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KR100453186B1 - 강유전성액정표시장치및그구동방법 - Google Patents

강유전성액정표시장치및그구동방법 Download PDF

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KR100453186B1
KR100453186B1 KR1019970030651A KR19970030651A KR100453186B1 KR 100453186 B1 KR100453186 B1 KR 100453186B1 KR 1019970030651 A KR1019970030651 A KR 1019970030651A KR 19970030651 A KR19970030651 A KR 19970030651A KR 100453186 B1 KR100453186 B1 KR 100453186B1
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Abstract

본 발명은 강유전성 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한것으로서, 액정층 상하에 마련된 상부 전극층과 하부 전극층, 상기 하부 전극층 하부에서 전기적 신호를 인가하는 화소단위의 단위회로가 메트릭스상으로 다수 어레이 집적된 VLSI구동칩 및 상기 상부전극층과 상기 VLSI구동칩을 구동하는 구동드라이브를 구비하고, 상기 화소단위의 단위회로는 상기 액정층의 표시정보에 대응하는 데이터가 기입되는 기억소자와 상기 구동드라이브로부터 입력되는 제1제어신호인가 구간동안만 상기 기억소자의 데이터를 출력하는 논리곱소자 및 상기 논리곱소자의 출력신호와 상기 구동드라이브로부터 입력되는 제2제어신호에 따라 논리연산하여 상기 하부 전극층에 출력하는 배타적 논리합 소자;를 구비하며, 상기 기억소자로부터 출력되는 하나의 데이터 값에 대해 표시구간, 홀딩구간 및 해제구간으로 시간상 구분되어 상기 액정층에 전계를 인가시키며, 상기 표시구간에서는 상기 제1제어신호를 온시켜 상기 데이터의 표시정보에 대응되는 전계를 상기 액정층에 인가하고, 상기 홀딩구간에서는 상기 액정층에 인가된 전계를 0전위로 유지시키고, 상기 해제구간에서는 상기 액정층에 영전위를 기준으로 소정의 전압레벨을 상하 스위칭시켜 그 평균합이 0이되도록 구동한다.

Description

강유전성 액정표시 장치 및 그 구동방법
본 발명은 강유전성 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 상세하게는 계조표시가 가능하고 높은 콘트라스트 비를 얻을 수 있도록 된 강유전성 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
강유전성 액정(FLC, Feroelectric liquid crystal)은 배열상태를 전환시키는데 필요한 문턱치 전압이 인가된 이후 전계가 해제되어도 배열상태를 그대로 유지하는 메모리 특성을 갖고 있다.
이와 같은 강유전성 액정이 적용되는 장치는 액정표시장치의 하나인 반사형 프로젝션 디스플레이와 광통신에 사용되는 SLM(spatial light modulator) 등이 있다.
도 1은 종래의 강유전성 액정표시장치의 단위화소 구동회로를 나타내보인 회로도이고, 도 2는 도 1의 각 요소의 신호파형을 나타내 보인 타임밍도이다.
이를 참조하면, 단위화소에 해당하는 액정층(1) 상하에 마련된 상부 전극층(2)과 하부전극층(3)에 각각 클럭신호와 배타적 논리소자(exclusive or gate)(4)의 출력신호가 인가되도록 되어있다. 그리고 상부 전극층(2)에 인가되는 것과 동일한 클럭신호와 기억소자(5)에 저장된 데이터 값이 배타적 논리소자(4)에 입력된다.
한편, 기억소자(5)에는 래치 클럭신호에 동기되어 데이터가 기입된다.
기억소자(5)에 입력되는 화상표시신호에 해당하는 데이터값이 1인경우는 백(white)표시 상태, 반대로 0일 경우는 흑(black)표시 상태를 지시한다.
흑백의 표시를 명확하게 하기 위해서는 데이터값이 1인경우에는 액정의 배열상태를 전환시키기위해 필요한 문턱치 전압 즉, +Vdd전압이 액정층(1)에 인가되도록 하고, 0인경우에는 -Vdd전압이 액정층(1)에 인가되도록 하는 것이 바람직하나, 액정의 열화특성을 방지하기 위해서는 액정에 가해지는 평균전압이 항상 0이 유지되도록 구동시켜야한다.
이와 같은 이유 때문에 백표시에 대응하는 1의 데이터 값이 출력될 경우에 종래의 구동방법에 의하면 액정층(1)에 가해지는 전압은 +Vdd전위와 -Vdd전위가 교번으로 인가되었다.
그리고, 흑표시에 대응하는 0의 데이터 값이 출력될 경우에 액정층(1)에 가해지는 전압은 0전위가 유지되면서 이전에 전환되었던 흑표시상태가 계속유지된다.
따라서, 실질적으로 데이터값 0에 대응되는 흑표시는 설정된 기간동안 그 표시 기간이 100% 유지되지만, 백표시는 50%기간만 유지된다. 이와 같이 종래의 액정표시장치에 의한 구동방법은 높은 콘트라스트 비를 얻을 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 소정주기동안 액정층사이에 인가되는 평균전압레벨을 영(zero)준위로 유지시켜 액정이 열화되지 않도록 구동시키면서도 콘트라스트비를 높이고 계조표현이 가능하도록 된 강유전성 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 강유전성 액정표시장치는 하부기판, 하부전극층, 강유전성 액정층, 상부전극층 및 상부 기판이 순차적으로 마련되어 있고, 상기 하부 전극층 하부에 마련되어 하부 전극층에 전기적 신호를 인가하도록 화소단위의 단위회로가 메트릭스상으로 다수 어레이 집적된 VLSI구동칩, 상기 상부전극층과 상기 VLSI구동칩을 구동하는 구동드라이브가 구비된 FLC 액정 표시장치에 있어서, 상기 단위회로는 상기 액정층의 표시정보에 대응하는 데이터가 기입되는 기억소자와; 상기 구동드라이브로부터 입력되는 제1제어신호인가 구간동안만 상기 기억소자의 데이터를 출력하는 논리곱소자; 상기 논리곱소자의 출력신호와 상기 구동드라이브로부터 입력되는 제2제어신호에 따라 논리연산하여 상기 하부 전극층에 출력하는 배타적 논리합 소자;를 구비하는 것을 그 특징으로 한다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시장치의 구동방법은 상기 액정표시소자의 상기 기억소자로부터 출력되는 하나의 데이터 값에 대해 설정된 표시기간에 대해 표시구간, 홀딩구간 및 해제구간으로 시간상 구분되어 상기 액정층에 전계를 인가시키며, 상기 표시구간에서는 상기 제1제어신호를 온시켜 상기 데이터의 표시정보에 대응되는 전계를 상기 액정층에 인가하고, 상기 홀딩구간에서는 상기 액정층에 인가된 전계를 0전위로 유지시키고, 상기 해제구간에서는 상기 액정층에 영전위를 기준으로 소정의 전압레벨을 상하 스위칭시켜 그 평균합이 0이되도록 인가하는 것을 그 특징으로 한다. 상기 표시구간으로부터 상기 해제구간까지의 설정된 시간에 대해 상기 홀딩구간을 유지하는 시간을 조절하여 계조를 표시하고, 상기 홀딩구간과 상기 해제구간에서 상기 구동드라이버로부터 다음 표시될 데이터를 상기 기억소자에 기입하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 강유전성 액정 표시장치를 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치의 구조를 나타내보인 도면이다.
이를 참조하면, 하부기판(31)으로부터 순차적으로 VLSI칩(32), 하부전극층(33), 액정층(34), 상부전극층(35), 상부기판(36)이 놓여있고, 상부전극층(35)과 VLSI칩(32)에 구동드라이브(37)가 접속되어 있다.
통상적으로 구동드라이브(37)는 케이스(미도시) 내부의 소정위치에 마련되어 상부전극층(34)과 VLSI칩(32)에 전기적으로 결선되어 있다.
VLSI칩(32)은 화소단위의 단위회로가 메트릭스상으로 다수 어레이 집적되어 있고, 단위회로의 출력단과 화소단위로 구획된 하부전극층(33)의 화소전극과 결선되어 있다.
도 4는 도 3의 액정표시장치의 VLSI칩의 구성을 나타내보인 블록도이다.
이를 참조하면, 도시된 결선구조로 기억소자(41), 논리곱소자(42), 배타적 논리소자(43)로 된 단위회로(40)가 화소단위로 메트릭스상으로 배치되어 있다. 그리고, 각 화소단위의 단위회로(40)는 구동드라이브(37)에 의해 제어된다. 기억소자(41)는 SRAM(static random access memory)이 적용된다.
도 5는 도 3의 액정표시장치의 구동을 단위화소단위로 나타내보인 회로도이다.
도시된 바와 같이 액정층(34)에는 구동드라이브(37)로부터 상부전극층(35)에 인가되는 상부전극층 구동신호와 단위회로(40)의 출력신호의 차에 해당하는 전계가 인가된다. 그리고, 단위회로(40)의 기억소자(41)에 입력되는 데이터, 래치클럭신호, 논리곱소자(42)인 앤드 게이트에 입력되는 제1제어신호 및 배타적 논리소자에 공급되는 제2제어신호는 구동드라이브(37)에 의해 제어출력된다.
이하 본 발명에 따른 액정표시장치의 구동방법을 상세하게 설명한다.
도 6은 도 5의 각 요소의 신호파형을 나타내보인 타이밍도이다.
이를 참조하면, 표시정보에 해당하는 하나의 데이터의 표시기간(프레임에 해당)에 대응되어 액정층(34)에는 세단계 즉, 표시구간, 홀딩구간 및 해제구간으로 나뉘어 전계가 인가된다.
그리고, 각 구간에서 액정층(34)에 인가되는 전압의 평균은 항상 0이되도록 신호들이 조정된다.
본 발명에서는 표시구간에서 기억소자(41)로부터 출력되는 데이터 값에 대응하여 액정층(34)에 해당전계를 인가시키고, 이후 홀딩구간에서는 액정층(34)에 인가된 전계를 해제시켜 0전위로 유지시키고, 해제구간에서는 영전위를 기준으로 정(+), 부(-)의 전계를 액정층(34)에 인가한다. 상기 해제구간에서 액정층(34)에 인가되는 전계의 순서는 표시준비상태를 흑(black), 백(white)중 선택된 어느 하나의 색에 대응되어 정(+), 부(-) 또는 부(-), 정(+)의 전압레벨이 결정된다. 여기서 정(+), 부(-)의 전압레벨은 액정층(34)의 배열상태를 전환시킬 수 있는 문턱치값 이상이다.
따라서, 하나의 표시 데이터에 대응된 표시기간(프레임에 해당)중 해제구간을 제외한 표시구간과 홀딩구간까지 백 또는 흑에 대응하는 액정층(34)의 광투과 또는 차단 특성이 유지된다. 따라서 콘트라스트 비는 표시기간에 대한 해제구간의 비에 따라 결정되고, 이 비율은 화면표시와 관련하여 적절히 조정되어 결정된다.
표시 데이터는 흑과 백에 대한 이진 값으로서 0과 1중 어느 하나의 값으로 기억소자(41)에 입력된다. 그리고 데이터 값이 1일경우에는 액정층(34)에 정(+)전위가, 0일경우에는 부(-)전위가 각각 인가되도록 하기 위해 각 소자에 인가되어야할 신호값들을 살펴보자.
액정층(34)에 인가될 수 있는 전위를 결정하는 진리표가 아래의 표 1에 기재되어 있다.
[표 1]
Figure pat00001
여기서, 데이터 값이 0일 때는 흑, 1일 때는 백으로 대응시키고, 이때 액정층(34)에 인가될 부(-), 정(+) 전위를 각각 -Vdd, +Vdd로 설정한다.
상기 표 1을 참조하면서 각 구간에서의 신호조합을 살펴본다.
먼저, 표시구간은 제1제어신호를 온 상태로 유지시켜 데이터값이 논리곱소자(42)를 통해 그대로 출력되도록하고, 제2제어신호와 상부전극층 구동신호를 제어하여 상기 데이터에 대응하는 액정층(34)의 표시상태 즉, 광투과 또는 차단상태를 만든다. 이때 액정층(34)에 인가되는 전압의 평균이 0이되도록 제2제어신호와 상부전극층 구동신호는 조정된다.
표시구간에서 제2제어신호와 상부전극층 구동신호가 각각 동일한 값으로 0과 1이 순차적으로 주어지게되면, 기억소자(41)로부터 그 출력이 유지된 데이터값이 0일 경우에는 액정층(34)에 인가되는 전위가 0이되어 그 전에 설정된 상태를 계속 유지시키게되고, 1일경우에는 -Vdd에서 +Vdd로 전환되어 흑에서 백으로 전환되어 백을 유지시킨다. 이때 액정층(34)에 인가되는 전압의 평균은 0이 되어 액정구동에 따른 열화를 억제시킨다. 여기서 데이터 값이 0인 경우 후술되는 해제구간에서 흑상태로 전환시키기 때문에 실질적으로 흑상태가 유지된다.
홀딩구간에서는 제1제어신호를 오프상태로 전환시키고, 이때 제2제어신호와 상부 전극층 구동신호를 0으로 제어하면 액정층(34)에는 0전위가 인가되면서, 표시상태에서 유지된 표시상태가 계속 유지된다.
해제구간에서는 제1제어신호를 오프상태로 계속 유지하면서, 제2제어신호와 상부 전극층 구동신호가 각각 0과 1에서 1과 0으로 상호 역상으로 인가시킴으로써, 액정층(34)에는 +Vdd와 -Vdd가 순차적으로 인가되면서 백에서 흑으로 전환되어 흑상태를 유지한다. 여기서는 흑상태가 표시준비상태가 된다.
이와 같이 하나의 표시데이터에 대응하여 표시구간에서 인가된 전계에 의해 결정된 액정층(34)의 배열상태가 홀딩구간까지 계속 유지되고, 해제구간에서는 설정된 표시준비상태로 전환됨으로써 흑백의 표시에 대한 콘트라스트 비가 향상된다.
또한, 액정의 구동에 영향을 미치지 않는 홀딩구간에서부터 해제구간사이에서 다음에 표시될 데이터를 기억소자에 기입할 수 있어 데이터 전송주파수를 낮출수 있다.
한편, 상기와 같은 구동방법에서 설정된 표시기간 즉 표시구간으로부터 해제구간까지의 하나의 프레임에 대해 홀딩구간의 유지시간을 조절하여 해제구간의 시작기점을 조절하면 설정된 표시기간동안의 표시색에 대한 계조표시를 할 수 있다.
도 7은 계조표시방법을 설명하기 위하여 홀딩구간이 유지되는 시간을 조절하여 각 요소로부터 출력되는 신호파형을 나타내보인 타이밍도이고, 도 8은 32계조 표시를 위한 각 요소의 구동파형과 응답특성을 나타내보인 도면이다.
각 파형에서 가중치는 32계조 표시시 풀온(full-on)상태를 32로 하였을 때 상대적인 수치를 나타낸 것이다.
이를 참조하면, 하나의 데이터 표시구간에 대응하는 프레임 구간동안 홀딩구간의 유지시간에 따라 결정된 해제구간의 시작기점이 어느위치로 결정되는냐에 따라 각각 다른 계조표시가 가능해진다.
이를 위해서는 앞서 설명된 바와 같이 각 구동신호를 제어하되 제1제어신호 오프기간동안 표시되어야할 계조조건에 따라 해제구간의 시작위치를 결정하면된다. 따라서 구동드라이브(37)로부터 제1제어신호오프 후 해제구간 시작에 필요한 제2제어신호와 상판구동신호 발효시기를 결정하여 출력하면 그에대응되는 계조가 표시된다.
이상 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 액정표시장치 및 구동방법이 제공됨으로써, 콘트라스트비가 향상되고, 데이터 입력으로 인한 액정구동시간에 대한 손실이 발생되지 않고, 계조표시가 용이해진다.
도 1은 종래의 강유전성 액정표시장치의 단위화소 구동회로를 나타내보인 회로도이고,
도 2는 도 1의 각 요소의 신호파형을 나타내 보인 타임밍도이고,
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치의 구조를 나타내보인 도면이고,
도 4는 도 3의 액정표시장치의 VLSI칩의 구성을 나타내보인 블록도이고,
도 5는 도 3의 액정표시장치의 구동을 단위화소단위로 나타내보인 회로도이고,
도 6은 도 5의 각 요소의 신호파형을 나타내보인 타이밍도이고,
도 7은 계조표시방법을 설명하기 위하여 홀딩구간이 유지되는 시간을 조절하여 각 요소로부터 출력되는 신호파형을 나타내보인 타이밍도이고,
도 8은 32계조 표시를 위한 각 요소의 구동파형과 응답특성을 나타내보인 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1, 34: 액정층 2, 35: 상부전극층
3, 33: 하부 전극층 4, 43: 배타적 논리소자
5, 41: 기억소자 31: 하부기판
32: VLSI칩 36: 상부기판
37: 구동드라이브 40: 단위회로
42: 논리곱소자

Claims (6)

  1. 하부기판, 하부전극층, 강유전성 액정층, 상부전극층 및 상부 기판이 순차적으로 마련되어 있고, 상기 하부 전극층 하부에 마련되어 하부 전극층에 전기적 신호를 인가하는 화소단위의 단위회로가 메트릭스상으로 다수 어레이 집적된 VLSI구동칩, 상기 상부전극층과 상기 VLSI구동칩을 구동하는 구동드라이브가 구비된 강유전성 액정 표시장치에 있어서,
    상기 단위회로는
    상기 액정층의 표시정보에 대응하는 데이터가 기입되는 기억소자와;
    상기 구동드라이브로부터 입력되는 제1제어신호인가 구간동안만 상기 기억소자의 데이터를 출력하는 논리곱소자;
    상기 논리곱소자의 출력신호와 상기 구동드라이브로부터 입력되는 제2제어신호에 따라 논리연산하여 상기 하부 전극층에 출력하는 배타적 논리합 소자;를 구비하는 것을 특징으로 하는 강유전성 액정 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기억소자는 SRAM인 것을 특징으로 하는 강유전성 액정 표시장치.
  3. 제 1항의 액정 표시 소자를 구동시키기 위한 방법으로서,
    상기 기억소자로부터 출력되는 하나의 데이터 값에 대해 설정된, 표시 구간, 홀딩 구간 및 해제 구간을 포함하는 표시 기간 동안 액정층에 전계를 인가시키는 단계를 구비하되,
    상기 전계 인가 단계는;
    상기 제 1 제어 신호를 온시켜 상기 데이터의 표시 정보에 대응되는 전계를 상기 액정층에 인가하는 표시 구간 단계와;
    상기 액정층에 인가된 전계를 영 전위로 유지시키는 홀딩 구간 단계와;
    상기 액정층에 영 전위를 기준으로 소정의 전압 레벨을 상하 스위칭시켜 그 평균합이 0이 되도록 인가하는 해제 구간 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전성 액정 표시 소자의 구동 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 표시기간에 대해 상기 홀딩기간의 유지시간을 조절하여 계조를 표시하는 것을 특징으로 하는 강유전성 액정표시소자의 구동방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 홀딩구간과 상기 해제구간에서 상기 구동드라이버로부터 다음 표시될 데이터를 상기 기억소자에 기입하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 표시구간동안 상기 액정층에 인가되는 전위의 평균이 0전위가 되도록 상기 제2제어신호와 상기 상부전극층에 인가하는 구동신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동방법.
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