KR20070069398A - 액정표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치는, 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차로 마련되는 영역마다 형성되는 박막트랜지스터를 포함하는 OCB모드의 액정 셀들을 구비하는 액정표시패널과; 상기 데이터 라인을 통하여 OCB모드 액정 셀에 소정의 화소 신호를 공급함에 있어 1프레임 기간 중 소정 기간에 대해 상기 화소 신호가 아닌 임펄스 신호로서 블랙 값을 나타내는 전압 또는 이보다 더 높은 전압을 인가하는 액정표시패널 구동부가 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 한 프레임 주기 중 소정 시간 동안 고전압을 인가하고 그 후 해당하는 데이터 신호를 인가하는 임펄스 구동 방법을 소형 OCB(Optically Compensated Birefringence) 모드 액정표시장치에 적용함으로써, OCB 모드 자체의 투과 광효율을 향상시키면서 동시에 밴드 상태의 안정성을 확보하게 되는 장점이 있다.

Description

액정표시장치 및 그 구동방법{Liquid Crystal Display and driving method thereof}

도 1은 OCB 모드 액정표시장치를 개략적을 나타내는 사시도.

도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 OCB 모드의 액정표시장치에 인가되는 전압에 따른 OCB모드의 액정 움직임을 나타내는 도면.

도 3은 도 1에 도시된 액정표시패널에 인가되는 전압에 따른 광투과도를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 OCB 모드 액정표시장치의 구성을 나타내는 블록도.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동 방법 및 그 효과를 설명하기 위한 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 임펄스 신호 52 : 화소 신호

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 모바일 기기 등에 구비되는 소 형 OCB(Optically Compensated Birefringence) 모드 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절하여 화상을 표시하는 것으로, 상기 액정표시장치 중 액정 셀별로 스위칭 소자가 마련된 액티브 매트릭스(Active Matrix) 타입은 동영상을 표시하기에 적합하다. 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치 스위칭 소자로는 주로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 이용되고 있다. 이러한 액정표시장치는 브라운관에 비하여 소형화가 가능하여 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer)와 노트북 컴퓨터(Note Book Computer)는 물론, 복사기 등의 사무자동화기기, 휴대전화기나 호출기 등의 휴대기기까지 광범위하게 이용되고 있다.

액정표시장치에 이용되는 액정으로는 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic, TN) 모드의 액정이 주로 이용된다. 이 TN 모드의 액정은 트위스트된 각이 90ㅀ로 전기장의 인가에 따라 액정배열 상태를 바꾸어 광을 투과시키게 된다. 이러한 TN 모드의 액정은 액정분자의 장축방향으로 진동하는 광과 장축방향에 수직하는 방향으로 진동한다. 이렇게 광의 진동 방향이 서로 다름으로 인해 광의 굴절율이 달라지는 것을 굴절율 이방성이라 하는데, 이 굴절율 이방성에 의해 TN 모드의 액정은 시야각이 좁으며 액정의 응답속도가 느리다는 문제점을 가지고 있다.

또한, 종래의 액정표시장치는 그 구동에 있어서, 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 발생되어 완벽한 동영상 구현이 어렵다는 단점이 있다.

본 발명은 모바일 기기 등에 구비되는 소형 OCB(Optically Compensated Birefringence) 모드 액정표시장치에 있어서, 한 프레임 주기 중 소정 시간 동안 고전압을 인가하고 그 후 해당하는 데이터 신호를 인가하는 임펄스 구동 방법을 사용함으로써, OCB 모드 자체의 투과 광효율을 향상시키면서 동시에 밴드 상태의 안정성을 확보할 수 있도록 하는 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치는, 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차로 마련되는 영역마다 형성되는 박막트랜지스터를 포함하는 OCB모드의 액정 셀들을 구비하는 액정표시패널과; 상기 데이터 라인을 통하여 OCB모드 액정 셀에 소정의 화소 신호를 공급함에 있어 1프레임 기간 중 소정 기간에 대해 상기 화소 신호가 아닌 임펄스 신호로서 블랙 값을 나타내는 전압 또는 이보다 더 높은 전압을 인가하는 액정표시패널 구동부가 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 액정 표시 패널 구동부는, 상기 게이트 라인들을 순차적으로 구동하는 게이트 구동부와; 데이터 라인을 통하여 OCB모드 액정 셀에 소정의 화소 신호 및 1프레임 기간 중 소정 기간에 대해 상기 화소 신호가 아닌 블랙 값을 나타내는 전압 또는 이보다 더 높은 전압을 인가하는 데이터 구동부가 포함되어 구성된 다.

또한, 상기 데이터 구동부 및 게이트 구동부는 하나의 IC로 구성되는 COP(Chip On Pannel) 형태로 형성되며, 상기 액정표시장치는 모바일 기기에 구비되는 소형 OCB 모드 액정표시장치임을 특징으로 한다.

또한, 상기 소정 기간은 상기 1 프레임의 10 ~ 20% 내의 기간이고, 상기 임펄스 신호의 전압 레벨은 블랙값을 나타내는 전압을 포함하여 5 ~8V 또는 그 이상의 전압이 인가됨을 특징으로한다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치 구동방법은, 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차로 마련되는 영역마다 형성되는 박막트랜지스터를 포함하는 OCB모드의 액정 셀들을 구비하는 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 데이터 라인을 통하여 OCB모드 액정 셀에 소정의 화소 신호를 공급함에 있어 1프레임 기간 중 소정 기간에 대해 상기 화소 신호가 아닌 임펄스 신호로서 블랙 값을 나타내는 전압 또는 이보다 더 높은 전압을 인가하는 단계가 포함됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 OCB 모드 액정표시장치를 개략적을 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, OCB(Optically Compensated Birefringence) 모드의 액정표시장치는 컬러필터 어레이(Color filter array) 및 배향막이 순차적으로 형성된 제 1기판(10)과, 박막트랜지스터 어레이, 화소전극 및 배향막이 형성된 제 2기판(12)과, 상기 제 1, 2기판 간에 형성된 스페이서에 의해 소정의 갭을 가지며 그 소정 공간에 주입된 OCB 모드의 액정(18)과, 상기 제 1기판(10)과 제 2기판(12) 외부면으로 배치된 상/하부 편광판들(14, 23)과, 제 1기판(10)과 상부 편광판(14) 사이에 배치된 상부 보상필름(16)과, 제 2기판(12)과 하부 편광판(23) 사이에 배치되어 입사되는 광의 위상을 지연시켜 시야각을 보상하는 보상필름(20)으로 구성된다.

이 때, 상기 제 1기판(10)과 제 2기판(12)의 배향막들은 동일한 방향으로 배향 처리된다.

도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 OCB 모드의 액정표시장치에 인가되는 전압에 따른 OCB모드의 액정 움직임을 나타내는 도면이며, 도 3은 액정패널에 인가되는 전압에 따른 광투과율을 나타내는 도면이다.

제 1기판(10)과 제 2기판(12) 사이에 주입되는 OCB 모드의 액정은 배향막의 배향 처리 방향에 따라 전이전압(Vtr) 이하에서 도 2a에 도시된 바와 같이 초기 배향상태인 스플레이(splay) 상태를 유지하게 된다. 즉, 액정분자들은 상/하부 배향막의 표면에서 각각 θ와 -θ°의 틸트각(tilt angle)으로 배열되며 액정셀의 중심으로 가면서 틸트각이 감소하여 액정셀의 중심에서 액정분자의 틸트각이 0°가 된다. 이러한 스플레이 상태로 배열된 액정분자들의 광학적 특성을 살펴보면 다음과 같다.

스플레이 상태로 배열된 액정분자들은 도 3에 도시된 바와 같이 전이전압(Vtr) 이하에서 증가하는 전압(V)에 불규칙적으로 광을 투과시킨다. 이에 따라, 스플레이 상태를 가지는 액정들에 의해 짧은 시간동안 화상에 얼룩이나 깜박거림이 나타나게 된다.

이러한 스플레이 상태를 가지는 액정분자들은 도 2b에 도시된 바와 같이 전이전압(Vtr) 이상의 전압에서 화이트 밴드(Bend) 상태로 전이된다. 스플레이 상태의 액정분자들이 밴드 상태로 전이되는데 걸리는 시간을 전이시간(Transition time)이라고 한다. 또한, 화이트 밴드 상태를 가지는 액정분자들은 도 2c에 도시된 바와 같이 액정패널에 인가되는 전압이 최대(Vmax)일 때 블랙 밴드상태로 전이된다.

밴드 상태의 액정분자들은 상/하부 배향막의 표면에서 틸트각이 초기 프리틸트각(pretilt angle) 값인 ±θ(이때, θ는 보통 5 ~ 15°도임)가 되며 액정셀의 중심으로 가면서 틸트각이 증가하여 액정셀의 중심에서 90°가 된다. 이러한 밴드 상태의 액정분자들은 상하 직교 편광자 사이에서 전압의 증가에 따라 광투과율이 선형적으로 감소하는 특성을 나타낸다. 즉, 밴드 상태의 액정분자들은 그레이스케일을 구현하기에 적합하게 되며 화상을 구현하는데 이용된다.

따라서, 이와 같은 OCB 모드 액정표시장치는 상기 밴드 생태의 액정분자들의 구조에 의해 소정 전압 인가 시 액정분자가 빠르게 움직이게 되어 액정이 재배열하는데 걸리는 시간, 즉 응답시간이 대략 5 m/sec 이내로 아주 빠르게 된다. 따라서, 밴드 상태의 액정층은 고속응답 특성으로 화면에 잔상을 거의 남기지 않으므로, 동화상 구현에 많이 쓰이고 있다.

그러나, 이와 같은 OCB 모드 액정표시장치는 OCB 셀의 상태가 밴드 상태로 전이했다고 해도 OCB 셀로의 인가전압이 상기 전이전압(Vtr) 미만인 상태가 계속되면 스플레이 상태로 복귀해버리는 역전이 현상이 발생되기 때문에 OCB 모드의 액정 표시장치는 대부분 상기 밴드 상태를 유지 가능한 범위 내의 전압 즉, 전이전압 이상이 항상 OCB 셀에 인가되도록 영상신호의 진폭을 제한하고 있다.

즉, 상기 OCB 모드 액정표시장치는 초기 전이 문제 뿐 아니라 광학특성 및 밴드 상태 안정성에 따른 uniformity 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제를 극복하기 위해 도출된 것으로 모바일 기기 등에 구비되는 소형 OCB(Optically Compensated Birefringence) 모드 액정표시장치에 있어서, 한 프레임 주기 중 소정 시간 동안 고전압을 인가하고 그 후 해당하는 데이터 신호를 인가하는 임펄스 구동 방법을 사용함으로써, OCB 모드 자체의 투과 광효율을 향상시키면서 동시에 밴드 상태의 안정성을 확보할 수 있도록 구현됨을 특징으로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 OCB 모드 액정표시장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 OCB 모드 액정표시장치는 액정표시패널(38)과, 액정패널(38)의 데이터라인들(DL)에 비디오데이터를 공급하기 위한 데이터 구동부(34)와, 액정표시패널(38)의 게이트라인들(GL)을 순차적으로 구동하기 위한 게이트 구동부(36)와, 데이터 구동부(34)와 게이트 구동부(36)를 제어하기 위한 타이밍 제어부(32)를 구비한다.

단, 도 4에서는 상기 데이터 구동부와 게이트 구동부가 분리되어 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 IC로 이루어져 COP(Chip On Pannel) 형태로 형성될 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 의한 OCB 모드 액정표시장치는 모바일 기기 등에 구비되는 소형 액정표시장치를 그 대상으로 하나 설명을 보다 용이케 하기 위해 상기 데이터 구동부 및 게이트 구동부를 분리하여 도시한다.

상기 타이밍 제어부(32)는 게이트 구동부(36) 및 데이터 구동부(34)를 제어하는 제어신호들(GDC,DDC)을 발생하고, 데이터 구동부(34)에 화소데이터 신호(R,G,B)를 공급한다. 타이밍 제어부(32)에서 발생되는 게이트 제어신호들(GDC)에 는 게이트 스타트 펄스(GSP), 게이트 쉬프트 클럭신호(GSC), 게이트 출력 이네이블 신호(GOE) 등이 포함된다. 타이밍 제어부(32)에서 발생되는 데이터 제어신호들(DDC)에는 소스 스타트 펄스(SSP), 소스 쉬프트 클럭신호(SSC), 소스 출력 인에이블 신호(SOE), 극성제어신호(POL) 등이 포함된다. 여기서, 극성제어신호(POL)는 도트 인버젼 방식, 라인 인버젼 방식, 컬럼 인버젼 방식 및 프레임 인버젼 방식에 따라 데이터신호의 극성을 반전시킨다.

또한, 게이트 구동부(36)는 게이트 제어신호들(GDC)을 이용하여 게이트라인들(GL1 내지 GLn)에 스캔신호를 순차적으로 공급한다. 이에 따라, 게이트 구동부(36)는 그 스캔신호에 응답하여 박막트랜지스터들(42)이 수평라인 단위로 구동되게 한다.

또한, 데이터 구동부(34)는 입력된 화소 데이터를 아날로그 화소신호로 변환하여 게이트라인(GL)에 스캔신호가 공급되는 1수평기간마다 1수평라인분의 화소신호를 데이터라인들(DL1 내지 DLm)에 공급한다. 이 경우 데이터 구동부(34)는 감마전압 발생부(도시하지 않음)로부터 공급되는 감마전압들을 이용하여 화소데이터를 화소신호로 변환하게 된다.

단, 본 발명은 상기 화소 신호를 각 데이터 라인에 공급함에 있어 1 프레임 기간 중 소정 기간에 대해 상기 화소 신호가 아닌 블랙(black) 데이터 즉, 블랙 값을 나타내는 전압 또는 이보다 더 높은 전압을 인가함을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 이전 프레임에서의 화질 저하요인이 현재 프레임에 영향을 끼치는 것을 방지하기 위하여, 한 프레임 단위로 일정구간에 대해 해당하는 화소 신호가 아닌 블랙 신호를 할당하여 구동한다.

특히, 본 발명은 모바일 기기 등에 구비되는 소형 액정표시장치를 그 대상으로 하며, 이에 따라 상기 일정 구간이 한 프레임의 10 ~ 20% 내를 유지함을 특징으로 한다.

그리고 데이터 구동부(34)는 도트 인버젼 방식, 라인 인버젼 방식, 컬럼 인버젼 방식 및 프레임 인버젼 방식 중 어느 하나로 화소전압 신호의 극성을 달리하여 공급한다.

액정표시패널(38)은 게이트라인들(GL1 내지 GLn)과 데이터라인들(DL1 내지 DLm)의 교차로 정의되는 영역마다 형성된 박막트랜지스터(42)와, 화소전극(40)을 포함하는 액정셀을 구비한다.

박막트랜지스터(42)는 게이트라인(GL)으로부터의 스캔신호에 응답하여 데이터라인(DL1 내지 DLm)으로부터의 화소전압신호를 화소전극(40)에 공급한다. 화소전극(40)은 화소전압신호에 응답하여 공통전극(도시하지 않음)과의 사이에 위치하는 OCB모드의 액정을 구동함으로써 빛의 투과율을 조절하게 된다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동 방법 및 그 효과를 설명하기 위한 도면이다.

먼저 도 5a에 도시된 바와 같이, 각 프레임 별로 상기 프레임 기간 중 소정 기간에 대해 해당 화소에 인가되는 화소 신호(52)가 아닌 임펄스 신호(50) 즉, 블랙 값을 나타내는 전압 또는 이보다 더 높은 전압이 인가된다.

단, 본 발명에 의한 액정표시장치는 인버전 구동을 하므로 각 프레임 별로 인가되는 신호는 각각 전압 레벨이 반전되어 제공된다.

여기서, 상기 임펄스 신호(50)가 인가되는 소정의 기간은 한 프레임의 10 ~ 20% 내 기간이고, 상기 임펄스 신호(50)의 전압 레벨은 블랙값을 나타내는 전압을 포함하여 5 ~8V 또는 그 이상의 전압이 인가됨을 특징으로 하며, 상기 조건이 충족될 경우 광학 효율 특성 및 밴드 상태 구동 안정성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 의한 액정표시장치 구동 방법은 기존의 일반적인 임펄스 구동 방법과 비교할 때 사용하는 임펄스 신호의 전압 레벨이 블랙값을 나타내는 전압에 한정되지 아니하고 블랙값을 나타내는 전압 또는 그 보다 더 높은 전압을 사용하는 것을 특징으로 하며, 또한 기존의 임펄스 신호 인가 시간보다 훨씬 짧은 기간을 사용함으로써 모바일 기기 등에 구비되는 소형 OCB 모드 액정표시장치의 휘도 감소를 최소화 할 수 있게 된다.

이를 통해 OCB 모드 특유의 임계전압 존재에 따른 전압의 구동범위 제약을 제거하여 밴드 상태의 안정성을 확보함과 동시에 유효 지연(retardation)의 증가로 더욱 투과 광효율을 높이게 되는 결과를 얻을 수 있다.

특히 소비전력에 대한 제약이 큰 모바일 용도의 디스플레이에서는 투과 광효율이 직접적으로 관련하게 되고, 또한 외부 충격의 확률이 보다 높으므로 밴드 상태 안정성이 더욱 중요하게 되어 본 발명에 의한 구동 방법은 모바일 기기 등에 구비되는 소형 액정표시장치를 그 대상으로 함이 바람직하다.

도 5b에 도시된 그래프에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 구동 방법에 적용될 경우 임계전압의 변화를 측정하게 되면 임계전압의 제약을 완전히 제거할 수 있는 영역의 임펄스 신호 시간에 대한 구간이 존재함을 확인할 수 있고 그 값은 인가하는 임펄스 신호의 전압 레벨에 의해 변화됨을 확인할 수 있다.

결과적으로 도 5c를 참조하여 본 발명에 의한 구동 방법과 기존의 임펄스 구동방법에서의 V-T 곡선의 변화를 살펴보면, 겉보기 구동전압의 범위가 0V 까지 확장할 수 있음과 동시에 실제 투과율이 상승하여 투과 광효율도 함께 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있으며, 또한 임계전압에 대한 설정 마진이 없고 밴드 상태의 안정성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 한 프레임 주기 중 소정 시간 동안 고전압을 인가하고 그 후 해당하는 데이터 신호를 인가하는 임펄스 구동 방법을 소형 OCB(Optically Compensated Birefringence) 모드 액정표시장치에 적용함으로써, OCB 모드 자체의 투과 광효율을 향상시키면서 동시에 밴드 상태의 안정성을 확보하게 되는 장점이 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하 는 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 의하여 정하여져야만 한다.

Claims (10)

1. 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차로 마련되는 영역마다 형성되는 박막트랜지스터를 포함하는 OCB모드의 액정 셀들을 구비하는 액정표시패널과;

   상기 데이터 라인을 통하여 OCB모드 액정 셀에 소정의 화소 신호를 공급함에 있어 1프레임 기간 중 소정 기간에 대해 상기 화소 신호가 아닌 임펄스 신호로서 블랙 값을 나타내는 전압 또는 이보다 더 높은 전압을 인가하는 액정표시패널 구동부가 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 액정 표시 패널 구동부는, 상기 게이트 라인들을 순차적으로 구동하는 게이트 구동부와;

   데이터 라인을 통하여 OCB모드 액정 셀에 소정의 화소 신호 및 1프레임 기간 중 소정 기간에 대해 상기 화소 신호가 아닌 블랙 값을 나타내는 전압 또는 이보다 더 높은 전압을 인가하는 데이터 구동부가 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 데이터 구동부 및 게이트 구동부는 하나의 IC로 구성되는 COP(Chip On Pannel) 형태로 형성됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 액정표시장치는 모바일 기기에 구비되는 소형 OCB 모드 액정표시장치임을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 소정 기간은 상기 1 프레임의 10 ~ 20% 내의 기간임을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 임펄스 신호의 전압 레벨은 블랙값을 나타내는 전압을 포함하여 5 ~8V 또는 그 이상의 전압이 인가됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차로 마련되는 영역마다 형성되는 박막트랜지스터를 포함하는 OCB모드의 액정 셀들을 구비하는 액정표시장치의 구동방법에 있어서,

   상기 데이터 라인을 통하여 OCB모드 액정 셀에 소정의 화소 신호를 공급함에 있어 1프레임 기간 중 소정 기간에 대해 상기 화소 신호가 아닌 임펄스 신호로서 블랙 값을 나타내는 전압 또는 이보다 더 높은 전압을 인가하는 단계가 포함됨을 특징으로 하는 액정표시장치 구동방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 데이터 구동부 및 게이트 구동부는 하나의 IC로 구성되는 COP(Chip On Pannel) 형태로 형성됨을 특징으로 하는 액정표시장치 구동방법.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 소정 기간은 상기 1 프레임의 10 ~ 20% 내의 기간임을 특징으로 하는 액정표시장치 구동방법.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 임펄스 신호의 전압 레벨은 블랙값을 나타내는 전압을 포함하여 5 ~8V 또는 그 이상의 전압이 인가됨을 특징으로 하는 액정표시장치 구동방법.

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