KR20110097390A - 개선된 콘트라스트비를 갖는 액정 표시 장치 - Google Patents

개선된 콘트라스트비를 갖는 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20110097390A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 이미지를 표시하는 제1 액정 패널; 상기 제1 액정 패널을 조명하기 위한 백라이트 유닛; 및 상기 제1 액정 패널과 백라이트 유닛 사이에 배치되고, 상기 백라이트 유닛으로부터 나온 빛을 제공 받아 상기 이미지의 영역별 밝기에 따라 영역별로 조절된 휘도로 상기 제1 액정 패널에 빛을 제공하는 제2 액정 패널을 포함한다.

Description

개선된 콘트라스트비를 갖는 액정 표시 장치{Liquid crystal display device having improved contrast ratio}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고품질의 화면과 높은 콘트라스트비(contrast ratio)를 구현할 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD 장치)는 저전력 및 고해상도의 장점을 가지고 있어 휴대폰, 모니터, TV 등 다양한 디스플레이 제품에 사용되고 있다. 특히, 능동 매트릭스 LCD 장치에 해당하는 박막트랜지스터 액정 표시 장치(TFT-LCD 장치)가 고화질 대화면의 디스플레이 장치로서 각광받고 있다. 현재 이러한 TFT-LCD 장치의 경우 콘트라스트비, 즉 명암비가 어두운 환경에서 낮은 편이어서, PDP 등 다른 형태의 디스플레이 장치에 비하여 콘트라스트비가 양호하지 못하다. 특히 액정 표시 장치가 갖는 낮은 콘트라스트비 문제는 전체 화면이 어두운 영상을 표현할 경우 두드러지게 나타나는데, 어두운 부분의 표현에 있어서 영상의 현실감이 떨어지는 원인으로 작용한다.
도 1은 종래의 액정 표시 장치의 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 액정 표시 장치(10)는, 액정 표시 패널(LCD 패널)(18)과, 이 LCD 패널(18)의 후면에서 빛을 조명하는 백라이트 유닛(11)을 포함한다. LCD 패널(18)은 편광 필름(12, 13)과 그 사이에 개재된 하부 투명기판(14), 액정층(16), 컬러필터층(17) 및 상부 투명기판(15)을 포함하며, 투명기판(14, 15)와 액정층(16) 사이에는 투명 전극들(도시 안함)이 배치되어 있다.
TFT-LCD를 비롯한 종래의 액정 표시 장치는, 화면 전체의 밝기가 어두운 경우 국부적으로 밝은 부분을 높은 콘트라스트비로 화상을 표현하는 데에 있어서 한계를 가진다. 또한, TFT-LCD 장치는, 화면 전체의 밝기가 밝은 경우 국부적으로 어두운 부분을 높은 콘트라스트비로 화상을 표현하는 데에 있어서도 마찬가지로 한계를 가진다. 특히, 영화와 같은 영상물에서 자주 나타나는 야간의 장면이나 전체적으로 어두운 부분이 많은 장면에서 부분적으로 밝은 부분이 존재하는 경우 밝은 부분을 기준으로 화면의 그레이 스케일을 구성하면, 어두운 부분의 화면의 디테일(detail) 표시 성능이 떨어지게 된다. 또한, 야간 장면의 경우 어두운 부분을 기준으로 화면의 그레이 스케일을 구성하면 국부적으로 밝은 부분의 이미지 재현에 한계를 갖기 때문에 전체 화면의 박진감과 현실감이 떨어져 표시 장치로서의 품질이 저하되는 문제가 발생한다.
현재의 LCD 기술에서는 화면의 밝기에 대한 결과를 산술적으로 계산한 후 상대적으로 어두운 표시가 많은 경우에는 이미지 신호 처리에 있어서 감마 커브의 설정을 어두운 부분에 대해서 확장하고, 상대적으로 밝은 화면의 경우에는 감마 커브의 설정을 밝은 부분에 대해서 확장하는 능동형 감마 커브 적용 기술이 사용되고 있다. 그러나, 이러한 능동형 감마 커브 기술은 각 화면에서의 디테일 재현에 효과가 있으나 높은 콘트라스트비가 요구되는 부분의 불충분한 명함 표시는 근본적으로 해결이 불가능한 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 높은 콘트라스트비로 고품질의 화상을 표현할 수 있는 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 이미지를 표시하는 제1 액정 패널; 상기 제1 액정 패널을 조명하기 위한 백라이트 유닛; 및 상기 제1 액정 패널과 백라이트 유닛 사이에 배치되고, 상기 백라이트 유닛으로부터 나온 빛을 제공 받아 상기 이미지의 영역별 밝기에 따라 영역별로 조절된 휘도로 상기 제1 액정 패널에 빛을 제공하는 제2 액정 패널을 포함한다.
상기 제1 액정 패널은 컬러 필터층을 포함하는 컬러 액정 패널이고, 상기 제2 액정 패널은 흑백 액정 패널일 수 있다.
상기 제1 액정 패널은, 제1 상부 투명 기판, 제1 하부 투명 기판, 상기 제1 상하부 투명 기판 사이에 배치된 액정층, 상기 제1 상부 투명 기판 상에 형성된 편광 필름, 상기 제1 하부 투명 기판 하면에 형성된 편광 필름, 상기 제1 상부 투명 기판과 액정층 사이에 배치된 컬러 필터층을 포함할 수 있다. 상기 제2 액정 패널은, 제2 상부 투명 기판, 제2 하부 투명 기판, 상기 제2 상하부 투명 기판 사이에 배치된 액정층, 상기 제2 상부 투명 기판 상에 형성된 편광 필름, 상기 제2 하부 투명 기판 하면에 형성된 편광 필름을 포함할 수 있다.
상기 제1 액정 패널에 표시되는 전체 이미지 면적 중 기준 밝기 이하의 면적이 기준 면적을 이상인 경우에는, 상기 제1 액정 패널은 상기 기준 밝기보다 낮은 밝기를 갖는 암부를 기준으로 화면의 그레이 스케일을 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 기준 밝기보다 높은 밝기를 갖는 상기 제1 액정 패널의 특정 영역에는, 상기 제2 액정 패널은 상대적으로 높은 제1 휘도의 빛을 제공하고, 상기 특정 부분 이외의 제1 액정 패널 영역에는 상대적으로 낮은 제2 휘도의 빛을 제공할 수 있다.
상기 제1 액정 패널에 표시되는 전체 이미지 면적 중 기준 밝기 이하의 면적이 기준 면적보다 작을 경우에는, 상기 제1 액정 패널은 상기 기준 밝기보다 높은 밝기를 갖는 명부를 기준으로 화면의 그레이 스케일을 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 기준 밝기보다 낮은 밝기를 갖는 상기 제1 액정 패널의 특정 영역에는, 상기 제2 액정 패널은 상대적으로 낮은 제1 휘도의 빛을 제공하고, 상기 특정 부분 이외의 제1 액정 패널 영역에는 상대적으로 높은 제2 휘도의 빛을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 이미지를 표시하는 컬러 액정 패널; 상기 컬러 액정 패널을 조명하기 위한 백라이트 유닛; 및 상기 컬러 액정 패널과 백라이트 유닛 사이에 배치되고, 상기 백라이트 유닛으로부터 상기 컬러 액정 패널로 향하는 빛을 상기 이미지의 영역별 밝기에 따라 영역 별로 조절된 투과율로 투과시키는 흑백 액정 패널을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고 콘트라스 휘도의 영역이 부분적으로 혼재되어 있는 화면의 표시에 있어서 부분적으로 백라이트의 조명 밝기를 조절함으로써 보다 박진감 넘치고 생동감 있는 화면을 구현할 수 있다. 본 발명의 실시예는 기존의 감마 곡선의 조절 방식으로는 구현할 수 없는 높은 콘트라스트비를 제공함과 아울러, 어두운 영역 또는 밝은 영역의 디테일 표시 성능이 우수하다. 본 발명의 실시예는 기존의 TFT-LCD 제조 공정에 응용될 수 있으며, TV용 액정 표시 장치와 같은 고품위 액정 표시 장치에 있어서 재생 화면의 현장감을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 액정 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이고, 도 3은 도 2의 액정 표시 장치의 단면도이다. 도 2 및 3을 참조하면, 액정 표시 장치(100)는, 표시용의 제1 액정 패널(120)과, 백라이트 유닛(101) 그리고, 이들(120, 101) 사이에 배치된 밝기 조절용의 제2 액정 패널(110)을 포함한다. 백라이트 유닛(101)은 제2 액정 패널(110)을 거쳐 제1 액정 패널(120)을 조명한다. 백라이트 유닛(101)으로는 광원을 백라이트 유닛의 측면에 구비하는 엣지형 백라이트 유닛을 사용할 수 있고, 이와 달리 직하형의 백라이트 유닛을 사용할 수도 있다.
제1 액정 패널(120)은 사용자에게 이미지를 표시하기 위한 컬러 액정 패널에 해당하고, 제2 액정 패널(110)은 제1 액정 패널(120)로 제공되는 빛의 휘도를 영역별로 조절하는 흑백 액정 패널에 해당할 수 있다. 제1 액정 패널(120)은, 예를 들어 통상의 LCD 장치에서 사용하는 TFT-LCD용 액정 패널일 수 있다. 제1 액정 패널(120)의 구동 회로부(122)는 이미지 신호 처리부(도시 안함)로부터 구동 신호(S)를 수신하여 제1 액정 패널(120)을 구동시키고, 제2 액정 패널(110)의 구동 회로부(112)는 이미지 신호 처리부로부터 구동 신호(P)를 수신하여 제2 액정 패널(110)을 구동시킨다. 제2 액정 패널(120)은, 제1 액정 패널(110)의 구동 신호(S)과 다른 구동 신호(P)에 의해 구동될 수 있으며, 제1 액정 패널(110)의 화소 크기와 다른 화소 크기를 가질 수 있거나 혹은 제1 액정 패널(110)의 화소 크기와 같은 화소 크기를 가질 수도 있다.
도 3을 참조하면, 제1 액정 패널(120)은 유리 등으로 된 제1 상부 투명 기판(145), 제1 하부 투명 기판(144), 이 투명 기판들(145, 144) 사이에 배치된 액정층(146), 제1 상부 투명 기판(145) 상에 형성된 편광 필름(143), 제1 하부 투명 기판(144)의 하면에 형성된 편광 필름(142), 및 제1 상부 투명 기판(145)과 액정층(146) 사이에 배치된 컬러 필터층(147)을 포함한다. 컬러 필터층(147)과 액정층(146) 사이와 제1 하부 투명 기판(144)과 액정층(146) 사이에는 투명 전극이 배치될 수 있다. 상술한 구성을 구비한 제1 액정 패널(120)은 컬러 화면을 표시하는 표시용 액정 패널의 역할을 할 수 있다.
또한, 제2 액정 패널(110)은 제2 상부 투명 기판(135), 제2 하부 투명 기판(134), 제2 상하부 투명 기판(135, 134) 사이에 배치된 액정층(136), 제2 상부 투명 기판(135) 상에 형성된 편광 필름(133), 제2 하부 투명 기판(134) 하면에 형성된 편광 필름(132)을 포함한다. 제2 상부 투명 기판(135)과 액정층(136) 사이 및 제2 하부 투명 기판(134)과 액정층(136) 사이에는 투명 전극이 배치될 수 있다. 제2 액정 패널(110)은 제1 액정 패널(120)에 제공되는 빛의 휘도를 영역별로 조절하는 밝기 조절용 흑백 액정 패널의 역할을 할 수 있다.
제2 액정 패널(110)은 백라이트 유닛(101)으로부터 나온 빛을 제공 받아, 제1 액정 패널(120) 상의 이미지의 영역별 밝기에 따라 영역별로 조절된 휘도로 제1 액정 패널(120)에 빛을 제공한다. 구체적으로는, 제2 액정 패널(110)은 흑백의 단색 액정 패널로서, 백라이트 유닛(101)으로부터 컬러의 제1 액정 패널(120)로 향하는 빛을 이미지(제1 액정 패널이 표시하는 이미지)의 영역별 밝기에 따라 영역별로 조절된 투과율로써 투과시킨다. 제2 액정 패널(110)을 제1 액정 패널(120)과 백라이트유닛(101) 사이에 배치함으로써, 이미지 표시용의 제1 액정 패널(120)은 제2 액정 패널(120)의 전면으로부터 영역별로 다른 휘도의 빛을 공급받게 되고, 콘트라스트비를 더 증가시킬 수 있다. 이와 같이 높은 콘트라스트비를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 이미지의 어두운 부분들의 디테일 표시 성능 혹은 밝은 부분들의 디테일 표시 성능을 높일 수 있다.
도 2를 참조하면, 표시용의 제1 액정 패널(120)에 표시되는 정보에 있어서, 2개의 사각형(c, b)과 하나의 삼각형(a)의 이미지(제1 액정 패널에 표시되는 미지)가 기준 밝기 이하의 어두운 영역(암부)을 이루는데, 이러한 어두운 영역의 면적이 전체적으로 넓고(기준 면적 이상이고), 기준 밝기보다 높은 밝기를 갖는 고대비의 밝은 원형(d)의 이미지가 국부적으로 또는 부분적으로 나타나 있다. 이 경우 제2 액정 패널(110) 없이 백라이트 유닛(101)에서 출사된 빛을 그대로 제1 액정 패널(120)에 사용하면, 어두운 화면 영역의 양호한 디테일 표시와 높은 콘트라스트비를 동시에 구현하기가 어렵다. 즉, 제1 액정 패널(120)에서 어두운 화면 영역(a, b, c)을 기준으로 화면의 그레이 스케일을 구성하여 제1 액정 패널(120)에서의 표시 기준을 어두운 화면 영역에 맞출 경우, 어두운 부분의 디테일 표시에는 유리하나 콘트라스트비가 떨어지는 문제가 있다. 이와는 반대로, 제1 액정 패널(120)에서 밝은 화면 영역(d)을 기준으로 화면의 그레이 스케일을 구성하여 제1 액정 패널(120)에서의 표시 기준을 밝은 화면 영역에 맞출 경우, 어두운 부분의 디테일 표시 성능이 떨어지는 문제가 있다.
그러나, 상술한 본 실시예와 같이 밝기 조절용 제2 액정 패널(110)을 제1 액정 패널(120)과 백라이트 유닛(101) 사이에 삽입하면 어두운 부분의 디테일 표시와 높은 콘트라스트비를 함께 실현할 수 있다. 구체적으로는, 도 2에 있어서, 제1 액정 패널(120)에서의 화면의 그레이 스케일을 어두운 영역(a, b, c)을 기준으로 구성하여 어두운 영역(a, b, c)의 디테일 재생에 맞추어 화면 표시를 구성함과 아울러, 제2 액정 패널(110)에 의해 밝은 영역(d)에 상대적으로 높은 휘도(제1 휘도)의 빛을 제공하고 다른 영역(a, b, c)에는 상대적으로 낮은 휘도(제2 휘도)의 빛을 제공한다. 이에 따라, 어두운 영역(a, b, c)의 디테일 표시 성능이 높아짐과 아울러 명암에 관한 높은 콘트라스트비를 구현할 수 있게 된다. 이로써, 액정 표시 장치의 영상 화면을 생동감과 박진감 있게 구현할 수 있게 된다.
또한, 도 2의 이미지의 명암 분포와 달리, 제1 액정 패널(12)에서의 이미지가 전체적으로 밝고 부분적으로 또는 국부적으로 고대비의 어두운 영역이 있을 경우에는, 상술한 바와 같은 원리를 이용하여 제1 액정 패널(120)의 표시 기준을 밝은 영역에 맞추고, 제2 액정 패널(110)을 통해 어두운 영역을 부분적으로 강조함으로써 화면의 박진감을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다. 도 4는 도 2에서의 화면 구성과 달리, 영상 화면의 이미지가 전체적으로는 밝지만, 부분적으로 고대비의 어두운 영역을 함께 갖는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 표시용의 제1 액정 패널(120)에 표시되는 정보에 있어서, 기준 밝기 이하의 어두운 영역(원)의 면적이 기준 면적보다 작아서 전체적으로는 화면의 이미지가 밝고, 기준 밝기 이하의 낮은 밝기를 갖는 고대비의 어두운 영역이 국부적으로 나타나 있다. 이 경우, 제1 액정 패널(120)에서의 화면의 그레이 스케일을 밝은 영역(명부)(기준 밝기보다 밝은 2개의 사각형, 1개의 삼각형)을 기준으로 구성하여 밝은 영역(2개의 사각형, 1개의 삼각형)의 디테일 표시 성능을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 제2 액정 패널(110)을 사용하여, 기준 밝기보다 어두운 제1 액정 패널(120)의 특정 영역(원)에는 상대적으로 낮은 제1 휘도의 빛을 제공하고, 제1 액정 패널(120)의 다른 영역(삼각형, 사각형)에는 상대적으로 높은 제2 휘도의 빛을 제공한다. 이에 따라, 명암에 관한 높은 콘트라스트비를 구현할 수 있다. 높은 콘트라스트비와 밝은 영역에서의 디테일 표시 성능에 의해 액정 표시 장치의 영상 화면을 생동감과 박진감 있게 구현할 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100: 액정 표시 장치 101: 백라이트 유닛
120: 제1 액정 패널 110: 제2 액정 패널
112, 122: 구동 회로부 132, 133, 142, 143: 편광 필름
144: 제1 하부 투명 기판 145: 제1 상부 투명 기판
134: 제2 하부 투명 기판 135: 제2 상부 투명 기판
136, 146: 액정층 147: 컬러 필터층

Claims (8)

  1. 이미지를 표시하는 제1 액정 패널;
    상기 제1 액정 패널을 조명하기 위한 백라이트 유닛; 및
    상기 제1 액정 패널과 백라이트 유닛 사이에 배치되고, 상기 백라이트 유닛으로부터 나온 빛을 제공 받아 상기 이미지의 영역별 밝기에 따라 영역별로 조절된 휘도로 상기 제1 액정 패널에 빛을 제공하는 제2 액정 패널을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액정 패널은 컬러 필터층을 포함하는 컬러 액정 패널이고, 상기 제2 액정 패널은 흑백 액정 패널인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액정 패널은, 제1 상부 투명 기판, 제1 하부 투명 기판, 상기 제1 상하부 투명 기판 사이에 배치된 액정층, 상기 제1 상부 투명 기판 상에 형성된 편광 필름, 상기 제1 하부 투명 기판 하면에 형성된 편광 필름, 상기 제1 상부 투명 기판과 액정층 사이에 배치된 컬러 필터층을 포함하고,
    상기 제2 액정 패널은, 제2 상부 투명 기판, 제2 하부 투명 기판, 상기 제2 상하부 투명 기판 사이에 배치된 액정층, 상기 제2 상부 투명 기판 상에 형성된 편광 필름, 상기 제2 하부 투명 기판 하면에 형성된 편광 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액정 패널에 표시되는 전체 이미지 면적 중 기준 밝기 이하의 면적이 기준 면적을 이상인 경우에는, 상기 제1 액정 패널은 상기 기준 밝기보다 낮은 밝기를 갖는 암부를 기준으로 화면의 그레이 스케일을 구성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기준 밝기보다 높은 밝기를 갖는 상기 제1 액정 패널의 특정 영역에는, 상기 제2 액정 패널은 상대적으로 높은 제1 휘도의 빛을 제공하고, 상기 특정 부분 이외의 제1 액정 패널 영역에는 상대적으로 낮은 제2 휘도의 빛을 제공하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액정 패널에 표시되는 전체 이미지 면적 중 기준 밝기 이하의 면적이 기준 면적보다 작을 경우에는, 상기 제1 액정 패널은 상기 기준 밝기보다 높은 밝기를 갖는 명부를 기준으로 화면의 그레이 스케일을 구성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기준 밝기보다 낮은 밝기를 갖는 상기 제1 액정 패널의 특정 영역에는, 상기 제2 액정 패널은 상대적으로 낮은 제1 휘도의 빛을 제공하고, 상기 특정 부분 이외의 제1 액정 패널 영역에는 상대적으로 높은 제2 휘도의 빛을 제공하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 이미지를 표시하는 컬러 액정 패널;
    상기 컬러 액정 패널을 조명하기 위한 백라이트 유닛; 및
    상기 컬러 액정 패널과 백라이트 유닛 사이에 배치되고, 상기 백라이트 유닛으로부터 상기 컬러 액정 패널로 향하는 빛을 상기 이미지의 영역별 밝기에 따라 영역 별로 조절된 투과율로 투과시키는 흑백 액정 패널을 포함하는 액정 표시 장치.
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