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KR102541940B1 - 광 밸브 패널과 이를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

광 밸브 패널과 이를 이용한 액정표시장치 Download PDF

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KR102541940B1
KR102541940B1 KR1020160067778A KR20160067778A KR102541940B1 KR 102541940 B1 KR102541940 B1 KR 102541940B1 KR 1020160067778 A KR1020160067778 A KR 1020160067778A KR 20160067778 A KR20160067778 A KR 20160067778A KR 102541940 B1 KR102541940 B1 KR 102541940B1
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KR
South Korea
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light valve
liquid crystal
electrode
panel
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KR1020160067778A
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유승진
남상진
유욱상
김규진
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명에 의한 광 밸브 패널은 액정층, 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 제1 전극은 광 밸브 데이터라인을 통해 광 밸브 데이터전압을 인가받는다. 제2 전극은 액정층을 사이에 두고 제1 전극과 대면하고, 광 밸브 데이터전압에 동기되어 동일한 위상으로 스윙하는 공통전압을 인가받는다.
본 발명에 의한 액정표시장치는 표시패널, 백라이트 유닛, 광 밸브 패널을 포함한다. 표시패널은 입력 영상이 기입되는 픽셀들을 포함한다. 백라이트 유닛은 표시패널에 빛을 조사한다. 광 밸브 패널은 표시패널과 백라이트 유닛 사이에 배치되어 입력 영상에 따라 백라이트 유닛으로부터의 광량을 조절한다.

Description

광 밸브 패널과 이를 이용한 액정표시장치{LIGHT VALVE PANEL AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 입력 영상의 휘도 분포를 바탕으로 표시패널에 입사되는 광량을 조절하는 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD), 유기 발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode Display: OLED Display), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 전기영동 표시장치(Electrophoretic Display Device: EPD) 등 각종 평판 표시장치가 개발되고 있다. 액정표시장치는 액정 분자에 인가되는 전계를 데이터 전압에 따라 제어하여 화상을 표시한다. 액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식의 액정표시장치에는 픽셀 마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: 이하 "TFT"라 함)가 형성되어 있다.
액정표시장치는 액정층을 가진 표시패널, 표시패널에 빛을 조사하는 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU), 표시패널의 데이터라인들에 데이터전압을 공급하기 위한 소스 드라이브 집적회로(Integrated Circuit, 이하 "IC"라 함), 표시패널의 게이트라인들(또는 스캔라인들)에 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)를 공급하기 위한 게이트 드라이브 IC, 및 상기 IC들을 제어하는 제어회로, 백라이트 유닛의 광원을 구동하기 위한 광원 구동회로 등을 구비한다.
표시패널의 액정층에 인가되는 데이터 전압으로 입력 영상의 계조가 표현된다. 액정표시장치는 백라이트로 인하여 어두운 영상의 재현성이 떨어진다. 이는 백라이트 유닛이 입력 영상의 휘도 분포에 관계 없이 표시패널의 화면 전체에 균일한 광량으로 빛을 조사하기 때문이다. 따라서, 액정표시장치의 명암비(contrast ratio)를 개선하는데에 한계가 있다.
본 발명은 표시패널에 입사되는 광량을 입력 영상에 따라 조절하여 명암비를 향상시키도록 한 광 밸브 패널과 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 광 밸브 패널은 액정층, 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 제1 전극은 광 밸브 데이터라인을 통해 광 밸브 데이터전압을 인가받는다. 제2 전극은 액정층을 사이에 두고 제1 전극과 대면하고, 광 밸브 데이터전압에 동기되어 동일한 위상으로 스윙하는 공통전압을 인가받는다.
본 발명에 의한 액정표시장치는 표시패널, 백라이트 유닛, 광 밸브 패널을 포함한다. 표시패널은 입력 영상이 기입되는 픽셀들을 포함한다. 백라이트 유닛은 표시패널에 빛을 조사한다. 광 밸브 패널은 표시패널과 백라이트 유닛 사이에 배치되어 입력 영상에 따라 백라이트 유닛으로부터의 광량을 조절한다.
본 발명은 광 밸브 패널의 블록 내에서 휘도가 점진적으로 증가 또는 감소하도록 휘도를 그라데이션(gradation)으로 조절함으로써 측면 시야각에서의 휘도와 색 왜곡을 방지하고 휘선 현상을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 광 밸브 패널은 공통전압을 광 밸브 데이터전압과 동일한 위상으로 스윙하여, 화이트 마진을 확보할 수 있다. 그 결과 화이트 마진이 부족하여 화이트 영상을 표시하는 블록에서 화상 불량이 발생하는 것을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 표시패널, 광 밸브 패널 및 백라이트 유닛의 적층 구조를 보여 주는 단면도이다.
도 3은 표시패널의 금속 배선들과 광 밸브 패널의 금속 배선들이 겹쳐질 때 초래되는 빛의 간섭으로 인하여 보이는 무아레를 보여 주는 도면이다.
도 4는 표시패널과 광 밸브 패널 간의 갭으로 인하여 발생하는 색(color) 왜곡을 보여 주는 도면이다.
도 5는 측면 시야각의 색 왜곡을 개선하기 위하여 광 밸브 패널에서 밝은 블록과 이웃하는 어두운 블록을 점등할 때 보이는 휘선 불량의 예를 보여 주는 도면이다.
도 6은 표시패널의 픽셀 데이터 변조 방법과 광 밸브 패널의 블록 휘도 제어 방법을 보여 주는 도면들이다.
도 7은 도 6에서 (C)의 제어 방법으로 표시패널의 데이터와 휘도를 제어할 때 측면 시야각에서 픽셀의 휘도를 보여 주는 도면이다.
도 8은 광 밸브 패널을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 패널 블록 분할을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 의한 광 밸브 패널의 구동전압을 나타내는 도면이다.
도 11은 광 밸브 패널 액정층의 V-T 특성 곡선을 나타내는 도면이다.
도 12 내지 도 14는 블록 영상 표시과정에서 하부전극의 전압 강하 현상을 설명하는 도면들이다.
도 15 내지 도 16은 본 발명의 공통전압에 의해서 화이트마진을 확보하는 과정을 설명하는 도면들이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 액정표시장치는 픽셀 어레이가 형성된 표시패널(PNL1), 표시패널(PNL1)에 빛을 조사하는 백라이트 유닛(BLU), 표시패널(PNL1)과 백라이트 유닛(BLN) 사이에 배치된 광 밸브 패널(PNL2), 제1 패널 구동 회로(100, 20, 30, 100), 제2 패널 구동 회로(110, 50), 백라이트 구동 회로(40)를 포함한다.
표시패널(PNL1)은 액정층을 사이에 두고 대향하는 제1 상부기판(100) 및 제1 하부기판(110)을 포함한다.
제1 상부기판(100)에는 블랙 매트릭스(Black matrix, BM)와 컬러 필터(Color filter, CF)를 포함한 컬러 필터 어레이가 형성된다.
제1 하부기판(110)에는 데이터라인들(DL), 게이트라인들(GL), 공통 전극(12), TFT에 접속된 픽셀 전극(11), 및 픽셀 전극(11)에 접속된 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등이 형성된다. TFT들은 서브 픽셀 마다 하나씩 형성되어 픽셀 전극(11)에 연결된다. TFT들은 비정질 실리콘(amorphose Si, a-Si) TFT, LTPS(Low Temperature Poly Silicon) TFT, 산화물 TFT(Oxide TFT) 등으로 구현될 수 있다. TFT들은 서브 픽셀들의 화소 전극에 1:1로 연결된다. 공통 전극(12)과 픽셀 전극(11)은 절연막을 사이에 두고 분리된다.
표시패널(PNL1)의 액정 모드는 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 적용될 수 있다.
표시패널(PNL1)의 상판과 하판 각각에는 편광 필름(13, 14)이 접착되고, 액정의 선경사각(pretilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 상판과 하판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서(spacer)가 형성될 수 있다.
광 밸브 패널(PNL2)은 표시패널(PNL1)과 백라이트 유닛(BLU) 사이에 배치된다. 광 밸브 패널(PNL2)은 제2 상부기판(200)과 제2 하부기판(210)에 인가되는 전압차에 따라 액정 분자들을 구동하여 표시패널(PNL1)에 조사되는 광량을 조절한다. 광 밸브 패널(PNL2)은 전기적으로 제어되는 액정 분자들을 이용하여 입력 영상에 동기하여 광량을 조절하는 액정 셔터(shutter)이다.
광 밸브 패널(PNL2)의 액정은 TN 모드로 구동될 수 있다. TN 모드에서 액정셀(liquid crystal cell)의 휘도는 노말리 화이트(Normally White)의 투과율 대 전압 커브(transmittance-voltage curve, T-V curve)를 따라 조절된다. 노말리 화이트의 T-V 커브는 전압이 낮을수록 투과율이 높아져 액정셀의 휘도가 높아지고, 전압이 높을수록 투과율이 낮아져 액정셀의 휘도가 낮아진다. 광 밸브 패널(PNL2)의 구조 및 동작에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
표시패널(PNL1)과 광 밸브 패널(PNL2)은 접착제(23) 예를 들어, OCA(Optical Clear Adhesive)로 접착될 수 있다.
제1 패널 구동 회로(100, 20, 30)는 입력 영상의 데이터를 픽셀들에 기입한다. 제1 패널 구동 회로(100, 20, 30)는 제1 타이밍 콘트롤러(100), 제1 데이터7 구동부(20) 및 게이트 구동부(30)를 포함한다. 제1 패널 구동 회로(100, 20, 30, 100)는 하나의 IC로 집적될 수 있다.
제1 타이밍 콘트롤러(100)는 호스트 시스템(200)으로부터 수신된 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 데이터 구동부(20)로 전송한다. 제1 타이밍 콘트롤러(100)는 입력 영상 데이터와 동기되는 타이밍 신호들을 호스트 시스템(200)으로부터 수신한다. 타이밍 신호들은 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 클럭(CLK) 등을 포함한다. 제1 타이밍 콘트롤러(100)는 입력 영상의 픽셀 데이터와 함께 수신되는 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, CLK)을 바탕으로 데이터 구동부(20)와 게이트 구동부(30)의 동작 타이밍을 제어한다. 제1 타이밍 콘트롤러(100)는 픽셀 어레이의 극성을 제어하기 위한 극성제어신호를 제1 데이터 구동부(20)의 소스 드라이브 IC들 각각에 전송할 수 있다.
제1 데이터 구동부(20)의 출력 채널들은 픽셀 어레이의 데이터 라인들(DL)에 연결된다. 제1 데이터 구동부(20)는 제1 타이밍 콘트롤러(100)로부터 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 수신한다. 제1 데이터 구동부(20)은 제1 타이밍 콘트롤러(100)의 제어 하에 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 정극성/부극성 데이터전압을 출력한다. 제1 데이터 구동부(20)의 출력 전압은 데이터 라인들(DL)에 공급된다. 제1 데이터 구동부(20)는 타이밍 콘트롤러(100)의 제어 하에 픽셀들에 공급될 데이터 전압의 극성을 반전시킨다.
게이트 구동부(30)는 제1 타이밍 콘트롤러(100)의 제어 하에 게이트 라인들(GL)에 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스를 순차적으로 공급한다. 게이트 구동부(30)로부터 출력된 게이트 펄스는 데이터 라인들(DL)에 공급되는 데이터 전압에 동기된다.
제2 패널 구동 회로(110, 50)는 입력 영상에 동기하여 광 밸브 패널(PNL2)을 투과하는 광량을 조절함으로써 표시패널(PNL1)에서 재현된 영상의 명암비를 향상시킨다. 제2 패널 구동 회로(110, 50)는 제2 타이밍 콘트롤러(110)와 제2 데이터 구동부(50)를 포함한다. 제2 패널 구동 회로(110, 50)는 하나의 IC로 집적될 수 있다.
제2 타이밍 콘트롤러(110)는 입력 영상의 데이터를 제2 데이터 구동부(50)로 전송한다. 제2 타이밍 콘트롤러(110)는 입력 영상 데이터와 동기되는 타이밍 신호들을 호스트 시스템(200)으로부터 수신한다. 타이밍 신호들은 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 클럭(CLK) 등을 포함한다. 제2 타이밍 콘트롤러(110)는 입력 영상의 픽셀 데이터와 함께 수신되는 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, CLK)을 바탕으로 데이터 구동부(50)의 동작 타이밍을 제어한다.
제2 데이터 구동부(50)는 제2 타이밍 콘트롤러(110)로부터 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 입력 받는다. 제2 데이터 구동부(50)는 제2 타이밍 콘트롤러(100)의 제어 하에 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 정극성/부극성 데이터전압을 출력한다. 제2 데이터 구동부(50)는의 출력 전압은 데이터 라인들(LVL)에 공급된다. 제2 데이터 구동부(50)는 제2 타이밍 콘트롤러(100)의 제어 하에 픽셀들에 공급될 데이터 전압의 극성을 반전시킨다.
제1 및 제2 패널 구동회로는 다양한 형태로 집적될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 타이밍 콘트롤러(100, 110)는 하나의 IC로 집적될 수 있다. 제1 및 제2 패널 구동회로는 하나의 IC 집적 회로로 집적될 수 있다.
백라이트 유닛(BLU)은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛은 광원(LS), 도광판(LGP), 광학 시트(OPT) 등을 포함한다. 광원(LS)은 LED(Light Emitting Diode)와 같은 점광원으로 구현될 수 있다. 광원들(LS)은 백라이트 구동부(40)로부터 공급되는 구동 전압에 따라 그 휘도가 독립적으로 조절된다. 광학 시트는 1 매 이상의 프리즘 시트와 1 매 이상의 확산 시트를 포함하여 도광판(LGP)으로부터 입사되는 빛을 확산하고 표시패널(PNL)의 광입사면에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 빛의 진행경로를 굴절시킨다.
호스트 시스템(200)은 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 액정표시장치는 도시하지 않은 전원부를 더 포함한다. 전원부는 직류-직류 변환기(DC-DC converter)를 이용하여 표시패널(PNL1)과 광 밸브 패널(PNL2)의 구동에 필요한 전압들을 발생한다. 이 전압들은 고전위 전원전압(VDD), 로직 전원전압(VCC), 감마기준전압, 게이트 하이 전압(VGH), 게이트 로우 전압(VGL), 공통전압(Vcom) 등을 포함한다. 고전위 전원전압(VDD)은 표시패널(PNL1)과 의 픽셀에 충전될 최대 데이터 전압이다. 로직 전원전압(VCC)은 제1 및 제2 패널 구동 회로의 IC 전원 전압이다. 게이트 하이전압(VGH)은 픽셀 어레이의 TFT들의 문턱 전압 이상으로 설정된 게이트 펄스의 하이 논리 전압이고, 게이트 로우전압(VGL)은 픽셀 어레이의 TFT들의 문턱 전압 보다 낮은 전압으로 설정된 게이트 펄스의 로우 논리 전압이다. 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL)은 게이트 구동부(30)에 공급된다. 게이트 펄스는 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙한다. 공통 전압(Vcom)은 액정셀들(Clc)의 공통전극(12)에 공급된다. 전원부는 고전위 전원전압(VDD)을 분압하여 감마기준전압을 발생한다. 감마기준전압은 데이터 구동부(20) 내의 분압 회로에서 분압되어 계조에 따라 정극성/부극성 감마보상전압으로 나뉘어 진다.
광 밸브 패널(PNL2)은 픽셀 어레이에 표시되는 입력 영상의 데이터에 동기되어 픽셀들 각각에 조사되는 광량을 정밀하게 제어하여 표시패널(PNL1)에서 재현되는 영상의 명암비를 극대화한다. 이를 도 3을 결부하여 설명하기로 한다.
표시패널(PNL1)과 광 밸브 패널(PNL2) 각각에는 배선들이 형성되는데, 이러한 배선들이 투명하지 않고 반사율이 높은 금속 배선으로 형성될 수 있다. 금속 배선은 수직 방향의 데이터 라인들과, 수평 방향의 게이트 라인 및 공통 라인(Vcom line)을 포함한다. 공통 라인은 픽셀들의 공통 전극에 연결되어 공통 전압(Vcom)을 공통 전극에 공급한다. 반사율이 높은 금속 배선들은 외부 광을 반사시켜 명암비를 떨어 뜨리므로 그 금속 배선들과 TFT는 블랙 매트릭스 패턴에 의해 가려진다. 이 경우에, 표시패널(PNL1)의 배선들과 광 밸브 패널(PNL2)의 배선들이 겹쳐질 때 도 3과 같이 미스 얼라인(mis-align)되면 빛의 간섭으로 인하여 수직 및 수평 방향의 무아레(Moire) 현상이 발생한다. 이러한 무아레 현상을 감소시키기 위하여 표시패널(PNL1)과 광 밸브 패널(PNL2) 사이에 빛을 확산시키는 확산 시트(diffuser sheet)를 배치할 수 있다. 본 발명은 광 밸브 패널(PNL2)에서 수평 배선을 제거하고, 상하판 전극들과 배선을 투명 전극 물질로 형성함으로써 확산 시트 추가 없이 무아레 현상을 최소화한다.
사용자가 액정표시장치를 정면 시야각에서 바라볼 때 원하는 휘도로 영상을 감상할 수 있지만, 그 액정표시장치를 측면 시야각에서 바라 보면 휘도와 색이 달라질 수 있다. 정면 시야각은 도 4의 중앙 도면과 같이 사용자가 표시패널(PNL1)의 표시면에 대하여 90° 각도에서 바라 볼 때의 각도이다. 측면 시야각은 표시패널(PNL1)의 표시면을 좌측 또는 우측으로 치우친 각도에서 바라볼 때의 시야각이다. 도 4의 예에서 좌측 도면은 좌측 45°시야각이고, 우측 도면은 우측 좌측 45°시야각이다. 특히, 표시패널(PNL1)과 광 밸브 패널(PNL2) 사이에는 소정의 갭(ΔG)이 존재할 수 밖에 없기 때문에 광 밸브 패널(PNL2)을 적용한 액정표시장치는 측면 시야각에서 컬러 왜곡이 더 잘 보일 수 있다. 도 4의 예는 광 밸브 패널(PNL2)에서 백색으로 표시된 픽셀들의 아래의 블록에서만 광이 투과되고 그 이외의 다른 블록들에서 광이 차단된다. 이 경우에, 측면 시야각에서 액정표시장치를 바라 보면 일부 컬러의 휘도가 낮어져 색 왜곡이 보이게 된다. 측면 시야각의 휘도를 개선하기 위하여, 도 5와 같은 방법으로 광 밸브 패널(PNL2)의 휘도를 조절하는 방법을 고려할 수 있다. 도 5는 종래 기술이 아니라는 것에 주의하여야 한다.
도 5는 측면 시야각의 색 왜곡을 개선하기 위하여 광 밸브 패널(PNL2)에서 밝은 블록과 이웃하는 어두운 블록을 점등할 때 보이는 휘선 불량의 예를 보여 주는 도면이다. 밝은 블록은 표시패널(PNL1)에서 밝은 픽셀(이하, "ON 픽셀"이라 함) 아래에 배치되어 그 ON 픽셀에 빛을 조사하는 광 밸브 패널(PNL2)의 블록(이하, "ON 블록"이라 함)을 의미한다. 밝은 픽셀은 화이트 계조와 같은 고계조 데이터가 기입되는 픽셀이다. 표시패널(PNL1)에서 ON 픽셀과 이웃하는 어두운 픽셀(이하, "OFF 픽셀"이라 함) 아래에 배치되는 광 밸브 패널의 블록(이하, "OFF 블록"이라 함)을 의미한다. 어두운 픽셀은 ON 픽셀 보다 낮은 계조 예컨대, 블랙 계조와 같은 저계조 데이터가 기입되는 픽셀이다. 도 5와 같이 ON 블록에 이웃한 OFF 블록들의 휘도를 높이면 측면 시야각에서 RGB 각각의 휘도를 원하는 휘도로 보이게 할 수 있기 때문에 측면 시야각에서 색 왜곡을 개선할 수 있다. OFF 블록들의 휘도를 높이면 OFF 픽셀들의 휘도가 상승하여 정면 시야각에서 OFF 픽셀들의 휘도가 상승할 수 있다. 이러한 정면 시야각에서의 화질 저하를 보상하기 위하여, ON 픽셀에 이웃하는 OFF 픽셀의 데이터 값을 낮추는 변조 방법을 이용하여 OFF 픽셀의 휘도를 낮출 수 있다. 그런데 이 방법은 데이터가 기입된 OFF 픽셀과 원 데이터(Original data)가 기입되는 OFF 픽셀 사이의 경계 부분이 밝게 보이는 휘선 현상이 발생될 수 있다.
본 발명은 측면 시야각에서 휘도와 색 왜곡을 줄이고 휘선 현상을 방지하기 위하여, 광 밸브 패널(PNL2)에서 ON 블록과 이웃하는 OFF 블록에서 휘도가 점진적으로 변하도록 블록 내에서 전압을 분배함으로써 광 밸브 패널(PNL2)의 휘도를 그러데이션(Gradation) 방법으로 조절한다. 또한, 본 발명은 ON 픽셀과 이웃하는 OFF 픽셀의 계조값을 OFF 블록의 그라데이션 휘도 제어 방법과 반대로 제어할 수 있다.
도 6은 표시패널의 픽셀 데이터 변조 방법과 광 밸브 패널의 블록 휘도 제어 방법을 보여 주는 도면들이다. 도 7은 도 6에서 (C)의 제어 방법으로 표시패널의 데이터와 휘도를 제어할 때 측면 시야각에서 픽셀의 휘도를 보여 주는 도면이다.
도 6을 참조하면, D1는 ON 픽셀과 그 아래의 ON 블록 위치를 나타낸다. D2 및 D3는 ON 픽셀과 이웃하는 OFF 픽셀과 그 아래의 OFF 블록 위치를 나타낸다.
도 6의 (A)는 ON 픽셀에만 고계조의 데이터가 기입되고, ON 블록만 높은 휘도로 점등된 예이다. 도 6의 (B)는 측면 시야각을 개선하기 위하여 ON 블록과 이웃하는 OFF 블록의 휘도를 ON 블록만큼 높이고, ON 픽셀과 이웃하는 OFF 픽셀에 기입될 데이터의 계조 값을 낮추는 방법이다.
도 6의 (C)와 도 7은 측면 시야각과 휘선 불량을 개선하기 위하여 ON 블록과 이웃하는 OFF 블록의 휘도를 ON 블록만큼 높이되, ON 블록으로부터 멀어질수록 점진적으로 낮추는 방법이다. 광 밸브 패널(PNL2)의 블록들 각각은 다수의 픽셀들 아래에 배치되어 그 픽셀들에 빛을 조사한다. 따라서, ON 블록과 이웃하는 OFF 블록 내에서 다수의 OFF 픽셀들이 존재하고, 그 픽셀들의 계조값은 도 6의 (C) 및 도 7과 같이 개별로 조절될 수 있다. 픽셀 데이터의 변조 방법은 도 6의 (C)와 같은 그라데이션 방법이 바람직하지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 광 밸브 패널(PNL2)의 휘도는 도 7의 (C)와 같은 그라데이션 방법을 적용하고, 픽셀 데이터의 변조 방법은 도 7의 (B) 또는 (C)와 같은 방법으로 적용될 수 있다.
도 8은 광 밸브 패널의 단면을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 광 밸브 패널(PNL2)은 제2 상부기판(200) 및 제2 하부기판(210)을 포함한다.
제2 상부기판(200)은 제1 베이스기판(201) 및 제2 전극(203)을 포함한다. 제2 전극(203)은 ITO와 같은 투명 전극 물질로 형성될 수 있다. 상판은 필요에 따라 블랙 매트릭스(BM)를 포함할 수 있다. 이하, 본 명세서에서 제2 전극(203)은 상부전극(203)으로 명칭하기로 한다.
제2 하부기판(210)은 제2 베이스기판(211), 광 밸브 데이터라인(LVDL) 및 제1 전극(215)을 포함한다. 이하, 본 명세서에서 제1 전극(215)은 하부전극(215)으로 명칭하기로 한다.
하부전극(215)은 ITO와 같은 투명 전극 물질로 형성될 수 있다. 하부전극(215)은 광 밸브 패널(PNL2)의 전면에 걸쳐서 배치된다. 광 밸브 데이터라인(LVDL)은 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 전극 물질로 형성된다. 데이터 라인은 무아레(Moire)를 방지하기 위하여 투명 전극으로 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 데이터 라인은 투명 전극의 저항을 보상하기 위하여 저저항 금속으로 형성될 수도 있다.
광 밸브 데이터라인(LVDL)들은 하부전극(215)에 연결되어 광 밸브 전압을 직접 공급한다. 따라서, 광 밸브 패널(PNL2)에는 TFT나 게이트 라인(또는 스캔 라인)이 필요 없다. 이로 인하여, 본 발명은 무아레 현상과 휘선을 방지할 수 있을 뿐 아니라 광 밸브 패널(PNL2)의 구조를 단순하게 하여 광 밸브 패널의 제조 공정수를 감소시켜 수율을 높이고 광 밸브 패널(PNL2)을 구동하기 위한 게이트 구동회로를 생략하여 염가의 광 밸브 패널(PNL2)을 구현할 수 있다.
광 밸브 패널(PNL2)의 하판에는 편광 필름(24)이 접착된다. 광 밸브 패널(PNL2)의 하판과 상판 각각에서 액정층과 접하는 면에 배향막이 형성된다. 상판과 하판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서(spacer)가 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명에 의한 광 밸브 패널의 블록 분할을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 광 밸브 패널(PNL2)의 하부전극은 액티브 영역(AA)과 베젤 영역(Bezel)을 포함하고, 액티브 영역(AA)에는 m
Figure 112016052652450-pat00001
n개의 블록(BL)들이 배치된다.
광 밸브 데이터라인들(LVDL)은 서로 평행하고, 액티브 영역(AA) 내에서 수직 방향(y축 방향)으로 배치된다. 각각의 광 밸브 데이터라인(LVDL)은 컨택홀(CNT)을 통해서 블록(BL)들에 연결된다. 컨택홀(CNT)을 통해서 하부 전극에 공급되는 광 밸브 전압은 블록(BL)의 영역으로 분배된다
광 밸브 데이터 라인(LVDL)들은 픽셀(P)들의 열 방향(y축방향)과 평행하게 수직으로 배열될 수 있다.
도 10은 본 발명에 의한 광 밸브 패널의 구동전압을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 광 밸브 데이터전압(LVData)은 일정 간격으로 극성이 반전된다. 이하, 본 명세서에서 광 밸브 데이터전압(LVData)의 극성은 기준공통전압(RVCOM) 보다 큰 전압을 정극성으로 정의하고, 기준공통전압(RVCOM) 보다 작은 전압을 부극성으로 정의한다. 광 밸브 데이터전압(LVData)의 극성이 반전되는 주기는 표시패널(PNL1)의 픽셀(P)에 공급되는 데이터전압의 극성반전 주기와 동기될 수 있다. 광 밸브 데이터전압(LVData)의 크기는 영상데이터를 바탕으로 결정되고, 저전위전압(GND)에서 고전위전압(VDD) 사이의 전압레벨으로 결정될 수 있다.
기준공통전압은 광 밸브 데이터전압(LVData)의 저전위전압(GND)과 고전위전압(VDD)의 평균값을 지칭한다.
공통전압(VCOM)은 광 밸브 데이터전압(LVData)의 주기와 동기되고, 동일한 위상을 갖도록 스윙한다. 본 명세서에서 공통전압(VCOM)의 극성은 기준공통전압(RVCOM)보다 높은 전압을 정극성으로 정의하고, 기준공통전압(RVCOM)보다 낮은 전압을 부극성으로 정의한다. 공통전압(VCOM)은 기준공통전압(RVCOM)보다 변조전압(MV)만큼 큰 전압레벨을 갖는 정극성의 전압과 기준공통전압(RVCOM)보다 변조전압(MV)만큼 작은 전압레벨을 갖는 부극성의 전압 범위 내에서 스윙한다.
이와 같이, 상부전극(203)에 인가되는 공통전압(VCOM)은 하부전극(215)에 인가되는 광 밸브 데이터전압(LVData)과 동일한 극성으로 스윙됨으로써 화이트로 표현되는 영상 객체의 경계선에서 화상 불량이 발생하는 것을 개선할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 정전압의 공통전압(VCOM)이 인가되는 비교예와 더불어 설명하면 다음과 같다.
도 11은 광 밸브 패널(PNL2)의 액정층(230)을 구동하는 TN 모드 특성을 나타내는 도면이다. 도 11은 상부전극(203)과 하부전극(215) 간의 차전압(V)에 따른 액정층(230)의 투과율(T)을 나타내고 있다.
도 11을 참조하면, 노말리 화이트의 V-T 커브는 상부전극(203)과 하부전극(215) 간의 전압 차이가 작을수록 투과율이 높아져서 광 밸브 패널(PNL2)의 휘도가 높아지고, 상부전극(203)과 하부전극(215) 간의 전압 차이가 클수록 투과율이 작아져서 광 밸브 패널(PNL2)의 휘도가 낮아진다. 상부전극(203)과 하부전극(215) 간의 전압 차이가 화이트 마진(Ws)에 속할 경우에 광 밸브 패널(PNL2)은 화이트를 표현하고, 블랙 마진(Bs)에 속할 경우에는 광 밸브 패널(PNL2)은 블랙을 표현한다.
도 12는 광 밸브 패널의 블록 영상의 일례를 나타내는 도면이다. 도 13은 비교 예에 의한 광 밸브 데이터전압 및 기준공통전압을 나타내는 도면이고, 도 14는 도 13에 도시된 광 밸브 데이터전압을 인가받은 하부전극 블록들의 전압 분포를 나타내는 도면이다. 도 13에 도시된 제1 내지 제12 광 밸브 데이터전압(LVData)은 각각 도 12에서 I-I'에 위치한 제1 내지 제12 컨택홀(CNT1~CNT12)에 인가되는 전압이다. 도 13에 도시된 비교 예에 의한 기준공통전압(RVCOM)은 일정한 정전압을 유지한다는 점에서 본 발명에 의한 공통전압(VCOM)과 차이점이 있다. 도 13은 광 밸브 데이터전압(LVData)의 전압레벨이 기준공통전압(RVCOM) 보다 큰 정극성이 광 밸브 데이터전압(LVData)을 도시하고 있다.
TN 모드로 동작하는 광 밸브 패널(PNL2)이 도 12와 같은 패턴 영상을 표현하는 과정에서 상부전극에 정전압이 인가되는 비교 예를 살펴보면 다음과 같다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 화이트를 표시하는 블록에 속한 제1 내지 제3 컨택홀(CNT1~CNT3)에는 기준공통전압(RVCOM)의 크기와 동일하거나 전압차이가 작은 전압이 인가된다. 블랙을 표시하는 블록에 속한 제5 내지 제8 컨택홀(CNT5~CON8)에는 고전위전압(VDD) 또는 이에 가까운 전압이 인가된다. 광 밸브 데이터라인(DLVL)을 통해서 인가되는 전압은 하부전극(215)의 블록(BL)들에 분배된다.
상부전극(203)에는 도 10에 도시된 정전압의 기준공통전압(RVCOM)이 인가된다.
도 13은 광 밸브 데이터라인(DLVL)에 인가되는 전압에 의해서 광 밸브 패널(PNL2)에서 I-I'에 위치한 하부전극(215)의 이상적인 전압분포를 의미한다. 하지만 컨택홀(CNT)들에 인가되는 전압은 하부전극(215)의 면저항으로 인해서 강하되고, 그 결과 I-I'에 위치한 하부전극(215)의 전압 분포는 도 14와 같이 나타난다. 그 결과, 도 14에서와 같이, 화이트를 표시하는 블록(BL)들은 중심영역으로 갈수록 컨택홀(CNT)에 인가되는 전압보다 높은 전압을 갖고, 블랙을 표시하는 블록(BL)들은 중심영역으로 갈수록 컨택홀(CNT)에 인가되는 전압보다 낮은 전압을 갖는다. 이처럼, 하부전극(215)의 전압 분포는 면저항을 배제한 이상적인 전압 분포에 대비하여 전압편차(ΔV1, ΔV2)를 갖는다.
전압편차(ΔV1, ΔV2)에 의해서 블록(BL)들은 다른 휘도를 표시하게 되지만, 전압편차(ΔV1, ΔV2)가 화이트 마진(Ws) 또는 블랙 마진(Bs)에 속할 때에는 원하는 휘도를 표시할 수 있다. 예컨대, 블랙 전압편차(ΔV2)가 도 11에 도시된 블랙 마진(Bs)에 속할 경우에는 블록(BL)들은 블랙 영상을 표현한다. 또한, 화이트 전압편차(ΔV1)가 도 11에 도시된 화이트 마진(Ws)에 속할 경우에는 블록(BL)들은 화이트 영상을 표현한다.
도 11에서와 같이, TN 모드의 V-T 커브는 블랙 마진(Bs)이 비교적 넓기 때문에 도 14에서와 같이 블랙 전압편차(ΔV2)가 발생하여도 영상의 왜곡이 발생하지 않고 블록(BL)들은 블랙을 표현할 수 있다.
하지만, 화이트 마진(Ws)은 블랙 마진(Bs)에 비해서 상당히 좁기 때문에, 화이트 전압편차(ΔV1)가 화이트 마진(Ws)을 벗어나는 경우가 발생한다. 특히, 도 12와 같이 화이트 영상과 블랙 영상의 경계 부분에 인접한 곳에서 화이트를 표시하는 블록(BL)들은 인접 블록(BL)에 인가되는 고전위전압(VDD)의 영향으로 전압 강하가 더 크게 발생한다. 그 결과, 화이트를 표현하여야 하는 블록(BL)들이 그레이(gray)를 표현하는 문제점이 발생한다.
이러한 비교 예에 대비하여, 본 발명에 의한 광 밸브 패널이 화이트 마진을 확보하는 동작을 살펴보면 다음과 같다.
도 15는 공통전압(VCOM)의 전압폭을 기준공통전압(RVCOM)에 대비하여 변조전압(MV)만큼 상승시켰을 경우, TN 모드의 V-T 특성 곡선을 나타내는 도면이다. 도 16은 본 발명에 의한 공통전압에 의해서 하부전극의 전압 강하가 보상되는 원리를 설명하는 모식도이다.
도 15 및 도 16을 참조하여 본 발명의 V-T 특성 곡선을 살펴보면 다음과 같다.
광 밸브 데이터전압(LVData)이 정극성일 때, 공통전압(VCOM)은 기준공통전압(RVCOM)보다 변조전압(MV)만큼 큰 값을 갖는다.
상부전극(203)의 전압이 높아지면, 하부전극(215)과 상부전극(203) 간의 전압 차이는 작아지면서, V-T 특성 곡선의 구간은 좌측 방향으로 쉬프트한다. 예컨대, 도 16에서와 같이, 기준공통전압(RVCOM)과의 차전압(V)이 'V1'인 블록(BL)의 전압레벨은 공통전압(VCOM)과의 차전압(V)은 'V2'가 된다. 이처럼, 공통전압(VCOM)이 변조전압(MV)만큼 상승하면, 기준공통전압(RVCOM)을 바탕으로 한 V-T 특성 곡선에서 차전압(V)이 변조전압(MV)의 크기보다 작은 제1 구간(A1)의 차전압(V)은 (-)전압이 된다. 결과적으로, 상부전극(203)의 전압이 변조전압(MV) 크기만큼 상승하면, 하부전극(215)에서 제1 구간(A1)에 속한 V-T 특성 곡선은 제2 구간(A2)에 속한 V-T 특성 곡선에 속한다. 즉, 차전압(V)이 'V1'일 경우에는 화이트 마진(Ws)을 벗어나서 화상 왜곡이 일어날 수 있지만, 본 발명에서와 같이 공통전압(VCOM)이 상승할 때에는 반대 극성 영역의 화이트 마진 범위에 속하기 때문에 화상 왜곡이 발생하지 않는다.
상부전극(203)의 전압이 변조전압(MV) 크기만큼 상승하면, 하부전극(215)과 상부전극(203) 간의 차전압(V)의 최대값은 고전위전압(VDD)에서 변조전압(MV)을 뺀 값이 된다. 결국, 상부전극(203)의 전압이 변조전압(MV) 크기만큼 상승하면, 제3 구간의 V-T 특성 곡선은 배제된다.
결과적으로, 상부전극(203)의 전압이 변조전압(MV) 크기만큼 상승할 때, 정극성의 광 밸브 데이터전압(VLData)에 대한 V-T 특성 곡선은 제4 구간에 속한다.
광 밸브 데이터전압(LVData)이 부극성일 때, 공통전압(VCOM)은 기준공통전압(RVCOM) 보다 변조전압(MV)만큼 작은 전압을 갖는다.
상부전극(203)의 전압이 낮아지면, 하부전극(215)과 상부전극(203) 간의 전압 차이는 작아지면서, V-T 특성 곡선의 구간은 우측 방향으로 쉬프트한다. 특히, 공통전압(VCOM)이 변조전압(MV)만큼 낮아지면, 기준공통전압(RVCOM)을 바탕으로 한 V-T 특성 곡선에서 차전압(V)이 변조전압(MV)의 크기보다 작은 제2 구간(A2)의 차전압(V)은 (+)전압이 된다. 결과적으로, 상부전극(203)의 전압이 변조전압(MV) 크기만큼 낮아지면, 하부전극(215)에서 제2 구간(A2)에 속한 V-T 특성 곡선은 제1 구간(A1)에 속한 V-T 특성 곡선에 속한다.
상부전극(203)의 전압이 변조전압(MV) 크기만큼 작은 값일 경우에는, 하부전극(215)과 상부전극(203) 간의 차전압(V)의 최대값은 저전위전압(GND)에서 변조전압(MV)을 더한 값이 된다. 결국, 상부전극(203)의 전압이 변조전압(MV) 크기만큼 상승하면, 제5 구간의 V-T 특성 곡선은 배제된다.
그 결과, 상부전극(203)의 전압이 변조전압(MV) 크기만큼 상승할 때, 정극성의 광 밸브 데이터전압(LVData)에 대한 V-T 특성 곡선은 제4 구간에 속한다.
결과적으로, 정극성의 광 밸브 데이터전압(LVData) 및 부극성의 광 밸브 데이터전압(LVData)에 의한 V-T 특성 곡선은 제4 구간(A4) 및 제6 구간(A6)에 속하게 된다. 그리고, 화이트 마진(Ws)은 기준공통전압(RVCOM)을 변조전압(MV)의 크기만큼 증가한다. 이처럼, 본 발명의 광 밸브 패널(PNL2)은 공통전압(VCOM)을 광 밸브 데이터전압(LVData)과 동일한 위상으로 스윙하여, 화이트 마진(Ws)을 확보할 수 있다. 그 결과 화이트 마진이 부족하여 화이트 영상을 표시하는 블록(BL)에서 화상 불량이 발생하는 것을 개선할 수 있다.
한편, 본 발명의 광 밸브 데이터전압(LVData)은 블랙 마진(Bs)이 줄어들지만, 블랙 마진(Bs)의 폭은 화이트 마진(Ws)의 폭에 대비하여 상당히 크기 때문에 블랙 마진(Bs)이 감소하여도 차전압(V)이 블랙 마진(Bs)을 벗어나는 경우가 드물다. 또한, 블랙 마진(Bs)을 벗어나서 블록(BL)이 표시하는 블랙 영상이 왜곡된다고 할지라도 시각적으로 인지되지 않는 수준이어서 화이트 마진(Ws)의 폭을 넓히기 위한 보상 조건으로서 무방하다.
본 발명의 광 밸브 패널(PNL2)에서 화이트 마진(Ws)이 증가하는 정도는 공통전압(VCOM)의 변조전압(MV)에 비례한다. 변조전압(MV)의 크기는 기준공통전압(RVCOM)과의 차이와 동일하다. 변조전압(MV)의 크기는 화이트 영상 표시 구간에서 반전이 일어나지 않는 정도로 설정된다. 변조전압(MV)의 크기가 화이트 마진의 전압레벨 폭보다 커지면, V-T 특성 곡선에서 반대 극성 영역에서 화이트 마진을 벗어난다. 따라서, 변조전압(MV)의 크기는 기준공통전압(RVCOM)을 바탕으로 하는 V-T 특성 곡선에서 화이트 마진의 전압 폭 이하로 설정된다. 화이트 마진은 광 밸브 패널의 설계 과정에서 산출될 수 있고, 이를 바탕으로 변조전압(MV)의 크기가 결정될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 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 의해 정하여져야만 할 것이다.
PNL1: 표시패널 PNL2: 광 밸브 패널
BLU: 백라이트 유닛 100: 제1 타이밍 콘트롤러
110: 제2 타이밍 콘트롤러 20: 제1 데이터 구동부
30: 게이트 구동부 50: 제2 데이터 구동부
CNT: 컨택홀 LVDL: 광 밸브 데이터라인

Claims (8)

  1. 액정층;
    광 밸브 데이터라인을 통해 저전위전압과 고전위전압의 전압 범위 내에서 스윙하는 광 밸브 데이터전압을 인가받는 제1 전극; 및
    상기 액정층을 사이에 두고 상기 제1 전극과 대향하고, 상기 광 밸브 데이터전압에 동기되어 동일한 위상으로 스윙하는 공통전압을 인가받는 제2 전극을 포함하고,
    상기 공통전압은 상기 저전위전압과 고전위전압의 평균값인 기준공통전압을 기준으로, 상기 기준공통전압보다 소정의 변조전압만큼 큰 전압레벨과 상기 기준공통전압보다 상기 변조전압만큼 작은 전압레벨의 전압 범위 내에서 스윙하는 광 밸브 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 밸브 데이터전압과 상기 공통전압은 상기 기준공통전압 보다 큰 전압레벨의 정극성 전압과 상기 기준공통전압 보다 작은 전압레벨의 부극성 전압 사이에서 스윙하는 광 밸브 패널.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 변조전압의 크기는
    상기 액정층의 V-T 특성 곡선에서 화이트 마진 보다 크지 않은 광 밸브 패널.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 단일 전극막으로 이루어지고, 상기 광 밸브 데이터라인을 통해 인가받는 상기 광 밸브 데이터전압을 그라데이션(Gradation)하게 분배하는 광 밸브 패널.
  5. 입력 영상이 기입되는 픽셀들이 배치되는 표시패널;
    상기 표시패널에 빛을 조사하는 백라이트 유닛; 및
    상기 표시패널과 상기 백라이트 유닛 사이에 배치되어 입력 영상에 따라 상기 백라이트 유닛으로부터의 광량을 조절하는 광 밸브 패널을 포함하고,
    상기 광 밸브 패널은,
    액정층;
    광 밸브 데이터라인을 통해 저전위전압과 고전위전압의 전압 범위 내에서 스윙하는 광 밸브 데이터전압을 인가받는 제1 전극; 및
    상기 액정층을 사이에 두고 상기 제1 전극과 대향하고, 상기 광 밸브 데이터전압에 동기되어 동일한 위상으로 스윙하는 공통전압을 인가받는 제2 전극을 포함하고,
    상기 공통전압은 상기 저전위전압과 고전위전압의 평균값인 기준공통전압을 기준으로, 상기 기준공통전압보다 소정의 변조전압만큼 큰 전압레벨과 상기 기준공통전압보다 상기 변조전압만큼 작은 전압레벨의 전압 범위 내에서 스윙하는 액정표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 밸브 데이터전압과 상기 공통전압은 상기 기준공통전압 보다 큰 전압레벨의 정극성 전압과 상기 기준공통전압 보다 작은 전압레벨의 부극성 전압 사이에서 스윙하는 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 변조전압의 크기는
    상기 액정층의 V-T 특성 곡선에서 화이트 마진 보다 크지 않은 액정표시장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 단일 전극막으로 이루어지고, 상기 광 밸브 데이터라인을 통해 인가받는 상기 광 밸브 데이터전압을 그라데이션(Gradation)하게 분배하는 액정표시장치.
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