KR100200369B1 - 액정 표시 장치용 플리커 제어 회로 - Google Patents

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Abstract

이 발명은 액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display)용 플리커(flicker) 제어회로에 관한 것으로서, 외부 선택에 의해 결정되는 저항비에 따라 데이타 기준 전압신호의 레벨이 시프트되도록 함으로써 진폭 변화없이 데이타 전압신호의 레벨 시프트가 가능하도록 하며, 킥백 전압에 의한 영향을 간단한 외부 조정만으로 매우 간단하고 효과적으로 보상할 수 있도록 한다.

Description

액정 표시 장치용 플리커 제어 회로
이 발명은 액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display)용 플리커(flicker) 제어회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 계조 기준전압의 레벨을 제어함으로써 액정 패널의 고유 특성에 따라 데이타 전압의 레벨을 조절할 수 있도록 하는 플리커 제어회로에 관한 것이다.
도1에는 일반적인 박막 트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor) 액정 표시 장치의 패널(panel) 상의 임의의 한 화소가 도시되어 있다.
상기 도1을 참조하면, 게이트 라인과 데이타 라인은 수직으로 교차한다. 박막 트랜지스터의 게이트는 상기 게이트 라인에 연결되며, 소스는 상기 데이타 라인에 연결된다. 상기 박막 트랜지스터의 드레인에는 화소 전극과 공통 전극이 형성되며, 상기 공통 전극에는 공통 전극 전압이 인가된다. 또한, 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에는 액정층이 형성된다. 상기 도1에서 도시하지 않았지만, 상기 박막 트랜지스터의 드레인에는 상기 액정층과 병렬로 유지 커패시터(storage capacitor)가 연결된다. 상기 박막 트랜지스터는 게이트 라인을 통해 인가되는 게이트 전압에 따라 턴온 또는 턴오프된다. 상기 박막 트랜지스터의 턴온 상태에서는 데이타 라인을 통해 데이타 전압이 화소 전극에 인가된다. 이 상태에서 박막 트랜지스터가 턴오프되면, 상기 인가된 데이타 전압은 상기 화소 전극에서 유지된다. 상기 액정층의 투과율은 화소 전극 전압과 공통 전극 전압의 전위차에 의해 결정된다.
도2에는 상기 도1의 회로에 사용되는 각 전압의 파형이 도시되어 있다.
상기 도2에서 1H는 1수평라인 구간이며, 1frame은 1프레임 구간이다. 상기 1수평라인 구간은 액정 표시 장치가 하나의 수평라인을 구동하는 데 걸리는 시간이며, 1프레임 구간은 하나의 화면을 구동하는 데 걸리는 시간이다. 게이트 전압은 1프레임 구간 중 1수평라인 구간동안 턴온 레벨이며, 나머지 구간에서는 턴오프 레벨이다. 이상적인 화소 전극 전압은 상기 도2에 도시된 바와 같이 게이트 전압이 턴오프 레벨로 떨어지더라도 턴온 상태에서의 전압을 유지한다. 이것은 박막 트랜지스터의 턴오프에 의해 전하 누설 경로가 완전히 차단되었다는 가정하에서 가능하다. 그러나, 실제적으로는 상기 박막 트랜지스터의 게이트-드레인 및 소스-드레인 사이에 기생 커패시턴스로 인해 전류 경로가 존재하며, 상기 기생 경로를 통해 누설 전류가 흐른다. 따라서, 게이트 전압의 턴오프 레벨에서 화소 전극 전압은 소정 레벨 만큼 떨어지며, 이러한 전압 강하에 상응하는 값을 킥백 전압(kickback voltage)(△Vk)이라고 한다. 상기 도2에 전형적인 킥백 전압(△Vk)이 도시되어 있다. 상기 킥백 전압으로 인하여, 도1의 액정층에 가해지는 실효전압에 왜곡이 발생한다. 상기 데이타 전압은 프레임 단위로 반전되는데, 상기 킥백 전압으로 인하여 이웃하는 두 프레임 사이에서 상기 액정층에 가해지는 실효전압의 대칭이 이루어지지 않는다. 상기 실효전압의 비대칭은 액정층에 대한 직류 스트레스를 야기시켜 플리커를 발생시킨다. 또한, 비대칭으로 인해 잔류 직류 성분이 존재하며, 이것은 화면에 잔상을 발생시킬 뿐만 아니라 액정층 열화를 일으킨다.
상술한 박막 트랜지스터의 구조로 인하여, 상기 킥백 전압의 원인이 되는 기생 커패시턴스를 제거하는 것은 불가능하다. 따라서, 상기 플리커를 최소화시키기 위하여, 킥백 전압을 데이타 전압에 미리 보상한 후 액정 패널에 인가하는 방법이 개발되고 있다. 도3은 이러한 방법을 예시하고 있는 것으로서, 이 방법은 상기 데이타 전압에 예상되는 킥백 전압의 크기를 더한 후, 이렇게 얻어진 전압을 상기 액정 패널에 인가하는 것이다. 그러나, 실제적인 응용에서는 패널상의 킥백 전압을 정확하게 측정하는 것이 불가능하며, 이러한 킥백 전압이 패널 고유의 특성에 따라 결정되므로, 각 패널 마다 킥백 전압이 다르다.
이 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가변저항을 이용하여 간단하게 데이타 전압을 시프트(shift)시킬 수 있도록 함으로써 킥백 전압의 보상을 용이하게 구현할 수 있는 액정 표시 장치용 플리커 제어회로를 제공하는 데 있다.
도1은 일반적인 액정 표시 장치에서 액정 패널 상의 임의의 한 화소를 도시한 회로.
도2는 상기 도1에 도시된 화소에 사용되는 신호의 파형.
도3은 상기 도1에 도시된 화소에 사용되는 공통 전극 전압과 데이타 전압 사이의 관계를 도시하는 파형.
도4는 이 발명의 실시예에 따른 플리커 제어회로.
도5는 상기 도4에 도시된 회로에 사용되는 신호의 파형.
도6은 상기 도4에 도시된 이 발명의 플리커 제어회로의 출력을 이용한 계조 전압 발생회로이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 이 발명에 따른 액정 표시 장치용 플리커 제어회로는, 전원 전압을 외부 선택에 따라 결정되는 소정의 저항비로 분배하며, 상기 분배된 전압을 제1기준전압으로서 출력하는 제1기준전압 발생수단, 제1구형파 신호와 이에 역상인 제2구형파 신호에 의해 상기 제1기준전압을 순차적으로 레벨 시프트시키며, 로우레벨과 상기 레벨 시프트에 의해 얻어지는 제2기준전압 사이를 주기적으로 스윙하는 신호를 출력하는 충전 펌핑 수단, 상기 증폭수단에서 출력되는 제1기준전압과 상기 충전 펌핑 수단에서 출력되는 신호의 제2기준전압을 반복적으로 선택하며, 상기 제1기준전압과 제2기준전압 사이를 주기적으로 스윙하는 신호를 데이타 기준 전압신호로서 출력하는 스위칭 수단을 포함한다.
상기한 이 발명에 따르면, 상기 제2기준전압의 크기는 상기 제1기준전압에 의존하며, 상기 제1기준전압의 크기는 상기 제1기준전압 발생수단의 저항비에 의해 결정된다. 상기 제1 및 제2기준전압은 모두 상기 저항비에 의존하므로, 이 발명에 따른 플리커 제어회로는 상기 저항비의 조정에 의해 상기 제1 및 제2기준전압의 레벨이 시프트되는 데이타 기준 전압신호를 얻을 수 있다. 상기한 데이타 기준 전압신호를 이용하여 액정 패널을 구동하기 위한 데이타 전압을 생성시킬 경우, 상기 저항비의 조정만으로 간단하게 데이타 전압의 레벨을 시프트시킬 수 있다. 따라서, 이 발명에 따른 플리커 제어회로는 상기 저항비의 조정만으로 데이타 전압 레벨의 시프트를 가능하게 한다.
상기한 이 발명의 목적, 특징 및 잇점은 도면을 참조한 아래의 상세한 실시예 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도4는 이 발명의 실시예에 따른 플리커 제어회로이고, 도5는 상기 도4에 도시된 회로에 사용되는 신호의 파형이고, 도6은 상기 도4에 도시된 이 발명의 플리커 제어회로의 출력을 이용한 계조 전압 발생회로이다.
먼저, 도4를 참조하여 이 발명의 실시예에 따른 플리커 제어회로의 구성을 설명한다.
상기 도4를 참조하면, 전원 전압(Vcc)과 접지(GND) 사이에는 가변저항(Rv)이 연결되어 있다. 다알링턴 트랜지스터(Darlington transistor)(DTR)의 컬렉터는 상기 전원전압(Vcc)과 연결되며, 에미터는 일단이 접지(GND)에 연결된 커패시터(C1)에 연결된다. 또한, 상기 다알링턴 트랜지스터(DTR)의 베이스는 상기 가변저항(Rv)의 중간 단자에 연결된다. 상기 다알링턴 트랜지스터(DTR)와 커패시터(C1)의 접점(a)에는 다이오드(D1)의 애노드(anode)가 연결되며, 상기 다이오드(D1)의 캐소드(cathod)에는 다이오드(D2)의 애노드가 연결되고, 상기 다이오드(D2)의 캐소드에는 저항(R)이 연결된다. 상기 두 다이오드(D1, D2)의 접점에는 커패시터(C2)가 연결되며, 상기 커패시터(C2)의 다른 단자에는 제1구형파 신호(V1)가 인가된다. 상기 저항(R)의 다른 단자에는 피모스 트랜지스터(M2)의 소스가 연결되며, 상기 접점(a)에는 엔모스 트랜지스터(M1)의 소스가 연결된다. 상기 두 모스 트랜지스터(M1, M2)의 각 게이트는 서로 연결되며, 드레인도 마찬가지이다. 두 모스 트랜지스터(M1, M2)의 공통 게이트에는 상기 제1구형파 신호(V1)가 인가되며, 상기 두 모스 트랜지스터(M1, M2)의 공통 드레인에서는 데이타 기준 전압신호(VD)가 얻어진다. 상기 저항(R)과 피모스 트랜지스터(M2)의 접점(c)에는 커패시터(C3)가 연결되며, 상기 커패시터(C3)의 다른 단자에는 제2구형파 신호(V2)가 인가된다.
상기 데이타 기준 전압신호(VD)는 공통 전극 전압신호(Vcom)와 반대인 위상을 가지며, 상기 공통 전극 전압신호(Vcom)는 도5에 도시된 바와 같이 로우레벨과 하이레벨 사이를 1수평라인(1H) 주기로 스윙한다. 도6에는 상기 데이타 기준 전압신호(VD)를 이용한 데이타 전압 발생회로가 도시되어 있다. 도6에서 VDB는 데이타 기준 전압신호(VD)의 반전신호이다. 상기 도6에 도시된 바와 같이, 데이타 전압 발생회로는 데이타 기준 전압신호(VD)와 그의 반전신호(VDB) 사이에 직렬로 연결된 다수의 저항으로 구성된다. 상기 다수의 저항은 상기 데이타 기준 전압신호(VD)와 그의 반전신호(VDB) 사이의 전위차에 해당하는 전압을 분배하며, 각 분배된 전압은 데이타 전압(VG1∼VGn)으로서 액정 표시 장치에 제공된다.
다음으로, 제5도의 파형을 참조하여 이 발명의 실시예에 따른 플리커 제어회로의 동작을 설명한다.
상기 제1구형파 신호(V1)와 제2구형파 신호(V2)는 위상이 반대이며, 상기 제1구형파 신호(V1)는 공통 전극 전압신호(Vcom)와 동상일 수도 있고 역상일 수도 있다. 상기 제1구형파 신호(V1)가 공통 전극 전압신호(Vcom)와 동상인 경우에는 상기 데이타 기준 전압신호(VD)가 화이트(white) 계조를 위한 데이타 전압을 생성하며, 상기 제1구형파 신호(V1)가 공통 전극 전압신호(Vcom)와 역상인 경우에는 상기 데이타 기준 전압신호(VD)가 블랙(black) 계조를 위한 데이타 전압을 생성한다. 이것은 액정층의 양단에 인가되는 전압의 극성이 1수평라인 구간마다 반전되기 때문이다.
가변저항(Rv)은 전원전압(Vcc)을 소정의 저항비로 분배하며, 외부 사용자의 선택에 의해 상기 저항비가 제어될 수 있다. 상기 분배된 전압은 다알링턴 트랜지스터(DTR)의 베이스에 인가된다. 상기 다알링턴 트랜지스터(DTR)의 에미터 전압은 상기 베이스 전압에 의존하며, 보다 구체적으로, 베이스 전압에서 베이스-에미터간 문턱전압만큼 강하한 크기를 가진다. 도5를 참조하면, 제1구형파 신호(V1)와 제2구평파 신호(V2)는 위상이 반대이며, 제1구평파 신호(V1)는 공통 전극 전압신호(Vcom)와 동일한 위상을 가짐을 알 수 있다.
상기 다알링턴 트랜지스터(DTR)의 에미터 전압은 접점(a)을 통해 엔모스 트랜지스터(M1)의 소스와 다이오드(D1)의 애노드에 인가되며, 상기 도5에 접점(Va)의 전압(Va)이 도시되어 있다.
상기 제1구형파 신호(V1)의 로우레벨 구간에서는 다이오드(D1)가 턴온되며, 하이레벨 구간에서는 다이오드(D1)가 턴오프된다. 상기 제1구형파 신호(V1)의 로우레벨을 접지상태로 가정할 때, 상기 구간에서 커패시터(C2)는 접점(a)의 전압(Va)만큼 충전된다. 이것은 1수평라인 구간동안 커패시터(C2)가 충분히 충전되도록 시정수(time constant)를 정하면, 상기 다이오드(D1)에 의한 전압강하를 무시할 수 있기 때문이다. 또한, 제1구형파 신호(V1)가 하이레벨로 상승하면, 다이오드(D1)가 턴오프되며, 접점의 전압(Vb)은 제1구형파 신호(V1)의 하이레벨에서 커패시터(C2)의 충전전압만큼 상승한다. 따라서, 접점의 전압(Vb)은 아래의 식으로 표현된다.
Vb = V1 + VC2 = V1 + Va
상기 전압(Vb)의 파형은 도5에 도시되어 있으며, 제1구형파 신호(V1)와 동상임을 알 수 있다. 상기 도5를 참조하면, 상기 전압(Vb)이 하이레벨일 때, 제2구형파 신호(V2)는 로우레벨이므로, 이 구간에서 다이오드(D2)는 턴온된다. 이 상태에서 제2구형파 신호(V2)가 하이레벨로 전환하면, 다이오드(D2)는 턴오프된다. 상기 다이오드(D2)가 턴온된 상태에서는 커패시터(C3)가 충전되며, 턴오프 상태에서는 접점의 전압(Vc)이 제2구형파 신호(V2)의 하이레벨에서 커패시터(C3)의 충전전압만큼 상승한다. 따라서, 상기 접점의 전압(Vc)은 아래와 같이 표현될 수 있다.
Vc = Vb(p-p) - VR + V2 = V1(p-p) + Va -VR + V2(p-p)
여기서, (p-p)는 peak-to-peak치를 의미하며, 다이오드(D2)의 턴온시 접점의 전압(Vb)이 하이레벨 상태이기 때문이다.
두 모스 트랜지스터(M1, M2)는 스위칭 소자로 작용하며, 공통 게이트에 입력되는 제1구형파 신호(V1)에 따라 상기 접점의 전압(Va) 또는 전압(Vc)을 선택한다. 도5를 참조하면, 제1구형파 신호(V1)의 하이레벨 상태에서는 모스 트랜지스터(M1)가 턴온되며, 로우레벨 상태에서는 모스 트랜지스터(M2)가 턴온된다. 따라서, 공통 드레인에서 얻어지는 데이타 기준 전압신호(VD)는 접점의 전압(Va)과 전압(Vc) 사이를 스윙하는 파형을 가진다.
이미 수식을 통해 언급한 바와 같이, 접점의 전압(Vc)의 크기는 접점의 전압(Va)에 의존하여 결정되며, 상기 전압(Va)의 크기는 가변저항에서 결정되는 저항비에 의존한다. 따라서, 사용자가 상기 가변저항(Rv)의 저항비를 제어하면, 데이타 기준 전압신호(VD)의 상한과 하한을 이루는 값이 동시에 변화하므로, 데이타 기준 전압신호(VD)의 레벨이 시프트될 수 있다. 상기 도4의 회로가 상기 도6의 회로와 결합되면, 가변저항(Rv)으로 조정만으로 데이타 전압의 시프트가 가능해진다.
또한, 데이타 기준 전압신호(VD)의 진폭은 Vc-Va = V1(p-p) - VR + V2(p-p)에 의해 결정되며, 이 값은 항상 상수이므로, 데이타 기준 전압신호(VD)의 레벨 시프트가 일어나더라도 상기 신호(VD)의 진폭은 변화가 없음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 이 발명에 따른 액정 표시 장치용 플리커 제어회로는 외부 선택에 의해 결정되는 저항비에 따라 데이타 기준 전압신호의 레벨이 시프트되도록 함으로써 진폭 변화없이 데이타 전압신호의 레벨 시프트가 가능하도록 한다. 이러한 플리커 제어회로는 킥백 전압에 의한 영향을 간단한 외부 조정만으로 매우 간단하고 효과적으로 보상할 수 있다.
비록 이 발명은 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 발명은 상기 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 청구의 범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.

Claims (4)

  1. 전원 전압을 외부 선택에 따라 결정되는 소정의 저항비로 분배하며, 상기 분배된 전압을 제1기준전압으로서 출력하는 제1기준전압 발생수단, 제1구형파 신호와 이에 역상인 제2구형파 신호에 의해 상기 제1기준전압을 순차적으로 레벨 시프트시키며, 로우레벨과 상기 레벨 시프트에 의해 얻어지는 제2기준전압 사이를 주기적으로 스윙하는 신호를 출력하는 충전 펌핑 수단, 상기 증폭수단에서 출력되는 제1기준전압과 상기 충전 펌핑 수단에서 출력되는 신호의 제2기준전압을 반복적으로 선택하며, 상기 제1기준전압과 제2기준전압 사이를 주기적으로 스윙하는 신호를 데이타 기준 전압신호로서 출력하는 스위칭 수단을 포함하는, 액정 표시 장치용 플리커 제어회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1기준전압 발생수단은, 전원 전압과 접지 사이에서 상기 전원 전압을 외부 선택에 의해 결정되는 저항비로 분배하는 가변저항, 상기 가변저항에서 분배된 전압이 베이스에 인가되고, 컬렉터에 상기 전원전압이 인가되며, 에미터 전압을 상기 제1기준전압으로서 출력하는 다알링턴 트랜지스터 및 상기 다알링턴 트랜지스터의 에미터에 연결된 제1커패시터로 구성되는 액정 표시 장치용 플리커 제어회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기한 충전 펌핑 수단은, 상기 다알링턴 트랜지스터의 에미터에 애노드가 연결되는 제1다이오드, 상기 제1다이오드의 캐소드에 애노드가 연결되는 제2다이오드, 상기 제1 및 제2다이오드의 접점에 연결되며, 타단에는 상기 제1구형파 신호가 인가되는 제2커패시터, 상기 제2다이오드의 캐소드에 연결되는 저항 및 상기 저항에 연결되며, 타단에는 상기 제2구형파 신호가 인가되는 제3커패시터로 구성되며, 상기 제1 및 제2다이오드는 서로 역상인 상기 제1 및 제2구형파 신호에 의해 교대로 턴온 및 턴오프되고, 상기 각 다이오드의 턴온시 대응하는 상기 제2 및 제3커패시터가 충전하며, 이것에 의하여 상기 제1기준전압을 레벨 시프트시키는, 액정 표시 장치용 플리커 제어회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스위칭 수단은, 엔모스 트랜지스터와 피모스 트랜지스터로 구성되며, 각각의 게이트가 서로 연결되고, 각 드레인이 서로 연결되며, 상기 게이트에 제1구형파 신호가 인가되며, 상기 엔모스 트랜지스터의 소스에 상기 제1기준전압이 인가되고, 상기 피모스 트랜지스터의 소스에 상기 충전 펌핑 수단의 출력신호가 인가되어, 상기 제1구형파 신호에 따라 주기적으로 상기 엔모스 트랜지스터 및 피모스 트랜지스터가 턴온되며, 이것에 의하여 상기 공통 드레인에서 상기 제1기준전압과 제2기준전압을 스윙하는 신호가 생성되는 액정 표시 장치용 플리커 제어회로.
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