KR100335159B1

KR100335159B1 - 쌍안정 콜레스테릭 액정 장치의 구동 방법

Info

Publication number: KR100335159B1
Application number: KR1020007001743A
Authority: KR
Inventors: 하랄드 레인하트 복크
Original assignee: 마찌다 가쯔히꼬; 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2002-05-04
Also published as: KR20010023121A; GB9717597D0; JP2001514399A; TW544537B; WO1999010870A1

Abstract

본 발명은 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨을 갖는 액정 장치로서, 실질적인 인가 전계가 없을 때 제1 트위스트 각도를 갖고 준안정 상태인 제1 준안정 상태, 및 실질적인 인가 전계가 없을 때 제1 트위스트 각도와는 다른 제2 트위스트 각도를 갖고 준안정 상태인 제2 준안정 상태를 포함하는 쌍안정 트위스트 네마틱 액정 셀을 포함한다. 상기 장치는, 액정을 제1 트위스트 각도를 갖는 리셋 상태로 리셋하기 위한 제1 부분, 액정을 제2 트위스트 각도를 갖는 이완시킬 수 있는 제2 부분, 및 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨을 각각 선택하기 위해 적어도 3개의 상이한 파형 중 어느 하나를 포함하는 제3 부분을 포함하는 파형을 갖는 전계를 셀 에 인가하는 어드레스 발생기를 포함한다. 감쇠 레벨들 중 적어도 하나에서, 액정 셀의 제1 부분이 제1 준안정 상태에 있고 액정 셀의 제2 부분이 제2 준안정 상태에 있다.

Description

쌍안정 콜레스테릭 액정 장치의 구동 방법{METHOD OF DRIVING A BISTABLE CHOLESTERIC LIQUID CRYSTAL DEVICE}

본 명세서에서 사용되는 '트위스트'라는 용어는 액정 셀의 평면에서 액정 방향자가 셀의 한 표면에서 다른 표면으로 회전하는 각도를 의미한다.

쌍안정 트위스트 네마틱(BTN) 효과는 EP 0 018 180, US 4 239 345 및 'New Bistable Liquid Crystal Twist Cell', D.W. Berreman et al, J.Appl. Phys., 1981, volume 52(4), page 3032 에 개시되어 있다. 첨부 도면 중 도 1은 BTN 동작 모드의 간단한 예를 나타낸다. 평행 또는 반평행 정렬 방향자를 구비한 셀 내의 셀 갭의 거의 2배의 피치를 가진 콜레스테릭(트위스트 네마틱) 재료는 180도의 트위스트를 가진 초기 상태를 갖는다. 반평행 정렬에 있어서, 180도 트위스트 상태는 스플레이(splay)가 발생하는 단점이 있다. 따라서, 초기 안정 상태 외에, 스플레이는 없으나 덜 바람직한 트위스트 각도, 즉 0도 및 360도를 갖는 2 가지의 추가적인 준안정 상태가 있을 수 있다. 이러한 준안정 상태는 180도 상태보다 훨씬 더 빠르게 발생할 수 있으며, BTN 모드에서 사용되는 2 가지 상태이다. 교차 또는 직교하는 편광기들 사이의 박막 셀에 있어서, 360도 트위스트 상태는 블랙을 나타내는 반면, 편광기 방향에 대해 45도 방향의 광축을 갖는 0도 트위스트 상태는 화이트을 나타낸다.

안정된 '트위스트-스플레이' 상태는 반평행 정렬층(2, 3)을 구비한 액정셀에서 1로 도시된다. 초기 리셋 펄스(4)가 액정(5) 및 정렬층(2, 3)을 사이에 끼고 있는 전극들(도시되지 않음) 간에 인가된다. 리셋 펄스(4)는 (정렬층(2,3)의 바로 근처에서 떨어진) 층의 벌크 내의 액정 분자가 예컨대 분자(7)에 의해 도시된 바와 같이 셀 표면에 수직하게 배향되어 있는 6으로 표시되는 호메오트로픽 상태로의 전이를 유발하기에 충분한 진폭 및 지속 시간을 갖고 있다.

그 다음, 두 유형의 선택 어드레싱 펄스(8) 중 하나가 전극에 인가되어 원하는 장치의 상태가 선택된다. 한 유형의 선택 어드레싱 펄스는 호메오트로픽 상태(6)를 액정이 360도 트위스트를 갖는 9로 표시된 준안정 블랙 상태로 스위치시킨다. 이것은 셀이 직교 편광기들 사이에 배치된 최대 감쇠 또는 블랙 상태이다. 다른 유형의 어드레싱 펄스(8)는 액정을 호메오트로픽 상태(6)에서 트위스트가 0도이고 셀이 직교 편광기를 통해 최소 감쇠 또는 화이트을 나타내는 준안정 화이트 상태(10)로 스위치시킨다. 전술한 종래 기술은 초기 리셋 펄스(4)로부터 전압을 급격히 또는 점차적으로 감소시킴으로써 선택 어드레싱 펄스(8)를 제공한다. 그러나, 다른 파형이 사용될 수도 있다. 예컨대, EP 0 569 029 는 초기 리셋 펄스를 따르는 가변 전압의 선택 펄스에 의해 BTN 액정 장치(LCD)를 어드레싱하는 기술을 개시하고 있다. JP H7-249495 는 초기 리셋 펄스와 어드레싱 펄스 사이에 프리셋 펄스를 삽입함으로써 더 빠른 어드레싱을 제공하는 기술을 개시하고 있다.

EP 0 579 247 은 BTN LCD에서 최적의 콘트라스트를 제공하도록 편광기 및 분광기의 위치를 최적화하기 위한 기술을 개시하고 있다.

'A Bistable Twisted Nematic (BTN) LCD Driven by a Passive Matrix Addressing', T. Nanaka et al, proceeding of Asia Display 1995, page 259 에는 수동형 어드레스 블랙 및 화이트 BTN 패널이 개시되어 있다.

EP 0 613 116 은 짧은 선택 펄스의 리셋 펄스 후에 시간적인 위치를 최적화함으로써 짧은 어드레스 시간을 제공하는 기술을 개시하고 있다. 이것은 첨부 도면의 도 2에 도시되어 있다. BTN LCD는 스트로브 파형을 수신하는 각 화소 행에 공통인 행 전극과 데이터 신호를 수신하는 각 화소 열에 공통인 열 전극을 구비한 패널을 형성하도록 사각 화소 어레이로서 배열된다. 대표적인 스트로브 또는 행 파형이 12로 도시되어 있으며, 액정층에 나타나는 전압은 13으로, 이 전압의 진폭 또는 계수는 14로 도시되어 있다. 셀의 광투과율은 15로 도시되어 있다.

액정은 도 2에 도시된 어드레싱 간격의 시작에서 준안정 블랙 상태를 나타낸다. 리셋 펄스(4)는 액정을 호메오트로픽 상태(6)로 리셋시키며, 선택 펄스(16)가 이어진다. 동시에, 원하는 액정 상태를 선택하기 위한 데이터 파형이 17로 표시된 열 전극에 인가된다. 이것은 전압, 따라서 액정이 화이트 준안정 상태(10)로 완화시키는 진폭의 액정 양단간의 전기장을 발생시킨다.

해당 화소의 순차 어드레싱 동안, 추가적인 리셋 펄스(4')가 액정을 호메오트로픽 상태(6)로 리셋시키며, 추가적인 선택 펄스(16')가 적당한 데이터 파형(17')과 협동하여 액정을 블랙 준안정 상태(9)로 완화시키는 펄스 진폭(18')을 발생시킨다.

공지된 BTN LCD의 단점은, 쌍안정 모드를 갖기 때문에 블랙 및 화이트 상태만이 어드레스될 수 있다는 점이다. 중간 그레이 레벨에 어드레스하기 위하여 각종 기술이 사용될 수 있다. 예컨대, 각 화소에서 서브 화소화에 의해 블랙 및 화이트 영역의 혼합이 이루어질 수 있는데, 서브 화소는 눈의 분해능보다 작게 된다. 그러나, 이러한 구성은 비교적 작은 저선명 표시 패널로 제한되지 않는 한 더 많은 구동 회로 및 고속의 스위칭 액정 혼합을 필요로 한다. 또한, 더 높은 구성 정밀도가 요구된다.

다른 공지 기술은 상이한 블랙 및 화이트 영역 양을 제공하도록 화소에 상이한 전압들 또는 전압 열을 인가하는 것이다. 예컨대, 이것은 화소의 다른 영역이 다른 스위칭 전압을 요구하는 다른 성질을 갖는 비균일 화소에 의해 달성될 수 있다. 이 기술은 다중 임계치 변조로 알려져 있으며, 추가적인 제조 단계를 포함하는 서브 화소화를 필요로 하며, 더 높은 구성 정밀도를 요구한다. 따라서, 공지된 유형의 BTN LCD 중 어느 것도 공간 또는 시간 다중화 및 증가된 어드레싱 속도, 증가된 구성 복잡성 또는 이들 모두에 관련된 단점 없이 그레이 레벨 어드레싱을 달성할 수 없다.

EP 0 234 624 는 다중 도메인 기술에 의해 그레이 레벨을 표시할 수 있는 수퍼 트위스트 네마틱(STN) LCD를 개시하고 있다. 이 장치의 전기 광학(전압/투과) 특성은 히스테리시스를 나타낸다. 다른 진폭의 액정셀 전계를 인가하고 유지함으로써 다른 그레이 레벨을 달성할 수 있다.

도 1은 종래의 BCD LCD 형태의 동작을 도시하는 개략도.

도 2는 종래의 BCD LCD 형태의 파형 및 액정 모드를 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예을 구성하는 패시브 어드레스형 BTN LCD의 개략도.

도 4는 도 3의 장치의 단면도.

도 5는 도 3의 장치 내의 다양한 광학 구성 부품의 배향을 설명하는 도면.

도 6은 도 3의 장치의 다양한 파형 및 그 결과적인 성능을 도시하는 도면.

도 7은 종래의 어드레싱 파형의 도면.

도 8은 도 3의 장치에 사용될 수 있는 다양한 파형 형태의 도면.

도 9는 도 3의 장치에 사용하기 위한 다른 세트의 파형 및 그 결과적인 광학 성능을 도시하는 도면.

도 10은 도 3의 장치에 사용하기 위한 또 다른 세트의 파형을 도시하는 도면.

도 11은 도 9에 도시된 파형을 사용하는 도 3의 장치의 성능을 도시하는 현미경 사진.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨을 갖고,실질적인 인가 전계가 없을 때 제1 트위스트 각도를 갖고 준안정 상태이며 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨 중 제1 감쇠 레벨에 해당하는 제1 준안정 상태, 및 셀제 인가된 전계가 없을 때 제1 트위스트 각도와는 다른 제2 트위스트 각도를 갖고 준안정 상태이며 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨 중 제2 감쇠 레벨에 해당하는 제2 준안정 상태를 갖는 쌍안정 트위스트 네마틱 액정 셀을 포함하는 액정 장치를 제공한다. 상기 장치는 셀 양단에, 상기 액정을 제1 트위스트 각도를 갖는 리셋 상태로 리셋하기 위한 제1 부분, 상기 액정을 제2 트위스트 각도를 갖는 이완 상태로 이완할 수 있게 하는 제2 부분, 및 상기 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨을 각각 선택하기 위해 상기 적어도 3개의 상이한 파형 중 하나를 포함하는 제3 부분을 포함하는 파형을 갖는 전계를 인가하기 위한 어드레스 발생기를 포함하고, 상기 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨 중 적어도 하나에서, 상기 액정의 제1 부분은 상기 제1 준안정 상태이고, 상기 액정의 제2 부분은 상기 제2 준안정 상태인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 파형의 상기 제2 부분은 공간 즉, 충분히 작은 크기로 이완시킬 수 있는 공간을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 이완된 상태는 제2 준안정 상태일 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨은 최대 감쇠 레벨, 최소 감쇠 레벨 및 적어도 하나의 중간 감쇠 레벨을 포함할 수 있다. 상기 제1 부분 및 제3 부분 중 적어도 하나는 적어도 하나의 펄스를 포함할수 있다. 상기 적어도 하나의 펄스는 단극성 펄스를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 펄스는 쌍극성 펄스를 포함할 수 있다. 각 쌍극성 펄스는 실질적으로 진폭이 같고 극성이 반대인 제1 서브펄스 및 제2 서브펄스를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 제3 부분은 제1 부분과 제2 부분을 포함할 수 있다. 상기 제1 부분은 제1 펄스 및 제2 펄스를 포함할 수 있다. 상기 제2 펄스는 상기 제1 펄스와 이격되어 있을 수 있다. 상기 제1 펄스의 상기 진폭은 상기 제2 펄스의 상기 진폭보다 작을 수 있다. 상기 제2 부분은 점진적으로 감소하는 진폭을 갖는 다수의 펄스를 포함할 수 있다. 상기 제2 부분의 상기 펄스는 연속적일 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 어드레스 발생기는 데이터 신호 발생기 및 스트로브 신호 발생기를 포함할 수 있다. 상기 셀은 상기 스트로브 신호 발생기로부터 스트로브 신호를 수신하기 위한 다수의 스트로브 전극들과 상기 데이터 신호 발생기로부터 데이터 신호를 수신하기 위한 다수의 데이터 전극들 사이에 배치된 액정층을 포함하고, 상기 데이터 전극은 화소를 한정하기 위해 상기 스트로브 전극을 교차할 수 있다. 상기 데이터 신호 발생기는 상기 데이터 전극에, 진폭이 상기 제1 준안정 상태 및 상기 제2 준안정 상태의 프레드릭스 전이 전압(Fredricksz transition voltage)보다 작은 데이터 신호들을 공급할 수 있다. 상기 액정은 초기 안정 상태를 갖고 상기 데이터 신호의 진폭은 상기 초기 안정 상태의 프레드릭스 전이 전압보다 작을 수 있다. 상기 모든 데이터 신호들은 상기 동일한 진폭의 펄스들을 포함할 수 있다. 상기 모든 데이터 신호들은 대칭적인 쌍극성 펄스를 포함할 수 있다. 상기 모든 데이터 신호들은 단극성 펄스를 포함할 수 있다. 상기 모든 데이터 신호들의 실효 전압은 동일할 수 있다. 상기 광 감쇠 레벨 중 다른 광 감쇠 레벨을 선택하기 위한 상기 데이터 신호들은 다른 펄스폭을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 스트로브 신호의 상기 진폭은 상기 제1 준안정 상태 및 제2 준안정 상태 중 덜 트위스트된 준안정 상태의 프레드릭스 전이보다 더 클 수 있다. 상기 스트로브 신호의 진폭은 상기 제1 준안정 상태 및 제2 준안정 상태 중 덜 트위스트된 준안정 상태의 프레드릭스 전이보다 4배 적을 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 액정 셀은 제1 편광기 및 제2 편광기 사이에 배치되어 있을 수 있다. 상기 제1 편광기 및 제2 편광기는 실질적으로 직교배향된 편광 방향을 갖는 선형 편광기일 수 있다. 상기 편광 방향은 80°내지 100°사이에서 상호 배향되어 있을 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 액정 셀은 상기 편광 방향에 실질적으로 45°배향된 실질적으로 반평행 정렬을 제공하기 위한 제1 정렬층 및 제2 정렬층 사이에 배치되는 있을 수 있다. 상기 반평행 정렬은 편광 방향에 대해 40°내지 50° 사이에서 배향될 수 있다. 상기 제1 정렬층 및 제2 정렬층은 135°내지 225°사이에 포함된 각도로 배향된 제1 정렬 방향 및 제2 정렬 방향을 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 포함된 각도는 170°내지 190°사이에 있을 수 있다. 상기 포함된 각도는 175°내지 185°사이에 있을 수 있다. 상기 포함된 각도는 178°내지182°사이에 있을 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 제1 정렬층 및 제2 정렬층 각각은 1°내지 25°사이의 프리틸트(pretilt)를 제공하도록 배열될 수 있다. 상기 프리틸트는 3°내지 15°사이에 있을 수 있다. 상기 프리틸트는 5°내지 10°사이에 있을 수 있다. 상기 액정 셀은 1 내지 3 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, Δn·d는 0.1 내지 0.3 마이크로미터 사이에 있는 (여기서, d는 액정 셀의 두께, Δn= ne-no, ne 및 no 각각은 상기 제2 준안정 상태인 상기 액정의 비정상 굴절 계수 및 정상 굴절 계수임) 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 제1 준안정 상태 및 제2 준안정 상태에서의 상기 액정층의 트위스트 간의 차이는 실질적으로 360°인 것을 특징으로 한다. 상기 액정층은 상기 제1 준안정 상태 및 제2 준안정 상태에서 각각 실질적으로 0°및 360°로 트위스트될 수 있다. 상기 제1 준안정 상태 및 제2 준안정 상태 각각의 상기 액정층 트위스트는 초기 안정 상태에서의 트위스트와 실질적으로 180°정도 다를 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 액정 셀의 벌크 피치에 대한 두께비는 0.2 내지 1.2 사이에 있을 수 있다. 상기 두께비는 0.5 내지 0.95 사이에 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치. 상기 두께비는 0.6 내지 0.9 사이에 있을 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 장치는 화소의 행렬 매트릭스를 포함할 수 있고, 상기 어드레스 발생기는 화상 데이터의 각 프레임을 n개의 연속 서브프레임으로서 공급하도록 배열되고, 여기서, n은 각 i번째 서브프레임이 (i + n·m)번째 행을 포함하도록 하는 1보다 큰 정수 (여기서, i는 0〈i≤n인 정수이고, m은 음이 아닌 정수) 인 것을 특징으로 한다.

그 결과, LCD의 특수 구성을 요구하지 않으면서도 액정 재료를 고속으로 스위칭할 필요없이 BCD LCD를 표현하는 그레이 레벨을 달성하는 것이 가능하게 된다. 세분화된 화소과 관련된 문제나 기하학적으로 불균형한 화소를 사용하는 것과 관련된 불이익은 회피되며, 액티브 매트릭스 트위스트 네마틱형 LCD, 슈퍼트위스트 네마틱형 LCD, 강자성 및 반강자성 LCD 등의 여러 다른 형태의 액정과 관련된 문제점을 회피하면서도 양호한 시야각을 갖는 상대적으로 저렴한 디스플레이를 제공하는 것이 가능해 진다.

이하에서는 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 의해 설명한다.

전체 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 구성 부품을 나타낸다.

도 3은 본 발명의 일 실시예를 구성하는 패시브 매트릭스 BTN LCD를 도시한다. 이 장치는 데이터 신호 발생기(20)로 도시된 파형 발생기, 및 직사각 화소 매트릭스로 어드레싱 파형을 공급하기 위한 스트로브 신호 발생기(21)를 포함한다. 데이터 및 스트로브 신호 발생기(20 및 21)는 타이밍 신호를 수신하기 위해 타이밍 입력부(22)에 접속된 입력부를 구비한다. 데이터 신호 발생기(20)는 디스플레이될 데이터를 수신하기 위한 데이터 입력부(23)를 구비한다.

데이터 신호 발생기는 n 행 전극(24)에 접속되며, 스트로브 신호 발생기(21)는 m 열 전극(25)에 접속된다. 각각의 행 전극(24)은 그 행의 화소에 공통이며, 각각의 열 전극(25)은 그 열의 화소에 공통이다. 화소는 행과 열 전극간의 교차점에서 구획되는데, 이 부분은 예를 들면 26으로 표시된 바와 같이 행 전극과 열 전극이 겹치는 부분을 말한다.

데이터 신호 발생기(20)는 그 행의 화소들을 한 번에 한 행씩 리프레시하기위해 n 열 전극(24)으로 동시에 데이터 신호(Vd1, ..., Vdn)를 공급하도록 배치된다. 스트로브 신호 발생기(21)는 새로운 화상 데이터를 화소들 내로 한 번에 한 열씩 스트로브하기 위해 한 번에 하나씩 m 행 전극(25)으로 스트로브 신호(Vs1, ..., Vsm)를 공급하도록 배치된다.

도 4는 반사형 디스플레이 형식이 아닌 투과형 디스플레이 형식의 도 3의 BTN LCD의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 장치는, 예를 들어 유리로 만들어진 투명 기판의 외면에 고정된 편광기(30)를 포함한다. 기판(31)은 인듐 틴 옥사이드(ITO) 등의 투명 도전체로 만들어진 행 전극들(25) 및 예를 들어 러빙된 폴리이미드를 포함하는 정렬층(3)을 수반한다. 편광기(32)는, 예를 들어 유리로 만들어진 투명 기판의 외면에 고정된다. 기판(33)은 인듐 틴 옥사이드(ITO) 등의 투명 도전체로 만들어진 열 전극들(24) 및 예를 들어 러빙된 폴리이미드를 포함하는 정렬층(2)을 수반한다. 액정층을 구획하기 위해, 장치는 스페이서(34)에 의해 이격된 채로 서로 대향하는 정렬층(2 및 3)으로 조립된다. 그로부터 발생하는 갭은 콜레스테릭 액정(5)으로 채워져, 임의의 적절한 방식으로 밀봉된 층을 형성한다.

편광기(30 및 32) 및 정렬층(2 및 3)의 편광 및 정렬 방향은 도 5에 도시되어 있다. 구체적으로, 편광기(30 및 32)의 편광 방향은 35 및 36으로 각각 도시되며, 정렬층(2 및 3)의 면 정렬 방향은 37로 도시된다. 편광 방향(36 및 35)은 실질적으로 직교하며, 정렬 방향(37)은 편광 방향(35 및 36)에 반평행하고 사실상 45° 정도 기울어진 방향을 향한다. 액정(5)은 사실상 트위스트형준안정(metastable) 상태 및 비트위스트형 준안정 상태를 갖는다. 트위스트형 상태는 38로 도시된 액정 분자들의 방향에 의해 도시되며, 이 상태에서는 실질적으로 360°의 꼬임을 갖는다. 비트위스트형 상태는 39로 도시되는데, 모든 분자들이 37 방향으로 정렬된 상태이다. 트위스트형 준안정 상태에서, 광(40)은 편광기(30)에 의해 35 방향으로 편광되며, 이러한 편광은 사실상 액정(5)을 통과하는 경로에 영향받지 않는다. 직교 편광(36)의 결과 광의 흡수가 발생하여 화소가 블랙 또는 불투명으로 보이게 된다.

39로 도시된 비트위스트형 준안정 상태의 경우, 액정(5)의 복굴절은 편광기(30)로부터의 광의 편광이 편광 방향(36)과 정렬되기 위해 사실상 90° 회전되는 것이다. 그러므로, 화소는 화이트 또는 투명으로 보이게 된다.

도 6은 데이터 및 스트로브 신호 발생기(20 및 21)에 의해 공급된 데이터 및 스트로브 신호의 파형을 도시하는 도면이다. 스트로브 또는 열 파형(11)은 제1부, 제2부 및 그에 후속되며 제1 및 제2 부분을 포함하는 제3부를 포함한다. 제2부는 스페이스 또는 리셋 주기를 포함한다. 제3부의 제1 부분은 부분 리셋 펄스(42)라는 것을 포함한다. 제3부의 제2 부분은 변경 선호 펄스(change-favouring pulse)(43)라는 것을 포함한다.

열 또는 데이터 파형은 일정한 진폭의 쌍극성 펄스를 포함하지만 그 화소의 소망 그레이 레벨을 선택하기 위해 가변폭을 갖게 된다. 데이터 펄스는 쌍극성이며 총 DC 성분이 없게 된다. 스트로브 펄스는 모노폴라이며 그 극성은 DC 성분을 보존하고 액정(5)의 열화를 방지하기 위해 예를 들어 프레임간에 주기적으로 변화될 수 있다.

그 결과 액정을 가로질러 나타나는 파형은 13으로 도시되며, 파형의 진폭 및 모듈은 14로 도시된다.

화소의 행을 리프레시하기 위해, 스트로브 신호 파형, 따라서 행의 화소를 가로지르는 전계의 파형의 제1부동안, 리셋 펄스(41)가 다른 행들이 리프레시되는 동안 스트로브 신호 발생기(21)에 의해 적절한 행 전극(25)으로 공급된다. 44로 도시된 최종 전압의 모듈은 액정이 0 트위스트를 가진 호미오트로픽(homeotropic) 상태(6)로 리셋되도록 프레드릭스 전이 전압(Fredericksz transition voltage)보다 커지게 된다. 스트로브 신호 파형, 그러므로 화소 픽드 파형의 제2부동안, 리프레시될 행의 화소는 데이터 신호 파형만을 수신한다. 이들은 충분히 작은 진폭이므로, 액정이 360°트위스트를 갖는 상태로 이완될 수 있는데, 이는 트위스트된, 즉 블랙 준안정 상태인 것으로 믿어지지만, 360°트위스트를 갖는 부분적 호미오트로픽 상태이거나, 아니면 그러한 상태를 포함할 수도 있다.

스트로브 신호 파형, 그러므로 화소 전계 파형의 제3부에서, 부분 리셋 펄스(42)는 행 전극(25)으로 인가되며, 데이터 파형과 함께 그 모듈(45)이 상대적으로 광 그레이를 선택하도록 된 전압을 공급한다. 구체적으로, 펄스(42)의 높이 및 폭은 부분 블랭킹이나 리셋팅일 것으로 곧 믿어지는 것을 달성하도록 선택된다. 그러므로, 블랭킹이나 리셋팅의 정도는 화소의 서로 다른 영역들에서 변화한다. 이러한 변화는 콜레스테릭에서의 디렉터 섭동에 의해 또는 프레데릭스 전이동안의 비동질 흐름에 의해 야기될 수 있다. 펄스에 의해 야기된 블랭킹이 충분한 영역에서는 비트위스트된 호미오트로픽 또는 프리화이트 상태가 생성되고, 부분 리셋 펄스(42)가 보다 덜한 효과를 갖는 영역에서는 액정이 프리블랙 상태를 나타내는 360°트위스트인 거의 호미오트로픽한 상태로 블랭킹될 것이다. 프리화이트 및 프리블랙 영역의 상대적인 풍부는 부분 리셋 펄스(42)와 동시에 인가된 데이터 전압에 의해 결정된다.

이 때, 변경 선호 펄스(43)가 인가되고, 프리화이트 상태에 있는 영역들 내에 화이트를 생성하기 위해 '킥 화이트' 펄스의 역할을 하는 것으로 생각된다. 프리블랙 상태에서의 영역들은 펄스(43)에 의해 영향받지 않고, 블랙 상태로 이완된다. 변경 선호 펄스(43)는 동시에 인가된 데이터 전압이 최종 상태가 선택된 것에 계속해서 영향받지 않도록 선택된다.

다른 어드레싱 기술은 펄스들(42 및 43)이 최종 전송이 펄스(43)동안 인가된 전압에 의해 실질적으로 결정되는 방식으로 선택된다는 점에서 상술한 방법과 차이가 난다. 펄스(43)가 펄스(42)동안 시작된 프래드릭스 전이에 기여하여 프리화이트 영역과 프리블랙 영역의 비율에 영향을 미치는 것으로 생각된다.

블랭킹도의 국소 차이는 콜레스테릭 액정에서의 열적 섭동이나 동력적 불균등에 의해 액된 전압 변화, 또는 양자 모두에 의해 야기되는 것으로 생각된다. 구체적으로, 액정의 리셋팅 및 이완동안, 액정 분자들은 동일한 방식으로 전체적으로 이동할 수 없으므로, 서로 다른 위치에서 서로 다른 배향을 일시적으로 갖게 된다. 액정으로 인가된 전계의 파형의 모듈(45)을 변화시킴으로써, 그레이 레벨의 아날로그 선택이 달성될 수 있다. 예를 들어, 46으로 도시된 데이터 파형은 그 모듈(47)이 모듈(45)에 의해 어드레스된 레벨보다 더 어두운 그레이 레벨을 선택하거나 어드레스하는 파형이 되게 한다.

도 7은 상술한 종래의 어드레싱 배치에 사용된 형태의 파형을 개략적으로 도시하며, 도 8은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 다양한 형태의 파형을 개략적으로 도시한다. 도 7은 리셋 펄스가 50으로 도시된 바와 같이 어드레스 블랙으로 급격하게 감쇠하는 파형과 어드레스 화이트로 50으로 도시된 바와 같이 보다 느리게 감쇠하는 파형을 개시한 EP 0 018 180호에 개시된 파형을 (a)로 도시한다.

도 7의 (b)와 (c)는 EP 0 569 029호에 개시된 파형의 두가지 형태이다. 리셋 펄스(41) 이후, (b)에 인접하고 (c)에서의 리셋 펄스(41)와는 이격된 가변 펄스(52)가 뒤따라 온다.

도 8의 (a)는 부분 리셋 펄스(42) 및 변경 선호 펄스(43)가 후속되는 스페이스가 뒤따라 오는 리셋팅 펄스(41)를 도시한다. (a)에서 펄스들(42 및 43)은 곧 이격된다.

본 발명의 범주 내의 다양한 파형 구조가 도 8의 (b) 내지 (i)에 도시되어 있다. 구체적으로, 펄스들(42 및 43)은 곧 서로 이격될 수도 있고, 곧 인접할 수도 있으며, 그 각각은 펄스들의 조합으로 구성될 수도 있다.

예를 들어, b 및 c에 도시된 바와 같이, 부분 리셋 펄스(42)는 두 부분(42a 및 42b)로 분할될 수 있으며, 두 부분은 b에 도시된 바와 같이 붙어있을 수도 있고, c에 도시된 바와 같이 일정 시간 간격으로 떨어져 있을 수도 있다. 제1 부분(42a)은 제2 부분(42b)보다 진폭이 낮으며, 제1 부분(42a) 시에 전송된 데이터만이 그레이 레벨 선택에 영향을 미칠 수 있도록 제2 부분(42b)이 형성된다.

단일 변화 선호 펄스(43)는, a, b, c에 도시된 펄스(42, 42a, 42b)와 함께, d, e, f에 도시된 진폭을 감소시키는 일련의 펄스를 각각 포함할 수 있다. 부분 리셋 펄스(42) 및 변화 선호 펄스(43)는, 가령 d에서 i에 예시된 바와 같이 파형이 뚜렷하게 구분되지 않을 수도 있다.

도 9는 파형도와, 도 8c에 도시된 유형의 파형에 대한 광 투과를 도시한다. 열파형(12a)은, 15a에 도시한 바와 같이, 쌍극성 부분 리셋 펄스(42)의 제1 부분(42a)과 함께 실질적으로 전체 화소가 투명 또는 화이트 상태로 스위치되도록 한다. 12a의 열 또는 데이터 파형은, 투과 곡선(15b)에 의해 예시된 바와 같이, 중간 혹은 그레이 레벨의 어드레싱을 제어한다. 12c의 열 또는 데이터 파형에 의해 15c에 예시된 바와 같이 실질적으로 전체 화소를 블랙으로 스위칭한다.

도 9에 예시된 동작은, 두께가 2 마이크로미터이고 키럴 도펀트 R-1011가 3 마이크로미터의 콜레스테릭 피치로 도핑된 네마틱 액정 혼합물 ZLI-4792을 포함하는 (두 물질은 모두 Merck사에서 구입 가능함) 액정을 사용하는 도 3에서 5에 예시된 유형의 장치로 수행된다. 정렬층(2 및 3)은 5도 정도의 경사를 미리 둔 반평행 폴리이미드를 포함한다. 행파형(11)은 3 밀리세컨드 주기와 37 볼트 진폭을 갖는 리셋 펄스(41)을 포함한다. 다음에 11 밀리세컨드의 0 볼트 간격이 있고, 이어서 0.25 밀리세컨드 주기와 4.5 볼트 진폭을 갖는 쌍극성 펄스(42a)가 나타난다. 다음에, 0.25 밀리세컨드 간격이 있고, 그 다음에 0.25 밀리세컨드 주기와 35 볼트 진폭을 갖는 부분(42b)이 나타난다. 그 다음에 0.5 밀리세컨드 간격이 있고 다음에 0.25 밀리세컨드 주기와 9 볼트 진폭을 갖는 펄스(43)가 나타난다. 다음에, 30 밀리세컨드의 간격이 있고 파형이 반복된다. 열파형은 진폭이 2.5 볼트이고 25 밀리세컨드 주기를 갖는 쌍극성 펄스를 포함한다.

도 10은 도 3에서 5에 예시된 유형의 디스플레이를 위한 블랙 및 화이트를 포함하는 10 개의 그레이 레벨을 제공하는 데이터 파형을 예시한다. 이 경우에, 편광 방향(35 및 36)은 4도 및 86도이고, 정렬 방향(37)은 45도이다. 정렬층(2 및 3)은 대략 7도의 경사를 미리둔 Merck사에서 구입가능한 RN 715와 같은 반평행 폴리이미드를 포함한다. 액정층 두께는 1.4 마이크로미터이고, 액정층은 키럴 도펀트 R-1011로 도핑된 1.3% 중량비의 네마틱 액정 혼합물 ZLI-4792를 포함한다. 행 파형(11)은 3 밀리세컨드 주기와 30 볼트 진폭을 갖는 쌍극성 리셋 펄스(41)를 포함하며, 다음에 4.2 밀리세컨드 간격이 이어진다. 단극성 펄스(42)는 88 마이크로세컨드 주기와 17.1 볼트 진폭을 갖고 다음에 0.204 밀리세컨드의 간격이 이어진다. 그 다음에, 1 밀리세컨드 주기와 5.3 볼트 진폭을 갖는 쌍극성 펄스열(43)이 나타난다. 다음에 24.308 밀리세컨드 간격이 이어지고난 후 행파형은 반복된다. 펄스(41)의 극성은 주기 도중에 변화하지만 펄스(42)의 극성은 매 반복마다 변한다. 펄스열(43)은 열파형(12) 내에서 4 밀리세컨드씩 극성이 변화된 8 밀리세컨드 폭을 갖는 개별 펄스들을 포함한다. 블랙에서 화이트까지 10 개의 그레이 레벨 (파형에 대해 1에서 10으로 번호가 부여됨)을 달성하는 데 필요한 특정한 데이터 펄스 파형이 부분 리셋 펄스(42)와 동시에 도시된다.

도 11은 도 9에 도시된 파형과 함께 전술한 장치를 사용하여 얻은 결과를 a,b, 및 c에 나타낸다. 마찬가지로, 투과 곡선(15b)에 의해 표시된 그레이 레벨이 도 11의 b에 도시된다. 따라서, 블랙과 화이트간에 양호한 콘트래스트비를 유지하고 블랙과 화이트 모두와 뚜렷하게 구별될 수 있는 중간 그레이 레벨을 제공하는 것이 가능하다.

본 발명에 따라서, 액정 재료를 고속 스위칭할 필요없이 BTN LCD의 그레이 레벨 어드레싱을 달성하는 것이 가능하다. 화소를 세분하는 것 또는 불균일 분포된 화소를 사용하는 것과 관련된 단점이 제거되며, 액티브 매트릭스 트위스트 네마틱 LCD, 슈퍼트위스트 네마틱 LCD, 강자성 및 반강자성 LCD와 같은 다른 유형의 액정과 관련된 문제없이, 상대적으로 저렴한 디스플레이를 제공하는 것이 가능하다.

Claims

적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨을 갖는 액정 장치로서, 실질적인 인가 전계가 없을 때 제1 트위스트 각도를 갖는 준안정 상태(metastable)이며 상기 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨 중 제1 감쇠 레벨에 해당하는 제1 준안정 상태, 및 실질적인 인가 전계가 없을 때 상기 제1 트위스트 각도와는 다른 제2 트위스트 각도를 갖는 준안정 상태이며 상기 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨 중 제2 감쇠 레벨에 해당하는 제2 준안정 상태를 갖는 쌍안정 트위스트 네마틱 액정 셀을 포함하는 액정 장치에 있어서,

상기 액정을 제1 트위스트 각도를 갖는 리셋 상태로 리셋시키기 위한 제1 부분, 상기 액정을 제2 트위스트 각도를 갖는 이완 상태로 이완시킬 수 있는 제2 부분, 및 상기 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨을 각각 선택하기 위한 적어도 3개의 상이한 파형 중 하나를 포함하는 제3 부분을 포함하는 파형을 갖는 전계를 상기 셀에 인가하기 위한 어드레스 발생기를 포함하고,

상기 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨 중 적어도 하나에서, 상기 액정의 제1 부분이 상기 제1 준안정 상태이고, 상기 액정의 제2 부분이 상기 제2 준안정 상태인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제1항에 있어서, 상기 파형의 상기 제2 부분은 공간(space)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제1항에 있어서, 상기 이완 상태는 제2 준안정 상태인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 3개의 상이한 광 감쇠 레벨은 최대 감쇠 레벨, 최소 감쇠 레벨 및 적어도 하나의 중간 감쇠 레벨을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 부분 및 제3 부분 중 적어도 하나는 적어도 하나의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 펄스는 단극성 펄스(monopolar pulse)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 펄스는 쌍극성 펄스(bipolar pulse)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제7항에 있어서, 각 쌍극성 펄스는 실질적으로 진폭이 같고 극성이 반대인 제1 서브펄스 및 제2 서브펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제1항에 있어서, 상기 제3 부분은 제1 부분과 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제9항에 있어서, 상기 제1 부분은 제1 펄스 및 제2 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제10항에 있어서, 상기 제2 펄스는 상기 제1 펄스와 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제10항에 있어서, 상기 제1 펄스의 진폭은 상기 제2 펄스의 진폭보다 작은 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제9항에 있어서, 상기 제2 부분은 점진적으로 감소하는 진폭을 갖는 다수의펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제13항에 있어서, 상기 제2 부분의 상기 펄스는 연속적인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제1항에 있어서, 상기 어드레스 발생기는 데이터 신호 발생기 및 스트로브 신호 발생기(strobe signal generator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제15항에 있어서, 상기 셀은 상기 스트로브 신호 발생기로부터 스트로브 신호를 수신하기 위한 다수의 스트로브 전극들과 상기 데이터 신호 발생기로부터 데이터 신호를 수신하기 위한 다수의 데이터 전극들 사이에 배치된 액정층을 포함하고, 상기 데이터 전극은 화소를 한정하기 위해 상기 스트로브 전극을 교차하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제16항에 있어서, 상기 데이터 신호 발생기는 상기 데이터 전극에, 그 진폭이 상기 제1 준안정 상태 및 상기 제2 준안정 상태의 프레드릭스 전이 전압(Fredericksz transition voltage)보다 작은 데이터 신호들을 공급하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제17항에 있어서, 상기 액정은 초기 안정 상태를 갖고 상기 데이터 신호의 진폭은 초기 안정 상태의 프레드릭스 전이 전압보다 작은 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제16항에 있어서, 상기 모든 데이터 신호들은 상기 동일한 진폭의 펄스들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제16항에 있어서, 상기 모든 데이터 신호들은 대칭적인 쌍극성 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제16항에 있어서, 상기 모든 데이터 신호들은 단극성 펄스를 포함하는 것을특징으로 하는 액정 장치.
제16항에 있어서, 상기 모든 데이터 신호들의 실효 전압은 동일한 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제19항에 있어서, 상기 광 감쇠 레벨 중 다른 광 감쇠 레벨을 선택하기 위한 상기 데이터 신호들은 다른 펄스폭을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제16항에 있어서, 상기 스트로브 신호의 상기 진폭은 상기 제1 준안정 상태 및 제2 준안정 상태 중 덜 트위스트된 준안정 상태의 프레드릭스 전이보다 더 큰 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제24항에 있어서, 상기 스트로브 신호의 진폭은 상기 제1 준안정 상태 및 제2 준안정 상태 중 덜 트위스트된 준안정 상태의 프레드릭스 전이보다 4배 적은 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제1항에 있어서, 상기 액정 셀은 제1 편광기 및 제2 편광기 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제26항에 있어서, 상기 제1 편광기 및 제2 편광기는 실질적으로 직교배향된편광 방향을 갖는 선형 편광기들인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제27항에 있어서, 상기 편광 방향은 80°내지 100°사이에서 상호 배향된 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제27항에 있어서, 상기 액정 셀은 상기 편광 방향에 실질적으로 45°배향된 실질적으로 반평행 정렬을 제공하기 위한 제1 정렬층(alignment layer) 및 제2 정렬층 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제29항에 있어서, 상기 반평행 정렬은 편광 방향에 대해 40°내지 50° 사이에서 배향되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제29항에 있어서, 상기 제1 정렬층 및 제2 정렬층은 135°내지 225°사이에 포함된 각도로 배향된 제1 정렬 방향 및 제2 정렬 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제31항에 있어서, 상기 포함된 각도는 170°내지 190°사이에 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제32항에 있어서, 상기 포함된 각도는 175°내지 185°사이에 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제33항에 있어서, 상기 포함된 각도는 178°내지 182°사이에 있는 특징으로 하는 액정 장치.
제29항에 있어서, 상기 제1 정렬층 및 제2 정렬층 각각은 1°내지 25°사이의 플리틸트(pretilt)를 제공하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제35항에 있어서, 상기 프리틸트는 3°내지 15°사이에 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제36항에 있어서, 상기 프리틸트는 5°내지 10°사이에 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제1항에 있어서, 상기 액정 셀은 1 내지 3 마이크로미터의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제1항에 있어서, Δn·d는 0.1 내지 0.3 마이크로미터 사이에 있고, 여기서 d는 액정 셀의 두께, Δn= ne-no, ne 및 no 각각은 상기 제2 준안정 상태인 상기 액정의 비정상 굴절 계수 및 정상 굴절 계수인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 준안정 상태 및 제2 준안정 상태에서의 상기 액정층의 트위스트 간의 차이는 실질적으로 360°인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제40항에 있어서, 상기 액정층은 상기 제1 준안정 상태 및 제2 준안정 상태에서 각각 실질적으로 0°및 360°로 트위스트되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제40항에 있어서, 상기 제1 준안정 상태 및 제2 준안정 상태 각각의 상기 액정층 트위스트는 초기 안정 상태에서의 트위스트와 실질적으로 180°정도 다른 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제1항에 있어서, 상기 액정 셀의 벌크 피치에 대한 두께비는 0.2 내지 1.2 사이에 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제43항에 있어서, 상기 두께비는 0.5 내지 0.95 사이에 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제44항에 있어서, 상기 두께비는 0.6 내지 0.9 사이에 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제1항에 있어서, 상기 장치는 화소의 행렬 매트릭스를 포함하며, 상기 어드레스 발생기는 화상 데이터의 각 프레임을 n개의 연속 서브프레임으로서 제공하도록 배열되며, 상기 n은 각 i번째 서브프레임이 (i + n·m)번째 행을 포함하도록 하는 1보다 큰 정수인 (여기서, i는 0〈i≤n인 정수이고, m은 음이 아닌 정수) 것을 특징으로 하는 액정 장치.