과 컬러필터 및 그 위에 형성된 블랙 매트릭스를 갖춘 제2기판에, 각각 가용성 폴리이미드(작은 미리 비스듬하게 한 경사각을 갖는다)의 박막을 배향막으로서 오프셋인쇄하고, 열판에 의해 90℃에서 30분간 베이킹한다. 그후, 이렇게 해서 형성된 막두께 65㎚의 폴리이미드 배향막을 러빙처리(rubbing process)한다.

다음으로, 그 제1기판상에 스페이서입자를 산포한다. 또, 제2기판의 주변부에 자외선 경화수지로 이루어진 밀봉재를 인쇄한다. 그리고 이들 제1 및 제2기판을 서로 대향하도록 조합시키고, 가압상태에서 자외선을 조사하여 밀봉재를 경화시킨다. 이후, 160℃에서 1시간동안 가열하여 액정셀을 형성한다.

그후, 이 액정셀을 진공챔버내에 넣고, 주입구로부터 무임계치 반강유전성 액정(응답시간 τ=80㎲)을 주입한 다음, 주입구를 에폭시계 접착제로 밀봉한다. 더욱이, 액정셀의 반대면에 편향판을 부착함으로써, 대각방향폭이 10인치의 액정표시소자를 완성했다.

이렇게 형성된 액정표시소자를 다음의 조건으로 구동했다. 이 경우, 화면의 선명도는 XGA(화소수 768), 프레임주파수는 60㎐, 프레임시간은 16.67㎳로 했고, 화면을 상부와 하부의 2부분으로 분할하여 구동하기 때문에 기입시간은 42㎲로 했다.

화면의 전 부분에 표시되는 야구방송과 같이 빨리 움직이는 비디오영상의 경우는, 화소전극 사이에 인가되는 전압의 극성을 2프레임마다 반전시킨다. 그 결과, 1프레임(16.67㎳)마다 극성을 반전시킨 경우에는 컨트라스트가 30:1이었지만, 2프레임(33.33㎳)마다 극성을 반전시킨 경우에는 컨트라스트가 50:1로 대폭적으로 향상되었다.

또, 화면의 일부(표시부1)에 표시되는 문자방송과 같이 천천히 움직이는 비디오영상 및 화면의 다른 표시부분(표시부2)에 표시되는 야구방송과 같이 빨리 움직이는 비디오영상의 경우는, 그 극성을 표시부1에서는 2프레임마다 반전시키고, 표시부2에서는 1프레임마다 반전시킨다. 그 결과, 표시부1에서는 높은 컨트라스트를 얻을 수 있고, 표시부2에서는 컨트라스트는 낮지만 빨리 움직이는 비디오영상을 화상의 흔적(trail)없이 볼 수 있다. 즉, 액정의 응답시간(τ)이 기입시간(TK)보다 길어 2프레임마다 극성을 반전시키는 경우에는, 액정의 응답이 극성반전을 행하는 프레임시간내에서 종료되지 않아 액정분자는 같은 극성의 전압이 인가되는 다음 프레임에서 응답하게 된다. 즉, 액정의 응답시간을 대략 33.3㎳(2프레임의 길이)로 길게 한다. 1프레임마다 극성반전을 행하는 경우에는, 응답시간은 16.7㎳(1프레임의 길이)를 넘지 않는다. 그 결과, 복수의 프레임에 대해 같은 극성의 전압을 인가하면, 야구경기에서 날아가는 볼의 비디오영상과 같이 빨리 움직이는 비디오영상을 볼 때, 가끔 그 볼의 흔적이 보인다.

1프레임마다 극성반전을 행하는 화면의 부분과 2프레임이상마다 극성반전을 행하는 부분은, 액정표시장치의 사용자가 보기를 원하는 화상이나, 입력신호(21)의 변화량에 기초하여 화상의 움직임속도를 검출한 후에 자동적으로 설정되는 표시부1 및 표시부2에 따라 결정된다.

화면을 n개의 영역으로 분할한 경우에는, i번째 영역의 면적을 Ai로 하고, 그에 대한 극성반전을 m프레임마다 행하며, 그후 화면의 전 부분에 대한 평균치를 구하고, TS를 다음의 수식1에 의해 표현되는 바와 같이 정의할 수 있다.

[수식1]

실시예2

실시예1에서는, 표시신호의 극성을 반전할 때에 생기는 컨트라스트의 저하를 회피하기 위해,

TS≥TF×(τ/TK)〉1

의 표현을 만족하는 설정시간(TS)마다, 바람직하게는 2프레임이상마다 화소전극에 인가되는 표시신호의 극성을 반전하는 경우에 대해 설명했지만, 이 실시예2에서는 도 8a에 나타낸 바와 같이 화소전극에 인가되는 표시신호(39)의 극성반전을 2프레임이상마다 행하고, 도 8c에 나타낸 바와 같이 그 극성을 반전할 때에 화소전극에 인가되는 전압(40a,40b)의 공급시간을 극성을 반전하지 않을 때의 공급시간보다 길게 한다.

이와 같이 함으로써, 예컨대 이전의 라인의 구동시간에서 다음의 라인의 예비구동을 행하면, 그후 본 구동을 행함으로써, 수직상관(vertical correlation)을 갖는 화상이라면, 최대 2배의 구동시간으로 할 수 있다. 이 동작을 극성반전시에만 행하기 때문에, 순간적으로 컨트라스트가 저하하는 부분을 적게 할 수 있다. 그 결과, 표시신호의 극성을 반전할 때에 생기는 플리커의 경감이나 컨트라스트의 열화를 방지할 수 있고, 화상을 고화질로 표시하는 것이 가능하게 된다.

또, 극성을 반전할 때에 기입시간을 길게 함으로써 얻어지는 것과 동일한 효과가, 도 9b에 나타낸 바와 같이 극성을 반전할 때의 기입전압의 절대치를 크게 하는 것에 의해서도 얻어진다. 즉, 도 9d에 나타낸 바와 같이, 화소전극에 유지된 전압이 거의 일정하게 유지된다.

실시예3

이 실시예3에 따른 액정표시장치의 구성으로서, 도 4에 나타낸 액정표시장치의 극성반전 제어회로(20)의 구성을 도 10에 나타내고, 이 극성반전 제어회로(20)의 동작을 설명하기 위한 타이밍챠트를 도 11a∼도 11g에 나타낸다. 도 11d는 도 11c에 나타낸 프레임시간을 확대해서 나타낸 도면이고, 도 11e∼도 11g는 도 11d와 같은 시간척도로 나타낸 것이다.

상기 극성반전 제어회로(20)는, 1프레임의 화면의 재기록시에 1주사선(라인)상에 위치하는 복수의 모든 화소전극의 극성을 반전하는 것으로, 기본적으로 화면내의 주사선의 수를 카운트하는 라인 카운터(49), 화면의 재기록횟수를 카운트하는 프레임 카운터(50) 및 비교기(51)로 이루어진 반전판정회로(52)를 갖추고, 도 4에 나타낸 표시타이밍 제어회로(23)로부터 공급되는 타이밍신호(22)에 의해 표시신호의 극성의 반전을 제어한다. 상기 라인 카운터(49)는, 화면의 재기록마다 도 11c에 나타낸 부극성의 동기신호(53)에 의해 클리어(리세트)되어, 도 11e 및 도 11f에 나타낸 바와 같이 화면마다 라인(54)의 수를 카운트한다. 한편, 프레임 카운터(50)는, 도 11f에 나타낸 바와 같이 화면의 재기록횟수(55)를 카운트하지만, 특히 리세트 등을 행하지 않고 1화면(56; 도 11b의 L)의 카운트가 종료되면, 다시 "1"부터 카운트동작을 시작한다. 비교기(51)에는, 이들 프레임 카운터(50)로부터의 화면의 재기록마다 갱신되는 수치와 라인 카운터(49)로부터 주사선마다 갱신되는 수치의 2종류의 수치가 공급되고, 이들 프레임 카운터(50) 및 라인 카운터(49)로부터의 수치가 어느 수치(n)에서 일치한 때에, 도 11g에 나타낸 바와 같이 그 일치출력(57)을 배터적 논리합회로(59)로 출력한다. 도 11a에 나타낸 신호(38)는, 도 4에 나타낸 표시타이밍 제어회로(23)에 공급되는 동기신호중의 수직동기신호이다.

상기 배터적 논리합회로(59)에는, 상기 일치출력(57) 외에, 극성반전신호를 유지하는 메모리(60)로부터의 출력이 입력되고, 일치출력(57)이 있을 때만 메모리(60)로부터의 출력을 반전한다. 즉, 프레임 카운터(50)의 출력이 n일 때는, n라인의 극성을 반전한다. 이 반전, 즉 갱신된 배터적 논리합회로(59)의 출력은, 스위칭회로(61) 및 래치회로(62)를 매개해서 도 4에 나타낸 표시타이밍 제어회로(23)로 출력된다. 또, 이 배터적 논리합회로(59)의 출력은, 스위칭회로(61)를 매개해서 다시 메모리(60)로 피드백되어 다음의 갱신동작까지 유지된다. 상기 메모리(60)의 어드레스는, 메모리 어드레스 카운터(63)에 의해 제어된다. 이 메모리 어드레스 카운터(63)의 어드레스는, 라인 카운터(49)와 같은 어드레스로 작성되어 있다.

이와 같이 극성반전 제어회로(20)에서 작성된 극성반전신호는 도 4에 나타낸 표시타이밍 제어회로(23)로 출력되고, 표시타이밍 제어회로(23)에서는 그 극성반전신호에 기초하여 표시신호의 극성반전이나 표시동작을 제어한다.

이러한 방법에 의해 액정표시장치를 구동하면, 도 12에 p프레임 및 p+1프레임에 대해 나타낸 바와 같이, 프레임 카운터의 출력이 n일 때는, 1프레임의 화면의 재기록시에 n라인(65)만 극성의 반전을 행하고, 프레임 카운터의 출력이 다음의 n+1로 된 때에 n+1라인(66)만 극성의 반전을 행한다. 그리고, 1프레임의 화면의 주사선의 수가 L인 경우는, L프레임의 화면을 재기록함으로써 화면 전체의 극성반전이 종료된다.

따라서, 상기 구동회로에 의해 액정표시소자를 구동하면, 표시신호의 극성을 반전할 때에 생기는 컨트라스트의 저하, 즉 그 액정표시소자를 전장 "0"의 상태에 둠으로써 생기는 투과율의 변화가 화면의 일부에 한정되어, 화면 전체의 컨트라스트의 열화를 방지할 수 있고, 고컨트라스트의 화질이 양호한 화상의 표시가 가능하게 된다.

이 실시예의 액정표시소자는 15인치 XGA이고, 화소사이즈는 길이 300㎛×폭 100㎛이며, 수평라인 반전구동모드(인접한 게이트선에 접속된 화소에 역극성의 전압이 인가된다)로 구동한다. 화면상에 3㎜×3㎜의 영역이 주어졌다고 가정하면, 이 영역내에는 10주사선(게이트선) 및 300화소가 존재한다. 소정의 프레임에서 1주사선에 대해 극성반전을 행한 경우, 정전압이 인가되는 화소의 수는 부전압이 인가되는 화소의 수와 같아진다. 도 12에 나타낸 바와 같이 극성반전을 행한 경우에는, 3㎜×3㎜의 영역에서 정극성의 화소수가 120이고, 부극성의 화소수가 180이다. 정극성의 화소수를 부극성의 화소수로 나누면, 0.667이 얻어진다. 이러한 정극성의 화소수와 부극성의 화소수의 차이는, 액정표시소자를 70°의 각도 내의 비스듬한 방향으로 볼 때 가시적으로 관측되지 않는다.

상기 극성반전동작의 순서는, 극성반전 제어회로(20)의 라인 카운터(49), 프레임 카운터(50) 및 비교기(51)의 구성에 의해 결정된다. 예컨대, 도 13에 나타낸 바와 같이, 라인 카운터(49)의 출력과 프레임 카운터(50)의 출력이 최상위비트 (MSB : Most Significant Bit)로부터 최하위비트(LSB : Least Significant Bit)까지 같은 배열을 갖는 경우는, 비교기(51)로부터의 일치출력은 1라인째로부터 L라인째까지 순서대로 출력되고, 이에 따라 그 순서대로 극성반전이 행해진다. 그 때문에, 1화면에서의 극성반전이 행해지는 위치는, 도 14에 선(68)으로 나타낸 바와 같이 되어 자칫하면 위로부터 아래로의 극성반전위치의 이동에 의해 생기는 극성반전의 폐해가 가시적으로 관측될 우려가 있다.

따라서, 이 극성반전위치를 가시적으로 인식하기 어렵게 하기 위해서는, 순서대로 극성반전의 위치를 변화시키기 보다는, 인접한 프레임에서, 바람직하게는 라인에서 규칙성이 인식되지 않도록 불규칙하게 극성반전을 행하면 좋다. 도 15에 그 일례로서, 라인 카운터(49)의 출력과 프레임 카운터(50)의 출력을, 최상위비트 (MSB)의 위치와 최하위비트(LSB)의 위치가 바뀌도록 배선조작을 한 경우를 나타낸다. 이와 같이 배선을 바꾸면, 도 16에 점(69)으로 나타낸 바와 같이, 극성을 불규칙하게 반전시킬 수 있다.

또, 상기 방법에 의해 극성반전을 행하면, 1프레임의 화면이 L프레임에서 구성되고 있는 경우, L프레임의 시간에서 전 라인의 극성반전이 완료된다. 그러나, 이 경우, 1라인씩 극성을 반전하기 때문에, 어떤 시각에는 화면의 모든 화소전극에 정극성 또는 부극성의 표시신호가 인가된다. 이와 같이 모든 화소전극에 정극성 또는 부극성의 표시신호가 인가되면, 그 정극성과 부극성의 차에 의해 플리커 등의 화질열화가 생길 가능성이 있다. 따라서, 이러한 경우는, 극성반전을 행하기 전(前)과 후(後)에서 1프레임의 화면중에 정극성의 표시영역과 부극성의 표시영역이 거의 같은 비율로 존재하도록 하면 좋다.

그를 위해서는, 도 10에 나타낸 극성반전 제어회로(20)에, 초기패턴 발생회로(71)를 설치하고, 이 초기패턴 발생회로(71)에 정극성과 부극성이 같은 비율로 존재하는 극성패턴을 입력해 두며, 전원의 투입시나 리세트신호가 인가될 때에, 정극성과 부극성이 같은 비율로 존재하는 극성패턴을 메모리(60)에 입력하면 좋다. 예컨대, 초기패턴 발생회로(71)에 초기치로서, 우수라인이 정극성, 기수라인이 부극성으로 되는 패턴을 설정한 것으로 하면, 1프레임의 화면에 정극성의 표시신호와 부극성의 표시신호가 같은 비율로 공급된다. 표시신호의 극성이 이와 같이 설정된 경우, 인접하는 2라인에 대해 동시에 극성반전을 행함으로써, 극성반전을 행하기 전과 후에서 정극성과 부극성의 비율이 변화하지 않도록 할 수 있다. 즉, 도 17에 n라인(65)과 n+1라인(66)의 극성을 반전하는 경우에 대해 나타낸 바와 같이, 극성반전전의 p프레임에 존재하는 정극성과 부극성의 비율은, 다음의 p+1프레임으로 된 경우, 극성의 배열은 변화해도 존재비율은 변화하지 않는다.

이와 같이 1프레임의 화면의 재기록시에 2라인에 대해 동시에 극성반전을 행하는 동작은, 라인 카운터(49)와 프레임 카운터(50)의 비트수를 1라인씩 극성반전하는 경우에 비해 1비트 적은 구성으로 함으로써, 간단히 실현할 수 있다.

실시예4

실시예3에서는, 극성반전을 라인마다 행하는 경우에 대해 설명했지만, 화소전극마다 극성반전을 행하는 경우에도, 극성반전 제어회로를 제외하고 동일한 구성으로 실현할 수 있다.

도 18에 이 화소전극마다 극성반전을 행하는 경우의 극성반전 제어회로를 나타낸다. 이 극성반전 제어회로(20)는, 기본적으로는 도 10에 나타낸 극성반전 제어회로의 라인 카운터를 화소카운터(73)로 치환함으로써 얻어진다. 또, 프레임 카운터(50), 비교기(51) 및 메모리(60)의 비트수를, 1프레임의 화면중에 존재하는 화소수에 상당하는 비트수로 확장하고, 극성반전을 화소마다 행한다. 그 외는, 라인마다 극성반전을 행하는 경우와 같은 동작에 의해 극성반전을 행할 수 있다.

이 경우, 초기패턴 발생회로(71)에 정극성과 부극성이 같은 비율로 존재하는 극성패턴, 예컨대 우수화소가 정극성, 기수화소가 부극성으로 되는 극성패턴을 입력해 두고, 우수개의 화소전극을 동시에 극성반전할 수 있다. 그 결과, 1프레임의 화면중에 화소전극마다 극성이 다른 표시신호가 같은 비율로 존재하는 상태에서, 극성반전의 동작을 행할 수 있다.

또, 화소마다의 극성반전의 순서, 즉 인접한 프레임에서 어느 위치의 화소의 극성을 반전하는가는, 라인마다 극성반전을 행하는 경우와 마찬가지로, 비교기(51)로 입력하는 화소카운터(73)와 프레임 카운터(50)의 출력비트를 바꿈으로써, 임의의 순서로 극성반전을 행할 수 있다.

상기와 같이 화소마다 극성반전을 행함으로써, 라인마다 극성반전을 행하는 경우보다도, 더 미소한 영역에서 극성반전을 행하기 때문에, 표시신호의 극성을 반전할 때에 생기는 컨트라스트의 저하를 방지할 수 있고, 고컨트라스트의 화질이 양호한 화상의 표시가 가능하게 된다.

실시예5

자발분극을 갖는 액정이 화소전극과 대향전극과의 사이에 배치된 액정표시장치에서는, 표시신호의 극성반전의 주기를 길게 해도, 이전의 화상이 남는 이미지 스틱킹현상이 쉽게 발생하지 않는다. 그러나, 장시간 정지화상을 표시시키면, 그 화상이 남는 이미지 스틱킹현상이 발생한다.

액정표시장치의 이미지 스틱킹현상은, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 액정표시소자(24)의 배향막(32a,32b)의 표면부분에 도전성을 갖게 함으로써, 배향막의 표면에 축적되는 전하를 분산 또는 제거시킬 수 있고, 그에 따라 이미지 스틱킹현상을 방지할 수 있다.

이와 같이 자발분극을 갖는 액정이 화소전극과 대향전극과의 사이에 배치되고, 배향막(32a,32b)의 표면부분에 도전성을 갖게 한 액정표시장치에 있어서, 소정의 프레임기간마다 표시신호의 극성을 반전하는 것은 임의이다.

상기 액정표시소자(24)의 배향막(32a,32b)의 표면부분에 도전성을 갖게 하기 위해서는, 예컨대 폴리이미드수지로 이루어진 배향막(32a,32b)의 표면부분에 도전성 물질을 용해한다.

그 도전성 물질로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전자공여체(elec tron donor)와 전자수용체(electron acceptor)를 1 : 1의 몰(mole)비로 반응시켜서 얻어지는 유기전하이동착체(organic charge-transfer complex)가 바람직하다. 그 전자공여체로서는,

비스(에틸렌디티오)테트라티아풀발렌

비스(메틸렌디티오)테트라티아풀발렌

비스(트리메틸렌디티오)테트라티아풀발렌

4,4´-디메틸테트라티아풀발렌

테트라키스(옥타데실티오)테트라티아풀발렌

테트라키스(n-펜틸티오)테트라티아풀발렌

테트라키스(알킬티오)테트라티아풀발렌

테트라티아풀발렌

트리스(테트라티아풀발렌)비스(테트라플루오로보레이트)

등이 있다.

또, 전자수용체로서는,

비스(테트라-n-부틸암모늄)테트라시아노페노키노메타니드

2,5-디메틸-7,7,8,8-테트라시아노키노디메탄

11,11,12,12-테트라시아노나프트-2,6-키노디메탄

7,7,8,8-테트라시아노키노디메탄

테트라시아노키노디메탄

등이 있다.

이들 전자공여체 및 전자수용체로 이루어진 유기전하이동착체는, 폴리이미드수지에 대해 0.001∼20중량%, 바람직하게는 0.1∼2중량% 용해함으로써 얻어진다. 0.001중량%보다도 작은 경우는, 이미지 스틱킹현상을 방지하는 효과가 충분히 크지 않다. 또, 20중량%를 넘으면, 약간의 유기전하이동착체가 용해되지 않은 채 남아 폴리이미드막을 배향막으로서 사용할 수 없게 된다.

다음에는, 이 실시예5의 구체예에 대해 설명한다.

도 5a 및 도 5b에 나타낸 구성의 액정표시소자(24)에 있어서, 매트릭스형상으로 TFT 및 화소전극(31)이 형성된 제1기판(28)과 컬러필터(33) 및 대향전극(34)이 형성된 제2기판(29)에, 각각 가용성 폴리이미드수지, 예컨대 니혼 고우세이 고무 가부시키가이샤제 AL-1031로 이루어진 박막의 표면에, 전자공여체로서 테트라키스(n-펜틸티오)테트라티아풀발렌, 전자수용체로서 7,7,8,8-테트라시아노키노디메탄로 이루어진 유기전하이동착체를 1중량% 용해하여 배향막(32a,32b)을 형성하고, 이들 배향막(32a,32b)을 매개해서 화소전극(31)과 대향전극(34) 사이에 미츠이 세키유 가가쿠 가부시키가이샤제 MCL-0049로 이루어진 반강유전성 액정을 밀봉하여 높이 8.0㎜, 폭 10.7㎜, 셀갭 2㎛의 액정표시소자를 제작했다.

그리고, 화소전극과 대향전극 사이에 인가되는 전압의 극성반전을 150분마다 행했다. 그 결과, NTSC TV 비디오영상이 표시되었고, 100:1의 높은 컨트라스트가 얻어졌다. 120분간 정지화상을 표시한 다음, 그 화상은 이동화상으로 되었지만, 정지화상이 이동화상과 포개지는 것은 관측되지 않았다. 즉, 이미지 스틱킹현상은 발생하지 않았다.

또, 배향막의 표면부분에 유기전하이동착체를 용해하지 않고 제작한 동일 구조의 액정표시소자도, 화소전극과 대향전극 사이에 인가되는 전압의 극성반전을 150분마다 행했다. 그 결과, NTSC TV 비디오영상이 표시되었고, 100:1의 높은 컨트라스트가 얻어졌다. 그러나, 이 액정표시소자에서는, 120분간 정지화상을 표시한 다음, 그 화상은 이동화상으로 되었지만, 정지화상이 이동화상과 포개지는 것이 관측되었다. 즉, 이미지 스틱킹현상이 발생하였고, 화질이 저하되었다.

이 실시예는, 배향막의 표면이 도전성을 갖는 것을 특징으로 하고 있지만, 바람직하게는 배향막의 표면부분의 저항률을 10⁷∼10⁹Ω·㎝로 하면 좋다.

실시예6

이 실시예는, 극성반전주기를 6.4sec로 하고, 표시소자를 신호선반전 구동모드로 구동하며, 1주사선(게이트선)에 접속된 복수의 화소를 1단위로 하여 극성반전을 행하는 액정표시소자의 구조를 제외하고, 실시예1과 유사하다.

먼저, 매트릭스형상으로 배열된 TFT소자 및 화소전극을 갖춘 제1기판과, 컬러필터 및 그 위에 형성된 블랙 매트릭스(black matrix)를 갖춘 제2기판을 준비한다.

상기 TFT소자의 구조를 도 5b 및 도 5c를 참조하여 이하에 설명한다. 상기 제1기판상에 형성된 게이트전극(37)은 게이트산화막과 실리콘산화막의 적층구조를 갖는 게이트절연막으로 피복되어 있고, 이 게이트절연막상에는 다결정실리콘박막으로 이루어진 반도체 박막이 형성되어 있다. 상기 반도체 박막상에는, 채널형성시에 이 반도체 박막을 보호하기 위한 실리콘질화막으로 이루어진 채널보호막이 형성되어 있다. 상기 반도체 박막에는 저항성 접촉층(ohmic contact layer)을 매개해서 소오스전극이 전기적으로 접속되어 있고, 상기 반도체 박막과 채널보호막상에는 신호선을 구성하는 드레인전극이 형성되어 있다. 또, 이 구조상에는 벤조시클로부틴중합체의 광감응성 수지로 이루어진 4㎛의 두께를 갖는 평탄화막이 형성되어 있다. 이 평탄화막상에 화소전극이 형성되어 있고, 평탄화막내에 관통구멍(through hole)이 형성되어 있기 때문에, 이 관통구멍을 통해 상기 소오스전극과 상기 대향전극이 접속되고 있다. 이와 같이 신호선(36)을 평탄화막으로 피복함으로써, 제2기판상의 대향전극과의 단락회로에 의해 일어나는 결함의 발생을 억제할 수 있다.

다음에는 제2기판의 구조에 대해 설명한다. 제2기판의 내면에는, 크롬의 블랙 매트릭스가 형성되어 있다. 이 블랙 매트릭스상에는 광감응성 수지가 형성되어 PEP공정에 의해 적색 컬러필터를 형성한다. 마찬가지로, 녹색 및 청색 컬러필터를 형성한다. 이때, 그 안에 분산된 적색안료를 갖는 광감응성 수지, 그 안에 분산된 녹색안료를 갖는 광감응성 수지 및 그 안에 분산된 청색안료를 갖는 광감응성 수지는, 게이트선과 대향하는 블랙 매트릭스의 일부에 오버랩된 형상으로 형성되어, 길이 7㎛, 폭 4㎛ 및 높이 2㎛를 갖는 컬럼(column)모양의 돌기부를 형성한다. 이 돌기부는, 셀을 형성할 때에 제1기판과 제2기판간의 거리를 일정하게 유지하기 위한 스페이서로서 기능한다. 그후, 이 결과적인 구조상에, ITO의 투명도전막으로 이루어진 대향전극을 형성한다. 투명도전막상의 화소영역의 전면에 산화실리콘으로 이루어진 절연막을 100㎚의 두께로 형성한다. 따라서, 제1기판상의 화소, 신호전극 및 TFT와 대향전극이 더스트(dust) 등을 통해 서로 단락되어 단락회로를 형성하는 것을 방지할 수 있다.

그 위에 TFT소자를 갖춘 제1기판과 컬러필터 및 그 위에 형성된 블랙 매트릭스를 갖춘 제2기판에, 각각 열설정 폴리이미드(thermosetting polyimide)(닛산 가가쿠 가부시키가이샤에 의해 제조된 SE-150)의 박막을 배향막으로서 오프셋인쇄하고, 그 폴리이미드막을 열판에 의해 90℃에서 30분간 경화시킨 다음, N₂오븐내에서 220℃, 60분간 더 경화시킨다. 이렇게 해서 형성된 막두께 60㎛의 폴리이미드 배향막을 러빙처리한다. 이 경우, 러빙방향은 제1 및 제2기판에 대해 서로 평행상태로 설정되고, 교차하는 러빙각도는 5°로 설정된다.

다음으로, 제2기판의 주변부에 열설정 에폭시수지로 이루어진 밀봉재를 인쇄하고, 그 반대측의 각각에 하나의 주입구를 형성한다. 이들 제1 및 제2기판을 서로 대향하도록 조합시키고, 160℃에서 3시간동안 가열하거나, 혹은 가압상태에서 밀봉재를 경화시켜 액정셀을 형성한다. 그후, 상기 주입구중의 하나에 튜브를 접속하여 압력을 낮추고, 100℃로 가열하면서 다른 주입구로부터 무임계치 반강유전성 액정(미츠이 세키유 가가쿠 가부시키가이샤에 의해 제조된 MLC계열; 상시리즈(phase series): 고상→-30℃→스메틱 C상→70℃→스메틱 A상→80℃→등방성 상; 응답시간=300㎲)을 주입한 다음, 주입구를 에폭시계 수지로 밀봉한다. 셀의 셀갭은 2.0㎛로 했다.

그후, 제1기판에 편향판의 전송축이 제2기판 외부의 러빙방향과 거의 평행(대략 2.5°)으로 되도록 편향판을 부착한다. 또, 편향판에 시이트형상의 히터를 부착한다. 상기 시이트형상의 히터는, 폴리카보나이트기판상에 ITO 등의 투명도전막을 형성함으로써 얻어지고, 0℃이하의 적용환경에서도 좋은 표시품위가 얻어지도록 액정에 열을 공급한다. 손가락 등에 의해 누름으로써 액정표시소자에 힘이 가해졌을 때에, 예컨대 시이트형상의 히터가 인가된 힘을 약화시키는 완충부재로서 기능한다. 이렇게 해서, 대각방향폭이 15인치의 액정표시소자를 완성한다.

이후, 이 액정표시소자를, 게이트선에 25V의 DC전압을 인가하여 게이트를 온상태로 유지하고, 신호선에 20V의 구형파(1㎐)를 인가하며, 대향전극에 0V를 인가하면서 전압인가 배열처리를 하여, 이 액정표시소자를 30분동안 90℃로부터 실온으로 서서히 식힌다. 이 동작에 의해, 액정의 배열이 균일하게 이루어진다. 상기한 액정표시소자에는 구동회로를 탑재한다. 또, 제1기판의 외부에는 배경광을 장착하고, 케이싱에 넣음으로써 액정표시장치를 완성한다.

이하, 구동방법에 대해 설명한다. 도 19a 및 도 19b에, 1라인에 접속된 화소에 대한 게이트신호 및 화소전극과 대향전극 사이에 인가되는 전압(기입전압)을 나타낸다. 이 실시예의 액정표시장치의 선명도는 XGA레벨로 설정되어 있기 때문에, 게이트선의 수는 768로 된다. 그러나, 액정표시장치의 화소를 상부 및 하부의 2그룹으로 분할하여 구동하고 있기 때문에, 1프레임시간(16.67㎳)에 주사되는 게이트선의 수는 384로 된다. 이 실시예에서는, 게이트 온시간이 42㎲로 되어 있기 때문에, 공백시간은 16.67㎳ - 42㎲ × 384 = 0.54㎳로 된다. 이 공백시간을 이용함으로써, 게이트 온시간(기입시간)이 극성반전시에 504㎲로 확대된다.

도 19a에 있어서, 1프레임에서 i번째 게이트선에 접속된 화소에 대해서는 부로부터 정으로의 극성반전을 행한다. 신호선반전 구동동작을 행하기 때문에, 1프레임에서 도 19a에 나타낸 i번째 화소에 인접한 화소에 대해서는 정으로부터 부로의 극성반전을 행한다. 1프레임마다 1게이트선의 비율로 극성반전을 행한다. 따라서, 모든 화소에 대하여 반전동작을 종료하는데 필요한 시간, 즉 어떤 화소의 극성반전의 주기는 16.67㎳ × 384 = 6.4sec로 된다.

극성반전시의 기입동작에서는, 168㎲의 첫 번째 시간에 Vh가 인가되고, 336㎲의 마지막 시간에 표시신호에 대응하는 전압(Va)이 인가된다. 바꾸어 말하면, 신호선(도시하지 않음)의 신호전압으로서, 첫 번째 168㎲의 시간에 Vh가 인가되고, 이어지는 2이상의 프레임의 프레임시간의 나머지 기간에 표시신호에 대응하는 전압(Va)이 인가된다. Vh의 절대치를 Va의 절대치보다 크게 설정함으로써, 극성반전시의 광강도의 저하를 방지할 수 있다. Vh를 ±7V로 하고, Va의 최대 및 최소치를 ±5V로 하며, 표시신호가 1, 2프레임에서 변화하지 않고 유지되는 것으로 한 경우에는, 1프레임에서의 광강도와 2프레임에서의 광강도가 서로 같아져서 극성반전시의 광강도의 변화가 전혀 관측되지 않았다.

극성반전동작의 순서는 n=1, 13, 25, …, 373, 2, 14, …, 384와 같이 설정된다. 즉, i번째 화소에 대한 극성반전을 1프레임에서 행하면, (i+12)번째 화소에 대한 극성반전은 2프레임에서 행한다. 따라서, 어떤 프레임 및 다음 프레임에서 극성반전을 행하는 게이트선이 서로 멀리 떨어져 있기 때문에, 극성반전시의 광강도의 변화가 시각적으로 더 관측되기 어렵게 된다.

그 외, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.

상술한 바와 같이, 전장의 인가에 의해 유기되는 자발분극 또는 고유 자발분극을 갖는 액정이 매트릭스형상으로 배열된 화소전극과 대향전극과의 사이에 배치된 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 프레임시간을 TF, 액정의 응답시간을 τ, 기입시간을 TK로 했을 때, TS≥TF×(τ/TK)〉1의 표현을 만족하는 TS시간마다 전극간에 인가하는 전압의 극성반전을 행하면, 극성을 반전할 때의 컨트라스트의 저하를 저감할 수 있어 고컨트라스트의 화질이 양호한 화상의 표시가 가능하게 된다.

또, 배향막의 표면에 도전성을 갖게 하고, 소정의 프레임시간마다 극성반전을 행하도록 해도, 마찬가지로 고컨트라스트의 화질이 양호한 화상의 표시가 가능하게 된다.

Claims (20)

1. 매트릭스형상으로 배열된 복수의 화소전극과 이들 화소전극에 대향하도록 배치된 대향전극과의 사이에 배치된 자발분극을 갖는 액정을 이용한 액정표시장치의 구동방법에 있어서,

   상기 복수의 화소전극과 상기 대향전극 사이에 인가되는 전압의 적어도 일부의 극성을 주기적으로 반전하는 극성반전공정과,

   상기 화소전극에 인가된 전압에 각각 대응하여 표시전압을 유지하도록 상기 화소전극에 전압을 인가하는 기입공정을 구비하고,

   상기 극성반전공정은, 프레임시간을 TF, 액정의 응답시간을 τ, 기입시간을 TK, 극성반전을 행하기 위한 주기를 TS로 했을 때, TS/TF≥τ/TF≥2의 표현을 만족하도록 극성반전을 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기입공정은, 상기 복수의 화소전극중에서 극성반전을 행하는 화소전극에 대한 기입시간을 상기 극성반전을 행하는 화소전극 이외의 화소전극에 대한 기입시간보다 길게 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 기입공정은, 상기 복수의 화소전극중에서 극성반전을 행하는 화소전극의 각각에 대한 기입전압을 상기 극성반전을 행하는 화소전극 이외의 화소전극의 각각에 대한 기입전압보다 높게 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 극성반전공정은, 1화면에 있어서 상기 화소전극의 적어도 일부에 인가되는 전압의 극성을 반전하는 공정을 포함하고,

   상기 극성반전이 행해지는 상기 화소전극의 적어도 일부를 순차적으로 변화시키면서 상기 화면 전 부분에 대한 극성반전을 종료하는 복수의 부공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
5. 제5항에 있어서, 상기 극성반전공정은, 1화면에서의 극성반전을 상기 복수의 화소전극중 적어도 1개에 대해 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 극성반전공정은, 1화면에서의 극성반전을 상기 복수의 화소전극중 적어도 1주사선상에 위치하는 모든 화소전극에 대해 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 극성반전공정은, 1화면의 3㎜×3㎜의 소망하는 영역내에서 정전압이 인가되는 화소전극과 부전압이 인가되는 화소전극의 비율을 0.5∼2의 범위내에서 설정한 상태에서 극성반전을 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 TS/TF≥2의 표현을 만족하도록 극성반전을 행하는 공정은 1화면의 일부 영역에서 행하고, 상기 일부 영역 이외의 영역에서는 1프레임마다 극성반전을 행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 TS/TF≥2의 표현을 만족하도록 극성반전을 행하는 공정은 시간의 경과에 따른 기간동안 간헐적으로 행하고, 다른 기간에서는 1프레임마다 극성반전을 행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 화소전극과 상기 대향전극 위에 각각 형성되고, 그 표면부분에 전기적으로 도전성을 갖게 한 배향막을 더 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
11. 제1기판과,

    상기 제1기판상에 매트릭스형상으로 배열된 복수의 화소전극,

    상기 복수의 화소전극이 형성되어 있는 상기 제1기판의 표면에 대향하도록 배치된 제2기판,

    상기 제2기판상에 상기 복수의 화소전극과 대향하도록 형성된 대향전극 및,

    자발분극을 가지면서 상기 제1 및 제2기판 사이에 유지된 액정을 구비하고,

    상기 복수의 화소전극과 상기 대향전극 사이에 인가되는 전압의 일부에 대한 주기적인 극성반전동작과, 상기 화소전극에 인가된 전압에 각각 대응하여 표시전압을 유지하도록 상기 화소전극에 전압을 인가하는 기입동작을 갖추고 있으며,

    상기 극성반전동작이 프레임시간을 TF, 액정의 응답시간을 τ, 기입시간을 TK, 극성반전을 행하기 위한 주기를 TS로 했을 때, TS/TF≥τ/TK≥2의 표현을 만족하도록 극성반전을 행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
12. 제12항에 있어서, 상기 기입동작은, 상기 복수의 화소전극중에서 극성반전을 행하는 화소전극에 대한 기입시간을 상기 극성반전을 행하는 화소전극 이외의 화소전극에 대한 기입시간보다 길게 하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 기입동작은, 상기 복수의 화소전극중에서 극성반전을 행하는 화소전극의 각각에 대한 기입전압을 상기 극성반전을 행하는 화소전극 이외의 화소전극의 각각에 대한 기입전압보다 높게 하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 극성반전동작은, 1화면에 있어서 상기 화소전극의 적어도 일부에 인가되는 전압의 극성을 반전하는 동작을 포함하고,

    상기 극성반전이 행해지는 상기 화소전극의 적어도 일부를 순차적으로 변화시키면서 상기 화면 전 부분에 대한 극성반전을 종료하는 복수의 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
15. 제16항에 있어서, 상기 극성반전동작은, 1화면에서의 극성반전을 상기 복수의 화소전극중 적어도 1개에 대해 행하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
16. 제16항에 있어서, 상기 극성반전동작은, 1화면에서의 극성반전을 상기 복수의 화소전극중 적어도 1주사선상에 위치하는 모든 화소전극에 대해 행하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 극성반전동작은, 1화면의 3㎜×3㎜의 소망하는 영역내에서 정전압이 인가되는 화소전극과 부전압이 인가되는 화소전극의 비율을 0.5∼2의 범위내에서 설정한 상태에서 극성반전을 행하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
18. 제12항에 있어서, 상기 TS/TF≥2의 표현을 만족하도록 극성반전을 행하는 동작은 1화면의 일부 영역에서 행하고, 상기 일부 영역 이외의 영역에서는 1프레임마다 극성반전을 행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
19. 제12항에 있어서, 상기 TS/TF≥2의 표현을 만족하도록 극성반전을 행하는 동작은 시간의 경과에 따른 기간동안 간헐적으로 행하고, 다른 기간에서는 1프레임마다 극성반전을 행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
20. 제12항에 있어서, 상기 화소전극과 상기 대향전극 위에 각각 형성되고, 그 표면부분에 전기적으로 도전성을 갖게 한 배향막을 더 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

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