KR100302646B1 - 플라즈마 어드레스 전기광학 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 어드레스 전기광학 장치의 교류 구동을 행하는데 있어서 저전압화를 도모한다. 상측 유리 기판(4)의 내측 표면에는 신호 전극(L)이 형성되어 있다. 하측 유리 기판(7)의 내측 표면에는 신호 전극(L)과 직교하는 애노드(A)와 캐소드(K)로 이루어지는 복수의 플라즈마 전극(8)이 형성되어 있다. 상측의 유리 기판(4)과 중간의 유전체 시트(3)와의 사이에는 액정층(6)이 충전되어 있다. 또, 유전체 시트(3)와 하측 유리 기판(7)의 사이에는 플라즈마실(11)이 형성되어 내부에 이온화 가능한 가스가 봉입되어 있다. 캐소드(K)와 애노드(A) 사이의 방전에 의해 상기 가스를 선택적으로 이온화하고, 이 이온화 가스의 국한된 방전 영역을 주사 단위로 하여 신호 전극(L)과 방전 영역의 교차부에 위치하는 액정층(6)을 구동한다. 이 구동 회로에는 반전 회로(22)가 포함되어 있고, 액정층(6)의 구동 전압(VL)의 중간 정도의 전위(VLref)를 기준으로 하여, 신호 전극(L)에 인가하는 화상 신호(SL)와 상기 애노드(A)의 전위(SA)를 동시에 반전하도록 하고 있다.

Description

플라즈마 어드레스 전기광학 장치 및 그 구동 방법
본 발명은 액정 셀 등의 전기광학 셀과 플라즈마 셀의 2층 구조로 이루어지는 플라즈마 어드레스 전기광학 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 그 저전압화를 목적으로 하는 전기광학 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
종래, 전기광학 셀로서 액정 셀을 사용한 매트릭스형의 전기광학 장치, 예를 들면, 액정 표시 장치를 고해상도화(高解像度化), 고콘트라스트화하기 위한 수단으로서는, 각 화소마다 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자를 배설하고, 이것을 선순차(線順次)로 구동하는 액티브 매트릭스 어드레스 방식이 일반적으로 알려져 있다. 그러나, 이 경우 박막 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 기판 상에 다수 배설할 필요가 있고, 특히 대면적화할 때 제조 수율이 나빠진다는 문제점이 있다.
그래서, 이 문제점을 해결하는 수단으로서 부자크 등은 일본국 특개평 1-217396호(1989년) 공보에 있어서, 박막 트랜지스터 등으로 이루어지는 스위칭 소자에 대신하여 플라즈마 스위치를 이용하는 방식을 제안하고 있다. 다음에, 플라즈마 방전에 의한 스위치를 이용하여 액정 셀을 구동하는 플라즈마 어드레스 표시 장치의 구성을 간단히 설명한다. 제4도에 도시한 바와 같이, 이 장치는 액정 셀(101)과 플라즈마 셀(102)과 양자 사이에 개재되는 유전체(誘電體) 시트(103)로 이루어지는 적층 평판 패널 구조를 가지고 있다. 플라즈마 셀(102)은 유리 기판(104)을 사용하여 구성되어 있으며, 그 표면에 복수의 평행한 홈(105)이 형성되어 있다. 이 홈(105)은, 예를 들면 행렬(行列)매트릭스의 행방향으로 연장되어 있다. 각 홈(105)은 유전체 시트(103)에 의해 밀봉되어 있고, 개개로 분리된 플라즈마실(106)을 구성하고 있다. 이 밀봉된 플라즈마실(106)에는 이온화 가능한 가스가 봉입(封入)되어 있다. 인접하는 홈(105)을 사이에 둔 볼록한 부분(107)은 개개의 플라즈마실(106)을 구분하는 격벽(隔璧)의 역할을 하는 동시에 각 플라즈마실(106)의 갭 스페이서로서의 역할도 하고 있다. 각 홈(105)의 바닥 부분에는 서로 평행한 한 쌍의 플라즈마 전극(108, 109)이 배설되어 있다. 한 쌍의 전극은 애노드 및 캐소드로서 기능하고, 플라즈마실(106)내의 가스를 이온화하여 방전 플라즈마를 발생한다. 이러한 방전 영역은 행주사(行走査)단위로 된다.
한편, 액정 셀(101)은 투명 기판(110)을 사용하여 구성되어 있다. 이 투명 기판(110)은 유전체 시트(103)에 일정한 틈(crack)을 통하여 대향 배치되어 있고, 상기 틈 내에는 액정층(111)이 충전되어 있다. 또, 투명 기판(110)의 내측 표면에는 투명 도전 재료로 이루어지는 신호 전극(112)이 형성되어 있다. 이 신호 전극(112)은 플라즈마실(106)과 직교하여 있고, 열구동(列驅動) 단위로 된다. 열구동 단위와 행주사 단위의 교차 부분에 매트릭스형의 화소(畵素)가 규정된다.
이러한 구성을 가지는 표시 장치에 있어서는, 플라즈마 방전이 행하여지는 플라즈마실(106)을 선순차로 전환 주사하는 동시에, 이 주사에 동기하여 액정 셀측의 신호 전극(112)에 화상 신호를 인가함으로써 표시 구동이 행하여진다. 플라즈마실(106)내에 플라즈마 방전이 발생하면 내부는 거의 균일하게 애노드 전위로 되어 1행마다 화소 선택이 행하여진다. 즉, 플라즈마실(106)은 샘플링 스위치 기능을 한다. 플라즈마 샘플링 스위치가 도통한 상태로 각 화소에 화상 신호가 인가되면, 샘플링 홀드가 행하여져서 화소의 점등 또는 소등을 제어할 수 있다. 플라즈마 샘플링 스위치가 비도통 상태로 된 후에도 화상 신호는 그대로 화소 내에 유지된다.
그런데, 플라즈마 방전이 발생하면 애노드 전위와 신호 전극의 전위와의 차분(差分)이 액정층(111)과 유전체 시트(103)의 2층 구조에 인가된다. 따라서, 액정층에 실제로 인가되는 전압은 이 차분을 액정 용량과 유전체 시트 용량에 따라 분할된 것으로 된다. 이 용량 분할에 의한 전압 강하된 용량을 예상하여 신호 전극에는 실제의 구동에 필요한 전압의 10배 정도에 상당하는 고전압이 인가된다. 또한, 액정의 열화를 방지하기 위해 교류 구동을 행할 필요가 있다. 종래 애노드 전위를 기준 또는 중심으로 하여, 예를 들면, 프레임마다 신호 전극에 인가되는 구동 전압의 극성(極性)을 반전하고 있었다. 그러므로, 액정의 구동에 실제 필요한 전압의 약 2배에 상당하는 전원전압이 필요하게 되고, 앞에 기술한 용량 분할에 의한 전압 강하된 용량에 가해서 극성 반전을 행하기 위해 구동 전압이 극단으로 높아진다. 그러므로, 액정 구동 회로의 구성상 과중한 부하가 발생하여 집적회로화를 행하는데 있어서 곤란이 생기고 있었다는 과제 또는 문제점이 있다.
전술한 종래의 기술의 과제를 감안하여, 본 발명은 플라즈마 어드레스 전기 광학 장치의 저전압 구동화를 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 다음의 수단을 강구하였다. 본 발명에 적용되는 플라즈마 어드레스 전기광학 장치는, 일정한 주면(main surface) 상에 서로 평행하게 배열된 복수의 제1 전극 또는 신호전극을 갖는 제1의 기판 예를 들면 액정 셀 기판과, 상기 신호 전극과 직교하고 또한 서로 평행으로 배열된 애노드와 캐소드로 이루어지는 복수의 제2 전극 또는 플라즈마 전극을 갖는 동시에 이 플라즈마 전극이 상기 신호 전극과 대향하도록 배치된 제2의 기판 또는 플라즈마 셀 기판과, 양 기판 사이에 삽입된 전기광학 재료층 예를 들면 액정층과, 이 액정층과 상기 플라즈마 셀 기판의 사이에 유전체 시트를 통하여 형성된 이온화 가능한 가스를 봉입하기 위한 플라즈마실을 구비하고 있다. 또, 인접하는 플라즈마 전극간 즉 애노드/캐소드 사이의 방전에 의해 상기 가스를 선택적으로 이온화하고, 이 이온화 가스의 국한된 방전 영역을 주사 단위로 하여 상기 신호 전극과 방전 영역의 교차부에 위치하는 액정층을 구동하는 수단을 가진다. 본 발명의 특징 사항으로서, 상기 액정층의 구동 전압의 중간 정도의 전위를 기준으로 하여, 상기 신호 전극에 인가하는 화상 신호와 상기 애노드의 전위를 동시에 반전하는 수단을 구비하고 있다.
본 발명에 의하면, 어떤 프레임 기간에 있어서 화상 신호가 정극성(正極性)으로 되고 애노드 전위가 부극성(負極性)으로 된다. 따라서, 액정층 정확하게는 화소에 대하여 양자의 차에 따른 정극성의 구동 전압이 인가된다. 다음의 프레임에 있어서는 화상 신호가 부극성 측으로 반전하고, 애노드 전위가 정극성 측으로 반전한다. 따라서, 양자의 차에 따른 부극성의 구동 전압이 화소에 인가된다. 이로써, 프레임마다 구동 전압이 반전하고, 교류 구동이 행하여진다. 이 때, 직류 성분의 인가를 방지하기 위하여 화상 신호 반전을 위한 기준 전위와 애노드 전위 반전을 위한 기준 전위를 일치시키도록 하고 있다. 신호 전극의 전위, 즉 신호 전위와 애노드 전위를 교대로 반전하도록 하고 있으므로 실제의 화소 구동에 필요한 전압의 최대치에 상당하는 전원전압을 준비하면 된다. 이에 대하여, 종래와 같이 고정된 애노드 전위에 대하여 신호 전위를 정극성 측과 부극성 측으로 한 경우에는 실제의 구동에 필요한 전압의 2배에 상당하는 전원전압이 필요하게 된다.
제1도는 본 발명에 관한 플라즈마 어드레스 전기광학 장치의 기본적인 구성을 도시한 도면.
제2도는 제1도에 도시한 플라즈마 어드레스 전기광학 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도.
제3도는 제1도에 도시한 플라즈마 어드레스 전기광학 장치의 전체 회로 구성도.
제4도는 종래의 플라즈마 어드레스 전기광학 장치의 일례를 도시한 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 액정 셀 2 : 플라즈마 셀
3 : 유전체 시트 4 : 유리 기판
6 : 액정층 7 : 유리 기판
8 : 플라즈마 전극 11 : 플라즈마실
21 : 액정 드라이버 22 : 반전 회로
23 , 24 : 정전압 전원 25 : 비교기
26 : 플라즈마 드라이버 27 : 제어 회로
28 : 표시 화소 A : 애노드
K : 캐소드 L : 신호 전극
다음에, 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 제1도는 본 발명에 관한 플라즈마 어드레스 전기광학 장치를 도시한 도면이고, 패널 부분과 외부에 부착되는 구동 회로 부분을 도시하고 있다. 플라즈마 어드레스 패널은 액정 셀(1)과 플라즈마 셀(2)과 양자간에 개재되는 극히 얇은 유전체 시트(3)와 적층한 구조를 가진다. 액정 셀(1)은 유리 기판(4)을 사용하여 구성되어 있고, 그 내측의 주면(main surface)에는 투명 도전막으로 이루어지는 복수 개의 신호 전극(L)이 열방향에 따라서 서로 평행으로 형성되어 있으며 열구동 단위를 구성한다. 기판(4)은 스페이서(5)를 사용하여 일정한 틈을 통하여 유전체 시트(3)에 접착되어 있다. 상기 틈 내에는 전기광학 재료층인 액정층(6)이 충전되어 있다. 본 실시예에 있어서는 유체(流體)의 전기광학 재료가 사용되고 있으나, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전기광학 결정판(結晶板)을 사용할 수도 있다. 또, 본 실시예는 플라즈마 어드레스 표시 장치에 관한 것이지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것은 아니며, 광학 변조장치 등 널리 플라즈마 어드레스 전기광학 장치에 적용 가능하다.
한편, 플라즈마 셀(2)은 하측의 유리 기판(7)을 사용하여 구성되어 있다. 기판(7) 내측의 주면 상에는 신호 전극(L)에 직교하는 플라즈마 전극(8)이 형성되어 있고, 교대로 애노드(A)와 캐소드(K)의 기능을 한다. 개개의 플라즈마 전극(8)에 정합(整合)하여 격벽(19)이 형성되어 있고, 그 정상 부분(top portion)에는 유전체 시트(3)에 맞닿아 있다. 기판(7)은 밀봉재(seal; 10)를 사용하여 유전체 시트(3)에 접착되어 있다. 양자 사이에는 밀봉된 플라즈마실(11)이 형성되어 있고, 그 내부에는 이온화 가능한 가스가 봉입되어 있다. 가스 종류는 예를 들면 헬륨, 네온, 아르곤 또는 이들의 혼합 기체로부터 선택할 수 있다. 이 플라즈마실(11)은 격벽(19)에 의해 분할되어 있고, 개별적으로 행주사 단위로 되는 방전 영역을 구성한다. 이 행주사 단위와 신호 전극(L)으로 이루어지는 열구동 단위와의 사이에 표시 화소가 구성된다.
한편, 구동 회로 부분에는 신호 전극(L)에 화상 신호(SL)를 공급하기 위한 액정 드라이버(21)와, 애노드(A)에 일정한 전위(SA)를 부여하는 반전 회로(22)가 포함되어 있다. 액정 드라이버(21)는 일정한 출력 전압(VL)을 가지는 정전압 전원(23)에 의해 전력의 공급을 받는다. 이로써, 액정 드라이버(21)는 거의 0 볼트로 부터 VL 볼트까지의 구동 전압을 출력할 수 있다. 액정 드라이버(21)에는 반전 신호(SF)가 공급되어 있고, 그 출력 신호(SL)는 반전 신호(SF)에 맞추어 VL 볼트의 약 절반에 상당하는 기준 전압(VLref)을 중심으로 하여 반전한다. 그리고, 이 기준 전압(VLref)은 전원(23)의 양단에 직렬 접속된 한 쌍의 저항(RL)의 중점(中点)에 부여된다.
반전 회로(22)는 일정한 출력 전압(A)을 가지는 정전압 전원(24)을 구비하고 있고, 그 양 단자에는 각각 스위치(SW1, SW2)가 접속되어 있다. 이 한 쌍의 스위치는 반전 신호(SF)에 따라 교대로 전환되어 애노드 전위(SA)를 각 애노드(A)에 공급한다. 정전압 전원(24)의 양단에는 직렬 접속된 한 쌍의 저항(RA)이 삽입되어 있고, 그 중점에 기준 전압(VAref)이 부여된다. 또한, 비교기(25)가 구비되어 있고, 그 정(正)입력 단자에는 한 쪽의 기준 전압(VAref)이 인가되고, 부(負)입력 단자에는 다른 쪽의 기준 전압(VLref)이 인가되며, 그 출력 단자는 접지되어 있다. 이 비교기(25)의 작용에 의해 반전 기준 전압(VAref)과 (VLref)가 액정 셀(1) 측과 플라즈마 셀(2) 측에 서로 일치하도록 된다.
제2도의 파형도를 참조하여 제1도에 도시한 구동 회로의 동작에 대하여 상세히 설명한다. 먼저, 반전 신호(SF)는 예를 들면, 수직 동기신호에 따라서 프레임마다 그 신호 레벨이 변화한다. 다음에, 화상 신호(SL)는 비디오 등의 교류 신호 성분을 포함한다. 이 교류 신호 성분은 반전 신호(SF)에 동기하여 일정한 기준 전압(VLref)을 중심으로 반전한다. 그 진폭 범위는 거의 VL로 부여된다. 이와 같이, 애노드 전위(SA)도 반전 신호(SF)에 동기하여 일정한 기준 전압(VAref)을 중심으로 프레임마다 반전한다. 그 반전 범위는 거의 VA로 부여된다. 제1프레임에서는 애노드 전위(SA)는 기준 전압(VAref)에 대하여 부극성 측에 있고, 화상 신호(SL)는 그 기준 전압(VLref)에 대하여 정극성으로 되어 있다. 다음에, 제2 프레임에서는 애노드 전위(SA)가 정극성 측으로 반전하는 동시에, 화상 신호(SL)는 기준 전압(VLref)에 대하여 부극성으로 된다. 전술한 바와 같이 각 표시 화소에는 화상 신호(SL)와 애노드 전위(SA)의 차분이 구동 신호(SD)로서 부여된다. 이 구동 신호(SD)를 애노드 전위 기준으로 하여 나타내면 VL + VA = VD의 범위에 걸친 진폭 레벨이 얻어진다. 즉, 구동 전압(VL)을 출력하는 액정 드라이버로 극성 반전을 고려하면 실질적으로 VL + VA = VD 분의 구동이 가능하게 된다. 또, 비교기(25)의 작용에 의해 VL, VA를 임의로 조정해도 교류 구동의 조건이 유지된다. 일반적으로, VL은 40볼트 정도로 설정되고, VA는 60볼트 정도로 설정된다. 따라서, 양자를 합친 구동 전압(VD)은 100볼트 정도로 되고, 이것이 각 표시 화소에 인가된다. 그리고, 표시 화소는 액정 용량과 유전체 시트 용량을 가지므로, 용량 분할에 의해 액정층에 실제로 인가되는 구동 전압은 약 1/10 정도의 10볼트로 된다. 그런데, 액정층에는 0볼트로부터 응답을 개시하는 한계치 전압까지의 사이에 불감(不感)범위가 있다. 본 발명에 의하면 액정 구동 전압을 외관상 높게 할 수 있으므로, 액정 드라이버에 필요한 진폭으로부터 이 불감 범위를 차감할 수 있고, 액정 드라이버의 구동 전압을 실질적으로 낮출 수 있다.
끝으로, 제3도를 참조하여 플라즈마 어드레스 전기광학 장치의 전체적인 회로 구성을 설명한다. 이 구동 회로는 전술한 액정 드라이버(21)와 반전 회로(22)의 외에, 플라즈마 드라이버(26)와 제어회로(27)를 가지고 있다. 액정 드라이버(21)에는 신호 전극(L1∼Lm)이 버퍼를 통하여 접속되어 있다. 한편, 플라즈마 드라이버(26)에는 역시 버퍼를 통하여 캐소드(K1∼Kn)가 접속되어 있다. 애노드(A1∼An)는 전술한 바와 같이 반전 회로(22)에 접속되어 프레임마다 반전하는 애노드 전위 SA의 공급을 받는다. 캐소드(K1∼Kn)는 플라즈마 드라이버(26)에 의해 선순차 주사되는 동시에, 액정 드라이버(21)는 이에 동기하여 각 신호 전극(L1∼Lm)에 화상 신호(SL)를 공급한다. 제어회로(27)는 수직 동기신호(DV), 수평 동기신호(DH), 비디오 데이터(DATA) 등의 입력을 받아서, 액정 드라이버(21)와 플라즈마 드라이버(26)의 동기 제어를 행하는 것이다. 각 캐소드에 따라서 그 양측의 애노드와의 사이에 플라즈마 방전 영역이 형성되어 행주사 단위로 된다. 한편, 각 신호 전극은 열구동 단위로 된다. 양 단위의 사이에 표시 화소(28)가 규정된다.
제어회로(27)는 예를 들면 수직 동기신호(DV)에 맞추어 전술한 반전 신호(SF)를 출력한다. 이 반전 신호(SF)에 따라 액정 드라이버(21)로부터 출력되는 화상 신호(SL)의 극성이 반전한다. 동시에 반전 회로(22)로부터 공급되는 애노드 전위(SA)도 반전한다. 그리고, 애노드 전위의 반전에 맞추어 각 캐소드에 인가되는 방전 전압도 레벨 시프트한다. 통상 애노드와 캐소드의 사이에는 200볼트 정도의 전위 차가 필요하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 액정층의 구동 전압의 중간 정도의 전위를 기준으로 하여, 신호 전극에 인가하는 화상 신호와 방전 플라즈마를 발생하는 애노드 전위를 동시에 반전하도록 하고 있다. 이로써, 액정층의 교류 구동에 필요한 극성 반전을 종래에 비하여 절반의 구동 전압으로 행할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 일정한 주면(main surface) 상에 서로 평행으로 배열된 복수의 제1 전극을 갖는 제1 기판; 상기 제1 전극과 직교하고 또한 서로 평행으로 배열된 애노드와 캐소드로 이루어지는 복수의 제2 전극을 갖는 동시에 상기 제2 전극이 상기 제1 전극과 대향하도록 배치된 제2 기판; 상기 제1 및 제2 기판 사이에 삽입된 전기광학 재료층; 및 상기 전기광학 재료층과 상기 제2의 기판 사이에 형성된 이온화 가능한 가스를 봉입하기 위한 플라즈마실을 포함하며, 인접하는 제2 전극 사이의 방전에 의해 상기 가스를 선택적으로 이온화하고, 상기 이온화 가스의 국한된 방전 영역을 주사 단위로 하여 상기 제1 전극과 상기 방전 영역의 교차부에 위치하는 전기광학 재료층을 구동하도록 한 플라즈마 어드레스 전기광학 장치에 있어서, 상기 전기광학 재료층의 구동 전압의 중간 정도의 전위를 기준으로 하여, 상기 제1 전극에 인가하는 신호와 상기 애노드의 전위를 동시에 반전시키는 수단을 구비하며, 상기 애노드 전위의 반전에 맞추어 각 캐소드에 인가되는 방전전압을 레벨 시프트하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 어드레스 전기광학 장치.
  2. 방전 플라즈마를 주사 단위로 하여 신호 전극과 플라즈마 방전 영역의 교차부에 위치하는 전기광학 재료층을 구동하도록 한 플라즈마 어드레스 전기광학 장치의 구동 방법에 있어서, 상기 전기광학 재료층의 구동 전압의 중간 정도의 전위를 기준으로 하여, 상기 신호 전극에 인가하는 신호와 상기 방전 플라즈마를 발생하는 애노드 전위를 동시에 반전시키며, 상기 애노드 전위의 반전에 맞추어 각 캐소드에 인가되는 방전전압을 레벨 시프트하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 어드레스 전기광학 장치의 구동 방법.
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