KR19990008127A - 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR19990008127A
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안토니우스 게리르두스 헨드리쿠스 베르훌스트
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요트. 게. 아. 롤페즈
코닌폴리케필립스 일렉트로닉스엔.브이.
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Abstract

변형 가능한 나선형을 갖는 강유전성 액정 물질과, 꼬여진 스메틱 구조를 갖는 강유전성 액정 물질과, 단안정의 강유전성 액정 물질과, 전기진료 스메틱 액정 물질 및 반-강유전성 액정 물질에 기초한 디스플레이 장치에 있어서, 특히 비디오 응용의 경우에 있어서, 메모리 효과는 연속하는 열 선택 시간에서(예를들면 TFTs에 기초한 마트릭스 디스플레이의 경우) 이들 시간의 일부 동안 리세트 펄스를 제공하는 것에 의해 제거되어, 그 결과 셀 내의 편향은 0으로 감소하고, 기록 목적의 선택 이후의 적절한 값으로 전환된다.

Description

액정 디스플레이 장치
이러한 디스플레이 장치는 예를들면 데이터그래픽 모니터에서의 비디오 디스플레이 장치나 뷰파인더로서 사용될 수 있다.
일반적으로, 변형된 나선형을 갖는 강유전성 액정 물질은 가시광선의 파장 (약 400nm까지) 보다 작은 피치를 갖는 자연적인 나선형을 갖는 강유전성 액정 물질로 이해되어져야 한다. 상기 나선형의 축에 수직으로 연장하는 전기장은 상기 나선형의 변형을 유발하고, 그 결과 광학축의 회전으로 나타나게 된다. 결과적으로, 교차된 편광자(이들 교차된 편광자의 하나는 나선형의 축과 평행하게 연장한다) 사이에서, 양의 전기장 및 음의 전기장 둘 다에 대한 전송이 증가한다.
상기 언급된 다른 물질과 마찬가지로, 변형된 나선형을 갖는 상기 강유전성 액정 물질을 완전하게 구동된 상태에서 높은 편향을 나타낸다. 만약 이들 물질이 편광자와 분광기 사이에 제공되면, 상기 언급된 물질은 통상 다른 특성을 가지게 되는데, 즉 편광자와 분광기가 서로에 대해 특정한 각이 되는 경우 이들 물질은 실질적으로 투명과 불투명 사이를 전환할 수 있으며, 투명의 중간 레벨(그레이 레벨)도 실현될 수 있다.
전술된 형태의 디스플레이 장치는 『 A Full-Color DHF-AMLCD with Wide Viewing Angle in SID 94 DIGEST pp. 430-433』에서 상술된다. 상기 문헌에 따르면, DHFLC(Deformed Helix Ferroelectric Liquid Crystal; 변형된 나선형 강유전성 액정) 물질을 구비하는 장치의 사용은 다중 영역(multidomain)의 부재로 인해 소위 SSFLC(Surface Stabilized Ferroelectric Liquide CArystal; 표면이 안정화된 강유전성 액정) 장치에 비해서 유익한데, 전송 전압 특성의 더욱 연속적인 변화는 실행되는 그레이 레벨을 더 잘 실현되게 한다. 디스플레이 장치에서 사용되는 혼합이 고속 스위칭율에도 불구하고, 필드 주파수(field frequency)는 비디오 응용(NTSC 또는 PAL)에 대해 너무 낮은데, 이것은 DHFLC 물질의 고속 스위칭율에 기초한 기대치에 정반대이다. 이 사실은 이들 물질의 자발적인 편향화의 높은 값으로 설명된다. 구동 펄스의 일반적인 펄스 지속기간(이것은, 실제에 있어서, 예를들면 TV 시스템에서 64μsec에 달하는 구동 시스템의 열선택 시간의 절반인 펄스 지속기간에 필적한다)은 편향 전류(polarization current)를 제공하기에 너무 짧다. 다수의 프레임 또는 필드 시간에 걸쳐 연장할 수 있는 일시적인 현상이 발생한다.
상기 언급된 문헌에서 상술된 장치에 있어서, 이미지 고착(image sticking)' (image retention)도 또한 발생한다. 높은 편향율을 갖는 상기 언급된 또 다른 액정 효과는 동일한 문제점을 나타내지만, 전기장이 증가할수록 편향의 정도도 증가한다. 일반적으로, 양의 전압 및 음의 전압에 대한 전압/전송 곡선은 대칭적이다. 이러한 효과의 예는 『J.S Patel: Ferroelectric Liquid-crystal Modulator using Twisted Smectic Structure , Appl. Phys. Lett. Vol. 60(3)pp. 280-282(1992)』
『H. Okade et al: New Display Mode of Ferroelectric Liquid Crystals with Large Tilt Angle , Ferroelectrics Vol. 149, 171-181(1993)』
『D.M. Walba et al: High Performance Electroclinic Materials, Ferroelectrics Vol. 148, 435-442 (1993)』에 상술되어 있다. 또 다른 예는, 예를 들면, Asia Display '95 pp.61-64에 상술된 바와 같은 반-강유전성 액정 효과이다.
본 발명은 다수의 디스플레이 소자와, 제 1의 기판과 제 2의 기판 사이에 스메틱(smectic) 액정 물질의 그룹에 속하는 액정 물질과, 한 그룹의 열전극과 한 그룹의 행 전극, 및 상기 열전극에 선택 전압(selection voltages)을 인가하고 상기 행전극에 데이터 전압을 제공하기 위한 수단을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 상기 디스플레이 소자는 매트릭스에 따라 행과 열로 정렬되고, 상기 스메틱 액정 물질 그룹은 변형가능한 나선형을 갖는 강유전성(ferroelectric) 액정 물질과, 꼬여진 스메틱 구조(tristed smectic struture)를 갖는 강유전성 액정 물질과, 단안정(monostable) 강유전성 액정 물질과, 전기진료(electroclinic) 스메틱 액정 물질 및 반-강유전성(anti-ferroelectric) 액정 물질을 포함하며, 각 화소는 적어도 하나의 기판 상에, 활성 스위칭 소자를 통해 행 전극 또는 열 전극에 접속된 화상 전극(picture electrode)을 포함한다.
도 1 은 본 발명에 따른 디스플레이 장치 일부의 개략적인 등가 회로도.
도 2 는 도 1의 도시된 장치의 개략적인 단면도.
도 3a 는 나선형에 대한 편광자의 개략적인 위치도.
도 3b 는 본 발명에 따라 동작하는 도 1에 도시된 장치에 대한 전송 곡선.
본 발명의 목적은 서두에서 상술된 형태의 디스플레이 장치를 제공하는 것으로, 상기 장치는 20Hz를 초과하는 필드 주파수(예를들면 50Hz(PAL))에서 동작할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 '잔상(after image)이 거의 발생하지 않는 장치를 제공하는 것이다.
이 때문에, 본 발명에 따른 장치는 디스플레이 장치가 제어회로를 포함하는 점을 특징으로 하는데, 상기 제어회로는 라인-선택 시간의 첫번째 부분 동안, 제 1의 다수의 연속 열전극으로 리세트 목적의 선택 신호를 제공하고, 후속하는 라인-선택 시간의 대응하는 부분 동안, 적어도 한 라인 위치만큼 시프트된 제 2 의 다수의 열전극으로 리세트 목적의 선택 신호를 제공하고, 라인-선택 시간의 다른 부분 동안 하나 또는 두개의 열전극으로 데이터 기록 목적의 선택 신호를 제공하며 행전극으로 데이터 신호를 제공한다.
이러한 관점에서, 연속적인 열전극은 (예를들면 첫번째 열전극인) 한 쪽끝의 에지에서의 다수의 열전극과 함께 (예를들면 마지막 열전극인) 나머지 끝의 에지에서의 다수의 열전극을 의미하는 것으로 이해되어져야 한다. 특정 응용(이중열 구동(double row drive))에 있어서, 예를들면, 텔레비젼 화상의 짝수 필드 및 홀수 필드는 부분적으로 서로 엇갈리게 된다. 응용의 종류는 하나 또는 두 라인 위치만큼의 선택 오프셋이 발생하는지와 라인-선택 시간이 다른 부분동안, 하나 또는 두 열전극이 데이터를 기록하기 위한 선택 신호를 구비하고 있는지를 판정한다.
본 발명은, 공지의 (강유전성) 액정 디스플레이 장치와는 달리, 화소 양단에 전압을 인가할 때, 디스플레이 장치가 전체적으로 아주 느리게되도록 긴 시간을 요구하거나 또는 화소가 요구되는 전하 및 관련된 전송값을 항상 수신하지는 않도록 DHFLC 물질 (및 상기 언급된 다른 물질)의 자발적인 편향이 중요한 역할을 한다는 사실에 기초한다. 상기 언급된 문헌에 있어서, 선택 이전에 디스플레이 소자의 열을 보조 전압(리세트)에 의해 최종의 광학 전송 상태로 가져가는 것이 제안되었지만, 이러한 경우 화소가 편광의 중요성으로 인해 요구되는 전하를 수신하지 못하게 되어, 불완전한 리세트가 발생한다. 화소 양단의 전하 (및 전송값)이 이러한 리세트 후에 다시 정의되지 않기 때문에, 후속하는 선택 처리에서 제공되는 데이터 신호는 화소 양단에서 요구되는 전하의 최종값( 및 전송값)에 도달할 수 없을 것이다. 다수의 필드 시간을 포괄하는 주기 동안 기록될 화소의 동일한 그레이 레벨의 경우에 있어서, 이러한 메모리 효과(memory effect)를 제거하는 것은 다수의 필드를 필요로 할 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치에 있어서, 메모리 효과는 적어도 실질적으로 라인 선택 시간의 첫번째 부분동안 제 1의 다수의 연속적인 열에 있는 화소에 리세트 신호를 제공하고, 적어도 한 라인 위치만큼 시프트된 제 2의 다수의 연속적인 열에 대한 후속하는 라인 선택 시간에 이것을 반복하고, 라인 선택 시간의 매 두번째 부분동안 행 전극에 데이터 신호를 제공하는 것에 의해 제거된다. 이러한 경우에 있어서, 연속하는 라인 선택 시간의 수의 첫번째 부분 동안 나타나는 리세트 신호의 결합 효과는, 상기 수가 적절하게 선택되면, 완전 리세트를 수행하는데 충분하다.
되도록 리세팅은 화소로 하여금 불투명한 상태가 되도록 하는데, 이것은 더 나은 콘트라스트로 나타난다.
만약 활성 스위칭 소자가, 예를들어 TFT인 경우, 각 화소는 부가적인 커패시터를 구비할 수 있다. 선택 주기(상기 선택 주기는 더욱 짧아질 수 있다) 동안 상기 부가적인 커패시터에 저장된 전하는 화소 양단의 전하(그러므로 편광)를 또한 결정한다.
본 발명의 이들 및 다른 양상은 이하 상술될 실시예와 연계해서 명백할 것이다.
도 1은 디스플레이 장치(1) 일부의 등가 회로도를 개략적으로 도시한다. 이 장치는 행과 열로 정렬된 화소(2)로 이루어진 마트릭스를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 화소(2)는 이 실시예에서는 TFT 트랜지스터(3)인 3-극 스위치에 의해 행전극 또는 데이터 전극(4)에 접속된다. 화소의 행은 열 또는 TFTs의 게이트 전극을 통해 적절한 열을 선택하는 선택 전극(5)을 통해 선택된다. 열 전극(5)은 열 구동 회로(6)에 의해 연속적으로 선택된다.
인입 데이터 또는 (비디오) 정보(7)는 처리/제어 유닛(8)에서 처리되고 데이터 레지스터(9)에 저장된다. 데이터 레지스터(9)에 의해 제공되는 전압은 요구되는 그레이 레벨의 영역을 설정하기에 충분한 전압 영역을 포괄한다. 커패시터(2)로 도시된 화소(2)는, 선택동안 화상 전극(13)이 행 전극으로부터의 전압을 취한다는 사실의 결과로서 TFTs를 통해 양 또는 음으로 충전된다. 이 실시예에 있어서, 화상 전극(14)은 공통의 반대 전극(common counter electrode; 16)을 형성한다. 상기 화상 전극의 동기화는 제어 라인(17)을 통해 발생한다.
필요하다면, 각 화소는 보조 커패시터(33)를 또한 구비할 수도 있다. 상기 보조 커패시터(33)(도 1에서 한 행에만 도시됨)는 화소 양단의 전압 손실을 줄인다. 상기 보조 커패시터는 화소의 커패시턴스 값보다 약 10배(5 내지 20배)인 값을 갖는다.
활성 스위칭 소자를 이용하는 것에 의해, 화소 양단의 전압의 설정에 이들 화소가 (후속하는 (서브)필드에서) 다시 선택되기 전에 다른 화소용으로 의도된 행전극 상의 신호가 영향을 미치는 것은 배제된다.
도 2는 도 1의 도시된 장치의 개략적인 단면도이다. 제 1 의 기판(18) 상에 열 또는 선택 전극(도시되지 않음) 뿐만 아니라, 행 또는 데이터 전극(4) 및 화상 전극(13)이 존재하는데, 이 실시예에서 이들은 인듐-주석 산화물과 같은 투명한 전도성 물질로 이루어지며, 상기 전극은 (개략적으로 도시된) 접속(19)에 의해 TFTs(3)를 통해 열 전극(4)에 접속된다.
제 2 의 기판 상에 화상 전극(14)이 존재하는데, 이 실시예에서 공통의 반대 전극(16)을 형성하도록 집적된다. 두 기판은 방향층(orienting layer; 24)으로 더 피복되고, 변형 가능한 나선형(25)을 갖는 강유전성 액정 물질은 기판 사이에 위치된다. 스페이서(spacer)와 실리 에지(sealing edge) 어느 것도 도시되지 않았다. 상기 장치는 제 1의 편광기(20) 및 제 2의 편광기 또는 분광기(21)을 더 포함하며, 이들 편광축은 직교한다.
도 3b는 이러한 장치에서 셀의 전송/전압 특성을 개략적으로 도시하는데, 전기장의 부재로 인해 DHFLC 물질의 나선축(그러므로 광학축(28))은 편광기중 하나와 평행하게 연장하도록 선택된다(소위 대칭 모드)(도 3a 참조). 셀 양단의 인가된 전압의 결과로서, 분자는 그들의 자발적인 편향을 관련된 필드로 향하도록 하는데, 이것은 편광기 중 하나와 평행하게 연장하는 나선형 축을 구비하는 교차된 편광기 사이에서, 전압이 증가할수록 양 및 음의 전압에 대한 전송이 증가하는 것을 나타내는 전송/전압 특성으로 나타난다(도 3b). 그러나, 본 발명은 DHFLC 물질의 나선형의 광학축이 구동된 상태에서 편광 방향의 하나와 일치하도록 교차된 편광기가 기판에 대해 회전된 소위 비대칭 모드에 적용될 수도 있다.
도 4a는 도 1 및 도 2에 도시된 장치의 다수의 열전극(5)에 대한 전압 변화를 도시하고, 도 4b는 임의의 행 전극(4)에 대한 전압 변화를 도시한다. 라인 시간(t1)의 첫 번째 부분(tr) 동안, 리세트용의 펄스(41)는 열(n)에 제공되고, 행 전극에 대한 전압은 이 실시예에서 거의 0V이다. 관련된 라인 시간(t1)의 두 번째 부분(tw) 동안, 열(n)은 선택되지 않고, 행 전극에 대한 전압은 도시되지 않은 열에 기록된 정보에 의해 결정된다. 실제에 있어서, t1, tr및 tw+tw≤t1이 되도록 선택된다.
이 때문에, 데이터 레지스터(9)는 열 선택 주기(t1)의 첫 번째 부분(tr) 동안 행 전극으로 거의 0V의 전압을 제공하고, 관련된 라인 시간(t1)의 두 번째 부분(tw) 동안 펄스(43)로 나타내어지고 선택된 열을 위해 의도된 데이터 전압(행 전압)을 제공하도록 디자인된다. 반대 전극(16) 은 거의 0V의 전압을 갖는다. 다수(이 실시예에서 8)의 연속 라인 시간 동안, 열-구동 회로는 리세트 목적으로 선택 펄스(41)를 열(n)에 제공하고, 라인 시간의 두 번째 부분 동안의 그 다음의 (또는 그 후의) 라인 시간에 기록을 위한 선택 펄스(42)를 제공한다. 필요하다면, 도 4a의 상이한 라인 시간에 제공되는 열(n)의 리세트용의 마지막 선택 펄스(41)와 기록용의 선택 펄스(42)는 한 라인 시간 내에 발생할 수도 있다. 관련된 행 전극(4) 상의 펄스(44)는 열(n)에서 선택된 화소 양단의 전압(도 4c)과 관련된 전송(도 4d)을 정의한다.
이러한 연결의 현저한 특징은 다수(이 경우 8)의 연속 라인 시간에서 완전한 리세트(화소 전압 0V 및 제로 전송)는 다수의 중간값을 통해 실현된다. 첫 번째 리세트 후에, 셀 커패시턴스(C0)를 갖는 셀은, 예를 들면, 전압(V0)를 가지며, 이것은 전하량 Q=C0·V0에 대응한다. 후속하는 기록 시간 동안, 전하는 동일한 열 선택 시간에 편광 전류를 공급하고, 상기 전류는 도 4c에 도시된 바와 같은 전압 곡선을 발생한다. 후속하는 열 선택 시간 동안, 리세트 펄스는 (이 실시예에서) 8 열 선택 시간 후에 완전한 리세트가 발생할 때까지 전압 진폭을 더 감소시키고 관련된 행 전극(4) 상에서 펄스(44)에 의해 결정되는 전압은 열(n)에서 선택된 화소 양단에 기록된다. 따라서, 완전한 리세트는 실제 필드 시간 또는 프레임 시간보단 휠씬 짧은 시간의 주기에 실현된다. 결과적으로, 서두에서 언급된 메모리 효과는 제거된다. 또한, 자신의 선택 바로 이후에, 화소는 요구되는 전압(및 전송값)을 수신하고, 그 결과 여파(aftereffect)는 발생하지 않는다.
바람직하지 않은 전하 효과를 배제하기 위해서, 도 1 및 도 2에 도시된 상기 장치의 셀은 되도록 반대 부호의 전압으로 구동된다. 결과적으로, 리세트 이전에 선택된 화소 양단의 전압은 기록후의 전압과 반대 부호이다. 열(n+1, n+2, ...)에 대해서 동일한 펄스 패턴이 하나의 열 선택 시간 만큼 시프트된 열(n)에 관한 열 전극에 인가된다. 이세트에 필요한 펄스의 수는 사용되는 액정 물질과, 그렇지 않으면, 보조 커패시터(33)의 활용에 의해 통제되며, 이들 펄스의 지속 기간을 변경하는 것에 의해 영향을 받을 수도 있다.
물론 본원에서 상술된 예증적인 실시예에 본 발명이 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 영역 내에서 다수의 변형예가 가능하다. 예를들면, 반사 또는 전송 디스플레이 장치 둘 모두가 사용될 수 있다. 예를들면, 일시적인 효과로서 도는 이중 열 구동의 경우 새로운 이미지의 기록을 시작하는 것에 의해, 또는 예를들면, 약간 긴 리세트 액션이 국부적으로 요구되는 것에 의해, 한 라인 시간 동안 리세트 펄스를 구비하는 열 전극의 수는 한 디스플레이 장치 내에서도 변경될 수 있다. 대안으로, 라인 시간의 첫 번째 부분은 기록 목적의 선택으로 사용되고, 라인 시간의 두 번째 부분 동안 리세트 목적의 신호가 연속적으로 활성화될 수도 있다.
유익한 다른 실시예에 있어서, 제 2의 기판 상에 존재하는 반대 전극의 전압은 평균 전압에 대한 매 필드마다 교호할 수 있다. 이로인해, 더 낮은 구동 전압 및 그로 인한 더 저렴한 ICs가 사용될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 리세트용 선택 신호의 제공동안, 구동 회로는 유익하게도 전압을 행 전극으로 인가하는데, 상기 전압은 상기 반대 전극의 전압과 실질적으로 동일하다.
요약하면, 본 발명은 변형된 나선형 강유전성 액정 디스플레이 장치 및 (완전하게 구동된 상태에서 높은 편광)의 유사한 물질에 기초한 액정 디스플레이 장치, 특히 비디오 응용에서 연속하는 열 선택 시간에 리세트 펄스를 이들 시간의 부분 동안(예를들면 TFTs에 기초한 마트릭스 디스플레이에서) 제공하는 것에 의해 메모리 효과를 제거해서, 그 결과 한 셀 내의 편광이 항상 0으로 감소하도록 하고, 기록 데이터의 선택 후에 올바른 값으로 전환되도록 한다.

Claims (6)

  1. 다수의 디스플레이 소자와, 제 1의 기판과 제 2의 기판 사이에 스메틱(smectic) 액정 물질의 그룹에 속하는 액정 물질과, 한 그룹의 열전극과 한 그룹의 행 전극, 및 상기 열전극에 선택 전압(selection voltages)을 인가하고 상기 행전극에 데이터 전압을 제공하기 위한 수단을 포함하는 디스플레이 장치로서, 상기 디스플레이 소자는 매트릭스에 따라 행과 열로 정렬되고, 상기 스메틱 액정 물질 그룹은 변형가능한 나선형을 갖는 강유전성(ferroelectric) 액정 물질과, 꼬여진 스메틱 구조(tristed smectic struture)를 갖는 강유전성 액정 물질과, 단안정(monostable) 강유전성 액정 물질과, 전기진료(electroclinic) 스메틱 액정 물질 및 반-강유전성(anti-ferroelectric) 액정 물질을 포함하며, 각 화소는 적어도 하나의 기판 상에 활성 스위칭 소자를 통해 행 전극 또는 열 전극에 접속된 화상 전극(picture electrode)을 포함하는 디스플레이 장치에 있어서,
    라인-선택 시간의 첫번째 부분 동안, 리세트의 목적으로 제 1의 다수의 연속 열전극으로 선택 신호를 제공하고, 리세트의 목적으로 후속하는 라인-선택 시간의 대응하는 부분 동안, 적어도 한 라인 위치만큼 시프트된 제 2 의 다수의 열전극으로 선택 신호를 제공하고, 데이터 기록의 목적으로 라인-선택 시간의 다른 부분 동안 하나 또는 두개의 열전극으로 선택 신호를 제공하며 행전극으로 데이터 신호를 제공하는 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 라인-선택 시간의 첫 번째 부분 동안 및 후속하는 라인-선택 시간의 대응하는 부분 동안, 상기 제어 회로는 적어도 하나의 라인 위치만큼 시프트된 동일한 다수의 연속하는 열 전극으로 리세트 목적의 선택 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 리세트 목적의 선택 신호를 제공하는 동안, 상기 제어 회로는 행 전극으로 거의 제로 볼트의 전압을 제공하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 활성 스위칭 소자는 제 1 의 기판 상의 TFT이고, 상기 제어 회로는 제 2 의 기판 상에 위치하는 반대 전극의 전압으로 하여금 평균 전압에 관한 매 필드 시간마다 교호하도록 하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 리세트 목적의 선택 신호를 제공하는 동안, 상기 제어 회로는 행 전극으로 상기 반대 전극 상의 전압과 거의 동일한 전압을 제공하는 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 화소는 부가적인 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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