KR100344366B1

KR100344366B1 - 액정장치 구동 방법

Info

Publication number: KR100344366B1
Application number: KR1020000049463A
Authority: KR
Inventors: 한유유끼오; 다끼구찌다까오; 사또고이찌; 나까무라신이찌; 노구찌고지; 시미즈야스시
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2002-07-24
Also published as: EP1079363A3; KR20010021414A; EP1079363A2; JP2001133751A

Abstract

반대편에 배치되고 각각 전극을 구비한 한 쌍의 기판, 복수의 화소를 형성하기 위해 상기 기판들 사이에 배치되고 전압 무인가 하에 단안정 상태에 놓여있는 카이랄 스멕틱 액정, 및 그것의 각각이 대응(associated) 화소에 놓이고 액정장치의 매트릭스 구동을 달성하기 위해 대응 전극과 접속된 복수의 능동소자를 포함하는 형태의 액정장치 구동방법은, 액정장치를 구동하는 단계를 포함함으로써 포화 틸트각보다 작은 최대의 틸트각을 실제 구동에 제공하여 상기 액정이 단안정 상태로부터 틸트되도록 한다. 상기 구동방법은 버닝(burning) 혹은 카이랄 스멕틱 액정의 배열 상태 변화를 막는데 효과적이므로, 표시특성을 개선할 수 있다.

Description

액정장치 구동 방법{DRIVING METHOD FOR LIQUID CRYSTAL DEVICE}

본 발명은 평판 표시, 투영 표시, 프린터용 광 벨브로 사용되는 액정장치 구동 방법에 관한 것이다.

지금까지 상당히 널리 사용된 표시(장치)로는, CRTs(cathode ray tubes)가 텔레비전 세트 및 VTRs(video tape recorders)에서 동영상을 표시하기 위한 모니터 및 퍼스널 컴퓨터용 모니터로 알려지고 널리 사용되어 왔다. 그러나, CRT는 그것의 동작원리 때문에 정적인 영상 표시에 있어서 깜빡거림, 불충분한 해상도 때문에 야기되는 스캐닝 프린지로 인한 낮은 영상 인지력 및 스티킹(sticking) 혹은 버닝 (burning)에 의한 형광판의 열화와 같은 다양한 문제를 수반한다. 또한, 최근에는 CRT로부터 발생하는 전자파가 VDT 작동자의 신체 및 건강에 안좋은 영향을 미칠 수도 있다는 것이 발견되었다. 게다가, CRT는 스크린 뒤에 큰 부피를 포함한 구조를 필히 필요로하여 사무실 및 집에서 데이터 처리 장치 및 공간적 경제성에 있어서 효율적인 사용의 관점에서 볼 때 불편하다.

액정표시장치는 CRT의 이러한 어려움을 해결하기 위한 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 1971년 2월 15일자 응용 물리학 자료 Vol. 18, No. 4, pp. 127 - 128에 M. Schadt 및 W. Helfrich에 의해 개시된 트위스트 네마틱(TN; twisted nematic)형 액정을 사용한 액정장치의 형태가 알려져 있다. 최근 몇 년동안, 이러한 형태의 액정을 사용하며 능동 장치 혹은 능동 소자인 TFTs(thin film transistors)에 의해 구동되는 장치는 광범위하게 개선되고 상품화되어 왔다. 이러한 형태의 장치(능동 매트릭스 혹은 TFT형 액정장치)는 각 화소에 트랜지스터를 사용하고 크로스토크 문제로 부터 자유로우며 반도체 제조 기술에 있어서 빠른 진보로 인해 10 내지 12 인치(대각선에 있어서)의 표시크기에 대해 상당히 우수한 생산성으로 제조되고 있다. 그러나, 문제 없이 동영상 이미지를 재생산하기 위해서는, TFT형 장치에는 액정물질의 반응속도와 같은 약간의 문제가 여전히 남아 있다.

반면에, 액정 분자의 쌍안정성(bistability)을 이용하는 형태인 카이랄 스멕틱 액정장치는 Clark 및 Lagerwall(미국 특허 제4,367,924호; 일본 특개평 56- 107216호)에 의해 제안되었다. 카이랄 스멕틱 액정장치에 있어서, 액정분자는 기판에 대하여 평면에서 스위칭을 일으키므로, 시야각 특성에 있어서 놀랄만한 개선을 실현하는 것이 기대되고 있다. 또한 카이랄 스멕틱 액정은 자발분극 (spontaneous polarization)에 의거하여 그것의 반전 스위칭으로 인해 매우 빠른 반응 속도를 나타낸다. 게다가, 카이랄 스멕틱 반강유전성(anti-ferroelectric) 액정장치는 최근에 Chandani, Takezoe 등에 의해 제안되었다(1988년 판 일본 응용 물리학 잡지 Vol. 27, p. L729-). 이와 관련하여, 적은 이력(hysteresis) 특성을 갖고 순차적인 표시에 유리한 특정한 반강유전성 액정 물질이 V자(문자)형의 반응 특성(전압-투과율 특성; V-T 특성)을 제공한다는 것이 아주 최근에 발견되었다 (1997년 판 일본 응용 물리학 잡지, vol. 36, P.3586-).

또한, 고속 표시를 실현하기 위한 특정한 반강유전성 액정물질을 사용한 능동 매트릭스형 액정장치는 일본 특개평 9-50049호에 제안되어 있다.

게다가, 단안정 상태(monostable state)를 갖는 강유전성 액정(FLC; ferroelectric liquid crystal)으로는 Asao 등에 의해 제안된 것으로 인가된 전압의 극성에 따라 비대칭 V-T 특성을 나타내는 1/2 V자형(Half V-shaped) 모드 FLC(1999년 판 응용 물리학 잡지 vol. 38, p. 5977-) 및 Nito, Imanishi 등에 의해 제안된 것으로 V자형 반응특성을 나타내는 FLC(1997년 판 Shinkaku Giho; IEICE의 기술 리포트, EID 96 - 176, OME 96 - 94)가 알려져 있다. 이러한 FLC들은 고속의 순차적 제어를 허용 하고 자발분극을 감소시키는 표시모드에 적합하므로, TFT와 같은 능동소자를 사용하여 구동하는 액정물질로 적합하다.

(반)강유전성을 갖는 카이랄 스멕틱 액정을 사용하는 그런 능동 매트릭스형 액정장치에는 장기간 구동시 액정의 배열 상태에 있어서 버닝 혹은 스티킹 및/혹은 변화에 의한 표시특성 열화에 있어서의 문제점들이 여전히 남아 있다.

본 발명의 근본적인 목적은 상술한 문제점들을 해결하는 액정장치 구동방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 특정한 목적은 장기간동안 우수한 순차적인 이미지를 안정적으로 제공하는 능동 매트릭스형 카이랄 스멕틱 액정장치 구동방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 반대편에 배치되고 각각 전극을 구비한 한 쌍의 기판, 복수의 화소를 형성하기 위해 상기 기판들 사이에 배치된 카이랄 스멕틱 액정, 및 그것의 각각이 대응(associated) 화소에 구비되고 액정장치의 매트릭스 구동을 달성하기 위해 대응 전극과 접속된 복수의 능동소자를 포함하는 형태의 액정장치 구동방법을 제공하고 있는데, 상기 액정은 전압 무인가 하에 단안정 상태에 놓여 있다. 상기 방법은, 액정장치를 구동하는 단계를 포함하여 포화 틸트각보다 작은 최대 틸트각을 실제 구동에 제공하여 상기 액정이 단안정 상태로부터 틸트되도록 한다.

본 발명의 여러가지 목적, 특성 및 장점은 첨부된 도면과 관련하여 후술될 본 발명의 적절한 실시예를 참조하면 보다 명확해 질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 액정장치의 실시예를 나타내는 구성 단면도.

도 2는 주변 구동회로와 조합한 도 1에 따른 액정장치의 능동 매트릭스 기판의 실시예를 나타낸 구성 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 액정장치를 표시판으로 포함하는 액정표시장치 및 그래픽 제어기를 나타내는 블럭도.

도 4는 도 3에 따른 액정표시장치와 그래픽 제어기 간의 이미지 데이터 통신 방법을 설명하는 동작 시간 도표(time chart).

도 5는 실시예에서 사용되는 능동 매트릭스형 액정장치의 등가회로도.

도 6은 카이랄 스멕틱 액정장치에 있어서 스멕틱 위상에서 층 구조의 변형을 설명하는 구성도.

도 7은 카이랄 스멕틱 액정장치에 있어서 표면 전경을 설명하는 구성 단면도.

도 8, 9, 10, 12 및 13은 이후에 설명될 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 실시예 3 및 비교예 2 각각에서 사용된 액정장치의 V-T 특성을 나타내는 그래프.

도 11은 실시예 3에서 사용된 액정장치의 광반응(V-T) 특성을 나타내는 그래프.

도 14a 및 도 14b는 V자형 반응특성 및 1/2(half) V자형 반응특성을 제공하는 액정분자의 포화 틸트각을 설명하는 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11, 12 : 기판

13 : 화소전극

14 : TFT

15, 17 : 배향 제어층

16 : 공통전극

18 : 액정층

19 : 스페이서

20 : 실링제

21 : 스캐닝 신호라인 구동기

22 : 데이터 신호라인 구동기

23 : 스캐닝 신호라인

24 : 신호라인 터미널

25 : 데이터 신호라인

26 : 데이터 신호라인 터미널

카이랄 스멕틱 액정장치의 버닝 혹은 스티킹 현상에 대한 우리의 연구에 따르면, 버닝 현상은 기판과 함께 경계 근처에 위치한 액정분자가 카이랄 스멕틱 액정장치의 온/오프 상태에 따라 반전되는 배향모드에서 두드러지게 관찰되고 있다. 이러한 반전작용은 도메인 벽(도메인 반전)의 반전을 수반하는 스위칭, 즉, 기판으로부터 측면이 보여질 때, 화이트(표시) 영역 혹은 블랙(표시) 영역 중 하나가 그들 사이의 경계(벽)를 유지하는 동안 넓어지거나 좁아지는 그러한 스위칭이다. 특히, 여기서 반전작용은 도 7에 나타나는 표면 전경을 수반하는 반전을 참조한다. 전압 무인가 하에 단지 하나의 안정상태를 가정하는 단안정 액정장치에서 조차 초과 전압이 액정장치에 인가될때, 액정의 반전은 기판과 함께 경계까지 포함하는 영역 내에서 발생하도록 야기되므로 버닝에 이르게 된다.

도 6은 갈매기무니(chevron)(층) 구조를 제공하는 셀구조를 갖는 카이랄 스멕틱 액정장치에 있어서 액정분자의 스멕틱 위상에서 C-방향의 위치(방향)를 나타낸다. 도 6의 (A)에서는 전압 무인가 하에서 위치를 나타낸 것이고 도 6의 (B)에서는 고전압 인가 하에서의 위치를 나타낸다. 도 6의 (A) 및 (B) 각각에 있어서, 왼쪽 도면은 스멕틱(분자) 층(스멕틱 층 법선 방향)에 수직인 방향으로부터 보여지는 C-방향을 설명하고, 오른쪽 도면은 스멕틱 층(스멕틱 층 방향)의 방향으로부터 보여지는 액정분자를 설명한다. 도 6에 있어서, 한 쌍의 기판(61a, 61b; 각각 전극, 배향막 등을 구비한) 사이에서는 C-방향(63) 및 자발분극 방향(64)을 제공하는 동안 액정분자(62)가 배향 혹은 배열된다. 도 6의 (A)에 나타나는 바와 같이, 스멕틱 층의 (가운데 혹은 개재하는) 비틀림부(kink portion)에서의 자발분극 방향(64)은 기판(61a, 62b)의 표면에 수직이 아니므로, 기판에 대해 법선 방향으로부터 벗어나게 된다. 그러한 액정장치에 강한 자기장이 인가되었을 때, 비틀림부에서 스멕틱 액정분자의 자발분극 방향(64)이 전기장의 방향을 향해 배열되도록 야기되므로, 도 6의 (B)에서 나타내는 바와 같은 상태를 나타내도록 강요된다. 상기 상태(도 6의 (B)에서의)는 비틀림부에서 층경사각(δ)이 작아지게 되는, 즉, 스멕틱 위상에 있어서 층 구조가 변형된 그러한 상태이다. 그러한 변형된 상태가 장기간 동안 계속된다면, 변형된 층구조는 인가된 전기장이 제거될 때 조차 구조상의 내력으로 남아있게 되므로, 전자광학 반응 특성에 있어서 변화가 발생하게 된다.

또한 이러한 현상은 벌크상태에서 액정분자의 자발분극 방향이 기판에 수직한 방향으로부터 이탈하기 때문에 경사 책장(bookshelf) (층)구조를 제공하는 셀구조를 갖는 카이랄 스멕틱 액정장치의 경우에 있어서 유사하게 관찰되며, 상기 장치에 강한 전기장이 인가될 때, 자발분극 방향은 작은 층경사각을 제공하는 상태에서 액정분자를 위치시키기 위해 전기장 방향으로 향하도록 야기된다.

상기한 현상은 카이랄 스멕틱 액정장치의 실제 구동시 틸트각(전압 무인가 하에서 분자위치(축) 및 전압인가 하에서 분자위치(축) 사이에서 형성되는 각)이, 특히 다음에 구체적으로 기술될 포화 틸트각(최대 틸트각의)의 최대 95% 이하인, 범위에서 고전압을 인가하는 경우에 두드러진다. 본 발명에 있어서, 실제 구동시최대 틸트각이 사용된 액정물질의 포화 틸트각 이하(예컨대, 포화 틸트각의 최대 95%)인 범위 내에서 카이랄 스멕틱 액정장치를 구동함으로써 액정장치의 실제 구동에 있어서 초과적인 전기장 인가를 막는 것이 가능하므로, 안정적인 표시 이행을 실현하기 위해 층 구조의 버닝 및/혹은 변형의 발생을 막을 수 있다.

적절한 실시예에 있어서, 카이랄 스멕틱 액정장치가 구동될 때, 예컨대, 실제 표시장치용 표시판이 사용자에 의해 실제 구동될 때, 최대 틸트각은 적절하게는 최대한 포화 틸트각의 95%, 보다 적절하게는 최대한 90%, 훨씬 더 적절하게는 최대한 80%보다 작게 되도록 제어된다. 이러한 목적을 위해, 특정한 제어수단이 꼭 필요한 것은 아니다. 실제 구동에 있어서, 보다 구체적으로는, 포화 틸트각보다 작은 최대 틸트각의 제어는 상기 액정분자가 그들의 단안정위치(전압 무인가시)로부터 포화 틸트각을 제공하는 그들의 가장자리 위치까지 틸트되지 않는 범위에서 인가되는(작동하는) 전압을 미리 세팅함으로써 이루어질 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 있어서 최대 틸트각에서 카이랄 스멕틱 액정장치는 전압인가 하에 액정분자들이 그들의 가장자리 위치까지 이동하지 않도록 적절하게 디자인될 수 있다. 다시 말해, 액정장치는 그것의 실제 구동시에는 포화 틸트각을 제공하지 않는다.

본 발명의 구동방법에 따르면, 액정분자가 그들의 포화 틸트각을 제공하여 그들의 가장자리 위치까지 완전하게 틸트되는 경우 조차 액정 콘(cone)의 정점각 (apex angle)을 증가시킴으로써 휘도를 충분히 안전하게 하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 구동방법에 의해 구동된 액정장치는 도 1 및 도 2를참조하여 구체적으로 기술될 것이다.

상기 액정장치는 전압 무인가시 단안정 상태를 가정한 능동 매트릭스형 카이랄 스멕틱 액정장치(단안정화됨)이다.

도 1은 능동 매트릭스형 카이랄 스멕틱 액정장치의 실시예를 나타내는 구성 단면도이고 도 2는 도 1에서 나타낸 액정장치가 수직 구동회로와 접속된 상태에 있어서 능동 매트릭스 기판의 실시예를 나타내는 구성 평면도이다.

이러한 도면을 참조하면, 액정장치는 한 쌍의 기판(11, 12), 복수의 화소전극(13), 복수의 TFTs(14), 배향 제어층(15), 공통전극(16), 배향 제어층(17), (카이랄 스멕틱)액정층(18), 스페이서(19), 실링제(20), 스캐닝 신호라인(scanning signal lines; 23) 및 데이터 신호라인(25)을 포함한다. 상기 액정장치는 스캐닝 신호라인 터미널(24)을 경유하여 스캐닝 신호라인(23)을 통해 스캐닝 신호라인 구동기(21)와 접속되고 데이터 신호라인 터미널(26)을 경유하여 데이터 신호라인(25)을 통해 데이터 신호라인 구동기(22)와 접속된다.

상기 액정장치는 서로 반대편에 위치한 한 쌍의 기판(11, 12) 및 상기 기판들(11, 12) 사이에 위치한 상기 액정층(18)을 포함한다. 이러한 실시예에 있어서, 상기 기판 11은 능동 매트릭스 기판이고 상기 기판 12는 반대쪽 기판이다. 이러한 기판들(11, 12)은 일반적으로 유리 혹은 플라스틱과 같은 투명 물질로 형성될 수 있다.

이러한 실시예에 있어서 상기 액정장치는 투과형이지만, 예컨대 실리콘 기판 등으로 기판(11)을 바꿈으로써 반사형 액정장치로 변형될 수도 있다.

상기 기판(11) 상에, 복수의 투명 화소전극(13) 및 각각 상기 화소전극과 접속된 대응하는 능동 장치 혹은 소자(14)(이러한 실시예에 있어서 TFTs)는 매트릭스 형태로 배치된다. 상기 능동 장치(14)는 적절하게는 비결정(amorphous) 실리콘, 다결정(polycrystalline) 실리콘, 미결정(microcrystalline) 실리콘 혹은 단결정 (single-crystalline) 실리콘 반도체를 각각 포함하는 트랜지스터일 수도 있다. 상기 능동 장치로써 TFTs(14) 각각은 보통 기판(11) 상에 배치된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 덮고 있는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 상에 형성된 반도체 층, 및 상기 반도체 층 위에 형성된 소스전극 및 드레인 전극으로 구성될 수 있다.

상기 기판(11) 상에는, 도 2에서 나타내는 바와 같이, 상기 스캐닝 신호(게이트)라인(23)이 상기 화소전극(13)의 열(row) 방향으로 배치되고 상기 데이터 신호(소스)라인(25)은 상기 화소전극(13)의 행(colume) 방향으로 배치된다. 상기 TFTs(14) 각각은 그것의 게이트전극을 경유하여 대응하는 스캐닝 신호라인(23)과 전기적으로 접속되고 그것의 소스전극을 경유하여 대응하는 데이터 신호라인(25)에 전기적으로 접속된다. 상기 스캐닝 신호라인(23)은 그들의 터미널부(24)를 경유하여 상기 스캐닝 신호라인(열) 구동기에 접속된다. 상기 데이터 신호라인(25)은 그들의 터미널부(26)를 경유하여 상기 데이터 신호라인(행) 구동기(22)에 접속된다. 상기 스캐닝 신호라인 구동기(21)는 상기 스캐닝 신호라인(23)을 연속적으로 선택함으로써 게이트-온 신호를 상기 스캐닝 신호라인(23)에 공급한다. 그와 동시에, 상기 데이터 신호라인 구동기(22)는 표시 데이터에 대응하는 데이터 신호를 상기데이터 신호라인(25)에 각각 공급한다.

상기 스캐닝 신호라인(23)은 상기 터미널부(24)를 제외하고 게이트 절연막으로 피복되고, 상기 데이터 신호라인(25)은 상기 게이트 절연막 상에 형성된다. 또한, 화소전극(13)은 상기 게이트 절연막 상에 형성되고 상기 TFTs(14)의 대응하는 드레인 전극과 부분적으로 접속된다.

상기 다른(반대편) 기판(12) 상에는, 도 1에 나타내는 바와 같이 화소전극 (13)(상기 능동 매트릭스 기판(11) 상에) 반대편에 위치한 공통전극(16)이 형성된다. 상기 공통전극(14)은 전체 표시영역 위에 임의의 면적을 갖는 단일 전극이 형성되고 기준전압이 인가된다. 그 결과, 상기 액정층(18)은 합성 투과율을 변화시키기 위해 데이터 신호전압에 의존하는 전압을 인가하므로, 순차적인 표시를 달성할 수 있다. 또한, 화소의 각각은 보조 정전용량으로써 축전기를 구비할 수도 있다.

화소전극(13) 및 공통전극(16)은 일반적으로 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전 물질로 형성될 수도 있다. 반사형 액정장치를 준비하는 경우, 상기 화소전극(13)은 높은 반사율을 나타내는 물질로 형성될 수도 있고 혹은 그들의 위쪽 혹은 아래쪽 표면이 반사 부재로 피복될 수도 있다.

보다 적절한 실시예에 있어서, 상기 액정장치는 적어도 하나의 배향 제어층 (15, 17)을 포함한다. 적어도 하나의 배향 제어층(15, 17)은 보다 적절하게 러빙과 같은 단축 배향처리될 수도 있다.

그런 단축 배향 제어층은 다음 방법으로 형성될 수도 있다.

상기 기판 상에는, 일산화실리콘, 이산화실리콘, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 플루오르화마그네슘, 산화세륨, 플루오르화세륨, 질화실리콘, 탄화실리콘 혹은 질화붕소와 같은 무기성 물질로된 층(막) 혹은 폴리비닐 알콜, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리에스테르, 폴리아마드, 폴리에스테르이미드, 폴리파락시렌, 폴리카보네이트, 폴리비닐아세트알, 폴리염화바닐, 폴리스티렌, 폴리실록산, 셀룰로스 수지, 맬라민수지, 요소 수지 혹은 아크릴 수지와 같은 유기체 물질로된 층(막)이 용액 코팅, 증기 증착 혹은 스퍼터링에 의해 형성되고, 그 다음에 벨벳, 직물 혹은 종이와 같은 섬유질 물질로 표면-러빙을 실시한다. 또한 경사 증기 증착을 적용하는 것도 가능한데 산화물(예컨대, SiO) 혹은 질화물이 경사 방향으로부터 기반 상에서 증기-증착된다. 상기 기판 상에는, 부가적으로 쇼트-회로 방지막을 형성할 수도 있다.

특히, 보다 우수한 단축 배향 특성을 제공하기 위해서는 단축 배향 제어층으로 러빙처리된 폴리이미드막을 사용하는 것이 적합하다.

폴리이미드 배향 제어층(막)은 보통 기판 상에 폴리아미드산 용액을 공급하고, 다음에 커링함으로써 형성될 수 있다. 폴리아미드산은 용매에서 쉽게 용해될 수 있으므로, 우수한 생산성을 갖는다. 최근 몇년동안, 용매에서 용해되기 쉬운 폴리이미드 역시 통상적으로 사용가능하므로, 결과적인 폴리이미드막은 그것의 뛰어난 단축 배향 특성 및 우수한 생산성으로 인해 액정장치에 있어서 배향 제어층으로 사용되기에 적절하다.

스페이서(19)는 기판들 사이의 갭(셀갭)을 결정하기 위해 반대편에 놓인 한상의 기판들(11, 12) 사이에 위치하며 일반적으로 예컨대, 실리카 비드(silica beads)로 구성된다. 결과적인 액정장치의 셀갭은 그것의 적절한 범위 및/혹은 사용된 액정물질에 의존하는 상한값에 따라 변할 수 있다.

액정층(18)은 상기 액정을 사용하는 결과적인 액정장치에 무전압이 제공될 때 상기 액정이 단안정 상태(single stable state)인 것으로 추정하는 한 특별히 제한적이지 않은 카이랄 스멕틱 액정으로 구성된다. 카이랄 스멕틱 액정은 강유전성 액정 혹은 반강유전성 액정으로 구성되는 것이 더 적합할 수도 있다. 보다 적절한 실시예에 있어서, 카이랄 스멕틱 액정은 실제 구동시 45도로 최대 틸트각을 세팅하기 위해서 45도 이상의 포화 틸트각을 나타내므로 최대 투과율을 지키게 된다.

본 발명에 사용되는 액정은 투과율을 나타내기 위해 축(세로좌표의)에 대해 대칭인 V자형태의 광반응(V-T; 전압-투과율) 특성을 적절히 나타냄으로써 카이랄 스멕틱 액정은 전압 무인가 하에 제1 투과율을 제공하는 제1 배향상태에 놓이고 규정된 양 및 음전압(+V0 및 -V0)의 인가 하에 제2 투과율을 제공하는 제2 및 제3 배향상태로 각각 변화되며, 결과적인 투과율은 인가된 전압에 따라 제1 및 제2 투과율 사이에서 계속해서 변하므로 순차적인 표시레벨을 제공하게 된다. 액정장치가 한 쌍의 편광자 사이에 끼게 되었을 때, 제1 투과율은 가장 어두운 상태를 제공하고 제2 투과율은 가장 밝은 상태를 제공하게 되어 인가된 전압에 따라 순차적인 표시가 나타나게 할 수 있게 된다.

도 14a는 카이랄 스멕틱 액정이 V자형의 반응특성을 제공하는 경우 포화 틸트각을 설명하기 위해 카이랄 스멕틱 액정의 실질적인 콘(cone)을 나타낸다.

도 14a에 따르면, 액정분자는 상기 콘의 중심 위치(P0)에 놓이고 상기 위치 (P0)로부터 양 및 음전압의 인가 하에서의 위치(P+, P-)로 각각 틸트된다. 이러한 경우에, 양-극성(positive-polarity) 전압 인가시 포화 틸트각 및 음-극성 (negative-polarity) 전압 인가시 포화 틸트각이 서로 같아진다. 포화 틸트각은 상기 위치(P0 및 P+(혹은 P-)) 사이, 즉 단안정 분자위치(전압 무인가 하에서) 및 가장자리 분자위치(포화전압 인가 하에서) 사이에 형성된 각의 최대이며, 카이랄 스멕틱 액정의 콘의 정점(콘)각의 1/2과 일치한다.

또한 본 발명에 사용된 액정장치는 투과율을 나타내기 위해 축(세로좌표의)에 대해 비대칭인 1/2 V자형인 광반응(V-T) 특성을 적절히 나타내어 카이랄 스멕틱 액정이 전압 무인가 하에 제1 투과율을 제공하는 제1 배향 상태에 놓이게 하고 규정된 양 및 음전압(+V0, -V0)의 인가 하에 서로 다른 투과율을 제공하는 제2 및 제3 배향 상태로 각각 변한다. 이러한 경우, 하나의 극성의 전압 인가 하에 최대 투과율(T2) 및 다른 극성의 전압 인가 하에 최대 투과율(T3)은 다음 관계를 적절히 만족할 수 있다.:

T2 ≥ 5 × T3

또한 투과율(T3)은 실질적으로 0인것이 더 적절할 수도 있다.

도 14b는 카이랄 스멕틱 액정이 1/2 V자형태의 반응특성을 제공하는 경우 포화 틸트각을 설명하기 위해 카이랄 스멕틱 액정의 실질적인 콘을 나타낸다.

도 14b에 따르면, 액정분자는 콘의 가장자리 중 하나 근처에서 위치 P0에 놓이고 양 및 음전압의 인가 하에 상기 위치 P0에서 위치 P+ 및 P-로 각각 틸트된다. 이러한 경우, 양-극성 전압 인가시 틸트각의 최대 및 음-극성 전압 인가시 틸트각의 최대는 서로 다르다. 이러한 경우에 포화 틸트각은 위치 P0 및 P+ 사이에 형성되는 각의 최대값으로써 결정된다. 또한, 도 14b에 있어서, 전압 무인가시 액정분자 위치 P0는 위치 P-(즉, 콘의 가장자리 중 하나 위에) 근처에 놓이지만 위치 P-와 일치할 수도 있다. 이러한 경우, 액정분자는 음-극성전압 인가 하에 틸트되지 않는다. 또한 액정분자 위치 P0는 위치 P+와 일치하거나 혹은 그 근처에 놓일 수도 있다.

본 발명에서 사용된 상술한 액정장치는 다양한 기능을 갖는 액정장치를 구성할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 블럭도에 의해 설명되는 바와 같이 제어 시스템을 갖는 액정표시장치(101)는 표시판(103)으로써 본 발명에서 사용된 액정장치를 사용함으로써 구성될 수도 있다.

도 3에 따르면, 액정표시장치(101)는 그래픽 제어기(102), 표시판(103), 스캐닝 신호(게이트)라인 구동회로(104), 데이터 신호라인 구동회로(105), 디코더 (106), 게이트라인 신호발생기(107), 시프트 저항기(108), 라인 기억장치(109), 데이터 신호 발생기(110), 구동 제어회로(111), 그래픽 중앙처리장치(GCPU; 112), 호스트 중앙처리장치(host CPU; 113), 및 이미지 데이터 저장 기억장치(video-RAM 혹은 VRAM; 114)를 포함한다.

도 4는 스캐닝 라인 어드레스 데이터 및 SYNC 신호에 의거하여 통신 동기화 수단을 사용하여 설명되는 임의의 데이터 포맷을 포함하는 이미지 데이터를 전송하기 위해 데이터 통신의 방법을 설명하는 동작 시간 도표이다.

보다 구체적으로, 이미지 데이터는 장치 몸체(main body) 내에서 그래픽 제어기(102)로부터 발생되고 도 3 및 도 4에서 도시되는 바와 같이 신호전송 수단에 의해 표시판(103)으로 전송된다. 그래픽 제어기(102)는 핵심장치로써 그래픽 중앙처리장치(GCPU; 112) 및 이미지 데이터 저장 기억장치(VRAM; 114)를 포함하고 그 내부에 있는 호스트 CPU(113) 및 액정표시장치(101) 사이에서 제어 및 이미지 데이터의 통신을 맡고 있다. 부가적으로, 광원(백라이트)은 바람직하게는 표시판(103) 뒤에 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 액정장치의 광반응 특성(V-T 특성)은 다음 방법으로 결정될 수도 있다.

액정장치는 한 쌍의 크로스-니콜 편광자 사이에 끼워져 있어 액정장치는 전압 무인가, 즉 편광자의 편광축 중 하나와 대체로 나란한 액정장치의 러빙방향, 하에 가장 어두운 상태를 제공한다. 액정장치는 전압(예컨대, 0 내지 ±5 볼트 및 0.1Hz의 삼각파 전압)을 인가하는 동안 광전 배증관(photomultiplier)과 함께 제공되는 편광 현미경을 사용함으로써 투과율 변화를 측정하게 되므로, V-T 곡선을 얻게 된다.

여기에서 언급된 포화 틸트각은 다음 방법으로 결정될 수도 있다.

액정장치는 오른쪽 각-크로스 니콜 편광자들 사이에 끼어 있고 제1 흡광위치(가장 낮은 투과율을 제공하는 위치) 및 제2 흡광위치를 찾기 위해 광전 배증관(Hamamatsu Photonics K.K.로부터 이용가능한)에 의해 상기 장치를 통해 투과율을 측정하는 동안 상기 장치에 있어서 한 쌍의 기판 사이에서 ±15V 내지 ±50V 및 1 내지 100Hz (예컨대, ±15V 및 100Hz)의 AC 전압 인가 하에 상기 편광자에 대해 수평으로 회전된다. 그 때, 전압 무인가 하에, 상기 액정장치는 제3 흡광위치를 찾기 위해 투과율을 특정하는 동안 회전되었다. 포화 틸트각은 제1 및 제3 흡광위치 사이의 각 및 제2 및 제3 흡광위치 사이의 각으로부터 선택된 보다 큰 각으로 결정된다. 또한, 제1 및 제2 흡광위치 사이의 각은 정점 혹은 콘각으로 측정된다.

본 발명에 있어서, 규정된(그러나 임의의) 전압 인가시 틸트각은 상술한 바와 같은 방법으로 결정될 수도 있다. 그러한 틸트각은 제3 흡광위치 및 인가된 전압에 의존하는 제1 혹은 제2 흡광위치 사이의 각으로 측정된다.

이후에는, 본 발명이 실시예 및 비교예에 의거하여 보다 구체적으로 기술될 것이다.

실시예 1

두 개의 액정셀(a-0, a-1)이 다음 방법으로 각각 준비된다.

두 개의 1.3 mm 두께를 갖는 유리기판 각각의 위에는, 700Å 두께의 ITO 막이 투명전극으로 형성되고, 그 위에 600Å 두께의 TaO₅막이 RF 스퍼터링에 의해 쇼트-회로 방지막으로 형성된다.

그렇게 처리된 유리기판 중 하나의 위에는 폴리이미드 전구체(Nissan Kagaku K.K.에 의한 "SE-100", mfd.)가 스핀코딩에 의해 공급되고, 이어서 50Å 두께의 폴리이미드막을 형성하기 위해 핫 커링이 실시되는데, 그 때 정규의 방법으로 러빙처리가 된다.

유사한 방법으로, 50Å 두께의 폴리이미드막은 폴리이미드 전구체(Hitachi Kasei Kogyo K.K.에 의한 "LQ-1802", mfd.)를 사용함으로써 다른 기판 상에 형성되고 유사하게 정규의 러빙처리가 실시된다.

상기 기판들 중 하나 위에는, 평균입자 크기가 ca. 1.7㎛인 스페이서 비드가 산포되고 상기 두 개의 기판이 서로 맞추어짐으로써 러빙방향은 서로 평행하지만 블랙셀을 형성하기 위해 반대 방향(반-평행 관계)이 된다.

상기 블랙셀로, 36도의 포화 틸트각을 제공하는 카이랄 스멕틱 액정(E. Merck Co.에 의한 "ZLI-4136", mfd.)이 낮아진 압력 하에 등방성 액체(위상) 온도에서 주입되고 ca. 1 시간 내에 상온으로 냉각된다.

상전이 온도(℃)

Cry : 결정 위상,

SmC* : 카이랄 스멕틱 C 위상,

Ch : 콜레스테르상, 및

Iso : 등방성 위상

자발분극 Ps (20℃ 에서) : 13.8 nC/cm²

상술한 바와 같이, 카이랄 스멕틱 액정은 Ch 및 SmC* 사이의 상전이에 있어서 스멕틱 A 위상(SmA)을 추정하지 않는다.

자발분극(Ps)은 K. Miyasato 등에 의해 기술된, "Direct Method with Triangular Wave for Measuring Spontaneous Polarization in Ferroelectric Liquid Crystal"(1983년 판 일본 응용물리학 잡지 vol. 22, No. 10, pp. L661)에 따라 측정된다.

그렇게 준비된 액정셀(a-0, a-1)을 사용함으로써, 도 5에 도시된 바와 같은 두 개의 능동 매트릭스형 액정장치(A-0, A-1)가 구비된다.

도 5에 따르면, 액정장치(A-0, A-1) 각각은 상기 준비된 액정셀(a-0, a-1; 52)(평면 면적: 0.9 ㎠), 단결정 실리콘 트랜지스터(51)(온-상태 저항: 50 ohm), 및 세라믹(저장) 축전기(정전용량: 2 nF)을 포함한다. 액정장치 중 하나에는 게이트(스캐닝) 신호라인(23)으로부터 선택(게이트 온) 주기 30 μsec인 게이트(캐닝) 신호전압이 공급되고 데이터 신호라인(25)으로부터 규정된 데이터 신호전압(Vop)이 공급된다.

구체적으로, 액정장치 A-1에는 최대 틸트각 33.9도를 제공하는 4볼트의 최대 Vop가 500 시간동안 연속적으로 공급되는데, 최대 틸트각은 포화 틸트각(36도)의 94.2%이다. 반면에, 액정장치 A-0은 전압 무인가 하에 500 시간 동안 레프트스탠딩된다.

그 이후에, 이러한 액정장치(A-0, A-1)는 삼각파(0 내지 ±5볼트, 0.1 Hz)를 사용하여 V-T 특성이 평가 된다.

액정장치 A-1(실선) 및 액정장치 A-0는(점선)에 대한 V-T 곡선은 도 8에 도시된다. 도 8, 9, 10, 12 및 13에 있어서, 액정장치의 초기 단계에 있어서 가장 밝은 상태를 제공하는 투과율은 100%로 얻어진다.

도 8에 도시된 바와 같이, 액정장치 A-0 및 A-1에 대한 두 개의 V-T 곡선은 서로 근접하고 단지 ca. 4%의 투과율에서 최대차이가 나타난다.

실시예 2

두 개의 능동 매트릭스형 액정장치 A-2(연속적인 전압 인가) 및 A-0(연속적인 전압 무인가 동안)는 최대 Vop 값(4볼트)이 최대 틸트각인 31.7도(포화 틸트각( 36도)의 88.1%)를 제공하는 3.5볼트(장치 A-2에 대하여)로 바뀌는 것을 제외하면 실시예 1과 같은 방법으로 준비되고 평가된다.

그 결과는 도 9에 도시된다.

액정장치 A-2(실선) 및 액정장치 A-0(점선)에 대한 결과적인 V-T 곡선은 단지 ca. 2%의 투과율에서 최대 차이를 갖게 된다.

비교예 1

두 개의 능동 매트릭스형 액정장치 A-3(연속적인 전압 인가 동안) 및 A-0(연속적인 전압 무인가 동안)는 최대 Vop 값(4볼트)이 최대 틸트각인 36도(포화 틸트각(36도)의 100%)를 제공하는 6볼트(장치 A-3에 대하여)로 변하는 것을 제외하면 실시예 1에서와 같은 방법으로 준비되고 평가된다.

그 결과는 도 10에 도시된다.

액정장치 A-3(실선) 및 액정장치 A-0(점선)의 결과적인 V-T 곡선은 ca. 200mV의 동일한 휘도(투과율)를 제공하는 동안의 전압에서 최대 차이를 나타내는데, 그것은 ca. 15%의 투과율에서의 최대 차이에 대응된다.

실시예 3

카이랄 스멕틱 액정 구성(LC-1)은 지시된 특성을 갖는 다음 구성물들을 혼합함으로써 준비된다.

구조식 wt. %

상전이 온도(℃)

Ps(30℃에서) : 4.4 nC/cm²

콘(정점)각 : 54.8도

두 개의 액정셀(b-0, b-1)은 각각 다음 방법으로 준비된다.

두 개의 1.1 mm 두께의 유리기판 각각의 위에는, 1200 Å 두께 ITO막이 투명전극으로써 형성되고, 그 위에는 폴리이미드 전구체("SE-7992")가 스핀 코딩에 의해 제공되고 5분동안 80℃에서 미리 건조되며, 다음에는 500Å 두께의 폴리이미드막을 형성하기 위해 1시간 동안 200℃에서 핫-커링된다.

그렇게 얻어진 폴리이미드막의 각각은 배향 제어층을 제공하기 위해 다음 상태 하에서 나일론 직물과 함께 러빙처리(단축 배향처리)가 실시된다.

러빙롤러 : 직경 10cm로 나일론 직물(Teijin K.K에 의한 "NF-77", mfd.)이 감겨진 롤러이다.

앞착 깊이 : 0.3 mm

기판 공급율 : 10 cm/sec

회전 속도 : 1000rpm

기판 공급 : 4회

그 때, 기판 중 하나의 위에는 스페이서 비드(평균 입자 크기 = ca. 1.5㎛)가 살포되고 한 쌍의 기판이 서로 마주하고 있어서 러빙 방향은 서로 평행하지만 반대 방향(비-평행 관계)이므로, 일정한 셀갭을 갖는 블랙셀을 제공하게 된다.

액정구성(LC-1)은 그것의 콜레스테르상 내에서 위에서 준비된 블랙셀의 각각으로 주입되고 액정셀(b-0, b-1)을 준비하기 위해 카이랄 스멕틱(C) 위상을 제공하는 온도에서 점차적으로 냉각된다.

Iso에서 SmC*까지의 상기 냉각 단계에 있어서, 1℃/min의 비율로 각 장치를 냉각하는 동안 -2볼트의 DC(오프셋) 전압이 Tc ± 2℃(Tc: Ch-SmC* 상전이 온도)의 온도 범위 내에서 공급되는 전압인가 처리가 셀 각각에서 실시된다.

그렇게 준비된 액정셀(b-0, b-1)은 배향상태 및 광반응 특성의 관점에서 다음의 방법으로 각각 평가된다.

<배향상태>

액정셀(b-0, b-1) 각각의 액정구성(LC-1)의 배향상태는 30℃(상온)에서 편광 현미경을 통해 관찰된다.

그 결과, 대체로 일정한 배향상태인 전압 무인가 하에 가장 어두운(광) 축이 러빙방향으로부터 약간 벗어나고 단지 하나 층의 정규 방향이 전체 셀에 걸쳐 나타난다.

<삼각파에서 광반응>

액정셀(b-0, b-1) 각각은 크로스 니콜 관계 하에 광전 배증관과 함께 구비된 편광 현미경으로 세팅되어 편광축이 전압 무인가 하에 가장 어두운 상태를 제공하도록 배치된다.

각 액정셀에 30℃에서 삼각파(0 내지 ±6볼트, 0.2Hz)가 공급될 때, 결과적인 투과율은 양-극성 전압 인가 하에 인가된 전압의 크기(절대값)과 함께 점차적으로 증가된다. 반면에, 음-극성 전압의 인가 하에 결과적인 투과율은 인가된 전압 레벨과 함께 변하지만 투과율의 최대값은 양-극성 전압 인가의 경우에 있어서의 최대 투과율의 ca. 1/10이다.

그 결과는 도 11에 도시된다.

또한, 액정셀(b-0, b-1)의 각각에 있어서 액정분자의 평균위치는 콘 가장자리 중 하나의 내부 3도까지 위치한 것으로 발견된다. 따라서, 액정셀(b-0, b-1) 각각은 포화 틸트각인 51.8도(콘각(54.8도) - 3도)를 제공한다.

위에서 준비된 액정셀(b-0, b-1)을 사용함으로써, 도 5에서 도시하는 바와 같이 두 개의 능동 매트릭스형 액정장치(B-0, B-1)는 실시예 1과 같은 방법으로 준비된다.

도 5에 따르면, 액정장치(B-0, B-1)의 각각은 위에서 준비된 액정셀(b-0 혹은 b-1; 52)(평면 면적: 0.9㎠), 단일 결정 실리콘 트랜지스터(51)(온-상태 저항: 50 ohm), 및 세라믹(저장) 축전기(정전용량: 2nF)를 포함한다. 액정장치 중 하나에는 게이트(스캐닝) 신호라인(23)으로부터 30μsec의 선택기간(게이트-온) 내에 게이트(캐닝) 신호전압이 공급되고 데이터 신호라인(25)으로부터 규정된 데이터 신호전압(Vop)이 공급된다.

구체적으로는, 액정장치(B-1)에는 최대 틸트각인 45도를 제공하는 최대 Vop인 6볼트가 500 시간 동안 연속적으로 공급되는데, 이것은 포화 틸트각의 87% (51.8도)이다. 반면에, 액정장치(B-0)는 전압 무인가 하에 500 시간 동안 레프트스탠딩(leftstanding)된다.

그 이후에, 이러한 액정장치(B-0, B-1)는 삼각파(0 내지 ±5볼트, 0.1Hz)를 사용함으로써 30℃에서 V-T 특성을 평가하게 된다.

액정장치 B-1(실선) 및 액정장치 B-0(점선)에 대한 V-T 곡선은 도 12에 도시된다.

도 12에 도시된 바와 같이, 액정장치(B-0, B-1)에 대한 두 개의 V-T 곡선은 서로 근접하고 ca. 4.5%의 투과율 내에서 단지 최대 차이를 제공하게 된다.

비교예 2

두 개의 능동 매트릭스형 액정장치 B-2(연속적인 전압 인가 동안) 및 B-0(연속적인 전압 무인가 동안)는 최대 Vop 값(6볼트)이 최대 틸트각 51.8도(포화 틸트각(51.8도)의 100%)를 제공하는 12볼트(장치 B-2에 대하여)로 변하는 것을 제외하면 실시예 3에서와 같은 방법으로 준비되고 평가된다.

그 결과는 도 13에 도시된다.

액정장치 B-2(실선) 및 액정장치 B-0(점선)에 대한 결과적인 V-T 커브는 동일한 휘도(투과율) ca. 300mV를 제공하기 위한 전압에서 단지 최대 차이를 나타낸다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면 실제 구동시 액정의 최대 틸트각이 포화 틸트각 이하(보다 적절히는 포화 틸트각의 최대 95%)인 상태 하에 능동 매트릭스형 카이랄 스멕틱 액정장치를 구동함으로써 장기간 구동에서도 버닝 현상 및/혹은 배향 상태에 있어서의 변화에 의한 표시특성에 있어서의 열화를 막는 것이 가능하게 되므로, 장기간 동안 우수한 아날로그 순차 표시를 안정적으로 실현할 수 있게 된다.

Claims

액정장치 구동방법에 있어서,

상기 액정장치는 각각 전극을 구비하고 서로 반대편에 위치한 한 쌍의 기판;

복수의 화소를 형성하기 위해 상기 기판들 사이에 배치된 카이랄 스멕틱(chiral smectic) 액정; 및

각각이 대응화소에 제공되고 대응전극과 접속되어 상기 액정장치의 매트릭스 구동을 초래하는 복수의 능동소자

를 포함하고, 상기 액정은 전압 무인가 하에 단안정 상태에 놓이게 되며,

상기 방법은 상기 액정이 실제 구동시 포화 틸트각 보다 작은 최대 틸트각을 제공하기 위해 단안정 상태로부터 틸트되도록 상기 액정장치를 구동하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정장치 구동방법.
제1항에 있어서, 상기 최대 틸트각은 상기 포화 틸트각의 최대 95%인 것을 특징으로 하는 액정장치 구동방법.
제1항에 있어서, 상기 최대 틸트각은 상기 포화 틸트각의 최대 90%인 것을 특징으로 하는 액정장치 구동방법.
제1항에 있어서, 상기 최대 틸트각은 상기 포화 틸트각의 최대 80%인 것을특징으로 하는 액정장치 구동방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정장치는 투과율을 나타내기 위해 축에 대해 대칭인 V자형 전압-투과율 곡선을 제공하는 것을 특징으로 하는 액정장치 구동방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정장치는 투과율을 나타내기 위해 축에 대해 비대칭인 1/2 V자형 전압-투과율을 제공하는 것을 특징으로 하는 액정장치 구동방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포화 틸트각은 적어도 45도인 것을 특징으로 하는 액정장치 구동방법.
제5항에 있어서, 상기 포화 틸트각은 적어도 45도인 것을 특징으로 하는 액정장치 구동방법.
제6항에 있어서, 상기 포화 틸트각은 적어도 45도인 것을 특징으로 하는 액정장치 구동방법.