KR100366315B1 - Circuit and method of driving data line by low power in a lcd - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막트랜지스터(Thin Film Transistor:TFT) 액정표시장치(Liquid Crystal Device: LCD)의 소스(source) 구동회로에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 회로는 TFT 액정표시장치의 데이터 라인을 영상 데이터에 따라 구동하기 위한 저전력 소스 구동회로에 있어서, 영상 데이터를 아날로그신호로 변환하기 위한 디지털-아날로그 변환부; 극성변조를 위한 다단계 충방전 전압을 제공하는 극성변조부; 디지털-아날로그 변환부로부터 입력된 영상신호를 입력받고, 극성변조주기에서 극성변조부와 연결되어 충방전되어 극성변조하되, 충전시 극성변조부의 충전전압이 영상신호보다 높으면 영상신호 레벨로 포화되고, 방전시 극성변조부의 방전전압이 영상신호보다 낮으면 영상신호로 포화되며, 계조표시 주기에서 극성변조된 출력을 해당 데이터 라인에 인가하는 출력버퍼; 및 극성변조주기에서 극성변조부를 출력버퍼에 연결하고, 계조표시주기에서 출력버퍼를 전원에 연결하는 스위칭수단을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따르면 극성변조시에 고정된 전압 레벨이 아닌 영상신호에 따라 제어되는 레벨까지만 충/방전하므로써 과충전(overcharging)이나 과방전을 방지하여 불필요한 전력소모를 방지할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a source driving circuit of a thin film transistor (TFT) liquid crystal display (LCD). The circuit of the present invention is a low-power source driving circuit for driving a data line of a TFT liquid crystal display device in accordance with image data, comprising: a digital-analog converter for converting image data into an analog signal; A polarity modulation unit for providing a multi-stage charge / discharge voltage for polarity modulation; And a polarity modulating unit which is connected to the polarity modulating unit for charging / discharging and polarity-modulated. When the charging voltage of the polarity modulating unit during charging is higher than the video signal, the video signal is saturated at a video signal level, An output buffer which is saturated with a video signal when a discharge voltage of the polarity modulation unit is lower than a video signal during discharge and applies a polar modulation output to the data line in a gray scale display period; And a switching means for connecting the polarity modulation section to the output buffer in the polarity modulation period and connecting the output buffer to the power source in the gray-scale display period. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent unnecessary power consumption by preventing overcharging or overdischarge by charging / discharging only a level controlled according to a video signal rather than a fixed voltage level during polarity modulation.
Description
본 발명은 박막트랜지스터(Thin Film Transistor:TFT) 액정표시장치(Liquid Crystal Device: LCD)의 소스(source) 구동회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저전력으로 데이터 라인을 구동할 수 있는 저전력 소스 구동 회로 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a source driving circuit of a thin film transistor (TFT) liquid crystal display (LCD), and more particularly to a low power source driving circuit capable of driving a data line with low power. And methods.
일반적으로, 문자 기호 또는 그래픽을 디스플레이하는데 이용되는 액정표시장치(Liquid Crystal Device: LCD)는 전기장에 의하여 분자배열이 변화하는 액정의 광학적 성질을 이용하여 액정기술과 반도체 기술을 융합한 표시장치이다. 박막트랜지스터(Thin Film Transistor:TFT)용 LCD는 내부의 픽셀을 온/오프시키는 스위칭소자로서 TFT를 이용하며, 이 TFT가 온/오프됨에 따라 픽셀들이 온/오프된다. 즉, 일반적인 TFT 액정표시장치는 도 1 에 도시된 바와 같이, 화소를 구성하는 셀(130)들이 어레이형태로 배열되어 있고, 각 셀들은 스위칭 기능을 하는 TFT(132)와 액정 셀(134), 스토리지 커패시터(Cs)로 구성된다.2. Description of the Related Art In general, a liquid crystal display (LCD) used for displaying character symbols or graphics is a display device in which liquid crystal technology and semiconductor technology are fused by using optical properties of a liquid crystal whose molecular arrangement is changed by an electric field. An LCD for a thin film transistor (TFT) uses a TFT as a switching element for turning on / off an internal pixel, and pixels are turned on / off as the TFT is turned on / off. That is, as shown in FIG. 1, a general TFT liquid crystal display device has cells 130 constituting pixels arranged in an array, and each cell includes a TFT 132, a liquid crystal cell 134, And a storage capacitor Cs.
그리고, 각 TFT의 소스(source)들이 컬럼(column) 방향으로 공통으로 연결되어 데이터 라인(D1~DN)을 형성한 후 소스 드라이버(120)에 연결되어 있고, 각 TFT의 게이트(gate)들이 로우(row) 방향으로 공통으로 연결되어 스캔 라인(S1~SM)을 형성한 후 게이트 드라이버(110)에 연결되어 N x M 해상도(예컨대, SVGA는 800x600, XGA는 1024x768, UXGA는 1600x1200)를 갖는 표시장치를 구현하고 있다.여기서, 소스 드라이버(120)는 데이터 드라이버 혹은 컬럼 드라이버라고도 하고, 게이트 드라이버는 로우(ROW) 드라이버라고도 한다.The sources of the respective TFTs are connected in common in the column direction to form the data lines D1 to DN and are then connected to the source driver 120. The gates of the TFTs are connected to the low- (for example, SVGA is 800x600, XGA is 1024x768, and UXGA is 1600x1200) connected to the gate driver 110 after the scan lines S1 to SM are formed in common, The source driver 120 is also referred to as a data driver or a column driver, and the gate driver is also referred to as a row driver.
도 1 을 참조하면, 액정 셀(134)은 TFT(132)의 드레인(drain)과 화소전극을 통해 연결되고, 다른 편은 공통전극으로 연결된다. 화소전극은 투명하고 전기 전도성을 갖는 ITO로 만들어지며 TFT 게이트에 온신호가 인가될 때 소스 드라이버(120)를 통해 인가되는 신호전압을 액정 셀(134)에 가해주고, 공통전극은 역시 ITO로 만들어져 액정 셀에 공통전압(Vcom)을 인가한다.1, a liquid crystal cell 134 is connected to the drain of the TFT 132 through a pixel electrode, and the other is connected to a common electrode. The pixel electrode is made of transparent and electrically conductive ITO, and applies a signal voltage applied through the source driver 120 to the liquid crystal cell 134 when an ON signal is applied to the TFT gate, and the common electrode is also made of ITO The common voltage Vcom is applied to the liquid crystal cell.
그리고, 스토리지 커패시터(Cs)는 화소전극(픽셀 ITO)에 인가된 신호전압을 일정 시간 유지시켜주는 역할을 하며, 충전 및 방전을 통해 액정 셀의 배열 상태를 변화시켜줌으로써 픽셀의 광투과율을 조절한다. 스토리지 커패시터(Cs)의 일측은 독립전극이나 게이트전극과 연결될 수 있는데, 게이트전극과 연결되는 구조를 스토리지 온 게이트(storage on gate)방식이라 한다.The storage capacitor Cs maintains the signal voltage applied to the pixel electrode (pixel ITO) for a predetermined period of time, and adjusts the light transmittance of the pixel by changing the arrangement state of the liquid crystal cell through charging and discharging . One side of the storage capacitor Cs may be connected to an independent electrode or a gate electrode, and a structure connected to the gate electrode is referred to as a storage on gate method.
전술한 픽셀 어레이를 구동시킬 때 픽셀의 액정에 한쪽 방향으로만 전압이 인가되면 액정의 열화가 촉진되므로 액정에 인가되는 화상 데이터 전압을 주기적으로 반대 극성으로 인가해 주는 인버전(inversion)을 사용한다. 데이터 전압을 정방향과 반대 방향으로 바꾸어 인가하는 주기는 보통 한 필드마다 바꾸어 주는데, 매 필드마다 패널의 모든 픽셀의 전압극성을 한꺼번에 바꾸는 즉, 인버전시키는 필드 인버전 방법과, 한 주사선에 연결된 픽셀 라인마다 구분하여 라인마다 교대로 인버전시키는 라인 인버전 방법, 각 픽셀 별로 인버전시키는 도트 인버전 방법 등이 있다. 어느 경우에서나 인버전시킬 때는 화소전압(TFT 드레인에서 화소전극에 인가된전압)이 공통전압(Vcom)에 대하여 정(+)의 방향이거나 부(-)의 방향이 되도록 교대로 변화시킨다.When driving the above-described pixel array, degradation of the liquid crystal is promoted when a voltage is applied only to one direction of the liquid crystal of the pixel, so inversion is used to periodically apply the image data voltage applied to the liquid crystal in the opposite polarity . The period in which the data voltage is changed in the direction opposite to the normal direction is usually changed for every field. In each field, a version method of changing the voltage polarity of all the pixels of the panel all at once, that is, And a dot inversion method for inversion for each pixel, and the like. In either case, the pixel voltage (the voltage applied to the pixel electrode in the TFT drain) is alternately changed so as to be positive (+) or negative (negative) with respect to the common voltage Vcom.
도 2 는 종래의 소스 구동회로의 일부분을 도시한 도면으로서, D/A변환부(21)와, 출력버퍼부(22), 홀수 극성변조부(23), 짝수 극성변조부(24), 먹스(MUX: 25)가 도시되어 있다.2 shows a part of a conventional source driving circuit. The D / A converting unit 21, the output buffer unit 22, the odd-numbered polarity modulating unit 23, the even-numbered polarity modulating unit 24, (MUX) 25 are shown.
도 2 를 참조하면, 도시되지 않은 시프트 레지스터에서 래치클럭이 발생되고, 비디오카드로부터 입력된 디지털 비디오 데이터는 래치부(미도시)에서 래치클럭에 따라 래치되어 D/A변환부(21)로 입력된다.2, a latch clock is generated in a shift register (not shown), and digital video data input from a video card is latched in accordance with a latch clock in a latch unit (not shown) and input to a D / A conversion unit 21 do.
D/A변환부(21)에서 아날로그신호로 변환된 영상신호 전압이 출력버퍼부(22)를 거쳐 홀수 데이터 라인과 짝수 데이터 라인으로 구분되어 홀수 데이터 라인은 홀수 극성 변조부(23)의 출력에 극성변조되어 먹스(25)를 통해 데이터 라인에 인가되고, 짝수 데이터 라인은 짝수 극성 변조부(24)의 출력에 극성 변조되어 먹스(25)를 통해 데이터 라인에 인가된다.The video signal voltage converted into the analog signal by the D / A converter 21 is divided into an odd data line and an even data line via the output buffer 22, and an odd data line is connected to the output of the odd polarity modulator 23 Polarity modulation is applied to the data lines through the mux 25 and the even data lines are polarly modulated to the output of the even polarity modulator 24 and applied to the data lines through the mux 25.
이와 같이 종래의 소스 구동회로는 각 컬럼 라인마다 MUX 스위치가 필요하므로 회로가 복잡해지고, 스위치를 구동하기 위해 추가적으로 전력이 소모되는 문제점이 있다.Thus, since the conventional source driver circuit requires a MUX switch for each column line, the circuit becomes complicated and further power consumption is required to drive the switch.
그리고, 이와 같은 소스 구동회로를 이용하여 영상신호를 데이터 라인에 인가하기 위한 다단계 소스 구동회로의 출력 파형도가 도 3a 에 도시되어 있다.An output waveform diagram of a multi-stage source driving circuit for applying a video signal to a data line using such a source driving circuit is shown in Fig. 3A.
도 3a 를 참조하면, VSS전압은 '0V'이고, VDD전압은 '10V'이며, 공통전극에 인가되는 공통전압(VCOM)은 '5V'이다. 그리고, 인버전(inversion)을 위해 화소전극에 인가되는 양의 중간전압(VH)은 7.75V 이고, 음의 중간전압(VL)은 2.25V 이며, 양의 영상신호는 양의 중간전압(VH)을 중심으로 빗금친 영역에 존재하고, 음의 영상신호는 음의 중간전압(VL)을 중심으로 빗금친 영역에 존재한다.Referring to FIG. 3A, the VSS voltage is '0V', the VDD voltage is '10V', and the common voltage VCOM applied to the common electrode is '5V'. The positive intermediate voltage VH applied to the pixel electrode for inversion is 7.75 V, the negative intermediate voltage VL is 2.25 V, and the positive image signal is applied to the positive intermediate voltage VH. And a negative image signal exists in a hatched region around the negative intermediate voltage VL.
이와 같이 종래에는 매 라인타임마다 VH와 VL이라는 고정된 전압으로 극성 변조를 한 후(도 3a 의 B), 계조 표시(도 3a 의 C와 D)를 한다. 또한, 도 3b 에서와 같이, 전압 V2에서 V1을 5등분하여(일반적으로, N등분) 부하 캐패시턴스(CLOAD)를 구동하면 소비전력은 수학식 2와 같이 단일 단계로 구동하는 수학식 1 보다 1/5( N단계이면, 1/N)로 감소하게 된다.As described above, conventionally, polarity modulation is performed at a fixed voltage of VH and VL at every line time (B in Fig. 3A), followed by gradation display (C and D in Fig. 3A). Also, as shown in FIG. 3B, when the load capacitance C LOAD is driven by dividing V 1 by 5 (generally N equals) from the voltage V 2 , the power consumption is calculated by Equation 1 To 1/5 (N steps, 1 / N).
도 3b 에서 부하 캐패시터(CLOAD)는 N개의 데이터 라인(column line)의 커패시턴스(capacitance)의 합으로, 여기서 N은 1개의 소스 드라이버의 출력 수의 1/2이다.3B, the load capacitor C LOAD is the sum of the capacitances of N data lines, where N is one-half the number of outputs of one source driver.
그러나, 상기와 같은 종래의 액정표시장치의 소스 구동방법은 올-블랙 모드나 올-그레이 모드에서는 도 4a 에 도시된 바와 같이 높은 효율을 보여주고 있지만, 올-화이트 모드에서는 도 4b 에서 볼 수 있듯이 극성 반전을 하기 위해서 중간전압(VH:7.75, VL:2.25V)까지 충전/방전을 시킴으로써 과충전(Overcharging)이 발생되어 불필요하게 전력이 소모되는 문제점이 있다. 즉, 올-블랙 모드에서는 포지티브에서 블랙 레벨이 중간전압 VH보다 높고, 네거티브에서 중간전압 VL보다 낮으므로 중간전압(VH, VL)으로 변조해도 높은 효율을 보여주나 올-화이트 모드에서는 포지티브에서 화이트 레벨이 중간전압 VH보다 낮고, 네거티브에서 중간전압 VL보다 높아 낮은 스윙폭을 요구함에도 불구하고 과충전(overcharging)이 발생(즉, 요구하는 전압레벨보다 높은 전압레벨로 충전)하므로 추가적인 전력소모가 발생한다. 따라서, 모드에 관계없이 전력 소모 절감 효율을 높이기 위해서는 과충전(Overcharging)을 없애는 것이 필요하다.However, in the conventional method of driving a liquid crystal display device as described above, the efficiency is high as shown in FIG. 4A in the all-black mode or the all-gray mode. However, in the all- Charging / discharging is performed up to an intermediate voltage (VH: 7.75, VL: 2.25V) in order to perform polarity inversion, thereby causing overcharging and unnecessarily consuming power. In other words, in the all-black mode, since the black level is higher than the intermediate voltage VH and is lower than the intermediate voltage VL, the efficiency is high even when the black level is modulated to the intermediate voltage VH or VL. (I.e., charging at a higher voltage level than the required voltage level) occurs despite the fact that it is lower than the intermediate voltage VH and is lower than the intermediate voltage VL to require a lower swing width. Therefore, it is necessary to eliminate overcharging in order to improve power saving efficiency irrespective of the mode.
본 발명은 전술한 같은 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로, 고정된 중간전압까지 충전하지 않고 영상신호 전압에 따라 정해지는 전압까지만 충방전하므로써 과충전을 방지하여 전력 효율을 높인 소스 구동회로 및 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of the Invention The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a source driver circuit and a driving method in which overcharging is prevented by charging / discharging only up to a voltage determined according to a video signal voltage without charging to a fixed intermediate voltage, The purpose is to provide.
본 발명의 다른 목적은 출력버퍼의 연산증폭기(Op-Amp)를 소수의 스위치로 일괄적으로 제어하므로써 종래의 구동회로에서 각 라인마다 존재하는 먹스 스위치를 제거하여 회로 구성이 간단하게 된 소스 구동회로를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a method and a device for controlling the operation of a source driver circuit in which a circuit configuration is simplified by collectively controlling an operational amplifier (Op-Amp) of an output buffer by a small number of switches, .
도 1 은 일반적인 TFT 액정표시장치의 등가회로를 도시한 도면.1 is a view showing an equivalent circuit of a general TFT liquid crystal display device;
도 2 는 종래의 다단계 소스 구동회로를 도시한 도면.2 is a diagram showing a conventional multi-stage source driving circuit.
도 3a 는 종래의 다단계 소스 구동 방식에서의 출력 전압 파형도.FIG. 3A is an output voltage waveform diagram in a conventional multi-stage source driving method. FIG.
도 3b 는 종래의 다단계 소스 구동 방식에서 극성 변조부를 나타낸 회로도.FIG. 3B is a circuit diagram showing a polarity modulation unit in a conventional multi-stage source driving method. FIG.
도 4a 는 종래의 다단계 소스 구동 방식의 올-블랙 이미지의 구동 파형도.4A is a driving waveform diagram of an all-black image of a conventional multi-stage source driving method.
도 4b 는 종래의 다단계 소스 구동 방식의 올-화이트 이미지 구동 파형도.4B is an all-white image driving waveform diagram of a conventional multi-stage source driving method.
도 5 는 본 발명에 의한 저전력 소스 구동방식에서의 출력 전압 파형도.5 is an output voltage waveform diagram for a low-power source driving method according to the present invention.
도 6a 는 본 발명에 의한 액정표시장치의 소스 구동회로를 나타낸 구성도.6A is a configuration diagram showing a source driver circuit of a liquid crystal display device according to the present invention.
도 6b 는 본 발명에 의한 출력단 연산증폭기(Op-Amp)의 상세 회로도.6B is a detailed circuit diagram of an output stage operational amplifier (Op-Amp) according to the present invention.
도 7 은 도 6a 에 도시된 스위치 제어신호의 파형도.FIG. 7 is a waveform diagram of the switch control signal shown in FIG. 6A. FIG.
도 8a 는 본 발명에 의한 저전력 소스 구동 방식의 올-블랙 이미지의 구동 파형도.8A is a drive waveform diagram of an all-black image of a low-power source driving method according to the present invention.
도 8b 는 본 발명에 의한 저전력 소스 구동 방식의 올-화이트 이미지 구동 파형도.8B is an all-white image driving waveform diagram of a low-power source driving method according to the present invention.
도 9 는 본 발명에 의한 소스 구동회로의 극성 변조부의 회로도.9 is a circuit diagram of a polarity modulation section of a source driver circuit according to the present invention.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
610: D/A변환부 620: 극성변조부610: D / A conversion section 620: polarity modulation section
630: 출력버퍼 632: 연산증폭기630: Output buffer 632: Operational amplifier
634: 입력증폭기 640: LCD패널634: input amplifier 640: LCD panel
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 회로는, TFT 액정표시장치의 데이터 라인을 영상 데이터에 따라 구동하기 위한 다단계 소스 구동회로에 있어서, 상기 영상 데이터를 아날로그신호로 변환하기 위한 디지털-아날로그 변환부;극성변조를 위한 다단계 충방전 전압을 제공하는 극성변조부; 상기 디지털-아날로그 변환부로부터 입력된 영상신호를 입력받고, 극성변조주기에서 상기 극성변조부와 연결되어 충방전되어 극성변조하되, 충전시 상기 극성변조부의 충전전압이 상기 영상신호보다 높으면 상기 영상신호 레벨로 포화되고, 방전시 상기 극성변조부의 방전전압이 상기 영상신호보다 낮으면 상기 영상신호로 포화되며, 계조표시 주기에서 극성변조된 출력을 해당 데이터 라인에 인가하는 출력버퍼; 및 극성변조주기에서 상기 극성변조부를 상기 출력버퍼에 연결하고, 계조표시주기에서 상기 출력버퍼를 전원에 연결하는 스위칭수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-stage source driver circuit for driving a data line of a TFT liquid crystal display device in accordance with image data, the multi-stage source driver circuit comprising: A polarity modulation unit for providing a multi-stage charge / discharge voltage for polarity modulation; And a polarity modulating unit which is connected to the polarity modulating unit to charge and discharge the polarized modulated signal. When the charging voltage of the polarity modulating unit is higher than the video signal, And an output buffer that is saturated with the video signal when the discharge voltage of the polar modulation unit is lower than the video signal during discharge and applies the polar-modulated output in the gray-scale display period to the data line; And switching means for connecting the polarity modulation section to the output buffer in a polarity modulation period and for connecting the output buffer to a power source in a gray scale display period.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, TFT 액정표시장치의 데이터 라인을 구동하기 위한 저전력 소스 구동방법에 있어서, 극성반전을 위한 충전 및 방전시 중간전압을 고정된 전압 레벨이 아닌 영상신호에 따라 제어되는 레벨까지만 충전 및 방전하여 과충전이나 과방전을 방지하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a low-power source for driving a data line of a TFT liquid crystal display device, the method comprising the steps of: The charging and discharging are performed only up to a level controlled according to a non-video signal to prevent overcharging or overdischarging.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5 는 본 발명에 따른 저전력 소스 구동방식에서의 출력 전압 파형도이다.5 is an output voltage waveform diagram for a low-power source driving method according to the present invention.
도 5 를 참조하면, VSS전압은 '0V'이고, VDD전압은 '10V'이며, 공통전극에 인가되는 공통전압(VCOM)은 '5V'이다. 그리고, 1H, 2H,...는 라인타임을 나타내고, 각 라인타임은 극성반전 시간(즉, 충전/방전 시간(A,C))과 계조표시 시간(B,D)으로 구분된다. 한편, 라인 반전을 위해 1H는 화소전극에 포지티브가 인가되는 주기이고, 2H는 네거티브가 인가되는 주기이다. 특히, VCH는 영상신호에 의해 제어되는 양(+)측 최대 충전 레벨이고, VCL은 영상신호에 의해 제어되는 음(-)측 최대 방전 레벨이다.Referring to FIG. 5, the VSS voltage is '0V', the VDD voltage is '10V', and the common voltage VCOM applied to the common electrode is '5V'. 1H, 2H, ... indicate line time, and each line time is divided into a polarity inversion time (i.e., charge / discharge time (A, C)) and gray scale display time (B, D). On the other hand, 1H for the line inversion is a period in which a positive is applied to the pixel electrode, and 2H is a period in which a negative is applied. In particular, VCH is the maximum positive charge level controlled by the video signal and VCL is the negative maximum discharge level controlled by the video signal.
이와 같이 본 발명에서는 극성 변조시 고정된 중간 전압 레벨(VH, VL)까지 충/방전 하지 않고, 영상신호(Image)에 따라 제어되는 전압(VCH, VCL)까지만 충/방전시키므로써 과충전을 방지하는 것이다.As described above, in the present invention, charge / discharge is performed only up to the voltages (VCH, VCL) controlled according to the image signal (Image) without charging / discharging to the intermediate voltage levels (VH, VL) will be.
도 6a 는 본 발명에 의한 액정표시장치의 저전력 소스 구동회로를 나타낸 구성도이고, 도 6b 는 도 6a 에 도시된 출력버퍼의 연산증폭기(Op-Amp) 상세 회로도이다.FIG. 6A is a configuration diagram showing a low power source driving circuit of a liquid crystal display according to the present invention, and FIG. 6B is a detailed operational amplifier (Op-Amp) circuit diagram of the output buffer shown in FIG. 6A.
도 6a 를 참조하면, 소스 구동회로는 홀수 데이터 라인(이하, 간단히 홀수라인이라 한다)과 짝수 데이터 라인(이하, 간단히 짝수라인이라 한다)의 영상신호 전압을 출력하는 디지털-아날로그 변환부(610)와 극성변조부(polarity modulator: 620), 출력버퍼(630), 충방전을 제어하기 위한 스위치들(sw1a, sw1b, sw2a, sw2b)로 구성되어 LCD패널(640)에 구동전압을 인가한다. 그리고, 출력버퍼(630)는 데이터 라인 수만큼의 연산증폭기(632)로 이루어지고, 이 연산증폭기(632)는 도 6b 에 도시된 바와 같이, 입력 증폭기(634), PMOS 트랜지스터(MP), NMOS 트랜지스터(MN)로 이루어진다.6A, the source driver circuit includes a digital-analog converter 610 for outputting video signal voltages of odd data lines (hereinafter simply referred to as odd lines) and even data lines (hereinafter simply referred to as even lines) A polarity modulator 620, an output buffer 630, and switches sw1a, sw1b, sw2a, and sw2b for controlling charge and discharge, and applies a driving voltage to the LCD panel 640. 6B, the operational amplifier 632 includes an input amplifier 634, a PMOS transistor M p , and an output amplifier 640. The output buffer 630 includes a plurality of operational amplifiers 632, And an NMOS transistor M N.
제 1 스위치(sw1a)는 온되면 극성변조부(620)의 충전단자(VD)출력을 짝수라인의 VH로 연결하고, 극성변조부(620)의 방전단자(VS)출력을 홀수라인의 VL로 연결하여 짝수라인 충전 및 홀수라인 방전시킨다. 제 2 스위치(sw1b)는 온되면 VDD 전압을 홀수라인의 VH로 공급하고, GND를 짝수라인의 VL로 연결한다.When the first switch sw1a is turned on, the output terminal of the charging terminal VD of the polarity modulation unit 620 is connected to V H of the even line and the output terminal VS of the polarity modulation unit 620 is connected to the odd line V L to charge even lines and discharge odd lines. A second switch (sw1b) is turned on when the supply voltage VDD to the V H of the odd-numbered line, and connect the GND to V L of the even lines.
제 3 스위치(sw2a)는 온되면 극성변조부(620)의 충전단자(VD) 출력을 홀수라인의 VH로 연결하고, 극성변조부(620)의 방전단자(VS) 출력을 짝수라인의 VL로 연결하여 홀수라인 충전 및 짝수라인 방전시킨다. 제 4 스위치(sw2b)는 온되면 VDD 전압을 짝수라인의 VH로 공급하고 GND를 홀수라인의 VL로 연결한다.A third switch (sw2a) is when one of the connections to the charging terminal (VD) output from the polar modulator 620 to the V H of the odd lines and even lines of the discharge terminal (VS) output from the polar modulator 620 V L to charge the odd lines and discharge even lines. A fourth switch (sw2b) are turned on when the supply voltage VDD to the V H of the even-numbered line, and connect the GND to V L of the odd-numbered line.
도 6b 를 참조하면, 연산증폭기의 입력증폭기(634)는 D/A변환부(610)의 출력을 반전(-)단자로 입력받고 비반전(+)단자로는 궤환신호를 입력받아 이득(A0)만큼 증폭하여 출력하고, 입력증폭기(634)의 출력은 VH와 VL사이에 직렬로 연결되는 P모스 트랜지스터(MP)와 N모스 트랜지스터(MN)의 게이트로 전달되어 Vo로서 출력된다.6B, the input amplifier 634 of the operational amplifier receives the output of the D / A converter 610 as an inverted (-) terminal, receives a feedback signal as a non-inverted (+) terminal, 0 ), and the output of the input amplifier 634 is transferred to the gate of the PMOS transistor M P and the NMOS transistor M N connected in series between V H and V L , and output as Vo do.
이어, 도 6a 및 6b 를 참조하여 올-화이트 모드의 충/방전 동작을 설명한다.Next, the charging / discharging operation in the all-white mode will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
1. 충전동작1. Charging operation
데이터 라인의 VO부하에 충전할 경우에 연산증폭기(632)의 VI에는 6.5V의 전압이 가해지고, 극성 변조부(620)에서 VI보다 낮은 전압이 VH에 가해졌을 때는 PMOS 트랜지스터(MP)가 온(ON)이 되므로 단계적 충전이 이루어지고, VI보다 높은 전압이 VH에 가해졌을 때는 입력증폭기(Input Amp: 634)에서 하이(High) 신호를 발생시키므로 PMOS 트랜지스터(MP)의 게이트-소스 전압이 감소해서 컷오프(Cutoff)된다. 그러므로, VI이상의 전압이 VO에 충전되는 것을 방지하게 되어 과충전(Overcharging) 현상이 없어진다.A voltage of 6.5 V is applied to V I of the operational amplifier 632 when the V O load of the data line is charged and when a voltage lower than V I is applied to V H at the polarity modulation unit 620, M P) is turned on (oN) is so gradually filling is made, if a voltage higher than V I is applied to the V H input amplifier (input amp: because it puts a high (high) signal at 634) PMOS transistor (M P The gate-source voltage of the gate electrode decreases and is cut off. Therefore, it is possible to prevent the voltage of V I or more from being charged to V O , thereby eliminating the overcharging phenomenon.
2. 방전동작2. Discharge operation
방전시에는 VI보다 낮은 전압이 극성 변조부(620)에서 연산증폭기(632)의 VL에 가해지면 입력증폭기(Input Amp:634)에서 로우(Low)신호를 발생시키어 NMOS 트랜지스터(MN)의 게이트-소스 전압이 감소해서 컷오프(Cutoff)된다. 따라서, VI보다 낮은 전압으로 방전되는 현상이 없어진다.When a voltage lower than V I is applied to the V L of the operational amplifier 632 in the polarity modulation unit 620 at the time of discharging, a low signal is generated in an input amplifier 634 to generate an NMOS transistor M N , The gate-source voltage of the gate electrode decreases and cut off. Therefore, the phenomenon of discharging at a voltage lower than V I is eliminated.
도 7 은 본 발명에 따라 도 6a 에 도시된 스위치들을 온/오프하기 위한 제어신호의 파형도이다.7 is a waveform diagram of a control signal for turning on / off the switches shown in FIG. 6A according to the present invention.
도 7 에서는 초기 조건으로 짝수 라인이 네거티브 이미지(negative image) 즉, 방전(discharging) 상태이고, 홀수 라인이 포지티브 이미지(positive image) 즉, 충전(charging) 상태라고 가정한다. 파형의 조건으로 1 라인타임(line time)을 22㎲로 가정하였고(frame 주파수가 75Hz이고 1600×1200 UXGA인 경우 1 line time은 1/(75×1200)≒11.1㎲이고 분할 구동시 2배가 된다), 두 번의 라인타임(line time)동안 짝수라인과 홀수라인이 충전/방전하는 주기를 보여주고 있다. 도 7 에서 '구간 A'는 제 1 라인타임의 짝수라인 충전 및 홀수라인 방전(극성변조) 시간이고, '구간B'는 제 1 라인타임의 계조표시 시간, '구간C'는 제 2 라인타임의 홀수라인 충전 및 짝수라인 방전(극성변조) 시간이고, '구간D'는 제 2 라인타임의 계조 표시시간이다.In FIG. 7, it is assumed that even lines are in a negative image, that is, a discharging state, and an odd line is a positive image, that is, a charging state. It is assumed that one line time is 22 μs as the waveform condition (1 line time is 1 / (75 × 1200) ≈11.1 μs when the frame frequency is 75 Hz and 1600 × 1200 UXGA, ), And the cycle in which even and odd lines charge / discharge during two line times. In FIG. 7, 'Period A' is an even line charge and odd line discharge (polarity modulation) time of a first line time, 'Period B' is a gray-scale display time of a first line time, (Odd line charging) and an even line discharging (polarity modulation) time of the second line time, and the 'D' is the gray-scale display time of the second line time.
도 6a 와 도 7 을 참조하면, 구간A에서 모든 sw1a가 온(on) 되면, 짝수라인은 극성변조부(620)를 통해 단계적으로 충전되고, 동시에 홀수라인은 극성변조부(620)를 통해 단계적으로 방전된다. 구간B에서는 극성 반전이 종료된 후 sw1a, sw2a가 오프(off)되고, sw1b, sw2b가 온(on)되면 출력버퍼(630)의 모든 연산증폭기에 VDD, VSS 전압원이 연결되어 출력버퍼(630)의 출력이 각 데이터 라인(컬럼 라인)에 인가된다.Referring to FIGS. 6A and 7, when all the switches SW1a are turned on in the section A, the even lines are charged stepwise through the polarity modulating section 620, and at the same time, the odd number lines are stepped through the polarity modulating section 620 . The switch SW1a and SW2a are turned off and the switches SW1b and SW2b are turned on so that VDD and VSS voltage sources are connected to all the operational amplifiers of the output buffer 630 and the output buffer 630 Is applied to each data line (column line).
구간C에서, sw2a가 온(on) 되면, 짝수라인은 단계적으로 방전, 홀수라인은 단계적으로 충전된다. 구간D에서는 구간 B에서와 스위치 on/off 동작이 동일(즉, sw1a, sw2a가 off되고, sw1b, sw2b가 on)하며 계조가 표시된다.In interval C, when sw2a is turned on, the even lines are discharged stepwise, and the odd lines are charged stepwise. In the interval D, the switch on / off operation is the same as that in the interval B (that is, sw1a and sw2a are off, and sw1b and sw2b are on), and the gradation is displayed.
이를 정리하면 다음 표 1과 같다.Table 1 summarizes these.
도 8a 는 본 발명에 의한 저전력 소스 구동 방식의 올-블랙 이미지의 구동 파형도이고, 도 8b 는 본 발명에 의한 저전력 소스 구동 방식의 올-화이트 이미지 구동 파형도이다.FIG. 8A is a driving waveform diagram of an all-black image of a low-power source driving method according to the present invention, and FIG. 8B is an all-white image driving waveform of a low-power source driving method according to the present invention.
도 8a 와 도 8b 에서 볼 수 있듯이 종래의 다단계 충전(stepwise charging)방식과 달리 항상 원하는 전압까지만 충/방전이 되고 과충전(Overcharging)이 없으므로, 5단계의 단계적 구동을 할 경우 영상신호(Image)에 관계없이 약 80% 정도의 구동 소비 전력을 절감하는 효과가 있다.As shown in FIGS. 8A and 8B, unlike the conventional stepwise charging method, the charging / discharging is always performed up to a desired voltage and there is no overcharging. Therefore, when the stepwise driving is performed in five steps, There is an effect of reducing driving power consumption of about 80% regardless of the power consumption.
한편, 본 발명에 따른 저전력 소스 구동회로(도 6a)와 종래의 다단계 소스 구동회로(도 2)를 비교해 보면, 본 발명의 구동회로에서는 극성 변조시 전체 구동회로의 출력버퍼(630)의 스위치들을 짝수라인과 홀수라인으로 구분하여 각각 묶어서 버퍼를 일괄적으로 제어하므로써 종래의 다단계 소스 구동 방식에서 출력단 Op-Amp와 LCD 패널 사이에 각 라인마다 존재하는 먹스(MUX) 스위치가 제거된 것을 알 수 있다. 그러므로, 본 발명은 먹스 스위치를 구동하는데 필요한 부가적인 전력소모를 줄일 수 있고, 회로를 간단히 할 수 있다.6A) and a conventional multi-stage source driving circuit (FIG. 2) according to the present invention, in the driving circuit of the present invention, when the polarity modulation is performed, the switches of the output buffer 630 of the entire driving circuit It can be seen that the MUX switch existing in each line between the output terminal Op-Amp and the LCD panel in the conventional multi-stage source driving method is removed by collectively controlling the buffers by dividing them into even and odd lines . Therefore, the present invention can reduce the additional power consumption required to drive the mux switch, and simplify the circuit.
도 9 는 본 발명에 의한 소스 구동회로를 구동하기 위한 극성 변조부의 회로도이다.9 is a circuit diagram of a polarity modulation unit for driving a source driver circuit according to the present invention.
도 9 를 참조하면, 본 발명에 따른 극성변조부(620)는 단계적으로 충전하기 위한 7개의 커패시터(C1~C7)와 각 커패시터(C1~C7)를 방전단자(VS)에 연결하기 위한 스위치(SW1~SW7), 각 커패시터(C1~C7)를 충전단자(VD)에 연결하기 위한 스위치(SW8~SW14) 및 2개의 다이오드(D1, D2)로 구성된다.9, the polarity modulating unit 620 according to the present invention includes seven capacitors C 1 to C 7 for charging stepwise and capacitors C 1 to C 7 connected to a discharge terminal VS Switches SW8 to SW14 for connecting the capacitors C 1 to C 7 to the charging terminal VD and two diodes D 1 and D 2 for switching the switches SW1 to SW7.
올-화이트 모드(VH: 6.5V)에서 단계적으로 방전시에 커패시터(C7)에서 방전단자(VS)로 전류가 역으로 흐르는 것을 방지하기 위해 다이오드(D1)을 추가하였고, 올-화이트 모드(VL:3.5V)에서 충전시에 충전단자(VD)에서 커패시터(C1)로 전류가 역으로 흐르는 것을 방지하기 위해 다이오드(D2)를 추가하였다. 따라서, 본 발명에 따른 극성변조부(620)는 외부 커패시터 7개와 14개의 스위치, 두 개의 다이오드로 구성될 수 있다.A diode D 1 is added to prevent the current from reversely flowing from the capacitor C 7 to the discharge terminal VS during the stepwise discharge in the all-white mode (VH: 6.5 V) A diode D 2 is added to prevent current from reversely flowing from the charging terminal VD to the capacitor C 1 during charging at the voltage VL (VL: 3.5 V). Therefore, the polarity modulation unit 620 according to the present invention can be composed of seven external capacitors, fourteen switches, and two diodes.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 소스 구동회로는 버퍼의 연산증폭기(Op-Amp)를 소수의 스위치로 일괄적으로 제어함으로써 종래의 구동회로에서 각 라인마다 존재하는 스위치를 제거하여 회로 구성을 간단히 할 수 있고, 스위치를 구동하기 위한 소비전력을 절감할 수 있다. 또한, 극성변조시에 고정된 전압 레벨이 아닌 영상신호에 따라 제어되는 레벨까지만 충/방전함으로써 과충전(overcharging)이나 과방전을 방지하여 불필요한 전력소모를 방지할 수 있는 효과가 있다.As described above, the source driver circuit of the present invention eliminates the switches existing in each line in the conventional driver circuit by collectively controlling the operational amplifier (Op-Amp) of the buffers by a small number of switches, And the power consumption for driving the switch can be reduced. In addition, during polarity modulation, charging / discharging is performed only up to a level controlled according to a video signal rather than a fixed voltage level, thereby preventing overcharging or overdischarge, thereby preventing unnecessary power consumption.
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