KR20050001723A - 액정 표시 장치의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임펄시브 구동(impulsive driving) 방법을 개선한 액정 표시 장치의 구동 방법에 관한 것으로서, 단위 프레임을 시간을 축으로 복수의 구간으로 분할하고, 그 복수의 분할 구간 중 시작 분할 구간 및 종료 분할 구간 동안에 블랙 데이터를 삽입하거나 백라이트를 오프함을 특징으로 하는데, 홀수 프레임에서는 상기 시작 분할 구간 동안 상기 블랙 데이터를 삽입함과 아울러 상기 종료 분할 구간 동안 상기 백라이트를 오프하고, 짝수 프레임에서는 상기 시작 분할 구간 동안 상기 백라이트를 오프함과 아울러 상기 종료 분할 구간 동안 상기 블랙 데이터를 삽입하며, 상기 시작 분할 구간과 상기 종료 분할 구간은 시간을 기준으로 동일한 크기로 함을 특징으로 하여, 데이터 블링킹 방식에서의 휘도 과다 손실을 최소화시킴과 아울러 백라이트 제어 방식이 라인별 블링킹 영역의 불균일과 동기 오류를 없애고 블링킹 영역을 미세하게 제어할 수 있다.

Description

액정 표시 장치의 구동 방법{A method for driving an LCD}

본 발명은 액정 표시 장치의 구동 방법에 관한 것으로, 특히 임펄시브 구동(impulsive driving) 방법을 개선한 액정 표시 장치의 구동 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display Device : 이하 LCD)는 후면이 광원에서 발생한 빛을 전면에 있는 LCD 패널의 각 화소가 일종의 광 스위치 역할을 하여 선택적으로 투과시킴으로서 화상을 표시하는 장치이다. 즉, 종래의 음극선관(CRT)은 주사되는 전자선의 세기를 조절하여 휘도를 제어하는데 반하여, LCD는 광원에서 발생하는 빛의 세기를 제어하여 화면의 휘도를 제어한다.

기술의 발달에 따라 정지 화상을 표시하는 기술뿐만 아니라 동영상을 표시하는 기술이 각광을 받고 있는 실정이다. 그러나 각종 디스플레이 매체로 이용되는 액정 표시 장치에서 동화상을 구현하기에는 어려운데, 그 이유는 하나의 프레임 주기보다 액정의 응답 속도가 늦기 때문에 액정에 충전된 전압, 예를 들어 화상 신호 또는 데이터 전압을 한 프레임동안 유지한 후 다음 프레임에서 새로운 전압을 인가하면, 화면상에 끌림 현상이 발생한다.

도 1은 일반적인 CRT에서 시간에 따른 광의 밀도(Light intensity)를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 일반적인 액정 표시 장치에서 시간에 따른 광의 밀도를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, CRT는 임펄스(Impulse) 방식으로 구동되는 반면, 도 2에 도시한 일반적인 액정 표시 장치는 홀드(Hold) 방식으로 구동되어 동영상 구현시 화면의 끌림 현상이 발생한다.

액정 표시 장치에서 화면의 끌림 현상을 제거하기 위하여, CRT와 같이 한 프레임의 일정 부분에는 데이터를 입력하고, 나머지 부분에는 블랙 또는 화이트 데이터를 입력하는 임펄스(Impulse) 구동 방식이 제안된 바 있다.

이하, 종래의 액정표시장치의 개략적인 구조 및 그 구동방식에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은 일반적인 액정표시장치용 패널구성에 대한 개략도이다.

동 도면에 도시된 바와 같이, 공통전극(미도시)을 가지는 상부 기판(4)과,화소 전극(미도시)을 가지는 하부 기판(6) 및 이 상부 및 하부 기판(4, 6) 사이에 액정층(8)이 개재된 액정표시장치용 패널(2 ; 이하, 액정패널로 약칭함)과, 이 액정패널(2)의 좌측 및 상부에 위치하며, 이 액정패널(2)에 게이트 및 데이터 신호를 인가하는 게이트 및 데이터 집적회로(10, 12)가 각각 연결되어 있다.

상기 하부 기판(6)에는 게이트 신호를 인가받는 다수 개의 주사선(gi ; i는 양의 정수로서, 1≤i≤n)과, 이 주사선(gi)과 교차하여 다수 개의 화소 영역을 정의하며, 데이터 신호를 인가받는 다수 개의 신호선(dj ; j는 양의 정수로서, 1≤i≤m)이 형성되어 있고, 상기 주사선(gi) 및 신호선(dj)의 교차하는 영역에는 다수 개의 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다.

상기 액정패널(2)의 하나의 화소단위 등가회로는 상기 박막트랜지스터(T)에 액정 충전용량인 액정 캐패시턴스(CLC)와 화소 충전용량인 스토리지 캐패시턴스(CST)가 병렬로 연결되어 구성된다.

다음은, 상기 액정표시장치의 구동방식에 대해서 간략히 설명한다.

일반적으로, 주사선에 게이트 신호가 온상태로 걸리는 시간적 개념인 선택기간 중에는, 주사선에 연결된 게이트에 신호선보다 높은 전압이 걸려 박막트랜지스터를 이루는 드레인 및 소스 사이 채널의 저항이 작아져서, 신호선에 걸린 전압이 화소 전극을 통해 액정층에 걸린다. 그리고, 비선택기간 중에는 주사선에 연결된 게이트에 신호선보다 낮은 전압이 걸려 드레인 및 소스는 전기적으로 단절되어 선택기간 동안 액정층에 충전된 전하가 유지된다. 즉, 첫 번째 주사선부터 마지막 주사선까지 모두 한 번씩 선택기간과 비선택기간을 거쳐, 화면을 구현하는 최소 단위인 1 프레임을 이룬다.

도 4는 일반적인 액정표시장치에서, 게이트 펄스의 인가방식을 프레임별 타이밍 챠트로 나타낸 도면이다.

동 도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 액정표시장치에서는, 한 프레임 동안에는 제 1 주사선(g1)에서 제 n번째 주사선(gn)까지 순차적으로 게이트 펄스의 온/오프 방식으로 인가하여, 전체 주사선을 모두 선택하게 된다. 예를 들어, 연속으로 이어지는 제 1, 2 프레임에 대해서, 제 1 프레임의 제 1 게이트 펄스(14a)와 제 2 프레임의 제 2 게이트 펄스(14b)는 각각의 프레임에서 오직 한번씩 해당 주사선의 화소들에 인가된다.

즉, 이와 같은 방식에서는 제 1 주사선(g1)은 게이트 펄스(14)의 온/오프를 거친 후, 제 i번째 주사선(gi)에 게이트 펄스(14)가 인가될 때까지, 액정층(도 1의 8)의 배열을 한 프레임 동안 일정하게 유지시켜야 하는데, 이러한 구동방식을 홀드타입(hold type) 구동방식이라고 한다.

도 5는 기존의 홀드타입(hold type) 액정표시장치의 프레임별 화소 단위 화상정보 구성방식을 나타낸 도면으로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 홀드타입 구동방식에서는 한 프레임 동안 일정한 화상정보를 유지해야 하는데, 이것은 액정의 응답속도가 상기 화상정보처리 속도 수준을 유지할 때 가능하다.

그러나, 일반적인 액정표시장치에서는 TN(Twisted Nematic) 액정모드가 주로 이용되는데, 이 TN 액정모드는 약 20msec의 응답속도를 가지고, 동화상용에 적합한 액정의 응답속도는 적어도 5msec 이하가 요구되므로, 현재 동화상용 홀드타입 액정표시장치에서는 화상정보 처리속도를 액정의 응답속도가 따라가지 못하여, 전 화면의 화상정보가 다음 프레임에서 어느 정도 남게 되어 상흐림(motion blur)과 같은 화질저하가 발생하게 된다.

도 5에서, 프레임별로 화상정보 영역간에 높이차는 각 화상 정보의 그레이 레벨(gray level) 차에 따른 것이다.

도 6은 도 5의 액정표시장치의 화면구성 방식을 나타낸 도면으로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 임의의 시간에 화면을 보면, 선택된 주사선(17) 상의 데이터에 의한 화상정보만 리프레쉬(refresh)된다.

상기 선택된 주사선(17)에서는 새로운 프레임에 대한 화상정보를 받게 되는데, 이때 액정의 응답속도가 화상정보 처리속도를 따라가지 못하게 되면, 상기 선택된 주사선(17)의 해당 화소들에서 전 프레임의 화상이 남게 되어 상흐림 현상이 발생되는 것이다.

이외에도, 데이터 집적회로를 통해 인가되는 데이터 신호전압은, 화소에 도달하는 과정에서 배선간의 저항이나, 박막트랜지스터부에서의 기생용량 등의 원인으로 화소에 실질적으로 인가되는 픽셀 전압량과 오차를 가지게 된다.

이것은 설계치의 화상정보와 실질적인 화상정보의 차를 가져오게 되는데, 이러한 오차는 시각인지적인 면에서 상흐림 현상을 가져온다.

도 7은 일반적인 CRT 표시장치의 광 발산 프로파일(light emission profiles)을 나타낸 도면이고, 도 8은 일반적인 액정표시장치의 광 작동 곡선(lighting operation curve)을 나타낸 도면으로서, 하나의 화소를 기준으로 프레임별로 나타내었다.

도 7의 CRT 표시장치에서는, 한 프레임 내에서 광 강도를 제로로 하는 블랙화상 구간(I)을 두어, 각 프레임별로 광 발산 프로파일이 개별적으로 구현되는 반면, 도 8의 액정표시장치는 각 프레임마다 고정된 이미지를 유지하는 홀드타입 구동방식이기 때문에, 지속적인 광 작동 곡선이 형성되는데, 이때, 광 작동 고선과 데이터 전압간의 오차영역(II)은 프레임이 거듭될수록 시각인지적으로 상흐림 현상을 가져오게 된다.

따라서, 상기 홀드 타입 구동 방식의 문제점을 개선하기 위해서, 임펄시브 타입 구동방식이 제안된 바 있다.

도 9는 종래의 임펄시브 타입(impulsive type) 액정표시장치의 프레임 단위 화상정보 구성방식을 나타낸 도면으로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 임펄시브 구동방식은 전 프레임에서의 화질 저하요인이 현재 프레임에 영향을 끼치는 것을 방지하기 위하여, 한 프레임 단위로 일정구간을 블랙 화상 영역(III)에 할당하는 방식이다.

상기와 같은 임펄시브 구동 방식은 크게 데이터 어드레싱(Data Addressing) 방식과 백라이트 제어(Backlight Control) 방식으로 구분된다.

도 10은 상기 데이터 어드레싱(또는 데이터 블링킹(Data Blinking)이라 칭함) 방식의 임펄시브 구동을 설명하기 위한 도면으로서, 도 10의 (a) 및 (b)와 같이 하나의 게이트 펄스 폭(Gate pulse width)을 리얼(real) 데이터 입력 라인(B-line)과 블랙(black) 데이터 입력 라인(A-line)이 절반씩 분할하여 사용하고, 도10의 (a) 및 (c)와 같이 1 프레임을 특정 비율(예를 들어 7:3, 6:4,... 등)로 분할하여 1 프레임의 분할된 일정 부분에는 리얼 데이터를 입력하고 나머지 부분에는 블랙 데이터를 입력하여 각 라인의 리얼 데이터 홀딩 시간을 확보한다.

도 11은 상기 백라이트 제어 방식의 임펄시브 구동을 설명하기 위한 도면으로서, 도 11의 (a)와 같이 LCD의 백 라이트 장치에 구비된 다수개의 램프(lamp 1-6)를 순차적으로 온/오프 시킴으로서 임펄시브 구동을 구현한다. 이때 도 11의 (b)와 같이 리얼 데이터의 입력은 종래의 홀드 타입 방식과 동일하고, 도 11의 (c)와 같이 1 프레임을 특정 비율(예를 들어 7:3, 6:4,... 등)로 분할하여 1 프레임 기간동안 상기 분할된 비율에 따라 각 램프(lamp 1-6)를 온/오프 제어한다.

그러나, 상술된 종래의 임펄시브 구동 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 상기 데이터 블링킹 방식의 임펄시브 구동 방법은 블링킹 영역을 블랙 데이터를 삽입(또는 입력이라 칭함)함으로써 확보하므로 액정의 동작 특성과 밀접한 관계가 있다. 현재 제품화되는 네마틱(nematic) 액정은 오버 드라이빙(Over Driving) 및 로우 셀 갭(Low Cell Gap) 기술 등의 고속 응답 기술을 접목시킨다 하더라도 액정의 반응 지연으로 인한 휘도 손실은 여전하다. 특히, 임펄시브 구동을 위해 홀수 프레임의 데이터 입력 후 블랙 데이터를 삽입함으로써 블링킹 영역을 확보하고 또 다시 짝수 프레임의 극성 반전된 동일 크기의 데이터를 입력함으로써 노말(nomal) 상태의 액정을 처음부터 다시 동작시켜야 하므로 반응 지연으로 인한 불필요한 휘도 손실이 그 만큼 커지는 문제점이 있다.

둘째, 상기 백라이트 제어 방식의 임펄시브 구동 방법은 라인별로 정교한 임펄시브 타입 구동을 구현하기 어려우며, 각 램프가 관할하는 영역의 경계선도 모호하여 라인별 액정 구동과 각 램프의 동기화 구현에 오류가 존재할 수밖에 없다. 즉, 각 램프의 온/오프 듀티비(duty ratio)의 설정이 모든 라인에 동일하지 않아서 각 램프 영역별 에지(edge) 부분의 휘도 및 상흐림(motion blur) 제거율의 편차가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 블링킹 방식의 임펄시브 구동시의 문제점인 홀수 프레임과 짝수 프레임간의 액정의 반응 지연으로 인한 불필요한 휘도 손실을 없애고, 백라이트 제어 방식의 임펄시브 구동시의 문제점을 최소화하는, 액정 표시 장치의 구동 방법을 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 일반적인 CRT에서 시간에 따른 광의 밀도(Light intensity)를 설명하기 위한 도면이고,

도 2는 일반적인 액정 표시 장치에서 시간에 따른 광의 밀도를 설명하기 위한 도면이고,

도 3은 일반적인 액정표시장치용 패널구성에 대한 개략도이고,

도 4는 일반적인 액정표시장치에서, 게이트 펄스의 인가방식을 프레임별 타이밍 챠트로 나타낸 도면이고,

도 5는 기존의 홀드타입(hold type) 액정표시장치의 프레임별 화소 단위 화상정보 구성방식을 나타낸 도면이고,

도 6은 도 5의 액정표시장치의 화면구성 방식을 나타낸 도면이고,

도 7은 일반적인 CRT 표시장치의 광 발산 프로파일(light emission profiles)을 나타낸 도면이고,

도 8은 일반적인 액정 표시 장치의 광 작동 곡선(lighting operating curve)을 나타낸 도면이고,

도 9는 종래의 임펄시브 타입(impulsive type) 액정표시장치의 프레임 단위 화상정보 구성방식을 나타낸 도면이고,

도 10은 상기 데이터 어드레싱(또는 데이터 블링킹(Data Blinking)이라 칭함) 방식의 임펄시브 구동을 설명하기 위한 도면이고,

도 11은 상기 백라이트 제어 방식의 임펄시브 구동을 설명하기 위한 도면이고,

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명

I : 단위 프레임에서의 블랙 데이터 삽입 구간

II : 단위 프레임에서의 액정 홀딩 구간

III: 단위 프레임에서의 백라이트 오프 구간

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법은, 홀수 프레임에서 짝수 프레임으로 바뀌는 제 1 전환 구간 동안 백라이트를 오프시키는 과정; 및 짝수 프레임에서 홀수 프레임으로 바뀌는 제 2 전환 구간 동안 블랙 데이터를 삽입하는 과정을 포함하여 구성된다.

상기 제 1 전환 구간은 상기 홀수 프레임의 종료 구간과 상기 짝수 프레임의 시작 구간으로 구성되고, 상기 제 2 전환 구간은 상기 짝수 프레임의 종료 구간과 상기 홀수 프레임의 시작 구간을 포함하되, 상기 종료 구간과 상기 시작 구간은 시간을 기준으로 동일한 크기로 한다. 또한, 상기 홀수 프레임이 최초의 프레임인 경우에는 그 홀수 프레임의 시작 구간에 블랙 데이터를 삽입토록 한다.

즉, 본 발명은 단위 프레임을 시간을 축으로 복수의 구간으로 분할하고, 그 복수의 분할 구간 중 시작 분할 구간 및 종료 분할 구간 동안에 블랙 데이터를 삽입하거나 백라이트를 오프함을 특징으로 하는데, 홀수 프레임에서는 상기 시작 분할 구간 동안 상기 블랙 데이터를 삽입함과 아울러 상기 종료 분할 구간 동안 상기 백라이트를 오프하고, 짝수 프레임에서는 상기 시작 분할 구간 동안 상기 백라이트를 오프함과 아울러 상기 종료 분할 구간 동안 상기 블랙 데이터를 삽입하며, 상기 시작 분할 구간과 상기 종료 분할 구간은 시간을 기준으로 동일한 크기로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 액정 표시 장치의 프레임 단위의 데이터 전압의 인가를 나타낸 도면이고, (b)와 (c)는 액정 표시 장치의 프레임 단위의 화상 정보 구성 방식을 나타낸 도면으로, (b)는 이상적인(ideal) 상태를 나타낸 도면 (c)는 실제(real) 상태를 나타낸 도면이다.

먼저 도 12를 보면, 최초의 시작 프레임(제 1 프레임)을 포함하는 홀수 프레임은 블랙 데이터 삽입 구간(블랙 화상 구간)(I), 액정 홀딩 구간(실제 화상 구간)(II) 및 백라이트 오프 구간(블랙 화상 구간)(III)으로 순차 분할되어 있다.

또한, 짝수 프레임은 백라이트 오프 구간(III), 액정 홀딩 구간(II) 및 블랙 데이터 삽입 구간(I)으로 순차 분할되어 있다.

상기 블랙 데이터 삽입 구간(I)과 상기 액정 홀딩 구간(II)과 상기 백라이트 오프 구간(III)은 시간을 기준으로 특정 비율로 분할하되, 상기 블랙 데이터 삽입 구간(I)과 상기 백라이트 오프 구간(III)은 동일한 크기로 분할한다. 예를 들어, 상기 블랙 데이터 삽입 구간(I) 대 상기 액정 홀딩 구간(II) 대 상기 백라이트 오프 구간(III)간의 분할 비율은 1.5:7:1.5 또는 2:6:2 또는 2.5:5:2.5 등과 같이 할 수 있다.

본 발명은 홀수 프레임에서 짝수 프레임으로 바뀌는 제 1 전환 구간(III+III) 동안 백라이트 제어 방식의 임펄시브 구동 방식에 따라 백라이트를 오프시키고, 짝수 프레임에서 홀수 프레임으로 바뀌는 제 2 전환 구간(I+I) 동안 데이터 어드레싱 방식의 임펄시브 구동 방식에 따라 블랙 데이터를 삽입한다.

즉, 본 발명은 백라이트 제어 방식의 임펄시브 구동 방식과 데이터 어드레싱 방식의 임펄시브 구동 방식을 혼합 적용한 것으로, 단위 프레임을 기준으로 상기 블랙 데이터 삽입 구간(I)에서는 게이트 라인을 리셋하여 블랙 데이터를 삽입시키고, 상기 액정 홀딩 구간(II)에서는 실제 화상을 그대로 표시하고, 상기 백라이트 오프 구간(III)에서는 백라이트 장치의 해당 램프를 오프시킨다.

홀수 프레임에서 짝수 프레임으로 바뀌는 전환 구간에서는 극성 반전만 일어나고 데이터 전압의 크기는 동일하므로, 블랙 데이터를 삽입하지 않고 백라이트의 해당 램프 오프를 통해 블링킹 영역을 확보함으로써 휘도 손실을 최소화시키고, 또한 짝수 프레임이 완료된 후 다음 데이터가 입력되기 전에 블랙 데이터를 삽입함으로써 이전 데이터 화상의 영향을 실질적으로 최소화시킨다. 이때, 홀수 프레임과짝수 프레임의 DC 균형을 맞추기 위해 홀수 프레임의 시작전이고 짝수 프레임의 종료전에도 상기 블랙 데이터와 동일한 크기(시간 간격)의 블랙 데이터를 삽입시킨다.

이상 상세히 설명한 바와 같은 액정 표시 장치의 구동 방식에 의하면, 데이터 블링킹 방식에서의 휘도 과다 손실을 최소화시킴과 아울러 백라이트 제어 방식이 라인별 블링킹 영역의 불균일과 동기 오류를 없애고 블링킹 여역을 미세하게 제어할 수 있다.

Claims (9)

1. 홀수 프레임에서 짝수 프레임으로 바뀌는 제 1 전환 구간 동안 백라이트를 오프시키는 과정; 및

   짝수 프레임에서 홀수 프레임으로 바뀌는 제 2 전환 구간 동안 블랙 데이터를 삽입하는 과정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 전환 구간은 상기 홀수 프레임의 종료 구간과 상기 짝수 프레임의 시작 구간으로 구성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 종료 구간과 상기 시작 구간은 시간을 기준으로 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 전환 구간은 상기 짝수 프레임의 종료 구간과 상기 홀수 프레임의 시작 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 종료 구간과 상기 시작 구간은 시간을 기준으로 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 홀수 프레임이 최초의 프레임인 경우 그 홀수 프레임의 시작 구간에 블랙 데이터를 삽입함을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
7. 단위 프레임을 시간을 축으로 복수의 구간으로 분할하고, 그 복수의 분할 구간 중 시작 분할 구간 및 종료 분할 구간 동안에 블랙 데이터를 삽입하거나 백라이트를 오프함을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   홀수 프레임에서는 상기 시작 분할 구간 동안 상기 블랙 데이터를 삽입함과 아울러 상기 종료 분할 구간 동안 상기 백라이트를 오프하고, 짝수 프레임에서는 상기 시작 분할 구간 동안 상기 백라이트를 오프함과 아울러 상기 종료 분할 구간 동안 상기 블랙 데이터를 삽입함을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 시작 분할 구간과 상기 종료 분할 구간은 시간을 기준으로 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.