KR20080022147A - 액정의 고속구동방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 브라운관 디스플레이와 동등 이상의 빠르기로 액정을 구동하기 위해, 액정과, 상기 액정을 사이에 둔 2개의 전극과, 상기 2개의 전극의 사이에 계조데이터에 기초한 전압을 인가함으로써 표시를 행하는 액정표시장치에 있어서, 상기 2개의 전극 사이의 전압을 상기 계조데이터에 무관하게 소정의 주기로 소정의 전압을 소정의 시간만큼 인가한다.

액정, 계조데이터, 고속구동

Description

액정의 고속구동방법 {High-speed driving method of liquid crystal}

이 발명은 액정의 고속구동방법, 특히 계조표시(階調表示)를 행하는 고속구동방법에 관한 것이다.

투명전극을 갖는 2장의 투명한 평판에 액정을 끼워서 2장의 편광판의 사이에 배치하면 상기 2장의 투명전극에 가하는 전압에 따라 상기 2장의 편광판을 통한 빛의 투과율이 변화하는 것이 알려져 있다.

이 원리를 이용한 액정표시장치는 두께가 얇고 전력소비가 적은 것 등의 특징을 가져 손목시계나 전자계산기를 비롯하여 널리 사용되고 있다.

또한, 근년에는 칼라필터와 조합해서 노트북컴퓨터나 소형의 액정텔레비전 등의 칼라표시 디스플레이장치에 사용되고 있다.

칼라필터와 조합해서 칼라표시가 가능하게 한 액정표시장치에 있어서는 적, 녹, 청의 3색의 도트를 조합해서 칼라표시를 행하고 있다.

이 칼라필터는 매우 고가이고, 패널에 끌어 맞추는 작업도 높은 정밀도가 요구된다.

또한, 흑백표시의 액정표시패널과 동등한 해상도를 내기 위해서는 3배의 도 트수가 필요하기 때문에 통상의 액정패널로서는 수평방향의 구동회로의 수가 3배로 되어 버리고, 비용이 소요됨과 아울러 패널과 구동회로의 접속점의 수도 3배로 되기 때문에, 접속작업도 곤란해져 버린다.

따라서, 액정패널을 사용해서 칼라표시를 하는 방법으로서, 칼라필터를 사용하는 방식은 비용적으로는 고가로 될 요소가 많고, 저렴하게 제조하기가 곤란했었다. 또한, 칼라필터에 의한 빛의 투과율이 약 20퍼센트 밖에 아니고, 칼라필터를 사용함으로써 밝기가 약 5분의 1로 되어 버리기 때문에, 백라이트의 소비전력이 매우 커져 버리는 단점이 있었다.

또한, 종래의 액정표시장치는 액정패널의 응답속도가 느리기 때문에, 텔레비전 등의 동적인 화상을 재생하는 경우나, 퍼스널 컴퓨터 등의 마우스 커서를 고속으로 이동시킨 경우 등에는 브라운관을 사용한 디스플레이에 비교해서 성능적으로 열악했다.

칼라필터를 사용하지 않는 칼라액정표시장치로서는 일본 특허공개평성1-179914호와 같이 흑백액정패널과 3색 백라이트를 조합해서 칼라표시를 행하는 방법이 제안되어 있고, 칼라필터방식에 비교해서 저렴하고 고도로 정밀한 칼라표시를 실현할 수 있다.

상기 칼라표시방법에 있어서는 플리커가 없는 표시를 얻기 위해서는 동일한 색의 백라이트의 점멸주파수는 적어도 40Hz 이상, 양호하게는 60Hz 이상의 고속으로 행할 필요가 있다. 따라서, 액정표시의 주파수로서는 그 3배인 180Hz로 되고, 액정표시의 주기는 5.5밀리초로 된다.

백라이트의 점등시간으로서는 냉음극관을 이용한 경우에는 백색관에 비해서 적, 녹, 청의 짧은 잔광의 형광체를 사용하는 냉음극관에서는 입력전력에 대한 빛의 변환효율이 절반 가까이 떨어지지만, 칼라필터를 없앰으로써 투과율이 5배 증가하기 때문에 백색관 1개를 사용한 경우와 동등한 표시밝기를 적, 녹, 청 3색 각각 1개로 얻기 위해 필요한 점등시간으로서는 표시주기의 약 5분의 2인 2밀리초 이상이 필요해진다. 따라서, 표시주기 5.5밀리초 중의 2밀리초를 백라이트의 점등에 사용하면, 액정패널의 응답속도로서는 3.5밀리초 이하로 안정될 필요가 있다. 그래픽표시 등으로 화면을 주사하는 경우에는 더욱더 화면의 색얼룩을 없애도록 주사주기를 1000Hz로 고속사정을 한 경우에도 1밀리초의 여유를 부가할 필요가 있기 때문에 액정패널의 응답속도로서는 2.5밀리초 이하로 안정될 필요가 있다.

그러나, 일반적으로 사용되고 있는 TN액정이나 STN액정 등의 네마틱액정을 사용한 액정표시장치에서는 응답속도는 수십 밀리초 내지 수백 밀리초가 걸리고 있다.

고속으로 동작하는 액정패널로서 강유전액정이나 반강유전액정을 사용한 액정패널이 제안되고 있지만, 액정패널의 셀갭이 1㎛ 이하로 매우 좁은 갭을 ±0.05㎛ 이하의 편차로 고정밀도로 제조할 필요가 있는 등, 제조상의 과제가 많고 실용화에 이르지 못했다.

액정패널의 응답속도를 고속화하는 수단으로서 셀갭을 좁힘으로써 응답속도가 셀갭의 2승에 반비례해서 빨라지는 것이 알려져 있다. TN액정의 경우에는 저점성의 액정재료를 선택해서 셀갭을 2㎛로 함으로써 응답속도를 2~3밀리초 이하로 용 이하게 고속화할 수 있다. 또한, 셀갭을 2㎛로 좁히더라도 허용범위가 ±0.4㎛의 범위로도 균일한 표시가 얻어지기 때문에, 대형 패널의 제조에 대해서는 큰 문제는 없다. 따라서, 3색 백라이트를 이용하여 각색 2계조로 8색표시하는 것은 앞서 설명한 좁은 셀갭의 TN액정으로 실현하는 것이 가능해진다.

근년에 퍼스컴용 표시장치로서 공간절감과 전력절감 등의 점에서 브라운관 대신에 액정표시장치가 사용되고 있다. 그런데, 퍼스컴용 소프트에 있어서는 다색표시에 대응한 것이 급속히 보급되고 있고, 표시장치에 있어서도 각색 256계조의 16,777,216색의 표시가 요구되고 있다. 또한, 퍼스컴용도 이외에도 비디오화상을 표시하기 위해서는 각색 64계조 이상의 다색표시가 요구되고 있다.

액정패널의 계조표시의 방식으로서는 TN액정이나 반강유전액정과 같이 전압에 대한 투과율의 변화가 완만한 액정에서는 전압에 의한 계조제어가 행해지고, STN액정이나 강유전액정과 같이 전압에 대해서 투과율이 2개의 값밖에 없는 액정에서는 백 또는 흑을 표시하고 있는 시간의 비율을 변화시켜 표시하는 방법이나 다수의 화소를 모아서 평균화하는 방법이 채용되고 있다. 그런데, 앞서 설명한 3색 백라이트를 이용한 칼라표시방법에서는 표시의 주기가 짧기 때문에 백과 흑의 시간의 비율을 변화시키는 방법에서는 제어회로의 동작주파수가 높아지고 계조수를 많게 하지 못한다. 또한, 다수의 도트를 모아서 평균화하는 방법에서는 칼라필터방식에 비해서 화소수를 3분의 1로 삭감할 수 있는 이점이 사라져버린다.

따라서, 3색 백라이트를 이용한 칼라표시방법에 있어서, 다색표시를 행하는 경우에는 전압에 의한 계조제어를 행할 필요가 있다. 그러나, 일반적으로 액정패널의 응답속도는 백으로부터 흑 또는 흑으로부터 백으로 변하는 경우에 비해서 중간조로부터 또는 중간조로의 변화는 수배 이상 느려져 버린다.

이 발명이 해결하려는 과제는 구동방법의 변화에 의해 중간조표시를 포함한 응답속도를 빨리 하고, 앞서 설명한 3색 백라이트에 의한 칼라화나 동적인 화상재생에 있어서 브라운관을 사용한 디스플레이와 동등 이상의 성능을 얻는 것을 가능하게 하는 것이고, 즉, 응답속도가 빠른 액정의 구동방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 이 발명은 액정과, 상기 액정을 사이에 둔 2개의 전극과, 상기 2개의 전극 사이에 계조데이터에 기초한 전압을 인가함으로써 표시를 행하는 액정표시장치에 있어서, 소정의 주기로 소정의 전압을 소정의 시간만큼 인가하고, 특히, 3색 백라이트를 이용한 칼라표시방법에 있어서는 3색 백라이트가 모두 소등하고 있는 시간이 주기적으로 발생하는 것에 착안했다. 3색 백라이트가 모두 소등하고 있는 시간은 액정패널의 투과율이 어떤 상태로든 화질에 영향을 주지 않는 것을 이용해서 종래의 액정패널의 구동회로와 다른 타이밍으로 액정에 전압을 가함으로써 중간조를 포함한 액정패널의 응답속도를 빨리 하고, 밝은 저소비전력의 칼라액정패널을 얻는 것을 가능하게 했다.

이 발명의 실시예에 있어서는 전압파형을 변경함으로써 액정패널에 중간조를 포함한 화상을 묘사하고, 그 화상이 완전히 사라지기까지가 매우 짧은 시간에 행하는 것이 가능해지고, 매우 고속인 응답속도가 얻어지며, 플리커의 동적인 화상의 재생에 가장 적절한 방식이다.

또한, 이 발명의 실시의 형태에서는 TFT방식으로 사용되고 있는 액정의 인가 전압파형과 기본적으로 동일하고, TFT방식의 액정패널에 사용할 수 있다. 또한, 기타의 구동방식에 대해서도 인가전압을 소정의 주기로 소정의 시간에 계조데이터에 무관한 소정의 전압으로 함으로써 액정의 응답속도를 고속화할 수 있다.

또한, 액정패널에 화상을 묘사하고, 그 화상이 완전히 사라지기까지가 1프레임기간중에 행해지는 방식이기 때문에, 앞서 설명한 3색 백라이트를 사용한 칼라표시방법에 가장 적절한 방법이며, 고성능이면서도 저가인 칼라표시디스플레이를 실현할 수 있다.

도 1은 이 발명의 양호한 실시의 형태를 나타내는 것이고, 노말리화이트의 TN액정패널에 대해서는 인가전압파형과 그 절대치, 광투과율의 변화, 적, 녹, 청의 3색 백라이트의 점등타이밍을 나타내고 있다. 도 2는 이 발명의 실시의 형태에 대응시킨 종래기술에 있어서의 노말리화이트의 TN액정패널에 대한 인가전압파형과 그 절대치, 광투과율의 변화, 적, 녹, 청의 3색 백라이트의 점등타이밍을 나타내고 있다.

도 1 및 도 2에 있어서의 TN액정패널은 종래부터 사용되고 있는 TN액정패널과 기본적으로 동일 구조이고, TN액정재료 및 셀갭 등을 최적화해서 고속화한 패널이다. 고속화의 수단으로서는 앞서 설명한 바와 같이, 예를 들어 TN액정패널로 셀갭을 2㎛로 하면, 노말리화이트의 경우, 백으로부터 흑의 응답속도는 1밀리초 이하 이고, 흑으로부터 백의 응답속도는 2밀리초 정도까지 고속화하는 것은 용이하게 행한다. 도 1 및 도 2에 있어서의 액정패널은 동일한 패널에 대한 것이다. 또한, 도 1에 있어서의 T1부터 T6까지 및, 도 2에 있어서의 U1부터 U6은 동일시간이고 시간의 길이는 앞서 설명한 3색 백라이트 방식에 의한 칼라화에 필요한 액정패널의 구동주기인 5.5밀리초이다.

종래부터 알려져 있듯이, 액정패널의 인가전압에 대한 광투과효율의 변화는 인가할 전압의 극성에는 관계가 없다. 다만, 액정패널에 직류전압을 가하고 있으면, 액정재료가 전기화학반응에 의해 열악해지는 등의 문제가 있기 때문에, 일정시간마다 인가전압의 극성을 반전시키는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 이 발명의 실시의 형태에서도 극성반전은 행해지고 있지만, 이 발명의 목적인 액정의 고속구동에 대해서 극성반전을 행함으로써 액정의 응답속도는 크게 변하지 않는다. 이 발명에 있어서의 액정패널의 인가전압에서는 극성에 관계 없이 절대치가 문제로 된다. 아래에서는 도 1 및 도 2의 비교에 의해 이 발명의 동작을 설명한다.

일반적으로 액정패널의 응답속도에 대해서는 절대치가 높은 인가전압을 가하는 경우에는 이전의 상태가 중간조인 경우에도 고속으로 응답하는 것이 알려져 있다.

도 1에 있어서의 이 발명의 실시의 형태의 구동방법에서는 T1부터 T6의 각 기간에 있어서, 화상의 계조데이터에 따라 인가전압의 절대치가 V1부터 0V의 범위로 출력되는 시간과 별도로 각 기간의 끝에 일정시간만큼 절대치가 V1으로 되도록 액정패널에 전압을 인가하고 있다. V1의 전압이 충분히 높은 경우에 있어서는 앞 서 설명했듯이 어떤 투과율이든지 흑으로 되기까지의 시간을 1밀리초 이하로 하는 것이 가능해진다. 이 경우에, 투과율만이 아니고, 액정분자 그 자체의 상태도 거의 일정 상태로 되기 때문에, 차기의 기간에 전기의 기간에 있어서의 투과율의 상태가 영향을 주지 않는다. 따라서, 백라이트가 점등개시하는 시점에 있어서, 투과율이 정상상태로 되지 않더라도, 해당하는 기간에 대응한 화상의 계조데이터에 대응한 표시가 가능해지고, 해당하는 기간 이외의 화상의 계조데이터에 표시가 영향을 받는 것을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 중간조의 계조데이터에 대한 응답속도도 반드시 흑의 상태로부터 변화하기 때문에 중간조로부터 변화하는 경우에 비해 응답속도를 안정적으로 짧게 하는 것이 가능해진다.

도 2에 있어서의 종래의 구동방법에서는 U1부터 U6의 각 기간에 있어서, 화상의 계조데이터에 따라 인가전압의 절대치가 V1부터 0V의 범위로 출력되고 있다. 그러나, 앞서 설명했듯이, 중간조로부터의 응답속도는 수배 느려져 버리기 때문에, 화상의 계조데이터에 따라서는 5.5밀리초라는 짧은 시간에는 응답할 수 없게 되어 버린다. 또한, 이 발명의 실시의 형태와 비교하면, 표시가 해당하는 기간의 계조데이터 이외에 해당하는 기간 전의 액정분자의 상태에 크게 영향을 받기 때문에, 각 기간에 있어서, 계조데이터에 따른 표시를 5.5밀리초라는 짧은 주기에 행하는 것은 매우 곤란했다.

도 3은 이 발명의 다른 실시의 형태이고, 노말리화이트의 TN액정패널에 대한 인가전압파형과 그 절대치, 광투과율의 변화, 적, 녹, 청의 3색 백라이트의 점등타이밍을 나타내고 있다. 도 3에 있어서의 이 발명의 실시의 형태에서는 도 1에 있 어서의 이 발명의 실시의 형태에 대해서 부가적으로 액정패널의 응답속도를 개선한 것이다.

도 3에 있어서의 TN액정패널은 앞서 설명한 도 1 및 도 2에 있어서의 액정패널과 동일의 패널에 대한 것이다. 또한, 도 3에 있어서의 W1부터 W6은 도 1에 있어서의 T1부터 T6 및, 도 2에 있어서의 U1부터 U6과 동일시간이고, 시간의 길이는 앞서 설명한 3색 백라이트방식에 의한 칼라화에 필요한 액정패널의 구동주기인 5.5밀리초이다.

도 3에 있어서의 이 발명의 실시의 형태의 구동방법에서는 도 1에 있어서의 이 발명의 실시의 형태와 마찬가지로 W1부터 W6의 각 기간에 있어서, 화상의 계조데이터에 따라 인가전압의 절대치가 V1부터 0V의 범위로 출력되는 시간과 별도로, 각 기간의 끝에 일정시간만큼 인가전압의 절대치가 V1으로 되도록 액정패널에 전압을 인가하고 있다. 또한, 도 3에 있어서의 이 발명의 실시의 형태에 있어서는 앞서 설명한 각 기간의 끝에 일정시간만큼 인가전압의 절대치가 V1으로 되도록 액정패널에 전압을 인가한 후에 일정시간만큼 인가전압의 절대치가 거의 0V로 되도록 액정패널에 전압을 인가하고 있다.

일반적으로 액정패널의 응답속도는 흑으로부터 중간조로 변화하는 경우에 비해서 흑으로부터 백으로 변화하는 것이 빠르다. 따라서, 일정시간만큼 인가전압의 절대치가 거의 0V로 되도록 함으로써 도 1에 있어서의 이 발명의 실시의 형태에 대해서 도 3에 있어서의 이 발명의 실시의 형태에서는 중간조에 대한 액정패널의 응답속도가 더욱 개선된다.

도 3에 있어서는 W1 및 W4의 기간과 같이 화상의 계조데이터가 흑의 경우에도 액정패널의 투과율이 변화하는 시간이 발생하지만, 백라이트가 소등하고 있으므로 표시에 대한 영향은 없다.

이 발명의 실시의 형태에서는 도 1의 T1부터 T6의 각 기간 및, 도 3의 W1부터 W6의 각 기간에서의 평균전압이 거의 0V로 되도록 각 기간내에서 극성반전을 행하고 있다. 이것은 액정이 고속으로 동작하기 때문에 각 기간마다 극성을 반전하면, 정의 인가전압과 부의 인가전압의 미묘한 절대치의 차이로부터 플리커가 발생해버리는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 매우 짧은 주기로 극성반전을 함으로써 액정패널내의 갭편차에 의해 발생하는 액정패널 내의 응답속도의 편차가 개선된다. 따라서, 갭의 허용범위를 넓히는 것이 가능해지고, 액정패널의 제조의 생산수율을 향상시킨다.

이 발명의 실시의 형태에서는 전압무인가의 상태에서 흑을 표시하는 노말리블랙의 액정패널에 대해서 설명했지만, 전압무인가의 상태로 백을 표시하는 노말리화이트의 액정패널에 대해서도 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 액정의 인가전압과 광투과율의 관계가 일반적인 액정패널과 다른 특수한 액정패널에 대해서도 마찬가지로 소정의 주기로 계조데이터에 무관하게 인가하는 전압의 값을 적정한 값으로 설정함으로써 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

이 발명의 실시의 형태에 있어서, 콘트라스트비가 높은 표시를 행하기 위해서는 일주기로 액정패널의 광투과율이 변화한 후에 광투과율이 원래의 상태로 복귀할 필요가 있다.

따라서, 이 발명의 실시의 형태에 있어서는 프레임주기를 짧게 하면, 광투과율이 완전히 원래의 상태로 복귀하기 전에 차기의 주기로 이동해버리고, 콘트라스트가 저하되어버린다. 한편, 프레임주기를 느리게 하면, 플리커가 발생하는 등의 단점이 발생해버린다.

광투과율이 원래의 상태로 복귀하는 시간은 액정재료의 특성, 특히, 액정재료의 점성 등에 의해 크게 변화한다.

따라서, 광투과율이 원래의 상태로 복귀하는 시간이 짧은 액정재료를 선택함으로써 플리커의 발생을 억제하면서 콘트라스트비가 높은 표시를 행하는 것이 가능해진다.

또한, 광투과율이 원래의 값으로 복귀하는 시간이 액정재료의 점성 등에 크게 영향을 받기 때문에, 액정패널의 온도를 높임으로써 액정재료의 점성을 낮추고, 액정재료를 변경함이 없이도 콘트라스트비가 높은 표시를 행하는 것이 가능해진다.

도 1은 이 발명의 액정의 인가전압의 변화에 대한 광투과율의 시간변화를 도시한 도면,

도 2는 종래기술에 따른 액정의 인가전압의 변화에 대한 광투과율의 시간변화를 도시한 도면,

도 3은 이 발명의 액정의 인가전압의 변화에 대한 광투과율의 시간변화를 도시한 도면이다.

Claims (8)

1. 액정과, 상기 액정을 사이에 둔 2개의 전극과, 상기 2개의 전극의 사이에 계조데이터에 기초한 전압을 인가함으로써 표시를 행하는 액정표시장치에 있어서,

   상기 2개의 전극의 사이의 전압을 상기 계조데이터에 무관하게 소정의 주기로 소정의 전압을 소정의 시간만큼 인가하는 것을 특징으로 하는 액정의 고속구동방법.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 2개의 전극의 사이에 인가하는 소정전압이 다수의 절대치가 상이한 전압인 것을 특징으로 하는 액정의 고속구동방법.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,

   상기 액정에 상기 소정의 주기로 점멸하는 조명수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 액정의 고속구동방법.
4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,

   상기 액정에 적, 녹, 청의 3색의 광원을 독자적으로 발광하는 조명수단이 구비되어 있음과 아울러, 상기 각 광원을 상기 소정의 주기로 순차적으로 전환하면서 점멸하는 것을 특징으로 하는 액정의 고속구동방법.
5. 제3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 계조데이터에 무관한 소정의 전압을 인가하는 기간은 상기 조명수단을 소등하는 것을 특징으로 하는 액정의 고속구동방법.
6. 제1 항, 제2 항, 제3 항, 제4 항 또는 제5 항에 있어서,

   상기 소정의 주기내에서 상기 2개의 전극의 사이의 평균전압을 거의 0으로 하도록 상기 2개의 전극 사이의 극성을 반전시키는 것을 특징으로 하는 액정의 고속구동방법.
7. 제1 항, 제2 항, 제3 항, 제4 항, 제5 항 또는 제6 항에 있어서,

   상기 소정의 전압 중 적어도 하나의 전압의 절대치는 상기 계조데이터에 기초한 전압의 절대치의 범위중의 최대치와 같거나 또는 그 이상의 값인 것을 특징으로 하는 액정의 고속구동방법.
8. 제1 항, 제2 항, 제3 항, 제4 항, 제5 항, 제6 항 또는 제7 항에 있어서,

   상기 액정의 온도를 소정의 온도로 높이는 가열수단을 구비한 것을 특징으로 하는 액정의 고속구동방법.

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