KR100629131B1 - 액정표시장치의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

횡전계방식 (IPS 모드) 액정 셀의 전극 구조는 상하방향에서 비대칭으로 형성되기 때문에, 종래의 TN 모드와 비교하여 상하방향의 잔류 DC 전압이 발생하기 쉬워 결과적으로 스티킹이 발생한다.
한 쌍의 기판 중 한 쪽 기판 상에 형성된 게이트선, 게이트선과 교차하는 소스선, 게이트선과 소스선의 교차부 부근에 형성된 스위칭 소자 및 스위칭 소자에 접속된 화소전극을 구비하고, 소스선에 의해 화상 표시에 필요한 신호 전위를 화소전극에 공급하며, 기판면에 거의 평행한 전계를 인가하는 횡전계방식 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 화소전극의 전위가 양극성일 때와 음극성일 때의 평균값이, 표시하는 계조에 따라 다르도록 신호전위의 평균값을 설정하여 입력하는 액정표시장치의 구동방법.
액정표시장치

Description

액정표시장치의 구동방법{METHOD OF DRIVING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1 은 본 발명의 실시형태에서의 액정표시장치를 나타내는 도면.
도 2 는 본 발명의 실시형태에서의 액정표시장치의 회로도.
도 3 은 본 발명의 실시형태에서의 액정표시장치의 신호파형을 나타내는 도면.
도 4 는 본 발명의 실시형태에서의 액정표시장치로 나타내는 도면.
도 5 는 본 발명의 실시형태에서의 액정표시장치의 회로도.
도 6 은 본 발명의 실시형태에서의 IPS 모드와 TN 모드의 주요부 단면도.
도 7 은 본 발명의 실시형태에서의 액정표시장치의 극성반전방식을 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 게이트선 2 : 절연막
3 : 소스선 4 : 절연막
5 : 스위칭 소자 6 : 화소전극
7 : 공통전극 8 : 보조용량 배선
9 : 액정층 10 : 액정패널
11 : 소스선 구동회로 12 : 게이트선 구동회로
13 : 제어회로 14 : 전원
21 : 게이트 전극 22 : 소스 전극
23 : 드레인 전극 31 : 화소 전위
32 : 신호 전위 33 : 게이트 전위
34 : 공통 전위 41 : 입력단자
42 : 입력단자 43 : 분할저항
44 : 출력단자 45 : 출력단자
46 : 선택회로 61 : 배향막
62 : 보호막 63 : 컬러필터
100 : TFT 어레이 기판 101 : 절연성 기판
200 : 컬러필터 기판
본 발명은 횡방향전계방식에서의 액티브 매트릭스형 액정표시장치의 구동방법에 관한 것이다.
종래의 액정표시장치에서는, 장시간에 걸쳐 동일한 패턴을 표시한 후에 다른 화면으로 전환할 때, 이전의 패턴이 장시간 남는 스티킹이 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해 오프셋 보정 구동방법을 적용하여, 게이트신호에 의해 야기되는 전위 저하의 계조 의존성을 보상한다. 또한, 예를 들어 소스신호의 진폭이 큰 단계에서는 종래와 마찬가지로 공통신호의 전위 및 소스신호의 중심전위를, 게이트신호에 의해 유기되는 전위의 저하를 보상하도록 설정하고, 소스신호의 진폭이 작은 계조에서는 소스신호의 중심전위를 상기 게이트신호에 의해 유기되는 전위의 저하를 보상하는 소스신호의 중심전위보다도 높은 전위로 설정함으로써 스티킹을 경감할 수 있고 플리커도 보이지 않는 기술이 TN 방식 액정표시장치에서 개시되어 있다 (예를 들어 일본 공개특허공보 2001-337310호 (제 2-5 페이지, 도 8, 9)).
그러나, 일본 공개특허공보 2001-337310호에 기재된 구동방법을 횡전계방식 (IPS 모드) 액정 셀에 적용한 경우에도 스티킹이 발생한다. 이는, 횡전계방식 액정 셀의 전극 구조가 상하방향에서 비대칭으로 형성되기 때문에, 종래의 TN 모드와 비교하여 상하방향의 잔류 DC 전압이 발생하기 쉬워 결과적으로 스티킹이 발생한다는 문제가 있기 때문이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 횡전계방식 액정표시장치에 있어서, 종래의 오프셋 보상 구동방법에서 화소전극 전위와 공통전극 전위 간의 DC 성분의 편중이 발생하지 않도록 최적 Vcom 을 설정하는 것이 아니라 상하방향의 잔류 DC 전압이 잘 발생하지 않고 스티킹이 잘 발생하지 않는 오프셋값을 설정하여, 스티킹의 발생을 저감할 수 있는 액정표시장치의 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 액정표시장치의 구동방법은, 한 쌍의 기판과 그 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 가지며, 상기 한 쌍 중 한 쪽 기판 상에 형성된 복수의 게이트선, 상기 게이트선과 절연막을 사이에 두고 교차하는 복수의 소스선, 상기 게이트선과 상기 소스선의 교차부 부근에 형성된 스위칭 소자, 및 상기 소스선과 상기 스위칭 소자를 통하여 접속된 화소전극을 가지며, 상기 소스선에 의해 화상표시에 필요한 신호 전위를 상기 스위칭 소자를 통하여 상기 화소전극에 공급하고, 상기 기판면에 거의 평행한 전계를 인가하는 횡전계방식 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 화소전극의 전위가 양극성일 때와 음극성일 때의 평균값이 표시하는 계조에 따라 다르도록 상기 신호전위의 평균값을 설정하여 입력하는 것을 특징으로 한다.
(발명의 실시형태)
제 1 실시형태
투과형 액정표시장치는, 기판 사이에 주입된 액정에 전계를 인가하고 이 전계의 강도에 따라 액정분자의 배열방향을 제어하여 기판을 투과하는 광량을 조정한다. 이로 인해 원하는 휘도의 화상을 얻는 것이 가능해진다. 한편, 박막 트랜지스터 (TFT) 등으로 이루어지는 스위칭 소자를 사용한 액티브 매트릭스형 액정표시장치에 있어서, 액정에 인가하는 전계의 방향을 기판에 대하여 평행한 방향으로 하는 횡전계방식이 주로 초광시야각을 얻는 수단으로서 사용된다. 이 방법을 사용하면 시각방향을 변화시켰을 때의 콘트라스트의 변화, 계조 레벨의 반전이 거의 없어진다는 것이 판명되었다.
도 1(a) 에 일반적인 횡전계방식 액정표시장치의 화소영역의 평면도이고, 도 1(b) 에 그 단면도를 나타낸다. 도면에 있어서 부호 100 은 TFT 어레이 기판, 200 은 컬러필터 기판을 나타낸다.
부호 100 인 TFT 어레이 기판에 있어서, 부호 1 은 절연성 기판 (101) 상에 형성된 복수 개의 게이트선, 부호 2 는 게이트선을 덮도록 형성된 절연막, 부호 3 은 복수의 게이트선과 교차하도록 설치된 소스선, 부호 4 는 소스선 (3) 상에 설치된 절연막이다. 게이트선 (1) 및 소스선 (3) 은 교차부에 설치된 TFT 소자 등의 스위칭 소자 (5) 와 접속된다. 스위칭 소자 (5) 에는 소스선 (3) 과 평행하게 설치된 복수 개의 전극으로 이루어지는 빗살형 화소전극 (6) 이 접속된다. 화소전극 (6) 의 복수 개의 전극은 평행하고 교대로 복수 개의 전극으로 이루어지는 빗살형 공통전극 (7) 이 배치된다. 화소전극 (6) 은 크롬 (Cr), 알루미늄 (Al), 몰리브덴 (Mo) 등의 금속이나 ITO (Indium Tin Oxide) 등의 투명성 도전막에 의해 형성된다. 부호 8 은 크롬 (Cr), 알루미늄 (Al), 몰리브덴 (Mo) 등의 금속으로 이루어지는 보조용량 배선이며 쓰루홀을 통하여 공통전극 (7) 과 접속된다. 이 TFT 어레이 기판 (100) 과 부호 200 인 컬러필터 기판을 대향배치하고 양 기판 사이에 액정층 (9) 을 협지한 액정패널 (10) 에 백라이트 등을 배치하여 액정표시장치가 완성된다. 화소전극 및 공통전극 간의 액정층 (9) 에 전압을 인가함으로써 기판면에 거의 평행한 전계를 액정층에 인가한다.
또한, 횡전계방식 액정표시장치는, 도 6(a) 에 나타낸 바와 같이 일반적으로 액정구동영역은 배향막 (PI; 61), 보호막 (OC;62), 컬러필터 (CF: 63) 의 색재, 절연성 기판 (101) 의 재료인 글라스 등의 유전체 적층막에 둘러싸여 있으며, 액정을 구동하기 위한 화소전극 (6) 과 공통전극 (7) 간의 전계 (E) 가 이 적층막 중에까지 확산된다. 한편, 종래의 TN 모드의 액정표시장치의 경우는 도 6 (b) 에 나타낸 바와 같이 화소전극 (6) 과 공통전극 (7) 간은 대칭형으로 되고, 액정을 구동하는 전계 (E) 는 화소전극 (6) 과 공통전극 (7) 사이에만 형성된다. 따라서, TN 모드에서는 화소전극 (6) 과 공통전극 (7) 사이에 DC 성분이 발생하지 않도록 함으로써 스티킹을 방지할 수 있었지만, 횡전계방식에서는 종래의 오프셋 구동 보상 방식을 채용하기만 해서는 유전체 적층막 중에 잔류 DC 가 발생하여 스티킹 현상이 발생한다.
도 2 에 횡전계방식 액정표시장치에서의 회로도를 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이 도면 중 좌우방향으로 복수 연장되는 게이트선 (1), 게이트선 (1) 과 직교하여 상하방향으로 복수의 소스선 (3) 이 형성된다. 이들 게이트선 (1) 과 소스선 (3) 으로 둘러싸이는 영역이 1 화소영역이며, 양 배선의 교차위치 부근에 스위칭 소자 (5) 가 설치된다. 화소전극 (6) 은 드레인 전극 (23) 과 접속되고, 상기 서술한 바와 같이 공통전극 (7) 과 평행하게 형성된다. 소스선 (3) 에는 신호전위를 공급하는 소스선 구동회로 (11) 가 탑재된다. 소스선 구동회로 (11) 로부터는 구동해야 할 화소 표시에 따른 계조신호 (신호전위) 가 액정패널 (10) 에 공급된다. 게이트선 구동회로 (12) 로부터는 스위칭 소자 (5) 를 ON/OFF 하기 위한 게이트 전위가 공급된다. 또한, 공통전극 (7) 에는 공통전위가 공급된다.
Clc는 화소전극 (6) 과 대향전극 사이에 협지된 액정에 의한 결합용량, Cgd 는 게이트/드레인 간의 결합용량, Cst는 보조용량을 각각 나타낸다. 일정한 공통전위로 유지된 공통전극 (7) 에 대하여 스위칭 소자 (5) 로부터 드레인 전극 (23) 을 통하여 화소전극 (6) 에 신호전위 (32) 를 기입하고 액정층 (9) 에서의 전계를 제어함으로써 화상을 표시한다.
다음으로 도 3 에 게이트선 (1), 소스선 (3) 에 인가되는 전압의 파형을 나타내고, 화소전극의 전압 (이하 화소전위 (31) 라 함) 의 동작을 설명한다. 일반적으로 액정표시장치에서는 액정의 열화를 방지하기 위하여 공통전위 (34) 에 대한 화소전위 (31) 의 극성을 프레임마다 반전시킨다. 즉, 모든 게이트선 (1) 을 차례로 선택하는데 필요한 기간 (1 프레임) 마다 공통전위 (34) 에 대하여 화소전극 (6) 의 극성을 반전시킨다.
게이트 전극 (21) 에 스위칭 소자 (5) 의 임계치 전압 이상의 양펄스가 인가되면 스위칭 소자 (5) 는 온 상태 (High 레벨: 소스 전극 (22) 과 드레인 전극 (23) 간이 도통상태) 가 되기 때문에, 소스선 (3) 을 전파하는 신호전위 (32) 는 화소전극 (6) 으로 보내진다. 신호전위 (32) 는 중심전위 (Vso) 를 중심으로 하는 진폭 (Vsa) 의 교류전압이다. 진폭 (Vsa) 은 표시시키는 계조에 대응된다. 이 때, 도 3 에 나타낸 바와 같이 화소전위 (31) 는 게이트 전위 (33) 에 동기하여 상승하고, 다음으로 스위칭 소자 (5) 를 OFF 상태로 하기 위하여 게이트 전위 (33) 를 Low 레벨로 전환할 때 화소전위 (31) 에는 게이트/드레인 간의 결합용량 (Cgd) 의 영향으로 ΔVgd 분의 피드쓰루가 발생한다. 그 후 1 프레임 기간 중 화소전위 (31) 는 보조용량 (Cst) 에 의해 유지된다. 일반적으로 공통전 위 (34) 는 제 1 프레임에서 액정에 인가되는 전압 (V1) 과 제 2 프레임에서 인가되는 전압 (V2) 의 절대값이 동등하게 되도록 설정되며, 이 때의 공통전위 (34) 를 최적 Vcom 이라 부른다. 통상, 공통전위 (34) 는 가변 저항기를 사용하여 조정이 가능하며, V1 및 V2 의 절대값이 같아지도록 조절한다.
화소전위 (31) 의 피드쓰루에 의한 전압강하량 (ΔVgd) 은 다음 식으로 나타낸다.
ΔVgd＝ΔVg×Cgd/ (Clc＋Cgd＋Cst) ······식 1
*ΔVg 는 게이트 전위의 변화량이다.
이 때, 화소전위 (31) 의 값을 1 프레임 기간 유지한 후 제 2 프레임에서 다시 게이트 전위 (33) 가 High 레벨이 되면 화소전위 (31) 는 전회의 프레임 (제 1 프레임) 과는 역극성인 신호전위 (32) 의 레벨이 된다. 그 후, 게이트 전위 (33) 가 Low 레벨이 되면 제 1 프레임과 마찬가지로 게이트 전위 (33) 에 동기하여 하강하고, 화소전위 (31) 는 피드쓰루에 의해 ΔVgd 의 전압강하를 한다.
식 1 의 성분 중 Clc 는 신호전위 (계조전압) 에 대한 의존성을 갖고 있으며, 액정에 인가하는 화상의 계조에 따라 액정에 의한 결합용량 (Clc) 의 값은 상이하다. 또한, Cst, Cgd 에는 전압의존성은 거의 없다.
도 4 에 Clc 와 신호전위 (32) 의 진폭 (Vsa) 의 관계를 나타내었다. 신호전위 (32) 가 높아지면 Clc 는 높아지기 때문에, ΔVgd 는 신호전위가 높아지면 반비례하여 ΔVgd 가 낮아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 식 1 에서 나타낸 바와 같이 ΔVgd 는 항상 일정하지 않고 신호전위 (32) 의 진폭에 의해 변화한다. 이로 인해, 제 1 프레임에서 인가되는 전압 (V1) 과 제 2 프레임에서 인가되는 전압 (V2) 의 절대값을 각 계조에서 동일하게 하기 위해서는 ΔVgd 의 변화에 대응하도록 Vso 를 설정할 필요가 있고, 이는 오프셋 보정 방법이라 불리워진다. TN 방식 액정표시장치에서는 일반적으로 이 방법에 의해 스티킹을 방지한다. 또한, 상기 서술한 바와 같이 Vsa 가 더욱 작은 계조에서의 Vso 를 높게 설정하여 스티킹을 방지하는 방법도 있다. 본 실시형태에서는, 상기 방법에 의해 Vso 를 설정하지 않고 횡전계방식 액정표시장치에서 스티킹이 발생하지 않도록 Vso 를 설정하는 것이다.
이하, Vso 의 설정방법에 관하여 설명한다. 도 2 및 도 3 에서 게이트선 구동회로 (12) 에서 출력되는 게이트 전위 (33), 소스선 구동회로 (11) 에서 출력되는 신호전위 (32) 및 공통전극에 인가되는 공통전위 (34) 의 각 출력 타이밍 및 전압값은 제어회로 (13) 에 의해 제어된다. 예를 들어 계조 재현수가 256 계조인 경우, 계조를 재현하기 위하여 화소전극에는 양극성측, 음극성측 각각 256 레벨 크기의 전압에서 선택된 원하는 크기의 신호전위 (32) 가 인가된다. 따라서, 서로 다른 양극성, 음극성 각 256 레벨 크기의 신호전위 (32) 를 소스선 구동회로 (11) 에서 출력할 필요가 있다.
다음으로, 상기 256 레벨의 신호전위 (32) 를 발생시키기 위한 수단에 관해 설명한다. 도 5 는 256 레벨의 신호전위를 발생시키기 위한 수단인 소스선 구동회로 (11) 의 일례를 나타내는 설명도이다. 도면에 있어서, 부호 41 은 DC 전원 (14) 에서 소스선 구동회로로의 입력단자, 부호 42 는 제어회로에서 소스선 구동회로로의 입력단자, 부호 43 은 분할저항, 부호 44 는 소스선 구동회로의 출력단자를 나타낸다. 소스선 구동회로 (11) 의 입력단자 (42) 는 제어회로 (13) 에 접속되어 제어신호가 입력된다. 또한, 소스선 구동회로 (11) 의 다른 입력단자 (41) 는 DC 전원 (14) 에 접속되어 서로 레벨 (크기) 이 다른 16 종의 계조 참조 전압이 입력된다. 예를 들어 DC 전원 (14) 의 각 출력단자로부터 16종의 계조 참조 전압, 즉 제 1 계조 참조 전압 (Vref0), 제 2 계조 참조 전압 (Vref1) ···제 15 계조 참조 전압 (Vref14), 제 16 계조 참조 전압 (Vref15) 가 각 입력단자 (41) 에 인가된다. 각 입력단자 (41) 간에는 서로 직렬로 접속된 분할저항 (43) 이 접속된다.
예를 들어 제 1 계조 참조 전압 (Vref0) 이 인가된 입력단자 (41) 와 제 2 계조 참조 전압 (Vref1) 이 인가된 입력단자 (41) 간에 접속된 15개의 분할저항 (43) 의 각 접속부에 설치된 출력단자 (45) 로부터는, 15개의 분할저항에 의해 분할된 서로 레벨이 다른 15개의 신호전위로서 제 1 표시전압 (Vs0), 제 2 표시전압 (Vs1) ···제 16 표시전압 (Vs15) 을 나타내는 신호전위가 각각 출력되고, 모든 Vref 사이를 합하면 256 계조의 양극성측과 음극성측의 전위인 256×2 레벨의 신호전위를 발생시킬 수 있다. 신호전위는 선택회로 (46) 에 의해 원하는 전위가 선택되어 부호 44 의 출력단자에 의해 액정패널로 출력된다.
표 1 에 본 실시형태에 의한 소스선 구동회로 (11) 에 입력되는 계조 참조 전압 (Vref) 의 전압값, 또한, 소스선 구동회로에서 출력되는 신호전위 (32) 의 진폭 (Vsa) 과 신호전위의 중심전위 (Vso) 의 전압값을 나타낸다. 예를 들어 255 계조의 경우, 소스선 구동회로 (11) 에 입력하는 신호전위 (32) 의 중심전위 (Vso) 는 계조 참조 전압 Vref0＝14.670V 와 Vref15＝0.200V 의 두 값의 평균값인 7.435V 가 된다. 0 계조의 경우는 Vref7＝7.985V 와 Vref8＝6.725V 의 평균값인 7.355V 가 된다. 이 설정은 각 Vref 를 변화시키면서 스티킹의 강도를 조사하는 실험을 하여 결정하였다. 또한, 액정표시장치의 사양에 따라 여러 가지 변경이 가능하다. 이로써 유도체 적층막 중에 DC 성분이 체류하지 않아 스티킹을 최소로 할 수 있다.
Figure 112004011670407-pat00001
본 실시형태에서는, 255 계조의 Vso (Vso255) 와 127계조의 Vso (Vso127) 의 차 (Vso255-Vso127) 는 480㎷, 0계조의 Vso (Vso0) 와 Vso127의 차 (Vso0-Vso127) 가 400㎷ 인 예를 나타냈으나, 이 중 하나 또는 양쪽이 대략 0㎷ 나 음의 값이 되는 경우도 있다. 이들 값은 배향막 (61), 보호막 (62), 컬러필터 (63) 의 재료의 조합이나 계면상태에 의해 변화한다.
그러나, 본 실시형태에서의 액정표시장치에서도, 일반적인 액정표시장치와 마찬가지로 Vcom 조정은 0 및 255 계조의 중간값인 127 계조 (중간조) 표시로 행한다. 도트반전 구동방식 등을 채용한 경우에는 바둑판 무늬 등의 패턴을 표시시켜 플리커가 최소가 되는 부분을 최적 Vcom 이 되도록 조정한다. 이 때문에 127 계조에서의 플리커는 거의 0 이 되는데, 127 계조 이하의 계조에서는 최적 Vcom 에 대하여 Vcom 값이 벗어나므로, 플리커가 생기기 쉬워진다. 이에 대해서는 도 7 (a) 에 나타낸 바와 같은 극성을 1 화소마다 반전시키는 도트반전 구동이나 도 7 (b) 에 나타낸 바와 같은 1×2 구동, 또는 극성반전을 랜덤하게 발생시키는 구동 (도시 생략) 을 함으로써 통상 화면을 표시하였을 때의 플리커를 방지할 수 있다. 상기에서는 127 계조에서 Vcom 을 조정하는 예를 나타내었으나, 다른 계조에서 Vcom 을 조정하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 횡전계방식 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 화소전극에 공급된 신호전위가 양극성일 때와 음극성일 때의 평균값이 계조에 따라 다르도록 상기 신호전위의 평균값을 설정하여 입력함으로써, 스티킹이 최소가 되는 액정표시장치의 구동방법을 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. 한 쌍의 기판, 및 상기 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 가지며,
    상기 한 쌍의 기판 중 한 쪽 기판 상에 형성된 복수의 게이트선, 상기 게이트선과 절연막을 사이에 두고 교차하는 복수의 소스선, 상기 게이트선과 상기 소스선의 교차부 부근에 형성된 스위칭 소자, 및 상기 소스선과 상기 스위칭 소자를 통하여 접속되는 화소전극을 가지며, 상기 소스선에 의해 화상표시에 필요한 신호 전위를 상기 스위칭 소자를 통하여 상기 화소전극에 공급하고, 상기 기판면에 평행한 전계를 인가하는 횡전계방식 액정표시장치의 구동방법에 있어서,
    상기 화소전극의 전위가 양극성일 때와 음극성일 때의 평균값이, 표시하는 계조에 따라 다르도록 상기 신호전위의 평균값을 설정하여 입력하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호전위의 평균값은, 상기 신호전위를 작성하는 소스선 구동회로로 외부로부터 입력된, 소정의 참조 계조에 있어서 양극성일 때와 음극성일 때의 참조 계조 전압의 평균값인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
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