KR100408301B1 - 화상 표시 소자 구동 장치 및 설계 방법 - Google Patents

화상 표시 소자 구동 장치 및 설계 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화상 표시 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 디지털 화상 데이터를 픽셀마다 아날로그 신호로 변환시키고, 아날로그 신호로 변환된 화소 신호를 2중 버퍼 구조의 구동 회로에 의하여 충전된 전압에 의하여 액정 셀을 구동시키기 위한 화상 표시 소자 구동 장치 및 설계 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 디지털 화상 데이터를 픽셀마다 아날로그 신호로 변환하여 화상 표시 소자의 구동 전압을 발생시키고, 2중 버퍼 구조에 의하여 화상 표시 소자의 아날로그 구동 전압을 생성시키도록 제어함으로써, 종래의 기술에 비하여 원하지 않는 노이즈 발생을 방지할 수 있는 효과가 발생되며, 특히 단일 패널에 의하여 R/G/B 화상 신호를 표시하도록 구동할 수 있는 효과가 발생된다.

Description

화상 표시 소자 구동 장치 및 설계 방법{Apparatus for driving a image display device and design method of image display apparatus}
본 발명은 화상 표시 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 디지털 화상 데이터를 픽셀마다 아날로그 신호로 변환시키고, 아날로그 신호로 변환된 화소 신호를 2중 버퍼 구조의 구동 회로에 의하여 충전된 전압에 의하여 액정 셀을 구동시키기 위한 화상 표시 소자 구동 장치 및 설계 방법에 관한 것이다.
컴퓨터나 박형 텔레비전 수상기 또는 정보 기기 단말기 등에 사용되는 평면형 표시 장치 중에서 용량성 부하를 갖는 복수의 화소로 이루어진 표시 장치의 일 예로서, 액정 표시 장치가 있다.
일반적으로, 액정 표시 장치는 화상 신호를 표시하는 다수의 화소로 구성되어 있으며, 이 화소들은 배선을 통하여 인가되는 신호에 의하여 구동된다. 배선에는 주사 신호를 전달하는 주사 신호선 또는 게이트 신호선, 화상 신호를 전달하는 화상 신호선 또는 데이터 선들이 매트릭스 구조로 표시 화소마다 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 스위칭 소자에 연결되어 있으며, 그리고, 각각의 박막 트랜지스터에 액정 셀이 연결되어 있어 화상 신호를 표시한다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 의한 화상 표시 소자 구동 장치는 각 화소 표시 단위마다 액정 셀(1), 박막 트랜지스터(2), 커패시터(3)로 구성되며, 박막 트랜지스터(2)의 게이트 단자 및 입력단자에는 각각 게이트 신호선 및 데이터 신호선들이 매트릭스 구조로 연결되어 있다. 그리고, 액정 셀(1)의 한쪽 단자는 박막 트랜지스터(2)의 출력단자에 연결되고, 액정 셀(1)의 다른 쪽 단자에는 화소 전극이 인가된다. 그리고, 액정 셀(1)과 병렬로 커패시터(3)가 연결되어 있다.
여기에서, 데이터 신호선은 액정 셀(1)에 인가되는 전압을 공급하고, 게이트 신호선은 디스플레이하고자 하는 스캔 라인의 액정 셀이 속하는 행을 결정하기 위한 신호를 공급한다.
박막 트랜지스터(2)는 게이트 신호선으로부터 공급된 신호에 따라 데이터 신호선의 전압을 커패시터(3)에 축적시킨 후에 액정 셀(1)에 공급한다.
이와 같은 동작에 의하여 각각의 액정 셀(1)이 커패시터(3)에 충전된 전압에 의하여 구동된다.
그런데, 이러한 종래의 기술에 의한 화상 표시 장치는 R/G/B 각각의 셀을 가지고 있어 1수직동기(1/60초) 구간 동안에 1장의 화상을 표현한다. 이로 인하여, 종래의 기술에 의한 화상 표시 장치에 의하여 단일 패널 프로젝션 텔레비전 수상기를 구현하기 위해서는 1수직동기 구간 동안에 최소한 R/G/B 각각의 칼라를 표현해야하는데, 도 1에 도시된 바와 같은 구조의 화상 표시 장치를 이용해서는 단일의 패널로 구동할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 디지털 화상 데이터를 픽셀마다 아날로그 신호로 변환시키고, 아날로그 신호로 변환된 화소 신호를 2중 버퍼 구조의 구동 회로에 의하여 충전된 아날로그 화소 신호에 의하여 액정 셀을 구동시키기 위한 화상 표시 소자 구동 장치 및 설계 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 화상 표시 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 화상 표시 소자 구동 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 펄스 폭 변조된 화소 신호의 파형도이다.
도 4(a)∼(h)는 도 2에 도시된 주요신호의 파형도이다.
도 5는 액정 인가 전압과 계조 표현 관계를 도시한 도면이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 화상 표시 소자 구동 장치는 화상 표시 장치에 있어서, 디지털 화소 데이터를 아날로그 화소 신호로 변환시키기 위한 디지털/아날로그 변환부, 상기 디지털/아날로그 변환부에서 출력되는 아날로그 화소 신호를 입력하여, 각 행별로 상기 아날로그 화소 신호를 스위칭하여 제1충전소자에 충전시키고, 상기 제1충전소자에 충전된 신호를 프레임별로 스위칭하여 제2충전소자에 충전시키며, 상기 제2충전소자에 현재 프레임의 신호를 충전시키기 전에 상기 제2충전소자 및 액정 셀에 충전된 이전 프레임의 신호를 방전시키기 위한 픽셀 구동부 및 상기 제2충전소자에 충전된 화소 신호 및 소정의 교류 구동 전압 차에 의하여 화상을 표시하기 위한 액정 셀을 포함함을 특징으로 한다.
상기 디지털/아날로그 변환부는 펄스 폭 변조된 디지털 화소 데이터 신호에 상응하여 전류원을 스위칭하여 출력시키기 위한 제1스위칭 수단, 상기 제1스위칭수단의 출력신호를 충전시키기 위한 제1커패시터 및 상기 제1커패시터에 병렬로 접속되어, 상기 제1커패시터에 현재 라인의 화소 신호를 충전시키기 전에, 이미 충전되어 있는 이전 라인의 화소 신호를 라인 주기로 방전시키기 위한 제2스위칭 수단으로 구성하는 것이 효과적이다.
그리고, 상기 픽셀 구동부는 상기 디지털/아날로그 변환부에서 출력되는 아날로그 화소 신호를 라인 주기의 게이트신호에 의하여 스위칭하여 출력시키기 위한 제3스위칭 수단, 상기 제3스위칭 수단의 출력신호를 충전시키기 위한 제2커패시터, 상기 제2커패시터에 충전된 화소 신호를 프레임 주기의 제1게이트신호에 의하여 스위칭하여 출력시키기 위한 제4스위칭 수단, 상기 제4스위칭 수단의 출력신호를 충전시키기 위한 제3커패시터 및 상기 제3커패시터에 병렬로 접속되어, 현재 프레임의 화소 신호를 상기 제3커패시터에 충전시키기 전에 이미 충전되어 있는 이전 프레임의 화소 신호를 프레임 주기의 제2게이트신호에 의하여 방전시키기 위한 제5스위칭 수단으로 구성하는 것이 효과적이다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 화상 표시 소자 구동 방법은 화상 표시 장치를 구성하는 액정 셀을 구동시키는 회로를 설계하는 방법에 있어서, 듀얼 버퍼 구조를 갖으며, 아날로그 화소 신호를 각 행별로 스위칭하여 제1충전소자에 충전시키는 프로세스를 실행하고, 상기 제1충전소자에 충전된 신호를 프레임별로 스위칭하여 제2충전소자에 충전시키는 프로세스를 실행하며, 상기 제2충전소자에 충전된 신호에 의하여 상기 액정 셀이 구동되며, 상기 제2충전소자에 현재 프레임의 신호를 충전시키기 전에 상기 제2충전소자에 충전된 이전 프레임의 신호를 방전시키는 프로세스를 실행하도록 스위칭 시퀀스를 설계함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 화상 표시 소자 구동 장치는 디지털/아날로그 변환부(210), 픽셀 구동부(220) 및 액정 셀(230)을 구비한다.
디지털/아날로그 변환부(210)는 디지털 화소 데이터를 아날로그 화소 신호로 변환시키는 동작을 실행하는데, 구체적으로 복수의 스위치 S1∼S4, 커패시터 C0 및 전류원 Io으로 구성된다.
스위치 S1의 게이트 단자에는 펄스 폭 변조된 디지털 화소 데이터가 인가되며, 입/출력 양 단자에는 전류원 Io 및 커패시터 C0이 각각 연결되어 있다.
그리고, 스위치 S1의 출력 단자에는 픽셀 구동부(220)와의 임피던스 매칭을 위하여 스위치 S3 및 S4로 구성된 버퍼 회로가 연결되어 있다.
또한, 커패시터 CO에는 충전된 신호를 방전시키기 위한 스위치 S2가 연결되어 있다.
위와 같이 구성된 디지털/아날로그 변환부(210)는 다음과 같이 동작한다.
스위치 S1의 게이트 단자에는 도 3에 도시된 바와 같은 펄스 폭 변조된 디지털 화소 데이터(일 예로서, 133[10000101B])가 인가되어, 펄스 폭 변조된 디지털 화소 데이터의 "하이" 구간 동안만 스위치 S1이 온(on)되어 전류원 Io이 커패시터 C0에 충전된다. 이에 따라서, 디지털 화소 데이터가 아날로그 전압의 화소 신호로 변환된다.
스위치 S2는 각 행의 디지털 화소 데이터를 아날로그 신호로 변환시킨 후에 다음 행의 스캔을 준비하기 위하여 도 4(e)에 도시된 바와 같은 타이밍의 게이트 신호(Sc1)에 의하여 커패시터 C0 및 커패시터 C1에 충전된 신호를 방전시킨다.
종래의 기술에서는 디지털/아날로그 변환을 8픽셀 또는 16픽셀 단위로 처리하여 실제 디스플레이 시에 8픽셀이나 16픽셀 간격으로 바(bar) 형태의 원하지 않는 노이즈가 발생되었다. 그런데, 본 발명에서는 각 픽셀마다 디지털/아날로그 변환을 실행하므로 반도체 공정상 오차가 매우 작아서 행별 원하지 않는 노이즈가 화면에 거의 나타나지 않게 된다.
다음으로, 픽셀 구동부(220)는 실제 액정 셀을 구동시키기 위한 전압을 발생시키기 위한 블록으로서, 구체적으로 복수의 스위치 S5∼S7, 2개의 충전소자인 커패시터 C1, C2로 구성되어 있다.
스위치 S5의 입/출력 양 단자에는 디지털/아날로그 변환부(210)의 출력단자 및 1차 충전용 커패시터 C1이 연결되어 있다.
스위치 S6의 입력단자는 커패시터 C1 단자에 연결되고, 출력단자에는 2차 충전용 커패시터 C2가 연결되어 있다.
그리고, 스위치 S6의 출력단자에는 커패시터 C2에 충전된 신호를 방전시키기 위한 스위치 S7이 연결되어 있다.
위와 같이 구성된 픽셀 구동부(220)는 다음과 같이 동작한다.
스위치 S5의 게이트 단자에는 도 4(f)에 도시된 바와 같은 타이밍의 게이트 신호(Ss)가 인가되어, 각 행별로 스캔해 가면서 입력되는 아날로그 화소 신호를 1차적으로 커패시터 C1에 충전시킨다.
커패시터 C1에 충전된 화소 신호는 도 4(d)에 도시된 바와 같은 타이밍의 게이트 신호(St)에 의하여 1프레임의 화면을 동시에 디스플레이시키도록 스위치 S6을 스위칭하여 커패시터 C2에 충전시킨다.
커패시터 C2에 병렬로 연결된 스위치 S7은 도 4(h)에 도시된 바와 같은 타이밍을 갖는 게이트 신호(Sc2)에 의하여 1프레임의 디스플레이를 끝낸 뒤 다음 프레임을 전송받기 전에 커패시터 C2 및 액정 셀(230)에 걸린 전압을 방전시킨다.
여기에서, 커패시터 C1, C2 및 액정 셀의 커패시터 CLC는 DC Charge Sharing을 보상하기 위하여 커패시터의 용량을 C1≫C2≫CLC이 되도록 설계한다.
액정 셀(230)은 도 5에 도시된 바와 같이 프레임별로 +/- 전압을 교대로 인가해 액정 Sticking 현상을 방지한다. 즉, 액정 셀(230)의 한쪽 단자에는 프레임 별로 +/-전압을 교대로 인가하기 위하여 도 4(c)와 같은 화소 전극 전압(Vcom)을 인가하고, 액정 셀(230)의 화소 전극의 맞은편 단자에는 커패시터 C2에 충전된 전압을 인가한다.
이에 따라서, 액정 셀(230)은 화소 전극 전압(Vcom)과 커패시터 C2의 충전 전압의 차에 의하여 화상을 표시한다.
본 발명에 적용되는 스위치들은 일 실시 예로서 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 이용할 수 있다.
이를 종합적으로 설명하면, +/- 프레임에서 각각 다음과 같이 동작한다.
+ 프레임에서는 각 픽셀의 화소 데이터를 디지털/아날로그 변환하여 게이트 신호 Ss에 의하여 행별로 스위치 S5가 도통되어 커패시터 C1에 충전되고, 전체 행이 충전되면 스위치 S7을 게이트 신호 Sc2에 의하여 도통시켜 이전 프레임에서 디스플레이하고 있는 각 셀의 액정 전압(VLC)을 방전시킨다. 그리고, 스위치 S6을 게이트 신호 St에 의하여 프레임 전체 화상 데이터를 전송시켜 현재 프레임의 액정 전압을 인가하는 스위칭 시퀀스에 의하여 액정 소자의 구동을 제어한다.
-프레임에서는 반전된 화상 데이터를 각 픽셀별로 디지털/아날로그 변환하고, 또한 이에 대응하여 화소를 표현하도록 화소 전극 전압(Vcom)도 반전시키고, 액정 전압을 인가하는 스위칭 시퀀스는 +프레임에서 동일하다.
본 발명에 의한 픽셀 단위로 화소 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 행별, 프레임별로 화소 신호들을 각각 2중 버퍼 구조에 의하여 순차적으로 충전시키고, 프레임별로 충전된 화상신호 전압에 의하여 액정 셀이 구동된다. 이와 같은 본 발명에 의한 아날로그 구동 방식의 화상 표시 장치에 인가되는 화상 데이터를 도 4(a)에 도시된 바와 같이 1수직동기구간을 R/G/B/W 프레임으로 시분할하여 공급하면 단일의 패널을 이용하여 R/G/B 신호를 표시할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 화상 데이터 처리는 디지털 프로세스에 의하여 처리하고, 각 픽셀마다 디지털/아날로그 변환된 신호에 의하여 최종적인 화상 표시 소자를 구동하기 때문에 디지털 구동하는 PDP, DMD, FLCD, 등이 가지는 바(bar) 형태의 원하지 않는 노이즈 현상이 발생되는 단점을 극복할 수 있게 되었으며, 또한, 빠른 액정 응답 속도만 충족된다면 각 칼라별 프레임 수를 늘려 단일 패널로 화상을 표시할 수 있게 된다.
본 발명은 방법, 장치, 시스템 등으로서 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필연적으로 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되어 질 수 있으며 또는 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다. 프로세서 판독 가능 매체는 정보를 저장 또는 전송할 수 있는 어떠한 매체도 포함한다. 프로세서 판독 가능 매체의 예로는 전자 회로, 반도체 메모리 소자, ROM, 플레쉬 메모리, E2PROM, 플로피 디스크, 광 디스크, 하드 디스크, 광 섬유 매체, 무선 주파수(RF) 망, 등이 있다. 컴퓨터 데이터 신호는 전자 망 채널, 광 섬유, 공기, 전자계, RF 망, 등과 같은 전송 매체 위로 전파될 수 있는 어떠한 신호도 포함된다.
첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는것은 자명하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 디지털 화상 데이터를 픽셀마다 아날로그 신호로 변환하여 화상 표시 소자의 구동 전압을 발생시키고, 2중 버퍼 구조에 의하여 화상 표시 소자의 아날로그 구동 전압을 생성시키도록 제어함으로써, 종래의 기술에 비하여 원하지 않는 노이즈 발생을 방지할 수 있는 효과가 발생되며, 특히 단일 패널에 의하여 R/G/B 화상 신호를 표시하도록 구동할 수 있는 효과가 발생된다.

Claims (11)

  1. 화상 표시 장치에 있어서,
    디지털 화소 데이터를 아날로그 화소 신호로 변환시키기 위한 디지털/아날로그 변환부;
    상기 디지털/아날로그 변환부에서 출력되는 아날로그 화소 신호를 입력하여, 각 행별로 상기 아날로그 화소 신호를 스위칭하여 제1충전소자에 충전시키고, 상기 제1충전소자에 충전된 신호를 프레임별로 스위칭하여 제2충전소자에 충전시키며, 상기 제2충전소자에 현재 프레임의 신호를 충전시키기 전에 상기 제2충전소자 및 액정 셀에 충전된 이전 프레임의 신호를 방전시키기 위한 픽셀 구동부; 및
    상기 제2충전소자에 충전된 화소 신호 및 소정의 교류 구동 전압 차에 의하여 화상을 표시하기 위한 액정 셀을 포함함을 특징으로 하는 화상 표시 소자 구동장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디지털 화소 데이터는 펄스 폭 변조된 디지털 화소 데이터임을 특징으로 하는 화상 표시 소자 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 디지털/아날로그 변환부는 현재 라인의 화소 신호를 충전시키기 전에, 이미 충전되어 있는 이전 라인의 화소 신호를 라인 주기로 방전시키기 위한 방전 스위칭 회로를 더 포함함을 특징으로 하는 화상 표시 소자 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 디지털/아날로그 변환부는
    펄스 폭 변조된 디지털 화소 데이터 신호에 상응하여 전류원을 스위칭하여 출력시키기 위한 제1스위칭 수단;
    상기 제1스위칭수단의 출력신호를 충전시키기 위한 제1커패시터; 및
    상기 제1커패시터에 병렬로 접속되어, 상기 제1커패시터에 현재 라인의 화소 신호를 충전시키기 전에, 이미 충전되어 있는 이전 라인의 화소 신호를 라인 주기로 방전시키기 위한 제2스위칭 수단을 포함함을 특징으로 하는 화상 표시 소자 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1스위칭 수단의 출력단자에 임피던스 매칭용 버퍼회로 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 화상 표시 소자 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 구동부는
    상기 디지털/아날로그 변환부에서 출력되는 아날로그 화소 신호를 라인 주기의 게이트신호에 의하여 스위칭하여 출력시키기 위한 제3스위칭 수단;
    상기 제3스위칭 수단의 출력신호를 충전시키기 위한 제2커패시터;
    상기 제2커패시터에 충전된 화소 신호를 프레임 주기의 제1게이트신호에 의하여 스위칭하여 출력시키기 위한 제4스위칭 수단;
    상기 제4스위칭 수단의 출력신호를 충전시키기 위한 제3커패시터; 및
    상기 제3커패시터에 병렬로 접속되어, 현재 프레임의 화소 신호를 상기 제3커패시터에 충전시키기 전에 이미 충전되어 있는 이전 프레임의 화소 신호를 프레임 주기의 제2게이트신호에 의하여 방전시키기 위한 제5스위칭 수단을 포함함을 특징으로 하는 화상 표시 소자 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2커패시터의 용량은 상기 제3커패시터의 용량보다 크게 설정하고, 상기 제3커패시터의 용량은 상기 액정 셀의 커패시터 용량보다 크게 설정함을 특징으로 하는 화상 표시 소자 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 소정의 교류 구동 전압은 프레임 단위로 정/부 전압으로 가변되도록 설정됨을 특징으로 하는 화상 표시 소자 구동 장치.
  9. 화상 표시 장치를 구성하는 액정 셀을 구동시키는 회로를 설계하는 방법에 있어서,
    듀얼 버퍼 구조를 갖으며, 아날로그 화소 신호를 각 행별로 스위칭하여 제1충전소자에 충전시키는 프로세스를 실행하고, 상기 제1충전소자에 충전된 신호를 프레임별로 스위칭하여 제2충전소자에 충전시키는 프로세스를 실행하며, 상기 제2충전소자에 충전된 신호에 의하여 상기 액정 셀이 구동되며, 상기 제2충전소자에 현재 프레임의 신호를 충전시키기 전에 상기 제2충전소자에 충전된 이전 프레임의 신호를 방전시키는 프로세스를 실행하도록 스위칭 시퀀스를 설계함을 특징으로 하는 화상 표시 장치 설계 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 아날로그 화소 신호는 디지털 화소 데이터를 펄스 폭 변조된 디지털 화소 데이터임을 특징으로 하는 화상 표시 장치 설계 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1충전소자의 용량은 상기 제2충전소자의 용량보다 크게 설정하고, 상기 제2충전소자의 용량은 상기 액정 셀의 충전 용량보다 크게 설정함을 특징으로 하는 화상 표시 장치 설계 방법.
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