KR20020010216A - 액정 표시 장치 및 그의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것이다.
본 발명은 액정 표시 장치 패널, 게이트 드라이버, 데이터 계조 신호 보정부, 데이터 드라이버를 포함하며, 데이터 계조신호 소스로부터 수신되는 n 비트 계조중 m 비트의 현재 프레임 계조와 m 비트의 이전 프레임 계조를 고려한 보정 계조신호를 생성하고, 생성된 보정 계조 신호를 화소에 인가하므로서 액정의 응답 특성을 향상시킨다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 프레임 지연없이 화소 전압이 바로 목표 전압 레벨에 도달할 수 있도록 한다. 따라서, 것으로서 TFT LCD의 패널 구조를 바꿀 필요 없이 액정의 응답속도를 개선시킬 수 있다. 또한, n 비트 계조신호중 m비트만을 이용하므로써, 데이터 전압 보정시 필요로하는 메모리의 개수 및 용량을 줄일 수 있으므로, 패널 수율이 향상되고, 원가가 절감된다.

Description

액정 표시 장치 및 그의 구동 방법{A Liquid Crystal Display and A Driving Method Thereof}
본 발명은 액정 표시 장치(LCD: Liquid Crystal Display) 및 그의 구동 방법에 관한 것으로서, 특히 액정의 응답 속도가 향상되도록 보상된 데이터 전압이 인가되는 액정 표시 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것이다.
LCD는 두 기판 사이에 주입되어 있는 이방성 유전율을 갖는 액정 물질에 전계(electric field)를 인가하고 이 전계의 세기를 조절하여 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상 신호를 얻는 표시장치이다. 이러한 LCD는 휴대가 간편한 플랫 패널형 디스플레이 중에서 대표적인 것으로서, 이 중에서도 박막 트랜지스터(thin film transistor: TFT)를 스위칭 소자로 이용한 TFT LCD가 주로 이용되고 있다.
최근에는 TFT LCD가 컴퓨터의 디스플레이 장치뿐만 아니라 텔레비젼의 디스플레이 장치로 널리 사용됨에 따라 동화상을 구현할 필요가 증가하게 되었다. 그러나, 종전의 TFT LCD는 응답속도가 느리기 때문에 동화상을 구현하기 어렵다는 단점이 있었다. 이러한 응답속도 문제를 개선하기 위해 종래에는 OCB(optically compensated band) 모드를 사용하거나, 강유전성 액정( FLC; ferro-electricliquid crystal) 물질을 사용한 TFT LCD를 사용하였다.
그러나, 이와 같은 OCB 모드나 FLC를 사용하기 위해서는 종래의 TFT LCD 패널이 구조를 바꾸어야 하는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 TFT LCD의 패널 구조를 바꿀 필요 없이 액정의 구동방법을 변경함으로써 액정의 응답속도를 개선시키기 위한 것이다.
도1은 액정 표시 장치에서 각 화소의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도2는 종래 구동 방식으로 인가되는 데이터 전압 및 화소 전압을 나타내는 도면이다.
도3은 종래 구동 방식에 따른 액정 표시 장치의 투과율을 나타내는 도면이다.
도4는 액정 표시 장치의 전압-유전율 간의 관계를 모델링한 도면이다.
도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 데이터 전압 인가방법을 나타내는 도면이다.
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따라 데이터 전압을 인가한 경우의 액정 표시 장치의 투과율을 나타내는 도면이다.
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따라 데이터 전압을 인가한 경우의 액정 표시 장치의 투과율을 나타내는 도면이다.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 도면이다.
도9는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전압 보정부를 나타내는 도면이다.
도10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 데이터 전압 보정부의 동작을 개념적으로 설명한 도면이다.
도11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 데이터 전압 보정부의 동작을 개념적으로 설명한 도면이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 액정 표시 장치는,
주사신호를 전달하는 다수의 게이트선과, 데이터 전압을 전달하며 상기 게이트선과 절연되어 교차하는 다수의 데이터선, 상기 게이트선 및 데이터 선에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 각각 상기 게이트선 및 데이터선에 연결되어 있는 스위칭 소자를 가지는 행렬 형태로 배열된 다수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치 패널;
게이트선에 주사신호를 순차적으로 공급하는 게이트 드라이버;
데이터 계조신호 소스로부터 R(red), G(green), B(blue)에 대한 n 비트 계조신호를 수신하고, 현재 프레임의 m(m<n)비트 계조 신호와 이전 프레임의 m 비트 계조 신호를 고려한 보정 계조신호를 출력하는 데이터 계조 신호 보정부; 및
상기 데이터 계조 신호 보정부로부터 출력되는 상기 보정 계조 신호를 대응하는 데이터 전압으로 바꾸어 상기 데이터선으로 공급하는 데이터 드라이버를 포함한다.
상기에서 데이터 계조신호 보정부는,
상기 데이터 계조신호 소스로부터 m비트의 계조신호를 수신하고 하나의 프레임동안 상기 입력된 계조신호를 저장하여 출력하는 프레임 메모리;
상기 프레임 메모리의 계조신호의 기록 및 판독을 제어하는 컨트롤러; 및
상기 데이터 계조신호 소스로부터 수신되는 m비트의 현재 프레임의 계조신호와 상기 프레임 메모리로부터 수신되는 m비트의 이전 프레임의 계조신호를 고려하여 보정 계조신호를 생성하여 출력하는 데이터 계조신호 변환기를 포함한다.
여기서, 상기 프레임 메모리는 R, G, B 각각에 대응하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 R, G, B 각각에 대응하여 구성되는 프레임 메모리는 상기 데이터 계조신호 소스의 홀수번째 m비트 계조신호 출력을 라이트(write)하고, 짝수번째 m비트 계조신호를 리드(read)하는 제1 프레임 메모리와, 상기 데이터계조신호 소스의 홀수번째 m비트 계조신호의 출력을 리드하고, 짝수번째 m비트 계조신호를 라이트하는 제2 프레임 메모리로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기에서 프레임 메모리는 R, G, B에 따라 수신되는 비트수를 달리하며, 특히 B>R>G 순으로 비트수가 결정되도록 하는 바람직하다.
이러한 m의 값의 순서는 상기 3색중 Green이 사람의 눈에 가장 민감하고, Blue가 사람의 눈에 가장 둔감하기 때문이다.
한편, 본 발명의 하나의 특징에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법은,
다수의 게이트선과, 상기 게이트선과 절연되어 교차하는 다수의 데이터선, 상기 게이트선 및 데이터선에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 각각 상기 게이트선 및 데이터선에 연결되어 있는 스위칭 소자를 가지는 행렬 형태로 배열된 다수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법으로서,
상기 게이트선에 주사신호를 순차적으로 공급하는 단계; 화상 신호 소스로부터 n비트의 화상 신호를 수신하고, 현재 프레임의 m(m<n)비트 화상 신호와 이전 프레임의 m화상 신호를 고려하여 보정 화상 신호를 생성하는 단계; 및 생성된 상기 보정 화상 신호에 대응하는 데이터 전압을 상기 데이터선에 공급하는 단계를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
일반적으로 LCD는 주사 신호를 전달하는 다수의 게이트선과 이 게이트선에 교차하여 형성되며 데이터 전압을 전달하는 데이터선을 포함한다. 또한 LCD는 이들 게이트선과 데이터선에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 각각 게이트선 및 데이터선과 스위칭 소자를 통해 연결되는 행렬 형태의 다수의 화소를 포함한다.
LCD에서 각 화소는 액정을 유전체로 가지는 커패시터 즉, 액정 커패시터로 모델링할 수 있는데, 이러한 LCD에서의 각 화소의 등가회로는 도1과 같다.
도1에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치의 각 화소는 데이터선(Dm)과 게이트선(Sn)에 각각 소스 전극과 게이트 전극이 연결되는 TFT(10)와 TFT의 드레인 전극과 공통전압(Vcom) 사이에 연결되는 액정 커패시터(Cl)와 TFT의 드레인 전극에연결되는 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한다.
도1에서, 게이트선(Sn)에 게이트 온 신호가 인가되어 TFT(10)가 턴 온되면, 데이터선에 공급된 데이터 전압(Vd)이 TFT를 통해 각 화소 전극(도시하지 않음)에 인가된다. 그러면, 화소 전극에 인가되는 화소 전압(Vp)과 공통 전압(Vcom)의 차이에 해당하는 전계가 액정(도1에서는 등가적으로 액정 커패시터로 나타내었음)에 인가되어 이 전계의 세기에 대응하는 투과율로 빛이 투과되도록 한다. 이때, 화소 전압(Vp)은 1 프레임 동안 유지되어야 하는데, 도1에서 스토리지 커패시터(Cst)는 화소 전극에 인가된 화소 전압(Vp)을 유지하기 위해 보조적으로 사용된다.
한편, 액정은 이방성 유전율을 갖기 때문에, 액정의 방향에 따라 유전율이 다른 특성이 있다. 즉, 전압이 인가됨에 따라 액정의 방향자가 변하면 유전율도 따라서 변하고 이에 따라 액정 커패시터의 커패시턴스(이하에서는 이를 '액정 커패시턴스'라 한다.) 값도 변하게 된다. 일단 TFT가 온되는 구간동안 액정 커패시터에 전하를 공급한 후, TFT가 오프 상태로 되는데, Q=CV이므로 액정 커패시턴스가 변하면 액정에 걸리는 화소 전압(Vp)도 또한 변하게 된다.
노멀리 화이트 모드(Normally white mode) TN(twisted Nematics) LCD를 예를 들면, 화소에 공급되는 화소 전압이 0V인 경우에는 액정 분자가 기판에 평행한 방향으로 배열되어 있으므로 액정 커패시턴스는 C(0V)=A/d이 된다. 여기서,는 액정 분자가 기판에 평행한 방향으로 배열된 경우 즉, 액정 분자가 빛의 방향과 수직한 방향으로 배열된 경우의 유전율을 나타내며, A와 d는 각각 LCD 기판의 면적과 기판 사이의 거리를 나타낸다. 풀 블랙(full black)을 구현하기 위한 전압이 5V라하면 액정에 5V가 인가되는 경우 액정 분자가 기판에 수직한 방향으로 배열되므로 액정 커패시턴스는 C(5V)=A/d이 된다. TN 모드에 사용되는 액정의 경우에는-〉0 이므로 액정에 인가되는 화소 전압이 높아질수록 액정 커패시턴스가 더 커지게 된다.
n 번째 프레임에서 풀 블랙을 만들기 위해 TFT가 충전시켜야 하는 전하량은 C(5V)×5V이다. 그러나, 바로 전 프레임인 n-1 번째 프레임에서 풀 화이트(Vn-1= 0V)였다고 가정하면 TFT의 턴온 시간 동안에는 액정이 미처 응답하기 전이므로 액정 커패시턴스는 C(0V)이 된다. 따라서, 풀 블랙을 만들기 위해 n 번째 프레임에서 5V의 데이터 전압(Vd)을 인가하더라도 실제 화소에 충전되는 전하량은 C(0V)×5V이 되고, C(0V)〈 C(5V)이므로 액정에 실제 공급되는 화소 전압(Vp)은 5V에 못 미치게 되는 화소 전압(예를 들어 3.5V)이 인가되어 풀 블랙이 구현되지 않는다. 또한, 다음 프레임인 n+1 번째 프레임에서 풀 블랙을 구현하기 위해 데이터 전압(Vd)을 5V로 인가한 경우에는 액정에 충전되는 전하량은 C(3.5V)×5V가 되고, 결국 액정에 공급되는 전압(Vp)은 3.5V와 5V 사이가 된다. 이와 같은 과정을 되풀이하면 결국 몇 프레임 후에 화소 전압(Vp)이 원하는 전압에 도달하게 된다.
즉 이를 계조의 관점에서 설명하면, 임의의 화소에 인가되는 신호(화소전압)가 낮은 계조에서 높은 계조로(또는 높은 계조에서 낮은 계조로) 바뀌는 경우, 현재 프레임의 계조는 이전 프레임의 계조의 영향을 받기 때문에 바로 원하는 계조에 도달하지 못하고, 몇 프레임이 경과된 후에야 비로소 원하는 계조에 도달하게 된다. 마찬가지로, 현재 프레임의 화소의 투과율은 이전 프레임의 화소의 투과율의 영향을 받아 몇 프레임의 경과된 후에야 원하는 투과율을 얻을 수 있다.
한편, n-1 프레임이 풀 블랙이고 즉, 화소 전압(Vp)이 5V이고, n 프레임에서 풀 블랙을 구현하기 위해 5V의 데이터 전압이 인가되었다고 하면, 액정 커패시턴스는 C(5V)이므로 화소에는 C(5V)×5V에 해당하는 전하량이 충전되고 이에 따라 액정의 화소 전압(Vp)은 5V가 된다.
이와 같이, 액정에 실제 공급되는 화소 전압(Vp)은 현재 프레임에 공급되는 데이터 전압뿐만 아니라 이전 프레임의 화소 전압(Vp)에 의해서도 결정된다.
도2는 종래의 구동방식으로 인가되는 경우의 데이터 전압 및 화소 전압을 나타내는 도면이다.
도2에 도시한 바와 같이, 종래에는 이전 프레임의 화소 전압(Vp)을 고려하지 않고, 목표 화소 전압(Vw)에 해당하는 데이터 전압(Vd)을 매 프레임마다 인가하였다. 따라서, 실제 액정에 인가되는 화소 전압(Vp)은 앞서 설명한 바와 같이, 이전 프레임의 화소 전압에 대응하는 액정 커패시턴스에 의해 목표 화소 전압 보다 낮게 또는 높게 된다. 따라서, 몇 프레임이 지난 후에야 비로소 목표 화소 전압에 도달하게 된다.
도3은 이와 같은 종래의 구동 방법에 따른 액정 표시 장치의 투과율을 나타내는 도면이다.
도3에 도시한 바와 같이, 종래에는 앞서 설명한 바와 같이 실제 화소 전압이 목표 화소 전압 보다 낮게 되기 때문에 액정의 응답시간이 1프레임 이내인 경우에도 몇 프레임이 지난 후에야 비로소 목표 투과율에 도달하게 된다.
본 발명의 실시예는 현재 프레임의 화상 신호(Sn)를 이전 프레임의 화상 신호(Sn-1)와 비교하여 다음과 같은 보정 신호(Sn')를 생성한 후, 보정된 화상 신호(Sn')를 각 화소에 인가한다. 여기서, 화상 신호(Sn)는 아날로그 구동 방식인 경우에는 데이터 전압을 의미하나, 디지털 구동 방식의 경우에는 데이터 전압을 제어하기 위하여 이진화된 계조 신호를 사용하므로 실제 화소에 인가되는 전압의 보정은 계조 신호의 보정을 통해서 이루어진다.
첫째, 현재 프레임의 화상 신호(계조신호 또는 데이터전압)가 이전 프레임의 화상 신호와 같으면 보정을 행하지 않는다.
둘째, 현재 프레임의 계조 신호 또는 데이터 전압)가 이전 프레임의 계조 신호(데이터 전압)보다 높은 경우에는 현재의 계조 신호(데이터 전압) 보다 더 높은 보정된 계조 신호(데이터 전압)를 출력하고, 현재 프레임의 계조 신호(데이터 전압)가 이전 프레임의 계조 신호(데이터 전압)보다 낮은 경우에는 현재의 계조 신호(데이터 전압) 보다 더 낮은 보정된 계조 신호(데이터 전압)를 출력한다. 이때, 보정이 이루어지는 정도는 현재의 계조 신호(데이터 전압)과 이전 프레임의 계조 신호(데이터 전압)와의 차에 비례한다.
셋째, 데이터 계조신호 소스로부터 인가되는 계조 신호중 일부 비트만을 보정하여 보정된 계조 신호를 구한다. 이때, 보정되지 않는 나머지 비트는 바이패스된다. 즉, 데이터 계조신호 소스로부터 n비트의 계조 신호가 수신되면, n비트의 계조 신호중 일부 비트(m)만을 이용하여 보정된 계조 신호를 구한다. 이때, m비트는n비트의 계조신호중에서 LSB(Least Significant Bit)에서부터 i(i=1, 2, ..., n-1)개의 비츠(bits)를 제외한 나머지이다. 즉, m비트는 (n-i)비트이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전압 보정 방법을 개략적으로 설명한다.
도4는 액정 표시 장치의 전압-유전율 간의 관계를 간단하게 모델링(modeling)한 도면이다.
도4에서, 가로축은 화소 전압이며, 세로 축은 특정 화소 전압 v에서의 유전율(과 액정이 기판에 평행한 방향으로 배열된 경우 즉, 액정이 빛의 투과 방향과 수직한 경우의 유전율()의 비를 나타낸다.
도4에서는,/의 최대값 즉,/을 3이라 가정하였고, Vth와 Vmax를 각각 1V, 4V로 가정하였다. 여기서, Vth와 Vmax는 각각 풀 화이트 및 풀 블랙(또는 그 반대)에 해당하는 화소 전압을 나타낸다.
스토리지 커패시터의 커패시턴스(이하에서는 이를 '스토리지 커패시턴스'라 한다.)가 액정 커패시턴스의 평균값〈Cst〉과 같다고 하고, LCD 기판의 넓이 및 기판 사이의 거리를 각각 A와 d라 하면, 스토리지 커패시턴스 Cst는 다음의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
+ 2 ) A/d = 5/3 A/d = 5/3 C0
여기서, C0=A/d이다.
도4로부터,/는 다음의 수학식 2로 나타낼 수 있다.
/ = 1/3(2V + 1)
LCD의 총 커패시턴스 C(V)는 액정 커패시턴스와 스토리지 커패시턴스의 합이므로, LCD의 커패시턴스는 C(V)는 수학식 1 및 2로부터 다음의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
A/d + 5/3 C0 = 1/3(2V + 1)C0 + 5/3 C0
= 2/3(V+3)C0
화소에 인가되는 전하량 Q는 보존되므로, 다음의 수학식 4가 성립한다.
Q = C(Vn)Vn = C(Vf)Vf
여기서, Vn은 현재 프레임에 인가될 데이터 전압(반전 구동식의 경우에는 데이터 전압의 절대값)을 나타내며, C(Vn-1)는 이전 프레임(n-1 프레임)의 화소 전압에 대응하는 커패시턴스를 나타내며, C(Vf)는 현재 프레임(n 프레임)의 실제 화소 전압(Vf)에 대응하는 커패시턴스를 나타낸다.
수학식 3 및 수학식 4로부터 다음의 수학식 5가 유도될 수 있다.
C(Vn-1)Vn = C(Vf)Vf = 2/3(Vn-1 + 3)Vn = 2/3(Vf+3)Vf
따라서, 실제 화소 전압 Vf는 다음의 수학식 6으로 나타낼 수 있다.
위의 수학식 6으로부터 명확히 알 수 있듯이, 실제 화소 전압 Vf는 현재 프레임에 인가된 데이터 전압(Vn)과 이전 프레임에 인가된 화소 전압(Vn-1)에 의해서 결정된다.
한편, n 프레임에서 화소 전압이 목표 전압(Vn)에 도달하도록 하기 위해 인가되는 데이터 전압을 Vn'라고 하면, Vn'는 수학식 5로부터 다음의 수학식7로 나타낼 수 있다.
(Vn-1 + 3)Vn' = (Vn+3)Vn
따라서, Vn'는 다음의 수학식 8로 나타낼 수 있다.
이와 같이, 현재 프레임의 목표 화소 전압(Vn)과 이전 프레임의 화소 전압(Vn-1)을 고려하여 상기 수학식 8에 의해 구해지는 데이터 전압(Vn')을 인가하면, 목표로 하는 화소 전압 Vn에 바로 도달할 수 있다.
위의 수학식 8은 도4에 도시한 도면 및 몇몇 기본 가정으로부터 유도된 식이며, 일반적인 LCD에서 적용되는 데이터 전압 Vn'는 다음의 수학식 9로 나타낼 수있다.
여기서, 함수 f는 LCD의 특성에 의해 결정된다. 함수 f는 기본적으로 다음의 성질을 갖는다.
즉,과이 같은 경우에 f=0이 되며,이보다 큰 경우 f는 0 보다 크고,이보다 작은 경우 f는 0 보다 작다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전압 인가방법을 설명한다.
도5는 본 발명의 따른 데이터 전압 인가방법을 나타내는 도면이다.
도5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는 현재 프레임의 목표 화소 전압과 이전 프레임의 화소 전압(데이터 전압)을 고려하여 보정된 데이터 전압 Vn'을 인가하여, 화소 전압(Vp)이 바로 목표 전압에 도달하도록 한다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에서는 현재 프레임의 목표 전압과 이전 프레임의 화소 전압이 다른 경우, 현재 프레임의 목표 전압 보다 더 높은 전압(또는 더 낮은 전압)을 보정된 데이터 전압으로서 인가하여 첫 번째 프레임에서 바로 목표 전압 레벨에 도달하도록 한 후 이후의 프레임에서는 목표 전압을 데이터 전압으로 인가한다. 이와 같이 함으로써 액정의 응답속도를 개선할 수 있다.
이때, 보정된 데이터 전압(전하량)은 이전 프레임의 화소 전압에 의해 결정되는 액정 커패시턴스를 고려하여 결정한다. 즉, 본원 발명은 이전 프레임의 화소전압 레벨을 고려하여 전하량(Q)을 공급함으로써 첫 번째 프레임에서 바로 목표 전압 레벨에 도달하도록 한다.
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따라 데이터 전압을 인가한 경우의 액정 표시 장치의 투과율을 나타내는 도면이다. 도6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면 보정된 데이터 전압을 인가하기 때문에, 현재 프레임에서 바로 목표 투과율에 도달한다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에서는 목표 전압보다 약간 높은 보정된 전압 Vn'을 화소 전압으로 인가한다. 이와 같이 구동하는 경우에는 도7에 도시한 바와 같이 액정의 응답 시간의 약 1/2 이전에서는 투과율이 목표치보다 작게 되나 그 이후에서는 목표치보다 과도하게 되어(overcompensate) 평균적인 투과율이 목표 투과율과 같아진다.
다음에는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명한다.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 도면이다. 도8에 도시한 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 디지털 구동 방법을 사용한다.
도8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시 장치 패널(100), 게이트 드라이버(200), 데이터 드라이버(300) 및 데이터 계조 신호 보정부(400)를 포함한다.
액정 표시 장치 패널(100)에는 게이트 온 신호를 전달하기 위한 다수의 게이트선(S1, S2, S3, ..., Sn)이 형성되어 있으며, 보정된 데이터 전압을 전달하기 위한 데이터선(D1, D2, ..., Dm)이 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선에 의해 둘러싸인 영역은 각각 화소를 이루며, 각 화소는 게이트선과 데이터선에 각각 게이트 전극 및 소스 전극이 연결되는 박막 트랜지스터(110)와 박막 트랜지스터(110)의 드레인 전극에 연결되는 화소 커패시터(Cl)와 스토리지 커패시터(Cst)을 포함한다.
게이트 드라이버(200)는 게이트선에 순차적으로 게이트 온 전압을 인가하여, 게이트 온 전압이 인가된 게이트선에 게이트 전극이 연결되는 TFT를 턴온시킨다.
데이터 계조신호 보정부(400)는 데이터 계조 신호 소스(예를들면, 그래픽 제어기)로부터 n비트의 데이터 계조 신호(Gn)를 수신한 후, 앞서 설명한 바와 같이 m비트의 현재 프레임의 데이터 계조 신호와 m비트의 이전 프레임의 데이터 계조 신호를 고려하여 보정된 m비트의 데이터 계조 신호(Gn')을 출력한다.
이때, 계조신호 보정부는 스탠드 얼론(stand-alone) 유닛으로 존재할 수도 있고, 그래픽 카드나 LCD 모듈에 통합될 수도 있다.
데이터 드라이버(300)는 데이터 계조신호 보정부(400)로부터 수신된 보정된 계조 신호(Gn')를 해당 계조 전압(데이터 전압)으로 바꾸어 각각 데이터선에 인가한다.
도9는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 계조신호 보정부(400)를 상세하게 나타내는 블록도이다.
도9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 계조신호 보정부(400)는 프레임 메모리(410), 컨트롤러(controller)(420), 및 데이터 계조신호 변환기(430)를 포함하며, 데이터 계조신호 소스로부터 r(red), g(green), b(blue) 각각에 대한 n비트의 계조신호를 수신한다. 따라서, 데이터 계조신호 보정부(430)로 수신되는 계조 신호는 총 (3×n)비트이다. 여기서, 당업자는 데이터 계조신호 소스로부터 (3×n)비트의 계조신호가 동시에 데이터 계조신호 보정부(430)에 인가되도록 할 수 있고, n비트의 r, g, b 계조신호 각각이 순차적으로 인가되도록 할 수 있다.
도9에서, 프레임 메모리(410)는 보정될 계조 신호의 비트를 결정하는데, 데이터 계조신호 소스로부터 수신되는 r(red), g(green), b(blue)에 대한 n비트의 계조신호 중에서 m비트만을 입력하고, 이를 r, g, b에 대응하는 소정 어드레스에 저장하며, 한 프레임 지연후 데이터 계조신호 변환기(430)로 출력한다. 즉, 프레임 메모리(410)는 현재 프레임의 m비트 계조 신호(Gn)를 수신하고, 이전 프레임의 m비트 계조 신호(Gn-1)를 출력한다.
데이터 계조신호 변환기(430)는 데이터 계조 신호 소스로부터 수신되는 n비트중에서, 보정을 거치지 않고 바이패스되는 현재 프레임(Gn)의 (n-m)비트와, 보정을 위해 수신되는 현재 프레임(Gn)의 m비트와, 프레임 메모리(410)에 의해 지연된 이전 프레임(Gn-1)의 m비트를 수신한 후, 현재 및 이전 프레임의 m 비트를 고려한 보정된 계조 신호(Gn')를 생성한다.
상기의 내용을 도10을 참조로 보다 상세히 설명한다.
도10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 데이터 전압 보정부의 동작을 개념적으로 설명한 도면이다. 도10에서 데이터 계조신호 소스로부터 데이터 전압 보정부(400)로 수신되는 r(red), g(green), b(blue) 계조 신호는 각각 8비트라고 한다.
데이터 전압 보정부(400)로 수신되는 8비트의 r 계조 신호중 LSB에서부터 2비트(현재 프레임 비트)는 보정이 수행되지 않는 비트로서 바이패스되어 데이터 계조신호 변환기(430)에 입력된다. 그리고, 현재 프레임의 나머지 6비트는 보정을 위해 데이터 계조신호 변환기(430)에 입력되고, 동시에 프레임 메모리(410)의 소정 어드레스에 저장된다.
여기서, 프레임 메모리(410)는 현재 프레임의 비트를 한 프레임 동안 저장하여 출력하므로, 데이터 계조신호 변환기(430)로는 이전 프레임의 6비트 계조 신호가 출력된다.
그러면, 데이터 계조신호 변환기(430)는 현재 프레임의 6비트 계조 신호와 이전 프레임의 6비트 r 계조 신호를 수신하고, 이전 프레임과 현재 프레임의 6비트 r 계조 신호를 고려한 보정된 계조 신호를 생성한다. 그리고, 생성된 보정된 6비트 계조 신호와 LSB인 현재 프레임의 2비트 계조 신호를 더하여 8비트의 최종 보정된 계조 신호(Gn')를 출력한다.
마찬가지로, 데이터 계조신호 변환기(430)는 8비트의 g 계조신호와, 8비트의 b 계조 신호도 상기 r 계조 신호와 같이 6비트의 이전 프레임과 현재 프레임의 계조 신호를 고려한 8비트의 보정된 계조신호를 출력한다. 이렇게 출력된 8비트 보정 계조 신호는 데이터 드라이버에 의해 해당 전압으로 변환되어 데이터 라인에 인가된다.
여기서, 프레임 메모리(410)에 저장되는 r, g, b의 6비트 계조 신호는 설정된 어드레스에 각각 저장된다. 한편, 당업자는 하나의 프레임 메모리(410)를 사용하여 r, g, b를 담당하는 어드레스 영역을 지정하는 방식을 사용할 수 있고, r, g, b를 담당하는 3개의 프레임 메모리로 하나의 프레임 메모리를 사용하는 것과 같은 효과를 내도록 설계할 수 있다.
도10을 참조로 한 설명을 통해, 데이터 계조신호 소스로부터 8비트의 계조 신호를 입력될 때 종래의 프레임 메모리는 SXGA(1280×1024)의 경우 8비트의 r, g, b 계조 신호를 저장하여야 하므로 최소 30Mb의 메모리를 필요로 하는데, 본 발명의 실시예에 따른 프레임 메모리(410)는 6비트의 계조 신호만을 저장하면 되므로 종래에 비해 적은 용량의 메모리를 사용할 수 있는 장점이 있다.
여기서, 프레임 메모리(410)에 저장되는 계조신호의 비트의 수를 적을수록 프레임 메모리(410)의 용량은 종래에 비해 훨씬 더 적아질 수 있을 것이다.
이하, 도11을 참조로 본 발명의 제2 실시예에 따른 데이터 전압 보정부의 동작을 설명한다. 도11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 데이터 전압 보정부의 동작을 개념적으로 설명한 도면으로, 이해를 돕기 위해 하나의 프레임 메모리와 하나의 데이터 계조신호 변환기로 설계하였을 경우에 대하여 설명한다. 그러나, 프레임 메모리와 데이터 계조신호 변환기는 LCD 패널의 등급, 계조신호의 비트수, 및 설계자의 의도에 따라 그 사용 개수가 달라질 수 있다. 예를 들면, 프레임 메모리과 데이터 계조신호 변환기를 구성하는 메모리의 수를 3개로 하여 R, G, B 각각을 담당하도록 할 수 있다.
그리고, 당업자는 상기 프레임 메모리를 r, g, b 각 계조 신호에 대응하여 리드와 라이트를 전담하는 2개의 제1 및 제2 메모리로 구성하여 데이터 처리 속도를 향상시킬 수 있다.
즉, 계조 신호가 순차적으로 프레임 메모리에 입력될 때, 홀수번째 계조 신호를 제1 메모리에 저장시키고, 짝수번째 계조 신호를 제2 메모리에 저장시키며, 홀수번째 계조신호가 제1 메모리에 저장될 때 제2 메모리에서 리드하고, 짝수번째 계조신호가 제2 메모리에 저장될 때 제1 메모리에서 리드하여, 빠른 시간내에 데이터가 데이터가 프레임 메모리에 리드 및 라이트되도록 할 수 있다.
도11에서, 데이터 전압 보정부(400)는 제1 실시예에 따른 데이터 전압 보정부(400)와 그 구성은 동일하다. 그러나, 제2 실시예에 따른 데이터 전압 보정부(400)는 입력되는 계조신호의 비트수에 비해 출력하는 계조신호의 비트수를 줄이는 동작을 수행하므로써, 제1 실시예와 구별된다. 제2 실시예에 따른 데이터 전압 보정부(400)의 동작은 이하와 같다.
데이터 계조전압 소스로부터 r, g, b에 대한 8비트 계조신호가 수신되면, 8비트 r 계조신호중 하위 비트인 3비트는 보정되지 않는 비트로서, 점선 라인을 통해 바이패스되고, 나머지 현재 프레임의 5비트는 데이터 계조신호 변환기(430)와 프레임 메모리(410)에 입력된다.
프레임 메모리(410)에 입력되는 5비트의 현재 프레임의 r 계조신호는 소정 어드레스에 저장되어 다음 프레임에 출력되고, 이전 프레임의 5비트 r 계조신호가 데이터 계조신호 변환기(430)로 출력된다. 그러면, 데이터 계조신호 변환기(430)는 현재 프레임(Gn)의 5비트 r 계조신호와, 이전 프레임(Gn-1)의 5비트 r 계조신호를 수신하게 되고, 현재 프레임과 이전 프레임의 계조신호의 차에 비례하는 보정된 계조신호(Gn')를 생성하여 출력한다. 이때, 출력되는 보정된 r 계조신호(Gn')는 보정된 5비트와 보정되지 않은 3비트가 더해진 8비트이다.
그리고, 8비트의 g 계조신호는 점선 라인을 통해 2비트가 바이패스되고, 나머지 6비트의 계조신호(Gn)는 데이터 계조신호 변환기(430)와 프레임 메모리(410)에 입력된다. 여기서, 프레임 메모리(410)는 현재 프레임의 6비트 g 계조신호를 소정 어드레스에 저장시키고 이전 프레임(Gn-1)의 6비트의 g 계조신호를 출력한다. 따라서, 데이터 계조신호 변환기(430)는 6비트의 현재 및 이전 프레임의 g 계조신호를 이용하여 보정된 계조신호(Gn')를 출력한다. 이때, 보정된 g 계조신호(Gn')는 보정된 6비트와 보정되지 않은 2비트가 더해진 8비트이다.
마지막으로, 8비트의 b 계조신호는 점선 라인을 통해 3비트가 바이패스되고, 나머지 5비트의 계조신호(Gn)는 데이터 계조신호 변환기(430)와 프레임 메모리(410)에 입력된다. 여기서, 프레임 메모리(410)는 현재 프레임의 5비트 g 계조신호를 소정 어드레스에 저장시키고 이전 프레임(Gn-1)의 5비트의 g 계조신호를 출력한다. 따라서, 데이터 계조신호 변환기(430)는 5비트의 현재 및 이전 프레임의 g 계조신호를 이용하여 보정된 계조신호(Gn')를 출력한다. 이때, 보정된 g 계조신호(Gn')는 보정된 5비트와 보정되지 않은 3비트가 더해진 8비트이다.
상기에서, 8비트의 r, g, b 계조 신호중에서 바이패스되는 비트는 LSB로부터 시작되는 것이 바람직하며, 당업자에 따라 바이패스되는 비트의 수가 달리할 수 있다. 따라서, 당업자는 구성되는 프레임 메모리의 용량 및 개수와 데이터 계조신호 변환기의 용량 및 개수가 달리할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 데이터 계조신호 변환기(430)로는 앞서 설명한 수학식 9를 만족하는 디지털 회로를 직접 제조하여 사용할 수 있으며, 변환표(Look-up table)를 작성하여 ROM(read only memory)에 저장한 후 액세스하여 계조신호를 보정할 수도 있다. 실제로 보정 데이터 전압 Vn'는 단순히 이전 프레임의 데이터 전압(Vn-1)과 현재 프레임의 데이터 전압(Vn)의 차에만 비례하는 것이 아니고 각각의 절대값에도 의존하는 복잡한 함수이므로 이처럼 변환표를 구성하면 연산처리에 의존하는 것보다 회로가 훨씬 간단하게 된다는 장점이 있다.
여기서, 도10과 도11을 참조로 한 설명을 통해, 본 발명은 다음의 효과를 나타낼 수 있다.
예를 들어, LCD패널이 SXGA(1280×1024)급이고, 8비트의 계조 신호가 인가되는 경우에 대하여 설명한다.
이 경우, 종래에는 프레임 메모리는 최소 30Mb가 필요하고, 데이터 계조신호 변환기는 컨트롤러(420)에서 출력하는 제어 신호의 한 클럭당 2개의 R, G, B 픽셀을 처리하는 경우 512Kb×6개, 한 클럭당 1개의 R, G, B 픽셀을 처리하는 경우 512Kb×3개의 메모리가 필요하다.
보다 상세히, 한 클럭당 2 픽셀을 처리하는 경우, 데이터 계조신호 보정부(400)는 48비트의 입력 신호를 받게 되는데, 메모리의 버스 사이즈(size)는 통상 ×4, ×8, ×16, ×32 등으로 되어 있으므로, 16비트 와이드(wide) 메모리 3개를 써서 48비트 버스를 구성하게 된다.
그러나, 본 발명의 경우에는, n비트 계조신호중 LSB에서부터 i(i=1, 2, ..,n-1)개의 비트를 보정하지 않고 나머지 부분만 계조보정을 하므로써, 프레임 메모리와 데이터 계조신호 변환기의 용량을 줄일 수 있다.
예를 들어, n=8이고, I가 2일 경우 MSBs(Most Significant Bits) 6개만 보정하고 나머지 2개의 LSBs는 보정하지 않아도 되므로, 프레임 메모리는 1280×1024×3×6비츠(bits)= 22.5Mb의 용량만 필요하고, 데이터 계조신호 변환기는 8비트 계조 테이블 메모리(512Kb) 대신 6비트를 쓸수 있으므로 24Kb(1 픽셀/클럭인 경우), 6×24Kb(2픽셀/클럭인 경우)로 사이즈가 획기적으로 줄어들게 된다.
한편, 본 발명에서 계조신호의 보정에서 보정 비트수를 생략하는 것은 동화상 표현시 사람의 눈이 정지 화상을 볼때만큼 민감하지 않기 때문이므로, 보정 비트수의 생략은 동화상 표현시 사람의 눈에 계조 표현이 드러나지 않는 범위내에서 하는 것이 바람직하다.
그리고, R, G, B 색에 대해 사람의 눈은 그 민감도가 다르므로, 해당 색의 계조신호에 대해 보정 비트수의 생략을 달리하는 것이 바람직하다. 즉, 사람의 눈은 G색에 가장 민감하고, B색에 가장 둔감하므로, 보정 비트수(i)는 G≤R≤B 순이 되는 것이 바람직하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 n비트 계조신호 중 m(m<n)비트만을 이용하여 데이터 전압을 보정하고, 보정된 데이터 전압을 화소에 인가함으로써 화소 전압이 바로 목표 전압 레벨에 도달할 수 있도록 한다. 따라서, 것으로서 TFT LCD의 패널 구조를 바꿀 필요 없이 액정의 응답속도를 개선시킬 수 있다.
또한, n 비트 계조신호중 m비트만을 이용하므로써, 데이터 전압 보정시 필요로하는 메모리의 개수 및 용량을 줄일 수 있으므로, 패널 수율이 향상되고, 원가가 절감된다.

Claims (21)

  1. 주사신호를 전달하는 다수의 게이트선과, 데이터 전압을 전달하며 상기 게이트선과 절연되어 교차하는 다수의 데이터선, 상기 게이트선 및 데이터 선에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 각각 상기 게이트선 및 데이터선에 연결되어 있는 스위칭 소자를 가지는 행렬 형태로 배열된 다수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치 패널;
    게이트선에 주사신호를 순차적으로 공급하는 게이트 드라이버;
    데이터 계조신호 소스로부터 R, G, B에 대한 n 비트 계조신호를 수신하고, n 비트중 m비트의 현재 프레임 계조 신호와 m 비트의 이전 프레임의 계조 신호를 고려한 보정 계조신호를 출력하는 데이터 계조 신호 보정부; 및
    상기 데이터 계조 신호 보정부로부터 출력되는 상기 보정 계조 신호를 대응하는 데이터 전압으로 바꾸어 상기 데이터선으로 공급하는 데이터 드라이버를 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 계조신호 보정부는
    상기 데이터 계조신호 소스로부터 m 비트의 계조신호를 수신하고 하나의 프레임동안 상기 입력된 계조신호를 저장하여 출력하는 프레임 메모리,
    상기 프레임 메모리의 계조신호의 기록 및 판독을 제어하는 컨트롤러, 및
    상기 데이터 계조신호 소스로부터 수신되는 m비트의 현재 프레임 계조신호와 상기 프레임 메모리로부터 수신되는 m비트 이전 프레임의 계조신호를 고려하여 보정 계조신호를 생성하여 출력하는 데이터 계조신호 변환기를
    포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 m은,
    n 비트의 계조 신호중 LSB로부터 i(0, 1, 2, ..., n-1)개 제외한 나머지 비트인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치
  4. 제2항에서,
    상기 m은,
    R, G, B에 따라 그 값을 달리하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 m은,
    B에 대하여 가장 큰 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 m은,
    G에 대하여 가장 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제2항에서,
    상기 데이터 계조신호 변환기는,
    상기 데이터 계조신호 소스로부터 수신되는 n비트의 계조신호 중에서 보정을 수행하지 않는 (n-m) 비트를 수신하고, 수신한 (n-m) 비트를 현재 프레임의 계조신호와 이전 프레임의 계조 신호를 고려하여 생성한 계조 신호에 더하여 n 비트의 보정 계조 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제2항에서,
    상기 프레임 메모리는,
    상기 데이터 계조신호 소스의 홀수번째 m비트 계조신호 출력을 라이트하고, 짝수번째 m비트 계조신호를 리드하는 제1 프레임 메모리와, 상기 데이터 계조신호 소스의 홀수번째 m비트 계조신호의 출력을 리드하고, 짝수번째 m비트 계조신호를 라이트하는 제2 프레임 메모리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 계조신호 변환기는 현재 프레임의 데이터 전압을 Vn, 이전 프레임의 데이터 전압을 Vn-1이라 할 때,
    위의 식을 만족하는 보정 데이터 전압 Vn'을 출력하도록 계조신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 계조신호 변환기는 디지털 회로를 사용하여 상기 식을 만족하는 보정된 계조신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 계조신호 변환기는
    이전 프레임의 계조신호와 현재 프레임의 계조신호에 대응하는 보정 계조신호를 기록하는 변환표를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 변환표는
    상기 보정 데이터 전압이 제1 전압 보다 큰 경우 상기 보정 데이터 전압을 상기 제1 전압으로 하고, 상기 보정 데이터 전압이 제2 전압 보다 작은 경우 상기 보정 데이터 전압을 상기 제2 전압으로 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 다수의 게이트선과, 상기 게이트선과 절연되어 교차하는 다수의 데이터선,상기 게이트선 및 데이터선에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 각각 상기 게이트선 및 데이터선에 연결되어 있는 스위칭 소자를 가지는 행렬 형태로 배열된 다수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서,
    상기 게이트선에 주사신호를 순차적으로 공급하는 단계;
    데이터 계조 신호 소스로부터 n비트의 계조 신호를 수신하고, n 비트중 m비트의 현재 프레임 계조 신호와 m 비트의 이전 프레임 계조 신호를 고려하여 보정 계조 신호를 생성하는 단계; 및
    생성된 상기 보정 계조 신호에 대응하는 데이터 전압을 상기 데이터선에 공급하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 보정 계조 신호를 생성하는 단계는
    상기 데이터 계조 신호 소스로부터 수신된 n비트의 계조 신호중 m비트만 하나의 프레임 만큼 지연시키는 단계;
    상기 데이터 계조 신호 소스로부터 수신된 현재 프레임의 m비트 계조 신호와 상기 지연된 이전 프레임의 m 비트 계조 신호를 고려하여 m비트의 제1 보정 계조 신호를 생성하는 단계; 및
    보정되지 않고 바이패스된 (n-m)비트를 상기 단계에서 생성된 m비트의 제1 계조 신호와 더하여 n비트의 제2 보정 계조 신호를 생성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 m은,
    n 비트의 계조 신호중 LSB로부터 i(0, 1, 2, ..., n-1)개 제외한 나머지 비트인 것을 특징으로 하는 액정 표시 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 m은,
    R, G, B에 따라 그 값을 달리하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 m은,
    B에 대하여 가장 큰 것을 특징으로 하는 액정 표시 방법.
  18. 제16항에서,
    상기 m은,
    G에 대하여 가장 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 방법.
  19. 제13항에서,
    상기 보정 계조 신호는
    현재 프레임의 데이터 전압을 Vn, 이전 프레임의 데이터 전압을 Vn-1이라 할 때,식을 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 제1 보정 계조 신호 생성 단계는
    m비트의 이전 프레임 계조신호와 m비트의 현재 프레임 계조 신호에 대응하는 보정 계조신호를 기록하는 변환표를 검색하여 제1 보정 계조신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 변환표는
    상기 보정 계조 전압이 제1 전압 보다 큰 경우 상기 보정 데이터 전압을 상기 제1 전압으로 하고, 상기 보정 데이터 전압이 제2 전압 보다 작은 경우 상기 보정 데이터 전압을 상기 제2 전압으로 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
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