KR20040053785A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구동 전압이 낮아도 높은 광투과율을 실현할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
각 서브프레임에 있어서, 2회의 데이터 기록 주사를 연속하여 행하고, 그 후, 2회의 데이터 소거 주사를 연속하여 행한다. 데이터 기록 주사에서의 인가 전압과 데이터 소거 주사에서의 인가 전압은, 실질적으로 동일한 크기로서 극성이 반대이다. 1회째의 전압 인가에 의해 액정이 응답한 후, 셀 전하가 감소하여 액정의 응답성은 저하되지만, 다음 동일 극성의 2회째의 전압 인가에 의해 다시 인가 전압에 따른 전하가 액정 셀에 축적되어, 다시 액정의 응답이 일어난다. 각 서브프레임 내에서 액정에 복수회 인가되는 전압의 크기의 조합에 따라, 드라이버의 출력 계조수보다 많은 계조수의 표시를 실현한다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 자발(自發) 분극을 갖는 액정 물질을 사용하고, 스위칭 소자의 온/오프 구동에 의해 화상을 표시하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근의 소위 정보화 사회의 진전에 따라, 퍼스널 컴퓨터 및 PDA(Personal Digital Assistants) 등으로 대표되는 전자 기기가 널리 사용되게 되었다. 이러한 전자 기기의 보급에 의해, 사무실이나 옥외(屋外)에서 사용 가능한 휴대형의 수요가 발생하고 있어, 그들의 소형 및 경량화가 요망되고 있다. 그러한 목적을 달성하기 위한 수단의 하나로서 액정 표시 장치가 널리 사용되고 있다. 액정 표시 장치는 단순히 소형 및 경량화뿐만 아니라, 배터리 구동되는 휴대형 전자 기기의 저(低)소비전력화를 위해서는 필요 불가결한 기술이다.
액정 표시 장치는 대별(大別)하면 반사형과 투과형으로 분류된다. 반사형은액정 패널의 앞면으로부터 입사한 광선을 액정 패널의 뒷면에서 반사시켜 그 반사광에 의해 화상을 눈으로 확인시키는 구성이고, 투과형은 액정 패널의 뒷면에 구비된 광원(백라이트)으로부터의 투과광에 의해 화상을 눈으로 확인시키는 구성이다. 반사형은 환경 조건에 따라 반사광 양이 일정하지 않아서 시인성(視認性)이 뒤떨어지기 때문에, 풀(full) 컬러 표시를 행하는 퍼스널 컴퓨터 등의 표시 장치로서는, 일반적으로 컬러 필터를 사용한 투과형의 컬러 액정 표시 장치가 사용되고 있다.
컬러 액정 표시 장치는 현재 TFT(Thin Film Transistor) 등의 스위칭 소자를 사용한 TN(Twisted Nematic)형의 것이 널리 사용되고 있다. 이 TFT 구동의 TN형 액정 표시 장치는 STN(Super Twisted Nematic)형에 비하여 표시 품질은 높지만, 액정 패널의 광투과율이 현상(現狀)에서는 4% 정도뿐이기 때문에, 높은 화면 휘도를 얻기 위해서는 고(高)휘도의 백라이트가 필요하게 된다. 이 때문에, 백라이트에 의한 소비전력이 커지게 된다. 또한, 컬러 필터를 사용한 컬러 표시이기 때문에, 1화소를 3개의 부(副)화소로 구성해야만 하여, 고정밀화가 곤란하고, 그 표시색 순도(純度)도 충분하지 않다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명자들은 필드 순차 방식의 액정 표시 장치를 개발하고 있다(예를 들어, AM-LCD'99 Digest of Technical Papers(T.Yoshihara, et. al., 185페이지, 1999년 발행) 및 SID'00 Digest of Technical Papers(T.Yoshihara, et. al., 1176페이지, 2000년 발행) 참조). 이 필드 순차 방식의 액정 표시 장치는, 컬러 필터 방식의 액정 표시 장치와 비교하여 부화소를 필요로 하지 않기 때문에, 보다 정밀도가 높은 표시를 용이하게 실현할수 있으며, 또한, 컬러 필터를 사용하지 않고 광원의 발광색을 그대로 표시에 이용할 수 있기 때문에, 표시색 순도도 우수하다. 또한, 광 이용 효율도 높기 때문에, 소비전력이 적어도 된다는 이점(利點)도 갖고 있다. 그러나, 필드 순차 방식의 액정 표시 장치를 실현하기 위해서는, 액정의 고속 응답성(2㎳ 이하)이 필수이다.
그래서, 본 발명자들은 상술한 바와 같은 우수한 이점을 갖는 필드 순차 방식의 액정 표시 장치 또는 컬러 필터 방식의 액정 표시 장치의 고속 응답화를 도모하기 위해, 종래에 비하여 100∼1000배의 고속 응답을 기대할 수 있는 자발 분극을 갖는 강유전성 액정 등의 액정의 TFT 등의 스위칭 소자에 의한 구동을 연구 개발하고 있다. 강유전성 액정은, 도 13에 나타낸 바와 같이, 전압 인가에 의해 그 액정 분자의 장축(長軸) 방향이 틸트한다. 강유전성 액정을 삽입한 액정 패널을 편광축이 직교한 2개의 편광판에 의해 사이에 끼우고, 액정 분자의 장축 방향의 변화에 의한 복굴절을 이용하여, 투과광 강도를 변화시킨다.
도 14는 종래의 필드 순차 방식의 액정 표시 장치에서의 표시 제어를 나타내는 타임차트의 일례로서, 도 14의 (a)는 액정 패널의 각 라인의 주사 타이밍을 나타내고, 도 14의 (b)는 백라이트의 적색, 녹색, 청색 각색의 점등 타이밍을 나타낸다. 1프레임을 3개의 서브프레임으로 분할하여, 예를 들어, 도 14의 (b)에 나타낸 바와 같이 첫 번째 서브프레임에서 적색을 발광시키고, 두 번째 서브프레임에서 녹색을 발광시키며, 세 번째 서브프레임에서 청색을 발광시킨다.
한편, 도 14의 (a)에 나타낸 바와 같이, 액정 패널에 대해서는 적색, 녹색, 청색의 각색 서브프레임 중에 화상 데이터의 기록 주사와 소거 주사를 행한다. 다만, 기록 주사의 개시 타이밍이 각 서브프레임의 개시 타이밍과 일치하도록, 또한, 소거 주사의 종료 타이밍이 각 서브프레임의 종료 타이밍과 일치하도록 타이밍을 조정하고, 기록 주사 및 소거 주사에 필요한 시간은 각각 각 서브프레임의 반분(半分)으로 설정한다. 기록 주사 및 소거 주사에서는, 동일한 화상 데이터에 의거한 크기가 동일하고 극성이 다른 전압이 액정 패널에 인가된다(예를 들어, 일본국 특개평11-119189호 공보 참조).
이것에 의해, 기록 주사에서 한쪽 극성의 전압이 인가된 경우에는, 밝은 표시가 얻어지고, 소거 주사에서 다른쪽 극성의 전압이 인가된 경우에는, 대략 흑색 표시로 된다. 엄밀하게 말하면, 소거 주사 후에도 기록 주사 후와 동일한 화상이 기록 주사 후의 화상에 비하여 매우 낮은 휘도로 표시되고 있다. 또한, 본 명세서에서는, 휘도가 큰 표시 화상이 얻어지는 주사를 "기록 주사"라고 부르고, 휘도가 작은 화상 또는 흑색 화상이라고 간주할 수 있는 화상이 얻어지는 주사를 "소거 주사"라고 부른다.
상술한 바와 같은 필드 순차 방식의 액정 표시 장치는, 컬러 필터 방식의 액정 표시 장치에 비하여, 광 이용 효율이 높아서 소비전력의 저감이 가능하지만, 액정 물질로서 강유전성 액정을 사용한 경우에는, 강유전성 액정이 자발 분극을 갖기 때문에, TFT 등의 스위칭 소자에 의해 구동했을 때에, 스위칭 소자를 통하여 자발 분극의 반전에 필요한 전하를 액정 셀에 축적할 필요가 있고, 일반적인 네마틱 액정에 비하여 높은 전압을 필요로 한다. 또한, 전하를 축적하기 위한 큰 축적 용량을 필요로 한다. 이러한 문제는 강유전성 액정을 사용하는 컬러 필터 방식의 액정 표시 장치에서도 동일하며, 구동 전압의 저감이 요망되고 있다. 즉, 보다 낮은 전압에서의 높은 광투과율의 실현이 요망되고 있다.
한편, 표시 품질의 향상을 위해, 보다 많은 표시색의 실현(다계조화(多階調化)) 요구도 증대되고 있다. 그러나, 액정 표시 장치는 아날로그 계조이기 때문에, 계조수가 많아지면 계조간의 전위차가 작아진다. 따라서, 액정의 응답 및 드라이버의 출력 편차의 관점에서 다계조화가 곤란하다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 안출된 것으로서, 구동 전압이 낮아도 높은 광투과율을 실현할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 다계조화를 용이하게 실현하여 표시 품질의 향상을 도모할 수 있는 액정 표시 장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 액정 표시 장치(제 1 내지 제 4 실시예)의 회로 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 필드 순차(field-sequential) 방식의 액정 패널 및 백라이트의 모식적 단면도.
도 3은 액정 표시 장치의 전체의 구성 예를 나타내는 모식도.
도 4는 본 발명의 액정 표시 장치(제 1 실시예)에서의 표시 제어를 나타내는 타임차트.
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치에서의 인가 전압과 투과광 강도 특성을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 액정 표시 장치(제 2 내지 제 5 실시예)에서의 표시 제어를 나타내는 타임차트.
도 7은 종래의 액정 표시 장치에서의 인가 전압과 투과광 강도 특성을 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명의 액정 표시 장치(제 3 및 제 4 실시예)에서의 계조 표시의 예를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 액정 표시 장치(제 5 실시예)의 회로 구성을 나타내는 블록도.
도 10은 컬러 필터 방식의 액정 패널 및 백라이트의 모식적 단면도.
도 11은 본 발명의 액정 표시 장치(제 6 실시예)에서의 표시 제어를 나타내는 타임차트.
도 12는 본 발명의 액정 표시 장치(제 6 실시예)에서의 계조 표시의 예를 나타내는 도면.
도 13은 강유전성 액정 패널에서의 액정 분자의 배열 상태를 나타내는 도면.
도 14는 종래의 액정 표시 장치에서의 표시 제어를 나타내는 타임차트.
도 15는 종래에서의 강유전성 액정의 셀 전위 및 투과광 양의 설명도.
도 16은 본 발명에서의 강유전성 액정의 셀 전위 및 투과광 양의 설명도.
도 17은 본 발명의 액정 표시 장치에서의 계조 표시의 예를 나타내는 도면.
도 18은 본 발명의 액정 표시 장치에서의 전압 인가의 패턴을 나타내는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
3 : 공통 전극
7 : LED 어레이
21 : 액정 패널
22 : 백라이트
23 : 온도 측정기
24 : 모드 전환기
31 : 제어 신호 발생 회로
32 : 데이터 드라이버
35 : 백라이트 제어 회로
40 : 화소 전극
41 : TFT
60 : 컬러 필터
70 : 백색 광원(光源)
제 1 발명에 따른 액정 표시 장치는, 공통 전극과 복수의 화소 전극 사이에 자발 분극을 갖는 액정 물질이 봉입(封入)되어 있고, 상기 복수의 화소 전극의 각각에 대응하여 스위칭 소자가 설치되어 있는 액정 표시 장치에 있어서, 1개의 기간 내에서 상기 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 복수회 연속하여 상기 액정 물질에 인가하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
제 1 발명에서는, 1개의 기간(컬러 필터 방식의 경우에는 프레임(1/60s 이하), 필드 순차 방식의 경우에는 서브프레임(1/180s 이하)) 내에서 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 2회 이상 연속하여 액정 물질에 인가한다.
자발 분극을 갖는 액정의 응답은, 도 15에 나타낸 바와 같이, 게이트 온(on) 시의 전압 인가에 의해 액정 셀에 축적된 전하(셀 전하)가 게이트 오프 시에 자발 분극의 응답에 의해 재배분됨으로써 일어난다. 따라서, 액정 셀에 축적된 전하가 클수록 액정은 양호하게 응답하여 광투과율은 높아진다.
따라서, 제 1 발명과 같이, 소정 간격을 두어, 동일 극성의 전압을 스위칭 소자를 통하여 2회 이상 액정 물질에 인가할 경우에는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 액정이 전압 인가에 따른 응답을 나타내며, 구동 전압을 높게 하지 않고 높은 광투과율을 실현하는 것이 가능하다. 이것은 n회째(n:자연수)의 전압 인가에 의해 액정이 응답한 후, 셀 전하가 감소하여 액정의 응답성은 저하되지만, 다음 동일 극성의 (n+1)회째의 전압 인가에 의해 다시 인가 전압에 따른 전하가 액정 셀에 축적되어, 다시 액정의 응답이 일어나기 때문이다.
따라서, 1개의 기간(프레임 또는 서브프레임) 내에서 동일 극성의 전압을 스위칭 소자를 통하여 복수회 액정 물질에 인가함으로써, 자발 분극을 갖는 액정의 고속 응답성을 유지한 상태에서, 구동 전압을 높게 하지 않고, 광투과율, 즉, 휘도의 향상이 가능하다. 또한, 1개의 기간(프레임 또는 서브프레임)을 건너뛰어 동일 극성의 전압을 인가할 경우, 광투과율은 향상되지만, 자발 분극을 갖는 액정의 고속 응답성이 열화(劣化)되기 때문에, 컬러 필터 방식의 경우에는 응답성의 열화, 필드 순차 방식의 경우에는 혼색(混色)이 발생한다. 따라서, 1개의 기간(프레임 또는 서브프레임) 내에서 동일 극성의 전압을 복수회 인가할 필요가 있다.
1개의 기간(프레임 또는 서브프레임) 내에서 동일 극성의 전압을 스위칭 소자를 통하여 액정에 복수회 인가할 때의 스위칭 소자의 선택 시간, 예를 들어, 스위칭 소자가 TFT일 경우의 게이트 선택 기간은 최대한 짧게 하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 5㎲ 이하로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 게이트 선택 기간에서의 액정의 응답을 최대한 적게 함으로써, 전압값에 따른 안정된 중간조 표시가 가능해지기 때문이다. 특히, 인가 전압의 극성을 바꾼 경우의 응답성 차에 의한 축적 전하량의 재배분량의 차가 작아지고, 인가 전압의 편중을 억제할 수 있어, 화면의 번인(burn-in)을 방지할 수 있다.
제 2 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 1 발명에 있어서, 상기 액정 물질에 인가하는 복수회의 전압의 크기가 동일한 것을 특징으로 한다.
제 2 발명에서는, 액정 물질에 인가하는 복수회의 전압의 모든 크기를 동일하게 한다. 따라서, 다른 종류의 새로운 데이터를 작성할 필요가 없고, 동일한 표시 데이터에 의한 동일 극성의 전압의 복수회의 인가에 의해, 광투과율의 향상을 용이하게 도모할 수 있다.
제 3 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 1 발명에 있어서, 상기 액정 물질에 인가하는 복수회의 전압 중 적어도 2회의 전압의 크기가 다른 것을 특징으로 한다.
제 3 발명에서는, 액정 물질에 인가하는 복수회의 전압의 크기를 반드시 모두 동일하게 하지 않고, 인가하는 전압의 크기를 변화시켜 다계조화를 도모한다.
제 4 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 3 발명에 있어서, (n+1)회째(n:자연수)에 인가하는 전압의 크기는 n회째에 인가하는 전압의 크기 이상인 것을 특징으로 한다.
제 5 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 3 발명에 있어서, (n+1)회째(n:자연수)에 인가하는 전압의 크기는 n회째의 전압을 인가한 후에 (n+1)회째의 전압을 인가하기 직전에서의 상기 액정 물질에서의 전압의 크기 이상인 것을 특징으로 한다.
제 4 발명에서는, (n+1)회째에 그 1개 전의 n회째에 인가한 전압 이상의 전압을 인가한다. 또한, 제 5 발명에서는, (n+1)회째에 n회째의 전압을 인가한 후에 (n+1)회째의 전압을 인가하기 직전에서의 액정 셀에서의 전압값 이상의 전압을 인가한다. 따라서, n회째의 전압 인가에 의한 광투과율에 비하여, (n+1)회째의 전압 인가에 의한 광투과율이 대략 동등하거나 높아지기 때문에, 드라이버의 출력 계조수보다도 많은 계조수의 표시를 안정되게 행할 수 있다. 자발 분극을 갖는 액정의 경우에, 동일한 극성의 전압 인가에 의해 광투과율을 높게 하는 것이 용이할지라도, 광투과율을 중간적인 값으로 낮게 하는 것은 곤란하지만, 제 4 및 제 5 발명에서는, 이 중간적인 광투과율을 용이하게 실현한다. (n+1)회째에 인가하는 전압의 크기의 이상적인 값은, n회째의 전압을 인가한 후에 (n+1)회째의 전압을 인가하기 직전에서의 액정 셀의 전압값 이상이다. 이것은, 이것에 의해 n회째와 (n+1)회째에서의 광투과율을 용이하게 대략 동일하게 할 수 있기 때문이다. 따라서, 제 5 발명이 이상적이지만, (n+1)회째의 전압을 인가하기 직전에서의 액정 셀의 전압값은 온도 등에 의해 변동하기 때문에, 그것을 구하는 것이 어렵고, 인가 전압의 제어가 곤란하다는 결점이 있다. 한편, 제 4 발명과 같이, (n+1)회째의 인가 전압을 n회째의 인가 전압 이상으로 하도록 한 경우, (n+1)회째의 전압값이 반드시 n회째의 전압을 인가한 후에 (n+1)회째의 전압을 인가하기 직전의 액정 셀의 전압값 이상으로 되기 때문에, 인가 전압의 제어는 용이하다. 그러나, n회째와 (n+1)회째의 광투과율을 동일하게 하는 것이 어렵고, 특히, n회째와 (n+1)회째의 광투과율을 중간적인 값으로 동일하게 하는 것이 곤란하다는 결점이 있다. 이와 같이, 제 4 발명 및 제 5 발명에는 서로 상반되는 이점(利點) 및 결점이 존재하기 때문에, 상황에 따라 어느 하나의 수법을 선택하면 된다.
제 6 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 1 발명에 있어서, 소정의 계조 레벨의 표시를 행하기 위해, 상기 액정 물질에 복수회 인가되는 전압의 크기의 조합을 설정하도록 한 것을 특징으로 한다.
제 7 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 6 발명에 있어서, 상기 액정 물질에 전압을 인가하는 수단의 출력 계조수에 비하여 표시 계조수가 많은 것을 특징으로 한다.
제 8 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 6 발명에 있어서, 1개의 기간 내에서의 상기 액정 물질로의 동일 극성의 전압 인가 횟수를 N회(N:자연수)로 한 경우, N회째의 전압 인가에 의해 가장 낮은 계조 레벨 측의 표시를 행하고, j회째(2≤j≤N)부터 N회째까지의 전압 인가의 조합에 의해 차례로 N회째의 전압 인가에 의한 계조 레벨보다 높은 계조 레벨의 표시를 행하여 나가, 1회째부터 N회째까지의 전압 인가의 조합에 의해 가장 높은 계조 레벨 측의 표시를 행하도록 한 것을 특징으로 한다.
제 6 발명에서는, 액정 물질에 복수회 인가되는 전압의 크기의 조합에 따라, 소정의 계조 레벨의 표시를 실현한다. 제 7 발명에서는, 액정 물질에 복수회 인가되는 전압의 크기의 조합에 따라, 전압을 인가하는 수단(드라이버)의 출력 계조수보다 많은 계조수의 표시를 실현한다.
제 8 발명에 의한 다계조 레벨의 표시에 대해서 설명한다. 1기간(프레임 또는 서브프레임)에서의 동일 극성의 전압의 인가 횟수를 N회로 한 경우, N회째의 전압 인가에 의해 가장 낮은 계조 레벨 측의 표시를 행하고, (N-1)회째와 N회째의 전압 인가의 조합에 의해 N회째의 전압 인가 시보다도 높은 계조 레벨의 표시를 행하며, (N-2)회째와 (N-1)회째와 N회째의 전압 인가의 조합에 의해 (N-1)회째와 N회째의 전압 인가 시보다도 높은 계조 레벨의 표시를 행하고, 이하 마찬가지로 이용하는 전압 인가의 횟수를 증가시키면서 보다 높은 계조 레벨의 표시를 차례로 행하여, 1회째부터 N회째까지의 전압 인가의 조합에 의해 가장 높은 계조 레벨 측의 표시를 행한다.
따라서, N회의 동일 극성의 전압 인가에 의해, 계조 표시를 실현할 수 있다. 도 17은 계조 표시의 일례를 나타내는 도면으로서, N은 전압 인가의 횟수, M은 드라이버의 출력 계조수이다. 0계조는 모든 인가 전압을 0으로 한다(a). 또한, N회째의 인가 전압에 의해(1회째부터 (N-1)회째까지의 인가 전압은 0), 1계조부터 (M-1)계조까지의 가장 낮은 계조 레벨 측의 표시를 행한다(b). 또한, (N-1)회째의 변화하는 인가 전압과 N회째의 일정한 인가 전압의 조합에 의해(1회째부터 (N-2)회째까지의 인가 전압은 0), M계조부터 2(M-1)계조까지의 표시를 행한다(c). 이하, 마찬가지로 각 계조의 표시를 행하여, 1회째의 변화하는 인가 전압과 2회째부터 N회째까지의 일정한 인가 전압의 조합에 의해, {(N-1)(M-1)+1}계조부터 N(M-1)계조까지의 가장 높은 계조 레벨 측의 표시를 행한다(d). 따라서, 최대 0계조부터 N(M-1)계조까지의 계조 레벨(계조수:N(M-1)+1)의 표시가 가능해져, 고품질의 표시를 실현할 수 있다.
예를 들면, N=4, M=256(8비트)으로 한 경우, 즉, 8비트 드라이버에 의해 동일 극성의 전압 인가를 4회 행할 경우, 0∼1020(계조수:1021)의 표시가 가능해진다. 이것을 이용하여 컬러 표시를 행한 경우에는, 계조수 256에 의한 16,777,216(=2563)색 표시로부터 계조수 1021에 의한 1,064,332,261(=10213)색 표시로 표시색 수를 대폭 증가시킬 수 있고, 8비트 드라이버에 의해 10비트 드라이버 상당의 표시가 가능해진다.
제 9 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 1 내지 제 8 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 액정 물질에 동일 극성의 전압이 복수회 인가된 후에, 상기 전압과 극성이 반전되어 크기가 동일한 반전 전압을 상기 액정 물질에 상기 복수회와 동일한 횟수 인가하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
제 10 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 9 발명에 있어서, 상기 반전 전압의 크기의 순서는 상기 동일 극성의 전압의 크기의 순서와 반대인 것을 특징으로 한다.
제 9 발명에서는, 한쪽 극성의 전압이 복수회 인가된 후에, 다른쪽 극성의 전압이 한쪽 극성의 전압과 크기가 동일하고 횟수도 동일하게 하여 인가된다. 따라서, 액정에 인가되는 전압의 편중이 억제되어, 표시의 번인을 방지할 수 있고,신뢰성이 높은 표시를 실현한다. 도 18은 이 인가 전압의 패턴을 나타내는 도면이다. 제 10 발명과 같이, 도 18의 (a)에 나타낸 바와 같이, 1기간(프레임 또는 서브프레임)에 있어서, 데이터 소거 주사에서의 다른쪽 극성의 인가 전압의 크기의 순서는 데이터 기록 주사에서의 한쪽 극성의 인가 전압의 크기의 순서와 반대로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이 순서를 동일하게 한 경우, 특히 도 18의 (b)에 나타낸 바와 같이 데이터 기록 주사 시의 큰 인가 전압의 후에 데이터 소거 주사의 0의 인가 전압이 있을 경우, 백색으로부터 흑색으로의 응답이 나빠지기 때문이다.
제 11 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 9 또는 제 10 발명에 있어서, 상기 반전 전압의 1회째 인가의 종료에 동기(同期)하여 백라이트를 소등하도록 한 것을 특징으로 한다.
제 11 발명에서는, 극성이 반전되어 크기가 동일한 데이터 소거 주사 시의 1회째 전압 인가의 종료 시에 백라이트를 소등한다. 따라서, 백라이트의 점등 시간을 최소한으로 할 수 있어, 소비전력의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 백라이트가 소등되기 때문에, 흑색 휘도가 저하되고, 콘트라스트 표시의 향상도 가능해진다.
제 12 발명에 따른 액정 표시 장치는, 공통 전극과 복수의 화소 전극 사이에 자발 분극을 갖는 액정 물질이 봉입되어 있고, 상기 복수의 화소 전극의 각각에 대응하여 스위칭 소자가 설치되어 있는 액정 표시 장치에 있어서, 1개의 기간 내에서 상기 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 복수회 연속하여 상기 액정 물질에 인가하는 제 1 모드와, 상기 1개의 기간 내에서 상기 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 1회 상기 액정 물질에 인가하는 제 2 모드를 전환할 수 있도록 한것을 특징으로 한다.
제 12 발명에서는, 1개의 기간(프레임 또는 서브프레임) 내에서 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 복수회 액정 물질에 인가하는 제 1 모드와, 1개의 기간 내에서 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 1회만 액정 물질에 인가하는 제 2 모드를 전환할 수 있다. 따라서, 용도에 따른 구동 순서(sequence)의 변경이 가능하다. 예를 들면, 표시 품질을 높이고자 할 경우에는, 액정으로의 전압 인가의 횟수가 많은 제 1 모드를 선택하고, 소비전력을 억제하고자 할 경우에는, 액정으로의 전압 인가의 횟수가 적은 제 2 모드를 선택하는 것이 가능하다.
제 13 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 12 발명에 있어서, 상기 제 1 모드와 상기 제 2 모드의 전환을 온도에 의거하여 행하도록 한 것을 특징으로 한다.
제 13 발명에서는, 온도에 의거하여 제 1 모드와 제 2 모드의 전환을 행한다. 이것에 의해, 특히 저온 시에서의 휘도 향상을 도모할 수 있다. 왜냐하면, 저온 시에는 제 1 모드를 선택함으로써, 저온에서의 액정의 응답성 저하에 따른 광투과율의 저하를 액정으로의 복수회의 전압 인가에 의해 억제할 수 있기 때문이다.
본 발명의 액정 표시 장치에서는, 액정 재료로서 강유전성 액정 재료를 사용하고 있다. 따라서, 필드 순차 방식의 액정 표시 장치의 경우, 표시에 필요한 2㎳ 이하의 고속 응답을 실현할 수 있어 안정된 표시가 가능하고, 컬러 필터 방식의 액정 표시 장치의 경우, 고속 응답성을 도모할 수 있다. 또한, 본 발명의 액정 표시 장치는, 스위칭 소자의 온/오프 구동에 동기하여 광원의 발광색을 시분할적으로 전환함으로써, 필드 순차 방식에 의해 컬러 표시를 행한다. 필드 순차 방식을 이용함으로써, 고정밀, 고속 응답 및 고(高)색순도의 표시가 가능하다. 또한, 본 발명의 액정 표시 장치는, 광원으로부터의 백색광을 복수색의 컬러 필터에 의해 선택적으로 투과시킴으로써, 컬러 필터 방식에 의해 컬러 표시를 행한다. 컬러 필터 기술을 이용한 상태에서, 자발 분극을 갖는 액정의 특징을 추가할 수 있어, 응답성이 우수하다.
본 발명을 그 실시예를 나타내는 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
(제 1 실시예)
도 1은 제 1 실시예에 의한 액정 표시 장치의 회로 구성을 나타내는 블록도, 도 2는 액정 패널 및 백라이트의 모식적 단면도, 및 도 3은 액정 표시 장치의 전체의 구성 예를 나타내는 모식도이다.
도 1에 있어서, 참조부호 21 및 22는 도 2에 단면 구조가 도시되어 있는 액정 패널 및 백라이트를 나타내고 있다. 백라이트(22)는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, LED 어레이(7)와 도광(導光) 및 광확산판(光擴散板)(6)으로 구성되어 있다. 도 2 및 도 3에서 도시되어 있는 바와 같이, 액정 패널(21)은 상층(표면) 측으로부터 하층(뒷면) 측에 편광 필름(1), 유리 기판(2), 공통 전극(3), 유리 기판(4), 편광 필름(5)을 이 순서로 적층하여 구성되어 있고, 유리 기판(4)의 공통 전극(3) 측의 면에는 매트릭스 형상으로 배열된 화소 전극(40, 40…)이 형성되어 있다.
이들 공통 전극(3) 및 화소 전극(40, 40…) 사이에는 데이터 드라이버(32)및 스캔 드라이버(33) 등으로 이루어지는 구동부(50)가 접속되어 있다. 데이터 드라이버(32)는 신호선(42)을 통하여 TFT(41)와 접속되어 있고, 스캔 드라이버(33)는 주사선(43)을 통하여 TFT(41)와 접속되어 있다. TFT(41)는 스캔 드라이버(33)에 의해 온/오프 제어된다. 또한, 각각의 화소 전극(40, 40…)은 TFT(41)에 접속되어 있다. 그 때문에, 신호선(42) 및 TFT(41)를 통하여 공급되는 데이터 드라이버(32)로부터의 신호에 의해, 각각의 화소의 투과광 강도가 제어된다. 또한, 데이터 드라이버(32)는 8비트의 데이터 드라이버로서, 그 출력 계조수는 256이다.
유리 기판(4) 위의 화소 전극(40, 40…)의 상면에는 배향막(12)이, 공통 전극(3)의 하면에는 배향막(11)이 각각 배치되고, 이들 배향막(11, 12) 사이에 액정 물질이 충전되어 액정층(13)이 형성된다. 또한, 참조부호 14는 액정층(13)의 층 두께를 유지하기 위한 스페이서이다.
백라이트(22)는 액정 패널(21)의 하층(뒷면) 측에 위치하고, 발광 영역을 구성하는 도광 및 광확산판(6)의 단면(端面)에 면하게 한 상태에서 LED 어레이(7)가 구비되어 있다. 이 LED 어레이(7)는 도광 및 광확산판(6)과 대향하는 면에 3원색, 즉, 적색, 녹색, 청색의 각색을 발광하는 LED 소자를 1피치로 한 10등(燈)의 LED를 갖는다. 그리고, 적색, 녹색, 청색의 각 서브프레임에서 적색, 녹색, 청색의 LED 소자를 각각 점등시킨다. 도광 및 광확산판(6)은 이 LED 어레이(7)의 각 LED로부터의 광을 자체의 표면 전체에 도광하는 동시에 상면으로 확산시킴으로써, 발광 영역으로서 기능한다.
이 액정 패널(21)과 적색, 녹색, 청색의 시분할 발광이 가능한 백라이트(22)를 중첩시킨다. 이 백라이트(22)의 점등 타이밍 및 발광색은, 액정 패널(21)의 화상 데이터의 기록 주사/소거 주사에 동기하여 제어된다.
도 1에 있어서, 참조부호 31은 퍼스널 컴퓨터로부터 동기 신호(SYN)가 입력되어, 표시에 필요한 각종 제어 신호(CS)를 생성하는 제어 신호 발생 회로이다. 화상 메모리부(30)로부터는 화소 데이터(PD)가 데이터 드라이버(32)로 출력된다. 화소 데이터(PD) 및 인가 전압의 극성을 바꾸기 위한 제어 신호(CS)에 의거하여, 데이터 드라이버(32)를 통하여 액정 패널(21)에는, 극성이 다르고 크기가 대략 동일한 전압이 데이터 기록 주사 시와 데이터 소거 주사 시에 각각 인가된다.
또한, 제어 신호 발생 회로(31)로부터는 제어 신호(CS)가 기준 전압 발생 회로(34), 데이터 드라이버(32), 스캔 드라이버(33) 및 백라이트 제어 회로(35)로 각각 출력된다. 기준 전압 발생 회로(34)는 기준 전압 VR1 및 VR2를 생성하고, 생성한 기준 전압 VR1을 데이터 드라이버(32)로, 기준 전압 VR2를 스캔 드라이버(33)로 각각 출력한다. 데이터 드라이버(32)는 화상 메모리부(30)로부터의 화소 데이터(PD)와 제어 신호 발생 회로(31)로부터의 제어 신호(CS)에 의거하여, 화소 전극(40)의 신호선(42)에 대하여 신호를 출력한다. 이 신호의 출력에 동기하여, 스캔 드라이버(33)는 화소 전극(40)의 주사선(43)을 라인마다 순차적으로 주사한다. 또한, 백라이트 제어 회로(35)는 구동 전압을 백라이트(22)에 공급하여 백라이트(22)로부터 적색광, 녹색광, 청색광을 각각 발광시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 동작에 대해서 설명한다. 퍼스널 컴퓨터로부터 화상 메모리부(30)로 표시용 화소 데이터(PD)가 입력되고, 화상메모리부(30)는, 이 화소 데이터(PD)를 일단 기억한 후, 제어 신호 발생 회로(31)로부터 출력되는 제어 신호(CS)를 받아들였을 때에, 이 화소 데이터(PD)를 출력한다. 제어 신호 발생 회로(31)에서 발생된 제어 신호(CS)는 데이터 드라이버(32)와, 스캔 드라이버(33)와, 기준 전압 발생 회로(34)와, 백라이트 제어 회로(35)에 공급된다. 기준 전압 발생 회로(34)는 제어 신호(CS)를 받은 경우에 기준 전압 VR1 및 VR2를 생성하고, 생성한 기준 전압 VR1을 데이터 드라이버(32)로, 기준 전압 VR2를 스캔 드라이버(33)로 각각 출력한다.
데이터 드라이버(32)는, 제어 신호(CS)를 받은 경우에, 화상 메모리부(30)로부터 출력된 화소 데이터(PD)에 의거하여, 화소 전극(40)의 신호선(42)에 대하여 신호를 출력한다. 스캔 드라이버(33)는, 제어 신호(CS)를 받은 경우에, 화소 전극(40)의 주사선(43)을 라인마다 순차적으로 주사한다. 데이터 드라이버(32)로부터의 신호의 출력 및 스캔 드라이버(33)의 주사에 따라 TFT(41)가 구동하고, 화소 전극(40)에 전압이 인가되어, 화소의 투과광 강도가 제어된다.
백라이트 제어 회로(35)는, 제어 신호(CS)를 받은 경우에 구동 전압을 백라이트(22)에 공급하여 백라이트(22)의 LED 어레이(7)가 갖고 있는 적색, 녹색, 청색의 각색 LED 소자를 시분할하여 발광시켜, 경시적(經時的)으로 적색광, 녹색광, 청색광을 차례로 발광시킨다.
이하, 구체적인 예에 대해서 설명한다. 화소 전극(40, 40…)(화소 수 640×480, 전극 면적 6×10-5㎠, 대각(對角) 3.2인치)을 갖는 TFT 기판과 공통전극(3)을 갖는 유리 기판(2)을 세정한 후, 폴리이미드를 도포하여 200℃에서 1시간 소성(燒成)함으로써, 약 200Å의 폴리이미드막을 배향막(11, 12)으로서 성막했다. 또한, 이들 배향막(11, 12)을 레이온(rayon)제 직물로 러빙하고, 러빙 방향이 평행하게 되도록 이들 2개의 기판을 중첩시키며, 양자 사이에 평균 입경(粒徑) 1.6㎛의 실리카제 스페이서(14)로 갭을 유지한 상태에서 중첩시켜 빈(empty) 패널을 제작했다. 이 빈 패널의 배향막(11, 12) 사이에 나프탈렌계 액정을 주성분으로 하여, 쌍안정형의 전기 광학 응답을 나타내는 강유전성 액정 재료를 봉입(封入)하여 액정층(13)으로 했다. 봉입한 액정 재료의 자발 분극의 크기는 8nC/㎠, 틸트각 θ는 20°였다. 제작한 패널을 크로스 니콜(cross-nicole) 상태의 2개의 편광 필름(1, 5)에 의해 사이에 끼워 액정 패널(21)로 하고, 한쪽 극성의 전압을 인가했을 때의 액정 분자 다이렉터의 평균 분자축과 한쪽 편광 필름의 편광축을 대략 일치시켜 암(暗)상태로 되도록 했다.
이렇게 하여 제작한 액정 패널(21)과 적색, 녹색, 청색의 단색 면발광 스위칭이 가능한 LED 어레이(7)를 광원으로 한 백라이트(22)를 중첩시키고, 도 4에 나타낸 바와 같은 구동 순서에 따라, 필드 순차 방식에 의한 컬러 표시를 행하였다.
도 4는 제 1 실시예에서의 표시 제어를 나타내는 타임차트이며, 도 4의 (a)는 액정 패널(21)의 각 라인의 주사 타이밍, 도 4의 (b)는 백라이트(22)의 적색, 녹색, 청색 각색의 점등/비점등 타이밍을 나타낸다. 1프레임을 3개의 서브프레임으로 분할하여, 예를 들어, 1프레임 내의 첫 번째 서브프레임에서 적색 LED 소자를 점등시켜 적색의 화상 데이터의 기록/소거 주사를 행하고, 다음 두 번째 서브프레임에서 녹색 LED 소자를 점등시켜 녹색의 화상 데이터의 기록/소거 주사를 행하며, 최후의 세 번째 서브프레임에서 청색 LED 소자를 점등시켜 청색의 화상 데이터의 기록/소거 주사를 행한다.
각 서브프레임에 있어서, 2회의 데이터 기록 주사를 연속하여 행하고, 그 후, 2회의 데이터 소거 주사를 연속하여 행하였다. 1회의 데이터 기록 주사 및 데이터 소거 주사에 필요한 시간은 모두 서브프레임의 25%이다. 2회의 데이터 기록 주사에서의 인가 전압의 크기는 동일하고, 2회의 데이터 소거 주사에서의 인가 전압의 크기는 동일하다. 또한, 데이터 기록 주사에서의 인가 전압과 데이터 소거 주사에서의 인가 전압은, 실질적으로 동일한 크기로서 극성이 반대이다. 또한, 백라이트(22)는 항상 점등시켰다.
도 5는 인가 전압과 투과광 강도 특성을 나타내는 그래프이며, 약 5V의 인가 전압에서 광투과율이 포화(飽和)되었다. 또한, 백라이트(22)의 소비전력은 1.9W였다.
(제 2 실시예)
백라이트(22)를 일시적으로 소등하는 제 2 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 액정 표시 장치의 회로 구성 및 그 동작, 액정 패널(21)의 구성은 제 1 실시예와 동일하므로, 그들의 설명을 생략한다.
도 6은 제 2 실시예에서의 표시 제어를 나타내는 타임차트로서, 도 6의 (a)는 액정 패널(21)의 각 라인의 주사 타이밍, 도 6의 (b)는 백라이트(22)의 적색, 녹색, 청색 각색의 점등/비점등 타이밍을 나타낸다.
각 서브프레임에 있어서, 제 1 실시예와 동일하게, 동일한 인가 전압값으로 2회의 데이터 기록 주사를 연속하여 행하고, 그 후, 동일한 인가 전압값으로 2회의 데이터 소거 주사를 연속하여 행하였다. 또한, 제 1 실시예와 동일하게, 데이터 기록 주사에서의 인가 전압과 데이터 소거 주사에서의 인가 전압은, 실질적으로 동일한 크기로서 극성이 반대이다.
제 2 실시예에서는, 백라이트(22)를 항상 점등시키는 제 1 실시예와는 달리, 각 서브프레임에 있어서, 1회째의 데이터 기록 주사의 개시 타이밍에 동기하여 백라이트(22)를 점등시키고, 1회째의 데이터 소거 주사의 종료 타이밍에 동기하여 백라이트(22)를 소등시켰다.
인가 전압과 투과광 강도 특성을 조사한 결과, 제 1 실시예와 동일한 특성(도 5 참조)이 얻어지고, 약 5V의 인가 전압에서 광투과율이 포화되었다. 또한, 백라이트(22)의 소비전력은 1.4W이며, 제 1 실시예보다도 낮았다.
(비교예)
상술한 제 1 및 제 2 실시예와 동일한 액정 패널 및 백라이트를 사용하여 도 14에 나타낸 바와 같은 종래의 구동 순서(각 서브프레임에 있어서, 1회의 데이터 기록 주사 및 1회의 데이터 소거 주사를 실행)에 따라, 컬러 표시를 행하였다.
도 7은 인가 전압과 투과광 강도 특성을 나타내는 그래프이며, 약 7V의 높은 인가 전압에서 광투과율이 포화되었다. 또한, 백라이트(22)의 소비전력은 1.9W였다.
(제 3 실시예)
데이터 기록 주사 시 및 데이터 소거 주사 시에서의 각 회의 인가 전압의 크기를 다르게 한 제 3 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 액정 표시 장치의 회로 구성 및 그 동작은 제 1 실시예와 동일하므로, 그들의 설명을 생략한다.
우선, 제 1 실시예와 완전히 동일하게, 빈 패널을 제작했다. 이 빈 패널의 배향막(11, 12) 사이에 고온 측으로부터 등방상(等方相)-콜레스테릭상-카이랄스멕틱 C상의 상전이(相轉移) 계열을 나타내며, 단안정형의 전기 광학 응답을 나타내는 강유전성 액정 재료를 봉입하여 액정층(13)으로 하고, 콜레스테릭상으로부터 카이랄스멕틱 C상으로의 전이 온도 ±3℃(100∼94℃)에서, 액정층(13)에 직류 10V를 인가함으로써 배향 처리를 행하였다. 배향 처리는 액정을 등방상(120℃)까지 일단 승온(昇溫)시키고, 그 후의 냉각 속도를 -1℃/분으로 고정시켜, 실온(25℃)까지 냉각시키는 것으로 했다. 이러한 배향 처리에 의해, 균일한 액정 배향을 얻을 수 있었다. 봉입한 액정 재료의 자발 분극의 크기는 11nC/㎠, 전압 무(無)인가 시의 액정 분자 다이렉터의 평균 분자축과 전압 인가 시의 액정 분자 다이렉터의 평균 분자축이 이루는 각의 최대값은 42°였다. 제작한 패널을 크로스 니콜 상태의 2개의 편광 필름(1, 5)에 의해 사이에 끼워 액정 패널(21)로 하고, 전압을 인가하지 않을 때의 액정 분자 다이렉터의 평균 분자축과 한쪽 편광 필름의 편광축을 대략 일치시켜 암상태로 되도록 했다.
이렇게 하여 제작한 액정 패널(21)과 적색, 녹색, 청색의 단색 면발광 스위칭이 가능한 LED 어레이(7)를 광원으로 한 백라이트(22)를 중첩시키고, 도 6에 나타낸 바와 같은 구동 순서에 따라, 필드 순차 방식에 의한 컬러 표시를 행하였다.
각 서브프레임에 있어서, 2회의 데이터 기록 주사를 연속하여 행하고, 그 후, 2회의 데이터 소거 주사를 연속하여 행하였다. 데이터 기록 주사 및 데이터 소거 주사 각각에서의 2회의 인가 전압의 크기는 반드시 동일하게 하지 않고, 2회째의 주사에 의한 인가 전압값을 1회째의 주사에 의한 인가 전압값 이상으로 했다. 또한, 데이터 기록 주사와 데이터 소거 주사에서의 각 화소의 인가 전압은, 실질적으로 동일한 크기로서 극성이 반대인 전압으로 했다.
백라이트(22)는, 제 2 실시예와 동일하게, 각 서브프레임에 있어서, 1회째의 데이터 기록 주사의 개시 타이밍에 동기하여 점등시키고, 1회째의 데이터 소거 주사의 종료 타이밍에 동기하여 소등시켰다.
도 8은 이러한 기록 횟수(N)가 2회로서, 드라이버 출력 계조수(M)가 256인 경우의 계조 표시의 일례를 나타내는 도면이다. 각 서브프레임에 있어서, 2회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)에 의해 저계조 레벨 측(0∼255계조)의 표시를 행하고, 1회째와 2회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)의 조합에 의해 2회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)에서의 계조 표시보다도 높은(밝은) 계조 레벨(256∼510계조)의 표시를 행하였다.
또한, 도 8로부터 명확히 알 수 있듯이, 1회째의 주사에서의 광투과율이 대략 0이 아닐 경우, 2회째의 주사에서의 광투과율이 대략 최대로 되도록 인가 전압을 조정했다. 즉, 2회째의 주사에서의 인가 전압은 인가 가능한 최대의 전압(포화 전압)으로 했다.
이상과 같이 하여, 각색에 있어서, 데이터 드라이버(32)의 출력 계조인0∼255계조(계조수 256)보다도 많은 0∼510계조(계조수 511)의 표시를 행할 수 있어, 고품질의 표시를 실현할 수 있었다.
(제 4 실시예)
데이터 기록 주사 시 및 데이터 소거 주사 시에서의 각 회의 인가 전압의 크기를 다르게 한 제 4 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 액정 표시 장치의 회로 구성 및 그 동작은 제 1 실시예와 동일하고, 액정 패널(21)의 구성은 제 3 실시예와 동일하므로, 그들의 설명을 생략한다.
제 3 실시예와 동일하게, 도 6에 나타낸 바와 같은 구동 순서에 따라, 필드 순차 방식에 의한 컬러 표시를 행하였다. 각 서브프레임에 있어서, 2회의 데이터 기록 주사를 연속하여 행하고, 그 후, 2회의 데이터 소거 주사를 연속하여 행하였다. 데이터 기록 주사 및 데이터 소거 주사 각각에서의 2회의 인가 전압의 크기는 반드시 동일하게 하지 않고, 2회째의 주사에 의한 인가 전압값을 2회째의 주사 직전의 셀 전압값 이상으로 했다. 또한, 데이터 기록 주사와 데이터 소거 주사에서의 각 화소의 인가 전압은, 실질적으로 동일한 크기로서 극성이 반대인 전압으로 했다.
백라이트(22)는, 제 2 실시예와 동일하게, 각 서브프레임에 있어서, 1회째의 데이터 기록 주사의 개시 타이밍에 동기하여 점등시키고, 1회째의 데이터 소거 주사의 종료 타이밍에 동기하여 소등시켰다.
제 3 실시예와 동일하게, 도 8에 나타낸 바와 같이, 2회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)에 의해 저계조 레벨 측(0∼255계조)의 표시를 행하고, 1회째와 2회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)의 조합에 의해 2회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)에서의 계조 표시보다도 높은(밝은) 계조 레벨(256∼510계조)의 표시를 행하였다. 1회째의 주사에서의 광투과율이 대략 0이 아닐 경우, 2회째의 주사에서의 광투과율이 대략 최대로 되도록 인가 전압을 조정했다.
이상과 같이 하여, 각색에 있어서, 데이터 드라이버(32)의 출력 계조인 0∼255계조(계조수 256)보다도 많은 0∼510계조(계조수 511)의 표시를 행할 수 있어, 고품질의 표시를 실현할 수 있었다.
(제 5 실시예)
각 서브프레임 내에 있어서, 주위의 온도에 의거하여 전압 인가(데이터 기록 주사/소거 주사)의 횟수를 선택할 수 있도록 한 제 5 실시예에 대해서 설명한다.
도 9는 제 5 실시예에서의 액정 표시 장치의 회로 구성을 나타내는 블록도이다. 도 9에 있어서, 도 1과 동일한 부재에는 동일한 번호를 첨부하고 있다. 또한, 제 5 실시예에서의 액정 패널은 사용하는 액정 재료도 포함하여 제 3 및 제 4 실시예의 것과 동일하다.
도 9에 있어서, 참조부호 23은 액정 패널(21)의 온도를 측정하는 온도 측정기, 참조부호 24는 온도 측정기(23)에서의 측정 결과에 의거하여, 각 서브프레임 내에서 TFT(41)를 통하여 동일 극성의 전압을 2회 인가하는 제 1 모드와, 각 서브프레임 내에서 TFT(41)를 통하여 동일 극성의 전압을 1회만 인가하는 제 2 모드 중 어느 하나로 전환하는 모드 전환기이다. 모드 전환기(24)는 전환한 모드의 종별(種別)을 나타내는 모드 신호를 제어 신호 발생 회로(31)로 출력한다. 제어 신호발생 회로(31)는, 이 모드 신호에 따라, 발생하는 제어 신호(CS)를 설정한다.
제 5 실시예에서는, 각 서브프레임에 있어서, 2회의 데이터 기록 주사를 연속하여 행하고, 그 후, 2회의 데이터 소거 주사를 연속하여 행하는 도 6에 나타낸 바와 같은 구동 순서(제 1 모드)와, 각 서브프레임에 있어서, 1회의 데이터 기록 주사 및 1회의 데이터 소거 주사를 행하는 도 14에 나타낸 바와 같은 구동 순서(제 2 모드)가 전환되도록 하고 있다. 온도 측정기(23)에 의한 측정 결과가 0℃보다 낮을 경우에는 제 1 모드를 선택하고, 그 측정 결과가 0℃ 이상일 경우에는 제 2 모드를 선택한다.
또한, 2회의 데이터 기록 주사에서의 인가 전압의 크기는 동일하고, 2회의 데이터 소거 주사에서의 인가 전압의 크기는 동일하다. 또한, 데이터 기록 주사에서의 인가 전압과 데이터 소거 주사에서의 인가 전압은, 실질적으로 동일한 크기로서 극성이 반대이다. 또한, 백라이트(22)는, 제 2 실시예와 동일하게, 1회째의 데이터 기록 주사의 개시 타이밍으로부터 1회째의 데이터 소거 주사의 종료 타이밍 동안만 점등시켰다.
구동 순서의 전환을 행하지 않고, 각 서브프레임에서 1회의 데이터 기록 주사 및 1회의 데이터 소거 주사를 행한 경우(도 14의 구동 순서의 경우), 액정 패널(21)이 0℃보다 낮은 온도로 되었을 때에, 액정의 응답성 저하에 의해, 충분한 밝기의 표시를 행할 수 없었다. 이것에 대하여, 액정 패널(21)의 온도에 의거하여 구동 순서를 전환하는 제 5 실시예에서는, 0℃보다 낮은 온도로 되었을 경우에, 도 6에 나타낸 바와 같은 구동 순서(제 1 모드)에 따라, 각 서브프레임 내에서 2회의데이터 기록 주사 및 2회의 데이터 소거 주사를 행하기 때문에, -5℃에서도 충분한 밝기의 표시를 실현할 수 있었다.
그런데, 액정 패널(21)의 주사에 필요한 소비전력은 제 1 모드가 제 2 모드보다도 더 크다. 따라서, 액정의 응답성 저하의 영향이 적은 상용(常用) 온도역(0℃ 이상)에서는 소비전력이 적은 제 2 모드를 선택하고, 액정의 응답성 저하가 현저한 저온 환경에서는 제 1 모드로 전환하도록 한 제 5 실시예에서는, 항상 제 1 모드인 경우에 비하여, 소비전력을 낮게 억제할 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 저온 환경에서의 휘도 향상을 도모할 수 있다. 이와 같이, 제 5 실시예에서는, 상용 온도역에서의 저소비전력과 저온역에서의 양호한 표시 특성의 양립을 실현할 수 있다.
(제 6 실시예)
컬러 필터를 사용하는 액정 표시 장치를 예로 한 제 6 실시예에 대해서 설명한다.
도 10은 이러한 액정 표시 장치에서의 액정 패널 및 백라이트의 모식적 단면도이다. 도 10에 있어서, 도 2와 동일한 부분에는 동일한 번호를 첨부하여 그들의 설명을 생략한다. 공통 전극(3)에는 3원색(R, G, B)의 컬러 필터(60, 60…)가 설치되어 있다. 또한, 백라이트(22)는 백색광을 출사하는 백색 광원(70)과 도광 및 광확산판(6)으로 구성되어 있다. 이러한 컬러 필터 방식의 액정 표시 장치에서는, 백색 광원(70)으로부터의 백색 발광을 복수색의 컬러 필터(60)에 의해 선택적으로 투과시킴으로써, 컬러 표시를 행한다.
이하, 구체적인 예에 대해서 설명한다. 화소 전극(40, 40…)(화소 수 1024×RGB×768, 대각 15인치)을 갖는 TFT 기판과 공통 전극(3)을 갖는 컬러 필터 기판을 세정한 후, 폴리이미드를 도포하여 200℃에서 1시간 소성함으로써, 약 200Å의 폴리이미드막을 배향막(11, 12)으로서 성막했다. 또한, 이들 배향막(11, 12)을 레이온제 직물로 러빙하고, 러빙 방향이 평행하게 되도록 이들 2개의 기판을 중첩시키며, 양자 사이에 평균 입경 1.6㎛의 실리카제 스페이서(14)로 갭을 유지한 상태에서 중첩시켜 빈 패널을 제작했다.
이 빈 패널의 배향막(11, 12) 사이에 고온 측으로부터 등방상-콜레스테릭상-카이랄스멕틱 C상의 상전이 계열을 나타내며, 단안정형의 전기 광학 응답을 나타내는 강유전성 액정 재료를 봉입하여 액정층(13)으로 하고, 콜레스테릭상으로부터 카이랄스멕틱 C상으로의 전이 온도 ±3℃(100∼94℃)에서, 액정층(13)에 직류 10V를 인가함으로써 배향 처리를 행하였다. 배향 처리는 액정을 콜레스테릭상(105℃)까지 일단 승온시키고, 그 후의 냉각 속도를 -1℃/분으로 고정시켜, 실온(25℃)까지 냉각시키는 것으로 했다. 이러한 배향 처리에 의해, 균일한 액정 배향을 얻을 수 있었다. 봉입한 액정 재료의 자발 분극의 크기는 9nC/㎠, 전압 무인가 시의 액정 분자 다이렉터의 평균 분자축과 전압 인가 시의 액정 분자 다이렉터의 평균 분자축이 이루는 각의 최대값은 54°였다. 제작한 패널을 크로스 니콜 상태의 2개의 편광 필름(1, 5)에 의해 사이에 끼워 액정 패널(21)로 하고, 전압을 인가하지 않을 때의 액정 분자 다이렉터의 평균 분자축과 한쪽 편광 필름의 편광축을 대략 일치시켜 암상태로 되도록 했다.
이렇게 하여 제작한 액정 패널(21)과 냉음극관으로 이루어지는 백색 광원(70)을 광원으로 한 백라이트(22)를 중첩시키고, 도 11에 나타낸 바와 같은 구동 순서에 따라, 컬러 필터 방식에 의한 컬러 표시를 행하였다.
도 11의 (a)는 액정 패널(21)의 각 라인의 주사 타이밍, 도 11의 (b)는 백라이트(22)의 점등/비점등 타이밍을 나타낸다. 각 프레임 내에서 4회의 데이터 기록 주사를 연속하여 행하고, 그 후, 4회의 데이터 소거 주사를 연속하여 행하였다.
각 프레임에서의 4회의 데이터 기록 주사 및 4회의 데이터 소거 주사에서의 인가 전압의 크기는 반드시 동일하게 하지 않고, 2회째의 주사에 의한 인가 전압값을 1회째의 주사에 의한 2회째의 주사 직전의 셀 전압값 이상, 3회째의 주사에 의한 인가 전압값을 2회째의 주사에 의한 3회째의 주사 직전의 셀 전압값 이상, 4회째의 주사에 의한 인가 전압값을 3회째의 주사에 의한 4회째의 주사 직전의 셀 전압값 이상으로 했다. 또한, 데이터 기록 주사와 데이터 소거 주사에서의 각 화소의 인가 전압은, 실질적으로 동일한 크기로서 극성과 인가의 순서가 반대인 전압으로 했다.
백라이트(22)는 각 프레임에서 1회째의 데이터 기록 주사의 개시 타이밍에 동기하여 점등시키고, 1회째의 데이터 소거 주사의 종료 타이밍에 동기하여 소등시켰다.
도 12는 이러한 기록 횟수(N)가 4회로서, 드라이버 출력 계조수(M)가 256일 경우의 계조 표시의 일례를 나타내는 도면이다. 각 서브프레임에 있어서, 4회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)에 의해 가장 저계조 레벨 측(0∼255계조)의 표시를행하고, 3회째와 4회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)의 조합에 의해 4회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)에서의 표시보다도 높은(밝은) 계조 레벨(256∼510계조)의 표시를 행하며, 2∼4회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)의 조합에 의해 3회째와 4회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)의 조합에서의 계조 표시보다도 높은(밝은) 계조 레벨(511∼765계조)의 표시를 행하고, 1∼4회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)의 조합에 의해 2∼4회째의 전압 인가(데이터 기록 주사)의 조합에서의 계조 표시보다도 높은(밝은) 가장 고계조 레벨 측(766∼1020계조)의 표시를 행하였다.
이상과 같이 하여, 각색에 있어서, 데이터 드라이버(32)의 출력 계조인 0∼255계조(계조수 256)보다도 많은 0∼1020계조(계조수 1021)의 표시를 행할 수 있어, 8비트의 데이터 드라이버(32)로 10비트의 데이터 드라이버 상당의 다색(多色) 표시를 실현할 수 있었다.
또한, 상술한 실시예에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 하프(half) V자형의 광투과 특성을 갖는 강유전성 액정을 사용하는 경우에 대해서 설명했지만, V자형의 광투과 특성을 갖는 강유전성 액정 또는 반(反)강유전성 액정을 사용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 자발 분극을 갖는 액정이면, 특별히 제한은 없고, 모든 액정을 사용할 수 있다.
또한, 필드 순차 방식의 광원으로서, LED 광원을 사용하는 것으로 했지만, EL 등의 스위칭이 가능한 광원이면 특별히 제한은 없다.
또한, 복수회의 주사에 의해 데이터 드라이버의 출력 계조수보다도 많은 계조수를 실현할 경우에, 제 3, 제 4 및 제 6 실시예에서는, 1개 전의 주사에서의 계조 레벨이 0이 아닐 때에, 다음 주사에서의 계조 레벨(광투과율)을 데이터 드라이버의 최대 출력 계조수로 되도록 인가 전압을 조정하고 있지만, 소정의 계조 레벨(광투과율)을 얻기 위한 조합이 상술한 예에 한정되지는 않는다.
(부기 1) 공통 전극과 복수의 화소 전극 사이에 자발 분극을 갖는 액정 물질이 봉입(封入)되어 있고, 상기 복수의 화소 전극의 각각에 대응하여 스위칭 소자가 설치되어 있는 액정 표시 장치에 있어서, 1개의 기간 내에서 상기 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 복수회 연속하여 상기 액정 물질에 인가하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 2) 상기 액정 물질에 인가하는 복수회의 전압의 크기가 동일한 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 3) 상기 액정 물질에 인가하는 복수회의 전압 중 적어도 2회의 전압의 크기가 다른 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 4) (n+1)회째(n:자연수)에 인가하는 전압의 크기는 n회째에 인가하는 전압의 크기 이상인 것을 특징으로 하는 부기 3에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 5) (n+1)회째(n:자연수)에 인가하는 전압의 크기는, n회째의 전압을 인가한 후에 (n+1)회째의 전압을 인가하기 직전에서의 상기 액정 물질에서의 전압의 크기 이상인 것을 특징으로 하는 부기 3에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 6) 소정의 계조 레벨의 표시를 행하기 위해, 상기 액정 물질에 복수회 인가되는 전압의 크기의 조합을 설정하도록 한 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 7) 상기 액정 물질에 전압을 인가하는 수단의 출력 계조수에 비하여 표시 계조수가 많은 것을 특징으로 하는 부기 6에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 8) 1개의 기간 내에서의 상기 액정 물질로의 동일 극성의 전압 인가 횟수를 N회(N:자연수)로 한 경우, N회째의 전압 인가에 의해 가장 낮은 계조 레벨 측의 표시를 행하고, j회째(2≤j≤N)부터 N회째까지의 전압 인가의 조합에 의해 차례로 N회째의 전압 인가에 의한 계조 레벨보다 높은 계조 레벨의 표시를 행하여 나가, 1회째부터 N회째까지의 전압 인가의 조합에 의해 가장 높은 계조 레벨 측의 표시를 행하도록 한 것을 특징으로 하는 부기 6에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 9) 상기 액정 물질에 동일 극성의 전압이 복수회 인가된 후에, 상기 전압과 극성이 반전되어 크기가 동일한 반전 전압을 상기 액정 물질에 상기 복수회와 동일한 횟수 인가하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 부기 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 10) 상기 반전 전압의 크기의 순서는 상기 동일 극성의 전압의 크기의 순서와 반대인 것을 특징으로 하는 부기 9에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 11) 상기 반전 전압의 1회째 인가의 종료에 동기하여 백라이트를 소등하도록 한 것을 특징으로 하는 부기 9 또는 10에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 12) 공통 전극과 복수의 화소 전극 사이에 자발 분극을 갖는 액정 물질이 봉입되어 있고, 상기 복수의 화소 전극의 각각에 대응하여 스위칭 소자가 설치되어 있는 액정 표시 장치에 있어서, 1개의 기간 내에서 상기 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 복수회 연속하여 상기 액정 물질에 인가하는 제 1 모드와, 상기 1개의 기간 내에서 상기 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 1회 상기 액정 물질에 인가하는 제 2 모드를 전환할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 13) 상기 제 1 모드와 상기 제 2 모드의 전환을 온도에 의거하여 행하도록 한 것을 특징으로 하는 부기 12에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 14) 상기 액정 물질은 강유전성 액정 물질인 것을 특징으로 하는 부기 1 내지 13 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 15) 적어도 3원색을 발광하는 광원을 구비하고 있으며, 상기 스위칭 소자의 온/오프 구동에 동기하여 상기 광원의 발광색을 시분할적으로 전환함으로써, 컬러 표시를 행하도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 부기 1 내지 14 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치.
(부기 16) 백색을 발광하는 광원과 복수색의 컬러 필터를 구비하고 있으며, 상기 광원으로부터의 발광을 상기 컬러 필터에 의해 선택적으로 투과시킴으로써, 컬러 표시를 행하도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 부기 1 내지 14 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치.
이상과 같이, 본 발명에서는 1개의 기간 내(컬러 필터 방식의 경우에는 프레임 내, 필드 순차 방식의 경우에는 서브프레임 내)에서, 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 2회 이상 연속하여 액정 물질에 인가하도록 했기 때문에, 자발 분극을 갖는 액정 물질을 사용한 액정 표시 장치에 있어서, 구동 전압이 낮아도 높은 광투과율을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 1개의 기간(프레임 또는 서브프레임) 내에서 복수회 인가하는 동일 극성의 전압을 변동시키도록 했기 때문에, 데이터 드라이버의 출력 계조수보다도 많은 계조수에서의 표시를 행할 수 있어, 고품질의 화상 표시를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 특히 저온 환경 시에, 1개의 기간(프레임 또는 서브프레임) 내에서 동일 극성의 전압을 복수회 인가하도록 했기 때문에, 저온 환경에서의 표시 특성의 개선을 도모할 수 있다.

Claims (13)

  1. 공통 전극과 복수의 화소 전극 사이에 자발(自發) 분극을 갖는 액정 물질이 봉입(封入)되어 있고, 상기 복수의 화소 전극의 각각에 대응하여 스위칭 소자가 설치되어 있는 액정 표시 장치에 있어서,
    1개의 기간 내에서 상기 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 복수회 연속하여 상기 액정 물질에 인가하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 물질에 인가하는 복수회의 전압의 크기가 동일한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 물질에 인가하는 복수회의 전압 중 적어도 2회의 전압의 크기가 다른 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    (n+1)회째(n:자연수)에 인가하는 전압의 크기는 n회째에 인가하는 전압의 크기 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    (n+1)회째(n:자연수)에 인가하는 전압의 크기는, n회째의 전압을 인가한 후에 (n+1)회째의 전압을 인가하기 직전에서의 상기 액정 물질에서의 전압의 크기 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    소정의 계조 레벨의 표시를 행하기 위해, 상기 액정 물질에 복수회 인가되는 전압의 크기의 조합을 설정하도록 한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정 물질에 전압을 인가하는 수단의 출력 계조수에 비하여 표시 계조수가 많은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    1개의 기간 내에서의 상기 액정 물질로의 동일 극성의 전압 인가 횟수를 N회(N:자연수)로 한 경우, N회째의 전압 인가에 의해 가장 낮은 계조 레벨 측의 표시를 행하고, j회째(2≤j≤N)부터 N회째까지의 전압 인가의 조합에 의해 차례로 N회째의 전압 인가에 의한 계조 레벨보다 높은 계조 레벨의 표시를 행하여 나가, 1회째부터 N회째까지의 전압 인가의 조합에 의해 가장 높은 계조 레벨 측의 표시를행하도록 한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 물질에 동일 극성의 전압이 복수회 인가된 후에, 상기 전압과 극성이 반전되어 크기가 동일한 반전 전압을 상기 액정 물질에 상기 복수회와 동일한 횟수 인가하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반전 전압의 크기의 순서는 상기 동일 극성의 전압의 크기의 순서와 반대인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 반전 전압의 1회째 인가의 종료에 동기(同期)하여 백라이트를 소등하도록 한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 공통 전극과 복수의 화소 전극 사이에 자발 분극을 갖는 액정 물질이 봉입되어 있고, 상기 복수의 화소 전극의 각각에 대응하여 스위칭 소자가 설치되어 있는 액정 표시 장치에 있어서, 1개의 기간 내에서 상기 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 복수회 연속하여 상기 액정 물질에 인가하는 제 1 모드와, 상기 1개의 기간 내에서 상기 스위칭 소자를 통하여 동일 극성의 전압을 1회 상기 액정 물질에인가하는 제 2 모드를 전환할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 모드와 상기 제 2 모드의 전환을 온도에 의거하여 행하도록 한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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