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KR100360356B1 - 액티브매트릭스형액정표시장치 - Google Patents

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KR100360356B1
KR100360356B1 KR1019940704493A KR19940704493A KR100360356B1 KR 100360356 B1 KR100360356 B1 KR 100360356B1 KR 1019940704493 A KR1019940704493 A KR 1019940704493A KR 19940704493 A KR19940704493 A KR 19940704493A KR 100360356 B1 KR100360356 B1 KR 100360356B1
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KR
South Korea
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electrode
voltage
scanning
liquid crystal
signal
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KR1019940704493A
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오따마쓰유끼
곤도가쯔미
오오에마사히또
Original Assignee
가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명의 박막트랜지스터형 액정표시장치는 밝기에 대한 전력낭비가 적고 혼신없는 고화질을 제공한다.
이 박막트랜지스터형 액정표시장치는 기판표면에 거의 평행하게 전계를 제공하기 위한 전극들과, 액정성분과, 편광판을 통해 명상태 및 암상태를 얻기 위한 소자구조와, 적어도 두 종류의 비선택 전압값을 갖는 스캐닝신호를 스캐닝전극들로 출력하기 위한 구동수단으로 이루어진다.

Description

액티브매트릭스형 액정표시장치
발명의 배경
발명의 분야
본 발명은 퍼스날컴퓨터에서 사용되는 표시장치와 같은 액티브매트릭스형 액정표시장치에 관한 것이다.
종래기술의 설명
현재, 액티브매트릭스형 (박막 트랜지스터형) 액정표시장치는 대단히 다양한 용도로 폭넓게 사용되고 있고, 멀티레벨 하프톤(multi-level halftone)(풀칼라)으로 개량되는 것이 요구되고 있다.
액정표시장치용 표시형으로서는, 상호 대향된 두개의 기판들 사이에 액정을 채우고 기판들의 대향면들 각각에 제 1표시전극을 구비하며 기판에 거의 법선(法線)으로 전계가 액정에 가해져 구동되게 하는 트위스트된 네마틱 표시형 (이하 "수직 전계형"이라 함)이 공지되어 있다. 이러한 형태의 액정표시장치는 이미 출시되어 있다.
다른 한편, 예를 들어, 일본국 특허공보 제 63-21907(1988)호에서는, 전계를 액정에 가하기 위한 한쌍의 전극이 동일한 기판상에 형성되어 있고 기판표면에 거의 평행방향으로 전계를 액정에 가함으로써 액정이 구동되는 또하나의 새로운 다른 형 (이하 "평행전계형"이라 함)이 제안되어 있다.
박막트랜지스터형 액정표시장치에서 멀티레벨 하프톤을 생성시키기 위해서, 화상신호를 신호전극들 즉, 신호드라이버 IC로 공급하기 위한 회로로부터 출력된 전압은 멀티레벨 하프톤의 갯수에 대응하는 멀티 레벨 출력값을 구비할 필요가 있다. 예를 들어, 16레벨의 하프톤을 생성하는 경우에는, 신호드라이버 IC는 16×2(액정이 교류에 의해 구동되야 하기 때문에, 각 하프톤을 위해 정(正) 및 부(負)의 이진값이 필요하다.) = 32 출력전압값을 공급할 수 있어야 한다. 신호드라이버 IC는 충분한 전류를 공급할 수 있기 위해서 각 출력스테이지에 오퍼레이션증폭기들을 구비하고 있기 때문에, 상기의 경우에 32개의 오퍼레이션증폭기를 제공할 필요가 있다. 출력스테이지에서 오퍼레이션증폭기의 감소는 신호드라이버 IC의 감소를 초래하고 절대최대공급을 저하시킬 수 있다. 신호드라이버 IC의 생산성이 향상되고 표시장치의 외부 프레임부의 크기가 신호드라이버 IC의 크기 감소에 의해 작아질 수 있지만, 신호전압용 최대출력전압은 감소되야 한다.
다른 한편, 상기 한 수직전계형에서 전압은 상호 대향된 한쌍의 투명 평판형 전극들에 의해 액정층에 가해지지만 평행전계형에서는 동일한 기판상에 형성된 한쌍의 비투명 라인형 전극들에 의해 액정측에 전압이 가해진다. 결과적으로, 평행전계형에서 개방비(opening ratio)는 작아진다. 이러한 이유로, 평행전계형에서의 두개의 전극들 사이의 거리는 매우 짧지 않기 때문에, 평행전계형에서의 두개의 전극들 사이의 거리는 수직전계형에서의 두개의 전극들 사이의 거리보다 크고 평행전계형에서의 전계의 크기는 수직전계형에서의 전계의 크기보다 약하다. 이 때문에, 전계의 강도를 동일한 크기로 형성시키기 위해서는 전자가 후자보다 전극들 사이의전압을 높게 공급해야 한다.
본 발명의 목적은 표시장치가 신호측구동회로의 낮은 구동전압에 의해 충분히 실용적으로 구동가능한 평형전계형 액티브매트릭스형 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또하나의 목적은 혼신, 특히 문자스미어(lateral smear)가 나타나지 않으며 고화질이 얻어질 수 있는 평행전계형 액티브매트릭스형 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공하는 것이다.
발명의 요약
상기 목적들을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 액티브매트릭스형 액정표시장치의 구조는 다음과 같다.
(1) 액정조성물이 제 1기판과 제 2기판 사이에 개재되어 있고 매트릭스로 배열된 복수의 신호전극들과 복수의 스캐닝전극들에 의해 복수의 픽셀부들이 구성되며, 스위칭소자가 형성되는 각각의 픽셀부에서 스위칭 소자가 제공되는 액티브매트릭스형 액정표시장치로서,
스위칭소자에 연결된 카운터전극과 픽셀전극은 전계가 기판에 평행하게 가해지는 것과 같이 위치되어 있고, 액정조성물층에서의 액정은 액정분자들의 주축들을 기판표면에 평행하게 유지하면서 전극들 사이에 가해진 전압에 의해 구동되며, 이 장치는 편광수단과 배향상태에 의해 액정조성물의 명상태(light state)와 암상태(dark state)를 얻을 수 있는 소자구조를 구비하고, 스캐닝전극에서 두개 이상의 비선택 전압을 갖는 스캐닝신호를 출력할 수 있는 구동수단을 구비하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(2) 본 발명의 또하나의 형태에 따라, 카운터전극이 스캐닝 전극, 신호전극, 픽셀전극으로부터 개별적으로 설치된 공통전극인 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(3) 본 발명의 다른 형태에 따라, 카운터전극이 픽셀부에 인접한 스캐닝전극의 일부인 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(4) 본 발명의 다른 형태에 따라, 명상태 또는 암상태를 얻기 위한 픽셀전극과 카운터전극간의 최대전압(VON)과 스위칭트랜지스터소자를 위한 임계값(VTH) 사이의 관계가 다음의 식을 만족하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
VTH> │VON│
(5) 본 발명의 다른 형태에 따라, 스위칭트랜지스터소자를 위한 임계값(VTH)과, 명상태 또는 암상태를 얻기 위한 카운터전극과 픽셀전극간의 최대전압(VON), 및 명상태 또는 암상태를 얻기 위한 카운터전극과 픽셀전극간의 최소전압(VOFF) 사이의 관계가 다음의 식을 만족하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
VTH> (│VON│ - │VOFF│)/2
(6) 본 발명의 다른 형태에 따라, 스위칭트랜지스터소자들이 각 열마다 번갈아 P형 특징과 N형 특징을 갖도록 배열되는 구조인 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(7) 본 발명의 다른 형때에 따라, 적어도 두개의 스위칭트랜지스터소자가 픽셀내에 형성되어 있고, 박막트랜지스터소자의 적어도 한개의 소오스전극 또는 드레인전극이 신호전극에 연결되어 있으며, 박막트랜지스소자의 적어도 하나의 소오스전극 또는 드레인전극이 바로 다음 열의 스캐닝전극에 전기적으로 연결되어 있는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(8) 본 발명의 다른 형태에 따라, 적어도 두개의 스위칭트랜지스터소자가 픽셀내에 형성되어 있고, 박막트랜지스터소자의 적어도 하나의 소오스전극 또는 드레인전극이 신호전극에 연결되어 있으며, 박막트랜지스터소자의 적어도 하나의 소오스전극 또는 드레인전극이 캐패시턴스적 소자를 통해 바로 다음의 열의 스캐닝전극에 연결되어 있는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(9) 본 발명의 다른 형태에 따라, 액정조성물, 러빙방향, 편광판구성, 기판간의 거리, 및 픽셀전극과 카운터전극 사이의 거리는 명상태를 얻기 위한 전압과 암상태를 얻기 위한 전압 사이의 차가 5V이하가 되도록 설정되는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(10) 본 발명에 다른 형태에 따라, 스캐닝신호가 적어도 두 종류의 비선택 전압값들을 출력하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(11) 본 발명에 다른 형태에 따라, 픽셀전극의 전압은 주로 스캐닝전극과 픽셀전극 사이의 캐패시턴스를 거쳐 스캐닝전극에 가해진 스캐닝신호를 위한 비선택 전압을 변화시키는 수단에 의해 변화되는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(12) 본 발명에 다른 형태에 따라, 모든 열의 스캐닝전극들에 가해진 스캐닝신호의 비선택 전압이 동일한 진폭, 동일한 주기 및 동일한 위상으로 변화되는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(13) 본 발명에 다른 형태에 따라, 각 프레임마다 교대로 비선택전압의 이진값을 갖고 비선택주기 동안 일정 전압을 유지하는 스캐닝신호는 스캐닝전극에 가해지고, 상기 신호전극은 픽셀전극과 카운터전극 사이의 전압극성이 각 열마다 교대로 상이한 방식으로 전송된 화상신호를 수용하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(14) 본 발명에 다른 형태에 따라, 두 종류의 비선택 전압값들간의 전압차는 명상태 또는 암상태를 얻기 위한 픽셀전극과 카운터전극 사이의 최대전압(VON)과 명상태 또는 암상태를 얻기 위한 픽셀전극과 카운트전극사이의 최소전압(VOFF)의 합과 동일하게 설정되는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(15) 본 발명에 다른 형태에 따라, 두 종류의 비선택 전압값들간의 전압차는 명상태 또는 암상태를 얻기 위한 픽셀전극과 카운터전극 사이의 최대전압(VON)과 명상태 또는 암상태를 얻기 위한 픽셀전극과 카운터전극사이의 최소전압(VOFF)의 합의 절반과 동일하게 설정되는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(16) 본 발명에 다른 형태에 따라, P형 스위칭트랜지스터소자를 갖는 스캐닝 전극에 가해진 스캐닝신호내의 비선택 전압의 중간전압은 N형 스위칭트랜지스터소자를 갖는 스캐닝전극에 가해진 스캐닝신호내의 비선택 전압의 중간전압보다 높고, 명상태와 암상태를 얻기위한 픽셀전극과 카운터전극사이의 최대전압(VON)을 초과하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(17) 본 발명에 다른 형태에 따라, 카운터전극전압이 스캐닝전극으로부터 공급되는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
(18) 본 발명에 다른 형태에 따라, 스캐닝전극으로부터 공급된 카운터전극전압이 화상신호전압의 극성에 따라 변화하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
이하에서, 본 발명의 작동을 설명한다.
본 발명의 발명자들에 의해 창출된 본 발명의 다음의 작동은, 비선택 주기동안 스캐닝전극에 공급된 스캐닝신호내의 비선택 전압(OFF전압)을 변화시키고 픽셀전극과 스캐닝전극 사이의 캐패시턴스적 연결을 통해 픽셀전극내의 전압을 변화시키기 위한 구동형으로서 평형 전계형을 채용함으로써 이루어진다.
(제 1작동)
평행전계형에서, 픽셀전극과 공통전극 사이의 캐패시턴스(CLC)는 수직전계형에 비해 작은데, 그 이유는 수직전계형에서 픽셀전극과 카운터전극이 평행면 캐패시턴스를 형성하기 때문이다. 이 때문에, 평행전계형에서의 픽셀전극과 스캐닝전극 사이의 캐패시턴스(CS)는 픽셀전극과 카운터전극 사이의 캐패시턴스(CLC)보다 비교적 크고, 결과적으로 충분한 바이어스전압이 스캐닝전극의 전압변화에 따라 픽셀전극에 가해질 수 있다. 이에 의해, 한개의 픽셀소자의 영역에 대해 픽셀전극과 스캐닝 전극 사이에 형성된 캐패시턴스소자(CS)가 차지하는 영역의 비가 감소될 수 있어, 개방율을 개선시킨다.
(제 2작동)
픽셀전극과 카운터전극 사이의 캐패시턴스(CLC)이 작기 때문에, 스캐닝전극의부하용량은 작게된다. 또한, 스캐닝전극으로 변조전압을 공급하는 구동방법은 변조파형의 왜곡이 작다는 장점을 갖는다. 이에 의해, 화상에 따라 변화된 스캐닝전극의 부하용량비가 감소되고, 스캐닝신호용 비선택 전압의 파형변형비도 감소된다. 이 때문에, 변조전압은 균일하게 가해질 수 있고, 혼신(수평으로 그려진 라인이 나타나는 수평스미어)발생이 억제될 수 있다.
(제 3작동)
평행전계형에서, 인접한 스캐닝전극은 카운터전극으로서 사용될 수 있다. 이에 의해, 카운터전극의 트렁크부분으로 사용되어지는 영역은 개방율을 증가시키기 위한 개방부로서 사용될 수 있다. 또, 인터코넥팅전극내의 교점의 갯수가 감소되고, 상기 전극들내에서 쇼트회로고장을 감소시킨다.
교류에 의해 액정을 구동시키기 위해서, 카운터전극에 대해 픽셀전극내에 충전된 전압파형이 교류파형으로 되는 식으로 화상신호가 신호전극내로 충전된다. 그러나, 비결정실리콘 박막트랜지스터(a-SiTFT), 폴리실리콘 박막트랜지스터(p-SiTFT)등과 같은 액티브매트릭스형 액정표시장치에서 사용된 대표적인 능동소자는 거의 O볼트의 스캐닝전압에서 드레인전류가 흐르기 시작하는 특징, 즉 임계전압(VTH)이 거의 O볼트인 특징을 갖는다. 이 때문에, 스캐닝전압(OFF레벨)의 비선택 전압이 카운터전극전압으로서 사용되는 경우에, 상기한 트랜지스터소자는 충전되는 경우에도 카운터전극전압에 대해 부(負)의 전압을 유지할 수 없다. 그 이유는, 스캐닝전압의 OFF레벨이 픽셀진극의 전압보다 높은 레벨이기 때문에, 거의 O볼트의 임계전압(VTH)을 갖는 트랜지스터소자가 ON상태로 들어가고, 픽셀 전극의 전압이 유출을 통해 스캐닝전압의 OFF레벨로 감소된다. 이 때문에, 교류에 의해 액정을 구동시키기 위해서는, 스캐닝전압의 OFF레벨보다 높은 카운터전극전압을 설정하도록 개별적으로 카운터전극을 제공할 필요가 있다. 높은 임계전압을 갖는 트랜지스터를 적용함으로써, 교류에 의해 액정을 구동시키는 것을 가능하게 하는데, 그 이유는 스캐닝전극이 카운터전극으로서 사용되고 스캐닝전극의 OFF레벨이 카운터전극전압으로서 사용되는 경우에도 픽셀전극이 충전될 수 있고 카운터전압에 대해 부의 전압을 유지할 수 있기 때문이다. 본 발명은 스위칭트랜지스터소자의 임계값(VTH)이 액정에 가해진 최대전압(VON) 또는 최대전압(VON)과 최소전압(VOFF) 사이의 차이의 절반을 초과하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 액정에 부의 전압이 가해지는 경우에도, 픽셀전극전압은 약해지지 않고 유지되며, 액정은 교류 및 낮은 전압에 의해 구동되어진다.
또, 트랜지스터소자는 한열씩 번갈아 P형 또는 N형 특성을 갖고, P형 스위칭 트랜지스터소자를 갖는 스캐닝전극에 가해진 스캐닝신호의 비선택 전압의 중간전압이 N형 스위칭트랜지스터소자을 갖는 스캐닝전극에 가해진 스캐닝신호의 비선택 전압의 중간전압보다 높으며, 전압차가 명상태 또는 암상태를 얻기 위한 픽셀전극과 카운터전극 사이의 최대전압(VON)을 초과하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 임계전압(VTH)이 0볼트 근처 또는 0볼트 이하인 경우에도, 액정이 교류 및 낮은 전압에 의해 구동될 수 있다.
또한, 두개의 박막트랜지스터소자는 픽셀내에 형성되고, 화상신호전압이 박막트랜지스터소자중 하나로부터 공급되고, 카운터전극전압이 박막트랜지스터소자중 다른 하나로부터 공급되도록 구성되어 있다. 이에 의해, 액정이 교류에 의해 구동될 수 이다. 또, 화상신호전압의 극성에 대응하는 카운터전극전압을 변화시킴으로써, 액정이 낮은 전압에 의해 구동될 수 있다.
제 1도는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제 1실시예의 단면도로서, 제 3도의 A-A'선 단면도이다.
제 2도는 인접한 픽셀들을 포함한 제 1실시예의 픽셀구조의 정면도이다.
제 3도는 본 발명에 따른 제 1실시예의 픽셀구조의 정면도이다.
제 4도는 제 3도의 B-B'선 측단면도이다.
제 5도는 제 3도의 C-C'선 측단면도이다.
제 6도는 본 발명에 따른 제 1실시예의 표시장치의 구조도이다.
제 7도는 본 발명에 따른 제 1실시예의 구동파형 챠트이다.
제 8도는 본 발명에 따른 제 2실시예의 구동파형 챠트이다.
제 9도는 인전합 픽셀들을 포함한 제 3실시예의 픽셀구조의 정면도이다.
제 10도는 본 발명에 따른 제 3실시예의 픽셀구조의 정면도이다.
제 11도는 제 10도의 D-D'선 측단면도이다.
제 12도는 본 발명에 따른 제 3실시예의 표시장치의 구조도이다.
제 13도는 본 발명에 따른 제 3실시예의 구동파형 챠트이다.
제 14도는 인접한 픽셀들을 포함한 제 4실시예의 픽셀구조의 정면도이다.
제 15도는 본 발명에 따른 제 4실시예의 픽셀구조의 정면도이다.
제 16도는 본 발명에 따른 제 4실시예의 표시장치의 구조도이다.
제 17도는 본 발명에 따른 제 4실시예의 구동파형 챠트이다.
제 18도는 본 발명에 따른 제 5실시예의 구동파형 챠트이다.
제 19도는 본 발명에 따른 제 6실시예의 구동파형 챠트이다.
제 20도는 본 발명에 따른 제 7실시예의 구동파형 챠트이다.
제 21도는 본 발명에 따른 제 8실시예의 픽셀구조의 정면도이다.
제 22도는 제 8실시예의 픽셀회로 관통도이다.
제 23도는 제 21도의 E-E'선 측단면도이다.
제 24도는 제 21도의 F-F'선 측단면도이다.
제 25도는 제 21도의 G-G'선 측단면도이다.
제 26도는 본 발명에 따른 제 8실시예의 표시장치의 구조도이다.
제 27도는 본 발명에 따른 제 8실시예의 구동파형 챠트이다.
제 28도는 본 발명에 따른 제 9실시예의 픽셀구조의 정면도이다.
제 29도는 제 9실시예의 픽셀회로 관통도이다.
제 30도는 본 발명에 따른 제 10실시예의 구동파형 챠트이다.
제 31도는 본 발명에 따른 액정표시장치의 액정 작동도이다.
제 32도는 인터페이스상에서 전계방향에 대한 편광판의 편광축방향각(φP)과분자주축의 배향방향(러빙방향) 각(φLC)의 도시도이다.
제 33도는 본 발명에 따른 실시예의 광전(photo-electric)특성의 그래프로서, 예를 들어 보통 폐쇄형인 그래프이다.
제 34도는 인터페이스상에서 분자주축의 배향방향(러빙방향)(φLC)에 따른 광전특성의 종속도로서, 예를 들어 보통 폐쇄형인 그래프이다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
[제 1실시예]
제 1도는 액정표시패널내의 한개의 픽셀범위의 단면구조도이다. 이 액정표시패널은 상부기판과, 하부기판, 및 상기 상하기판 사이의 갭을 채우는 액정층으로 이루어져 있다. 하부기판상에 형성된 픽셀전극(3)과 카운터전극(4) 사이에 전압을 가함으로써, 상하기판들 사이에 생성된 전계는 액정의 배향상태를 제어하고 백라이트로부터 패널을 통한 라이트의 전달을 변화시키도록 제어된다. 액정패널의 백라이트의 대향 측으로부터 도시하는 경우에, 명상태, 암상태 또는 상기 라이트 및 암상태 사이의 중간상태는 픽셀전극과 카운터전극 사이에 가해진 전압을 제어함으로써 관찰된다. 이 픽셀전극 및 카운터전극은 제 1도의 종이면으로부터 법선방향으로 라인형상으로 연장되어 있고, 상기 픽셀전극과 상기 카운터전극 사이의 거리는 거의 15㎛이다. 액정측의 두께는 거의 4㎛이고 픽셀전극과 카운터전극 사이의 15㎛의 간극보다 작기 때문에, 액정층 내부에서 생성된 전계(101)(전기력선)의 방향은 제 1도(제 1도는 능동소자에 비해 표시패널의 두께방향을 확대한 도이다)의 측방향으로된다.
제 31도는 픽셀전극(3)지 카운터전극(4) 사이의 전압을 가하고 가하지 않는 경우에서 액정분자들의 배향상태의 개략도이다. 제 31(a)도 및 제 31(b)도는 측방향으로부터의 액정패널의 도시도이고, 제 31(c)도 및 제 31(d)도는 정부와 저부로부터의 도시도이다. 그리고, 제 31(a)도 및 제 31(c)도는 전압이 가해지지 않는 경우의 도이고, 제 31(b)도 및 제 31(d)도는 전압이 가해지는 경우의 도이다. 픽셀전극과 카운터전극 사이의 전위차를 생성시키고 액정조성물층에 전계를 가하기 위해서 픽셀전극과 카운터전극에 각각 다른 전압을 가함으로써, 액정분자는 전계와 액정조성물의 유전이방성(dielectric anisotropy)의 상호반응에 의해 반응하여 그 배향을 전계방향으로 변화하게 한다. 제 1도 및 제 31도에 나타낸 바와 같이, 액정패널의 상부면 및 하부면들상에는 편광판(8)이 형성되어 있고, 액정패널을 통과하는 라이트의 전달율은 편광판들과 액정조성물층의 굴절계수에서의 이방성의 상호반응에 의해 변화된다. 이에 의해, 디스플레이의 밝기가 변화된다.
제 32도에 의해서, 인터페이스부근의 액정분자의 주축(광학축)방향(102)의 각(φLC)과 전계(101)의 방향에 대해 편광판의 편광축방향(103)의 각(φP)이 한정된다. 제 32도에서는 정부 및 저부에서 액정인터페이스쌍 및 편광판쌍이 각각 존재하기 때문에, 이 각들은 필요에 따라 φP1, φP2, φLC1, φLC2로 지시된다. 전계의 결여(lack)시에는, 봉상의 액정분자(5)는 픽셀전극(3)과 카운터전극(4)의 길이방향에 대해 작은 각을 갖도록 하는 방향으로 배향되어 있다(제 31(c)도의 정면도 참조). 즉, 45°≤│φLC│≤90°, 제 31도 및 제 32도에서, 인터페이스상의 액정분자의 주축오리엔테이션(러빙)(103)의 방향은 화살표로 지시되어 있다. 상부 및 상부인터페이스들상의 액정분자의 주축배향방향은 상호 평행한 것, 즉, φLC1= φLC2(=φLC)이 바람직하다. 여기서는 액정조성물의 유전이방성이 정(正)인 것이 제안되어 있다.
제 33도는 픽셀전극과 카운터전극 사이에 가해지는 전압(VLC)과 밝기 사이의 관계에서의 특성, 즉, 소위 광전특성을 나타낸다. 좌표에서의 밝기는, 밝기의 최대값이 100%로 설정되는 경우의 비례값으로 지시된다. 가해진 전압이 증가함으로써, 밝기는 전압(VOFF)에서 급격히 증가되고, 이 밝기는 가해진 전압이 증가함에 따라 전압(VON)부근까지 순간적으로 증가한다.
제 1도에 나타낸 바와 같이, 상부기판상에는 칼라표시용 칼라필터(11)와, 픽셀주위의 라이트에 대해 비제어 범위 (라이트전달율이 픽셀전극과 카운티전극 사이에 가해진 전압에 의해 제어될 수 없는 범위)를 통과하는 라이트를 차단함으로써 컨트라스트를 향상시키는 차단필름(블랙매트릭스)(23)과, 기판의 표면을 평평하게 하는 플레이트닝필름(12), 및 전압이 가해지는 경우에 주어진 방향으로 배향되도록 액정분자의 배향을 제어하는 배향제어필름(6)이 형성되어 있다. 이들 필름은 유리, 플라스틱수지등과 같은 투명 기판(7)상에 형성되어 있다.
하부기판상에서, 픽셀전극등에 가해진 전압을 스위칭하는 각종의 인터코넥션의 박막트랜지스터(TFT)는 픽셀전극 또는 카운터전극과 다르게 형성되어 있으며, 이것은 이후에 설명된다. 이들은 상부기판의 경우와 유사하게 유리 등과 같은 투명기판(7)상에 형성되어 있다. 이 실시예에서는, 두께가 예를 들어 1.1mm인 표면들상에서 연마된 투명유리기판들이 기판(7)으로서 사용되고 있다. 기판의 일부에는, 박막트랜지스터가 형성되고, 또 배향필름(6)이 최상부 표면에 형성되어 있다. 이 실시예에서, 배향필름(6)으로서 폴리이미드가 적용되어 있고, 그 표면은 액정(5)을 배향하기 위해 러빙에 의해 처리되어 있다. 다른 기판상에서, 폴리이미드가 또 공급되고 러빙에 의해 처리된다. 상부 및 하부인터페이스들 모두에서 러빙방향은 상호 거의 평행하고, 전계방향에 대한 러빙각은 88°(φLC1= φLC2= 88°)이다. 기판들 사이에는, 정 및 4.5의 유전이방성△∈와 0.072(589nm, 20℃)의 굴절인덱스의 이방성 △n을 갖는 네매스틱액정조성물이 개재되어 있다. 그 간격(d)은 액정충전시에 3.9㎛이고 구형 폴리머비드를 분산시키고 개재함으로써 유지된다. 이 때문에, △n · d는 0.281㎛가 된다. 패널은 두개의 편광판(8)(G1220DU, 가부시끼가이샤 니또 덴꼬우 제품)들에 의해 샌드위치되어 있고, 편광판들중 하나의 편광판에서의 편광전달축은 러빙방향에 대해 작은 갖을 갖도록 즉, φP1= 80°(이 때문에, │φLC1-φP1│=8°)로 설정되어 있으며, 편광판들중 다른 편광판에서의 편광전달축은 앞서의 편광판과 직각으로 상호 교차하도록 즉, φP2= -10° 로 설정되어 있다. 이에 의해, 본 발명에 따른 픽셀에 가해진 전압(VLC)(픽셀전극(3)과 카운터전극(4) 사이의 전압)이 0에서부터 증가함으로써 밝기는 최소값까지 감소하는 특성을 나타나게 되었다. 이 실시예는, 낮은 전압(VOFF)에서 암상태가 얻어지고 높은 전압(VON)에서 명상태가 얻어지는 일반적으로 폐쇄된 특성을 적용하고 있다. 여기서, VOFF는 6.9V이고 VON는 9.1V이다. 이 실시예에서는 일반적으로 폐쇄된 특성을 적용하고 있지만, 일반적으로 개방된 특성도 적용할 수 있다. 또, 부(負)의 유전이방성을 갖는 액정이 사용될 수 있다.
제 2도는 각종의 전극들과, 인터코넥션 및 하부기판의 액정층 측면상에 형성된 TFT의 평면구성을 나타낸다. 참조번호 1은 도면에서 측방향으르 연장되어 상호 평행하게 복수개 형성된 스캐닝전극들(게이트전극들)을 지시한다. 참조번호 2는 도면에서 수직방향으로 연장되어 상호 평행하게 복수개 형성된 신호전극들(드레인전극를)을 지시한다. 두개의 인접한 신호전극들로 구성된 신호전극들의 쌍은 복수개 형성되어 있다. 카운터전극(4)은 신호전극들의 인접한 쌍과 신호전극의 쌍 사이에 형성되어 있다. 각각의 카운터전극은 도면에서 수직방향으로 연장된 트러크부분으로 구성되어 있고, 브랜치부분은 트렁크부분으로부터 연장되어 있고 좌우측들을 향해 구부러져 있다. 도면에서 나타낸 바와 같이, 한개의 픽셀은 신호전극(2)과, 신호전극에 인접한 카운터전극(4)의 트렁크부분, 및 상호인접한 두개의 스캐닝전극들로 둘러싸인 범위이다. TFT(15)는 각각의 픽셀내의 스캐닝전극상에 형성되어 있다. 참조번호 3은 각각의 TFT로부터 반전된 U형상으로 구부러지면서 연장되는 픽셀전극(소오스전극)을 지시한다. 한쌍의 픽셀전극은 인접한 스캐닝전극에 의해겹쳐지고, 이 부분상에 한쌍의 저장캐패시턴스소자(16)가 형성되어 있다.
이 실시예에서, 픽셀피치는 스캐닝전극 방향으로 110㎛이고, 신호전극 방향으로 330㎛이다. 스캐닝전극(1)용 폭과, 신호전극(2)의 폭, 및 복수의 픽셀을 따라 형성되는 카운터전극(4)의 트렁크의 폭에 관해서는, 브레이킹으로 인한 고장을 방지하기 위해서 10㎛의 폭넓이가 적용된다.
다른 한편, 카운터전극(4)의 트렁크로부터 연장된 브랜치부분과 픽셀전극(3)의 개방율을 향상시키기 위해서는, 6㎛의 좁은 폭이 적용되고 있다. 이에 부가하여, 카운터전극의 갯수는 픽셀의 두개의 측방향배열들을 위한 한개의 카운터전극을 형성함으로써 절반으로 감소된다. 이에 의해, 개방부는 더 연장되고, 스캐닝전극(1)과 카운터전극(4)의 교차부에서의 (전극들의 교차영역에 비례하는) 회로쇼트의 가능성이 줄어든다. 이 실시예에서, 신호전극들의 갯수는 640×3으로 설정되어 있고, 스캐닝전극들의 갯수는 480으로 설정되어 있으며, 카운터전극의 갯수는 960으로 설정되어 있다. 이에 의해, 픽셀의 갯수는 거의 백만개가 된다.
제 3도는 제 2도의 한개의 픽셀부를 나타내는 확대도이다. 상기한 제 1도는 제 3도의 A-A'선의 평단면도이다. 제 4도 및 제 5도는 각각 제 3도의 B-B'선 및 C-C'선의 평단면도이다.
제 4도에서 나타낸 바와 같이, TFT는 반전된 스태거구조와, 스캐닝 전극(1)상에 형성된 게이트절연체(9)(예를 들어, 질화규소), 비결정 규소층(22)을 구비하고 있다. 또, 드레인전극(2)과 소오스전극(3)은 비결정규소층에 연결되도록 형성되어 있다. TFT내의 드레인전극과 소오스전극은 신호전극과 픽셀전극의 쌍으로 각각구성되어 있다. 드레인 및 소오스전극들과 비결정규소층(22) 사이에는, 도면에 도시되지 않은 옴접촉층으로서 n+형 비결정실리콘층이 형성되어 있다. 이 실시예에서, 신호전극(2), 픽셀전극(3)과 카운터전극(4)은 동일한 금속재료(예를 들어, 알류미늄)으로 만들어져 있다.
제 5도에서 나타낸 바와 같이, 스캐닝전극(13)과 픽셀전극(3) 사이에는 게이트절연체(9)가 개재되어 저장캐패시턴스 용량소자(16)를 형성하게 한다. 이 실시예에서의 저장캐패시턴스의 영역은 종래의 수직전계형의 경우에 비해 극히 작고, 그 용량은 CS= 200fF의 값보다 작다.
이 실시예에서의 저장캐패시턴스는 앞서의 열 및 픽셀전극에서의 스캐닝전극에 의해 형성되어 있고, 저장캐패시턴스는 다음의 열 및 픽셀전극에서의 스캐닝전극에 의해 형성될 수 있다. 픽셀의 두개의 인접한 측면배열을 갖는 카운트전극의 트렁크부가 공통적으로 활용되지만, 카운터전극의 한개의 트렁크가 픽셀의 각각의 측면배열을 위해 형성되는 경우에 본 발명의 효과를 본질적으로 변화시키지 않고 본 발명의 범위내에 존재한다.
이하에서 회로다이아그램 및 구동파형을 설명한다.
제 6도는 본 발명에 따르면 액정표시장치의 회로다이어그램을 나타낸다. 참조번호 21은 표시범위를 지시하고, 복수의 스캐닝전극(1)이 측방향으로 형성되어 있으며 복수의 신호전극(2) 및 카운터전극이 수직방향으로 형성되어 있으며, TFT는 신호전극과 스캐닝전극의 교차부 각각에 형성되어 있다. TFT의 게이트전극(G)은 스캐닝전극에 연결되어 있고, 드레인전극이 신호전극에 연결되어 있다. 액정캐패시턴스(CLC)는 카운터전극(4)과 TFT의 소오스전극(S) 사이에 형성도어 있고, 저장캐패시턴스(CS)는 스캐닝 전극과 소오스전극(S) 사이에 형성되어 있다. 제 1도에서 나타낸 픽셀전극(3), 카운터전극(4) 및 액정층은 캐패시턴스(CLC)를 전기적으로 형성한다. 저장캐패시턴스(CS)는 스캐닝전극(1)내의 스캐닝신호전압이 선택전압으로부터 비선택 전압으로 전달되는 경우에 TFT의 소오스전극과 게이트전극 사이의 캐패시턴스(CGS)를 통한 픽셀전극(3)내의 전압으로 유입되는 관통전압을 억제하기 위한 절대적으로 본질적인 캐패시턴스이고, CGS와 비교하여 충분히 큰 캐패시턴스를 갖을 필요가 있다(예를 들어, CGS의 크기에 거의 10배).
제 6도의 참조번호 18은 변조전압과 TFT의 전도상태(ON) 및 비전도 상태(OFF)를 제어하기 위해서 도면에서 정부로부터 저부로 계속해서 스캐닝전극으로 스캐닝전압을 가하는 스캐닝드라이버를 지시하며, 이것은 이후에 설명될 것이다(라인앳어타임방식)(line at-a-time method). 참조번호 19는 각각의 신호전극으로 공급될 화상신호를 공급하는 신호드라이버를 지시한다. TFT를 위한 선택전압(ON전압)이 스캐닝전극에 가해지는 경우에, 스캐닝전극에 연결된 TFT는 전도상태가 되고, 신호전극에 공급된 화상신호는 TFT를 통해 액정캐패시턴스(CLC)를 구성하는 픽셀전극에 제공된다. 참조번호 17은 스캐닝드라이버(18)와 신호드라이버(19)의 동작을 제어하기 위한 제어회로를 지시하고, 참조번호 20은 전압을 카운터전극들로공급하기 위한 카운터전극 구동회로를 지시한다.
본 발명은 적어도 3가지 종류의 값들을 스캐닝드리아버(18)로 출력할 수 있는 드라이버(LSI)를 적용한 것을 특징으로 하거나, 적어도 3가지 종류의 전압값을 출력할 수 있는 스캐닝드라이버(18)를 특징으로 한다.
다른 한편, 신호드라이버(19)는 신호전극(2)으로 화상정보를 갖는 전압을 공급할 수 있는 회로를 구비하고 있고, 신호전압파형에서의 최대진폭(VDP-P)(제 7도에서의 VDH-VDL)이 △V으로 되는 식으로 구성되어 있다. (제 33도 참조 △V = VON-VOFF), 이 실시예에서, 카운터 전극에는 일정 전압이 가해진다.
제 7도는 이 실시예의 구동회로로부터의 구동파형출력을 나타낸다. 제 7(a)도는 스캐닝드라이버(18)에 의해 (i- 1)차 스캐닝전극에 가해진 스캐닝신호파형 (VG(i-1))을 나타내고, 제 7(b)도는 스캐닝드라이버 (18)에 의해 i차 신호전극에 가해진 신호파형(VG(i))을 나타내며, 제 7(c)도는 신호드라이버(19)에 의해 j차 신호전극에 가해진 신호파형(VD(j))을 나타내고, 제 7(d)도는 카운터전극에 가해진 전압파형(Vc)을 나타낸다. 제 7(e)도는 상기 전압들이 스캐닝전극, 신호전극 및 카운터전극에 가해질때 i차스캐닝전극과 j차 신호전극의 교차부에서 형성된 픽셀의 픽셀전극(3)에 가해진 전압(Vs)을 나타낸다. 화상정보를 갖는 신호파형은 신호전극(2)에 가해지고, 스캐닝신호파형은 화상신호파형에 동기하여 스캐닝전극(1)에 가해진다. 화상신호전압은 신호전극(2)으로부터 TFT(15)를 통해픽셀전극(3)으로 전달되고, 이 전압은 픽셀전극과 카운터전극(4) 사이에 액정부에 가해진다. 여기서, 스캐닝전극(1)에 공급된 스캐닝신호파형(VG)용 비선택 전압(OFF전압)은 변조되고, 픽셀전극(3)내의 전압은 TFT(15)가 OFF상태일 때 용량연결에 의해 변화되고, 바이어스전압(VB(+)및 VB(-))픽셀전극(4)내의 전압에 가해진다. 여기서, VB(+)는 짝수프레임(정의 프레임)용 바이어스전압을 나타내고 VB(-)는 홀수프레임(부의 프레임)용 바이어스전압을 나타낸다. 이에 의해, 카운터전극(4)내의 전압(Vc)을 감(substact)하는 픽셀전극(3)내의 전압(VS)의 전압, 즉, 액정(VLC= Vs-Vc)에 가해진 전압은, 스캐닝전극에 공급된 파형 (VG)내의 OFF전압이 변조되지 않는 (일정전압)경우에 비해 대체로 증가된다. 변수△VGL(△VGL(+)= VGC-VGLL또는 △VGL(…) = VGLH-VGL)용 픽셀전극(3)에 가해진 바이어스전압(VB(+)및 VB(-))의 진폭은 다음과 같이 표현된다.
VB= (CS/CT)△VGL, (1)
여기서, CS는 저장캐패시턴스소자(16)의 캐패시턴스이고, CT는 전체캐패시턴스(CS+CLC+CGS+CDS)이다. 이 때문에, 바이 어스전압VB의 진폭을 보통패쇄부를 위해서
VB= VOFF+ △V/2, (2)
보통 개방부를 위해서
VB= VON+ △V/2, (3)로 설정함으로써,
전압△V/2는 명상태가 얻어지는 경우에 (짝수프레임의 경우에) 신호드라이버(19)로부터 신호전극(2)내로 드레인전압의 중간전압(VD_CENTER)에 공급되고, 전압 -△V/2는 암상태가 얻어지는 경우에 (짝수프레임의 경우에) 공급된다. 최대진폭(VDP-P)(=VDH-VDL)은 △V(제 33도) 감소된다(홀수프레임의 경우에, 전압 -△V/2는 명상태가 얻어지는 경우에 중간전압에 공급되고, 전압△V/2는 암상태가 얻어지는 경우에 공급된다. 중간하프톤을 얻기 위한 전압은 상기한 바와 같다).
이 실시예에서의 평행전계형 액정표시소자에서는, 와이어형상 픽셀전극(3)과 와이어형상 카운터전극(4)이 상호 평행하게 동일 기판상에 위치되고, 액정캐패시턴스(CLC)는 33fF이며, 평면형상의 픽셀전극과 평면형상의 카운터전극을 상호 대향시킴으로써 액정캐패시턴스가 형성되는 종래의 수직전계형에서의 약 370fF의 액정캐패시턴스보다 1/10배만큼 작은 값이다. 이 때문에, 평행전계형에서는 스캐닝전극으로부터 픽셀전극내로 바이어스전압을 공급하는 구동방법이 적용되는 경우에, TFT내의 기생캐패시턴스(특히, 게이트전극과 소오스전극(CGS) 사이의 캐패시턴스)는 CS, CT≒CS와 비교하여 충분히 작게 설정된다. 식 (1)로부터, 비선택 전압△VGL자체내의 변화가 바이이스전압VB로 되고, 충분한 바이어스전압이 공급될 수 있다. 이 실시예에서, 제 7도에서의 전압파형의 현재값은 다음과 같다 : VD-CENTER= 23.0V, VGH=28.6V, VGL= 0, VDH= 24.5V, VDL= 21.6V, VGLH= 9.0V, VGLL= -9.0V, Vc = 22.3V. 결과적으로, 게이트전극과 소오스전극 사이의 기생캐패시턴스(CGS)로 인한 전압변화(△VGS(+),△VGS(-),△VB)와, 바이어스전압(VB), 액정에 가해진 전압VLC의 루트평균제곱값(Vrms)은 표1에서 나타낸 바와 같다.
표 1. 각종 전압값들
표1에 나타낸 바와 같이, 액정에 가해지는 전압VLC의 최대전압은 명상태(VON)을 얻는 전압과 동일한 9.11V이고 최소전압은 암상태(VOFF)을 얻는 전압과 동일한 6.80V이다. 제 33도에서 밝기곡선의 최대값과 최소값이 얻어지고, 충분히 높은 컨트라스트비 80이 얻어지는 것이 실현될 수 있다. 신호전압파형의 최대 진폭은 VDP-P=VDH-VDL=2.9V까지 낮아질 수 있다.
여기서, 이 실시예와 같은 스캐닝전압파형에서, 스캐닝전압의 선택전압(VGH)과 비선택 전압(VGLH) 사이의 높은 전압은 다음식을 만족하도록 설정되야 한다.
VGH≥ VDH+ VTH+ VN(4)
VGLH≤ VS1+ VTH- VM(5)
여기서 , VS1은 제 7(e)에서 지시된 전압이고, VS1= VDL- △VGS(-)-VB(-)* VTH는 TFT의 임계값이며, VM은 TFT의 ON/OFF작동을 보장하기 위한 마진전압이다. 이 실시예에서, 상기 전압들은 VTH= OV, VM= 4V로 설정된다. 직류성분을 제거하기 위해서, 카운터 전극전압(VC)은 △VC= 0.5V만큼 중간전압(VD-CENTER)보다 낮게 설정된다.
또, 스캐닝전압(VG(i))은 ON전압(VGH)으로부터 비선택 전압(VGLH또는 VGLL)으로 이전 열의 스캐닝 전압(VG(i-1))의 전달시간후에 시간차(td1)를 갖고 ON전압(VGH)으로 상승하여, ON전압(VGH)으로부터 비선택 전압(VGLH또는 VGLL)으로 앞서 열의 스캐닝전압(VG(i-1))의 전달시간후에 시간차(td2)를 갖고 스캐닝전압(VG(i))의 비선택 전압(VGH또는 VGLL)으로 강하된다. 그 이유는 전압파형의 변형을 고려하여 이 실시예에서의 td1과 td2모두를 3㎲로 설정하기 때문이다(그러나, 이 실시예에서와 같이 저장캐패시턴스(16)가 이전 열에서 스캐닝 전극에 연결되고 스캐닝이 열의 강하순서로 수행되는 경우, 또는 저장캐패시턴스(16)가 다음 열에서 스캐닝전극에 연결되고 스캐닝이 열의 상승순서로 수행되는 경우에, td1과 td2는 항상 필요하지 않는다. 저장캐패시턴스(16)가 이전 열에서 스캐닝전극에 연결되고 스캐닝이 열의 상승순서로 수행되는 경우, 또는 저장캐패시턴스(16)가 다음 얼에서 스캐닝전극에 연결되고 스캐닝 이 열의 하강순서로 수행되는 경우에, td1과 td2는 항상 필요하다.).
상기한 실시예에서, 액정캐패시턴스는 33fF만큼 매우 작고 저장캐패시턴스는 200fF만큼 작지만, 9V의 변조전압에 비해 약 8V의 바이어스전압이 가해질 수 있다(△VG= VGLH-VGL= VGLLH-VGL). 이에 의해, 구동장치는 VDP-P(제 7(c)도 참조)가 단지 2.9V인 매우 낮은 구동전압에 의해 구동될 수 있다. 이 때문에, 대부분의 전력을 필요로 하는 신호드라이버(19)의 전력낭비가 감소되어, 표시장치의 전체 전력낭비가 감소하게 된다. 또, 신호드라이버의 칩크기가 감소될 수 있기 때문에, 표시패널주위의 프레임 범위가 감소될 수 있어, 소형 표시장치를 실현하게 한다. 또, 표시영역에 의해 점유된 퍼센테이지가 증가하고, 가시성능이 향상될 수 있다. 이와 동시에, 저장캐패시턴스가 작음과 동시에 저장캐패시턴스로 인한 개방 역손실이 53%의 높은 개방율을 얻을 수 있을 만큼 충분히 작기 때문에, 표시스크린의 밝기는 향상될 수 있다.
한개의 스캐닝버스라인당 캐패시턴스(CG)는 다음식으로 표현된다.
CG= M · {CS(CGS+CLC)+CGS(CS+CLC)}/(CS+CGS+CLC), (6)
여기서, M은 수평방향으로의 픽셀의 전체 갯수이다. 수직전계형에서의 액정캐패시턴스는 크기 때문에, CGS≪CLC이다. 이 때문에,
CG= CS· CLC/(CS+CLC) (7)
변조전압(△VGL)의 80% 크기를 갖는 바이어스전압을 가정하면, CS= 4CLC가 얻어지고 CG의 최소값은 (4/5) · CLC이다. 다른 한편, 평행전계형에서는, CGS≒ CLC≪CS이기 때문에,
CS= 2CGS+ CLC(8)
여기서, CGS= CLC, CGS= 3CLC이다. 상기한 바와 같이, 평행전계형에서의 액정캐패시턴스(CLC)는 수직전계형의 그것보다 1/10배만큼 작고, 평행전계형에서의 CG는 평행전계형에서의 CG보다 약 0.4배 작게 된다. 일반적으로, 수평으로 그려진 라인이 나타나는 혼신(수평시미어)은 상이한 화상으로 인한 전압파형변조의 변화에 의해 일어난다. 특히, 스캐닝전극의 전압이 변조되어 신호전압의 진폭을 감소시키는 구동방법에서는, 스캐닝전극에서의 전압파형의 변화는 효과적인 바이어스전압을 효과적으로 변화시킨다. 이 때문에, 스캐닝전극의 전압이 변조되어 신호전압의 진폭을 감소시키는 구동방법을 평행전계형과 조합함으로써, 바이어스전압은 충분히 가해질 수 있고 수평시머어가 억제될 수 있다.
이 실시예에서, 한개의 스캐닝전극당 캐패시턴스는 69fF의 작은 값이다. 이러한 상황에서, 스캐닝전압파형을 관측한 결과는 변조전압의 파형변조가 거의 존재하지 않고 수평시미어의 발생이 가시적으로 확인될 수 없는 것이다. 상기한 바와 같이, 이 실시예에서는, 낮은 구동전압의 적합성과, 높은 개방율과 높은 화질이 얻어질 수 있다. 이에 더붙여, 이 실시예에서는 명상태를 표시하기 위한 전압(VON)과 암상태를 표시하기 위한 전압(VOFF) 사이의 전압차가 5V이하이기 때문에, 범용 LSI(예를 들어, C-MOS레벨)을 위한 공정에 의해 제조된 5V이하의 절대최대 공급전압을 갖는 LSI는 신호드라이버(19)에서 사용될 수 있어 표시장치의 생산성을 향상시키고 제조비용을 감소시키게 한다.
변조전압이 중첩되지 않는 경우에 즉, VDH= 22.5V, VDL= 4.3V라 가정하면, VGLH= VGLL= VGL, VDP-P= 18.2V가 얻어진다. 이 실시예에서의 VDP-P= 2.9V이기 때문에, VDP-P는 변조전압을 중첩하지 않는 경우에 비해 1/6이하로 감소될 수 있다.
[제 2실시예]
이 실시예에서, 구동파형은 제 1실시 예의 구동파형과 다르다.
제 8도는 이 실시예에서와 구동파형을 나타낸다. 동일 프레임에 가해진 변조전압△VGL(+), △VGL(-)은 제 1실시예에서의 모든 스캐닝라인들에서 정(正) 또는 부(負)의 동일 극성을 갖지만, 이 실시예에서 변조전압의 극성은 인전합스캐닝라인들 사이에서 상호 반대된다. 이 때문에, 픽셀전극에 가해진 전압(VS)의 극성은 각 열마다 번갈아 반전되어, 소위 게이트라인반전구동방법으로 불린다. 이 실시예에서, 제 1실시예의 식(4)와 식(5)에 대응하는 식들은 다음과 같이 주어진다.
VGH≥ VDH+ VTH+ VM, (9)
VGL≤ VS1+ VTH- VM, (10)
VGLH≤ VS2+ VTH- VM, (11)
여기서 VS2는 제 8도에서 나타낸 전압값이고, VS2= VDL- △VGS(+). 전압이 VM= 4V로 설정되는 경우에, 그 결과는 VD-CENTER= 15.0V, VGH= 20 5V, VGL= 0, VDH= 16.5V, VDL= 13.6V, VGLH= 9.0V, VGLL= 9.0V, VC= 14.5V이다. 액정에 가해진 전압(VLC)의 루트평균제공값(Vrms)과, 바이어스전압(VB)와, 게이트전극과 소오스전극 사이의 기생캐패시턴스(CGS)로 인한 전압이동(△VGS(+), △VGS(-), △VB)는 표2에 나타낸 바와 같다.
표 2. 각종 전압값들
이 실시예에서의 게이트라인반전 구동방법을 적용함으로써, 스캐닝전극의 전압에서의 최대진폭은 마진전압(VM)이 동일값으로 설정되지만 28.6V로부터 20.5V로 감소될 수 있다. 이에 의해, 스캐닝드라이버 IC(18)의 전력낭비와 절대최대 공급전압은 감소될 수 있다.
상기한 바와 같이, 이 실시예에서는, 제 1실시예서와 동일한 효과에 더붙여서, 낮은 절대최대 공급전압을 갖는 스캐닝드라이버 IC가 활용될 수 있고 전력낭비가 더 감소될 수 있다.
[제 3실시예]
이 실시예는 전극들의 구조와 구동방법에서 제 1실시예와 다르다.
제 9도는 하부기판상에 복수의 픽셀을 피복한 범위의 패널구조를 나타낸다. 제 10도는 픽셀의 일부를 나타나는 확대도이다. 제 11도는 제 10도의 D-D'선의 평단면도이다. 제 12도는 본 발명에 따른 표시장치의 회로다이어그램을 나타낸다.
제 9도 및 제 12도에 나타낸 바와 같이, 카운터전극(4)의 트렁크들은 스캐닝전극(1)에 평행하게 형성되고 스캐닝드라이버(18)의 대향측에 패널엣지로 이끌리며, 이 트렁크는 카운터전극(20)에 연결되도록 함께 연결된다. 브랜치들은 카운터전극의 각각의 트렁크로부터 상하로 연장되어 있다. 카운터전극의 한개의 트렁크는 가능한 높은 고(高)개방율을 실현하기 위해서 카운터전극 인터코넥션의 갯수를 절반으로 감소시키기 위해서 두개의 수직으로 인접한 픽셀들의 배열을 위해서 형성되어 있다. 스캐닝전극(1)과 카운터전극(4)은 동일한 금속재질을 이용하여 형성되어 있다.
제 11도에 나타낸 바와 같이, 저장캐패시턴스(16)는 카운터전극(9)과 픽셀전극을 갖는 게이트절연체(9)를 샌트위치함으로써 형성되어 있다. 카운터전극(4)은 게이트절연체(9)를 통해 신호전극(2)과 픽셀전극(3)으로부터 상이한 또하나의 층상에 형성되어 있고, 신호전극(2)과 카운터전극(4) 사이의 쇼트회로는 거의 발생하지 않으며 이들 간의 거리는 거의 3㎛만큼 짧게 만들어질 수 있다. 이에 의해, 신호전극(2)과 인접한 카운터 전극 사이에 표시를 제공하지 않는 범위영역은 줄어들기 때문에, 카운터전극(4)의 브랜치부와 픽셀전극(3)을 갖는 픽셀을 4개의 부분으로 분할(제 1실시예에서는 3개로 부분으로 분할)함으로써 제 1실시예와 비교하여 전극들간의 갭폭이 감소되어 있지만 제 1실시예와 동일한 높은 개방율은 유지할 수 있다. 전극들간의 갭을 감소시킴으로써, 전극들간에 가해진 전압은 감소되어 동일크기의 전계를 액정에 공급하도록 할 수 있다. 상기한 바와 같이, 이 실시예에서는, 제 1실시예와 비교하여 제 1실시예의 밝기와 동일한 밝기를 유지하면서 구동전압이 감소될 수 있다.
신호전극(2)으로부터의 전계의 대부분은 신호전극(2)에 바로 인접한 카운터전극(4)을 형성함으로써 카운터전극(4)에서 종료되기 때문에, 신호전극(2)과 픽셀전극(3) 사이를 연결하는 캐패시턴스가 카운터전극의 보호효과에 의해 방지될 수 있고, 신호전극내의 전압변동으로 인한 픽셀전극내의 전압변동은 억제될 수 있다. 이에 의해, 수직방향으로의 혼신(수직 스미어)이 억제될 수 있어, 표시화질을 향상시킨다. 이 실시예에서, 신호전극들의 갯수는 640×3개이고, 스캐닝전극의 갯수는 480개이며, 카운터전극인터섹션의 갯수는 240개이며, 픽셀들의 전체 갯수는 제 1실시예와 동일하게 약 100만개이다. 이 실시예에서의 카운터전극 인터코넥션의 갯수가 제 1실시예와 비교하여 대체로 줄어들기 때문에, 인터코넥션들간의 고장쇼트회로의 가능성과 인터코넥션내의 파괴로 인한 가능성 이 철저히 감소되고 패널의 제품생산성이 향상될 수 있다. 이 실시예에서의 카운터전극의 트렁크부가 두개의 수직으로 인접한 픽셀배열을 위해 공통적으로 사용되지만, 픽셀들의 각각이 수직배열을 위해 카운터전극이 형성되는 경우에 본 발명의 효과를 본질적으로 변화시키지 않고 본 발명의 범위내에 존재한다.
제 13도는 이 실시예에의 표시장치의 구동파형을 나타낸다. 스캐닝신호(VG(i-1), VG(i))의 비선택 전압은 VGLH와 VGLL의 각 스캐닝주기마다 번갈아 변화되고, 이에 동기하여 카운터전극(4)에서의 전압(VC)은 VCH와 VCL사이에도 변화된다. 여기서, OFF전압의 크기 │VGLH-VGLL│와 카운터전극전압의 크기│VCH-VCL│는 픽셀전극(3)과, 스캐닝전극들(1 및 13)과, 카운터전극(4) 사이의 관련전압들의 관계가 일정하게 되도록 동일 값으로 설정된다. 이와 동시에 카운터전극의 전압(VC)를 변조시킴으로써, 스캐닝신호의 비선택 전압에서의 변조위상이 모든 열에서 동일 위상으로 될 수 있다. 이에 의해, 제 1실시예에서의 스캐닝드라이버 IC의 출력은 네 종류의 전압값들을 필요로 하지만, 이 실시예에서는 표시장치가 세 종류의 전압값에 의해 구동될 수 있기 때문에 스캐닝드라이버 IC 내부의 회로크기가 감소될 수 있다. 또, 변조전압이 스캐닝드라이버 IC에서 그라운드전압에 공급되거나 출력을 통한 OFF전압이 스캐닝측 구동IC용으로 사용되는 경우에, 이진출력을 갖는 스캐닝측 드라이버 IC가 활용될 수 있고 표시장치는 더 소형화될 수 있다.
상기한 바와 같이, 이 실시예에서는, 제 1실시예에서와 동일한 효과에 더붙여, 구동전압은 더 감소될 수 있고 혼신의 발생이 억제될 수 있다. 그리고, 패널의 제품생산성이 향상될 수 있다. 또, 스캐닝측 구동 IC는 소형화될 수 있고, 표시장치의 전체크기도 소형화될 수 있다.
이 실시예에서의 구동방법은 제 1실시예에서의 픽셀구조에 공급될 수 있기 때문에, 제 1실시예에서의 스캐닝측 구동IC도 소형화될 수 있다.
이 실시예에서의 변조전압이 각각의 하나의 스캐닝주기마다 번갈아 변화되지만, 변조전압이 각각의 두개의 스캐닝주기 또는 각각의 한개의 프레임주기마다 번갈아 변화되는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[제 4실시예]
제 14도는 이 실시예에서의 액정표시장치내의 복수의 픽셀을 커버하는 범위구조를 나타낸다. 제 15도는 픽셀의 일부를 나타내는 확대도이다.
이 실시예에서는, 카운터전극(4)이 제공되지 않았고, 앞서의 열에서 스캐닝전극(13)이 픽셀전극(3)에 대향하는 카운터전극으로서 활용되고 있다. 액정측에서의 액정분자의 배향은 앞서 열에서의 스캐닝전극(13)에 수직하게 연장된 브랜치전극과 픽셀전극(3) 사이의 전계(E)에 의해 주로 제어된다. 이 실시예에서는 브랜치전극이 앞서 열에서 스캐닝전극으로 이끌려지지만, 브랜치전극은 다음 열에서 스캐닝전극으로부터 이끌려질 수 있다. 저장캐패시턴스(16)는 앞서의 열에서 스캐닝전극(13)과 픽셀전극(3)을 갖는 게이트절연체(9)를 샌드위치함으로써 구조내에서 형성된다. 앞서의 열에서의 스캐닝전극(13)이 절연체를 통해 신호전극(2)과 다른 또 하나의 층상에 위치되기 때문에, 스캐닝 전극(5)과 신호전극(2) 사이의 거리는 3㎛로 줄어들 수 있다. 또, 카운터전극이 제공되지 않았기 때문에, 앞서의 실시예들에서 카운터전극 배선부에 의해 점유된 범위를 개방부로서 활용할 수 있다. 상기한 바와 같이, 라이트전달상태를 제어할 수 없는 범위영역이 감소되기 때문에, 비록 픽셀을 네부분으로 분할함으로써 전극들간의 갭이 줄어들지만 제 1실시예와 제 3실시 예의 경우에서의 개방율을 초과하는 높은 개방율이 얻어질 수 있다. 이 때문에, 이 실시예에서는, 밝기가 더욱 향상될 수 있고, 제 1실시예에 비해 구동전압이 감소된다. 신호전극(2)에 인접한 이전 열에서의 스캐닝 전극(13)의 브랜치전극을 형성함으로써, 신호전극(2)으로부터의 대부분의 전계가 스캐닝전극(13)의 브랜치전극에서 종료된다. 이 때문에, 신호전극내의 전압변동으로 인한 픽셀전극내의 전압변동은 억제될 수 있고, 수직방향으로의 혼신이 억제될 수 있다.
제 16도는 이 실시예에서의 표시장치의 회로다이어그램을 나타낸다. 카운터 전극이 제공되지 않기 때문에, 카운터드라이버는 필요하지 않는다. 카운터 전극 배선 및 카운터드라이버가 제거될 수 있기 때문에, 패널의 생산성이 향상될 수 있다.
제 17도는 이 실시예에서의 구동파형을 나타낸다. 제 17(a)도 및 제 17(b)도는 스캐닝신호전압을 나타내고, 제 17(c)도는 신호전압을 나타내며, 제 17(D)는 픽셀전극에 인가된 전압을 나타내며, 제 17(e)도는 픽셀전극과 스캐닝전극 사이의 전압차를 나타낸다. 이 실시예에서의 스캐닝신호는 제 3실시예서의 스캐닝신호와 동일하다. 스캐닝전극(1)에 가해진 스캐닝신호전압에서의 변조전압과 앞서의 열에서의 스캐닝전극(13)에 가해진 스캐닝신호전압은 동일한 파형이기 때문에, 카운터전극과 스캐닝전극내의 전압파형들에서의 차이로 인해 변조전압파형에서의 위상전위(displacement)가 제거되고, 바이어스전압은 고충실도에 의해 액정에 가해진 전압으로서 사용될 수 있다.
비선택주기동안 가해진 최대게이트전압을 V'로서 놓으면, 제 17도에 나타낸 바와 같이 V' = VON이다. 이 실시예에서는 액정에 가해진 전압에 교류파형이 제공되기 때문에, TFT의 임계값(VTH)는 VTH>VON을 만족하도록 제어된다. 이에 의해, 픽셀전극은 스캐닝신호의 비선택 전압에 기초하여 부의 값을 갖는 액정에 가해진 전압(-VON)이 방출되는 경우에도 전압을 유지하도록 조작될 수 있다. 이 실시예에서의 게이트임계전압(VTH)은 비결정실리콘막을 얇게 만듬으로써 고전압측을 향한 시프팅(shifting)에 의해 제어된다. 게이트임계전압(VTH)은 VTH<VG<VD+VTH의 범위를 갖게하고, 게이트임계전압은 게이트전압(VG)에 대해 드레인전류의 루트()를 좌표로 나타내고 직선에 의해 좌표를 근사치화함으로써 얻어지는 직선과 게이트전압(VG)의 교점에서의 게이트전압(VG)으로 정의된다. 이 실시예에서의 게이트임계전압은 반도체막을 얇게 함으로써 제어되지만, 게이트전극재료와 같은 재료의 선택과, 게이트절연체와, 반도체막과, 도핑과, 백채널제어등을 활용함으로써 게이트전압을 제어하는 다른 방법도 있다. 상기한 방법들중 한종류 및 상기한 방법들의 조합이 적용될 수 있고, 이들은 게이트임계전압의 상황을 만족시키는 한 본 발명의 범위내에 속한다.
상기한 바와 같이, 제 1실시예 및 제 3실시예의 효과에 더붙여, 이 실시예는 밝기가 더 향상되고 패널의 제품생산성이 향상되는 효과를 갖는다.
특히, VTH가 VON을 초과하게 만듬으로써, 스캐닝신호의 비선택 전압에 기초하여 부의 전압을 충전하고 유지할 수 있게 하고, 결과적으로 액정이 교류에 의해 구동될 수 있게 한다. 이 때문에, 잔상이 발생되는 일없이 고화질 및 장수명을 갖는 액티브매트릭스형 액정표시장치를 얻는 것이 실현된다.
제 1실시예 및 제 2실시예에서의 구동방법들은 이 실시예에서의 픽셀구조에 적용될 수 있다.
[제 5실시예]
이 실시예는 제 4실시예와 구동방법에서 다르다.
제 18도는 이 실시예의 구동파형을 나타낸다. 이 실시예에서, 스캐닝전극은 동일프레임의 비선택전압이 일정하지만 비선택전압값이 각 프레임마다 변화되는 스캐닝신호전압을 수용하고, 열에 의한 위상차이는 {1+(한개의 스캐닝주기)/(한개의 프레임주기)}이다. 화상신호전압(VD)는, 이전 열에서 스캐닝전극(13)에 가해진 비선택 전압이 두개의 비선택 전압들(VGLH, VGLL) 사이의 높은 전압인 VGLH인 경우에 신호전극(2)에 부의 전압이 가해지고 이전 열에서 스캐닝전극(13)에 가해진 비선택 전압이 두개의 비선택 전압들(VGLH, VGLL) 사이의 낮은 전압인 VGLL인 경우에신호전극(2)에 정의 전압이 가해지는 것과 같은 방식으로 신호전극에 전압을 가함으로써 TFT를 통해 선택주기동안 픽셀전극에 가해진다. 이에 의해, 교류구동파형은 액정에 가해질 수 있다.
이 실시예에서, 제 18도에서 나타낸 바와 같이 V' = VON이기 때문에, TFT의 임계전압은 VTH>VON을 만족할 필요가 있다. 제 4실시예에서와 같이 각 스캐닝주기마다 비선택 전압을 변화시키는 일없이 낮은 전력소비에 의해 각 열마다 극성이 반전될 수 있고, 동요가 억제될 수 있다. 이 실시예에서는 비선택 전압(VGLH)의 최고전압과 비선택 전압(VGLL)의 최저전압사이의 전압차(VGLH-VGLL)를 VON+VOFF와 동일하게 놓음으로써, 화상신호전압내의 최대진폭(VDP-P)은 VON-VOFF로 제한될 수 있고 제 4실시예와 동일한 낮은 임계전압이 실현될 수 있다.
상기한 바와 같이, 이 실시예서는, 스캐닝드라이버의 전력소비가 제 4도와 비교하여 감소될 수 있다.
[제 6실시예]
제 19도는 이 실시예에서의 액정표시장치의 구동파형을 나타낸다. 이 실시예에서의 구동파형은 제 5실시예의 경우와 기본적으로 동일하고, 제 5실시예와 다른 점은 비선택 전압(VGLH)의 최고 전압와 비선택 전압(VGLL)의 최저전압 사이의 전압차(VGLH-VGLL)가 (VON+VOFF)/2와 동일하게 놓인다는 점이다. 이에 의해, 제 19(C)도에 나타낸 바와 같이, 화상신호전압(VPP-P)에서의 최대진폭은 (3VON-VOFF)/2의 높은 전압으로 되지만, TFT의 임계전압(VTH)는 V'=△V/2=(VON-VOFF)/2보다 크게 되고 결과적으로 최대 부전압(-VON)은 액정에 가해질 수 있다. 이에 의해, 제 4실시예 및 제 5실시예와 비교하여 낮은 임계전안을 갖는 TFT가 사용될 수 있고, 화상신호전압의 최대진폭은 단일값 비선택 전압의 경우에 VDP-P= 2VON의 최대진폭과 비교하여 (VON+VOFF)/2로 낮아질 수 있다. 또, 이 실시예에서, 각 φLC를 크게 함으로써 값(VON- VOFF)이 작아질 수 있고, 더 낮은 임계전압을 갖는 TFT가 사용될 수 있고 동시에 화상신호전압이 낮아질 수 있다.
상기한 바와 같이, 이 실시예에서는, 제 4실시예 및 제 5실시예와 비교하여 낮은 임계전압을 갖는 TFT가 사용될 수 있다는 잇점이 있다.
[제 7실시예]
제 20도는 이 실시예에서의 액정표시장치의 구동파형을 나타낸다. 이 실시예에서는, P형 TFT와 N형 TFT가 열마다 번갈아 위치된다. 이에 의해, 부의 임계전압(VTH)을 갖는 TFT가 사용될 수 있다. 부의 임계전압(VTH)을 갖는 TFT를 사용하기 위해서는, P형 TFT를 갖는 스캐닝전극에서의 비선택 전압의 중간값(VGL-P)이 N형 TFT를 갖는 스캐닝전극에서의 비선택전압의 중간값(VGL-N)보다 높고, 이와 동시에 전압차는 VON+△VS를 초과할 필요가 있다. 여기서, △Vs는 관통전류의 최대값이다. 이에 의해, 화상신호전압의 최대진폭(VDP-P)는 VON+△VS+△V까지 감소될 수 있다.
상기한 바와 같이, 제 4실시예와 비교하여 이 실시예에서는, 부의 임계전압(VTH)을 갖는 TFT가 사용될 수 있고 화상신호전압이 낮아질 수 있다.
[제 8실시예]
이 실시예는 제 1실시예와 픽셀구조와 구동방법에서 다르다.
이 실시예에서, 픽셀은 제 21도에서 나타낸 바와 같이 구성되어 있다. 제 22도의 E-E'선 단면도는 제 23도에 나타낸다. 제 22도의 F-F'선 단면도는 제 24도에 나타낸다. 제 22도의 G-G'선 단면도는 제 25도에 나타낸다. 제 21도에 나타낸 바와 같이, 박막트랜지스터소자(15a 및 15b)는 픽셀내에 형성되어 있다. 제 21도에 나타낸 바와 같이, 화상에 해당하는 신호전압은 박막트랜지스터소자(15a)내의 드레인전극(25a)에 가해지고, 소오스전극(26a) 및 관통홀(31)을 통해 픽셀전극(3)에 전달된다. 전압차를 제공하는 카운터전극(4)내의 전압은 다음열에서 관통홀(32)과, 박막트랜지스터소자(15b)의 드레인전극(25b), 및 소오스전극(26b)을 통해 스캐닝전극(13a)으로부터 픽셀전극(3)으로 가해진다. 제 25도에 나타낸 바와 같이, 저장캐패시턴스소자(16a)는 픽셀전극(3)과, 카운터전극(4) 및 게이트절연체(9)에 의해 형성된다. 여기서, 저장캐패시턴스소자(16a)는 신호로 인한 소음을 흡수함으로써 픽셀전극내의 전압을 일정전압으로 유지하도록 제공되어 있다. 상기한 바와 같이, 두개의 박막트랜지스터소자들은 단일 픽셀내에 제공되고 제 24도에서 나타낸 바와 같이 픽셀전극(3)와 카운터전극(4) 사이의 전계(E)방향은 주로 평형 또는 수평성분을 구비한다. 여기에 두개의 박막트랜지스터소자들이 사용되고 있지만, 세개이상의 박막트랜지스터가 여분의 구조용으로 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 두개이상의 저장캐패시턴스소자(16a)가 사용될 수 있다. 여기서, 픽셀전극(3)과 카운터전극(4) 사이의 배열은 포토마스크(photo-mask)만을 사용하여 수행되기 때문에, 액정에 가해진 전계의 편차는 작게 억제된다. 또, 두개의 소오스전극이 동일층에 형성되기 때문에, 픽셀전극(3)과 카운터전극(4) 사이의 거리 (d)의 편차는 5% 미만으로 억제된다.
이하에서, 구동방법을 설명한다. 제 27도는 각각의 전극들에 가해진 전압의 파형을 나타낸다. 여기에서는 신호가 열마다 기록되는 방법을 라인엣어타임(line at-a-time)방식을 적용하고 있다. 스캐닝전압형태(40)(VG(i))는 한 열에서 TFT를 선택하기 위한 선택펄스(41)(VGON(i))와 앞서 열에서의 카운터전극에 전압(VC)를 제공하기 위한 카운터전극 전압펄스(51)(VC(i))로 구성되어 있다. (i + 1)차 열에서의 카운터전극 전압펄스(52)(VGC(i+1))는 i차 열에서의 스캐닝라인을 위한 선택펄스(41)((VGON(i))과 거의 동기하여 제공된다. 이 때문에, 선택펄스(41)가 i차 열에서의 라인을 위한 스캐닝전압파형(40)에 공급될때, 박막트랜지스터소자(15a 및 15b)는 ON으로 바뀌고, (i + 1)차열에서의 카운터 전극 전압펄스(52)(VGC(i+1))와 신호전압파형(61)(VD(j))은 각각 박막트랜지스터소자들(15a 및 15b)을 통해 신호전극(2)과 스캐닝전극(13a)에 연결된 액정 (5a)과 저장캐패시턴스(16a)에 기록된다. 열에 대한 기록주기(1H)의 종료후에, 스캐닝전압파형(40)(VG(i))는 OFF레벨(비선택 전압)으로 떨어지고, 박막트랜지스터소자(15a 및 15b)는 OFF상태로 바뀌며, 기록된 전압이 유지된다. 그러나, 실제로는, 관통전압(76, 77)이 박막트랜지스터소자(5a 및 5b)의 기생캐패시턴스로 인한 연결소음에 의해 발생되고, 기록전압은 그 전압으로 유지된다. 여기서, 액정에 가해진 전압은 각각의 박막트랜지스터소자(15a 및 15b)에서의 소오스전압들(71과 72) 사이의 전압(78)이다. 픽셀의 밝기(전달비)는 전압(78)에 의해 결정된다.
이 실시예에서는, 카운터전극에 전압을 가하기 위한 카운터전극인터코넥션은 다음열에서의 스캐닝전극으로부터 카운터전극으로 전압을 제공함으로써 불필요하게 된다. 제 4실시예, 제 5실시예 및 제 6실시예와는 다르게, TFT는 고임계전압을 필요로 하지 않고, 거의 제로 또는 제로 이하의 임계전압을 갖는 TFT는 교류에 의해 액정을 구동할 수 있다. 종래의 구동방법에서, 액정에 가해진 전압의 직류성분은 박막트랜지스터소자가 ON상태로부터 OFF상태로 바뀔 때 박막트랜지스터소자들의 기생캐패시턴스를 통해 관통전압(76, 77)에 의해 발생된다. 이 실시예에서는, 액정에 가해진 전압의 직류성분은 두개의 박막트랜지스터소자에 의해 상쇄되기 때문에 발생되지 않는다. 이 때문에, 종래장치에서는 직류성분이 카운터전극전압내에서 보정되었지만, 이 실시예에서는 보정이 필요하지 않다. 액정이 교류에 의해 구동될 수 있기 때문에, 점멸(flickering)이 발생하지 않는다. 이와 유사하게, 직류성분으로 인한 화상정착이 인지되지 않고, 밝기단계가 분명하게 관찰되지 않는다. 또, MIM다이오드와 같은 이단자소자를 적용하는 경우에는, 두개의 소자에 의해 편차가 상쇄되기 때문에 소자의 임계 편차로 인한 밝기의 불균일과 같은 화상저하가 제거된다.
[제 9실시예]
이 실시예의 구조는 다음의 항목을 제외하고는 제 8실시예와 동일하다. 제 28도는 이 실시예의 픽셀을 나타내는 평면도이다. 제 29도는 그 등가회로를 나타내는 다이어그램이다. 카운터전극(4)에 전압을 제공하는 박막트랜지스터소자(15b)에서의 드레인전극은 캐패시턴스소자(101)를 통해 다음의 열에서의 스캐닝전극(4)으로 연결된다. 픽셀전극(3)과 카운터전극(4) 사이에 연결된 신호로 인한 소음을 제거하기 위한 캐패시턴스소자(6)는 두개의 캐패시턴스소자(6a 및 6b)로 구성된다. 이 구조에 의해서, 제 8실시예에서 필요한 모든 관통홀이 제거될 수 있다. 이에 의해, 미세배선을 필요로 하는 픽셀의 층들 사이의 절연체상에서의 배선 또는 고정과 같은 제조공정이 불필요하게 되고, 절연체제조공정에서 초래된 고장으로 인해 다른 층들 사이의 연결결함 또는 쇼트회로가 제거된다. 또, 디스플레이에 관계없는 관통홀부분을 줄이면서 개방율을 향상시킴으로써 고화질 액정표시장치를 얻는 것이 실현가능하다.
캐패시턴스에 의한 연결을 통해 카운터전극(4)에 전압을 가하는 경우에, 제 29도에서 나타낸 바와 같이, 카운터전극(4)의 전압은 저장캐패시턴스들(S)(16b 및 16c)의 합성캐패시턴스에 대한 캐패시턴스소자(101)의 비율로 결정된다. 여기서, 픽셀전극(3)의 전압은 Vds로 놓고, 다음 열에서의 스캐닝 전극의 전압은 VGC(i)으로, 카운터전극(4)에서의 전압은 VC(i)로, 저장캐패시턴스(S)(16b 및 16c)와 액정의 캐패시턴스는 각각 C6a, C6b, C17로, 이 캐패시턴스의 합성캐패시턴스는 C102로, 캐패시턴스소자(101)의 캐패시턴스는 C101로 놓는다. 픽셀전극(3)과 카운터전극(4) 사이의 액정캐패시턴스는 매우 작기 때문에, 다음의 관계가 얻어질 수 있다.
C102= C17+(C6a×C6b)/(C6a+C6b)
≒ (C6a×C6b)/(C6a+C6b).
액정에 가해진 전압은 다음과 같다.
VD(j)-VC(i)= VD(j)-{(VD(j)-VGC(i))×C102/(C101+C102)+VGC(i)} = (VD(j)-VGC(i))×C102/(C101+C102)
이 때문에, 캐패시턴스소자(101)의 캐패시턴스(C101)가 합성 캐패시턴스(C102)보다 충분히 큰 경우에, 캐패시턴스소자(101)는 액정을 구동시키기에 충분한 전압을 제공할 수 있다. 캐패시턴스소자(101)의 캐패시턴스(C101)가 합성 캐패시턴스(C102)보다 2배 내지 3배 큰 경우에도, 표시특성은 다음열에서의 스캐닝전극의 전압진폭이 25% 내지 30% 커지는 것을 제외하고는 영향받지 않는다.
본 발명에 따르면, 카운터전극의 전압이 캐패시턴스적 연결을 통해 제공되기 때문에, 충들 사이의 절연체상에서의 배선 또는 고정과 같은 제조공정은 불필요하게 되고, 개방율은 디스플레이와 관계없는 관통홀부분을 감소시킴으로써 향상된다. 또, 절연체 제조공정에서 초래되는 결점을 거의 가지지 않는 고화질 액정표시장치를 획득하는 것이 실현가능하다.
[제 10실시예]
이 실시예의 구조는 다음의 항목을 제외하고는 제 8실시예와 동일하다.
제 30도는 구동파형을 나타낸다. 픽셀의 구조와 그 등가회로는 제 21도 및 제 22도와 동일하지만, 이 실시예는 스캐닝 전압파형(40)(VG(i+1))에서의 카운터전극 전압펄스(15)(VGC(i+1))의 극성이 VCC의 중간에서 각 열마다 번갈아 반전되는 것을 특징으로 한다. 액정전압은 신호전압(61)과 카운터전극 전압펄스(52)사이의 전압차와 같기 때문에, 선택된 열에 뒤따르는 열에서의 스캐닝전압파형의 카운터전극 전압펄스(52)을 번갈아 반전시킴으로써 낮은 전압을 갖는 액정의 게이트라인반전구동이 실현될 수 있다. 카운터전극전압들(51 및 52)의 진폭을 적절히 선택하고 카운터전극의 중간값과 신호전압을 상호 거의 동일하게 설정함으로써, 신호전압의 진폭은 최소화될 수 있다.
이 실시예에서는, 상기한 바와 같은 구동조건들을 선택함으로써, 신호드라이버에서의 전압의 최대진폭을 감소시키고 게이트라인반전방법을 이용함으로써 점멸(flickering)이 감소되는 것이 실현가능하다.
[제 11실시예]
이 실시예의 구조는 다음의 항목을 제외하고는 제 10도와 동일하다.
제 31도는 이 실시예에서의 픽셀들의 2개 행에 의해 2개 열을 나타내는 평면도이고, 제 32도는 그 등가회로를 나타내는 다이어그램이며, 제 33도는 구동파형을 나타낸다. 전체 표시영역은 픽셀구조의 반복을 통해 구성된다. 픽셀의 구조는 제 21도에 나타낸 제 1실시예의 경우와 동일하지만, 이 실시예의 특징은 다음과 같다.스캐닝전극으로부터 전압을 받는 카운터전극(4)은 스캐닝전극(1또는 13a)에 각 행마다 번갈아 연결되고, 구동방법에 관해서는 두 종류의 카운터전극전압이 스캐닝주기동안에 스캐닝전극에 각 행마다 번갈아 가해지는 반면, 실시예 10에서는 두 종류의 카운터전극전압이 각 열마다 스캐닝전극에 번갈아 가해진다.
본 발명에 따르면, 액정내의 변화되는 전압의 극성은 각 행마다 번갈아 반전되고, 혼신전류를 상쇄시키도록 스캐닝전극상에 반전된 극성을 갖는 신호전압을 충전함으로써 수평스미어가 방지되고, 이와 동시에 신호전압이 낮아지는 것을 더욱 실현할 수 있다. 또, 각 행마다 극성을 번갈아 반전시킴으로써 수직스미어가 방지되고 고화질 및 저전압구동도 실현할 수 있다.
본 발명은 전달형 액정표시장치에 관한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 반사형 액정표시장치에도 효과적이다. 박막트랜지스터에 관련하여, 그 구조(일반스태거(normal stagger)구조, 반전스태거(inverted stagger)구조, 코플래너(coplaner) 구조등)와 재질은 상기한 실시예에 국한되는 것은 아니다.
주변회로들(신호드라이버, 스캐닝드라이버, 카운터드라이버)의 일부 또는 전체는 패널을 구성하는 기판(7)의 표면에 직접적으로 부착되어 IC 칩을 형성할 수 있다. 주변회로들의 일부 또는 전체는 예를 들어, 폴리실리콘을 이용하여 기판(7)의 표면상에서 한개의 유닛으로 형성될 수 있다. 이와 같이 행함으로써, 전체표시장치는 표시패널 외부에 주변회로들을 형성하는 경우 비해 작게 만들 수 있다는 잇점이 있다.
각종 사무자동화기계 또는 휴대용기계는 프로세서, 메모리, 입력장치, 출력장치, 조합장치등과 액정표시장치를 조합함으로써 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판의 인터페이스에 평행하게 전계를 이용함으로써 액정을 스위칭하는 방법에서는, 신호전극의 전압이 스캐닝전극의 전압을 변조함으로써 저하되고, 픽셀내의 고개방율과 저구동전압이 달성된다. 따라서, 전력소모가 낮고 밝으며 가시성이 우수한 박막트랜지스터형 액정표시장치를 제공할 수 있게 된다. 이와 동시에, 스캐닝전극내의 전압을 변조하는 구동방법에서 문제점이여왔던 혼신(수평스미어)이 억제될 수 있고, 고화질을 갖는 박막트랜지스터형 액정표시장치를 제공할 수 있다. 또, 박막트랜지스터소자의 임계전압을 제어하거나 N형 박막트랜지스터소자와 P형 트랜지스터소자를 함께 구성함으로써, 스캐닝전극이 카운트전극인터코넥션으로서 사용될 수도 있고 낮은 전압에 의해 구동될 수도 있다. 또, 픽셀에서의 두개의 박막트랜지스터소자들을 이용함으로써, 카운터전극전압이 스캐닝전극을 통해 공급될 수 있고, 구동전압이 낮아질 수 있으며 화질이 향상될 수 있다.

Claims (6)

  1. 복수의 스위칭소자를 가지는 액티브매트릭스형 액정표시장치에 있어서,
    한 쌍의 기판과;
    상기 한 쌍의 기판중 하나위에 형성되고, 매트릭스형태로 서로 교차하는 신호전극라인 및 스캐닝전극라인과;
    인접하는 상기 신호전극라인과 상기 스캐닝전극라인에 의해 형성되는 복수의 픽셀과;
    상기 한 쌍의 기판사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하여 이루어지며,
    각각의 상기 픽셀은 적어도 하나의 소정 전압이 상기 픽셀에 인가될 때 상기 한 쌍의 기판중 하나와 실질적으로 평행한 성분을 가지는 전계를 발생하는 전극구조를 포함하며, 적어도 두 종류의 비선택전압값을 가지는 스캐닝신호가 상기 스캐닝 전극라인에 인가되고,
    적어도 두 개의 스위칭소자가 하나의 픽셀내에 형성되고, 제 1스위칭소자의 소오스전극 또는 드레인전극은 상기 신호전극에 연결되고, 제 2스위칭소자의 소오스전극 또는 드레인전극은 상기 제 1스위칭소자와 상기 제 2스위칭소자의 게이트전극에 대응하는 상기 스캐닝전극에 인접한 스캐닝전극에 연결되어지고,
    상기 제 2스위칭소자는 캐패시턴스적인 소자를 통하여 상기 인접 스캐닝전극에 연결되어지는 것을 특징으로 하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
  2. 복수의 스위칭소자를 가지는 액티브매트릭스형 액정표시장치에 있어서,
    한 쌍의 기판과;
    상기 한 쌍의 기판중 하나위에 형성되고, 매트릭스형태로 서로 교차하는 신호전극라인 및 스캐닝전극라인과;
    인접하는 상기 신호전극라인과 상기 스캐닝전극라인에 의해 형성되는 복수의 픽셀과;
    상기 한 쌍의 기판사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하여 이루어지며,
    각각의 상기 픽셀은 적어도 하나의 소정 전압이 상기 픽셀에 인가될 때 상기 한 쌍의 기판중 하나와 실질적으로 평행한 성분을 가지는 전계를 발생하는 전극구조를 포함하며, 적어도 두 종류의 비선택전압값을 가지는 스캐닝신호가 상기 스캐닝전극라인에 인가되고, 적어도 두종류의 전압값을 가지는 공통전압이 적어도 하나의 카운터전극에 인가되는 것을 특징으로 하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
  3. 제2항에 있어서,
    각각의 상기 픽셀은 픽섹전극과 상기 적어도 하나의 카운터전극에 인접하는 카운터전극사이의 캐패시턴스보다 큰 저장캐패시턴스를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
  4. 복수의 스위칭소자를 가지는 액티브매트릭스형 액정표시장치에 있어서,
    한 쌍의 기판과;
    상기 한 쌍의 기판중 하나위에 형성되고, 매트릭스형태로 서로 교차하는 신호전극라인 및 스캐닝전극라인과;
    인접하는 상기 신호전극라인과 상기 스캐닝전극라인에 의해 형성되는 복수의 픽셀과;
    상기 한 쌍의 기판사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하여 이루어지며,
    각각의 상기 픽셀은 적어도 하나의 소정 전압이 상기 픽셀에 인가될 때 상기 한 쌍의 기판중 하나와 실질적으로 평행한 성분을 가지는 전계를 발생하는 전극구조와, 상기 스캐닝전극라인에 연결된 카운터전극과, 상기 스캐닝전극라인의 각각에 대응하여 상기 스캐닝전극라인의 각 열마다 번갈아서 N형 특성과 P형 특성을 갖도록 구성되어지는 스위칭소자를 포함하여 이루어지며,
    P형 스위칭트랜지스터소자를 가지는 상기 스캐닝전극라인의 각각에는 N형 스위칭트랜지스터소자를 가지는 상기 스캐닝전극라인에 인가되는 비선택전압보다 큰 적어도 두 종류의 비선택값을 가지는 스캐닝신호가 인가되고,
    N형 스위칭트랜지스터소자를 가지는 상기 스캐닝전극라인의 각각에는, P형 스위칭트랜지스터소자를 가지는 상기 스캐닝전극라인에 인가되는 비선택전압보다 낮은 적어도 두 종류의 비선택값을 가지는 스캐닝신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
  5. 복수의 스위칭소자를 가지는 액티브매트릭스형 액정표시장치에 있어서,
    한 쌍의 기판과;
    상기 한 쌍의 기판중 하나위에 형성되고, 매트릭스형태로 서로 교차하는 신호전극라인 및 스캐닝전극라인과;
    인접하는 상기 신호전극라인과 상기 스캐닝전극라인에 의해 형성되는 복수의 픽셀과;
    상기 한 쌍의 기판사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하여 이루어지며,
    픽셀전극과 카운터전극사이의 캐패시턴스보다 큰 저장캐패시턴스가 상기 픽셀내에 구성되고, 적어도 두종류의 비선택전압값을 가지는 스캐닝신호가 상기 픽셀전극의 전압을 변조하기 위해 각각의 상기 픽셀에 인가되고,
    모든 상기 스캐닝전극라인의 상기 비선택전압은 동일한 진폭, 동일한 주기, 동일한 위상을 가지고 변화되는 것을 특징으로하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
  6. 액티브매트릭스형 액정표시장치에 있어서,
    복수의 스캐닝전극과, 상기 복수의 스캐닝전극과 교차하게 형성되는 복수의 신호전극과, 상기 복수의 스캐닝전극과 상기 복수의 신호전극의 교차부들 각각에 형성되는 스위칭소자와, 상기 스위칭소자에 연결되는 상기 복수의 스캐닝전극의 각 열마다 번갈아서 P형 특성과 N형 특성을 가지는 픽셀전극과, 상기 픽셀전극에 인접하여 형성되는 카운터전극을 일면에 구비하는 제 1기판과;
    상기 제 1기판으로부터 일정한 공간을 두고 위치하는 제 2기판과;
    상기 제 1기판과 상기 제 2기판 사이의 갭에 개재되는 액정조성물과;
    상기 복수의 스캐닝전극 각각에 스캐닝신호를 인가하는 스캐닝드라이버와;
    상기 복수의 신호전극 각각에 화상신호를 공급하는 신호드라이버를 포함하여 이루어지며,
    상기 픽셀전극과 상기 카운터전극 사이에 전압이 인가되어 상기 액정조성물에 상기 제 1기판 또는 제 2기판중 적어도 어느 하나와 실질적으로 평행한 성분을 가지는 전계를 제공하고 디스플레이를 생성시키며,
    P형 스위칭트랜지스터소자를 가지는 스캐닝전극에 인가되는 스캐닝신호에서 비선택전압의 전압은 N형 스위칭트랜지스터소자를 가지는 스캐닝전극에 인가되는 스캐닝신호에서 비선택전압의 전압보다 높으며, 전압차는 명상태 또는 암상태를 얻기위한 픽셀전극고 카운터전극사이의 최대전압(VON)을 초과하는 것을 특징으로 하는 액티브매트릭스형 액정표시장치.
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