KR19990007177A - 주변 시감도의 함수로써 lcd 스크린을 분극하는 방법 및 장치 - Google Patents

주변 시감도의 함수로써 lcd 스크린을 분극하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

주변 시감도의 변화된 조건하에서 액정표시 스크린의 개선된 판독성을 얻기 위해, 분극전압의 변화의 동적 범위를 증가하는 것이 가능하다. 그러나, 이것은 전력소비의 증가와 콘트라스트 반전결함의 증가를 가져온다. 이 현상을 방지하기 위해, 분극전압의 변화의 동적 범위를 변조하지 않고, 주변 시감도가 증가하는 경우 더 낮은 전압 쪽으로 또는 주변 시감도가 감소되는 경우 더 높은 전압 쪽으로 이 범위를 이동하는 것이 제안된다. 따라서, 화이트레벨은 높은 주변 시감도 하에서, 블랙레벨은 낮은 또는 정규의 시감도 하에서 부여된다.

Description

주변 시감도의 함수로써 ＬＣＤ 스크린을 분극하는 방법 및 장치
본 발명은 그 판독성이 주변 시감도 (ambient luminosity) 에 가능한 한 작게 의존하는 화상을 얻기 위한 액정표시 스크린 또는 LCD 스크린의 전기 분극 (electrical polarization) 에 관한 것이다.
액정셀은, 가변 전기장을 받으며 편광판과 함께 적용된 두 개의 투명시트 사이에 포위된 비틀린 네마틱 구조 (twisted nematic structure) 또는 나선 네마틱 구조 (helix nematic structure) 를 가진 액정박층으로 구성된다. 전기장이 없을 경우, 그리고 판의 내벽을 적절히 처리한 경우, 액정분자는 두 개의 투명판에 수직한 축에 대해 비틀림 구조 또는 나선 구조로 조직화된다. 이들 구조는 편광방향을 회전시키는 특성을 가지는 반면, 전기장의 존재하에서 분자는 전기장에서 정렬되며 편광방향을 회전시키는 그 능력을 상실하는 경향을 보인다. 따라서, 두 개의 투명판 사이의 액정층의 두께가 편광방향이 90도 회전하도록 하는 경우, 전기장의 존재하에서 불투명한 스크린과 전기장의 부존재하에서 투명한 스크린을 가지도록 편광판을 교차시키는 것으로 충분하다. LCD 스크린의 표면의 각 지점에 전기장이 부분적으로 인가되면, 투과에 의해 빛을 변조하고 화상을 발생하는 것이 가능하다. 이것은 LCD 스크린의 두 개의 투명판상에서 서로 대면하는 매트릭스 배열로 분포된 투면 전극 사이에 분극전압을 증폭기에 의해 인가함으로써 얻어진다. 이 분극전압은 두 레벨, 투명상태의 로우레벨과 불투명상태의 하이레벨 사이에서 변한다.
낮고 높은 주변 시감도의 가변조건하에서 LCD 스크린에서 충분한 콘트라스트를 얻기 위해, 분극전압의 높은 동적 범위를 갖는 것이 필수적이다. 그러므로 LCD 스크린의 분극전압의 동적 범위를 증가시키는 경향이 있으나, 이에 따라 두 가지 문제, 첫째로 수득된 콘트라스트의 증가가 그레이레벨의 함수로서 비선형적이므로 콘트라스트의 반전과 같은 화상의 결함을 부추기며, 둘째로 전력소비를 증가시킨다는 문제를 일으킨다.
본 발명은 전력소비를 절감하고 분극반전의 결함을 제한하기 위해, 분극전압의 동적 범위를 어느 정도 증가시킴 없이 주변 시감도의 변화된 조건하에서 분극된 LCD 스크린의 판독성을 개선하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 주변 시감도의 휘도를 측정하는 단계와, 주변 시감도가 감소되는 경우 절대값이 더 높은 전압 쪽으로 또는 주변 시감도가 증가하는 경우 절대값이 낮은 전압 쪽으로 주변 시감도의 함수로써 이동되는 변화범위가 변하는 분극전압에 의해 스크린을 분극화하는 단계로 구성되는, 주변 시감도의 함수로써 LCD 스크린을 전기분극하는 방법을 제공하는 것이다.
주변 시감도의 함수로써 분극전압의 변화범위에서의 이러한 종류의 이동을 통해, 첫째로 스크린의 불투명 상태의 제어에 대해, 주변 시감도가 낮은 경우 절대값으로 더 높은 스크린의 분극전압이 획득되어, 정규의 또는 낮은 주변 시감도하에서 화이트레벨 또는 칼라레벨의 손상보다는 블랙레벨을 중요시하며, 둘째로 스크린의 투명상태의 제어에 대해, 주변 시감도보다 높은 경우 절대값으로 더 낮은 분극전압이 획득되어, 높은 주변 시감도하에서 블랙레벨의 손상보다는 화이트레벨 또는 칼라레벨을 중요시한다.
본 발명의 다른 목적은 일면 상의 하나의 대응전극과, 타면 상의 매트릭스 배열로 분포된 전극들로 구성된 LCD 스크린을 분극하는 장치를 제공하는 것이며, 이 장치는 상술의 방법을 구현한다. 이 장치는, 대응전극에 기준분극전압을 발생하는 증폭기와, 매트릭스 배열로 분포된 전극들에 대해 화이트레벨로부터 블랙레벨까지의 범위의 그레이레벨의 분극전압을 발생하는 증폭기들을 구비한다. 이 장치는, 또한 주변 시감도의 검출기와, 주변 시감도의 두 조건, 즉 로우 및 정규 상태인 하나의 조건과 하이 상태인 다른 조건을 구별하고 주변 시감도의 검출기에 입력으로 연결된 임계비교기와, 상기 임계비교기에 의해 교대로 어드레스된 두 개의 존을 가진 메모리로 구성되며, 이 메모리는 각각의 존에 대응전극의 기준분극전압에 대해 별도의 값을 저장하며, 대응전극의 기준분극전압을 발생하는 증폭기의 입력에 존의 판독모드로 연결된다.
바람직한 실시예에 따라, 메모리는, 또한, 그 두 개의 존에, 기준 그레이레벨의 두 개의 다른 스케일에 대응하는 분극전압의 두 개의 별도의 세트를 저장하며, 두 개의 존의 판독모드로, 매트릭스 배열로 분포된 전극들에 대한 그레이레벨 분극전압을 발생하는 증폭기들의 입력에 연결된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 하나의 예로서 제공된 실시예에 대한 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다. 이 설명은 첨부의 도면을 참조하여 제공된다.
도 1 은 인가된 분극전압의 함수로써 교차 편광판을 가진 LCD 스크린의 투과계수의 진행과정을 설명하는 그래프이다.
도 2 는 본 발명의 방법에 따라 분극전압의 변화범위의 이동과, LCD 스크린이 수직면에서 보이는 각도의 함수로써 블랙 및 화이트의 극단레벨의 변화를 설명하는 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 3 은 본 발명을 실시하는 LCD 스크린의 분극장치의 블럭도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : LCD 스크린 2 : 열 구동기
3 : 행 구동기 4 : 패널 시퀀서
5, 6 : D-A 변환기 7 : EEPROM
도 1 은 90도와 동일한 나선각도를 가지며 교차 편광판을 가진 비틀린 네마틱 LCD 스크린의 투과계수의 진행상태를 도시한다.
액정박층을 보유하는 두 개의 투명판 사이에 전기장이 없으면, 신장된 액정분자는, 투명판의 내벽을 적절히 처리함에 의해 편광방향의 90도 회전을 얻는 특성을 갖는 두 개의 투명판에 수직한 축에 대해 비틀린 구조의 형태로 투명판에 평행하게 위치되며 조직화된다. 두 편광판이 교차된다는 사실은, 편광판의 하나를 통과하는 빛이 다른 편광판을 통과하는 편광방향으로 회복되게 한다. 따라서 LCD 스크린은 투명상태에 있게된다.
전기장이 LCD 스크린의 두 투명판 사이에 인가될 때, 액정분자의 나선 또는 비틀린 조직은 변형되어, 분자는 전기장의 강도가 증가될 경우 전기장의 방향으로 배열되는 증가하는 경향을 가진다. 액정은 편광방향을 회전시키는 그 능력을 점진적으로 상실하여 두 교차 편광판을 관통할 수 있는 빛의 양이 일정하게 감소되게된다. 이것이, 분극전압의 증가에 대한 LCD 스크린의 투과계수값의 점진적 강하에 의해 도 1 에 도시된다.
요컨대, 0 볼트에서 스위치오버 전압 (Vb) 까지 투과계수는 최대로 남는다. 이를 넘어서면 블랙레벨에 도달될 때까지 투과계수는 급격히 감소한다. 그리고 나서 투과계수는 분극전압의 증가에 따라 더 천천히 감소된다.
분극의 전기장의 함수로써의 투과의 이러한 감소는 LCD 스크린을 보는 각도에 크게 의존한다. 액정분자의 복굴절 때문에 LCD 스크린을 보는 각도가 증가하면 투과는 감소한다. 이러한 현상은 액정분자가 투명판에 수직하게 배향되는 경우, 즉 블랙레벨에 대응하는 하이 분극전압에서, 두드러진다. 결과적으로, LCD 스크린은 최적의 시야각으로부터 벗어나자마자 블랙레벨의 균일성의 결함 및 콘트라스트 반전과 같은 비균질성의 정도가 높아진다. 액정셀의 현재의 구성에서, 화상의 비교한 관찰을 위한 콘은 나비날개형 단면 (butterfly-wing section)을 가져, 스크린의 대각선을 따라 위치된 지점에서는 판독성이 양호하며, 수평 및 수직방향으로 측면으로 파생되는 지점에서는 판독성이 나쁘다. 이런 종류의 관찰콘은 스크린의 측방향 관찰이 불가능하므로 불편하다. 액정셀의 투명판과 편광판 사이에 복굴절필름을 부가함에 의해, 수평방향으로의 관찰을 최적화하는 방법에 알려져있다. 따라서 비교란 관찰콘에 대해 수평방향으로 평탄화된 단면을 얻는 것이 가능하게 된다. 이것은 수평 관찰각의 큰 범위와 수직 관찰각의 작은 범위에 대응된다. 따라서 균일성 결함은 수직면에서 더욱 날카롭게 표시되어, 시야각이 수직면에서 변할 경우, 더욱 블랙레벨에 대응하는 분극전압의 변화가 수직면에서의 최적 시야각에 영향을 준다는 것으로 이해되는 경우 LCD 스크린의 행동에 더욱 특히 관심을 가지는 것이 필요하다.
수직면에서의 시야각에 대한 블랙레벨의 의존성은 관찰에 알맞는 임의의 범위에서 더 작아지기 때문에, 가변 주변 시감도하에서 LCD 스크린의 판독성을 향상시키기 위해, 높은 분극전압을 사용하여 분극 스크린의 분극전압에 대한 높은 동적 범위를 채택하는 경향이 있다. 따라서 두 문제점, 즉 콘트라스트 반전을 두드러지게 하는, 그레이레벨의 함수로써의 콘트라스트의 비선형적 증가 및 전력소비 증가라는 문제점이 발생된다.
이들 문제점을 해결하기 위해, 화이트레벨로부터 블랙레벨로 진행하도록 그러나 시각상 편안함을 최적화하는 광환경에 적용되도록 제한된 분극전압의 동적 범위를 유지하는 것이 제안된다.
높은 시감도하에서, 화이트레벨 및 칼라레벨에 대해 큰 휘도를 가지는 것이 필요하다. 배경 시감도의 대부분이 LCD 스크린으로부터 산란된 반사광에 의한 경우, 고유 블랙레벨의 품질을 떨어뜨리는 것이 가능하다.
하기의 식의 표현이 가능하다.
식에서, CR은 콘트라스트 계수, BLCD는 고유 화이트 또는 최대 화이트레벨, NLCD는 고유 블랙 또는 최대 블랙레벨, '산란'은 산란반사에 기인한 스크린의 휘도이다.
그리고 나서 분극 (VB1) 이 스위치오버 전압 (Vb) 아래의 화이트레벨에 대응하여 선택된다. 그 결과는, 제한된 동적 범위 (D) 가 선택된 경우, 하기와 같은 블랙레벨에 대한 분극전압 (VN1) 이다.
VN1= VB1+ D
얻어진 블랙레벨은 품질이 떨어지나, 이 품질열화는 산란반사에 기인한 휘도에 의해 감춰진다.
낮은 시감도하에서, 스크린을 통해 그리고 가능한 한 가장 넓은 시야각에 대해 블랙으로 나타나는 블랙레벨을 가지는 것이 극히 중요하다. 더욱, 화이트레벨에 대해 큰 휘도를 가지는 것은 필요하지 않다. 그러므로, 화이트레벨의 투과손상보다도 블랙레벨의 균일성에 우선권을 주는 것이 선택된다. 이를 위해, 블랙레벨에 대응하는 분극전압 (VN2) 값이 증가된다. 그 결과는, 채택된 제한된 동적 범위 (D) 때문에, 하기와 같은 화이트레벨에 대한 분극전압 (VB2) 이다.
VB2= VN2- D
얻어진 화이트레벨은 분극전압 (VB2) 이 스위치오버 전압 (Vb) 보다 크기 때문에 품질이 떨어지나, 이 품질열화는 정규의 또는 낮은 주변 시감도로 간주된 콘트라스트이므로 크게 중요하지 않다.
도 2 는 도 1에서 식별된 분극전압값에 대응하는 화이트 및 블랙의 극단레벨에 대한 수직축 상에 대한 시야각의 함수로써 LCD 스크린의 투과계수의 변화를 도시한다.
연속선으로 그려진 곡선 (B1 및 N1) 은 높은 시감도의 환경에 대응한다. 곡선 (B1) 은 높은 시감도하에서 화이트레벨용으로 채택된 분극전압 (VB1)을 가지고 얻어진 투과계수를 나타낸다. 그것은, 높은 시감도 하에서 화이트레벨에 대한 투과계수가 최대이며, 수직축을 따라 스크린의 시야각의 변화에 의해 비교적 영향을 받지 않는다는 것을 보여준다. 곡선 (N1) 은 높은 시감도 하에서 블랙레벨용을 채택되며 동적 범위 (D) 의 부가에 의해 분극전압 (VB1) 으로부터 유래된 분극전압 (VN1)을 가지고 얻어진 투과계수를 나타낸다. 그것은, 높은 시감도 하에서 채택된 블랙레벨에 대한 투과계수가 시야각의 변화에 의해 상당히 영향을 받으며, 투과계수가 0도와 동일한 시야각에 대해 최소인 경우, 비교적 높은 값을 유지한다는 것을 보여준다.
점선으로 도시된 곡선 (B2 및 N2) 은 정규의 또는 낮은 시감도의 환경에 대응한다. 곡선 (N2) 은 정규의 또는 낮은 시감도 하에서 블랙레벨용으로 채택된 분극전압 (VN2)을 가지고 얻어진 투과계수를 나타낸다. 그것은, 정규의 또는 낮은 시감도용으로 채택된 블랙레벨에 대한 투과계수가 제로의 시야각에 대해 그리고 양의 값으로 0 내지 60도를 가지는 수직축 상에서의 시야각의 범위에서 채택된 것보다 더 작다는 것을 보여준다. 이것은, 예컨대 비행기 선실과 같은 이동체의 계기패널 상에 위치된 LCD 스크린에 대한 경우와 같은, 상승된 위치에서 LCD 스크린을 관찰하는 경우에 대응한다. 따라서 그 결과 시야각의 대부분의 관심있는 범위에서 높은 주변 시감도에 대한 블랙레벨의 큰 균일도가 얻어진다. 곡선 (B2) 은 낮은 또는 정규의 시감도 하에서 화이트레벨용으로 채택되고 동적 범위 (D) 의 공제에 의해 분극전압 (VN2) 으로부터 유래된 분극전압 (VB2)을 가지고 얻어진 투과계수를 나타낸다. 그것은, 낮은 또는 정규의 시감도 하에서 화이트레벨에 대한 투과계수가 높은 시감도 하에서 화이트레벨에 대한 투과계수보다 더 낮고, 수직축을 따르는 스크린의 시야각의 변화에 의해 더 영향을 받는 것을 나타내나, 이 열화는 허용 가능한 것이다.
LCD 스크린의 분극전압의 동적 범위의 이러한 이동을 통해, 높은 주변 시감도의 경우 낮은 분극전압 쪽으로, 정규의 또는 낮은 주변 시감도의 경우 높은 분극전압 쪽으로, 스크린의 전력소비에 대한 영향 또는 콘트라스트 반전결함 없이 모든 환경에서 판독성이 상당히 개선된다.
도 3 은 주변 시감도의 함수로써 분극전압의 변화범위의 이동을 가능하게 하는 LCD 스크린 (1) 의 분극을 제어하는 장치를 도시한다.
LCD 스크린 (1) 은, 후면에 투명 대응전극 (CE)을 가지고, 전면에 스크린의 각 픽셀을 정의하는 매트릭스 배열로 분포된 투명전극 세트를 가진 통상의 패널을 취한다. 매트릭스 배열로 분포된 투명전극은, 픽셀들 사이의 통로를 만들고 열(column) 증폭기의 뱅크의 출력으로 인도하는 열 도전체 또는 각 열에 대해 그레이레벨 분극전압을 제공하는 열 구동기 (2) 에, 스위칭 트랜지스터에 의해 연결된다. 행 (row) 도전체는 픽셀들 사이에 통로를 만들고 스위칭 트랜지스터의 각 행에 제어신호를 분배한다. 행 도전체는 행 증폭기의 뱅크의 출력 또는 행 구동기 (3) 로 인도된다. 패널 시퀀서 (4) 는 행 증폭기 (3) 의 뱅크를 제어하여, 행별로 (row by row) LCD 스크린의 패널 (1)을 스캔하고 LCD 스크린의 기술분야에서 공지된 바와 같이 분극 AC 전압을 LCD 스크린의 각 픽셀에 제공한다.
대응전극 (CE) 은 디지털-아날로그 변환기 (5) 로부터 오는 LCD 스크린 (1) 으로부터의 기준 분극전압을 수신한다.
열 증폭기 (2) 의 뱅크는, 먼저 8개의 D-A 변환기 (6) 의 뱅크에 의해 제공된 화이트로부터 블랙으로의 기준 그레이레벨을 수신하고, 둘째로 스캐닝되는 행의 다른 픽셀에 대해 소망된 그레이레벨에 대한 정보요소 (Ngray)를 수신한다. 8개의 D-A 변환기 (6) 의 뱅크는, LCD 스크린 (1) 의 대응전극 (CE) 의 기준 분극전압에 대해 화이트로부터 블랙으로의 8개의 기준 그레이레벨의 스케일을 정의하는 8단계 (eight staged) 전압의 세트를 제공한다. 뱅크 (2)의 열 증폭기가 어드레스된 행에서 소망된 그레이레벨에 대한 정보요소 (Ngray) 의 함수로써 논리회로에 의해 제어되는 스위치 및 합산기의 세트를 입력에 제공하므로, 이들 단계전압은, 열 증폭기의 뱅크 (2) 의 출력에 64개의 다른 그레이 쉐이드의 위치지정을 가능하게 한다. 화상의 행의 픽셀에 대해 소망된 그레이레벨에 대한 정보요소 (Ngray) 는, 판독이 패널 시퀀서 (4)와 동기화되는 화상 메모리로부터 인출된다.
다른 D-A 변환기 (5, 6) 에 제공된 데이터 요소의 디지털 값은 EEPROM (7)에서 병렬로 판독되며, 그 극성은 패널 시퀀서 (4) 에 의해 제어되는 회로 (8)에서 의도대로 변조되어, 분극필드를 주기적으로 반전하며, LCD 스크린의 각 위치에서 국부적으로 인가된 평균 전압이 제로이어서 해로운 전기분해 현상이 LCD 스크린의 수명을 감소시키는 것을 방지한다.
EEPROM (7) 은 그레이 기준레벨의 스케일의 전압과 대응전극의 기준 분극전압에 대한 두 개의 다른 세트의 값을 위한 두 개의 저장존을 가진다. 이들 두 개의 저장존은 광검출기 (12) 에 연결된 A-D 변환기 (11) 로부터 오는 주변 시감도의 측정 (E)을 수신하는 디지털 임계 비교기 (10) 에 의해 교대로 어드레스된다.
이 장치를 통해, LCD 스크린 (1) 의 분극에 대해, 두 세트의 분극전압값이 존재하며, 하나는 낮은 또는 정규의 주변 시감도의 조건을 위한 것이며, 다른 하나는 높은 주변 시감도의 조건을 위한 것이다.
모든 엄격한 조건에서, LCD 스크린 분극전압의 변화영역에 대한 일정한 동적 범위를 유지하고, 주변 시감도가 감소되는 경우 절대값으로 더 높은 전압 쪽으로 또는 주변 시감도가 증가하는 경우 절대값으로 더 낮은 전압 쪽으로 이 영역을 이동하기 위해, 대응전극의 기준 분극전압에 이용 가능한 오직 두 세트의 값을 가지는 것만으로 충분하다. 그러나, 대응전극의 기준 분극전압값에서의 변화에 의해 유발된 스케일의 변형을 수정하는 것이 가능하기 때문에, 기준 그레이레벨의 스케일의 분극전압에 대해 두 세트의 값을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 장치 및 방법에 따라, 전력소비가 절감되고 분극반전의 결함이 제한되며, 분극전압의 동적 범위를 어느 정도 증가시킴 없이 주변 시감도의 변화된 조건하에서 분극된 LCD 스크린의 판독성이 개선된다.

Claims (4)

  1. 주변 시감도의 휘도를 측정하는 단계; 및
    주변 시감도의 함수로써, 주변 시감도가 감소하는 경우 절대값으로 더 높은 전압 쪽으로 또는 주변 시감도가 증가하는 경우 절대값으로 더 낮은 전압 쪽으로 이동되는 변화범위에서 변하는 분극전압에 의해 LCD 스크린을 분극하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 주변 시감도의 함수로써 LCD 스크린의 전기분극하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변화범위는 상기 이동동안 동적으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 따른 방법을 실시하는 장치에 있어서,
    LCD 스크린의 일면에 제공된 하나의 대응전극;
    그 타면에 제공된 매트릭스 배열로 분포된 다수의 전극;
    상기 대응전극에 대한 기준 분극전압을 발하는 하나의 전극; 및
    매트릭스 배열로 분포된 상기 다수의 전극에 대해 화이트레벨 내지 블랙레벨로 범위가 정해진 그레이레벨의 분극을 위한 전압 발생하는 다수의 전극으로 구성되는 LCD 스크린을 구비하며,
    상기 장치는, 주변 시감도의 검출기와, 주변 시감도의 상기 검출기의 입력에 연결되며, 하나는 낮은 또는 정규의 조건이며 다른 하나는 높은 조건인 두 조건 간을 구별하는 임계 비교기와, 상기 임계 비교기에 의해 교대로 어드레스된 두 개의 존을 가진 메모리로 더 구성되며,
    상기 메모리는 상기 각각의 존에 대응전극의 기준 분극전압의 개별값을 저장하며, 상기 존의 판독모드에서 상기 대응전극에 대한 기준 분극전압을 발생하는 상기 증폭기의 입력에 연결되는 것을 특징으로 하는 LCD 스크린을 구비한 제 1 항에 따른 방법을 실시하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 메모리는 두 개의 존에, 기준 그레이레벨의 두 개의 다른 스케일에 대응하는 분극전압의 두 개의 개별 세트를 저장하며, 두 개의 존의 판독모드에서, 매트릭스 배열로 분포된 전극에 대한 그레이레벨 분극전압을 발생하는 상기 다수의 증폭기의 입력에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
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