KR20010051005A - 고선명 액정 표시 장치 - Google Patents

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가나이 쓰토무
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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치를 고밀도화하여도 높은 콘트라스트로 양호한 표시가 가능한 액정 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
주사 배선과, 부 주사 배선 및 표시 전극과 주 주사 배선 및 부 주사 배선의 인가 전압에 의해 제어되는 TFT의 주 회로와, 신호 배선과, 표시 전극을 직렬로 접속한 픽셀을 배열하고, 부 주사 배선을 상하 방향으로 배치한 표시 매트릭스에 있어서, 주 주사 배선에 프레임 시간 내에 순차 시프트하는 주 주사 펄스와, 상호 공통 접속된 부 주사 배선에, 주 주사 펄스의 시간 내에 상태가 변하는 부 주사 펄스를 사용하여 라인을 선택 구동함으로써 상기 목적을 달성한다.

Description

고선명 액정 표시 장치{HIGH DEFINITION LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 고해상도 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액티브 매트릭스 액정 표시 장치는 높은 콘트라스트를 갖는 화상을 표시할 수 있고, 얇은 두께(low-profile) 및 경량의 특성을 가지며, 휴대가능한 노트형 컴퓨터 및 휴대가능한 화상 표시 장치용으로 널리 사용된다.
상기 액티브 매트릭스 액정 표시 장치에 관해서는 예를 들어, SID International Symposium Digest of Technical Papers 879페이지 내지 881 페이지에서 보고된 바 있다. 액티브 매트릭스 구동법 및 액정 표시 모듈에 대한 상세한 설명은 Shouichi Matsumoto에 의해 저술되고 편집되었으며 Sangyo Tosho Publishing Co.에서 출판된 "Liquid Display Technologies"에 개시되어 있다.
이들 종래 기술과 본 발명과의 차이점을 설명하기 위해, 도 15에서 도시된 종래의 표시 장치와 도 1에 도시된 본 발명의 액정 표시 장치를 이하에서 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 개략 도면으로서, 표시 영역(6, 7)이 주 주사 배선(min scan wiring; 12)과 신호 배선 사이의 교차점에 배열된 많은 픽셀(1)들로 매트릭스 배선으로서 구성되고, 부 주사 배선(19)은 신호 배선(11)을 따라 배열되어 있다. 이들 배선들을 구동하기 위해, 주 주사 회로(10), 부 주사 회로(15), 신호 회로(9) 및 제어 신호를 제어하기 위한 제어 회로(13)가 배열되고, 픽셀과 대향하고 액정을 지지하는 대향 기판 상에 대향 전극(17)이 형성된다. 이러한 표시 장치를 구동하기 위한 전력, 동기 신호 및 표시 데이타가 플렉시블 기판(14)을 통해 입력된다.
각각의 픽셀을 구동하기 위해, 한 쌍의 TFT가 드레인 배선 및 표시 전극(2) 사이에 접속되고 주 회로에 직렬 접속되며, TFT의 각 게이트 전극이 주 주사 배선과 부 주사 배선에 접속된다. 하나의 주 주사 배선은 매 2열의 픽셀 마다 할당되고, 주 주사 배선용의 듀얼 TFT(3)의 게이트 단자에 공통 접속된다. 부 주사 배선용 TFT(4)는 매 열마다 nch, pch, Nch 및 pch의 순서로 반복적으로 배열되고, 이들의 게이트 단자는 행방향으로 동일한 부 주사 배선에 접속되며, 이들은 매트릭스 외측에서 서로 접속되어 있으며, TFT는 부 주사 회로에 의해 함께 구동된다. 또한, 보유 용량(5)이 표시 전극에 배열되어 있고, 보유 용량(retention capacitance)의 한 쪽 단자는 표시 전극에 접속되어 있고, 다른쪽 단자는 인접하는 보유 용량의 단자에 접속되어 있고 매트릭스 외측에 위치한 공통 전극 전원 회로에 접속되어 있다.
이 매트릭스를 선형 직렬법에 의해 구동시키기 위해서 다음과 같은 구동 방식을 채용한다. 먼저, 매 열 마다 픽셀을 선택하기 위해, 주 주사 배선용 TFT의 매 두개 열마다가 턴온되고 주 주사 펄스를 주 주사 배선에 인가하기 위해 두개 열의 픽셀이 선택된 다음, 두개 열에서 선택된 픽셀들 중 부 주사 배선용의 TFT는, 부 주사 배선의 전압을 주 주사 펄스의 거의 반 주기 동안에는 부 주사 배선의 전압을 로직 레벨 H이고 나머지 반 주기 동안에는 로직 레벨 L이 되도록 설정함으로써 선택적으로 구동된다. 주 주사 배선용의 TFT 및 부 주사 배선용의 TFT 모두가 동시에 구동되는 하나의 열에 구성된 픽셀들이 선택될 수 있다.
도 17에 도시된 종래 구조의 표시 장치에서, 픽셀 TFT(102)는 주사 배선(100)과 신호 배선(101) 사이의 교차점에 배열되고, 주 회로는 신호 배선과 표시 전극(103) 사이에 접속되고 주사 배선은 게이트 전극에 접속된다. 이 경우, 주사 배선의 수는 열 방향으로 배열된 픽셀 수로 될 필요가 있다. 선택 펄스가 제1 열에서 부터 주사 배선에 순차적으로 인가됨에 따라, 제1 열의 픽셀은 제1 열의 픽셀 TFT를 구동시킴으로써 선택되고, 표시 전극(104)과 대향 전극(105)으로 구성된 액정 용량은 신호 배선의 신호 전압으로 충전된 다음, 제1 열의 픽셀 TFT는 턴오프되도록 유지되고, 그 다음 제1 및 나머지열이 반복적으로 구동되어 선택되어짐으로써 모든 주사 배선이 스캐닝되고, 지정된 신호 전압을 모든 픽셀들에 인가함으로써 표시 동작이 완료된다.
종래 기술에서 패널을 고해상도로 구성하기 위해, 선택 시간 즉, 하나의 픽셀에 대한 게이트 시간은 주사 배선의 수가 증가하기 때문에 감소된다. 그리하여, 주사 배선에서의 응답 가속이 요구된다. 그러나, 하나의 열에 대한 픽셀 수가 고해상도를 달성하기 위해 필연적으로 증가됨에 따라, 배선 저항과 배선 용량을 곱함으로써 나타낸 배선 시간 정수는 증가하고 배선 단자에서의 변화 응답 시간은 증갛나다. 일시적인 응답을 가속하기 위한 시도에서, 배선 저항을 적게 하는 대안적인 방법이 있다 하더라도, 프로세스의 변형이 요구되는 데 이는 실질적으로는 실행하기 어렵다. 또한, 배선 저항을 감소시키기 위해 배선폭을 커지게 하는 다른 방법이 있다하더라도, 픽셀부의 개구수를 감소시키고 패널 자체의 전력 소비를 증가시킨다.
본 발명은 행방향으로 배열된 주 주사 배선에 의해 생성된 주 주사 펄스와, 신호 배선을 따라 열방향으로 배열된 부 주사 배선에 의해 생성된 부 주사 펄스를 결합함으로써, 픽셀 라인이 픽셀부에서 형성된 TFT 회로에 의해 선택된다.
각 열에 대한 선택 시간 길이의 2배 정도의 시간폭을 갖는 펄스를 배선 지연 시간이 긴주 주사 배선에 인가하고, 행방향으로 배선 길이를 갖는 부 주사 배선에 고속의 부 주사 펄스를 인가함으로써 하나의 행이 선택될 수 있다. 이러한 구성으로서, 배선 선택 펄스의 펄스 폭은 패널이 고해상도를 갖도록 형성하기 위해 애쓰는 경우라 하더라도 종래 기술에 비해 두배 정도 확장될 수 있고, 배선 응답 시간이 증가된다 하더라도 우수한 표시 화상을 얻을 수 있다.
본 발명에서. 부 주사 배선의 수를 "a"로 정의한다면, 주 주사 배선의 선택 시간 폭은 "2a"배 확장될 수 있고, 주 주사 배선 펄스폭은 부 주사 배선의 수를 2개, 3개 또는 4개로 함으로써 4배, 8배 또는 16배 확장될 수 있으므로 고해상도 패널을 향성하기 용이해진다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 주 주사 배선 펄스폭의 확장이 주 주사 배선으로부터 발생된 불필요한 방사 에너지 및 주파수를 감소시키는 데 기여할 수 있는 장점이 있다.
또한, 이러한 구동 방법을 반사형 액정 표시 장치에 적용함으로써 고해상도 및 저전력 소비 패널을 제공할 수 있는 장점이 있다.
픽셀 선택용의 다수의 TFT가 픽셀 내에 형성되는 방법으로서, 1997년에 공개된 일본 공개 특허 9-329807호에 개시되어 있다. 한 쌍의 TFT는 메인 회로를 직렬로 접속하고 하나의 픽셀로 구성함으로써 표시 전극과 신호 배선 사이에 접속되고, 그 게이트 단자들이 주사 배선 및 블럭 선택 신호 배선에 각각 접속된다. 그러나, 본 발명에서 주사 배선은 각 열에 대해 추출되고 주사 펄스 폭은 상술한 종래 기술에서와 동일하다. 또한, 픽셀은 수평 방향으로 정의된 블럭에 대한 유닛에 의해 선택되고, 그 기대되는 효과는 데이터를 기록할 필요가 없는 픽셀을 구동하지 않고도 애니메이션 표시용의 표시 패널을 구동하기 위한 전기전력 소모를 감소시키는 것이고, 그리하여 그 구조 및 효과는 본 발명의 것과는 완전히 다르다.
본 발명의 특성을 명확하게 하기 위해서는, 종래 기술에서의 주사 배선의 구동 조건과 연관한 시간 관계를 이하에서 설명하기로 한다. 전체 표시 패널을 스캐닝하는 동안의 주기에 대응하는 프레임 주파수는 60 ㎐ 이상으로 정의된다. 이 주파수는 표시 패널에서의 플리커를 감소시키기 위해 필요하다. 하나의 주사 배선에 대한 프레임 시간과 선택 시간 사에의 관계는 다음의 수학식과 근사하다.
Tg = 1 (f x N)
여기서, Tg는 하나의 주사 배선에 대한 선택 시간이고, f는 프레임 주파수이고 N은 주사 배선의 수이다. 최소 프레임 주파수는 60 Hz이고, N은 480, 600 또는 768로서 노트형 컴퓨터용의 패널의 해상도를 나타내고, 1024 또는 1200은 데스크 톱 컴퓨터용으로 사용된 대형 패널이다. 선택 시간은 N이 증가함에 따라 상반되게 감소한다. 예를 들어, N= 480에 대해 Tg는 30 μsec이고, N=1200에 대해 Tg는 14 μsec이다. 주사 배선의 수가 증가함에 따라, 픽셀 영역에서 수평 방향으로 있는 픽셀 수 즉, 표시 매트릭스에서 행 수는 주사 배선의 수에 비례하여 증가한다. 개인 컴퓨터용으로 사용될 표시 장치에서 표시 영역의 애스펙트비는 3 대 4로서, 수평 방향으로의 픽셀 x 수직 방향으로의 픽셀이라는 개념에서의 픽셀 구조는 640 픽셀 x 480 픽셀 대 1600 픽셀 x 1200 픽셀로부터 기인한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 종래의 액정 표시 장치에서 표시 매트릭스를 고해상도로 만들기 위한 시도에서 하나의 주사 배선에 접속된 픽셀 수가 불가결하게 증가함에 따라, 배선 용량이 증가하고 주 주사 배선의 과도 응답 시간이 증가한다. 이와는 대조적으로, 하나의 픽셀에 대한 선택 시간이 짧아지게 되고, 주 주사 배선의 응답은 가속을 위해 개선되어야 한다는 모순이 있다.
최근 멀티미디어 기술에서의 경향은, 퍼스널 컴퓨터에서 사용된 표시 장치에 대해 고해상도의 표시 용량이 필수불가결한 것이고, 고해상도 컴플라이언스도 해결하여야 할 중요한 과제이다.
본 발명의 한 목적은, 픽셀부가 고해상도인 경우에도 주 주사 시간(main scan time)의 선택 시간을 감소시키지 않고서 고선명 표시 화상을 가능하게 하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 주사 펄스의 시간을 크게함으로써, 주 주사 배선을 구동하기 위한 주 주사 회로의 출력 저항이 크고 구동 성능이 낮은 경우에도 고화질을 얻을 수 있고, 출력 스테이지의 트랜지스터 영역이 감소될 수 있고, 회로폭이 감소될 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 주 주사 배선 및 신호 배선의 선택 시간을 길게함으로써, 신호 회로의 출력 정도가 향상되고, 고정도의 계조 시퀀스와 함께 고선명 표시가 가능한 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위해, 본 발명에서는, 한 쌍의 TFT를 사용하여 주 회로와 직렬로 연결함으로써 신호 배선과 표시 전극에 연결시키고, 두 TFT의 게이트 전극 중 하나를 매 두 픽셀 마다 형성된 부 주사 배선에 접속되고, 두 TFT 의 다른 게이트 전극은 하나의 신호 배선에 대해 형성된 부 주사 배선에 접속되고, 주 주사 배선은, 매 두 열 마다 형성된 단일 주 주사 배선 및 단일 부 주사 배선에 의해 단일 열에 대한 선택 시간의 폭 보다 2배 긴 폭을 갖는 주사 펄스의 경우에도 구동되어, 우수한 표시 품질을 얻는다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 3개의 TFT를 사용하여 주 회로를 직렬 접속하여 신호 배선 및 표시 전극에 접속한다. 단일 주 주사 배선은 픽셀들의 4개 열에 할당되고, 픽셀 TFT의 극성은 Nch-Nch-Nch, Nch-Nch-Pch, Nch-Pch-Nch 및 Nch-Pch-Pch의 반복적이고 주기적인 패턴으로 정의된다. 3개 TFT의 게이트 전극 중 첫번째에서 각 Nch장치는 주 주사 배선에 공통 접속된다. 다른 두개의 TFT에 대해, 두번째 것은 상호 접속되고 세번째 것도 상호 접속되며, 다음에, 두 부 주사 배선에 각각 접속된다. 이러한 구성과 함께, 단일 주 주사 배선에 접속된 피ㅣㄱ셀들의 4개 열에 대한 2개의 부 주사 배선의 전압 관계는 4개의 상태, H-H, H-L, L-H, 및 L-L을 생성하고, 이들 중 한 열이 순차적으로 선택될 수 있다. 이러한 경우에, 주 주사 배선이 단일 열에 대한 선택 시간의 폭 보다 4배 긴 폭을 갖는 펄스 등으로 구동된다 하더라도, 우수한 표시 품질을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 각 행에 대해 한 쌍의 신호 배선이 형성되고, 두 개의 열이 한번에 선택되고 기록을 위해 동작된다. 주사 펄스 폭이 단일 열에 대한 선택 시간보다 8배 길고, 단일 전압에 대한 기록 시간이 두배 더 걸리는 경우에, 신호 전압을 기록하는 데 있어서의 정확도는 증가되고 표시 품질이 크게 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 개략 구성을 나타내는 도면.
도 2는 픽셀부의 평면도.
도 3은 픽셀 용량부의 단면도.
도 4는 TFT 표시 전극 접합부의 단면도.
도 5는 각 부분에 대한 구동 신호의 파형을 나타내는 도면.
도 6은 선택 상태를 나타내는 도면.
도 7은 제2 실시예에서의 픽셀 회로를 나타내는 도면.
도 8은 제2 실시예에서의 각 부분에 대한 구동 신호의 파형을 나타내는 도면.
도 9, 도 10 및 도 11은 제3 실시예에서의 픽셀 회로를 각각 나타내는 도면.
도 12는 제4 실시예에서의 픽셀 회로를 나타내는 도면.
도 13은 액정 표시 장치의 블록도.
도 14는 액정 표시 장치의 응용 기기를 개략적으로 나타내는 도면.
도 15는 픽셀부의 평면도.
도 16은 본 발명의 실시예의 외부 개략도.
도 17은 종래의 액정 표시 장치의 개략 구조를 나타내는 도면.
도 18은 횡 스트라이프 픽셀 매트릭스의 개략 구조를 나타내는 도면.
도 19는 횡 스트라이프 픽셀 회로의 개략 구조를 나타내는 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1: 픽셀
2: 표시 전극
3: 주 주사 배선용 TFT
4: 부 주사 배선용 TFT
5: 부가 용량
6, 7: 표시 영역
8: 유리 기판
9: 신호 회로
10: 주 주사 회로
11: 신호 배선
12: 주 주사 배선
13: 제어 회로
15: 부 주사 회로
16: 공통 전극 전원 회로
17: 대향 전극
18: 공통 배선
19: 부 주사 배선
20: 접속부
본 발명의 액정 표시 장치의 개략 구조를 나타내는 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예가 설명될 것이다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 복수의 픽셀(1)이 매트릭스 형태로 유리 기판(8) 상에 배열된 표시 영역(6, 7), 매트릭스 배선을 구동하기 위한 주 주사 회로(10), 신호 회로(9), 부 주사 회로(15), 이들 회로에 대한 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어 회로(13)가 유리 기판(8) 상에 포함하고, 또한, 이 액정 표시 장치는, 유리 기판(8) 외부에 배치된 공통 전극 전원 회로(16)에 접속시키기 위한 배선과, 이 액정 표시 장치에 전력, 타이밍 신호 및 표시 데이터를 공급하기 위한 배선(14)을 포함한다.
표시 영역(6, 7)은 N 열과 M 행을 갖는 매트릭스 구조이다. 이 매트릭스 배선은 2개의 열에 대해 하나의 주 주사 배선(2), 신호 배선(11) 및 신호 배선을 따라 배치된 부 주사 배선(19). 픽셀(1)의 내부는 표시 전극(2), 주 주사 배선용 TFT(3), 부 주사 배선용 TFT(4) 및 부가 용량(5)으로 이루어진다. 신호 배선(11)과 표시 전극(2)은 주 주사 배선용 TFT(3)와 부 주사 배선용 TFT(4)의 주 회로에 의해 상호 접속되며, 소스와 드레인 사이에 주 회로를 접속함으로써 형성된다. 주 주사 배선용 TFT(3)의 게이트 전극은 주 주사 배선(12)에 접속되고, 부 주사 배선용 TFT(4)의 게이트 전극은 매 행마다 공통으로 부 주사 배선(19)에 접속되고, 매트릭스 외부로 부 주사 회로(15)에 함께 접속된다.
주 주사 배선용 TFT(3)로서, 모든 픽셀에 대해 Nch TFT가 사용되고, 부 주사 배선용 TFT(4)로서, Nch, Pch 및 Nch으로 이루어진 시퀀스가 제1행에서 마지막 행까지 반복되어 매 행마다 극성이 변경될 수 있다.
부가 용량(5)의 한 단부는 표시 전극(2)에 접속되고, 다른 단부는, 주 주사 배선(12) 평행 배치되며 매트릭스의 외부로 추출되고 공통 전극 전원 회로(16)에 접속된 공통 배선(18)에 공통적으로 접속된다.
도 1에 도시되지는 않았지만, 그 위에 대향 전극(17)이 형성될 대향 유리 기판 전극(17)이 형성되어 유리 기판(8)과 대면하고, 이들 유리 기판 사이에 액정이 지지된다. 이들 기판 외부로 편광판이 배치되고, 또한, 형광 후광(fluorescent back light) 및 EL 소자 등의 광원이 유리 기판(8) 뒤에 배치되고, 이들 모두는 액정 표시 장치 구성 요소의 일부이다.
픽셀(1)에서, 두 열 내의 주 주사 배선용 TFT(3)은 주 주사 회로(10)로부터 인가된 주사 펄스에 의해 모두 턴온되고, Nch 및 Pch를 갖는 부 주사 TFT 각각은 부 주사 전압이 H 또는 L인 경우에 대응하여 선택적으로 턴온된다. 주 주사 회로로부터의 주사 펄스폭의 주기의 절반 동안 부 주사 전압의 레벨을 H로 하고, 나머지 주기 동안 L로 함으로써, 제1열 및 제2열에서의 픽셀들은 배타적으로 선택된다.
다음에, 픽셀들의 평면 구조가 도 2를 참조하여 설명된다.
도 2에서, 제1 라인 및 제2 라인 상의 픽셀들이 함께 도시된다. ITO로 구성된 표시 전극(2), 종 스트라이프 형태의 신호 배선(11), 부 주사 배선(19), 주 주사 배선(12) 및 공통 배선(18)은, 수직 방향으로 서로 인접한 픽셀들을 상호 접속하도록 배치된다. 신호 배선 및 표시 전극(2)은 부 주사 배선용 TFT(4)를 통해 주 주사 배선용 TFT(3) 및 표시 전극 접속부(20)에 접속된다.
도 2에서, 부 주사 배선용 TFT(4)의 상부측은 Nch이고, 부 주사 배선용 TFT(4)의 하부측은 Pch이다. 이러한 구조와 함께, 단일 부 주사 배선(19)의 전압을 레벨 H 와 레벨 L 사이에서 스위칭함으로써, 도 2의 상부 픽셀과 하부 픽셀은 선택적으로 구동될 수 있다. 부 주사 배선용 TFT(4)의 한 쌍이 nch 또는 pch 만으로 구성되는 경우에, 이러한 구조는 본 발명의 원리를 희생하지 않고서 각각 서로 독립적인 한 쌍의 부 주사 배선을 형성함으로써 실현된다. 부가적으로, 부가 용량(5)은 주 주사 배선용 TFT(3)를 구성하는 Si 층과 그 전극으로서 게이트 전극 층과 그 절연층으로서 게이트 절연층을 사용함으로써 형성된다.
픽셀부를 형성하는 공정은, CMOS, 또는 nch 및 pch만으로 이루어진 박막 트랜지스터, 교차 배선을 형성할 수 있는 2층 금속 박막 배선이 유리 기판 상에 형성되면, 유리 기판 상에 형성된 다결정 실리콘을 사용하는 CMOS 구조를 갖는 박막 트랜지스터에 의해 형성될 수 있다. 부가적으로, 전술한 바와 같이, 픽셀부는 단지 nch을 사용하고, 또한 역 스태거 구조(reversed stagger structure) a-Si TFT의 처리로 형성될 수 있다.
다음에, 도 2의 주 부분으로서 A-B 라인과 C-D 라인에서의 단면 구조가 도 3 및 4를 참조하여 설명될 것이다. 도 3은 부가 용량 및 부 주사 배선부의 단면도이다. 부가 용량부에서, 용량은 섬상(island shaped) Si층(31), 게이트 절연층(32) 및 게이트 전극층을 포함하는 적층 구조로 형성되고, 표시 전극은 무기층들과 유기 저연층(35) 사이에 절연층(34)을 적층하여 ITO로 형성된다. 주 주사 배선은 유리 기판 상에 게이트 전극층(33)을 사용하여 형성된다.
다음에, 도 2의 C-D부에서의 단면 구조를 도 4를 참조하여 설명한다. 신호 배선(11)은, 무기층들 사이에 게이트 절연층으로부터 절연층(34)까지, AL 등으로 이루어진 금속 배선층(40)을 사용하여 형성된다. 이 신호 배선은 부 주사 배선 TFT(4)의 드레인부에 접속되고, 다음에, 소스부 및 접속부(41)를 통해 주 주사 TFT(3)의 드레인부에 접속된다. 주 주사 TFT의 소스부는 무기 절연층(350의 개구부로서 금속 배선층(40) 및 접속부(19)를 통해 표시 전극(2)에 접속된다.
다음에, 도 5의 픽셀부의 동작이 구동 신호 파형들을 참조하여 설명될 것이다. VGn은 주 주사의 파형을 나타내고, VGS1은 부 주사의 파형을 나타내고, Vd는 신호 파형을 나타낸다.매 프레임 주기 마다 주 주사 신호 파형에 펄스가 인가된다. 신호 파형의 극성은 매 프레임 마다 역이 되고, AC 모드에서 픽셀부의 액정을 구동시킨다. 도 5의 하반부는 제2 프레임 주기에서 주 주사 신호 파형의 단일 펄스의 확대도이다. 주 주사 신호 파형의 펄스폭의 절반의 펄스폭을 갖는 부 주사 펄스가 부 주사 배선에 반복적으로 인가된다. 부 주사 TFT의 (n-1) 번째 열 상의 픽셀이 nch이고, (n-2)번째 열 상의 픽셀은 pch이다. 임의의 n번째 주 주사 배선에 접속된 (n-1)번째 열에서 (n-2)번째 열 상의 픽셀을 구동하기 위해, H 레벨의 선택 펄스가 n번째 주 주사 배선에 인가된다. 이 주기에서, (n-1)번째 열에서 (n-2)번째 열 상의 픽셀들을 포함하는 주 주사 TFT가 턴온된다. 이 주기에서, 부 주사 배선에 부 주사 펄스를 인가중에, H 레벨이 유지되는 주기에서 (n-1)번째 열 상의 부 주사 TFT가 nch일 때, TFT는 도전성이다. 상호 직렬로 접속된 주 주사 TFT 및 부 주사 TFT는 (n-1)번째 열에서 턴온되고, 신호 배선 상의 신호 전압 n1이 표시 전극에 인가된다. (n-2)번째 열에서 부 주사 TFT가 턴오프될 때, 표시 전극으로의 전압은 변화되지 않는다. 다음에, 부 주사 신호가 L 레벨로 바뀌면, n번째 열 상의 두 TFT 픽셀 모두가 턴온되고, 다음에, n2에 대한 신호 배선 의 전압 상태는 픽셀로 로드된다. 따라서, 단일 열에 대한 픽셀은 두 열과 등가의 펄스폭을 갖는 주 주사 라인에 의해 동시에 선택적으로 구동될 수 있다. 주사 신호 파형의 로직값과 선택된 열 사이의 관계가 도 6에 도시된다. G는 주 주사 배선의 논리값을 나타내고, Gs는 부 주사 배선의 논리값을 나타낸다. 매 두 열에 대한 픽셀들이 주 주사 배선에 접속되고, 홀수 열, 예를 들어, 1st, 3rd및 5th열 상의 픽셀들의 부 주사 TFT는 Nch이고, 짝수 열 상, 예를 들어, 2nd, 4th및 6th열의 픽셀들의 부 주사 TFT는 Pch이다. 따라서, Gs=H인 경우, 홀수 열 상의 픽셀들이 선택되고, GS=Ll인 경우, 짝수 열 상의 픽셀들이 선택된다. 주 주사 TFT가 nch일 때, GS=H인 경우에만 선택된다. 따라서, 홀수 열에 대한 픽셀들은 G=Gs=H인 경우에 선택되고, 짝수열에 대한 픽셀들은 G=H 및 Gs=L인 경우에 선택된다. 따라서, 도면에 도시된 바오 같이 천이하는 논리 조건을 갖는 펄스를 인가함으로써, (a)에서 (d)의 순서로 제1 열로부터 픽셀들이 선택된다.
본 실시예의 표시 매트릭스에 대한 구동 방법을 이용하는 액정 표시 장치의 회로 구성을 도 1에 도시한다. 픽셀로 정렬된 표시 매트릭스로 구성된 표시 부분을 구동하기 위한 주변 회로의 구성이 도시된다. 표시 장치를 구동하는데 필요한 제어 신호에는 수평 도트 클럭과, 이 클럭과 동기되는 디지탈 표시 데이터와, 수평 방향으로 개시 시간과 동기되는 수평 개시 펄스를 이용한다. 또한, 표시 스크린 상에서 수직 방향에 대한 타이밍을 제어하기 위해, 프레임 개시 신호와 동기되는 주사 개시 펄스와, 수직 주사 시간과 동기되는 주사 클럭에 의해 표시 동작이 제어된다.
도 1에 도시된 주 주사 회로(10)의 구조 및 동작에 대해 이하 기술하기로 한다. 다단 토폴로지와 연결된 시프트 레지스터를 포함하는 주 주사 시프트 레지스터는 주파수 분할 회로(51)에 의해 획득된 주 주사 시프트 클럭에 의해 구동되는데, 이 주파수 분할 회로(51)는 주사 클럭을, 타임 제어 회로(50)에 의해 주사 개시 펄스에 동기되도록 조정된 타이밍으로 분할한다. 각 단으로부터 출력된 출력 임피던스는 주 주사 펄스 구동 회로(42)에 의해 감소되며, 그 후 그 출력이 주 주사 배선을 구동시킨다. 주 주사 펄스 구동 회로는 일반적인 레벨 시프트 및 출력 버퍼로 구성된다.
도 1의 부 주사 회로(15)에서, 타이밍 제어 회로로부터의 출력 임피던스는 부 주사 펄스 구동 회로(48)에 의해 감소되는데, 이 부 주사 펄스 구동 회로(48)는 일반적인 레벨 시프터 및 출력 버퍼를 포함하며, 그 출력은 부 주사 배선을 구동시킨다. 도 1의 공통 전극 전원 회로(16)는 DC 전원 회로로 구성되며, 공통 전극의 전압을 일정하게 유지한다.
도 13에 도시한 바와 같이, 도 1의 신호 회로는, 다단 시프트 레지스터 회로에 직렬로 접속된 시프트 레지스터(43)와, 1열분의 표시 데이터를 도트 마다 샘플링 신호에 의해 취득, 유지 동작을 행하는 메모리 회로로 이루어지는 데이터 래치(44)와, 1열분의 데이터를 일제히 기억할 수 있는 메모리 회로로 이루어지는 라인 래치(45)와, 디지털 데이터를 액정 계조 전압으로 변환하기 위한 D-A 변환 회로(46)와, 저 임피던스로 고속으로 신호 배선을 구동시키는 신호측 구동 회로(47)로 의해 구성되며, 이하와 같이 동작한다.
수평 도트 클럭과, 수평 개시 펄스에 의해 구동되는 시프트 레지스터(43)의 각 단의 출력을 샘플링 신호로 이용함으로써, 데이터 래치 회로는 직렬적으로 입력된 표시 데이터로부터 1열분의 디지털 표시 데이터를 배열, 유지한다. 이것을 타이밍 제어 회로로 하여 1행분의 데이터 입력 전송 종료시의 타이밍에서 입력되는 라인 래치 신호에 의해 1열분의 데이터를 라인 래치에 전송한다. 라인 래치의 데이터에 응답하여 D-A 변환 회로에서는 픽셀 마다의 표시 데이터로부터 액정 구동 전압을 발생시킨다. 신호측 구동 회로에 의해 출력 임피던스를 감소시켜, 신호 배선을 구동시킨다. 이상과 같이 신호 회로의 라인 래치 회로와 동기하여 주사 클럭을 제어하는 것에 의해 주 주사 펄스 및 부 주사 펄스를 인가하는 것에 의해 원하는 표시를 얻을 수 있다.
다음에, 제2 실시예에 대해 기술한다.
픽셀 부분의 회로 구조를 도 7에 도시한다. 도 7에서, 하나의 주 주사 배선(12)에 4열의 픽셀을 접속한 구성을 나타내고 있다. 각 화로(20)는 표시 전극(21)과, 공통의 신호 배선(11) 사이에 Nch의 주 주사 배선용 TFT(22), 2개의 부 주사 배선용 TFT(23)를 배치하고, 각각의 게이트는, 주 주사 배선(12), Gs1, Gs2의 2개의 부 주사 배선과 접속되어 있다. 또한, 표시 전극(21)에는 부가 용량(24)의 일단이 형성되며, 타단은 공통으로 접속되고, 공통 전극 전원 회로916)에 접속되어 있다.
각 화로에 2개 배치한 부 주사 배선용 TFT(23)는, 열마다에 nch와 nch, nch와 pch, pch와 nch, pch와pch의 조합을 4열마다 반복한다. 이와 같이 함으로써 2개의 부 주사 신호의 논리의 조합에 의해, 4픽셀로부터 1픽셀을 선택 도통할 수 있으며, 주 주사 배선의 논리와 부 주사의 논리를 조합시키는 것에 의해 전 화로중 원하는 1열을 선택하여, 신호 배선 전압을 픽셀에 입력할 수 있다.
이 회로의 동작에 대해, 도 8에 도시한 구동 파형을 이용하여 설명한다. VGn은 n개째의 주 주사 배선에 인가하는 주사 파형, VGS1, VGS2는 GS1, GS2의 부 주사 배선에 인가하는 부 주사 파형, Vd는 m개째의 신호 배선에 인가하는 신호 파형을 나타낸다. 주 주사 파형은 프레임 주기마다 1회의 펄스가 인가되고 있다. 신호 파형은 프레임 마다 극성이 반전하고 있으며, 픽셀부의 액정을 교류 구동하고 있다. 도면의 하반부는 프레임 제2 기간 중의 주사선 파형의 1펄스의 확대도이다. 부 주사 배선 VGS1에는 주 주사 파형의 펄스폭의 약 1/2의 폭, VGS2에는 주 주사 파형의 펄스폭의 1/4폭의 부 주사 펄스가 반복하여 인가되고 있다. 주 주사 배선에 H 레벨의 선택 펄스를 인가함으로써, pxn1로부터 pxn4열째의 픽셀의 주 주사 TFT가 온 상태로 된다. 이 기간중에, 2개의 부 주사 배선 GS1, GS2에 서로 H 레벨, L레벨의 조합이 다른 4종류의 부 주사 펄스 H, H, H, L,L,H, L,L의 상태를 순차 인가하는 것에 의해, Pnx1으로부터 Pnx4의 픽셀에서만 선택적으로 부 주사 TFT가 2개 온 상태로 되며 신호 전압 Vd는 각각의 표시 전극에 선택 인가되어, 원하는 픽셀 전극을 구동할 수 있다. 또한 실제 표시 패널에서는 배선 저항 및 배선 용량에 의해 응답 지연 △tg가 발생하고, 특히 주 주사 배선은 배선길이가 길게 되기 때문에 지연이 현저하게 된다. 이 지연시간은 픽셀의 실효 선택 시간을 저하시키기 때문에, 주 주사 펄스와 부 주사 펄스의 개시에 시간 지연을 행하는 것에 의해 지연이 발생하여도 픽셀을 충분히 기입할 시간을 확보할 수 있는 양호한 표시가 가능하다. 또한 마찬가지의 이유에의해 주 주사 펄스 종료시에 부 주사 펄스가 응답하기 위한 시간차를 마련하여도 좋다.
도 9 내지 도 11에는 픽셀부의 TFT 회로부에 대한 제3 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는 표시 전극과 신호 배선(11)과의 사이에는 주 주사 TFT(22)의 주회로가 접속되어 있으며, 주회로 TFT의 게이트에는 2개의 부 주사 TFT의 주회로가 직렬로 접속되어 있다. 이 때문에, 주 주사 배선(12)의 선택 펄스는, 부 주사 TFT의 어느쪽이라도 온 상태에 있는 경우에 주 주사 TFT를 온 상태로 제어하여, 표시 전극과 신호 배선과의 접속을 제어하고 있다. 제2 실시예에서는 주 주사 배선에는 4픽셀분의 주 주사 TFT가 접속되어 있어서 배선 용량을 증대시켰지만, 본 실시예에서는 주 주사 배선에는 부 주사 TFT의 주회로가 접속되어 있으며, 주 주사 배선의 배선 용량을 감소시킬 수 있게 되며, 패널이 대형화되어 배선 저항이 증대하여도 구동하는 것이 가능하게 되는 이점이 있다. 또, 신호 배선과 표시 전극 사이에는 주 주사 TFT를 통해 접속하고 있으며, 제2 공지예의 경우에 주 주사 TFT, 2개의 부 주사 TFT의 합계 3개의 TFT가 직렬 접속되어 있던 경우에 비해, 픽셀 기입시의 온 저항을 감소시킬 수 있으며, 패널의 기입이 신속하게 되어 고속으로 구동하는 것이 가능하기 때문에 주사선이 많은 픽셀을 구동시킬 수 있는 이점이 있다.
다음에 도 12에 도시한 제4 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예에서는 픽셀 내에 2개의 부 주사 TFT와, 2개의 주 주사 TFT의 합계 4개의 TFT를 이용하여 2개의 부 주사 신호의 H, L 레벨의 조합과, 주 주사 배선(12)에 H 레벨이 인가되어 있는 경우에 각각의 신호 배선 Dm과 픽셀부 표시 전극 px1로부터 px4를 선택 접속할 수 있다. 본 실시예에서는 실시예 2에 비해 부 주사 배선에 각 픽셀의 부 주사 TFT의 주회로를 구성하는 소스 혹은 드레인 단자를 접속하는 구성으로 하고 있어서, 부 주사 배선의 용량을 감소시킬 수 있으며, 주 주사 배선보다도 주기가 짧은 부 주사 신호를 파형 왜곡이 적게 전달하는 것이 가능하기 때문에 패널을 대형화, 고정밀화하여도 양호한 표시를 얻을 수 있는 이점이 있다. 또한, 2개의 부 주사 TFT 사이에 보조 용량(24)을 배치하고 있으며, 주 주사 신호가 L 레벨로 픽셀 전압을 유지하는 경우에 표시 전극 전압을 유지하여 액정 구동 전압이 변동하는 것을 방지하는 것이 가능하다. 종례예의 픽셀과는 달리, 부 주사 신호가 유지 기간중에도 주기적으로 인가되고 있다. 부 주사 신호 전압을 효율이 좋게 흡수하는 것이 가능하기 때문에 2개의 부 주사 신호가 인가되는 부 주사 TFT가 공통으로 접속된 도면의 부분에 보조 용량을 접속하는 것에 의해 효율적으로 부 주사 신호의 노이즈를 감소시키는 기능도 있으며, 표시 변동을 감소시키기 때문에 유효하다.
다음에 제5 실시예를 설명한다. 본 실시예는 가로 스트라이프 방식의 칼라 필터 배열 방식 픽셀에 본 발명의 구동 방식을 적용한 경우이다. 픽셀 및 주사, 신호 배선의 고나계를 도 18에 도시한다. 1픽셀는 종방향으로 적, 녹, 청의 표시를 받는 3개의 셀이 순서적으로 배열되어 있으며, 셀에는 Dm의 신호 배선 및 부 주사 배선 Gs가 상하 방향, 좌우방향에는 각 셀 마다 공통 배선, 2셀 마다 주 주사 배선 Gn이 배치되어 있다. 이 픽셀의 회로 구성을 도 19에 도시한다. 픽셀이 세로로 배열된 3개의 셀로 구성되어 있으며, 2셀 마다 주 주사 배선 Gn 및 공통 배선(18)이 배치되어 있으며, 상하 방향에는 부 주사 배선 Gs, 신호 배선 Dm이 셀 마다 배치되어 있다. 또, 이 픽셀에 있어서, 공통 전극 배선은 각 셀 간에 동일 전위를 공급하는 것이므로 픽셀간을 상호 접속할 수도 있으며, 상하 방향에 동일 열 마다 접속하여 매트릭스의 상하 방향으로부터 인출하여도 된다.
이와 같이 가로 스트라이프 픽셀을 이용하여, 수평 m 픽셀×수직 n 픽셀의 매트릭스 구동에 필요한 배선 개수를 표 1에 도시한다.
종래 기술 수직 스트라이프 수평 스트라이프공통 배선 좌우 인출 수평 스트라이프공통 배선 상하 인출
신호 배선 3m 3m m m
부 주사 배선 - 3m m m
공통 배선(상하) - - - m
수직 방향 배선 합계 3m 6m 2m 3m
주 주사 배선 n 1/2n 3/2n 3/2n
공통 배선(좌우) n n 3n -
수평 방향 배선 합계 2n 3/2n 9/2n 3/2n
종래 기술에 비해 인출 배선의 수가 부 주사 배선의 수만큼 더 크다. 본 발명에서 수직 스트라이프 방법에 있어서는 수직 방향의 배선 수가 종래의 것보다 2배 크지만, 수평 스트라이프 방법에 있어서는 수직 방향으로 인출된 공통 배선의 수는 종래의 것보다 1.5배 크며, 수평 방향으로 인출된 공통 배선의 수는 종래의 것과 동일하다. 수직 스트라이프 방법에 의해 형성된 수평 방향의 배선 수가 종래의 것보다 1.5배 크고, 수평 스트라이프 방법에 의해 형성된 수평 방향의 배선 수가 종래의 것보다 4.5배 크지만, 수직 방향으로 공통 전극으로 인출된 배선 수는 종래의 것보다 기껏해야 1.5배 크다. 픽셀 셀의 배선 수의 증가는 픽셀의 개구율의 상대적인 감소를 유발한다. 수직 스트라이프 방법에 의해 형성된 셀의 형상이 수직 방향으로 연장된 사각형이므로, 수직 방향의 배선 수의 증가는 개구율의 감소에 크게 기여하지만, 수평 방향의 배선 수의 증가는 개구율의 감소에 크게 영향을 미치지 않는다. 이와 달리, 수평 스트라이프 방법에 의해 형성된 픽셀의 형상은 수평 방향으로 연장된 사각형이므로, 수평 방향의 배선 수의 증가가 적을수록 개구율이 적게 감소한다. 수직 스트라이프 방법에 의해 형성된 픽셀의 개구율의 감소도는 종래의 픽셀에 비해 크지만, 개구율에 주로 영향을 미치는 수평 방향의 배선 수의 증가는 수평 스트라이프 방법을 사용하여 수직 방향으로 공통 배선을 인출함으로써 종래 기술의 것보다 기껏해야 1.5배 크게 제한될 수 있게 되어 고선명, 고개구율의 픽섹을 확보할 수 있다.
도 16은 전술한 표시 장치의 외관도이다. 다수의 픽셀이 매트릭스 구조로 배열되어 있는 표시 영역(51), 주 주사 회로(10), 부 주사 회로(15), 픽셀 매트릭스로부터 인출되는 주 주사 배선, 부 주사 배선, 공통 배선 및 신호 배선이 접속된 공통 전극 전원 회로(16) 및 신호 회로(90)가 배열되어 있으며, 전원, 표시 데이터 및 신호는 외부로부터 배선(56)을 통해 공급된다. 상세히 설명하면, 매트릭스 구조로 형성된 배선이 개별 회로에 접속되는 접속 피치는 고선명 패널의 고밀도 표시부로 인하여 더 미세하게 되므로(이것은 본 발명의 주요 효과로서 인식됨), 폴리실리콘을 사용하여 유리 기판(55) 상에 구동 회로를 집적함으로써 고선명, 고밀도의 표시 화상이 실현될 수 있다.
기판의 크기 및 픽셀의 크기가 더 큰 경우에는, LSI 상에 구동 회로를 집적하고 이들을 이방성 도전층으로 접속시킴으로써 구동 회로를 형성할 수 있다.
전술한 액정 표시 장치를 사용하는 개인용 컴퓨터의 외관이 도 14에 도시되어 있다. 종래 기술을 이용한 표시 장치보다 선명도가 높은 표시 화상을 얻을 수 있고 종래 기술에서 사용하는 것과 비슷한 크기를 가진 패널을 사용하여 픽셀 수를 크게 증가시킬 수 있으므로 고선명의 화질 그래픽 표시를 제공할 수 있다. 주변 구동부가 유리 기판 상에 집적되고, 표시부 주위의 주변 영역의 크기가 더 작아질 수 있으며, 적은 부품 수의 가벼운 표시 장치를 얻을 수 있으므로, 작고 가벼운 핸드헬드 컴퓨터를 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 주 주사 배선에 인가되는 주 주사 펄스의 펄스 폭이 더 길어지고, 따라서 더 긴 배선 지연을 가진 주 주사 배선에 대한 선택 시간이 연장될 수 있으므로, 화질의 저하가 없고 화면의 흔들림이 없이 균일하고 우수한 표시 특성이 얻어질 수 있다.
이러한 효과 외에도, 단일 배선에 대해 2가 되도록 신호 배선 수를 증가시킴으로서 신호 배선에 대한 기록 시간이 증가할 수 있어, 표시 계조 정밀도가 증가할 수 있고, 따라서 더 우수한 화질을 가진 표시 화상이 제공될 수 있다.
수평 스트라이프 구조로 픽셀을 형성하고 공통 배선을 수직 방향으로 인출함으로써 개구율이 높고 전력 소모를 줄일 수 있는 표시 장치를 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 다수의 주 주사 배선;
    상기 다수의 주 주사 배선과 교차하도록 배열된 신호 배선;
    상기 다수의 신호 배선을 따라 하나 이상의 부 주사 배선을 구비한 표시 매트릭스;
    상기 주 주사 배선 및 상기 신호 배선에 의해 분할된 영역에 열 방향으로 배열되고, 다수의 픽셀 TFT 소자로 형성되는 다수의 픽셀; 및
    표시 전극
    을 포함하며,
    상기 주 회로의 한 단부는 대응 픽셀의 표시 전극에 접속되고, 다른 단부는 신호 배선에 접속되며,
    다수의 픽셀 TFT의 게이트 전극 중 적어도 하나는 주 주사 배선에 접속되고, 나머지 게이트 전극은 행 방향으로 동일 부 주사 배선에 접속되며,
    상기 주 주사 배선을 선택하여 순차적으로 구동하기 위한 주 주사 회로, 및 부 주사 배선을 구동하기 위한 부 주사 회로;
    주 주사 신호 및 부 주사 신호에 동기하여 상기 신호 배선에 화상 신호를 공급하기 위한 신호 회로; 및
    다수의 표시 전극에 면하고 액정을 지지하는 대향 전극에 전압을 인가하기 위한 대향 기판 전력 회로
    를 구비하며,
    한 쌍의 TFT는 주 회로들의 직렬 접속을 형성함으로써 신호 배선과 표시 전극에 접속하여 사용되고, 2개의 TFT의 게이트 전극 중 하나는 행방향으로 2 픽셀 마다 할당된 주 주사 배선에 접속되고, 다른 게이트 전극은 단일 신호 배선에 할당된 부 주사 배선에 접속되며,
    픽셀 행이 주 주사 신호 및 부 주사 신호에 응답하여 선택되어 구동되는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 3개의 TFT가 신호 배선과 표시 전극에 접속되어 주 회로들의 직렬 접속을 형성함으로써 픽셀에서 사용되고,
    주 주사 배선은 4개의 픽셀 행에 대해 하나씩 정의되며, 픽셀 TFT의 극성은 패턴들, Nch-Nch-Nch, Nch-Nch-Pch, Nch-Pch-Nch 및 Nch-Pch-Pch의 반복적이고 순환적인 사용에 의해 정의되고, 3개의 TFT의 게이트 전극 중 제1 전극에서 각 Nch 소자는 주 주사 배선에 공통으로 접속되며, 다른 2개의 TFT에 대해 제2 게이트 전극은 서로 접속되고, 제3 게이트 전극은 서로 접속되며, 각각은 2개의 부 주사 배선에 개별적으로 접속되는 액정 표시 장치.
  3. 신호 회로 및 주사 회로에 의해 표시부가 구동되는 스위칭 소자를 구비한 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 주사 회로는
    상기 신호 회로에서 연장된 신호 배선의 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 주 주사 배선을 제어하기 위한 주 주사 회로; 및
    상기 신호 회로에서 연장된 신호 배선의 방향과 동일한 방향으로 연장하는 부 주사 배선을 제어하기 위한 부 주사 회로
    를 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 주 주사 배선 과 상기 신호 배선에 의해 둘러싸인 영역에 2개의 픽셀부가 형성되고, 상기 2개 픽셀부의 각각은 2개의 TFT를 구비한 액정 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 2개 TFT 중 하나는 주 주사 회로용 TFT이고, 다른 하나는 부 주사 회로용 TFT인 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 주 주사 회로 TFT용 게이트 전극이 주 주사 배선에 접속되고, 상기 부 주사 회로 TFT용 게이트 전극이 상기 부 주사 배선에 접속된 액정 표시 장치.
KR10-2000-0060192A 1999-10-13 2000-10-13 고선명 액정 표시 장치 KR100468562B1 (ko)

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