KR100362475B1 - 액정 표시 장치와 이의 구동 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치와 이의 구동 장치 및 구동 방법이 개시된다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치의 구동 장치에 따르면, 데이터 계조 신호 보정부는 데이터 계조 신호 소스로부터 RGB에 대한 x 비트 계조 데이터를 수신하여 현재 프레임의 x 비트 계조 데이터와 이전 프레임의 x 비트 계조 데이터로부터 소정의 MSB 비트는 룩업 테이블을 이용하여 제1 보정하고, 현재 프레임 계조 데이터의 나머지 비트와 이전 프레임 계조 데이터의 나머지 비트는 소정의 연산을 통해 제2 보정하며, 상기 제1 보정과 제2 보정을 통해 보정 계조 데이터를 데이터 드라이버부에 출력한다.

그 결과, 액정 표시 장치의 구동시 특히 동화상 구현시 액정의 응답 속도를 향상시키기 위한 화상 신호 보정 회로에서 그레이 룩업 테이블의 크기는 줄이면서, 양자화 에러를 제거할 수 있다.

Description

액정 표시 장치와 이의 구동 장치 및 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND APPARATUS AND METHOD FOR DRIVING OF THE SAME}

본 발명은 액정 표시 장치와 이의 구동 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 룩업 테이블을 이용하여 동화상 보정 기능을 갖는 액정 표시 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것이다.

일반적으로 LCD는 두 기판 사이에 주입되어 있는 이방성 유전율을 갖는 액정 물질에 전계(electric field)를 인가하고 이 전계의 세기를 조절하여 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상 신호를 얻는 표시 장치이다. 이러한 LCD는 휴대가 간편한 플랫 패널형 디스플레이 중에서 대표적인 것으로서, 이 중에서도 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 스위칭 소자로 이용하는 TFT LCD가 주로 이용되고 있다.

최근에는 TFT LCD가 컴퓨터의 디스플레이 장치뿐만 아니라 텔레비젼의 디스플레이 장치로 널리 사용됨에 따라 동화상을 구현할 필요가 증가하게 되었다. 그러나, 종전의 TFT LCD는 응답 속도가 느리기 때문에 동화상을 구현하기 어렵다는 단점이 있었다.

이러한 응답속도 문제를 개선하기 위해 종래에는 OCB(Optically Compensated Band) 모드를 사용하거나, 강유전성 액정(FLC; Ferro-electric Liquid Crystal) 물질을 사용한 TFT LCD를 사용하였다.

그러나, 이와 같은 OCB 모드나 FLC를 사용하기 위해서는 종래의 TFT LCD 패널이 구조를 바꾸어야 하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명의 기술과 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 TFT LCD의 패널 구조를 바꿀 필요 없이 액정의 구동 방법을 변경함으로써 액정의 응답 속도를 향상시키기 위한 동화상 보정 기능을 갖는 액정 표시 장치의 구동 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기한 동화상 보정 기능을 갖는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 동화상 보정 기능을 갖는 액정 표시 장치의 구동 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 액정 표시 장치에서 각 화소의 등가회로를 나타내는 도면이다.

도 2는 종래 구동 방식으로 인가되는 데이터 전압 및 화소 전압을 나타내는 도면이다.

도 3은 종래 구동 방식에 따른 액정 표시 장치의 투과율을 나타내는 도면이다.

도 4는 액정 표시 장치의 전압-유전율간의 관계를 모델링한 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전압 인가방법을 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 데이터 전압을 인가한 경우의 액정 표시 장치의 투과율을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 데이터 전압을 인가한 경우의 액정 표시 장치의 투과율을 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 계조신호 보정부를 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 변환표를 나타내는 도면이다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 계조신호 보정부를 상세히 설명하기 위한 도면이다.

도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 실시예에 따라 연산되는 보정된 그레이 데이터의 변환을 설명하기 위한 도면이다.

도 13은 종래의 전압 인가 방식과 본 발명에 따른 전압 인가 방식을 비교한 파형도이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 동화상 보정 기능을 갖는 액정 표시 장치의 구동 장치는,

데이터 계조 신호 소스로부터 RGB에 대한 x 비트 계조 데이터를 수신하여 현재 프레임의 x 비트 계조 데이터와 이전 프레임의 x 비트 계조 데이터로부터 소정의 MSB 비트는 룩업 테이블을 이용하여 제1 보정하고, 현재 프레임 계조 데이터의 나머지 비트와 이전 프레임 계조 데이터의 나머지 비트는 소정의 연산을 통해 제2 보정하며, 상기 제1 보정과 제2 보정을 통해 보정 계조 데이터를 출력하는 데이터 계조 신호 보정부;

상기 데이터 계조 신호 보정부로부터 출력되는 상기 보정 계조 데이터에 대응하는 데이터 전압으로 바꾸어 화상 신호를 출력하는 데이터 드라이버부;

주사 신호를 순차적으로 공급하는 게이트 드라이버부; 및

상기 주사 신호를 전달하는 다수의 게이트 라인과, 화상 신호를 전달하며 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 다수의 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 각각 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 연결되어 있는 스위칭 소자를 가지는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 화소를 포함하는 액정 표시 패널을 포함하여 이루어진다.

또한 상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 동화상 보정 기능을 갖는 액정 표시 장치는, 다수의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 다수의 데이터 라인과, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 각각 상기 게이트 라인 및 데이터 라인에 연결되어 있는 스위칭 소자를 가지는 매트릭스 타입으로 배열된 다수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치에 있어서,

데이터 계조 신호 소스로부터 RGB에 대한 x 비트 계조 데이터를 수신하여 현재 프레임의 x 비트 계조 데이터와 이전 프레임의 x 비트 계조 데이터로부터 소정의 MSB 비트는 룩업 테이블을 이용하여 제1 보정하고, 현재 프레임 계조 데이터의 나머지 비트와 이전 프레임 계조 데이터의 나머지 비트는 소정의 연산을 통해 제2 보정하며, 상기 제1 보정과 제2 보정을 통해 보정 계조 데이터를 출력하는 데이터 계조 신호 보정부;

상기 데이터 계조 신호 보정부로부터 출력되는 상기 보정 계조 데이터에 대응하는 데이터 전압으로 바꾸어 화상 신호를 상기 데이터 라인에 출력하는 데이터 드라이버부; 및

상기 게이트 라인에 주사 신호를 순차적으로 공급하는 게이트 드라이버부를 포함하여 이루어진다.

또한 상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 동영상 보정 기능을 갖는 액정 표시 장치의 구동 방법은, 다수의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 다수의 데이터 라인과, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 각각 상기 게이트 라인 및 데이터 라인에 연결되어 있는 스위칭 소자를 가지는 매트릭스 타입으로 배열된 다수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서,

(a) 상기 게이트 라인에 주사 신호를 순차적으로 공급하는 단계;

(b) 외부의 화상 신호 소스로부터 x 비트의 화상 계조 데이터를 수신하는 단계;

(c) 상기 수신된 화상 계조 데이터를 한 프레임 지연시키는 단계;

(d) 상기 한 프레임 지연된 디지털 계조 데이터의 MSB y 비트와 현재 프레임에서 수신되는 디지털 계조 데이터의 MSB y 비트를 근거로 룩업 테이블로부터 동화상 보정을 위한 변수를 도출하는 단계;

(e) 상기 한 프레임 지연된 디지털 계조 데이터의 LSB (x-y) 비트와, 상기 현재 프레임에서 수신되는 디지털 계조 데이터의 LSB (x-y) 비트와, 상기 단계(d)에서 도출한 변수를 연산 처리하여 보정된 그레이 데이터를 생성하는 단계; 및

(f) 생성된 상기 보정된 그레이 데이터에 대응하는 데이터 전압을 상기 데이터 라인에 공급하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이러한 동영상 보정 기능을 갖는 액정 표시 장치와 이의 구동 장치 및 방법에 의하면, 액정 표시 장치의 구동시 특히 동화상 구현시 액정의 응답 속도를 향상시키기 위한 화상 신호 보정 회로에서 그레이 룩업 테이블의 크기는 줄이면서, 양자화 에러를 제거할 수 있다.

그러면, 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 실시예에 관해 설명하기로 한다.

일반적으로 LCD는 주사 신호를 전달하는 다수의 게이트 라인과 이 게이트 라인에 교차하여 형성되며 데이터 전압을 전달하는 데이터 라인을 포함한다. 또한 LCD는 이들 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 각각 게이트 라인 및 데이터 라인과 스위칭 소자를 통해 연결되는 행렬 형태의 다수의 화소를 포함한다.

LCD에서 각 화소는 액정을 유전체로 가지는 커패시터 즉, 액정 커패시터로 모델링할 수 있는데, 이러한 LCD에서의 각 화소의 등가회로는 도 1과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치의 각 화소는 데이터 라인(Dm)과 게이트 라인(Sn)에 각각 소스 전극과 게이트 전극이 연결되는 TFT(10)와 TFT의 드레인 전극과 공통전압(Vcom) 사이에 연결되는 액정 커패시터(Cl)와 TFT의 드레인 전극에 연결되는 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한다.

도 1에서, 게이트 라인(Sn)에 게이트 온 신호가 인가되어 TFT(10)가 턴온 되면, 데이터 라인에 공급된 데이터 전압(Vd)이 TFT를 통해 각 화소 전극(도시하지 않음)에 인가된다. 그러면, 화소 전극에 인가되는 화소 전압(Vp)과 공통 전압(Vcom)의 차이에 해당하는 전계가 액정(도 1에서는 등가적으로 액정 커패시터로 나타내었음)에 인가되어 이 전계의 세기에 대응하는 투과율로 빛이 투과되도록 한다. 이때, 화소 전압(Vp)은 1 프레임 동안 유지되어야 하는데, 도 1에서 스토리지 커패시터(Cst)는 화소 전극에 인가된 화소 전압(Vp)을 유지하기 위해 보조적으로 사용된다.

한편, 액정은 이방성 유전율을 갖기 때문에, 액정의 방향에 따라 유전율이 다른 특성이 있다. 즉, 전압이 인가됨에 따라 액정의 방향자가 변하면 유전율도 따라서 변하고 이에 따라 액정 커패시터의 커패시턴스(이하에서는 이를 '액정 커패시턴스'라 한다.) 값도 변하게 된다. 일단 TFT가 온되는 구간동안 액정 커패시터에 전하를 공급한 후, TFT가 오프 상태로 되는데, Q=CV이므로 액정 커패시턴스가 변하면 액정에 걸리는 화소 전압(Vp)도 또한 변하게 된다.

노멀리 화이트 모드(Normally white mode) TN(twisted Nematics) LCD를 예를 들면, 화소에 공급되는 화소 전압이 0V인 경우에는 액정 분자가 기판에 평행한 방향으로 배열되어 있으므로 액정 커패시턴스는 C(0V)=A/d가 된다. 여기서,는 액정 분자가 기판에 평행한 방향으로 배열된 경우 즉, 액정 분자가 빛의 방향과 수직한 방향으로 배열된 경우의 유전율을 나타내며, A와 d는 각각 LCD 기판의 면적과 기판 사이의 거리를 나타낸다. 풀 블랙(full black)을 구현하기 위한 전압이 5V라 하면 액정에 5V가 인가되는 경우 액정 분자가 기판에 수직한 방향으로 배열되므로 액정 커패시턴스는 C(5V)=A/d가 된다. TN 모드에 사용되는 액정의 경우에는-〉0 이므로 액정에 인가되는 화소 전압이 높아질수록 액정 커패시턴스가 더 커지게 된다.

n 번째 프레임에서 풀 블랙을 만들기 위해 TFT가 충전시켜야 하는 전하량은 C(5V)×5V이다. 그러나, 바로 전 프레임인 n-1 번째 프레임에서 풀 화이트(V_n-1= 0V)였다고 가정하면 TFT의 턴온 시간 동안에는 액정이 미처 응답하기 전이므로 액정 커패시턴스는 C(0V)가 된다. 따라서, 풀 블랙을 만들기 위해 n 번째 프레임에서 5V의 데이터 전압(Vd)을 인가하더라도 실제 화소에 충전되는 전하량은 C(0V)×5V가 되고, C(0V)〈 C(5V)이므로 액정에 실제 공급되는 화소 전압(Vp)은 5V에 못 미치게 되는 화소 전압(예를 들어 3.5V)이 인가되어 풀 블랙이 구현되지 않는다.

또한, 다음 프레임인 n+1 번째 프레임에서 풀 블랙을 구현하기 위해 데이터 전압(Vd)을 5V로 인가한 경우에는 액정에 충전되는 전하량은 C(3.5V)×5V가 되고,결국 액정에 공급되는 전압(Vp)은 3.5V와 5V 사이가 된다. 이와 같은 과정을 되풀이하면 결국 몇 프레임 후에 화소 전압(Vp)이 원하는 전압에 도달하게 된다.

즉 이를 계조의 관점에서 설명하면, 임의의 화소에 인가되는 신호(화소전압)가 낮은 계조에서 높은 계조로(또는 높은 계조에서 낮은 계조로) 바뀌는 경우, 현재 프레임의 계조는 이전 프레임의 계조의 영향을 받기 때문에 바로 원하는 계조에 도달하지 못하고, 몇 프레임이 경과된 후에야 비로소 원하는 계조에 도달하게 된다. 마찬가지로, 현재 프레임의 화소의 투과율은 이전 프레임의 화소의 투과율의 영향을 받아 몇 프레임의 경과된 후에야 원하는 투과율을 얻을 수 있다.

한편, n-1 프레임이 풀 블랙이고 즉, 화소 전압(Vp)이 5V이고, n 프레임에서 풀 블랙을 구현하기 위해 5V의 데이터 전압이 인가되었다고 하면, 액정 커패시턴스는 C(5V)이므로 화소에는 C(5V)×5V에 해당하는 전하량이 충전되고 이에 따라 액정의 화소 전압(Vp)은 5V가 된다.

이와 같이, 액정에 실제 공급되는 화소 전압(Vp)은 현재 프레임에 공급되는 데이터 전압뿐만 아니라 이전 프레임의 화소 전압(Vp)에 의해서도 결정된다.

도 2는 종래의 구동방식으로 인가되는 경우의 데이터 전압 및 화소 전압을 나타내는 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 종래에는 이전 프레임의 화소 전압(Vp)을 고려하지 않고, 목표 화소 전압(Vw)에 해당하는 데이터 전압(Vd)을 매 프레임마다 인가하였다. 따라서, 실제 액정에 인가되는 화소 전압(Vp)은 앞서 설명한 바와 같이, 이전 프레임의 화소 전압에 대응하는 액정 커패시턴스에 의해 목표 화소 전압 보다낮게 또는 높게 된다. 따라서, 몇 프레임이 지난 후에야 비로소 목표 화소 전압에 도달하게 된다.

도 3은 이와 같은 종래의 구동 방법에 따른 액정 표시 장치의 투과율을 나타내는 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 종래에는 앞서 설명한 바와 같이 실제 화소 전압이 목표 화소 전압 보다 낮게 되기 때문에 액정의 응답시간이 1프레임 이내인 경우에도 몇 프레임이 지난 후에야 비로소 목표 투과율에 도달하게 된다.

본 발명의 실시예는 현재 프레임의 화상 신호(Sn)를 이전 프레임의 화상 신호(S_n-1)와 비교하여 다음과 같은 보정 신호(Sn')를 생성한 후, 보정된 화상 신호(Sn')를 각 화소에 인가한다. 여기서, 화상 신호(Sn)는 아날로그 구동 방식인 경우에는 데이터 전압을 의미하나, 디지털 구동 방식의 경우에는 데이터 전압을 제어하기 위하여 이진화된 계조 신호를 사용하므로 실제 화소에 인가되는 전압의 보정은 계조 신호의 보정을 통해서 이루어진다.

첫째, 현재 프레임의 화상 신호(계조신호 또는 데이터전압)가 이전 프레임의 화상 신호와 같으면 보정을 행하지 않는다.

둘째, 현재 프레임의 계조 신호 또는 데이터 전압)가 이전 프레임의 계조 신호(데이터 전압)보다 높은 경우에는 현재의 계조 신호(데이터 전압) 보다 더 높은 보정된 계조 신호(데이터 전압)를 출력하고, 현재 프레임의 계조 신호(데이터 전압)가 이전 프레임의 계조 신호(데이터 전압)보다 낮은 경우에는 현재의 계조신호(데이터 전압) 보다 더 낮은 보정된 계조 신호(데이터 전압)를 출력한다. 이때, 보정이 이루어지는 정도는 현재의 계조 신호(데이터 전압)와 이전 프레임의 계조 신호(데이터 전압)와의 차에 비례한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전압 보정 방법을 계량적으로 설명한다.

도4는 액정 표시 장치의 전압-유전율간의 관계를 간단하게 모델링한 도면이다.

도4에서, 가로축은 화소 전압이며, 세로 축은 특정 화소 전압 v에서의 유전율((v))과 액정이 기판에 평행한 방향으로 배열된 경우 즉, 액정이 빛의 투과 방향과 수직한 경우의 유전율()의 비를 나타낸다.

도 4에서는,(v)/의 최대값 즉,/을 3이라 가정하였고, Vth와 Vmax를 각각 1V, 4V로 가정하였다. 여기서, Vth와 Vmax는 각각 풀 화이트 및 풀 블랙(또는 그 반대)에 해당하는 화소 전압을 나타낸다.

스토리지 커패시터의 커패시턴스(이하에서는 이를 '스토리지 커패시턴스'라 한다.)가 액정 커패시턴스의 평균값〈Cst〉와 같다고 하고, LCD 기판의 넓이 및 기판 사이의 거리를 각각 A와 d라 하면, 스토리지 커패시턴스 Cst는 다음의 수학식 1로 나타낼 수 있다.

여기서, C0=A/d이다.

도 4로부터,(v)/는 다음의 수학식 2로 나타낼 수 있다.

LCD의 총 커패시턴스 C(V)는 액정 커패시턴스와 스토리지 커패시턴스의 합이므로, LCD의 커패시턴스는 C(V)는 수학식 1 및 2로부터 다음의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.

화소에 인가되는 전하량 Q는 보존되므로, 다음의 수학식 4가 성립한다.

여기서, Vn은 현재 프레임에 인가될 데이터 전압(반전 구동식의 경우에는 데이터 전압의 절대값)을 나타내며, C(V_n-1)는 이전 프레임(n-1 프레임)의 화소 전압에 대응하는 커패시턴스를 나타내며, C(Vf)는 현재 프레임(n 프레임)의 실제 화소 전압(Vf)에 대응하는 커패시턴스를 나타낸다.

수학식 3 및 수학식 4로부터 다음의 수학식 5가 유도될 수 있다.

따라서, 실제 화소 전압 Vf는 다음의 수학식 6으로 나타낼 수 있다.

위의 수학식 6으로부터 명확히 알 수 있듯이, 실제 화소 전압 Vf는 현재 프레임에 인가된 데이터 전압(Vn)과 이전 프레임에 인가된 화소 전압(V_n-1)에 의해서 결정된다.

한편, n 프레임에서 화소 전압이 목표 전압(Vn)에 도달하도록 하기 위해 인가되는 데이터 전압을 Vn'라고 하면, Vn'는 수학식 5로부터 다음의 수학식7로 나타낼 수 있다.

따라서, Vn'는 다음의 수학식 8로 나타낼 수 있다.

이와 같이, 현재 프레임의 목표 화소 전압(Vn)과 이전 프레임의 화소 전압(V_n-1)을 고려하여 상기 수학식 8에 의해 구해지는 데이터 전압(Vn')을 인가하면, 목표로 하는 화소 전압 Vn에 바로 도달할 수 있다.

위의 수학식 8은 도 4에 도시한 도면 및 몇몇 기본 가정으로부터 유도된 식이며, 일반적인 LCD에서 적용되는 데이터 전압 Vn'는 다음의 수학식 9로 나타낼 수 있다.

여기서, 함수 f는 LCD의 특성에 의해 결정된다. 함수 f는 기본적으로 다음의 성질을 갖는다.

즉,과이 같은 경우에 f=0이 되며,이보다 큰 경우 f는 0 보다 크고,이보다 작은 경우 f는 0 보다 작다.

다음은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전압 인가방법을 설명한다.

도 5는 본 발명의 따른 데이터 전압 인가방법을 나타내는 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는 현재 프레임의 목표 화소 전압과 이전 프레임의 화소 전압(데이터 전압)을 고려하여 보정된 데이터 전압 Vn'을 인가하여, 화소 전압(Vp)이 바로 목표 전압에 도달하도록 한다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에서는 현재 프레임의 목표 전압과 이전 프레임의 화소 전압이 다른 경우, 현재 프레임의 목표 전압 보다 더 높은 전압(또는 더 낮은 전압)을 보정된 데이터 전압으로서 인가하여 첫 번째 프레임에서 바로 목표 전압 레벨에 도달하도록 한 후 이후의 프레임에서는 목표 전압을 데이터 전압으로 인가한다. 이와 같이 함으로써 액정의 응답속도를 개선할 수 있다.

이때, 보정된 데이터 전압(전하량)은 이전 프레임의 화소 전압에 의해 결정되는 액정 커패시턴스를 고려하여 결정한다. 즉, 본원 발명은 이전 프레임의 화소 전압 레벨을 고려하여 전하량(Q)을 공급함으로써 첫 번째 프레임에서 바로 목표 전압 레벨에 도달하도록 한다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따라 데이터 전압을 인가한 경우의 액정 표시 장치의 투과율을 나타내는 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면 보정된 데이터 전압을 인가하기 때문에, 현재 프레임에서 바로 목표 투과율에 도달한다.

한편, 본 발명의 제2 실시예에서는 목표 전압보다 약간 높은 보정된 전압 Vn'을 화소 전압으로 인가한다. 이와 같이 구동하는 경우에는 도 7에 도시한 바와 같이 액정의 응답 시간의 약 1/2 이전에서는 투과율이 목표치보다 작게 되나 그 이후에서는 목표치보다 과도하게 되어(overcompensate) 평균적인 투과율이 목표 투과율과 같아진다.

다음에는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 도면으로, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 디지털 구동 방법을 사용한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시 장치 패널(100), 게이트 드라이버부(200), 데이터 드라이버부(300) 및 데이터 계조 신호 보정부(400)를 포함한다.

액정 표시 장치 패널(100)에는 게이트 온 신호를 전달하기 위한 다수의 게이트 라인(S1, S2, S3, ..., Sn)이 형성되어 있으며, 보정된 데이터 전압을 전달하기 위한 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)이 형성되어 있다. 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 둘러싸인 영역은 각각 화소를 이루며, 각 화소는 게이트 라인과 데이터 라인에 각각 게이트 전극 및 소스 전극이 연결되는 박막 트랜지스터(110)와 박막 트랜지스터(110)의 드레인 전극에 연결되는 화소 커패시터(Cl)와 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한다.

게이트 드라이버부(200)는 게이트 라인에 순차적으로 게이트 온 전압을 인가하여, 게이트 온 전압이 인가된 게이트 라인에 게이트 전극이 연결되는 TFT를 턴온시킨다.

데이터 계조신호 보정부(400)는 데이터 계조 신호 소스, 예를 들어 그래픽 콘트롤러로부터 데이터 계조 신호(Gn)를 수신한 후, 앞서 설명한 바와 같이 현재 프레임의 데이터 계조 신호와 이전 프레임의 데이터 계조 신호를 고려하여 보정된 데이터 계조 신호(Gn')을 출력한다. 이때, 데이터 계조 신호 보정부(400)는 스탠드 얼론(stand-alone) 유닛으로 존재할 수도 있고, 그래픽 카드나 LCD 모듈에 통합될 수도 있다.

데이터 드라이버부(300)는 데이터 계조신호 보정부(400)로부터 수신된 보정된 계조 신호(Gn')를 해당 계조 전압(데이터 전압)으로 바꾸어 각각 데이터 라인에 인가한다.

도 9는 상기한 도 8의 데이터 계조신호 보정부(400)를 상세하게 나타내는 블록도이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 계조신호 보정부(400)는 합성기(410), 프레임 메모리(420), 컨트롤러(430), 데이터 계조신호 변환기(440) 및 분리기(450)를 포함한다.

합성기(410)는 데이터 계조신호 소스로부터 전송되는 계조신호(Gn)를 수신하여, 데이터 계조신호 보정부(400)가 처리할 수 있는 속도로 데이터 스트림의 주파수를 변환한다. 예컨대, 데이터 계조신호 소스로부터 24 비트의 데이터가 65MHz 주파수에 동기하여 수신되고, 데이터 계조신호 보정부(400)의 구성 요소들의 처리 속도가 50MHz가 한계라고 하면, 합성기(410)는 24 비트의 계조 신호를 2개씩 묶어 48 비트의 계조 신호(Gm)로 합성하여 프레임 메모리(420)로 전송한다.

합성된 계조 신호(Gm)는 컨트롤러(430)의 제어에 의해 소정 어드레스에 저장되어 있는 이전 계조 신호(Gm-1)를 데이터 계조신호 변환기(440)에 출력함과 동시에, 합성기(410)로부터 전송되는 계조 신호(Gm)를 상기 소정 어드레스에 저장한다. 데이터 계조신호 변환기(440)는 합성기로부터 출력되는 현재 프레임의 계조신호(Gm)와 프레임 메모리(420)로부터 출력되는 이전 프레임의 계조신호(G_m-1)를 수신하고, 현재 프레임의 계조신호와 이전 프레임의 계조신호를 고려하여 보정된 계조신호 Gm'을 생성한다.

분리기(450)는 데이터 계조신호 변환기(440)로부터 출력되는 36비트의 보정된 데이터 계조신호(Gm')를 분리하여 24 비트의 보정된 계조신호(Gn')를 출력한다.

본 발명의 실시예에서는 데이터 계조신호에 동기하는 클록 주파수가 프레임메모리를 액세스하는 클록 주파수와 상이하기 때문에, 데이터 계조신호를 합성 및 분리하는 합성기(410) 및 분리기(450)가 필요하였으나, 데이터 계조신호에 동기하는 클록 주파수와 프레임 메모리(420)를 액세스하는 클록 주파수가 같은 경우에는 이와 같은 합성기와 분리기는 불필요하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 데이터 계조신호 변환기(440)로는 앞서 설명한 수학식 9를 만족하는 디지털 회로를 직접 제조하여 사용할 수 있으며, 룩업 테이블(Look-up table)을 작성하여 ROM(read only memory)에 저장한 후 액세스하여 계조신호를 보정할 수도 있다. 실제로 보정 데이터 전압 Vn'는 단순히 이전 프레임의 데이터 전압(V_n-1)과 현재 프레임의 데이터 전압(Vn)의 차에만 비례하는 것이 아니고 각각의 절대값에도 의존하는 복잡한 함수이므로 이처럼 룩업 테이블을 구성하면 연산처리에 의존하는 것보다 회로가 훨씬 간단하게 된다는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따라 데이터 전압을 보정하기 위해서는 실제로 쓰이는 그레이 스케일 범위보다 더 넓은 다이내믹 레인지를 가져야 하는데, 아날로그 회로에서는 고전압 IC(integrated circuit)를 사용함으로써 해결할 수 있지만 디지털 방식에서는 나눌 수 있는 계조수가 한정되어 있다. 예를 들어, 6비트 계조의 경우 64개의 계조 레벨 중 일부분은 실제의 계조 표시가 아닌 변조된 전압을 위해 할당을 하여야 한다. 즉, 일부의 계조 레벨은 전압 보정용으로 할당해야 한다. 따라서, 표현해야 하는 계조의 수가 줄어들게 된다.

한편, 계조 수의 감소를 막기 위해서는 다음과 같은 트렁케이션(truncation)의 개념이 도입될 수 있다. 예를 들어, 액정이 1V에서 4V 사이에서 구동하고 보정 전압을 고려하였을 때 전압이 0V에서 8V까지 필요한 경우를 가정하자. 이때, 보정을 충실히 하기 위해 8V까지를 64개의 단계로 나누면 실제 표현할 수 있는 계조는 30개 정도에 불과하게 된다. 따라서, 전압 폭을 1 내지 4V로 낮추고 계산상 교정된 전압(Vn')이 4V를 넘어가는 경우에는 모두 보정 전압을 4V로 트렁케이트하면 계조수의 감소를 줄일 수 있다.

도 10은 이와 같이 트렁케이션 개념이 도입된 본 발명의 실시예에 따른 룩업 테이블의 구성이다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.

예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 도 8에서는 디지털 방식으로 구동하는 액정 표시 장치를 설명하였으나, 이외에도 아날로그 방식으로 구동하는 액정표시장치에도 본 발명이 적용될 수 있다.

이 경우 도 8에서 설명한 도시한 데이터 계조신호 보정부에 대응하는 역할을 하는 데이터 계조신호 보정부가 필요하며, 이 데이터 계조신호 보정부는 수학식 9를 만족하는 아날로그 회로를 통해 구현될 수 있다.

이상에서는 액정의 응답 속도를 향상시키기 위한 화상 신호 보정 회로를 도 9에 도시하였다.

또한 상기한 화상 신호 보정 회로의 원가를 절감하기 위하여 LSB 일부를 제외하고 보정을 하는 방법을 도입하였으며, 이 알고리즘은 간단하고 적용이 쉬운 장점이 있다.

그러나 예를 들어 8비트 그레이를 4비트만 보정한다고 하면 양자화에 따른 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제는 크게 2가지이며, 다음과 같다.

208(11010000) 그레이 레벨(G_n-1)에서 192(11000000) 그레이 레벨(Gn)로 변화할 때 DCC 보정값 168(10101000) 그레이 레벨(Gn')을 주어야 응답 속도가 최고가 된다고 하자. 8비트를 모두 보정해 줄 때에는 아무 문제가 없지만 원가 절감을 위하여 MSB 4비트만 보정한다고 하면, 일단 그레이 룩업 테이블 안에는 168이라는 값은 들어갈 수 없다. 그러므로 이를 올림하여 176(10110000) 또는 내림하여 160(10100000)이 대신 입력한다. 즉, 생략하는 LSB 비트만큼의 보정 오차가 생기게 된다. 이것은 다음과 같은 구간에서는 더욱 문제가 될 수 있다.

Gn'	Gn-1
	0	16	32	48	64	80	96	112	128	144	160	176	192	208	224	240	255
Gn	32	33	33	32	30	28	26	24	22	20	16	12	9	6	2	0	0	0

이 구간은 보정이 조금씩 점차적으로 이루어지는 부분이다. 이 구간을 4비트만 써서 구성하면 하기 하는 표 2와 같이 바뀌게 된다.

Gn'	Gn-1
	0	16	32	48	64	80	96	112	128	144	160	176	192	208	224	240	255
Gn	32	32	32	32	32	32	32	32	16	16	16	16	16	0	0	0	0	0

두 번째 문제는 다음과 같다.

앞의 예에서처럼 208 그레이 레벨에서 192 그레이 레벨로 변화할 때 보정값으로 176 그레이 레벨을 준다고 가정하면, 207 그레이 레벨에서 192 그레이 레벨로 변화할 경우에는 아마 176 그레이 레벨 또는 175 그레이 레벨값을 주어야 최대의 액정 응답 속도가 나올 것이다.

하지만 4비트만 보정하는 경우에는 207(11001111)의 MSB 4비트는 192(11000000)의 MSB 4비트와 같으므로 보정이 이루어지지 않아서 192가 그대로 출력된다.

특히, 동화상의 경우 208 그레이 레벨 정도의 유니폼한 화면이라도 실제로는 209와 207 그레이 레벨 등의 계조도 많이 분포하게 되는데, 208과 207 그레이 계조 차이는 1에 불과하지만 이처럼 보상되는 정도는 차이가 많이 나게 되므로 디스플레이되는 약간의 얼룩이 더 과장되어 보일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 액정의 응답 속도를 향상시키기 위한 화상 신호 보정 회로에서 발생할 수 있는 두 가지를 통틀어 양자화 에러라고 할 수 있는데, 보정을 하지 않고 생략하는 LSB 수가 많아질수록 양자화 에러는 심해지는 문제점이 있다.

그러면, 상기한 양자화 에러의 발생을 저감하기 위한 액정 표시 장치의 일례를 설명한다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 계조신호 보정부를 상세히 설명하기 위한 도면으로, 상기한 도 9와 비교하여 중복되는 부분은 동일한 도면 부호를 부여하며 그의 설명을 생략한다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 계조신호 보정부의 데이터 계조 신호 변환기(460)는 룩업 테이블(462)과 연산기(464)를 포함한다.

합성기(410)로부터 제공되는 현재 프레임의 계조 데이터 MSB 4비트, Gm[0:3]과 이전 프레임의 계조 데이터 MSB 4비트, G_m-1[0:3]이 제공됨에 따라 룩업 테이블(LUT)에 저장된 값 f, a, b는 도출되어 연산기(464)에 제공된다.

연산기(464)는 합성기(410)로부터 현재 프레임의 계조 데이터 LSB 4비트, Gm[4:7]과 프레임 메모리(420)로부터 이전 프레임의 계조 데이터 LSB 4비트, G_m-1[4:7]을 제공받고, 룩업 테이블로부터 동화상 보정을 위한 변수, f, a, b를 각각 제공받아 소정의 연산을 통해 제1 보정된 그레이 데이터, Gm'[0:7]을 분리기(450)에 출력한다.

분리기(450)에 제공된 36 비트의 제1 보정된 그레이 데이터는 데이터 분할되어 24 비트의 보정된 그레이 데이터(Gn')를 데이터 드라이버부(300)에 출력한다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.

예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 도 8에서는 디지털 방식으로 구동하는 액정 표시 장치를 설명하였으나, 이외에도 아날로그 방식으로 구동하는 액정표시장치에도 본 발명이 적용될 수 있음은 자명한 일이다.

그러면, 상기한 본 발명의 다른 실시예에 따라 저감되는 양자화 에러의 저감의 효과를 보다 상세히 설명한다.

먼저, 총 그레이 레벨이 x비트라고 하면 이중의 MSB y 비트는 그레이 룩업 테이블을 이용하여 보정하고 나머지 z(즉, x-y) 비트는 연산을 통해 보정한다.

그러면, x=8, y=4일 때의 예를 들면 설명하며, 설명의 편의를 위해 다음을 정의한다.

[A]n은 A를 넘지 않는 가장 큰 2ⁿ의 배수이다. 예를 들면, [207]₄=[206]₄=[205]₄=...=[193]₄=[192]₄=192.

즉, [A]n은 A의 LSB n비트를 모두 0으로 채운 값이다. 반대로 m[A]는 A의 MSB m 비트를 모두 0으로 채운 값이다. 그리고 m[A]n은 A의 MSB m비트, LSB n 비트를 모두 0으로 채운 값이다. 보정용 그레이 룩업 테이블에 의한 매핑을 f(Gn, G_n-1)이라고 하면, 본 발명에서의 보정은 하기하는 수학식 10과 같다.

여기서, [Gn]₄는 Gn의 LSB 4비트를 모두 0으로 채운 값이고, [G_n-1]₄는 G_n-1의 LSB 4 비트를 모두 0으로 채운 값이며,₄[Gn]는 Gn의 MSB 4 비트를 모두 0으로 채운 값이고, a와 b는 모두 양의 정수이다.

상기한 수학식 10에 의하면, 그레이 룩업 테이블에 의한 매핑,즉[f([Gn]₄,[G_n-1]₄)]와 함께 둘째 항()과 셋째 항()의 연산을 통해 양자화 에러(Quantization error)를 줄일 수 있다.

상기한 수학식 10에서 f, a, b는 기본적으로 다음과 같이 주어진다.

즉, f([Gn]₄,[G_n-1]₄) = Gn'([Gn]₄,[G_n-1]₄)이고,

a([Gn]₄,[G_n-1]₄) = Gn'([Gn]₄+16,[G_n-1]₄) - Gn'([Gn]₄,[G_n-1]₄)이며,

b([Gn]₄,[G_n-1]₄) = Gn'([Gn]₄,[G_n-1]₄) - Gn'([Gn]₄,[G_n-1]₄+16)이다.

따라서, f, a, b의 값은 이 관계를 기본으로 하여 설정된다. 실측을 통하여 하기하는 표 3과 같은 보정용 그레이 룩업 테이블이 얻어졌다고 가정하자.

Gn'	Gn-1
	64	80
Gn	128	140	136
	144	160	158

예를 들어, [G_n]₄= 128, [G_n-1]₄= 64라고 하면, f([G_n]₄,[G_n-1]₄) = 140, a([G_n]₄,[G_n-1]₄) = 160-140 = 20, b([G_n]₄,[G_n-1]₄) = 140-136 = 4가 된다. 하지만 이 값들은 절대적인 것은 아니며, 이 16 ×16 구간의 값들을 가장 오차가 적게 근사할 수 있도록 결정이 된다.

예를 들어 상기한 값들을 가지고 G_n= 144, G_n-1= 80인 경우를 수학식 10에 의해 근사한다고 하면, Gn' = 140 + 20*16/16 - 4*16/16 = 156이 되므로 실측해서 얻은 값, 158과는 차이가 나게 된다. 이 정도 오차는 무시할 수도 있으나, 만약 이 차이가 많이 나게 되면 f, a, b의 값을 미세 조정하므로써 16 ×16 구간의 값들이 오차가 가장 적게 표현될 수 있도록 한다.

반면, 예외적으로 신경을 써야 할 부분은 [G_n]₄= [G_n-1]₄인 블록들이다. 이 경우는 G_n' = G_n이 절대적으로 지켜져야 하므로 f = [G_n]₄로 고정되고, a와 b의 값을 그에 맞도록 조절하여야 한다. 상기한 수학식 10에서 G_n= G_n-1이면, a-b = 16이 되어야 G_n' = G_n의 조건이 충족된다.

그러면 하나의 일례를 들어 상기한 수학식 10에 의해 연산되는 보정된 그레이 데이터를 보다 설명한다.

예를 들어, 이전의 계조 데이터(G_n-1)가 72 계조 레벨이고, 현재의 계조 데이터(G_n)가 136 계조 레벨일 때, 상기한 표 3의 보정용 그레이 룩업 테이블에는 각각의 계조 데이터가 존재하지 않으므로 이를 소정의 연산을 통해 도 12a에 도시한 바와 같이 도출해야 한다.

즉, f([G_n]₄,[G_n-1]₄) = f([136]₄,[72]₄)이므로 f(128, 64) = 140이고, a([G_n]₄,[G_n-1]₄) = 160-140 = 20이며, b([G_n]₄,[G_n-1]₄) = 140-136 = 4이다.

그러므로 상기한 수학식 10에 이를 대입하면, G_n' = 140 + 20*(136-128)/16 - 4*(72-64)/16 = 148이다.

또한, 룩업 테이블에 저장되는 비트수를 줄이기 위한 다른 방법은 하기하는 수학식 11를 적용하여 브레이크 다운(break down)할 수 있다.

여기서, f' = f([G_n]₄,[G_n-1]₄) - [Gn]₄, [Gn]₄는 Gn의 LSB 4비트를 모두 0으로 채운 값, [G_n-1]₄는 G_n-1의 LSB 4 비트를 모두 0으로 채운 값,₄[Gn]는 Gn의 MSB 4 비트를 모두 0으로 채운 값, a와 b는 모두 양의 정수이다.

그러면 하나의 일례를 들어 상기한 수학식 11에 의해 연산되는 보정된 그레이 데이터를 보다 설명한다.

예를 들어, 이전의 계조 데이터(G_n-1)가 72 계조 레벨이고, 현재의 계조 데이터(G_n)가 136 계조 레벨일 때, 상기한 표 3의 보정용 그레이 룩업 테이블에는 각각의 계조 데이터가 존재하지 않으므로 이를 소정의 연산을 통해 도 12c에 도시한 바와 같이 도출해야 한다.

즉, f' = f([G_n]₄,[G_n-1]₄) - [Gn]₄= f([136]₄,[72]₄) - 128 = f(128, 64) -128 = 140 - 128 = 12이며, a"([G_n]₄,[G_n-1]₄) = a'([G_n]₄,[G_n-1]₄) + 2⁴= 4 + 16 = 20, b([G_n]₄,[G_n-1]₄) = 4이다.

그러므로 상기한 수학식 11에 이를 대입하면, G_n' = 128 + 12 + 20*(136-128)/16 - 4*(72-64)/16 = 148이다.

한편, 상기한 도 11에 도시한 룩업 테이블에 저장되는 비트 수를 줄이기 위한 하나의 방법으로 하기하는 수학식 12을 이용하여 브레이크 다운(break down)할 수 있다.

여기서, f' = f - Gn, [Gn]₄는 Gn의 LSB 4비트를 모두 0으로 채운 값, [G_n-1]₄는 G_n-1의 LSB 4 비트를 모두 0으로 채운 값,₄[Gn]는 Gn의 MSB 4 비트를 모두 0으로 채운 값, a'은 정수이고, b는 양의 정수이다. 즉,

a'([G_n]₄,[G_n-1]₄)=a([G_n]₄,[G_n-1]₄)-2⁴이다.

그러면 하나의 일례를 들어 상기한 수학식 12에 의해 연산되는 보정된 그레이 데이터를 보다 상세히 설명한다.

예를 들어, 이전의 계조 데이터(G_n-1)가 72 계조 레벨이고, 현재의 계조 데이터(G_n)가 136 계조 레벨일 때, 상기한 표 3의 보정용 그레이 룩업 테이블에는 각각의 계조 데이터가 존재하지 않으므로 이를 소정의 연산을 통해 도 12b에 도시한 바와 같이 도출해야 한다.

즉, f([G_n]₄,[G_n-1]₄) = f([136]₄,[72]₄) = f(128, 64) = 140이므로 f' = f([G_n]₄,[G_n-1]₄) - Gn = 140 - 128 = 12, Gn = 136, a'([G_n]₄,[G_n-1]₄) = a' - 16 = 4, b([G_n]₄,[G_n-1]₄) = 4이다.

그러므로 상기한 수학식 12에 이를 대입하면, G_n' = 136 + 12 + 4*(136-128)/16 - 4*(72-64)/16 = 148이다.

이 경우는 a'의 값도 작아지므로 (-16) a'에 할당되는 비트수를 줄일 수 있는 잇점이 있으나, 구간에 따라 a'가 음수가 되어야 하는 경우가 생기므로 사인 비트(sign bit)를 하나 더 할당하여야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 보정 계조 데이터용 룩업 테이블의 크기는 수학식 10, 11, 12 순서로 작아지고, 로직의 복잡성은 이와 반대로 증가한다.

이상에서는 8비트 모두 보정하는 것을 그 예로 설명하였다.

그러나, 프레임 메모리의 크기를 더욱 줄여야 하거나, I/O 핀 숫자를 줄여야 하는 등의 이유로 8비트의 데이터를 모두 다 저장하지 않는 경우도 있을 수 있다.

예를 들어, DRAM의 차원(dimension)은 x4, x8, x16, x32 등으로 되어 있으므로 R, G, B 각각의 24 비트의 색정보를 저장하기 위해서는 x32를 사용하여야 하는데 원가 부담 때문에 적용하지 못할 수도 있다. x32 대신에 x16을 사용하기로 하고 R 5비트, G 6비트, G 5비트만을 저장할 수도 있다. 이 경우의 변경은 다음과 같이 이루어진다.

즉, 6비트의 경우는 하기하는 수학식 13과 같이 보정 그레이 값을 출력한다.

여기서, [Gn]₄는 Gn의 LSB 4비트를 모두 0으로 채운 값, [G_n-1]₄는 G_n-1의 LSB 4 비트를 모두 0으로 채운 값,₄[Gn]는 Gn의 MSB 4 비트를 모두 0으로 채운 값, a와 b는 모두 양의 정수이며,₄[Gn]>>2는₄[Gn]를 연산한 바이너리 데이터를 2 비트 우측으로 쉬프트시키는 기능을 수행하며, 결과적으로는 2²로 나눈 효과를 가져온다.

또한 5 비트의 경우는 하기하는 수학식 14와 같이 보정 그레이 값을 출력한다.

여기서, [Gn]₄는 Gn의 LSB 4비트를 모두 0으로 채운 값, [G_n-1]₄는 G_n-1의 LSB 4 비트를 모두 0으로 채운 값,₄[G_n-1]은 G_n-1의 MSB 4 비트를 모두 0으로 채운 값, a와 b는 모두 양의 정수이며,₄[G_n-1]>>3은₄[G_n-1]을 연산한 바이너리 데이터를 3 비트 우측으로 쉬프트시키는 기능을 수행하며, 결과적으로는 2³으로 나눈 효과를 가져온다.

또한 해상도에 따라 픽셀 주파수가 높아지면서 고속 연산이 어려워질 경우에는 현재 프레임의 계조 데이터(Gn)조차도 LSB 몇 개를 생략하고 보정하는 방식을 취할 수도 있다. Gn을 6 비트, G_n-1을 6비트만 보정하는 경우의 변환은 하기하는 수학식 15와 같다.

이상에서 설명한 바와 같이, 일반적으로 p 비트의 그레이 룩업 테이블을 사용하였고, q 비트의 Gn, r 비트의 G_n-1만을 보정하는 경우는 하기하는 수학식 16으로 정리할 수 있다(q, r > p).

그러면, 이하 본 발명에 따른 동화상 보정 기능을 갖는 액정 표시 장치의 동작을 간략히 설명하면 하기와 같다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 동화상 구현시 끌림 현상을 제거하기 위하여 한 프레임의 화상 신호(G_n)를 그 이전 프레임의 화상 신호(G_n-1)와 하기하는 수학식 17 내지 20을 근거로 비교하여 보정한다.

즉, 현재 프레임에서 인가되는 화상 신호가 그 이전 프레임의 화상 신호와 변함이 없으면 수학식 17과 같이 보정을 수행하지 않고, 현재의 계조(또는 계조 전압)가 이전 계조(또는 계조 전압)보다 높아지면 보정 회로는 수학식 18과 같이 현재의 계조(또는 계조 전압)를 더 높여 출력하고, 현재의 계조(또는 계조 전압)가 이전 계조(또는 계조 전압)보다 낮아지면 보정 회로는 수학식 19와 같이 계조(또는 계조 전압)를 더 낮추어 출력한다. 이때 보정이 이루어지는 정도는 수학식 20과 같이, 현재의 계조(또는 계조 전압)와 이전 계조(또는 계조 전압)와의 차이에 비례하는 함수이다.

이러한 보정 과정을 통해 LCD 패널의 응답 속도는 빨라지는데, 이는 다음의 원리에 의거한다.

첫째, 의도했던 전압이 궁극적으로 가해질 수 있도록 한다. 즉, 액정 셀에 5V를 가하려고 의도했다면 실제로도 5V가 걸리도록 해준다. 액정이 전기장에 반응하면서 액정의 방향자 방향이 바뀌게되면 액정의 커패시턴스도 변하므로 처음에 걸어주었던 전압과는 다른 전압이 액정에 실제로 걸리게 된다.

즉, 액정 물질 자체의 응답 속도가 1 프레임(16.7 ms, @60 Hz) 이내에 들어온다 하더라도 현재의 AMLCD 구동 방식에서는 상기한 메카니즘에 따라 정확한 전압이 걸리지 않고 그 이전 전압과의 사이의 값이 걸리게 되므로 LCD 패널에서의 실제 응답 속도는 1 프레임 보다 훨씬 늦게 나타나게 된다.

신호 보정을 통해 의도했던 전압이 실제로도 걸리게 해주어 정확한 응답이 이루어 질 수 있도록 한다. 이때 과도 보상(overcompensate)하여 액정이 응답하는 시간 동안의 투과율 오차를 보상해 줄 수도 있다.

둘째, 대부분의 액정 물질은 전압의 변화가 클수록 응답 속도 자체 또한 빨라진다. 예를 들면, 라이징(rising)의 경우, 1V에서 2V로 변할 때보다 1V에서 3V로 변할 때의 응답 속도가 대체적으로 더 빠르고, 폴링(falling)의 경우, 3V에서 2V로 변할 때보다 3V에서 1V로 변할 때의 응답 속도가 더 빠르다.

이런 경향은 액정 물질에 따라 또는 LCD의 동작 모드에 따라 다소 차이가 있으나, 대체적으로 지켜진다. 예를 들어, 트위스트 네마틱 모드(Twisted Nematic mode)의 경우, 라이징은 전압의 차가 커짐에 따라 최고 15배까지 응답 속도가 빨라지고, 폴링의 경우 최고 1.5배까지 빨라진다.

셋째, 액정 물질 자체의 응답 시간이 1프레임(16.7 ms)을 넘는 경우에는, 강제 견인 방식에 의해서 1프레임으로 응답 시간을 낮출 수 있다. 1V에서 2V로 변할 때까지의 응답 시간이 30ms인 액정이 있다고 가정하자. 바꾸어 말하면, 2V에 해당하는 투과율을 얻기 위해서, 2V를 걸어주면 30ms가 소요된다.

동일 액정이 1V에서 3V까지 도달하는 데 걸리는 시간 역시 30ms라 하면(대부분의 경우 이보다는 짧다), 2V에 해당하는 투과율은 도 13에 도시한 바와 같이 30ms 이전에 도달하게 된다. 즉, 2V에 해당하는 투과율을 얻기 위하여, 3V를 걸어주면 30ms 보다 짧은 시간에 2V에 해당하는 투과율에 이르게 된다.

물론 계속하여 3V를 걸어주게 되면 액정은 궁극적으로 3V 수준에 도달하게 되므로 2V 수준에 이르렀을 때에 이 초과 전압을 컷-오프(cut-off)하고, 2V를 걸어주면 액정은 2V 수준에 30ms 보다 짧은 시간에 도달할 수 있게 된다. 컷-오프(cut-off)를 해 줄 수 있는 시점, 즉 전압을 바꿔 가할 수 있는 시점은 프레임이 바뀔 때이다. 그러므로, 액정이 1프레임(16.7 ms) 만에 2V 수준에 이르게 되는 전압, 예를 들어 3V를 가해준 후에 그 다음 프레임에서 원래의 2V로 되돌려주면 응답 시간은 16.7 ms로 낮추어지는 셈이다. 이 경우에도 과도 보상(overcompensation) 방식을 도입하여 액정의 응답 시간(예를 들어, 16.7 ms) 동안의 투과율 오차 부분을 상쇄시켜 줄 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 액정 표시 장치에 있어서, 데이터 전압을 보정하고, 보정된 데이터 전압을 화소에 인가함으로써 화소 전압이 바로 목표 전압 레벨에 도달할 수 있도록 한다. 따라서, TFT LCD의 패널 구조를 변경할 필요없이 액정의 응답 속도를 개선시킬 수 있다.

또한 액정 표시 장치의 구동시 특히 동화상 구현시 액정의 응답 속도를 향상시키기 위한 화상 신호 보정 회로에서 그레이 룩업 테이블의 크기는 줄이면서, 양자화 에러를 제거할 수 있다.

Claims (22)

1. 데이터 계조 신호 소스로부터 RGB에 대한 x 비트 계조 데이터를 수신하여 현재 프레임의 x 비트 계조 데이터와 이전 프레임의 x 비트 계조 데이터로부터 소정의 MSB 비트는 룩업 테이블을 이용하여 제1 보정하고, 현재 프레임 계조 데이터의 나머지 비트와 이전 프레임 계조 데이터의 나머지 비트는 소정의 연산을 통해 제2 보정하며, 상기 제1 보정과 제2 보정을 통해 보정 계조 데이터를 출력하는 데이터 계조 신호 보정부;

   상기 데이터 계조 신호 보정부로부터 출력되는 상기 보정 계조 데이터에 대응하는 데이터 전압으로 바꾸어 화상 신호를 출력하는 데이터 드라이버부;

   주사 신호를 순차적으로 공급하는 게이트 드라이버부; 및

   상기 주사 신호를 전달하는 다수의 게이트 라인과, 화상 신호를 전달하며 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 다수의 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 각각 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 연결되어 있는 스위칭 소자를 가지는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 화소를 포함하는 액정 표시 패널

   를 포함하는 액정 표시 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 계조 신호 보정부는,

   상기 데이터 계조 신호 소스로부터 x 비트의 계조 데이터를 수신하고 하나의프레임 동안 상기 입력된 계조 데이터를 저장하여 출력하는 프레임 메모리;

   상기 프레임 메모리의 계조 데이터의 기록 및 판독을 제어하는 컨트롤러; 및

   상기 데이터 계조 신호 소스로부터 수신되는 x 비트의 현재 프레임 계조 데이터와 상기 프레임 메모리로부터 수신되는 x 비트의 이전 프레임의 계조 데이터를 고려하여 보정 계조 데이터를 생성하여 상기 데이터 드라이버부에 출력하는 데이터 계조 신호 변환기

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 데이터 계조 신호 변환기는,

   이전 화상 데이터와 현재 화상 데이터의 x 비트 데이터의 MSB y 비트 데이터를 각각 제공받아 동화상 보정을 위한 변수(f, a, b)를 출력하는 룩업 테이블; 및

   이전 화상 데이터와 현재 화상 데이터의 x 비트 데이터의 LSB z 비트 데이터를 각각 제공받고, 상기 변수(f, a, b)를 제공받아 보정된 그레이 데이터를 출력하는 연산부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 보정된 그레이 데이터(Gn')는,

   (여기서, z는 x-y, [Gn]_z는 Gn의 LSB z비트를 모두 0으로 채운 값이고, [G_n-1]_z는 G_n-1의 LSB z 비트를 모두 0으로 채운 값이며,_y[Gn]는 Gn의 MSB y 비트를 모두 0으로 채운 값이고, a와 b는 모두 양의 정수)를 근거로 산출되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 보정된 그레이 데이터(Gn')는,

   (여기서, z는 x-y, f' = f([G_n]_z,[G_n-1]_z) - [Gn]₄, [Gn]_z는 Gn의 LSB z비트를 모두 0으로 채운 값, [G_n-1]_z는 G_n-1의 LSB z 비트를 모두 0으로 채운 값,_y[Gn]는 Gn의 MSB y 비트를 모두 0으로 채운 값, a와 b는 모두 양의 정수)를 근거로 산출되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 보정된 그레이 데이터(Gn')는,

   (여기서, z는 x-y, f' = f - Gn, [Gn]_z는 Gn의 LSB z비트를 모두 0으로 채운값, [G_n-1]_z는 G_n-1의 LSB z 비트를 모두 0으로 채운 값,_y[Gn]는 Gn의 MSB y 비트를 모두 0으로 채운 값, a'은 정수, b는 양의 정수)를 근거로 산출되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 [Gn]z = [G_n-1]z인 경우에는 a-b = 16이어야 Gn' = G_n-1의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 [Gn]z = [G_n-1]z 인 경우에는 a'-b = 0(zero)이어야 Gn' = G_n-1의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
9. 다수의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 다수의 데이터 라인과, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 각각 상기 게이트 라인 및 데이터 라인에 연결되어 있는 스위칭 소자를 가지는 매트릭스 타입으로 배열된 다수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치에 있어서,

   데이터 계조 신호 소스로부터 RGB에 대한 x 비트 계조 데이터를 수신하여 현재 프레임의 x 비트 계조 데이터와 이전 프레임의 x 비트 계조 데이터로부터 소정의 MSB 비트는 룩업 테이블을 이용하여 제1 보정하고, 현재 프레임 계조 데이터의 나머지 비트와 이전 프레임 계조 데이터의 나머지 비트는 소정의 연산을 통해 제2보정하며, 상기 제1 보정과 제2 보정을 통해 보정 계조 데이터를 출력하는 데이터 계조 신호 보정부;

   상기 데이터 계조 신호 보정부로부터 출력되는 상기 보정 계조 데이터에 대응하는 데이터 전압으로 바꾸어 화상 신호를 상기 데이터 라인에 출력하는 데이터 드라이버부; 및

   상기 게이트 라인에 주사 신호를 순차적으로 공급하는 게이트 드라이버부

   를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 데이터 계조 신호 보정부는,

    상기 데이터 계조 신호 소스로부터 x 비트의 계조 데이터를 수신하고 하나의 프레임 동안 상기 입력된 계조 데이터를 저장하여 출력하는 프레임 메모리;

    상기 프레임 메모리의 계조 데이터의 기록 및 판독을 제어하는 컨트롤러; 및

    상기 데이터 계조 신호 소스로부터 수신되는 x 비트의 현재 프레임 계조 데이터와 상기 프레임 메모리로부터 수신되는 x 비트의 이전 프레임의 계조 데이터를 고려하여 보정 계조 데이터를 생성하여 상기 데이터 드라이버부에 출력하는 데이터 계조 신호 변환기

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 데이터 계조 신호 변환기는,

    이전 프레임의 화상 데이터와 현재 프레임의 화상 데이터의 x 비트 데이터의MSB y 비트 데이터를 각각 제공받아 동화상 보정을 위한 변수(f, a, b)를 출력하는 룩업 테이블; 및

    이전 화상 데이터와 현재 화상 데이터의 x 비트 데이터의 LSB z 비트 데이터를 각각 제공받고, 상기 변수(f, a, b)를 제공받아 보정된 그레이 데이터를 출력하는 연산부

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 보정된 그레이 데이터(Gn')는,

    (여기서, z는 x-y, [Gn]_z는 Gn의 LSB z비트를 모두 0으로 채운 값이고, [G_n-1]_z는 G_n-1의 LSB z 비트를 모두 0으로 채운 값이며,_y[Gn]는 Gn의 MSB y 비트를 모두 0으로 채운 값이고, a와 b는 모두 양의 정수)를 근거로 산출되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 보정된 그레이 데이터(Gn')는,

    (여기서, z는 x-y, f' = f([G_n]_z,[G_n-1]_z) - [Gn]₄, [Gn]_z는 Gn의 LSB z비트를 모두 0으로 채운 값, [G_n-1]_z는 G_n-1의 LSB z 비트를 모두 0으로 채운 값,_y[Gn]는 Gn의 MSB y 비트를 모두 0으로 채운 값, a와 b는 모두 양의 정수)를 근거로 산출되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 보정된 그레이 데이터(Gn')는,

    (여기서, z는 x-y, f' = f - Gn, [Gn]_z는 Gn의 LSB z비트를 모두 0으로 채운 값, [G_n-1]_z는 G_n-1의 LSB z 비트를 모두 0으로 채운 값,_y[Gn]는 Gn의 MSB y 비트를 모두 0으로 채운 값, a'은 정수, b는 양의 정수)를 근거로 산출되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 [Gn]z = [G_n-1]z 인 경우에는 a-b = 16이어야 Gn' = G_n-1의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 [Gn]z = [G_n-1]z 인 경우에는 a'-b = 0(zero)이어야 Gn' = G_n-1의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
17. 다수의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 다수의 데이터 라인과, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 각각 상기 게이트 라인 및 데이터 라인에 연결되어 있는 스위칭 소자를 가지는 매트릭스 타입으로 배열된 다수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서,

    (a) 상기 게이트 라인에 주사 신호를 순차적으로 공급하는 단계;

    (b) 외부의 화상 신호 소스로부터 x 비트의 화상 계조 데이터를 수신하는 단계;

    (c) 상기 수신된 화상 계조 데이터를 한 프레임 지연시키는 단계;

    (d) 상기 한 프레임 지연된 디지털 계조 데이터의 MSB y 비트와 현재 프레임에서 수신되는 디지털 계조 데이터의 MSB y 비트를 근거로 룩업 테이블로부터 동화상 보정을 위한 변수를 도출하는 단계;

    (e) 상기 한 프레임 지연된 디지털 계조 데이터의 LSB (x-y) 비트와, 상기 현재 프레임에서 수신되는 디지털 계조 데이터의 LSB (x-y) 비트와, 상기 단계(d)에서 도출한 변수를 연산 처리하여 보정된 그레이 데이터를 생성하는 단계; 및

    (f) 생성된 상기 보정된 그레이 데이터에 대응하는 데이터 전압을 상기 데이터 라인에 공급하는 단계

    를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 보정된 그레이 데이터(Gn')는,

    (여기서, z는 x-y, [Gn]_z는 Gn의 LSB z비트를 모두 0으로 채운 값이고, [G_n-1]_z는 G_n-1의 LSB z 비트를 모두 0으로 채운 값이며,_y[Gn]는 Gn의 MSB y 비트를 모두 0으로 채운 값이고, a와 b는 모두 양의 정수)를 근거로 산출되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 보정된 그레이 데이터(Gn')는,

    (여기서, z는 x-y, f' = f([G_n]_z,[G_n-1]_z) - [Gn]₄, [Gn]_z는 Gn의 LSB z비트를 모두 0으로 채운 값, [G_n-1]_z는 G_n-1의 LSB z 비트를 모두 0으로 채운 값,_y[Gn]는 Gn의 MSB y 비트를 모두 0으로 채운 값, a와 b는 모두 양의 정수)를 근거로 산출되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
20. 제17항에 있어서, 상기 보정된 그레이 데이터(Gn')는,

    (여기서, z는 x-y, f' = f - Gn, [Gn]_z는 Gn의 LSB z비트를 모두 0으로 채운 값, [G_n-1]_z는 G_n-1의 LSB z 비트를 모두 0으로 채운 값,_y[Gn]는 Gn의 MSB y 비트를 모두 0으로 채운 값, a'은 정수, b는 양의 정수)를 근거로 산출되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
21. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 [Gn]z = [G_n-1]z 인 경우에는 a-b = 16이어야 Gn' = G_n-1의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
22. 제20항에 있어서, 상기 [Gn]z = [G_n-1]z 인 경우에는 a'-b = 0(zero)이어야 Gn' = G_n-1의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.