KR100431152B1 - 네마틱액정의구동방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 네마틱액정을 콘트라스트비가 높고 고속응답이 가능하도록 매트릭스구동시키기 위해, 네마틱액정과, 상기 액정을 사이에 두고 있는 다수의 공통전극 및 다수의 시그먼트전극과, 상기 전극의 사이에 있는 액정을 2장의 편광판의 사이에 배치한 액정표시장치에서, 공통전극에 선택펄스를 인가하는 수단과, 상기 선택펄스에 따라 표시해야 할 화상데이터에 따른 전압을 시그먼트전극에 인가하는 수단을 구비하고, 상기 공통전극의 선택펄스가 인가되지 않는 기간에 상기 시그먼트전극에 상기 화상데이터에 따른 전압과 상이한 전압을 인가하는 수단을 구비하며, 상기 다수의 시그먼트전압에 인가되는 평균전압을 소정의 값으로 할 것을 제안한다.

Description

네마틱액정의 구동방법

[발명이 속하는 기술분야]

이 발명은 액정의 구동방법, 특히, 네마틱액정의 구동방법에 관한 것이다.

[종래의 기술]

투명전극을 갖는 2장의 투명한 평판에 네마틱액정을 끼우고 2장의 편광판 사이에 놓으면, 상기 2개의 투명전극에 인가한 전압에 따라 상기 2장의 편광판을 지나는 빛의 투과율이 변화한다는 것이 알려져 있다.

이런 원리를 이용한 액정표시장치는 두께가 얇고 전력소비가 적다는 등의 특징을 구비하고, 손목시계나 전자계산기를 비롯하여 널리 사용되고 있다.

또한, 근년에는 칼라필터와 조합시켜 노트북컴퓨터나 소형의 액정텔레비젼등의 칼라표시 디스플레이장치에 사용되고 있다.

도트매트릭스구동방식으로는 구조가 간단한 단순매트릭스구동방식과, 화소마다 능동소자를 부가하여 고화질을 실현한 TFT방식으로 대표되는 액티브매트릭스방식이 알려져 있다.

액티브매트릭스방식에서는 능동소자의 형성이 매우 곤란하고 고가의 비용이 소요되며 생산설비에도 다액의 투자가 필요하지만, 가장 화질이 좋은 TN형의 네마틱액정을 사용할 수 있으므로, 콘트라스트비가 높고 시야각이 넓으며 다계조화를 실현할 수 있다.

단순매트릭스구동방식에서는 액정패널의 전극형성은 매우 간단하지만, 선택시간에 대한 반복주기의 비, 즉, 듀티비가 높아지면 콘트라스트비가 저하된다는 문제가 있고, 듀티비가 높은 대규모의 매트릭스액정패널에서는 콘트라스트비와 시야각과 응답속도 및 다계조화의 면에서 특성적으로 불리한 STN형의 네마틱액정을 사용하고 있다.

또한, 칼라필터와 조합시켜 칼라표시를 가능하게 한 액정표시장치에 있어서는 적·녹·청의 3색의 도트를 조합시켜 칼라표시를 하고 있다.

이러한 칼라필터는 매우 고가이고, 패널에 맞추는 작업도 고도의 정밀도가 요구된다.

또한, 흑백의 액정표시패널과 동등한 해상도를 얻기 위해서는 3배의 도트수가 필요하기 때문에, 통상의 액정패널에서는 수평방향의 구동회로수가 3배가 되어버리고, 비용이 소요되며, 패널과 구동회로의 접점의 수도 3배가 되므로 접속작업도 곤란하게 되어버린다.

따라서, 액정패널을 사용하여 칼라표시를 하는 방법으로서 칼라필터를 사용하는 방식은 고비용을 요구하는 요소가 많으므로 저렴하게 제조하기가 곤란하였다.

칼라필터를 사용하지 않는 칼라액정표시장치로는, 예를 들어 일본국 특개평 1-179914호 공보에 기재된 바와 같이, 흑백액정패널과 3색 백라이트를 조합시켜 칼라표시를 하는 방법이 제안되어 있고, 칼라필터 방식에 비해 저렴하고 정밀도가 높은 칼라표시를 실현할 수 있는 가능성이 있지만, 종래의 액정구동방법으로는 액정을 고속으로 구동하는 것이 곤란하여 실용화에 이르지 못하고 있다.

또, 종래의 액정표시장치에서는 액정의 응답속도가 느리기 때문에 텔레비젼등의 동화상의 재생을 하는 경우나, PC 등의 마우스커서를 고속으로 움직이게 하는경우에는 브라운관을 사용한 디스플레이에 비해 성능적으로 뒤떨어졌다.

이 발명이 해결하고자 하는 과제는 구동방법의 변경에 따라 TN형의 네마틱액정을 사용해도 단순매트릭스구동방식으로 듀티비가 높고 대규모의 매트릭스액정패널로 높은 콘트라스트비를 얻을 수 있을 뿐 아니라, 네마틱액정의 응답속도를 빠르게 하며, 앞서 설명한 3색 백라이트에 의한 칼라화나, 동화상의 재생에 있어서 브라운관을 사용한 디스플레이와 동등하거나 그 이상의 성능을 얻는 것이 가능하게 하려는 것이다. 즉, 콘트라스트비가 높으면서도 응답속도가 빠른 네마틱액정의 매트릭스구동방법을 제공하려는 것이다.

도 1은 네마틱액정의 전기광학적 특성을 나타내는 관계도이고,

도 2는 이 발명의 실시예에 있어서의 네마틱액정의 인가전압의 변화에 대한 광투과율의 시간변화를 보여주는 설명도이며,

도 3은 시그먼트전압을 변화시킬 수 없는 경우의 네마틱액정의 인가전압의 변화에 대한 광투과율의 시간변화를 보여주는 설명도이고,

도 4는 시그먼트전압을 변화시킬 수 없는 경우의 네마틱액정의 인가전압의 변화에 대한 광투과율의 시간변화를 보여주는 설명도이며,

도 5는 이 발명의 실시예에 있어서의 시그먼트전압의 변화주기를 2배로 한 경우의 네마틱액정의 인가전압의 변화에 대한 광투과율의 시간변화를 보여주는 설명도이고,

도 6은 이 발명의 실시예에서 회로도이며,

도 7은 도 6에서 이 발명의 실시예에서 회로의 동작을 보여주는 타이밍챠트도이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 이 발명은, 종래의 액정구동회로와는 다른 타이밍으로 액정에 전압을 인가함으로써 듀티비가 높아도 콘트라스트비가 높고, 액정의 응답속도를 빠르게 함을 특징으로 하는 것이다.

통상의 네마틱액정의 전기광학적 특성은 도1과 같이 되어 있고, 도1에서 인가전압은 극성에 관계 없이 실효치가 문제로 된다.

근래에는 STN 액정패널로 TFT 액정패널과 같은 화질을 실현하는 구동방법으로서 다수의 주사선을 동시에 선택하는 액티브구동법이 제안되고 있다.

이 액티브구동방법은 동시에 다수의 주사선을 선택함으로써 1프레임 기간에서의 주사선의 선택회수를 늘림으로써 콘트라스트비와 응답속도를 개선하고 있고, 네마틱액정의 광투과율이 인가전압의 실효치에 의해 정해진다는 특성을 이용한다는점에서 종래의 구동방식과 다름이 없었다.

종래, 네마틱액정의 응답속도는 수십 밀리 초 내지 수백 밀리 초가 소요되고 있고, 3색 백라이트에 의한 칼라화를 실현할 수 있는 응답속도를 얻기는 곤란하다고 여겨지고 있다.

이 발명자는 3색 백라이트에 의한 칼라화를 실현할 수 있는 응답속도를 갖는 액정패널을 개발하기 위해, 네마틱액정의 인가전압파형과 광투과율의 동적 특성의 측정을 행하였으며, 인가전압의 파형에 따라서는 인가전압이 변화했을 때 광투과율이 고속으로 변화하는 상태가 존재함을 알았다.

이 광투과율이 고속으로 변화하는 상태를 반복하여 발생시킴으로써 종래의 구동방법에 비해 응답속도가 훨씬 빠르고, 콘트라스트비가 좋은 특성을 얻을 수 있었다.

[발명의 실시예]

도2는 이 발명의 양호한 실시예의 하나를 보여주는 것이고, 단순매트릭스방식의 네마틱액정패널의 1개의 도트에 대한 시그먼트전극과 공통전극에 인가하는 전압파형과, 상기 1개의 도트의 광투과율을 나타내고 있다.

여기서, 공통전극에 인가하는 전압은 공통전극을 선택하는 기간만 펄스를 출력하고, 선택된 공동전극에 대한 펄스가 출력되고 있는 기간, 시그먼트전극에 인가하는 전압이 V_seg1인 경우에는 대응하는 도트의 광투과율이 순간적으로 변화하고, 시그먼트전극에 인가하는 전압이 V_seg0인 경우에는 대응하는 도트의 광투과율이 변화하지 않는다.

그러므로, 공통전극에 인가하는 펄스의 타이밍에 따라 표시하고 싶은 화상데이터에 따른 전압을 시그먼트 전극에 인가함으로써 화상을 표시할 수 있다.

이 발명의 실시예에 있어서의 구동타이밍의 특징은 1프레임 주기내에 공통전극이 선택되고 있는 기간의 시그먼트전압이 V_seg1인 경우에 공통전극이 선택되고 있지 않은 기간중에 시그먼트전압을 V_seg0으로 하고 있는 것이다.

도3 및 도4는 종래의 전압인가방법을 행한 경우와 이 발명의 실시예의 비교를 보여주고 있고, 인가하는 전압파형의 차이는 도3 및 도4에서는 시그먼트전극에 인가하는 전압이 일정값이라는 것 뿐이다.

도2와 도3 및 도4에서 사용하고 있는 액정재료는 네마틱액정 중에서도 전기광학특성의 변화가 비교적 완만한 도1과 같은 특성을 보여주는 일반적으로 TN형의 액정을 사용하고 있다.

그러므로, 종래기술의 사고방식에서는 액정의 광투과율은 공통전극의 선택시 인가전압의 실효값에 따라 정해지므로, 도3 및 도4와 같이 시그먼트전압이 V_seg0및 V_seg1중 어느 하나의 값으로 일정한 경우에도 광투과율이 낮은 상태에서 일정하면 도2에 보이듯이 시그먼트전압을 V_seg0과 V_seg1사이에서 스위칭하여도 광투과율은 변화하지 않을 것이다.

그러나, 극히 일반적인 TN형의 액정재료를 사용하고 갭(gap)이 5∼6㎛로 그다지 얇지 않은 패널을 사용해도 도 2와 같이 광투과율이 변화하고 있고, 광투과율이 공통전압의 변화에 따라 변화를 개시해서 원래의 광투과율로 돌아가기까지 요하는 시간은 15∼20mS로 매우 고속으로 동작하고 있다.

여기에서, 도2와 같이 광투과율이 고속으로 변화하는 특성이 가장 현저하게 드러나는 것은 V_com0이 V_seg0보다 낮고, V_com1이 V_seg1보다 높은 경우이고, 즉, 공통전극이 선택되고 있는 기간은 공통전극이 선택되고 있지 않은 기간에 대해 인가되고 있는 전압의 극성이 반전하고 있는 경우이다.

도5는 이 발명의 실시예에서, 시그먼트전압의 변화주기만을 변경한 경우, 광투과율의 변화모습을 보여주는 것이고, 1프레임 기간마다 시그먼트전압을 변화시킨 경우에 비해 광투과율의 변화속도가 상당히 늦어지는 것을 알 수 있다.

그러므로, 시그먼트전압을 빠른 주기로 변화시킴으로써 액정의 광투과율이 고속으로 변화하게 됨을 알 수 있다.

단순매트릭스구동방식인 경우의 문제점으로서 비선택시에 더하는 시그먼트전압의 영향으로 액정이 응답해버리는 크로스토크현상이 있고, 이 것을 방지하기 위해 비선택시의 인가전압파형의 실효전압을 일정하게 하는 전압평균화법이라고 지칭되는 방식이 일반적으로 이용되고 있다.

이 발명의 실시예에 있어서도 단순매트릭스구동으로 액정을 구동하는 경우에는 비선택시의 인가전압파형이 변화하면 액정의 광투과율이 변화해버린다.

이 발명의 실시예의 구동방법에 있어서는 비선택시의 인가전압의 실효치에서는 없고, 평균치가 일정하게 있으면 비선택시의 인가전압파형의 영향을 받지 않는다.

따라서, 종래의 구동방식에 비해 단순한 회로에서 비선택시의 인가전압파형의 영향을 없앨 수 있다.

도6은 이 발명의 실시예의 구동회로도이고, 인용부호 1, 2, 3 및 4는 D플립플롭이고, 5는 XOR게이트이며, 6, 7 및 8은 AND게이트이고, 9는 시그먼트드라이브용 버퍼이며, 10, 11 및 12는 공통드라이브용 버퍼이다.

도6의 회로도에 있어서는 간략화를 위해 시그먼트드라이브회로는 1개, 공통드라이브회로는 3개가 묘사되고 있지만, 같은 양태의 회로를 시그먼트 및 공통전극의 수만큼 추가함으로써 임의의 수의 도트를 매트릭스구동할 수 있다.

도7은 도6에 있어서의 이 발명의 실시예의 구동회로도의 동작을 도시한 타이밍챠트이다.

도6 및 도7에 있어서 클럭신호는 듀티비 1:1의 클럭이고, 시그먼트데이터신호는 D플립플롭(1)에 의해 클럭신호에 따라 래치된 후에 XOR게이트(5)에 의해 클럭신호의 배타적 논리화가 자유로이 시그먼트드라이브용 버퍼(9)를 통해 출력된다.

그러므로, 도6 및 도7에 도시한 이 발명의 실시예에서는 공통전극이 선택되어 있는 기간은 시그먼트데이터신호에 따른 전압을 시그먼트전극으로 출력함과 아울러, 공통전극이 선택되어 있지 않은 기간의 시그먼트전극의 전압을 상기 공통전극이 선택되어 있는 기간과 상이한 전압으로 빠른 주기로 변화시키는 것이 가능하므로, 액정을 고속으로 작동시키는 것이 가능해진다.

또한, 클럭신호의 개시에지로부터 다음의 개시에지까지의 1주기에 있어서의 시그먼트드라이브신호의 평균치는 항상 일정하게 하는 것이 가능하므로, 종래의 전압평균화법을 사용하더라도 간단한 회로로 크로스토크현상을 없애는 것이 가능해진다.

이 발명의 실시예에서 콘트라스트비가 높게 표시하기 위해서는 공통전극에 펄스가 인가되고 액정의 광투과율이 순간적으로 변화한 후에 광투과율이 원래의 값으로 복귀해서부터 다음의 펄스를 인가하는 것이 좋다.

그러므로, 이 발명의 실시예에서는 프레임주기를 빠르게 하면, 콘트라스트비가 낮아지고, 한편, 프레임주기를 지체시키면, 플리커가 발생하는 등의 결점이 생겨 버린다.

이 발명의 실시예에 있어서 비선택시의 시그먼트전압의 변화의 주기가 광투과율의 변화의 속도에 크게 영향을 주기는 했지만 광투과율이 원래의 값으로 복귀하는 시간은 액정재료의 특성, 특히, 액정재료의 점성 등에 의해 크게 변화한다.

그러므로, 광투과율이 원래의 값으로 복귀하는 시간이 짧은 액정재료를 선택함으로써 플리커의 발생을 억누르면서 콘트라스트비가 높은 표시를 할 수 있게 된다.

또한, 광투과율이 원래의 값으로 복귀하는 시간이 액정재료의 점성 등에 크게 영향을 받으므로 액정패널의 온도를 상승시킴으로써 액정재료를 변경하지 않고도 콘트라스트비가 높은 표시를 할 수 있다.

이상과 같이, 이 발명에 있어서는 액정패널에 화상을 묘사해서 그 화상이 완전히 사라지기까지가 1프레임 기간에서 행해지므로, 매우 빠른 응답속도가 얻어지고 동화상의 재생에 가장 적절한 방식이다.

또한, 이 발명은 단순매트릭스방식의 액정패널에의 응용할 수 있을 뿐만 아니라, 단순매트릭스방식의 액정패널을 사용해서 TFT방식의 액정패널보다도 훨씬 빠른 응답속도를 실현할 수 있으며, 콘트라스트비도 동등하게 실현할 수 있고, 시야각도 양호하며, TFT방식의 액정패널과 동등하거나 그 이상의 성능을 얻을 수 있다.

종래의 액티브구동방식에서는 구동에 필요한 전압의 종류가 많고 컨트롤도 복잡해지므로 구동회로가 고가로 됨에 비해, 이 발명에서는 구동에 필요한 전압의 종류가 적고 구동타이밍도 간단해지므로 종래의 단순매트릭스구동방식의 구동회로와 동등한 단가로 실현할 수 있다.

또한, 이 발명은 액정패널에 화상을 묘사해서 그 화상이 완전히 사라지기까지가 1프레임 기간에서 행해지는 방식이므로, 3색 백라이트를 사용한 칼라표시방법에 가장 적절한 방법이고 고성능이면서도 저가인 칼라표시장치를 실현할 수 있다.

Claims (11)

1. 네마틱 액정과, 상기 액정을 사이에 두고 있는 다수의 공통전극 및 다수의 시그먼트전극과, 상기 전극의 사이에 배치된 액정을 2장의 편광판 사이에 배치한 액정표시장치에 있어서,

   공통전극에 선택펄스를 인가하는 수단과, 상기 선택펄스에 따라 표시해야 할 화상데이터에 따른 전압을 시그먼트전극에 인가하는 수단을 구비하고,

   상기 공통전극의 선택펄스가 인가되지 않는 기간에 상기 시그먼트전극에 상기 화상데이터에 따른 전압과 상이한 전압을 인가하는 수단을 구비하며, 상기 다수의 시그먼트전극에 인가되는 평균전압을 소정의 값으로 하는 것을 특징으로 하는 네마틱액정의 구동방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 액정에 인가되는 전압의 극성이 상기 공통전극에 선택펄스를 인가한 경우에 반전하도록 상기 공통전극 및 시그먼트전극에 인가하는 전압을 설정하는 것을 특징으로 하는 네마틱액정의 구동방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   네마틱액정의 온도를 소정의 온도까지 상승시키는 가열수단을 구비한 것을 특징으로 하는 네마틱액정의 구동방법.
4. 2개의 전극 사이에 끼워진 네마틱 액정을 2개의 편광판 사이에 배치한 액정표시장치에서의 네마틱 액정의 구동방법에 있어서,

   상기 2개의 전극간에 화상 데이터에 따른 전압을 인가하여 액정 패널에 화상을 나타내고, 상기 2개의 전극간에 적정한 전압을 각 프레임 기간중에 인가하여 상기 액정 패널에 보이는 화상을 해당 프레임 기간중에 소거하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정의 구동방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 각 프레임 기간중의 소거는 액정 패널의 표시를 실질적으로 흑색을 표시하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정의 구동방법.
6. 네마틱 액정과, 해당 액정을 끼워넣은 복수개의 공통 전극 및 복수개의 시그먼트 전극과, 상기 액정이 끼워진 상기 공통 전극 및 시그먼트 전극이 끼워진 2개의 편광판을 포함하는 액정표시장치에서의 네마틱 액정의 구동방법에 있어서,

   상기 공통 전극에 선택 펄스 시퀀스를 인가하고,

   상기 선택 펄스가 인가된 기간에는 표시해야 할 화상 데이터에 따른 제1 전압을 상기 시그먼트 전극에 인가하고,

   상기 선택 펄스가 인가되지 않은 기간에는 화상 데이터에 따른 상기 제1 전압에 관련된 제2 전압을 상기 시그먼트 전극에 인가하며,

   상기 시그먼트 전극에 인가되는 전압들의 실효치의 평균값이 어느 프레임에서도 일정한 값이 되도록 상기 제2 전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정의 구동방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 공통 전극 및 시그먼트 전극에 인가되는 양 전압은, 상기 공통 전극에 인가되는 각 선택 펄스의 전후에 상기 액정에 인가되는 전압을 반전시키도록 선택되는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정의 구동방법.
8. 제7항에 있어서,

   각 프레임의 게이트 기간의 평균값이 상기 소정의 일정값에 대응하도록 상기 시그먼트 전극에 인가되는 상기 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정의 구동방법.
9. 2개의 전극 사이에 끼워진 네마틱 액정을 2개의 편광판 사이에 배치한 액정표시장치에서의 네마틱 액정의 구동방법에 있어서,

   각 프레임 기간중에는 상기 2개의 전극간에 화상 데이터에 응답하는 제1 전압을 인가하여 액정을 해당 화상 데이터에 따른 상태로 하고, 다음으로, 해당 프레임 기간중에 상기 2개의 전극간에 제2의 소정 전압을 인가하여 해당 액정을 소정의 상태로 만드는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정의 구동방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 소정의 상태는, 상기 액정이 실질적으로 흑색을 표시하는 상태인 것을 특징으로 하는 네마틱 액정의 구동방법.
11. 제 4항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

    네마틱 액정의 온도를 소정 온도로 올리는 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정의 구동방법.