KR970009403B1 - 강유전성 액정 디스플레이를 어드레싱하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

강유전성 액정 디스플레이를 어드레싱하는 방법

제1도는 좌표를 기초로 하여 공지된 방법으로 액정셀을 어드레싱하는데 사용되는 파형을 나타낸 도면.

제2도는 공지된 방법으로 스위칭을 달성하는데 필요한 펄스 진폭 펄스 주기에 대한 스위칭 특성을 나타낸 그래프.

제3도는 제1도의 구성에서 발생된 파형을 나타낸 도면.

제4도는 강유전성 액정 재료의 스위칭 특성을 나타낸 그래프.

제5도는 액정셀의 개략적인 사시도.

제6도는 매트릭스 배열로 도시한 액정셀의 개략적인 평면도.

제7도는 본 발명에 따라 제공된 액정셀을 어드레싱하는 방법에 사용된 파형을 나타낸 도면.

제8도는 강유전성 액정 재료의 스위칭 특성을 나타낸 그래프.

제9도는 제7도의 구성에서 발생된 파형을 나타낸 도면.

제10도는 식(1)을 유도하는 이론에 사용된 용어의 정의를 분명하게 나타낸 설명도.

제11도는 특정 재료의 스위칭 특성이 P_s의 함수로 어떻게 변화하는가를 나타낸 그래프.

제12도는 스위칭 특성이 a.c 안정의 존재에 의해 어떻게 변경되는가를 나타낸 그래프.

제13도는 강유전성 액정 재료의 특성을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2 : 데이터 펄스 3,4 : 스트로브 펄스

30 : 액정셀 31, 32 : 유리판

33 : 주변 밀봉체 34, 35 : 전극층

36 : 화소 37 : 행 전극

38 : 열 전극 39 : 행 드라이버

40 : 열 드라이버

본 발명은 강 유전성 액정셀을 어드레싱하는 것에 관한 것이다.

액정층으로 구성되는 매트릭스형 디스플레이 장치에 있어서, 매트릭스의 화소를 액정측의 한 측면에 있는 제1세트의 전극의 부재와 액정층의 다른 측면에 있는 제2세트의 전극의 부제 사이의 중복 영역에 의해 한정된다. 화소의 광학적 상태를 결정하기 위해 그 화소의 분자를 가로질러 전계가 인가되는데, 이는 화소를 한정하는 제1세트의 전극의 부재와 제2세트의 전극의 부재에 전압을 인가함으로써 이루어진다.

2개의 스트립 전극층 사이의 트위스트 네마틱 셀을 포함하는 액정셀을 한 라인씩 어드레싱하기 위해, 행전극으로 불리는 제1세트의 전극의 부재에 스트로브 펄스가 직렬로 공급되며, 동시에 열 전극으로 불리는 제2세트의 전극의 부재에 데이터 펄스가 병렬로 공급된다. 이들 펄스를 전기화학 성능저하 효과(electrochemical degradation effect)을 피하기 위해 교번 전위의 버스트로 되고, 상기 데이터 펄스의 교번 전위는 어떤 하나의 데이터 값을 갖는 데이터 펄스를 위해 스트로브 펄스의 교번 전위와 정확히 동위상으로 되고, 다른 데이터 값을 갖는 데이터 펄스를 위해 정확히 역위상으로 되도록 배열된다. 만약 스트로브 펄수와 데이터 펄스 전압이 각각 ±V_S및 ±V_D사이에서 교번하고 현재 ±V_S로 스트로브되고 있는 행 전극과 다른 모든 행 전극이 OV로 유지된다면, 현재 스트로브되고 있는 행의 화소에는 데이터 펄스의 데이터 값에 따라±(V_S+V_D) 또는 ±(V_S-V_D)의 전압이 제공되는 한편, 모든 나머지 화소는 ±V_D이 제공된다. 액정셀은 동작 중에 전압 임계치를 나타내며, 그에 따라 V_S와 V_D의 진폭은 한 주기의 ±(V_S+V_D)와 N-1주기의 ±V_D평균 rms가 화소를 구동하기에는 충분하지만 한 주기의 ±(V_S-V_D)와 N-1 주기의 ±V_D의 평균 rms가 화소를 구동하기에는 불충분하도록 선택된다.

유사한 종류의 전압 임계 효과가 참고 문헌(N.A. Clark et al., Ferro-electric Liquid Crystals Electro-optics Using the Surface Stabilised Structure, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1983 volume 94 page 213 세 234)에 기술되어 있으며, 그 후 매트릭스를 한 라인씩 어드레싱하는 다수의 형식들이, 예를들여 영국 특허 출원 번호 제2173336호 및 제2173629호에 개시되었다. 상기 어드레싱 형식들은 교번 전위의 펄스를 사용하지 않는다. 왜냐하면 강유전성 쌍극자는 트위스트 네마틱 또는 임의의 다른 형태의 비강유전성 셀로부터 유도된 쌍극자와는 달리, 어느 주어진 방향으로 인가된 전계포인트인지 또는 정확히 반대 방향으로 인가된 전계 포인트인지의 여부에 따라 데이타른 방식으로 인가 전계와 상호 작용하기 때문이다. 따라서 상기 형식들은 단극성 또는 쌍극성 스트로브 펄스와 함께 작용하는 쌍극성 데이터 펄스를 사용했다. 데이터 펄스는 전기 화학 성능저하 효과를 파하기 위해 전하 평형(charge balance)되도록 편리하게 배열되고, 만약 단극성 스트로브 펄스가 사용된다면 단극성 스트로브 펄스의 극성을 주기적으로 변화시킴으로써 또는 임의의 다른 수단에 의해 필요한 장기 전하 평형을 복구하기 위한 단계가 취해진다. 상기 각각의 형식은 한편으로는 화소의 양단에 +(V_S+V_D)의 전위차를 발생시킴으로써 화소가 한 쌍안정 상태로 유지되거나 스위칭되고 -(V_S+V_D)의 반대 전위차를 발생시킴으로써 화소가 다른 쌍안정 상태로 유지되거나 스위칭되도록 스트로브 및 데이터 펄스 전압을 선택하고, 다른 한편으로는 +(V_S+V_D), -(V_S-V_D), +V_D및 -V_D의 전위차가 스위칭을 실행하기에 충분하지 못하도록 스트로브 및 데이터 펄스 전압을 선택한다.

예로써, 제1도는 특히 영국 특허출원 제2173629호에 개시되어 있는 어드레싱하는 형식 중 어느 하나와 유사한 한 라인씩 어드레싱하는 형식에 이용된 파형을 도시한다. 이것은 양 및 음의 단극성 스트로브 펄스(3,4)와 작용시키기 위해 대칭 쌍극성 데이터 펄스(1,2)를 사용한다. 한 세트의 행 전극의 각각에 스트로브 펄스가 직렬로 공급되는 것과 동시에 데이터 펄스가 한 세트의 열 전극에 병렬로 공급됨으로써 한 라인씩 데이터가 입력된다. 임의적으로 데이터 '0' 펄스로 지정된 데이터 펄스(1)는 지속 시간(ts) 동안의 -V_D의 전압 구간과 이 구간 바로 다음에 이어지는 다른 지속 시간(ts) 동안의 +V_D의 전압 구간으로 이루어진다. 임의적으로 데이터 '1' 펄스로 지정된 데이터 펄스(2)는 데이터 펄스(1)와 유사하나 전압 구간의 순서가 반대로 된다. 스트로브 펄스(3)는 지속 시간(ts) 동안 -V_S전압 구간으로 이루어진는 한편, 스트로브 펄스(4)는 지속 시간(ts)동안-Vs 전압 구간으로 이루어진다. 원칙적으로, 상기 스트로브 펄스들은 데이터 펄스의 제1전압 구간과 동기되거나 또는 제2전압 구간과 동기될 수 있으며, 제2전압 구간과의 동기가 제1도에 예시되어 있다. 데이터 '0' 펄스(1)와 양의 스트로브 펄스(3)의 일치로 어드레싱되는 화소는(V_S-V_D)의 최대 전압 크기를 가지는 부호 5로 표시된 파형에 노출되어 스위칭되지 않는다. 데이터 '1' 펄스(2)와 양의 스트로브 펄스(3)의 일치로 에드레싱되는 화소는 (V_S+V_D)의 최대 전압 크기를 가지는 부호 6으로 표시된 파형에 노출되어 안정 상태 중 한 안정상태에서 다른 안정 상태로 스위칭될 수 있으나, 역방향으로는 스위칭될 수 없다. 역방향으로의 스위칭은 반대 방향으로 향하는 스트로브 펄스(4)에 의해 달성되며, 이 스트로브 펄스(4)와 데이터 '0' 펄스(1)의 일치는(V_S-V_D)의 최대 전압 크기를 갖는 부호 7로 표시된 파형에 화소를 노출시킨다. 그러나 데이타 '1' 펄스(2)와 음의 스트로브 펄스(4)의 일치로 어드레싱되는 화소는 (V_S-V_D)의 최대 전압 크기를 가지는 부호 8로 표시된 파형에 노출되어 스위칭되지 않는다.

강유전성 셀 화소의 스위칭은 그 화소에 제공되는 전압 뿐만 아니라 그 전압이 유지되는 지속 시간에 따라 결정된다. 그 특성은 로그 스위칭 전압 지속 시간(응답 시간)이 로그 스위칭 전압 진폭의 함수로 작동되어 있는 제2도에 부호 10으로 표시되어 있다. 이 특성은 영역 A와 영역 B를 분리하며, 영역 A에서는 스위칭 자극이 스위칭을 실행할 수 있으며, 영역 B에서는 스위칭 자극이 스위칭을 실행하지 못한다. 특정 펄스 지속 시간(ts)동안 (V_S+V_D)가 안전하게 영역 A내에 놓이도록 스트로브 펄스 전압(V_S) 및 데이터 펄스 전압(V_S)의 적정값을 선택하는데에는 뚜렷한 문제가 없다. 다음에 스트로브 펄스 전압(V_S)의 값에 비해 너무 작지 않은 데이터 펄스 전압(V_D)의 값을 선택하면, (V_S-V_D)가 펄스 지속 시간(ts)동안 영역 B내에 안전하게 놓이도록 정할 수 있음이 명백하다. 그러나, 데이터 '0' 펄스(1)와 양의 스트로브펄스(3)의 일치는 진폭(V_S-V_D)과 지속시간(ts)의 고립 펄스에 화소를 노출시키기 않고, 오히려 진폭 (V_S-V_D)과 지속시간(ts)의 펄스가 동일 부호의 V_D와 지속 시간(ts)의 펄스 바로 다음에 오는 파형(5)에 화소를 노출시키는 것에 주목해야 한다. 더욱이 제3도에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 '0'펄스가 데이터 '1'펄스의 직후에 오게되면, 화소는 지속시간 2ts 및 진폭 V_D의 펄스와 이 펄스 바로 다음에 오는 지속 시간 ts 및 진폭 (V_S-V_D)의 펄스로 이루어진 파형(9)에 노출된다는 것을 알 수 있다.

만약 스트로브 펄스 전압(V_S) 및 데이터 펄스(V_D)의 값이 제2도에 도시된 것과 같은 특성을 갖는다면, 양의 스트로브 펄스(3)와 데이터 '1' 펄스(2)의 일치는 화소를 파형(6)에 노출시키는데, 지속 시간(ts) 동안의 상기 파형(6)의 진폭 (V_S-V_D)은 스위칭 영역 A 내에 안전하게 놓여 있는 동작점(12)에 대응하는 스위칭 자극을 제공하기에 충분하다. 진폭(V_S-V_D) 및 지속시간 ts의 고립 펄스는 비스위칭 영역 B 내에 안전하게 놓여 있는 점(13)에 대응하는 스위칭 펄스를 제공하지만, 전술한 바와 같이 양의 스트로브 펄스(3)와 데이터 '0'펄스의 일치에 의해 화소를 어드레싱하는 것은 고립 펄스 (V_S-V_D)가 아닌 파형(5)을 발생하므로, 유효 펄스는 점(13)의 레벨 위에 있는 어느 실제 동작점에 대응한다. V_S및 V_D의 값이 V_S=2V_D가 되도록 선택되었으면 V_D=(V_S-V_D)이며, 유효 펄스는 점 (13)의 수직 상방에 있는 실제 동작점을 제공할 것이다. V_S=2V_D이고 데이터 '0'펄스가 제3도의 파형(9)을 발생하도록 데이터 '1'펄스 바로 다음에 놓이는 경우, 유효 펄스는 점(13)의 수직 상방에 위치하고, (V_S-V_D) 가로 좌표가 3ts 세로 좌표와 교차하는 점(14)에 있는 실제 동작점을 제공한다. 특성 곡선의 기울기에 따라, 이 실제 동작점은 원하는대로 비스위칭 영역 B에 있는 것이 아니라, 스위칭 영역 A 내에 있다 (제2도 도시됨). 특성 강유전성 재료의 특성 곡선의 정밀한 형태에 따르면 V_S=2V_D는 스위칭을 위해 어드레싱된 화소 및 동일한 상태로 유지하기 위해 어드레싱된 화소 사이를 판별할 수 있는 최상의 기대를 제공하는 비율로 선택되지 않는다. 사실상, 판별에 대한 문제는 약 2보다 오히려 전형적으로 4-6범위의 인수만큼 V_D를 V_S보다 작게 선택함으로써 완화된다.

그러나 너무 작은 V_D의 값을 이용하는 것은 다른 문제를 야기할 수 있다

이러한 문제 중 하나는 화소가 완전 스위칭 상태보다 서로 광하걱으로 덜 구별되는 중간 안정 상태로 경감되는 것을 막기 위해 상기 화소를 완전 안정 상태로 안정시킬 수 있는 교번 전위를 데이터 스트림이 제공해야 한다는 사실이다. 그 결과, 실제적인 문제로서, 많은 경유전성 액정 매체에 있어서 전압 크기(V_S-V_D)의 파형(6,7)에 의한 스위칭과 전압크기 (V_S-V_D)의 파형(5,8)에 의한 비스위칭 사이에 양호한 판별을 제공하는 V_S및 V_D의 값을 선택하는 것은 난해하거나 불가능하다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 제거할 수 있는 강유전성 액정 디스플레이를 어드레싱하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 강유전성 액정 재료층의 한 측면에 배치된 제1세트의 전극의 부재와 상기 액정 재료층의 다른 측면에 배치된 제2세트의 전극의 부재 사이의 중복 영역에 의해 한정되는 다수의 화소를 가지며, 상기 각각의 화소가 상기 화소에 걸리는 전압의 크기에 따르는 최소 지속 시간 동안 상기 화소에 인가된 전압에 의해 제1 및 제2광학 상태로 각각 스위칭될 수 있는 상기 강유전성 액정 재료층을 포함하는 매트릭스형 액정셀을 어드레싱하는 방법에서, 스트로브 전압이 상기 제1세트의 전극의 부재에 직렬로 공급되며, 동시에 데이터 전압이 제2세트의 전극에 병렬로 공급되어, 상기 제1세트의 전극의 소정의 선택 부재에 대응하는 상기 화소에 결과적인 전압이 발생하며, 대응하는 데이터 전압이 각각 제1종류인지 또는 제2종류인지의 여부에 따라 상기 화소가 스위칭 또는 비스위칭 되는 매트릭스형 액정셀을 어드레싱하는 방법에 있어서, 상기 액정 재료는 화소에 걸리는 전압의 크기에 따르는 최소 지속 시간이 특정 전압에서 최소치를 나타내는 특성을 가지며, 상기 스트로브 전압과 상기 1종류의 데이터 전압의 결합은 소정의 전압 크기와 소정의 지속 시간을 가지는 결과적인 스위칭 펄스를 발생시키며, 상기 스트로브 전압과 상기 제2종류의 데이터 전압의 결합은 소정의 전압 크기보다 큰 전압 크기와 소정의 지속 시간과 동일하거나 작은 지속 시간을 가진 비스위칭 펄스를 발생시키며, 상기 비스위칭 펄스의 전압 크기는 특정 전압의 크기와 동일하거나 큰 것을 특징으로 하는 매트릭스형 액정설을 어드레싱하는 방법이 제공된다.

불확실함을 피하기 위하여, 본 발명을 한정하는 특허청구의 범위와 본 발명의 상세한 설명에서, 용어 펄스는 일정한 전압 크기를 가질 필요가 없고, 한 극성으로 이루어진 비제로 전압 구간에 개념으로 사용된다.

스위칭 펄스가 비스위칭 펄스보다 더 큰 전압 크기를 갖는 방법을 개시하고 있는 종래 기술과 대비하여, 본 발명을 비스위칭 펄스가 스위칭 펄스의 크기보다 더 큰 저압 크기를 갖는 방법을 제공한다. 이것이 가능한 이유는, 몇가지의 강유전성 재료들이 단조(monotonic)가 아니라 최소치를 나타내며, 결과적으로 양의 기울기 부분을 나타내는 제4도의 곡석(20)으로 도시된 일반적인 형태의 특성 곡선을 나타내거나 또는 나타내게 될 수 있음을 최근에 알았기 때문이다. 따라서, 음의 기울기를 갖는 특성이 사용된 종래 기술과 대비하여, 본 발명은 응답 시간이 특정 전압에서 최소치를 나타내는 특성의 양의 기울기 부분을 사용한다. 이것은 스위칭 파형과 비스위칭 파형간의 판별을 개선한다.

특히 본 발명에 있어서, 전압 크기 V_S의 스트로브 펄스와 전압 크기 V_D의 데이터 펄스의 일치에 의해 어드레싱된 화소는 상기 펄스들이 ±(V_S-V_D)의 전위로 결합될 때는 스위칭되지 않는다.

본 발명의 실시예는 이하 첨부 도면을 참조하여 예로써만 설명될 것이다.

제5도에는 액정셀(30)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 액정층을 용접 밀봉한 외피는 2개의 유리판(31,32)을 주변 밀봉체(33)와 함께 고착시킴으로써 형성된다. 2개의 유리판의 내향면은 산화인듐으로 된 얇고 투명한 전극층(34,35)을 구비하고 있으며, 이들 전극층 중 하나 또는 때때로 양자 모두는 주변 밀봉체에 의해 한정된 디스플에이 영역 안에서 분자 정렬을 위해 제공된 나일론과 같은 중합체층(도시안됨)으로 덮혀 있다. 나일론층은 액정이 이 나일론층과 닿을때, 액정 분자의 평면 정렬을 마찰 방향으로 진척시키기 쉽도록 단일 방향으로 마찰된다. 만일 셀이 그것의 양 내향면상에 중합체를 갖는다면, 이 셀은 서로 평행하게 정렬된 마찰 방향으로 어셈블리된다. 전극층(34,35)이 중합체로 덮히기 전에, 각각의 전극층은 단자 접속이 만들어질 수 있는 접촉 영역을 제공하기 위해 디스플레이 영역을 가로질러 주변 밀봉체를 넘어 외부로 개별적으로 뻗는 한 세트의 스트립 전극(도시안됨)을 한정하도록 패턴이 형성된다. 결과적인 외피내에 포함된 액정층의 두께는 셀 영역의 전반에 걸쳐 균일한 직경을 가진 중합체 영역의 빛 산란에 의해 결정된다. 편리하게, 셀은 주변 밀봉체에 의해 밀폐된 영역 중 한 코너에 배치되고, 유리판 중 하나를 통과하는 개구부(도시안됨)를 통해 진공시킨 다음, 대각선 반대 모서리에 배치된 다른 하나의 개구부(도시안됨)를 통해 액정 매질을 유입시킴으로써 충전된다(충전된 다음에 2개의 개구부는 밀봉된다). 충전은 그것의 점선을 적당히 낮은 값으로 감소시키기 위해 네마틱 또는 등방성 위상으로 가열된 충전 재료로 실행된다. 셀의 기본구조는 마찰 방향의 병렬 전렬을 제외하면, 종래의 트위스트 네마틱의 기본 구조와 유사하다는 사실에 주목해야 한다.

전형적으로, 주변 밀봉체(33)의 두께, 따라서 중합체 영역에 의해 한정된 액정층의 두께는 1.5 내지 3㎛이지만, 특정 응용에 적합시키기 위하여 보다 얇거나 두꺼운 층 두께가 요구될 수 있다. 바람직한 두께는 2㎛이다. 충전에 적합한 재료는 SCE(3)란 명칭으로 도르세트중의 풀시에 있는 BDH사가 판매하는 스멕틱-C 공용(smectic C eutectic)이다. 등방성 위상으로 냉각할때 적어도 1㎑ 내지 40㎑의 주파수 범위에 걸쳐 음의 유전 이방성을 나타내는 상기 재료는 스멕틱 C 위상으로 전이시킨다. 마찰된 표면 사이에 한정된 2㎛ 두께의 액정층의 경우에, 스멕틱 A 위상으로의 재료로의 입력에 의해 스멕틱층은 책선반식 정렬로 형성되며(상기 층은 마찰방향과는 수직을 이루는 평면을 뻗는다), 스멕틱층의 이정렬은 재료가 스멕틱 C 위상으로 전이를 만들 때 유지된다.

제6도는 제5도의 매트릭스 배열형 액정셀(30)의 부분을 나타내는 개략적인 평면도이다. 매트릭스의 화소(36)는 전극층(34)내의 제1세트의 행 전극의 부재(37)와 전극층(35)내의 제2세트의 열 전극의 부재(38) 사이의 중복 영역에 의해 한정된다. 각 화소에 대해서, 화소에 걸리는 전계는 액정 분자의 상태, 즉 정렬을 결정한다. 셀의 양측면 중 어느 한 측면에는 평행 편광자가 제공된다. 이 편광자의 상대 방위는 빛이 소정 상태에서 화소를 통과할 수 있는지의 여부를 결정한다. 따라서, 편광자의 소정 방위에 대해, 각각의 화소는 그 화소에의 액정 분자의 2개의 쌍안정 상태로 제공된 제1 및 광학적으로 식별가능한 제2의 상태를 갖는다.

전압 파형은 행 드라이버(39) 및 열 드라이버(40)에 의해 행 전극(37) 및 열 전극(38)에 각각 공급된다. 화소(36)의 매트릭스는 스트로브 파형이라 불리는 전압 파형을 행 전극(37)에 직렬로 공급하는 것과 동시에 데이터 파형이라 불리는 전압 파형을 열 전극(38)에 병렬로 공급함으로써 한 라인씩 어드레싱된다. 행 전극 및 열 전극에 의해 한정된 화소를 가로지르는 결과적인 파형은 행 전극에 공급된 파형과 열 전극에 공급된 파형가의 전위차에 의해 주어진다. 스트로브 파형이 공급되는 행 전극은 선택 행 또는 선택전극으로 불린다.

본 발명의 방법에 의해 액정셀을 어드레싱하는데 대한 개요는 제7도에 도시되어 있다. 이 개요는 대칭의 쌍극성 데이터 파형(41,42)을 양의 단극성 스트로브 파형(43) 및 음의 단극성 스트로브 파형(44)과 함께 작용시킨다는 점에서 제1도에 도시된 것과 유사하다. 그러나, 각 화소에 걸쳐 발생된 파형을 상이하게 이용한다.

도시된 바와 같이, 데이터 파형(41,42)(각각 임의로 표시된 데이터 '1' 및 '0'파형)은 서로 반대의 의미를 가진다. 각 데이터 파형(41,42)은 전하평형되고, 쌍극성이며, 전압 크기 V_D및 지속 시간 ts의 데이터 펄스로 이루어진다.원칙적으로, 스트로브 펄스(43,44)는 데이터 파형 중 제1펄스 또는 제2펄스 중 어느 하나와 동기될 수 있다. 제2펄스와의 동기간 본 실시예에 예증되어 있다.

제7도는 또한 스트로브 파형이 공급되는 선택 행 전극(37a) 데이터 파형의 공급되는 열 전극(38a)에 의해 한정된 화소(36a)에 걸쳐 발생된 결과적인 파형을 도시한다. 양의 스트로브 파형이 선택 행 전극(37a)에 공급되는 경우에, 열 전극(38a)에 데이터 '1'파형(41)을 공급하여 전압 크기(V_S-V_D)의 양의 성분(45a)을 포함하는 지속 시간 2ts의 양의 스위칭 파형(45)이 발생하는 반면에, 데이터 '0' 파형(42)을 인가하면 전압 크기(V_s-V_D) 및 지속 시간 ts의 양의 비스위칭 펄스(46a)를 포함하는 비스위칭 파형(46)을 발생한다. 음의 스트로브 파형이 선택 행 전극(37a)에 공급되어 있는 경우에도 비슷하게, 열 전극(38a)에 데이터 '1'인 파형(41)을 공급하면 전압 크기(V_S-V_D) 및 지속 시간 ts의 비스위칭 펄스 (47a)를 포함하는 음의 비스위칭파형(47)을 발생하는 반면에, 데이터 '0'인 파형(42)을 공급하면 전압크기(V_S-V_D)의 성분(48a)을 포함하는 지속 시간 2ts의 음의 스위칭 파형(48)이 발생한다. 선택 행에 스트로브 파형이 공급되어 있지 않은 경우, 화소에 걸리는 결과적인 파형은 각각의 열 전극에 공급된 바와 같은 단순한 데밑 파형이지만 반전되어 있으며, 이것은 화소를 스위칭할 수 없다.

또한, 제4도를 참조하면, 전압 크기(V_S-V_D)의 성분(45a,48a)을 포함하고 지속 시간이 2ts인 펄스(45,48)는 스위칭 영역 C에서 동작점을 가지므로 스위칭 펄스이다. 2ts 보다 작은 지속 시간 ts와 전압 크기 (V_S-V_D)보다 큰 전압 크기 (V_S-V_D)로 이루어진 펄스(46a, 47a)는 비스위칭 영역 D에서 동작점을 가지므로 비스위칭 펄스이다. 데이터 파형(비선택행에 있는)에서 지속 시간 ts의 펄스 V_D는 비스위칭 영역 E에서 동작점을 갖는다.

제6도의 스트로브 펄스 및 데이터 펄스를 이용할때, 셀의 완전한 복원은 2개의 어드레스 사이클을 필요로 하는데, 이 2개의 어드레싱 사이클 중 한 사이클은 데이터 '1' 상태로 스위칭되도록 요구된 화소를 선택적으로 스위칭하기 위해 사용되는 양이 스트로브 펄스(43)를 위한 것이며, 다른 사이클은 데이터 '0' 상태로 스위칭되도록 요구된 화소를 선택적으로 스위칭하기 위해 사용되는 음의 스트로브 펄스(44)를 위한 것이다. 두번 이상 실행되는 선택적 스위칭의 형식 대신에, 한 라인, 한 그룹의 라인 또는 전체 페이지의 모든 화소들이 데이터 상태들 중 한 상태로 동시에 설정될 수 있는 블래킹 동작이 사용될 수 있는데, 이 블랭킹은 다른 데이터 상태로 설정되도록 요구된 화소만을 스위칭하기 위해 단일의 선택적 어드레싱에 앞서 실행된다.

펄스 지속 시간 및 전압을 조정하여, 곡선의 양의 기울기 근처의 곡선(20) 내측에 안전하게 놓여있는 (V_S-V_D)에 동작점을 제공하는 것은 제4도의 곡선(20)으로부터 알 수 있는데, V_D가 V_S에 비해 너무 적지 않을 조건을 충족시켜 주는 것은 어드레싱 방법에 의해 제공된 판별력을 보조하는데 기여한다.

펄스 지속 시간 및 펄스 전압 크기의 상호 관계에 대한 또 다른 해석은 제8도에 도시되어 있으며, 제7도의 파형 구성과 관련하여 설명된다.

제7도의 펄스(45,48)는 2개의 구성 성분으로 형성된 것으로 간주될 수 있으며, 구성성분(45a,48a)은 동일한 극성을 가지지만 보다 작은 진폭(V_D)을 가지는 구성성분(45b,48b) 바로 다음에 놓인다. 파형(46,47)은 또한 2개의 구성 성분, 실제로 펄스(46a,47a)로 형성된 것으로 간주될 수 있으며, 이 펄스(46a,47a)는 반대 극성을 가지면서 보다 작은 진폭(V_D)을 가지는 펄스 (46a, 47b) 바로 다음에 놓인다. 일정한 펄스 높이를 가진 고립 펄스에 노출된 화소는 부호 50으로 표시된 특성 곡선을 갖는다. 동일한 극성을 가지면서 보다 작은 진폭(V_D)을 가지는 펄스 성분 바로 다음에 놓이는 펄스 성부에 노출된 화소는 곡선(50)과 유사하지만 곡선(51)과 같이 곡선(50)에 대해 하방으로 그리고 약간 오른쪽으로 이동된 형태의 곡선에 의해 주어진 특성을 갖는다. 반대 극성을 가지면서 보다 작은 진폭(V_D)을 가진 펄스 바로 다음에 놓인 펄스에 노출된 화소는 곡선(50)과 유사하지만 곡선(52)과 같이 상방으로 그리고 약간 좌측으로 이동된 형태의 곡선에 의해 주어진 특성을 갖는다.

이제 제7도에 도시된 것과 같은 파형들로 멀티플렉싱할때 동작을 고려해보면, (V_S-V_D)는 동일 극성의 구성 성분(45b,48b) 바로 다음에 놓이며, 곡선(51)에 보인 바와 같은 스위칭 특성을 갖게 될 것이다. (V_S-V_D)는 반대 극성의 펄스(46b,47b) 바로 다음에 놓이며, 곡선(52)에 도시된 바와 같은 스위칭 특성을 갖게 될 것이다. 곡선(52)의 최소치에 대한 펄스 지속 시간보다 더 작은 펄스 지속 시간에 대응하는 곡선(51)의 내부에 (V_S-V_D)에 대한 동작점을 제공하도록 펄스 지속 시간과 전압을 전하면, (V_S-V_D)에 대한 동작점은 곡선(52)내에 놓일 수 없으므로 의사 스위칭을 야기할 수 없다.

(V_S+V_D)가 그 자체로 의사 스위칭을 야기할 수 없을지라도, (V_S+V_D) 및 (V_S-V_D)와 다른 신호가 의사 스위칭을 일으키지 않는 조건이 여전히 존재한다. 제9도에는 스트로브 펄스를 포함하는 파형이 행 전극 (37a,37b)에 공급되며, 동시에 데이터 파형이 열 전극(38a,38b,38c,38d)에 공급될때 화소(36aa, 36ab, 36ac, 36ad, 36ba, 36bb, 36bc, 36bd)에 걸리는 결과적인 파형이 도시되어 있다(파형 아래의 괄호안의 부호는 파형이 공급되는 전극 또는 파형이 발생되는 화소를 나타낸다). 사실상 제9도는 열 전극상에서, 스위칭 또는 비스위칭 파형을 발생하는 데이터 파형이 가능한 데이터 파형 '0'또는 '1' 중의 어느 하나에 앞서거나 또는 후속할때 발생될 수 있는 가능한 파형을 양의 스트로브 펄스에 대해 도시한다.

의사 스위칭을 야기할 수 있는 파형은 화소(36ad, 36bb)에 걸리는 파형과 2개의 라인 어드레스 시간 동안 선택되지 않는 행의 화소에 걸쳐 발생되고 데이터 파형 조합(36b, 38d)을 갖는 파형이다. 부정확하게 스위칭하는 파형(36ad)의 위험은 전압 진폭(V_S+V_D)과 ts 또는 2ts의 지속 시간의 펄스 성분을 포함하는 펄스가 스위칭하지 않도록(즉, 지속 시간 ts 및 2ts에 대한 동작점이 비스위칭 영역 D에 있도록)사용되는 액정 재료의 특성 곡선이 급경 사진 양의 기울기를 가지게 함으로써 제거될 수 있다. 파형(36bb, 38b, 38d)은 진폭 V_D및 지속 시간 2ts의 펄스를 각각 갖는다. V_D는 이들 파형이 스위칭하지 않도록(즉, 진폭 V_D및 지속 시간 2ts이 펄스에 대한 동작점이 비스위칭 영역 E에 있도록), 또한 결과적인 광학적 응답이 대조를 떨어뜨리지 않도록 ts에 관련하여 선택해야 한다.

어느 한 진폭을 갖는 펄스가 스위칭을 유도하는 반면에, 동일한 지속 시간을 가지면서 보다 큰 진폭을 갖는 다른 하나의 펄스가 스위칭을 유도하지 않는 선택적 스위칭을 발생하는 능력은 제4도의 특성 곡선(20)에서 양의 기울기 부분의 존재와 관계가 있다. 몇몇의 특성 곡선은 유전 이방성(ΔE) 및 자연 분극(P_S)과 인가된 전계(E)의 상호 작용에서 일어나는 대립 토오크(conflioting torque)의 직접적인 결과가 정전 자유 에너지(F_e)에 공헌하기 때문에 최소치와 양 및 음이 기울기의 범위를 나타낸다. 제10도는 전극층(34)내의 제1세트의 전극의 부재와 전극층(35)내의 제2세트의 전극의 부재 사이에 전계(E)가 인가되는 것을 도시한다. 제10도를 참조하면, θ가 스멕틱의 경사각(분자 디렉터(n)와 스멕틱층 법선(S) 사이의 각도)이고, φ가 분자 디렉터의 방위각(스멕틱층 법선을 포함하는 유리 기판에 평행한 평면 G와 스맥틱 법선 및 분자 디렉터 n을 모두 포함하는 평면 사이의 각)이며, ε₀가 자유 공간의 유전율이라면, 정전 자유 에너지(F_e)는 다음과 같은 식에 의해 주어지며,

F_e=-P_SE cos φ - 1/2ε0ΔεE²sin²θsin²θ

결과적인 토오크(Ω)는 하기식에 의해 주어진다 :

Ω=

=P_SEsinΦ - ε₀ΔεE²sin²θsin²θcosΦ

방위각 φ=π(한 안정 상태에 대응하는)에서 방위각 φ=0(다른 안정상태에 대응하는)으로 분자 디렉터를 스위칭하는 방향으로 전계가 셀의 화소에 인가될때, 스위칭을 이루는데 필요한 펄스 지속 시간은 토오크(Ω)에 의존할 것이다. 실험적인 연구에서, 고립 펄스에 대한 최소 펄스 지속시간은 토오크에 최대 기울기를 대략 φ=π로 근사시킨 것과 같은 인가된 전계(E_min)의 값에 발생한다.

따라서, 최소 펄스 지속 시간을 제공하는 전계는

단 φ=π일 때, 다음과 같이 구해진다. 즉,

=P_SEcosΦ - ε₀ΔεE²sin²θcos²Φ

=P_SEcosΦ - 2ε⁰ΔεE2sin²θcos²Φ

Φ=π이고

=-일 때

E=E_min=-P_S/(2ε₀ΔεE²sin²θ) (1)

스위칭이 φ=π에서 φ=0까지 발생하지 않고 감소된 방위각에 걸쳐 발생하면, E_min은 고전압으로 이동되어 결국 전혀 발생하지 않을 것이다. 따라서 반대 극성 펄스 또는 AC 바이어스(제12도)의 목적은 φ가 0 또는 π에 접근한 상태로 디렉터를 각각 구동 또는 유지하는 것이다.

식(1)은 E_min의 값이 PS와 Δε에 종속하는 것을 나타내며, 상기 P_S와 Δε는 사용된 액정 재료의 성질이다. 따라서, 본 발명의 방법에 의해 어드레싱되는 매트릭스 배열형 액정셀에 사용하기에 적합한 강유전성 액정 재료는 E_min이 적합한 값을 갖도록 P_S(자연분극) 및 ΔE(유전 이방성)의 값이 정해진 재료이다.

E_min의 P_S에의 종속은 동일한 음의 유전 이방성(Δε×-1.9) 및 다른 P_S값을 모두 갖는 제1세트의 혼합물에 대한 2㎛ 두께의 셀에서 20℃로 측정된 특성을 도시한 제11도에 예시되어 있다. 다른 P_S값은 M679R로서 식별된 동일한 에스테르의 라세믹 버전의 다른 비율을 사용하여 도르셋주의 플시의 비디에이치에 의해 공급되고, M679로 식별되는 특정 플루오르화 비페닐 에스테르 강유전성 재료를 희석시킴으로써 다음과 같이 얻어진다.

이 재료의 전이 온도는 S-(96℃)-S-(114℃)-N-(145℃)-1이다.

이들 특성 곡선은 고립 펄스들에 대한 것이며, 20Hz의 펄스 반복 주파수로 교번하는 극성의 주파수로 이루어진 파형(60)을 이용하여 얻어진다.

상기 곡선은 유전 이방성 Δε

-1.9의 재료에 대해 P_S값이 약 5.5nC/㎠(55μC/㎠)일 때 E_min이 매우 날카롭게 한정되며, 약 200㎲의 지속 시간(응답 시간)과 약 15볼트/㎛의 전계의 세기에서 발생하는 것을 기술한다. 의 P_S값이 약 7.5nC/㎠(75μC/㎠)로 증가될 때 E_min은 덜 날카롭게 한정되며, 약 80㎲의 응답 시간과 약 20볼트/㎛의 전계의 세기에서 발생한다. P_S값을 13.5nC/㎠(135μC/㎠)로 증가시킴으로써 25볼트/㎛의 전계의 세기에서의 응답 시간은 30㎲ 미만이지만, E_min은 약간 더 높은 것으로 나타난다.

다시 식(1)에서 디스플레이를 어드레싱하는 속도가 특히 중요한 경우, 스트로브 및 데이터 펄스 전압의 값은 (V_S-V_D)가 E_min과 매칭되는 전계의 세기를 나타내도록 선택된다. 구동 회로의 한계를 고려하면, 약 50볼트를 초과하지 않는 V_D와 V_S에 대한 펄스 진폭을 이용하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있으며, 따라서, 셀 두께와 액정 경사각 θ의 주어진 값에 대한 이 한계에 대해, E_min에 대한 유도식은 비율 P_S/Δε의 값에 대한 상한치가 됨을 알 수 있다.

제11도의 특성 곡선은 고립 펄스를 이용하여 얻어졌지만, 디스플레이의 화소를 정상적으로 한 라인씩 어드레싱하는 할 때에는, 제7도의 파형 구성에서 설명된 바와 같이, 배경 교번 전위(background alternating potential)에 대해 어드레싱 펄스를 설정하는 효과를 발생시키는 연속적인 데이터 스트림이 되기 쉽다. 이것은 배경 교번 전위의 진폭을 증가시키는 효과를 도시하는 제12도에 도시된 곡선들로 특성 곡선을 변경한다. 트레이스(70,71,72,73)는 제11도의 25% M 679 : 75% M 679 R 혼합물에 대한 특성 곡선을 나타낸다. 트레이스(70)는 배경 교번 전위가 없을 때 제11도의 파형(60)을 이용한 특성 곡선을 나타내며, 곡선(71,72,73)은 각각 ±4볼트, ±6볼트 및 ±8볼트의 배경 교번 전위가 존재할 때 파형(60)을 이용한 특성 곡선을 나타내며, 이 배경 교번 전위는 펄스 지속 시간의 두 배인 기본 주기를 갖는다. 트레이스(75,76,77,78)는 25% : 75% 혼합물 대신에 50% M679 : 50% M 679R 혼합물에 대해 트레이스 70 내지 73에 대응하는 특성 곡선을 나타낸다. 이들 곡선들로부터 배경 교번 전위의 효과 중의 하나는 응답 시간을 증가시키는 것임을 알 수 있다. 이것은 일반적으로 장점이 아니지만, 다른 하나의 효과는 50% : 50% 혼합물의 경우에서 특히 기술되는 바와 같이 치소치까지 뾰족하게 될 수 있는데, 이것은 유익하다.

따라서, 스트로브 및 데이터 펄스 전압의 적당한 값을 선택할 때 고려될 수 있는 요인은 모든 열 전극에 병렬로 공급되는 데이터 스트림이 어드레싱되지 않은 화소를 스위칭 상태로 안정시켜주는 교류 전압 성분을 어드레싱되지 않은 화소에 제공한다는 것이다. 이 안정화 전계의 진폭이 너무 작아서 그 자체로는 유효하지 못한 경우, 이 진폭은 부가의 교류 신호로 보충될 수 있다. 이러한 신호는 화소에 걸쳐 인가되고, 데이터 파형의 기본 주파수보다 크거나 같은 주파수를 가지는 파형에 중첩되는 AC 파형으로서 인가될 수 있다. 전형적인 AC 신호의 주파수는 기본 주파수의 짝수배이다.

또한 강유전성 액정 재료의 특성은 제13도의 곡선(80)에 의해 보다 정확하게 표시되어 있다. 음영 영역(82)은 화소의 일부만을 스위칭할 수 있는 펄스 지속 시간과 전압 진폭의 결합을 나타낸다. 제13도에 도시된 바와 같이, 음영 영역(82)은 곡선(80)의 기울기가 가파를 때 좁으며, 곡선(80)의 기울기가 보다 완만할 때 넓다. 따라서, 본 발명의 방법에 있어서 부분적인 스위칭의 위험은 사용된 재료의 특성이 가파른 양의 기울기를 갖는 경우에 감소된다.

Claims (4)

1. 강유전성 액정 재료층의 한 측면에 배치된 제1세트의 전극(37)의 부재와 상기 액정 재료층의 다른 측면에 배치된 제2세트의 전극(38)의 부재 사이의 중복 영역에 의해 한정되는 다수의 화소(36)를 가지며, 상기 각각의 화소(36)가 상기 화소(36)에 걸리는 전압의 크기에 따르는 최소 지속 시간 동안 상기 화소에 인가된 전압에 의해 제1 및 제2광학 상태로 각각 스위칭될 수 있는 상기 강유전성 액정 재료층을 포함하는 매트릭스형 액정셀(30)을 어드레싱하는 방법에서, 스트로브 전압(±V_S)이 상기 제1세트의 전극(37)의 부재에 직렬로 공급되며, 동시에 데이터 전압(±V_D)이 제2세트의 전극(38)에 병렬로 공급되어, 상기 제1세트의 전극(37)의 소정의 선택부재에 대응하는 상기 화소(36)에 결과적인 전압(±V_S±V_D)이 발생하며, 대응하는 데이터 전압(±V_D)이 각각 제1종류인지 또는 제2종류인지의 여부에 따라 상기 화소(36)가 스위칭 또는 비스위칭되는 매트릭스형 액정셀(30) 어드레싱 방법에 있어서, 상기 액정 재료는 상기 화로(36)에 걸리는 전압의 크기에 따르는 최소 지속 시간이 특정 전압에서 최소치를 나타내는 특성을 가지며, 상기 스트로브 전압(±V_S)과 상기 제1종류의 데이터 전압(±V_D)의 결합은 소정의 전압 크기(±(V_S-V_D))와 소정의 지속 시간을 가지는 결과적인 스위칭 펄스를 발생시키며, 상기 스트로브 전압±(V_S)과 상기 제2종류의 데이타 전압(±(V_D)의 결합은 소정의 전압 크기(±(V_S+V_D))보다 큰 전압 크기 (±(V_S+V_D))와 소정의 지속 시간과 동일하거나 작은 지속 시간을 가진 비스위칭 펄스를 발생시키며, 상기 비스위칭 펄스의 전압 크기 (±(V_S+V_D))는 특정 전압의 크기와 동일하거나 큰 것을 특징으로 하는 매트릭스형 액정셀을 어드레싱하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 전압(±V_D)은 전하 펑형 바이폴라 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 매트릭스형 액정셀을 어드레싱하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1종류의 데이터 전압(±V_D)은 상기 제2종류의 데이터 전압(±V_D)과 상보적인 것을 특징으로 하는 매트릭스형 액정셀을 어드레싱하는 방법.
4. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트로브 전압(±V_S)은 단극성인 것을 특징으로 하는 매트릭스형 액정셀을 어드레싱하는 방법.

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