KR100426560B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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KR100426560B1 KR10-1998-0049982A KR19980049982A KR100426560B1 KR 100426560 B1 KR100426560 B1 KR 100426560B1 KR 19980049982 A KR19980049982 A KR 19980049982A KR 100426560 B1 KR100426560 B1 KR 100426560B1
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Abstract

본 발명은 수직 배향형 등의 액정 표시 장치에서, 액정 오프 상태로부터 온 상태로 이행시킬 때의 액정의 응답 속도를 향상시킨다.
제1 기판과 제2 기판과의 사이에 끼워진 수직 배향된 액정의 경사 방향을 전계에 의해 제어하는 노멀리 블랙 모드(normally-black mode)의 액정 표시 패널을 구동하는 경우에, 흑(black) 표시를 위한 액정층에 인가하는 전압을 0 볼트보다 크게, 보다 바람직하게는 액정의 광학 특성 변화 전압 Vth 이상으로서, 콘트라스트가 50 이하로 되지 않는 한도의 전압 범위로 설정한다.

Description

액정 표시 장치
본 발명은 액정의 경사 방향을 전계에 의해 제어하는 전압 제어 복굴절 방식 등의 액정 표시 장치, 특히 그의 구동 회로에 관한 것이다.
1쌍의 기판 간에 액정을 밀봉하고, 이 액정에 전압을 인가하여 소망의 표시를 행하는 액정 표시 장치는 소형, 박형인 이점이 있고, 또한 저소비 전력화가 용이하기 때문에, 현재 각종 OA 기기, AV 기기 또는 휴대용, 차량 탑재용 정보 기기 등의 디스플레이 등으로서 실용화가 진행되고 있다.
이러한 액정 표시 장치 중, 부(負)의 유전율 이방성을 갖는 액정을 이용하고, 수직 배향막을 이용하여 액정 분자의 초기 배향을 수직 방향으로 제어하는DAP(deformation of vertically aligned phase)형 액정 표시 장치가 제안되어 있다. DAP형은 전압 제어 복굴절(ECB : electrically controlled birefringence) 방식의 일종으로서, 액정 분자의 장축과 단축과의 굴절률의 차, 즉 복굴절 현상을 이용하여 액정층으로 입사된 광의 투과율 및 표시색을 제어하는 것이다. DAP형 액정 표시 장치에서는, 1쌍의 기판의 외측에 각각의 편광 방향이 직교하도록 편광판이 배치되고, 액정층으로의 전압 인가시에는 액정층에 한쪽의 편광판을 통과하여 입사된 직선 편광이 그 복굴절에 의해 타원편광, 원편광으로 되며, 일부가 다른쪽의 편광판으로부터 사출(射出)된다. 액정층으로의 인가 전압, 즉 액정층 안에서의 전계 강도에 따라 액정층의 복굴절량, 즉 입사 직선 편광의 상광(常光) 성분과 이상광(異常光) 성분과의 위상차(리타데이션량)가 결정되기 때문에, 액정층으로의 인가 전압을 각 화소마다 제어함으로써, 화소마다 제2 편광판으로부터의 사출 광량을 제어할 수 있고, 전체로서 소망의 이미지 표시가 가능하게 된다.
이러한 DAP형 액정 표시 장치는 복굴절을 이용하고 있기 때문에 본래적으로 광의 투과 효율이 양호하며, 또한 표시 장치의 패널 구조 등의 개선을 행함으로써 러빙 공정을 생략할 수 있고, 또한 표시 장치의 시야각 향상을 도모할 수도 있다는 특징을 갖는다. 그러나, 수직 배향된 액정에 전압을 인가한 경우에, 액정 분자의 경사 각도는 동일해도 그 경상 방향에 오차가 생기기 때문에, 제1 화소 영역 내의 액정 분자의 경사 방향이 일치할 때까지 다소 시간이 걸리며, 인가 전압에 대한 액정 분자의 응답 속도가 열화된다는 문제가 있었다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는, 액정 배향의 수직 방향 성분 및 평면 방향 성분을 전계에 의해 제어하는 액정 표시 장치에서, 액정의 응답 속도를 향상시킬 수 있는 구동 회로의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 액정 구동용 전극을 구비한 제1 기판과 제2 기판과의 사이에 끼워진 액정 배향의 수직 방향 성분 및 평면 방향 성분을 전계에 의해 제어하는 액정 표시 장치로서, 액정에 인가하는 구동 전압 범위의 하한을 0 볼트보다 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 액정에 인가하는 구동 전압 범위의 하한은 보다 바람직하게는 액정의 광학 특성 변화 전압 이상으로 설정한다.
또한, 상기 액정에 인가하는 구동 전압 범위의 하한은 온도 의존성을 갖는 액정의 광학 특성 변화 전압의 온도 변화에 의한 전압 변화에 추종시키는 것으로 해도 된다.
또한, 상기 액정에 인가하는 구동 전압 범위의 하한은 0 볼트보다 크고, 또한 표시 콘트라스트 50 이상을 만족하는 전압 범위 내로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명은 상기 액정 표시 장치에서, 액정은 초기 경사각이 거의 0 도의 수직 또는 수평으로 초기 배향되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 액정 표시 장치에서는, 액정 구동용 전극에는 소정 형상의 전극 부재 영역이 설치되며, 상기 전극의 단부에 발생하는 경사 방향의 전계에 의해 상기 액정 배향의 평면 방향 성분을 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 제1 기판 상의 액정 구동용 전극은 상기 기판 상에 매트릭스 형상으로 설치된 복수의 화소 전극이며, 능동층에 저온에서 형성된 다결정 실리콘층을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터가 대응하는 상기 화소 전극에 접속되도록 형성되며, 상기 복수의 화소 전극 각각과, 상기 제2 기판 상의 액정 구동용 전극인 공통 전극과의 사이에서 액정층을 화소 전극마다 구동하여 표시를 행하는 타입의 것을 이용할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 액정 표시 패널의 평면 구성의 일례를 나타낸 개념도.
도 2는 도 1의 액정 표시 패널의 A-A 선에 따른 개략 단면을 나타낸 도면.
도 3은 본 실시 형태의 액정 표시 장치의 전체 구성을 나타낸 블럭도.
도 4는 본 실시 형태의 액정 표시 패널에서의 인가 전압과 콘트라스트 및 응답 시간의 관계를 나타낸 도면.
도 5는 도 3의 RGB 드라이버 처리 회로(70)의 개략 구성을 나타낸 도면.
도 6은 도 5의 리미트 레벨 발생 회로(84)의 구성을 나타낸 도면.
도 7의 (a) 내지 (e)는 도 5의 회로에서의 신호 파형을 나타낸 도면.
도 8은 본 실시 형태에 따른 액정 표시 패널에서의 인가 전압과 투과율의 파장 의존성을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : TFT 기판(제1 기판)
12 : 게이트 전극
14 : 게이트 절연막
16 : 소스 전극
18 : 드레인 전극
20 : 다결정 실리콘 박막
20S : 소스 영역
20LS : 저농도 소스 영역
20CH : 채널 영역
20D : 드레인 영역
20LD : 저농도 드레인 영역
22 : 층간 절연막
23 : 주입 스토퍼
24 : 평탄화 층간 절연막(SOG)
26 : 화소 전극
28 : 수직 배향막
30 : 대향 기판(제2 기판)
32 : 공통 전극
34 : 배향 제어창
36 : 보호막
38 : 컬러 필터
40 : 액정층
42 : 액정 분자
50 : 액정 표시 패널
60 : 구동 회로
62 : 비디오 크로마 처리 회로
64 : 타이밍 컨트롤러
66 : VCO
70 : RGB 드라이버 처리 회로
78 : 제1 리미트 회로
80 : 제2 리미트 회로
82 : 멀티플렉서
84 : 리미트 레벨 발생 회로
이하, 도면을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시 형태(이하, 실시 형태라 함)에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 액정 표시 장치는, 전계에 의해 액정의 배향을 제어하는 DAP형 액정 표시 패널을 구동하는 경우에, 전압 비인가시의 색표시 [여기서는 흑(black) 표시]를 위해 액정층에 인가하는 구동 전압 범위의 하한이 0 볼트까지 저하하지 않도록 제어함으로써, DAP형 액정 표시 패널의 응답 속도의 향상을 도모하고 있다.
[액정 표시 패널의 구성]
우선, 최초로 구동 대상인 DAP형 액정 표시 패널의 구성에 대하여 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1은 액정 표시 패널의 평면 구성의 일례를 나타내며, 도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 개략 단면의 일례를 나타내고 있다. 이 실시 형태에 따른 액정 표시 장치는 저온 다결정 실리콘 TFT가 형성되며, 화소 전극(26)이 TFT의 상층에 배치된 TFT 기판(제1 기판 : 10)을 가지며, 또한 TFT 기판(10)과의 사이에 액정층(40)을 끼워 대향 배치되며, 배향 제어창(34)을 구비한 공통전극(32)이 형성된 대향 전극(제2 기판 : 30)을 구비하며, 각 기판(10 및 30)의 외측에는 각각 서로 그 투과 편광 방향이 직교하도록 배치된 편광판(44, 46)이 설치되어 있다.
유리 등으로 이루어진 TFT 기판(10) 상에는, 이 예에서는 Cr, Ta, Mo 등의 금속을 패터닝하여 얻어진 게이트 전극(12) 및 게이트 전극(12)과 일체의 게이트 전극 배선(12L)을 구비하며, 이들 게이트 전극(12), 게이트 전극 배선(12L)을 덮도록, 예를 들면 SiNx 및 SiO2의 적층 구조 또는 이들 중 어느 하나로 이루어진 게이트 절연막(14)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(14) 상에는 TFT의 능동층으로서 기능하는 다결정 실리콘 박막(20)이 형성되어 있다. 이 다결정 실리콘 박막(20)은 비정질 실리콘 박막에 레이저 어닐링 및 램프 어닐링의 조합 또는 이들 중 어느 하나의 어닐링 처리 등을 이용한 저온 어닐링 처리를 실시함으로써 다결정화되며, 그 후 섬 형상으로 패터닝하여 얻는 것이다.
다결정 실리콘 박막(20) 상에는 SiO2등으로 이루어진 주입 스토퍼(23)가 형성되어 있다. 이 주입 스토퍼(23)는 게이트 전극(12)을 마스크로 하여 TFT 기판(10)의 이면(도 2의 하측)에서부터 노광함으로써, 자기 정합적으로 게이트 전극(12)과 거의 동일한 형상으로 패터닝하여 형성되어 있다. 그리고, 이 주입 스토퍼(23)를 이용하여 다결정 실리콘 박막(20)에 인, 비소 등의 불순물을 저농도로 주입함으로써, 다결정 실리콘 박막(20)의 주입 스토퍼(23)의 바로 아래 영역의 양측에는, 자기 정합적으로 이들 불순물을 저농도로 함유하는 저농도 소스 영역(20LS)및 저농도 드레인 영역(20LD)이 각각 형성되어 있다. 또한, 주입 스토퍼(23)의 바로 아래 영역에는, 주입 스토퍼(23)가 마스크로 되어 불순물이 주입되지 않기 때문에, 실질적으로 불순물을 함유하지 않는 진성 영역으로 되며, 이 진성 영역이 TFT의 채널 영역(CH)으로서 기능한다. 저농도 소스 영역(20LS), 저농도 드레인 영역(20LD)의 외측에는 동일한 불순물을 고농도로 더 주입함으로써 소스 영역(20S), 드레인 영역(20D)이 형성되어 있다.
각 영역(20CH, 20LS, 20LD, 20S, 20D)이 형성된 다결정 실리콘 박막(20) 및 주입 스토퍼(23) 상에는 이들을 덮도록 SiNx 등으로 이루어진 층간 절연막(22)이 형성되어 있다. 이 층간 절연막(22) 상에는 Al, Mo 등으로 이루어진 소스 전극(16), 드레인 전극(18) 및 드레인 전극(18)과 일체의 드레인 전극 배선(18L)이 형성되어 있다. 또한, 소스 전극(16) 및 드레인 전극(18)은 층간 절연막(22)에 설치된 컨택트 홀에서 상기 다결정 실리콘 박막(20)에 형성된 소스 영역(20S), 드레인 영역(20D)에 접속되어 있다.
본 실시 형태에서의 저온 다결정 실리콘 TFT는 상기 게이트 전극(12), 게이트 절연막(14), 다결정 실리콘 박막(20; 20CH, 20LS, 20LD, 20S, 20D), 소스 전극(16), 드레인 전극(18)을 구비하며, 저온 프로세스에서 형성된 다결정 실리콘 박막(20)을 능동층으로서 가지며, 또한 게이트 전극(12)이 소자 아래측에 위치하는 역 스태거형 TFT로 구성되어 있다. 단, TFT 형상은 역 스태거형에 한정되는 것이 아니라, 게이트 전극이 다결정 실리콘 박막보다도 상층에 배치되는 스태거형의 구성이어도 된다.
이러한 구성의 TFT 및 층간 절연막(22)을 덮도록 TFT 기판(10)의 거의 전면에는, 평탄화를 위한 평탄화 층간 절연막(24)이 1 ㎛ 정도 또는 그 이상의 두께로 더 형성되어 있다. 평탄화 층간 절연막(24)은 예를 들면 SOG(Spin On Glass), BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass), 아크릴 수지 등이 이용되고 있다. 평탄화 층간 절연막(24) 상에는, 표시 장치가 투과형인 경우에는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명 도전막을 이용한 액정 구동용 화소 전극(26)이 TFT 형성 영역 위를 덮도록 형성되며, 이 화소 전극(26)은 평탄화 절연막(24)에 설치된 컨택트 홀을 통해 소스 전극(16)에 접속되어 있다. 또한, 표시 장치가 반사형인 경우에는 이 화소 전극(26)으로서 Al 등의 도전성 반사 재료가 이용된다.
이상과 같은 각 소자가 형성된 TFT 기판(10)과 액정층(40)을 끼워 대향 배치되는 대향 기판(제2 기판 : 20)은 TFT 기판(10)과 마찬가지로 유리 등으로 구성되어 있고, TFT 기판(10)과의 대향측 표면에는 RGB의 컬러 필터(38)가 형성되며, 또한 그 위에는 아크릴 수지 등의 보호막(36)을 사이에 두고, 대향하는 화소 전극(26)으로 액정을 구동하기 위한 ITO 등으로 이루어진 공통 전극(32)이 형성되어 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는 후술하는 바와 같이, 이 공통 전극(32)에는 그 각 화소 전극(26)과 대향하는 영역에 배향 제어창(34)으로서, 예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같은 X자형의 전극 부재부가 형성되어 있다. 또한, 공통 전극(32) 및 이 배향 제어창(34) 상에는 이들을 덮도록 TFT 기판(10)측과 동일한 수직 배향막(28)이 형성되어 있다.
액정층(40)은 예를 들면 3 ㎛ ∼ 5 ㎛ 정도로 설정된 기판 간의 간극에 밀봉되며, 액정 재료로서는 액정 분자(42)의 장축 방향의 유전율보다도 단축 방향의 유전율이 큰, 이른 바 부의 유전율 이방성을 갖는 액정 재료가 이용되고 있다. 본 실시 형태에서 액정층(40)에 이용되고 있는 액정 재료는 측쇄(側鎖)에 불소를 갖는 하기 화학식 1 ∼ 6으로 표현되는 구조를 구비한 액정 분자를 소망의 비율로 혼합하여 작성한 것으로서, 적어도 이들 화학식 1 ∼ 6 중 1종류의 액정 분자를 포함하도록 혼합되어 있다.
현재, 부의 유전율 이방성을 갖는 액정 재료로서는, 이동도가 낮은 비정질 실리콘을 능동층에 이용한 TFT 액정 표시 장치용으로서, 측쇄에 시안(CN-)기를 갖는 액정 분자가 주로 이용되고 있다. 그러나, 시안기를 측쇄에 구비하는 액정 분자는 저전압 구동에서는 잔류 직류 전압의 영향이 크게 되기 때문에, 충분히 높은 전압에서 구동할 필요가 있고, 전압 보유율이 낮으며, 또한 액정의 인화 가능성이 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는 TFT로서 저온 프로세스에 의해 제조되며, 저전압 구동 가능 다결정 실리콘 TFT를 이용하고 있다. 따라서, 현재 이용되고 있는 시안기를 측쇄에 구비한 액정 재료를 이용하는 것은, 저전압 구동이 가능한 다결정 실리콘 TFT의 특성을 활용할 수 없게 된다. 그래서, 액정 재료로서 상술한 바와 같이 측쇄에 불소를 갖는 액정 분자를 배합함으로써, 액정층(40)은 예를 들면 2 V 정도의 저전압에서의 구동이 가능하게 되며, 또한 다결정 실리콘 TFT에 의한 저전압 구동에서도 충분히 높은 전압 보유율을 구비하여, 인화가 방지된다. 또한, 액정 표시 장치를 저전압에서 구동할 수 있기 때문에, 비정질 실리콘 TFT를 이용한 액정 표시 장치와 비교하여 보다 저소비 전력의 장치로 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같은 부의 유전율 이방성을 갖는 불소계 액정 분자를 함유하는 액정 재료를 이용하며, 또한 수직 배향막(28)을 이용함으로써, 액정 분자의 초기 배향을 수직 방향으로 제어하는 노멀리 블랙 모드(normally-black mode)의 DAP형 액정 표시 장치를 채용하여, 액정 분자의 장축과 단축에서의 굴절률의 차, 즉 복굴절 현상을 이용하여 액정층으로 입사된 광의 투과율을 제어하고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 공통 전극(32)에 전극 부재부로서의 배향 제어창(34)을 설치함으로써, 액정 분자를 배향 제어창(34)을 기준으로 하여 소정의 방향으로 기울여서, 액정 분자의 응답성 향상을 도모함과 동시에, 화소 내에서 배향 방향을 분할함으로써 액정 표시의 시각 의존성을 완화하여, 넓은 시야각의 표시 장치를 실현하고 있다.
액정층(40)으로의 전압 인가시[백(white) 표시시]에, 표 1에 나타낸 화소 전극(26)의 각 모서리의 엣지 부분에는, 도 2에 점선으로 나타낸 바와 같이 공통 전극(32)과의 사이에 각각 다른 방향으로 경사진 전계가 발생되며, 화소 전극(26)의 모서리의 엣지 부분에서 액정 분자는 수직 배향 상태로부터 경사진 전계와 반대의 방향으로 기울어진다. 액정 분자(42)는 연속체성을 갖고 있기 때문에, 화소 전극(26)의 엣지 부분에서 경사진 전계에서 액정 분자의 기울기 방향이 결정되면(기울기 각도는 전계 강도에 의해 결정), 화소 전극(26)의 중앙 부근의 액정 분자의 기울어진 방향은 그 화소 전극(26)의 각 모서리에서의 액정 분자의 기울기 방향에 추종하여 변화하며, 화소 구동시에 최종적으로 1개의 화소 영역 내에는 액정 분자의 기울기 방향이 다른 복수의 영역이 발생하게 된다.
한편, 배향 제어창(34)에는 항상 액정 동작 임계치 이하의 전압밖에 인가되지 않기 때문에, 도 2에 나타낸 바와 같이 배향 제어창(34)에 위치하는 액정 분자는 수직 배향된 채로 유지된다. 이 때문에, 배향 제어창(34)이 항상 상기 액정 분자의 기울기 방향이 다른 영역의 경계가 된다. 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이 배향 제어창(34)을 X자형으로 하면, 각각 기울기 방향이 다른 영역 A, B, C, D의 경계는 이 X자형의 배향 제어창(34) 상에 고정되게 된다. 따라서, 1개의 화소 영역 내에서 배향 분할이 행해짐과 동시에, 복수의 다른 방향으로 기울어진 영역의 경계를 배향 제어창(34) 상에 고정할 수 있으며, 우선 시각 방향을 복수 설치할 수 있고(본 실시 형태의 경우, 상하좌우 4개), 넓은 시야각의 액정 표시 장치로 할 수 있게 된다.
또한, 상술한 바와 같이 화소 전극(26)이 층간 절연막(22 및 24)을 사이에 두고 TFT 및 그 전극 배선(게이트 전극 배선, 드레인 전극 배선) 등의 형성 영역 위를 덮도록 형성됨으로써, TFT 및 전극 배선에 의한 전계가 액정층(40)으로 누설되어 액정 분자의 배향에 악영향을 주는 것이 방지된다. 또한, 평탄화 층간 절연막(24)에 의해 화소 전극(26)의 표면의 평탄성을 향상시킬 수 있기 때문에, 화소 전극(26)의 표면의 凹凸에 의한 액정 분자의 배향의 교란도 방지될 수 있게 된다. 또한, TFT나 전극 배선에 의한 전계의 누설이나 화소 전극(26) 표면의 凹凸 등을 저감할 수 있는 구성이기 때문에, 화소 전극(26)의 엣지부와 배향 제어창(34)의 전계 작용에 의해 액정 분자의 배향을 제어함으로써, 수직 배향막(28)에 대한 러빙공정은 불필요하게 된다.
또한, 화소 전극(26)이 TFT 및 각 전극 배선을 덮도록 형성됨으로써, TFT나 배선과의 여분의 얼라인먼트 마진이 불필요하게 되어, 개구율을 보다 높일 수 있게 된다.
[구동 회로]
다음에, 상술한 바와 같은 구성의 노멀리 블랙 모드의 DAP형 액정 표시 패널의 응답 속도 향상을 위한 구동 회로 및 그 구동 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 실시 형태의 액정 표시 장치의 전체 구성을 나타내고 있고, 장치는 액정 표시 패널(50)과 그 구동 회로(60)를 구비한다.
액정 표시 패널(50)은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 TFT 기판과 대향 기판과의 사이에 액정층을 끼우고, TFT 기판측에 저온 다결정 실리콘 TFT가 표시부 TFT로서 형성되어 있는 표시부(52)를 갖는다. 또한, 패널(50)의 TFT 기판 상의 표시부(52)의 주위에는, 각 표시부 TFT를 수평 방향으로 선택하는 H 드라이버(54)와, 상기 표시부 TFT를 수직 방향으로 선택하는 V 드라이버(56)가 형성되어 있다. 이들 H, V 드라이버(54, 56)는 자기 정합에 의해 채널, 소스, 드레인을 제조할 수 있는 표시부(52)의 다결정 실리콘 TFT와 거의 동일한 공정으로 형성한 CMOS 구조의 다결정 실리콘 TFT가 이용되고 있다. 또한, 상술한 바와 같은 패널 구조의 특징에 의해, 이들 TFT가 밀집된 드라이버(54, 56)의 다결정 실리콘 TFT에 악영향을 주는 러빙 공정을 생략할 수 있으므로, 액정 표시 장치로서의 수율 향상이 도모된다.
액정 표시 패널(50)의 구동 회로(60)는 비디오 크로마 처리 회로(62), 타이밍 컨트롤러(64) 등이 집적되어 구성되어 있다. 비디오 크로마 처리 회로(62)는 입력되는 컴포지트 비디오 신호로부터 R, G, B의 영상 신호를 작성한다. 타이밍 컨트롤러(64)는 입력되는 비디오 신호에 기초하여 VCO(66)에서 발생하는 기준 발진 신호로부터 각종 타이밍 제어 신호를 형성하고, 이들을 상기 비디오 크로마 처리 회로(62)나, RGB 드라이버 처리 회로(70), 레벨 시프터(68) 등으로 공급한다. RGB 드라이버 처리 회로(70)는 비디오 크로마 처리 회로(62)로부터 공급되는 RGB마다의 영상 신호로부터, TFTLCD의 특성에 따른 RGB마다의 교류 구동 신호를 작성하여, 이들을 액정 표시 패널(50)로 출력한다.
이 발명에서는, 노멀리 블랙 모드의 액정 표시 패널에 대하여, 구동 전압 범위의 하한, 즉 흑 표시를 위한 액정층에 인가하는 구동 전압을 0 볼트보다 크게 설정하지만, 이러한 흑 표시를 위한 구동 전압의 제어는, 예를 들면 후술하는 바와 같이 상기 RGB 드라이버 처리 회로(70)에서 행할 수 있다.
도 4는 상기 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같은 DAP형 액정 표시 패널에서의 액정층으로의 OFF 인가 전압 [V]과 그 때의 콘트라스트 [TON(투과율 온 시)/TOFF(투과율 오프 시)]와의 관계, 및 OFF 인가 전압과 응답 시간 [msec]과의 관계를 나타내고 있다. OFF 인가 전압이 0 V 내지 2 V 정도의 범위에서는, 상기 액정 분자는 수직 배향을 유지하기 위한 투과율은 충분히 낮고, 콘트라스트는 900 이상의 높은 값을 나타낸다. 그리고, 액정의 광학 특성이 변화하는 전압(이하, 광학 특성 변화 전압이라 함) Vth(도 4의 예에서는 인가 전압 2 V 부근)를 초과하면 콘트라스트가 저하하며, 도 4의 예에서는 3.5 V 정도로 되면, 콘트라스트는 일반적인 표시품질 하한이라고 생각되는 50 정도까지 저하한다.
한편, 인가 전압에 대한 응답 시간은 도 4에 나타낸 바와 같이, 흑 표시 상태에서 백 표시 상태로 이행하는 경우(도면 중 □)와, 백 표시 상태에서 흑 표시 상태로 이행하는 경우(도면중 △)에서 그 특성이 크게 다르다. 백 표시 상태에서 흑 표시 상태로의 이행, 즉 온 상태에서 오프 상태로의 이행시에는, 그 응답 시간은 5 ∼ 10 msec로 짧은 시간이다. 그런데, 흑 표시 상태에서 백 표시 상태로 이행시킬 경우, 즉 오프 상태에서 온 상태로의 이행시에는, OFF 인가 전압이 0 V에서 광학 특성 변화 전압 Vth(도 4에서는 2 V 부근) 사이의 전압 범위와, Vth 이상의 전압 범위에서 필요한 응답 시간, 즉 응답 속도는 크게 다르다. 구체적으로는, 0 V ∼ Vth까지의 전압 범위에서는 액정의 응답 시간은 75 msec ∼ 30 msec로 매우 길지만, Vth 이상으로 되면 응답 시간은 20 msec 정도 이하로 된다.
이상의 것으로부터, 흑 표시에서의 액정층으로의 OFF 인가 전압이 Vth 부근보다 낮으면, 흑 표시에서 백 표시로의 전환시에 충분한 응답 속도가 얻어지지 않으며, 높은 품질의 표시를 행하는 것이 곤란할 것으로 예상된다. 따라서, DAP형 액정 표시 패널에 대하여 인가 전압의 하한을 0 볼트보다 크게 설정하면, 흑 표시에서 백 표시로의 이행시의 응답 속도를 높일 수 있게 된다. 충분히 빠른 응답 속도로서, 예를 들면 응답 시간 20 msec 이하 정도를 만족하기 위해서는, OFF 인가 전압은 액정의 광학 특성 변화 전압 Vth 이상의 전압으로 하는 것이 바람직하다. 또한, OFF 인가 전압의 상한은 예를 들면 콘트라스트 50 정도 이상이 만족될 수 있는 전압으로 하는 것이 양호하다. 콘트라스트가 50 이상이면, 어느 정도의 표시품질을 만족할 수 있기 때문이다. 그리고, 이상과 같이 OFF 인가 전압을 설정함으로써, 높은 콘트라스트에서 고속 응답의 액정 표시가 가능하게 된다. 또한, 액정의 광학 특성 변화 전압 Vth는 온도 의존성을 갖고 있다. 따라서, 액정 표시 장치의 환경 온도의 변화에 적합하게 항상 최적의 액정 표시를 행하기 위해서는, 흑 표시의 인가 전압의 하한을 이 Vth를 기준으로 하여 결정할 경우, 흑 표시의 인가 전압을 온도 변화에 의한 Vth의 변화에 추종시켜 변화시키는 것이 바람직하다.
도 5는 구동 전압 범위의 제어를 행하는 RGB 드라이버 처리 회로(70)의 RGB 중 어느 하나에 대한 구성예를 나타내고 있다. 또한, RGB 드라이버 처리 회로(70)는 도 5와 동일한 구성을 RGB 각각에 대하여 구비하고 있다. 도 6은 도 5의 리미트 레벨 발생 회로(84)의 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 7은 도 5의 RGB 드라이버 처리 회로(70)에서의 신호 파형을 나타내고 있다.
도 5에 나타낸 비디오 크로마 처리 회로(62)로부터 출력되는 RGB마다의 영상 신호는 각각 대응하는 차동 출력 앰프(73)에 공급되며, 이 차동 출력 앰프(73)에서, 바이어스 회로(72)의 전압에 기초한 DC 전압을 갖도록 신호를 변경하기 위해 밝기 조정된다. 차동 출력 앰프(73)는 제1 버퍼(74) 및 제2 버퍼(75)로 비반전 신호 및 반전 신호를 각각 출력한다. 제1 버퍼(74)는 도 7의 (a)에 점선으로 표시한 파형을 갖는 비반전 출력 신호 a'을 출력하고; 제2 버퍼(75)는 도 7의 (b)에 점선으로 표시한 파형을 갖는 반전 출력 신호 b'을 출력한다. 이들 비반전 신호 a' 및 반전 출력 신호 b'은 제1 리미트 회로(78)로 공급된 다음, 멀티플렉서(82)로 출력되기 전에 제2 리미트 회로(80)로 공급된다. 제1 및 제2 리미트 회로(78 및 80)는도 7의 (a) 및 (b)에서 실선으로 표시한 바와 같이, 매 주기(T)마다 신호 a' 및 b'의 하한 및 상한 레벨을 정한다. 멀티플렉서(82)는 반전 제어 신호에 기초하여 매 주기 (주기 T1, T2)마다 회로(78 및 80)를 통해 인가된 비반전 출력 신호 (a)와 반전 출력 신호 (b)를 교대로 선택하여, 선택된 신호가 버퍼를 통해 액정 구동용 교류 구동 신호 (c)로서 액정 표시 패널(50)로 출력된다.
제1 리미트 회로(78)는 제1 버퍼(74)와 멀티플렉서(82) 간의 신호 경로에 설치된 트랜지스터 Q1과, 제2 버퍼(75)와 멀티플렉서(82) 간의 신호 경로에 설치된 트랜지스터 Q2로 이루어진다. 트랜지스터 Q1 및 Q2의 베이스에서는, 후술하는 리미트 레벨 발생 회로(84)로부터 도 7의 (d)에 나타낸 파형을 갖는 제1 레벨 제어 신호 (d)를 수신한다. 제2 리미트 회로(80)는 제1 버퍼(74)와 멀티플렉서(82)간의 신호 경로에 설치된 트랜지스터 Q3과, 제2 버퍼(75)와 멀티플렉서(82)간의 신호 경로에 설치된 트랜지스터 Q4로 이루어진다. 트랜지스터 Q3 및 Q4의 베이스에서는, 후술하는 리미트 레벨 발생 회로(84)로부터 도 7의 (e)에 나타낸 파형을 갖는 제2 레벨 제어 신호 (e)를 수신한다. 신호 (d) 및 (e)에 기초하여 결정된 전압에 따라, 회로(78)의 트랜지스터 Q1과 회로(80)의 트랜지스터 Q4가 비반전 출력 신호 (a) 및 비반전 출력 신호 (b)의 레벨을 정하도록 동작하여, 액정층에 인가되는 전압(절대값)의 흑 표시 레벨이 0 V보다 큰 선정된 레벨로 유지된다.
신호 (d), (e)에 기초하여 결정된 전압에 따라, 회로(78)의 트랜지스터 Q2와 회로(80)의 트랜지스터 Q3이 비반전 출력 신호 (a) 및 반전 출력 신호 (b)의 레벨을 한정하도록 동작하여, 액정층에 인가되는 전압(절대값)의 백 표시 레벨이 선정된 레벨 이하로 유지된다. 제1 및 제2 리미트 회로(78 및 80)의 트랜지스터 Q2 및 Q3이 본 실시예에서 반드시 필요한 것은 아니지만, 이들이 제공되어, 반전 및 비반전 신호의 상하 레벨을 제어하여 액정층에 인가되는 백 표시 레벨을 선정된 범위 내로 유지함으로써, 멀티플렉서(82)에 과대한 전압이 인가되는 것을 방지하며, AC 구동 신호 (c)의 상한 레벨과 하한 레벨 간의 동시성을 향상시킬 수 있다.
다음에, 도 6을 참조하여 리미트 레벨 발생 회로(84)의 구성에 대하여 설명한다. 단자(100)에 공급되는 매 주기(T)마다의 레벨을 반전시키는 반전 제어 신호에 따라, 리미트 레벨 발생 회로(84)는 레벨이 변화되는 제1 레벨 제어 신호 (d)를 트랜지스터 Q11의 에미터로부터 출력하며, 마찬가지로 레벨이 변화되는 제2 레벨 제어 신호 (e)를 트랜지스터 Q10의 에미터로부터 출력한다.
단자(100)에 공급되는 반전 제어 신호의 전압이 기준 전원(86)의 전압 Vref'보다 높은 H 레벨인 경우, 트랜지스터 Q19가 턴온되어, 정전류원(92)으로부터 공급되는 전류 I2와 거의 동일한 전류 I가 제1 전류 미러 회로 CC1에 의해 저항 R1에 흐르게 된다. 동시에, 단자(200)에 공급되는 반전 제어 신호가 L 레벨로 되어, 기준 전원(90-2; Vref2)이 선택되어 저항 R1에 접속된다. 그 결과, 트랜지스터 Q10의 베이스 전위가 값 "Vref2 + R1·I2"와 같게 되어, 트랜지스터 Q10은 에미터로부터 대응하는 제2 레벨 제어 신호 (e)를 출력한다. 또한, 트랜지스터 Q14가 OFF 상태로 되므로, 제2 전류 미러 회로 CC2에 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 트랜지스터 Q11의 베이스 전위는 기준 전원(90-2)의 전압 "Vref2"로 유지되며, 트랜지스터 Q11은 에미터로부터 제1 레벨 제어 신호 (d)를 출력한다.
한편, 단자(100)에 공급되는 반전 제어 신호의 전압이 기준 전원(86)의 전압 Vref'보다 낮은 L 레벨인 경우, PNP 트랜지스터 Q13과 차동쌍을 이루는 트랜지스터 Q14가 턴온된다. 그 때, 전류원(88)으로부터 공급되는 전류 I1과 거의 동일한 전류 I가 제2 전류 미러 회로 CC2에 의해 저항 R2를 통해 흐르게 된다. 동시에, 단자(200)에 공급되는 반전 제어 신호가 H 레벨로 되어, 기준 전원(90-1; Vref1)이 선택되어 저항 R2에 접속된다. 그 결과, 저항 R2에 접속된 트랜지스터 Q11의 베이스 전위는 저항 R2에서의 전압 강하에 의해 값 "Vref1-R2·I1"과 동일하게 되며, 트랜지스터 Q11은 에미터로부터 대응하는 제1 레벨 제어 신호 (d)를 출력한다. 또한, NPN 트랜지스터 Q20과 함께 차동쌍을 이루는 트랜지스터 Q19가 OFF 상태로 되므로, 제1 전류 미러 회로 CC1에는 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 제1 전류 미러 회로 CC1의 출력 트랜지스터와 저항 R1 사이에 접속되는 트랜지스터 Q10의 베이스 전위는 저항 R1의 타단에 접속되는 기준 전원(90-1)의 전압 "Vref1"과 동일하게 유지된다. 그 결과, 트랜지스터 Q10은 에미터로부터 도 7의 (e)에 나타낸 제2 표시 레벨 제어 신호 (e)를 출력한다.
제1 및 제2 레벨 제어 신호 (d) 및 (e)의 파형을 도 7의 (d) 및 (e)에서 2점 쇄선으로 나타내었다. 도 7의 (d) 및 (e)의 실선으로 나타낸 파형은 베이스 전압 파형으로서, 비반전 및 반전 신호 (a), (b)에 대한 리미트 레벨과 일치한다.
멀티플렉서(82)는 제2 리미트 회로(80)로부터 수신되는 반전 및 비반전 신호를 교대로 선택한다. 반전 제어 신호가 L 레벨이고 멀티플렉서(82)가 비반전 출력 신호 (a) (도 7에서, 주기 T1)를 선택한 경우, 제1 리미트 회로(78)의 트랜지스터 Q1에서의 리미트 레벨이 값 "Vref2"로 설정되기 때문에, 결과적으로 비반전 출력 신호 (a)의 하한 레벨(주기 T1에서의 흑 표시 레벨)은 "Vref2"보다 낮게 되지 않도록 제어된다. 또한, 트랜지스터 Q3에서의 상한 레벨이 값 "Vref2+R1·I2"로 설정되기 때문에, 결과적으로 비반전 출력 신호 (a)의 상한 레벨(주기 T1에서의 백 표시 레벨)은 "Vref2+R1·I2"를 초과하지 않도록 제어된다. 또한, 제1 리미트 회로(78)의 트랜지스터 Q2가 멀티플렉서(82)에 의해 선택되지 않은 반전 출력 신호 (b)를 제어하여 "Vref2" 이하로 유지하기 때문에, 멀티플렉서(82)의 스위칭 단자 간의 부분에서의 과대한 전압의 발생이 방지될 수 있다.
한편, 반전 제어 신호가 H 레벨이고 멀티플렉서(82)가 반전 출력 신호 (b) (도 7에서, 주기 T2)를 선택한 경우, 제1 리미트 회로(78)의 트랜지스터 Q2에 대한 리미트 레벨이 값 "Vref1-R2·I1"로 설정되므로, 결과적으로 반전 출력 신호 (b)의 하한 레벨(주기 T2에서의 백 표시 레벨)은 "Vref1-R2·I1" 이하로 되지 않도록 제어된다. 또한, 제2 리미트 회로(80)의 트랜지스터 Q4에서의 리미트 레벨이 값 "Vref1"로 설정되므로, 반전 출력 신호 (b)의 상한 레벨(주기 T2에서의 흑 표시 레벨)은 "Vref1"을 초과하지 않도록 제어된다. 또한, 제2 리미트 회로(80)의 트랜지스터 Q3이 멀티플렉서(82)에 의해 선택되지 않은 비반전 출력 신호 (a)를 값 "Vref1"을 초과하지 않도록 제어하기 때문에, 멀티플렉서(82)의 스위칭 단자 간의부분에서의 과대한 전압의 발생이 방지될 수 있다.
상술한 바와 같이 회로가 동작하므로, 버퍼를 통해 멀티플렉서(82)로부터 액정 표시 패널(50)로 공급되는 신호가 제어되어, 주기 T1 및 T2에서의 흑 표시 레벨은 Vref2 이상, 또는 Vref1 이하로 각각 제어된다.
상술한 바와 같이 액정 구동 전압의 흑 표시 레벨을 0 V 이상, 바람직하게는 Vth - Vc50(Vc50 : 콘트라스트 50을 달성하는 인가 전압) 범위 내로 유지하도록 제어하는 것은, 리미트 레벨 발생 회로(84)의 저항 R1 및 R2의 저항값과, 기준 전원(90-1, 90-2)의 전압 Vref1(=Vcen-△V), Vref2(=Vcen+△V)를 소망의 값으로 설정함으로써 달성될 수 있다. 또한, 온도 변화에 따라 기준 전원(90-1, 90-2)의 근사 전압 "Vref1", "Vref2"을 설정함으로써, 온도 변화에 기인하는 값 Vth의 변화에 따라 흑 표시 레벨이 변경되도록 설정할 수 있다.
상기와 같이 구동되는 액정 표시 패널을 노멀리 블랙 모드의 수직 배향 DAP 패널로 했지만, 액정 분자의 초기 경사각이 0도로 수평 배향된 트위스트 네마틱(twisted-nematic)형 LCD나 NW(normally-white) LCD와 같은, ON 상태와 OFF 상태 간의 스위칭 속도가 느린 액정 표시 패널을 이용해도 동일한 이점을 갖는다. 즉, 액정을 구동하기 위한 인가 전압의 하한을 0 V보다 큰 값으로 설정함으로써 액정의 응답 속도가 향상되기 때문에 동일한 이점을 갖게 된다.
또한, 본 실시 형태의 디바이스를 이용하여 컬러 LCD를 구성한 경우, 각 컬러 성분이 인가 전압(액정 ON 인가 전압, 백 표시 레벨)과 투과율과의 관계가 상이하므로 각각의 컬러 성분 간의 투과율의 차를 보상하기 위해 제1 및 제2 리미트 회로(78 및 80)의 트랜지스터 Q2, Q3에 의해 각 컬러 또는 R, G, B마다의 백 표시 레벨을 제어할 수도 있다. 도 8은 각 컬러 성분마다의 인가 전압 [V]과 투과율 [T]과의 관계를 나타낸다. R, G, B 컬러 성분마다 거의 동일한 투과율을 갖도록 하기 위해서는, 최대 투과율에 대한 액정 구동 레벨, 즉 노멀리 블랙 모드에서의 액정 화소를 턴온하기 위한 백 표시 전압 레벨은, 예를 들면 각각의 컬러 성분이 도 8에 나타낸 특성을 가질 경우, ECD LCD가 파장 의존성을 가지므로, R에 대하여 7.8 V 정도, G에 대하여 7 V 정도, B에 대하여 4.9 V 정도로 설정해야만 한다. 이렇게 설정함으로써, R, G, B 광의 조합을 통해 컬러 표시에 대하여 화이트 컬러가 정확히 재생될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 액정층에 인가하는 구동 전압 범위의 하한을 0 볼트보다 큰 소망의 범위로 설정함으로써, 높은 콘트라스트를 만족하면서 액정의 응답 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 오프 표시를 위해 액정층에 인가하는 전압의 하한을 액정의 광학 특성 변화 전압의 변화에 그 하한을 추종시킴으로써, 다양한 온도 환경 하에서도 항시 고품질의 표시를 행할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 액정 구동용 전극을 구비한 제1 기판과 제2 기판과의 사이에 끼워진 액정 배향의 수직 방향 성분 및 평면 방향 성분을 전계에 의해 제어하는 액정 표시 장치로서,
    액정에 인가하는 구동 전압 범위의 하한을 0 볼트보다 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 액정 구동용 전극을 구비한 제1 기판과 제2 기판과의 사이에 끼워진 액정 배향의 수직 방향 성분 및 평면 방향 성분을 전계에 의해 제어하는 액정 표시 장치로서,
    액정에 인가하는 구동 전압 범위의 하한을 액정의 광학 특성 변화 전압 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 액정 구동용의 전극을 구비한 제1 기판과 제2 기판 사이에 끼워진 액정의 수직 방향 성분 및 수평 방향 성분을 상기 제1 기판의 전극과 상기 제2 기판의 전극 사이에 인가하는 화소 전압에 의해 제어하는 액정 표시 장치로서,
    상기 화소 전압 범위의 하한을 오프 인가 전압, 그 상한을 온 인가 전압이라고 할 때,
    상기 오프 인가 전압은 0V보다 크며,
    상기 오프 인가 전압에서의 상기 액정의 투과율은 0V에서의 상기 액정의 투과율과 거의 동일하며,
    0V의 배향 상태에서 상기 온 인가 전압의 배향 상태로 변화할 때에 변화에 필요로 하는 시간 보다 상기 오프 인가 전압의 배향 상태에서 상기 온 인가 전압의 배향 상태로 변화할 때에 변화에 필요로 하는 시간이 짧거나, 또는 상기 온 인가 전압의 배향 상태에서 0V의 배향 상태로 변화할 때에 변화에 필요로 하는 시간 보다 상기 온 인가 전압의 배향 상태에서 상기 오프 인가 전압의 배향 상태로 변화할 때에 변화에 필요하는 시간이 짧은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 액정 구동용의 전극을 구비한 제1 기판과 제2 기판 사이에 끼워진 액정의 수직 방향 성분 및 수평 방향 성분을 상기 제1 기판의 전극과 상기 제2 기판의 전극 사이에 인가하는 화소 전압에 의해 제어하는 액정 표시 장치로서,
    상기 화소 전압 범위의 하한을 오프 인가 전압, 그 상한을 온 인가 전압으로 할 때,
    상기 오프 인가 전압은 0V보다 크고, 표시 콘트라스트 50 이상을 만족하는 전압 범위 내로 하며,
    상기 오프 인가 전압에 있어서의 상기 액정의 투과율은 0V에서의 상기 액정의 투과율과 거의 동일하고,
    상기 오프 인가 전압의 배향 상태에서 상기 온 인가 전압의 배향 상태로 변화하는데 필요로 하는 시간이 30ms 보다 짧은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 액정층에 인가하는 상기 구동 전압 범위의 하한은 표시 콘트라스트 50 이상을 만족하는 전압 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 전압 범위의 하한을 온도 의존성을 갖는 액정의 광학 특성 변화 전압의 온도 변화에 의한 전압 변화에 추종시키는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정은 초기 경사각이 거의 0도의 소직 또는 수평으로 초기 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 구동용 전극에는 소정 형상의 전극 부재 영역이 설치되고, 상기 전극의 단부에 발생하는 경사 방향의 전계에 의해, 상기 액정 배향의 평면 방향 성분을 제어하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 기판 상의 액정 구동용 전극은 상기 기판 상에 매트릭스 형상으로설치된 복수의 화소 전극이며,
    능동층에 저온에서 형성된 다결정 실리콘층을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터가 대응하는 상기 화소 전극에 접속되도록 형성되고,
    상기 복수의 화소 전극 각각과, 상기 제2 기판 상의 액정 구동용 전극인 공통 전극과의 사이에서 액정층을 화소 전극마다 구동하여 표시를 행하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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