KR100391982B1 - 전압 왜곡 현상이 감소된 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

전압 왜곡 현상이 감소된 액정 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

여기에 개시된 액정 디스플레이 장치는, 하나의 픽셀에 구성되는 보조 용량 커패시터의 연결 노드와 보조 용량 전극 전압 사이에 형성된 전류 통로 및 대응하는 게이트 라인과 연결된 게이트를 가지는 스위칭 트랜지스터들을 포함한다. 이 스위칭 트랜지스터는 대응하는 게이트 라인이 활성화되었을 때에만 턴 온되어 보조 용량 전극 전압이 상기 보조 용량 커패시터로 제공되도록 제어한다. 그 결과, 데이터 라인과 보조 용량 커패시터 사이에 형성되는 기생 커패시턴스가 1/N(게이트 라인의 개수)로 감소되어 게이트 드라이브 IC 블럭 왜곡과 수평 크로스토크 현상이 발생되지 않는다. 따라서, 액정 디스플레이 장치의 화질이 향상된다.

Description

전압 왜곡 현상이 감소된 액정 디스플레이 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS REDUCED VOLTAGE CROSSTALK}
본 발명은 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 데이터 라인과 보조 보조 용량 커패시터 사이의 기생 커패시터에 의한 전압 왜곡 현상이 감소된 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
도 1은 고해상도 TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) 장치의 구성을 보여주기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, LCD 장치(1)는 게이트 드라이브 IC(gate drive Integrated Circuit; 10), 데이터 드라이브 IC(Source drive Integtated Circuit; 20), 그리고 LCD 패널(30)로 구성된다.
LCD 패널(30)은 상기 게이트 드라이브 IC(10)와 소스 드라이브 IC(20)로부터 입력된 각각의 픽셀 신호 전압에 응답해서, 백라이트 유닛(backlight unit; 미 도시됨)에서 입사된 백색 평면광이 화소에 투과되는 빛을 제어함으로써 컬러 영상을 표현하는 역할을 수행한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 LCD 패널(30)을 등가 회로로 표현하면, 하나의 픽셀은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; T1), 보조 용량 커패시터(CST), 그리고 액정 커패시터(CLC)로 구성된다. 상기 보조 용량 커패시터(CST)와 액정 커패시터(CLC)의 일단들은 픽셀 노드(PN)를 통해 상기 박막 트랜지스터(T1)의 드레인 단자와 연결되고, 그들의 타단들은 공통 전극 노드(CN)를 통해 공통 전극 전압(VCOM)과 연결된다.
상기 게이트 드라이브 IC(20)로부터 입력된 게이트 드라이브 신호에 응답해서 상기 박막 트랜지스터(T1)가 턴 온되면, 데이터 라인(DL)을 통해 상기 데이터드라이브 IC(10)로부터 입력된 인가 전압이 상기 보조 용량 커패시터(CST)와 액정 커패시터(CLC)에 충전된다. 이어서, 상기 박막 트랜지스터(T1)가 턴 오프되면 상기 보조 용량 커패시터(CST)와 액정 커패시터(CLC)에 축적된 전하가 한 프레임동안 충전된 전하를 유지한다. 상기 보조 용량 커패시터(CST)는 액정 커패시터(CLC) 만으로는 한 프레임동안 충전된 전하를 유지하기 어려우므로 이를 보조하여 전하를 저장하는 역할을 한다. 상술한 바와 같이 박막 트랜지스터(T1)의 턴 온/오프가 반복되면서 원하는 인가전압이 보조 용량 커패시터(CST) 및 액정 커패시터(CLC)에 전달되어 컬러 영상이 표현된다.
이러한 구조의 LCD 패널(30)에서 데이터 라인(DL)과 보조 용량 커패시터(CST)는 매우 가까운 거리에 평행하게 형성됨으로써, 데이터 라인(DL)과 보조 용량 커패시터(CST) 사이에 기생 커패시턴스(CDS)가 존재하게 된다. 이러한 기생 커패시턴스(CDS)로 인해, 데이터 라인(DL)에 인가되는 전압이 보조 용량 커패시터(CST)의 전위를 왜곡시키고, 화질 불량을 유발한다.
하나의 데이터 라인(DL1)에 연결된 픽셀의 개수가 N 개인 경우, 하나의 데이터 라인(DL1)에 형성되는 기생 커패시턴스의 총량(CDST)은 다음 수학식 1과 같다.
하나의 데이터 라인(DL1)에 대한 공통 전극 노드들(CN1, CN2, …, CNn) 각각의 전압 변동을 Vd(t)라고 하면, 저항 RS에 흐르는 전류량(Is)은 다음 수학식 2와 같다.
그러므로, 하나의 데이터 라인(DL1)에 대한 공통 전극 노드(CN1)의 전압(VST)은 다음 수학식 3과 같다.
VST' = VST- RS* IS
즉, 보조 용량 커패시터(CST)에는 Rs * Is 에 비례하는 전압 왜곡이 발생된다.
이와 같은 보조 용량 커패시터(CST)의 전극 전압 왜곡 현상으로 유발되는 화질 불량으로는 게이트 드라이브 IC 블럭(gate drive IC block) 왜곡과 수평 크로스토크(horizontal crosstalk)이다.
게이트 드라이브 IC 블럭 왜곡은, LCD 패널(30)을 구동시키기 위한 데이터 드라이브 IC(10)와 게이트 드라이브 IC(20)를 각각 두 개 이상으로 나누어 구성하였을 때, 드라이브 IC 블럭마다 공통 전극 전압이 제공되는 라인의 저항값이 다를 때 나타난다.
수평 크로스토크는 데이터 드라이브 IC로부터 제공되는 데이터 전압의 반전에 따라 저항(Rs)에 의한 전압 강하의 크기가 달라질 때 나타난다. 이 때, 저항이 매우 작다면 순간적으로 충분한 양의 전류가 흘려 전압 왜곡을 상쇄시킬 것인데 그렇지 못할 경우 왜곡된 전압은 계속해서 존재하게 된다.
그러므로, 공통 전극 전압이 제공되는 라인의 저항(Rs)을 감소시켜 게이트 드라이브 IC 블럭 왜곡과 수평 크로스토크 현상에 따른 화질 불량을 개선할 수 있는 장치가 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 게이트 드라이브 IC 블럭 왜곡과 수평 크로스토크 현상을 감소시켜 화질이 개선된 액정 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 고해상도 TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) 장치의 구성을 보여주기 위한 도면; 그리고
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 액정 디스플레이 장치 110 : 데이터 드라이브 IC
120 : 게이트 드라이브 IC 130 : LCD 패널
140 : 트랜지스터 어레이 T1 : 제 1 박막 트랜지스터
T2 : 제 2 박막 트랜지스터 CST: 보조 용량 커패시터
CLC: 액정 커패시터 DL1 ~ DLm : 데이터 라인
GL1 ~ GLn : 게이트 라인 CN1 ~ CNn : 공통 전극 노드
상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 액정 디스플레이 장치는: 격자 형태로 배열된 복수 개의 데이터 라인들 및 게이트 라인들, 상기 데이터 라인 및 게이트 라인과 연결되고, 픽셀 트랜지스터, 액정 커패시터, 및 보조 용량 커패시터를 가지는 픽셀들의 어레이, 그리고 상기 게이트 라인들에 각각 대응하고, 상기 보조 용량 커패시터의 연결 노드와 전원 소스 사이에 형성된 전류 통로 및 대응하는 게이트 라인과 연결된 게이트를 가지는 스위칭 트랜지스터들을 포함한다.
상기 스위칭 트랜지스터들은 각각 박막 트랜지스터로 구성된다.
상기 액정 디스플레이 장치는 상기 게이트 라인을 구동하기 위한 게이트 드라이브 IC를 더 포함하고, 상기 스위칭 트랜지스터들은 상기 게이트 드라이브 IC 내에 구성된다.
(실시예)
이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 이후의 설명에서 도면들 중 동일하거나 유사한 참조 번호 및 부호는 가능한한 동일하거나 유사한 구성 요소를 나타낸다.
본 발명의 신규한 액정 디스플레이 장치는, 하나의 픽셀에 구성되는 보조 용량 커패시터의 연결 노드와 보조 용량 전극 전압 사이에 형성된 전류 통로 및 대응하는 게이트 라인과 연결된 게이트를 가지는 스위칭 트랜지스터들을 포함한다. 이 스위칭 트랜지스터는 대응하는 게이트 라인이 활성화되었을 때에만 턴 온되어 보조 용량 전극 전압이 보조 용량 커패시터로 제공되도록 제어한다. 따라서, 데이터 라인과 보조 용량 커패시터 사이에 형성되는 기생 커패시턴스가 1/N(게이트 라인의 개수)로 감소되어, 액정 디스플레이 장치의 화질이 향상된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, LCD 장치(100)는 데이터 드라이브 IC(Source drive Integtated Circuit; 110), 게이트 드라이브 IC(gate drive Integrated Circuit; 120), 그리고 LCD 패널(130)로 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 LCD 패널(130)을 등가 회로로 표현하면, 데이터 라인과 게이트 라인에 연결되는 하나의 픽셀은 제 1 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; T1), 보조 용량 커패시터(CST), 그리고 액정 커패시터(CLC)를 포함한다. 이 실시예에서, LCD 패널(130)에 구성된 모든 픽셀들은 동일한 구성 요소를 가지고 동일하게 연결되므로, 제 1 데이터 라인(DL1) 및 제 1 게이트 라인(GL1)과 연결된 픽셀들에 대해서만 언급한다.
상기 제 1 박막 트랜지스터(T1)는 데이터 라인(DL1)과 픽셀 노드(PN) 사이에 형성된 전류 통로 및 게이트 라인(GL1)과 연결된 게이트를 갖는다. 상기 보조 용량 커패시터(CST)와 액정 커패시터(CLC)의 일단들은 상기 픽셀 노드(PN)와 연결되고, 액정 커패시터(CLC)의 타단들은 공통 전극 노드(CN)를 통해 공통 전극 전압(VCOM)과 연결된다.
상기 보조 용량 전극 노드들(SL1, SL2, …, SLn)과 보조 용량 전극 전압(VST) 사이에는 트랜지스터 어레이(140)가 연결된다. 트랜지스터 어레이(140)는 게이트 라인들(GL1, GL2, …, GLn)에 각각 대응하는 제 2 박막 트랜지스터들(T21, T22, …, T2n)로 구성된다. 상기 제 2 박막 트랜지스터들(T21, T22, …, T2n) 각각은 대응하는 보조 용량 전극 노드와 보조 용량 전극 전압(VST) 사이에 형성된 전류 통로 및 대응하는 게이트 라인과 연결된 게이트를 갖는다.
또한, 상기 데이터 라인(DL1)과 보조 용량 커패시터(CST) 사이에는 기생 커패시턴스(CDS)가 형성되고, 보조 용량 전극 노드(SLn)와 보조 용량 전극 전압(VST)을 연결하는 라인에는 저항 성분(Rs)이 존재한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 LCD 패널(130)에서, 상기 게이트 라인(GL1)을 통해 게이트 드라이브 IC(120)로부터 상기 제 1 박막 트랜지스터(T1)를 턴 온시키기 위한 전압이 제공되면, 상기 제 1 박막 트랜지스터(T1)와 제 2 박막 트랜지스터(T21)가 모두 턴 온된다. 이 때, 상기 데이터 드라이브 IC(110)로부터 입력된 인가 전압이 상기 보조 용량 커패시터(CST)와 액정 커패시터(CLC)에 충전된다.
이어서, 상기 제 1 박막 트랜지스터(T1)가 턴 오프되면 상기 제 2 박막 트랜지스터(T2)도 턴 오프되어 상기 기생 커패시턴스(CDS)와 보조 용량 전극 전압(VST)은 분리된다. 상기 제 1 및 제 2 박막 트랜지스터들(T1, T21)이 모두 턴 오프되면 상기 보조 용량 커패시터(CST)와 액정 커패시터(CLC)에 축적된 전하가 한 프레임동안 충전된 전하를 유지한다. 상기 보조 용량 커패시터(CST)는 액정 커패시터(CLC) 만으로는 한 프레임동안 충전된 전하를 유지하기 어려우므로 이를 보조하여 전하를 저장하는 역할을 한다.
일반적으로, 상기 게이트 드라이브 IC(120)는 상기 게이트 라인들(GL1, GL2, …, GLn)을 순차적으로 하나씩 활성화시키기 위한 구동 전압을 출력한다. 그러므로, 어느 한 시점에는 오직 하나의 게이트 라인만이 활성화되고, 트랜지스터 어레이(140)를 구성하는 제 2 박막 트랜지스터들(T21, T22, …, T2n) 가운데 그 활성화된 게이트 라인과 연결된 제 2 박막 트랜지스터 만이 턴 온된다. 그 결과, 데이터 라인(DL1)과 보조 용량 커패시터(CST) 사이에 형성되는 기생 커패시턴스(CDS)들 가운데 오직 하나만이 턴 온된 제 2 박막 트랜지스터를 통하여 보조 용량 전극 전압(VST)과 연결된다. 즉, 어느 한 시점에 하나의 데이터 라인(DL1)과 보조 용량 커패시터들 사이에 형성되는 기생 커패시턴스는 오직 하나이다.
따라서, 하나의 데이터 라인(DL1)에 대하여 보조 용량 전극 노드들(SL1, SL2, …, SLn)을 통해 흐르는 전류의 총량(Is')은 다음 수학식 4와 같다.
수학식 4
이는 종래 기술에 따른 액정 디스플레이 장치의 LCD 패널(30)에서 보조 용량 전극 노드들(SL1, SL2, …, SLn)을 통해 흐르는 전류의 총량(Is; 수학식 2 참조)에 비해 1/N(게이트 라인의 개수)로 감소된 것이다.
예를 들어, XGA(Extended Graphics Arrary) 표시 모드를 채용한 액정 디스플레이 장치는 1024 * 768 개의 화소를 가지므로 게이트 라인의 개수는 모두 768개 이다. 이러한 액정 디스플레이 장치에 본 발명을 적용하면 데이터 라인과 보조 용량 커패시터(CST) 사이에 형성되는 기생 커패시턴스(CDS)는 종래에 비해 1/768로 감소되고, 그에 따라 저항(Rs)의 전압 강하는 종래에 비해 1/768로 감소된다. 이 저항(Rs)의 전압 강하는 무시할 수 있을 만큼 작은 값이므로, 게이트 드라이브 IC 블럭 왜곡 현상이 나타나지 않으며 더욱이, 보조 용량 전극 전압이 제공되는 노드의 전압 변동이 거의 없으므로 수평 크로스토크 현상이 발생되지 않는다.
이 실시예에서는 상기 트랜지스터 어레이(140)를 LCD 패널(130) 내에 구성하였으나, 상기 트랜지스터 어레이(140)는 게이트 드라이브 IC(120) 내에 구성할 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 회로의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 게이트 드라이브 IC 블럭 왜곡과 수평 크로스토크 현상이 감소되어 액정 디스플레이 장치의 화질이 향상된다.

Claims (4)

  1. 액정 디스플레이 장치에 있어서:
    격자 형태로 배열된 복수 개의 데이터 라인들 및 게이트 라인들과;
    픽셀 트랜지스터, 액정 커패시터, 및 보조 용량 커패시터를 갖는 픽셀들의 어레이; 그리고
    일단이 상기 게이트 라인에 연결되고, 타단이 상기 보조 용량 커패시터에 연결되고, 게이트가 전원 소스와 연결된 스위칭 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 라인을 구동하기 위한 게이트 드라이브 IC를 더 포함하되;
    상기 스위칭 트랜지스터는 상기 게이트 드라이브 IC 내에 구성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
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