KR20140141363A - 액정 표시 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신호 제어부 영상 데이터가 동영상을 표시하는 경우에는 동영상 주파수로, 상기 영상 데이터가 정지 영상을 표시하는 경우에는 저주파수인 정지 영상 주파수로 데이터 구동부와 게이트 구동부를 구동시키고, 복수의 화소는 서로 다른 극성의 데이터 전압이 인가되는 제1 화소 및 제2 화소를 포함하고, 복수의 게이트선은 제1 화소에 연결되는 제1 게이트선 및 제2 화소에 연결되는 제2 게이트선을 포함하고, 정지 영상을 표시하는 경우, 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선의 게이트 온 전압이 서로 다르게 인가되는 액정 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이고, 표시 품질의 저하 없이 저주파 구동에 의해 소비 전력을 줄일 수 있다.

Description

액정 표시 장치 및 그 구동 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 액정 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소비전력을 줄일 수 있는 액정 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층, 표시판에 데이터 전압을 공급하기 위한 데이터 구동부, 표시판에 게이트 신호를 공급하기 위한 게이트 구동부, 데이터 구동부와 게이트 구동부를 제어하기 위한 신호 제어부 등을 포함한다. 액정 표시 장치는 또한 각 화소 전극에 연결되어 있는 스위칭 소자를 제어하여 화소 전극에 데이터 전압을 인가하기 위한 게이트선과 데이터선 등 다수의 신호선을 포함한다.

화소 전극은 박막 트랜지스터(TFT) 등 스위칭 소자에 연결되어 데이터 전압을 인가받는다. 대향 전극은 표시판의 전면에 걸쳐 형성되어 있으며 공통 전압(Vcom)을 인가받는다. 화소 전극 및 대향 전극에 데이터 전압 및 공통 전압을 각각 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고, 이 전기장의 세기를 조절하여 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절함으로써 원하는 영상을 표시할 수 있다.

액정 표시 장치는 외부의 그래픽 제어기로부터 입력 영상 신호를 수신하며, 입력 영상 신호는 각 화소의 휘도 정보를 담고 있고, 각 화소는 원하는 휘도 정보에 대응되는 데이터 전압을 인가받는다. 화소에 인가된 데이터 전압은 공통 전극에 인가되는 공통 전압과의 차이에 따라 화소 전압으로 나타나며, 화소 전압에 따라 각 화소는 영상 신호의 계조가 나타내는 휘도를 표시한다. 이때, 액정층에 한 방향의 전계가 오랫동안 인가됨으로써 발생하는 열화 현상을 방지하기 위하여 프레임 별로, 행 별로, 열 별로 또는 화소 별로 기준이 되는 전압에 대한 데이터 전압의 극성을 반전시킨다. 또한, 표시 화면의 세로줄과 같은 얼룩이 생기는 것을 방지하기 위해 이웃하는 화소가 나타내는 화소 전압의 극성을 달리하기도 한다.

액정 표시 장치는 액정의 특성상 화소 전압의 극성이 음에서 양으로 변하는 라이징(rising)과 양에서 음으로 변하는 폴링(falling) 간에 응답 특성이 다르다. 즉, 일반적인 액정 구동 시 라이징 속도가 폴링 속도보다 느리고, 이러한 응답 속도의 차이는 휘도에 있어 변화를 유발한다. 응답 속도에 따른 변화는 높은 주파수로 액정 표시 장치를 구동시킬 경우에는 거의 문제되지 않지만, 저주파수로 구동시킬 때에는 휘도의 차이가 시각적으로 인식될 수 있다. TCSF(temporal contrast sensitivity function)을 참조하면, 특히 10 Hz 이하의 저주파 구동 시 실제 휘도 변화가 작을지라도 휘도 변화가 큰 것처럼 인식되므로 플리커(flicker)가 시인될 수 있고, 이것은 표시 품질을 저하시킨다.

본 발명은 표시 품질의 저하 없이 저주파 구동에 의해 소비 전력을 줄일 수 있는 액정 표시 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것을 목적을 한다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 복수의 게이트선, 복수의 데이터선, 및 개개의 화소가 게이트선과 데이터선에 연결되며 행렬 형태로 배열된 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 패널; 상기 복수의 게이트선에 연결되어 게이트 온 전압을 인가하는 게이트 구동부; 상기 복수의 데이터선에 연결되어 양의 데이터 전압과 음의 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동부; 및 상기 게이트 구동부와 상기 데이터 구동부를 제어하며, 외부로부터 제공되는 입력 데이터를 수신하는 신호 제어부;를 포함하며, 상기 신호 제어부는 상기 영상 데이터가 동영상을 표시하는 경우에는 동영상 주파수로, 상기 영상 데이터가 정지 영상을 표시하는 경우에는 저주파수인 정지 영상 주파수로 상기 데이터 구동부 및 상기 게이트 구동부를 구동시키고, 상기 복수의 화소는 서로 다른 극성의 데이터 전압을 인가받는 제1 화소 및 제2 화소를 포함하며, 상기 복수의 게이트선은 상기 제1 화소에 연결되는 제1 게이트선 및 상기 제2 화소에 연결되는 제2 게이트선을 포함하고, 정지 영상을 표시하는 경우, 상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선의 게이트 온 전압이 서로 다르게 인가된다.

상기 액정 표시 장치는 상기 행렬 형태로 배열된 복수의 화소에서 행과 열에 있는 화소 간의 극성이 모두 반전되는 도트 반전 구동 방식일 수 있다.

상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에는 서로 다른 레벨의 게이트 온 전압이 인가될 수 있다.

상기 제1 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 제1 게이트선에는 상기 제2 게이트선보다 낮은 레벨의 게이트 온 전압이 인가되고, 상기 제2 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 제2 게이트선에는 상기 제1 게이트선보다 낮은 레벨의 게이트 온 전압이 인가될 수 있다.

상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에는 동일한 레벨의 게이트 오프 전압이 인가될 수 있다.

상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에는 서로 다른 폭의 게이트 온 전압이 인가될 수 있다.

상기 제1 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 제1 게이트선에는 상기 제2 게이트선보다 좁은 폭의 게이트 온 전압이 인가되고, 상기 제2 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 제2 게이트선에는 상기 제1 게이트선보다 좁은 폭의 게이트 온 전압이 인가될 수 있다.

상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선 중 어느 하나에는 게이트 온 전압이 1 수평 시간(H time) 동안 인가되고 다른 하나에는 게이트 온 전압이 1 수평 시간보다 짧은 시간 동안 인가될 수 있다.

상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에는 서로 다른 레벨과 서로 다른 폭의 게이트 온 전압이 인가될 수 있다.

상기 제1 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 제1 게이트선에 상기 제2 게이트선보다 낮은 레벨과 좁은 폭의 게이트 온 전압이 인가되고, 상기 제2 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 제2 게이트선에 상기 제1 게이트선보다 낮은 레벨과 좁은 폭의 게이트 온 전압이 인가될 수 있다.

상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선의 게이트 온 전압은 동영상을 표시하는 경우에도 서로 다르게 인가될 수 있다.

상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에는 게이트 온 전압의 레벨 및/또는 폭이 서로 다르게 인가될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법은, 신호 제어부가 외부로부터 입력 데이터를 수신하는 단계; 상기 신호 제어부는 상기 입력 데이터가 동영상인지 정지 영상인지 구분하는 단계; 및 상기 입력 데이터가 정지 영상인 경우에는 상기 신호 제어부가 정지 영상 주파수로 액정 표시 패널, 게이트 구동부 및 데이터 구동부가 정지 영상을 표시하도록 하며, 동영상인 경우에는 동영상 주파수로 상기 액정 표시 패널, 상기 게이트 구동부 및 상기 데이터 구동부가 동영상을 표시하도록 하는 단계;를 포함하며, 상기 액정 표시 장치는 서로 다른 극성의 데이터 전압이 인가되는 제1 화소 및 제2 화소를 포함하는 복수의 화소를 포함하고, 상기 복수의 게이트선은 상기 제1 화소에 연결되는 제1 게이트선 및 상기 제2 화소에 연결되는 제2 게이트선을 포함하고, 상기 정지 영상을 표시할 때에, 상기 게이트 구동부는 상기 신호 제어부의 제어 하에 상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선의 게이트 온 전압을 서로 다르게 인가한다.

상기 게이트 구동부는 상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에 서로 다른 레벨 및/또는 폭의 게이트 온 전압을 인가할 수 있다.

상기 게이트 구동부는 상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에 동일한 레벨의 게이트 오프 전압을 인가할 수 있다.

상기 제1 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 게이트 구동부는 상기 제1 게이트선에 상기 제2 게이트선보다 낮은 레벨 및/또는 좁은 폭의 게이트 온 전압을 인가하고, 상기 제2 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 게이트 구동부는 상기 제2 게이트선에 상기 제1 게이트선보다 낮은 레벨 및/또는 좁은 폭의 게이트 온 전압을 인가할 수 있다.

상기 게이트 구동부는 상기 신호 제어부의 제어 하에 상기 정지 영상을 표시할 때에도 상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선의 게이트 온 전압을 서로 다르게 인가할 수 있다.

상기 액정 표시 장치는 도트 반전 구동될 수 있다.

본 발명에 의할 경우, 데이터 구동부의 한 계조별 출력 전압보다 작은 전압 차로 화소 전압을 제어할 수 있고 화소 전압 충전 시 라이징 응답 속도와 폴링 응답 속도 간의 차이로 인한 휘도의 변화를 최소화할 수 있다. 휘도 변화가 최소화됨에 따라 10 Hz 이하의 저주파 구동 시에도 플리커가 시인되지 않아 초저주파로 구동이 가능하고, 이에 따라 소비전력을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 한 화소의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 화소와 게이트선의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 화소와 게이트선의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 라이징 응답 속도와 폴링 응답 속도에 따라 화소 전압이 충전되는 특성과 이로 인해 발생하는 전체 휘도에 있어 변화를 나타낸 도면이다.
도 6은 화소 충전 시 전형적인 화소 전압의 충전 파형(a)과 본 발명의 일 실시예에 따라 게이트 온 전압 레벨을 작게 한 경우 화소 전압의 충전 파형(b)을 나타낸 도면이다.
도 7은 게이트 온 전압 레벨을 낮춤으로써 변하는 화소 전압의 충전 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 화소 충전 시 전형적인 화소 전압의 충전 파형(a)과 본 발명의 일 실시예에 따라 게이트 온 전압 인가 시간을 짧게 한 경우 화소 전압의 충전 파형(b)을 나타낸 도면이다.
도 9는 화소 충전 시 전형적인 화소 전압의 충전 파형(b)과 본 발명의 일 실시예에 따라 게이트 온 전압 레벨을 낮추고 동시에 게이트 온 전압 인가 시간을 짧게 한 경우 화소 전압의 충전 파형(b)을 나타낸 도면이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

먼저, 도 1과 도 2를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 한 화소의 등가 회로도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 액정 표시 장치(1)는 영상을 표시하는 액정 표시 패널(300), 게이트 구동부(400), 데이터 구동부(500) 및 신호 제어부(600)를 포함한다. 또한, 도 1에는 액정 표시 장치(1)의 외부에 위치하는 그래픽 처리부(GPU)(10)가 도시되어 있다.

그래픽 처리부(10)는 액정 표시 장치(1)에서 표시할 영상에 대한 데이터인 입력 데이터와 해당 영상이 정지 영상인지 동영상인지를 구분할 수 있는 구분 신호인 패널 셀프 리플래시(PSR) 신호를 제공할 수 있다. 그래픽 처리부(10)로부터 입력 데이터 및 PSR 신호를 수신한 액정 표시 장치(1)는 입력 데이터에 따른 영상을 표시하는 동작을 한다. 이때, PSR 신호에 기초하여 정지 영상으로 판명된 경우에 액정 표시 장치(1)는 스스로 기존 프레임의 영상을 다시 표시하도록 할 수 있다.

이하에서는 액정 표시 장치(1)의 각 부분에 대하여 도 1과 도 2를 교차 참고하면서 상세하게 살펴본다. 액정 표시 패널(300)은 서로 마주하는 하부 및 상부 표시판(100, 200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다. 액정 표시 패널(300)은 복수의 게이트선(G1∼Gn+1)과 복수의 데이터선(D1∼Dm)을 포함한다. 복수의 게이트선(G1∼Gn+1)은 가로 방향으로 연장되어 있으며, 복수의 데이터선(D1∼Dm)은 복수의 게이트선(G1∼Gn+1)과 절연되어 교차하면서 세로 방향으로 연장되어 있다.

하나의 게이트선(G1∼Gn+1) 및 하나의 데이터선(D1∼Dm)은 하나의 화소(PX)와 연결되어 있다. 화소(PX)는 매트릭스 형태로 배열되어 있으며, 하나의 각 화소(PX)는 박막 트랜지스터(Q), 액정 커패시터(Clc) 및 유지 커패시터(Cst)를 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터(Q)의 제어 단자는 하나의 게이트선(G1∼Gn+1)에 연결되고, 박막 트랜지스터(Q)의 입력 단자는 하나의 데이터선(D1∼Dm)에 연결되며, 박막 트랜지스터(Q)의 출력 단자는 액정 커패시터(Clc)의 일측 단자인 화소 전극(191) 및 유지 커패시터(Cst)의 일측 단자에 연결될 수 있다. 액정 커패시터(Clc)의 타측 단자는 공통 전극(270)에 연결되며, 유지 커패시터(Cst)의 타측 단자는 유지 전압(Vcst)을 인가받을 수 있다. 실시예에 따라서는 박막 트랜지스터(Q)의 채널층은 비정질 실리콘, 폴리 실리콘 또는 산화물 반도체일 수 있다.

한 행의 화소(PX)는 그 위 및 아래에 위치하는 한 쌍의 게이트선에 번갈아 가면서 연결되어 있을 수 있다. 즉, 게이트선(G1∼Gn+1) 중 하나는 상측에 위치한 화소와 하측에 위치한 화소를 번갈아 가면서 연결된 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면 하나의 화소 행에 속하는 홀수 번째 화소과 짝수 번째 화소는 서로 다른 게이트선에 연결될 수 있다. 이때, 데이터선(D1∼Dm) 각각은 하나의 열을 따라 위치하는 화소와 연결된다.

게이트선(G1∼Gn+1)은 화소 행의 수(n)보다 하나 더 많은 개수를 가질 수 있다. 도 1의 실시예에서 첫 번째 게이트선(G1)의 위쪽에는 화소 행이 존재하지 않아 아래쪽에 위치하는 화소 행과만 번갈아 연결되어 있으며, n+1번째 게이트선(Gn+1)은 아래쪽에는 화소 행이 존재하지 않아 위쪽에 위치하는 화소 행과만 번갈아 연결되어 있을 수 있다.

신호 제어부(600)는 외부로부터 입력되는 입력 데이터, PSR 신호 및 이의 제어 신호, 예를 들어, 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클럭 신호(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등에 응답하여 액정 표시 패널(300)의 동작 조건에 적합하게 처리한 후, 영상 데이터(DAT), 게이트 제어 신호(CONT1), 데이터 제어 신호(CONT2) 및 클록 신호를 생성하여 출력한다.

게이트 제어 신호(CONT1)는 게이트 온 전압(Von)의 출력 시작을 지시하는 수직 동기 시작 신호(STV), 게이트 온 전압(Von)의 출력 시기를 제어하는 게이트 클록 신호(CPV) 등을 포함할 수 있다.

데이터 제어 신호(CONT2)는 영상 데이터(DAT)의 입력 시작을 지시하는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D1∼Dm)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(TP) 등을 포함할 수 있다.

신호 제어부(600)는 게이트 제어 신호(CONT1)와 데이터 제어 신호(CONT2)를 사용하여 게이트 구동부(400)와 데이터 구동부(500)가 액정 표시 패널(300)에서 정지 영상과 동영상을 각각 정지 영상 주파수와 동영상 주파수로 표시하도록 할 수 있다. 여기서, 연속하는 복수의 프레임이 동일한 영상 데이터를 가지고 있으면 정지 영상을 표시하게 되고, 서로 다른 영상 데이터를 가지고 있으면 동영상을 표시하게 된다. 동영상인지 정지 영상인지는 PSR 신호를 통하여 신호 제어부(600)가 구분할 수 있다.

신호 제어부(600)는 정지 영상을 표시할 때 영상을 표시하는 정지 영상 주파수를 동영상을 표시할 때 영상을 표시하는 동영상 주파수보다 낮은 저주파수(정지 영상 주파수)로 표시하도록 할 수 있다. 정지 영상 주파수는 동영상 주파수의 2/3 이하의 값을 가질 수 있으며, 1 Hz 이상의 값을 가질 수 있다.

액정 표시 패널(300)의 복수의 게이트선(G1∼Gn+1)은 게이트 구동부(400)와 연결되어 있으며, 신호 제어부(600)로부터 인가된 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라서 게이트 온 전압(Von)이 순차적으로 인가되고, 게이트 온 전압(Von)이 인가되지 않는 구간에는 게이트 오프 전압(Voff)이 인가된다. 신호 제어부(600)는 게이트 제어 신호(CONT1)을 사용하여 게이트 구동부(400)가 게이트선(G1∼Gn+1)에 따라 레벨, 펄스 폭 등을 달리하는 게이트 온 전압(Von)을 인가하도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 게이트 온 전압(Von)이 정지 영상을 표시할 때 게이트선(G1∼Gn+1)에 따라 구분되어 인가되며, 동영상을 표시할 때에는 게이트선에 따른 구분 없이 인가된다. 하지만, 실시예에 따라서는 동영상을 표시할 때에도 게이트 온 전압(Von)이 게이트선(G1∼Gn+1)에 따라 구분되어 인가될 수 있다.

액정 표시 패널(300)의 복수의 데이터선(D1∼Dm)은 데이터 구동부(500)와 연결되어 있으며, 데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터 데이터 제어 신호(CONT2) 및 영상 데이터(DAT)를 전달받는다. 데이터 구동부(500)는 계조 전압 생성부(도시하지 않음)에서 생성된 계조 전압을 이용하여 영상 데이터(DAT)를 데이터 전압으로 변환하고 이를 데이터선(D1∼Dm)으로 전달한다. 데이터 전압은 양의 극성의 데이터 전압과 음의 극성의 데이터 전압을 포함한다. 양의 극성의 데이터 전압과 음의 극성의 데이터 전압은 프레임, 그리고 행 및/또는 열을 기준으로 교대로 인가되어 반전 구동한다. 이러한 반전 구동은 동영상을 표시하거나 정지 영상을 표시하거나 모두 적용된다.

본 발명의 실시예에서, 하나의 게이트선에 연결된 화소에는 동일한 극성의 데이터 전압이 인가된다. 이러한 화소 배열 구조는 다양할 수 있으며, 예컨대 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 화소와 게이트선의 연결 관계를 나타내고, 도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 화소와 게이트선의 연결 관계를 나타낸다.

도 3에는 이웃하는 행과 열에 있는 개개의 화소 간의 데이터 전압이 반전 구동되는 도트 반전 구동 방식의 액정 표시 패널의 일부가 간략하게 도시된다. 도 3에서 홀수 행의 게이트선(G1, G3)은 해당 게이트선의 상측과 하측에 위치하며 동일한 극성(+)의 데이터 전압이 인가되고 있는 화소에 상하 교호로 연결되고, 짝수 행의 게이트선(G2, G4)은 해당 게이트선의 상측과 하측에 위치하며 동일한 극성(-)의 전압이 인가되고 있는 화소에 교호로 연결된다 (단, 게이트선(G4)의 경우 도면에서 그 하측에 위치할 수 있는 화소 열이 생략되어 하측으로 연결되는 라인이 또한 생략되었다). 도시되지 않았지만, 데이터선(D1∼Dm) 각각은 하나의 열을 따라 위치하는 화소에 연결된다.

도 4에는 행 방향으로는 화소마다 극성이 반전되지만 열 방향으로는 2열마다 극성이 반전되는 2도트 반전 구동 방식의 액정 표시 패널의 일부가 간략하게 도시된다. 도 3의 경우와 마찬가지로, 홀수 행의 게이트선(G1, G3)은 해당 게이트선의 상측과 하측에 위치하며 동일한 극성(+)의 데이터 전압이 인가되고 있는 화소에 상하 교호로 연결된다. 그러나 짝수 행의 게이트선(G2, G4)은 해당 게이트선의 상측과 하측에 위치하며 동일한 극성(-)의 전압이 인가되고 있는 화소에 상하 동일 라인으로 연결된다 (단, 게이트선(G4)의 경우 도면에서 그 하측에 위치할 수 있는 화소 열이 생략되어 하측으로 연결되는 라인이 또한 생략되었다).

이하에서는 도 3의 화소 배열을 보다 일반화한 도 1의 화소 배열을 다시 살펴본다. 도 1에서 한 행의 화소(PX)는 그 위 및 아래에 위치하는 한 쌍의 게이트선에 번갈아 가면서 연결되어 있다. 또한, 게이트선(G1∼Gn+1)도 해당 게이트선의 상측에 위치한 화소와 하측에 위치한 화소를 번갈아 가면서 연결된 구조를 가진다. 도 1의 실시예에서는 첫 번째 게이트선(G1)의 위쪽에는 화소 행이 존재하지 않아 아래쪽에 위치하는 화소 행과만 번갈아 연결되어 있다. 또한, 게이트선(G1∼Gn+1)은 화소 행의 수(n)보다 하나 더 많은 개수를 가진다. 첫 번째 게이트선(G1)은 첫 번째 화소행의 홀수 번째 화소 열에 위치하는 화소와 연결되고, 두 번째 게이트선(G2)은 두 번째 화소 행의 홀수 번째 화소 열 및 첫 번째 화소 행의 짝수 번째 화소 열과 연결되어 있다. 이때, 데이터선(D1∼Dm) 각각은 하나의 열을 따라 위치하는 화소와 연결된다.

이와 같이 하나의 화소 행에 속하는 홀수 번째 화소와 짝수 번째 화소가 서로 다른 게이트선(G1∼Gn+1)에 연결되어 있는 연결 구조는 데이터선(D1∼Dm)에 인가되는 데이터 전압이 동일 극성을 가지더라도 액정 표시 패널(300) 전체에서는 도트 반전과 같이 표시되도록 하는 장점이 있다.

도 5에는 화소 전압이 충전되는 특성과 이로 인해 발생하는 전체 휘도에 있어 변화를 나타낸 파형도가 도시된다.

양의 데이터 전압으로 충전된 화소가 데이터 인에이블(DE) 신호에 응답하여 음의 데이터 전압으로 충전되는 속도와, 음의 데이터 전압으로 충전된 화소가 데이터 인에이블(DE) 신호에 응답하여 양의 데이터 전압으로 충전되는 속도에는 차이가 있다. 즉, 화소 전압의 극성이 양에서 음으로 변하는 폴링(falling) 응답 속도보다 화소 전압의 극성이 음에서 양으로 변하는 라이징(rising) 응답 속도가 느리고, 이러한 응답 속도 차이는 전체 휘도에 있어서, 도 3의 하단에 도시된 바와 같이, 라이징과 폴링이 일어나는 구간에서, 다른 구간보다 휘도가 떨어진 후 서서히 다른 구간과 동일한 수준까지 증가하는 휘도 변화를 일으킨다. 이러한 휘도 변화는 특히 정지 영상 주파수가 10 Hz 이하인 저주파인 경우 휘도가 크게 변한 것처럼 시각적으로 인식되어 플리커로 시인될 수 있다. 따라서 표시 품질의 저하 없이 저주파수로 구동하기 위해서는 화소 전압의 충전 특성에 따라 발생하는 휘도 변화를 더욱 작게 하는 것이 필요한 것으로 인식된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 라이징 응답 속도와 상기 폴링 응답 속도 간의 차이를 완화시켜 라이징과 폴링이 일어나는 구간에서 휘도 변화를 보다 작게 함으로써, 더욱 낮은 주파수에서 액정 표시 장치를 구동할 수 있게 하는 방안이 제공된다. 상기 라이징 응답 속도와 상기 폴링 응답 속도 간의 차이를 완화시키는 것은 상기 폴링 응답 속도를 늦추는 것일 수 있다. 그러한 방안은 게이트 온 전압을 조절하여 충전되는 화소 전압을 제어하는 것일 수 있고, 이에 관한 실시예를 도 6 내지 도 9를 참조하여 후술된다. 경우에 따라서는, 상기 라이징 응답 속도와 상기 폴링 응답 속도 간의 차이를 완화시키는 것이 상기 라이징 응답 속도를 증가시키는 것일 수 있다

도 6에는 화소 충전 시 전형적인 화소 전압의 충전 파형(a)과 본 발명의 일 실시예에 따라 게이트 온 전압(Von) 레벨을 낮춘 경우 화소 전압의 충전 파형(b)이 도시된다. 좌측 도면(a)과 우측 도면(b) 모두 한 프레임 동안 한 화소에 인가되는 게이트 전압(Vgate), 데이터 전압(Vdata), 그리고 이에 의해 충전되는 화소 전압(Vpixel)의 관계를 나타내고, 이러한 관계는 도 8 및 도 9에서도 동일하게 적용된다.

도 6에서, 우선 전형적인 화소 전압 충전 파형을 나타내는 좌측 도면(a)을 참고하면, 1H 시간의 전후에 걸쳐 데이터 전압(Vdata)이 화소에 인가되고 동시에 1H 시간의 시작과 끝에 걸쳐 게이트 온 전압(Von)이 인가되면 해당 화소에는 1H 시간 동안 데이터 전압(Vdata)의 레벨까지 전압이 충전된다.

우측 도면(b)에 도시된 화소 전압 충전 파형에 있어서는, 나머지는 좌측 도면(a)과 동일한 조건에서 게이트 온 전압(Von)만을 좌측 도면(a)의 전형적인 레벨보다 낮은 레벨로 인가하는 경우이다. 즉, 게이트 온 전압(Von) 레벨을 제외하고는 게이트 온 전압(Von) 인가 시간, 게이트 오프 전압(Voff), 데이터 전압은(Vdata) 변함이 없다. 예컨대 좌측 도면(a)에서 게이트 온 전압(Von)이 21 V이고 게이트 오프 전압(Voff)이 -6 V일 경우, 우측 도면(b)에서 게이트 온 전압(Von)은 21 V보다 낮은 전압, 예컨대 17 V일 수 있고 게이트 오프 전압(Voff)은 -6 V이다.

게이트 온 전압(Von) 레벨이 낮아지면 박막 트랜지스터의 온 전류(on current) 레벨이 낮아지고, 이에 의해 동일한 레벨의 데이터 전압(Vdata)이 인가되더라도 화소에는 보다 낮은 레벨의 전압이 충전된다. 이것은 또한 화소의 충전 속도를 늦추는 결과를 가져온다. 게이트 온 전압(Von) 레벨의 축소 정도를 적절하게 제어함으로써, 충전되는 화소 전압(Vpixel)을 1 계조 전압보다 작게 제어할 수 있다.

위와 같이 게이트 온 전압(Von)의 레벨의 축소에 의한 화소 전압(Vpixel) 충전은, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 폴링 응답 특성을 나타내는 즉, 양의 극성에서 음의 극성으로 데이터 전압(Vdata)이 인가되는 화소에 적용될 수 있다. 예컨대 도 3을 참조하면, (-) 극성으로 표시된 화소에 양의 극성에서 음의 극성으로 데이터 전압(Vdata)이 인가되고 있다고 할 경우, 짝수 번째 게이트선(G2, G4)에는 도 6의 우측 도면(b)과 같이 전형적인 레벨보다 낮은 레벨의 게이트 온 전압(Von)이 인가되고, 이와 연결된 화소에는 인가되는 데이터 전압(Vdata) 레벨보다 낮은 레벨의 전압(Vpixel)이 충전된다. 반면, 음의 극성에서 양의 극성으로 데이터 전압(Vdata)이 인가되고 있는 (+) 극성으로 표시된 화소에는 홀수 번째 게이트선(G1, G3)를 통해 도 6의 좌측 도면(a)과 같이 전형적인 레벨의 게이트 온 전압(Von)이 인가되고, 이에 의해 데이터 라인의 전압(Vdata) 레벨에 해당하는 픽셀 전압(Vpixel)이 충전된다.

화소의 극성에 따라 게이트 온 전압(Von)의 레벨을 위와 같이 달리 제어할 경우, 라이징 응답 속도는 동일하지만 폴링 응답 속도가 늦어지게 되어, 라이징과 폴링 간의 응답 속도를 유사한 수준으로 또는 실질적으로 동일한 수준으로 조절할 수 있다. 그 결과 프레임 간 또는 인접 화소 간 충전 속도 차이로 인한 휘도 변화를 더욱 작게 할 수 있어, 보다 낮은 주파수에서 플리커의 시인 없이 구동이 가능해진다.

도 7에는 게이트 온 전압(Von) 레벨을 낮춤으로써 나타나는 화소 전압(Vpixel)의 충전 특성에 있어 변화를 설명하는 그래프가 도시된다. 게이트 온 전압(Von) 레벨을 낮추면 박막 트랜지스터의 게이트와 소스 간의 전압(Vgs)이 작아지고, 그 결과 박막 트랜지스터의 드레인과 소스 간의 전류(Ids)가 작아지는 것을 알 수 있다. 결국 동일한 크기의 데이터 전압(Vdata)이 인가되더라도 게이트 온 전압(Von) 레벨을 낮추기 전에 비해 화소 전압(Vpixel)의 충전 속도가 늦어진다.

도 8은 화소 충전 시 전형적인 화소 전압의 충전 파형(a)과 본 발명의 일 실시예에 따라 게이트 온 전압의 인가 시간을 짧게 하는 경우 화소 전압의 충전 파형(b)을 비교하여 나타낸 도면이다. 도 6과 연계하여 설명한 실시예와 달리, 도 8 에서는 게이트 전압(Vgate)의 온 레벨을 낮추지 않고, 대신 게이트 전압(Vgate)이 인가되는 시간을 짧게 하는 실시예가 설명된다.

전형적인 화소 전압의 충전을 나타내는 좌측 도면(a)에서, 예컨대 1H 시간이 10 ㎲이면 동일한 펄스 폭을 가진 게이트 온 전압(Von)이 인가되고, 이에 따라 화소에는 데이터 전압(Vdata) 레벨에 해당하는 화소 전압(Vpixel)이 충전된다.

우측 도면(b)에서의 경우, 나머지 조건은 동일하고 오직 게이트 온 전압(Von)의 인가 시간만이 좌측 도면(b)에서 설명되는 전형적인 충전에 비해 짧게 제어된다. 즉, 1H 시간보다 좁은 펄스 폭(예컨대, 8.5 ㎲)을 가진 게이트 온 전압(Von)이 인가된다. 이에 의해, 화소 전압(Vpixel)은 인가되는 데이터 전압(Vdata) 레벨까지 충전되지 못하고 게이트 오프 전압(Voff)이 인가되는 시점에서 충전이 멈추게 된다. 게이트 온 전압(Von)의 인가 시간 단축을 적절하게 제어함으로써, 충전되는 화소 전압(Vpixel)을 1 계조 전압보다 작게 제어할 수 있다.

위와 같이 게이트 온 전압(Von) 인가 시간의 축소에 의한 화소 전압(Vpixel) 충전은, 도 6에 관한 실시예에서 이미 상세하게 설명한 바와 같이, 폴링 응답 특성을 나타내는 화소에 적용되어 폴링 응답 속도를 늦출 수 있다.

도 9에는 도 6에 관한 실시예와 같이 게이트 온 전압(Von) 레벨을 낮춤과 동시에, 도 8에 관한 실시예와 같이 게이트 온 전압(Von)이 인가되는 시간을 짧게 하는 실시예가 도시된다.

좌측 도면(a)은 앞서 설명한 실시예에서와 마찬가지로 화소 전압의 전형적인 충전 파형을 나타내고, 우측 도면(b)은 좌측 도면(b)에서보다 게이트 온 전압 레벨을 낮추면서 이와 더불어 게이트 온 전압의 인가 시간을 단축시킨 경우를 나타냄을 알 수 있다.

도 6이나 도 8에 도시된 실시예와 유사한 충전 특성을 나타내기 위해서는 도 6의 실시예보다는 게이트 온 전압(Von) 레벨은 높이고 도 8의 실시예보다는 게이트 온 인가 시간을 증가시키는 것이 필요할 것이다. 예컨대, 도 6의 실시예에서 게이트 온 전압(Von)이 17 V이고 도 8의 실시예에서 게이트 온 전압(Von)의 인가 시간이 8.5 ㎲인 경우, 본 실시예서는 각각 19 V 및 8.5 ㎲일 수 있다.

게이트 온 전압(Von)의 레벨과 인가 시간의 축소에 따른 화소 전압(Vpixel)의 충전은 폴링 응답 특성을 나타내는 화소에 적용될 수 있고, 폴링 응답 속도만을 늦추도록 선택적으로 제어함으로써 응답 속도 차이로 인한 휘도 변화를 최소화할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 액정 표시 장치 300: 액정 표시 패널
400: 게이트 구동부 500: 데이터 구동부
600: 신호 제어부

Claims (18)

1. 복수의 게이트선; 복수의 데이터선; 및 개개의 화소가 게이트선과 데이터선에 연결되며 행렬 형태로 배열된 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 패널;
   상기 복수의 게이트선에 연결되어 게이트 온 전압을 인가하는 게이트 구동부;
   상기 복수의 데이터선에 연결되어 양의 데이터 전압과 음의 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동부; 및
   상기 게이트 구동부와 상기 데이터 구동부를 제어하며, 외부로부터 제공되는 입력 데이터를 수신하는 신호 제어부;를 포함하며,
   상기 신호 제어부는 상기 영상 데이터가 동영상을 표시하는 경우에는 동영상 주파수로, 상기 영상 데이터가 정지 영상을 표시하는 경우에는 저주파수인 정지 영상 주파수로 상기 데이터 구동부 및 상기 게이트 구동부를 구동시키고,
   상기 복수의 화소는 서로 다른 극성의 데이터 전압을 인가받는 제1 화소 및 제2 화소를 포함하며,
   상기 복수의 게이트선은 상기 제1 화소에 연결되는 제1 게이트선 및 상기 제2 화소에 연결되는 제2 게이트선을 포함하고, 정지 영상을 표시하는 경우, 상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선의 게이트 온 전압이 서로 다르게 인가되는 액정 표시 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에 서로 다른 레벨의 게이트 온 전압이 인가되는 액정 표시 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 제1 게이트선에는 상기 제2 게이트선보다 낮은 레벨의 게이트 온 전압이 인가되고, 상기 제2 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 제2 게이트선에는 상기 제1 게이트선보다 낮은 레벨의 게이트 온 전압이 인가되는 액정 표시 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에 동일한 레벨의 게이트 오프 전압이 인가되는 액정 표시 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에 서로 다른 폭의 게이트 온 전압이 인가되는 액정 표시 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 제1 게이트선에는 상기 제2 게이트선보다 좁은 폭의 게이트 온 전압이 인가되고, 상기 제2 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 제2 게이트선에는 상기 제1 게이트선보다 좁은 폭의 게이트 온 전압이 인가되는 액정 표시 장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선 중 어느 하나에는 게이트 온 전압이 1 수평 시간(H time) 동안 인가되고 다른 하나에는 게이트 온 전압이 1 수평 시간보다 짧은 시간 동안 인가되는 액정 표시 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에 서로 다른 레벨과 서로 다른 폭의 게이트 온 전압이 인가되는 액정 표시 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 제1 게이트선에 상기 제2 게이트선보다 낮은 레벨과 좁은 폭의 게이트 온 전압이 인가되고, 상기 제2 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 제2 게이트선에 상기 제1 게이트선보다 낮은 레벨과 좁은 폭의 게이트 온 전압이 인가되는 액정 표시 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선의 게이트 온 전압은, 동영상을 표시하는 경우에도, 서로 다르게 인가되는 액정 표시 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에 게이트 온 전압의 레벨, 폭, 또는 레벨과 폭이 서로 다르게 인가되는 액정 표시 장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 액정 표시 장치는 상기 행렬 형태로 배열된 복수의 화소에서 행과 열에 있는 화소 간의 극성이 모두 반전되는 도트 반전 구동 방식인 액정 표시 장치.
13. 신호 제어부가 외부로부터 입력 데이터를 수신하는 단계;
    상기 신호 제어부는 상기 입력 데이터가 동영상인지 정지 영상인지 구분하는 단계; 및
    상기 입력 데이터가 정지 영상인 경우에는 상기 신호 제어부가 정지 영상 주파수로 액정 표시 패널, 게이트 구동부 및 데이터 구동부가 정지 영상을 표시하도록 하며, 동영상인 경우에는 동영상 주파수로 상기 액정 표시 패널, 상기 게이트 구동부 및 상기 데이터 구동부가 동영상을 표시하도록 하는 단계;를 포함하며,
    상기 액정 표시 장치는 서로 다른 극성의 데이터 전압이 인가되는 제1 화소 및 제2 화소를 포함하는 복수의 화소를 포함하고,
    상기 복수의 게이트선은 상기 제1 화소에 연결되는 제1 게이트선 및 상기 제2 화소에 연결되는 제2 게이트선을 포함하고,
    상기 정지 영상을 표시할 때에, 상기 게이트 구동부는 상기 신호 제어부의 제어 하에 상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선의 게이트 온 전압을 서로 다르게 인가하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 게이트 구동부는 상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에 서로 다른 레벨, 폭, 또는 레벨과 폭의 게이트 온 전압을 인가하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 게이트 구동부는 상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선에 동일한 레벨의 게이트 오프 전압을 인가하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 게이트 구동부는 상기 제1 게이트선에 상기 제2 게이트선보다 낮은 레벨, 좁은 폭, 또는 낮은 레벨과 좁은 폭의 게이트 온 전압을 인가하고, 상기 제2 화소에 인가되는 데이터 전압이 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 상기 게이트 구동부는 상기 제2 게이트선에 상기 제1 게이트선보다 낮은 레벨, 좁은 폭, 또는 낮은 레벨과 좁은 폭의 게이트 온 전압을 인가하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
17. 제13항에 있어서,
    상기 게이트 구동부는 상기 신호 제어부의 제어 하에 상기 정지 영상을 표시할 때에도 상기 제1 게이트선과 상기 제2 게이트선의 게이트 온 전압을 서로 다르게 인가하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
18. 제13항에 있어서,
    상기 액정 표시 장치는 도트 반전 구동되는 액정 표시 장치의 구동 방법.

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