KR100242110B1 - 도트인버전 구동방식의 액정표시장치와 그 구동회로 - Google Patents

도트인버전 구동방식의 액정표시장치와 그 구동회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 구동회로에 관한 것이다. 액정표시장치는 액정의 열화를 방지하기 위하여 신호선과 공통전극에 인가되는 전압의 위상을 일정한 주기마다 반전시켜 준다. 이러한 반전방법으로 라인인버전과 도트인버전방식이 있는데, 일반적으로 도트인버전방식이 라인인버전방식보다 더 화질이 좋다.
그러나, 도트인버전방식의 액정표시장치를 제조하려면, 라인인버전 방식의 신호선구동IC를 신호선의 양단에 설치하는 더블뱅크(double bank)구조로 설계해야 하므로, 기판의 이용효율이 낮아지게 된다. 왜냐하면, 싱글뱅크(sing bank)구조로 도트인버전방식의 신호선구동IC를 제조하기에는 인접한 신호선의 간격이 매우 좁아 설계가 매우 어렵기 때문이다.
본 발명은 라인인버전방식의 신호선구동IC를 싱글뱅크 구조로 설치하고, 상기 신호선구동IC의 출력선에 배타적논리합(XOR) 논리연산수단을 설치하고, 상기 출력선 중 홀수열의 출력선에 연결된 XOR과 짝수열의 출력선에 연결된 XOR에 서로 다른 위상을 갖는 기준신호를 인가하여 도트인버전방식의 액정표시장치 구동회로를 구현한 것이다. 그래서, 싱글뱅크 구조를 가진 도트인버전 방식의 액정표시장치 구동회로를 라인인버전방식의 신호선구동IC를 사용하여 설계할 수 있다.

Description

도트인버전 구동방식의 액정표시장치와 그 구동회로
본 발명은 액정표시장치를 구동하는 방법에 있어서, 라인인버전(line inversion)방식으로 영상신호를 출력하는 신호선구동드라이버를 사용하여 도트인버전(dot inversion)방식의 구동방식을 구현하는 방법과 싱글뱅크(single bank)구조를 가진 도트인버전방식의 액정표시장치 구동회로에 관한 것이다.
현재 표시장치 중, 가장 많이 사용되고 있는 것은 CRT 브라운관이다. 그러나, CRT브라운관을 채용한 표시장치는 표시영역을 크게 하기위해 대형화할수록 부피가 점점 더 커지고, 무게도 무거워져 설치면적이 넓어지고 휴대하기 어려운 단점이 있다. 그래서, 장래 많은 수요가 예상되고 있는 벽걸이형 TV나, 휴대용컴퓨터의 모니터와 같은 표시장치로는 적합치 않다.
이러한 CRT브라운관의 단점을 극복하고자 동일한 표시영역의 CRT브라운관에 비해 두께가 얇고 무게가 가벼운 평판형 표시장치들이 개발되고 있는 중이다. 이러한 평판형 표시장치에는 액정표시장치(LCD:Liquid Crystal Display)와 플라즈 마디스플레이패널(PDP:Plasma Display Panel) 등이 있는데, 현재 가장 실용화율이 높은 것은 액정표시장치이다.
이러한 액정표시장치의 개략적인 구조는 제1도와 제2도에 나타낸 것과 같다. 제1도는 액정표시장치의 일부분을 나타낸 사시도이고, 제2도는 제1도의 액정표시장치에서 하판(21)의 구조를 좀더 상세히 나타낸 것이다. 액정표시장치는 편광판(20)과 칼라필터(23) 및 공통전극(24)이 부착된 상판(22)과; 박막트랜지스터(13)와 화소전극(26)이 형성된 하판(21); 사이에 액정(25)이 주입된 구조로 되어있다. 상기 하판은 복수개의 주사선(14)과 신호선(15)이 직교하여 형성되고, 상기 주사선과 신호선이 교차하는 교차부에는 교차부마다 화소전극(26)과 박막트랜지스터(13)가 형성되어 있다. 또, 상기 하판에는 상기 신호선에 연결된 신호선구동IC(11)와 상기 주사선에 연결된 주사선구동IC(10)도 부착되어 있고, 상기 신호구동IC와 주사선구동IC는 콘트롤러IC(17)와 연결되어 있다.
상기 박막트랜지스터는 제3도에 나타낸 것과 같이 게이트전극(30)과 소스전극(32) 및 드레인전극(33)을 포함하여 구성되어 있는데, 상기 게이트전극은 상기 주사선에 연결되어 있고, 상기 소스전극은 상기 신호선에 연결되어 있으며, 상기 드레인전극은 상기 화소전극에 연결되어 있다. 그리고, 상기 소스전극과 드레인전극 사이는 반도체층(34)으로 연결되어 있다.
상기 하판에 부착된 주사선구동IC와 신호선구동IC는 PCB기판(도면미도시)과 같은 외부에 구성된 콘트롤러IC로부터 제어신호와 영상신호를 인가받는다.
상기 제1도와 제2도에 도시한 액정표시장치는 다음과 같이 동작한다. 먼저 콘트롤러IC(17)로부터 소정의 주기로 영상신호가 신호선구동IC(11)로 인가된다. 상기 영상신호는 R(Red), G(Green), B(Blue)에 해당하는 화소전극 3개에 인가될 계조정보를 담고 있다. 그리고, 상기 상판의 공통전극(24)에는 항상 일정한 전압이 흘러 화소전극(26)과 공통전극 사이에 일정한 전압차를 유지시킨다. 상기 신호선구동IC(11)는 상기 콘트롤러IC(17)로부터 인가되는 상기 영상신호를 내장된 래치회로(도면미도시)에 래치하다가 한 수평라인(line) 분(分)의 영상신호가 신호선구동IC에 모두 래치되면, 상기 한 수평라인 분(分)의 영상신호를 상기 하판의 신호선(15)으로 한꺼번에 인가한다. 이 때, 상기 콘트롤러IC(17)로부터 인가되는 동작신호에 의해 주사선구동IC(10)는 상기 영상신호가 인가될 화소전극(26)에 연결된 박막트랜지스터(13)의 게이트전극(제3도의 30)과 연결된 주사선(14)으로 주사전압을 인가한다.
상기 주사전압이 주사선(14)에 인가되면, 상기 주사전압이 인가된 주사선에 연결된 박막트랜지스터(제1도의 13)는 도통(on)하게 되어 상기 소스전극(제3도의 32)에 연결된 신호선(제1도의 6)에 흐르던 영상신호가 상기 반도체층(제3도의 34)을 통해 드레인전극(제3도의 33)에 인가된다. 그러면, 상기 드레인전극과 연결된 화소전극(제1도의 26과 제3도의 26)에 전압이 인가되어 상기 상판(22)의 공통전극(24)과 상기 하판(21)의 화소전극(26) 사이에 전압차가 변하게 된다. 이 때, 상기 공통전극(24)과 화소전극(26) 사이의 액정(25)의 분자배열이 바뀌게 되어 광투과율이 변화하게 되는데, 이러한 광투과율이 변화로 인해 액정표시장치가 영상을 나타내게 된다.
이러한 액정표시장치의 구동방법은 상기 신호선에 인가되는 영상신호의 위상에 따라 라인인버전(Line Inversion)과 칼럼인버전(Column Inversion) 및 도트인버전(Dot Inversion)으로 나뉘어진다. 라인인버전방식은 제4도에 나타낸 것과 같이 신호선에 인가되는 영상신호의 위상이 각 라인마다 반전되도록 인가하는 방식이고, 칼럼인 버전방식은 제5도에 나타낸 것과 같이 신호선에 인가되는 영상신호의 위상이 각 칼럼마다 반전되도록 영상신호를 인가하는 방식이다. 반면, 도트인버전방식은 제6도에 나타낸 것과 같이 신호선에 인가되는 전압의 극성을 각 칼럼과 라인마다 동시에 반전되도록 영상신호를 인가하는 방식이다. 제4(a)도와 제5(a)도 및 제6(a)도는 공통 전극에 인가되는 공통전압을 위상으로 나타낸 것이고, 제4(b)도와 제5(b)도 및 제6(b)도는 신호선의 각 라인마다 인가되는 영상신호의 위상을 나타낸 것이다.
상술한 바와 같이 영상 신호의 위상을 라인마다 혹은, 도트마다 반전되도록하는 이유는 화소전극과 공통전극에 동일한 극성의 전압차가 지속되면, 상기 화소전극과 공통전극 사이의 액정이 열화되어 영상이 껌벅거리거나 어두워지기 때문이다.
그런데, 도트인버전방식은 라인인버전방식이나 칼럼인버전방식에 비해 영상이 껌벅거리거나 어두워지는 현상이 적어 화질이 좋다. 그 이유는 서로 인접한 화소전극에는 위상이 다른 화소전압이 인가되기 때문이다. 예를 들어, 만약 첫 번째 주기동안 1번화소에 정극성(+)의 화소전압이 인가되었을 경우, 인접한 2번화소에는 부극성(-)의 화소전압이 인가된다는 것이다. 그리고, 그 다음 주기동안 1번화소에 부극성의 화소전압이 인가되면, 인접한 2번화소에는 정극성의 화소전압이 인가된다. 그런데, 만약 소정의 주기동안 1번화소에 정극성의 화소전압에 전압강하가 일어날 때, 그 다음 주기에는 1번화소에 부극성의 화소전압이 인가되므로, 정극성의 화소전압강하가 보상되어진다.
이러한 도트인버전 방식으로 액정표시장치를 구동하기 위해서 선행기술 특개소63-229495는 제7도에서와 같이 공통전극을 신호선방향으로 분할하여 홀수열에 위치한 공통전극에는 제1공통전압(Com1)을 인가하고, 짝수열에 위치한 공통전극에는 상기 제1공통전압과 위상이 반대인 제2공통전압(Com2)을 인가하였다. 그리고, 제8도에 나타낸 것과 같이 신호선구동IC를 하판의 두 부분에 설치하여 홀수열의 신호선(D1, D3)에는 제1신호선구동IC(제8도의 DD1)를 연결하고, 짝수열의 신호선(D2, D4)에는 제2신호선구동IC(제8도의 DD2)를 연결한다. 그래서, 제1신호선구동IC와 제2신호선구동IC는 서로 반전된 영상신호를 신호선에 인가하도록 구성한다. 이렇게 신호선구동IC를 하판의 두 부분에 위치시킨 것을 더블뱅크(double bank)구조라고 한다. 이와 반대로 신호선구동IC를 하판의 한 부분에 몰아서 위치시킨 것은 싱글뱅크(single bank)구조라고 한다.
신호선구동IC를 하판 위에 직접 실장시키는 COG(Chip On Glass)방식을 사용할 때, 상기 더블뱅크(double bank)구조의 액정표시장치는 싱글뱅크구조의 액정표시장치에 비해 기판의 사용효율이 떨어진다. 그 이유는 더블뱅크 구조는 하판에서 박막트랜지스터와 화소전극이 위치할 영역이 싱글뱅크 구조에 비해 좁아지기 때문이다.
그런데, 액정표시장치에서 도트인버전 구동방법을 구현하려면, 싱글뱅크구조 보다 더블뱅크 구조의 하판을 설계하는 것이 좋다. 왜냐하면, 인접한 신호선에 서로다른 위상을 가진 영상신호를 인가하기 위해서는 제9도와 같이 신호선구동IC(90)의 출력전극(91)에 NOT 논리연산기(93)를 설치하는 방법으로 위상을 반전시켜 줄 수단이 필요한데, 이러한 방법은 신호선구동IC의 설계가 복잡하다는 문제가 있기 때문이다. 그래서, 일반적으로 특개소63-229495와 같이 더블뱅크 구조로 하판을 설계하는 것이다. 그러므로, 싱글뱅크 구조를 가지고, 도트인버전 구동방법을 채용한 액정표시장치를 설계할 필요가 있다.
제1도는 액정표시장치의 일부분을 나타낸 사시도이다.
제2도는 액정표시장치의 하판의 구조를 나타낸 평면도이다.
제3도는 박막트랜지스터를 나타낸 단면도를 나타낸 것이다.
제4도는 라인인버전방식으로 액정표시장치를 구동했을 때, 각 화소에 인가되는 전압의 위상을 나타낸 것이다.
제5도는 칼럼인버전방식으로 액정표시장치를 구동했을 때, 각 화소에 인가되는 전압의 위상을 나타낸 것이다.
제6도는 도트인버전방식으로 액정표시장치를 구동했을 때, 각 화소에 인가되는 전압의 위상을 나타낸 것이다.
제7도는 종래의 액정표시장치에서 신호선방향으로 분할한 공통전극을 나타낸 것이다.
제8도는 종래의 액정표시장치에서 신호선구동IC를 두부분에 설치한 더블뱅크(double bsnk)구조의 구동회로를 나타낸 것이다.
제9도는 신호선구동IC의 출력전극에 NOT 논리연산기가 설치된 액정표시장치의 구동회로를 나타낸 것이다.
제10도는 본 발명의 액정표시장치의 구동회로를 나타낸 것이다.
제11도는 본 발명의 구동회로에 인가되는 신호의 파형을 나타낸 것이다.
제12도는 출력선이 6개가 형성된 본 발명의 구동회로의 예제를 나타낸 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 주사선구동IC 11 : 신호선구동IC
12 : 액정패널 13 : 박막트랜지스터
14 : 주사선 15 : 신호선
16 : 화소 17 : 콘트롤러IC
20 : 편광판 21 : 제1기판(하판)
22 : 제2기판(상판) 23 : 칼라필터
24 : 공통전극 25 : 액정
26 : 화소전극 30 : 게이트전극
31 : 게이트절연막(제1절연막) 32 : 소스전극
33 : 드레인전극 34 : 반도체층
35 : 보호막(제2절연막) 36 : 불순물반도체층
41 : 휘도보정회로 42 : 증폭회로
43 : 아날로그 스위치 44 : 제어회로
45 : 증폭회로 90 : 신호선구동IC
91 : 신호선구동IC출력전극 92 : 신호선
93 : NOT 논리연산기 100 : 콘트롤러IC
110 : 공통전압발생기 120 : 신호선구동IC
130 : 주사선구동IC 140 : 공통전극
150 : 하판 160 : XOR 논리연산기
200 : 래치회로 210 : XOR 논리연산기
D1, D2, D3, D4 : 신호선 d1, d2, d3, d4 : 신호전극
G1, G2, G3, G4, G4 : 주사선 DD1 : 제1신호구동IC
DD2 : 제2신호구동IC GD : 주사선구동IC
P1 : 하판 P2 : 상판
FD1 : 제1기준신호 FD2 : 제2기준신호
S1, S2, S3 : 보정 전의 신호전압 S1', S2', S3' : 보정 후의 신호전압
Lnn : n번째 열과 n번째 행의 화소 Qnn : n번째 열과 n번째 행의 TFT
Com1, Vcom1 : 제1공통전압 Com2, Vcom2 : 제2공통전압
본 발명은 매 라인마다 위상이 반전되는 신호전압을 인가하는 라인인버전방식의 신호선구동IC를 이용하여 싱글뱅크 구조를 가지는 도트인버전구동방식의 액정표시장치를 설계할 수 있는 액정표시장치의 구동회로이다.
본 발명은 제10도와 제11도에 나타낸 것과 같이 콘트롤러IC(100)로부터 소정의 주기로 하이(high)와 로(low)가 토글(toggle)되는 제1기준신호 FD1과 상기 제1기준 신호와 동기하되 위상이 반대인 제2기준신호 FD2가 신호선구동IC(120)와 공통전압 발생기(110)에 인가되어 상기 공통전압발생기(110)가 서로 위상이 다른 제1공통전압(Vcom1)과 제2공통전압(Vcom2)을 출력하고, 신호선구동IC(120)는 서로 위상이 다른 제1영상신호(S1')와 제2영상신호(S2')를 출력하는 구동회로이다. 제10도는 본 구동회로의 구성도이고, 제11도는 본 구성회로에 인가되는 신호들의 파형도이다.
이때, 공통전극(140)은 신호선방향으로 분할되어 홀수열의 공통전극에는 제1공통전압이 인가되고 짝수열의 공통전극에는 제2공통전압이 인가되고, 상기 홀수열의 공통전극에 대응하는 홀수열의 신호선에는 제1영상신호가 인가되고 상기 짝수열의 공통전극에 대응하는 짝수열의 신호선에는 제2영상신호가 인가된다.
본 발명의 신호선구동IC는 라인인버전방식으로 신호전압을 신호선으로 인가하는 래치회로(제12도의 200)와 출력전극(제12도의 d1, d2, d3, d4, d5, d6)으로 구성된다. 이 때, 상기 래치회로에서 출력전극으로 출력되는 영상신호들 중, 홀수번째의 출력전극(제12도의 d1, d3, d5)과 제1기준신호 FD1를 입력받는 배타적논리함(XOR)연산기(160)의 출력선을 홀수번째의 신호선(D1, D3, D5)에 연결하고, 짝수번째의 출력전극(제12도의 d2, d4, d6)과 제2기준신호 FD2를 입력받는 배타적 논리합연산수단의 출력선을 짝수번째의 신호선(D2, D4, D6)에 연결한다. 즉, 신호선구동IC의 출력 전극에 배타적논리합(XOR)연산수단을 설치하는 것이다.
본 발명은 다음과 같이 동작한다. 먼저 콘트롤러IC(100)에서 소정의 주기로 출력되는 FD1과 FD2가 공통전압발생기(110)와 신호선구동IC(120)에 인가된다. 그러면, 상기 공통전압발생기(110)는 상기 FD1에 동기하는 제1공통전압을 홀수열의 공통전극에 인가하고, 상기 FD2에 동기하는 제2공통전압을 짝수열의 공통전극에 인가한다. 그러면, 상기 공통전극(140)은 제6도에 나타낸 것과 같이 각 도트마다 위상이 반전된 전압이 인가된다.
또, 상기 신호선구동IC(120)는 홀수열의 출력전극에서 출력되는 영상신호와 상기 FD1을 배타적논리합(XOR)연산하여 그 출력값을 홀수열의 신호선에 인가하고, 상기 짝수열의 출력전극에서 출력되는 영상신호와 상기 FD2를 배타적논리합 연산하여 그 출력값을 짝수열의 신호선에 인가한다. 그 결과, 홀수열의 신호선에 인가되는 영상신호와 짝수열의 신호선에 인가되는 영상신호의 위상은 서로 반대가 된다.
상기 홀수열의 신호선에 인가되는 영상신호와 짝수열의 신호선에 인가되는 영상신호의 위상이 반대로 되는 이유는 다음과 같다. 예를 들어, 제11도에 도시된 바와 같이 “High”상태의 FD1과 “Low”상태의 FD2가 각각 XOR에 입력되고, 또한 “High”레벨의 영상데이터 S1, S2가 XOR에 입력되면 “High”및 “Low”레벨의 영상 신호로 제10도와 같이 인가된다. 이때 제11도에 도시된 바와 같이 “Low”레벨의 S2'영상신호는 점선으로 표시된 제2공통전압보다 전위가 낮아 화소전극에 부극성전위로 입력된다. 또한 “High”레벨의 S1'영상신호는 점선으로 표시된 제1공통전압(Vcom1)보다 전위가 높아 정극성전위로 화소전극에 입력된다.
즉, 제12도에서와 같이 출력선이 D1~D6까지 6개가 형성된 래치회로(200)와 각 출력선에 배타적논리합연산회로(이하 XOR)(210)가 있고, D1, D3, D5에 연결된 XOR은 공통적으로 FD1을 입력받으며, d2, d4, d6에 연결된 XOR은 공통적으로 FD2를 입력받는 신호선구동IC에서는 D1, D3, D5는 원래의 영상데이타가 영상신호로 변환되어 신호선으로 출력되지만 D2, D4, D6는 반전된 레벨의 영상데이타가 영상신호로 변환되어 신호선으로 출력된다. 그 이유는 XOR(210)에 low상태의 FD1 신호가 입력되면 래치회로(200)로 부터 입력되는 “High”레벨의 영상데이타 d1의 값이 “Low”레벨의 영상데이타 D1으로 반전되어 신호선에 이에 대응하는 영상신호로 변환되어 인가된다. 또한 “High”상태의 FD1신호가 입력되면 래치회로(200)로 부터 입력되는 “High”레벨의 영상데이타 d1의 값이 그대로 신호선에 이에 대응하는 영상신호로 변환되어 인가된다. 따라서, FD1 또는 FD2의 입력상태에 따라 래치회로(200)로 부터 출력되는 영상데이타가 반전 또는 비반전되어 신호선에 영상신호로 변환되어 출력된다. 그 이유는 XOR이 동일한 위상을 갖는 신호가 입력되면 하이(high)의 위상을 갖는 출력값을 내고, 동일하지 않은 위상을 갖는 신호가 입력되면 로(low)의 위상을 갖는 출력값을 내기 때문이다. 다음의 표는 XOR의 논리표이다.
Figure kpo00002
일반적으로 액정표시장치는 액정의 열화를 방지하기 위하여 지속적으로 화소전극에 인가되는 영상신호의 전기적인 극성과 공통전극에 인가되는 공통전압의 위상을 일정한 주기로 반전시켜 주어야 한다. 그래서, 신호선구동IC가 신호선으로 영상신호를 인가하는 여러 가지 방법을 개발했던 것이다. 이러한 방법으로는 라인인버전방식과 도트인버전방식이 있는데, 도트인버전방식이 라인인버전방식보다 액정표시장치의 화질이 깨끗하다. 그러나, 도트인버전방식의 구동회로를 설계하려면, 싱글뱅크(single bank)구조로는 어렵고 더블뱅크(double bank)구조로 액정표시장치를 설계해야 했었다.
본 발명은 기존의 라인인버전(line inversion)방식의 신호선구동IC의 각 출력선에 배타적논리합(XOR) 논리연산기를 설치하고, 홀수열의 출력선에 설치된 XOR 논리연산기와 짝수열의 출력선에 설치된 XOR 논리연산기에 서로 위상이 반대인 기준신호를 입력하여 그 출력값을 신호선에 인가함으로써 서로 인접한 신호선에는 서로 위상이 반대인 영상신호가 인가되도록 하고 있다. 결국, 라인인버전방식의 신호선구동IC를 싱글뱅크 구조로 설치하여 도트인버전 방식의 구동방법을 구현한 것이다. 그래서, 본 발명은 종래의 액정표시장치에 비해 하판의 이용효율이 높고, 화질이 깨끗한 액정표시장치의 구동회로를 설계할 수 있다.

Claims (2)

  1. 열(列:column)방향으로 연속하여 형성된 복수개의 신호선과, 행(行:row)방향으로 연속하여 형성된 복수개의 주사선과 각각의 신호선과 주사선의 교차점에 박막트랜지스터를 형성하고, 상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극을 포함하는 제1기판과; 상기 신호선과 대응하는 열(column)방향으로 형성된 복수개의 공통전극을 형성하여 구성된 제2기판과; 수평주사주기로 반전되는 FD1과 상기 FD1의 위상과 반대인 FD2 및 영상데이타를 출력하는 제어신호발생수단과; 상기 FD1에 동기하여 위상이 반전되는 제1공통전압을 상기 제2기판의 홀수번째 공통전극에 인가하고, 상기 FD2에 동기하여 위상이 반전되는 제2공통전압을 상기 제2기판의 짝수번째 공통전극에 인가하는 공통전압인가수단과; 상기 제어신호발생수단으로 부터 입력되는 기수영상데이타와 상기 FD1을 논리합연산하여 상기 FD1의 논리상태에 대응하는 영상신호로 변환하여 기수신호선으로 출력하며, 상기 제어신호발생수단으로부터 입력되는 우수 영상데이타들과 상기 FD2를 논리합연산하여 상기 FD2의 논리상태에 대응하는 영상신호로 변환하여 우수신호선으로 출력하는 신호선구동수단을 포함하며; 상기 영상신호들과 공통전압들간의 전위차가 입력되는 소정의 화소전극의 전위가 수평 및 수직라인선상의 인접화소전극의 전위들에 대하여 반대인 것을 특징으로하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어신호발생수단의 출력신호 FD1, FD2는 디지털신호인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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