KR100465026B1 - 반투과형 액정표시장치의 구동회로 - Google Patents

반투과형 액정표시장치의 구동회로 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는, 액정표시장치의 반사모드 또는 투과모드를 판별하는 감지신호를 발생시키는 모드감지부와; 상기 감지신호에 따라 각각 상이한 전압이 출력되는 VDD제어부와; 상기 모드감지부로부터 상기 감지신호를 전달받아 상기 VDD제어부에 전달하는 감지신호전달부와; 상기 VDD제어부의 출력전압을 전원전압으로 사용하여 각각 상이한 기준전압이 출력되는 기준전압공급부를 포함하는 반투과형 액정표시장치의 구동회로를 제공함으로써, 반투과형 액정표시장치의 모드변화에 따라 영상신호의 계조레벨을 변경함으로써 반사모드시의 화질 보상이 가능하고, 반투과형 액정표시장치의 반사모드시에는 전원전압을 낮춤으로써 소비전력을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

반투과형 액정표시장치의 구동회로{Driving Circuit Of A Transflective Liquid Crystal Display Device}
본 발명은 반투과형 액정표시장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 반사모드(mode)와 투과모드의 전원전압을 변경하여 구동되는 반투과형 액정표시장치에 관한 것이다.
최근에, 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.
일반적으로 액정표시장치는 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과 컬러 필터(color filter) 기판 사이에 액정을 주입하여, 상기 액정의 이방성에 따른 빛의 굴절률의 차이를 이용해 영상효과를 얻는 비발광 소자를 뜻한다.
이러한 액정표시장치에서는 상기 어레이 기판의 하부에 위치한 백라이트(backlight)라는 광원의 빛에 의해 영상을 표현하는 방식을 이용해 왔다.
그러나, 백라이트에 의해 입사된 빛은 액정표시장치의 각 셀을 통과하는 과정에서 손실되어, 실제로 화면상으로는 약 7%정도만 투과되므로, 고휘도가 요구되는 액정표시장치에서는 백라이트의 밝기가 밝아야 하므로, 상기 백라이트에 의한 전력 소모가 크다.
따라서, 충분한 백라이트의 전원 공급을 위해서는 전원 공급 장치의 용량을 크게하여, 무게가 많이 나가는 배터리(battery)를 사용해 왔다. 그러나, 이 또한 사용시간에 제한이 있어 왔다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에 백라이트광을 사용하지 않는 반사형 액정표시장치가 연구되었다.
이 반사형 액정표시장치는 외부광을 이용하여 동작하므로, 백라이트가 소모하는 전력량을 대폭 감소하는 효과가 있기 때문에 장시간 휴대상태에서 사용이 가능하여 전자수첩이나 PDA(Personal Digital Assistant) 등의 휴대용 표시소자로 이용되고 있다.
이러한 반사형 액정표시장치는 화소전극을 반사특성을 가지는 불투명한 물질로 형성하므로써, 별도의 백라이트 대신에 외부광을 반사시켜 화면을 구현하는 방식이다.
그러나, 이 반사형 액정표시장치는 광원을 따로 두지 않으므로 소비전력이 낮은 장점을 가지나, 외부광이 약하거나 없는 곳에서는 사용할 수 없는 단점이 있으므로, 이 반사형 액정표시장치와 백라이트광을 사용하는 투과형 액정표시장치의 장점을 이용한 반투과형(transflective) 액정표시장치가 연구/개발되었다. 이 반투과형 액정표시장치는 사용자의 의지에 따라 반사모드 내지는 투과모드로의 전환이 자유롭다.
그러나, 이러한 반투과형 액정표시장치는 디지털 아날로그 변환기(Digital/Analog Converter: DAC)에 전원을 공급하는 감마(GAMMA)회로의 전원전압을 고정하여 사용함으로써 반사모드와 투과모드에 동일한 계조레벨(Gray Scale Level)이 적용되며, 따라서 특히 반사모드에서의 화질저하가 발생한다.
이하, 이러한 반투과형 액정표시장치의 반사모드에서의 화질저하에 대해서 사진을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.
도 1a 및 1b는 각각 종래의 반투과형 액정표시장치의 투과모드와 반사모드의 화상을 나타내는 사진이다.
도 1a 및 1b에 도시한 바와 같이, 투과모드의 화상에 비하여 반사모드의 화상은 화질이 떨어진다. 이는 백라이트의 점등유무에 따른 광량의 차이와 고정된 전원 전압으로 작동되는 감마회로에 의한 동일 계조레벨의 적용에 의한 것으로 볼 수 있다. 즉, 투과모드시에는 백라이트가 점등되어 충분한 광량이 공급되며, 감마회로는 이에 적합한 계조표시를 하도록 작동하지만, 반사모드시에는 백라이트는 소등되는 반면 감마회로는 동일한 전원전압을 사용하므로 반사모드의 외부 광원에는 적합하지 않은 계조표시를 하게 되어서 화질이 떨어지는 것이다.
이러한 반투과형 액정표시 장치에 사용되는 종래의 감마회로에 대하여 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 반투과형 액정표시 장치에 사용되는 종래의 감마회로를 개략적으로도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, R1내지 R11의 저항을 직렬로 연결하고 감마회로의 전원전압 (VDD)에 적정한 전압(V1)이 인가되면 전압분배법칙에 따라 저항의 연결부위가 각각 다른 전위를 갖게 되며 이러한 상이한 독립 전압이 소스드라이브(Source Drive) IC(10)에 공급되어 계조(Gray Scale)를 구현한다. 도 2에 도시된 구조의 감마회로의 경우 하나의 전압(V1)을 사용하여 각 저항 마디에서의 전위 GAMMA1 내지 GAMMA 10의 10개의 독립 전압이 발생되며, 이 전압들이 소스드라이브(Source Drive) IC(10)의 기준 전압으로 공급되며, 소스드라이브(Source Drive) IC(10)의 디지털-아날로그 변환기(Digital-Analog Converter:DAC)에 의하여 64계조의 표시가 가능하게 된다. 여기서, 감마회로의 전원전압(VDD)은 그 사용모드인 반사모드나 투과모드에 관계없이 고정(V1)되어 있으므로 사용모드에 따라 화질의 차이가 발생한다.
종래의 감마회로를 사용한 경우, 감마회로에서 발생되는 전압과 그때 액정의 투과율과의 관계를 그래프를 참조하여 좀 더 자세히 설명하기로 한다.
도 3은 종래의 감마회로의 출력 전압에 따른 액정의 투과율을 나타내는 그래프(T-V Curve)이다.
도 3에서, 가로축은 감마회로에서 출력되는 전압에 의하여 구현되는 계조를 나타내는데 여기서는 0에서 63까지 64계조의 경우를 나타내고 있다. 즉, 이러한 계조는 감마회로의 출력전압을 표시하는 것으로 이해 할 수도 있다. 이러한 출력전압이 각 화소의 화소전극에 전달되면 화소전극과 공통전극사이에 전기장이 형성되고이 전기장에 의하여 화소전극과 공통전극사이의 액정층의 투과율이 변화한다. 이러한 액정층의 투과율(Transmittance)의 변화를 세로축에 나타내었는데, 이때의 투과율은 절대적인 투과율이 아니라, 최고의 투과율을 1(100%)로 간주한 정규화된 투과율(Normalized Transmittance)이다.
출력 전압 즉 계조가 증가함에 따라 액정층에 작용하는 전기장의 세기는 더욱 증가하게되고 이에 따라 액정 분자는 더욱 전기장의 방향으로 정렬되며 액정층의 빛의 투과율은 증가한다. 이러한 인가 전압과 투과율과의 관계는 전 전압구간에서 선형적(linear)이 아니므로 감마보정회로 등에 의하여 계조 구현에 적합한 선형 관계로 바꿀 수도 있다.
반투과형 액정 표시 장치의 경우, 반사모드와 투과모드를 교대로 사용하는데, 종래의 감마회로에서는 고정된 전원전압(VDD)을 사용하므로, 도 1a 및 1b에서 볼 수 있듯이, 반사모드나 투과모드의 화질이 상이한 현상이 발생한다. 이것은 투과모드에 적합한 감마회로를 그 전원전압(VDD)의 변경없이 반사모드에 사용할 경우 백라이트(backlight)와 외부광원의 광량 차이에 의하여 발생하는데, 이를 해결하기 위해서는 반사모드의 외부광원이 태양광 정도의 광량을 공급하거나, panel의 반사율(더 정확하게는 외부광이 액정층을 반사 전후 두 번 투과 할 때의 총 투과율과 반사판에서의 반사율을 곱한 값)을 개선하여야 하는데, 현재의 기술로는 한계가 있다.
상술한 문제점을 개선하기 위하여, 본 발명에서는 반사모드의 경우와 투과모드의 경우에 감마회로의 전원전압을 각기 다르게 인가하여 상이한 계조레벨을 적용함으로써, 반사모드와 투과모드시 균일한 화질을 갖는 반투과형 액정표시장치의 구동회로를 제공하는데 목적이 있다.
도 1a 및 1b는 각각 종래의 반투과형 액정표시장치의 투과모드와 반사모드의 화상을 나타내는 사진.
도 2는 반투과형 액정표시 장치에 사용되는 종래의 감마회로를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 종래의 감마회로의 출력 전압에 따른 액정의 투과율을 나타내는 그래프(T-V Curve).
도 4는 반투과형 액정표시 장치에 사용되는 본 발명의 구동회로를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 반투과형 액정표시장치의 모드 변화에 따른 감지신호와 기준전압공급부의 전원전압과의 관계를 도시한 도면.
도 6은 기준전압공급부의 전원전압이 달라질 경우 그에 따른 투과율의 변화를 나타내는 그래프(T-V Curve).
도 7a 및 7b는 각각 본 발명의 구동회로를 적용한 반투과형 액정표시장치의 투과모드와 반사모드의 화상을 나타내는 사진.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10, 110 : 소스드라이브 IC 120 : 기준전압공급부
130 : VDD제어부 140 : 감지신호전달부
150 : 모드감지부
210 : VDD=V2인 경우의 투과율 곡선
220 : VDD=V3인 경우의 투과율 곡선
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 액정표시장치의 반사모드 또는 투과모드를 판별하는 감지신호를 발생시키는 모드감지부와; 상기 감지신호에 따라 각각 상이한 전압이 출력되는 VDD제어부와; 상기 모드감지부로부터 상기 감지신호를 전달받아 상기 VDD제어부에 전달하는 감지신호전달부와; 상기 VDD제어부의 출력전압을 전원전압으로 사용하여 각각 상이한 기준전압이 출력되는 기준전압공급부를 포함하는 반투과형 액정표시장치의 구동회로를 제공한다.
상기 VDD제어부는 투과모드를 기준으로 반사모드시 기준전압공급부의 전원전압을 변경하는데, 특히 투과모드시 제 1 전압을 기준전압공급부에 공급하며, 반사모드시 제 1 전압보다 낮은 제 2 전원전압을 기준전압공급부에 공급한다.
상기 감지신호전달부는, 베이스전극은 모드감지부 및 제 1 저항을 통하여 VDD제어부와 연결되고, 에미터전극은 VDD제어부와 연결되고, 콜렉터전극은 접지되는 바이폴라트랜지스터로 이루어져 있으며, 상기 트랜지스터의 에미터전극과 VDD제어부는 제 2 저항을 통하여 연결되어 있다.
상기 기준전압공급부는 N개의 저항들의 직렬연결로 이루어져 있으며, 특히 11개의 저항들로 이루어져 있다.
상기 기준전압공급부로부터 전압을 공급받는 소스 드라이브(Source Drive) IC를 더욱 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 반투과형 액정표시 장치에 사용되는 본 발명의 구동회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 구동회로는 반사모드 또는 투과모드를 감지하여 감지신호가 발생되는 모드감지부(150)와, 상기 감지신호에 따라 상이한 전압이 발생되는 VDD제어부(130)와, 상기 모드감지부(150)로부터 감지신호를 전달받아 상기 VDD제어부(130)에 전달하는 감지신호전달부(140)와, 상기 VDD제어부(130)의 발생전압을 전원전압(VDD)으로 사용하여 소스드라이브 IC(110)에 상이한 기준전압을 공급하는 기준전압공급부(120)로 이루어져 있다.
모드감지부(150)에서는 반투과형 액정표시장치가 반사모드인지, 투과모드인지를 판단하여 각각 다른 감지신호가 발생된다. 이러한 반투과형 액정표시장치의 모드 감지는, 예를 들어, 백라이트의 ON/OFF를 감지하여 판단할 수도 있을 것이다. 본 실시예에서는 투과모드시를 기준으로 하여 반사모드시 기준전압공급부(120)의 전원전압(VDD)을 변경하도록 감지신호가 발생된다. 즉, 투과모드시에는off-전압(Voff)이 발생되며 반사모드시에는 on-전압(Von)이 발생된다.
VDD제어부(130)에서는 상기 모드감지부(150)의 감지신호에 따라 상이한 전압이 발생되며, 이 발생전압은 기준전압공급부(120)의 전원전압(VDD)으로 사용된다. 종래의 감마회로의 경우, 고정된 값(도 2의 V1)이 전원전압(VDD)으로 공급되었으나, 본 발명에서는 VDD제어부에 의하여 상이한 발생전압이 기준전압공급부(120)의 전원전압(VDD)으로 공급된다. 특히, 본 발명의 실시예에서는 반사모드시의 발생전압이 투과모드시의 발생전압보다 낮으며 이는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
기준전압공급부(120)는 종래의 감마회로와 동일한 형태로서 11개의 저항들의 직렬 연결로 이루어져 있다. 여기에 전원전압(VDD)이 공급되면 전압분배의 법칙에 따라 각 저항의 마디는 각각 별개의 전위를 갖게 되며 따라서 10개의 기준전압들(GAMMA1에서 GAMMA10까지의 10개)이 발생된다. 다른 실시예에서는 필요에 따라 저항의 수를 조절함으로써 발생된 기준전압의 수를 조절할 수도 있다. 즉, N개의 저항을 사용할 경우 (N-1)개의 기준전압을 얻을 수 있다. 이렇게 생성된 기준전압은 소스드라이브 IC내의 디지털 아날로그 컨버터(Digital Analog Converter: DAC)에 공급되며 이에 따라 액정층의 양단에 인가되는 전압이 변경됨으로써 화상을 표시하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 반사모드시의 전원전압이 투과모드시의 전원전압보다 낮으며, 그에 비례하여 반사모드시의 기준전압들이 투과모드시의 기준전압들보다 낮은 영역에서 형성되며, 따라서, 액정층의 양단에 인가되는 전압의 범위도 달라지게 된다.
한편, 모드감지부(150)의 감지신호는 감지신호전달부(140)를 통하여 VDD제어부(130)에 전달되는데, 감지신호전달부(140)는 트랜지스터(Q1), 제 1 저항(R20)과 제 2 저항(R21)으로 구성된다. 여기서는 바이폴라트랜지스터(bipolar transistor)가 사용되는데, 트랜지스터(Q1)의 베이스전극(base electrode)은 모드감지부(150)와 연결되어 있으며, 또한 VDD제어부(130)와는 제 1 저항(R20)을 통하여 연결디어 있다. 트랜지스터(Q1)의 에미터전극(emitter electrode)은 VDD제어부(130)와 제 2 저항(R21)을 통하여 연결되어 있는데, 이 제 2 저항(R21)은 경우에 따라서 생략될 수도 있다. 트랜지스터의 콜렉터전극(collector electrode)은 접지되어 있다.
감지신호전달부(140)의 트랜지스터(Q1)의 동작특성과 기준전압공급부(120)의 전원전압(VDD)(즉, VDD제어부(130)의 발생전압)과의 관계를 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 반투과형 액정표시장치의 모드 변화에 따른 감지신호와 기준전압공급부의 전원전압(VDD)과의 관계를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 모드감지부(150)에서는 투과모드시의 발생 전압(Voff)을 기준으로 반사모드시에는 그보다 높은 전압(Von)이 감지신호로서 발생되며, 이 감지신호가 감지신호전달부(140)의 트랜지스터(Q1)의 베이스전극에 공급된다. 따라서, 감지신호전달부(140)의 트랜지스터(Q1)는 투과모드시에는 off 되며, 반사모드시에는 on 되며, 이 트랜지스터가 on 되었을 때 VDD제어부(130)에서 발생되는 전압(V3)은 트랜지스터(Q1)가 off 되어있을 때 VDD제어부(130)에서 발생되는 전압(V2)보다 ΔV만큼 낮아진다. 즉, 트랜지스터(Q1)가 off 되었을 때는 접지와 연결되어 있지 않던 VDD제어부(130)가 트랜지스터(Q1)가 on 되면서 제 2 저항(R21)을 통하여 접지와 연결됨으로써 다른 구조의 회로를 구성하게 되며, 이러한 두 가지 구조의 회로에서 다른 전압이 발생되도록 VDD제어부(130)를 구성할 수 있다.
이러한 과정을 거쳐 반투과형 액정표시장치의 모드에 따라 상이한 전압(V2와 V3)이 기준전압공급부(120)의 전원전압(VDD)으로 공급되면 그에 따라 기준전압공급부(120)에서 발생되는 기준전압들(GAMMA1 내지 GAMMA10)도 상이한 범위의 값을 갖게된다. 본 발명의 실시예에서는 반사모드시의 기준전압공급부(120)의 전원전압(VDD)의 값(V3)이 투과모드시의 기준전압공급부(120)의 전원전압(VDD)의 값(V2)보다 낮으므로 기준전압공급부(120)에서 발생되는 기준전압들(GAMMA1 내지 GAMMA10)의 변동 범위도 반사모드의 경우가 투과모드의 경우보다 더 좁게 된다.
이것은 소스드라이브 IC(110)의 DAC에 전달되는 신호들이 투과모드시에 비하여 반사모드시에는 그 최고값이 더 낮고, 더 좁은 범위에서 변동됨을 의미하는데, 이 경우 액정 패널에서의 휘도(brightness)는 낮아지지만 콘트라스트(contrast ratio)는 향상되어, 보는 사람이 느끼는 전체적인 화질은 더 좋아진다.
이러한 모드 변동에 따른 화질의 변동을 도 6을 참조로 하여 설명하기로 한다.
도 6은 기준전압공급부(120)의 전원전압(VDD)이 달라질 경우 그에 따른 투과율의 변화를 나타내는 그래프(T-V Curve)이다.
도시한 바와 같이, 기준전압공급부(120)의 전원전압(VDD)이 낮은 경우(도 5의 V3)의 투과율(220)은 전원전압(VDD)이 높은 경우(도 5의 V2)의 투과율(210) 보다 더 높아진다. 즉, 반사모드시의 투과율이 투과모드시의 투과율 보다 높아진다.여기서의 투과율은 절대적인 투과율이 아니라, 최고의 투과율을 1(100%)로 간주한 정규화된 투과율(Normalized Transmittance)이므로, 전원전압이 낮아지면 그 최고 투과율도 낮아지고 이러한 낮아진 최고 투과율을 1로 하여 새로이 T-V Curve를 그리면 전체적인 투과율 곡선은 T-V Curve의 위로 이동하여 투과율이 증가하는 것이다. 이러한 상대적인 투과율의 증가는 계조표시에 유리하므로, 전체적인 휘도는 낮아지지만 실제 사람이 느끼는 화질은 더 좋아지는 것이다.
본 발명의 구동회로를 적용하여 모드변화에 따른 실제 화면에서의 화질의 변화를 도 7a 및 7b를 참조로 설명하기로 한다.
도 7a 및 7b는 각각 본 발명의 구동회로를 적용한 반투과형 액정표시장치의 투과모드와 반사모드의 화상을 나타내는 사진이다.
도시한 바와 같이, 비록 반사모드의 화상이 투과모드의 화상보다 휘도는 낮지만, 화질은 크게 차이가 나지 않음을 알 수 있다. 특히, 도 1b와 도 7b를 비교해보면 화질이 현저히 개선되었음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치용 구동회로는 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 한도 내에서 다양한 변화와 변형이 가능하지만, 이러한 변화와 변형이 본 발명의 권리 범위에 속함은 첨부된 청구 범위를 통해 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치의 구동회로는, 다음과 같은 장점을 가진다.
첫째는, 반투과형 액정표시장치의 모드변화에 따라 영상신호의 계조레벨을 변경함으로써 반사모드시의 화질 보상이 가능하다.
둘째는, 반투과형 액정표시장치의 반사모드시에는 전원전압을 낮춤으로써 소비전력을 감소시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 액정표시장치의 반사모드 또는 투과모드를 판별하는 감지신호를 발생시키는 모드감지부와;
    상기 감지신호에 따라 각각 상이한 전압이 출력되는 VDD제어부와;
    상기 모드감지부로부터 상기 감지신호를 전달받아 상기 VDD제어부에 전달하는 감지신호전달부와;
    상기 VDD제어부의 출력전압을 전원전압으로 사용하여 각각 상이한 기준전압이 출력되는 기준전압공급부
    를 포함하는 반투과형 액정표시장치의 구동회로.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 VDD제어부는 투과모드를 기준으로 반사모드시 기준전압공급부의 전원전압을 변경하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 구동회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 VDD제어부는 투과모드시 제 1 전압을 기준전압공급부에 공급하며, 반사모드시 제 1 전압보다 낮은 제 2 전원전압을 기준전압공급부에 공급하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 구동회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지신호전달부는, 베이스전극은 모드감지부 및 제 1 저항을 통하여 VDD제어부와 연결되고, 에미터전극은 VDD제어부와 연결되고, 콜렉터전극은 접지되는 바이폴라트랜지스터로 이루어진 반투과형 액정표시장치의 구동회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 트랜지스터의 에미터전극과 VDD제어부는 제 2 저항을 통하여 연결되는 반투과형 액정표시장치의 구동회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준전압공급부는 N개의 저항들의 직렬연결로 이루어진 반투과형 액정표시장치의 구동회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 N개의 저항들은 11개의 저항들로 이루어진 반투과형 액정표시장치의 구동회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준전압공급부로부터 전압을 공급받는 소스 드라이브(Source Drive) IC를 더욱 포함하는 반투과형 액정표시장치의 구동회로.
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