KR100256298B1 - 액정표시소자의 구동전압 발생회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시소자의 구동전압 발생회로에 관한 것으로서, 박막 트랜지스터의 게이트온 또는 게이트 오프전압을 발생하기 위한 회로에 관한 것이다.
본 발명은 액정표시소자를 구동시키기 위한 게이트 온전압과 게이트 오프전압을 발생시키는 구동전압 발생회로에 있어서, 외부로부터 제1 내지 제4로직 콘트롤 신호를 입력하여 제1전원전압부터 제2전원전압까지 스윙하는 제1 내지 제4콘트롤 신호를 발생하는 스위칭부와; 상기 스위칭부로부터 인가되는 제1 내지 제4콘트롤 신호에 의해 제어되어 게이트 온전압을 발생하며, 상기 스위칭부로부터 인가되는 제1 내지 제4콘트롤신호중 제1 및 제2콘트롤신호에 의해 상기 제2전원전압을 상승시켜 게이트 온전압을 발생하는 제1구동전압 발생수단과, 상기 제3 및 제4콘트롤신호에 의해 제1전원전압을 하강시켜 게이트 오프전압을 발생하는 제2구동전압 발생수단으로 이루어진 구동전압 발생부와; 상기 구동전압 발생부로부터 출력되는 게이트 온전압 및 게이트 오프전압을 유지시켜 주기위한 전압 유지부를 포함한다.

Description

액정표시소자의 구동전압 발생회로
본 발명은 액정표시소자의 구동전압 발생회로에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 박막 트랜지스터의 게이트온 또는 게이트 오프전압을 발생하기 위한 회로에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시소자의 구동소자인 박막 트랜지스터는 고전압, 저전류의 특성을 갖는다. 이러한 박막 트랜지스터는 전압에 의해 제어되는 소자로서, 턴온전압(Von)으로 14V 이상의 전압, 그리고 턴오프전압(Voff)으로 5V 이하의 전압이 필요하지만, 전류 소모는 거의 없다.
따라서, 전압에 의해 제어되는 소자(voltage controlled device)인 액정표시소자를 구동시켜 주기 위하여 높은 전압과 낮은 전압이 요구되므로, 전류 공급은 낮고 적정 구동전압만 공급하여 줄 수 있는 회로가 요구되었다. 예를 들면, 텔레비젼 신호중 유효 데이터구간에서 안정된 전압을 공급할 수 있는 회로가 요구되었다.
종래에는 액정표시소자의 구동전압을 발생하기 위하여 스텝 업(step up) DC/DC 회로에서는 인턱터를 사용하였기 때문에, 전류 소모가 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 볼테이지 더블러를 사용하여 전류소비없이 필요한 높은 게이트 온전압과 낮은 게이트 오프전류를 발생할 수 있는 액정표시소자의 게이트 구동전압발생회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자의 구동전압 발생회로의 블록도.
제2도는 제1도의 구동전압 발생회로의 상세회로도.
제3a-3n은 제2도의 구동전압 발생회로의 동작 파형도.
제4도는 제2도의 구동전압 발생회로의 동작을 시뮬레이션 하기 위한 회로도.
제5a-5h도는 제4도의 각 노드의 파형도.
제6도는 제2도의 구동전압 발생회로의 게이트 온전류에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 스위칭부 200 : 구동전압 발생부
300 : 전압 유지부 400 : 역방향 전류차단부
210, 220 : 제1 및 제2구동전압 발생수단
211-214 : 볼테이지 더블러 310, 320 : 제1 및 제2전압 유지수단
410, 420 : 제1 및 제2전류 차단부
SW1 : 아날로그 스위치 T1-T4 : MOS 트랜지스터
C1-C6 : 캐패시터 D1-D8 : 다이오드
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 액정표시소자를 구동시키기 위한 게이트 온전압과 게이트 오프전압을 발생시키는 구동전압 발생회로에 있어서, 외부로부터 제1 내지 제4로직 콘트롤 신호를 입력하여 제1전원전압부터 제2전원전압까지 스윙하는 제1 내지 제4콘트롤 신호를 발생하는 스위칭부와; 상기 스위칭부로부터 인가되는 제1 내지 제4콘트롤 신호에 의해 제어되어 게이트 온전압을 발생하며, 상기 스위칭부로부터 인가되는 제1 내지 제4콘트롤신호중 제1 및 제2콘트롤신호에 의해 상기 제2전원전압을 상승시켜 게이트 온전압을 발생하는 제1구동전압 발생수단과, 상기 제3 및 제4콘트롤신호에 의해 제1전원전압을 하강시켜 게이트 오프전압을 발생하는 제2구동전압 발생수단으로 이루어진 구동전압 발생부와; 상기 구동전압 발생부로부터 출력되는 게이트 온전압 및 게이트 오프전압을 유지시켜 주기위한 전압 유지부를 포함하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 역방향 전류차단부는 상기 구동전압 발생부로 상기 전압 유지부에서 유지되는 게이트 온전압이 역류하는 것을 방지하기 위한 제1전류차단수단과; 상기 구동전압 발생부로 상기 전압 유지부에서 유지되는 게이트 오프전압이 역류하는 것을 방지하기 위한 제2전류차단수단으로 이루어지고, 각 전류차단수단은 상기 구동전압 발생부와 상기 전압 유지부사이에 순방향 연결된 다이오드로 구성된다.
상기 제1구동전압 발생수단은 상기 스위칭부로부터 인가되는 제1 및 제2콘트롤신호에 의해 제2전원전압을 상승시켜 게이트 온전압을 발생하는 제1 및 제2볼테이지 더블러로 구성되고, 상기 제2구동전압 발생수단은 상기 스위칭부로부터 인가되는 제3 및 제4콘트롤신호에 의해 제1전원전압을 하강시켜 게이트 오프전압을 발생하는 제3 및 제4볼테이지 더블러로 구성된다.
상기 스위칭부로부터 제1 및 제2구동전압 발생수단에 인가되는 제1 및 제2콘트롤신호 그리고 제3 및 제4콘트롤 신호는 서로 레벨 반전된 신호이다. 상기 전원전압은 10V이고, 게이트 온전압은 20V, 게이트 오프전압은 -10V이다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전압 유지부의 각 전압유지수단은 일단이 접지되고 타단이 상기 구동전압 발생부에 연결된 콘덴서로 각각 구성된다.
[실시예]
이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자의 구동전압 발생회로의 블록도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 구동전압 발생회로의 상세도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구동전압 발생회로는 외부로부터 로직 콘트롤 신호(a, b, c, d)를 입력하여 전원전압(DC 10V)가 공급되면 0V에서 10V로 스윙하는(swing) 콘트롤 신호(A, B, C, D)를 발생하는 스위칭부(100)와, 상기 스위칭부(100)로부터 콘트롤 신호(A, B, C, D)에 의해 제어되어 전원전압(10V)을 상승 및 전원전압(0V)을 하강시켜 게이트 온전압 및 게이트 오프전압을 발생하는 구동전압 발생부(200)와, 상기 구동전압 발생부(200)로부터 출력되는 게이트 온전압 및 게이트 오프전압을 유지시켜 주기위한 전압 유지부(300)와, 상기 전압 유지부(300)에 유지되는 게이트 온전압 및 게이트 오프전압이 역으로 구동전압 발생부(300)로 흐르는 것을 방지하기 위한 역방향 전류차단부(400)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 스위칭부(100)는 전원전압으로 10V가 공급되고, 로직콘트롤 신호(a, b, c, d)를 입력하여 0V-10V 사이에서 스윙하는 아날로그 스위치(SW1)로 구성된다.
상기 구동전압 발생부(200)는 상기 스위칭부(100)로부터 인가되는 콘트롤신호(A, B, C, D)중 A, B에 의해 전원전압(10V)을 상승시켜 게이트 온전압을 발생하는 제1구동전압 발생수단(210)과, 상기 스위칭부(100)로부터 인가되는 콘트롤 신호(A, B, C, D)중 C, D에 의해 전원전압(0V, GND)을 하강시켜 게이트 오프전압을 발생하는 제2구동전압 발생수단(220)으로 이루어진다.
상기 제1구동전압 발생수단(210)은 상기 스위칭부(100)로부터 인가되는 콘트롤 신호(A, B)에 의해 전원전압(10V)을 20V로 상승시켜 게이트 온전압을 발생하는 제1 및 제2볼테이지 더블러(211, 212)로 구성된다.
각 더블러(211, 212)는 게이트에 제1 또는 제2콘트롤신호가 인가되며 소오스에 전원전압(10V)이 인가되는 MOS 트랜지스터(T1), (T2)와, MOS 트랜지스터(T1), (T2)의 게이트와 드레인사이에 연결된 캐패시터(C1), (C2)와, 상기 MOS 트랜지스터(T1), (T2)의 드레인과 상기 캐패시터(C1, C2)사이에 연결된 다이오드(D1, D2)로 구성된다.
상기 제2구동전압 발생수단(210)은 상기 스위칭부(100)로부터 인가되는 콘트롤신호(C, D)에 의해 전원전압(0V, GND)을 -10V로 하강시켜 게이트 오프전압을 발생하는 제3 및 제4볼테이지 더블러(221, 222)로 구성된다.
각 더블러(221, 222)는 게이트에 제3 또는 제4콘트롤신호가 인가되며 소오스에 전원전압(0V)이 인가되는 MOS 트랜지스터(T3), (T4)와, MOS 트랜지스터(T3), (T4)의 게이트와 드레인사이에 연결된 캐패시터(C3), (C4)와, 상기 MOS 트랜지스터(T3), (T4)의 드레인과 상기 캐패시터(C3, C4)사이에 연결된 다이오드(D3, D4)로 구성된다.
상기 전압 유지부(300)는 상기 구동전압 발생부(200)의 제1구동전압 발생수단(210)으로부터 출력되는 게이트 온전압(Von)을 유지하기 위한, 일단이 접지되고 타단이 상기 역방향 전류차단부(400)를 통해 제1구동전압 발생수단(210)에 연결된 콘덴서(C5)로 구성된 제1전압 유지수단(310)과, 상기 구동전압발생부(200)의 제2구동전압 발생수단(220)으로부터 출력되는 게이트 오프전압(Voff)을 유지하기 위한, 일단이 접지되고 타단이 상기 역방향 전류차단부(400)를 통해 제2구동전압 발생수단(220)에 연결된 콘덴서(C6)로 구성된 제2전압 유지수단(320)으로 이루어진다.
상기 역방향 전류차단부(400)는 상기 구동전압 발생부(200)의 제1구동전압 발생수단(210)으로 전압 유지부(300)의 제1전압유지수단(310)에서 유지되는 게이트 온전압(Von)이 역류하는 것을 방지하기 위한 제1전류차단수단(410)과, 상기 구동전압 발생부(200)의 제2구동전압 발생수단(220)으로 전압 유지부(300)의 제2전압유지수단(320)에서 유지되는 게이트 오프전압(Voff)이 역류하는 것을 방지하기 위한 제2전류차단수단(420)으로 이루어진다.
상기 제1전류차단수단(410)은 상기 제1구동전압 발생수단(210)과 제1전압유지수단(310)사이에 순방향연결된 다이오드(D5, D6)으로 구성되고, 제2전류차단수단(220)은 상기 제2구동전압 발생수단(220)과 제2전압유지수단(320)사이에 순방향 연결된 다이오드(D7, D8)로 구성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 액정표시소자의 입력검출회로의 동작을 도 3a-도 3n을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
스위칭부(100)의 아날로그 스위치(SW1)는 도 3a-도 3d와 같은 로직전압의 제어신호(a, b, c, d)를 입력하고, 전원전압으로 DC 10V가 공급되면 0V에서 10V사이에서 스윙(swing) 하는 콘트롤 신호(A, B, C, D)를 발생한다.
게이트 온전압을 발생하는 제1구동전압 발생수단(210)에서는 상기 아날로그 스위치(SW1)로부터 인가되는 제어신호(A)에 의해 제1볼테이지 더블러(211)를 구동시켜 도 3i와 같이 전원전압 10V를 상승시켜 20V의 게이트 온전압을 발생한다.
한편, 게이트 오프전압을 발생하는 제2구동전압 발생수단(220)에서는 상기 아날로그 스위치(SW1)로부터 인가되는 제어신호(C)에 의해 제3볼테이지 더블러(221)를 구동시켜 도 3k와 같이 전원전압 0V를 하강시켜 -10V의 게이트 오프전압을 발생한다.
구동전압 발생부(200)로부터 발생된 게이트 온전압과 게이트 오프전압을 역방향 전류차단부(400)를 통해 전압유지부(300)에 인가되어 콘덴서(C5, C6)를 통해 유지되고 평활되므로, 도 3m 및 도 3n과 같이 게이트 온전압(Von)과 게이트 오프전압(Voff)으로서 각각 20V 및 -10V가 발생되어진다.
상기 제1구동전압 발생수단에 있어서, 제1볼테이지 더블러(211)와 동일하게 제2볼테이지 더블러(212)를 구성한다. 따라서, 제2볼테이지 더블러(212)를 상기 제1볼테이지 더블러(211)를 제어하는 제어신호(A)와 레벨 반전된 제어신호(B)에 의해 제어하여 전파정류를 구현함으로써, 게이트 온전압이 20V 전압과 10V 전압사이의 15V 전압으로 평활되는 것을 방지한다.
이때, 노드(Q1)에서의 20V 게이트 온전압에 발생되는 리플을 방지하기 위하여 아날로그 스위치(SW1)로부터 인가되는 콘트롤신호(A, B)에 의해 MOS 트랜지스터(T1,T2)가 턴온되는 시간차를 두는데, 이를 위하여 로직 콘트롤신호(a, b)의 하이상태가 겹쳐지도록 한다.
제1 및 제2볼테이지 더블러에 있어서, 캐패시터(C1, C2)가 MOS 트랜지스터(T1, T2)의 게이트와 드레인사이에 연결되어, MOS 트랜지스터의 턴오프시간이 지연되므로 MOS 트랜지스터(T1, T2)의 소오스와 드레인간의 누설전류가 흐르게 되기 때문에, 다이오드(D1-D2)를 쇼트키 다이오드로 구성하여 MOS 트랜지스터(T1, T2)로부터 캐패시터(C1, C2)로 전류가 한방향으로만 흐르도록 하였다.
이는 상기 제2구동전압 발생수단에 있어서도 마찬가지로 적용되는데, 제3볼테이지 더블러(221)와 제4테이지 더블러(222)를 동일하게 구성하여 서로 레벨이 반전된 콘트롤 신호(C)와 (D)에 의해 제어함으로써, 전파정류를 구현하여 게이트 오프전압이 0V 전압과 -10V 전압사이의 -5V 전압으로 평활되는 것을 방지한다.
그리고, 노드(Q2)에서의 20V 게이트 온전압에 발생되는 리플을 방지하기 위하여 아날로그 스위치(SW1)로부터 인가되는 콘트롤신호(C, D)에 의해 MOS 트랜지스터(T3, T4)가 턴온되는 시간차를 두는데, 이를 위하여 로직 콘트롤신호(c, d)의 하이상태가 도 3c와 도 3d에서처럼 겹쳐지도록 한다.
제3볼테이지 더블러에서도, 캐패시터(C3, C4)가 MOS 트랜지스터(T3, T4)의 게이트와 드레인사이에 연결되어, MOS 트랜지스터의 턴오프시간이 지연되므로 MOS 트랜지스터(T3, T4)의 소오스와 드레인간의 누설전류가 흐르게 되므로, 다이오드(D3-D4)를 쇼트키 다이오드로 구성하여 캐패시터(C3, C4)에서 MOS 트랜지스터(T3, T4)로 전류가 한방향으로만 흐르도록 하였다.
도 4는 도 2의 구동전압 발생회로의 동작을 시뮬레이션 하기 위한 회로도이고, 도 5a-도 5h은 도 4의 각 노드에서의 파형도이고, 도 6은 시뮬레이션 결과 로서 시간에 따른 게이트 온전압의 파형도를 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 구동전압회로를 볼테이지 더블러를 이용하여 도 2와 같이 구현하면, 10V 전원전압에 대해 20V의 게이트 온전압을 발생시키는 것이 가능하게 됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 액정표시소자의 구동전압 발생회로에 따르면, 볼테이지 더블러를 이용하여 파워 소비가 큰 게이트 온전압과 게이트 오프전압만을 상승시키고, 전류를 전원전압에서와 동일하게 흐르도록 함으로써, 파워 소비를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 스위칭에 대한 영향을 감소시켜 줄수 있다.
또한 볼테이지 더블러를 2개 구성하여 전파정류회로와 같이 구현함으로써, 전압유지용 캐패시터에 2배의 전압을 유기하는 것이 가능하다.
볼테이지 더블러의 전류가 한방향으로만 흐르도록 함으로써, 역방향전류에 의한 누설전류를 방지하여 그에 의한 소비전류를 감소시킬수 있다.
또한, 본 발명에서는 볼테이지 더블러용 스위칭 소자로서 MOS 트랜지스터를 사용함으로써 소자동작 파워소비를 감소시켜 발열을 감소시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 액정표시소자를 구동시키기 위한 게이트 온전압과 게이트 오프전압을 발생시키는 구동전압 발생회로에 있어서, 외부로부터 제1 내지 제4로직 콘트롤 신호를 입력하여 제1전원전압부터 제2전원전압까지 스윙하는 제1 내지 제4콘트롤 신호를 발생하는 스위칭부와; 상기 스위칭부로부터 인가되는 제1 내지 제4콘트롤 신호에 의해 제어되어 게이트 온전압을 발생하며, 상기 스위칭부로부터 인가되는 제1 내지 제4콘트롤신호중 제1 및 제2콘트롤신호에 의해 상기 제2전원전압을 상승시켜 게이트 온전압을 발생하는 제1구동전압 발생수단과, 상기 제3 및 제4콘트롤신호에 의해 제1전원전압을 하강시켜 게이트 오프전압을 발생하는 제2구동전압 발생수단으로 이루어진 구동전압 발생부와; 상기 구동전압 발생부로부터 출력되는 게이트 온전압 및 게이트 오프전압을 유지시켜 주기위한 전압 유지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압 유지부에 유지되는 게이트 온전압 및 게이트 오프전압이 역으로 구동전압 발생부로 흐르는 것을 방지하기 위한 역방향전류차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 역방향 전류차단부는 상기 구동전압 발생부로 상기 전압 유지부에서 유지되는 게이트 온전압의 역류하는 것을 방지하기 위한 제1전류차단수단과; 상기 구동전압 발생부로 상기 전압 유지부에서 유지되는 게이트 오프전압이 역류하는 것을 방지하기 위한 제2전류차단수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1전류차단수단과 제2전류차단수단은 상기 구동전압 발생부와 상기 전압 유지부사이에 순방향 연결된 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1구동전압 발생수단은 상기 스위칭부로부터 인가되는 제1 및 제2콘트롤신호에 의해 제2전원전압을 상승시켜 게이트 온전압을 발생하는 제1 및 제2볼테이지 더블러로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스위칭부로부터 제1구동전압 발생수단에 인가되는 제1 및 제2콘트롤신호는 서로 반전된 레벨을 갖는 신호인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전원전압은 10V이고, 게이트 온전압은 20V인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2구동전압 발생수단은 상기 스위칭부로부터 인가되는 제3 및 제4콘트롤신호에 의해 제1전원전압을 하강시켜 게이트 오프전압을 발생하는 제3 및 제4볼테이지 더블러로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스위칭부로부터 제2구동전압 발생수단에 인가되는 제3 및 제4콘트롤신호는 서로 반전된 레벨을 갖는 신호인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전원전압은 10V이고, 게이트 오프전압은 -10V인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전압유지부의 상기 제1 및 제2전압유지수단은 일단이 접지되고 타단이 상기 구동전압 발생부에 연결된 콘덴서로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로.
  12. 제1항에 있어서, 제1전원전압은 0V이고, 제2전원전압은 10V인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동전압 발생회로.
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