액정표시장치 및 그 구동방법 document_id A220623034103

일반적으로 액정표시장치는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절하여 화상을 표시한다. 특히, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 타입의 액정표시장치는 액정셀마다 스위칭소자가 형성되어 동영상을 표시하기에 유리하다. 스위칭소자로는 주로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 "TFT"라 함)가 이용되고 있다. 이 액정표시장치에 있어서, 표시화면을 구성하는 액정표시패널의 한 픽셀(Pixel)은 도 1과 같이 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 서브 픽셀(Sub-pixel)을 포함한다. 도 1을 참조하면, 액정표시패널은 액정층(15)을 사이에 두고 컬러필터 기판(31)과 박막트랜지스터 기판(이하, "TFT 기판"이라 한다)(32)이 합착된다. 이 액정표시패널의 배면 쪽에는 백라이트유닛(33)이 설치된다. 컬러필터 기판(31)에는 상부 유리기판(12)의 배면 상에 컬러필터(13) 및 공통전극(14)이 형성되며, 상부 유리기판(12)의 전면 상에 편광판(11)이 부착된다. 컬러필터(13)는 적(R), 녹(G) 및 청(B) 색의 컬러필터층이 배치되어 가시광 대역의 3원색 빛을 투과시킴으로써 컬러표시를 가능하게 한다. 이웃하는 컬러필터들(13) 사이에는 블랙 매트릭스(20)가 형성된다. 공통전극(14)에는 공통전압(Vcom)이 인가된다. 공통전극(14)은 전계 인가 방식에 따라 TFT 기판(32)에 형성될 수도 있다. 즉, 공통전극(14)은 TN(Twisted Nematc) 모드, VA (Vertical Alignment) 모드등과 같은 수직 전계 방식에서는 컬러필터 기판(31) 상에 형성되고, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드 등의 수평 전계 방식에서는 TFT 기판(32) 상에 형성된다. TFT 기판(32)은 컬러필터 기판(31)과 대향한다. 이 TFT 기판(32)에는 하부 유리기판(16)의 전면에 데이터라인들(19)과 게이트라인들(18)이 상호 교차되도록 형성된다. 데이터라인들(19)과 게이트라인들(18)의 교차부에는 TFT들(20)이 형성된다. 하부 유리기판(16)의 전면에는 데이터라인(19)과 게이트라인(18)이 교차되는 셀 영역마다 화소전극(21)이 형성된다. TFT(20)는 게이트라인(18)으로부터의 스캐닝신호에 응답하여 데이터라인(19)과 화소전극(21) 사이의 데이터 전송패스를 절환함으로써 화소전극(21)을 구동하게 된다. TFT 기판(32)의 배면에는 편광판(17)이 부착된다. 액정층(15)은 화소전극(21)에 인가되는 데이터전압과 공통전극(14)에 인가되는 공통전압의 전압차에 응답하여 TFT 기판(32)을 경유하여 입사되는 빛의 투과량을 조절하게 된다. 컬러필터 기판(31)과 TFT 기판(32) 상에 부착된 편광판들(11,17)은 어느 한 방향으로 편광된 빛을 투과시키게 되며, 예를 들어 액정(15)이 90°TN 모드일 때 그들의 편광방향은 서로 직교된다. 컬러필터 기판(31)과 TFT 기판(32)의 액정 대향면들에는 도시하지 않은 배향막이 형성된다. 배향막은 액정분자의 프리틸트각을 결정하게 된다. 백라이트유닛(33)은 선광원 형태의 백색광을 면광원으로 변환하고 그 백색광을 액정표시패널(31)에 조사하는 역할을 한다. 이 백라이트 유닛(33)에는 광원과 다수의 광학시트들이 포함된다. 이러한 액정표시패널은 도 2와 같이 한 서브픽셀의 크기 즉, 색의 공간적인 주기(d)가 시각의 공간적인 분해능 이하의 값을 갖는 컬러필터를 사용함으로써 색을 자연스럽게 표현하게 된다. 상술한 액정표시장치에 있어서, 화상을 표시하기 위하여 도 3과 같이 백라이트 유닛(33)은 지속적으로 점등 상태를 유지하고, 액정표시패널은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 영상 데이터를 동시에 표시하게 된다. 그런데, 이 액정표시장치는 컬러필터의 광흡수로 인하여 투과율이 낮아지기 때문에 휘도가 낮은 문제점이 있다. 이 문제점을 해결하기 위하여 종래, 도 4와 같이 상판(41)에서 컬러필터가 제거되고 적색광원(43R), 녹색광원(43G) 및 청색광원(43B)의 3원색 광원을 순차적으로 점멸시키는 소위 '필드 순차 구동방식(Fiel Sequential Driving System : 이하, 'FS 구동방식'이라 한다)의 액정표시장치가 개발된 바 있다. FS 구동방식의 액정표시장치는 도 5와 같이 TFT의 스캔시간 동안 적색 데이터를 액정셀에 충전시킨 후, 액정의 응답시간이 지난 다음에 적색 광원(43R)을 점등하여 1/3 프레임기간보다 작은 시간 동안 적색(R)을 표시한다. 이렇게 적색이 표시된 후 녹색 데이터의 기입 및 녹색 광원(43G)의 점등에 이어서 청색 데이터의 기입 및 청색 광원(43B)의 점등으로 녹색(G)과 청색(B)이 표시된다. 이러한 FS 구동방식의 액정표시장치는 컬러필터를 제거함으로써 광투과율이 높고 공간적인 해상도가 높은 장점이 있다. FS 구동방식은 도 5에서 알 수 있는 바 색을 재현하는 시간적인 주기(T)가 시각의 시간적인 분해능 이하의 값을 가짐으로써 시분할로 자연스럽게 색을 재현할 수 있다. 그러나 종래 FS 구동방식의 액정표시장치는 도 1과 같은 액정표시장치에 비하여 대략 3 배 정도의 휘도증가가 기대되었지만 TFT의 스캔시간과 액정의 응답시간만큼 광원(43R,43G,43B)의 점등시간이 줄어들기 때문에 휘도 증가 효과를 거의 기대할 수 없다. 이를 해결하기 위하여, TFT의 스캔시간이나 액정의 응답시간을 줄이는 방법을 고려할 수 있지만 TFT의 스캔시간을 줄이게 되면 액정셀에 충분한 데이터가 충전될 수 없고 액정의 응답시간이 어느 한계 이상 빠르게 할 수 없기 때문에 TFT의 스캔시간이나 액정의 응답시간을 줄이기가 곤란한 실정이다. 또한, 종래 FS 구동방식의 액정표시장치는 도 6과 같이 60Hz의 프레임 주파수를 가지는 NTSC 방식에서 약 180Hz의 서브프레임 주파수로 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광원을 순차적으로 구동시켜 백색(W)을 재현할 때 광원들 간 혼색에 의해 도 7b와 같은 백색(W)이 깨지는 이른바, 컬러 브레이크 업(Color Break Up) 현상이 발생되는 문제점이 있다. 이는 도 7a에 도시된 바와 같이 표준 색좌표계에서 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)들 간 좌표상 거리가 멀어 이들 간 색차가 커짐으로써 백색(W)을 표시하는 픽셀과 픽셀의 경계영역(D)에서 적색(R), 노란색(Y), 청녹색(C), 및 청색(B) 등이 부분적으로 표시되기 때문이다. 실험에 의하면, 청색(B) - 적색(R) 간 색차는 156.5, 적색(R) - 녹색(G) 간 색차는 251.6, 녹색(G) - 청색(B) 간 색차는 284.7로 상당히 크다. 이러한 혼색 현상은 고채도 영상보다 저채도 영상에서 쉽게 시인되며, 혼색 현상을 방지하기 위해서는 광원의 구동 주파수를 270 ~ 540Hz로 높여야 하나 실질적으로 전자파 간섭 등 여러 부작용으로 인해 구동 주파수를 높이기는 어렵다. 아울러, 종래 FS 구동방식의 액정표시장치는 3 원색만을 사용함으로써, 표준 색좌표계상에서 원색들의 색좌표로 연결된 도형의 면적으로 정의되는 색 재현 범위(Ga)가 좁은 단점이 있다.