KR20110057251A - 콜레스테릭 액정 디스플레이용 유니폴라 그레이 스케일 구동 방식 - Google Patents

콜레스테릭 액정 디스플레이용 유니폴라 그레이 스케일 구동 방식 Download PDF

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Abstract

임의의 개수의 원하는 그레이 스케일 레벨을 생성할 수 있는, 수동 매트릭스 디스플레이, 보다 구체적으로는 콜레스테릭 액정 디스플레이를 위한 유니폴라 그레이 스케일 구동 방식이 개시된다. 이 구동 방식은 단일 단계이고, 2개의 교차 신호를 수신하는 픽셀을 원하는 그레이 스케일 레벨로 구동하기 위해 선택 행 전압 신호와 조합되어 진폭 변조 또는 펄스 폭 변조 열 전압 신호를 사용할 수 있다.

Description

콜레스테릭 액정 디스플레이용 유니폴라 그레이 스케일 구동 방식{UNIPOLAR GRAY SCALE DRIVE SCHEME FOR CHOLESTERIC LIQUID CRYSTAL DISPLAYS}
본 발명은 수동 매트릭스 디스플레이 시스템(passive matrix display system)용 구동 방식(drive scheme)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 콜레스테릭 액정 디스플레이(cholesteric liquid crystal display) 시스템용 그레이 스케일(gray scale) 구동 방식에 관한 것이다.
콜레스테릭 액정 디스플레이(ChLCD)들은 수십년간 존속되어 왔다. ChLCD들은 그들의 "비휘발성 메모리" 특성 때문에 특유한데, 일단 이미지가 디스플레이에 기록되면, 새로운 이미지가 기록될 때까지 현재의 이미지가 무기한 남을 것이다. ChLCD는 또한 백라이팅(back lighting) 없이 주변광에서 보여질 수 있다. 이들 특성 둘 모두는 다른 디스플레이와 비교될 때 총 전력 소비를 상당히 감소시킨다.
한편, ChLCD는 본질적으로 느린 리프레시 레이트(refresh rate)를 갖는다. ChLCD와 연관된 느린 리프레시 레이트에 대처하려는 노력으로, ChLCD의 구동 방식이 상당히 발전하였으며 매우 복잡하게 되었다. 공지된 구동 방식은 바이폴라(bipolar) 구동 방식 및 다상(multi-phase) 구동 방식을 포함한다. 바이폴라 구동 방식은 종종 ChLCD를 효과적으로 구동하기에 불충분한 전압을 가지며, 바이폴라 구동 방식 및 다단(multi-stage) 구동 방식 둘 모두의 복잡성은 높은 비용을 초래한다.
유니폴라(unipolar) 구동 신호를 사용하여 그레이 스케일 반사를 달성하는 간단한 낮은 비용의 방식에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 일 태양은 픽셀을 형성하는 행(row) 및 열(column)을 갖는 수동 매트릭스 디스플레이 시스템의 적어도 일부분을 구동하기 위한 방법을 포함한다. 이 방법은 초기에 수동 매트릭스 디스플레이 시스템의 상기 부분을 균일한 상태로 구동하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 2개의 음이 아닌 전압(non-negative voltage)들 사이에서 진동하는 열 전압 신호를 출력하는 단계를 포함하며, 여기서 적어도 3개의 상이한 음이 아닌 전압 세트(set)가 픽셀의 그레이 스케일 반사율의 3가지 상이한 상태를 야기한다. 마지막으로, 이 방법은 기록되는 매트릭스의 행에 인가되는, 비평면 전압과 평면 전압 사이에서 진동하는 제1 행 전압 신호를 출력하는 단계; 및 제2 행 전압 신호를 출력하는 단계 - 여기서, 임의의 시점에서 제2 행 전압 신호와 열 전압 신호 사이의 차이는 전압 신호를 수신하는 픽셀의 상태가 실질적으로 그대로 있게 하기에 충분히 낮으며, 제2 행 전압 신호는 현재 기록되지 않는 매트릭스의 모든 행에 인가됨 - 를 포함한다.
본 발명의 다른 태양은 기술된 방법을 사용하고, 열 전압 신호를 출력하는 열 구동기(driver) 및 행 전압 신호를 출력하는 행 구동기를 포함하는, 디스플레이를 구동하기 위한 시스템을 포함한다.
본 발명의 다른 태양은 전술된 방법을 사용하고, 또한 수동 매트릭스 디스플레이, 열 전압 신호를 출력하는 열 구동기, 행 전압 신호를 출력하는 행 구동기, 그리고 디스플레이 및 열 구동기와 행 구동기에 전기적으로 결합되고 열 전압 신호 및 행 전압 신호를 제어하는 제어기를 포함하는, 디스플레이를 구동하기 위한 시스템을 포함한다.
본 발명의 다른 태양은 픽셀을 형성하는 행 및 열을 갖는 수동 매트릭스 디스플레이 시스템의 적어도 일부분을 구동하기 위한 방법을 포함한다. 이 방법은 초기에 수동 매트릭스 디스플레이 시스템의 상기 부분을 균일한 상태로 구동하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 4개의 음이 아닌 전압 레벨들을 순환하는 열 전압 신호를 출력하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 전압 레벨은 픽셀 상태를 평면 반사 상태로 변화시키기에 충분히 높고, 제2 전압은 픽셀을 약하게 산란하는 초점 원추 상태로 만들 것이며, 제3 전압은 픽셀 상태를 실질적으로 변화시킬 수 없을 정도로 충분히 낮고, 제4 전압은 제1 전압과 제2 전압 사이의 차이이다. 제1 전압 및 제3 전압에 대한 기간은 t1에 비례하고, 제2 전압 및 제4 전압에 대한 기간은 t2에 비례하며, 여기서
Figure pct00001
파라미터 N은 원하는 그레이 스케일 레벨의 총 개수이고, 파라미터 n은 0 내지 N-1의 범위 내의 특정의 원하는 그레이 스케일 레벨을 나타내는 수이다. 구동 주기는 행 전압의 진동 주파수에 반비례하는 시간 길이이다. 이 방법은 또한 기록되는 매트릭스의 행에 인가되는, 비평면 전압과 평면 전압 사이에서 진동하는 제1 행 전압 신호를 출력하는 단계를 포함한다. 마지막으로, 이 방법은 제1 전압과 제2 전압 사이에서 진동하는 제2 행 전압 신호를 출력하는 단계를 포함하며, 여기서 임의의 시점에서 제2 행 전압 신호와 열 전압 신호 사이의 차이는 제2 행 전압 신호 및 열 전압 신호를 수신하는 픽셀의 상태가 실질적으로 그대로 있게 하기에 충분히 낮고, 제2 행 전압 신호는 현재 기록되지 않는 매트릭스의 모든 행에 인가된다.
본 발명의 다른 태양은 전술된 방법을 사용하고, 또한 수동 매트릭스 디스플레이, 열 전압 신호를 출력하는 열 구동기, 행 전압 신호를 출력하는 행 구동기, 그리고 디스플레이 및 열 구동기와 행 구동기에 전자적으로 결합되고 열 전압 신호 및 행 전압 신호를 제어하는 제어기를 포함하는, 디스플레이를 구동하기 위한 시스템을 포함한다.
도 1은 예시적인 콜레스테릭 액정 디스플레이 모듈의 일부분의 단면도.
도 2는 행, 열 및 픽셀을 포함하는 활성 층의 개략도.
도 3은 본 발명과 일치하는 ChLCD 모듈을 구동하기 위한 예시적인 시스템의 블록 다이어그램.
도 4는 콜레스테릭 액정 픽셀의 반사율 대 픽셀에 인가되는 전압량을 도시하는 다이어그램.
도 5a는 2 주기에 걸친 예시적인 제1 행 전압 신호를 도시하는 도면.
도 5b는 2 주기에 걸친 예시적인 제2 행 전압 신호를 도시하는 도면.
도 6a는 진폭 변조에서 사용하기 위한 평면 상태를 초래하는 2 주기에 걸친 예시적인 열 전압 신호를 도시하는 도면.
도 6b는 진폭 변조에서 사용하기 위한 초점 원추 상태를 초래하는 2 주기에 걸친 예시적인 열 전압 신호를 도시하는 도면.
도 6c는 진폭 변조에서 사용하기 위한 대략 25 퍼센트 반사를 초래하는 2 주기에 걸친 예시적인 열 전압 신호를 도시하는 도면.
도 6d는 진폭 변조에서 사용하기 위한 대략 75 퍼센트 반사를 초래하는 2 주기에 걸친 예시적인 열 전압 신호를 도시하는 도면.
도 7a는 펄스 폭 변조에서 사용하기 위한 평면 상태를 초래하는 2 주기에 걸친 예시적인 열 전압 신호를 도시하는 도면.
도 7b는 펄스 폭 변조에서 사용하기 위한 초점 원추 상태를 초래하는 2 주기에 걸친 예시적인 열 전압 신호를 도시하는 도면.
도 7c는 펄스 폭 변조에서 사용하기 위한 원하는 그레이 스케일 레벨을 초래하는 2 주기에 걸친 예시적인 열 전압 신호를 도시하는 도면.
콜레스테릭 액정 디스플레이 및 전기 시스템
본 발명은, 예를 들어 도 1에 도시된 콜레스테릭 액정 디스플레이일 수 있는 수동 매트릭스 디스플레이를 포함한다. 예시적인 ChLCD는 마치 완전히 기재된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,453,863호에 기술되어 있다. 대안적으로, 다른 유형의 수동 매트릭스 디스플레이가 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 예시적인 ChLCD 모듈은 3개의 활성 층(17, 18, 19)을 포함한다. 활성 층은 색상 적색(17), 녹색(18) 및 청색(19)에 대응할 수 있으며, 각각의 층은 그 자신의 인듐-주석 산화물(indium-tin oxide, ITO) 전극(16) 쌍에 의해 어드레싱될 수 있다. 대안적으로, 디스플레이는 더 적은 활성 층 또는 더 많은 활성 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이는 소정의 색상 또는 부가의 콘트라스트(contrast) 층에 대한 다수의 활성 층을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 활성 층(17, 18, 19)은 개별적으로 제어될 수 있는 픽셀(25)을 형성하는 행(22) 및 열(24)의 매트릭스를 포함할 수 있다. ChLCD의 활성 층(17, 18, 19)은 전형적으로 카이랄 네마틱(chiral nematic) 액정 물질 및 셀 벽 구조물로 구성된다. 셀 벽 구조물 및 액정은 초점 원추 및 뒤틀린 평면 텍스처(texture)를 형성하도록 상호작용한다. 그러한 셀은 다양한 정도의 반사 강도를 특징으로 하는 다수의 안정한 광학 상태를 갖는다. 셀은 전기장을 사용하여 하나의 상태로부터 다른 상태로 구동될 수 있다. 물질의 광학 상태는 그러한 상태들의 연속체를 따라 임의의 원하는 레벨의 반사를 반사시키기 위해 새로운 안정 상태로 변화되어서, "그레이 스케일"을 생성할 수 있다. 전기장이 제거된 후에, 현재의 상태는 무기한 유지될 것이다.
디스플레이 적층체 내부에서의 총 6개의 기재(substrate) 층(12)을 위해 기재 층(12)이 활성 층의 각각의 측면에 배치될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 총 4개의 기재 층(12)을 위해 활성 층들 사이에 그리고 적층체의 각각의 단부 상에 단일 기재 층(12)이 배치될 수 있다. 임의의 개수의 기재 층(12)이 임의의 적합한 방식으로 배열될 수 있다. 도체(16) 및 기재(12)로 각각 둘러싸인 활성 층(17, 18, 19)들은 이어서 총 2개의 접착제 층(14)에 의해 결합되어 풀 컬러(full color) ChLCD를 생성할 수 있다. 예시적인 디스플레이(1)는 또한 배경 층(11)을 가질 수 있다. 배경 층(11)은 활성 층에 의해 반사되거나 산란되지 않은 광을 흡수한다. 배경 층은 흑색일 수 있거나, 대안적으로 광 흡수에 적당한 임의의 다른 색상일 수 있다. 디스플레이(1)는 유리 또는 가요성 플라스틱을 포함하지만 이로 한정되지 않는 임의의 적합한 물질로 싸여 있을 수 있다.
도 3은 본 발명과 일치하는 디스플레이(1)를 구동하기 위한 예시적인 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다. 디스플레이(1)의 각각의 활성 층은 열 구동기(2) 및 행 구동기(4) 둘 모두에 의해 구동될 수 있다. 열 구동기(2) 및 행 구동기(4)에 의해 전파되는 신호들은 각각의 개별 픽셀의 상태를 제어하기 위해 교차한다. 열 구동기(2) 및 행 구동기(4)는 단일 전자 장치 또는 2개 이상의 전자 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 슈퍼텍스, 인크.(Supertex, Inc.)에 의해 제조된 32-채널 128-레벨 디스플레이 구동기인 HV633PG가 사용될 수 있다. 각각의 구동기(2, 4)는 바이어스 전압원(bias voltage supply, 10)에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 바이어스 전압원(10)은 제어기(6)에 의해 모니터링될 수 있고 전원(9)에 의해 전력을 공급받을 수 있으며, 전원은 또한 제어기(6)에 전력을 제공한다. 예를 들어, 제어기(6)는 마이크로칩 테크놀로지, 인크.(Microchip Technology, Inc.)에 의해 제조된 PIC 마이크로컨트롤러일 수 있다. 본 발명과 일치하는 대안적인 전력, 전압, 제어기 및 구동기 구성이 당업계에서 숙련된 개인들에게 명백할 것이다.
디스플레이(1)에 원하는 이미지를 기록할 때, 제어기(6)는 외부 공급원, 예를 들어 사용자 인터페이스로부터 어느 이미지 또는 이미지들이 표시되어야 하는지에 관한 입력 데이터(7)를 수신한다. 제어기(6)는 이어서 RAM(8)에 저장된 관련 이미지 데이터에 접근한다. 이러한 정보를 사용하여, 제어기는, 신호가 전송되어야 하는 적당한 주기 수와 함께, 디스플레이의 각각의 행 및 각각의 열에 어느 신호가 인가되어야 하는지를 나타내는 데이터를 열 구동기(2) 및 행 구동기(4)로 전송한다. AC 전압 신호가 0 또는 어떤 더 낮은 양의 전압으로부터 더 높은 전압까지의 범위이도록, 디스플레이가 일정한 양의 전압 레벨에서 플로팅(floating)될 수 있다.
픽셀 응답
도 4는 다양한 전압 레벨에 대한 활성 층 내의 픽셀의 응답을 도시한다. 전압 레벨에 대한 적당한 범위의 예가 이하의 표 1에 있다.
Figure pct00002
주어진 전압 레벨에 대한 픽셀의 응답은 초기 픽셀 상태에 의존한다. 픽셀이 초기에 평면 반사 상태(41)에 있을 때, 셀에 대한 충분히 낮은 전압(V1 미만)의 인가는 픽셀의 상태를 실질적으로 변화시키지 않을 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 평면 반사 상태(41)는 주어진 픽셀에 대해 실질적으로 최고 반사 레벨을 초래한다. 초기에 평면 반사 상태에 있는 픽셀에 V1과 V2 사이의 전압이 인가될 때, 얻어지는 반사 상태(43)는 그레이 스케일이고, 인가된 정확한 전압 레벨에 의존하지만 이와 선형 관계에 있지는 않다.
픽셀이 초기에 초점 원추 상태(42)에 있는 경우, 픽셀에 대한 V2 미만의 임의의 전압의 인가는 픽셀 상태를 실질적으로 변화시키지 않을 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 초점 원추 상태(42)에 있는 픽셀은 매우 낮은 반사 레벨을 갖는다. 대신에, 픽셀은 광을 산란시켜, 흑색 외양을 초래한다.
임의의 초기 상태를 갖는 픽셀에 대한 V2와 V3 사이의 전압의 인가는 픽셀을 초점 원추 상태(44)로 구동한다. 초기 평면 반사 상태를 갖는 픽셀에 대한 V3과 V4 사이의 전압의 인가는 인가된 전압 레벨에 의존하지만 이와 선형 관계에 있지 않은 그레이 스케일 반사 상태(46)를 초래할 것이다. 초기 초점 원추 반사 상태를 갖는 픽셀에 대한 V5와 V6 사이의 전압의 인가는 인가된 전압 레벨에 의존하지만 이와 선형 관계에 있지 않은 그레이 스케일 반사 상태(47)를 초래할 것이다. 마지막으로, 임의의 초기 반사 상태를 가지는 픽셀에 대한 V6 초과의 전압의 인가는 픽셀을 평면 반사 상태(48)로 구동한다.
디스플레이 내의 각각의 픽셀(25)은 행 전압 신호 및 열 전압 신호를 동시에 수신한다. 행 전압 신호 및 열 전압 신호는 픽셀(25)의 위치에서 교차하는 행(22) 및 열(24)에 대응한다. 임의의 주어진 시점에서 픽셀에 인가되는 총 전압은 그 픽셀에서 교차하는 행 전압 신호와 열 전압 신호 사이의 차이이다. 이미지가 표시될 때마다, 디스플레이에 포함된 모든 픽셀은 초기에 균일한 상태, 예를 들어 평면 반사 상태로 구동될 수 있다. 픽셀을 초기 균일 상태로 구동하는 것은 후속적으로 표시되는 이미지의 더욱 균일하고 더 높은 콘트라스트 외양을 초래할 수 있다. 각각의 활성 층에 있는 각각의 픽셀을 원하는 반사율 레벨로 변화시킴으로써, 원하는 이미지가 이어서 디스플레이에 기록된다. 디스플레이 기록 프로세스에서, 열 전압 신호는 반사율 레벨을 주로 제어할 수 있는 반면, 행 전압 신호는 임의의 주어진 시점에 어느 행이 기록되고 있는지를 제어할 수 있다. 대안적으로, 행 전압 신호는 반사율 레벨을 주로 제어할 수 있는 반면, 열 전압 신호는 임의의 주어진 시점에 어느 열이 기록되고 있는지를 제어할 수 있다.
전압 레벨 V1, V2, V3, V4, V5 및 V6은 디스플레이 내의 각각의 개별 활성 층에 따라 변할 수 있다. 각각의 상태에 대해 결정되는 주요 전압 레벨은 픽셀을 초점 원추 상태로 구동할 V3 및 픽셀을 평면 상태로 구동할 V4이다. 도 1에 도시된 활성 층(17, 18, 19)에 사용되는 예시적인 전압이 이하의 표 2에 나타나 있다.
Figure pct00003
도 5a 및 도 5b는 진폭 변조 또는 펄스 폭 변조를 사용하는 구성에 대한 예시적인 행 전압 신호를 도시한다. 도 5a에 도시된 전압 신호인 Vselect는 현재 기록되고 있는 행으로 전송될 수 있다. 최소 전압 레벨(51)은 0과 대략 같고, 최대 전압 레벨(52)은 도 4에 도시된 V4와 대략 같다. 대안적으로, 행 전압 레벨(51, 52)은 증가되거나 감소될 수 있다. 행 전압 레벨(51, 52)이 증가되거나 감소되는 경우, 디스플레이가 플로팅되는 전압이 또한 최소(51)와 최대(52) 사이의 중심 전압에 있도록 조절되어야 한다. 도 5b는 임의의 주어진 시점에 기록되고 있지 않은 모든 행으로 전송될 수 있는 전압 신호를 도시한다. 도 5b에 도시된 전압 신호인 Vnonselect는 도 5a에 도시된 전압 신호와 위상이 180도 다르다. 최대 전압 레벨(53)은 V4와 V3의 합을 2로 나눈 것((V4+V3)/2)과 대략 같다. 최소 전압 레벨(54)은 V4와 V3 사이의 차이를 2로 나눈 것((V4-V3)/2)과 대략 같다.
도 5a 및 도 5b에서의 예시적인 행 전압 신호가 2 주기에 걸쳐 도시되어 있다. 주기의 길이는 변할 수 있다. 예시적인 주기는 0.01초이거나, 약 0.02초 이상만큼 길거나, 약 0.002초 이하만큼 짧을 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 같은 행 전압 신호에 대한 진동 주파수는 주기와 역 관계에 있다. 예시적인 주파수는 약 100 ㎐이거나, 약 50 ㎐ 이하만큼 낮거나, 약 500 ㎐ 이상만큼 높을 수 있다.
진폭 변조 구동기
도 6a 내지 도 6d는 진폭 변조 구동 방법에서 사용되는 예시적인 열 전압 신호를 도시한다. 이들 열 전압 신호는 도 5a 및 도 5b에 도시된 예시적인 신호와 같은 행 신호와 관련하여 사용될 수 있다. 행 전압 신호 및 열 전압 신호는 동일한 주파수 및 주기를 가져야 한다.
도 6a에 도시된 열 전압 신호는 픽셀의 상태를 평면 반사성으로 변화시킬 수 있다. 최대 전압 레벨(61)은 V4와 대략 같고, 최소 전압 레벨(62)은 대략 0이다. 도 6a에 도시된 열 전압 신호는 도 5b에 도시된 행 전압 신호와 위상이 대략 같다. 도 6a에 도시된 전압 신호가 주어진 열에 인가될 때, 도 5a에 도시된 바와 같은 행 전압 신호를 수신하는 그 열 내의 픽셀은 음의 V4와 양의 V4 사이에서 교번하는 누적 전압 신호를 수신할 것이고, 평면 반사 상태로 변화될 것이다. 도 5b에 도시된 바와 같은 행 전압 신호를 수신하는 픽셀은 V3과 V4 사이의 차이를 2로 나눈 것((V3-V4)/2)의 음의 값과 양의 값 사이에서 교번하는 누적 전압 신호를 수신할 것이다. 0 볼트 내지 V1의 범위가 픽셀의 상태를 변화시키지 않아야 하기 때문에, 하기의 특성을 갖는 ChLCD 디스플레이를 사용하는 것이 바람직하다: V1은 V4와 V3 사이의 차이를 2로 나눈 것((V4-V3)/2) 이상이다.
도 6b에 도시된 열 전압 신호는 픽셀의 상태를 초점 원추로 변화시킬 수 있다. 최대 전압 레벨(63)은 V3과 대략 같고, 최소 전압 레벨(64)은 V4와 V3 사이의 차이와 대략 같다. 도 6b에 도시된 전압 신호가 주어진 열에 인가될 때, 도 5a에 도시된 바와 같은 행 전압 신호를 수신하는 그 열 내의 픽셀은, 픽셀 상태를 초점 원추로 구동하기에 충분한 전압 레벨인, 양의 V3과 음의 V3 사이에서 교번하는 누적 전압 신호를 수신할 것이다. 도 5b에 도시된 바와 같은 행 전압 신호를 수신하는 그 열 내의 픽셀은 V4와 V3 사이의 차이를 2로 나눈 것((V4-V3)/2)의 양의 값과 음의 값 사이에서 교번하는 누적 전압 신호를 수신할 것이다. 이 신호가 V1 이하이기 때문에, 이 신호를 수신하는 픽셀의 상태는 변하지 않을 것이다.
도 6c에 도시된 열 전압 신호인 Va는 픽셀의 상태를 평면 반사 레벨의 반사의 25%로 변화시킬 수 있다. 최대 전압 레벨(65)은, 다양한 전압 레벨에 대한 픽셀의 응답을 실험적으로 특성화하고 이 정보를 사용하여, 원하는 반사율 레벨을 달성하기 위해 행 전압 레벨에 기초한 필요한 열 전압을 구함으로써 결정되었다. 최대 전압 레벨(65)이 이어서 제어기로 배선 접속되었다. 최소 전압 레벨(66)이 동일한 방식으로 결정되고 배선 접속될 수 있다.
이들 방정식은 모든 그레이 스케일 전압 레벨이 초점 원추 상태를 생성하는 데 필요한 전압과 평면 상태를 생성하는 데 필요한 전압 사이에 있을 것을 보증한다. 그 결과, 현재 기록되지 않고 도 5b에 도시된 것과 같은 전압 신호를 수신하지 않는 모든 픽셀들은 V1 미만의 누적 전압을 수신할 것이고 그들의 현재 상태로부터 시각적으로 변하지 않을 것이다.
도 6d에 도시된 열 전압 신호인 Vb는 픽셀의 상태를 평면 전압의 반사의 75%로 변화시킬 수 있다. 최대 및 최소 전압 레벨(67, 68)들은 최대 및 최소 전압 레벨(65, 66)들을 구하는 데 사용된 것과 동일한 방법을 사용하여 구해질 수 있다.
도 6a 내지 도 6d에 도시된 4개의 열 전압 신호가 4개의 그레이 스케일 색조(shade)를 달성하는 데 사용될 수 있는 전압 신호를 도시하지만, 최소 전압 레벨(66, 68) 및 최대 전압 레벨(65, 67)을 결정하기 위한 실험적 방법을 사용하여 임의의 개수의 색조가 달성될 수 있다. 부가적으로, 색조는 임의의 다양한 레벨 및 증분을 가질 수 있다. 예를 들어, 4 색조 그레이 스케일 시스템은 초점 원추 상태, 평면 전압의 33 퍼센트 반사, 평면 전압의 66 퍼센트 반사, 및 평면 반사 상태에 대한 색조를 가질 수 있다.
펄스 폭 변조 구동기
본 발명과 일치하는 구동 시스템은 또한 펄스 폭 변조를 사용하여 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같은 열 전압 신호를 발생시킬 수 있다. 도 7a 내지 도 7c에 도시된 예시적인 열 전압 신호는 도 5a 및 도 5b에 도시된 예시적인 신호와 같은 행 전압 신호와 조합되어 사용될 수 있다. 행 전압 신호 및 열 전압 신호는 동일한 주파수 및 주기를 가져야 한다.
도 7a에 도시된 열 전압 신호는 픽셀의 상태를 평면 반사성으로 변화시킬 수 있다. 최대 전압 레벨(71)은 대략 V4 이상이고, 최소 전압 레벨(72)은 대략 0이다. 도 7a에 도시된 열 전압 신호는 도 5b에 도시된 행 전압 신호와 위상이 대략 같다. 도 7a에 도시된 전압 신호가 주어진 열에 인가될 때, 도 5a에 도시된 바와 같은 행 전압 신호를 수신하는 그 열 내의 픽셀은 음의 V4와 양의 V4 사이에서 교번하는 누적 전압 신호를 수신할 것이고, 픽셀의 초기 상태와 상관없이 평면 반사 상태로 변화될 것이다. 도 5b에 도시된 바와 같은 행 전압 신호를 수신하는 픽셀은 V3과 V4 사이의 차이를 2로 나눈 것((V3-V4)/2)의 음의 값과 양의 값 사이에서 교번하는 누적 전압 신호를 수신한다.
도 7b에 도시된 열 전압 신호는 픽셀의 상태를 초점 원추로 변화시킬 수 있다. 최대 전압 레벨(73)은 V3과 대략 같고, 최소 전압 레벨(74)은 V4와 V3 사이의 차이와 대략 같다. 도 7b에 도시된 전압 신호가 주어진 열에 인가될 때, 도 5a에 도시된 바와 같은 행 전압 신호를 수신하는 그 열 내의 픽셀은, 픽셀 상태를 초점 원추로 구동하기에 충분한 전압 레벨인, 양의 V3과 음의 V3 사이에서 교번하는 누적 전압 신호를 수신한다. 도 5b에 도시된 것과 같은 행 전압 신호를 수신하는 그 열 내의 픽셀은 V4와 V3 사이의 차이를 2로 나눈 것((V4-V3)/2)의 양의 값과 음의 값 사이에서 교번하는 누적 전압 신호를 수신할 것이다. 이 신호가 V1 이하이기 때문에, 이 신호를 수신하는 픽셀의 상태는 변하지 않을 것이다.
도 7c에 도시된 열 전압 신호는 픽셀을 0 내지 N-1 레벨(여기서, N은 원하는 그레이 스케일 레벨의 총 개수임)의 범위 내의 원하는 그레이 스케일 레벨 n으로 구동할 수 있다. 도 7c에 도시된 신호는 2 주기에 걸쳐 연장되며, 각각의 주기는 4개의 시간 세그먼트로 나뉘는데, t1(69a) 및 t2(69b) 각각이 2개씩이다. 도 7c에서의 예시적인 신호는 각각의 주기 동안에 4개의 전압 레벨을 순환한다. 제1 전압 레벨(75)은 tn1의 기간을 가질 수 있고, 대략 V4 이상이다. 전압 레벨(75)은 픽셀을 평면 반사 상태로 변화시키기에 충분히 높다. 제2 전압 레벨(76)은 tn2의 기간을 가질 수 있고, V3과 대략 같다. 전압 레벨(76)은 픽셀 상태를 약하게 산란하는 초점 원추 상태로 변화시킬 수 있다. 제3 전압 레벨(77)은 0V일 수 있고 픽셀 상태를 실질적으로 변화시킬 수 없을 정도로 충분히 낮다. 제4 전압 레벨(78)은 제1 전압 레벨(75)과 제2 전압 레벨(76) 사이의 차이이다.
기간 t1 및 t2는 하기의 방정식을 사용함으로써 결정될 수 있다:
Figure pct00004
여기서, 구동 주기는 행 전압의 진동 주파수에 반비례하는 시간 길이이다.
대안적으로, 디스플레이를 조정하기 위해 전압 레벨들의 순서가 재배열될 수 있다. 그러나, 제1 전압 레벨(75) 및 제3 전압 레벨(77)은 길이 t1의 대응하는 기간을 여전히 가져야 하고, 제2 전압 레벨(76) 및 제4 전압 레벨(78)은 길이 t2의 대응하는 기간을 여전히 가져야 한다.
N을 위한 대응하는 값을 선택함으로써 임의의 원하는 개수의 그레이 스케일 색조가 달성될 수 있다. 0 내지 N-1의 범위인 그레이 스케일 색조들 n이 균등하게 이격된다.
도 5a 내지 도 7c에 도시된 신호가 2 구동 주기에 걸쳐 연장되지만, 픽셀을 기록하기 위해 임의의 원하는 개수의 주기에 걸쳐 신호가 반복될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 높은 레벨의 콘트라스트 및 균일성을 달성하기 위해 대략 4 주기에 걸쳐 신호가 반복될 수 있다.

Claims (22)

  1. 픽셀을 형성하는 행(row) 및 열(column)을 갖는 수동 매트릭스 디스플레이 시스템(passive matrix display system)의 적어도 일부분을 구동하기 위한 방법으로서,
    (a) 초기에 수동 매트릭스 디스플레이 시스템의 상기 부분을 균일한 상태로 구동하는 단계;
    (b) 2개의 음이 아닌 전압(non-negative voltage)들 사이에서 진동하는 열 전압 신호를 열에 출력하는 단계 - 열 전압 신호는 픽셀의 그레이 스케일 반사율의 3가지 상이한 상태를 야기하는 적어도 3개의 상이한 음이 아닌 전압 세트(set)를 포함함 - ;
    (c) 비평면 전압과 평면 전압 사이에서 진동하는 제1 행 전압 신호를 행에 출력하는 단계 - 제1 행 전압 신호는 기록되는 매트릭스의 행에 인가됨 - ; 및
    (d) 제1 전압과 제2 전압 사이에서 진동하는 제2 행 전압 신호를 행에 출력하는 단계 - 임의의 시점에서 제2 행 전압 신호와 열 전압 신호 사이의 차이는 제2 행 전압 신호 및 열 전압 신호를 수신하는 픽셀의 상태가 실질적으로 그대로 있게 하기에 충분히 낮고, 제2 행 전압 신호는 기록되지 않는 매트릭스의 모든 행에 인가됨 - 를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 열 전압 신호는 4개의 상이한 음이 아닌 전압 세트를 포함하고, 제1 전압 세트는 평면 상태를 초래하고, 제2 전압 세트는 평면 상태의 제1 백분율의 반사를 초래하며, 제3 전압 세트는 제1 백분율과는 상이한 평면 상태의 제2 백분율의 반사를 초래하고, 제4 전압 세트는 초점 원추(focal conic) 상태를 초래하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 열 전압 신호는 4개의 상이한 음이 아닌 전압 세트를 포함하고, 제1 전압 세트는 평면 상태를 초래하고, 제2 전압 세트는 평면 상태의 대략 20 내지 40 퍼센트 반사를 초래하며, 제3 전압 세트는 평면 상태의 대략 60 내지 80 퍼센트 반사를 초래하고, 제4 전압 세트는 초점 원추 상태를 초래하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제1 행 전압 신호, 제2 행 전압 신호 및 열 전압 신호는 50 ㎐ 내지 500 ㎐ 범위 내의 주파수로 진동하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 행은 1, 2, 3, 또는 4 주기의 길이에 걸쳐 기록되고, 주기는 주파수와 역 관계에 있는 방법.
  6. 픽셀을 형성하는 행 및 열을 갖는 디스플레이를 구동하기 위한 시스템으로서,
    (a) 2개의 음이 아닌 전압들 사이에서 진동하는 열 전압 신호를 열에 출력하는 열 구동기(driver) - 열 전압 신호는 픽셀의 그레이 스케일 반사율의 3가지 상이한 상태를 야기하는 적어도 3개의 상이한 음이 아닌 전압 세트를 포함함 - ; 및
    (b) 제1 행 전압 신호 및 제2 행 전압 신호를 행에 출력하는 행 구동기 - 제1 행 전압 신호는 비평면 전압과 평면 전압 사이에서 진동하고 기록되는 매트릭스의 행에 인가되며, 제2 행 전압 신호는 제1 전압과 제2 전압 사이에서 진동하며, 임의의 시점에서 제2 행 전압 신호와 열 전압 신호 사이의 차이는 제2 행 전압 신호 및 열 전압 신호를 수신하는 픽셀의 상태가 실질적으로 그대로 있게 하기에 충분히 낮고, 제2 행 전압 신호는 기록되지 않는 매트릭스의 모든 행에 인가됨 - 를 포함하는 시스템.
  7. 디스플레이를 구동하기 위한 시스템으로서,
    (a) 픽셀을 형성하는 행 및 열을 갖는 수동 매트릭스 디스플레이;
    (b) 2개의 음이 아닌 전압들 사이에서 진동하는 열 전압 신호를 열에 출력하는 열 구동기 - 열 전압 신호는 픽셀의 그레이 스케일 반사율의 3가지 상이한 상태를 야기하는 적어도 3개의 상이한 음이 아닌 전압 세트를 포함함 - ;
    (c) 제1 행 전압 신호 및 제2 행 전압 신호를 행에 출력하는 행 구동기 - 제1 행 전압 신호는 비평면 전압과 평면 전압 사이에서 진동하고 기록되는 매트릭스의 행에 인가되며, 제2 행 전압 신호는 제1 전압과 제2 전압 사이에서 진동하며, 제2 행 전압 신호와 열 전압 신호 사이의 차이는 제2 행 전압 신호 및 열 전압 신호를 수신하는 픽셀의 상태가 실질적으로 그대로 있게 하기에 충분히 낮고, 제2 행 전압 신호는 기록되지 않는 매트릭스의 모든 행에 인가됨 - ; 및
    (d) 수동 매트릭스 디스플레이, 행 구동기 및 열 구동기에 전기적으로 결합되고, 제1 행 전압 신호, 제2 행 전압 신호 및 열 전압 신호를 제어하는 제어기를 포함하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 수동 매트릭스 디스플레이는 콜레스테릭 액정 디스플레이(cholesteric liquid crystal display)를 포함하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 콜레스테릭 액정 디스플레이는 복수의 활성 층을 포함하고, 각각의 층은 독립적으로 구동되는 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 단일 전자 장치가 열 구동기 및 행 구동기를 포함하는 시스템.
  11. 제7항에 있어서, 열 전압 신호는 4개의 상이한 음이 아닌 전압 세트를 포함하고, 제1 전압 세트는 평면 상태를 초래하고, 제2 전압 세트는 평면 상태의 제1 백분율의 반사를 초래하며, 제3 전압 세트는 제1 백분율과는 상이한 평면 상태의 제2 백분율의 반사를 초래하고, 제4 전압 세트는 초점 원추 상태를 초래하는 시스템.
  12. 제6항에 있어서, 열 전압 신호는 4개의 상이한 음이 아닌 전압 세트를 포함하고, 제1 전압 세트는 평면 상태를 초래하고, 제2 전압 세트는 평면 상태의 대략 20 내지 40 퍼센트 반사를 초래하며, 제3 전압 세트는 평면 상태의 대략 60 내지 80 퍼센트 반사를 초래하고, 제4 전압 세트는 초점 원추 상태를 초래하는 시스템.
  13. 픽셀을 형성하는 행 및 열을 갖는 수동 매트릭스 디스플레이 시스템의 적어도 일부분을 구동하기 위한 방법으로서,
    (a) 초기에 수동 매트릭스 디스플레이 시스템의 상기 부분을 균일한 상태로 구동하는 단계;
    (b) 4개의 음이 아닌 전압 레벨들을 순환하는 열 전압 신호를 열에 출력하는 단계 - 제1 전압 레벨은 픽셀 상태를 평면 반사 상태로 변화시키기에 충분히 높고, 제2 전압은 픽셀을 약하게 산란하는 초점 원추 상태로 만들 것이며, 제3 전압은 픽셀 상태를 실질적으로 변화시킬 수 없을 정도로 충분히 낮고, 제4 전압은 제1 전압과 제2 전압 사이의 차이이며, 제1 전압 및 제3 전압에 대한 기간은 t1에 비례하고, 제2 전압 및 제4 전압에 대한 기간은 t2에 비례하며, 여기서
    Figure pct00005

    (여기서, N은 원하는 그레이 스케일 레벨의 총 개수이고,
    n은 0 내지 N-1 범위 내에 있는 특정의 원하는 그레이 스케일 레벨을 나타내는 수이며,
    구동 주기는 행 전압의 진동 주파수에 반비례하는 시간 길이임) - ;
    (c) 비평면 전압과 평면 전압 사이에서 진동하는 제1 행 전압 신호를 행에 출력하는 단계 - 제1 행 전압 신호는 기록되는 매트릭스의 행에 인가됨 - ; 및
    (d) 제1 전압과 제2 전압 사이에서 진동하는 제2 행 전압 신호를 행에 출력하는 단계 - 임의의 시점에서 제2 행 전압 신호와 열 전압 신호 사이의 차이는 제2 행 전압 신호 및 열 전압 신호를 수신하는 픽셀의 상태가 실질적으로 그대로 있게 하기에 충분히 낮고, 제2 행 전압 신호는 기록되지 않는 매트릭스의 모든 행에 인가됨 - 를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, N = 32인 방법.
  15. 제13항에 있어서, 제1 행 전압 신호, 제2 행 전압 신호 및 열 전압 신호는 50 ㎐ 내지 500 ㎐ 범위 내의 주파수로 진동하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 각각의 행은 1, 2, 3, 또는 4 주기의 길이에 걸쳐 기록되고, 주기는 주파수와 역 관계에 있는 방법.
  17. 픽셀을 형성하는 행 및 열을 갖는 디스플레이를 구동하기 위한 시스템으로서,
    (a) 픽셀을 형성하는 행 및 열을 갖는 수동 매트릭스 디스플레이;
    (b) 4개의 음이 아닌 전압 레벨들을 순환하는 열 전압 신호를 열에 출력하는 열 구동기 - 제1 전압 레벨은 픽셀 상태를 평면 반사 상태로 변화시키기에 충분히 높고, 제2 전압은 픽셀을 약하게 산란하는 초점 원추 상태로 만들 것이며, 제3 전압은 픽셀 상태를 실질적으로 변화시킬 수 없을 정도로 충분히 낮고, 제4 전압은 제1 전압과 제2 전압 사이의 차이이며, 제1 전압 및 제3 전압에 대한 기간은 t1에 비례하고, 제2 전압 및 제4 전압에 대한 기간은 t2에 비례하며, 여기서
    Figure pct00006

    (여기서, N은 원하는 그레이 스케일 레벨의 총 개수이고,
    n은 0 내지 N-1 범위 내에 있는 특정의 원하는 그레이 스케일 레벨을 나타내는 수이며,
    구동 주기는 행 전압의 진동 주파수에 반비례하는 시간 길이임) - ;
    (c) 제1 행 전압 신호 및 제2 행 전압 신호를 행에 출력하는 행 구동기 - 제1 행 전압 신호는 비평면 전압과 평면 전압 사이에서 진동하고 기록되는 매트릭스의 행에 인가되며, 제2 행 전압 신호는 제1 전압과 제2 전압 사이에서 진동하며, 임의의 시점에서 제2 행 전압 신호와 열 전압 신호 사이의 차이는 제2 행 전압 신호 및 열 전압 신호를 수신하는 픽셀의 상태가 실질적으로 그대로 있게 하기에 충분히 낮고, 제2 행 전압 신호는 기록되지 않는 매트릭스의 모든 행에 인가됨 - ; 및
    (d) 수동 매트릭스 디스플레이, 행 구동기 및 열 구동기에 전기적으로 결합되고, 제1 행 전압 신호, 제2 행 전압 신호 및 열 전압 신호를 제어하는 제어기를 포함하는 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 수동 매트릭스 디스플레이는 콜레스테릭 액정 디스플레이를 포함하는 시스템.
  19. 제17항에 있어서, 콜레스테릭 액정 디스플레이는 복수의 활성 층을 포함하고, 각각의 활성 층은 독립적으로 구동되는 시스템.
  20. 제17항에 있어서, 제1 행 전압 신호, 제2 행 전압 신호 및 열 전압 신호는 50 ㎐ 내지 500 ㎐ 범위 내의 주파수로 진동하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 각각의 행은 1, 2, 3, 또는 4 주기의 길이에 걸쳐 기록되고, 주기는 주파수와 역 관계에 있는 방법.
  22. 제16항에 있어서, N = 32인 방법.
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