KR101446379B1

KR101446379B1 - 영상표시장치

Info

Publication number: KR101446379B1
Application number: KR1020110042969A
Authority: KR
Inventors: 황광조
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2014-10-01
Also published as: TW201246915A; KR20120124989A; CN102769768A; CN102769768B; US8810569B2; US20120280979A1; TWI502962B

Abstract

본 발명에 따른 영상표시장치는 다수의 서브 픽셀들을 포함하여 2D 영상과 3D 영상을 선택적으로 구현하는 표시패널; 상기 표시패널로부터의 빛을 제1 편광과 제2 편광의 빛들로 분할하는 패턴드 리타더; 및 오프 레벨로 제1 직류제어전압을 발생하고 상기 오프 레벨보다 높고 풀-온 레벨보다 낮은 슬라이트-온 레벨로 제2 직류제어전압을 발생하며, 구동 모드에 따라 상기 제1 직류제어전압과 제2 직류제어전압을 선택적으로 출력하는 제어전압 발생부를 구비하고; 상기 서브 픽셀들 각각은, 제1 스위치를 통해 데이터라인에 연결된 제1 화소전극, 및 상기 제1 화소전극과 대향되며 공통라인에 접속된 제1 공통전극을 포함한 메인 표시부와; 제2 스위치를 통해 상기 데이터라인에 연결된 제2 화소전극, 상기 제2 화소전극과 대향되며 상기 공통라인에 접속된 제2 공통전극, 및 상기 구동 모드에 따라 상기 제2 화소전극과 상기 공통라인을 선택적으로 연결하는 방전제어 스위치를 포함한 보조 표시부를 구비하고; 상기 방전제어 스위치는, 상기 2D 영상 구현을 위한 2D 모드에서 상기 제1 직류제어전압에 의해 오프 되고, 상기 3D 영상 구현을 위한 3D 모드에서 상기 제2 직류제어전압에 의해 슬라이트-온 되는 것을 특징으로 한다.

Description

영상표시장치{IMAGE DISPLAY DEVICE}

본 발명은 2차원 평면 영상(이하, '2D 영상')과 3차원 입체 영상(이하, '3D 영상')을 선택적으로 구현할 수 있는 영상표시장치에 관한 것이다.

다양한 콘텐츠 개발 및 회로 기술 발전에 힘입어 최근 영상표시장치는 2D 영상과 3D 영상을 선택적으로 구현할 수 있다. 영상표시장치는 양안시차방식(stereoscopic technique) 또는 복합시차지각방식(autostereoscopic technique)을 이용하여 3D 영상을 구현한다.

양안시차방식은 입체 효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하며, 안경방식과 무안경방식이 있고 두 방식 모두 실용화되고 있다. 무안경 방식은 일반적으로 좌우 시차 영상의 광축을 분리하기 위한 패럴렉스 베리어 등의 광학판을 표시 화면의 앞에 또는 뒤에 설치하는 방식이다. 안경방식은 표시패널에 편광 방향이 서로 다른 좌우 시차 영상을 표시하고, 편광 안경 또는 액정셔터 안경을 사용하여 입체 영상을 구현한다.

액정셔터 안경방식은 표시소자에 좌안 이미지와 우안 이미지를 프레임 단위로 교대로 표시하고 이 표시 타이밍에 동기하여 액정셔터 안경의 좌우안 셔터를 개폐함으로써 3D 영상을 구현한다. 액정셔터 안경은 좌안 이미지가 표시되는 기수 프레임 기간 동안 그의 좌안 셔터만을 개방하고, 우안 이미지가 표시되는 우수 프레임 기간 동안 그의 우안 셔터만을 개방함으로써 시분할 방식으로 양안 시차를 만들어낸다. 이러한 액정셔터 안경방식은 액정셔터 안경의 데이터 온 타임이 짧아 3D 영상의 휘도가 낮으며, 표시소자와 액정셔터 안경의 동기, 및 온/오프 전환 응답 특성에 따라 3D 크로스토크의 발생이 심하다.

편광 안경방식은 도 1과 같이 표시패널(1) 위에 부착된 패턴드 리타더(Patterned Retarder)(2)를 포함한다. 편광 안경방식은 표시패널(1)에 좌안 영상 데이터(L)와 우안 영상 데이터(R)를 수평라인 단위로 교대로 표시하고 패턴드 리타더(2)를 통해 편광 안경(3)에 입사되는 편광특성을 절환한다. 이를 통해, 편광 안경방식은 좌안 이미지와 우안 이미지를 공간적으로 분할하여 3D 영상을 구현할 수 있다.

이러한 편광 안경방식에서는 좌안 이미지와 우안 이미지가 라인 단위로 이웃하여 표시되기 때문에 크로스토크(Crosstalk)가 발생되지 않는 상하 시야각(vertical viewing angle)이 좁은 편이다. 크로스토크는 상하 시야각 위치에서 좌안 및 우안 이미지가 중첩적으로 보여질 때 발생된다. 이에, 도 2과 같이 패턴드 리타더(2)에 블랙 스트라이프(BS)를 형성하여 3D 영상의 상하 시야각을 넓히는 방안이 일본 공개특허공보 제2002-185983호를 통해 제안된 바 있다. 하지만, 시야각 개선을 위해 사용되는 블랙 스트라이프(BS)는 2D 영상의 휘도를 크게 떨어뜨리는 사이드 이펙트(Side Effect)를 초래한다.

따라서, 본 발명의 목적은 2D 영상의 휘도를 저하시키지 않으면서 3D 영상의 상하 시야각을 넓힐 수 있도록 한 편광 안경방식의 영상표시장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치는 다수의 서브 픽셀들을 포함하여 2D 영상과 3D 영상을 선택적으로 구현하는 표시패널; 상기 표시패널로부터의 빛을 제1 편광과 제2 편광의 빛들로 분할하는 패턴드 리타더; 및 오프 레벨로 제1 직류제어전압을 발생하고 상기 오프 레벨보다 높고 풀-온 레벨보다 낮은 슬라이트-온 레벨로 제2 직류제어전압을 발생하며, 구동 모드에 따라 상기 제1 직류제어전압과 제2 직류제어전압을 선택적으로 출력하는 제어전압 발생부를 구비하고; 상기 서브 픽셀들 각각은, 제1 스위치를 통해 데이터라인에 연결된 제1 화소전극, 및 상기 제1 화소전극과 대향되며 공통라인에 접속된 제1 공통전극을 포함한 메인 표시부와; 제2 스위치를 통해 상기 데이터라인에 연결된 제2 화소전극, 상기 제2 화소전극과 대향되며 상기 공통라인에 접속된 제2 공통전극, 및 상기 구동 모드에 따라 상기 제2 화소전극과 상기 공통라인을 선택적으로 연결하는 방전제어 스위치를 포함한 보조 표시부를 구비하고; 상기 방전제어 스위치는, 상기 2D 영상 구현을 위한 2D 모드에서 상기 제1 직류제어전압에 의해 오프 되고, 상기 3D 영상 구현을 위한 3D 모드에서 상기 제2 직류제어전압에 의해 슬라이트-온 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 영상표시장치는 서브 픽셀을 메인 표시부와 보조 표시부로 분할 구동함과 아울러, 보조 표시부를 블랙 스트라이프로 기능시키기 위한 방전제어 스위치를 직류 레벨의 제어전압을 통해 제어함으로써, 2D 영상의 휘도를 저하시키지 않으면서 3D 영상의 상하 시야각을 넓게 확보할 수 있다.

도 1은 종래 편광 안경방식을 보여주는 도면.
도 2는 편광 안경방식에서 시야각 개선을 위해 사용되는 블랙 스트라이프로 인해 2D 영상의 휘도가 저하되는 것을 설명하기 위한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편광 안경방식의 영상표시장치를 보여주는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 단위 픽셀들 중 어느 하나를 보여주는 도면.
도 6은 도 4에 도시된 제어전압 발생부의 세부 구성을 보여주는 도면.
도 7은 제1 및 제2 제어전압의 전압 레벨을 보여주는 도면.
도 8은 도 5에 도시된 R 서브 픽셀의 접속 구성을 상세히 보여주는 도면.
도 9는 각 구동 모드에서 R 서브 픽셀의 충전 및 방전 파형을 보여주는 도면.
도 10은 화소전극-공통전극 간 전위차와, 투과율의 상관 관계를 보여주는 도면.
도 11은 2D 모드에서 R 서브 픽셀의 표시 상태를 보여주는 도면.
도 12는 3D 모드에서 R 서브 픽셀의 표시 상태를 보여주는 도면.
도 13는 3D 모드에서 보조 표시부들이 블랙 스트라이프 기능을 수행하는 것을 보여주는 도면.
도 14a는 T1 기간에서 충전 전류와 방전 전류의 상대적 크기를 보여주는 도면.
도 14b는 T2 기간에서 충전 전류와 방전 전류의 상대적 크기를 보여주는 도면.
도 15는 3D 모드 하에서의 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면.
도 16 내지 도 18은 도 8과 같은 서브픽셀 회로를 대상으로 3D 모드에서 방전제어 스위치의 게이트전극에 인가되는 제어전압을 펄스 형태로 인가할 때의 부작용을 설명하기 위한 도면들.

이하, 도 3 내지 도 18을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편광 안경방식의 영상표시장치를 보여준다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 이 영상표시장치는 표시소자(10), 패턴드 리타더(20), 제어부(30), 패널 구동부(40) 및 편광 안경(50)을 구비한다.

표시소자(10)는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시소자(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 및 무기 전계발광소자와 유기발광다이오드소자(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 포함한 전계발광소자(Electroluminescence Device, EL), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자로 구현될 수 있다. 이하에서, 표시소자(10)를 액정표시소자를 중심으로 설명한다.

표시소자(10)는 표시패널(11)과, 상부 편광필름(Polarizer)(11a)과, 하부 편광필름(11b)을 포함한다.

표시패널(11)은 두 장의 유리기판들과 이들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 표시패널(11)의 하부 유리기판에는 다수의 데이터라인들(DL), 이 데이터라인들(DL)과 각각 교차되는 다수의 게이트라인들(GL)이 배치된다. 이러한, 신호라인들(DL,GL)의 교차 구조에 의해 표시패널(11)에는 다수의 단위 픽셀들(PIX)을 포함한 픽셀 어레이가 형성된다. 표시패널(11)의 하부 유리기판에는 공통전압(Vcom)이 공급되는 공통라인과, 직류제어전압들(LCV1,LCV2)이 공급되는 방전 제어라인이 더 형성된다. 표시패널(11)의 상부 유리기판 상에는 블랙매트릭스, 컬러필터 및 공통전극이 형성된다.

표시패널(11)의 상부 유리기판과 하부 유리기판 각각에는 상부 및 하부 편광필름(11a, 11b)이 부착되고 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 공통전압(Vcom)이 공급되는 공통전극은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판 상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극과 함께 하부 유리기판 상에 형성된다. 유리기판들 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성될 수 있다.

이러한 본 발명의 표시소자(10)는 투과형 표시소자, 반투과형 표시소자, 반사형 표시소자 등 어떠한 형태로도 구현될 수 있다. 투과형 표시소자와 반투과형 표시소자에서는 백라이트 유닛(12)이 필요하다. 백라이트 유닛(12)은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다.

패턴드 리타더(20)는 표시패널(11)의 상부 편광필름(11a)에 부착된다. 패턴드 리타더(20)의 기수 라인들에는 제1 리타더(RT1)가 형성되고, 패턴드 리터더(20)의 우수 라인들에는 제2 리타더(RT2)가 형성된다. 제1 리타더(RT1)의 광흡수축과 제2 리타더(RT2)의 광흡수축은 서로 다르다. 패턴드 리타더(20)의 제1 리타더(RT1)는 픽셀 어레이의 기수번째 픽셀 라인과 대향하고, 제2 리타더(RT2)는 픽셀 어레이의 우수번째 픽셀 라인과 대향한다. 제1 리타더(RT1)는 상부 편광필름(11a)을 통해 입사되는 선편광의 위상을 1/4 파장 만큼 지연시켜 제1 편광(예컨대, 좌원편광)으로 통과시킨다. 제2 리타더(RT2)는 상부 편광필름(11a)을 통해 입사되는 선편광의 위상을 1/4 파장 만큼 지연시켜 제2 편광(예컨대, 우원편광)으로 통과시킨다.

제어부(30)는 모드 선택신호(SEL)에 따라 2D 모드 또는 3D 모드로 패널 구동부(40)의 동작을 제어한다. 제어부(30)는 터치 스크린, 온 스크린 디스플레이(On screen display, OSD), 키보드, 마우스, 리모트 콘트롤러(Remote controller)와 같은 유저 인터페이스를 통해 모드 선택신호(SEL)를 입력 받고 그에 따라 2D 모드 동작과 3D 모드 동작을 전환할 수 있다. 한편, 제어부(30)는 입력 영상의 데이터에 인코딩된 2D/3D 식별 코드 예를 들면, 디지털 방송 규격의 EPG(Electronic Program Guide) 또는 ESG(Electronic Service Guide)에 코딩될 수 있는 2D/3D 식별코드를 검출하여 2D 모드와 3D 모드를 구분할 수도 있다.

제어부(30)는 3D 모드 하에서 비디오 소스로부터 입력되는 3D 영상 데이터를 좌안 영상의 RGB 데이터와 우안 영상의 RGB 데이터로 분리한 후, 좌안 영상의 RGB 데이터와 우안 영상의 RGB 데이터를 1 수평라인분씩 교대로 패널 구동부(40)에 공급한다. 제어부(30)는 2D 모드 하에서 비디오 소스로부터 입력되는 2D 영상의 RGB 데이터를 패널 구동부(40)에 순차적으로 공급한다.

제어부(30)는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 도트 클럭(DCLK) 등의 타이밍신호들을 이용하여 패널 구동부(40)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호들을 발생한다.

데이터 드라이버(40A)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 제어신호는 1 수평라인분의 데이터가 표시되는 1 수평기간 중에서 데이터의 시작점을 지시하는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse : SSP), 라이징(Rising) 또는 폴링(Falling) 에지에 기준하여 데이터의 래치동작을 제어하는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock : SSC), 데이터 드라이버(40A)의 출력을 제어하는 소스 출력 인에이블신호(SOE), 및 표시패널(11)의 액정셀들에 공급될 데이터전압의 극성을 제어하는 극성제어신호(POL) 등을 포함한다.

게이트 드라이버(40B)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어신호는 한 화면이 표시되는 1 수직기간 중에서 스캔이 시작되는 시작 수평라인을 지시하는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse : GSP), 게이트 드라이버(40B) 내의 쉬프트 레지스터에 입력되어 게이트 스타트 펄스(GSP)를 순차적으로 쉬프트시키기 위한 게이트 쉬프트 클럭신호(Gate Shift Clock : GSC), 및 게이트 드라이버(40B)의 출력을 제어하는 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable : GOE) 등을 포함한다.

제어부(30)는 입력 프레임 주파수에 동기되는 타이밍신호들(Vsync,Hsync,DE,DCLK)을 체배하여 N×f(N은 2이상의 양의 정수, f는 입력 프레임 주파수)Hz의 프레임 주파수로 패널 구동부(40)의 동작을 제어할 수 있다. 입력 프레임 주파수는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz이다.

패널 구동부(40)는 표시패널(11)의 데이터라인들(DL)을 구동시키기 위한 데이터 드라이버(40A)와, 표시패널(11)의 게이트라인들(GL)을 구동시키기 위한 게이트 드라이버(40B)와, 표시패널(11)의 방전 제어라인을 구동시키기 위한 제어전압 발생부(40C)를 포함한다.

데이터 드라이버(40A)의 소스 드라이브 IC들 각각은 쉬프트 레지스터(Shift register), 래치(Latch), 디지털-아날로그 변환기(Digital to Analog convertor, DAC), 출력 버퍼(Output buffer) 등을 포함한다. 데이터 드라이버(40A)는 데이터 제어신호(SSP,SSC,SOE)에 따라 2D 또는 3D 영상의 RGB 데이터를 래치한다. 데이터 드라이버(40A)는 극성제어신호(POL)에 응답하여 2D 또는 3D 영상의 RGB 데이터를 아날로그 정극성 감마보상전압과 부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압의 극성을 반전시킨다. 데이터 드라이버(40A)는 게이트 드라이버(40B)로부터 출력되는 스캔펄스(또는, 게이트펄스)에 동기되도록 데이터전압을 데이터라인들(DL)로 출력한다. 데이터 드라이버(40A)의 소스 드라이브 IC들은 TAB(Tape Automated Bonding) 공정에 의해 표시패널(11)의 하부 유리기판에 접합될 수 있다.

게이트 드라이버(40B)는 게이트 제어신호(GSP,GSC,GOE)에 따라 게이트 하이 전압과 게이트 로우 전압 사이에서 스윙되는 스캔펄스를 발생한다. 그리고, 게이트 제어신호(GSP,GSC,GOE)에 따라 스캔펄스를 게이트라인들(GL)에 라인 순차 방식으로 공급한다. 게이트 드라이버(40B)는 게이트 쉬프트 레지스터 어레이(Gate shift register array)등을 포함한다. 게이트 드라이버(40B)의 게이트 쉬프트 레지스터 어레이는 표시패널(11)에서 픽셀 어레이가 형성된 표시영역 바깥의 비 표시영역에 GIP(Gate In Panel) 방식으로 형성될 수 있다. GIP 방식에 의해, 게이트 쉬프트 레지스터들은 픽셀 어레이의 TFT 공정에서 픽셀 어레이와 함께 형성될 수 있다.

제어전압 발생부(40C)는 제1 직류제어전압(LCV1)과 제2 직류제어전압(LCV2)을 발생하고, 모드 선택신호(SEL)에 따라 제1 직류제어전압(LCV1)과 제2 직류제어전압(LCV2)을 선택적으로 방전 제어라인에 공급한다. 제1 직류제어전압(LCV1)은 오프 레벨로 발생되고, 제2 직류제어전압(LCV2)은 오프 레벨보다 높고 풀-온 레벨보다 낮은 슬라이트-온 레벨로 발생되되 공통전압(Vcom)보다 높게 발생된다. 제1 직류제어전압(LCV1)과 제2 직류제어전압(LCV2)은 도 8에 도시된 방전제어 스위치(DST)의 게이트전극에 인가되어 방전제어 스위치(DST)의 전류 패스 동작을 스위칭한다.

편광 안경(50)은 좌안 편광필터를 갖는 좌안(50L)과 우안 편광필터를 갖는 우안(50R)을 구비한다. 좌안 편광필터는 패턴드 리타더(20)의 제1 리타더(RT1)와 동일한 광흡수축을 가지며, 우안 편광필터는 패턴드 리타더(20)의 제2 리타더(RT2)와 동일한 광흡수축을 가진다. 예들 들면, 편광 안경(50)의 좌안 편광필터는 좌원편광 필터로 선택될 수 있고, 편광 안경(50)의 우안 편광필터는 우원편광 필터로 선택될 수 있다. 사용자는 편광 안경(50)을 통해 표시소자(10)에 공간분할 방식으로 표시된 3D 영상 데이터를 감상할 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 단위 픽셀들(PIX) 중 어느 하나를 보여준다.

도 5를 참조하면, 이 단위 픽셀(PIX)은 R 서브 픽셀(SPr), G 서브 픽셀(SPg), 및 B 서브 픽셀(SPb)을 포함한다.

R 서브 픽셀(SPr)은 제1 게이트라인(GL1)과 방전 제어라인(CONL)을 사이에 두고 양쪽에 배치된 R 메인 표시부(SPr1)와 R 보조 표시부(SPr2)를 포함한다. R 메인 표시부(SPr1)와 R 보조 표시부(SPr2)는 제1 게이트라인(GL1)에 게이트 하이 전압이 인가될 때 제1 데이터라인(DL1)에 전기적으로 접속된다. R 보조 표시부(SPr2)는 방전 제어라인(CONL)에 제2 직류제어전압(LCV2)이 인가될 때 공통라인(CL)에 전기적으로 접속된다.

G 서브 픽셀(SPg)은 제1 게이트라인(GL1)과 방전 제어라인(CONL)을 사이에 두고 양쪽에 배치된 G 메인 표시부(SPg1)와 G 보조 표시부(SPg2)를 포함한다. G 메인 표시부(SPg1)와 G 보조 표시부(SPg2)는 제1 게이트라인(GL1)에 게이트 하이 전압이 인가될 때 제2 데이터라인(DL2)에 전기적으로 접속된다. G 보조 표시부(SPg2)는 방전 제어라인(CONL)에 제2 직류제어전압(LCV2)이 인가될 때 공통라인(CL)에 전기적으로 접속된다.

B 서브 픽셀(SPb)은 제1 게이트라인(GL1)과 방전 제어라인(CONL)을 사이에 두고 양쪽에 배치된 B 메인 표시부(SPb1)와 B 보조 표시부(SPb2)를 포함한다. B 메인 표시부(SPb1)와 B 보조 표시부(SPb2)는 제1 게이트라인(GL1)에 게이트 하이 전압이 인가될 때 제3 데이터라인(DL3)에 전기적으로 접속된다. B 보조 표시부(SPb2)는 방전 제어라인(CONL)에 제2 직류제어전압(LCV2)이 인가될 때 공통라인(CL)에 전기적으로 접속된다.

이러한, 보조 표시부은 2D 모드에서 메인 표시부와 동일한 2D 영상을 표시하는 반면, 3D 모드에서 3D 영상을 표시하는 메인 표시부와 달리 블랙 영상을 표시함으로써, 2D 영상의 휘도를 저하시키지 않으면서 3D 영상의 상하 시야각을 넓히는 기능을 한다.

도 6은 도 4에 도시된 제어전압 발생부(40C)의 세부 구성을 보여준다. 도 7은 제1 및 제2 제어전압의 전압 레벨을 보여준다.

도 6을 참조하면, 제어전압 발생부(40C)는 DC-DC 발생기(402)와 멀티플렉서(404)를 포함한다.

DC-DC 발생기(402)는 입력 직류 전원을 이용하여 제1 직류제어전압(LCV1)과 제2 직류제어전압(LCV2)을 발생한다.

제1 직류제어전압(LCV1)은 도 7과 같이 스캔펄스(SP)의 게이트 로우 전압(VGL)과 동일 레벨로 발생될 수 있다. 스위치를 오프(off)시킬 수 있는 스캔펄스(SP)의 게이트 로우 전압(VGL)이 -5V로 선택되는 경우, 제1 직류제어전압(LCV1)은 -5V 또는 그 이하로 발생될 수 있다.

제2 직류제어전압(LCV2)은 도 7과 같이 공통전압(Vcom)보다 높고 스캔펄스(SP)의 게이트 하이 전압(VGH)보다 낮은 레벨로 발생된다. 제2 직류제어전압(LCV2)은 방전제어 스위치(DST)의 온 상태를 슬라이트 온 레벨(slight on level)로 유지시킬 수 있도록 게이트 하이 전압(VGH)과 공통전압(Vcom) 사이에서 적절한 값으로 선택될 수 있다. 공통전압(Vcom)이 7.5V로 선택되고 스위치를 완전히 온(fully on)시킬 수 있는 스캔펄스(SP)의 게이트 하이 전압(VGH)이 28V로 선택되는 경우, 제2 직류제어전압(LCV2)은 10V로 발생될 수 있다.

멀티플렉서(404)는 모드 선택신호(SEL)에 따라 제1 직류제어전압(LCV1)과 제2 직류제어전압(LCV2)을 선택적으로 방전 제어라인에 출력한다. 멀티플렉서(404)는, 2D 모드에서는 제1 직류제어전압(LCV1)을 출력하고, 3D 모드에서는 제2 직류제어전압(LCV2)을 출력한다.

제1 및 제2 제어전압(LCV1,LCV2)은 방전제어 스위치(DST)의 동작을 제어한다. 방전제어 스위치(DST)의 동작 제어에 상기와 같은 직류 레벨의 제어전압들(LCV1,LCV2)을 이용하는 이유는, 도 16 내지 도 18과 같은 킥백(kick-back) 전압으로 인한 부작용을 없애기 위함이다. 킥백 전압은, 스위치가 턴 온 상태에서 턴 오프 상태로 전환되는 시점에서 액정 커패시터의 화소전압이 충전(또는 방전) 레벨로 유지되지 못하고 ΔVP만큼 쉬프트되는데, 이때의 전압 쉬프트 량(ΔVP)을 지시한다. 킥백 전압이 발생하는 이유는 스위치의 게이트전극에 인가되는 제어전압이 펄스 형태를 띠기 때문이다. 킥백 전압의 크기는 스위치의 게이트-소스 간 기생저항과, 스위치의 게이트 온 전압-게이트 오프 전압 간 차에 비례한다.

도 8은 도 5에 도시된 R 서브 픽셀(SPr)의 접속 구성을 상세히 보여준다. 도 9는 각 구동 모드에서 R 서브 픽셀(SPr)의 충전 및 방전 파형을 보여준다. 도 10은 화소전극-공통전극 간 전위차와, 투과율의 상관 관계를 보여주는 그래프이다. 그리고, 도 11 내지 도 13는 도 9의 충전 파형에 따른 작용 효과를 보여준다. G 및 B 서브 픽셀(SPg,SPb)의 접속 구성 및 작용 효과는 R 서브 픽셀(SPr)과 유사하므로 생략한다.

도 8을 참조하면, R 서브 픽셀(SPr)은 게이트라인(GL1)을 사이에 두고 양쪽에 배치된 메인 표시부(SPr1)와 보조 표시부(SPr2)를 포함한다.

메인 표시부(SPr1)는 제1 화소전극(Ep1), 이 제1 화소전극(Ep1)과 대향하여 제1 액정 커패시터(Clc1)를 구성하는 제1 공통전극(Ec1), 및 제1 스토리지 커패시터(Cst1)를 구비한다. 제1 화소전극(Ep1)은 제1 스위치(ST1)를 통해 데이터라인(DL1)에 연결된다. 제1 스위치(ST1)는 스캔펄스(SP1)에 응답하여 턴 온 됨으로써 데이터라인(DL1) 상의 데이터전압(Vdata)을 제1 화소전극(Ep1)에 인가한다. 제1 스위치(ST1)의 게이트전극은 게이트라인(GL1)에 접속되고, 소스전극은 데이터라인(DL1)에 접속되며, 드레인전극은 제1 화소전극(Ep1)에 접속된다. 제1 공통전극(Ec1)은 공통전압(Vcom)으로 충전된 공통라인(CL)에 접속된다. 제1 스토리지 커패시터(Cst1)는 절연층을 사이에 두고 제1 화소전극(Ep1)과 공통라인(CL)의 중첩으로 형성된다.

보조 표시부(SPr2)는 제2 화소전극(Ep2), 이 제2 화소전극(Ep2)과 대향하여 제2 액정 커패시터(Clc2)를 구성하는 제2 공통전극(Ec2), 및 제2 스토리지 커패시터(Cst2)를 구비한다. 제2 화소전극(Ep2)은 제2 스위치(ST2)를 통해 데이터라인(DL1)에 연결된다. 제2 스위치(ST2)는 스캔펄스(SP1)에 응답하여 턴 온 됨으로써 데이터라인(DL1) 상의 데이터전압(Vdata)을 제2 화소전극(Ep2)에 인가한다. 제2 스위치(ST2)의 게이트전극은 게이트라인(GL1)에 접속되고, 소스전극은 데이터라인(DL1)에 접속되며, 드레인전극은 제2 화소전극(Ep2)에 접속된다. 제2 공통전극(Ec2)은 공통전압(Vcom)으로 충전된 공통라인(CL)에 접속된다. 제2 스토리지 커패시터(Cst2)는 절연층을 사이에 두고 제2 화소전극(Ep2)과 공통라인(CL)의 중첩으로 형성된다.

또한, 제2 화소전극(Ep2)은 방전제어 스위치(DST)를 통해 공통라인(CL)에 연결된다. 방전제어 스위치(DST)는 제1 직류제어전압(LCV1)과 제2 직류제어전압(LCV2)에 선택적으로 응답하여 제2 화소전극(Ep2)과 공통라인(CL) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. 방전제어 스위치(DST)의 게이트전극은 방전 제어라인(CONL)에 접속되고, 소스전극은 제2 화소전극(Ep2)에 접속되며, 드레인전극은 공통라인(CL)에 접속된다. 제1 직류제어전압(LCV1)이 인가될 때, 방전제어 스위치(DST)는 자신의 소스-드레인 간 채널을 완전히 폐쇄하여 제2 화소전극(Ep2)과 공통라인(CL) 사이의 전류 패스를 차단한다. 제2 직류제어전압(LCV2)이 인가될 때, 방전제어 스위치(DST)는 자신의 소스-드레인 간 채널을 부분 개방하여 제2 화소전극(Ep2)과 공통라인(CL) 사이의 전류 패스를 부분적으로 허여한다.

방전제어 스위치(DST)는 제1 및 제2 스위치(ST1,ST2)와 동일한 채널 용량을 갖도록 설계된다. 따라서, 방전제어 스위치(DST)의 온 상태는 게이트 하이 전압(VGH)에 비해 낮은 레벨의 제2 직류제어전압(LCV2)이 인가됨에 따라, 풀 온 레벨(full on level) 보다 낮은 슬라이트 온 레벨(slight on level)을 띠게 된다. 제2 스위치(ST2)와 방전제어 스위치(DST)가 동시에 온 되더라도, 방전제어 스위치(DST)를 통해 흐르는 전류량은, 제2 스위치(ST2)를 통해 흐르는 전류량에 비해 적다.

이러한 접속 구성을 갖는 R 서브 픽셀(SPr)의 동작과 함께 그의 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 2D 모드 하에서의 동작을 설명하면,

방전제어 스위치(DST)는 제1 직류제어전압(LCV1)에 응답하여 T1 및 T2 기간 동안 계속해서 턴 오프 상태를 유지한다.

T1 기간 동안, 게이트 하이 전압(VGH) 레벨로 입력되는 스캔펄스(SP1)에 응답하여 제1 및 제2 스위치(ST1,ST2)는 동시에 풀-온 레벨로 턴 온 된다.

제1 스위치(ST1)의 턴 온에 의해 메인 표시부(SPr1)의 제1 화소전극(Ep1)에는 2D 영상 구현을 위한 데이터전압(Vdata)이 제1 화소전압(Vp1)으로 충전되고, 제2 스위치(ST2)의 턴 온에 의해 보조 표시부(SPr2)의 제2 화소전극(Ep2)에도 마찬가지로 2D 영상 구현을 위한 동일한 데이터전압(Vdata)이 제2 화소전압(Vp2)으로 충전된다. 제1 및 제2 스위치(ST1,ST2)는 동일하게 설계되기 때문에, 제2 화소전압(Vp2)은 제1 화소전압(Vp1)과 실질적으로 동일하다.

T2 기간 동안, 게이트 로우 전압(VGL) 레벨로 입력되는 스캔펄스(SP1)에 응답하여 제1 및 제2 스위치(ST1,ST2)는 동시에 턴 오프 된다.

제1 스위치(ST1)의 턴 오프에 의해, 메인 표시부(SPr1)의 제1 화소전극(Ep1)에 충전되어 있던 제1 화소전압(Vp1)은 킥백 전압의 영향으로 ΔVP1만큼 쉬프트되고, 제1 스토리지 커패시터(Cst1)에 의해 이 쉬프트 된 값으로 유지된다. 제2 스위치(ST2)의 턴 오프에 의해, 보조 표시부(SPr2)의 제2 화소전극(Ep2)에 충전되어 있던 제2 화소전압(Vp2)은 킥백 전압의 영향으로 ΔVP1만큼 쉬프트되고, 제2 스토리지 커패시터(Cst2)에 의해 이 쉬프트 된 값으로 유지된다.

한편, T1 및 T2 기간에서 메인 표시부(SPr1)의 제1 공통전극(Ec1)과 보조 표시부(SPr2)의 제2 공통전극(Ec2)에는 공통전압(Vcom)이 인가되고 있다. 제1 화소전압(Vp1)과 공통전압(Vcom) 간 전압차는 제2 화소전압(Vp2)과 공통전압(Vcom) 간 전압차와 동일하게 유지된다. 화소전극과 공통전극 간 전위차와 투과율은 도 10과 같이 서로 비례 관계를 갖는다. 그 결과, 메인 표시부(SPr1)와 보조 표시부(SPr2)는 도 11과 같이 동일 계조의 2D 영상을 구현하게 된다. 여기서, 보조 표시부(SPr2)에 표시되는 2D 이미지는 2D 영상의 휘도를 높이는 역할을 한다.

다음으로 도 14a 및 도 14b를 더 결부하여 3D 모드 하에서의 동작을 설명하면,

방전제어 스위치(DST)는 제2 직류제어전압(LCV2)에 응답하여 T1 및 T2 기간 동안 계속해서 슬라이트-온 레벨의 온 상태를 유지한다.

제1 스위치(ST1)의 턴 온에 의해 메인 표시부(SPr1)의 제1 화소전극(Ep1)에는 3D 영상 구현을 위한 데이터전압(Vdata)이 제1 화소전압(Vp1)으로 충전되고, 제2 스위치(ST2)의 턴 온에 의해 보조 표시부(SPr2)의 제2 화소전극(Ep2)에도 마찬가지로 3D 영상 구현을 위한 동일한 데이터전압(Vdata)이 제2 화소전압(Vp2)으로 충전된다. 도 14a와 같이 T1 기간에서, 슬라이트-온 레벨의 온 상태를 갖는 방전제어 스위치(DST)의 등가저항(R(DST))에 비해, 풀-온 레벨의 온 상태를 갖는 제2 스위치(ST2)의 등가저항(R(ST2))은 훨씬 작다. 그 결과, 제2 화소전극(Ep2)으로 유입되는 충전 전류는, 제2 화소전극(Ep2)으로부터 유출되는 방전 전류에 비해 훨씬 많게 된다. 따라서, T1 기간 동안 슬라이트-온 레벨의 온 상태를 갖는 방전제어 스위치(DST)는 제2 화소전압(Vp2)의 충전 특성에 거의 영향을 주지 않기 때문에, 제2 화소전압(Vp2)은 제1 화소전압(Vp1)에 유사한 레벨로 충전된다.

제1 스위치(ST1)의 턴 오프에 의해, 메인 표시부(SPr1)의 제1 화소전극(Ep1)에 충전되어 있던 제1 화소전압(Vp1)은 킥백 전압의 영향으로 ΔVP1만큼 쉬프트되고, 제1 스토리지 커패시터(Cst1)에 의해 이 쉬프트 된 값으로 유지된다. 제2 스위치(ST2)의 턴 오프에 의해, 보조 표시부(SPr2)의 제2 화소전극(Ep2)에 충전되어 있던 제2 화소전압(Vp2)은 킥백 전압의 영향으로 ΔVP1만큼 쉬프트됨과 아울러, 도 14b와 같은 제2 화소전극(Ep2)으로부터 유출되는 방전 전류에 의해 소정 기간 내에 공통전압(Vcom) 레벨로 방전된다. 도 14b에서, 오프 상태를 갖는 제2 스위치(ST2)의 등가저항(R(ST2))에 비해, 슬라이트-온 레벨의 온 상태를 갖는 방전제어 스위치(DST)의 등가저항(R(DST))은 훨씬 작다. 그 결과, 제2 화소전극(Ep2)으로부터 유출되는 방전 전류는, 제2 화소전극(Ep2)으로 유입되는 누설 전류에 비해 훨씬 많게 된다. 방전 완료된 제2 화소전압(Vp2)은 도 16과 같은 킥백 전압(ΔVP2)의 영향 없이 제2 스토리지 커패시터(Cst2)에 의해 공통전압(Vcom) 레벨로 유지된다.

한편, T1 및 T2 기간에서 메인 표시부(SPr1)의 제1 공통전극(Ec1)과 보조 표시부(SPr2)의 제2 공통전극(Ec2)에는 공통전압(Vcom)이 인가되고 있다. 제1 화소전압(Vp1)과 공통전압(Vcom) 간 전압차와 달리, 제2 화소전압(Vp2)과 공통전압(Vcom) 간 전압차는 "0"이 된다. 그 결과, 도 10과 같은 전위차-투과율 특성에 따라, 메인 표시부(SPr1)는 도 12와 같이 특정 계조의 3D 영상을 표시하게 되고, 보조 표시부(SPr2)는 도 12와 같이 블랙 계조의 3D 영상을 표시하게 된다. 보조 표시부(SPr2)는 액티브 블랙 스트라이프로 기능을 한다.

보조 표시부(SPr2)에 표시되는 블랙 이미지는 도 13과 같이 수직으로 이웃한 3D 이미지들(즉, 좌안 이미지(L)와 우안 이미지(R)) 사이의 표시 간격(D)을 넓히는 역할을 한다. 이에 따라, 별도의 블랙 스트라이프 패턴 없이도 크로스토크(Crosstalk)가 발생되지 않는 3D 상하 시야각이 상기 블랙 이미지를 통해 넓게 확보될 수 있게 된다.

도 15는 3D 모드 하에서의 시뮬레이션 결과를 보여준다.

도 15를 참조하면, 이 시뮬레이션에서는 28V의 게이트 하이 전압(VGH)과 7.5V의 공통전압(Vcom) 사이에서 대략 10V로 제2 직류제어전압(LCV2)을 선택하였다. 이를 통해, 본 발명에 따르면, T1 기간 동안 제2 화소전압(Vp2)의 충전 특성을 저해하지 않으면서(즉, 제2 화소전압(Vp2)을 제1 화소전압(Vp1)과 유사 레벨로 충전), T2 기간 내에서 방전 완료된 제2 화소전압(Vp2)을 킥백 전압의 영향 없이 공통전압(Vcom) 레벨로 유지시킬 수 있음을 알 수 있었다.

도 16 내지 도 18은 도 8과 같은 서브픽셀 회로를 대상으로 3D 모드에서 방전제어 스위치의 게이트전극에 인가되는 제어전압을 펄스 형태로 인가할 때의 부작용을 설명하기 위한 도면들이다.

도 16에서는 본 발명의 도 9와 달리, 제어전압(VCT)을 펄스 형태로 인가한다. 즉, 제어전압(VCT)을 T3 기간 동안에만 게이트 하이 전압(VGH) 레벨로 인가하고 그 외의 기간들(T1,T2,T4)에서는 게이트 로우 전압(VGL) 레벨로 인가한다.

본 발명과 달리, 도 16에서는 방전제어 스위치가 턴 온 상태에서 턴 오프 상태로 전환되는 시점(T3에서 T4로 넘어가는 시점)에서 킥백 전압의 영향으로, 제2 화소전압이 방전 레벨(공통전압 레벨)로 유지되지 못하고 ΔVP2만큼 아래로 쉬프트 되게 된다. 도 10과 같은 전위차-투과율 특성에 따르면 전위차가 커질수록 투과율이 상승하기 때문에, T4 기간동안 블랙 이미지로 구현되어야 할 보조 표시부(SPr2)가 ΔVP2에 상응하는 빛을 투과하여 그레이 이미지를 표시하게 된다.

이렇게 3D 모드에서 보조 표시부들이 블랙 스트라이프 기능을 수행하지 못하면, 도 18과 같이 좌안 이미지의 누설 빛(L1)이 제2 리타더(RT2)를 투과하여 우안 이미지(R1)에 섞이게 되고(L1이 우원 편광 형태의 간섭분(R1')으로서 R1에 섞이게 됨), 또한 우안 이미지의 누설 빛(R1)이 제1 리타더(RT1)를 투과하여 좌안 이미지(L2)에 섞이게 된다(R1이 좌원 편광 형태의 간섭분(L2')으로서 L2에 섞이게 됨). 누설 빛들(L1,R1등)은 3D 크로스토크를 유발하므로, 도 16과 같은 경우에는 3D 영상의 상하 시야각(α)을 넓히기 어렵다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상표시장치는 서브 픽셀을 메인 표시부와 보조 표시부로 분할 구동함과 아울러, 보조 표시부를 블랙 스트라이프로 기능시키기 위한 방전제어 스위치를 직류 레벨의 제어전압을 통해 제어함으로써, 2D 영상의 휘도를 저하시키지 않으면서 3D 영상의 상하 시야각을 넓게 확보할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

10 : 표시소자 11 : 표시패널
20 : 패턴드 리타더 30 : 제어부
40 : 패널 구동부 40A : 데이터 드라이버
40B : 게이트 드라이버 40C : 제어전압 발생부
50 : 편광 안경

Claims

다수의 서브 픽셀들을 포함하여 2D 영상과 3D 영상을 선택적으로 구현하는 표시패널;
상기 표시패널로부터의 빛을 제1 편광과 제2 편광의 빛들로 분할하는 패턴드 리타더; 및
오프 레벨로 제1 직류제어전압을 발생하고 상기 오프 레벨보다 높고 풀-온 레벨보다 낮은 슬라이트-온 레벨로 제2 직류제어전압을 발생하며, 구동 모드에 따라 상기 제1 직류제어전압과 제2 직류제어전압을 선택적으로 출력하는 제어전압 발생부를 구비하고;
상기 서브 픽셀들 각각은,
제1 스위치를 통해 데이터라인에 연결된 제1 화소전극, 및 상기 제1 화소전극과 대향되며 공통라인에 접속된 제1 공통전극을 포함한 메인 표시부와;
제2 스위치를 통해 상기 데이터라인에 연결된 제2 화소전극, 상기 제2 화소전극과 대향되며 상기 공통라인에 접속된 제2 공통전극, 및 상기 구동 모드에 따라 상기 제2 화소전극과 상기 공통라인을 선택적으로 연결하는 방전제어 스위치를 포함한 보조 표시부를 구비하고;
상기 방전제어 스위치는, 상기 2D 영상 구현을 위한 2D 모드에서 상기 제1 직류제어전압에 의해 오프 되고, 상기 3D 영상 구현을 위한 3D 모드에서 상기 제2 직류제어전압에 의해 슬라이트-온 되는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 표시패널에는 상기 제1 직류제어전압과 제2 직류제어전압이 선택적으로 인가되는 방전 제어라인이 더 구비되고;
상기 방전제어 스위치는, 상기 방전 제어라인에 접속되는 게이트전극, 상기 제2 화소전극에 접속되는 소스전극, 및 공통전압으로 충전된 상기 공통라인에 접속되는 드레인전극을 갖는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 방전제어 스위치는,
상기 2D 모드에서 상기 제2 화소전극과 공통라인 간 전류 패스를 차단하고;
상기 3D 모드에서 상기 제2 화소전극과 공통라인 간 전류 패스를 허여하여 상기 제2 화소전극에 충전된 전압을 상기 공통전압 레벨에 수렴되도록 방전시키는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 슬라이트-온 레벨의 제2 직류제어전압은 상기 공통전압보다 높은 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 스위치와 제2 스위치는, 동일한 게이트라인에 접속되며, 상기 게이트라인에 인가되는 스캔펄스에 의해 동시에 턴 온 및 턴 오프 되는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 화소전극과 제1 공통전극 간 전위차가 커질수록 상기 메인 표시부의 투과율은 상승하고;
상기 제2 화소전극과 제2 공통전극 간 전위차가 커질수록 상기 보조 표시부의 투과율은 상승하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
제 6 항에 있어서,
상기 2D 모드에서, 상기 메인 표시부와 보조 표시부는 동일한 2D 이미지를 표시하고;
상기 3D 모드에서, 상기 메인 표시부는 3D 이미지를 표시하고, 상기 보조 표시부는 블랙 이미지를 표시하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어전압 발생부는,
입력 직류 전원을 이용하여 상기 제1 직류제어전압과 제2 직류제어전압을 발생하는 DC-DC 발생기; 및
상기 구동 모드에 대한 선택신호에 따라 상기 제1 직류제어전압과 제2 직류제어전압을 선택적으로 상기 방전 제어라인에 출력하는 멀티플렉서를 구비하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.