KR20070111864A - 액정 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화면의 동적 대비비를 높여 표시 품질을 높이고, 소비 전력을 낮추며, 대형화에 유리한 액정 표시장치를 제공한다. 본 발명에 따른 액정 표시장치는 행 방향과 열 방향을 따라 복수의 픽셀들을 가지는 액정 패널 조립체와, 액정 패널 조립체의 후방에 위치하고 행 방향 및 열 방향을 따라 액정 패널 조립체보다 작은 수의 픽셀들을 가지는 백 라이트 유닛을 포함한다. 백 라이트 유닛은 행 방향과 열 방향 중 어느 한 방향을 따라 위치하는 주사 전극들 및 다른 한 방향을 따라 위치하는 데이터 전극들을 더욱 포함하고, 주사 전극들과 데이터 전극들에 의해 픽셀별로 서로 다른 세기의 광을 방출한다.
액정패널, 백라이트유닛, 전계방출어레이, 전자방출부, 주사전극, 데이터전극, 형광층

Description

액정 표시장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 액정 패널 조립체의 부분 절개 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 백 라이트 유닛의 부분 절개 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 제4 기판과 전자 방출 유닛의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 백 라이트 유닛 중 전자 방출 유닛의 부분 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 백 라이트 유닛의 부분 절개 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치를 구동하는 구성의 블록도이다.
본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투과형 액정 패널 조립체와, 이 액정 패널 조립체에 빛을 제공하는 백 라이트 유닛에 관한 것이 다.
평판 표시장치의 한 종류인 액정 표시장치는 인가 전압에 따라 비틀림각이 변화하는 액정의 유전 이방성을 이용하여 픽셀별로 광 투과량을 변화시켜 소정의 화상을 구현하는 표시장치이다. 이러한 액정 표시장치는 대표적인 화상 표시장치인 음극선관과 비교할 때 경량화, 박형화 및 저소비 전력화 등의 장점을 가지고 있다.
액정 표시장치는 기본적으로 액정 패널 조립체와, 액정 패널 조립체 후방에 위치하여 액정 패널 조립체로 빛을 제공하는 백 라이트 유닛을 포함한다.
액정 패널 조립체가 능동형 액정 패널 조립체로 구성되는 경우, 이 액정 패널 조립체는 한 쌍의 투명 기판들과, 투명 기판들 사이에 위치하는 액정층과, 투명 기판들 외면에 배치되는 편광판과, 어느 한 투명 기판의 내면에 제공되는 공통 전극과, 다른 한 투명 기판의 내면에 제공되는 화소 전극들 및 스위칭 소자들과, 하나의 픽셀을 구성하는 3개의 서브-픽셀에 적색, 녹색 및 청색을 부여하는 칼라 필터 등을 포함한다.
이러한 액정 패널 조립체는 백 라이트 유닛에서 방출되는 빛을 제공받아 이 빛을 액정층의 작용으로 투과 또는 차단시킴으로써 소정의 화상을 구현한다.
백 라이트 유닛은 광원의 종류에 따라 구분할 수 있는데, 그 중 하나로 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL, 이하 'CCFL'이라 한다) 방식이 공지되어 있다. CCFL은 선 광원이므로 CCFL에서 발생된 빛을 확산 시트와 확산판 및 프리즘 시트와 같은 광학 부재를 통해 액정 패널 조립체를 향해 고르게 분산시 킬 수 있다.
그러나 CCFL 방식에서는 CCFL에서 발생된 빛이 광학 부재를 거치게 되므로 상당한 광 손실이 발생한다. 통상 CCFL 방식의 액정 표시장치에서 액정 패널 조립체를 투과하는 빛은 CCFL 발생 광의 대략 3 내지 5% 정도에 해당하는 것으로 알려져 있다. 뿐만 아니라 CCFL 방식의 백 라이트 유닛은 소비 전력이 커서 액정 표시장치 전체 소비 전력의 상당 부분을 차지하고 있으며, CCFL 구조상 대면적화가 어렵기 때문에 30인치 이상의 대형 액정 표시장치에 적용이 어려운 한계가 있다.
그리고 종래의 백 라이트 유닛으로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED, 이하 'LED'라 한다) 방식이 공지되어 있다. LED는 점 광원으로서 통상 복수개로 구비되며, 반사 시트, 도광판, 확산 시트, 확산판 및 프리즘 시트 등의 광학 부재와 조합됨으로써 백 라이트 유닛을 구성한다.
이러한 LED 방식은 응답 속도가 빠르고 색재현성이 우수한 장점이 있으나, 가격이 높고 두께가 큰 단점이 있다.
이처럼 종래의 백 라이트 유닛은 광원의 종류에 따라 각자의 문제점을 가지고 있다. 또한 종래의 백 라이트 유닛은 액정 표시장치가 구동할 때 일정한 밝기로 항상 켜져 있으므로 액정 표시장치에 요구되는 화질 개선에 부합하기 어려운 문제가 있다.
일례로 액정 패널 조립체가 영상 신호에 따라 밝은 부분과 어두운 부분을 포함하는 임의의 화면을 표시하는 경우, 백 라이트 유닛이 밝은 부분을 표시하는 액정 패널 픽셀들 부위와 어두운 부분을 표시하는 액정 패널 픽셀들 부위에 서로 다 른 세기의 빛을 제공한다면 동적 대비비(dynamic contrast)가 우수한 화면을 구현할 수 있을 것이다.
그러나 지금까지의 백 라이트 유닛으로는 전술한 기능을 구현할 수 없으므로 종래의 액정 표시장치는 화면의 동적 대비비를 높이는데 한계가 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 화면의 동적 대비비를 높여 우수한 화면 품질을 구현할 수 있는 액정 표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 백 라이트 유닛의 소비 전력을 줄이고, 광학 부재에 의한 광 손실을 최소화할 수 있는 액정 표시장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
행 방향과 열 방향을 따라 복수의 픽셀들을 가지는 액정 패널 조립체와, 액정 패널 조립체의 후방에 위치하고 행 방향 및 열 방향을 따라 액정 패널 조립체보다 작은 수의 픽셀들을 가지는 백 라이트 유닛을 포함하며, 백 라이트 유닛이 행 방향과 열 방향 중 어느 한 방향을 따라 위치하는 주사 전극들 및 다른 한 방향을 따라 위치하는 데이터 전극들을 더욱 포함하고, 주사 전극들과 데이터 전극들에 의해 픽셀별로 서로 다른 세기의 광을 방출하는 액정 표시장치를 제공한다.
상기 액정 패널 조립체는 행 방향을 따라 M개의 픽셀들과 열 방향을 따라 N개의 픽셀들을 가지며, M과 N은 각각 240 이상의 정수로 정의할 수 있다.
상기 백 라이트 유닛은 행 방향을 따라 M'개의 픽셀들과 열 방향을 따라 N' 개의 픽셀들을 가지며, M'와 N'은 각각 2 내지 99 중 어느 하나의 정수로 정의할 수 있다.
상기 백 라이트 유닛의 한 픽셀은 행 방향과 열 방향 중 적어도 일 방향을 따라 2 내지 50mm의 크기로 형성될 수 있다.
상기 백 라이트 유닛의 한 픽셀은 하나의 주사 전극과 하나의 데이터 전극을 포함하거나, 복수의 주사 전극들과 복수의 데이터 전극들을 포함할 수 있다. 후자의 경우 복수의 주사 전극들은 서로 전기적으로 연결되고, 복수의 데이터 전극들은 서로 전기적으로 연결된다.
상기 백 라이트 유닛의 한 픽셀은 전계 방출 어레이형 전자 방출 소자로 이루어질 수 있다. 전계 방출 어레이형 전자 방출 소자는 주사 전극과 데이터 전극 중 어느 한 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부를 포함하며, 전자 방출부는 탄소계 물질과 나노미터 사이즈 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
행 방향과 열 방향을 따라 복수의 픽셀들을 가지는 액정 패널 조립체와, 액정 패널 조립체의 후방에 위치하고 행 방향과 열 방향을 따라 액정 패널 조립체보다 작은 수의 픽셀들을 가지는 백 라이트 유닛을 포함하며, 백 라이트 유닛이 진공 영역을 사이에 두고 대향 배치되는 전면 기판 및 후면 기판과, 후면 기판 위에서 행 방향과 열 방향 중 어느 일 방향을 따라 위치하는 주사 전극들과, 후면 기판 위에서 행 방향과 열 방향 중 다른 일 방향을 따라 위치하며 주사 전극들과 조합되어 픽셀을 형성하는 데이터 전극들과, 주사 전극과 데이터 전극 중 어느 한 전극에 전 기적으로 연결되는 전자 방출부들과, 전면 기판의 일면에 위치하는 형광층을 포함하는 액정 표시장치를 제공한다.
상기 전자 방출부는 전계에 의해 전자를 방출하는 물질들로 이루어지며, 탄소계 물질과 나노미터 사이즈 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 주사 전극들과 데이터 전극들은 절연층을 사이에 두고 교차 영역을 형성하는데, 백 라이트 유닛의 한 픽셀마다 하나의 교차 영역이 위치하거나, 2개 이상의 교차 영역이 위치할 수 있다.
상기 형광층은 백색 형광층으로 이루어질 수 있다. 다른 한편으로, 상기 형광층은 적색과 녹색 및 청색 형광층들을 포함할 수 있다.
상기 전면 기판은 광 확산 기능을 구비하여 그 자체가 확산판으로 기능할 수 있고, 상기 액정 패널 조립체를 향한 전면 기판의 일면에 확산판이 부착될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
복수의 게이트 라인과 복수의 데이터 라인 및 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 정의되며 각각의 픽셀 회로를 가지는 복수의 픽셀을 포함하는 표시부와, 복수의 게이트 라인 각각에 게이트 신호를 인가하는 게이트 구동부와, 복수의 데이터 라인 각각에 데이터 신호를 인가하는 데이터 구동부와, 외부로부터 영상 신호를 수신받고, 영상 신호에 대응하는 게이트 구동 신호와 데이터 구동 신호를 생성하며, 게이트 구동 신호와 데이터 구동 신호를 각각 게이트 구동부와 데이터 구동부에 인가하는 신호 제어부를 포함하는 액정 표시장치에 있어서,
복수의 주사 라인 및 복수의 컬럼 라인을 포함하고, 주사 라인 및 컬럼 라인에 의해 정의되는 복수의 발광 픽셀과, 복수의 주사 라인 각각에 주사 신호를 전달하는 주사 구동부와, 복수의 컬럼 라인 각각에 컬럼 신호를 전달하는 컬럼 구동부를 포함하는 백 라이트 유닛을 더 포함하고, 복수의 발광 픽셀이 복수의 픽셀 중 적어도 두개에 대응하는 액정 표시장치를 제공한다.
상기 신호 제어부는 영상 신호를 이용하여 주사 구동부 제어신호 및 컬럼 구동부 제어신호를 생성하며, 상기 백 라이트 유닛은 발광 픽셀별로 2 내지 8 비트(bit)의 계조를 표현할 수 있다.
상기 복수의 픽셀은 게이트 라인을 따라 M개의 픽셀들과 데이터 라인을 따라 N개의 픽셀들로 형성되며, M과 N은 각각 240 이상의 정수로 정의할 수 있다.
상기 복수의 발광 픽셀은 주사 라인을 따라 M'개의 픽셀들과 컬럼 라인을 따라 N'개의 발광 픽셀들로 형성되며, M'와 N'은 각각 2 내지 99 중 어느 하나의 정수로 정의할 수 있다.
상기 발광 픽셀은 전계 방출 어레이형 전자 방출 소자로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 분해 사시도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예의 액정 표시장치(100)는 행 방향과 열 방향을 따라 임의의 픽셀을 가지는 액정 패널 조립체(10)와, 행 방향과 열 방향을 따라 액정 패널 조립체(10)보다 작은 수의 픽셀을 가지며 액정 패널 조립체(10) 후방에 위 치하여 액정 패널 조립체(10)로 빛을 제공하는 백 라이트 유닛(40)을 포함한다.
여기서 행 방향은 액정 표시장치(100)의 일 방향, 일례로 액정 패널 조립체(10)가 구현하는 화면의 수평 방향(일례로 도면의 x축 방향)으로 정의할 수 있고, 열 방향은 액정 표시장치(100)의 다른 일 방향, 일례로 액정 패널 조립체(10)가 구현하는 화면의 수직 방향(일례로 도면의 y축 방향)으로 정의할 수 있다.
행 방향에 따른 액정 패널 조립체(10)의 픽셀 수와 백 라이트 유닛(40)의 픽셀 수를 각각 M과 M'라 하고, 열 방향에 따른 액정 패널 조립체(10)의 픽셀 수와 백 라이트 유닛(40)의 픽셀 수를 각각 N과 N'라 하면, 액정 패널 조립체(10)의 해상도는 M×N으로 표현할 수 있고, 백 라이트 유닛(40)의 해상도는 M'×N'로 표현할 수 있다.
본 실시예에서 액정 패널 조립체(10)의 픽셀 수를 나타내는 M과 N은 각각 240 이상의 정수로 정의할 수 있으며, 백 라이트 유닛(40)의 픽셀 수를 나타내는 M'와 N'는 각각 2 내지 99중 어느 하나의 정수로 정의할 수 있다. 백 라이트 유닛(40)은 이러한 M'×N'의 해상도를 가지는 자발광 표시 패널로 이루어진다.
이로써 백 라이트 유닛(40)의 한 픽셀이 2개 이상의 액정 패널 조립체(10) 픽셀들에 대응하여 위치한다. 그리고 백 라이트 유닛(40)의 픽셀들은 매트릭스 형태로 배열된 구동 전극들, 일례로 서로 직교하는 방향을 따라 위치하는 주사 전극들과 데이터 전극들에 의해 온/오프와 발광 세기가 개별적으로 제어된다.
본 실시예에서 백 라이트 유닛(40)의 한 픽셀은 전계 방출 어레이(Field Emission Array; FEA, 이하 'FEA'이라 한다)형 전자 방출 소자로 이루어진다.
FEA형 전자 방출 소자는 주사 전극과 데이터 전극, 주사 전극과 데이터 전극 중 어느 한 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부 및 형광층 등을 포함한다. 전자 방출부는 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비가 큰 물질, 일례로 탄소계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어질 수 있다.
FEA형 전자 방출 소자는 주사 전극과 데이터 전극의 전압 차를 이용해 전자 방출부 주위에 전계를 형성하여 이로부터 전자들을 방출시키고, 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 전자빔 방출량에 상응하는 세기의 가시광을 방출시킨다.
도 2는 도 1에 도시한 액정 패널 조립체의 부분 절개 사시도이다.
도면을 참고하면, 액정 패널 조립체(10)는 서로 대향 배치되는 투명한 제1 기판(12) 및 제2 기판(14)과, 제1 기판(12)과 제2 기판(14) 사이에 주입되는 액정층(16)과, 제1 기판(12)의 내면에 위치하는 공통 전극(18)과, 제2 기판(14)의 내면에 위치하는 화소 전극들(20) 및 스위칭 소자들(22)을 포함한다. 제1 기판(12)과 제2 기판(14)의 가장자리에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 위치한다.
제1 기판(12)은 액정 패널 조립체(10)의 전면 기판이 되고, 제2 기판(14)은 액정 패널 조립체(10)의 후면 기판이 된다. 제1 기판(12)과 제2 기판(14)의 외면에는 편광축이 서로 직교하는 한 쌍의 편광판(24,26)이 위치한다. 그리고 공통 전극(18)이 위치하는 제1 기판(12)의 내면과 화소 전극들(20) 및 스위칭 소자들(22)이 위치하는 제2 기판(14)의 내면은 배향막(28)으로 덮인다.
제2 기판(14)의 내면에는 게이트 신호("주사 신호"라고도 한다)를 전달하는 복수의 게이트 라인(30)과, 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터 라인(32)이 형 성된다. 게이트 라인들(30)은 행 방향을 따라 서로 나란하게 위치하고, 데이터 라인들(32)은 열 방향을 따라 서로 나란하게 위치한다.
화소 전극들(20)은 서브-픽셀마다 하나씩 위치하며, 각 서브-픽셀에는 게이트 라인(30) 및 데이터 라인(32)에 연결되는 스위칭 소자(22)와, 스위칭 소자(22)에 연결되는 액정 축전기(Clc, 도시하지 않음) 및 유지 축전기(Cst, 도시하지 않음)가 형성된다. 유지 축전기(Cst)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
스위칭 소자(22)는 박막 트랜지스터로 이루어질 수 있으며, 그 제어 단자 및 입력 단자가 각각 게이트 라인(30)과 데이터 라인(32)에 연결되고, 출력 단자는 액정 축전기(Clc)에 연결된다.
그리고 제1 기판(12)과 공통 전극(18) 사이에는 칼라 필터(34)가 배치된다. 칼라 필터(34)는 하나의 서브-픽셀에 대응하는 적색과 녹색 및 청색 필터들로 구성되며, 적색과 녹색 및 청색의 3가지 필터들이 위치하는 3개의 서브-픽셀이 하나의 픽셀을 구성한다.
전술한 구성의 액정 패널 조립체(10)에서 스위칭 소자(22)인 박막 트랜지스터가 턴 온되면, 화소 전극(20)과 공통 전극(18) 사이에 전계가 형성된다. 이 전계에 의해 액정층(16)에 위치하는 액정 분자들의 비틀림각이 변화하여 서브-픽셀별로 광 투과량을 제어함에 따라 소정의 칼라 영상을 구현한다.
도 3과 도 4를 참고하여 백 라이트 유닛의 제1 실시예에 대해 설명하고, 도 5를 참고하여 백 라이트 유닛의 제2 실시예에 대해 설명한다. 두가지 실시예 모두 백 라이트 유닛은 FEA형 전자 방출 소자들을 포함하는 FEA형 전자 방출 표시 패널 로 이루어진다.
도 3은 제1 실시예에 따른 백 라이트 유닛의 부분 절개 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시한 제4 기판과 전자 방출 유닛의 부분 단면도이다.
도면을 참고하면, 백 라이트 유닛(40)은 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제3 기판(42)과 제4 기판(44)을 포함한다. 제3 기판(42)과 제4 기판(44)의 가장자리에는 밀봉 부재(46)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10-6 Torr의 진공도로 배기되어 제3 기판(42)과 제4 기판(44) 및 밀봉 부재(46)가 진공 용기를 구성한다.
제3 기판(42)이 액정 패널 조립체를 향한 백 라이트 유닛(40)의 전면 기판이 되고, 제4 기판(44)이 백 라이트 유닛(40)의 후면 기판이 된다. 제3 기판(42)을 향한 제4 기판(44)의 일면에는 전자 방출을 위한 전자 방출 유닛(48)이 제공되고, 제4 기판(44)을 향한 제3 기판(42)의 일면에는 발광 유닛(50)이 제공된다.
먼저 전자 방출 유닛(48)에 대해 설명하면, 전자 방출 유닛(48)은 제4 기판(44)의 일 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되는 캐소드 전극들(52)과, 절연층(54)을 사이에 두고 캐소드 전극(52)과 직교하는 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되는 게이트 전극들(56)과, 캐소드 전극(52)에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들(58)을 포함한다.
게이트 전극들(56)은 제4 기판(44)의 행 방향을 따라 나란히 배치될 수 있고, 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극으로 기능할 수 있다. 캐소드 전극들(52) 은 제4 기판(44)의 열 방향을 따라 나란히 배치될 수 있고, 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극으로 기능할 수 있다.
캐소드 전극(52)과 게이트 전극(56)의 교차 영역마다 캐소드 전극(52)에 전자 방출부들(58)이 형성된다. 그리고 절연층(54)과 게이트 전극들(56)에는 각 전자 방출부(58)에 대응하는 개구부(541,561)가 형성되어 제4 기판(44) 상에 전자 방출부(58)가 노출되도록 한다. 본 실시예에서 캐소드 전극(52)과 게이트 전극(56)의 교차 영역이 백 라이트 유닛(40)의 한 픽셀 영역에 대응한다.
전자 방출부(58)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(58)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, C60, 실리콘 나노와이어 또는 이들의 조합 물질을 포함할 수 있으며, 그 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 포함할 수 있다.
다른 한편으로, 전자 방출부는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 이루어질 수 있다.
다음으로 제3 기판(42)에 제공되는 발광 유닛(50)은 형광층(60)과, 형광층(60)의 일면에 위치하는 애노드 전극(62)을 포함한다. 형광층(60)은 백색 형광층으로 이루어지거나, 적색과 녹색 및 청색 형광층들이 조합된 구조로 이루어질 수 있다. 도면에서는 첫 번째 경우를 도시하였다.
백색 형광층은 제3 기판(42) 전체에 형성되거나, 픽셀 영역마다 하나의 백색 형광층이 위치하도록 소정의 패턴으로 구분되어 위치할 수 있다. 적색과 녹색 및 청색 형광층들은 하나의 픽셀 영역 안에서 소정의 패턴으로 구분되어 위치할 수 있다.
애노드 전극(62)은 형광층(60) 표면을 덮는 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어질 수 있다. 애노드 전극(62)은 전자빔을 끌어당기는 가속 전극으로서 고전압(대략 수천 볼트의 양의 직류 전압)을 인가받아 형광층(60)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(60)에서 방사된 가시광 중 제4 기판(44)을 향해 방사된 가시광을 제3 기판(42) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.
전술한 구성에서 FEA형 전자 방출 소자는 하나의 픽셀을 구성하는 캐소드 전극(52)과 게이트 전극(56), 전자 방출부들(58) 및 이에 대응하는 형광층(60)으로 이루어진다.
전술한 구성에서 캐소드 전극들(52)과 게이트 전극들(56)에 소정의 구동 전압을 인가하면, 두 전극의 전압 차가 임계치 이상인 픽셀 영역에서 전자 방출부(58) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 애노드 전극(62)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 형광층(60) 부위에 충돌함으로써 이를 발광시킨다. 픽셀별 형광층(60)의 발광 세기는 해당 픽셀의 전자빔 방출량에 상응한다.
도 5는 제2 실시예에 따른 백 라이트 유닛 중 전자 방출 유닛(48')의 부분 평면도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예에서는 캐소드 전극(52')과 게이트 전극(56')의 교차 영역이 2개 이상 조합되어 하나의 픽셀 영역(A)을 구성한다. 이때 2개 이상의 캐소드 전극들(52')과, 2개 이상의 게이트 전극들(56')이 조합되어 하나의 픽셀 영역(A)을 구성하는 경우, 이 2개 이상의 캐소드 전극들(52')이 서로 전기적으로 연결되어 동일한 구동 전압을 인가받고, 2개 이상의 게이트 전극들(56') 또한 서로 전기적으로 연결되어 동일한 구동 전압을 인가받는다.
이를 위해 상기 2개 이상의 캐소드 전극들(52')과 2개 이상의 게이트 전극들(56')은 제4 기판의 가장자리로 연장되어 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board; FPCB) 등의 접속 부재(도시하지 않음)에 실장되는 단부가 서로 연결될 수 있다.
도면에서는 일례로 3개의 캐소드 전극(52')과 3개의 게이트 전극(56')이 교차하는 9개의 교차 영역이 하나의 픽셀 영역(A)을 구성하는 경우를 도시하였다.
전술한 제1 실시예의 백 라이트 유닛과 제2 실시예의 백 라이트 유닛 모두에 있어서 제3 기판(42)과 제4 기판(44) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지함과 아울러 두 기판의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서들(64, 도 4 참고)이 배치된다. 스페이서들(64)은 픽셀 영역의 중앙이 아닌 픽셀 영역의 외곽에 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 필요에 따라 전면 기판인 제3 기판(42) 자체가 광 확산 기능을 구비하여 확산판으로 기능할 수 있고, 도 6에 도시한 바와 같이 액정 패널 조립체를 향한 제3 기판(42)의 외면에 광 확산 기능을 가지는 확산판(66)이 위치할 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 액정 표시장치(100)는 액정 패널 조립체(10)보다 작은 수의 픽셀을 가지는 일종의 저해상도 표시 패널을 백 라이트 유닛(40)으로 사용한다. 이러한 백 라이트 유닛(40)은 주사 전극들과 데이터 전극들을 이용한 패시브 매트릭스(passive matrix) 방식을 통해 구동하며, 픽셀별로 이에 대응하는 액정 패널 조립체(10) 픽셀들에 서로 다른 세기의 광을 제공한다.
하기 표는 임의의 해상도를 가지는 액정 패널 조립체(10)에 대해 백 라이트 유닛(40)의 픽셀 수를 변경하면서 표시 품질과 구동 회로부의 제작 비용 및 제조의 용이성 등을 테스트하고, 그 결과에 따라 도출된 액정 패널 조립체(10)의 해상도별 백 라이트 유닛(40)의 최적 픽셀 수를 나타낸다.
Figure 112006035119526-PAT00001
전술한 결과에 근거하여 (액정 패널 조립체 픽셀 수)/(백 라이트 유닛 픽셀 수)는 240 내지 5,852 범위가 바람직함을 알 수 있다. 상기 수치가 240 미만이면 백 라이트 유닛에 의한 동적 대비비 향상 효과가 미비해지고, 상기 수치가 5,852를 초과하면 백 라이트 유닛 제작과 구동이 어려워져 제조 비용이 상승하게 된다.
또한, 본 실시예에서 백 라이트 유닛(40)의 한 픽셀은 행 방향 및/또는 열 방향을 따라 2 내지 50mm의 크기로 형성될 수 있다. 행 방향 및/또는 열 방향에 따른 픽셀 크기가 2mm 미만이면 백 라이트 유닛(40)이 상당한 수의 픽셀을 갖게 되어 회로적인 신호 처리에 어려움이 있으며, 행 방향 및/또는 열 방향에 따른 픽셀 크기가 50mm를 초과하면 반대로 백 라이트 유닛(40)이 너무 작은 수의 픽셀을 갖게 되어 백 라이트 유닛(40)에 의한 화질 개선 효과가 미비해진다.
이와 같이 본 실시예의 액정 표시장치(100)는 전술한 구성의 백 라이트 유닛(40)을 사용함에 따라, 종래의 냉음극 형광램프(이하 'CCFL'이라 한다) 방식 및 발광 다이오드(이하 'LED'라 한다) 방식의 백 라이트 유닛과 비교할 때 하기의 장점을 가진다.
본 실시예의 백 라이트 유닛(40)은 면 광원이므로 CCFL 방식의 백 라이트 유닛과 LED 방식의 백 라이트 유닛에 사용되는 다수의 광학 부재를 필요로 하지 않는다. 따라서 본 실시예의 백 라이트 유닛(40)에서는 광학 부재를 거치면서 발생하는 광 손실이 거의 없으며, 광 손실을 고려하여 백 라이트 유닛(40)에서 과도한 세기의 광을 방출하지 않아도 되므로 낮은 소비 전력으로 우수한 효율을 얻을 수 있다.
또한 본 실시예의 백 라이트 유닛(40)은 기본적으로 CCFL 방식의 백 라이트 유닛보다 소비 전력이 낮고, 광학 부재를 사용하지 않음에 따라 이에 따른 비용을 절감할 수 있으며, LED 방식의 백 라이트 유닛보다 제조 비용이 낮다. 뿐만 아니라 본 실시예의 백 라이트 유닛(40)은 대형화가 용이하므로 30인치 이상의 대형 액정 표시장치에 용이하게 적용될 수 있다.
도 7은 액정 표시장치를 구동하는 구성의 블록도이다.
도면을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치는 액정 패널 조립체(10)와, 액정 패널 조립체(10)에 연결된 게이트 구동부(102) 및 데이터 구동부(104)와, 데이터 구동부(104)에 연결된 계조 전압 생성부(106)와, 백 라이트 유닛(40') 및 이들을 제어하는 신호 제어부(108)를 포함한다.
액정 패널 조립체(10)는 등가 회로로 볼 때 복수의 신호선(G1-Gn, D1-Dm)과, 이 신호선에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)(PX)를 포함한다. 신호선(G1-Gn, D1-Dm)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 한다)를 전달하는 복수의 게이트 라인(G1-Gn)과, 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터 라인(D1-Dm)을 포함한다.
각 화소(PX), 예를 들면 i번째(i=1,2,...n) 게이트 라인(Gi)과 j번째(j=1,2,...m) 데이터 라인(Dj)에 연결된 화소(11)는 신호선(Gi,Dj)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(Clc) 및 유지 축전기(Cst)를 포함한다. 유지 축전기(Cst)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
스위칭 소자(Q)는 하부 기판(도시하지 않음)에 구비되는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트 라인(Gi)에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터 라인(Dj)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(Clc) 및 유지 축전기(Cst)와 연결되어 있다.
계조 전압 생성부(106)는 화소(PX)의 투과율과 관련된 두 벌의 계조 전압 집합(또는 기준 계조 전압 집합)을 생성한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지며, 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.
게이트 구동부(102)는 액정 패널 조립체(10)의 게이트 라인(G1-Gn)과 연결되어 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트 라인(G1-Gn)에 인가한다.
데이터 구동부(104)는 액정 패널 조립체(10)의 데이터 라인(D1-Dm)에 연결되어 있으며, 계조 전압 생성부(106)로부터 계조 전압을 선택하고 이를 데이터 신호로서 데이터 라인(D1-Dm)에 인가한다. 그러나 계조 전압 생성부(106)가 모든 계조에 대한 전압을 모두 제공하는 것이 아니라 정해진 수의 기준 계조 전압만을 제공하는 경우에, 데이터 구동부(104)는 기준 계조 전압을 분압하여 전체 계조에 대한 계조 전압을 생성하고 이 중에서 데이터 신호를 선택한다.
신호 제어부(108)는 게이트 구동부(102), 데이터 구동부(104) 및 백 라이트 유닛 제어부(110) 등을 제어한다. 신호 제어부(108)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호를 수신한다.
입력 영상 신호(R, G, B)는 각 화소(PX)의 휘도(luminance) 정보를 담고 있으며, 휘도는 정해진 수효, 예를 들면 1024(=210), 256(=28) 또는 64(=26)개의 계조(gray)를 가지고 있다. 입력 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다.
신호 제어부(108)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 입력 영상 신호(R, G, B)를 액정 패널 조립체(10)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 게이트 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2) 등을 생성한 후, 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(102)로 내보내고, 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)를 데이터 구동부(104)에 내보낸다. 또한, 신호 제어부(108)는 게이트 제어 신호(CONT1), 데이터 제어 신호(CONT2) 및 처리한 영상 신호(DAT)를 백 라이트 유닛 제어부(110)로 전달한다.
백 라이트 유닛(40')은 백 라이트 유닛 제어부(110), 컬럼 구동부(112), 주사 구동부(114) 및 표시부(116)를 포함한다.
표시부(116)는 주사 신호를 전달하는 복수의 주사 라인(S1-Sp)과, 컬럼 신호를 전달하는 복수의 컬럼 라인(C1-Cq) 및 복수의 발광 픽셀(EPX)을 포함한다. 복수의 발광 픽셀(EPX) 각각은 주사 라인(S1-Sp)과 주사 라인에 교차하는 컬럼 라인(C1-Cq)에 의해 정의되는 영역에 위치한다. 주사 라인(S1-Sp)은 주사 구동부(114)에 연결되고, 컬럼 라인(C1-Cq)은 컬럼 구동부(112)에 연결된다. 그리고 주사 구동부(114)와 컬럼 구동부(112)는 백 라이트 유닛 제어부(110)에 연결되어 백 라이트 유닛 제어부(110)의 제어 신호에 따라 동작한다.
상기에서 복수의 주사 라인(S1-Sp)은 전술한 백 라이트 유닛의 주사 전극들이고, 컬럼 라인(C1-Cq)은 데이터 전극들이며, 각각의 발광 픽셀(EPX)은 FEA형 전자 방출 소자로 이루어진다.
백 라이트 유닛 제어부(110)는 게이트 제어 신호(CONT1)를 이용하여 주사 구동부(114)를 제어하는 주사 구동부 제어신호(CS)를 생성하여 전달한다. 그리고 데이터 제어 신호를 이용하여 컬럼 구동부 제어신호(CC)를 생성하고, 영상 신호(DAT)에 대응하는 컬럼 신호(CLS)를 생성한다. 생성된 컬럼 구동부 제어신호(CS) 및 컬럼 신호(CLS)는 컬럼 구동부(112)로 전달된다. 백 라이트 유닛 제어부(110)는 한 프레임의 영상 신호(DAT)로부터 백 라이트 유닛의 픽셀별 휘도 정보를 생성하고, 생성된 휘도 정보에 따라 컬럼 신호(CLS)를 생성한다.
주사 구동부(114)는 입력받은 주사 구동부 제어 신호에 기초하여 소정의 펄스를 갖는 주사 신호를 순차적으로 주사 라인(S1-Sp)에 인가한다. 컬럼 구동부(112)는 입력받은 컬럼 구동부 제어 신호에 따라, 컬러 신호에 대응하는 구동 전압을 각 컬럼 라인(C1-Cq)에 인가한다.
전술한 구성에 의해, 백 라이트 유닛(40')의 표시부(116)는 영상 신호와 동기된 구동 신호를 인가받아 각 픽셀별 휘도 정보에 따라 적정한 세기의 광을 방출시키고, 이를 액정 패널 조립체(10)에 제공한다. 백 라이트 유닛(40') 표시부(115)의 각 발광 픽셀(EPX)은 2 내지 8 비트(bit)의 계조 표현을 할 수 있도록 구동하는 것이 바람직하다.
이로써 액정 패널 조립체(10)가 위치별로 서로 다른 밝기의 화면을 표시할 때, 백 라이트 유닛(40')은 밝은 부분을 표시하는 액정 패널 조립체(10) 픽셀들 부위에 강한 빛을 제공하고, 어두운 부분을 표시하는 액정 패널 조립체(10) 픽셀들 부위에 약한 빛을 제공할 수 있다. 또한 흑색을 표시하는 액정 패널 조립체(10) 픽셀들에 대응하는 백 라이트 유닛(40')의 발광 픽셀은 턴 오프될 수 있다.
그 결과 본 실시예의 액정 표시장치는 전술한 과정을 통해 화면의 동적 대비비(dynamic contrast)를 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 발명에 의한 액정 표시장치는 액정 패널보다 낮은 해상도를 가지는 표시 패널을 백 라이트 유닛으로 사용함에 따라 화면의 동적 대비비를 높여 표시 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명에 의한 액정 표시장치는 백 라이트 유닛의 소비 전력을 줄여 전체 소비 전력을 낮출 수 있으며, 백 라이트 유닛의 대형화에 따라 30인치 이상의 대형 표시장치로 용이하게 제조될 수 있다.

Claims (31)

  1. 행 방향과 열 방향을 따라 복수의 픽셀들을 가지는 액정 패널 조립체; 및
    상기 액정 패널 조립체의 후방에 위치하고, 상기 행 방향 및 상기 열 방향을 따라 상기 액정 패널 조립체보다 작은 수의 픽셀들을 가지는 백 라이트 유닛을 포함하며,
    상기 백 라이트 유닛이,
    상기 행 방향과 상기 열 방향 중 어느 한 방향을 따라 위치하는 주사 전극들 및 다른 한 방향을 따라 위치하는 데이터 전극들을 더욱 포함하고,
    상기 주사 전극들과 상기 데이터 전극들에 의해 상기 픽셀별로 서로 다른 세기의 광을 방출하는 액정 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액정 패널 조립체가 상기 행 방향을 따라 M개의 픽셀들과 상기 열 방향을 따라 N개의 픽셀들을 가지며,
    상기 M과 N이 각각 240 이상의 정수인 액정 표시장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛이 상기 행 방향을 따라 M'개의 픽셀들과 상기 열 방향을 따라 N'개의 픽셀들을 가지며,
    상기 M'와 N'가 각각 2 내지 99 중 어느 하나의 정수인 액정 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛의 한 픽셀이 상기 행 방향과 상기 열 방향 중 적어도 일 방향을 따라 2 내지 50mm의 크기를 가지는 액정 표시장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액정 패널 조립체와 상기 백 라이트 유닛이 하기 조건을 만족하는 액정 표시장치.
    240≤(액정 패널 조립체 픽셀 수)/(백 라이트 유닛 픽셀 수)≤5,852
  6. 제1항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛의 한 픽셀이 상기 하나의 주사 전극과 상기 하나의 데이터 전극을 포함하는 액정 표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛의 한 픽셀이 상기 복수의 주사 전극들과 상기 복수의 데이터 전극들을 포함하는 액정 표시장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 주사 전극들이 서로 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 데이터 전극들이 서로 전기적으로 연결되는 액정 표시장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛의 한 픽셀이 전계 방출 어레이형 전자 방출 소자로 이루어지는 액정 표시장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전계 방출 어레이형 전자 방출 소자가 상기 주사 전극과 상기 데이터 전극 중 어느 한 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부를 포함하는 액정 표시장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전자 방출부가 탄소계 물질과 나노미터 사이즈 물질 중 적어도 하나를 포함하는 액정 표시장치.
  12. 행 방향과 열 방향을 따라 복수의 픽셀들을 가지는 액정 패널 조립체; 및
    상기 액정 패널 조립체의 후방에 위치하고, 상기 행 방향과 상기 열 방향을 따라 상기 액정 패널 조립체보다 작은 수의 픽셀들을 가지는 백 라이트 유닛을 포함하며,
    상기 백 라이트 유닛이,
    진공 영역을 사이에 두고 대향 배치되는 전면 기판 및 후면 기판과;
    상기 후면 기판 위에서 상기 행 방향과 상기 열 방향 중 어느 일 방향을 따라 위치하는 주사 전극들과;
    상기 후면 기판 위에서 상기 행 방향과 상기 열 방향 중 다른 일 방향을 따라 위치하며 상기 주사 전극들과 조합되어 픽셀을 형성하는 데이터 전극들과;
    상기 주사 전극과 상기 데이터 전극 중 어느 한 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들; 및
    상기 전면 기판의 일면에 위치하는 형광층
    을 포함하는 액정 표시장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전자 방출부가 전계에 의해 전자를 방출하는 물질들로 이루어지는 액정 표시장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전자 방출부가 탄소계 물질과 나노미터 사이즈 물질 중 적어도 하나를 포함하는 액정 표시장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 주사 전극들과 상기 데이터 전극들이 절연층을 사이에 두고 교차 영역을 형성하는 액정 표시장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛의 한 픽셀마다 상기 하나의 교차 영역이 위치하는 액정 표시장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛의 한 픽셀마다 상기 2개 이상의 교차 영역이 위치하는 액정 표시장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 형광층이 백색 형광층으로 이루어지는 액정 표시장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 형광층이 적색과 녹색 및 청색 형광층들을 포함하는 액정 표시장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 전면 기판이 광 확산 기능을 가지는 액정 표시장치.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛이 상기 액정 패널 조립체를 향한 상기 전면 기판의 일면에 위치하는 확산판을 더욱 포함하는 액정 표시장치.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 액정 패널 조립체가 상기 행 방향을 따라 M개의 픽셀들과 상기 열 방향을 따라 N개의 픽셀들을 가지며,
    상기 M과 N이 각각 240 이상의 정수인 액정 표시장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛이 상기 행 방향을 따라 M'개의 픽셀들과 상기 열 방향을 따라 N'개의 픽셀들을 가지며,
    상기 M'와 N'가 각각 2 내지 99 중 어느 하나의 정수인 액정 표시장치.
  24. 제12항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛의 한 픽셀이 상기 행 방향과 상기 열 방향 중 적어도 일 방향을 따라 2 내지 50mm의 크기를 가지는 액정 표시장치.
  25. 제12항에 있어서,
    상기 액정 패널 조립체와 상기 백 라이트 유닛이 하기 조건을 만족하는 액정 표시장치.
    240≤(액정 패널 조립체 픽셀 수)/(백 라이트 유닛 픽셀 수)≤5,852
  26. 복수의 게이트 라인과 복수의 데이터 라인 및 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 정의되며 각각의 픽셀 회로를 가지는 복수의 픽셀을 포함하는 표시부와;
    상기 복수의 게이트 라인 각각에 게이트 신호를 인가하는 게이트 구동부와;
    상기 복수의 데이터 라인 각각에 데이터 신호를 인가하는 데이터 구동부; 및
    외부로부터 영상 신호를 수신받고, 영상 신호에 대응하는 게이트 구동 신호와 데이터 구동 신호를 생성하며, 상기 게이트 구동 신호와 데이터 구동 신호를 각각 상기 게이트 구동부와 데이터 구동부에 인가하는 신호 제어부를 포함하는 액정 표시장치에 있어서,
    복수의 주사 라인 및 복수의 컬럼 라인을 포함하고, 상기 주사 라인 및 컬럼 라인에 의해 정의되는 복수의 발광 픽셀과, 상기 복수의 주사 라인 각각에 주사 신호를 전달하는 주사 구동부와, 상기 복수의 컬럼 라인 각각에 컬럼 신호를 전달하는 컬럼 구동부를 포함하는 백 라이트 유닛을 더 포함하고,
    상기 복수의 발광 픽셀은 상기 복수의 픽셀 중 적어도 두개에 대응하는 액정 표시장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 신호 제어부가 상기 영상 신호를 이용하여 상기 주사 구동부 제어신호 및 상기 컬럼 구동부 제어신호를 생성하는 액정 표시장치.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛이 상기 발광 픽셀별로 2 내지 8 비트(bit)의 계조를 표현하는 액정 표시장치.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀은,
    상기 게이트 라인을 따라 M개의 픽셀들과 상기 데이터 라인을 따라 N개의 픽셀들로 형성되며,
    상기 M과 N이 각각 240 이상의 정수인 액정 표시장치.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 복수의 발광 픽셀은,
    상기 주사 라인을 따라 M'개의 픽셀들과 상기 컬럼 라인을 따라 N'개의 발광 픽셀들로 형성되며,
    상기 M'와 N'가 각각 2 내지 99 중 어느 하나의 정수인 액정 표시장치.
  31. 제26항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 픽셀이 전계 방출 어레이(Field Emission Array; FEA)형 전자 방 출 소자인 액정 표시장치.
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