KR101323523B1 - 액정표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동영상 응답시간 성능을 향상시킬 수 있는 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
이 액정표시장치는 액정표시패널; 상기 액정표시패널의 데이터라인들을 구동하는 데이터 구동회로; 상기 액정표시패널의 게이트라인들을 구동하는 게이트 구동회로; 단위 프레임 기간을 제1 및 제2 서브 프레임 기간으로 분할하고 동일한 단위 프레임 데이터를 상기 제1 및 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 데이터 구동회로에 반복 공급하고, 단위 프레임 주파수를 체배하여 N(N은 2 이상의 양의 정수) 배속 프레임 주파수로 상기 구동회로들의 동작 타이밍을 제어하는 타이밍 콘트롤러; 하나 이상의 광원들을 포함하여 상기 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트; 및 상기 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 광원들을 모두 소등시키고 상기 제2 서브 프레임 기간 내에서 상기 광원들을 모두 점등시키는 광원 구동회로를 구비한다.

Description

액정표시장치 및 그 구동방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 동영상 응답시간(Moving Picture Response Time : 이하, "MPRT") 성능을 향상시킬 수 있는 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식의 액정표시장치는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 "TFT")를 이용하여 동영상을 표시하고 있다. 이 액정표시장치는 음극선관(Cathode Ray Tube, 이하 "CRT)에 비하여 박형화 및 고정세화가 가능하여 휴대용 정보기기, 사무기기, 컴퓨터 등에서 표시기에 응용됨은 물론, 텔레비젼에도 응용되어 빠르게 CRT를 대체하고 있다.

액정표시장치를 통해 동영상을 표시할 때, 액정의 유지특성으로 인하여 화면이 선명하지 못하고 흐릿하게 보이는 모션 블러링이 나타날 수 있다. MPRT 성능을 향상시키기 위하여, 스캐닝 백라이트 구동 기술이 제안된 바 있다. 스캐닝 백라이트 구동 기술은 도 1 및 도 2와 같이 표시라인의 스캔방향을 따라 백라이트 유닛의 광원들을 순차적으로 점멸시켜 CRT의 임펄씨브(Impulsive) 구동과 유사한 효과를 제공하여 액정표시장치의 모션 블러링을 개선한다. 도 1 및 도 2에서, 검은색으로 표시된 부분은 백라이트가 소등된 것을 지시하고, 흰색으로 표시된 부분은 백라이트가 점등된 것을 지시한다.

그런데 스캐닝 백라이트 구동 기술은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 스캐닝 백라이트 구동 기술에 의하는 경우, 매 프레임 기간마다 백라이트 유닛의 광원들이 일정시간 동안 소등되기 때문에 화면이 어두워지는 단점이 있다. 이러한 단점을 줄이기 위하여 화면의 밝기에 따라 소등시간을 조절하는 방법을 고려할 수 있지만, 이 경우 밝은 화면에서 소등시간이 짧아지거나 소등시간이 없어지게 되므로 MPRT 성능 개선 효과가 작아지게 된다.

둘째, 스캐닝 백라이트 구동 기술에 의하는 경우, 스캐닝 블럭들 간 광원들의 점소등 타이밍이 서로 다르기 때문에 블럭 경계부에서 광 간섭이 발생되는 단점이 있다.

셋째, 스캐닝 백라이트 구동 기술은 액정표시패널로 출사되는 광을 스캐닝 블럭 단위로 제어할 수 있어야 하기 때문에, 백라이트 유닛에서 광원들의 배치 위치에 제한을 받는다. 백 라이트 유닛은 직하형(Direct type)과 에지형(Edge type)으로 대별된다. 직하형 백라이트 유닛은 액정표시패널의 아래에 다수의 광학시트들과 확산판이 적층되고 확산판 아래에 다수의 광원들이 배치되는 구조를 갖기 때문에, 스캐닝 백라이트 구현이 용이하다. 반면, 에지형 백라이트 유닛은 도광판의 측면에 대향되도록 광원이 배치되고 액정표시패널과 도광판 사이에 다수의 광학시트들이 배치되는 구조를 갖는다. 에지형 백라이트 유닛은 광원이 도광판의 일측에 빛을 조사하고 도광판이 선광원(또는 점광원)을 면광원으로 변환하는 구조를 취하므로, 사방으로 빛이 퍼지는 도광판의 특성상 액정표시패널로 출사되는 광을 표시블럭 단위로 제어하는 것이 불가능하여 스캐닝 백라이트 구현이 어렵다.

따라서, 본 발명의 목적은 광원들의 점소등 타이밍 차이에 의한 광 간섭 없이 MPRT 성능을 향상시킬 수 있도록 한 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 휘도 저하 없이 MPRT 성능을 향상시킬 수 있도록 한 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 백라이트 유닛을 구성하는 광원들의 배치 위치에 제한받지 않고 MPRT 성능을 향상시킬 수 있도록 한 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 액정표시패널; 상기 액정표시패널의 데이터라인들을 구동하는 데이터 구동회로; 상기 액정표시패널의 게이트라인들을 구동하는 게이트 구동회로; 단위 프레임 기간을 제1 및 제2 서브 프레임 기간으로 분할하고 동일한 단위 프레임 데이터를 상기 제1 및 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 데이터 구동회로에 반복 공급하고, 단위 프레임 주파수를 체배하여 N(N은 2 이상의 양의 정수) 배속 프레임 주파수로 상기 구동회로들의 동작 타이밍을 제어하는 타이밍 콘트롤러; 하나 이상의 광원들을 포함하여 상기 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트; 및 상기 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 광원들을 모두 소등시키고 상기 제2 서브 프레임 기간 내에서 상기 광원들을 모두 점등시키는 광원 구동회로를 구비한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라 액정표시패널과, 상기 액정표시패널의 데이터라인들을 구동하는 데이터 구동회로와, 상기 액정표시패널의 게이트라인들을 구동하는 게이트 구동회로와, 하나 이상의 광원들을 포함하여 상기 액정표시패널에 조사하는 백라이트를 갖는 액정표시장치의 구동방법은, 단위 프레임 기간을 제1 및 제2 서브 프레임 기간으로 분할하고 동일한 단위 프레임 데이터를 상기 제1 및 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 데이터 구동회로에 반복 공급하고, 단위 프레임 주파수를 체배하여 N(N은 2 이상의 양의 정수) 배속 프레임 주파수로 상기 구동회로들의 동작 타이밍을 제어하는 단계; 및 상기 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 광원들을 모두 소등시키고 상기 제2 서브 프레임 기간 내에서 상기 광원들을 모두 점등시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 단위 프레임을 제1 및 제2 서브 프레임으로 분할하여 동일한 데이터를 두 번 표시함과 아울러, 제1 서브 프레임 기간 동안 광원들을 모두 소등시키고 제2 서브 프레임 기간 내에서 광원들을 모두 점등시킨다. 그리고, 단위 프레임 내에서 광원들의 점등시간이 줄어든 만큼 광원 구동전류를 높인다. 이러한 블링킹 백라이트 구동 방식을 통해, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 휘도 저하 없이 또는,광원들의 점소등 타이밍 차이에 의한 광 간섭 없이 MPRT 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 MPRT 성능 개선을 위해 광원들을 블링킹 구동시키기 때문에, 에지형 백라이트 유닛으로도 얼마든지 구현 가능하다. 광 확산을 위해 광원들과 확산판 간 충분한 이격 거리를 요구하는 직하형 백라이트 유닛에 비해, 에지형 백라이트 유닛은 얇은 두께로 구현될 수 있다. 에지형 백라이트 유닛을 이용하는 경우, 액정표시장치의 박형화 추세에 쉽게 부응할 수 있게 된다.

도 1 및 도 2는 종래 스캐닝 백라이트 구동 기술을 보여주는 도면들.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 보여주는 도면.
도 4a 내지 도 4d는 백라이트 유닛에서 광원들의 배치 위치를 보여주는 도면들.
도 5 내지 도 7은 MPRT 성능을 개선을 위한 데이터 기입 및 광원들의 점소등 타이밍을 보여주는 도면들.
도 8은 종래와 비교하여 MPRT 성능이 향상되는 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면.
도 9는 PWM 신호의 듀티비에 따라 다르게 설정되는 구동전류 신호의 레벨들을 보여주는 도면.
도 10은 MPRT 성능 개선과 함께 글로벌 디밍/로컬 디밍을 구현하기 위한 도 3의 광원 제어회로의 구성을 보여주는 도면.

이하, 도 3 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 보여준다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 액정표시패널(10), 액정표시패널(10)의 데이터라인들(DL)을 구동하기 위한 데이터 구동회로(12), 액정표시패널(10)의 게이트라인들(GL)을 구동하기 위한 게이트 구동회로(13), 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(13)를 제어하는 타이밍 콘트롤러(11), 액정표시패널(10)에 빛을 조사하는 백라이트 유닛(18), 광원 제어 신호(LCS)를 발생하는 광원 제어회로(14), 광원 제어 신호(LCS)에 따라 광원들(16)을 블링킹(Blinking) 구동시키는 광원 구동회로(15), 및 주파수 변조회로(20)를 구비한다. 여기서, 블링킹 구동이란 광원들(16)을 한꺼번에 턴 온 및 턴 오프 시키는 구동을 의미한다.

액정표시패널(10)은 두 장의 유리기판과 이들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 액정표시패널(10)의 하부 유리기판에는 다수의 데이터라인들(DL)과 다수의 게이트라인들(GL)이 교차된다. 데이터라인들(DL)과 게이트라인들(GL)의 교차 구조에 의해 액정표시패널(10)에는 액정셀(Clc)들이 매트릭스 형태로 배치된다. 또한, 액정표시패널(10)의 하부 유리기판에는 TFT, TFT에 접속된 액정셀(Clc)의 화소전극(1), 및 스토리지 커패시터(Cst) 등이 형성된다.

액정표시패널(10)의 상부 유리기판 상에는 블랙매트릭스, 컬러필터 및 공통전극(2)이 형성된다. 공통전극(2)은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판 상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극(1)과 함께 하부 유리기판 상에 형성된다. 액정표시패널(10)의 상부 유리기판과 하부 유리기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다.

데이터 구동회로(12)는 다수의 데이터 드라이브 집적회로들을 포함한다. 데이터 드라이브 집적회로는 클럭신호를 샘플링하기 위한 쉬프트레지스터, 디지털 비디오 데이터를 일시저장하기 위한 레지스터, 쉬프트레지스터로부터의 클럭신호에 응답하여 데이터를 1 라인분씩 저장하고 저장된 1 라인분의 데이터를 동시에 출력하기 위한 래치, 래치로부터의 디지털 데이터값에 대응하여 감마기준전압의 참조하에 정극성/부극성의 감마전압을 선택하기 위한 디지털/아날로그 변환기, 정극성/부극성 감마전압에 의해 변환된 아날로그 데이터가 공급되는 데이터라인(DL)을 선택하기 위한 멀티플렉서 및 멀티플렉서와 데이터라인(DL) 사이에 접속된 출력버퍼 등을 구비한다. 여기서, 디지털 비디오 데이터(R'G'B')는 도 10과 같은 글로벌/로컬 디밍 적용시 액정표시패널(10)에 표시되는 데이터의 동적 범위를 확대하기 위한 변조 데이터를 지시한다. 변조 데이터(R'G'B')에 대해서는 도 10에서 설명하기로 한다.

데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(11)의 제어 하에 단위 프레임 데이터(RGB)를 래치하고, 이 래치된 데이터(RGB)를 정극성/부극성 감마보상전압을 이용하여 정극성/부극성 아날로그 데이터전압으로 변환한 후 데이터라인들(DL)에 공급한다.

게이트 구동회로(13)는 다수의 게이트 드라이브 집적회로들을 포함한다. 게이트 드라이브 집적회로는 쉬프트 레지스터, 쉬프트 레지스터의 출력신호를 액정셀의 TFT 구동에 적합한 스윙폭으로 변환하기 위한 레벨 쉬프터, 및 출력 버퍼 등을 구비한다. 게이트 구동회로(13)는 타이밍 콘트롤러(11)의 제어 하에 스캔펄스(또는 게이트펄스)를 순차적으로 출력하여 게이트라인들(GL)에 공급한다.

타이밍 콘트롤러(11)는 외부의 시스템 보드로부터의 타이밍신호들(Vsync, Hsync, DE, DCLK)에 기초하여 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들(DDC, GDC)을 발생한다. 타이밍 콘트롤러(11)는 데이터 타이밍 제어신호(DDC)와 게이트 타이밍 제어신호(GDC)를 체배하여 N(N은 2 이상의 양의 정수) 배속 프레임 주파수로 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(13)의 동작을 제어한다.

또한, 타이밍 콘트롤러(11)는 단위 프레임 기간을 제1 및 제2 서브 프레임 기간으로 시분할한다. 그리고, 타이밍 콘트롤러(11)는 주파수 변조회로(20)로부터 입력되는 단위 프레임 데이터(RGB)를 프레임 메모리 등을 이용하여 한 프레임 단위로 복사한다. 그리고, N 배속 프레임 주파수에 동기시켜 동일한 단위 프레임 데이터를 제1 및 제2 서브 프레임 기간 동안 데이터 구동회로(12)에 반복해서 공급한다. 단위 프레임 기간 내에서, 원본 데이터(RGB)는 제1 서브 프레임 기간 동안 화면에 표시되고, 복사 데이터(RGB)는 제2 서브 프레임 기간 동안 화면에 표시된다.

백라이트 유닛(18)은 직하형(Direct type)과 에지형(Edge type) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 본 발명은 MPRT 성능 개선을 위해 종래와 달리 블링킹(Blinking) 백라이트 구동방식을 이용하므로, 백라이트 유닛을 구성하는 광원들의 배치 위치에 제한받지 않는다. 도 3에 도시된 백라이트 유닛(18)은 에지형 백라이트 유닛을 예시하였지만 본 발명의 백라이트 유닛은 에지형 백라이트 유닛에 한정되지 않고 공지된 어떠한 구조의 백라이트 유닛도 포함한다. 에지형 백라이트 유닛(18)은 도광판(17), 도광판(17)의 측면에 빛을 조사하는 다수의 광원들(16), 및 도광판(17)과 액정표시패널(10) 사이에 적층된 다수의 광학시트들을 포함한다.

광원들(16)은 도광판(17)의 적어도 한 측면에 배치될 수 있다. 예컨대, 광원들(16)은 도 4a와 같이 도광판(17)의 네 측면에 배치될 수 있으며, 도 4b와 같이 도광판(17)의 상하 양 측면에 배치될 수 있다. 또한, 광원들(16)은 도 4c와 같이 도광판(17)의 좌우 양 측면에 배치될 수 있으며, 도 4d와 같이 도광판(17)의 일 측면에 배치될 수 있다. 광원들(16)은 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL) 또는 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL)로 구현될 수 있으나, 구동전류 조정에 대응하여 휘도 변화가 즉각적인 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED)로 구현됨이 보다 바람직하다. 도광판(17)은 그 상부 및/또는 하부 면에 형성된 다수의 음각/양각 패턴들, 프리즘 패턴들, 및 렌티큘라 패턴들 중 적어도 어느 하나를 더 구비할 수 있다. 이러한 패턴들은 광경로의 직진성을 확보함과 아울러 로컬 영역 단위로 백라이트를 제어할 수 있게 한다. 광학 시트들은 1 매 이상의 프리즘 시트와 1 매 이상의 확산시트를 포함하여 도광판(17)으로부터 입사되는 빛을 확산하고 액정표시패널(10)의 광입사면에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 빛의 진행경로를 굴절시킨다. 광학 시트들은 DBEF(dual brightness enhancement film)를 포함할 수도 있다.

광원 제어회로(14)는 광원들(16)의 점등 기간을 제어하기 위한 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation ; 이하, "PWM")신호와, 광원들(16)의 구동전류를 제어하기 위한 전류 제어신호를 포함하는 광원 제어신호(LCS)를 발생한다. PWM 신호의 최대 듀티비(Maximum Duty ratio)는 MPRT 성능이 향상될 수 있도록 50% 이하의 범위 내에서 미리 설정될 수 있다. 전류 제어신호에 의해, 구동전류의 레벨은 PWM 신호의 최대 듀티비에 반비례하도록 설정된다. 즉, PWM 신호의 최대 듀티비가 작게 설정될수록 구동전류의 레벨은 높게 설정된다. 이는, MPRT 성능 개선을 위해 한 프레임 기간 내에서 광원들(16)의 소등 시간이 길어지는 것에 대응하여, 화면의 휘도 저하를 보상하기 위함이다. PWM 신호의 최대 듀티비에 따라 다른 레벨로 설정되는 구동전류의 예들에 대해서는 도 9를 참조하여 후술한다. PWM 신호의 듀티비는 미리 설정된 최대 듀티비 이하의 범위 내에서 입력 영상에 따라 다른 값으로 조절될 수 있다. 이 경우, 광원 제어회로(14)는 단위 프레임 데이터에 대한 분석 결과에 기초하여 최대 듀티비 범위 내에서 PWM 신호의 듀티비를 조절함으로써 글로벌 디밍을 구현하거나 또는 로컬 디밍을 구현할 수 있다. 글로벌/로컬 디밍 구현시 광원 제어회로(14)는 PWM 신호의 듀티비 조절과 함께 단위 프레임 데이터를 변조하여 입력 영상의 동적 범위를 확대할 수 있다. 광원 제어회로(14)는 타이밍 콘트롤러(11)에 내장될 수 있다.

광원 제어신호(LCS)는 광원들(16)의 점소등 타이밍을 포함한다. 광원들(16)의 점등 타이밍은 MPRT의 유니포머티 향상을 위해 액정표시패널(10)의 중간 수평라인 부분에 배치된 액정들이 세츄레이션(Saturation) 된 이후로 정해지되, PWM 신호의 듀티비에 따라 다르게 정해질 수 있다. 광원들(16)의 소등 타이밍은 액정표시패널(10)의 중간 수평라인 부분에 다음 단위 프레임의 데이터가 기입되기 직전으로 고정될 수 있다.

광원 구동회로(15)는 광원 제어신호(LCS)에 응답하여 제1 서브 프레임 기간 동안 광원들(16)을 모두 소등시키고, 제2 서브 프레임 기간 내에서 광원들(16)을 모두 점등시킴으로써, 광원들(16)을 블링킹(Blinking) 구동시킨다.

주파수 변조회로(20)는 블링킹 구동시 플리커(Flicker)가 인지되지 않도록 단위 프레임 주파수를 상향 변조할 수 있다. 이를 위해, 주파수 변조회로(20)는 비디오 소스로부터 공급되는 영상 프레임 데이터에 보간 프레임 데이터를 삽입하여 단위 프레임 데이터를 생성한다. 예컨대, 주파수 변조회로(20)는 60Hz로 입력되는 영상 프레임 데이터 1장 당 보간 프레임 데이터 1장을 삽입하여 단위 프레임 데이터를 생성함으로써, 단위 프레임 주파수를 120Hz로 상향 변조할 수 있다. 또한, 주파수 변조회로(20)는 60Hz로 입력되는 영상 프레임 데이터 4장 당 보간 프레임 데이터 1장을 삽입하여 단위 프레임 데이터를 생성함으로써, 단위 프레임 주파수를 플리커가 인지되지 않는 최소값인 75Hz로 상향 변조할 수 있다. 주파수 변조회로(20)는 생성된 단위 프레임 데이터를 타이밍 콘트롤러(11)에 공급한다. 주파수 변조회로(20)는 시스템 회로에 내장될 수 있다. 단위 프레임 주파수가 120Hz 일 때에 비해 75Hz 일 때에는, 데이터 전송폭(Data Bandwidth)이 줄어들기 때문에 주파수 변조회로(20)와 타이밍 콘트롤러(11) 간 데이터 전송포트 수가 절반 이하로 줄어드는 부수적인 효과가 있다.

도 5 내지 도 7은 MPRT 성능을 개선하기 위한 데이터 기입 및 광원들의 점소등 타이밍을 보여준다.

도 5를 참조하면, 타이밍 콘트롤러는 단위 프레임 주파수 대비 2배로 체배된 프레임 주파수를 이용하여 구동회로들을 제어함으로써, 단위 프레임을 제1 서브 프레임(SF1)과 제2 서브 프레임(SF2)으로 시분할 구동한다. 그리고, 타이밍 콘트롤러는 단위 프레임 데이터를 더블링(Doubling) 한 후, 동일한 단위 프레임 데이터를 제1 및 제2 서브 프레임 기간(SF1,SF2) 동안 데이터 구동회로에 반복 공급한다. 그 결과, 제1 서브 프레임(SF1) 기간 동안 한 프레임 분의 원본 데이터가 표시되고, 제2 서브 프레임(SF2) 기간 동안 한 프레임 분의 복사 데이터(원본 데이터와 동일)가 액정표시패널에 표시된다. 광원들은 제1 서브 프레임(SF1) 기간 동안 소등 상태를 유지한 후, 제2 서브 프레임(SF2) 기간 내에서 점등된다.

광원들은 도 6과 같이 단위 프레임 내에서 액정표시패널의 중간부 액정(LC)이 세츄레이션 된 이후에 동시에 점등된다. 액정(LC)의 세츄레이션 타이밍은 액정표시패널의 스캔 순서에 맞추어 액정표시패널의 상부에서 하부로 갈수록 늦어진다. 액정표시패널의 전 영역에서 액정(LC)의 세츄레이션 타이밍과 광원들의 점등 타이밍 간 차를 줄이기 위해, 광원들의 점등 타이밍은 액정표시패널의 중간부 액정(LC)이 세츄레이션 되는 타이밍을 기준으로 하여 맞춰진다. 액정(LC)이 세츄레이션 되기까지는 단위 프레임 데이터의 어드레싱(Addressing) 후 일정 시간이 소요된다. 본 발명과 같이 체배된 프레임 주파수에 동기시켜 단위 프레임 데이터를 어드레싱하면, 단위 프레임 데이터가 액정표시패널의 전 영역에 어드레싱 되는데 소요되는 시간이 주파수 체배 전의 절반 이하로 줄어든다. 이에 따라 본 발명은 액정표시패널의 상부 및 하부 간 액정 응답에 할애되는 시간차를 크게 줄여 MPRT의 유니포머티(Uniformity)를 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 단위 프레임 내에서 동일한 데이터를 두 번 어드레싱하기 때문에, 액정이 세츄레이션 된 이후에도 이 세츄레이션 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 그리고, 본 발명과 같이 액정이 세츄레이션 상태로 유지되는 제2 서브 프레임(SF2) 기간 내에서 광원들을 점등시키면, 액정표시패널의 전 영역에서 액정(LC)의 세츄레이션 타이밍과 광원들의 점등 타이밍 간 차를 획기적으로 줄일 수 있다.

제2 서브 프레임(SF2) 기간 내에서, 광원들의 점등 타이밍은 도 7과 같이 PWM 신호의 최대 듀티비에 따라 다르게 결정될 수 있다. 예컨대, 광원들의 점등 타이밍은 최대 듀티비 50%를 구현하기 위해 제1 시점(t1)으로 결정될 수 있고, 50%보다 작은 최대 듀티비를 구현하기 위해 제1 시점(t1)보다 늦은 제2 시점(t2)으로 결정될 수 있다.

도 8은 종래와 비교하여 MPRT 성능이 향상되는 시뮬레이션 결과를 보여준다. 도 8의 (A) 및 (B) 각각에서 횡축은 시간(ms)을, 종축은 정량화(定量化)된 휘도값을 각각 나타낸다. 도 8의 (A)는 프레임 주파수를 60Hz로, PWM 신호의 듀티비를 100% 로 설정한 종래 구동을 지시한다. 그리고, 도 8의 (B)는 단위 프레임 주파수(unit frame frequency)를 120Hz로, PWM 신호의 최대 듀티비를 50%로 설정하고, 두 개의 서브 프레임 기간들로 시분할 구동하는 본 발명의 일 예를 보여준다.

도 8의 (A)와 같이, 광원들(BL)을 100% 듀티로 점등시키고 액정(LC)을 구동시켜 표시영상을 제1 계조(예컨대, 블랙 계조)에서 제2 계조(예컨대, 화이트 계조)로 변화시키는 경우, 표시패널의 휘도는 제2 계조를 구현하기 위해 제1 목표 휘도값(1.0)으로 점차 변화한다. 이때, MPRT 값은 제1 목표 휘도값(1.0)의 10%(0.2) 에서 90%(0.9)가 될 때까지의 응답시간으로서, 13.93(17.38-3.45)ms 이다.

반면, 도 8의 (B)와 같이, 광원들(BL)을 50% 듀티로 점등시키고 액정(LC)을 구동시켜 표시영상을 제1 계조(예컨대, 블랙 계조)에서 제2 계조(예컨대, 화이트 계조)로 변화시키는 경우, 표시패널의 휘도는 제2 계조를 구현하기 위해 제2 목표 휘도값(0.5)으로 점차 변화한다. 이때, MPRT 값은 제2 목표 휘도값(0.5)의 10%(0.05) 에서 90%(0.45)가 될 때까지의 응답시간으로서, 3.71(8.62-4.91) ms 이다. 여기서, 광원들(BL)의 점등 듀티가 50%이기 때문에, 제2 목표 휘도값(0.5)은 제1 목표 휘도값(1.0)의 절반값에 해당하게 된다.

도 8의 (B)와 같은 시뮬레이션 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명은 도 8의 (A)와 같은 종래에 비해 MPRT 값을 획기적으로 줄임으로써 MPRT 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

도 9는 백라이트 블링킹 구동시 휘도 저하를 보상하기 위해 PWM 신호의 최대 듀티비에 따라 다르게 설정되는 구동전류의 레벨들을 보여준다.

도 9를 참조하면, 구동전류의 레벨은 PWM 신호의 최대 듀티비와 반비례 관계를 갖도록 설정된다. 예컨대, 구동전류의 레벨은, 50%의 최대 듀티비로 설정되는 PWM 신호에 대응하여 기준전류 레벨(A)의 2배(2A)로, 33%의 최대 듀티비로 설정되는 PWM 신호에 대응하여 기준전류 레벨(A)의 3배(3A)로, 25%의 최대 듀티비로 설정되는 PWM 신호에 대응하여 기준전류 레벨(A)의 4배(4A)로, 20%의 최대 듀티비로 설정되는 PWM 신호에 대응하여 기준전류 레벨(A)의 5배(5A)로 설정될 수 있다. 여기서, 기준전류 레벨(A)은 100%의 최대 듀티비에 대응되는 전류레벨로써, 광원 제어회로 내의 특정 레지스터에 미리 저장되어 있다.

도 10은 MPRT 성능 개선과 함께 글로벌/로컬 디밍을 구현하기 위한 도 3의 광원 제어회로(14)의 구성을 보여준다.

도 10을 참조하면, 광원 제어회로(14)는 데이터 분석부(141), 데이터 변조부(142), 및 듀티 조절부(143)를 더 구비할 수 있다.

데이터 분석부(141)는 단위 프레임 데이터(RGB)의 히스토그램 즉, 누적 분포 함수를 연산하고 그 누적 분포 함수의 평균값, 최빈값 등의 프레임 대표값을 산출한다. 프레임 대표값은 글로벌 디밍 구현시 한 화면 전체를 기준으로 산출될 수 있으며, 로컬 디밍 구현시 한 화면보다 작게 미리 정해진 블럭 단위로 산출될 수 있다. 데이터 분석부(141)는 프레임 대표값에 따라 이득값(G)을 결정하여 그 이득값(G)을 데이터 변조부(142)와 듀티 조절부(143)에 공급한다. 이득값(G)은 프레임 대표값이 높을수록 높은 값으로 결정되고, 프레임 대표값이 낮을수록 낮은 값으로 결정될 수 있다.

데이터 변조부(142)는 데이터 분석부(141)로부터의 이득값을 기반으로 단위 프레임 데이터(RGB)를 변조하여 액정표시패널(10)에 입력되는 데이터(R'G'B')의 동적 범위를 확대할 수 있다. 데이터 분석부(141)로부터의 이득값이 높을수록 데이터의 상향 변조폭이 커지고 이득값이 낮을수록 데이터의 하향 변조폭이 커질 수 있다. 데이터 변조부(142)의 데이터 변조 연산식은 룩업 테이블(Look-up table)로 구현될 수 있다.

듀티 조절부(143)는 데이터 분석부(141)로부터의 이득값(G)에 따라 PWM 신호의 듀티비를 조절할 수 있다. PWM 신호의 듀티비는 미리 설정된 최대 듀티비 이하의 범위 내에서 이득값(G)에 비례하여 조절될 수 있다. PWM 신호의 듀티비는 한 화면 전체 또는 블럭 단위로 조절될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 단위 프레임을 제1 및 제2 서브 프레임으로 분할하여 동일한 데이터를 두 번 표시함과 아울러, 제1 서브 프레임 기간 동안 광원들을 모두 소등시키고 제2 서브 프레임 기간 내에서 광원들을 모두 점등시킨다. 그리고, 단위 프레임 내에서 광원들의 점등시간이 줄어든 만큼 광원 구동전류를 높인다. 이러한 블링킹 백라이트 구동 방식을 통해, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 휘도 저하 없이 또는,광원들의 점소등 타이밍 차이에 의한 광 간섭 없이 MPRT 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 MPRT 성능 개선을 위해 광원들을 블링킹 구동시키기 때문에, 에지형 백라이트 유닛으로도 얼마든지 구현 가능하다. 광 확산을 위해 광원들과 확산판 간 충분한 이격 거리를 요구하는 직하형 백라이트 유닛에 비해, 에지형 백라이트 유닛은 얇은 두께로 구현될 수 있다. 에지형 백라이트 유닛을 이용하는 경우, 액정표시장치의 박형화 추세에 쉽게 부응할 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 액정표시패널 11 : 타이밍 콘트롤러
12 : 데이터 구동회로 13 : 게이트 구동회로
14 : 광원 제어회로 15 : 광원 구동회로
16 : 광원들 17 : 도광판
18 : 백라이트 유닛 20 : 주파수 변조회로

Claims (22)

1. 액정표시패널;
   상기 액정표시패널의 데이터라인들을 구동하는 데이터 구동회로;
   상기 액정표시패널의 게이트라인들을 구동하는 게이트 구동회로;
   단위 프레임 기간을 제1 및 제2 서브 프레임 기간으로 분할하고 동일한 단위 프레임 데이터를 상기 제1 및 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 데이터 구동회로에 반복 공급하고, 단위 프레임 주파수를 체배하여 N(N은 2 이상의 양의 정수) 배속 프레임 주파수로 상기 구동회로들의 동작 타이밍을 제어하는 타이밍 콘트롤러;
   하나 이상의 광원들을 포함하여 상기 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트;
   상기 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 광원들을 모두 소등시키고 상기 제2 서브 프레임 기간 내에서 상기 광원들을 모두 점등시키는 광원 구동회로; 및
   상기 광원들의 점소등을 제어하기 위한 PWM 신호와 상기 광원들에 인가되는 구동전류를 제어하기 위한 전류 제어신호를 발생하는 광원 제어회로를 구비하고,
   상기 구동전류의 레벨은 상기 PWM 신호의 최대 듀티비에 반비례하도록 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 단위 프레임 주파수는 120Hz이고, 상기 N 배속 프레임 주파수는 240Hz 인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 단위 프레임 주파수는 75Hz이고, 상기 N 배속 프레임 주파수는 150Hz 인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 PWM 신호의 최대 듀티비는 50% 이하의 범위 내에서 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 광원들의 점등 타이밍은 상기 액정표시패널의 중간 부분에서 액정이 세츄레이션 된 이후로 정해지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 PWM 신호의 듀티비는 상기 최대 듀티비 이하의 범위 내에서 상기 단위 프레임 데이터에 대한 분석 결과에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 광원 제어회로는,
   상기 단위 프레임 데이터에서 프레임 대표값을 산출하고 상기 프레임 대표값에 따라 이득값을 출력하는 데이터 분석부;
   상기 이득값에 기초하여 상기 단위 프레임 데이터를 변조하는 데이터 변조부; 및
   상기 이득값에 기초하여 상기 PWM 신호의 듀티비를 조절하는 듀티 조절부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 데이터 분석부는 상기 프레임 대표값을 한 화면 전체를 기준으로 산출하거나 또는, 상기 한 화면보다 작게 설정된 블럭 단위로 산출하며;
    상기 듀티 조절부는 상기 PWM 신호의 듀티비를 상기 한 화면 전체 또는, 상기 블럭 단위로 조절하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원들은 상기 액정표시패널 아래에 위치하는 도광판의 적어도 한 측면에 배치되며;
    상기 도광판은 그 상부 및/또는 하부 면에 형성된 다수의 음각/양각 패턴들, 프리즘 패턴들, 및 렌티큘라 패턴들 중 적어도 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 타이밍 콘트롤러에 상기 단위 프레임 데이터를 공급하는 주파수 변조회로를 더 구비하고;
    상기 주파수 변조회로는 영상 프레임 데이터에 보간 프레임 데이터를 삽입하여 상기 단위 프레임 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
13. 액정표시패널과, 상기 액정표시패널의 데이터라인들을 구동하는 데이터 구동회로와, 상기 액정표시패널의 게이트라인들을 구동하는 게이트 구동회로와, 하나 이상의 광원들을 포함하여 상기 액정표시패널에 조사하는 백라이트를 갖는 액정표시장치의 구동방법에 있어서,
    단위 프레임 기간을 제1 및 제2 서브 프레임 기간으로 분할하고 동일한 단위 프레임 데이터를 상기 제1 및 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 데이터 구동회로에 반복 공급하고, 단위 프레임 주파수를 체배하여 N(N은 2 이상의 양의 정수) 배속 프레임 주파수로 상기 구동회로들의 동작 타이밍을 제어하는 단계;
    상기 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 광원들을 모두 소등시키고 상기 제2 서브 프레임 기간 내에서 상기 광원들을 모두 점등시키는 단계; 및
    상기 광원들의 점소등을 제어하기 위한 PWM 신호와 상기 광원들에 인가되는 구동전류를 제어하기 위한 전류 제어신호를 발생하는 단계를 포함하고,
    상기 구동전류의 레벨은 상기 PWM 신호의 최대 듀티비에 반비례하도록 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
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