KR950010137B1 - 액정표시장치의 구동방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

액정표시장치의 구동방법 및 그 장치
제1도는 비선형 저항소자를 화소마다 삽입한 액정표시장치의 액정층에 인가하는 전압파형을 나타내는 도면.
제2도는 MIM소자의 전압인가 방향이 정/부인 경우의 전류비를 나타내는 도면.
제3도는 발생한 직류전압의 인가전압의 지속상태를 나타내는 도면.
제4도 및 제5도는 본 발명의 한 실시예를 적용하는 액정표시장치를 나타내는 도면.
제6도 및 제7도는 제4도 및 제5도에 나타낸 액정표시장치를 구동하는 구동전원부를 나타내는 회로도.
제8a, b도는 각각의 주사전극에 인가되는 전압파형의 예 및 표시전극에 인가하는 전압파형을 나타내는 도면.
제9도는 제4도 및 제5도에 나타낸 액정표시장치에 대해서의 비선택 기간에 화소에 인가되는 전압에 대한 잔상현상의 크기의 지속상태를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 주사전극
3 : 하부전극 4 : 절연체층
5 : 상부전극 6 : 스위칭소자
7 : 화소전극 8 : 매트릭스 어레이 기판
9 : 대향기판 10 : 표시전극
11 : 대향기판 부재 12 : 액정
20 : 표시부 21 : 조명용 전원회로
22 : 주사신호 발생회로 23 : 표시신호 발생회로
24 : 표시데이터 발생회로 25 : 전원회로
26 : 온도보정회로 27 : 조명기
본 발명은 액정표시장치의 구동방법 및 그 장치에 관련되고, 특히 비선형인 전류전압 특성을 갖는 스위칭 소자를 화소마다 삽입한 액정표시장치의 구동 방법 및 구동장치에 관한 것이다.
최근 시계, 전자계산기, 계측기기등에 삽입되는 비교적 간단한 표시장치에서 퍼스널 컴퓨터, 워드 프로세스, 나아가서는 OA용의 단말기기, TV 화상표시 등의 대용량 정보를 표시하는 표시장치로써 액정표시장치가 사용되고 있다.
이러한 대용량의 액정표시장치에 있어서는 매트릭스상에 배치된 표시소자, 즉 화소를 시(時)분할로 구동하는 방식이 일반적으로 채용되고 있다.
그런데 이 방식에서는 액정자신의 본질적인 특성이 원인으로 되어 turn-on되는 화소로 이루어지는 표시부분과 turn-off되는 화소로 이루어지는 비표시부분의 콘트라스트비가 충분하지 않은 문제가 있다.
즉 콘트라스비는 주사전극의 갯수가 많아짐에 따라 저하하고 주사전극의 갯수는 200개 정도가 실용상의 한계이며, 또한 500개 이상의 주사전극을 갖는 대규모의 매트릭스 표시장치에 있어서는 콘트라스비가 현저히 저하하여서 표시장치로써 치명적인 결함으로 되어있다.
그리고 이 액정표시장치가 갖는 결점을 해결하기 위한 개발이 여러곳에서 활발히 실시되고 있다.
그 하나로써 개개의 화소를 직접적으로 스위치 구동하는 방식이 있다.
이 방식에서는 스위칭화소로써 박막 트랜지스터가 채용되고 있다.
이 박막 트랜지스터가 만들어지는 반도체로써 종래에는 단결정 실리콘, 셀렌화 카드뮴 및 텔루룸등의 여러 가지 재료가 제안되고 있지만 현재는 비정질실리콘이 가장 많이 연구되고 있다.
그러나 이러한 종류의 액정표시장치 제조에 있어서는 미세가공의 공정이 여러번 필요하게 되어 공정이 복잡하고 제품화율이 나빠지는 일이 있다.
이 결과 제품 코스트가 높아지고, 또 대규모의 액정표시장치 제조가 현저히 곤란하게 되고 있다.
스위칭소자 어레이를 이용하는 방식으로써 비선형인 전류전압 특성을 갖는 스위칭 소자(이하 비선형 저항소자라 부른다)를 이용하는 액정표시장치가 있다.
비선형 저항소자는 박막 트랜지스터의 3단자에 비하여 기본적으로 2단자로 구조가 간단하며 제조가 용이하다.
이 때문에 제품화율의 향상을 기대할 수 있어서 단가를 낮출 수 있는 잇점이 있다.
비선형 저항소자로써 박막 트랜지스터와 똑같은 재료를 이용하여 접합형성한 다이오드 소자, 산화아연을 이용한 비리스터 소자, 전극간에 절연물을 끼운 금속-절연물-금속(metal-insulator metal)(MIM)소자, 또한 금속-반절연물-절연물(metal-semiinsulator-insulator)(MSI)소자등이 이미 개발되어 있다.
이중 MIM소자는 구조가 가장 간단한 것의 하나로 현재 이미 실용화되고 있다.
제1도는 MIM형 액정표시장치의 액정층에 인가되는 전압파형을 나타내고 종축은 액정층에 인가되는 전압(VLC), 횡축은 시간을 나타내고 있다.
이 MIM형 액정표시장치에서는 액정을 끼우는 양전극간에 구동전압이 인가되면 작은 시정수로 액정이 충전되고 구동전압이 인가되지 않게 되면 액정이 큰 시정수로 방전한다.
따라서 제1도에 나타난 바와같이 구동전압이 ON 하고 나서 짧은 선택기간(τon)으로 액정은 충전되고 구동전압이 OFF된 후에도 긴 기간(τoff)만큼 충분한 전압이 전극간에 유지된다.
이 결과 선택기간(γon)에 있어서의 인가전압이 구동전압의 실효값을 결정한다.
따라서 MIM형 액정표시장치에서는 통상의 매트릭스형 표시장치를 시분할로 구동할 때 액정표시소자가 빛을 투과하는 기간동안 실효 구동전압에 대한 빛을 차단하는 기간에 있어서의 실효 구동전압의 실효값비를 크게할 수 있으므로 콘트라스트비를 저하시키는 일이 없는 액정표시장치가 실현된다.
그런데 이와같은 MIM형 액정표시장치에서는 MIM소자의 전류-전압 특성이 정/부 방향으로 대칭이 아니기 때문에 표시화면이 일정거리는(플리커) 문제가 있고 같은 표시패턴이 장시간에 걸쳐서 표시되면 표시가 잠시동안 엷게 남는 잔상현상이 발생하는 문제가 있다.
플리커 직류의 오프셋 전압을 구동파형으로 중첩함에 따라 억제할 수 있다.
그러나 잔상현상은 직류 오프셋 전압을 인가하여 플리커가 없는 상태로 해도 발생한다.
ON와 OFF의 실효값비가 충분히 큰 경우 즉 100-300개 정도의 주사전극을 갖는 액정표시장치를 시분할로 구동하는 경우에는 잔상현상은 외견상 무시할 수 있을 정도로 작지만 근래와 같이 300-1000개의 주사전극을 갖는 액정표시장치를 시분할로 구동하는 경우처럼 ON과 OFF의 실효값비가 필연적으로 작아지면 잔상현상은 의견상 커진다.
이 잔상현상은 표시품위를 현저히 저하시키기 위해 실용상에 커다란 문제로 된다.
본 발명의 목적은 액정표시장치의 주사전극수가 증가한 경우에도 잔상현상등의 보이지 않는 양호한 표시의 액정표시장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따르면 비선형의 전류전압 특성을 갖는 동시에 이 전류전압 특성이 전압인가의 정방향과 부방향으로 비대칭인 스위치소자와, 이 스위칭소자를 각각 삽입한 여러개의 화소와, 전기 광학특성에 있어서의 상한값 전압이 Vth(V), 포화전압이 Vsat(V)인 액정으로 구성되는 액정표시장치가 신호전압을 소정의 화소에 기입하는 선택기간과, 기입된 신호전압을 유지하는 비선택기간으로 이루어지는 전압파형에서 시분할로 구동하는 액정표시장치의 구동방법이 제공된다.
그리고 이 액정표시장치는 비선택기간에 화소에 인가되는 전압의 절대값(Vb)(V)이
V'/2-0.4≤Vb≤V'/2+0.5
(여기서 V'=Vth+Vsat)
를 만족하도록 설정된 전압파형으로 시분할 구동된다.
여기에서 예를들어 표준백색(normal white)의 액정표시장치를 상정한 경우에는 Vth는 투과율 90%인때의 전압, Vsat는 투과율 10%인 때의 전압으로써 규정하고 있다.
MIM형과 같은 2단자형 액정표시장치에서는 MIM 소자의 전류전압 특성이 정/부 방향에서 대칭이 이루어지지 않으므로 직류전압 등이 발생하여 잔상 현상이 나타난다.
이 MIM 소자의 전류전압 특성을 대칭으로 하면 잔상현상은 발생하지 않는다고 생각된다.
그러나, MIM 소자의 전류전압 특성을 대칭으로 하는 것, 즉 금속-절연체가 접합된 2개의 계면을 똑같은 특성이 되도록 제작하는 것이 쉽지 않다.
이와같은 종래의 상황에 있어서 본 발명자들은 각종 실험에서 해결의 실마리가 되는 다음과 같은 결론을 얻었다.
즉 잔상현상의 크기를 일정기간(τ)사이, 투과율 50%의 ON상태로 한후에 계속해서 ON 상태로 했을때의 투과율과, 일정시간(τ) 사이 OFF상태로 한후에 그 상태에서의 투과율과의 차를 ㅿTr로 표시하면 잔상현상의 크기 ㅿTr은 비선택 기간에 화소에 인가되는 전압의 절대값(Vb)에 의존하고 있는 것을 알았다.
상한값 전압(Vth), 포화전압(Vsat)이 다른 각종 액정에 대하여 조사한 바 전압의 절대값(Vb)은 선택기간의 전압과의 비로 결정되는 것은 아니고 V'=V'th+Vsat로 했을 때
V'/2-0.4≤Vb≤V'/2+0.5
의 범위이면 양호한 것을 알았다.
이 전압의 절대값(Vb)의 범위는 슈퍼 트위스태드 내마틱(STN)형 액정표시장치 등으로 이용하고 있는 가장 적절한 바이어스비와는 크게 다르다(가장 적절한 바이어스비가 1/N 듀티인 경우이다.)
제2도에 나타낸 바와같이 MIM 소자의 전류전압 특성은 저전압측에서 보다 비대칭이다. 이 때문에 직류전압이 발생한다. 직류전압은 액정층과의 계면에 전하 2중층을 형성하여 잔상현상으로 된다고 생각된다. 인가전압이 작은 경우에는 MIM소자의 저항이 크기 때문에 전류전압 특성의 비대칭성이 큼에도 불구하고 직류전압의 발생은 억제된다.
또 인가전압이 큰 경우에는 전류전압 특성의 비대칭성이 작기 때문에 역시 직류전압의 발생은 억제되고 제3도에 나타낸 바와같이 일정 인가전압에서 직류전압은 극값을 취한다고 추정된다.
또 발생되는 직류전압을 선택기간의 전압의 차이가 ON 상태와 OFF 상태에서 다르고, 그 차는 일정전압에서 최소로 된다.
액정표시장치에 있어서는 표시 콘트라스트에서 하나의 구동전압이 정해져 버리지만 그 구동전압 범위에 있어서는 바이어스 전압을 변화에 따라 발생하는 직류전압의 ON 상태와 OFF 상태의 차를 최소로할 수 있다.
또 액정층에 인가되는 전압은 항상 ON상태에서는 포화전압(Vsat)정도, OFF 상태에서는 상한값 전압(Vth) 정도이기 때문에 가장 적절한 바이어스 전압은 액정자체의 전기광학 특성에 의존한다.
즉 가장 적절한 바이어스 전압은 Vsat, Vth에 관련 되어진다.
본 발명의 액정표시장치에서는 비선택 기간에 하소에 인가되는 전압의 절대값(Vb)을 ON/OFF 각 상태에서 발생하는 직류전압의 차가 최소로 되도록, 즉 V'/2-0.4≤Vb≤V'/2+0.5를 만족하도록 설정되어 있다.
따라서 잔상현상이 무시할 수 있는 가장 적절한 상태로 구동됨에 따라 항상 양호하게 표시하는 것이 가능하게 된다.
이하 본 발명의 액정표시장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제4도 및 제5도는 본 발명의 한 실시예를 적용하는 액정표시장치를 설명하기 위한 도면이며 제4도는 이 액정표시장치에 있어서의 매트릭스 어레이기판을 나타내는 평면도이고, 제5도는 제4도의 A-A'단면에 대응하는 액정표시장치의 단면도를 나타내고 있다.
제4도 및 제5도에 나타나 있는 액정표시장치의 구조를 제조공정에 따라서 다음에 설명한다.
예를들어 유리로 이루어지는 기판(1)상에 “Ta”로 이루어지는 주사전극(2)과 스위칭 소자부의 하부전극(3)을 형성한다.
다음으로 주사전극(2)과 하부전극(3)의 표면상에 양극산화에 의해 스위칭 소자부의 절연체층(4)을 형성한다.
또한 예를들어 “Cr”로 이루어지는 스위칭 소자부의 상부전극(5)을 이 절연층(4)상에 형성하여 스위칭소자(6)가 만들어진다.
예를들어, “ITO”로 이루어지는 화소전극(7)을 주사전극(2)사이의 기판(1)상의 영역에 형성하고 상부전극(5)에 전기적으로 접속되어 매트릭스 어레이 기판(8)이 형성된다.
예를들어 유리로 이루어지는 대향기판(9)상에 “ITO”로 이루어지는 표시전극(10)을 주사전극(2)과 직교하도록 형성하여 대향기판부재(11)가 준비된다.
그리고 매트릭스 어레이 기판(8)과 대향기판(11)이 5-20μm의 간격을 유지하며 대향되고 이 간격에 액정(12)을 주입한다.
여기에서 스위칭소자(6)와 화소전극(7), 표시전극(10) 및 액정(12)의 편성에 의해 1개의 화소가 구성되어 있다.
제4도에 나타낸 액정표시장치는 450 ×1152 도트의 화소를 갖고 제6도에 나타내어지는 구동에 의하여 구동된다.
즉 액정표시장치의 표시부(20)는 조명용 전원회로(21)에 의하여 힘이 가해진 조명기(27)에서 그 뒷면이 조명된다.
또 주사신호 발생회로(22)에 있어서는 표시데이터 발생회로(24)에서 발생되는 데이터 신호로 전원회로(25)에서의 전압신호가 변조되어 주사신호가 발생하고 똑같이 표시신호 발생회로(23)에 있어서는 데이터 신호로 전원회로(25)에서의 전압신호가 변조되어 표시신호가 발생한다.
이 표시부(20)의 각 화소에 있어서는 주사전극(2)에 주사신호 발생회로(22)에서 발생하는 주사신호가 인가되고 표시전극(10)에는 표시신호 발생회로(22)에서 발생하는 표시신호가 인가되며 이들 신호에 의하여 표시부(20)의 각 화소가 구동된다.
전원회로(25)에는 온도 보정회로(26)가 접속되고 이 온도 보정회로(26)에 의하여 잔상을 최소로 하는 가장 적절한 전압으로 바이어스 전압이 유지된다.
즉 바이어스 전압은 액정의 상한값 전압(Vth)에 의존하여 정해지지만 이 상한값 전압(Vth)은 온도의 변화에 따라서 변화한다.
이러한 점에서 예를들어 환경온도가 상승하여 액정의 상한값 전압이 저하하면 전원회로(25)에 있어서는 바이어스 전압이 저하하도록 온도보정회로(26)에서의 신호에 따라서 바이어스 전압이 가장 적절하게 변화하고, 이 가장 적절한 전원전압이 주사신호 발생회로(22) 및 표시신호 발생회로(23)에 공급된다.
이 결과 주사전극(2)에는 주사신호 발생회로(22)에서 발생하는 가장 적절한 주사신호가 인가되고 표시전극(10)에는 표시신호 발생회로(23)에서 발생한 가장 적절한 표시신호가 인가된다.
이미 설명한 바와같이 각 액정화소에는 비선형의 전류전압 특성을 갖는 동시에 이 전류전압 특성이 전압인가의 정방향과 부방향으로 비대칭의 MIM 소자인 스위칭 소자(6)가 편입되어 있다.
또 액정(12)은 전기광학 특성에 있어서의 상한값 전압(Vth)이 1.9(V), 포화전압(Vsat)이 3.3(V)인 재료가 이용된다.
또 이 액정표시장치의 구동전원부(25)는 듀티비 1/45이고 바이어스 전압이 1 내지 4(V)로 설정되며 시분할로 구동하기 위한 파형을 발생하는 회로로 구성된다.
또한 상세하게는 이 전원부(25)는 제7a도에 나타내는 바와같이 저항(R0)에 직렬로 접속된 가변저항(R1) 및 그들 저항(R1)(R0)간의 노드에 접속된 증폭기(30)(31)(32)(33)로 구성되고 가변저항(R1)에 의해 수동으로 출력전원전압(VDD,V1 to V5)을 변화할 수 있게 되어 있다.
똑같이 온도보상회로(26)를 포함하는 전원부(25)는 제7b도에 나타내는 바와같이 저항(R0)에 직렬 접속된 저항(R1) 및 서미스터 (Rth)로 이루어지는 병렬회로 및 그들 저항(R1)(R0)간의 노드에 접속된 증폭기(30)(31)(32)(33)로 구성되고 온도에 의존하여 저항값이 변화되는 서미스터(Rth)에 의해 출력 전원전압(VDD)(V" to V5)이 변화한다.
주사신호 발생회로(22)에는 VDD, V1, V4, V5가 공급되고 이 주사신호 발생회로(22)에서 예를들어 제8a도의 주사신호가 주사전극(2)에 출력된다.
표시신호 발생회로(23)에는 VDD, V2, V3, V5가 공급되고 제8b도와 같은 표시신호가 표시신호 발생회로(23)에서 표시전극(10)으로 출력된다. │VDD-V5│가 선택기간에 화소에 인가되는 전압(VOP)에 상당하고 │VDD-V1│이 바이어스 전압(Vb)에 상당한다.
제9도는 제4도 및 제5도에 나타낸 액정표시장치에 대해서의 비선택 기간에 화소에 인가되는 전압에 대한 잔상현상의 크기의 의존성을 나타내는 도면이며 종축은 OFF상태(광투과 상태)의 투과율을 100%로 하여 5분간 OFF 상태로 한후에 ON 상태로 했을 때의 투과율의 차 τTr, 횡축은 전압(Vb)을 나타내고 있다.
제9도에서 알 수 있는 바와같이 Vb가 V'/2-0.4 와 V'/2+0.5의 범위, 즉 2.2-3.1(V)에 있을때에 Tr이 2%이하로 작다.
보다 바람직하게는 Tr이 1%이하인 "Vb"가 2.4-2.9(V)의 범위가 좋고, 이 경우 통상(콘트라스트비가 최대가 되도록 했다) 표시에서 잔상은 전혀 볼수 없었다.
한편 Vb가 2.2(V)보다 작은 경우는 검은 잔상, 3.1(V)보다 큰 경우는 흰 잔상이 눈으로써 확인되고 τTr이 2% 이상으로 컸었다.
또 │△Tr│이 최소가 되는 바이어스 전압은 온도상승에 의하여 결정된 "Vth"가 낮아지는 것등에 의해 저전압축에 시프트하지만 구동전원부를 제7b도와 같이 하여 바이어스 전압을 서미스터에 의해 가장 적절한 값으로 유지하도록 한 장치에서는 주위온도가 변화해도 잔상현상이 전혀 보이지 않았던 동시에 45msec의 고속응답 또한 50이라는 높은 콘트라스트비가 얻어져서 양호한 표시인 것이 확인되었다.
본 발명의 비선택 기간에 MIM 소자에 인가되는 전압을 MIM소자의 전류 전압특성이 정/부 방향으로 비대칭인 경우에도 직류전압이 발생하지 않는 가장 적절한 값으로 설정되어 있기 때문에 잔상현상이 보이지 않는 양호한 표시를 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 각각 비선형인 전류전압 특성을 갖고 또한 상기 전류전압 특성이 전압인가의 정방향과 부방향에서 비대칭인 스위칭 소자, 상기 스위칭 소자를 조합하여 형성되는 복수개의 화소, 및 전기 광학 특성에 있어서의 임계치 전압이 Vth(V), 포화전압이 Vsat(V)인 액정으로 구성되는 액정 표시장치의 구동방법에 있어서, 신호전압을 소정의 화소에 인가하는 선택기간 및 인가된 상기 신호전압을 유지하는 비선택 기간으로 형성되는 전압파형으로 상기 액정 표시장치를 시분할 구동하여, 상기 비선택기간에 상기 화소에 인가되는 전압의 절대값 Vb(V)이V'/2-0.4≤Vb≤V'/2+0.5(여기서 V'=Vth+Vsat)를 만족하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압의 절대값 Vb(V)이 2.2~3.1volt의 범위내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전압의 절대값 Vb(V)이 2.4~2.9volt의 범위내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
  4. 각각 비선형인 전류전압 특성을 갖고 또 상기 전류전압 특성이 전압인가의 정방향과 부방향에서 비대칭인 스위칭 소자, 상기 스위칭 소자에 접속되는 복수의 화소전극, 상기 화소전극에 대향하여 배치되는 복수의 대향 전극, 상기 화소전극 및 대향전극 사이에 형성되고 전기 광학특성에 있어서의 임계치 전압이 Vth(V), 포화전압이 Vsat(V)인 액정층, 및 상기 대향전극과 화소전극에 접속되어 입력전압을 소정의 분압비에 의거하여 분압함에 의해 얻어지는 전압 레벨신호를 변조하여 이들 전극 사이에 선택 기간동안 신호전압을 인가하고 비선택 기간동안 상기 신호전압을 유지하도록 전압을 인가하여 이들 전극을 시분할적으로 구동하는 구동수단을 구비하는 액정표시장치에 있어서, 상기 구동수단으로부터 상기 비선택 기간동안 상기 대향전극 및 화소전극 사이에 인가되는 전압의 절대값 Vb(V)이 상기 분압비를 조정함으로써, V'/2-0.4≤Vb≤V'/2+0.5(여기서, V'=Vth+Vsat)를 만족하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전압의 절대값 Vb(V)이 2.2~3.1volt의 범위내로 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전압의 절대값 Vb(V)이 2.4~2.9volt의 범위내로 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 화소전극이 매트릭스 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 각 스위칭 소자가 금속-절연체-금속형으로서 제1금속층, 상기 제1금속층 위에 형성되는 절연층, 및 상기 절연층 위에 형성되는 화소전극에 전기적으로 접속되는 제2금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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