KR970011018B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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요제프 안툰 마리에 하르만 빌베르트
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엔.브이.필립스 글로아이람펜파브리켄
이반 밀러 레르너
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Abstract

내용없음.

Description

액정 표시 장치
제 1 도는 강유전성 액정에 의거한 액정 표시 장치의 개략적 구조도.
제 2a 도 및 제 2b 도는 단일 화소에 있어서의 그레이 스케일의 실현을 도시하는 도면.
제 3 도, 제 4a 도 및 제 4b 도는 본 발명에 따른 방법에 의해 구동되는 제 1 도의 장치의 응답도.
제 5 도는 보조 신호값의 영향을 개략적으로 도시하는 도면,
제 6 도는 본 발명에 따른 방법을 사용하는 장치의 개략적 도면.
제 7 도는 제 6 도의 장치에 관련된 구동을 개략적으로 도시하는 도면.
제 8 도는 제 7 도의 변형을 도시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 표시 장치 2 : 액정
3 : 투명 지지관 4 : 화상 전극
5 : 카운터 전극 9 : 편광기
10 : 분광기 11 : 광원
12 : 램프 14 : 구동 전극
15 : 전계 효과 트랜지스터
본 발명은, 2개의 지지판 사이의 강유전성 액정과, 각각 상기 지지판의 대향 표면상에 제공된 화소 전극에 의해 구성되는 행렬 배열된 화소계 및, 행렬 배열된 전극계를 포함하는 표시 장치를 구동하는 방법으로서, 라인 선택 기간중에 행전극을 통해 화소의 적어도 하나의 행을 선택하고, 열전극을 통해 데이터 신호를 제공하며, 선택전에 화소의 행을 보조 신호에 의해 극단 상태가 되도록 하는 표시 장치의 구동 방법에 관한 것이다.
여기서 극단 상대라는 것은 화소가 사실상 완전히 투과성이 되거나 비투과성이 되는 상태를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이 상태는 이하에 더 상세히 설명될 강유전성 표시 장지의 특성에 의해 결정된다. 또한, 보조 신호의 진폭의 선택은 액정이 이 극단 상태로 스위칭되는 속도를 결정한다.
전술된 방법은 예컨대 표시 스크린용 표시 장치 또는 텔레비젼 용도에 사용된다. 특히, 텔레비전 용도 및 비휘발성 메모리 표시 장치에 있어서, 강유전성 액정 재료의 사용은 네마틱 액정 재료에 의한 효과보다 훨씬 더 빠른 스위칭 시간이 실현될 수 있으므로 더 적합한 것처럼 보인다.
다른 장점은, 가시 각도의 의존도가 더 작고(이것은 일반적으로 더 얇은 두께가 사용되고 분자가 벽에 평행한 면내에 배향되기 때문이다), 콘트래스트(contrast)가 더 크다는 점이다.
서두에 언급된 유형의 방법은 EP 0,197,242에 기술되어 있다. 이 방법에서는 선택 신호에 동기시켜 데이터 신호를 제공하기 전에, 액정을 초기상태가 되도록 하는 소위 블랭킹 펄스(blanking pulse)가 선행된다. 강유전성 재료의 기능 악화(degradation)를 방지하기 위해, 사용된 필스의 부호를 주기적으로 반전시킨다.
전술된 방법은 소위 수동 매트릭스를 갗는 표시 장치에 사용외며, 상기 신호들(선택 신호, 데이터 신호, 블랭킹 필스)은 행전극과 열전극에 직점 제공된다. 화소의 상태는 라인 및 데이더 전압에 의해 결정된다. 데이터 전압은 특정 화소가 선택되지 않을 때에도 열전극에 제공되므로, 아마도 혼신신호와 결합된 전압이 발생되어, 원하는 전송 상태(EP 0,197,242의 예에서는 투과성 또는 비투과성의 전송 상태)가 달성될 수 없거나 손상된다.
전술된 특허출원에서는 특정 임계를 갖는 강유전 효과를 제공함으로써 이 문제를 해결하는 것이 제안되어 있다. 그런 임계는, 더 많은 수의 라인이 사용되는 응용에서는 큰트래스트 손실이 발생되지 않고는 실제로 실현될 수 없거나 실현하기가 매우 힘들다. 상기 특허출원은 또한 상태 ''0''과 '1''간의 스위칭만을 언급하고 있으며, 도시된 장치의 설명에는 그레이 스케일의 도입 가능성이 다루어지지 않고 있다.
본 발명의 목적은 서두에 기술된 유형의 방법으로서, 전술된 문제점이 가능한 많이 제거될 수 있으며 그레이 스케일이 실현될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
이 목적을 위해 본 발명에 따른 방법은, 라인 선택 기간의 적어도 일부동안 화소에 데이터 신호를 제공하기 위해 화소가 능동 스위칭 소자를 통해 열전극에 점속되고, 적어도 강유전성 매체의 스위칭 기간과 동일한 기간으로서 극단 전송 상태에 도달되도록 하는 지속기간과 진폭을 갓는 기간동안 라인 선택의 개시전에 동일 스위칭 소자를 통해 화소에 보조 신호가 제공되고, 라인 선택 기간후에 화소는 제공된 데이티 신호에의해 실질상 배타적으로 결정되는 전송 상태가 되는 것을 특징으로 한다.
"제공된 데이터 신호에 의해 실질상 배타적으로 결정된다''는 것은 상기 선택중에 화소의 양단에 제공되는 전압과 이 전압에 관련된 캐패시턴스가 유지되고, 이것은 누설 전류에 의해 약간 변할 수는 있지만, 비선택기간중에 화소의 양단에 소점 전압을 발생시키기 위해 예컨대 EP 0,176,763에 기술된 유형의 어떠한 조치도취해지지 않는다는 것을 의미한다.
본 발명은, 화소의 선택중에 제공되는 전하 또는 그와 관련된 캐때시턴스의 영향하에서 화소를 이관 상태(relaxation state)가 되도록 함으로써 특히 그레이 스케일이 획득될 수 있고, 이 전하에 의한 편광은 말하자면 액정 재료의 관광 극성을 반대로 함으로써 보상된다는 인식에 근거한 것이다. 이것은 강유전성 액정분자와 관련된 쌍극자(dipole)가 싱기 전하의 영향하에서 반전되므로 발생되는 것으로서, 이것에 의해 상기 보상이 행해진다는 것이 확인된다. 반전되는 쌍극자의 배분은 균일할 필요는 없지만, 동일한 전압(나머지 선택 기간이 동일한 경우)에 대한 반전된 쌍극자의 부분은 실질상 동일하다는 것이 변함없이 확인된다.
따라서, 그레이 스케일을 표시하기 위한 본 발명의 방법은, 데이터 표시를 위해 화소의 행이 선택되는 기간중에 제공되는 데이터 신호의 지속기간과 진폭에 의해 그레이 스케일이 결정되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 선택 기간을 동일하게 할 경우, 데이터 전압이 그레이 스케일을 결정한다.
보상 효과가 관계될 경우, EP 0,176,763에 기재된 것같이 화소의 양단에 소정 전압을 제공하는 것은 안정한 최종 상태(그레이값)를 초래하지 않으며, 전압을 데이터 전극을 통해 실제 선택 기간이상 화소에 직접 제공하는 수동적인 구동의 사용도 마찬가지라는 것이 명백할 것이다.
본 발명에 따른 방법의 부가적인 장점은 강유전성 액정 재료가 임계를 가질 필요가 없다는 것이다.
양호하게는, 실질상 비투과(불투명)상태가 극단 전송 상태로 선택된다. 이것은 최대 휘도가 약간 영향을 받는 것뿐이지만, 투과 상태를 극단 전송 상태로 선택하는 경우, 더 뚜렷한 콘트래스트 손실이 발생되므로 비투과상태가 지각의 관점에서 유리하다.
보조 신호는 사용된 스위칭 소자 및 구동 모드에 따라 다른 방식으로 실현될 수 있다. FET 스위치, 바이풀라 트랜지스터 또는 다른 3극 스위징 소자의 경우, 보조 신호는 관련된 화소행에서 기록이 행해지기 전의 라인 선택 기간의 일부중에 주로 열전극에 제공될 것이고, 실제 데이터는 라인 선택기간의 제2부분중에 다른 화소행에 제공된다.
이제, 본 발명은 첨부된 도면을 참조로 보다 상세히 설명될 것이다.
도면은 개략적인 것이며, 정확한 축적이 아니다. 대응하는 성분들에는 주로 동일한 도면부호가 표시된다. 제 1 도는 예컨대 "응용 물리학'' 36(1980), 899의 클라크와 라거월의 논문 또는 유립 특허출원 EP 0,032,362에 기재된 강유전성 액정(2)을 가진 표시 장치(1)의 개략적 단면도이다. 액정(2)은 예컨대 유리나 운모(mica)로 된 두개의 평면 투명 지지판사이에 제공된다. 지지판중 한 지지판상에는 화상 전극(4)의 매트릭스가 제공되는데, 화상 전극온 예컨대 행전극 및 스위치 소자를 통해 구동되며, 데이터 신호는 열전극을 통해 공급된다. 다른 한 지지판 상에는 제1매트릭스의 화상 전극(4)과 함께 화소를 형성하는 카운터 전극(5)이 제공된다·이 카운터 전극은 일정 또는 가변 전압에 접속될 수도 있다(예컨대 MIS 또는 다이오드 링에서). 사용된 구동 모드에 따라, 한 지지판에는 행전극이 제공되고, 다른 지지판에는 열전극이 제공될 수도 있다. 액정층(2)의 두께는 약 2μm이다.
원한다면, 전극(4,5)은 배향층(6) 또는 보호층으로 피막될 수도 있으며, 액정층의 균일한 두께를 획득하기 위해 장치에는 스페이서(7)가 또한 제공된다. 이 예에서, 표시 장치는, 예컨대 적색, 청색, 녹색용 개별 색필터를 갖는 필터층(8), 편광기(9) 및, 분광기(10)를 또한 포함한다. 또한, 상기 장치는 램프(12)와 확산기(13)로 이루어진 광원(11)올 포함하며, 매트릭스(4) 및 관련된 소자들은 구동 전극(l4)을 통해 구동된다.
제 2a 도는 박막 전계 효과 트랜지스터의 예에서, 상기 표시 소자의 단일 픽셀이 능동 스위칭 소자를 통해 어떻게 구동되는지를 개략적으로 도시한다. 선택 라인(16)은 전계 효과 트랜지스터의 게이트에 접속되고, 본 실시예에서 캐패시턴스(18)에 의해 개략적으로 도시된 액정 표시 소자에 접속된 데이터 라인에 데이터 신호가 제공되며, 캐패시턴스(18)의 다른 접속 라인은(실질상) 접지에 접속된다.
제 2b 도는 캐패시턴스(18)로 표현된 이 소자 양단에 소정의 전압이 인가될때 화소의 상태를 개략적으로 도시한다. 이 실시예에서, 이 전압은 데이터 라인(17)에 펄스 형태로 인가되며, 소자(18)는 선택 라인(16)을 통해 선택된다.
본 발명에 따른 방법에서는 보조 신호(''블랭킹'') Vbl을 면저 제공하는데, 이 예에서 보조 신호는 부극성이며, 이 신호로 인해 화소는 거의 0인 전송율을 갗는 극단 상태가 된다.
이 부극성 전압 펄스로 인해, 제1전극(19)(트탠지스터(15)에 접속됨)은 부극성이 된다. 강유전성 액정 재료의 분자에 관련된 쌍극자(21)의 이완에 의해, 이들 쌍극자는, 캐패시턴스(18)의 전극(19,20)상의 전하가 완전히 보상되거나 가능한한 많이 보상되도록 배향된다. 그 결과 모든 쌍극자는 부극성 보조 신호의 전압 Vb1이 충분할 경우와 동일하게 배향된다(제 2b 도의 (i)상태).
약함 정극성 값의 전압 V1에서 구동될 때, 전극(19)은 약한 정극성인 전하를 획득하므로 쌍극자(21)중 몇개는 반전된다. 이것은 정극성 전하가 보상 완료될때까지 계속되고, 액정내에는 두 전극(19,20)사이의 영역에서 쌍극자가 반전되는 구역(23)이 형성될 수 있다(제 2b 도의 (ii)상태).
약간 더 큰 전압 Vl에서는 더 큰 구역(23)이 생성될 것이다(제 2b 도의 (iii)상태), 이 반전 과정에저는 벽의 표면 거절칠기도 중요한 역할을 한다.
예컨대 제 2b 도의 (ii)상태의 경우, 특히 비디오 응용에서의 실예와 같이, 값 V1인 전압 필스가 임의의 다본 조치없이 반복될 경우, 전극(19)은 다시 약한 정극성 전하를 획득할 것이다. 이것은 쌍극자(21)중 몇 개의 반전에 의해 보상되므로, 반전된 쌍극자(21)의 개수가 증가한다. 그 결과, 구역(23)의 개수 및 크기가 증가한다.
전송율이 더 이상 0이 아닌 이 구역의 존재로 인해 관련 화소의 그레이값이 결정된다. 따라서, 특히 TV응용에서 특별한 조치를 취하지 않으면, 전압 펄스가 자주 제공될 때 구역(23)이 증가하므로 데이터 신호가 동일할 경우에도 이 그레이값온 일정하지 않다. 또한 데이터 신호가 변경될 경우에도 화소의 그레이값은 그 내력(histony) 에 의존한다·
그러나, 본 발명에 따른 방법에서는 실제 데이터 신호가 제공되기 전에 화소행올 실제 선택이 이루어지기 전에 보조 신호 Vb1에 의해 극만 상태가 되게 한다(제 2b 도의 (i)상태). 이것은 이 화소행의 쌍극자를 관련 초기 상태로 이완시키기에 충분한 타이밍으로 행해진다. 이 경우에는 전하 효과가 관련되므로, 보조 신호 Vb1의 값은 이 보조 신호가 제공되는 기간에도 의존한다. 구역(23)은 증가되지 않으므로, 이제 전송 상태,특히 화소의 그레이 스케일은 제공된 데이터 신호에 의해 배타적으로 결정된다.
이것에 관해 제 3도 는 단일 픽셀에 대한 것을 도시하고 있는데, 여기서 선택중에 데이터 라인에 제공된 신호 V2, V1, V,at는 각각 보조 신호에 후속되므로 관련 전송 레벨은 이들 신호에 의해서만 배타적으로 결정된다.
제 4도 는, 전압값이 Vp이고 펄스폭이 16-64μSeC인 전압 펄스로 화소가 구동되고, 전압값이 Vb1이고 펄스폭이 상기 전압 펄스와 동일한 보조 신호(블랭킹)가 미리 제공될 경우, 상술한 방법에 의해 어떻게 소정 그레이값에 도달될 수 있는지를 도시한다.
보조 신호는 극단 전송 상태에 도달할 수 있는 구동 신호의 훨씬 앞에 위치한다. 제 4a 도는 구동 신호의 시간에 대한 전압 변화를 개략적으로 도시하고, 제 4b 도에서 사각형(22)은 몇가지 전압에 대한 관련 화소의 전송을 개략적으로 도시한다. Vb1이 -6V로 선택되는 예에서,-6V<Vp<0V인 경우에는 전송이 없고, Vp=2V인 경우에는 작은 전송이, Vp=4V인 경우에는 거의 완전한 전송이, Vp=6V인 경우에는 완전한 전송이 존재한다. 사각형(22)온 실제로 10μm×10μm의 크기를 가지므로, 구역(23)온 분리되어 보이지 않고 중간 전송 상태(그레이값, 색레벨)로 관찰된다.
실제 강유전성 셀은 블랙(black)과 0차의 복굴절 화이트(white) 사이에서 스위칭되므로, 본 발명에 따라,능동 구동을 사용하고, 화소를 극단 전송상태(''블랭킹'')가 되게 하는 보조 신호를 사용함으로써, 강유전성 액정 재료에 근거한 대형 표시 장치에서 그레이 레벨을 실현할 수 있다. 본 실시예에서는 셀의 두께가 2μm인 강유전성 재료 ZLI 3234(Merck)가 사용된다.
전술된 것처럼, 보조 신호는 특정 기간 td동안 제공되어야 한다. 이 기간 td자체는 제 5 도에 도시된 보조 신호값의 함수이다. 제 5 도에서 ''+''로 표시된 영역에서는 장치가 전술된 것처럼 동작하고, “-”로 표시된 영역에서는 보조 신호의 제공중에 모든 쌍극자가 배향되지는 않으므로 그레이값이 변한다. 제 5도 는 고속 스위칭 강유전성 액정 재료(라인 a)와 약간 더 느린 스위칭 재료(라인 b)에 대한td와 lVbll간의 관계를 도시한다.
도시된 실시예에서, 극단 상태의 화소는 실질상 볼투명이다. 이렇게 선택한 것은 그렇게 하는 것이 관찰자의 시점에서 더 유쾌하고 광출력의 손실이 더 작기 때문이다. 통상 사용되는 TV 시스템에서, 라인 선택 주기는 약 64μsec이고 라인수는 약 600이다. 대부분의 강유전성 표시 소자는 500μsec 미만에서 스위칭하므로 8라인이 일시적으로 비투과성이 된다. 이때 최대 휘도 손실은 1.25% 미만으로 이것은 강유전성 재료의 스위칭이 보다 빠를 경우 더 작아진다.
제 6 도는 본 발명에 따른 방법에 사용되는 장치를 개략적으로 도시한다. 이 장치는 박막 트랜지스터(15)를 선택하는 선택 라인(16)과 보조 신호 및 데이터 신호가 제공되는 데이터 라인(17)이 교차되는 영역에서 강유전성 액정 화소(25)의 매트릭스(24)를 포함한다. 이 장치에서 보조 신호는 예컨대 전압 Vb1을 공급하는 전압원(26)을 통해 획득된다. 라인 선택 기간의 일부, 예컨대 이 기간의 1/2인 기간중에 전압 Vb1은 멀티플렉서(27)를 통해 제공되고, 나머지 1/2기간중에 데이터 신호가 시프트 레지스터(28)에서 데이터 라인(17)으로 제공된다. 데이터 라인상의 전압 변화와 거의 동시에, 픽셀행의 선택이 변경되는데, 이것은 면티플렉서(29)를 통해, 제1라인 선택 회로(30)가 보조 신호가 제공되는 라인을 선택하거나, 제2라인 선택 회로(31)가 기록될 화상 소자의 라인을 선택하기 때문이다. 이 라인 선택 회로들은 예컨대 각 라인 선택 기간후 그 다음 라인을 선택하는 시프트 레지스터이고, 기록될 라인의 선택은 보조 신호가 그 라인에 제공된 후 예컨대 6라인 선택 기간에 걸쳐 행해진다.
라인이 차례대로 기록되는 관련된 실시예에서는 정보 없는 5개의 라인(32)이, 막 기록된 라인(33)에 선행하고, 라인(34)은 여전히 이전 프레임으로부터의 정보를 포함한다(제 7 도). 상기 장치는 개략적으로 도시된 구동 회로(38)에 의해 구동되는데, 필요하다면, 이 회로(38)는 점선(35)으로 표시되는 보조 신호를 공급할수도 있다.
인터레이싱이 사용되는 유사한 장치에서는 예컨대 짝수 필드의 8라인의 대역(32e)은 짝수 필드의 막 기록된 라인(33e)에 선행한다. 라인(34e)은 이전 짝수 필드로부터의 정보를 포함하고, 라인(40)의 정보는 이전 홀수 필드에 의해 결정된다(제 8 도).
물론, 본 발명은 도시된 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위내에서 다양한 변형이 가능하다.
예컨대, 전술된 것처럼, 행전극과 열전극은 다른 기관상에 제공될 수도 있다. 예컨대, MIM과 다이오드링과 같은 다른 스위칭 소자가 사용될 수도 있으며, 필요하다면 카운터 전극(5)은 화소의 매트릭스 형태가 될수도 있다. 상기 장치는 전송 모드 대신 반사 모드로 구동될 수도 있다.

Claims (2)

  1. 두개의 지지판 사이의 강유전성 액정 표시 매체와, 행과 열로 배열된 화소계 및, 상기 화소를 구동시키는 행전극과 열전극의 전극계를 포함하되, 상기 지지판의 대향면상에 제공된 화상 전극에 의해 상기 화소계의 각 화소가 형성되는 표시 장치에 있어서, 상기 열전극은 스위칭 소자를 통해 상기 화소에 접속되고, 또한, 표시될 데이터 신호용 라인과 보조 신호용 라인사이에서 상기 열전극을 스위칭하는 멀티플렉스 회로의출력에 접속되며, 상기 장치는, 표시될 화소의 제1행의 선택 전압과 동시에 상기 멀티플렉스 회로를 통해 상기 열전극상에 데이터 신호가 나타나도륵 하고 다음 단계에서 데이터 신호가 제공될 화소의 제2행의 선택 전압과 동시에 상기 열전극상에 보조 신호가 나타나도록 하는 구동 및 동기화 회로를 포함하는네, 상기 보조 신호는 화소를 극단 전송 상태로 만들기에 충분한 지속기간 및 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  2. 제 l항 에 있어서, 상기 멀티플렉스 회로는, 라인 선택 기간의 1/2기간중에 열전극에 데이터 전압을 제공하고, 상기 라인 선택 기간의 나며지 1/2기간중에 보조 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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