KR100547081B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ECB 형 액정 표시 장치에서, 바람직한 컬러 표시를 행하는 것을 목적으로 한다.
R, G, B 신호를 기초로 한 쌍의 기판 사이에 봉입된 액정층을 구동시키고, R광 성분, G광 성분, B광 성분의 각 액정층 투과율을 제어함으로써 컬러 표시를 행하는 액정 표시 장치에서, R광 성분, G광 성분, B광 성분의 각 액정층 투과율이 최적의 값, 예를 들면 각각 최대 투과율을 얻을 수 있도록 R광용 액정 구동 신호, G광용 액정 구동 신호 및 B광용 액정 구동 신호의 전압 레벨을 각각 설정한다. 이에 따라, 액정층으로의 입사광에 대해 파장 의존성을 갖는 경우에도, 그 의존성을 완화하여, 색 재현성에 우수한 컬러 표시를 행할 수 있다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은, 예를 들면 수직 배향된 액정의 경사 방각(方角)을 전계에 의해 제어하는 전압 제어 복굴절 방식을 채용한 컬러 액정 표시 장치에 관한 것이다.
한 쌍의 기판 사이에 액정을 봉입하고, 이 액정에 전압을 인가하여 원하는 표시를 행하는 액정 표시 장치는, 소형, 박형이라는 이점이 있고, 또한 저소비 전력화가 용이하기 때문에, 현재 퍼스널 컴퓨터 등의 각종 OA 기기, 프로젝터 등의 AV 기기, 혹은 휴대용, 차량 탑재용 정보 기기 등의 디스플레이 등으로서 실용화되고 있다.
이러한 액정 표시 장치 중, 부(-)의 유전 이방성(誘電 異方性)을 갖는 액정을 이용하고, 수직 배향막을 이용하여 액정 분자의 초기 배향을 수직 방향으로 제어하는 DAP (deformation of vertically aligned phase)형의 액정 표시 장치가 제안되고 있다. DAP 형은, 전압 제어 복굴절(ECB : electrically controlled birefringence) 방식의 일종으로, 액정 분자의 장축과 단축과의 굴절율의 차, 즉 복굴절 현상을 이용하여, 액정층으로 입사한 광의 투과율을 제어하는 것이다. DAP 형 액정 표시 장치에서는 한 쌍의 기판의 외측에 각각 그 편광 방향이 직교하도록 편광판이 배치되고, 액정층으로의 전압 인가시에는, 액정층에 한쪽 편광판을 통과하여 입사한 직선 편광이 그 복굴절에 의해 타원편광, 원편광이 되고, 일부는 다른 쪽 편광판으로부터 사출(射出)된다. 액정층으로의 인가 전압, 즉 액정층 중에서의 전계 강도에 따라, 액정층의 복굴절량, 즉 입사 직선 편광의 상광 성분과 이상 광성분과의 위상차(지연량)가 결정되기 때문에, 액정층으로의 인가 전압을 각 화소마다 제어함으로써, 화소마다 제2 편광판으로부터의 사출 광량을 제어할 수 있고, RGB의 컬러 필터나, RGB의 광원광을 채용함으로써 원하는 컬러 이미지 표시가 가능해지고 있다.
상기 DAP 방식은, 액정 표시 패널의 구조를 개량함으로써, 액정을 수직 배향시키기 위한 러빙(rubbing) 공정을 생략하는 것도 가능해지기 때문에, 각 액정 화소를 구동시키는 스위칭 소자 및 그 소자를 구동시키기 위한 드라이버로서 박막 트랜지스터(TFT : thin film transistor)를 이용한 액정 표시 장치에, 상기 DAP 방식을 채용하는 것이 생각되어지고 있다.
그러나, 액정 표시 장치로서 저온 다결정 실리콘 TFT의 특성과 DAP 방식의 특성을 최대한 발휘시키고, 또한 그 특성을 더욱 향상시키기 위해 필요한 구성 등에 대해서는 여전히 최적화되지 않고, 개발 단계에 있다.
예를 들면, DAP 방식은 시야각을 넓히는 것이 가능하고 입사광의 투과율도 원래 높다는 특징을 갖지만, 투과 광량이 액정층의 복굴절량 △n·d/λ(△n : 액정층의 굴절율 변화, d : 액정층의 두께, λ : 입사광의 파장)로 결정하는 점에서, 입사광의 파장에 대한 의존성을 갖고 있다. △n·d의 값을 크게 하면 파장 의존성은 약해지기 때문에, 예를 들면 액정층의 두께 d를 조정하여 파장 의존성을 저감시키는 것도 생각할 수 있지만, 시차 등의 관점에서 악영향을 미치게 하기 때문에 액정층의 두께 d에 의한 조정도 한계가 있다. 한편으로, 저소비 전력 등의 관점으로부터 액정 재료로서, 저전압의 응답 특성 등이 높은 재료의 개발도 진행되고 있고, 종래의 액정 재료보다도 △n의 작은 재료가 이용되는 경우도 있다. 또한, 반사형의 액정 표시 장치로 하는 경우에는, 특성상 △n·d를 작게 하는 것이 필요한 경우도 있다. 따라서, 액정 표시 장치의 입사광에 대한 파장 의존성은 무시할 수 없고, 컬러 표시의 경우에는, 특히 색 재현성 등의 점에서 표시 품질에 악영향을 끼칠 가능성이 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 액정 표시 장치의 입사광에 대한 파장 의존성을 완화하여 보다 고품질의 표시, 특히 컬러 표시를 행하는 것이 가능한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 액정 구동용의 전극을 구비한 한 쌍의 기판 사이에 액정이 봉입되어 이루어지고, R, G, B 신호에 기초하여 액정을 구동시키고, R광 성분, G광 성분, B광 성분의 각 투과율을 제어함으로써 컬러 표시를 행하는 액정 표시 장치에서, R, B, G 마다 액정에 인가하는 구동 전압을 각각 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 액정 구동용의 전극을 구비한 한 쌍의 기판 사이에 액정이 봉입되어 이루어지고, R, G, B 신호에 기초하여 액정을 구동시키고, R광 성분, G광 성분, B광 성분의 각 투과율을 제어함으로써 컬러 표시를 행하는 전압 제어 복굴절형의 액정 표시 장치로서, R, G, B 마다 액정에 인가하는 구동 전압을 각각 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 상기 구동 전압의 범위의 상한은 R, G, B 마다 설정하는 것이 바람직하다.
이와 같이, R, G, B 각각에 대해 개별로 액정의 구동 전압을 조정함으로써, RGB를 합성하여 화이트를 표시하는 컬러 표시에서, 입사광에 대한 파장 의존성을 완화시키고, 이용하는 액정 재료나 액정층의 두께 등에 상관없이, 적정한 색 재현성을 실현하는 것이 용이해진다.
또한, 상기 액정 표시 장치에서 본 발명은 상기 R광 성분, G광 성분, B광 성분의 각 투과율 특성에 따라, 상기 R광용 액정 구동 신호, G광용 액정 구동 신호, B광용 액정 구동 신호에 대해 각각 개별의 감마 보정을 실시하는 것을 특징으로 하는 것이다. 이와 같이, RGB 각각에 대해 그 특성에 따른 감마 보정을 실시하면, 중간 계조 등에 대해서도 그 색 재현성의 향상을 꾀하여, 더욱 표시 품질이 높은 액정 컬러 표시가 가능해진다.
또한, 본 발명에서 상기 액정 표시 장치는, 상기 한 쌍의 기판 내의 제1 기판 상의 액정 구동용의 전극이 매트릭스형으로 설치된 복수의 화소 전극이고, 능동층에 저온으로 형성된 다결정 실리콘층을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터가, 대응하는 상기 화소 전극에 접속되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다. 이와 같이, 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 각 액정 화소의 스위칭 소자로서 이용함으로써, 고선명의 화상을 보다 저전압으로 구동하는 것이 가능해진다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예(이하 실시예라고 함)에 대해 설명한다. 본 실시예의 액정 표시 장치는, 전계에 의해 액정의 배향을 제어함으로써 복굴절을 이용하여 투과 광량을 제어하는 ECB, 예를 들면 그 중의 DAP 형의 액정 표시 장치를 구동시키는 경우에, RGB 각각의 광성분의 투과율 특성에 기초하여 R용 액정 구동 신호, G용 액정 구동 신호, B용 액정 구동 신호 조정하고, RGB 각각의 액정 구동 전압 레벨(온 표시 레벨)을 제어하고 있다.
[액정 표시 패널의 구성]
우선, 먼저 구동 대상인 DAP 형의 액정 표시 패널의 구성예에 대해 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1은 액정 표시 패널의 평면 구성의 일례, 도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 개략 단면의 일례를 나타내고 있다. 이 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 저온 다결정 실리콘 TFT가 형성되고, 화소 전극(26)이 TFT의 상층에 배치된 TFT 기판(제1 기판)(10)을 구비하고, 또한 TFT 기판(10) 사이에 액정층(40)을 끼워 대향 배치되고, 배향 제어창(34)을 구비한 공통 전극(32)이 형성된 대향 기판(제2 기판)(30)을 구비하고, 각 기판(10 및 30) 외측에는 각각 서로 그 투과 편광 방향이 직교하도록 배치된 편광판(44, 46)이 설치되어 있다.
유리 등으로 이루어지는 TFT 기판(10) 상에, 그 예로서 Cr, Ta, Mo 등의 금속을 패턴화하여 얻을 수 있는 게이트 전극(12) 및 게이트 전극(12)과 일체의 게이트 전극 배선(12L)을 구비하고, 이들 게이트 전극(12), 게이트 전극 배선(12L)을 피복하도록, 예를 들면 SiNx 및 SiO2의 적층 구조 또는 어느 한쪽으로 이루어지는 게이트 절연막(14)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(14) 상에는, TFT의 능동층으로서 기능하는 다결정 실리콘 박막(20)이 형성되어 있다. 이 다결정 실리콘 박막(20)은, 비정질 실리콘 박막에 레이저 어닐링 및 램프 어닐링의 조합 또는 어느 한쪽의 어닐링 처리 등을 이용한 저온 어닐링 처리를 실시함으로써 다결정화하고, 그 후 섬 형상으로 패턴화하여 얻은 것이다.
다결정 실리콘 박막(20) 상에는, SiO2 등으로 이루어지는 주입 스토퍼(23)가 형성되어 있다. 이 주입 스토퍼(23)는, 게이트 전극(12)을 마스크로서 TFT 기판(10)의 이면(도 2의 아래쪽)으로부터 노광함으로써, 자기 정합적으로 게이트 전극(12)과 거의 동일 형상으로 패턴화하여 형성되고 있다. 그리고, 이 주입 스토퍼(23)를 이용하여 다결정 실리콘 박막(20)에 인, 비소 등의 불순물을 저농도로 주입함으로써, 다결정 실리콘 박막(20)의 주입 스토퍼(23)의 직하 영역의 양측에는, 자기 정합적으로 이들 불순물을 저농도로 포함하는 저농도 소스 영역(20LS) 및 저농도 드레인 영역(20LD)이 각각 형성되어 있다. 또한, 주입 스토퍼(23)의 직하 영역은, 주입 스토퍼(23)가 마스크가 되어 불순물이 주입되지 않기 때문에, 실질적으로 불순물을 함유하지 않은 진성(intrinsic) 영역이 되고, 이 진성 영역이 TFT의 채널 영역(20CH)으로서 기능한다. 저농도 소스 영역(20LS), 저농도 드레인 영역(20LD)의 외측에는, 동일한 불순물을 더욱 고농도로 주입함으로써 소스 영역(20S), 드레인 영역(20D)이 형성되어 있다.
각 영역(20CH, 20LS, 20LD, 20S, 20D)이 형성된 다결정 실리콘 박막(20) 및 주입 스토퍼(23) 상에는 이들을 피복하도록 SiNx 등으로 이루어지는 층간 절연막(22)이 형성되어 있다. 이 층간 절연막(22) 상에는, Al, Mo 등으로 이루어지는 소스 전극(16), 드레인 전극(18) 및 드레인 전극(18)과 일체의 드레인 전극 배선(18L)이 형성되어 있다. 또한, 소스 전극(16) 및 드레인 전극(18)은, 층간 절연막(22)에 설치된 컨택트 홀에서 상기 다결정 실리콘 박막(20)에 형성된 소스 영역(20S), 드레인 영역(20D)에 접속되어 있다.
본 실시예에서의 저온 다결정 실리콘 TFT는 상기 게이트 전극(12), 게이트 절연막(14), 다결정 실리콘 박막(20) (20CH, 20LS, 20LD, 20S, 20D), 소스 전극(16), 드레인 전극(18)을 구비하고, 저온 프로세스로 형성된 다결정 실리콘 박막(20)을 능동층으로서 구비하고, 또한 게이트 전극(12)이 소자 하측에 위치하는 역스태거형의 TFT에 의해 구성되어 있다. 단, TFT 형상은 역스태거형에 한정되지 않고, 게이트 전극이 다결정 실리콘 박막보다도 상층에 배치되는 스태거형의 구성이라도 된다.
이러한 구성의 TFT 및 층간 절연막(22)을 피복하도록 TFT 기판(10)의 대부분의 전면에는, 더욱 평탄화시키기 위한 평탄화 층간 절연막(24)이 1㎛ 정도 또는 그 이상의 두께로 형성되어 있다. 평탄화 층간 절연막(24)은, 예를 들면 SOG(Spin On Grass), BPSG(Boro-phospho-Silicate Glass), 아크릴 수지 등이 이용되고 있다. 평탄화 층간 절연막(24) 상에는, 표시 장치가 투과형인 경우에는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명 도전막을 이용한 액정 구동용의 화소 전극(26)이 TFT 형성 영역 상을 피복하도록 형성되고, 이 화소 전극(26)은 평탄화 층간 절연막(24)에 설치된 컨택트 홀을 통해 소스 전극(16)에 접속되어 있다. 또, 표시 장치가 반사형인 경우에는 이 화소 전극(26)으로서 Al 등의 도전성 반사 재료가 이용되고 있다.
또한, 화소 전극(26)을 피복하도록 TFT 기판(10)의 대부분의 전면에는, 러빙 공정없이 액정 분자를 수직 방향으로 배향시키기 위한 배향막으로서, 예를 들면 폴리이미드 등을 이용한 수직 배향막(28)이 형성되어 있다.
이상과 같은 각 소자가 형성된 TFT 기판(10)과 액정층(40)을 사이에 끼워 대향 배치되는 대향 기판(제2 기판)(30)은, TFT 기판(10)과 마찬가지로 유리 등으로 구성되어 있고, TFT 기판(10)과의 대향측 표면에는, 화소 전극(26)과 대응하도록 RGB의 컬러 필터(38)가 소정의 배열로 형성되어 있다. 그리고, 컬러 필터(38)의 상측에는 아크릴 수지 등의 보호막(36)을 통해 대향하는 화소 전극(26)으로 액정을 구동시키기 위한 ITO 등으로 이루어지는 공통 전극(32)이 형성되어 있다. 또, 예를 들면, 후술하는 도 8에 도시된 바와 같이 프로젝터의 라이트 벌브로서 액정 표시 패널을 이용하는 경우, 이 패널을 RGB용으로서 3매 설치하는 시스템에서는, 대부분의 경우 입사광이 RGB로 각각 분리되어 있으므로 컬러 필터(38)는 불필요하다.
또한, 공통 전극(32)에는, 예를 들면 X자형의 전극 부재부가 각 화소 전극(26)과 대향하는 영역에 배향 제어창(34)으로서 형성되어 있다(자세한 내용은 후술하겠음). 또한, 공통 전극(32) 및 이 배향 제어창(34) 상에 이들을 피복하도록 TFT 기판(10)측과 동일한 수직 배향막(28)이 형성되어 있다.
액정층(40)은, 예를 들면 3㎛∼5㎛ 정도에 설치된 기판 사이의 간극에 봉입되고, 액정 재료로는 액정 분자(42)의 장축 방향의 유전율보다도 단축 방향의 유전율이 큰, 소위 부의 유전율 이방성을 구비한 액정 재료가 이용되고 있다. 본 실시예에서 액정층(40)에 이용되고 있는 액정 재료는, 측쇄(側鎖)에 불소를 구비한 하기 화학식 1∼6으로 표시되는 구조를 갖는 액정 분자를 원하는 비율로 혼합하여 제작한 것으로, 적어도 이들 화학식 1∼6 중 1종류의 액정 분자를 포함하도록 혼합되어 있다.
현재, 부의 유전 이방성을 갖는 액정 재료로서는, 이동도가 낮은 비정질 실리콘을 능동층으로 이용한 TFT 액정 표시 장치용으로서, 측쇄에 시아노 (CN-)기를 갖는 액정 분자가 주로 이용되고 있다. 그러나, 시아노기를 측쇄에 구비하는 액정 분자는, 저전압 구동에서는 잔류 직류 전압의 영향이 커지기 때문에, 충분히 높은 전압에서 구동할 필요가 있어, 전압 유지율이 낮고, 또한 액정을 인화시킬 가능성이 있다.
그러나, 본 실시예에서는 TFT로서 저온 프로세스에 의해 제작되고, 저전압 구동 가능한 다결정 실리콘 TFT를 이용하고 있다. 따라서, 현재 이용되고 있는 시아노기를 측쇄에 구비한 액정 재료를 이용한 것으로는, 저전압 구동 가능하다고 하는 다결정 실리콘 TFT의 특성을 살릴 수 없게 된다. 그래서, 액정 재료로서 상술된 바와 같이 측쇄에 불소를 함유한 액정 분자를 배합함으로써, 액정층(40)은 저전압에서의 구동이 가능해지고, 또한 다결정 실리콘 TFT에 의한 저전압 구동이라도 충분히 높은 전압 유지율을 갖고, 인화가 방지되어 있다. 또한, 액정 표시 장치를 저전압에서 구동할 수 있기 때문에, 비정질 실리콘 TFT를 이용한 액정 표시 장치와 비교하여 보다 저소비 전력의 장치로 하는 것을 가능하게 하고 있다.
또한, 본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 공통 전극(32)에 전극 부재부로서의 배향 제어창(34)을 설치함에 따라, 액정 분자를 배향 제어창(34)을 기준으로 하여 소정의 방위로 기울여, 액정 분자의 응답성의 향상을 꾀함과 동시에, 화소 내에서 배향 방향을 분할함으로써 액정 표시의 시각 의존성을 완화하여, 넓은 시야각의 표시 장치를 실현하고 있다.
즉, 액정층(40)으로 전압 인가시(백 표시, 즉 액정 온 상태)에서, 도 1에 도시된 화소 전극(26)의 각 변의 엣지 부분에는 도 2에 점선으로 도시된 바와 같이 공통 전극(32) 사이에 각각 다른 방위로 경사진 전계가 발생하고, 화소 전극(26) 주변의 엣지 부분에서, 액정 분자는 수직 배향 상태로부터 경사 전계와 반대 방향으로 기운다. 액정 분자(42)는 연속체성(連續體性)을 갖고 있기 때문에, 화소 전극(26)의 엣지 부분에서의 경사 전계에 의해 액정 분자의 경사 방향이 결정되면(경사 각도는 전계 강도에 따라 결정), 화소 전극(26)의 중앙 부근의 액정 분자가 기우는 방각은, 상기 화소 전극(26)의 각 변에서의 액정 분자의 경사 방각에 추종(追從)하여 변화하고, 화소 구동시에 최종적으로 하나의 화소 영역 내에는, 액정 분자의 경사 방각이 다른 복수 개 영역이 발생하게 된다.
한편, 배향 제어창(34)에는 항상 액정 동작 임계치 이하의 전압밖에 인가되지 않기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이 배향 제어창(34)에 위치하는 액정 분자는 수직 배향한 상태가 된다. 이 때문에, 배향 제어창(34)은 항상 상기 액정 분자의 경사 방각이 다른 영역의 경계가 된다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 배향 제어창(34)을 X자형이라고 하면, 각각 경사 방각이 다른 영역 A, B, C, D의 경계는, 이 X 자형의 배향 제어창(34) 상에 고정되게 된다. 따라서, 하나의 화소 영역 내에서 배향 분할이 행해짐과 동시에, 복수의 다른 방각으로 기우는 영역의 경계를 배향 제어창(34) 위에 고정시킬 수 있고, 우선 시각 방향(優先 視角 方向)을 복수개 설치할 수 있고(본 실시예의 경우, 상하 좌우 4개), 광 시야각의 액정 표시 장치로 하는 것이 가능해진다.
또한, 상술된 바와 같이 화소 전극(26)이 층간 절연막(22 및 24)을 통해 TFT 및 그 전극 배선(게이트 전극 배선, 드레인 전극 배선) 등의 형성 영역 상을 피복하도록 형성함으로써, TFT 및 전극 배선에 의한 전계가 액정층(40)에 누설되고, 액정 분자의 배향에 악영향을 끼치는 것이 방지되고 있다. 또한, 평탄화 층간 절연막(24)에 의해 화소 전극(26) 표면의 평탄성을 향상시키는 것이 가능하기 때문에, 화소 전극(26) 표면의 요철에 의한 액정 분자의 배향의 혼란도 방지하는 것이 가능해지고 있다. 또한, TFT나 전극 배선에 의한 전계의 누설이나 화소 전극(26) 표면의 요철 등을 저감하는 것이 가능한 구성이기 때문에, 화소 전극(26)의 엣지부와 배향 제어창(34)의 전계 작용에 의해 액정 분자의 배향을 제어함으로써, 수직 배향막(28)에 대한 러빙 공정은 불필요하게 된다.
또한, 화소 전극(26)이 TFT 및 각 전극 배선을 피복하도록 형성함으로써, TFT나 전극 배선과의 여분의 얼라이먼트 마진(alignment margin)이 불필요해지고, 개구율을 보다 높이는 것을 가능하게 하고 있다.
[구동 회로]
이어서, 상술된 바와 같은 구성의 노멀 블랙 모드의 DAP 형 컬러 액정 표시 패널의 구동 회로 및 그 구동 방법에 대해 설명한다.
도 3은, 본 실시예의 컬러 액정 표시 장치의 전체 구성을 나타내고 있고, 장치는 액정 표시 패널(50)과 그 구동 회로(60)를 구비하여 구성되어 있다.
액정 표시 패널(50)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 TFT 기판과 대향 기판 사이에 액정층을 협지(狹持)하고, TFT 기판측에 표시부 TFT로서 저온 다결정 실리콘 TFT가 형성된 표시부(52)를 갖는다. 또한 패널(50)의 TFT 기판 상의 표시부(52) 주위에는, 각 표시부 TFT를 수평 방향으로 선택하는 H 드라이버(54)와, 상기 표시부 TFT를 수직 방향으로 선택하는 V 드라이버(56)가 형성되어 있다. 이들 H, V 드라이버(54, 56)는, 표시부(52)의 다결정 실리콘 TFT와 거의 동일 공정으로 형성한 CMOS 구조의 다결정 실리콘 TFT가 이용되고 있다. 또, 본 실시예에서는 상술된 바와 같은 패널 구조의 특징에 따라, 다결정 실리콘 TFT가 밀집한 드라이버(54, 56)의 각 TFT에 악영향을 끼치는 러빙 공정을 생략 가능하게 하기 때문에, 액정 표시 장치로서의 수율 향상이 도모되고 있다.
액정 표시 패널(50)의 구동 회로(60)는 비디오 크로마 처리 회로(62), 타이밍 컨트롤러(64) 등이 집적되어 구성되고 있다. 비디오 크로마 처리 회로(62)는, 입력되는 콤포지트(composite) 비디오 신호로부터 RGB의 영상 신호를 작성한다. 타이밍 컨트롤러(64)는 입력되는 비디오 신호에 기초하여 VCO(66)에서 발생하는 기준 발진 신호로부터 각종 타이밍 제어 신호를 형성하고, 이것을 상기 비디오 크로마 처리 회로(62)나, RGB 드라이버 처리 회로(70), 레벨 시프터(68) 등에 공급한다. RGB 드라이버 처리 회로(70)는 비디오 크로마 처리 회로(62)로부터 공급되는 각 RGB 마다의 영상 신호에 기초하여, TFTLCD의 특성에 따른 RGB 마다의 교류 액정 구동 신호를 작성하고, 이것을 액정 표시 패널(50)로 출력한다.
본 발명에서는 RGB 마다 설정된 온 표시 레벨이 되도록 각 액정 구동 신호를 제어하지만, 온 표시 레벨의 설정 및 액정 구동 신호의 레벨 제어는, 예를 들면 후술된 바와 같은 구성의 RGB 드라이버 처리 회로(70)에서 행하는 것이 가능해지고 있다.
도 4는 상기 도 1 및 도 2에 도시될 때 DAP 형 액정 표시 패널에서의 RGB 각 색마다의 인가 전압[V]과 투과율[T]과의 관계를 나타내고 있다.
이미 설명한 바와 같이, ECB 형의 액정 표시 장치에서의 투과율은, △n·d/λ로 나타내는 복굴절량에 크게 의존하고, 입사광의 투과율은 파장 의존성을 갖는다. 또한, 저온 다결정 실리콘 TFT에 의한 저전압 구동을 용이하게 하기 위해 상기 화학식 1∼6에 나타낸 바와 같은 액정 재료를 이용한 경우, 그 액정 재료의 △n은, 예를 들면 0.07 정도로 반사형의 표시 장치로 하는 경우에는, 0.07 이하로 설정되는 경우도 있다. 또한, 반사형의 액정 표시 장치인 경우, 저전압 구동을 가능하게 하기 위해서는 △n·d를 0.30 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 따라서, R(Rλ≒630㎚), G(Gλ≒550㎚), B(Bλ≒460㎚)의 인가 전압-투과율 특성은, 상호 크게 다르게 된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 최대 투과율을 얻을 수 있는 인가 전압도 각각 다르다. 도 4의 예에서는 최대 투과율인 투과율 550×10-3정도를 얻기 위한 인가 전압은, G에서 7V정도, B에서 5V 정도 필요해지고, R에서는 8V 인가해도 이 투과율 550×10-3에 도달하지 않는다.
본 실시예에서는, 이러한 파장 의존성을 갖는 ECB 형의 액정 표시 장치에서, RGB 각 색성분의 투과량을 대체로 동일하게 하기 위해, 각 색에 대한 설정 최대 투과율에 대한 액정 구동 전압 레벨, 즉 상기 액정 화소를 온상태로 하기 위해 설정하는 전압 레벨을, 예를 들면 도 4와 같은 특성인 경우에, R용은 7.8V 부근, G용은 7V 부근, B용은 14.9V 부근으로 한다. 이에 따라, RGB 광의 합성에 의해 화이트를 표시하는 컬러 표시인 경우에, 화이트를 충실히 표시하는 것이 가능해진다.
또한, 구동 전압 레벨을 조정하는 데 있어서, RGB에서 인가 전압-투과율 특성이 다르기 때문에, R용, G용 및 B용 액정 구동 신호에 대해 각각 그 특성에 따른 감마 보정을 실시함으로써, 중간 계조 등에 대해서도 보다 높은 색 재현성을 실현한다.
도 5는, 상기 RGB 액정 구동 신호마다 그 온 표시 전압 레벨의 조정을 행하는 RGB 드라이버 처리 회로(70) 중, R에 대한 구성예를 나타내고 있다. 단, 다른 G, B용에 대해서도 구성은 동일하다. 또한, 도 6은 도 5의 리미트 레벨 발생 회로(84)의 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 7은 도 5의 RGB 드라이버 처리 회로(70)에서의 신호 파형을 나타내고 있다.
도 5에 나타낸 비디오 크로마 처리 회로(62)로부터 출력되는 RGB마다의 영상 신호는 각각 대응하는 차동 출력 앰프(73)에 공급되며, 이 차동 출력 앰프(73)에서, 바이어스 회로(72)의 전압에 기초한 DC 전압을 갖도록 신호를 변경하기 위해 밝기 조정된다. 차동 출력 앰프(73)는 제1 버퍼(74) 및 제2 버퍼(75)로 비반전 신호 및 반전 신호를 각각 출력한다. 제1 버퍼(74)는 도 7의 (a)에 점선으로 표시한 파형을 갖는 비반전 출력 신호 a'을 출력하고; 제2 버퍼(75)는 도 7의 (b)에 점선으로 표시한 파형을 갖는 반전 출력 신호 b'을 출력한다. 이들 비반전 신호 a' 및 반전 출력 신호 b'은 제1 리미트 회로(78)로 공급된 다음, 멀티플렉서(82)로 출력되기 전에 제2 리미트 회로(80)로 공급된다. 제1 및 제2 리미트 회로(78 및 80)는 도 7의 (a) 및 (b)에서 실선으로 표시한 바와 같이, 매 주기(T)마다 신호 a' 및 b'의 하한 및 상한 레벨을 정한다. 멀티플렉서(82)는 반전 제어 신호에 기초하여 매 선정된 주기(1 프레임 주기, 1라인 주기)마다 제1 및 제2 리미트 회로에 의해 제어된 비반전 출력 신호 (a)와 반전 출력 신호 (b)를 교대로 선택하여, 선택된 신호가 버퍼를 통해 액정 구동용 교류 구동 신호 (c)로서 액정 표시 패널(50)로 출력된다.
제1 리미트 회로(78)는 제1 버퍼(74)와 멀티플렉서(82)간의 신호 경로에 설치된 트랜지스터 Q1과, 제2 버퍼(75)와 멀티플렉서(82)간의 신호 경로에 설치된 트랜지스터 Q2로 이루어진다. 트랜지스터 Q1 및 Q2의 베이스에서는, 후술하는 리미트 레벨 발생 회로(84)로부터 도 7의 (d)에 나타낸 파형을 갖는 제1 레벨 제어 신호 (d)를 수신한다.
제2 리미트 회로(80)는 제1 버퍼(74)와 멀티플렉서(82)와의 신호 경로에 설치된 트랜지스터 Q3과, 제2 버퍼(75)와 멀티플렉서(82)간의 신호 경로에 설치된 트랜지스터 Q4로 이루어진다. 트랜지스터 Q3 및 Q4의 베이스에서는, 후술하는 리미트 레벨 발생 회로(84)로부터 도 7의 (e)에 나타낸 파형을 갖는 제2 레벨 제어 신호 (e)를 수신한다. 도 4에 도시된 바와 같은 인가 전압-투과율 특성의 경우에는, 제1 리미트 회로(78)의 트랜지스터 Q2과 제2 리미트 회로(80)의 트랜지스터 Q3으 리미트 레벨에 응답하여 제어되는 비반전 출력 신호 (a) 및 반전 출력 신호 (b)의 레벨을 제어함으로써, 액정층에 인가되는 전압(절대값)의 ON 표시 레벨(상부 리미트 레벨)이 바람직한 전압 레벨 VRon이 되게 한다.
신호 (d), (e)에 기초하여 결정된 전압에 따라, 회로(78)의 트랜지스터 Q2와 회로(80)의 트랜지스터 Q3이 비반전 출력 신호 (a) 및 반전 출력 신호 (b)의 레벨을 한정하도록 동작하여, 액정층에 인가되는 전압(절대값)의 OFF 표시 레벨이 0보다 큰 선정된 레벨로 유지된다. 그 결과, 대략 0°의 초기각을 갖는 액정층이 고속으로 턴온된다. 제1 및 제2 리미트 회로(78 및 80)의 트랜지스터 Q1 및 Q4이 본 실시예에서 반드시 필요한 것은 아니지만, 이들이 제공되어 반전 및 비반전 신호의 상하 레벨을 제어하여 선정된 범위 내로 유지함으로써, 흑 표시 레벨을 제어하고, 멀티플렉서(82)에 과대한 전압이 인가되는 것을 방지하며, AC 구동 신호 (c)의 상한 레벨과 하한 레벨 간의 동시성을 향상시키고 있다.
다음에, 도 6을 참조하여 리미트 레벨 발생 회로(84)의 구성에 대하여 설명한다. 단자(100)에 공급되는 매 주기(T)마다의 레벨을 반전시키는 반전 제어 신호에 따라, 리미트 레벨 발생 회로(84)는 레벨이 변화되는 제1 레벨 제어 신호 (d)를 트랜지스터 Q11의 에미터로부터 출력하며, 마찬가지로 레벨이 변화되는 제2 레벨 제어 신호(e)를 트랜지스터 Q10의 에미터로부터 출력한다.
단자(100)에 공급되는 반전 제어 신호의 전압이 기준 전원(86)의 전압 Vref'보다 높은 H 레벨인 경우, 트랜지스터 Q19가 턴온되어, 정전류원(92)으로부터 공급되는 전류 I2와 거의 동일한 전류 I가 제1 전류 미러 회로 CC1에 의해 저항 R1에 흐르게 된다. 동시에, 단자(200)에 공급되는 반전 제어 신호가 L 레벨로 되어, 기준 전원(90-2; Vref2)이 선택되어 저항 R1에 접속된다. 그 결과, 트랜지스터 Q10의 베이스 전위가 값 "Vref2 + R1·I2"와 같게 되어, 트랜지스터 Q10은 그 에미터로부터 대응하는 제2 레벨 제어 신호 (e)를 출력한다. 또한, 트랜지스터 Q14가 그 때 OFF 상태로 되므로, 제2 전류 미러 회로 CC2에 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 트랜지스터 Q11의 베이스 전위는 기준 전원(90-2)의 전압 "Vref2"로 유지되며, 트랜지스터 Q11은 그 에미터로부터 제1 레벨 제어 신호 (d)를 출력한다.
한편, 단자(100)에 공급되는 반전 제어 신호의 전압이 기준 전원(86)의 전압 Vref'보다 낮은 L 레벨인 경우, PNP 트랜지스터 Q13과 차동쌍을 이루는 트랜지스터 Q14가 턴온된다. 그 때, 전류원(88)으로부터 공급되는 전류 I1과 거의 동일한 전류 I가 제2 전류 미러 회로 CC2에 의해 저항 R2를 통해 흐르게 된다. 동시에, 단자(200)에 공급되는 반전 제어 신호가 H 레벨로 되어, 기준 전원(90-1; Vref1)이 선택되어 저항 R2에 접속된다. 그 결과, 저항 R2에 접속된 트랜지스터 Q11의 베이스 전위는 저항 R2에서의 전압 강하에 의해 값 "Vref1-R2·I1"과 동일하게 되며, 트랜지스터 Q11은 에미터로부터 대응하는 제1 레벨 제어 신호 (d)가 출력한다. 또한, NPN 트랜지스터 Q20과 함께 차동쌍을 이루는 트랜지스터 Q19가 OFF 상태로 되므로, 제1 전류 미러 회로 CC1에는 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 제1 전류 미러 회로 CC1의 출력 트랜지스터와 저항 R1 사이에 접속되는 트랜지스터 Q10의 베이스 전위는 저항 R1의 타단에 접속되는 기준 전원(90-1)의 전압 "Vref1"과 동일하게 유지된다. 그 결과, 트랜지스터 Q10은 에미터로부터 도 7의 (e)에 나타낸 제2 표시 레벨 제어 신호 (e)를 출력한다.
제1 및 제2 레벨 제어 신호 (d) 및 (e)의 파형을 도 7의 (d) 및 (e)에서 2점 쇄선으로 나타내었다. 도 7의 (d) 및 (e)의 실선으로 나타낸 파형은 베이스 전압 파형으로서, 비반전 및 반전 신호 (a), (b)에 대한 리미트 레벨과 일치한다.
멀티플렉서(82)는 제2 리미트 회로(80)로부터 수신되는 반전 및 비반전 신호를 교대로 선택한다. 반전 제어 신호가 L 레벨이고 멀티플렉서(82)가 비반전 출력 신호 (a) (도 7에서, 주기 T1)를 선택한 경우, 트랜지스터 Q3에서의 상한 레벨이 값 "Vref2+R1·I2"로 설정되기 때문에, 결과적으로 비반전 출력 신호 (a)의 상한 레벨(주기 T1에서의 ON 표시 레벨)은 "Vref2+R1·I2"를 초과하지 않도록 제어된다. 또한, 제1 리미트 회로(78)의 트랜지스터 Q1에서의 리미트 레벨이 값 "Vref2"로 설정되기 때문에, 결과적으로 비반전 출력 신호 (a)의 하한 레벨(주기 T1에서의 OFF 표시 레벨)은 "Vref2"보다 낮게 되지 않도록 제어된다. 또한, 제1 리미트 회로(78)의 트랜지스터 Q2가 멀티플렉서(82)에 의해 선택되지 않은 반전 출력 신호 (b)를 제어하여 "Vref2" 이하로 유지하기 때문에, 멀티플렉서(82)의 스위칭 단자 간의 부분에서의 과대한 전압의 발생이 방지될 수 있다.
한편, 반전 제어 신호가 H 레벨이고 멀티플렉서(82)가 반전 출력 신호 (b) (도 7에서, 주기 T2)를 선택한 경우, 제1 리미트 회로(78)의 트랜지스터 Q2에 대한 리미트 레벨이 값 "Vref1-R2·I1"로 설정되므로, 결과적으로 반전 출력 신호 (b)의 하한 레벨(주기 T2에서의 ON 표시 레벨)은 "Vref1-R2·I1" 이하로 되지 않도록 제어된다. 또한, 제2 리미트 회로(80)의 트랜지스터 Q4에서의 리미트 레벨이 값 "Vref1"로 설정되므로, 반전 출력 신호 (b)의 상한 레벨(주기 T2에서의 OFF 표시 레벨)은 "Vref1"을 초과하지 않도록 제어된다. 또한, 제2 리미트 회로(80)의 트랜지스터 Q3이 멀티플렉서(82)에 의해 선택되지 않은 비반전 출력 신호 (a)를 값 "Vref1"을 초과하지 않도록 제어하기 때문에, 멀티플렉서(82)의 스위칭 단자 간의 부분에서의 과대한 전압의 발생이 방지될 수 있다.
상술한 바와 같이 회로가 동작하므로, 버퍼를 통해 멀티플렉서(82)로부터 액정 표시 패널(50)로 공급되는 신호가 제어되어, 주기 T1 및 T2에서의 ON 표시 레벨은 "Vref2 + R1·I2" 이하 또는 "Vref1-R2·I1 이상으로 각각 제어된다.
본 실시예에서는, 이상과 같은 처리를 RGB의 영상 신호 각각에 대해 실행된다. 이러한 처리에서, 도 6에 도시된 리미트 레벨 발생 회로(84)의 저항 R1, R2의 저항치 및 기준 전원(90-1, 90-2)의 전압 Vref1, Vref2를 원하는 값으로 설정함으로써, 각 온 표시 레벨 VRon, VGon, VBon을 원하는 값으로 할 수 있다. 상세히는, LCD가 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같은 특성인 경우에는 VRon이 7.8V, VGon이 7V, VBon이 4.9V가 되도록, 상기 저항 R1, R2 및 기준 전원(90-1, 90-2)의 전압 Vref1, Vref2을 조정하면 된다. 또한, 온도 변화에 따라 액정의 광학 특성 변화 전압 Vth에 변동이 생기는 경우는, RGB 각각에 대해 상기 기준 전압(90-1., 90-2)의 전압 Vref1, Vref2를 변경함으로써 이 Vth의 변화에 대해서 Von, Voff를 추종시킨다(OFF 표시 레벨). 이러한 구성으로, 액정 표시 장치의 환경 온도에 상관없이, 항상 적절한 컬러 표시를 행하는 것이 가능해진다.
또, 상기 VRon, VGon 및 VBon의 3가지의 설정 전압의 최대차 △V가 예를 들면 20% 이내 정도의 비교적 작은 범위에서 해결되도록 이들 온 표시 전압을 설정할 수 있으면, 구동 회로에서의 부담을 최소한으로 하면서 RGB마다 구동 전압을 조정하는 것이 용이해진다. 예를 들면, 1매의 액정 표시 패널로 RGB를 표시할 때, 대부분의 경우, 그 구동 회로는 동일 전원을 이용하여 RGB 액정 구동 신호를 제작한다. 따라서, 상기 △V가 20% 정도에서는, 다른 전원을 이용하는 등의 필요가 없어지는 경우가 있다.
[프로젝터에의 적용]
본 실시예에서는, 상술된 바와 같은 구성의 액정 표시 패널(50)을 반사형으로서 프로젝터의 라이트벌브에 적용하는 것을 고려할 수 있다. 도 8은 이 경우의 구성예를 도시하고 있다. 또, 이 경우에 액정 표시 패널(50)에는, 도 2에 도시된 편광판(44, 46)은 불필요해진다.
광원(160)으로부터 사출된 광은, 편광 분리 필터(162)에 입사되고, 여기서 소정 방향의 편광이 분리되고, 분리된 빛이 제1 편광판(164)에 입사된다. 소정의 직선 편광만이 이 제1 편광판(164)을 통과하고, 반사형 액정 표시 패널(50)로 입사한다.
프로젝터에서는, 액정 표시 패널(50)은 RGB 각각 따로 설정되고, 병렬 배치되는 경우가 많다. 또한, 이 경우 패널(50)에 입사되는 광은, 광원광으로부터 분리된 대응하는 R, G, B 중 어느 하나로 이루어져 있다. 그래서, 이러한 경우에 본 실시예에서는 각 액정 표시 패널(50)마다 담당하는 RGB에 따라 그 액정 구동 신호의 온 표시 전압 레벨 VRon, VGon, VBon을 설정한다. 또한, 필요에 따라 감마 보정도 각각의 특성에 맞춰 행한다. 또, RGB마다 독립한 액정 표시 패널(50)을 이용하는 경우에는 RGB의 특성을 고려하여, 각 패널(50)의 △n·d를 조정할 수 있고, 보다 확실하게 액정층의 전압-투과율 특성의 파장 의존성을 캔슬하는 것이 가능해진다.
반사형의 액정 표시 패널(50)에는, 도 5와 같은 회로에 의해 조정된 액정 구동 신호가 공급된다. 그리고, 상기 액정 구동 신호에 기초하여 액정 화소마다 액정층의 복굴절을 제어하고, 제1 편광판(164)을 통과한 직선 편광을 그 반사 화소 전극에서 반사함으로써 사출한다. 액정 표시 패널(50)로부터 사출되어 제2 편광판(166)을 통과한 RGB 각각의 빛은, 합성 광학계에 의해 합성되어 컬러 이미지가 되고, 프로젝터 렌즈(168)에 의해 이 컬러 이미지가 스크린(170)에 확대 투사된다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에서는 RGB 각각에 대한 액정 구동 신호를 그 투과율 특성에 따라 조정함으로써, 파장 의존성이 강한 액정 표시 장치에서도 색 재현성 좋게 컬러 표시를 행하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 실시예에 따른 액정 표시 패널의 평면 구성의 일례를 나타내는 개념도.
도 2는 도 1의 액정 표시 패널의 A-A 선에 따른 개략 단면도.
도 3은 본 실시예의 액정 표시 장치의 전체 구성을 도시하는 블럭도.
도 4는 본 실시예의 액정 표시 패널에서의 인가 전압과 투과율의 파장 의존성을 나타내는 도면.
도 5는 도 3의 RGB 드라이버 처리 회로(70)의 개략 구성도.
도 6은 도 5의 리미트 레벨 발생 회로(84)의 구성도.
도 7은 도 5의 회로에서의 신호 파형도.
도 8은 프로젝터의 일 구성예를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : TFT 기판(제1 기판)
12 : 게이트 전극
14 : 게이트 절연막
16 : 소스 전극
18 : 드레인 전극
62 : 비디오 크로마 처리 회로
64 : 타이밍 컨트롤러
66 : VCO
70 : RGB 드라이버 처리 회로
78 : 제1 리미트 회로
80 : 제2 리미트 회로
82 : 멀티플렉서
84 : 리미트 레벨 발생 회로

Claims (5)

  1. 액정 구동용 전극을 구비한 한 쌍의 기판 사이에 액정이 봉입되어 이루어지고, R, G, B 신호에 기초하여 액정을 구동하여, R 광 성분, G 광 성분, B 광 성분의 각각의 투과율을 제어함으로써 컬러 표시를 행하는 전압 제어 복굴절형의 액정 표시 장치로서,
    매트릭스 형상으로 복수의 화소를 포함하는 표시부와,
    상기 표시부의 대응하는 상기 화소에 대하여 표시 내용에 따른 구동 전압 신호를 공급하는 표시부 구동회로
    를 포함하고,
    상기 한 쌍의 기판 중 제1 기판 상에 설치되는 액정 구동용 전극은 상기 화소마다 개별로 형성된 매트릭스 형상의 화소 전극이고,
    상기 표시부 구동 회로는, R 용, B 용, G 용마다 존재하는 상기 구동 전압 신호의 액정의 최대 투과율을 달성하는 투과율 최대 전압 레벨을 결정하는 비 반전 구동 전압 신호 및 반전 구동 전압 신호의 각각의 최대 절대치 레벨을, 각각, R 용, B 용, G 용 마다의 투과율 특성에 따라서 결정되는 전압으로 제한하는 최대 투과율 전압 리미트 수단을 구비하고,
    상기 최대 투과율 전압 리미트 수단에 의해 투과율 최대 전압 레벨이 제한된 상기 비 반전 및 반전 구동 전압 신호를 소정 주기마다 절환하여 상기 표시부의 대응하는 화소에 공급하는
    액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 표시부 구동회로는, 상기 구동 전압 신호의 액정의 최소 투과율을 달성하기 위한 투과율 최소 전압 레벨을, 절대치로 0V보다 큰 소정 레벨로 제한하는 최소 투과율 전압 리미트 수단을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 액정 구동용 전극을 구비한 한 쌍의 기판 사이에 액정이 봉입되어 이루어지고, R, G, B 신호에 기초하여 액정을 구동하여, R 광 성분, G 광 성분, B 광 성분의 각각의 투과율을 제어함으로써 컬러 표시를 행하는 전압 제어 복굴절형의 액정 표시 장치로서,
    매트릭스 형상으로 복수의 화소를 포함하는 표시부와,
    상기 표시부의 대응하는 상기 화소에 대하여, 표시 내용에 따른 구동 전압 신호를 공급하는 표시부 구동 회로를 포함하고,
    상기 한 쌍의 기판 중의 제1 기판 상에 설치되는 액정 구동용 전극은 상기 화소마다 개별로 형성된 매트릭스 형상의 화소 전극이고,
    상기 표시부 구동 회로는, R 용, B 용, G 용마다 존재하는 상기 구동 전압 신호의 액정의 최대 투과율을 달성하는 투과율 최대 전압 레벨의 절대치를, 각각, R 용, B 용, G 용마다의 투과율 특성에 따라서 결정되는 전압으로 제한하는 최대 투과율 전압 리미트 수단과,
    상기 구동 전압 신호의 액정의 최소 투과율을 달성하기 위한 투과율 최소 전압 레벨을, 절대치로 0V 보다 큰 소정 레벨로 제한하는 최소 투과율 전압 리미트 수단
    을 포함하고,
    상기 투과율 최대 및 투과율 최소 전압 리미트 수단에 의해 전압 레벨이 제한된 상기 구동 전압 신호를, 상기 표시부의 대응하는 화소에 공급하는
    액정 표시 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    액정은, 전압 비인가 상태에서, 비투과성을 나타내는 노멀리 블랙(normally black) 타입이고,
    상기 전압 비인가 상태에서, 상기 액정의 분자의 장축 방향을 액정층의 두께 방향을 따르도록 배향시키는 러빙리스(rubbingless) 타입의 수직 배향막이 상기 한 쌍의 기판 사이의 액정과의 접촉 표면에 각각 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 R 광 성분, G 광 성분, B 광 성분의 각각의 투과율 특성에 따라서, 상기 R 광용의 액정 구동 신호, G 광용의 액정 구동 신호, B 광용의 액정 구동 신호에 대해, 각각 개별의 감마 보정을 더 실시하는 액정 표시 장치.
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