KR100424552B1 - 디스플레이에휘도신호들을인가하기위한데이타라인구동기 - Google Patents

디스플레이에휘도신호들을인가하기위한데이타라인구동기 Download PDF

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Abstract

비디오 디스플레이 구동기는 비디오 신호를 액정 디스플레이의 행들 및 열들에 배열된 화소들에 인가한다. 주어진 열 또는 데이타 라인 구동기는 비교기로 동작하는 전계 효과 트랜지스터를 포함한다. 비교기는 비디오 신호 및 기준 램프 신호에 응답한다. 비교기의 트리거 전압은 자동으로 그리고 주기적으로 조절된다. 트랜지스터의 임계 전압과 동일한 트랜지스터의 드레인 전압이 자동 조정 기간 동안에 부유 커패시턴스에서 발생된다. 펄스 신호는 드레인 전압을 증가시키기 위해 커패시턴스를 통해 연결된다. 드레인 전압은 데이타 램프 전압을 화소들에 인가하는 제 2 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극에 인가된다. 펄스 신호는 제 2 트랜지스터에서 소량의 구동을 제공한다.

Description

디스플레이에 휘도 신호들을 인가하기 위한 데이타 라인 구동기
본 발명은 일반적으로 디스플레이 장치들을 위한 구동 회로들에 관한 것으로, 특히 액정 디스플레이(LCD)와 같은 디스플레이 장치의 화소들에 휘도 신호(brightness signal)들을 인가하기 위한 시스템에 관한 것이다.
액정 디스플레이들과 같은 디스플레이 장치들은 수평 방향의 행들(rows)과 수직 방향의 열들(columns)에 배열된 화소들의 매트릭스(matrix) 또는 어레이(array)로 구성된다. 디스플레이될 비디오 정보는 화소들의 각각의 열에 개별적으로 연관된 데이타 라인들에 휘도(그레이 스케일: gray scale) 신호들로서 인가된다. 화소들의 행은 순차적으로 스캔되고, 활성화된 행 내의 화소들의 커패시턴스들은 개별적인 열들에 인가되는 휘도 신호들의 레벨들에 따라 여러 휘도 레벨들로 충전된다.
액티브 매트릭스 디스플레이(active matrix display)에서, 각각의 화소는 비디오 신호를 화소에 인가하는 스위칭 장치를 포함한다. 전형적으로, 스위칭 장치는 고체 상태 회로(solid state circuitry)로부터 휘도 정보를 수신하는 박막 트랜지스터(TFT)이다. TFT와 구동 회로는 둘 다 고체 상태 디바이스들로 구성되기 때문에, 비정질 실리콘 또는 폴리실리콘 기술을 이용하여 TFT와 구동 회로를 동시에 제조하는 것이 바람직하다.
액정 디스플레이들은 2 개의 기판들 사이에 샌드위치(sandwich)된 액정 재료로 구성된다. 그 기판들 중 적어도 하나, 전형적으로 둘 다는 광에 투명적(transparent)이며, 액정 재료에 인접하는 기판들의 표면들은 개개의 화소들을 형성하기 위한 패턴으로 배열된 투명 도전성 전극의 패턴들을 지지한다. 구동 회로를 TFT와 함께 디스플레이의 주변에 그리고 기판들 상에 제조하는 것이 바람직할 수도 있다.
비정질 실리콘은 이 재료가 낮은 온도들에서 제조될 수 있기 때문에 액정 디스플레이들을 제조하기 위한 바람직한 기술이었다. 낮은 제조 온도는 쉽게 이용가능하면서 저렴한 표준 기판 재료들의 사용을 허용하므로 중요하다. 그러나, 일체화된 주변 화소 구동기들에서의 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(a-Si TFT)들의 사용은, 낮은 이동도(mobility), 임계 전압 드리프트(drift), 및 N-MOS 인헨스먼트 트랜지스터들만의 이용 가능성 때문에 제한되었다.
발명의 명칭이 "디스플레이 장치에 휘도 신호들을 인가하기 위한 시스템(System for Applying Brightness Signal To A Display Device And Comparator Therefore)"인, 플러스(Plus) 등의 이름으로 등록된 미국 특허 5,170,155 호는, LCD의 데이타 라인 또는 열 구동기를 설명하고 있다. 플러스 등의 데이타 라인 구동기는 초핑 램프 증폭기(chopped ramp amplifier)로서 동작하며, TFT를 이용한다. 플러스 등의 데이타 라인 구동기에서는, 화상 정보를 포함하는 아날로그 신호가 샘플링되어 그 구동기의 입력 샘플링 커패시터에 저장된다. 기준 램프 발생기에서 생성된 기준 램프가 TFT 스위치를 통해 구동기의 입력 커패시터에 인가된다.
플러스 등의 장치에서, 주어진 데이타 라인 구동기의 트랜지스터 스위치는 선택된 행의 화소들에서 램프 전압을 발생하기 위한 매트릭스의 데이타 라인에 데이타 램프 전압을 연결한다. 상기 트랜지스터 스위치는 비교기에 의해 제어된다. 트랜지스터 스위치는 데이타 라인에 데이타 램프 전압을 인가하기 위해 턴 온되고, 신호를 포함하는 화상 정보에 의해 결정되는 제어 가능한 순간에 턴 오프된다.
TFT로 트랜지스터 스위치를 형성하고 TFT 스위치를 상당한 게이트 오버 드라이브(gate over-drive) 없이 도통 상태로 유지하는 것이 바람직하다. 이는 과잉 게이트 오버 드라이브가 TFT에서 증가된 임계 전압 드리프트를 초래할 수 있기 때문이다.
본 발명의 한가지 양태를 구현하는 데이타 라인 구동기는 디스플레이 장치의 주어진 열(column)에 배열된 화소들에서 화상 정보를 포함하는 신호를 발생한다. 데이타 라인 구동기는 데이타 램프 신호의 소스(source)를 포함하고 있다. 제 1 트랜지스터는 열과 연관된 데이타 라인에 데이타 램프 신호를 인가하기 위해 데이타 램프 신호의 소스에 연결된다. 제 2 트랜지스터는 상기 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터 중 하나의 트랜지스터의 임계 전압의 변화에 따라 변화하는 제 1 트랜지스터의 제어 전압의 제 1 부분을 발생한다. 제 1 커패시턴스는 제어 전압의 제 2 부분을 발생하기 위해 펄스 전압을 제어 단자에 연결한다. 제어 전압은 제 1 스위칭 상태에서의 동작을 위해 상기 제 1 트랜지스터를 제어한다. 비디오 신호의 소스와 기준 램프 신호의 소스는 비디오 신호와 기준 램프 신호로부터 상기 제 2 트랜지스터의 입력에서 발생되는 신호가 상기 제 2 트랜지스터의 임계 전압을 초과할 때, 제 1 스위칭 상태를 디스에이블시키기 위해 상기 제 2 트랜지스터의 입력에 연결된다.
본 발명의 한가지 양태를 구현하는, 디멀티플렉서 및 데이타 라인 구동기들(100)을 포함하는 제 1 도에서, 아날로그 회로(11)는 예컨대 안테나(12)로부터 디스플레이될 화상 정보를 나타내는 비디오 신호를 수신한다. 아날로그 회로(11)는 라인(13) 상의 비디오 신호를 입력 신호로서 아날로그/디지탈(A/D) 변환기(14)에 제공한다.
아날로그 회로(11)로부터의 텔레비전 신호는 수평으로 m = 560 개의 행들에 그리고 수직으로 n = 960 개의 열들에 배열된, 액정 셀(16a)과 같은 다수의 화소들로 구성된 액정 어레이(16) 상에 디스플레이된다. 액정 어레이(16)는 데이타 라인들(17)의 n = 960 개의 열들과 m = 560 개의 선택 라인들(18)을 포함하고, 여기서 액정 셀들(16a)의 수직 열들의 각각에 대해 데이타 라인은 1개씩 배정되며, 액정 셀(16a)의 수평 행의 각각에 대해 하나씩의 선택 라인이 배정된다.
A/D 변환기(14)는 휘도 레벨들, 즉 그레이 스케일 코드들을 출력 라인들(22)의 40 개의 그룹들을 가진 메모리(디지탈 저장기)(21)에 제공하기 위해 출력 버스 바(bar)(19)를 포함한다. 메모리(21)의 출력 라인들(22)의 각각의 그룹은 저장된 디지탈 정보를 대응하는 디지탈/아날로그(D/A) 변환기(23)에 인가한다. 라인들(22)의 40 개의 그룹들에 각각 대응하는 40 개의 D/A 변환기들(23)이 존재한다. 소정의 D/A 변환기(23)의 출력 신호(IN)가, 대응하는 데이타 라인(17)을 구동하는 대응하는 디멀티플렉서 및 데이타 라인 구동기(100)에 대응하는 라인(31)을 통해 연결된다. 선택 라인 주사기(scanner)(60)가 종래 방식으로 어레이(16)의 소정의 행을 선택하기 위해 라인들(18)에서 행 선택 신호들을 생성한다. 960 개의 데이타 라인들(17)에서 발생된 전압들은 선택된 행의 화소들(16a)에 32 μsec의 라인 시간 동안 인가된다.
소정의 디멀티플렉서 및 데이타 라인 구동기(100)는 대응하는 신호(IN)를 저장하고 저장된 입력 신호(IN)를 대응하는 데이타 라인(17)에 전송하기 위해, 예컨대, 1 pF보다 작은, 낮은 입력 커패시턴스를 가진, 제 1 도에 상세히 도시되지 않은 초핑 램프 증폭기들을 이용한다. 각각의 데이타 라인(17)은 예컨대, 20 pF의 커패시턴스 부하를 형성하는 화소 셀들(16a)의 560 개의 행들에 인가된다.
제 2 도는 디멀티플렉서 및 데이타 라인 구동기들(100) 중의 소정의 구동기를 상세히 나타낸다. 제 3a 도 내지 제 3h 도는 제 2 도의 회로의 동작을 설명하기 위해 사용되는 파형도들을 나타낸다. 제 1 도, 제 2 도 및 제 3a 도 내지 제 3h 도에서 동일한 부호들 및 번호들은 동일한 요소(item)들 또는 기능들을 나타낸다. 제 2 도의 디멀티플렉서 및 라인 구동기(100)의 모든 트랜지스터들은 NMOS형의 TFT이다. 그러므로, 유리하게, 이 TFT들은 제 1 도의 어레이(16)와 함께 하나의 집적 회로로서 형성될 수 있다.
제 2 도의 신호 라인(31)의 비디오 신호를 샘플링하기 전에, 커패시터(C43)의 단자(D)에서 발생된 전압이 초기화된다. 커패시터(C43)의 전압을 초기화하기 위해, D/A 변환기(23)는 비디오 신호(IN)의 최대치, 즉 풀 스케일(full scale) 전압과 같은 소정의 전압을 라인(31)에 발생한다. 트랜지스터(MN1)는 제 3a 도의 제어 펄스(PRE-DCTRL)가 트랜지스터(MN1)의 게이트에서 발생할 때 라인(31)의 초기화 전압을 커패시터(C43)에 인가한다. 이 방식으로, 커패시터(C43)의 전압은 각각의 화소 갱신 사이클 이전에는 동일하다. 펄스(PRE-DCTRL) 이후에, 신호(IN)는 현재 화소 갱신 사이클 동안에 사용되는 비디오 정보를 포함하도록 변환된다.
제 2 도의 디멀티플렉서(32)의 디멀티플렉서 트랜지스터(MN1)는 비디오 정보를 포함하는 신호 라인(31)에 발생되는 아날로그 신호(IN)를 샘플링한다. 샘플링된신호는 디멀티플렉서(32)의 샘플링 커패시터(C43)에 저장된다. 라인(31)에서 발생된 제 1 도의 한 그룹의 40 개의 신호들(IN)의 샘플링은 대응하는 펄스 신호 DCTRL(i)의 제어 하에 동시에 일어난다. 제 3a 도에 도시된 바와 같이, 24 개의 펄스 신호들(DCTRL(i))이 t5a∼t20 이후의 간격 동안에 연속적으로 발생한다. 제 2 도의 각 펄스 신호 DCTRL(i)는 대응하는 그룹의 40개의 디멀티플렉서들(32)의 디멀티플렉싱 동작을 제어한다. 960개의 화소들의 전체 디멀티플렉싱 동작은 제 3a 도의 간격 t5a∼t20에서 일어난다.
효율적인 시간 활용을 제공하기 위해, 2단 파이프라인 사이클(two-stage pipeline cycle)이 이용된다. 이전에 설명된 바와 같이, 간격 t5a∼t20 동안에 신호들(IN)이 디멀티플렉싱되고 제 2 도의 960 개의 커패시터들(C43)에 저장된다. 제 3d 도의 간격 t3∼t4 동안에, 제 3a 도의 펄스(PRE-DCTRL) 및 24 개의 펄스 신호들(DCTRL)의 발생 전에, 제 3d 도의 펄스 신호(DXFER)가 발생될 때 제 2 도의 각 커패시터들(C43)은 트랜지스터(MN7)를 통해 커패시터(C2)에 연결된다. 따라서, 커패시터(C43)에 저장된 신호(IN)의 일부가 제 2 도의 커패시터(C2)에 전달되고 전압(VC2)을 발생한다. 간격 t5a∼t20 동안에, 제 3a 도의 펄스 신호들(DCTRL)이 발생할 때, 커패시터(C2)의 제 2 도의 전압(VC2)이 이하에 설명되는 바와 같이, 대응하는 데이타 라인(17)을 통해 어레이(16)에 인가된다. 따라서, 신호들(IN)은 2단 파이프라인을 통해 어레이(16)에 인가된다.
기준 램프 발생기(33)는 기준 램프 신호(REF_RAMP)를 출력 도체(27) 상에 제공한다. 예컨대, 도체(27)는 각각의 디멀티플렉서 및 데이타 라인 구동기(100)의제 2 도의 각 커패시터(C2)의 단자(E)에 공통 연결된다. 커패시터(C2)의 단자(A)는 비교기(24)의 입력 단자를 형성한다. 제 1 도의 데이타 램프 발생기(34)는 출력 라인(28)을 통해 데이타 램프 전압(DATA_RAMP)을 제공한다. 제 2 도의 디멀티플렉서 및 데이타 라인 구동기(100)에서, 트랜지스터(MN6)는 전압(VCOLUMN)을 발생하기 위해 데이타 라인(17)에 전압(DATA_RAMP)을 인가한다. 전압(VCOLUMN)이 인가되는 행은 행 선택 라인들(18)에서 발생된 행 선택 신호들에 따라 결정된다. 라인들(18)에서 발생된 신호와 같은 선택 신호들을 발생하기 위한 시프트 레지스터를 사용하는 디스플레이 장치가 예컨대 미국 특허 번호 4,766,430 호 및 4,742,346 호에 설명되어 있다. 트랜지스터(MN6)는 도체(29)에 의해 비교기(24)의 출력 단자(C)에 연결된 게이트 전극을 가진 TFT이다. 비교기(24)로부터의 출력 전압(VC)은 트랜지스터(MN6)의 도통 간격을 제어한다.
각각의 화소 갱신 기간에서, 트랜지스터(MN6)의 도통 간격을 제어하기 위해 트랜지스터(MN6)에 비교기(24)의 전압(VC)을 인가하기 전에, 비교기(24)는 자동으로 교정 또는 조절된다. 시간 t0에서(제 3b 도), 트랜지스터(MN10)는 신호(PRE_AUTOZ)에 의해 도통되고, 이에 의해 전압(VPRAZ)이 트랜지스터(MN5)의 드레인 전극 및 트랜지스터(NM6)의 게이트 전극에 부과된다. 예컨대, 트랜지스터(MN6)의 점선들로 나타낸 소스-게이트 커패시턴스(C24)와 같은 스트레이(stray) 커패시턴스 상에 저장되는, VC로 표기된 이 전압은 트랜지스터(MN6)를 도통시킨다. 트랜지스터(MN10)가 커패시턴스(C24)를 프리차지할 때, 트랜지스터(MN45)는 비도통된다.
제 3b 도의 시간(t1)에서, 펄스 신호(PRE_AUTOZ)는 종료되고, 트랜지스터(MN10)가 턴오프된다. 시간(t1)에서, 트랜지스터(MN3)를 턴온시키기 위해, 트랜지스터(MN5)의 게이트 단자와 드레인 단자 사이에 연결된 트랜지스터(MN3)의 게이트 전극에 펄스 신호(AUTOZERO)가 인가된다. 동시에, 제 3g 도의 펄스 신호(AZ)가 트랜지스터(MN2)를 턴온시키기 위해 트랜지스터(MN2)의 게이트 전극에 인가된다. 트랜지스터(MN2)가 턴온되면, 전압(Va)이 트랜지스터(MN2)를 통해 커플링 커패시터(C1)의 단자(A)에 연결된다. 트랜지스터(MN2)는 단자(A)에 비교기(24)의 트리거 레벨(triggering level)을 설정하기 위해 전압(Va)의 레벨로 단자(A)에서 전압(VAA)을 발생한다. 비교기(24)의 트리거 레벨은 전압(Va)과 같다. 커패시터(C1)의 제 2 단자(B)는 트랜지스터(MN3), 및 트랜지스터(MN5)의 게이트에 연결된다.
도통 트랜지스터(MN3)는 트랜지스터(MN5)의 게이트 전극과 드레인 전극 사이에서 단자(C)의 전하를 균등화하고(equilibrate), 단자(B)에서 트랜지스터(MN5)의 게이트 전극 상에 게이트 전압(VG)을 발생한다. 초기에, 전압(VG)은 트랜지스터(MN5)의 임계 레벨(VTH)을 초과하고 트랜지스터(MN5)를 도통시킨다. 트랜지스터(MN5)의 도통은, 단자들(B, C) 각각의 전압들을, 이들 각각이 신호(AUTOZERO)의 펄스 동안 트랜지스터(MN5)의 임계 레벨(VTH)과 같아질 때까지 감소시킨다. 단자(B)에서의 트랜지스터(MN5)의 게이트 전극 전압(VG)은 단자(A)의 전압(VAA)이 전압(Va)과 같아질 때 임계 레벨(VTH)을 가진다. 제 3c 도 및 제 3f 도의 시간(t2)에서, 제 2 도의 트랜지스터들(MN3, MN2)은 턴오프되고, 비교기(24)는 교정 또는 조절된다. 따라서, 입력 단자(A)에 대한 제 2 도의 비교기(24)의 트리거 레벨은 전압(Va)과 같다.
위에서 설명한 바와 같이, 트랜지스터(MN7)의 게이트에서 발생된, 시간(t3)에서 시작하는 펄스 신호(DXFER)는 디멀티플렉서(32)의 커패시터(C43)를 단자(A)를 통해 커패시터(C2)에 연결한다. 따라서, 커패시터(C2)에서 발생된 전압(VC2)은 커패시터(C43)의 샘플링된 신호(IN)의 레벨에 비례한다. 신호(IN)의 크기는, 펄스 신호(DXFER) 동안, 단자(A)에서 발생된 전압(VAA)이 비교기(24)의 트리거 레벨(Va)보다 작아지도록 하는 크기이다. 그러므로, 비교기 트랜지스터(MN5)는 시간(t3) 직후에 비도통을 유지한다. 전압(Va)과 동일한 비교기(24)의 트리거 레벨과 전압(VAA)간의 전압차는 신호(IN)의 크기에 의해 결정된다.
단자(A)의 전압(VAA)이 전압(Va)을 초과하면, 트랜지스터(MN5)는 도통된다. 한편, 단자(A)의 전압(VAA)이 전압(Va)을 초과하지 않으면, 트랜지스터(MN5)는 비도통된다. 비교기(24)의 자동 교정 또는 조절은, 예컨대, 트랜지스터(MN5)에서의 임계 전압 드리프트를 보상한다.
제 2 도의 펄스(RESET)는 제 3c 도의 펄스 신호(AUTOZERO)의 것과 유사한 파형 및 타이밍을 가지고 있다. 펄스 전압(RESET)은 트랜지스터(MN6)와 병렬 접속된 트랜지스터(MN9)를 턴온시키기 위해 트랜지스터(MN9)의 게이트 전극에 연결된다. 트랜지스터(MN9)가 도통되면, 이 트랜지스터는 선택된 행의 제 1 도의 화소 셀(16a) 및 라인(17)에 전압(VCOLUMN)의 미리 결정된 초기 조건을 설정한다. 유리하게, 화소 셀(16a)에서의 초기 조건의 설정에 의해서, 화소 셀(16a)의 커패시턴스에 포함된, 저장된 화상 정보는 제 3b 도 내지 제 3g 도의 현재 갱신 기간에 화소 전압(VCOLUMN)에 영향을 주지 않는다.
트랜지스터(MN9)는 시간(t6)에 앞서, 신호(DATA_RAMP)의 인액티브(inactive) 레벨(VIAD)의 전압(VCOLUMN)을 설정한다. 데이타 라인(17)과 연관된 커패시턴스(C4)는 트랜지스터(MN10)가 턴 온된 직후 간격(t0-t1) 동안에 신호(DATA_RAMP)의 인액티브 레벨(VIAD)쪽으로 부분적으로 충전/방전되었다. 펄스 신호(AUTOZERO) 동안에, 트랜지스터(MN6)의 게이트 전압(VC)은 트랜지스터(MN5)의 임계 전압으로 감소된다. 따라서, 트랜지스터(MN6)는 실질적으로 턴 오프된다. 커패시턴스(C4)의 충전/방전은, 트랜지스터(MN9)가 턴 온될 때, 간격(t1-t2)동안 우선적으로(predominantly) 수행된다. 유리하게는, 전압(VCOLUMN)의 초기 조건을 설정하기 위한 트랜지스터(MN9) 및 트랜지스터(MN6)의 이용은 트랜지스터(MN6)의 임계 전압 드리프트를 감소시킨다. 트랜지스터(MN6)의 임계 전압 드리프트는 트랜지스터(MN6)가 전압(VCOLUMN)의 초기 조건만을 설정해야 할 때보다 짧은 기간 동안 구동되기 때문에, 감소된다.
트랜지스터(MN6)는 유사한 파라미터들과 스트레스(stress), 따라서 트랜지스터(MN5)와 유사한 임계 전압 드리프트를 갖도록 설계된다. 그러므로, 유리하게, 트랜지스터(MN6)의 임계 전압 드리프트는 트랜지스터(MN5)의 임계 전압 드리프트를 추종한다.
후술되는 두 동작 모드들 중 하나의 동작 모드에서, 트랜지스터(MN5)의 소스전압(Vss)은 0 V이다. 또한, 신호(DATA_RAMP)의 인액티브 레벨(VIAD)과 같은간격(t2-t4) 동안의 전압(VCOLUMN)은 1 V이다. 시간(t5)에 앞서, 단자(C)에서의 트랜지스터(MN5)의 드레인 전압(VC)은 트랜지스터(MN5)의 임계 전압(VTH)과 같다. 전술한 추종 때문에, 트랜지스터(MN5)의 임계 전압(VTH)의 변화는 트랜지스터(MN6)의 게이트-소스 전압을 트랜지스터(MN6)의 임계 전압보다 1 V 낮은 레벨로 유지한다. 1 V의 차이는 트랜지스터들(MN5, MN6)의 소스 전극들 사이에 1 V의 전위차가 존재하기 때문에 발생한다.
본 발명의 한가지 양태에 따라, 제 3h 도의 펄스 전압(C-BOOT)은 트랜지스터(MN6)의 게이트에서, 단자(C)에 제 2 도의 커패시터(C5)를 통해 용량적으로 연결된다. 커패시터(C5)와 커패시턴스(C24)는 전압 디바이더(divider)를 형성한다. 전압(C-BOOT)의 크기는, 게이트 전압(VC)이 트랜지스터(MN6)를 도통 상태로 유지하기에 충분한 소정의 작은 양만큼, 펄스(AUTOZERO) 동안, 발생된 레벨에 대해 증가하도록 선택된다. 이전에 설명된 바와 같이, 트랜지스터(MN5)는 제 3d 도의 시간(t3) 이후에 비도통으로 된다. 따라서, 5 V 정도인 전압(VC)의 소정의 증가는 단자(C)의 전압(C-BOOT)에 대해 형성된 커패시턴스 전압 디바이더에 의해 결정된다. 전압(VC)의 증가는 임계 전압(VTH)과 무관하다. 그러므로, 동작 수명(operational life)에 걸친 트랜지스터(MN5 또는 MN6)의 임계 전압 드리프트는 전압(C-BOOT)에 의한 증가에 영향을 미치지 않는다. 전압(VTH)이 크게 증가할 수 있는 동작 수명동안, 트랜지스터(MN6)는 제 3f 도의 시간(t6)에 앞서 낮은 구동 전압에 의해 도통으로 유지된다.
트랜지스터(MN5)의 전압(VTH)의 임계 전압 드리프트는 단자(C)에서 전압(VC)의 동일한 변화를 초래하게 된다. 트랜지스터(MN6)의 임계 전압은 트랜지스터(MN5)의 임계 전압을 추종하는 것으로 가정한다. 그러므로, 전압(C-BOOT)은 트랜지스터(MN6)의 임계 전압 드리프트를 보상할 필요가 없다. 트랜지스터(MN5 및 MN6)의 임계 전압 드리프트에 관계없이 트랜지스터(MN6)는 전압(C-BOOT)에 의해 턴온되게 된다. 따라서, 트랜지스터(MN5)의 임계 전압 변화는 트랜지스터(MN6)의 임계 전압을 보상한다.
전압(C-BOOT)의 커패시턴스 결합(capacitance coupling)은, 단자(C)에서의 트랜지스터(MN6)의 게이트 전압(VC)을, 트랜지스터(MN6)의 임계 전압보다 단지 약간 높은 레벨로, 예컨대 트랜지스터(MN6)의 임계 전압보다 5 V 만큼 높은 레벨로 이용할 수 있도록 한다. 그러므로, 트랜지스터(MN6)는 큰 스트레스를 받지 않는다. 유리하게는, 트랜지스터(MN6)의 게이트 전극에서 높은 구동 전압을 회피함으로써, 동작 수명에 걸쳐서 일어날 수 있는 트랜지스터(MN6)에서의 임계 전압 드리프트는 실질적으로 트랜지스터(MN6)가 큰 구동 전압으로 구동되는 경우보다 매우 작다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 전압(C-BOOT)은 제 3h 도의 간격(t5-t7) 동안에 램핑 방식(ramping manner)으로 발생된다. 전압(C-BOOT)의 비교적 느린 상승시간은 트랜지스터(MN6)의 스트레스(stress)를 감소시키는데 도움을 준다. 트랜지스터(MN6)의 게이트 전압이 서서히 증가하면, 게이트-소스 전위차가 보다 간 기간들 동안 보다 작게 유지되도록 트랜지스터(MN6)의 소스가 충전된다. 간격(t5-t7)은 4 μsec의 길이를 가지고 있다. 제 2f 도의 신호(DATA_RAMP)의 간격(t6-t8)의 길이의 2μsec 또는 약 20%보다 긴 간격(t5-t7)의 길이를 유지함으로써, 트랜지스터(MN6)의 게이트-소스 전압간 전압차는, 유리하게, 매우 긴 기간 동안 감소된다. 그러므로, TFT(MN6)에서 스트레스가 감소된다.
제 3e 도의 시간(t4)에서, 기준 램프 신호(REF_RAMP)는 업램핑(up-ramping)을 시작한다. 신호(REF_RAMP)는 비교기(24)의 입력 단자(A)로부터 떨어진 제 2 도의 커패시터(C2)의 단자(E)에 연결된다. 결과적으로, 비교기(24)의 입력 단자(A)의 전압(VAA)은 커패시터(C2)에서 생성된 전압(VC2)과 램핑 신호(REF_RAMP)의 합성전압과 동일하다.
시간(t6) 이후에, 트랜지스터(MN6)의 드레인 전극에 연결된 데이타 램프 전압(DATA_RAMP)이 업램핑하기 시작한다. 트랜지스터(MN6)의 스트레이 게이트-소스 및 게이트-드레인 커패시턴스로부터 단자(C)로의 피드백 연결로, 단자(C)의 전압은 데이타 램프 신호(DATA_RAMP)의 모든 값들에 대해 도통되도록 트랜지스터(MN6)를 제어하기에 충분하게 된다. 시간(t4) 후, 단자(A)의 램핑 전압(VAA)이 비교기(24)의 전압(Va)과 동일한 트리거 레벨에 도달하지 않는 한, 트랜지스터(MN5)는 비도통 상태로 유지되고 트랜지스터(MN6)는 도통 상태로 유지된다. 트랜지스터(MN6)가 도통되는 한, 데이타 라인(17)의 전위(VCOLUMN), 따라서, 선택된 행의 화소 커패시턴스(CPIXEL)에 인가된 전위를 증가시키기 위해, 업램핑 전압(DATA_RAMP)이 트랜지스터(MN6)를 통해 열 데이타 라인(17)에 연결된다. 예컨대, 커패시턴스(24)를 통한 램프 전압(VCOLUMN)의 용량성 피드백은, 이전에 설명된 바와 같이, 트랜지스터(MN5)가 단자(C)에서 높은 임피던스를 보이는 한, 트랜지스터(MN6)를 도통 상태로 유지한다.
제 3e 도의 신호(REF_RAMP)의 업램핑(upramping) 부분(500) 동안에, 단자(A)의 합성 전압(VAA)은 비교기(24)의 트리거 레벨(Va)을 초과하고, 트랜지스터(MN5)는 도통된다. 트랜지스터(MN5)가 도통되는, 부분(500) 동안의 순간은 신호(IN)의 크기의 함수에 따라 변화된다.
트랜지스터(MN5)가 도통될 때, 트랜지스터(MN6)의 게이트 전압(VC)이 감소하고 트랜지스터(MN6)가 턴오프된다. 결과적으로, 트랜지스터(MN6)의 턴오프 전에 발생하는 전압(DATA_RAMP)의 최종값은 다음 갱신 사이클까지 변하지 않고 유지되거나 화소 커패시턴스(CPIXEL)에 저장된다. 이 방식으로, 현재 갱신 사이클이 완료된다.
제 1 도의 액정 어레이(16)의 편광을 방지하기 위해, 도시되지 않은 이른바 어레이의 백플레인(backplane) 또는 공통 플레인(common plane)은 정전압(VBACKPLANE)으로 유지된다. 디멀티플렉서 및 데이타 라인 구동기(100)는, 하나의 갱신 사이클에서 전압(VBACKPLANE)에 대해 한 극성이고 교번의 갱신 사이클에서 반대 극성 및 동일 크기인 전압(VCOLUMN)을 발생한다. 교번의 극성들을 얻기 위해, 전압(DATA_RAMP)은, 하나의 갱신 사이클에서 1 V - 8.8 V의 범위로 그리고 교번의 갱신 사이클에서 9 V - 16.8 V의 범위로 발생된다. 반면에, 전압(VBACKPLANE)은 두 범위들 사이의 중간 레벨로 설정된다. 다른 두 전압 범위들 내의 전압(DATA_RAMP)을 발생할 필요가 있기 때문에, 신호들 또는 전압들(AUTOZERO, PRE_AUTOZ, Vss, RESET)은 전압(DATA_RAMP)의 설정된 범위에 따라 교번의 갱신 사이클들에서 변화하는 2 개의 상이한 피크 레벨들을 가지고 있다.
제 1 도는 본 발명의 한가지 양태(aspect)를 구현한, 디멀티플렉서 및 데이타 라인 구동기들을 포함하는 액정 디스플레이 장치의 블록도.
제 2 도는 제 1 도의 디멀티플렉서 및 데이타 라인 구동기를 보다 상세하게 나타낸 도면.
제 3a 도 내지 제 3h 도는 제 2 도의 회로의 동작을 설명하는데 사용되는 파형들을 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 아날로그 회로 14 : A/D 변환기
16 : 액정 어레이 17 : 데이타 라인
18 : 선택 라인 23 : D/A 변환기

Claims (14)

  1. 디스플레이 장치의 주어진 열에 배열된 화소들에 화상 정보를 포함하는 신호를 발생(developing)하는 데이타 라인 구동기에 있어서,
    데이타 램프 신호의 소스(source);
    상기 열에 연관된 데이타 라인에 상기 데이타 램프 신호를 인가하기 위해 데이타 램프 신호의 상기 소스에 연결된 제 1 트랜지스터;
    상기 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터 중 하나의 트랜지스터의 임계 전압의 변화에 따라 변화하는 상기 제 1 트랜지스터의 제어 전압의 제 1 부분을 발생하는 상기 제 2 트랜지스터;
    펄스 전압의 소스;
    제 1 커패시턴스 및 제 2 커패시턴스가 상기 펄스 전압에 대한 전압 디바이더를 형성할 수 있도록, 상기 제어 전압의 제 2 부분을 생성하기 위해 상기 제 1 트랜지스터의 제어 단자에 대해 형성되는 상기 제 2 커패시턴스에 상기 펄스 전압을 연결하는 상기 제 1 커패시턴스로서, 상기 제어 전압은 제 1 스위칭 상태에서의 동작을 위해 상기 제 1 트랜지스터를 제어하는, 상기 제 1 커패시턴스; 및
    비디오 신호와 기준 램프 신호로부터 상기 제 2 트랜지스터의 입력에서 발생되는 신호가 상기 제 2 트랜지스터의 임계 전압을 초과할 때, 상기 제 1 스위칭 상태를 디스에이블시키기 위해 상기 제 2 트랜지스터의 입력에 연결된 비디오 신호의 소스와 기준 램프 신호의 소스를 포함하는, 데이타 라인 구동기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터가 상기 제 1 스위칭 상태에서 동작하도록 하는 고임피던스가 상기 제 1 트랜지스터의 상기 제어 단자에 발생되는, 데이타 라인 구동기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 상태에서는 상기 제 1 트랜지스터가 도통되고, 상기 제 2 트랜지스터의 상기 임계 전압이 초과될 때 상기 제 1 트랜지스터는 비도통되는, 데이타 라인 구동기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터의 상기 임계 전압에 따라 상기 제어 전압의 상기 제 1 부분을 생성하기 위해 상기 제 2 트랜지스터의 제어 단자에 상기 제 2 트랜지스터의 주 전류 도통 단자를 연결하는 제 3 트랜지스터를 더 포함하는, 데이타 라인 구동기.
  5. 디스플레이 장치의 주어진 열에 배열된 화소들에 화상 정보를 포함하는 신호를 발생하는 데이타 라인 구동기에 있어서,
    데이타 램프 신호의 소스;
    상기 열에 연관된 데이타 라인에 상기 데이타 램프 신호를 인가하기 위해 데이타 램프 신호의 상기 소스에 연결된 제 1 트랜지스터;
    상기 제 1 트랜지스터의 제어 단자에 대해 형성된 커패시턴스를 프리차지하는 제 1 스위칭 장치;
    상기 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터 중 하나의 트랜지스터의 임계 전압의 변화에 따라 변화하는 상기 제 1 트랜지스터의 제어 전압의 제 1 부분을 생성하는 제 2 트랜지스터;
    상기 제 2 트랜지스터의 제어 전압이 상기 제 2 트랜지스터의 상기 임계 전압과 동일하게 될 때까지, 상기 프리차지된 커패시턴스의 전하를 변화시키는 제 3 트랜지스터;
    펄스 전압의 소스;
    상기 제어 전압의 제 2 부분을 생성하기 위해 상기 펄스 전압을 상기 제어 단자에 연결하는 제 1 커패시턴스로서, 상기 제어 전압은 제 1 스위칭 상태에서의 동작을 위해 상기 제 1 트랜지스터를 제어하는, 상기 제 1 커패시턴스; 및
    비디오 신호 및 기준 램프 신호로부터 상기 제 2 트랜지스터의 입력에서 발생되는 신호가 상기 제 2 트랜지스터의 임계 전압을 초과할 때, 상기 제 1 스위칭 상태를 디스에이블시키기 위해 상기 제 2 트랜지스터의 입력에 연결된 기준 램프 신호의 소스와 비디오 신호의 소스를 포함하는, 데이타 라인 구동기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터의 상기 제어 단자는 상기 제 1 커패시턴스와 상기 제2 커패시턴스 사이의 접합 단자에 연결되는, 데이타 라인 구동기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 전압은 상기 제 2 트랜지스터의 상기 임계 전압의 변화에 따라 결정되는 레벨로 상기 제 1 스위칭 상태에서의 동작을 위해 상기 제 1 트랜지스터를 제어하는, 데이타 라인 구동기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터는 비교기에서의 이득 단을 형성하는, 데이타 라인 구동기.
  9. 디스플레이 장치의 주어진 열에 배열된 화소들에서 화상 정보를 포함하는 신호를 발생하는 데이타 라인 구동기에 있어서,
    데이타 램프 신호의 소스;
    상기 열에 연관된 데이타 라인에 상기 데이타 램프 신호를 인가하기 위해 데이타 램프 신호의 상기 소스에 연결된 제 1 트랜지스터;
    상기 제 2 트랜지스터의 임계 전압의 설정된 크기로 상기 제 1 트랜지스터의 제어 단자에 제어 전압의 제 1 부분을 생성하기 위해 상기 제 1 트랜지스터의 제어 단자에 연결된 제 2 트랜지스터;
    제 1 커패시턴스;
    상기 제 1 커패시턴스 및 제 2 커패시턴스가 상기 제어 전압의 제 2 부분을 생성하기 위해 상기 펄스 전압에 대한 전압 디바이더를 형성할 수 있도록, 상기 제 1 커패시턴스를 통해 상기 제 1 트랜지스터의 상기 제어 단자에 대해 형성되는 제 2 커패시턴스에 용량적으로 연결된 펄스 전압의 소스로서, 상기 제어 전압의 상기 제 1 부분 및 제 2 부분은 제 1 도통 상태에서의 동작을 위해 상기 제 1 트랜지스터를 제어하도록 조합되는, 상기 펄스 전압의 소스;
    상기 제 2 트랜지스터의 제어 단자에 연결된 비디오 신호의 소스; 및
    상기 제 2 트랜지스터의 상기 제어 단자에서 발생된 신호와 상기 제 2 트랜지스터의 상기 임계 전압간의 차이에 따라 상기 제 1 도통 상태를 제 2 도통 상태로 변화시키는 방식으로, 상기 제 2 트랜지스터의 상기 제어 단자에서 발생되는 신호를 상기 제 1 트랜지스터의 상기 제어 단자에 인가하기 위해, 상기 제 2 트랜지스터의 상기 제어 단자에 연결된 기준 램프 신호의 소스를 포함하는, 데이타 라인 구동기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터의 상기 제어 전압의 상기 제 1 부분을 발생하기 위해, 상기 제 2 트랜지스터의 주 전류 도통 단자들 및 상기 제 2 트랜지스터의 상기 제어 단자에 연결된 제 1 스위칭 장치를 더 포함하는, 데이타 라인 구동기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터의 상기 임계 전압의 변화는, 상기 제 1 트랜지스터의 임계 전압의 변화를 보상하는 방식으로, 상기 제 1 트랜지스터의 상기 제어 전압의 상기 제 1 부분에서 대응하는 변화를 생성하는, 데이타 라인 구동기.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터는 상기 제 2 트랜지스터의 상기 임계 전압의 변화를 보상하기 위해 자동으로 조절되는 트리거 레벨을 가진 비교기에 포함되고,
    상기 트리거 레벨이 조절될 때, 상기 제 1 트랜지스터의 상기 제어 전압의 상기 제 1 부분이 생성되는, 데이타 라인 구동기.
  13. 디스플레이 장치의 주어진 열에 배열된 화소들에 화상 정보를 포함하는 신호를 발생하는 데이타 라인 구동기에 있어서,
    데이타 램프 신호의 소스;
    상기 열에 연관된 데이타 라인에 상기 데이타 램프 신호를 인가하기 위해 데이타 램프 신호의 상기 소스에 연결된 제 1 트랜지스터;
    상기 제 1 트랜지스터에 연결된 비교기;
    상기 비교기를 바이패스하는 방식으로 상기 제 2 램프 신호가 상기 제 1 트랜지스터에 연결될 수 있도록 제 1 스위칭 상태에서의 동작을 위해 상기 제 1 트랜지스터를 제어하기 위하여, 상기 제 1 트랜지스터의 제어 전압을 생성하기 위해 상기 제 1 트랜지스터의 제어 단자에 용량적으로 연결된 제 2 램프 신호의 소스; 및
    비디오 신호와 기준 램프 신호로부터 상기 비교기의 입력에서 발생된 신호가 상기 비교기의 트리거 레벨을 초과할 때, 상기 제 1 스위칭 상태를 디스에이블시키기 위해 상기 비교기의 입력에 연결된 비디오 신호의 소스와 기준 램프 신호의 소스를 포함하는, 데이타 라인 구동기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터의 임계 전압에 따라 상기 제 1 스위칭 상태에서의 동작을 위해 상기 제 1 트랜지스터를 제어하기 위해 상기 제어 전압의 일부분을 생성하는 제 2 트랜지스터를 더 포함하는, 데이타 라인 구동기.
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