KR960016726B1 - 액티브-매트릭스 액정표시장치의 구동방법 - Google Patents

Abstract

요약없음

Description

액티브-매트릭스 액정표시장치의 구동방법

제1도는 단순-매트릭스 어드레스법에 있어 데이타선과 주사선에 인가되는 전계 및 액정셀의 각 화소에 인가되는 전계를 도시한 도면.

제2도는 TFT 소자를 갖는 액티브-매트릭스 액정표시장치의 특성들을 도시한 파형도.

제3도는 2-단자 스위칭소자의 특성을 도기한 도면.

제4도는 2-단지 스위칭소자들을 갖는 액티브-매트릭스 액정표시장치의 특성을 도시한 파형도.

제5도는 본 발명에 따른 단순-매트릭스 어드레스법에 있어서 데이타선과 주사선에 인가되는 전계 및 액정에 인가되는 전계를 도시한 파형도.

제6도는 매트릭스 어드레스법에 있어서 데이타선 신호와 주사선 신호 및 액정에 인가되는 전계의 비교예를 도시한 파형도.

제7도는 본 발명에 따른 매트릭스 어드레스법에 있어서 데이타선 신호와 주사선 신호 및 액정에 인가되는 전계를 보여주는 파형도.

제8도는 매트릭스 어드레스법에 있어서 데이타선 시호와 주사선 신호 및 액정에 인가되는 전계의 비교예를 도시한 파형도.

제9도는 본 발명에 따른 매트릭스 어드레스법에 있어서 데이타선 신호와 주사선 신호 및 액정에 인가되는 전계를 보여주는 파형도.

제10도는 본 발명에 따른 매트릭스 어드레스법에 있어서 데이타선 신호와 주사선 신호 및 액정에 인가되는 전계를 보여주는 파형도.

제11도는 본 발명에 따른 매트릭스 어드레스법에 있어서 액정셀을 조명하는 광량의 변화와 데이타선 신호 및 주사선 신호를 보여주는 파형도.

제12도는 본 발명에 따른 매트릭스 어드레스법에 있어서 데이타선 신호와 주사선 신호 및 액정에 인가되는 전계를 보여주는 파형도.

제13도는 광원에서 나오는 광량의 변화가 스위칭소자의 주사와 동기될 때 광원으로부터의 광량을 변화시키는 이상적인 방법을 도시한 파형도.

제14도는 펄스에 응답해 광을 출사할 때 형광관으로부터의 광의 세기의 변화를 도시한 파형도.

제15도는 액정을 조명하기 위해 형광관을 이용할 때 액정의 스위칭소자에 인가되는 펄스의 파형에 따라 광원으로부터 광량을 변화시키는 방법의 일례를 도시한 파형도.

제16도는 EL 소자가 광을 출사할 때의 광의 세기 변화와 EL 소자를 구동하는 신호를 도시한 파형도.

제17도는 본 발명에 따라 액정에 인가되는 전계가 완전히 소거 되지 않고 16개의 계조들이 표시될 때 인가되는 펄스의 파형을 나타낸 파형도.

제18도는 본 발명에 따라 제17도와 같이 16개의 계조들이 표시될 때 인가되는 펄스의 파형을 나타낸 파형도.

제19도는 본 발명에 따라 16개의 계조들이 표시될 때 인가되는 펄스의 파형을 나타낸 파형도.

제20도는 본 발명에 따라 제19도와 같이 16개의 계조들이 표시될 때 인가되는 펄스의 파형을 나타낸 파형도.

제21도는 본 발명에 따라 16개의 계조들이 표시될 때 인가되는 펄스의 파형을 나타낸 파형도.

제22도는 본 발명에 따라 제21도와 같이 16개의 계조들이 표시될 때 인가되는 펄스의 파형을 나타낸 파형도.

제23도는 본 발명에 따라 16개의 계조들이 표시될 때 인가되는 펄스의 파형을 나타낸 파형도.

제24도는 본 발명에 따라 제23도와 같이 16개의 계조들이 표시될 때 인가되는 펄스의 파형을 나타낸 파형도.

제25도는 본 발명에 따라 액정에 인가되는 전계가 완전히 소거되지 않고 16개의 계조들이 표시될 때 인가되는 펄스의 파형을 나타낸 파형도.

제26도는 본 발명에 따라 액정에 인가되는 전계가 완전히 소거되지 않고 16개의 계조들이 표시될 때 인가되는 펄스의 파형을 나타낸 파형도.

제27도는 액정셀의 구성을 나타내는 단면도.

제28도는 스위칭소자와 액정셀로 구성된 장치와 거의 동일한 샘플-홀드 회로를 이용한 스위칭소자와 액정셀의 복합장치의 회로도.

제29도는 제28도의 회로에 스위칭신호와 액정구동신호를 인가할 때 액정에 인가되는 전계의 전압 변화를 그래프로 나타낸 파형도.

제30도는 제28도에 도시된 회로에 인가되는 펄스의 파형, 액정셀을 통해 흐르는 전류, 및 액정을 OFF에서 ON으로 할 때의 광학적 응답을 도시한 파형도.

제31도는 제28도에 도시된 회로에 인가되는 펄스의 파형, 액정셀을 통해 흐르는 전류, 및 액정을 ON에서 OFF로 했을 때의 광학적 응답을 도시한 파형도.

제32도는, 제29도의 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때의 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제33도는, 제29도의 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때의 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제34도는, 제29도의 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때의 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제35도는 액정셀에 액정구동신호만을 인가할 때의 액정에 인가되는 전계와 액정셀의 답을 도시한 파형도.

제36도는 제35도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때의 스위칭 신호에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제37도는 제28도의 회로에 스위칭신호와 액정구동신호를 인가할 때 액정에 인가되는 전계의 전압 변화를 그래프로 도시한 파형도.

제38도는 제37에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때의 스위칭 신호에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제39도는 제28도의 회로에 스위칭신호와 액정구동신호를 인가할 때 액정에 인가되는 전계의 전압 변화를 그래프로 도시한 파형도.

제40도는 제39도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제41도는 제28도의 회로에 스위칭신호와 액정구동신호를 인가할 때 액정에 인가되는 전계의 전압 변화를 그래프로 도시한 파형도.

제42도는 제39도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때의 스위칭 신호에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제43도는 표시기간의 길이가 비표시 기간과 동일한 파형에 따라 제28도의 회로에 스위칭신호와 액정구동신호를 인가할 때 액정에 인가되는 전계의 전압 변화를 그래프로 도시한 파형도.

제44도는 제43도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제45도는 표시기간의 길이가 비표시 기간과 동일하고 비표시 기간 동안 고주파가 중첩되는 파형에 따라 제28도의 회로에 스위칭신호와 액정구동신호를 인가할 때 액정에 인가되는 전계의 전압 변화를 그래프로 도시한 파형도.

제46도는 제45도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때의 스위칭 신호에 응답하는 액정셀의 투과광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제47도는 비표시 기간이 표시기간 보다 짧아지는 파형에 따라 제28도의 회로에 스위칭신호와 액정구동신호를 인가할 때 액정에 인가되는 전계의 전압 변화를 그래프로 도시한 파형도.

제48도는 제47도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제49도는 액정에 인가되는 전계를 소거하지 않고 4개의 계조를 표시하도록 제28도의 회로에 인가되는 각 계조에 대한 스위칭신호와 액정구동신호의 파형들을 그래프로 도시한 파형도.

제50도는 제49도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제51도는 액정셀에 인가되는 전계가 소거되게 4개의 계조를 표시하도록 제28도의 회로에 인가되는 각각의 계조에 대한 스위칭신호와 액정구동신호의 파형들을 그래프로 도시한 파형도.

제52도는 제51도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제53도는 액정판에 인가되는 펄스와 동기적으로 액정을 조명하는 빛의 광의 세기를 변화시켜서 4개의 계조를 표시하기 위한 광원으로부터의 광의 세기를 변화와, 제28도의 회로에 인가되는 스위칭신호와 액정구동신호를 그래프로 도시한 파형도.

제54도는 제53도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때의 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제55도는 전형적인 TFT의 단면도.

제56도는 전형적인 TFT의 다른 단면도.

제57도는 전형적인 TFT의 사시도.

제58도는 TFT판의 게이트단자, 소스단자 및 공통단자에 인가되는 신호의 파형과, 비표시 기간 동안 고주파가 중첩될 때 액정에 인가되는 전계의 파형을 도시한 도면.

제59도는 제58도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때의 스위칭 신호에 응답하는 액정셀의 투과광의 세기의 변화를 도시한 도면.

제60도는 비표시 기간이 표시기간 보다 짧을 때 액정에 인가되는 전계의 파형과, TFT 판의 게이트단자, 소스단자 및 공통단자에 인가되는 신호들의 파형을 도시한 파형도.

제61도는 제60도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때의 스위칭 신호에 응답하는 액정셀의 투과광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제62도는 액정에 인가되는 전계를 소거하지 않고 4개의 계조를 표시하도록 각 계조에 대한 TFT판의 게이트 전국, 소스전극 및 공통전극에 인가되는 스위칭신호와 액정구동신호의 파형을 그래프로 도시한 파형도.

제63도는 제62도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때의 스위칭 신호에 응답하는 액정셀의 투과광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제64도는 액정에 인가되는 전계를 소거하게 4개의 계조를 표시하도록 각 계조에 대한 TFT판의 게이트 전극, 소스전극 및 공통전극에 인가되는 스위칭신호와 액정구동신호의 파형을 그래프로 도시한 파형도.

제65도는 제64도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때의 스위칭 신호에 응답하는 액정셀의 투과광의 세기의 변화를 도시한 그래프.

제66(a), (b)도는 본 발명에 따른 액티브-매트릭스 액정표시장치의 등가회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1a,1b,31,46,47 : 기판2a,2b : 투명전극

3a,3b : 전극보호막 4a,4b : 배향막

5 : 액정조성물6 : 스페이서

7 : 밀봉재32 : 게이트배선

33 : SiN_x: 절연막35 : 게이트전극

36 : 소스전극37 : 화소전극

38 : 드레인전극40 : a-Si 반도체층

41 : n⁺확산층42 : SiO₂절연막

44 : 차광층45 : 대향전극

본 발명은 액정표시장치나 액정 공간변조장치로 사용되는 액티브매트릭스 액정표시장치의 구동방법에 관한 것이다.

액정을 이용하는 표시모드로서는, 통상적으로 DS(dynamic scattering) 모드, TN(twisted nematic) 모드, STN(supertwisted nematic) 모드, ECB(electrically controlled birefringence) 모드, PC(phase change) 모드, 메모리 모드, GH(guest-host) 모드, 및 열-광학 모드 등이 고안되어 왔는데, 이들 모드는 액정에 인가되는 전기신호를 광정보로 변환하는 방법에 따라 분류된다.

이런 표시모드들 중에서, 주로 네마틱 액정을 사용하는 TN 모드와 TN 모드를 개량한 STN 모드는 현재 시계, 전기계산기, 워드프로세서, 퍼스널 컴퓨터, 텔레비젼 등에 이용된다.

이들 모드는 네마틱 액정 분자의 유전 이방성과 굴절율 이방성 뿐만아니라 이들 분자의 도파기들이 전계에 의해 이동하는 특성을 이용한다.

그러나, 멀티플렉스 어드레스법으로 TN 액정장치를 구동하면, 주사선이 증가함에 따라 액정장치의 구동 마진이 좁아져 콘트라스트가 불충분해진다는 단점이 있다. 따라서, 표시용량이 큰 TN 액정표시장치는 제조하기가 곤란하다.

실용적으로 충분한 콘트라스트를 갖는 대용량의 표시장치를 제공하기 위해, STN(supertwisted nematic) 또는 SBE(supertwisted birefringence-dffect)표시장치와 DSTN(double-layer supertwisted nematic) 표시장치가 제안되었는데, 이들은 TN액정표시장치를 개량한 것이다.

그러나, 이들 표시장치 역시 주사선이 증가함에 따라 콘트라스트와 응답이 낮아지는 등의 단점을 갖는다.

네마틱 액정의 전술한 문제점들을 극복하기 위해, 기판상에 배치된 박막 트랜지스터(TFT)나 MIN(metal-insulator-metal) 소자 등의 스위칭소자 및 통상의 TN 액정과 결합해서 얻어지는 액티브매트릭스 액정표시장치가 산업적으로 생산되어서 텔레비전과 기타 고속응답을 요하는 경우에 응용되었다.

이런 형태의 표시장치는 msec 정도의 낮은 응답속도란 단점을 완전히 극복할 수 없는데, 이런 장치는 액정 분자의 유전 이방성을 이용하는 전계효과 모드에서 주로 작동되기 때문이다. 즉, 이런 표시장치는 사용하기에 적당하지 않은바, 특히 더빠른 응답속도를 요구하는 CAD 단말기 등에 적당하지 않다.

능동소자들을 갖는 표시장치를 포함해 TN 모드나 STN 모드를 갖는 통상의 액정표시장치에서, 액정분자들이 트위스트되는 방향에 대한 시야각(視野角) 의존성을 피할 수 없는데, 이것은 트위스티드 액정분자들이 균질하게 배향되는 상태와 기판상에 직립한 상태 사이의 스위칭 효과로부터 주로 전기광학적 효과가 얻어지기 때문이다.

한편으로는, 높은 응답속도를 갖는 액정표시장치로서 분자들이 자발분극을 갖는 강유전성 액정과 반강유전성 액정을 이용하는 표시장치가 제안되었다. 강유전성 액정표시장치(이하, FLCD라 한다)는 액정분자들의 자발분극에서 생기는 극성과 외부 전계의 극성 사이의 전기적 상호작용을 이용하여 소위 분자의 원추형 이동에 따라 스위칭 기능을 행함으로써, 네마틱 액정을 이용하는 장치에 배해 초고속 응답(수 μsec 정도)을 제공한다.

강유전성 액정과 함께, 강유전성 액정의 고속 응답을 이용하고 시야각 의존성이 없는 여러가지 표시모드들이 차세대 액정표시장치로 제안되었고 고려되어 왔다. 이런 표시모드로는 N.A. 클라크와 라거월이 제안한 표면안정 강유전성 액정표시장치(SSFLCD)와 같이 액정의 쌍안정성을 이용하는 모드(Appl. Phy. Lett. , 36,899(1980) ; 일본특허공개번호 제4355924호; 미국특허 제4367924호 참조), 및 동적 산란모드와 같이 액정의 산란효과를 이용하는 모드가 있다.

강유전성 액정을 이용하는 이런 장치들을 통상의 TN 액정표시장치에 비해 응답속도가 고속이고 시야각이 없는 점에서 유리하다. 그러나, 이들 장치는 TN 액정표시장치에는 없지만 극복해야 할 여러가지 단점이 있다.

예를 들면, SSFLCD는 TN 모드나 STN 모드에 비해 응답속도가 고속이고 (μsec 정도), (분극자들의 시야각 특성으로 인해) 시야각이 넓으며, (인가되는 전계의 세기가 제로까지 감소된 후에도 그 전의 배향상태를 유지하는) 쌍안정성이 있다는 3가지 장점을 갖는다. 그러나, 이런 표시장치는 또한 다음과 같은 단점; 즉, 종래의 액정판 제조법만을 이용해서 실용적인 SSFLCD를 제조할 때 완전한 메모리 특성을 얻기가 극히 곤란하고; 강유전성 액정 분자의 스위칭 동작에 분명한 한계가 없기때문에, 표시동작의 비선택 기간동안 액정에 인가되는 전계(바이어스 전계로) 인해 생기는 분자 이동에 의해 콘트라스트가 감소되며; 자로 쌍안정성때문에 계조표시가 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점들은 SSFLCD의 개발과 이용에 장애가 된다.

SSFLCD의 단점들은 강유전성 액정과 반강유전성 액정을 이용하는 다른 표시장치의 모든 단점들을 표함한다.

이들 단점들중 가장 심각한 몇몇 단점들은 표시장치에 바이어스 전계를 인가하기 때문에 생기는 것이다. 즉, 단순 멀티플렉스 어드레스법으로 표시장치를 구동할 때, 제1도에 도시된 바와 같이 비선택 기간동안에 인가되는 바이어스 전계(누화 전계)에 의해 여러가지 단점들이 생긴다(제1도는 단순매트릭스 어드레스법으로 액정셀의 각 화소에 인가되는 전계와 데이타선과 주사선에 인가되는 전계를 도시한 것이고, 여기서 1H는 수평 주사기간을 나타낸다.).

표시 특성들을 악화시키는 다음과 같은 현상들은 이용되는 표시모드에 따라 약간의 차이가 있지만 여러가지 문제점들을 야기힌다 : (a) 바이어스 전계로 인한 액정분자들의 이동에서 생기는 메모리 특성의 악화; (b) 분자의 이동때문에 생기는 광누설이나 불충분한 차광으로 인한 콘크라스트의 저하; 및 (c) 인가되는 바이어스 파형의 차이로 인한 계조의 레벨 이동.

강유전성 액정이나 반강유전성 액정을 이용하는 종래의 표시장치로는 실용상의 액정표시장치에 완벽한 계조 표현을 실현하기가 곤란한데, 이는 바이어스 전계로 인해 생기는 문제점에서 전술한대로, 표시원리로서 액정의 쌍안정성이나 인가되는 전계 세기에 대한 액정의 한계성을 이용하는 표시모드로는 주로 계조표시를 실행할 수가 없기 때문이고 또는 인가되는 전계 세기에 대응하는 투과 광의 세기가 산란도를 이용하는 표시모드로는 명백히 제어가능한 제한된 계조표현만이 실행되기 때문이다.

본 발명은, 주사선과 데이타선에 연결된 스위칭소자들과, 이 스위칭소자의 도움으로 액정에 전계를 인가한 화소전극들을 포함하며, 상기 스위칭소자들와 화소전극들은 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 액정은 자발분극을 갖는 액정으로 이루어지는 액티브-매트릭스 액정표시장치의 구동방법에 있어서; 액정의 전기-광학적 응답기간보다 짧은 기간 동안 상기 스위칭소자들과 화소전극들을 통해 액정에 전계를 인가하여, 액정분자들을 여진하도록 액정을 충전하는 단계 ; 선형 순차 모드로 전계를 인가하여 모든 주사선에 대응하는 화소전극에 놓이는 액정을 주사하여, 1개의 화상 필드를 형성하는 단계 ; 상기 화상 필드를 여러개를 직렬로 결합하여 1 프레임을 형성하는 단계 ; 및 그 결과 표시된 화상을 다수의 계조들에 제공하는 단계로 구성되는 액티브-매트릭스 액정표시장치의 구동방법을 제공한다.

1 프레임을 형성하는 화상 필드들 각각은 같은 주사 기간 동안에 주사될 수도 있다.

상기 화상 필드들은 각각 다른 주사 기간 동안 주사될 수도 있다.

또한, 프레임은 n개의 필드로 구성되어 2ⁿ개의 계조를 제공할 수 있다.

전계는 1프레임을 형성하는 기간 동안에 소거되도록 크기와 극성이 같은 것이 바람직하다.

전계는 여러개의 프레임을 형성하는 기간 동안에 소거되게 하는 크기와 극성을 가질 수도 있다.

본 방법은 인가되는 전계를 소거하기 위해 액정의 전기-광학적 응답기간 보다 짧은 기간을 갖는 고주파 교류 전압을 인가하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

종래의 강유전성 액정이나 반강유전성 액정을 자발분극을 갖는 액정으로 사용할 수도 있다.

그 외에도, Merck Ltd. 제품인 BDH-858이나 ALI-3654, 또는 일본의 Chisso Corporation 제품인 CS-1024 액정재료를 강유전성 액정으로 사용한다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명을 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 액정표시장치는, 한쌍의 기판이 서로 대향하고; 하나의 기판상에 소전극들이 매트릭스 형태로 배열되며; 각 화소전극에는 스위칭소자가 제공되고; 강유전성 액정이나 반강유전성 액정과 같이 자발분극을 갖는 액정을 기판들 사이에 끼워며; 스위칭소자를 통해 화소전극들과 대향전극들 사이의 액정에 전계를 인가하고; 자발분극을 갖는 액정을 적어도 ON 이나 OFF 상태의 동작모드에서 이용하고 전계의 세기가 특정의 +값이나 -값에 있는 상태 또는 제로인 상태에서 ON이나 OFF 상태를 안정되게 나타내도록 구성된다.

상기 액정표시장치에서, 액정은 다음과 같은 특성을 갖는 구동법으로 구동된다.

1프레임을 표시하려면, 이 구동법은, 1프레임이 주기적으로 재기록되고; 1프레임이 그 프레임에 대응하는 스위칭소자들을 1회 이상 주사함으로서 형성되며; 모든 스위칭소자들은 모든 소자나 모든 주사선과 같은 특정의 주사유니트에 따라 주사되고; 1회 주사하는데 필요한 기간은 프레임들이 재기록되는 기간에 라 일정하거나 변하도록 구성된다.

액정에 인가되는 펄스는 다음과 같은 특성을 갖는바; 스위칭소자는 액정의 전기-광학적 응답기간보다 펄스 폭이 짧은 펄스에 의해 구동될 수 있고; 스위칭소자가 ON 상태에서 액정에 인가되는 전압은 스위칭소자가 ON 상태에서 OFF 상태로 진행할 때 매화소전극에 의해 유지되며; 모든 스위칭소자들이 여러번 주사되어 1프레임을 형성할 때 액정의 ON 또는 OFF 상태가 모든 주사에 의해 스위칭 되고 따라서 액정의 ON 상태와 OFF 상태가 시간축을 따라 교대로 결합되도록 구동이 실시되고; 1 프레임을 표시하는 기간 동안 액정에 인가되는 전계의 평균 세기는 반드시 제로로 될 필요는 없으며 ; 여러번 주사되어 1 프레임을 표시할 때, 각각의 주사를 위해 1 화소의 액정에 인가되는 펄스들은 그 액정을 ON하는 펄스와 OFF하는 펄스 및 셀에 인가되는 전계를 소거하는 펄스를 개략적으로 분할되고; 액정을 ON 또는 OFF 하는 펄스와 셀에 인가되는 전계를 소거하는 펄스는 동일한 주사기간 동안 인가되지 않으며; 앨정을 ON 또는 OFF하는 펄스가 인가되는 주사기간 동안에는 고주파 파형들이 중첩되지 않는 반면, 상기 ON 또는 OFF 상태의 전하를 소거하는 펄스가 인가되는 주사 기간동안에는 고주파 파형들이 중첩되며; 액정을 ON, OFF 하는 펄스들 각각은 일정한 파고를 갖고 셀에 인가되는 전계를 소거하는 펄스는 1프레임을 표시하는 기간 내에 각 화소의 액정의 ON-OFF 패턴에 대응하는 파고를 갖는다.

액정표시장치용 광원은 다음과 같이 구성되는 바; 광의 세기가 변할 때, 광의 세기가 변하는 기간을 액정표시 장치의 스위칭소자들이 주사되는 기간과 동기화시켜 모든 주사에 대한 휘도를 변화시킬 수 있고; 광의 세기가 변하는 기간이 스위칭소자들이 주사되는 동안의 기간과 동기화되지 않은 상태에서 광의 세기가 겉보기로는 일정하다고 할 수 있으며 ; 또는 광의 세기가 일정하도록 구성될 수 있다.

이와 같은 구성과 구동법이라면 고속 재기록이 가능한 고해상 표시를 할 수 있고, 또는 액정의 ON-OFF 조합을 이용해 다단-계조 표시를 할 수 있다. 제 66(a), (b)도는 본 발명에 따라 액정표시장치를 액티브 어드레스법으로 구동할 때의 등가회로를 도시한 것이다. 이들 도면에서, 3-단자 또는 2-단자 스위칭소자(S 또는 P)를 통해 매트릭스 형태로 배열된 각각의 화소의 액정(LC)에 전계가 인가된다.

ON 상태에서 전류를 통하게 하고 OFF 상태에서 임피던스가 높은 소자를 스위칭소자 S나 P로 사용할 수 있다. 예를 들면, 제2도에서 도시된 것과 같은 박막 트랜지스터(TFT) 등의 소자는 ON 상태에서 액정에 전계를 인가하고 OFF 상태에서는 임피던스가 높으며, 제3도에 도시된 것과 같은 다이오드, MIM 또는 배리스터 등의 소자는 특정 값 이상의 전압에서는 전류를 통할 수 있고 특정 값 이상의 전압에서는 임피던스가 높다.

이상과 같이 구성된 액정 셀을 갖춘 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

강유전성 액정은 네마틱 액정처럼 전기-광학적 스위칭에 대해 뚜렷한 한계가 없기때문에, 이들 액정 분자들은 자체에 인가되는 아무리 약한 전계에도 일정하게 반응하고 액정 분자들의 쌍극자와 외부의 저계 사이의 전기적 상호작용과 나선형을 형성하는 액정의 권선력이 평형상태인 위치까지 나선형 이동을 한다고 증명되었다. 액정 분자들의 이런 이동때문에 표시 콘트라스트가 낮아진다고 판단된다.

강유전성 액정과 스위칭소자를 결합해서 얻어지는 효과는 비선택 동작상태에서의 다음과 같은 2가지 액정 셀의 상태로부터 생긴다.

(1) 액정은 바이어스 전계에 의해 대전되지 않는다.

(2) 액정은 높은 임피던스 상태에 있다.

현상 (1)은 다음과 같은 효과를 갖는다.

정상적인 단순-매트릭스 어드레스법에서는, 주어진 화소가 비선택 상태에 있을지라도, 다른 화소를 재기록 하는 신호가 데이타선에 일정하게 인가된다. 이렇게 해서 생긴 전계, 즉 바이어스 전계(제1도 참조) 때문에 액정 분자들이 움직여, 메모리 특성을 악화시키고 콘트라스트를 낮추는 현상을 유발한다.

그러나, 스위칭소자가 제2도(3-단자 비선형소자)와 제4도(2-단자 비선형소자)에 도시된 바와 같이 OFF 상태에 있다면, 다른 화소를 구동하는 신호는 스위칭소자가 설치된 화소에 인가되지 않는다. 그러므로, 단순-매트릭스 어드레스법으로 인가되는 전계때문에 생기는 콘트라스트의 저하와 메모리 특성의 악화를 방지할 수 있는데, 이는 비선택 기간에 액정 분잗르이 움직이지 않아 콘트라스트와 화질을 향상시키기때문이다. 제2도는 TFT 소자의 전기적 특성을 나타낸 선도이고, TFT의 게이트 단자와 소스 단자에 각각 인가되는 주사신호와 데이타신호의 전계와 TFT의 드레인 단자를 통해 액정에 인가되는 전계가 도시되어 있다.

제3도는 2단자 스위칭소자의 특성을 도시한 선도이다.

제4도는 데이선과 주사선에 인가되는 신호들과, 2단자 스위칭소자들을 사용할 때 액정에 인가되는 전계를 도시한 선도이다. 도면에서 "주사신호"로 표시된 신호는 주사선에 인가되고, "데이타신호"로 표시된 신호는 데이타선에 인가된다.

스위칭소자가 ON에서 OFF로 바뀌면, 액정에 인가되는 전계는 (2) 현상에 따라 액정 셀의 커패시터 소자에 의해 부분적으로 유지된다.

스위칭소자가 OFF 상태일 때 유지된 이런 전계는 액정 분자들을 (액정분자들의 분극작용, 유지중인 외부 전계, 나선형을 형성하는 액정의 권선력 등이 평행상태인) 위치로 유지되고, 이 위치는 전계의 세기가 제로일 때의 액정분자의 위치와는 다르다.

하나의 표시조건은 스위칭소자가 OFF 상태일 때 유지된 전계때문에 액정분자들이 평형인 상태로 구성되고 다른 표시조건은 유지중인 전계의 방향이 반대로 되거나 그 세기가 제로인 상태로 구성된다면, 스위칭소자가 ON인 기간은 전계를 인가하는데만 필요한 기간까지 만족스럽게 단축되어 주어진 ON 상태로부터 스위칭소자의 그 다음 OFF 상태까지의 기간 내에 액정을 스위치한다.

이렇게 되면 스위칭소자를 작동시키는 전압의 펄스 폭이 좁아지고 액정에 인가되는 전압의 크기가 작아진다.

그러나, 액정분자들의 자발분극이 이동하는 액정셀 내부에 전류가 흐르기때문에, 액정셀의 커패시터소자에 의해 유지된 전계를 방전하는 현상이 발생한다. 따라서, 엄밀히 말하면, 액정을 스위치하는데 필요한 전계를 액정을 스위치할 때 뿐만아니라 액정의 상태를 유지할 때 방전되는 전계를 보상할만큼 충분히 커야만 한다.

또한, 정상적인 TN 액정에서 처럼, 액정과 커패시터를 전계 전압의 90%까지 충전할 필요는 없는데, 이는 강유전성 액정분자들을 스위칭하는데 필요한 전계가 작기때문이다. 따라서, 본 발명은 TFT나 MIN 등의 기존의 스위칭소자에 충분히 응용할 수 있다. 예를 들면, TN 액정과 함께 15μsec 이상의 게이트 폭을 필요로 하는 a-Si TFT소나 내에서도 게이트 폭이 10μsec 또는 그 이하인 액정분자들의 스위칭 동작을 수행할 수 있다.

또한, 스위칭소자를 동작시키는 폴스의 폭 자체를 감소시키면; 구동할 수 있는 프레임에 대한 스위칭소자의 갯수의 증가; 1 프레임을 표시하는 주사본수(프레임당 필드수)의 증가; 프레임 주파수의 증가; 및 소비전력의 감소를 실현하는데 효과적이다.

이들 효과중에서, 구동할 수 있는 프레임에 대한 스위칭소자의 갯수의 증가는 표시용량이 증가됨을 의미하고, 주사본수(필드수)의 증가는 여러가지 인가 파형들을 선택적으로 조합함으로써 액정에 인가되는 전계가 교류로 바뀔 수 있고 타임-셰어링 어드레싱에 의해 계조표시를 할 수 있음을 의미하며, 프레임 주파수의 증가는 화질이 향상됨을 의미한다.

더우기, 액정에 인가되는 직류성분이 액정용 스위칭 펄스의 낮은 전압때문에 감소되므로, 비쌍극자 펄스에 의해 액정이 구동될 때에도 액정에 미치는 영향은 단순-하므로 그 펄스가 인가될 때에만 액정이 전계으로 대전된다. 이런 경우, 데이타선 신호는 주사선 신호의 하강 기간에 제로이고 액정에 인가되는 전계를 소거하는 파형은 인가되지 않음을 특징으로 하다.

제7도에서, 액정에 인가되는 전계의 세기가 제로가 아닐 때 스위칭소자가 OFF로 되기때문에 액정은 직류성분으로 일정하게 대전된다. 그러나, 첫번째 주사기간의 전계와 두번째 주사기간의 전계의 바향이 서로 반대이기대문에, 전체적으로 액정에 인가되는 직류성분은 첫번째 주시기간과 두번째 주시기간 사이의 간격 동안에 액정에 인가되는 전계 성분만이다. 이런 경우, 데이타선 신호는 주사선 신호의 하강기간에 유지되고 표시 파형의 위상과 반대 위상을 갖는 파형이 액정에 인가되어 전계를 소거함을 특징으로 한다.

제8도에서, 액정에 인가되는 전계의 세기가 제로로 된 스위칭신호가 OFF로 되어 이 펄스가 인가될 때에만 액정이 전계으로 대전된다. 첫번째 주사기간의 전계와 두번째 주사기간의 전계의 방향이 서로 반대이기 때문에, 액정에 인가되는 직류성분이 전체적으로 소거된다. 이 경우, 데이타선 신호는 주사선 신호의 하강기간에 제로이고 표시 파형의 위상과 반대 위상을 갖는 파형이 액정에 인가되어 전계를 소거함을 특징으로 한다.

제9도에서, 액정에 인가되는 전계의 세기가 제로가 아닐 때 스위칭소자가 OFF되기 때문에 액정은 직류성분으로 일정하게 대전된다. 그러나, 첫번째 주사기간의 전계와 두번째 주사기간의 전계의 방향이 서로 반대이고 세번째 주사의 주사기간 동안에 전계의 세기가 제로이기 때문에, 액정에 인가되는 직류성분이 전체적으로 소거된다. 그러나, 이 경우, 세번째 주사가 진행중인 주사기간 동안에는, 준안정상태나 느린 이완과정에서, 액정이 ON에서 OFF로 또 OFF 에서 ON으로 스위치되지 않는 메모리 상태에 있을 필요가 있다. 이 경우에는, 데이타선 신호가 주사선 신호의 하강기간에 유지되고 표시파형 위상의 반대 위상을 갖는 파형이 인가되어 액정에 인가되는 전계를 소거한 뒤 스위칭소자가 작동되어 전계의 세기를 제로로 감소시킴을 특징으로 한다.

액정이 어떤 전계에도 걸려있지 않는 동안의 액정의 표시상태는 인간에서 인식되는 표시정보용이고, 이 표시 상태를 유지하여 적어도 인간의 인식 범위 내에 있도록 할 필요가 있다. 이 표시상태는 전계의 세기가 제로로 되기 직전에 인가되는 전계에 따른 이완 과정의 메모리상태 또는 과도상태에 있다.

제5, 7, 9도에서, 스위칭소자를 ON하는 기간은 다른 파형들 보다 짧은데, 이는 액정의 스위칭이 1필드의 기간 내에 충분히 완료되기 때문이다. 그 결과, 액정에 인가되는 전계의 세기는 작아도 좋다.

제7, 8, 9도의 파형들을 표시될 정상상태의 반대 상태를 표시하는 주사상태를 보여주는 것이다. 그러나, 인간의 눈은 1/10초 이하의 고속 깜박임은 인지할 수 없고 이 깜박임으로 생기는 휘도의 시평균 변화만을 휘도로 인식할 수 있기 때문에, 물체의 표시조건에 대한 주사기간과 물체의 표시조건이 유지되는 주사기간(이 기간을 표시기간이라 한다)을 물체의 표시조건의 반대를 표시하는 주사기간(이 기간을 역 표시산이라 한다) 보다 길게 할 때 인간의 눈이 물체의 표시조건을 인식할 수 있다. 이 경우 휘도의 차이는 다음과 같이 공식화될 수 있다.

(시각적 관찰에 의한 휘도의 차이)=(표시 기간)×(표기 기간의 휘도)-(비표시 기간)×(비표시 기간의 휘도)

비표시 기간의 휘도와 표시 기간의 휘도를 구별하는 3가지 표시법을 설명하면 다음과 같다.

A. 제10도에 도시된 바와 같이, 표시 기간을 비표시 기간 보다 더 길게 한다. 표시 기간에서 1회 주사하는 기간을 비표시 기간에서 1회 주사하는 기간보다 길게 한다.

B. 비표시 기간에서보다 표시 기간에서 주사를 더 자주 실행한다.

C. 제11도에 도시된 바와 같이, 액정의 광원에서 나오는 광의 세기는 주사작업과 동기적으로 변한다. 표시 기간에 사용되는 빛을 비표시 기간에 사용되는 빛보다 더 강하게 한다.

D. 제12도에 도시된 바와 같이, 액정분자들을 완전히 스위칭할 수 없는 고주파 성분을 비표시 기간 동안 액정에 인가되는 전계에 중첩한다. 그 결과, 액정분자들은 사실상 비표시 기간 상태로 유지된다.

제10도는, 데이타선 신호가 주사선 신호의 하강기간에 유지되고, 액정에 인가되는 전계를 소거하는 표시파형이 인가되며, 비표시 기간이 표시 기간보다 짧음을 특징으로 한다.

제11도에 도시된 것은, 제5와 마찬가지로, 데이타선 신호, 주사선 신호 및 매트릭스 구동을 실행할 때 액정 셀을 조명하는 광량의 변화이다. 도면에서, 데이타선과 주사선에 각각에 인가되는 신호들은 액정에 인가되는 펄스의 견지에서 제10도의 신호들과 동일하다. 전계가 인가되는 제10도의 파형의 특징 외에도, 이 경우에는 또한 다른 기간과 비교해 비표시 기간이 시작할 때까지 모든 주사선의 주사가 완료되었을 때로부터 관찰되는 광원으로부터의 광량이 증가함을 특징으로 한다.

제12도는, 데이타선이 주사선의 하강기가에 유지되고, 액정에 인가되는 전계를 소거하도록 표시파형이 인가되며, 비표시 기간 동안 액정에 고주파 성분이 중첩됨을 특징으로 하다.

고주파 중첩되는 이들 파형들이 TFT의 스위칭소자를 갖는 액정에 인가되어야 한다면, 비표시 기간 동안 고주파가 TFT의 대향전극에 중첩되는 파형이 인가된다. 2-단자 스위칭소자를 스위칭소자로 사용할 경우, 비표시 기간 동안 데이타선 신호에 고주파를 중첩하도록 파형을 구성한다. 이때 인가되는 고주파 성분의 진폭은 다음과 같은 부등식을 만족해야 한다.

V_O〈 V_D-V_hf

A와 B 방법에서, 표시 기간과 비표시 기간 사이의 길이차가 인간의 눈에 감지되는 평균 휘도록 된다.

C 방법에서, 표시 기간과 비표시 기간 사이의 광원으로부터의 광의 세기차는 인간의 눈에 휘도로 감지된다. 그러므로, 광원소자로부터의 광의 세기의 변화와 각각의 스위칭소자를 주사한데 필요한 기간 사이의 관계는 표시 특성에 밀접한 관계를 갖는다. 이 방법에 사용된 광원이 주사와 관련하여 제13도에 도시된 광의 세기 특성을 보여주는 것이 이상적이다. 그러나, 실제로는, 광의 세기가 약해지도록 펄스에 응답해 광을 방출하는 광원소자를 액정에 사용한다. 이런 소자로 대표적인 것은 백열등, 형과등 또는 발광(EL) 램프가 있고, 이들의 광의 세기는 인가되는 유효값에 따라 변한다. 본 실시에에서, 펄스에 응답하는 형광등이나 발광 램프가 광원으로 적당한데, 어느 주사기간이 수 msec 동안만 지속되기 때문이다.

형광등을 사용하면, 제14도에 도시된 바와 같이 조명에 사용된 펄스에 응답해 광의 세기가 변한다. 정상적인 액정표시장치에서는, 형광관에 고주파 펄스가 조명되어 깜박임을 제거한다. 본 발명에서는, 광의 세기를 변화시키는 방법이 고안될 수 있으며, 이 방법에서는 형광관을 조명하는 펄스가 비표시 기간에 발생하지 않는 동안에 이 펄스를 표시 기간에 인가한다. 실제로는 주사기간 동안 조명용으로 보내지는 펄스의 수에 따라 휘도를 변화시켜서 표시 기간과 비표시 기간에 서로 다른 휘도를 제공함으로써, 단계적인 휘도의 변화를 실현할 수도 있다. 발광(EL) 램프를 사용하면, 제16도에 도시된 바와 같이 조명용으로 사용된 펄스에 따라 광의 세기가 변한다. 이 경우에도, EL 램프는 제15도에 도시된 바와 같이 형광관과 동일한 방식으로 구동될 수 있다.

D방법에서, +펄스와 -펄스가 표시장치(예컨대 SSFLC)의 ON, OFF를 의미하는 표시모드에서 -E를 갖는 액정재료를 이용할 때, 이 액정재료에 고주파 성분을 중첩하면 안정화 효과가 생겨, 스위칭이 휩게 발생하지 않는다. 그 결과, ON 상태와 OFF 상태 사이의 투과 광의 세기가 작아지는데, 이는 강유전성 액정분자의 불완전한 스위칭때문이다. +E를 갖는 액정재료를 사용하면, 액정분자들이 움직이는 수직 원추의 안정위치 주변에 고주파성분으로 인해 액정분자들의 섭동운동이 모이기 때문에 액정분자들의 일정한 운동에 의해 광의 누설이나 산란이 일어난다. 누설 및 산란된 빛 때문에, 이 경우 투과 광의 세기의 변화는 고주파 성분이 중첩되지 않은 ON 또는 OFF 상태에서의 투과 광의 세기의 변화보다 작아진다. 전술한대로 액정재료가 +E 또는 -E를 갖는 가에 따라 원인은 다르겟지만, 비표시 기간의 투과 광의 세기의 변화가 표시 기간의 광의 세기보다 작기때문에 역시 표시 콘트라스트의 저하를 방지할 수 있다.

실제로 콘트라스트가 더 높은 표시를 하려면, 전술한 3가지 방법을 결합하여 표시장치를 구성하는 것이 효과적이다.

계조 표시

본 발명에 따르면, 타임-셰어링법으로 계조 표시를 제공할 수도 있다. 즉, 표시용의 한개 화소가 매번의 주사에 의해 ON 또는 OFF 되므로, 1 프레임을 구성하는 여러 필드의 ON-OFF 패턴을 이용해 계조 표시를 할 수 있다.

그러나, 본 구동법에서는 제1도에 도시된 바와 같은 단순-매트릭스 어드레스법의 파형과는 다른 파형의 필요한데, 이는 극성이 같은 더 많은 펄스들을 연속적으로 인가하여 액정을 구동하기 때문이다.

강유전성 액정을 구동하는 신호가 O V이거나 ON 또는 OFF 까지의 스위칭신호의 하강 구간에 있지 않다는 것이 도면에 도시된 파형으로부터 분명하지는 않지만, 스위칭소자가 OFF일때 액정에 의해 표시된 모든 상태는 스위칭소자가 ON 이었을 때 인가되는 액정구동신호에 의해 이미 결정되어 있으므로 뚜렷한 구분은 생략한다. 제17, 18도는 본 방법으로 16개의 계조를 표시할 때 인가되는 펄스의 패턴들을 도시한 것이다. 도면에는 규칙적으로 인가되는 스위칭신호의 파형(게이트 펄스 및 소스 펄스)이 도시되어 있다. 이 경우, 계조 1과 계조 2는 동일한 휘도로 관측되지만, 스위칭신호들을 인가하는데 다른 파형들을 사용한다면, 스위칭신호들 사이의 기간차를 이용함으로써 16개의 계조를 얻을 수 있다. 이 도면들은, 1 프레임의 액정에 인가되는 직류 성분이 소가되지 않았고 1 프레임을 구성하는 필드 주사기간들이 일정함을 특징으로 한다. 1 프레임을 주사하는 기간이 이 방법에서 단축된다면, 스위칭신호들을 인가하기 위한 파형들을 구분하기가 어려워져, 때로는 16개의 계조중 5개만이 인식될 수도 있다.

액정에 의해 표시된 상태를 ON, OFF 2개 값으로 정의하면, 특정 값 이상의 세기를 갖는 전계를 인가할 때, 액정을 구동하도록 액정에 인가되는 직류 성분을 액정의 ON 또는 OFF 상태를 이용해 소거하는 구동을 실시할 수 있는데, 이 관계는 제19,20도에 도시되어 있다.

제19도와 20도는 본 방법으로 16개의 계조를 표시할 때 인가되는 펄스의 파형들을 도시한 것이다. 이 도면들은, 액정에 인가되는 전계를 소거하는 펄스를 1프레임을 표시하는 기간 내에 인가하는 1회의 주사기간을 1프레임을 가지며 1프레임을 구성하는 이 주사기간이 일정함을 특징으로 한다. 1프레임을 표시하는 상기 기간이 본 방법에서 단축된다면, 제17, 18도와 마찬가지로 사실상 16개의 계조중 5개만을 인식할 수도 있다.

다단-계조 표시를 수행하면, 표시 기간 동안 액정 셀에 인가되는 직류 성분이 눈에띄게 바이어스되기 때문에, 직류 성분을 완전히 소거하려면 표시기간 동안 인가되는 펄스에 비해 극히 큰 퍼스가 피료할 수도 있다. 그러나, 이 경우 액정에 큰 펄스가 인가되면, 장치의 특성상 중요한 배향변화 등과 같은 여러 문제점들이 야기된다.

이런 문제점을 방지하게 위해, 제21, 22도에 도시된 바와 같이, 한번의 비표시 기간에 하나의 큰 펄스를 인가하는 대신, 1프레임을 형성하는 기간 내의 수회의 비표시 기간에 여러개의 펄스를 별도로 인가한다. 제21,22도는, 본 방법에 따라 16개의 계조가 표시될 때 인가되는 펄스의 파형들을 도시한 것이다. 이 도면들은, 액정에 인가되는 전계를 소거하는데 여러개의 펄스가 인가되는 주사기간을 1프레임이 갖고, 액정에 인가되는 전계는 1프레임을 표시하는 기간내에 상기 펄스들에 의해 소거됨을 특징으로 한다.

제23,24도 또는 제25,26도에 도시된 표시를 실행하기 위해 인가되는 펄스를 완전히 소거하지 않도록 비표시 기간에 펄스를 인가하는 방법을 제시할 수도 있다. 제23, 24도에 도시된 것은 본 방법에 따라 16개의 계조들이 표시될 때 인가되는 펄스들의 파형이다. 이 도면들은, 액정에 인가되는 전계의 일부를 소거하는 펄스를 인가하는 한번의 주사기간만을 1프레임이 갖는 것을 특징으로 한다.

제25, 26도에 도시된 것은, 제23, 24도와 마찬가지로, 액정에 인가되는 전계가 완전히 소거되지 않을 경우 16개의 계조들이 표시될 때 인가되는 펄스들의 파형들이다. 이 도면들은, 제23, 24도와 마찬가지로, 액정에 인가되는 전계의 일부를 소거하는 펄스들이 액정의 ON-OFF 신호들과 동일한 레벨에 있으며, 표시 패턴에 따라 + 또는 -전계가 인가됨을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따라 강유전성 액정과 스위칭소자를 결합하여 구성된 장치를 사용하는 본 구동법을 이용해 새로운 계조를 표시를 할 수 있음을 알 수 있는데, 이것은 종래에는 없던 것이다. 이 구동법에 의한 계조 표시의 요점은 다음과 같은 2항목으로 설명할 수 있는바 : 액정에 인가되는 비표시 펄스로 인한 콘트라스트저하의 방지; 및 고속 깜박임들 사이의 간격을 시간의 계조로서 인식하는 것이다.

그러나, 이들 2가지 항목을 얻을 수 없을 때 생기는 문제점들은 흑백 표시에서 전술한 해결책을 광범위하게 적용하여 해결할 수 있다.

첫번째 항목에 관련된 문제점에 관해서는, 비표시 기간 동안의 액정의 ON 및 OFF로부터 생기는 광량의 변화를 표시 기간 동안의 계조들이 1눈금에 대한 광량의 변화보다 작게 한다면 어느 정도 극복될 수 있다.

두번째 항목에 관련된 문제점에 관해서는, 여러번의 주사 각각에 대해 광원으로부터의 광의 세기 또는 주사 기간을 변화시키면 각각의 ON-OFF 결합을 다르게 할 수 있다. 매번 주사할 때마다 ON-OFF 결합을 다르게 하면, 예컨대 16개의 계조를 표시하는데 필요한 4개의 비트들 각각은 매번 주사할 때마다 화소를 ON 또는 OFF하는데 사용될 수 있다.

이 방법으로 더 많은 계조들을 표시하는 경우에는, 1프레임에 대한 필드 주사 횟수에 따라 표시할 수 있는 최대수의 계조들이 결정된다. 즉, (전계를 소거하기 위한 필드 주사 횟수를 포함해) 1프레임을 표시하기 위한 필드 주사 회수를 m으로 표시하고 인가되는 전계를 소거하기 위한 필드 주사 횟수를 n으로 표시하고 인가되는 전계를 소거하기 위한 필드 주사 횟수를 n으로 표시하면, 표시될 수 있는 최대 계조 수는 2^m-n이다.

그 합이 광원으로부터의 광의 세기와 1프레임을 표시하는 기간 내의 시간의 합이라면, 패턴의 차이는 시각적으로 인식할 수 있지만 휘도의 차이는 정확하게 인식할 수 없는 현상(평균 휘도만이 인식되기 때문임)이 발생하여, 실제로 사용 가능한 계조수가 때때로 감소된다. 특히, 비선택 기간 동안의 펄스에 의해 생기는 광의 누설, 산란 또는 흡수로 인한 광의 손실때문에 휘도가 동일한 계조들이 생긴다.

실시예 1

액정 셀의 제조

스위칭소자가 없는 강유전성 액정 셀(제27도 참조)을 다음 단계에 따라 제조했다.

1. 두께 1000Å의 여러개의 투명전극들(2a,2b)을 줄무늬 모양의 패턴으로 배열함으로써 유리기판(1a,1b)상에 평행하게 형성했다. 투명전극들의 두께는 300~15500Å의 범위로 할 수 있지만, 1000~3000Å으로 하면 바람직하다.

2. 1단계에서 1000Å의 두께로 얻은 기판상에 전극보호막(3a,3b)을 형성했다. 전극보호막의 두께는 300~5000Å의 범위로 할 수 있지만, 500~2000Å이 바람직하다.

전극보호막은 도쿄 오까 고교 커퍼니(주) 제품인 OCD(OCD P-59310) 또는 SiO₂로 구성되는 것이다. SiO₂전극보호막은 스퍼터링법으로 형성되었고, OCD 전극보호막은 스피너를 이용해 기판에 OCD를 코팅한 다음 소결함으로써 형성되었다.

3. 2단계에서 얻어진 기판에 400Å 두께의 배향막(4a,4b)을 형성했다. 이 배향막은 치소 코포레이션 제품인 PSI-X-A2001(폴리이미드) 또는 닛산 케미컬 인더서트리스(주) 제품인 RN715 등의 재료를 스핀 코터로 입힌 다음 소결함으로써 형성된다. 배향막의 두께는 200~1000Å 범위로 할 수 있다.

4. 3단계에서 제조된 기판들을 레이온형 천을 이용해 연마법으로 단축배향처리했다. 이 경우, 기판들(1a,1b)을 그 전극패턴들이 직각이 되게 서로 결합할 때와 같은 연마 방향을 갖도록 연마처리를 했다.

5. 1~4단계에서 처리된 상하 기판들 사이에, 직경 3.0㎛의 실리카 바이드들을 분산시켜 스페이서(6) 기능을 하게 했고, 이 기판들을 에폭시 수지 밀봉재(7)로 결합 했다.

6. 1~5단계에서 제작된 패널에 진공주입법을 이용해 본 발명에 따른 강유전성 액정 조성물(5)을 주입했다. 그 후, 그 주입구를 아크릴형의 UV-경화수지로 밀봉했다.

액정 셀의 구동

이렇게 제조된 액정 셀의 동작 특성을 확인하기 위해, 스위칭소자의 동작원리를 근거로 하여 샘플-홀드 회로를 이용해 기본 실험을 행하였다.

즉, 샘플-홀드 회로의 샘플링 상태로서의 스위칭소자의 ON 상태와 샘플링-홀드 회로의 홀드 상태로서 스위칭소자의 OFF 상태(이하 "홀드 상태"라 한다)를 이용해 동작원리를 확인했다.

샘플-홀드 회로에서, 액정 셀을 홀드 커패스터로 사용했다.

여기에 사용된 샘플-홀드 회로는 제28도에 도시된 회로로 구성된다. 제28도에 도시된 것은 스위칭소자와 액정 셀의 결합소자와 거의 동일한 샘플-홀드 회로를 이용한 스위칭소자와 액정 셀의 복합소자의 회로도이다. 본 회로에서, 내셔널 반도체 제품인 LF398을 샘플-홀드 회로로 사용했다. 이하, 샘플-홀드 회로로부터의 샘플링-소스 신호를 액정구동신호라 하고, 샘플-홀드 회로로부터의 샘플링 신호를 스위칭신호라 하며, 샘플링신호의 펄스폭을 게이트-펄스폭 이라 한다.

이렇게 제작된 강유전성 액정 셀을 크로스 니콜(crossed nicols)되게 분극자들 사이에 설치하여, 펄스를 인가할 때 투과 광의 세기가 최대값에 이르게 한다. 인가되는 전계에 응답해 LC셀을 통과하는 투과 광의 세기를 광트랜지스터로 측정했다. 액정셀이 반응하는 구형파(500Hz)를 이용하여 1에서 투과 광의 세기를 최대값으로 고정하고 0에서 투과 광의 세기를 최소값으로 고정함으로써 액정 셀의 스위칭이 정상화 되었다.

측정 시스템의 광원으로서 직류전류로 구동되는 백열등을 사용했다.

구동 실험(1)

(Merck Ltd. Poole England 제품인)BDH-858을 액정재료로 사용했다. 제29도에 도시된 파형, ON 상태를 만드는 펄스 인가시의 투과 광의 세기의 변화, 및 OFF 상태를 만드는 펄스 인가시의 투과 광의 세기의 변화에 따라 액정구동시호와 스위칭신호를 인가했을 때 액정에 인가되는 전압을 제30, 31도에 나타내었다 (액정신호들의 파고치는 +5V 이다). 제29도에 도시된 것은 제28도의 회로에 스위칭신호와 액정 구동신호를 인가할 때 액정에 인가되는 전계 세기의 변화를 그린 것이다.

제30도는 제28도에 도시된 회로에 인가되는 펄스, 액정 셀을 통과하는 전류, 및 액정이 OFF 에서 ON으로 바뀔 때의 광학적 응답의 파형들을 도시한 것이다.

제31도는 제28도에 도시된 회로에 인가되는 펄스, 액정 셀을 통과하는 전류, 및 액정이 ON에서 OFF 바뀔때의 광학적 응답의 파형들을 도시한 것이다.

제32도에는, 스위칭신호의 펄스폭이 0.1μsec에서 1000μsec으로 변하고 액정구동신호의 파고치가 +5V였을 때 홀드 상태에서 액정의 ON, OFF 상태의 평균 투과 광의 세기를 도시하였다. 제32도에 도시된 것은, 제29도에 도시된 파형에 따라 액정재료로서 BDH-858을 사용하는 앨정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호들에 따른 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시한 것이다.

제33, 34도에는, (Merck Ltd. Poole England 제품인) ZLE-3654와 (Chisso Corporation 제품인) CS-1024를 사용하는 본 실험의 회로의 스위칭신호의 폭이 0.1μsec에서 1000sec으로 변했을 때 홀드 상태에서의 액정의 ON, OFF 상태의 평균투과 광의 세기를 도시하였다. 제33도에는 제29도에 도시된 파형에 따라 액정재료로서 ZLI-3654를 사용하는 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 따른 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시하였다.

제34도에 도시된 것은, 제29도에 도시된 파형에 따라 액정재료로서 CS-1024를 사용하는 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 따른 액정셀의 투과 광의 세기 변화이다.

전술한 실험에 따르면, 다음 사실이 확인되었다. 자발분극작용을 갖는 액정분자들의 스위칭을 수행할 때, 전기적으로 선택되지 않은 화소가 개방되기 때문에 상기 스위칭 직전에 인가되는 전계가 유지되었다. 이런 효과때문에, 액정에 전계를 인가하는 기간은 종래의 단순-매트릭스 어드레스법에서 단일 액정 자체의 전기-광학적 스위칭을 유발할 필요가 있는 펄스폭보다 극히 짧은 폭을 갖는 펄스를 인가하여 스위칭을 할 수 있다는 것을 보여준다. 그러나, 이 경우 1회의 주사기간에 필요한 기간은 액정의 응답기간보다 길어야 한다.

비교예

강유전성 액정에 액정구동신호만을 인가했을 때 액정셀에 의해 투과되는 광의 세기의 변화를 특정했다 제36도에 도시된 것은, 게이트신호의 펄스폭을 변화시켜 액정셀에 액정구동신호만을 인가했을 때 이 액정셀에 의해 투과되는 광의 세기의 변화와 액정에 인가되는 전계의 세기의 변화이다.

즉, 제36도는, 제35도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가했을 때 스위칭신호에 따른 액정셀의 투과광의 세기의 변화를 보여준다.

비교예

샘플-홀드 회로로부터의 샘플-홀드 신호보다 먼저 펄스가 0 V가 되는 제37도에 도시된 파형에 따라 (액정에 인가되어야 하는) 펄스를 인가했을 때 투과 광의 세기의 변화를 특정했다. 즉, 제37도에 도시된 것은 스위칭 신호와 액정구동신호를 제28도의 회로에 인가할 때 액정에 인가되는 전계의 전압의 변화이다.

액정에 의해 투과된 광의 세기는 제38도에 도시된 펄스폭이 다른 게이트신호를 이용해 측정되었다. 즉, 제38도는 제37도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 따른 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시한 것이다.

비교예

샘플-홀드 회로에 인가되는 펄스로서 쌍극성이 펄스를 사용함으로써, 샘플-홀드 회로로부터의 샘플-홀드 신호보다 먼저 이 펄스가 0 V로 되는 제39도에 도시된 파형에 따라 (액정에 인가되어야 할) 펄스를 인가했을 때 투과 광의 세기의 변화를 특정했다. 제39도에 도시된 그래프는, 제28도의 회로에 스위칭 신호와 액정구동신호를 인가할 때 액정에 인가되는 전계의 세기를 도시한 것이다.

액정에 의해 투과된 광의 세기는 제40도에 도시된 펄스폭이 다른 게이트신호를 이용해 측정되었다. 즉, 제40도는 제38도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 따른 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시한 것이다.

상기 비교예들 각각은 적어도 메모리 펄스폭과 같은 펄스폭이 액정의 전기-광학적 스위칭에 필요하다는 것을 보여주는바, 이는 전계가 유지되지 않았기때문이다.

구동 실험(2)

도면에 도시된 파형을 갖는 펄스를 샘플-홀드 회로에 인가함으로써 전술한 것과 같은 식으로 투과 광의 세기의 변화를 검사하였다.

제40도에 도시된 것은, 액정구동신호의 전압이 +10V이고 액정재료로서 (Merck Ltd. Poole England 제품인) BDH-858을 사용할 경우 샘플링신호의 펄스폭이 0.1μsec에서 1000μsec로 변했을 때 인가되는 제41도의 파형을 갖는 펄스에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기의 변화이다. 제41도에 도시된 그래프는, 스위칭신호와 액정구동신호가 제28도의 회로에 인가될 때 액정이 인가되는 전계의 세기의 변화를 나타낸 것이다.

각각의 액정재료의 샘플링신호의 펄스폭에 대해 액정이 응답할 수 있는 구형파(500Hz)에 따른 투과 광의 세기의 변화를 1로 결정할 때 도면에 도시된 파형들에 따라 펄스를 인가함으로써 서로 단 4가지 홀드 상태가 발생했다. 4가지 홀드 상태들은 다음과같다 : (1) 액정을 ON 상태로 하는 펄스를 인가한 직후의 홀드 상태 ; (2) 액정일 ON 상태을 때 OV에서 샘플된 홀드 상태; (3) 액정을 OFF 상태로 하는 펄스를 인가한 직후의 홀드 상태; 및 (4) 액정이 OFF 상태일 때 샘플된 홀드 상태. 이들 4가지 유지 상태의 투과 광의 세기의 변화를 제42도에 도시하였다. 즉, 제42도에 도시된 것은, 유지중은 액정셀에 인가되는 전계를 갖는 제39도에 도시된 파형들에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 초기의 ON 상태로부터 스위칭신호에 응답하는 투과 광의 세기의 변화와, 인가되는 전계가 제로로 되어 고임피던스를 한번 더 발생시킬 때 초기의 OFF 상태로부터 스위칭신호에 응답하는 투과 광의 세기의 변화이다. 제42도의 결과는 다음과 같이 확인되었다.

이 경우, 광학적 응답은 제1 액정구동신호에 의해 생기고 액정에 인가되는 전계는 스위칭소자의 그 다음 동작에 방전되어, 액정에 인가되는 감소된 직류성분을 갖는 동작을 제공한다.

TFT와 SSFLCD를 조합하면, 1화면을 만드는 모든 스위칭소자들을 주사하는 1필드 기간을 단순매트릭스형 SSFLCD에 비해 단축할 수 있다.

액정 자체의 메모리 특성이 표시에 사용된 액정의 정렬에 이용되기 때문에, 인가되는 전계를 감소시킬 수 있다.

비교예

제43도의 파형을 갖는 펄프를 샘플-홀드 회로에 인가함으로써 전술한 것과 마찬가지로 투과 광의 세기의 변화를 검사했다.

표시기간 길이가 비표시 기간과 같을 때 펄스폭이 다른 게이트신호를 이용해 액정의 투과 광의 세기의 변화를 검사한 다음 제44도에 표시하였다. 즉, 제43도는 표시기간이 비표시 기간과 동일한 펄스 파형들에 따라 제28도의 회로에 스위칭신호와 액정구동신호를 인가할 때의 전계 세기를 도시한 것이고, 제44도는 제34도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기 변화를 도시한 것이다. 제44도를 보면, 표시기간 길이가 비표시 기간과 동일하기 때문에 투과 광의 세기가 50%이고 따라서 광학적 응답이 관찰됨에도 불구하고 명확한 ON-OFF 표시를 얻을 수 없음을 알 수 있는데, 이는 1프레임의 휘도가 평균화 되기때문이다.

구동 실험(3)

제43도의 파형을 갖는 펄스를 샘플-홀드 회로에 인가함으로서 전술한 것과 같은 식으로 투과 광의 세기의 변화를 검사했다.

펄스 폭이 다른 게이트신호를 이용해 액정의 투과 광의 세기를 제46도에 도시하였다. 즉, 표시기간의 길이가 비표시 기간과 동일하고 비표시 기간 동안에 고주파가 중첩되는 펄스 파형에 따라 제28도의 회로에 스위칭신호와 액정구동신호를 인가할 때 액정에 인가되는 전계의 세기를 제45도에 도시하였다. 제46도에 도시된 것은, 제45도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계가 인가될 때 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기의 변화이다. 제45, 46도에서, 표시기간의 길이는 제43, 44도와 마찬가지로 비표시 기간의 길이와 동일하다. 그러나, 비표시 기간 동안에 고주파가 중첩되기때문에, 본 발명에 사용된 액정분자(E〉0)는 분자 자체가 움직이는 성질이 있음에도 중첩된 고주파때문에 전계를 따라가고, 따라서 완전한 스위칭을 이룰 수 없다. 따라서, 비표시 기간의 광학적 변화가 표시 기간의 변화에 비해 충분히 작아진다. 즉, 직류성분을 소거하는데 효과적인 전계가 인가됨에도 불구하고, 액정분자들이 전계를 따라 움직이지 않기 때문에, 광학적 변화가 거의 생기기 않는다.

이런 경우, 액정에 중첩된 고주파의 펄스폭을 적어도 액정에 필요한 기간보다 광학적으로 50%까지 (바람직하게는 액정에 필요한 기간보다 광학적으로 10% 까지) 짧게 할 필요가 있다

본 실시예에서 사용된 액정이라면, 액정의 응답기간이 80μsec 이기때문에 고주파의 펄스폭이 적어도 50μsec 또는 그 이하일 필요가 있다. 본 실시예에서 중첩된 고주파의 펄스폭은 3μsec 이다(주파수 167KHz, V_PP=+5V).

구동 실험(4)

제47도의 파형을 갖는 펄스를 샘플-홀드 회로에 인가함으로서 전술한 것과 같은 식으로 투과 광의 세기의 변화를 검사했다.

펄스폭이 다른 게이트신호를 이용하여 액정의 투과 광의 세기를 제48도에 도시하였다. 즉, 제47도에 도시된 것은 표시 기간이 비표시 기간보다 짧아지는 파형에 따라 제28도의 회로에 스위칭시호와 액정구동신호가 인가될 때 이 액정에 인가되는 전계 세기이고, 제48도에 도시된 것은 제47도의 파형에 따라 액정셀에 인가될 때 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기의 변화량이다. 제48도는 표시기간의 길이가 비표시 기간과 다를 때의 광학적 변화를 보여준다.

표시 기간 : 비표시 기간=10msec : 5msec

구동 실험(5)

제49도의 파형을 갖는 펄스를 샘플-홀드 회로에 인가함으로서 전술한 바와 같은 식으로 투과 광의 세기의 변화를 검사했다.

펄스폭이 다른 게이트신호를 이용하여 액정의 투과 광의 세기를 제50도에 표시하였다. 즉, 제49도는 액정에 인가되는 전계를 소거하지 않고도 4개의 계조를 표시하기 위해 각각의 계조에 대해 (각 주사기간을 서로 다르게 하는 구동법으로) 제28도의 회로에 인가되는 스위칭신호와 액정구동신호의 파형들을 보여주고, 제50도는 제49도에 도시된 파형들에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 응답하는 각각의 계조에 대한 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 보여준다. 제49도에서, 첫번째 주사에 필요한 기간은 5msec로 하고 두번째 주사에 필요한 기간을 10msec로 한다. 제50도에서, 액정 구동법상 전계를 소거하기 위한 비표시 기간이 없기 때문에 명 상태와 암 상태 사이의 광의 세기를 변화시킬 필요가 없으므로, 광학적 변화가 계조0에 대해서는 1%이고,계조 1에 대해서는 33%이며, 계조 2에 대해서는 67%이고, 계조 3에 대해서는 100%로 된다. 1프레임을 구성하는 2회의 주사로 각각 다른 4개의 계조들이 얻어진다.

구동법(6)

제51도의 파형을 갖는 펄스를 샘플-홀드 회로에 인가함으로써 전술한 바와 같은 식으로 투과 광의 세기의 변화를 검사했다.

펄스폭이 다른 스위칭신호를 이용하여 액정의 투과 광의 세기를 제52도에 표시하였다. 제51도는 인가되는 전계를 소거하기 위한 비표시 기간이 제공된 파형들을 보여주고, 여기서 비표시 기간 전의 표시 기간은 4msec이며, 비표시 기간 이후의 표시 기간은 8msec이고, 비표시 기간은 2msec이다. 본실시예에 도시된 파형들은 액정셀에 인가되는 전계를 와 히 소거하지 않는다.

제52도는 제51도에 도시된 파형에 따른 구동 중의 투과 광의 세기를 도시한 것이다, 각 계조에 대한 작동중의 투과 광의 세기는 계조 0에 대해서는 15%이고, 계조 1에 대해서는 43%이며, 계조 2에 대해서는 57%이고, 계조 3에 대해서는 86%이다, 액정에 인가되는 전계를 소거하기 위한 비표시 기간을 둠으로써, 광의 세기의 손실이 명 상태와 암 상태 모두에서 증가하여, 광학적 동적 범위가 촉소된다.

1프레임을 구성하는 3회의 주사(3 필드)로 투과 광의 세기가 다른 4개의 계조들 (2^3-1개)이 얻어진다

구동 실험(7)

광원의 광의 세기가 액정셀을 구동하는 신호와 동기화되는 구성을 갖는 특성들을 검사했다.

광원으로는 형광등을 사용했다.

제53도에 도시된 것은 샘플-홀드 회로에 인가되는 펄스의 파형과 광원의 광의 세기의 변화 사이의 관계이다. 이 경우의 투과 광의 세기의 변화를 검사했다.

펄스폭이 다른 스위칭신호를 사용해 액정의 투과 광의 세기를 제54도에 표시한다. 즉, 제53도는 제28도의 회로에 인가되는 스위칭신호와 액정구동신호, 및 액정판에 인가되는 펄스와 동기화되게 액정을 조명하는 광의 세기를 변화시켜서 4개의 계조를 표시하기 위한 액정 광원의 광의 세기 변화를 보여주고, 제54도는 제53도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 따른 각 계조에 대한 액정의 투과 광의 세기의 변화를 보여준다.

이 실허은 백라이트의 조명이 액정구동신호와 동기되게 변하는 것을 특징으로 한다.

비표시 기간 앞의 기간에서 백라이트를 작동시켜 주파수는 25Hz로 세트했다. 비표시 기간 이후의 표시기간에서, 백라이트를 작동시키는 펄스는 처음 2msec 동안에 인가하지 않았고 처음 2msec 이후에 인가되는 백라이트 구동 펄스의 주파수를 50Hz로 세트했다. 비표시 기간에서는, 백라이트를 작동시키는 펄스를 인가하지 않았다.

제54도에는 제52도와 동일한 액정의 스위칭을 도시하였지만, 각각의 인접 계조들 사이의 투과 광의 세기차는 광원을 작동시키는 펄스의 주파수가 변화여 화면의 휘도가 변하기때문에 충분히 크다. 이 경우, 광학적 변화량은 계조 0에 대해서는 50%, 계조 1에 대해서는 35%, 계조 2에 대해서는 65%, 계조 3에 대해서는 90%가 된다 (투과 광의 세기 100%는 백라이트의 구동 주파수가 25KHz일 때의 휘도를 근거로 하다).

실시예 2

TFT 매트릭스 셀의 제조

제55도와 56도는 비정질 실리콘 TFT를 사용하는 강유전성 액정의 단면도이고, 제57도는 TFT 기판의 사시도이다, 이들 도면들 각각은 본 발명에 따른 액정판의 구성을 보여준다.

액정셀은 다음 단계에 따라 제작된다.

1. 유리 또는 플라스틱 기판(31)에 스퍼터링법으로 Ta 막을 증착한 다음 소정 패턴으로 형성하여 게이트배선(32)과 게이트전극(35)을 형성한다.

2. 단계 1에서 얻어진 기판에, SiN_x절연막(33), a-Si 반도체층(40), 및 인을 도프한 a-S로된 n⁺확산층(41)을 플라즈마 CVD법으로 연속해서 형성했다. 상기 a-Si 반도체층(40)과 (인을 도프한 a-Si) n⁺확산층(41)을 패턴화했다.

3. 단계 2에서 얻어진 기판에 스퍼터링법으로 ITO 막을 증착한 다음 패턴화하여 화소전극(37)을 형성했다.

4. 단계3에서 얻어진 기판에 스퍼터링법으로 Ti막을 증착한 다음 패턴화하여 소스전극(36)과 드레인전극(38)을 형성했다.

5. 단계4에서 얻어진 기판상에, 500Å 두께의 SiO₂절연막(42)을 형성했다.

6. 단계 5에서 얻어진 기판상에 차광층(44)을 형성했다.

7. ITO막으로 구성된 대향전극(45)을 스퍼터링법으로 다른 기판상에 형성했다.

8. 단계7에서 얻어진 기판상에 500Å 두께의 SiO₂절연막(42)을 형성했다. 이 절연막의 두께는 300~5000Å으로 할 수 있지만, 500~2000Å이 바람직하다.

9. 단계 6, 8에서 얻어진 기판들상에 Chisso Corporation 제품인 PSI-X-A-2001이나 Nissan Chemical Industries, Ltd. 제품인 RN715를 이용해 스핀 코터로 400Å 두께의 배향막(43)을 형성했다. 이 배향막의 두께는 100~5000Å으로 할 수 있지만, 500~2000Å이 바람직하다.

10. 단계9에서 제조된 기판들(46,47)을 레이온형 천을 이용해 연마기술에 의해 실시하는 단축배향처리르 하였다. 이 경우, 기판들(46,47)을 서로 결합했을 때 연마 방향이 같아지도록 연마처리를 했다.

11. 단계1~10을 통해 제조된 상하 기판들 사이에, 직경 3.0㎛의 실리카 비이드들을 배치하여 스페이서(6)의 역할을 하게 했으며, 이 기판들을 에폭시 수지의 밀봉재로 결합했다.

12. 이상의 단계에서 제조된 액정판에 진공주입법으로 본 발명에 따른 강유전성 액정 조성물을 주입했다. 그 후, 주입구를 아크릴형의 UV-경화수지로 밀봉했다.

구동 실험(1)

제58도의 파형들을 갖는 펄스들을 게이트전극, 소스전극, 공통전극의 각 단자에 인가하여 마찬가지로 투과광의 세기의 변화를 검사했다. 즉, 제58도에 도시된 것은, TFT 판의 게이트단자, 소스단자 및 공통단자 각각에 인가되는 신호 파형들과 비표시기간 동안 고주파들이 중첩될 때 액정에 인가되는 전계의 파형들이다.

펄스폭이 다른 게이트신호를 이용해 액정의 투과 광의 세기를 제59도에 표시한다. 즉, 제59도는 제58도에 도시된 파형들에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 대한 투과 광의 세기의 변화를 보여준다.

본 실험은 비표시 기간 동안 공통단자로부터 액정으로 고주파가 인가됨을 특징으로 한다.

비표시 기간 동안 액정에 중첩되는 고주파의 주파수는 250KHz이다. 이 경우, V_PP는 +5V였고, 표시 기간과 각각은 4msec였다.

제59도에 의하면, 동가회로에서는 실행되었던 폭 1μsec 이하의 게이트신호에 응답하는 구동이 (제46도에 참조) 실행되지 않았음에도 불구하고, 액정재료의 광학적 응답보다 더 짧은 폭을 갖는 게이트신호에 응답하는 스위칭 실행되었고, 실제로는 고주파들을 중첩하는 방법에 의해 TFT에 판으로 투과 광의 세기의 광학적 차이를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이 경우, OFF 상태와 ON 상태에서의 투과 광의 세기의 변화는 각각 약 22%, 79%였다.

구동 실험(2)

제60도의 파형들을 갖는 펄스를 액정셀의 게이트전극, 소스전극, 공통전극의 각 단자에 인가하여 투과 광의 세기의 변화를 검사하였다.

펄스폭이 다른 게이트신호를 이용하여 액정의 투과 광의 세기를 61도에 표시하였다. 즉, 제60도는 비표시 기간이 표시 기간보다 짧은 어드레스법으로 TFT판의 게이트단자, 소스단자 및 공통단자 각각에 인가되는 신호 파형과 액정에 인가되는 전계의 파형을 도시한 것이고, 제61도는 제60도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 대한 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시한 것이다.

본 실험은 표시 기간과 비표시 기간의 길이가 서로 다름을 특징으로 한다. 본 실시에에 사용된 표시 기간과 비표시 기간은 각각 9msec, 3msec이다.

제61도에 의하면, 등가회로에서는 실행되었던 폭 1μsec 이하의 게이트신호에 응답하는 구동(제46도 참조)이 실행되지 않았음에도 불구하고 액정재료의 광학적 응답보다 더짧은 폭을 갖는 게이트신호에 응답하는 스위칭이 실행되었고, 표시기간과 비표시기간이 차이때문에 실제로는 TFT판으로 투과 광의 세기의 광학적 차이를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이 경우에, OFF 상태와 ON 상태에서의 투과 광의 세기의 변화는 각가 약 25%, 75% 이었다.

구동 실험(3)

액정셀의 게이트전극, 소스전극 및 공통전극의 각 단자에 제62도의 파형을 갖는 펄스들을 인가함으로써 투과광의 세기의 변화를 검사했다. 펄스폭이 다른 게이트신호를 사용해 액정의 투과 광의 세기는 제63도에 표시하였다. 즉, 제62도는 액정에 인가되는 전계를 소거하지 않고 4개의 계조들을 표시하기 위하여 (각각의 주사기간이 서로 다른 구동법으로) 각각의 계조에 대한 TFT 판의 게이트전극, 소스전극 및 공통전극에 인가되는 스위칭신호들과 액정구동신호들의 파형들을 보여주는 것이고, 제63도는 제62도에 도시된 파형들에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 도시한 것이다.

본 실험은 상기 전극에 전혀 소거되지 않고 인가되는 전계의 파형들을 특징으로 한다. 이 경우에 소모된 전자의 표시기간과 후자의 표시기간은 각각 4msec과 8msec이다.

제63도는, 등가회로(제46도 참조)에서는 실행되었던 폭 1μsec 이하의 게이트 신호에 응답하는 구동이 실행되지 않았음에도 불구하고 액정재료의 광학적 응답보다 더 짧은 폭을 갖는 게이트신호에 응답하는 스위칭은 실행되었고, 4개의 계조들이 얻어졌음을 특징으로 한다. 계조 0에 대한 광학적 변화는 0%이고, 계조 1은 33%이며, 계조 2는 67%이고, 계조 3은 100%이다, 1 프레임을 구성하는 2회의 필드 주사로, 투과 광의 세기가 다른 4개의 계조들을 얻었다.

그러나, 이 구동법은 동일한 화상을 오랫동안 표시하는 상황에는 바람직하지 않은데, 이는 특정 부분에 단락성분이 인가되지 때문이다.

구동 실험(4)

액정셀의 게이트전극, 소스전극, 공통전극의 각 단자에 제64도의 파형을 갖는 펄스들을 인가함으로써 투과광의 세기의 변화를 검사했다. 즉, 제65도는 액정에 이가되는 전계를 소거하는 파형들의 조합으로 4개의 계조들을 표시하기 위해 각계조에 대해(각 필드를 주사하는 기간이 각각 다른 구동법으로) TFT판의 게이트전극, 소스전극 및 공통전극에 인가되는 스위칭신호와 액정구동신호의 파형들을 보여준다.

펄스폭이 다른 게이트신호를 이용한 액정의 투과 광의 세기를 제65도에 표시하였다. 즉, 제65도는 제65도에 도시된 파형에 따라 액정셀에 전계를 인가할 때 스위칭신호에 응답하는 액정셀의 투과 광의 세기의 변화를 보여준다.

본 실험은, 액정에 인가되는 전계를 소거하는 펄스를 인가하는 비표시 기간을 제공함을 특징으로 한다. 앞의 표시기간, 뒤의 표시기간 및 비표시 기간은 각각 4msce, 8msce, 2msce이다. 제65도에 도시된 바와 같이, 본 실험은, 등가회로(제46도 참조)에서는 실행되었던 폭 1μsec 이하의 게이트신호에 따른 구동은 실행되지 않았음에도 불구하고 액정재료의 광학적 응답보다 짧은 폭을 갖는 게이트신호에 응답하는 스위칭이 실행되었고, 4개의 계조들을 얻었음을 특징으로 한다. 광학적 변화는 계조 0에 대해서는 14%였고, 계조 1에 대해서는 43%였으며, 계조 2에 대해서는 57%였고, 계조 3에 대해서는 86%였다. 1프레임을 구성하는 3회의 주사로, 투과광의 세기가 각각 다른 4개의 계조(2^3-1개)를 얻었다.

그러나, 제64도에 도시된 파형을 본 실시예의 펄스 세팅에 인가하면, 전계가 완전히 소거되지 않았다.

실시예 1, 2의 실험결과에 의해, 다음과 같은 결론이 우선적으로 얻어졌다. (a) 액정에 전계를 인가한 상태에서 스위칭소자를 OFF하면, 모든 스위칭소자들은 액정분자들은 광학적으로 스위치하는데 필요한 기간보다 짧은 폭의 게이트신호를 갖는 1화면을 만든다. (b) 1프레임을 표시하는 기간 내의 비표시 기간 동안의 휘도의 변화로 생기는 표시 조명의 변화를 감소시키기 위하여; 비표시기간을 표시기간 보다 짧게 하고; 비표시기간 동안 액정셀에 고주파를 중첩하며; 액정판의 주사와 동기적으로 광원에서 나오는 광의 세기를 변화시키는 것이 효과적이다. (c) 1 프레임을 표시하는 m회의 필드 주사 각각에 대해 액정에 의한 투과 광의 세기를 다르게 하면, 1프레임을 표시하는 주사로부터 얻어지 수 있는 최대 2^m개의 계조를 표시할 수 있다.

자발분극을 갖는 액정을 이용하고, 액정의 응답기간보다 짧은 기간 동안 스위칭 소자를 충전하여 액정을 충전하며, 인가되는 전계으로 액정분자들을 구동하면, 주사속도가 증가하고, 그 결과 1 프레임을 여러 필드로 구성할 수 있어, 필드의 조합에 따라 여러개의 계조로 된 표시화상을 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. 주사선과 데이타선에 연결된 스위칭소자들과, 이 스위칭소자의 도움으로 액정에 전계를 인가하는 화소전극들을 포함하며, 상기 스위칭소자들과 화소전극들은 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 액정은 자발분극을 갖는 액정으로 이루어지는 액티브-매트릭스 액정표시장치의 구동방법에 있어서; 액정의 전기-광학적 응답기간 보다 짧은 기간 동안 상기 스위칭소자들과 화소전극들을 통해 액정에 전계를 인가하여, 액정분자들을 여진하도록 액정을 충전하는 단계 ; 선형 순차 모드로 전계를 인가해 모든 주사선에 대응하는 화소전극에 놓여있는 액정을 주사하여, 1개의 화상 필드를 형성하는 단계; 상기 화상 필드를 여러개를 직렬로 결합하여 1프레임을 형성하는 단계; 및 그 결과 표시된 화상을 다수의 계조들에 제공하는 단계로 구성되는 액티브-매트릭스 액정표시장치의 구동방법.
2. 제1항에 있어서, 1프레임을 형성하는 상기 화상 필드들 각각을 같은 기간동안 주사하는 액티브-매트릭스 액정표시장치의 구동방법.
3. 제1항에 있어서, 1프레임을 형성하는 상기 화상 필드들을 각각 다른 기간동안 주사하는 액티브-매트릭스 액정표시장치의 구동방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 프레임이 n개의 화상 필드로 구성되어 2ⁿ개의 계조를 제공하는 액티브-매트릭스 액정표시장치의 구동방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 전계는 1프레임을 형성하는 기간 동안에 소거될 정도의 크기와 극성을 갖는 액티브-매트릭스 액정표시장치의 구동방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 전계는 다수의 프레임을 형성하는 기간 동안에 소거될 정도의 크기와 극성을 갖는 액티브-매트릭스 액정표시장치의 구동방법.
7. 제1항에 있어서, 인가되는 전계를 소거하기 위해 액정의 전기-광학적 응답기간 보다 짧은 기간을 갖는 고주파 전압을 액정에 인가하는 단계를 더 포함하는 액티브-매트릭스 액정표시장치의 구동방법.