KR20120013087A - 액정표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

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정치환
이영주
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치는 광원을 포함하는 백라이트 유닛, 상기 백라이트 유닛 상에 위치하는 액정패널, 상기 백라이트 유닛과 상기 액정패널 사이에 위치하며, 전기적 신호에 따라 광을 투과 또는 반사하는 가변거울 및 외부의 조도를 검지하여 상기 가변거울과 상기 백라이트 유닛에 신호를 인가하는 검출부를 포함할 수 있다.

Description

액정표시장치 및 그 구동방법{Liquid Crystal Display Device And Driving Methode Of The Same}
본 발명은 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 텔레비전, 모니터 등의 디스플레이(Display) 기기, 휴대 전화, PMP(potable media player), MP3 Player, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 최근 들어 공공 장소 등의 정보 표시용 디스플레이, 실내/외 광고용 디스플레이 등 거의 모든 전자기기의 표시장치로 이용되고 있다.
기존 기술에 의한 통상적인 액정표시장치는 2차원 매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 픽셀(Pixel)로 이루어지며, 각 픽셀은 서로 마주보도록 조립된 투명 기판 상에 형성된 두 개의 전극과, 상기 투명 전극 사이에 봉입된 액정, 컬러 디스플레이의 경우 적 녹 청 등의 색상 표현을 위한 서브 픽셀을 구성하는 컬러 필터가 대향하는 투명 기판 표면에 더 부가되어 구성된다. 상기 투명 기판 양쪽 각각에 배치되는 서로 수직인 편광 특성을 갖는 편광판(polarizer plates or polarizer layers)가 구비되어 있어 평상시에는 편광 필터가 빛을 차단하지만 액정에 전압이 인가되면 액정의 배열이 회전하면서 빛의 위상을 변화시켜 빛을 투과시키게 된다.
액정표시장치는 2개의 투명기판, 투명기판 사이에 개재된 액정과 액정의 양단에 전압을 인가할 수 있는 전극으로 이루어진 액정 층, 그 상단에 적/녹/청 등의 빛의 특정 파장 영역을 투과시켜 컬러 표현을 할 수 있게 하는 컬러 필터, 투명기판들의 외면에 서로 편광 방향이 수직인 편광판이 배치되어 구성된다. 그리고, 하단에는 액정표시장치의 광원이 되는 백라이트 유닛이 더 포함되어 구성된다. 따라서, 백라이트 유닛으로부터 조사된 광이 액정층을 통하여 각 서브 픽셀마다 투과율이 조절되고 컬러 필터를 통과함으로써 색상이 표현되어 영상을 만들어 낸다.
한편, 휴대 전화기, 테블릿 컴퓨터(tablet computer), 개인용 정보 보조 장치(PDA), 휴대용 멀티미디어 기기 등을 필두로하는 휴대 기기와 공공 정보 표시장치 및 옥외 광고 표시장치 등은 강한 자연광 환경에서도 우수한 화질을 제공할 수 있는 표시장치에 대한 요구가 증가하고 있다. 그러나, 기존 투과형 액정 표시장치의 한계로 말미암아, 자연광에 의한 주변 밝기에 비해 백라이트에서 조사되어 액정 및 복수의 편광판을 거쳐 최종적으로 출사되는 디스플레이의 휘도가 상대적으로 낮고 액정 디스플레이 표면에서 반사되는 외광의 영향 등으로 가독성 및 시인성이 매우 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 또한, 액정 표시장치를 채용한 TV, 컴퓨터 모니터(monitor) 등의 경우에도 강한 실내 조명이나 대낮 등의 외광 영향 등으로 시인성 저하가 나타나기도 한다.
이러한 투과형 액정 표시장치의 문제를 해결하기 위해, 외광의 밝기를 검지하여 외광 조건에 연동하여 조명의 휘도를 증가시켜 개선할 수 있으나 백라이트의 휘도를 증가시키기에는 발광 소자의 효율 및 발열 등의 기술적 문제로 인한 한계와 전력 소모의 급격한 증가를 감수해야 하는 단점이 있다.
따라서, 밝은 외광 환경에서도 시인성을 확보하고 백라이트 유닛에 의한 소모전력을 저감할 목적으로 자연광을 광원으로 사용하는 반사형 액정표시장치가 개발되었다. 반사형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치와 같이 액정층, 컬러 필터, 편광판, 투명기판 등으로 구성되어 영상 표시를 위한 동작 원리는 유사하나, 광원 대신 반사판 또는 미러를 이용하여 외부에서 입사된 빛을 반사시켜 각 서브 픽셀의 액정을 통하여 밝기를 조절하여 영상을 표시하는 차이가 있다.
반사형 액정표시장치는 추가의 광원이 필요 없으므로 소모전력이 낮고 밝은 외광의 환경에서도 시인성을 보장할 수 있으나, 반대로 실내 또는 어두운 환경에서 시인성 및 화질 확보가 어려운 단점이 있다.
최근 외부광을 이용하는 반사형과 기존의 백라이트 조명을 이용하는 투과형을 절충한 액정표시장치로 반투과형(trans-reflective) 액정표시장치 등이 연구 개발되고 있다. 그러나, 반투과형(trans-refelctive) 액정표시장치는 반사형 동작을 위한 영역과 투과형 동작을 위한 영역이 평면적으로 분할(areal division)되는 형태로 디스플레이 장치의 각 화소(pixel)를 분할하는 방식으로 조합되어 구성되므로, 투과 모드 구동일 때와 반사 모드 구동일 때의 공간 해상도 저하를 피할 수 없고, 각각의 모드에 대해 최대의 광 휘도 역시 달성할 수 없다.
이에 따라, 휴대 전화와 같은 휴대용 기기의 경우 실내 및 실외를 가리지 않고 장소의 제한이 없이 사용하는 경우가 많고, 배터리(battery) 구동으로 인한 저전력 소모에 대한 요구 등을 감안하면 기존 액정표시장치의 한계를 극복할 수 있는 대안이 요구된다.
따라서, 본 발명은 밝거나 어두운 환경에서 시인성 및 화질을 확보하면서 소비 전력이 낮은 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치는 광원을 포함하는 백라이트 유닛, 상기 백라이트 유닛 상에 위치하는 액정패널, 상기 백라이트 유닛과 상기 액정패널 사이에 위치하며, 전기적 신호에 따라 광을 투과 또는 반사하는 가변거울 및 외부의 조도를 검지하여 상기 가변거울과 상기 백라이트 유닛에 신호를 인가하는 검출부를 포함할 수 있다.
상기 가변거울은 산화-환원 반응에 의해 광의 투과도 및 반사도를 조절할 수 있는 조광거울일 수 있다.
상기 가변거울은 액정에 전압을 인가하여 광의 투과도 및 반사도를 조절할 수 있는 액정 플레이트일 수 있다.
상기 가변거울은 복수의 개구부를 기계적으로 개폐하는 초소형 미소 전자기계 시스템(MEMS)을 이용하여 광의 투과도 및 반사도를 조절할 수 있는 구동 마이크로 미러일 수 있다.
상기 검출부는 외부의 조도를 검지하는 검출센서, 상기 검출센서로부터 입력된 출력전압을 연산하는 연산처리장치 및 상기 연산처리장치로부터 산출된 결과에 따라 상기 백라이트 유닛 및 상기 가변거울의 입력신호를 조절하는 제 1 및 제 2 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 액정패널과 상기 가변거울 사이에 위치하는 편광판을 더 포함하며, 상기 편광판과 상기 가변거울 사이 또는 상기 가변거울과 상기 백라이트 유닛 사이에 위치하는 1/4λ층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치의 구동방법은 광원을 포함하는 백라이트 유닛, 상기 백라이트 유닛 상에 위치하는 액정패널, 상기 백라이트 유닛과 상기 액정패널 사이에 위치하며, 전기적 신호에 따라 광을 투과 또는 반사하는 가변거울 및 외부의 조도를 검지하여 상기 가변거울과 상기 백라이트 유닛에 신호를 인가하는 검출부를 포함하는 액정표시장치에 있어서, 상기 검출부에서 외부의 조도를 검지 및 연산하는 단계 및 상기 검출부에서 연산된 결과에 따라 상기 가변거울 및 상기 백라이트 유닛을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연산된 결과에 따라 상기 외부의 조도가 임의의 기준값보다 클 때, 상기 가변거울의 반사도를 최대로 제어하고, 상기 백라이트 유닛의 구동을 중단하여 반사 모드로 화상을 구현할 수 있다.
상기 연산된 결과에 따라 상기 외부의 조도가 임의의 기준값보다 작을 때, 상기 가변거울의 투과도를 최대로 제어하고, 상기 백라이트 유닛을 구동하여 투과 모드로 화상을 구현할 수 있다.
상기 비교 결과에 따라 상기 외광의 밝기가 임의의 기준 범위에 해당될 때, 상기 가변거울의 투과도를 제어하고, 상기 백라이트 유닛을 구동하여 반투과 모드로 화상을 구현할 수 있다.
본 발명의 액정표시장치 및 그 구동방법은 외광 환경에 적합한 시인성을 제공하며, 외광 조건에 따라 소모 전력을 최적화하여 절감할 수 있는 이점이 있다. 특히, 매우 밝은 외광 환경에서도 선명한 화질의 컬러 영상을 공간 해상도 저하 없이 표시할 수 있는 액정표시장치를 구현할 수 있으며, 기존 기술에 의한 반투과 방식의 액정 표시장치의 단점인 소모 전력의 증가를 억제할 수 있는 이점이 있다. 또한, 외부 환경에 의한 외광에 상응하여 소정의 화질을 보장하면서도 디스플레이 전체의 소모 전력을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 액정패널을 나타낸 도면.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 액정표시장치에 사용하는 가변거울의 실시예를 나타낸 도면.
도 7은 가변거울의 반사, 투과, 반투과 모드를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치의 투과 모드를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치의 반사 모드를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치의 반투과 모드를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치를 휴대 전화에 장착한 예를 나타낸 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예들을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 액정패널을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치(100)는 광원을 포함하는 백라이트 유닛(110)이 위치하고, 백라이트 유닛(110) 상에 제 1 기판(120), 컬러필터(150)를 포함하는 제 2 기판(130) 및 제 1 기판(120)과 제 2 기판(130) 사이에 형성된 액정층(140)을 포함하는 액정패널(160)이 위치한다. 그리고, 액정패널(160)의 양면에는 편광판(170a, 170b)이 위치하고, 액정패널(160)과 백라이트 유닛(110) 사이에 가변거울(180)이 위치한다.
보다 자세하게, 도 2를 참조하여 액정표시장치(100)의 액정패널(160)을 설명하면, 제 1 기판(120)은 제 1 기판(120) 상에 형성된 박막 트랜지스터(TFT), 박막 트랜지스터(TFT)에 전기적으로 연결된 화소 전극(128), 박막 트랜지스터(TFT)와 화소 전극(128) 사이에 형성된 유기절연막(126)을 포함할 수 있다.
박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 라인과 연결된 게이트 전극(121), 데이터 라인과 연결된 소오스 전극(125a), 소오스 전극(125a)과 마주보며 형성되어 있으며 화소 전극(128)과 전기적으로 연결된 드레인 전극(125b), 게이트 전극(121)을 절연시키는 게이트 절연막(122), 게이트 절연막(122)을 사이에 두고 게이트 전극(121)과 대응되는 영역에 형성된 활성층(123) 및 오믹콘택층(124)을 포함할 수 있다.
따라서, 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트선으로부터 게이트 온/오프 전압에 응답하여 데이터선으로부터의 데이터 전압을 화소 전극(128)에 공급한다.
화소 전극(128)은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 징크 옥사이드(IZO) 등과 같은 투명한 금속으로 형성되어 있으며, 드레인 전극(125b)으로부터 데이터 전압을 액정층(140)에 인가한다. 따라서, 화소 전극(128)은 유기절연막(126)을 관통하는 콘택홀(127)을 통해 드레인 전극(125b)과 전기적으로 연결된다.
유기절연막(126)은 박막 트랜지스터(TFT)를 덮도록 형성되며 제 1 기판(120)의 전면에 형성된다. 유기절연막(126)은 박막 트랜지스터(TFT)를 보호하며, 화소 전극(128)을 평탄하게 형성시키는 역할을 한다.
제 2 기판(130)은 제 2 기판(130) 상에 빛샘 방지를 위해 형성된 블랙 매트릭스(131), 색구현을 위해 형성된 컬러 필터(150), 블랙 매트릭스(131)와 컬러 필터(150)를 덮는 오버코트층(133) 및 오버코트층(133) 상에 형성된 공통 전극(134)을 포함할 수 있다.
블랙 매트릭스(131)는 액정층(140)을 제어할 수 없는 영역을 통해 광이 투과되는 것을 막기 위해 불투명한 유기물질 또는 불투명한 금속으로 형성된다. 컬러 필터(150)는 색을 구현하기 위해 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터(150)로 이루어질 수 있다. 그리고, 오버코트층(133)은 컬러 필터(150)를 보호하며 공통 전극(134)의 양호한 스텝 커버리지를 위해 투명한 유기물질로 형성될 수 있다. 공통 전극(134)은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 징크 옥사이드(IZO) 등과 같은 투명한 금속으로 형성되며, 공통 전압을 액정층(140)에 인가하는 역할을 한다.
즉, 액정패널(160)은 제 1 기판(120), 제 2 기판(130) 및 상기 제 1 기판(120)과 제 2 기판(130) 사이에 개재된 액정층(140)을 포함할 수 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 액정패널(160)의 상부와, 액정패널(160)의 하부 즉 액정패널(160)과 백라이트 유닛(110) 사이에 편광판(170a, 170b)이 위치한다.
편광판(170a, 170b)은 PVA(Poly vinyl Alcohol : PVA)필름으로 이루어질 수 있다. PVA필름은 편광 특성을 나타내는 것으로, 배향된 이색성 물질 또는 배향된 고분자 사슬 자체의 공액 구조에 의하여 비편광 상태인 백색광의 어느 한 성분은 흡수하고, 그와 직각인 다른 성분은 투과시키는 역할을 한다. 본 발명에서는 액정패널(160)의 상부에 위치한 편광판(170a)과 하부에 위치한 편광판(170b)의 편광 방향이 서로 상이할 수 있다.
PVA필름으로는 요오드계 편광 필름을 사용할 수 있다. 요오드계 편광 필름은 요오드 이온 사슬이 연신 배향된 폴리비닐알콜 사슬에 의하여 배향됨으로써 편광성을 나타내며, 염료계 편광 필름도 역시 이색성 염료가 연신 배향된 PVA 사슬에 의하여 배향됨으로써 편광성을 나타내게 된다. 반면, 폴리엔계 편광 필름은 PVA 필름의 탈수반응 또는 PVC필름의 탈염산 반응에 의해 폴리엔을 형성시켜 편광성을 나타낸다.
PVA필름은 흡수축과 편광축을 구비하는데, 흡수축은 요오드 이온 사슬이 연신 배향된 축으로서, 임의의 방향으로 진동하는 빛의 수직한 두개의 성분 중 한쪽 성분이 편광판의 전자와 상호 작용하여 빛의 전기적 에너지가 전자의 에너지로 바뀌는 과정에서 빛의 성분을 소멸시키는 축이다. 편광축은 이러한 흡수축에 수직인 축으로서, 편광축 방향으로 진동하는 빛을 투과시킨다. 이러한 PVA필름의 두께는 15 내지 30㎛일 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 본 발명의 액정표시장치(100)는 액정패널(160)과 백라이트 유닛(110) 사이에 가변거울(180)이 위치하고, 가변거울(180)에 연결된 검출부(190)가 위치할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 액정표시장치에 사용하는 가변거울의 다양한 실시예를 나타낸 도면이고, 도 7은 가변거울의 반사, 투과, 반투과 모드를 나타낸 도면이다.
보다 자세하게, 본 발명의 가변거울(180)은 전기적 신호에 따라 광을 투과 또는 반사하는 역할을 하는 것으로, 조광거울, 액정 플레이트 및 구동 마이크로 거울(actuating micro mirror)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
도 4를 참조하면, 조광거울(200)은 산화-환원 반응에 의해 광의 투과도 또는 반사도를 조절할 수 있는 것으로, 하부전극(220), 하부전극(220) 상에 위치한 금속산화막(230)이 형성된 하부기판(210)과, 상부전극(270), 상부전극(270) 상에 위치한 변환금속막(260), 변환금속막(260) 상에 위치하며, 복수의 관통홀(255)을 포함하는 절연막(250)이 형성된 상부기판(280)으로 이루어지고, 상부기판(280)과 하부기판(210) 사이에 개재된 전해액(240)으로 구성될 수 있다.
하부기판(210)과 상부기판(210)은 광이 투과할 수 있는 투명한 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있고, 하부전극(220)과 상부전극(270)도 광이 투과할 수 있는 투명한 재질로 예를 들어 ITO로 이루어질 수 있다. 그리고, 금속산화막(230)은 산화텅스텐 또는 산화몰리브덴과 같이 산화물이 포함되는 재질로 이루어질 수 있고, 변환금속막(260)은 수소화가 가능한 마그네슘-니켈 합금 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성된 조광거울(200)은 전기 신호가 인가되지 않은 상태에서는 변환금속막(260)이 금속 상태이기 때문에 광을 반사하는 반사 모드로 유지된다. 반면, 조광거울(200)의 하부전극(220)과 상부전극(270)에 전기 신호 즉, 전압을 인가하면, 금속산화막(230)에 저장되어 있던 수소이온이 전해액(240)을 통해 변환금속막(260)으로 이동하여 변환금속막(260)이 수소화되어 투명한 상태로 변환된다.
또한, 인가된 전기 신호의 세기에 따라 변환금속막(260)의 수소화 정도를 조절하여, 조광거울(200)의 투과도 또는 반사도를 조절할 수도 있다. 이에 따라, 조광거울(200)은 투과 모드, 반사 모드 및 투과/반사가 동시에 가능한 반투과 모드를 구현할 수 있다.
한편, 가변거울(180)로 사용될 수 있는 액정 플레이트(300)를 도 5를 참조하여 살펴보면, 액정 플레이트(300)는 백라이트 유닛(110) 상에 위치한 제 1 흡수형 편광판(310), 제 1 흡수형 편광판(310) 상에 위치한 반사형 편광판(320), 반사형 편광판(320) 상에 위치하며, 하부기판(330)과 상부기판(340) 사이에 개재된 액정층(350), 상부기판(340) 상에 위치한 제 2 흡수형 편광판(360)으로 구성될 수 있다.
이와 같이 구성된 액정 플레이트(300)의 반사 모드는 액정층(350)에 전압을 인가하여 액정분자를 세운 상태로 설정한다. 이때, 외광은 비편광인데 제 2 흡수형 편광판(360)을 투과할 때, 제 1 직선 편광 성분은 흡수되고 제 2 직선 편광 성분만이 투과하여 액정층(350)에 입사된다. 액정층(350)의 액정분자는 선 상태이기 때문에 외광의 제 2 직선 편광은 액정층(350)을 투과하고, 반사형 편광판(320)의 반사 편광축이 제 2 직선 편광의 편광축과 일치해 있기 때문에 외광은 반사형 편광판(320)에서 반사될 수 있다.
반면, 액정 플레이트(300)의 투과 모드는 액정층(350)에 전압을 인가하지 않고 액정분자를 90도 트위스트된 상태로 설정한다. 이 상태에서 백라이트 유닛(110)으로부터 광을 출사하면, 출사된 광은 제 1 흡수형 편광판(310)을 통과하고 있는 광이기 때문에 제 1 직선 편광이다. 따라서 제 1 직선 편광은 반사형 편광판(320)의 투과 편광축과 일치하기 때문에 반사형 편광판(320)을 투과하여 액정층(350)에 입사된다. 액정층(350)의 액정분자가 트위스트된 상태이기 때문에 제 1 직선 편광은 편광축이 회전하여 제 2 직선 편광이 되어 출사되고 제 2 흡수형 편광판(360)과 투과 편광축이 일치하기 때문에 이를 투과하여 외부로 출사될 수 있다.
또한, 인가된 전기 신호의 세기에 따라 액정층(350)의 트위스트 정도를 조절하여, 액정 플레이트(300)의 투과도 또는 반사도를 조절할 수도 있다. 이에 따라, 액정 플레이트(300)는 투과 모드, 반사 모드 및 투과/반사가 동시에 가능한 반투과 모드를 구현할 수 있다.
한편, 가변거울(180)로 사용될 수 있는 구동 마이크로 거울(400)을 도 6을 참조하여 살펴보면, 구동 마이크로 거울(400)은 구동부(420)가 형성된 하부기판(410), 복수의 관통홀(435)이 형성된 상부기판(430), 상부기판(430) 상에 형성된 반사층(440), 상부기판(430)의 하면에 형성된 전극부(450), 전극부(450)에 연결되며 복수의 관통홀(465)이 형성된 셔터(460)로 구성될 수 있다.
이와 같이 구성된 구동 마이크로 거울(400)의 반사 모드는 구동부(420)로부터 인가되는 전기적 신호에 따라 전극부(450)에서 셔터(460)를 이동시켜 상부기판(430)의 관통홀(435)을 차단한다. 이때, 상부기판(430) 상에는 반사층(440)이 형성되어 있고, 셔터(460)의 재질이 광을 반사하는 금속으로 이루어져, 외부로부터 입사되는 광을 반사시킬 수 있다.
반면, 구동 마이크로 거울(400)의 투과 모드는 구동부(420)로부터 인가되는 전기적 신호에 따라 전극부(450)에서 셔터(460)를 이동시켜 상부기판(430)의 관통홀(435)과 셔터(460)의 관통홀(465)을 서로 대응시킨다. 따라서, 하부기판(410) 하부에 위치한 백라이트 유닛으로부터 입사되는 광은 각 관통홀들(430, 465)을 통해 입사되어 상부기판(410)으로 출사될 수 있다.
또한, 인가된 전기 신호의 세기에 따라 셔터(460)의 이동 거리를 조절해 관통홀(465)의 차단 면적을 조절하여, 구동 마이크로 거울(400)의 투과도 또는 반사도를 조절할 수도 있다. 이에 따라, 구동 마이크로 거울(400)은 투과 모드, 반사 모드 및 투과/반사가 동시에 가능한 반투과 모드를 구현할 수 있다.
따라서, 도 7을 참조하면, 가변거울(180)은 가변거울(180)의 후면에 위치한 사물이 보이는 투과 모드(a), 가변거울(180)의 전면에 위치한 사물이 반사되는 반사 모드(b) 및 가변거울(180)의 전면에 위치한 사물이 반사되고 동시에 후면에 위치한 사물이 보이는 반투과 모드(c)를 구현할 수 있다.
본 실시 예에서 설명한 조광거울, 액정 플레이트 및 구동 마이크로 거울의 구성은 이에 한정되지 않으며, 다양한 구조로 변경 가능하다.
한편, 도 3을 참조하여, 외부의 조도 환경에 따라 전술한 가변거울(180)에 전기적 신호를 인가하는 검출부(190)에 대해 설명하면 다음과 같다.
검출부(190)는 조도를 검지하는 검출센서(191), 검출센서(191)로부터 입력된 값을 연산하는 연산처리장치(192) 및 연산처리장치(192)로부터 입력된 값에 따라 백라이트 유닛(110) 및 가변거울(180)에 전기적 신호를 입력하는 제 1 컨트롤러(193)와 제 2 컨트롤로(194)로 구성될 수 있다.
검출센서(191)는 박막트랜지스터(TFT)로 이루어질 수 있으며, 박막트랜지스터는 게이트 전극, 반도체층, 소오스 전극 및 드레인 전극으로 이루어질 수 있다. 이러한 검출센서(191)는 외부의 조도를 검지하여 연산처리장치(192)에 출력전압을 송출한다.
연산처리장치(192)는 검출센서(191)로부터 입력된 출력전압을 계산하여 화면의 시인성을 확보하는 동시에 전력 소모를 낮추기 위한 백라이트 유닛과 외광 반사의 조합을 연산하는 역할을 한다.
그리고, 검출부(190)는 연산처리장치(192)에서 산출된 결과를 통해 가변거울(180)이 최적 광 투과/반사도를 갖도록 전력을 조절하는 제 1 컨트롤러(193), 최적의 백라이트 밝기를 갖도록 백라이트 유닛(194)의 입력 전력량을 조절하는 제 2 컨트롤러(194)로 구성될 수 있다.
따라서, 검출부(190)는 외부의 조도를 측정하여 적절한 시인성을 나타낼 수 있도록 가변거울(180) 및 백라이트 유닛(110)을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치는 λ/4 위상필름(175a, 175b)을 더 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 액정표시장치(100)는 편광판에 의한 광 효율을 개선하기 위해 λ/4 위상필름(175a, 175b)을 더 포함할 수 있다.
전술한 도 1의 본 발명의 액정표시장치(100)를 반사 모드로 사용할 때, 외광이 입사하여 편광판(170a, 170b)을 통과하고 다시 편광판(170a, 170b)을 통하여 반사하므로 입사 광이 화면에 표시되기 위하여 편광판(170a, 170b)을 총 4번 통과하여 광 손실이 커지게 된다. 이를 보완하기 위해, 가변거울(180)을 편광판(170b)의 상부에 위치시키되 가변거울(180)의 상부와 하부에 λ/4만큼의 위상을 변화시키는 λ/4위상필름(175a, 175b)을 삽입할 수 있다.
따라서, 반사 모드에서 입사광과 반사광이 하나의 편광판(170a)만을 통과하여 광 효율을 높이면서도 투과 모드와 반사 모드에서 액정의 배향에 의해 각 픽셀이 열리고 닫히는 동작을 정상적으로 할 수 있도록 할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치는 액정패널과 백라이트 유닛 사이에 가변거울을 형성하고, 외부의 조도를 검출하여 가변거울 및 백라이트 유닛의 광학적 특성을 조절하는 검출부를 구비함으로써, 외광 환경에 적합한 시인성을 제공하며, 외광 조건에 따라 소모 전력을 최적화하여 절감할 수 있는 이점이 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치의 구동방법을 설명하면 다음과 같다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치의 투과 모드를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치의 반사 모드를 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치의 반투과 모드를 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 전술한 도 3과 동일한 구조의 액정표시장치(100)가 도시되어 있다. 본 발명의 액정표시장치의 투과 모드의 구동방법을 살펴보면, 사용자가 액정표시장치(100)의 전원을 누름과 동시에 검출부(190)의 검출센서(191)는 외부의 조도를 검지한다. 검출센서(191)에서는 연산처리장치(192)에 출력전압을 전송한다.
다음, 연산처리장치(192)에서는 검출센서(191)로부터 입력된 출력전압을 계산하여 외부의 조도에 따른 사용자의 시인성을 확보하는 동시에 전력 소모를 낮추기 위한 백라이트 유닛(110)의 광의 세기와 가변거울(180)의 투과도의 정도를 조합하여 연산한다.
그리고, 연산처리장치(192)에서 연산된 결과를 제 1 컨트롤러(193) 및 제 2 컨트롤러(194)에 전송하면, 제 1 컨트롤러(193) 및 제 2 컨트롤러(194)에서는 연산된 결과를 토대로 가변거울(180)과 백라이트 유닛(110)에 각각 전력을 공급 또는 공급하지 않는다.
따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 외부의 조도가 매우 낮은 경우, 즉 외부의 조도값이 임의의 기준값보다 낮은 경우에, 제 1 컨트롤러(193)에서 가변거울(180)을 투과 모드가 되도록 제어하고, 제 2 컨트롤러(194)에서는 백라이트 유닛(110)에 전력을 충분히 공급하여 사용자의 시인성을 확보하도록 구동한다. 이에 따라, 액정표시장치(100)는 백라이트 유닛(110)에서 출사되는 광을 통해 화상을 구현하는 투과 모드를 구현할 수 있다.
반면, 도 10에 도시된 바와 같이, 외부의 조도가 매우 높은 경우, 즉 외부의 조도값이 임의의 기준값보다 높은 경우에, 제 1 컨트롤러(193)에서 가변거울(180)을 반사 모드가 되도록 제어하고, 제 2 컨트롤러(194)에서는 백라이트 유닛(110)에 전력을 공급하지 않는다. 이에 따라, 액정표시장치(100)는 외광이 가변거울(180)에서 반사되는 광을 통해 화상을 구현하는 반사 모드를 구현할 수 있다.
이와는 달리, 도 11에 도시된 바와 같이, 외부의 조도가 높지도 낮지도 않은 경우, 즉, 외부의 조도값이 임의의 기준 범위에 해당되는 경우에, 제 1 컨트롤러(193)에서 가변거울(180)을 반투과 모드가 되도록 제어하고, 제 2 컨트롤러(194)에서는 백라이트 유닛(110)에 소정의 전력을 공급한다. 이에 따라, 액정표시장치(100)는 외광이 가변거울(180)에서 반사되는 광과, 백라이트 유닛(110)에서 출사되는 광을 통해 화상을 구현하는 반투과 모드를 구현할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치를 휴대 전화에 장착한 예를 나타낸 도면이다.
도 12의 (a)는 태양광 등의 외광의 조도가 높은 조건에서의 액정표시장치의 반사 모드를 나타낸다. 이 반사 모드에서는 백라이트 장치를 끄거나 최소 전력만을 공급하여 액정표시장치에 의한 전력 소모를 최소화할 수 있으므로, 휴대 기기의 배터리 소모를 줄일 수 있다. 이와 더불어, 외광 환경에서의 반사 모드로의 전환은 사용자가 원하면 수동으로 전환할 수 있도록 휴대 기기에 구현할 수도 있고, 외부의 조도 검출 수단과의 연동을 통하여 능동적/자동적으로 최적화하여 반사도/투과도 및 백라이트 조명 세기를 조절할 수 있도록 구현할 수도 있다.
도 12의 (b)는 어두운 실내 등 외광이 조도가 낮은 조건에서의 액정표시장치의 투과 모드를 나타낸다. 이 투과 모드에서는 가변거울의 투과도를 최대로 조절하고 백라이트 유닛의 조명을 투과형 액정표시장치와 유사하게 활용함으로써 영상을 표시하도록 구현할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 액정표시장치 및 그 구동방법은 외광 환경에 적합한 시인성을 제공하며, 외광 조건에 따라 소모 전력을 최적화하여 절감할 수 있는 이점이 있다. 특히, 매우 밝은 외광 환경에서도 선명한 화질의 컬러 영상을 공간 해상도 저하 없이 표시할 수 있는 액정표시장치를 구현할 수 있으며, 기존 기술에 의한 반투과 방식의 액정 표시장치의 단점인 소모 전력의 증가를 억제할 수 있는 이점이 있다. 또한, 외부 환경에 의한 외광에 상응하여 소정의 화질을 보장하면서도 디스플레이 전체의 소모 전력을 절감할 수 있는 이점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 광원을 포함하는 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛 상에 위치하는 액정패널;
    상기 백라이트 유닛과 상기 액정패널 사이에 위치하며, 전기적 신호에 따라 광을 투과 또는 반사하는 가변거울; 및
    외부의 조도를 검지하여 상기 가변거울과 상기 백라이트 유닛에 신호를 인가하는 검출부를 포함하는 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가변거울은 산화-환원 반응에 의해 광의 투과도 및 반사도를 조절할 수 있는 조광거울인 액정표시장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가변거울은 액정에 전압을 인가하여 광의 투과도 및 반사도를 조절할 수 있는 액정 플레이트인 액정표시장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가변거울은 복수의 개구부를 기계적으로 개폐하는 초소형 미소 전자기계 시스템(MEMS)을 이용하여 광의 투과도 및 반사도를 조절할 수 있는 구동 마이크로 미러인 액정표시장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 검출부는
    외부의 조도를 검지하는 검출센서;
    상기 검출센서로부터 입력된 출력전압을 연산하는 연산처리장치; 및
    상기 연산처리장치로부터 산출된 결과에 따라 상기 백라이트 유닛 및 상기 가변거울의 입력신호를 조절하는 제 1 및 제 2 컨트롤러를 포함하는 액정표시장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 액정패널과 상기 가변거울 사이에 위치하는 편광판을 더 포함하며,
    상기 편광판과 상기 가변거울 사이 또는 상기 가변거울과 상기 백라이트 유닛 사이에 위치하는 1/4λ층을 더 포함하는 액정표시장치.
  7. 광원을 포함하는 백라이트 유닛, 상기 백라이트 유닛 상에 위치하는 액정패널, 상기 백라이트 유닛과 상기 액정패널 사이에 위치하며, 전기적 신호에 따라 광을 투과 또는 반사하는 가변거울 및 외부의 조도를 검지하여 상기 가변거울과 상기 백라이트 유닛에 신호를 인가하는 검출부를 포함하는 액정표시장치에 있어서,
    상기 검출부에서 외부의 조도를 검지 및 연산하는 단계; 및
    상기 검출부에서 연산된 결과에 따라 상기 가변거울 및 상기 백라이트 유닛을 제어하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 구동방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 연산된 결과에 따라 상기 외부의 조도가 임의의 기준값보다 클 때,
    상기 가변거울의 반사도를 최대로 제어하고, 상기 백라이트 유닛의 구동을 중단하여 반사 모드로 화상을 구현하는 액정표시장치의 구동방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 연산된 결과에 따라 상기 외부의 조도가 임의의 기준값보다 작을 때,
    상기 가변거울의 투과도를 최대로 제어하고, 상기 백라이트 유닛을 구동하여 투과 모드로 화상을 구현하는 액정표시장치의 구동방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 비교 결과에 따라 상기 외광의 밝기가 임의의 기준 범위에 해당될 때,
    상기 가변거울의 투과도를 제어하고, 상기 백라이트 유닛을 구동하여 반투과 모드로 화상을 구현하는 액정표시장치의 구동방법.
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