KR100412120B1 - 액정표시장치의 구동회로 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저소비전력화 및 데이터의 픽셀 챠지 구간을 정상 구동시와 동일하게 유지할 수 있는 액정표시장치 구동회로 및 구동방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 구동회로는 데이터 출력회로부와, 포지티브 필드 구동시 하이 임피던스 구간에서 포지티브 공통전압(Vcom+)을 데이터 라인으로 스위칭하여 상기 데이터 라인을 포지티브 공통전압(Vcom+)으로 프리챠지 시키는 제 1 스위칭 소자와, 네가티브 필드 구동시 하이 임피던스 구간에서 네가티브 공통전압(Vcom-)을 데이터 라인으로 스위칭하여 상기 데이터 라인을 네가티브 공통전압(Vcom-)으로 프리챠지 시키는 제 2 스위칭 소자와, 상기 제 1, 제 2 스위칭 소자에 의해 포지티브 공통전압(Vcom+) 또는 네가티브 공통전압(Vcom-)으로 프리챠지가 완료된 후, 상기 데이터 출력회로부에서 출력되는 데이터를 화소전극으로 스위칭하는 제 3 스위칭 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치의 구동회로 및 그 구동방법{Circuit for driving for liquid crystal display device and method for driving the same}

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 플리커(Flicker) 개선을 위한 액정표시소자의 구동방법에 관한 것이다.

액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display)는 경박단소하고 저전압구동과 저전력 소모라는 장점을 바탕으로 널리 이용되고 있으며, 그 발전속도도 연 10%이상이며, 차세대 디스플레이로 인식되고 있다.

또한, 그 응용분야도 다양하며, 노트북 컴퓨터, 휴대폰, 카 네비게이션 시스템(CNS: Car Navigation System), 호출기, 캠코더 등 각종 전자기기에 널리 사용되고 있다.

최근, 액정표시장치의 개발방향은 오랫동안 단점으로 지적되어 온 좁은 시야각과 화질을 개선하는데 그 초점이 맞추어져있다. 그리하여 씨알티(CRT: Cathode Ray Tube)에 견줄만한 시야각을 가진 액정표시장치들이 등장하게 되었다.

또한, 액정표시장치 패널의 광온도 범위 구동 특성의 온도 변화에 따른 패널의 휘도, 색좌표, 플리커(Flicker), 크로스토크(Crosstalk), 잔상 등에 대한 관심이 높아지고 있다.

종래의 티에프티 액정표시장치(TFT-LCD)를 이용한 디스플레이 장치들은 대부분이 노트북 컴퓨터에 응용되어 왔으며, 티에프티 액정표시장치를 이용하여 디스플레이 화면을 구현하는 방법은 패널에 매트릭스 구조로 되어 있는 티에프티 어레이(TFT Array)를 구동하여 전기적인 신호를 화상신호로 만들어 액정표시장치 화면을 동작시킨다.

액정 패널은 셀 영역과 패드 영역으로 구분되며, 상기 셀 영역에는 복수개의 게이트 라인들과, 상기 게이트 라인과 교차하는 방향으로 배치된 복수개의 데이터 라인들과, 각 게이트 라인과 데이터 라인의 교차 부위에 형성된 박막트랜지스터 및상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 화소전극으로 구성된다.

상기 액정 패널은 크게 상부 유리기판과 하부 유리기판으로 구성되며, 상기 게이트 라인, 데이터 라인 및 박막트랜지스터는 상기 하부 유리기판 상에 배치되고, 상기 상부 유리기판 상에는 색상을 나타내기 위한 칼라필터층과, 상기 화소전극을 제외한 영역으로 빛의 투과를 방지하기 위한 블랙매트릭스 및 상기 화소전극과 함께 액정에 전압을 인가하기 위한 공통전극이 배치된다.

상기 박막트랜지스터는 상기 하부 유리기판 상에 상기 게이트 라인과 연장되는 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상부에 게이트 절연막을 개재하여 박막트랜지스터의 채널영역으로 사용되는 반도체층과, 상기 반도체층 상에서 서로 대향하는 소스 및 드레인 전극으로 구성된다.

도 1은 일반적인 TFT용 LCD의 구동을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 게이트 드라이버(12)는 동일 라인에 해당하는 픽셀을 구동하기 위해 주사 라인(14)을 통하여 선택 펄스(Addressing Pulse)를 인가하고, 소스 드라이버(10)는 신호 라인(16)을 통하여 턴온된 TFT(T1)에 영상 신호를 인가한다. 턴온된 TFT(T1)를 통하여 영상 신호가 인가되면 TFT(T1)의 드레인과 공통 전압(Vcom)사이에 연결된 액정 커패시터(C1)는 박막트랜지스터(T1)가 턴온되는 동안 충전되고, 박막트랜지스터(T1)가 턴오프되면 이후에 박막트랜지스터(T1)가 턴온될 때까지 충전 전하를 유지한다.

일반적으로 TFT용 LCD는 직류에 의한 열화 특성을 막기 위해 교류 구동 방식을 이용하여 구동시킨다. 이러한 교류 구동방식에는 라인 인버젼(Line Inversion)방식과 도트 인버젼(Dot Inversion)방식이 있다. 여기에서, 라인 인버젼 방식은 LCD 패널의 한 라인에 정(+)극성을 가하고 그 다음 라인에는 부(-)극성을 가함으로써 영상 신호의 극성을 반전시키는 방식이고, 도트 인버젼 방식은 하나의 도트에 정(+)극성을 가하고, 그 다음 도트에는 부(-)극성을 가함으로써 영상 신호의 극성을 반전시키는 방식이다.

이와 같은 교류 구동 방식은 영상 신호의 화질을 향상시키는데 중요한 역할을 하며, 정 또는 부극성의 영상 신호를 인가하는 것은 소스 드라이버의 역할이기 때문에 소스 드라이버의 성능은 영상의 고화질화에 직접적인 영향을 끼치게 된다.

즉, 도 1에 도시된 소스 드라이버(10)는 신호 라인(16)을 통하여 TFT패널의 각 도트에 대한 R,G,B 각각의 밝기 데이터들에 상응하는 전압들을 출력함으로써 TFT용 LCD패널을 구동한다. 현재에는 6비트의 데이타를 입력으로하여 64개의 계조 레벨(gray scale)을 생성함으로써 TFT LCD패널을 구동하는 LCD소스 드라이버가 많이 사용된다.

도 2는 종래의 TFT LCD 소스 드라이버를 설명하기 위한 회로도로서, 디코더(20)와 전류 버퍼(24)를 포함한다. 여기에서, 패널 커패시터(C)는 설명의 편의를 위하여 하나의 커패시터로서 도시되며, 도 1에 도시된 LCD소스 드라이버 (10)의 임의의 한 신호 라인(16)에 대해서 턴온된 박막트랜지스터의 저항 성분과, 박막트랜지스터의 드레인과 공통 전압(Vcom)사이에 연결된 커패시터(C)의 용량을 더한 값으로 표현 된다. 여기에서, 도 2의 디코더(20)에 입력되는 데이타는 6비트라 가정한다.

도 2를 참조하면, 디코더(20)는 입력 데이타(Din)의 모든 비트 즉, 6비트의 조합에 해당하는 정극성(+) 또는 부극성(-)의 계조 레벨의 전압들(V1~V64) 중에서 입력 데이타에 상응하는 하나의 전압을 패널 표시 전압(Vin)으로서 출력한다. 출력된 패널 표시 전압(Vin)은 전류 버퍼(24)에 인가되어 전류 증폭되고, 전류 증폭된 결과는 출력 단자 OUT을 통하여 출력되어 박막트랜지스터용 액정패널을 구동한다. 여기에서, 전류 버퍼(24)는 전압 팔로워(Voltage Follower)구조를 갖는 연산 증폭기로 구현된다.

TFT LCD 소스 드라이버의 입력이 6비트의 데이타인 경우에, 디코더(20)의 출력은 64개의 계조 레벨(GRAY SCALE)의 전압들중 하나가 되고, 일반적으로 1V~5V사이의 전압을 64단계로 분할하여 사용한다. R,G,B채널의 영상 신호 각각이 이처럼 64계조 레벨로 표현되는 경우, TFT LCD는 26만 가지의 색상을 표시할 수 있다.

상기와 같은 소스 드라이버에서 인가되는 패널 표시 전압(VIN)과 출력 전압 간에는 약간의 전압 편차가 존재한다. LCD가 그 색상들을 정상적으로 표시하기 위해서는 상기 소스 드라이버의 출력 전압 편차가 어떤 기준 즉, ±20mV이하가 되는 것이 바람직하다. 이러한 출력 전압 편차의 특성은 전압 팔로워로 구현되는 전류 버퍼(24)의 오프셋 전압(OFFSET VOLTAGE)에 따라 크게 영향을 받게 된다. 일반적으로 MOS트랜지스터를 이용하여 구현한 전류 버퍼(24)의 경우에 상기 오프셋 전압은 ±20mV정도가 된다. 이와 같이, 종래의 6비트의 데이타를 입력으로 받아들이는 TFT용 LCD소스 드라이버의 경우에 있어서, 전류 버퍼(24)는 그 전기적 특성상 ±20mV이내의 오프셋 전압을 가지 므로 출력 전압 편차에 큰 영향을 끼치지 않는다.

한편, TFT LCD에 있어서 소스 드라이버에 공급되는 데이타의 비트 수를 증가시켜 표시 가능한 색상 수를 증가시키고자하는 노력이 지속적으로 행해져오고 있다. 예컨대, 8비트 데이타를 받아들여 256계조 레벨 전압으로 LCD패널을 구동 하는 TFT용 LCD소스 드라이버를 구현하는 경우에 얻을 수 있는 색상은 약 1000만 가지 이상이 된다. 그러나, 이처럼 8비트의 데이타를 받아들여 256계조 레벨로 LCD 패널을 구동하는 고화질용 TFT LCD 소스 드라이버의 경우에, 정상적인 색상 표시를 위해서는 출력 전압 편차가 ±5mV이하가 되어야만 한다. 따라서, 오프셋 전압이 ±20mV정도인 종래의 전류 버퍼(24)는이와 같은 고화질용 TFT LCD의 소스 드라이버에 그대로 사용될 수 없다.

또한, TFT용 LCD에 있어서 현재에는 디스플레이의 화질 개선 문제와 더불어 소비 전력을 줄이는 방향으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 이처럼 TFT LCD모듈의 전체 소비 전력을 줄이기 위해서는 전체 TFT LCD모듈에서 소스 드라이버의 소비 전류를 줄이는 것이 바람직하다.

도 3a 및 3b는 종래 기술에 따른 출력회로의 파형을 도시한 것으로, 도 3a의 정상 구동시의 픽셀 챠지(Pixel charge) 구간("A)과 도 3b의 챠지 쉐어(Charge share) 구동시 픽셀 챠지 구간("B)을 비교하여 보면 상기 챠지 쉐어 구동시 픽셀 챠지 구간("B)이 짧아짐과 동시에, 하이 임피던스(High-Z)구간("Z") 동안에 공통전압(Vcom) 레벨로 프리챠지하고 있음을 보여준다.

이와 같은 종래 액정표시소자의 출력회로는 챠지 쉐어 구동시에는 하이 임퍼던스 구간 동안 공통전압을 프리챠지 하여 정상 구동시에 비해 저소비전력화를 도모할 수 있으나, 그만큼 데이터 픽셀 챠지 타임은 감소하여 정상적인 데이터 챠지가 불가능하고, 이로 인해 화질의 저하를 초래하게 된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 저소비전력화를 도모함과 동시에 데이터의 픽셀 챠지 구간을 정상 구동시와 동일하게 유지할 수 있도록 하함으로써, 화질 저하를 방지할 수 있는 액정표시장치 구동회로 및 그 구동방법을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 구성도

도 2는 종래 액정표시장치의 소스 드라이버의 구성도

도 3a 내지 3b는 종래 액정표시장치 소스 드라이버에 따른 정상 동작시와 챠지 쉐어 시의 전압 파형도

도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치 구동회로의 구성도

도 5a 내지 5d는 본 발명의 액정표시장치 구동회로의 구동방법을 설명하기 위한 타이임도 및 진리표

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

50 : 데이터 출력부 51 : 제 1 스위칭 소자

52 : 제 2 스위칭 소자 53 : 제 3 스위칭 소자

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치 구동회로는 데이터 출력회로부와, 포지티브 필드 구동시 하이 임피던스 구간에서 포지티브 공통전압(Vcom+)을 데이터 라인으로 스위칭하여 상기 데이터 라인을 포지티브 공통전압(Vcom+)으로 프리챠지 시키는 제 1 스위칭 소자와, 네가티브 필드 구동시 하이 임피던스 구간에서 네가티브 공통전압(Vcom-)을 데이터 라인으로 스위칭하여 상기 데이터 라인을 네가티브 공통전압(Vcom-)으로 프리챠지 시키는 제 2 스위칭 소자와, 상기 제 1, 제 2 스위칭 소자에 의해 포지티브 공통전압(Vcom+) 또는 네가티브 공통전압(Vcom-)으로 프리챠지가 완료된 후, 상기 데이터 출력회로부에서 출력되는 데이터를 화소전극으로 스위칭하는 제 3 스위칭 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 액정표시장치의 출력회로는 포지티브 필드(Positive field) 구동시에는 하이 임피던스 구간에서 데이터 라인을 포지티브 공통전압(Vcom+)으로 프리챠지(Precharge)시킨 다음 데이터를 출력하고, 네가티브 필드(Negative field) 구동시에는 상기 하이 임피던스 구간에서 데이터 라인을 네가티브 공통전압(Vcom-)으로 프리챠지 시킨 다음, 데이터를 출력하도록 하여 저소비 전력화를 실현하고 정상 구동시와 동일한 데이터 픽셀 챠지 시간을 유지시킨다.

이하에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 출력회로를 간략화하여 도시한 구성도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치의 구동회로는 출력부(50)와, 포지티브 필드시 하이 임피던스 구간에서 데이터 라인(Data line)을 포지티브 공통전압(Vcom+)으로 프리챠지 시키기 위해 스위칭하는 제 1 스위칭 소자(51)와, 네가티브 필드시 하이 임피던스 구간에서 데이터 라인을 네가티브 공통전압(Vcom-)으로 프리챠지 시키기 위해 스위칭하는 제 2 스위칭 소자(52)와, 상기 제 1 스위칭 소자(51) 및 제 2 스위칭 소자(52)에 의해 포지티브 공통전압(Vcom+) 또는 네가티브 공통전압(Vcom-)으로 프리챠지가 완료된 후, 상기 데이터 출력부에서 출력되는 데이터를 화소전극으로 스위칭하는 제 3 스위칭 소자(53)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 액정표시장치의 출력회로의 동작을 도 5a 및 5d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5a는 본 발명에 따른 출력회로의 동작설명을 위한 포지티브 필드 구동시의 게이트 구동신호, 데이터 전압 및 포지티브 공통전압(Vcom+), 네가티브 공통전압(Vcom-)의 파형 형태를 도시한 것이고, 도 5b는 도 5a의 각 구간별 상기 제 1 스위칭 소자(51)와 제 2 스위칭 소자(52)의 온/오프 상태를 나타낸 진리표이다.

그리고 도 5c는 네가티브 필드 구동시 게이트 구동신호, 데이터 전압 및 포지티브 공통전압(Vcom+), 네가티브 공통전압(Vcom-)의 파형 형태를 도시한 것이고, 도 5d는 도 5c의 각 구간별 상기 제 1 스위칭 소자(51)와 제 2 스위칭 소자(52)의 온/오프 상태를 나타낸 진리표이다.

먼저, 도 5a 및 5b에 도시한 바와 같이, 하이 임피던스 구간이 되기전까지의 구간("A")에서는 제 1 스위칭 소자(51)와 제 2 스위칭 소자()52는 오프 상태를 유지하고 있다.

그러나 하이 임피던스 구간("B")이 되면, 상기 제 1 스위칭 소자(51)가 턴온되어 Vcom+전압이 데이터 라인에 프리챠지(Precharge)된다. 이때, 상기 제 2 스위칭 소자(52)는 오프 상태를 그대로 유지하고 있다.

이어서, 하이 임피던스 구간("B")이 끝나면 데이터가 출력되고, 상기 게이트 구동신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 전이되고, 데이터 전압이 상기 포지티브 공통전압(Vcom+) 이하로 떨어지는 구간인 "C"구간에서는 상기 제 1 스위칭 소자(51)는 다시 턴오프되고 이때까지 상기 제 2 스위칭 소자(52)는 계속해서 오프 상태를 유지하고 있다.

마지막으로 "D"구간에서는 상기 제 1 스위칭 소자(51)는 오프 상태를 유지하고, 제 2 스위칭 소자는 턴-온 상태가 되어 네가티브 공통전압(Vcom-)이 데이터 라인에 프리챠지 되며, "E"구간에서는 상기 제 1, 제 2 스위칭 소자(52)가 모두 오프 상태를 유지하여 데이터 라인에는 어떠한 전압으로도 프리챠지 되지 않는다.

한편, 도 5c 및 도 5d에 도시한 네가티브 구동시 각 신호 전압들의 파형 및 제 1, 제 2 스위칭 소자의 동작 상태를 설명하면 다음과 같다.

도 5a 및 도 5d에서와 같이, "A"구간에서는 제 1 스위칭 소자(51)와 제 2 스위칭 소자(52)가 모두 오프 상태를 유지하고 있다가 하이 임피던스 구간인 "B"구간이 되면 상기 제 1 스위칭 소자(51)는 오프 상태를 그대로 유지하고 제 2 스위칭 소자(52)만 턴-온 상태가 되어 상기 하이 임피던스 구간 동안에 데이터 라인에는 네가티브 공통전압(Vcom-)으로 프리챠지 된다.

이후, "C"구간이 되면 턴-온 상태가 되어 네가티브 공통전압(Vcom-)을 데이터 라인으로 프리챠지 시켰던 제 2 스위칭 소자(52)가 턴-오프 상태가 되어 더 이상이 네가티브 공통전압(Vcom-)을 데이터 라인으로 프리챠지 시키지 않는다.

이후, "D"구간에서는 이번에는 제 1 스위칭 소자(51)가 턴-온 상태가 되어 포지티브 공통전압(Vom+)을 데이터 라인으로 프리챠지 시킨다. 이때, 제 2 스위칭 소자(52)는 오프 상태를 유지하고 있다.

마지막으로 "E"구간에서는 상기 제 1, 제 2 스위칭 소자(51,52)는 모두 오프 상태가 되어 더 이상 데이터 라인에는 프리챠지 되지 않는다.

이와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 출력회로부의 출력단에 포지티브 필드 구동시, 포지티브 공통전압(Vcom+)을 데이터 라인으로 스위칭하는 제 1 스위칭 소자(51)에 의해 데이터 라인을 프리챠지 시키고, 네가티브 필드 구동시에는 네가티브 공통전압(Vcom-)을 데이터 라인으로 스위칭하는 제 2 스위칭 소자(52)에 의해 데이터 라인을 프리챠지 시킨다.

이때, 상기 포지티브 공통전압(Vcom+)은 포지티브 필드의 최대 레퍼런스 전압보다 작거나 같고, 최소 레퍼런스 전압보다 크거나 같은 범위로 설정하고, 상기 네가티브 공통전압(Vcom-)은 네가티브 필드의 최대 레퍼런스 전압보다 작거나 같고 최소 레퍼런스 전압보다 크거나 같은 범위로 설정한다.

또한, 포지티브 공통전압(Vcom+) 또는 네가티브 공통전압(Vcom-)의 프리챠지 시간은 한 필드(Field)의 하이 임피던스 구간의 시작점으로부터 ±0.5수평주기구간에서 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 액정표시소자의 구동회로 및 그 구동방법은 포지티브 공통전압(Vom+)과 네가티브 공통전압(Vcom-)을 선택적으로 스위칭하는 스위칭 소자를 구성하여 포지티브 필드 구동시 하이 임피던스 구간에서는 포지티브 공통전압(Vcom+)을 데이터 라인에 프리챠지 시키고, 네가티브 필드 구동시 하이 임피던스 구간에서는 네가티브 공통전압(Vcom-)을 데이터 라인으로 프리챠지 시키는 것에 의해 소비전력을 감소시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 액정표시장치의 구동회로에 있어서,

   데이터 출력회로부와,

   포지티브 필드 구동시 하이 임피던스 구간에서 포지티브 공통전압(Vcom+)을 데이터 라인으로 스위칭하여 상기 데이터 라인을 포지티브 공통전압(Vcom+)으로 프리챠지 시키는 제 1 스위칭 소자와,

   네가티브 필드 구동시 하이 임피던스 구간에서 네가티브 공통전압(Vcom-)을 데이터 라인으로 스위칭하여 상기 데이터 라인을 네가티브 공통전압(Vcom-)으로 프리챠지 시키는 제 2 스위칭 소자와,

   상기 제 1, 제 2 스위칭 소자에 의해 포지티브 공통전압(Vcom+) 또는 네가티브 공통전압(Vcom-)으로 프리챠지가 완료된 후, 상기 데이터 출력회로부에서 출력되는 데이터를 화소전극으로 스위칭하는 제 3 스위칭 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로.
2. 액정표시장치 구동회로의 데이터 출력방법에 있어서,

   포지티브 필드 구동시, 하이 임피던스 구간에서는 데이터 라인을 포지티브 공통전압(Vcom+)으로 프리챠지시킨 다음 데이터를 출력하고, 네가티브 필드 구동시 하이 임피던스 구간에서는 데이터 라인을 네가티브 공통전압(Vcom-)으로 프리챠지시킨 다음 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 구동회로의 구동방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 포지티브 공통전압(Vcom+)은 포지티브 필드의 최대 레퍼런스 전압보다 작거나 같고, 최소 레퍼런스 전압보다 크거나 같은 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 구동회로의 구동방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 네가티브 공통전압(Vcom-)은 네가티브 필드의 최대 레퍼런스 전압보다 작거나 같고 최소 레퍼런스 전압보다 크거나 같은 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 구동회로의 구동방법.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 포지티브 공통전압(Vcom+) 또는 네가티브 공통전압(Vcom-)은 한 필드의 하이 임피던스 구간의 시작점으로부터 ±0.5수평주기구간에서 프리챠지시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 구동회로의 구동방법.