KR20020080250A - 동화상의 표시를 위한 홀드형 표시유닛 - Google Patents

Abstract

홀드LCD유닛은 각 필드에서 높은 휘도상태로부터 안정한 휘도상태로 가는 높은 휘도레벨들의 제1군과 그러한 높은 휘도상태를 통과하지 않는 낮은 휘도레벨들의 제2군을 구비한 화소들의 어레이를 가진다. 각 필드에서 제1군의 평균휘도는 제1군의 각 화소를 위한 소망의 휘도라고 추측된다. 이 LCD유닛의 구성은 동화상에서 움직이는 물체의 꼬리가 관측되지 않게 한다.

Description

동화상의 표시를 위한 홀드형 표시유닛{Hold display unit for display of a moving picture}

본 발명은 동화상의 표시를 위한 홀드표시유닛(홀드식 표시유닛)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 동화상의 표시를 위한 홀드LCD유닛과 같은 홀드표시유닛에 관한 것이다. 또한 본 발명은 홀드표시유닛을 이용하는 모니터, 광밸브(light valve) 및 프로젝터에 관한 것이다.

최근에, 비틀림네마틱(TN)방식 LCD장치가 전형적인 LCD장치로서 일반적으로 사용된다. 이 TN방식LCD장치들은 두 방식으로 분류된다. 하나는 박막트랜지스터(TFT)가 표시유닛의 화소들의 각각에 제공되는 TN-TFT와 같은 능동매트릭스방식이고, 다른 하나는 초비틀림네마틱(STN)방식이다. STN방식이 대비(contrast) 및 시야각의존성에 관해서는 TN-TFT보다 향상된 특성들을 가지지만, 응답속도가 느리다는 불리점도 가진다. 따라서, STN방식 표시유닛은 동화상의 표시에 적합하지 않다. 또 STN방식은 현재 상업적 기준에서 더 많이 사용되는 TN-TFT방식에 비하여 영상품질이 열악하다는 불리점도 가진다.

전술한 바와 같은 상황에서, 시야각의존성을 향상시키기 위한 기법들이 개발되었고 현재 실용제품들에서 사용되고 있다. 따라서, 주류가 되는 고성능 LCD장치들은 보상막, 면내절환(IPS)방식, 및 다중영역(multi-domain)수직정렬기법을 사용하는 TFT능동매트릭스방식에 관련한 TN방식을 사용한다.

전술한 바와 같은 능동매트릭스방식 LCD장치들에서, 영상신호는 30㎐ 주기의 각각의 기간에서 양과 음의 갱신을 달성하기 위해 60㎐의 주기로 갱신되어, 단일 필드가 약 16.6밀리초를 가진다. 따라서, 한 프레임이라 불리는 양의 필드 및 음의 필드의 합은 약 33.3밀리초를 가진다. 현재의 LCD장치들의 응답속도(response speed)는 기껏해야 이 프레임시간 근처에 있다는 것에 유의해야 한다. 따라서, LCD장치들이 이를테면 동화상들, 컴퓨터그래픽 또는 고속게임화상들을 위한 영상신호들의 표시에 사용된다면, 이 LCD장치들은 이 프레임시간을 달성하는 것보다 더 높은 응답속도를 달성할 것이 요구된다. 고속모드의 LCD장치들을 달성하기 위해 다양한 기법들이 연구되어 왔다. 고속동작하는 LCD장치를 얻기 위한 기법들은, 전술한 바와 같이 고속네마틱 액정(LC)을 사용하는 것을 지향하는 하나와 자발분극(spontaneous polarization) 및 더 높은 응답특성을 갖는 스멕틱(smectic) LC를 사용하는 것을 지향하는 다른 하나를 포함한 두 주류들로 분류된다.

고속네마틱LC를 지향하는 첫 번째 주류는, 셀간극(cell gap)을 줄여 인가된 전압 당 전기장을 증가시키며; 더 높은 전압을 LC층에 인가하여 전기장을 증가시켜, LC층의 상태변화를 촉진 또는 원조하며; LC의 점도를 줄이며; 그리고 본래 더 고속을 달성한다고 생각되는 특정 모드를 채용하는 기법들을 시도하였다. 이러한 기법들에 의해, 수 밀리초의 전류응답시간이 LCD유닛들에 대해 달성되고 있다.

그러한 예들로는, 2 내지 5밀리초의 응답시간을 달성하는 필드순차표시방식및 복굴절 광학적 보상(optically-compensated birefringence; OCB)방식이 있다. 그러한 기법들은 「일간공업신문사의 전자기술의 1998년 7월호 8∼12쪽」과, 「SID '94 다이제스트, 927∼930쪽」에 기재되어 있다.

제2주류의 자발분극을 갖는 스멕틱LC들의 예로는 면안정 강유전성 액정(surface stabilized ferroelectric liquid crystals; SSFLC)이 있고, 이것은 스멕틱LC들 중 가장 널리 보급되었고 실용제품들에서 사용된다. SSFLC는 약 100마이크로초(μsec)의 응답시간을 가진다고 보고되었다. 유사한 응답시간이 3개의 안정한 상태들을 갖는 반강유전성 LC에 의해서도 얻어진다. 그에 더하여, 변형 나선(helix) 강유전성 LC, 문턱없는 반강유전성 LC, 및 전기클리닉(electroclinic)효과를 사용하는 방식들도 아날로그표시형식에 수 밀리초에서 수십 마이크로초의 높은 응답시간을 달성한다.

그러나, 이러한 고속 LC들은 충분한 영상품질로 동화상들을 표시하지는 않는 것으로 보고되었다. 이는 LCD유닛의 표시원리 그것 자체 때문인 것을 생각된다. LCD유닛과는 다른 표시유닛들, 이를테면 CRT유닛은 자체발광(self-luminescence)에 의한 표시를 위해 자신의 광을 방출하는 반면, LCD유닛은 입사되는 광을 투과 또는 반사에 의해 통과 또는 차단하는 LC층의 셔터기능을 사용하여 영상들을 표시한다.

CRT유닛의 동작에서는, 전자빔이 형광을 위한 인광체에 조사된다. 형광부재의 수명은 CRT유닛의 인광체 및 목적에 의존한다. 예를 들면, 레이더와 같은 장기 지속성의 오실로스코프에서는, 수백 밀리초 정도의 장시간 형광을 가져 이 시간동안 광의 세기가 원래의 광의 10%로 줄어드는 인광체가 보통 사용된다. 한편, 비행스폿(flying-spot)주사튜브에서는, 100나노초 정도의 단시간 형광을 인광체가 보통 사용된다. 동화상들의 표시를 위해 사용되는 CRT유닛에서는, 단시간 형광을 갖는 인광체가 사용된다.

도 1은 각 필드의 동화상의 표시를 위한 CRT유닛의 휘도의 타이밍도로, 이 도면에서의 휘도는 각 필드의 초기지속기간에만 높고 각 필드의 다음 지속기간에서는 급격히 감소되어, 임펄스형 휘도를 나타낸다.

한편, LCD장치의 셔터모드는, 도 2에 보인 것처럼, 홀드형 휘도를 얻을 수 있도록 휘도가 각 필드에서 일정해지게 한다. 도 2에서, 실선은 이상적인 고속응답의 경우를 보여주는 반면 점선은 실제적인 저속응답의 경우를 보여주어, 홀드형 휘도를 도시한다.

임펄스형 휘도와 홀드형 휘도는, 「LCD포럼회의의 회보, "For LCD unit to replace CRT monitor market in the moving-picture view point" 1998년 8월 8일자, 1-6쪽」과, 일본학술진흥회의 유기재료부의 제142위원회의, LC재료의 정보과학용 유기재료부에 의해 개최된 「62차 합동연구회 자료, 1998년 11월 20일, 1-5쪽」과 같은 문헌들에서, 그것들의 표시성능들에 대하여 시험되었다. 이 문헌들은 임펄스형 표시 및 홀드표시간에 움직이는 문자(character)가 어떻게 다르게 관측되는 지 설명하고 있다.

도 3a 및 도 3b 각각은 화면상의 동화상이 사람의 눈에 의해 관측된 결과를 보여주는 것으로, 문자(또는 대상) "A"가 화살표 방향, 즉, 우측방향으로 움직이는 것을 보여준다. 도 3a 및 3b는 CRT유닛과 LCD유닛에 각각 대응한다.

CRT유닛의 경우, 도 3a에 보인 것처럼, 문자 A는 화면상의 제1위치에 순간적으로 나타나며, 다음 순간에는 사라지며, 제1위치로부터 떨어져 있는 제2위치에서 다음 시간에 다시 나타나고, 다음 순간에는 다시 사라진다. 고속응답을 갖는 LCD유닛의 경우, 도 3b에 보인 것처럼, 문자 A는 화면의 제1위치에 나타나, 다음 주사기간까지 제1위치에 머무르며, 다음 주사기간에 제1위치로부터 제2위치로 갑자기 이동하고, 그 다음 주사기간까지 제2위치에 머무른다.

문자 A가 CRT유닛 상의 그것의 이동을 따라 사람의 눈에 의해 추종 또는 추적될 때, 도 3a에 보인 것처럼, 그 문자는 일정 속도로 움직이면서 문자를 추종하는 사람의 눈에 의해 그것의 휘도로만 관측된다. 이는 문자의 자연스러운 이동을 가능하게 한다. 한편, 문자가 LCD유닛상의 그것의 이동을 따라 사람의 눈에 의해 추종될 때, 도 3b에 보인 것처럼, 그 문자는 일정 속도로 이동이면서 문자를 추종하는 경향이 있는 사람의 눈에 의해 제1위치에 있는 동안만 관측된다. 이는, 사람 눈의 망막(retina)에서는 문자의 이동방향에 반대인 좌측방향으로 문자가 이동하는 것처럼 관측되게 한다. 따라서, 그 문자는 문자가 명료하게 관측되는 것을 방해하는 꼬리(tail)를 가진 것으로 관측된다.

사람 눈에 의한 관측의 분석에서, 응답시간만의 개선은 동화상들의 적절한 표시를 홀드LCD유닛에 의해 달성하는데 불충분하고, 그러한 개선에는 특유의 홀딩체계(holding schemes)가 수반되어야 함에 유의해야 한다. 이 특유의 홀딩체계는 휘도의 홀드시간의 감소와 문자의 이동 궤적(locus) 부근에 루미네슨트광이 놓여지는 구성을 구비하는 것이라 생각된다.

홀드시간의 감소는, 백라이트광원이 보상판을 사용하는 파이셀(pi-cell)구조를 갖는 고속LCD유닛에서 주기적으로 온, 오프 절환되는 기법에 의해 달성될 수 있다. 이 기법은 동일한 LCD포럼회의의 회보, 5-6쪽에도 기재되어 있다.

전술한 바와 같이, 요컨대, 종래기술의 첫 번째 문제는 홀드LCD유닛이 동화상의 화질을 본래부터 열화시킨다는 것이다.

두 번째 문제는, 충분한 개선이 더 긴 어두운 시간을 그 속에 삽입함으로써만 달성되기 때문에, 백라이트의 주기적인 절환 또는 리셋과 같은 셔터모드는 복잡한 구조를 필요로 하고 여전히 제한된 효과를 달성한다는 것이다. 예를 들면, CRT유닛의 표시성능에 필적할만한 LCD유닛의 표시성능을 얻기 위해서는, 단일 필드가 1밀리초길이의 밝은 시간과 나머지 어두운 시간을 가져야 한다. 백라이트의 주기적 절환에 있어서, 백라이트에 대해 높은 구동전압을 갖는 구동회로는, 그것의 비용증가 없이 더 높은 주파수로 동작하는 것이 어렵다. 한편, 백라이트의 리셋에 있어서는, 충분한 휘도가 LCD층의 고속응답에 의해서만 달성된다.

종래의 홀드표시유닛에서의 위와 같은 문제들을 감안한 본 발명의 목적은, 대체로 홀드표시유닛의 화면에서 관측되는 움직이는 대상체의 꼬리 또는 지나간 흔적을 억제 또는 은폐하는 것이 가능한 홀드표시유닛을 제공함에 있다.

도 1은 전형적인 CRT유닛의 시간에 대한 휘도프로파일,

도 2는 종래의 CRT유닛의 시간에 대한 휘도프로파일,

도 3a 및 도 3b는 움직이는 대상체와 사람의 눈에 의해 CRT화면 및 LCD화면에서 각각 관측된 동화상간의 관계를 보여주는 설명도들,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 홀드LCD유닛의 시간에 대한 투과율프로파일,

도 5a 내지 도 5c는 각각 편광판의 투과축들과 LC층의 복굴절 방향간의 관계를 보여주며,

도 6은 보상판을 사용하지 않고서 LC층의 투과율과 인가된 전압간의 관계를 보여주는 그래프,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 능동매트릭스 홀드LCD유닛의 화소의 등가회로도,

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동매트릭스 홀드LCD유닛의 화소의 등가회로도,

도 9는 도 4의 LCD유닛에서의 폴리실리콘TFT의 단면도,

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 홀드LCD유닛에서 LC층의 투과율과 인가된 전압간의 관계를 보여주는 그래프,

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 홀드LCD유닛의 화소영역의 평면도.

본 발명은, 화소들의 어레이가 그 속에서 규정되는 표시패널과, 상기 표시패널과 관련되게 배치되어 상기 화소들을 구동하는 구동회로를 포함하며, 구동회로는상기 화소들의 계조레벨들에 기초하여 화소들을 높은 휘도를 갖는 제1군 및 낮은 휘도를 갖는 제2군으로 나누며, 제1군의 각 화소는 각 필드에서 높은 휘도계조레벨을 통과하여 특정 계조레벨에 도달하고, 제2군의 각 화소는 높은 휘도계조레벨을 통과하지 않고 각 필드의 특정 계조레벨에 도달하는 홀드표시유닛을 제공한다.

본 발명의 홀드표시유닛에 따르면, 높은 계조레벨을 갖는 화소에 대해 높은 휘도계조레벨을 통과하여 특유의 계조레벨에 도달하게 하는 것은, 복잡한 구조의 구동회로를 사용하지 않고서도 동화상의 움직이는 대상체 또는 물체의 꼬리(tail)를 없앨 수 있게 한다.

본 발명의 전술한 및 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조한 다음의 설명으로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이제, 유사한 구성요소들에는 유사한 참조번호들을 지정한 첨부 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 LCD유닛에서, 화소어레이의 화소들은 동화상의 각 필드에서 높은 계조레벨들을 갖는 제1군과 낮은 계조레벨들을 갖는 제2군으로 나뉘어 진다.

도 4를 참조하면, 실선은 높은 휘도계조레벨들을 갖는 제1군의 화소의 투과율을 나타내며, 점선은 실선에 의해 표시된 투과율을 갖는 화소의 유효휘도를 나타낸다. "유효휘도(effective luminance)"라는 용어는, 여기서는, 일반적으로 화소 휘도의 적분 또는 전체(integral)를 감지하는 사람의 눈에 의해 감지된 휘도를 의미하는 것으로 사용된다. 제1군의 화소는 높은 휘도계조레벨을 통과시키는 반면, 상대적으로 낮은 휘도계조레벨을 갖는 제2군의 화소는 높은 휘도계조레벨을 통과시키지 않는다.

높은 휘도계조레벨을 갖는 화소의 투과율은 지점 "A"에서 영 또는 최소이며, 피크지점 "B"에서 갑자기 가장 높은 휘도로 증가되고, 지점 "C"에서 낮고 안정한 투과율로 떨어진다. 즉, 화소는 특정 투과율보다 높은 투과율을 통과한다. 한편, 낮은 휘도계조레벨을 갖는 화소의 투과율은 특정 투과율보다 높은 투과율을 통과하지 않고 안정한 투과율이 되게 완만하게 상승한다.

제1실시예의 홀드LCD유닛은 바람직하게는 LC층에 관련하여 하나의 편광판을 가지(제2실시예)거나, 더 바람직하게는 LC층이 그것들 사이에 끼어 있는 한 쌍의 편광판들을 가진다(제3실시예). 괄호 속에 표시된 특정 실시예는 언급되는 특유의 바람직한 구조를 가지는 실시예를 의미한다.

제2 또는 제3실시예의 홀드LCD유닛에서의 LC층은 바람직하게는, 전기장의 홀수번째 파워들에 대한 LC층의 응답이 전기장의 짝수번째 파워들에 대한 LC층의 응답보다 더 높은 응답특성을 가진다(제4실시예).

하나의 편광판 또는 한 쌍의 편광판들을 갖는 제2 또는 제3실시예의 홀드LCD유닛에서의 LC층은 바람직하게는 강유전성 LC(제5실시예) 또는 반강유전성 LC(제6실시예)를 구비한다.

하나의 편광판 또는 한 쌍의 편광판들을 갖는 제2 또는 제3실시예의 홀드LCD유닛에서의 LC층은 바람직하게는 전기클리닉현상을 갖는 LC물질을 구비한다(제7실시예).

제3 내지 제7실시예들 중 하나의 홀드LCD유닛에서의 한 쌍의 편광판들은 바람직하게는 서로 수직하게 연장하는 광축들을 가진다(제8실시예).

제2 내지 제8실시예들의 홀드LCD유닛에서의 LC층의 굴절률타원면은 기판표면 또는 패널표면 위에 사영(projection)을 가지며, 이 사영은 장축 및 단축을 갖는 타원이다(제9실시예). 제9실시예에서, 특유의 분극을 갖는 전기장이 LC층에 가해질 때 LC층의 면내회전(in-plane rotation)의 방향은 반대의 분극을 갖는 전기장이 가해질 때 LC층의 면내회전의 방향과는 다르다.

제9실시예에서의 타원의 장축은, 전기장이 가해지지 않을 때 한 쌍의 편광판들의 투과축들간에 형성된 각을 등간격으로 분할하는 것이 바람직하다(제10실시예). 특유의 분극을 갖는 전기장이 가해질 때, LC층의 장축은 한 쌍의 편광판들 중 하나의 광축 쪽으로 회전하는 반면, 반대 극성을 갖는 전기장이 가해질 때, 그 장축은 한 쌍의 편광판들 중 다른 하나의 광축 쪽으로 회전한다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 세로좌표 및 가로좌표를 구성하는 두 편광판들의 투과축들(광축들)에 의해 정해지는 좌표상의 LC층의 복굴절평균방향이 보여진다. 이 복굴절평균방향은 기판표면 위에 투사된 굴절률타원면의 사영에 의해 보여진다. 도시된 바와 같이, 편광판들 둘 다의 투과축들은 서로 수직하고, 점선은 투과축들 사이에 형성된 각을 분할한다.

도 5a에서, LC층의 복굴절평균방향은 편광판들 중의 하나의 투과축과 정렬된다. 이는 광의 투과가 최소인 흑레벨을 LCD유닛이 표시하게 한다. 도 5b에서, 복굴절평균방향의 장축은 세로좌표와 가로좌표간에, 즉, 편광판들의 투과축들간에 형성된 각을 등간격으로 분할하는 방향에 있다. 이는 광의 투과가 최대인 백레벨을 LCD유닛이 표시하게 한다. 도 5c에서, 복굴절평균방향의 장축은 도 5a에 보인 반대 방향으로 회전한 후 가로좌표 부근에 있다. 이는 도 3a 및 3b의 레벨들 사이에 있는 계조레벨을 LCD유닛이 표시하게 한다.

도 5a의 상태로부터 도 5b의 상태를 거쳐 도 5c의 상태로의 계조레벨의 변경은 도 4의 투과율프로파일에 의해 보여진 지점 A에서 B를 거쳐 C까지에 해당한다. 전기장의 특정 극성은 도 5a에 대응하며, 이 전기장의 반대극성은 도 5b에 대응한다.

LC층과 편광판들의 방향들을 조절하고 또 전기장의 분극을 조절함으로써, LCD유닛은 소망의 성능을 가진다.

제2 또는 제8실시예의 LCD유닛에서의 LC층의 굴절율타원면은 바람직하게는 기판표면 위에 사영을 가지며, 이 사영은 장축 및 단축을 갖는 타원으로 된다(제11실시예). 이 실시예에서, LC층의 장축은 특정 분극을 갖는 전기장이 가해질 때 평면 내에서 회전하는 반면, 이 장축은 반대 분극을 갖는 전기장이 가해질 때 그 평면 내에서 좀처럼 회전하지 않는다.

제11실시예의 LCD유닛의 LC층은 바람직하게는 기판표면 위에 투영된 굴절율타원면의 사영에 장축의 특유의 특성을 가진다(제12실시예). 이 특유의 특성은, 전기장이 가해지지 않거나 특정 분극을 갖는 전기장이 가해질 때 LC층의 장축이 한 쌍의 편광판들 중 하나의 투과축과 정렬되게 하고, 반대 분극을 갖는 전기장이 가해질 때 그 장축이 한 쌍의 편광판들 중의 다른 하나의 투과축 쪽으로 회전하게 한다.

제2 또는 제3실시예의 홀드LCD유닛의 LC층은, 전기장의 짝수번째 파워들에 대한 LC층의 응답이 전기장의 홀수번째 파워들에 대한 LC층의 응답보다 더 큰 특유의 특성을 가져도 좋다(제13실시예). 전기장의 홀수번째 파워들은, 제1, 제3, 제5, ...파워들을 포함하는 반면, 짝수번째 파워들은 제2, 제4, 제6, ...파워들을 가진다.

제2 또는 제3실시예의 홀드LCD유닛은 LC물질로서 네마틱CD를 가져도 좋다(제14실시예). 제2 또는 제3실시예의 홀드LCD유닛은 LC물질로서 콜레스테릭(cholestric) LC(chiral nematic LC)를 가져도 좋다(제15실시예).

제13 내지 제15실시예들 중 하나의 홀드LCD유닛에서의 한 쌍의 편광판들은 바람직하게는 서로 수직하게 연장하는 광축들을 가진다(제16실시예).

제2 또는 제6실시예의 홀드LCD유닛에서의 LC층의 굴절율타원면은 기판표면에 장축 및 단축을 갖는 타원이 되는 사영을 가져도 좋다(제17실시예). 이 실시예에서, 타원의 장축은 전기장이 가해지지 않을 때 편광판들 중 하나의 투과축과 정렬되는 반면, 그 장축은 편광판들 중 다른 하나의 투과축 쪽으로 회전한다.

제2 또는 제3실시예의 홀드LCD유닛은 바람직하게는 LC층의 투과-전압특성을 변경하는 기능을 갖는 광학적 보상판을 가진다(제18실시예).

제18실시예의 홀드LCD유닛에서의 광학적 보상판은 바람직하게는 표시동작을 위해 높은 전압범위를 사용한다(제19실시예). 제18 및 제19실시예들의 홀드LCD유닛들의 동작은 이후에 설명될 것이다.

도 6을 참조하면, 홀드LCD유닛들에서의 인가된 전압에 대한 투과율특성들이보여진다. 실선 "D"는 광학적 보상판을 구비하지 않은 전형적인 홀드LCD유닛의 투과율특성을 보여준다. 전형적인 홀드LCD유닛에 광학적 보상판을 통합함으로써, 전압에 대한 투과율특성은, 휘도의 피크가 더 낮은 전압의 구역과 더 높은 전압의 구역 쪽으로 각각 이동되는 "E"와 "F"와 같은 투과율특성들을 얻도록 변경될 수 있다. 투과율특성 "E"에서, 인가되는 전압을 제어하는 것에 의해, 도 4에 보인 실선 및 점선으로 보여진 시간에 대한 투과율프로파일들을 얻는 것이 가능하다.

제19실시예의 홀드LCD유닛은 고속응답에 특히 적합하다. 더 높은 전압의 구역 쪽으로 이동된 피크를 갖는 투과율특성 "F"를 사용함으로써, 제19실시예의 LCD유닛에서는 고속응답이 달성될 수 있다.

제2 및 제3실시예들의 홀드LCD유닛은, 도 7에 보인 것처럼, 거기서는 LC커패시터(35)라 불리는 LC층과는 병렬저항기(36)가 병렬로 연결되어 있는 화소를 가진다(제20실시예).

능동매트릭스 LCD유닛은 LC커패시터(35)에 전하를 축적하기 위한 TFT스위치(34)를 가진다. LC커패시터(35)에 저장된 전하는 병렬저항기(36)를 통해 방전되고, 그 결과로 LC층의 배향이 바뀐다. 방전으로 인한 LC배향의 변경이 투과율을 낮추기 때문에, 제2 및 제3실시예들의 동작은 실행될 수 있다.

제20실시예의 LCD유닛에서, 병렬저항기(36)와 LC커패시터(35)에 의해 정해진 RC시정수는 바람직하게는 단일 필드기간 또는 그 이하와 거의 동일하다(제21실시예).

제2 또는 제3실시예의 LCD유닛에서, 이온들이 LC층에 주입되거나 편입되는것이 바람직하다(제22실시예).

제2실시예의 LCD유닛에서, 이온밀도 및 확산계수에 의해 결정된 시정수는 단일 필드기간 또는 그 이하와 거의 동일한 것이 바람직하다(제23실시예).

제23실시예의 LCD유닛에서, 양이온들과 음이온들은 총 전하를 결정하는 이온전하와 이온 수의 곱과 거의 동일한 값을 가져, LC층이 전기적으로 중성이 되어도 좋다(제24실시예).

제22 내지 제24실시예들 중의 하나에서, 제20 또는 제21실시예의 구성과 유사한 구성이 병렬저항기 대신의 이온들에 의해 달성될 수 있다.

제1 내지 제24실시예들 중의 하나에서, TFT스위치와 같은 스위치가 화소를 구성하기 위해 제공되어도 좋다(제25실시예).

제25실시예에서, 그 스위치는 화소의 유지기간 동안 화소의 LC커패시터에 특정 시정수로 전하를 도입해도 좋다(제26실시예).

제26실시예에서, 스위치의 단자들간의 높은 전압은, 화소의 유지기간 동안 스위치에 의해 도입되는 전하량이 더 커지게 한다(제27실시예).

제25실시예에서, 직렬저항기가, 도 8에 보인 것처럼, 전원선들 사이에서, 화소커패시터 또는 LC커패시터(35)와 직렬로 연결되어도 좋다(제28실시예). 도 8은 능동매트릭스 LCD유닛의 경우를 보여주고, 스위치(34)는 능동매트릭스 LCD유닛과는 다른 LCD유닛의 경우에는 필요없다.

제28실시예의 동작에서, 화소의 구동은 스위치(34)를 통해 LC커패시터(35)를 충전함으로써 행해지는(능동매트릭스 LCD유닛의 경우) 반면, 전기전하도 직렬저항기(36)를 통해 특정 시정수로 도입된다. 전하의 도입은 LC배향을 바꾼다. 전하도입으로 인한 LC배향의 변경이 LC층의 투과율을 낮추게 하므로, 제2 및 제3실시예들의 동작은 이루어질 수 있다.

제28실시예에서, 직렬저항기의 저항은 TFT스위치의 ON저항과 OFF저항 사이에 있어도 좋다(제29실시예).

제29실시예에서, 홀드표시유닛은 CRT와 전계발광(electroluminescence)표시유닛과 같은 자체발광유닛이라도 좋다(제30실시예).

제1 내지 제30실시예들의 표시유닛들은 모니터유닛, 광밸브 및 프로젝터로서 사용되어도 좋다.

도 9를 참조하면, 폴리실리콘 TFT스위치를 각각 구비한 화소들의 어레이를 가진 본 발명의 LCD유닛의 실용상의 제1예가 제조되었다. 그 LC층은 도 10에 보인 것처럼, 투과율과 인가된 전압간에 V자 특성을 가졌다. 이 LCD유닛은 다음과 같이 제조되었다.

실리콘산화막(11)이 유리기판(10)위에 형성되었고, 이어서 비정질실리콘막이 성장되었다. 그 후, 엑시머어닐링이 비정질실리콘막에 대해 행해져 그것을 폴리실리콘막(12)으로 바꾸었다. 100Å 두께의 실리콘산화막(13)이 추가로 성장되었고, 뒤이어 그것이 패터닝되어 그 속에 개구들이 형성되었다. LDD영역들을 위한 포토레지스트마스크를 형성한 후, 인 이온들을 폴리실리콘막(12)에 도입하여 폴리실리콘막(12) 속에 소스/드레인영역들이 형성되었다.

다른 실리콘산화막(13)이 성장된 후, 마이크로결정실리콘(μ-c-Si)과 텅스텐실리사이드(WSi)가 그 위에 연속 성장되었고, 뒤이어 마이크로결정실리콘 및 텅스텐실리사이드의 패터닝으로 게이트전극(14)을 형성하였다. 그 후, 포토레지스트마스크를 통해 인 이온들을 도입하여 LDD영역들(15)이 형성되었다. 그 다음, 실리콘산화막과 실리콘질화막(17)이 연속 성장되었고, 뒤이어 그것들은 패터닝되어 접촉홀들이 형성되었으며, 알루미늄 및 티타늄이 스퍼터링되었고, 그것이 패터닝되어 소스/드레인전극들(16)이 형성되었다. 실리콘질화막(17)이 퇴적된 후, 접촉플러그들을 위한 개구들이 그 속에 형성되었다. 마지막으로, 투명화소전극(18)을 형성하기 위하 ITO막이 형성 및 패터닝되어, 도 9에 보인 구조를 갖는 TFT어레이가 얻어졌다.

유리기판 위에는 각각이 TFT를 갖는 화소들의 어레이가 형성되었고, 구동회로가 유리기판 외부의 단결정기판 위에 형성되었다. 그렇게 제조된 TFT패널과, 대향전극 및 Cr차폐마스크패턴이 형성된 대향패널은, 기둥들(columns)의 어레이가 대향기판 위에 형성된 후, 서로 대향하게 배치되었다. 기둥어레이는 1.8㎛의 높이와 양 패널들간에 간극을 유지하기 위한 이격기(spacer)의 기능 및 외부충격에 대해 저항하는 기능을 가졌다.

화소어레이를 위한 영역 외부에는, 대향패널이 자외선경화 밀봉수지로 도포되었다. 두 패널들이 서로 붙여진 후, LC가 그것들 사이에 주입되었다. 스멕틱 LC가, 연속하는 계조레벨표시를 달성하기 위해 인가된 전압에 대해 V자 투과율특성을 가진 LC재료로서 사용되었다. 사용된 LC재료는 실험적 검사에서 도 10에 보인 특성을 가졌던 문턱없는(non-threshold) 반강유전성 LC이고, 이것은 인가된 잔압이 없을 때 LC가 흑레벨을 나타내도록 교차니콜스(crossed Nicols)로 배치된 한 쌍의 편광판들 사이에 끼어있었다.

실제 실시예들에서, 편광판들은, 실험적 검사와는 약간은 다른 도 5a 내지 5c에 보인 기능을 나타내고 있다. 이 실시예들은 제3, 제4, 제6, 제8 내지 제10, 그리고 제25실시예들이다.

위의 실시예들에서, 신호처리회로는 기존 LCD유닛의 통상의 신호처리회로와는 다르다. 더 구체적으로는, 이 신호처리회로는, 더 높은 휘도계조레벨에서, 매 필드변경마다 인가된 전압의 극성을 바꾸는 신호를 발생하고, 그것에 의해 투과율은 높은 레벨을 통과하여 안정한 레벨이 된다. 이 신호처리회로는 또한, 더 낮은 휘도계조레벨에서, 이전의 극성에 의존하는 인가된 전압의 극성을 유지시키고, 그것에 의해 낮은 휘도가 유지된다.

위의 신호처리에서, 임펄스응답은 LCD화면상의 움직이는 대상체의 꼬리를 없애는 것을 이룰 수 있다. 그에 더하여, 낮은 휘도레벨이 낮은 레벨로 머물러 있기 때문에 더 높은 대비가 달성될 수도 있다.

이 예에서는, 최소휘도의 경우 0번째 레벨이며 최대휘도의 경우 255번째 레벨이고 높은 휘도레벨들의 군과 낮은 휘도레벨들의 군이 63번째 계조레벨 및 64번째 계조레벨 사이의 분리레벨로써 에서 나뉘어지는 256계조레벨들이 사용된다. 이 분리레벨은, 이러한 특정 레벨로 한정되지는 않고, LC재료의 표시특성, 신호처리회로의 복잡도, 표시 등의 관측결과들에 따라 결정될 것이다. 이 발명의 실험적 검사에서, 분리레벨이 254번째 계조레벨과 255번째 계조레벨 사이로 정해질 때에도, 움직이는 대상체의 꼬리를 제거하는 효과의 정도는 기존의 LCD유닛보다 만족스러웠었다. 이는 더 높은 휘도에서의 꼬리현상이 사람의 눈에 가장 두드러지게 관측된다는 사실에 기인한 것이라 생각된다.

본 발명의 제2예는 신호처리부의 구성 및 동작을 제외하면 제1예와 유사하다. 더 구체적으로는, 제2예에서는, 표시신호의 DC성분이 낮은 발광레벨들이 계속된 후에 LCD화면의 전기적 버닝(burning)을 일으킨다는 점을 감안하여, 신호극성은 낮은 휘도레벨들의 프레임들의 수를 계수하는 카운터에 의해 반전된다. 이것은, LCD유닛을 위한 보통의 AC구동과는 조화되지 않는 높은 투과율레벨을 통과하지 않게 하기 위해 본 발명의 LCD유닛에서는 낮은 휘도레벨들이 단일 극성을 사용하기 때문에 채용된다.

실용상의 제3예는 제2예에 사용된 것과 유사한 카운터를 사용한다. 제3예는, 카운터 이외에도, 신호전압의 적분 후에 신호극성의 반전을 결정하는 전압적분기를 사용한다. 전압적분기는 매 화소마다 신호전압을 적분하기 위한 프레임메모리에 관련된다. 예를 들면, +5볼트에 있는 양의 0번째 계조레벨이 4 프레임들 동안 계속되고 이어서 -3볼트에 있는 음의 63번째 계조레벨이 4 프레임 동안 계속된다고 가정하면, 적분기는 적분된 전압을 +8볼트로 계산한다. 이것은 양의 극성을 갖는 DC성분을 발생시킨다. 따라서, 극성은 반전되지 않고 음의 극성은 이 경우 카운터의 계수값에 무관하게 계속된다.

이 실시예에서, DC성분은 DC성분을 위한 실제 값을 고려하면서 제거될 수 있다. 따라서, 제3예는 제2예에 비해 수명의 증가를 달성한다. 적분은 위의 예에서는각 화소마다 행해졌지만, 4개의 인접 화소들의 예를 포함한 여러 화소들의 영역에 대해 행해져도 좋다. 이 적분은 전체 표시영역에 대해 행해져도 좋다.

실용상의 제4예는, 제1 또는 제2예의 구성 이외에도, 낮은 휘도레벨을 갖는 화소들을 위한 극성반전과 동기되게 백라이트를 켜고 끄는 백라이트의 주기적인 턴온을 사용한다. 이 구성이 사용되는 이유는, 극성반전이 높은 휘도상태를 통과함으로 인해 대비를 떨어뜨리는 경향이 있기 때문이다. 극성반전 동안 백라이트의 어두운 상태를 채용함으로써, 광의 누설이 피해졌고, 그로 인해 우수한 대비가 달성될 수 있었다.

제1 내지 제4예들에서, 사용된 LC재료는 문턱이 없는 반강유전성 LC이었다. 그러나, 강유전성 LC, 반강유전성 LC 및 강유전성-상(ferroelectric-phase) LC재료들과 같은 다른 LC재료들, 또 극히 작은 피치와인딩(pitch winding)을 갖는 짧은 피치 LC재료, 고분자들에 의해 안정화된 안정화LC재료, 단안정화 강유전성 LC재료, 또는 인가된 전압에 대해 V자 투과특성을 가지는 한 어떠한 LC재료도 사용될 수 있다.

실용상의 제5예는 면내절환(IPS)방식으로 동작하는 네마틱 LC를 사용한다. 그 LC재료는 실온에서 사용될 때 불충분한 응답을 가진다. 본 발명의 충분하고 높은 응답은 IPS를 사용하면서 더 높은 온도에서 얻어질 수 있었다. 제 5예도 위의 예들과 유사하게 만족스러운 동화상 표시를 달성하였다. 이 예에서, 전극들은 경사진 L자 모양을 가졌다. 전형적인 IPS방식 LCD유닛은 일반적으로 대각선으로 보여졌을 때 원치 않는 착색(coloring)을 겪는다. 특유의 전극구조는 착색을 없애어 넓은시야각을 달성하였다. 이러한 이점은, 이 예에서 사용된 바와 같은 높은 온도 대신에, 장차 이루어질 더욱 고속의 LC재료와 고속 구동기법에 의해 달성될 수도 있다.

실용상의 제6예는, 본 발명이 파이셀(pi-cell)이라 불리는 OCB(optically-controlled birefringence)과 관련하여 보상판을 갖는 LCD유닛에 적용된 것이다. 이 구조는 더 넓은 시야각을 달성한다.

이 예에서, 보상판의 구조는 상보형 파이셀구조모드를 얻도록 변경되어도 좋다. 실험적으로 제조된 제6예는 스퍼터된 Cr로 이루어진 480개의 게이트버스선들 및 640개의 드레인버스선들을 가졌고, 그 선폭은 10㎛이었고 게이트절연막은 실리콘질화물(SiN_x)로 이루어졌다. 각 화소는 330㎛의 길이와 110㎛의 폭, 비정질실리콘TFT를 가졌고, 공통전극은 스퍼터된 ITO(인듐-주석-산화물)로 이루어졌다.

도 11을 참조하면, 제6예의 LCD유닛은 각각이 화소전극(23)과 TFT(21)을 구비한 화소들의 어레이, 열방향으로 연장되는 복수개의 드레인버스선들(20), 그리고 행방향으로 연장되는 복수개의 게이트버스선들(22)을 구비한다. 이 LCD유닛은 다음과 같이 제조되었다.

TFT패널이 유리기판 위에 TFT들의 어레이를 형성하여 제조되었다. 대향패널은 유리기판 위에 형성된 Cr차폐막패턴과, 착색기법에 의해 형성된 색필터들의 어레이를 구비하였다. 색필터들 각각은 1.5㎛의 두께를 가졌고, 3원색 칼라필터들을 배열하는 것에 의해 요철면을 갖는 4.5㎛ 두께의 필터구조를 형성하였다. 총 6㎛의두께를 이루도록 투명한 수지를 색필터구조 위에 도포한 후, 대향패널은 TFT패널에 면하게 배치되었다.

폴리아미드산(polyamic acid)이 TFT기판 및 대향기판 위에 도포되었고, 뒤이어 200℃에서의 굽기에 의해 개개의 패널들 위에 폴리이미드배향막들이 형성되었다. 50㎜ 직경을 가지며 레이온으로 된 완충 천(buffering cloth)으로 감겨진 롤러가, 폴리이미드배향막들 표면들의 평행 러빙을 위해 사용되었다. 롤러는 600rpm의 회전속도, 폴리이미드막 위에서의 400㎜/sec의 이동속도, 2회의 러빙작업의 각각마다 0.7㎜의 내림(depression)량으로 이동되었다. 폴리이미드배향막들은 접촉단차계량기로 측정되었을 때 약 500Å의 두께를 가졌고, LC층의 결과적인 선경사각(pre-tilt angle)은 결정회전기법으로 측정되었을 때 7도였다.

결과적인 TFT패널 및 대향패널 중의 하나는, 6㎛의 직경을 갖는 기둥형상의 유리막대 이격기들이 분산된 자외선경화 밀봉수지로 도포되었다. 이 패널들 둘 다는 서로 마주하게 배치되었고, 두 패널들에 대한 러빙방향들은 서로 평행하였고, 자외선의 비접촉식 조사에 의해 밀봉수지는 경화되어, 6㎛의 간극을 갖는 결합패널이 얻어졌다. 간극은 네마틱LC재료로 채워졌다.

결과로서의 패널에는, "SIOD 94 다이제스트" 927-930쪽에 기재된 광학적 보상 복굴절 표시모드를 가지도록 설계된 보상판이 부착되어, 최종 LCD패널이 얻어졌다. 이 LCD패널에는 LC구동기가 부착되어 홀드LCD유닛이 얻어졌고, 이 유닛은 고속응답과 넓은 시야각을 성취하였다. 보상판의 배열과 구동신호를 변경하는 것에 의해, 이 LCD유닛은 본 발명의 실시예들에 따른 구성들을 가졌다.

위의 실시예들은 예시를 위해서만 설명된 것이므로, 본 발명은 위의 실시예들로 한정되지 않고 다양한 변형들 또는 변경들이 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 이 기술분야의 숙련자들에 의해 용이하게 만들어질 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 LCD유닛은, 각 필드에서 높은 휘도상태를 통과하여 안정한 휘도상태에 이르도록 하고 그 필드에서의 평균휘도가 소망의 레벨에 대응하게 함으로써, 움직이는 대상체의 꼬리를 제거하거나 완화시켜, 움직이는 대상체의 영상을 개선한다. 그에 더하여, 발명의 LCD유닛은 신호전압의 극성반전을 위해 카운터 등을 사용하여 LCD화면의 전기적 버닝을 방지한다.

Claims (36)

1. 화소들의 어레이가 그 속에서 규정되는 표시패널과, 상기 표시패널과 관련되게 배치되어 상기 화소들을 구동하는 구동회로를 포함하며, 상기 구동회로는 상기 화소들의 계조레벨들에 기초하여 상기 화소들을 높은 휘도를 갖는 제1군 및 낮은 휘도를 갖는 제2군으로 나누며, 상기 제1군의 각 화소는 각 필드에서 높은 휘도계조레벨을 통과하여 특정 계조레벨에 도달하고, 상기 제2군의 각 화소는 높은 휘도계조레벨을 통과하지 않고 각 필드의 특정 계조레벨에 도달하는 홀드표시유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1군의 상기 각 화소는 각 필드에서 소망의 계조레벨과 동일한 평균계조레벨을 가지는 홀드표시유닛.
3. 제1항에 있어서, 상기 표시패널은 액정(LC)층을 갖는 LCD패널인 홀드표시유닛.
4. 제3항에 있어서, 상기 LCD패널은 편광판과 관련되어 있는 홀드표시유닛.
5. 제3항에 있어서, 상기 LC패널은 한 쌍의 편광판들 사이에 끼어있는 홀드표시유닛.
6. 제3항에 있어서, 상기 LC층은 전기장의 짝수번째 파워들에 응답하는 것보다는 큰 정도로 상기 전기장의 홀수번째 파워들에 응답하는 홀드표시유닛.
7. 제3항에 있어서, 상기 LC층은 강유전성 LC재료를 포함하는 홀드표시유닛.
8. 제3항에 있어서, 상기 LC층은 반강유전성 LC재료를 포함하는 홀드표시유닛.
9. 제3항에 있어서, 상기 LC층은 전기클리닉(electroclinic) LC재료를 포함하는 홀드표시유닛.
10. 제5항에 있어서, 상기 편광판들은 서로 수직하게 연장되는 광축들을 갖는 홀드표시유닛.
11. 제3항에 있어서, 상기 LC층은 기판표면 위에 타원의 사영(射影)을 갖는 굴절율타원면을 가지며, 상기 타원은 제1극성을 갖는 제1전기장의 적용 하에 제1방향으로 회전하는 장축을 가지는 홀드표시유닛.
12. 제11항에 있어서, 상기 장축은 상기 제1극성과는 반대인 제2극성을 갖는 제2전기장을 인가할 때에 상기 제1방향과는 반대인 제2방향으로 회전하는 홀드표시유닛.
13. 제12항에 있어서, 상기 장축은 가해지는 전기장이 없을 때에 한 쌍의 편광판들의 광축들 사이에 형성된 각도를 등간격으로 분할하는 홀드표시유닛.
14. 제11항에 있어서, 상기 장축은 상기 제1극성에 반대인 제2극성을 갖는 제2전기장을 인가할 때에 거의 회전하지 않는 홀드표시유닛.
15. 제14항에 있어서, 상기 장축은 전기장을 인가하지 않을 때와 상기 제2전기장을 인가할 때에 상기 한 쌍의 편광판들 중 하나의 광축으로 정렬되는 홀드표시유닛.
16. 제3항에 있어서, 상기 LC층은 전기장의 홀수번째 파워들보다 큰 정도로 상기 전기장의 짝수번째 파워들에 응답하는 홀드표시유닛.
17. 제3항에 있어서, 상기 LC층은 네마틱 LC재료를 포함하는 홀드표시유닛.
18. 제3항에 있어서, 상기 LC층은 카이랄(chiral) 네마틱 LC재료를 포함하는 홀드표시유닛.
19. 제3항에 있어서, 상기 LC층은 서로 수직하게 연장되는 광축들을 갖는 한 쌍의 편광판들 사이에 끼어있는 홀드표시유닛.
20. 제17항, 제18항 및 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 LC층은 기판표면상에 타원의 사영을 갖는 굴절율타원면을 가지며, 상기 타원은 편광판들 중 하나의 광축과 정렬된 장축을 가지며 제1극성을 갖는 제1전기장의 인가 하에 상기 편광판들 중 다른 하나의 광축 쪽으로 장축이 회전하는 홀드표시유닛.
21. 제3항에 있어서, 상기 LCD패널에는 인가된 전압에 대하여 상기 LC층의 투과율특성을 변경하는 기능을 갖는 광보상판이 부가된 홀드표시유닛.
22. 제21항에 있어서, 상기 광보상판은 상기 LC층이 높은 전압구역(range)에서 동작하게 하는 홀드표시유닛.
23. 제3항에 있어서, 저항기가 상기 LC층과는 병렬로 전기 접속된 홀드표시유닛.
24. 제23항에 있어서, 상기 저항기 및 상기 LC층은 단일 필드 또는 그 이하의 시간에 대등한 RC시정수를 규정하는 홀드표시유닛.
25. 제3항에 있어서, 상기 LC층은 혼합된 이온들을 포함하는 홀드표시유닛.
26. 제25항에 있어서, 상기 LC층의 이온밀도 및 확산계수에 의해 정해지는 시정수는 단일 필드 또는 그 이하의 시간과 동등한 홀드표시유닛.
27. 제26항에 있어서, 상기 LC층 양이온들과 음이온들을 포함하며 전기적으로 중성인 홀드표시유닛.
28. 제3항에 있어서, 상기 화소들의 각각은 스위치를 구비하는 홀드표시유닛.
29. 제28항에 있어서, 각 화소는 상기 각 화소의 유지기간 동안 특유의(specific) 시정수로 전하를 받는 홀드표시유닛.
30. 제29항에 있어서, 상기 스위치는 관련된 화소의 유지기간 동안 상기 스위치의 단들 사이에 인가되는 전압에 대응하는 속도로 상기 관련된 화소에 전하를 도입시키는 홀드표시유닛.
31. 제28항에 있어서, 저항기가 상기 LC층에 직렬로 연결된 홀드표시유닛.
32. 제31항에 있어서, 상기 저항기는 상기 스위치의 온(ON)저항 및 오프(OFF)저항 사이의 저항을 가지는 홀드표시유닛.
33. 제1항에 있어서, 상기 표시패널은 자체발광패널인 홀드표시유닛.
34. 제1항에 있어서, 상기 표시패널은 모니터표시유닛인 홀드표시유닛.
35. 제1항에 있어서, 상기 표시패널은 광밸브(light valve)인 홀드표시유닛.
36. 제35항에 있어서, 상기 광밸브는 프로젝터에 이용되는 홀드표시유닛.