KR100848103B1 - 시간 분할 색상 표시 방식의 액정 표시 장치 및 백라이트장치 - Google Patents

시간 분할 색상 표시 방식의 액정 표시 장치 및 백라이트장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소를 포함하는 액정 표시판 조립체, 적색, 녹색 및 청색을 위한 계조 신호가 인가되고, 상기 계조 신호에 해당하는 계조 전압을 선택하여 데이터 신호로서 상기 화소에 인가하는 데이터 구동부, 그리고 상기 계조 신호와 상기 계조 신호의 표시를 제어하는 제어 입력 신호를 공급받아 상기 데이터 신호 구동부를 제어하는 신호 제어부를 포함한다. 이 데이터 구동부는 상기 적색, 녹색 및 청색 중 청색을 위한 상기 데이터 신호의 인가 회수를 적색과 녹색을 위한 데이터 신호의 인가 회수보다 적게 하여, 적색과 청색을 위한 데이터 신호의 인가 시간을 증가시킨다. 따라서 적색과 녹색을 위한 액정 축전기의 전하 충전 시간이 늘어나므로, 액정 표시 장치의 화질이 개선된다.
액정표시장치, LCD, 3원색램프, 백라이트

Description

시간 분할 색상 표시 방식의 액정 표시 장치 및 백라이트 장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY FOR PERFORMING TIME DIVISION COLOR DISPLAY AND BACKLIGHT UNIT THEREFOR}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 백라이트 발광 상태를 나타내는 타이밍도이다.
본 발명은 액정 표시 장치 및 백라이트 장치에 관한 것으로서, 특히 시간 분할 색상 표시 방식의 액정 표시 장치 및 이에 사용되는 백라이트 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 두 표시판 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정 물질에 전계를 인가하고, 이 전계의 세기를 조절하여 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 얻는 표시 장치이다. 이러한 액정 표시 장치는 휴대가 간편한 평판 표시 장치 중에서 대표적인 것으로서, 이 중에서도 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 스위칭 소자로 이용한 TFT-LCD가 주로 이용되고 있다.
이러한 TFT-LCD의 경우 색 표시를 구현하기 위하여 각 화소가 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 색상 중 어느 하나를 표시하거나(공간 분할), 모든 화소가 시간에 따라 바꿔가며 R, G, B 색상을 표시한다(시간 분할).
공간 분할 방식의 경우에는 R, G, B의 색 필터를 화소 전극에 대응하는 영역에 각각 장착하여 컬러 색상을 표시할 수 있도록 한다. 이 경우 액정 표시판 조립체 뒷면에 설치된 발광 다이오드(LED) 등의 백색 광원으로부터의 빛이 색 필터와 액정층을 통과하여, 색 필터에 해당하는 색의 빛을 투과시킨다.
시간 분할 방식의 경우에는 R, G, B의 광원(발광 다이오드 또는 형광 램프)을 따로 설치하여 액정 표시 장치의 색상을 구현한다.
종래의 시간 분할 방식은 게이트 구동부와 데이터 구동부의 동작에 따라 모든 화소를 주사한 후 적색 광원을 점등시키고, 다시 모든 화소를 주사하고 녹색 광원을 점등시킨 후, 마지막으로 또 한번 모든 화소를 주사한 후 청색 광원을 점등시키므로, 공간 분할 방식에서의 한 프레임 시간(통상 16.6ms) 동안 적색, 녹색 및 청색에 대하여 세 번, 즉 세 프레임을 수행하여야 한다. 따라서 각 프레임의 수행 시간은 1/3인 5.5ms 이하로 줄어들게 된다.
따라서 색 필터를 이용할 때보다, 세 배 이상 빠른 속도로 주사 동작과 광원의 점등 동작을 실시해야 하므로, 액정 축전기의 전하 충전 시간이 줄어드는 문제가 있으며, 특히 이러한 문제는 액정 표시 장치의 크기가 대형화될수록 더욱 심각 해진다.
그러므로 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적색, 녹색 및 청색의 광원을 이용하여 색상을 표현할 경우 액정 축전기의 전하 충전 시간을 증가시키는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 특징은,
행렬의 형태로 배열된 복수의 화소를 포함하는 액정 표시판 조립체,
복수의 색상을 위한 계조 신호에 해당하는 계조 전압을 선택하여 데이터 신호로서 상기 화소에 인가하는 데이터 구동부, 그리고
상기 계조 신호와 상기 계조 신호를 제어하는 제어 입력 신호를 상기 데이터 구동부에 공급하는 신호 제어부
를 포함하는 액정 표시 장치이다.
바람직하게 신호 제어부는 복수의 색상 중 적어도 하나의 색상을 위한 데이터 신호의 인가 회수를 다른 색상을 위한 데이터 신호의 인가 회수보다 적게 한다.
복수의 색상은 적색, 녹색 및 청색이며, 상기 적어도 하나의 색상은 상기 청색인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징으로 액정 축전기를 가지고 있는 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치의 백라이트 장치이다. 이 백라이트 장치는,
복수의 색상의 광원을 구비하고 있는 백라이트부,
상기 각 색상의 광원의 점등 동작을 제어하는 복수 개의 점등 제어 신호를 공급하는 백라이트 구동부, 그리고
상기 화소에 인가되는 데이터 신호와 상기 점등 제어 신호를 제어하는 신호 제어부
를 포함하고 있고, 복수의 색상의 광원 중 적어도 하나의 점등 빈도는 다른 광원의 점등 빈도보다 낮다.
바람직하게, 복수의 색상의 광원은 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원을 포함하며, 상기 적어도 하나의 광원은 상기 청색 광원이다.
적어도 하나의 광원의 점등 강도는 상기 다른 광원의 점등 빈도수와의 차이에 대한 역수만큼 강하게 하는 것이 바람직하다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
다음에 도 1과 도 2를 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 백라이트 장치에 대한 동작을 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 백라이트 발광 상태를 나타내는 타이밍도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 백라이트 구동 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly, 이하 줄여서 "액정 표시판"이라 한다)(300) 및 이에 연결된 게이트 구동부(gate driver)(420)와 데이터 구동부(data driver)(430), 게이트 구동부(420)에 연결된 구동 전압 생성부(driving voltage generator)(560)와 데이터 구동부(430)에 연결된 계조 전압 생성부(gray voltage generator)(570), 액정 표시판 조립체(300) 하부 또는 측면에 장착되어 있고 적색 발광 다이오드(61), 녹색 발광 다이오드(62) 및 청색 발광 다이오드(63)를 구비하고 있는 백라이트부(600), 이 백라이트부(600)를 점등시키기 위하여 점등 신호를 출력하는 백라이트 구동부(700), 그리고 이들을 제어하는 신호 제어부(signal controller)(550)를 포함하고 있다.
액정 표시판(300)은 등가 회로로 볼 때 복수의 신호선(G1-Gn, D1-Dm )과 이에 연결된 복수의 화소(pixel)를 포함하며, 각 화소는 신호선(G1-Gn, D1-D m)에 연결된 스위칭 소자(switching element)(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(Clc) 및 유지 축전기(storage capacitor)(Cst)를 포함한다. 신호선(G1-Gn, D1-D m)은 주사 신호(scanning signal) 또는 게이트 신호(gate signal)를 전달하며 행 방향으로 뻗어 있는 복수의 주사 신호선 또는 게이트선(G1-Gn)과 화상 신호(image signal) 또는 데이터 신호(data signal)를 전달하며 열 방향으로 뻗어 있는 데이터 신호선 또는 데이터선(D1-Dm)을 포함한다. 스위칭 소자(Q)는 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(G1-Gn)에 연결되어 있고 입력 단자는 데이터선(D1-Dm)에 연결되며, 출력 단자는 액정 축전기(Clc) 및 유지 축전기(Cst)의 한 단자에 연결되어 있다.
액정 축전기(Clc)는 스위칭 소자(Q)의 출력 단자와 공통 전압(common voltage, Vcom) 또는 기준 전압(reference voltage)에 연결되어 있다. 유지 축전기(Cst)의 다른 단자는 다른 전압, 예를 들면 기준 전압에 연결되어 있다. 그러나 유지 축전기(Cst)의 다른 단자는 바로 위의 게이트선[이하 "전단 게이트선(previous gate line)"이라 함]에 연결되어 있을 수 있다. 전자의 연결 방식을 독립 배선 방식(separate wire type)이라고 하며, 후자의 연결 방식을 전단 게이트 방식(previous gate type)이라고 한다.
게이트 구동부(420) 및 데이터 구동부(430)는 각각 스캔 구동부(scan driver) 및 소스 구동부(source driver)라고도 하며 복수의 게이트 구동 IC(integrated circuit) 및 데이터 구동 IC로 이루어지는 것이 일반적이다. 각 IC는 액정 표시판 조립체(300)의 외부에 따로 존재하거나 조립체(300) 위에 장착될 수도 있고, 신호선(G1-Gn, D1-Dm) 및 박막 트랜지스터(Q)와 동일한 공정으로 조립체(300) 위에 형성될 수도 있다.
게이트 구동부(420)는 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G1-Gn)에 연결되어 구동 전압 생성부(560)로부터의 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)에 인가한다.
데이터 구동부(430)는 조립체(300)의 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 있으며 계 조 전압 생성부(570)로부터의 계조 전압(gray voltage)을 선택하여 데이터 신호로서 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
이러한 게이트 구동부(420)와 데이터 구동부(430), 구동 전압 생성부(560) 등의 동작은 액정 표시판 조립체(300)의 외부에 존재하며 이들에 연결된 신호 제어부(550)에 의하여 제어되는데 이에 대하여 상세하게 설명한다.
신호 제어부(550)는 외부의 그래픽 제어기(graphic controller)(도시하지 않음)로부터 RGB 계조 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 제어 입력 신호(input control signal), 예를 들면 수직 동기 신호(vertical synchronizing signal, Vsync)와 수평 동기 신호(horizontal synchronizing signal, Hsync), 메인 클록(main clock, CLK), 데이터 인에이블 신호(data enable signal, DE) 등을 제공받는다. 신호 제어부(550)는 제어 입력 신호를 기초로 게이트 제어 신호 및 데이터 제어 신호를 생성하고 계조 신호(R, G, B)를 액정 표시판(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리한 후, 게이트 제어 신호를 게이트 구동부(420)와 구동 전압 생성부(560)로 내보내고 데이터 제어 신호와 처리한 계조 신호(R', G', B')는 데이터 구동부(430)로 내보낸다. 또한 신호 제어부(550)는 백라이트부(600)를 점등시키기 위한 백라이트 제어 신호를 백라이트 구동부(700)로 보낸다.
게이트 제어 신호는 게이트 온 펄스(게이트 신호의 하이 구간)의 출력 시작을 지시하는 수직 동기 시작 신호(vertical synchronization start signal, STV), 게이트 온 펄스의 출력 시기를 제어하는 게이트 클록 신호(gate clock signal, CPV) 및 게이트 온 펄스의 폭을 한정하는 게이트 온 인에이블 신호(gate on enable signal, OE) 등을 포함한다. 이중에서 게이트 온 인에이블 신호(OE)와 게이트 클록 신호(CPV)는 구동 전압 생성부(560)에 공급된다. 데이터 제어 신호는 계조 신호의 입력 시작을 지시하는 수평 동기 시작 신호(horizontal synchronization start signal, STH)와 데이터선에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(load signal, LOAD 또는 TP) 및 데이터 클록 신호(data clock signal, HCLK) 등을 포함한다. 또한 백라이트 제어 신호는 수직 동기 신호(Vsync) 등에 따라 적색, 녹색 및 청색용 발광 다이오드(61-63)를 해당하는 시기에 점등시키는 신호이다.
게이트 구동부(420)는 신호 제어부(550)로부터의 게이트 제어 신호에 따라 게이트 온 펄스를 차례로 게이트선(G1-Gn)에 인가하여 이 게이트선(G1-G n)에 연결된 한 행의 스위칭 소자(Q)를 턴온시킨다. 이와 동시에 데이터 구동부(430)는 신호 제어부(550)로부터의 데이터 제어 신호에 따라 턴온된 스위칭 소자(Q)가 위치한 화소 행에 계조 신호(R', G', B')에 대응하는 계조 전압 생성부(570)로부터의 아날로그 전압을 데이터 신호로서 해당 데이터선(D1-Dm)에 공급한다. 데이터선(D1-D m)에 공급된 데이터 신호는 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통해 해당 화소에 인가된다. 이러한 방식으로, 모든 게이트선(G1-Gn)에 대하여 게이트 온 펄스를 인가하여 모든 화소 행에 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 위한 데이터 신호를 인가한 후, 백라이트 구동부(700)로 백라이트 제어 신호를 공급하여 해당하는 발광 다이오드(61-63)를 점등시킨다. 이어 다른 색상용 데이터 신호를 전체 화소에 인가하고 해당 발광 다 이오드(61-63)를 점등시키는 과정을 반복한다. 본 발명의 실시예에서는, 청색 데이터 신호의 인가 회수를 적색, 녹색 데이터 신호의 인가 회수와 다르게 한다.
다음에, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 백라이트의 동작에 대하여 좀더 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 동작 원리부터 설명한다.
적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)인 빛의 3원색으로 나타나는 화이트 빛은 22%의 적색 빛과 67%의 녹색 빛과 나머지 11%의 청색 빛으로 이루어져 있다. 따라서 이러한 비율로 적색, 녹색 및 청색이 합해질 때 인간은 화이트 빛을 시각적으로 느끼게 된다.
위의 비율에서 알 수 있듯이 청색이 기여하는 기여도는 11%로 적색과 녹색에 비하여 현저히 낮으므로, 실질적으로 액정 표시 장치의 휘도나 해상도에 많은 영향을 주지 않는다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 청색용 데이터 신호의 인가 빈도수를 줄이고, 그에 따라 백라이트부(600)의 청색 발광 다이오드(63)에 대한 점등 회수도 감소시킨다.
도 2에 도시한 바와 같이, 화면을 만들기 위한 통상의 시간 분할 방식에서의 여섯 프레임 시간(33.3ms) 동안, 게이트 구동부(420)가 가장 위쪽 행부터 가장 아래의 행까지 차례로 주사하기를 다섯 번, 즉 다섯 프레임 수행한다. 데이터 구동부(430)는 각각의 프레임마다 데이터 신호를 R → G → B → R → G 순으로 인가한다. 따라서 통상의 시간 분할 방식에서의 여섯 프레임 시간 동안 적색용 데이터 신호와 녹색용 데이터 신호의 인가 회수는 두 번이지만, 청색용 데이터 인가 회수는 한번이 된다.
그리고 신호 제어부(550)는 적색, 녹색 및 청색에 해당하는 데이터 신호가 각각 인가될 때마다 해당 색상의 발광 다이오드(61-63)를 역시 R → G → B → R → G 순으로 점등시킨다. 그러므로 여섯 프레임 시간 동안 백라이트부(600)의 적색 발광 다이오드(61)와 녹색 발광 다이오드(62)는 두 번 점등되지만, 청색 발광 다이오드(63)는 한번만 점등된다.
이때, 청색 발광 다이오드(63)의 점등 빈도를 줄이는 대신에 발광 강도를 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 발광 강도는 줄어든 점등 빈도의 역수만큼 강하게 할 수 있다.
이와 같이, 통상의 시간 분할 방식에서의 여섯 프레임 시간 동안 다섯 프레임만을 수행하므로 각 프레임을 수행하는 데 걸리는 시간이 늘어난다. 그러므로 그만큼 액정 축전기의 전하 충전 시간을 늘릴 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 백라이트부(600)는 발광 다이오드로 이루어져 있지만 냉음극관 등 다른 광원을 이용할 수 있다.
적색, 녹색 및 청색의 3원색 램프를 이용하여 컬러 색상을 표현할 때 화이트 색에 대한 기여도가 가장 낮은 청색에 대한 주사 회수를 감소시켜, 각 프레임의 수행 시간을 늘림으로써 액정 축전기의 전하 충전 시간이 늘어나므로, 액정 표시 장치의 화질이 개선된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (5)

  1. 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소를 포함하는 액정 표시판 조립체,
    복수의 색상을 위한 계조 신호에 해당하는 계조 전압을 선택하여 데이터 신호로서 상기 화소에 인가하는 데이터 구동부, 그리고
    상기 계조 신호와 상기 계조 신호를 제어하는 제어 입력 신호를 상기 데이터 구동부에 공급하는 신호 제어부
    를 포함하고,
    상기 신호 제어부는 상기 복수의 색상 중 어느 하나의 색상을 위한 상기 데이터 신호의 인가 회수를 다른 색상을 위한 데이터 신호의 인가 회수보다 적게 하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 색상은 적색, 녹색 및 청색이며, 상기 하나의 색상은 상기 청색인 액정 표시 장치.
  3. 액정 축전기를 가지고 있는 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치의 백라이트 장치로서,
    복수의 색상의 광원을 구비하고 있는 백라이트부,
    상기 각 색상의 광원의 점등 동작을 제어하는 복수 개의 점등 제어 신호를 공급하는 백라이트 구동부, 그리고
    상기 화소에 인가되는 데이터 신호와 상기 점등 제어 신호를 제어하는 신호 제어부
    를 포함하고,
    상기 복수의 색상의 광원 중 어느 하나의 점등 빈도는 다른 광원의 점등 빈도보다 낮은
    액정 표시 장치의 백라이트 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 복수의 색상의 광원은 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원을 포함하며, 상기 하나의 광원은 상기 청색 광원인 액정 표시 장치의 백라이트 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에서,
    상기 하나의 광원의 점등 강도는 상기 다른 광원의 점등 빈도수와의 차이에 대한 역수만큼 강하게 하는 액정 표시 장치의 백라이트 장치.
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