KR100408258B1 - 액정표시장치의 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치의 구동회로에 관한 것으로써, 종래의 입력단의 직류전압은 유저 커넥터 단을 지나면서 전압강하 된 채로 입력전원(V_in)으로 들어와 필터를 통하여 직접 타이밍 제어기에 공급되고, 직류/직류 변환기에서 승압된 V_dd를 구동회로부에 공급하는 구조를 취하고 있는데, 본 발명에서는 V_in다음에 바로 직류/직류 변환기를 위치하여 V_dd를 직접 타이밍 제어기 및 구동회로부 등에 공급하는 구조를 취함으로써 입력전원(V_CC)이 3.3V 이하로 떨어지더라도 직류/직류 변환기가 작동 하는한 타이밍 제어기에 안정적으로 전원을 공급할 수 있게 되어 입력전압 마진을 높이고, 유저 커넥터에 의한 전압강하를 고려할 필요없어 필터 설계 시에 베드 선정에 유리하며, 시스템 구동전압이 3.3V 이더라도 타이밍 제어기의 구동 전압을 2.5V까지 줄일수 있어서 LCM의 저소비전력 구동을 통한 EMI를 줄일 수 있게 된다.

Description

액정표시장치의 구동회로{THE DRIVING CIRCUIT OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 액정표시장치의 구동회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타이밍 제어부(timing controller)의 구동전압을 직류/직류 변환기(DC/DC converter)를 통하여 안정적으로 공급받을 수 있도록 구성하여 액정표시장치의 입력전원 안정화를 이루고자하는데 그 목적이 있다.

TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)란 노트북, 모니터 등과 같이 문자도형표시장치에 사용되는 표시장치를 말하는 것으로, 기존의 CRT(Cathode Lay Tube)에 비해 시인성이 우수하고, 평균소비전력은 같은 화면크기의 CRT에 비하면 30∼40% 정도이며 발열량도 작아서 점차 그 시장 규모가 증가하는 추세에 있는 정보표시소자이다.

이러한 액정표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 액정 셀들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 그 액정 셀들의 광투과율을 조절함으로써, 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 장치이다.

따라서, 액정표시장치는 화소(pixel)단위를 이루는 액정셀들이 액티브(active) 매트릭스 형태로 배열되는 액정패널과; 상기 액정 셀들을 구동하기 위한 드라이버 집적회로(integrated circuit : IC)가 구비된다.

이때, 상기 액정 패널은 컬러필터(color filter)가 형성된 컬러필터기판과 박막트랜지스터(thin film transistor : TFT)가 형성되어 있는 TFT 어레이(array)기판이 스페이서(spacer)에 의해 이격되어 실런트(sealant)를 이용하여 합착하여 기판사이의 이격간격에 액정이 주입되어 있는 형태를 취하고 있다.

상기 컬러필터 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판의 대향하는 내측 면에는 각각 공통전극과 화소전극이 형성되어 상기 액정층에 전계를 인가한다. 이때, 화소전극은 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에 액정 셀 별로 형성되는 반면에 공통전극은 컬러필터 기판의 전면에 일체화 되어 형성된다. 따라서, 공통전극에 전압을 인가한 상태에서 화소전극에 인가되는 전압을 제어함으로써, 액정 셀들의 광투과율을 개별적으로 조절할 수 있게 된다.

그리고, 상기 액정 패널의 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에는 데이터 드라이버 집적회로로부터 공급되는 데이터 신호를 액정 셀들에 전송하기 위한 다수의 데이터 라인들과, 게이트 드라이버 집적회로로부터 공급되는 주사신호를 액정 셀들에 전송하기 위한 다수의 게이트 라인들이 서로 직교하며, 이들 데이터 라인들과 게이트 라인들의 교차부마다 액정 셀들이 정의된다.

이때, 상기 게이트 드라이버 집적회로는 다수의 게이트라인에 순차적으로 주사신호를 공급함으로써, 매트릭스 형태로 배열된 액정 셀들이 1개 라인씩 순차적으로 선택되도록 하고, 그 선택된 1개 라인의 액정 셀들에는 데이터 드라이버 집적회로로부터 데이터 신호가 공급된다.

이와 같이 화소전극에 인가되는 전압을 액정셀들 별로 제어하기 위하여 각각의 액정 셀에는 스위칭 소자로 사용되는 박막 트랜지스터가 형성되며, 상기 게이트 라인을 통하여 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 주사신호가 공급된 액정 셀들에서는 그 박막 트랜지스터의 소스/드레인 전극 사이에 도전채널이 형성되는데, 이때 상기 데이터 라인을 통해 박막 트랜지스터의 소스 전극에 공급된 데이터신호가 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 경유하여 화소전극에 공급됨에 따라 해당 액정 셀의 광투과율이 조절된다.

상기한 바와 같은 액정패널을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판이 대향하여 합착된 액정패널의 개략적인 평면 구성을 보인 예시도이다.

도 1을 참조하면, 액정패널(10)은 액정 셀들이 매트릭스 형태로 배열되는 화상표시부(13)와, 그 화상표시부(13)의 게이트 라인들과 접속되는 게이트 패드부(14) 및 데이터 라인들과 접속되는 데이터 패드부(15)를 포함한다. 이때, 게이트 패드부(14)와 데이터 패드부(15)는 컬러필터 기판(12)과 중첩되지 않는 박막 트랜지스터 어레이 기판(11)의 가장자리 영역에 형성되며, 게이트 패드부(14)는 게이트 드라이버 집적회로로부터 공급되는 주사신호를 화상표시부(13)의 게이트 라인들에 공급하고, 데이터 패드부(15)는 데이터 드라이버 집적회로로부터 공급되는 화상정보를 화상표시부(13)의 데이터 라인에 공급한다.

여기서, 도면상에 상세히 도시되지는 않았지만, 화상표시부(13)의 박막 트랜지스터 어레이 기판(11)에는 화상정보가 인가되는 데이터 라인들과 주사신호가 인가되는 게이트 라인들이 서로 교차하여 배치되고, 그 교차부에 액정 셀들을 스위칭하기 위한 박막 트랜지스터와, 그 박막 트랜지스터에 접속되어 액정 셀을 구동하는화소전극과, 이와같은 전극과 박막 트랜지스터를 보호하기 위해 전면에 형성된 보호막이 구비된다.

또한, 상기 화상표시부(13)의 컬러필터 기판(12)에는 블랙 매트릭스에 의해 셀 영역별로 분리되어 도포된 컬러필터들과, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(11)에 형성된 화소전극의 상대전극인 공통 투명전극이 구비된다.

상기한 바와 같이 구성된 박막 트랜지스터 어레인 기판(11)과 컬러필터 기판(12)은 스페이서에 의해 이격되어 내부에 셀-갭이 마련되고, 그 셀-갭은 액정으로 채워지게 된다. 그리고, 박막 트랜지스터 기판(11)과 컬러필터 기판(12)은 화상표시부(13)의 외곽에 형성된 실링부(16)에 의해 합착된다.

한편, 도 2는 상기 도 1에 도시한 액정패널(10)의 구동부를 개략적으로 보인 블록도이다.

도 2를 참조하면, 그래픽 처리부(100)로부터 화상정보(DATA[R, G, B])와 제어신호(CS)가 인터페이스부(110)를 통해 타이밍 제어기(120)에 인가되고, 또한 그래픽 처리부(100)로부터 시스템전원(V_CC)으로 예를 들어 3.3V가 타이밍 제어기(120)와 직류/직류 변환기(DC/DC converter, 130)에 인가된다.

상기 타이밍 제어기(120)는 게이트 드라이버 집적회로(140)에 제어신호(CS)를 공급하고, 또한 데이터 드라이버 집적회로(150)에 화상정보(DATA[R,G,B])와 제어신호(CS)를 공급한다. 이때, 타이밍 제어기(120)는 제어신호(CS)로써, 소정의 클럭신호, 게이트 스타트 신호 및 타이밍 신호를 공급하여 게이트 드라이버 집적회로(140)와 데이터 드라이버 집적회로(150)의 구동되는 타이밍을 제어한다.

한편, 상기 직류/직류 변환기(130)는 시스템전원(V_CC)을 입력받아 게이트 드라이버 집적회로(140)에 게이트 온/오프 전원(V_G-ON, V_G-OFF)을 공급하고, 데이터 드라이버 집적회로(150)에 기준전압(V_REF)을 공급하며, 액정패널(10)의 컬러필터기판(12)에 형성된 공통 투명전극에 공통전압(V_COM)을 공급한다.

그리고, 상기 게이트 드라이버 집적회로(140)는 상기 타이밍 제어기(120)의 제어신호(CS)와 직류/직류 변환기(130)의 게이트 온/오프 전원(V_G-ON, V_G-OFF)을 인가 받아, 액정패널(10)의 게이트 패드부(14)를 통해 게이트 라인에 순차적으로 주사신호를 공급한다.

그리고, 상기 데이터 드라이버 집적회로(150)는 상기 타이밍 제어기(120)의 화상정보(DATA[R,G,B]) 및 제어신호(CS)와 직류/직류 변환기(130)의 기준전압(V_REF)을 인가받아, 액정패널(10)의 데이터 패드부(15)를 통해 데이터 라인에 화상정보를 공급한다.

따라서, 상기 액정패널(10)은 단위화소가 매트릭스 형태로 배열되어, 상기 게이트 드라이버 집적회로(140)를 통해 공급되는 주사신호에 따라 데이터 드라이버 집적회로(150)를 통해 공급되는 화상정보를 디스플레이 한다.

상기한 바와 같은 액정패널(10)의 구동회로부에 있어서 입력전원부는 도 3a 상세히 도시된 바와 같이 그래픽 처리부(30)을 통하여 들어온 V_CC는 인터페이스(31)를 경유하여, 일부는 별도의 승압없이 그대로 타이밍 제어기(32)로 공급되고, 나머지 일부는 직류/직류 변환기(33)에서 승압된 전압값으로 게이트 드라이버 집적회로와 데이터 드라이버 집적회로 및 V_COM등으로 공급되는 구조를 취하고 있다. 이를 보다 상세히 설명하면 도 3b에 나타낸 바와 같이 유저커넥터 단을 통해 들어온 전압(V_in)은 인터페이스부(31) 내에 있는 필터(filter) 를 통해 안정화 된 후 별도의 승압없이 타이밍제어부 및 각각의 구동회로부로 입력되게 된다.

이때 입력전압(V_in)으로서 인가되는 V_CC값은 컴퓨터 내부에서 정해지는 값으로서 데스크탑의 경우에는 6V, 12V가 주로 사용되고 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 기기에서는 주로 3.3V를 사용하며, 타이밍 제어기(32)의 작동가능전압 범위은 3.0∼3.6V 값을 가지고, 직류/직류 변환기(33)의 작동가능 전압범위은 2.5V-4.0V의 값을 가지고, 직류/직류 변환기에서 승압된 전압값(V_dd)은 TFT-LCD 패널은 5V 구동 액정을 쓴 NW(Normal White) TN 모드로 가정할 경우 드라이버 집적회로 전압 및 gamma 전압, 그리고 공통전극전압은 9.5V의 값을 가지고, 게이트 ON전압(V_G-ON)은 20V, 게이트 OFF전압(V_G-OFF)는 -8V의 값을 가지게 된다.

그러나, 입력전원부에 공급되는 V_CC값은 유저 커넥터(User Connector)에 의한 전압손실과 돌입전류 및 노트북과 같은 휴대용기기에서 잔여 배터리량이 줄어듦에 따라 감소할 수 있는데, 이로 인하여 만일 V_CC값이 2.5∼3.0V의 값이 된다면 2.5∼4.0V의 작동가능전압범위를 가지는 직류/직류 변환기(130)는 정상적으로 작동되드라이버 집적회로 등에 작동전압(V_dd)를 공급해줄 수 있는 반면, 3.0∼3.6V의 작동가능전압범위를 가지는 타이밍 제어기(140)는 작동이 멈추게 되어, 결국 전체적으로 TFT-LCD 모듈 전체의 시스템이 다운 되는 현상이 일어나게 된다.

이는 결과적으로, LCD 모듈의 전체적인 시스템이 정상적으로 작동 되기 위해서는 타이밍 제어기(33)의 최소작동 가능전압인 3.0V이상의 입력전압(V_CC)값을 유지하여야 된다는 필요가 있게 되어, 이는 결국 높은 소비전력량과 높은 EMI값을 가지게 된다는 문제점과, 잔여 배터리량이 2.5∼3.0V 정도의 전압을 발생시킬 수 있음에도 불구하고 LCD 모듈 시스템을 동작시킬 수 없게 되어 결국 배터리 사용시간을 단축하게 되는 결과를 초래하게 된다.

본 발명에서는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 종래에 타이밍 제어기의 작동전압을 인터페이스부를 거친 입력전압값을 그대로 이용하던 것과는 달리, 최소 2.5V이상의 입력전압값만 유지되면 정상적으로 작동하여 필요한 전압값으로 승압-출력할수 있는 직류/직류 변환기로부터 공급받도록 함으로써, 직류/직류 변환기가 작동하는한 안정적으로 타이밍 제어기 및 드라이버 집적회로 등에 전압을 공급할 수 있게 하여 유저 커넥터에 의한 전압강하와 돌입전류 및 잔여 배터리량의 감소에 따른 입력전압(V_CC)마진을 높여서 저전압구동이 가능한 시스템을 구축함과 동시에 LCM(liquid crystal module)의 저소비전력 구동을 실현하여 EMI를 줄이고, 노트북과 같은 휴대기기의 배터리 사용시간을 연장시키는데 그 목적이 있다.

도 1은 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판이 대향하여 합착된 액정패널의 개략적인 평면 구성을 보인 예시도.

도 2는 도 1에 도시한 액정패널의 구동부를 나타내는 블록도.

도 3은 본 발명에 의한 액정패널의 구동회로부에 있어서 입력전원부를 상세하게 도시한 나타내는 블록도.

도 4는 본 발명에 의한 액정패널의 구동부를 나타내는 블록도.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 도 4에서 보는 바와 같이 입력전원(V_CC) 다음에 인터페이스부를 두고, 상기의 인터페이스부(210) 다음에 직류/직류 변환기(230)를 위치시키고, 상기의 직류/직류 변환기(230)에서 나온 V_dd1은 타이밍 제어기(220)에 들어가도록 되어 있다. 이때, 타이밍제어기(220)는 게이트 드라이버 집적회로(240)에 제어신호(CS)를 공급하고, 또한 데이터 드라이버 집적회로(250)에 화상정보(DATA[R,G,B])와 제어신호(CS)를 공급한다. 이때, 타이밍 제어기(220)는 제어신호(CS)로써, 소정의 클럭신호, 게이트 스타트 신호 및 타이밍 신호를 공급하여 게이트 드라이버 집적회로(240)와 데이터 드라이버 집적회로(250)의 구동되는 타이밍을 제어한다.

한편, 상기 직류/직류 변환기(230)는 시스템전원(V_cc)을 입력받아 게이트 드라이버 집적회로(240)에 게이트 온/오프 전원(V_G-ON, V_G-OFF; V_dd2)을 공급하고, 데이터 드라이버 집적회로(250)에 기준전압(V_REF; V_dd4)을 공급하며, 액정패널(10)의 컬러필터기판(12)에 형성된 공통 투명전극에 공통전압(V_COM; V_dd3)을 공급한다.

그리고, 상기 게이트 드라이버 집적회로(240)는 상기 타이밍 제어기(220)의 제어신호(CS)와 직류/직류변환기(230)의 게이트 온/오프 전원 (V_G-ON, V_G-OFF)을 인가 받아, 액정패널(10)의 게이트 패드부(14)를 통해 게이트 라인에 순차적으로 주사신호를 공급한다.

그리고, 상기 데이터 드라이버 집적회로(250)는 상기 타이밍 제어기(220)의 화상정보(DATA[R,G,B]) 및 제어신호(CS)와 직류/직류 변환기(230)의 기준전압(V_REF; V_dd4)을 인가받아, 액정패널(10)의 데이터 패드부(15)를 통해 데이터 라인에 화상정보를 공급한다.

따라서, 상기 액정패널(10)은 단위화소가 매트릭스 형태로 배열되어, 상기 게이트 드라이버 집적회로(240)를 통해 공급되는 주사신호에 따라 데이터 드라이버 집적회로(250)를 통해 공급되는 화상정보를 디스플레이 한다.

이와 같은 구조를 취하게 되면 도 2및 도 3에서 설명된 종래의 회로와는 달리, 입력전압값(V_in)이 2.5∼3.0V 까지 떨어 지더라도 직류/직류 변환기는 2.5V에서도 작동하므로 안정적으로 V_dd값을 생성하게 되고, 이때 생성된 V_dd값들을 상기한 회로 소자를 통하여 타이밍 제어기 및 구동회로부 등에 안정적으로 공급하여 주게 된다.

이때, 도 5에 나타낸 바와 같이 입력전원부(V_in; 51) 다음에 위치된 직류/직류 변환기(52)와 타이밍 제어기(53) 사이에 레귤레이터(regulator ; 54)를 설치함으로서 안정적인 직류전압값을 얻을 수도 있을 것이며, 또한 레귤레이터와 필터(55)를 동시에 설치하게 된다면 보다 안정적인 직류전압값을 타이밍제어기(53) 및 각각의 구동회로부에 공급할 수 있을것이다.

상기에서 설명한 것은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과한 것으로, 종래의 기술에 있어서 타이밍 제어기부에 작동전압을 공급하기 이전에 별도로 타이밍제어기에 안정된 전압을 공급하기 위한 직류/직류 변환기를 설치 함으로서, 본발명과 동일한 효과를 얻을 수도 있을 것이다.

본 발명에서 제시된 LCD 모듈의 입력 DC전원 회로를 적용하게 되면,

직류/직류 변환기가 작동하는한 안정적으로 타이밍 제어기 및 구동회로부 등에 안정적으로 전압을 공급할 수 있게 하여 유저 커넥터(user connector)에 의한 전압강하와 돌입전류 및 잔여 배터리량의 감소에 따른 입력전압(V_CC)마진을 높이고,

LCM(liquid crystal module)이 저전압에서도 구동할 수 있도록 함으로서 저소비전력 구동을 실현하여 EMI를 줄이고, 노트북과 같은 휴대기기의 배터리 사용시간을 실질적으로 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 외부로부터 입력전압이 들어오는 인터페이스부와; 상기의 인터페이스부를 통하여 입력전압을 공급받아 액정표시소자의 각각의 회로부의 작동에 필요한 전압들을 출력하는 직류/직류 변환기와; 외부로부터 상기의 인터페이스를 통해 들어온 RGB 신호를 받아서 각 소스 드라이버 집적회로로 데이터를 분배하고, 게이트 드라이버 집적회로를 제어하는 역할을 하는 타이밍 제어기와; 상기의 직류/직류 변환기로부터 전압을 공급받고, 상기의 타이밍 제어기로부터 신호전압을 인가받아 액정셀을 구동하기 위한 신호를 주사하는 게이트 및 소스 드라이버 집적회로로 구성된 액정표시장치의 구동회로
2. 제 1 항에 있어서 직류/직류 변환기와 타이밍 제어기 사이에 레귤레이터를 두어 안정적인 직류전압을 타이밍 제어기에 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로
3. 제 1 항에 있어서 직류/직류 변환기와 타이밍 제어기 사이에 레귤레이터와 필터를 두어 보다 안정적으로 타이밍 제어기에 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로
4. 제 1 항에 있어서 직류/직류 변환기로부터 승·감압된 전압을 공급받아 게이트를 동작시키기 위한 게이트 드라이버 집적회로와 직류/직류 변환기로부터 승압된 전압을 공급받아 소스 드라이버 집적회로에 필요한 전압을 공급하기 위한 gamma reference 회로부와 액정패널의 공통전극에 전압을 공급하기 위한 공통전극회로부를 가지는 액정표시장치의 구동회로부
5. 외부로부터 입력전압이 공급되는 인터페이스와; 상기의 인터페이스로부터 입력전압을 공급받아 액정표시소자의 각각의 회로부에 필요한 전압들을 출력하는 직류/직류 변환기와; 상기의 인터페이스를 통해 들어온 RGB 신호를 받아서 각 소스 드라이버 집적회로로 데이터를 분배하고, 게이트 드라이버 집적회로를 제어하는 역할을 하는 타이밍 제어기로 구성된 액정표시장치의 구동회로에 있어서, 상기 타이밍 제어기는 직류/직류 전환기에서 승압된 전압을 공급받는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로부
6. 제 5 항에 있어서 직류/직류 변환기와 타이밍 제어기 사이에 레귤레이터를 설치함으로서 안정적으로 직류전압을 타이밍 제어기에 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로
7. 제 5 항에 있어서 직류/직류 변환기와 타이밍 제어기 사이에 레귤레이터 및 필터를 설치함으로서 보다 안정적으로 직류전압을 타이밍 제어기에 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로
8. 외부로부터 입력전압이 들어오는 인터페이스부와; 상기의 인터페이스를 통하여 들어온 입력전압과 RGB 신호를 받아서 각 소스 드라이버 집적회로로 데이터를 분배하고, 게이트 드라이버 집적회로를 제어하는 역할을 하는 타이밍 제어기와: 상기의 인터페이스를 통하여 들어온 입력전압을 받아서 게이트 드라이버 집적회로와 gamma reference부와 공통전극회로부를 구동시키기 위해 필요한 전압들을 승압·출력하는 직류/직류 변환기와; 상기의 직류/직류 변환기로부터 승·감압된 전압을 공급받아 게이트를 동작시키기 위한 게이트 드라이버 집적회로와; 상기의 직류/직류 변환기로부터 승압된 전압을 공급받아 소스 드라이버 집적회로에 필요한 전압을 공급하기 위한 gamma reference 회로부와; 상기의 직류/직류 변환기로부터 필요한 전압을 공급받아 액정패널의 공통전극에 전압을 공급하기 위한 공통전극회로부를 가지는 액정표시장치의 구동회로부에 있어서,

   인터페이스부와 타이밍 제어기 사이에 직류/직류 변환기를 하나더 둠으로서 입력전압의 강하에 대처하여 안정적으로 타이밍 제어기를 구동시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로
9. 제 8 항에 있어서 직류/직류 변환기와 타이밍 제어기 사이에 레귤레이터를 둠으로써 안정적인 직류전압을 타이밍 제어기에 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로
10. 제 8 항에 있어서 직류/직류 변환기와 타이밍 제어기 사이에 레귤레이터 및 필터를 둠으로서 보다 안정적으로 타이밍 제어기에 직류전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로