KR100463046B1 - 액정 디스플레이의 저소비전력 구동회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 디스플레이 구동회로에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로 본 발명은 하나의 인덕터와 두 개의 커패시터로 구성된 에너지 회수회로를 포함하고, 상기 에너지 회수회로 양단에 연결되어 있는 부하 커패시터 사이 또는 부하 커패시터와 저장 커패시터 사이의 에너지 교환에 의하여 상기 액정 디스플레이의 소비 전력을 감소시키며, 상기 에너지 회수회로의 두 커패시터는 인덕터 양단에 높은 전압이 인가되는 현상 및 공진에 따른 높은 전압의 울림(voltage ringing) 현상에 의한 소자의 파괴를 방지할 뿐 아니라, 상기 두 커패시터에 의하여 액정의 부하 커패시턴스 변화가 공진 주기에 미치는 영향을 최소화하여 에너지 교환이 안정적이면서도 효율적으로 이루어지는 액정 디스플레이 구동회로에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이 구동회로는 데이터 라인 구동방식 또는 공통전극 교번 구동방식 모두에 적용시킬 수 있다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이 구동회로는 소비 전력을 최소화할 수 있으므로, 휴대용 전자기기의 사용가능 시간이 증가된다. 또한, 본 발명에 따른 구동회로의 에너지 절감 효율은 버퍼 회로에 크게 의존하지 아니하므로 기존 구동회로에 쉽게 적용할 수 있고, 따라서 드라이버 회로의 종류에 관계없이 에너지 절감 효율을 극대화할 수 있다.

Description

액정 디스플레이의 저소비전력 구동회로{Low Power Driving Circuit for Liquid Crystal Displays}
본 발명은 액정 디스플레이 구동회로로서, 더욱 구체적으로 본 발명은 하나의 인덕터와 두 개의 커패시터로 구성된 에너지 회수회로를 포함하고, 상기 에너지 회수회로 양단에 연결되어 있는 부하 커패시터 사이 또는 부하 커패시터와 저장 커패시터 사이의 에너지 교환에 의하여 상기 액정 디스플레이의 소비 전력을 감소시키며, 상기 에너지 회수회로 중의 두 커패시터에 의하여 상기 에너지 교환이 안정적·효율적으로 이루어지는 액정 디스플레이 구동회로에 관한 것이다.
문자, 기호 또는 그래픽을 디스플레이하기 위한 평판 디스플레이 장치 중 하나인 액정 디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display)는 전기장에 의하여 분자배열이 변화하는 액정의 광학적 성질을 이용하여 액정기술과 반도체 기술을 융합한 표시장치이다. 박막트랜지스터(TFT, Thin Film Transistor) LCD는 내부의 픽셀을 온/오프시키는 스위칭 소자로서 TFT를 이용하며, 이 TFT가 온/오프됨에 따라 픽셀들이 온/오프된다. 일반적인 TFT 액정 디스플레이는 도 1에 도시된 바와 같이, 화소를 구성하는 셀(130)들이 어레이 형태로 배열되어 있고, 각 셀들은 액정 셀(134), 저장 커패시터(Storage Capacitor, CST) 및 스위치 기능을 하는 TFT(132)로 구성된다.
각각의 TFT의 소스(source)는 컬럼(column) 방향으로 공통으로 연결되어 데이터 라인(D1∼DN)을 형성한 후, 데이터 드라이버(120)에 연결되고, 각각의 TFT의 게이트(gate)는 로우(row) 방향으로 공통으로 연결되어 스캔 라인(S1∼SM)을 형성한 후, 게이트 드라이버(110)에 연결되어, N × M 해상도를 갖는 표시장치를 구현한다. 여기서, 데이터 드라이버(120)는 소스 드라이버 또는 컬럼 드라이버라고도 칭하고, 게이트 드라이버는 로우(ROW) 드라이버 또는 스캔 드라이버라고도 칭한다.
상기 픽셀 어레이를 구동시킬 때, 픽셀의 액정에 한쪽 방향으로만 전압이 인가되면 액정의 열화(degradation)가 촉진되므로, 액정에 인가되는 화상 데이터 전압을 주기적으로 반대 극성으로 인버전(inversion)시켜야 한다. 데이터 전압을 정방향과 반대 방향으로 바꾸어 인가하는 주기는 보통 한 필드마다 바꾸어 주는데, 매 필드마다 패널의 모든 픽셀의 전압 극성을 한꺼번에 인버전시키는 필드 인버전(field inversion) 또는 프레임 인버전(frame inversion) 방법, 로우 라인별로 인버전시키는 라인 인버전(line inversion) 방법, 컬럼 라인별로 인버전시키는 컬럼 인버전(column inversion)방법 및 각 픽셀 별로 인버전시키는 도트 인버전(dot inversion) 방법 등이 있다. 어느 경우에나 인버전시킬 때 화소전압(TFT 드레인에 연결된 화소전극에 인가된 전압)이 공통전압(Vcom)에 대하여 정(+)의 방향이거나 부(-)의 방향이 되도록 교대로 변화시킨다. 이하에서는 이러한 구동방식을 "데이터 라인 구동방식"이라 칭한다.
그러나, 공통전압을 중심으로 화상 신호를 +, -로 번갈아 공급하면서 인버전(inversion)을 할 경우 구동 전압이 높아지는 단점이 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 종래에 제안된 저소비전력 액정 디스플레이 구동 방식중 하나로서, 화상 신호에 대하여 공통 전극의 전압(Vcom)을 변화시키는 방법이 있다. 이하에서는 이러한 구동방식을 "공통전극 교번 구동방식"이라 칭한다.
도 2는 일반적인 LCD의 데이터 드라이버를 도시한 것이다. 도 2에서, 데이터 드라이버는 시프트 레지스터, 샘플링 래치 및 홀딩 래치로 구성된 래치부(200), D/A 변환기, 출력 버퍼, 데이터 래치(도면에 표시 안함) 및 양방향 극성 반전회로(도면에 표시 안함) 등으로 구성된다. 시프트 레지스터는 샘플링 래치에서 데이터를 래치하기 위한 클럭을 발생하고, 샘플링 래치에 순차적으로 저장된 한 라인에 대한 데이터 신호는 홀딩 래치로 전달되어 D/A 변환기에 제공하며, D/A 변환기는 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환한다. 출력 버퍼는 D/A 변환기의 출력을 입력받아 데이터 라인(D1, D2, ......)을 구동한다.
상기한 바와 같은 LCD의 소비전력을 감소시키기 위한 여러 가지 연구가 보고되었다.
예를 들어, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)에 대한 저소비전력 구동회로로서, 인덕터를 포함하는 에너지 회수회로를 이용하여 소비전력을 감소시키는 방법이 알려져 있는데, 이와 같은 방식의 에너지 회수회로를 액정 디스플레이 패널에 적용하는 방법이 제안되었다.
도 3은 플라즈마 디스플레이 패널의 저소비전력 구동을 위해 사용되던 에너지 회수회로이다. 이 회로는 용량이 매우 큰 저장 커패시터(CEXT,ST)와 두 개의 다이오드, 한 개의 인덕터(L)로 구성되며, 패널의 저항 및 부하 커패시터는 각각 RL,CL로 등가 표현되어 있다. 초기에 저장 커패시터에 공급 전압의 절반이 충전되어 있고, 스위치가 닫히면(on) RLC 공진이 일어나 부하 커패시터가 공급전압 또는 접지 전압으로 충전 또는 방전된다.
도 4는 상기한 플라즈마 디스플레이 패널의 구동회로에 사용되던 에너지 회수회로를 LCD에 적용하는 경우의 회로도이다. 이 회로는 용량이 매우 큰 외부 저장 커패시터(CEXT,ST) 및 인덕터(L)로 구성되며, 패널의 저항과 커패시터는 부하 저항(RL) 및 부하 커패시터(CL)로 등가 표현되어 있다. 초기에 저장 커패시터에 공급 전압의 절반이 충전되어 있고, 스위치가 닫히면(on) RLC 공진이 일어나 부하 커패시터가 공급 전압 또는 접지 전압으로 충전 또는 방전됨으로써 에너지 소모를 감소시킬 수 있다. 상기 도 4의 에너지 회수회로는 도 1에 도시된 LCD의 공통전극(Vcom)에 적용하여, 프레임마다 공통전극의 전압을 교번시키는 구동회로에 적용하거나 짝수번째 및 홀수번째 컬럼의 공통전극끼리 두 그룹으로 분리하여 이웃한 컬럼라인마다 공통전극의 전압을 교번시키는 구동회로에 적용할 수 있도록 제안된 것이다.
이와 같이, 종래의 플라즈마 디스플레이 패널에 사용되던, 인덕터를 이용하는 에너지 회수회로를 액정 디스플레이 구동회로에 적용하는 방법은 에너지 회수회로를 이용하여 공통 전극의 전압을 반전시킴으로써 저소비전력 구동을 구현하는 방법에 한정되어 있었다.
또한, 상기 PDP용 에너지 회수회로를 그대로 액정 디스플레이에 적용할 경우 문제점이 발생하고 에너지 절감 효율 또한 떨어지게 된다.
즉, 상기한 방식은 스위치가 켜지는 순간 인덕터 양단에 높은 전압이 인가될 뿐만 아니라, 공진에 의해서 울림(ringing) 현상이 발생하기 때문에, 스위칭 소자가 파괴될 수 있다. 특히, LCD의 경우 회로를 구동시키는 전원의 전압은 PDP의 회로 구동 전압보다 매우 작기 때문에, 상기 회로의 안정적인 동작을 위해서는 항복전압이 높은 스위칭 소자를 사용하여야 하며, 이러한 이유로 인하여 상기 회로의 제조 비용이 상승한다. 또한, 항복 전압이 높은 스위칭 소자의 경우 온 저항이 크기 때문에 소비 전력 절감 효율이 감소하는 단점이 있다.
그리고, 액정 디스플레이 패널의 경우 화소에 인가되는 화상 데이터 전압에 따라 액정의 부하 커패시턴스가 변하기도 하는데, 상기한 방식의 에너지 회수회로처럼 인덕터와 커패시턴스의 공진에 의해 에너지를 회수하는 경우 상기 설명한 바와 같이 액정의 부하 커패시턴스가 변하게 되면 공진 주기도 따라서 변하기 때문에 에너지 절감 효율이 떨어지게 된다.
도 5는 도 4에 도시한 바와 같은 에너지 회수회로를 이용하여 데이터 라인간의 에너지를 교환함으로써 저소비전력으로 LCD를 구동시키는 데이터 드라이버 구동회로이고, 도 6은 상기 도 5의 회로를 구동하기 위한 스위치의 파형도이다.
도 5의 회로는 출력단의 출력 버퍼의 스위치를 입력 증폭기의 전원단과 분리시킴으로써, 회로 구성이 간단해지고, 표시되는 화상과는 무관하게 소비전력 절감 효율이 일정해진다. 특히, 부하단에 D/A 컨버터보다 높은 전압이 가해지더라도 출력 신호가 피드백(feedback)되어 입력 증폭기로 전달되므로, 입력 증폭기에서 출력 버퍼를 오프(off)시킴으로써 과충전을 방지할 수 있다.
그러나, 상기 회로는 입력 증폭기와 출력 버퍼 두 개를 포함하기 때문에 회로 면적이 커질 가능성이 있으며, 저소비전력 구동 효율이 버퍼에 의해 크게 좌우되는 단점이 있다.
이에 본 발명자들은 소비전력을 감소시키면서도 상기한 바와 같은 문제들을 일으키지 않는 액정 디스플레이 구동회로를 개발하기 위하여 집중적인 연구를 수행하였다. 그 결과, 본 발명과 같이 하나의 인덕터와 두 개의 커패시터로 구성된 에너지 회수회로를 포함하는 액정 디스플레이 구동회로가, 인덕터 양단에 높은 전압이 인가되는 현상 및 공진으로 인한 전압의 울림(voltage ringing) 현상으로 인하여 소자가 파괴될 수 있는 현상을 방지하여 회로를 안정적으로 구동시키고, 에너지 절감 효율을 증가시키면서도 그 효율이 부하 커패시턴스의 변화에 둔감하고, 또한 에너지 절감 효율이 버퍼 회로에 크게 의존하지 않아 드라이버 종류에 관계없이 본 발명에 따른 에너지 회수회로를 적용할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 소비 전력을 감소시키는 에너지 회수회로를 포함하는, 신규의 액정 디스플레이 구동회로를 제공하는 것이다.
상기 에너지 회수회로는 한 개의 인덕터와 두 개의 커패시터(이 두 커패시터는 각각 인덕터 양단에 병렬(shunt) 연결되어 있다)를 포함하는 구조를 가지기 때문에 이를 "L2C 에너지 회수회로"라 명하기로 한다.
도 1은 일반적인 TFT 액정 디스플레이(LCD)를 도시한 것이고,
도 2는 일반적인 LCD의 데이터 드라이버를 도시한 것이며,
도 3은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)에 사용되던 에너지 회수회로를 나타낸 회로도이고,
도 4는 PDP의 에너지 회수회로를 LCD에 적용한 경우의 에너지 회수회로를 도시한 것이며,
도 5는 종래의 에너지 회수회로를 LCD에 적용하기 위한 기존의 데이터 드라이버의 구동회로도이고,
도 6은 도 5의 데이터 드라이버 회로를 구동하기 위한 스위치의 파형을 도시한 것이며,
도 7은 본 발명에 사용되는 에너지 회수회로 및 이를 포함하는 LCD 구동회로의 일실시예이고,
도 8은 본 발명에 따른 구동회로의 입출력 파형을 도시한 것이며,
도 9는 본 발명에 따른 구동회로를 이용하여 LCD를 구동하였을 때의 실제 파형을 측정하여 도시한 것이고,
도 10은 본 발명에 따른 구동회로가 프레임 인버전 또는 라인 인버전을 지원하도록 도 7의 에너지 회수회로 및 데이터 라인 부하의 연결 구조를 변경한 구동회로도의 일실시예를 도시한 것이며,
도 11은 본 발명에 따른 에너지 회수회로를 프레임 공통전극 교번 구동 방식에 적용했을 때의 구현예를 나타낸 구조도이고,
도 12는 본 발명에 따른 에너지 회수회로를 이웃한 컬럼(column) 라인간의 공통전극 교번 구동 방식에 적용했을 때의 구현예를 나타낸 구조도이며,
도 13은 본 발명에 따른 에너지 회수회로를 이웃한 로우(row) 라인간의 공통전극 교번 구동 방식에 적용했을 때의 구현예를 나타낸 구조도이다.
＊＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＊＊
110 : 게이트 드라이버 120 : 데이터 드라이버
130 : 화소 구성 셀
132 : TFT 134 : 액정 셀
200 : LCD 데이터 드라이버의 래치부
본 발명은 액정 디스플레이 구동회로로서,
상기 구동회로는 하나의 인덕터와 두 개의 커패시터로 구성된 에너지 회수회로를 포함하고,
상기 에너지 회수회로 양단에 연결되어 있는 부하 커패시터 사이 또는 부하커패시터와 저장 커패시터 사이의 에너지 교환에 의하여 상기 액정 디스플레이의 소비 전력을 감소시키며,
상기 에너지 회수회로 중의 두 커패시터에 의하여 상기 에너지 교환이 안정적·효율적으로 이루어지는 액정 디스플레이 구동회로에 관한 것이다.
상기 에너지 회수회로 중의 두 개의 커패시터는 상기 인덕터의 양단에 각각 연결되어 있고, 상기 부하 커패시턴스에는 병렬적으로 연결되어 있어서, 전압의 급격한 변화를 방지하며, 상기 인덕터 양단에 높은 전압이 인가되는 현상 또는 공진에 따른 높은 전압의 울림(voltage ringing) 현상에 의한 소자의 파괴를 방지한다.
또한, 공진 주기와 관계되는 전체 커패시턴스 값은 부하 커패시턴스와 함께 상기 인덕터 양단의 두 개의 커패시턴스에 의해 결정되므로, 상기 에너지 회수회로 중의 두 개의 커패시터는 액정의 부하 커패시턴스의 변화가 공진 주기에 미치는 영향을 최소화한다.
또한, 본 발명에 따른 구동회로는 다이오드를 사용하지 않기 때문에, 다이오드에 의해 발생하는 전압강하 성분이 존재하지 않게 되어 에너지 절감 효율을 증가시킨다.
따라서, 상기 에너지 회수회로 양단에 연결되어 있는 부하 커패시터 사이 또는 부하 커패시터와 저장 커패시터 사이의 에너지 교환이 안정적이면서도 효율적으로 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 에너지 회수회로의 두 커패시터는 인덕터와 함께 공진 주기 및 에너지 절감 효율과 관계가 있기 때문에, 에너지 절감 효율을 높이기위해서는 이들 소자 용량의 적절한 선택이 필수적이다. 만약, 공진 주기가 필요 이상으로 빠른 경우에는 공진하면서 소자의 저항성분 또는 스위치의 누설 전류에 의한 성분등에 의하여 에너지의 손실이 생기게 된다. 반대로, 공진 주기가 너무 느린 경우에는 정해진 시간 내에 픽셀 전압의 극성을 바꾸어 주지 못하기 때문에 에너지 절감 효율이 떨어지게 된다. 또한, 상기 에너지 회수회로의 두 커패시터 값이 너무 작은 경우에는 액정의 부하 커패시턴스의 변화가 공진 주기에 많은 영향을 주게 되어 에너지 절감 효율이 감소하게 된다.
따라서, 정해진 라인 시간 또는 프레임 시간 및 상기 라인 시간 및 프레임 시간 내에서의 극성 반전 시간과 계조 표시 시간에 따라 최대의 에너지 절감 효율을 얻을 수 있는 공진 주기를 가지도록 인덕터와 두 커패시터의 용량을 최적화하여 선택해야 한다.
본 발명에 사용되는 에너지 회수회로는 버퍼 회로에 크게 의존하지 아니하므로, 기존 드라이버의 종류에 관계없이 적용 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 구동회로는 데이터 라인 구동방식은 물론 공통전압 교번 구동방식에도 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 구동회로는 액정 디스플레이의 화소를 위치에 따라 두 그룹으로 분리하여 상기 에너지 회수회로의 양단에 각각 연결함으로써, 도트 인버전, 컬럼 인버전 또는 라인 인버전 방식의 구동방식에도 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 구동회로는 모든 화소를 하나의 그룹으로서 상기 에너지 회수회로의 한쪽에 연결하고, 큰 용량의 저장 커패시터를 상기 에너지 회수회로의 다른 한쪽에 연결함으로써, 프레임 인버전 또는 라인 인버전 방식의 구동방식에도 적용 가능하다.
본 발명에 따른 구동회로는 추가로 i) 상기 데이터 드라이버와 상기 화소의 데이터 라인 부하 사이의 연결을 개폐하는 계조 표시 선택 스위치(스위치 AMP); ii) 상기 에너지 회수회로와 상기 화소의 데이터 라인 부하 사이의 연결을 개폐하는 스위치(스위치 SEL); iii) 상기 에너지 회수회로와 상기 저장 커패시터 사이의 연결을 개폐하는 스위치; 또는 iv) 상기 에너지 회수회로와 상기 화소의 공통전극 사이의 연결을 개폐하는 스위치를 더 포함할 수 있으며, 상기 스위치들을 제어함으로써 상기 부하 커패시터 사이 또는 상기 부하 커패시터와 상기 저장 커패시터 사이의 에너지 교환이 이루어질 수 있다. 데이터 드라이버와 부하 사이의 계조 표시 선택 스위치는 경우에 따라 데이터 드라이버 내에 포함될 수 있는데, 이 경우에는 데이터 드라이버의 동작과 에너지 회수회로의 동작에 있어서, 적절한 제어가 필요하다.
이에 관하여 더욱 구체적으로 설명하면, 다음과 같다:
하나의 구현예로서, 본 발명에 따른 액정 디스플레이 구동회로는 액정 디스플레이의 화소가 위치에 따라 두 그룹으로 분리되어 상기 에너지 회수회로의 양단에 각각 연결되어 있고, 양 그룹의 부하 커패시터 사이의 에너지 교환에 의하여 액정 디스플레이의 데이터 라인 구동시 소비전력을 감소시킬 수 있다. 이 경우에, 상기 액정 디스플레이의 화소는 홀수번째 컬럼라인 및 짝수번째 컬럼라인의 두 그룹으로 분리되는 것이 바람직하고, 상기 데이터 라인의 구동은 도트 인버전(dotinversion) 또는 컬럼 인버전(column inversion) 방식으로 구동된다.
상기 액정 디스플레이 구동회로는 추가로 상기 구동회로 중의 데이터 드라이버와 상기 화소의 데이터 라인 부하 사이의 연결을 개폐하는 스위치 및 상기 에너지 회수회로와 상기 화소의 데이터 라인 부하 사이의 연결을 개폐하는 스위치를 더 포함할 수 있고, 상기 스위치들을 제어함으로써 상기 부하 커패시터 사이의 에너지 교환이 이루어진다.
다른 구현예로서, 본 발명에 따른 액정 디스플레이 구동회로는 액정 디스플레이의 모든 화소의 데이터 라인이 하나의 그룹으로서 상기 에너지 회수회로의 한쪽에 연결되어 있고, 저장 커패시터가 상기 에너지 회수회로의 다른 한쪽에 연결되어 있으며, 상기 화소 데이터 라인 그룹의 부하 커패시터 및 상기 저장 커패시터 사이의 에너지 교환에 의하여 액정 디스플레이의 데이터 라인 구동시 소비전력을 감소시킬 수 있다. 이 경우에, 상기 데이터 라인의 구동은 프레임 인버전(frame inversion) 또는 라인 인버전(line inversion) 방식으로 구동된다.
상기 액정 디스플레이 구동회로는 추가로 상기 구동회로 중의 데이터 드라이버와 상기 화소의 데이터 라인 부하 사이의 연결을 개폐하는 스위치, 상기 에너지 회수회로와 상기 화소의 데이터 라인 부하 사이의 연결을 개폐하는 스위치 및 상기 에너지 회수회로와 상기 저장 커패시터 사이의 연결을 개폐하는 스위치를 더 포함할 수 있고, 상기 스위치들을 제어함으로써 상기 부하 커패시터와 상기 저장 커패시터 사이의 에너지 교환이 이루어진다.
또 다른 구현예로서, 본 발명에 따른 액정 디스플레이 구동회로는 액정 디스플레이의 공통전극이 위치에 따라 두 그룹으로 구분되어 상기 에너지 회수회로의 양단에 각각 연결되어 있고, 양 그룹의 부하 커패시터 사이의 에너지 교환에 의하여 액정 디스플레이의 공통전극 구동시 소비전력을 감소시킬 수 있다. 이 경우에, 상기 액정 디스플레이의 공통전극은 홀수번째 로우라인(rowline) 및 짝수번째 로우라인의 두 그룹으로 분리되거나, 홀수번째 컬럼라인 및 짝수번째 컬럼라인의 두 그룹으로 분리될 수 있고, 각각의 경우에 있어서 공통전극 구동은 라인 인버전 방식으로 구동되거나 도트 인버전 또는 컬럼 인버전 방식으로 구동된다.
상기 액정 디스플레이 구동회로는 추가로 상기 에너지 회수회로와 상기 화소의 공통전극 그룹 사이의 연결을 개폐하는 스위치를 더 포함할 수 있고, 상기 스위치들을 제어함으로써 상기 두 그룹의 부하 커패시터 사이의 에너지 교환이 이루어진다.
또 다른 구현예로서, 본 발명에 따른 액정 디스플레이 구동회로는 액정 디스플레이의 모든 화소의 공통전극이 하나의 그룹으로서 상기 에너지 회수회로의 한쪽에 연결되어 있고, 저장 커패시터가 상기 에너지 회수회로의 다른 한쪽에 연결되어 있으며, 상기 화소 공통전극의 부하 커패시터 및 상기 저장 커패시터 사이의 에너지 교환에 의하여 액정 디스플레이의 공통전극 구동시 소비전력을 감소시킬 수 있다. 이 경우에, 상기 액정 디스플레이의 공통전극 구동은 프레임 인버전 또는 라인 인버전 방식으로 구동된다.
상기 액정 디스플레이 구동회로는 추가로 상기 에너지 회수회로와 상기 화소의 공통전극 사이의 연결을 개폐하는 스위치 및 상기 에너지 회수회로와 상기 저장커패시터 사이의 연결을 개폐하는 스위치를 더 포함할 수 있고, 상기 스위치들을 제어함으로써 상기 부하 커패시터와 상기 저장 커패시터 사이의 에너지 교환이 이루어진다.
따라서, 본 발명에 따른 액정 디스플레이 구동회로는 하나의 인덕터와 두 개의 커패시터로 구성된 에너지 회수회로를 사용하고, 상기 에너지 회수회로의 인덕터와 액정 디스플레이의 화소의 부하 사이의 연결을 개폐하는 스위치를 제어함으로써, 상기 액정 디스플레이 화소의 극성 반전에 필요한 에너지를 상기 에너지 회수회로로부터 충당하여 액정 디스플레이의 소비전력을 감소시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 7은 하나의 인덕터와 두 개의 커패시터로 구성되는 에너지 회수회로(L2C 에너지 회수회로) 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 구동회로의 일실시예를 나타낸 도면이다. 상기 도 7에서 통상의 데이터 드라이버 회로의 컬럼 라인마다 버퍼와 스위치가 존재한다. 상기 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인을 홀수번째 컬럼 및 짝수번째 컬럼의 두 그룹으로 분리하여 에너지 회수회로의 인덕터 양단에 연결하였다. 이와 같은 에너지 회수회로와 액정의 화소 사이의 연결 구조를 가짐으로써 액정 디스플레이 구동회로는 도트 인버전(dot inversion) 및 컬럼 인버전(colum inversion)을 지원할 수 있게 된다. 이 때, 에너지 회수회로의 양단에 연결되는 부하 커패시턴스에 해당하는 값은 데이터 라인의 커패시턴스 및 액정 커패시턴스를 모두 포함하는 등가 커패시턴스이다.
종래의 에너지 회수회로와 달리, 본 발명에서 사용되는 에너지 회수회로는인덕터의 양단에 두 개의 커패시터가 존재한다. 따라서, 인덕터 양단의 커패시터가 전압의 급격한 변화를 방지하며, 공진으로 인한 전압의 울림(voltage ringing) 현상으로 인한 스위칭 소자의 파괴를 방지한다. 특히, 공진 주기와 관련된 전체 커패시턴스 값은 부하 커패시턴스 및 상기 인덕터 양단의 두 개의 커패시턴스에 의해 결정되므로, 부하 커패시턴스의 변화로 인한 공진 주기의 변화를 최소화한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 에너지 회수회로는 다이오드를 사용하지 않기 때문에, 다이오드에 의해 발생하는 전압강하 성분이 존재하지 않게 되어 에너지 절감 효율이 증가되게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 구동회로의 입출력 파형을 보여준다. 데이터 드라이버와 화소의 데이터 라인 부하 사이의 연결을 개폐하는 계조 표시 선택 스위치(스위치 AMP) 및 에너지 회수회로와 화소의 데이터 라인 부하 사이의 연결을 개폐하는 스위치(스위치 SEL)은 계조 표시 시간 및 극성 반전 시간을 결정해 주는 스위치이다.
하나의 라인 시간은 극성 반전 시간 및 계조 표시 시간으로 나누어진다. 극성 반전 시간 동안에는 스위치 SEL을 닫음으로써(on) 홀수 번째 컬럼과 짝수 번째 컬럼 데이터 라인의 전압 극성을 반전시킨다. 즉, SEL 스위치를 닫아 홀수 번째 컬럼에서 짝수 번째 컬럼으로, 또는 짝수 번째 컬럼에서 홀수 번째 컬럼으로 에너지를 전달시킴으로써 에너지 교환이 이루어진다.
이후 계조 표시 시간 동안에는, 스위치 SEL을 열고(off) 스위치 AMP를 닫는다(on). 스위치 SEL을 열면(off) 남아 있던 에너지가 내부적으로 인덕터와 인덕터양단의 커패시터에 의해 공진을 일으켜서 전압 위상은 보존되고 전류의 위상은 반전된다. 동시에, 스위치 AMP를 닫으면(on) 각 데이터 라인에 데이터 드라이버의 출력 버퍼가 연결되게 되고, 따라서 데이터 구동회로가 공급하고자 하는 화상 데이터가 데이터 라인에 기입된다. 즉, 데이터 라인의 버퍼에 출력 신호가 인가됨으로써 홀수번째 컬럼과 짝수번째 컬럼에 계조를 표시한다.
이후, 다시 스위치 SEL을 닫으면(on) 반전된 전류의 위상에 의해 이전 단계와 반대 방향으로 에너지가 전달되어, 홀수번째 컬럼 라인과 짝수번째 컬럼 라인간 의 극성이 다시 반전된다.
도 7에 나타낸 액정 디스플레이 구동회로의 실시예는 도트 인버전과 컬럼 인버전을 지원한다. 도트 인버전의 경우에는 한 라인 시간(line time)마다 홀수 컬럼과 짝수 컬럼의 전압 극성을 반전시켜주면 되고, 컬럼 인버전의 경우에는 한 프레임 시간(frame time)마다 홀수 컬럼과 짝수 컬럼의 전압 극성을 반전시켜주면 된다. 이 경우, 본 발명에 사용되는 에너지 회수회로는 별도의 외부 전하 저장 커패시터 없이, 홀수번째 컬럼 라인과 짝수번째 컬럼 라인의 부하를 번갈아 가면서 충전 및 방전시킴으로써 에너지 소모를 감소시킨다.
도 9는 상기 도 7의 구동회로를 이용하여 액정 디스플레이를 도트 인버전 방식으로 구동하였을 때의 실제 측정 파형을 나타낸 것이다. 도 7에 나타낸 액정 디스플레이 구동회로를 도트 인버전 방식으로 구동하였을 경우, 극성 반전시 전체 구동 전압 범위의 약 80% 정도에 해당하는 전압을 상기 에너지 회수회로를 이용하여 충전 및 방전시켰고, 약 80% 이상의 에너지 절감 효율을 얻었다.
도 10은 상기 L2C 에너지 회수회로를 포함하고, 프레임 인버전 또는 라인 인버전을 지원하기 위한 액정 디스플레이 구동회로의 실시예를 도시한 것이다. 이 경우에는 인덕터 및 두 커패시터를 중심으로 양단에 각각 홀수 컬럼과 짝수 컬럼으로 분리된 데이터 라인의 부하가 걸리는 것이 아니라, 한쪽에 모든 데이터 라인의 부하가 연결되고 나머지 한쪽은 저장 커패시터를 연결하는 구조이다. 프레임 인버전의 경우에는 한 프레임 시간마다 저장 커패시터와 데이터 라인 부하 사이의 전압 극성을 반전시켜주면 되고, 라인 인버전의 경우에는 한 라인 시간마다 저장 커패시터와 데이터 라인 부하 사이의 전압 극성을 반전시켜주면 된다. 특히, 라인 인버전의 경우, 종래의 전하 공유(charge sharing) 방식을 이용한 저소비전력 구동을 할 때 보다 에너지 절감 효율이 상승한다. 즉, 종래의 전하 공유 방식은 저장 커패시터와 데이터 라인 부하간 에너지 교환이 최대 구동 전압의 절반까지밖에 일어날 수 없는데 반해, 본 발명에 따르는 에너지 회수회로는 인덕터와 커패시터의 공진을 이용하기 때문에 약 80% 이상의 에너지 절감 효율을 얻을 수 있다.
상기 에너지 회수회로는 공통전극 교번 방식의 구동에도 적용할 수 있다.
도 11은 공통전극 교번 구동방식에 L2C 에너지 회수회로를 적용하여 구동하는 액정 디스플레이 구동회로의 실시예를 나타낸 구조도이다. 여기에서, 모든 화소의 공통전극은 하나의 그룹으로서 상기 L2C 에너지 회수회로의 한쪽에 연결되고, 큰 용량의 저장 커패시터(CEXT,ST)가 다른 한쪽에 연결된다.
도 12는 공통전극을 컬럼라인 방향으로 홀수번째 컬럼라인의 공통전극과 짝수번째 컬럼라인의 공통전극의 두 그룹으로 분리하여 컬럼라인 인버젼을 지원하는 공통전극 교번 구동회로에 L2C 에너지 회수회로를 적용한 구동회로의 구현예를 나타낸 구조도이다.
도 13은 공통전극을 로우라인 방향으로 홀수번째 로우라인 공통전극과 짝수번째 로우라인 공통전극의 두 그룹으로 분리하여 로우라인 인버젼을 지원하는 공통전극 교번 구동회로에 L2C 에너지 회수회로를 적용한 구동회로의 구현예를 나타낸 구조도이다.
본 발명에서 사용되는 L2C 에너지 회수회로는 한 개의 인덕터와 두 개의 커패시터로 구성되며 상기 L2C 에너지 회수회로 양단의 부하 커패시턴스, 인덕터 양단의 커패시터 및 인덕터에 의한 공진에 의하여 부하를 번갈아 충전 및 방전시킴으로써 에너지 소모를 감소시킨다. 또한, 인덕터 양단의 커패시터가 전압의 급격한 변화를 방지하기 때문에, 높은 전압의 공진으로 인한 울림(voltage ringing) 현상에 의하여 스위칭 소자가 파괴되는 것을 방지한다. 특히, 전체 커패시턴스 값은 부하 커패시턴스와 함께 상기 인덕터 양단의 두 개의 커패시턴스에 의해 결정되므로, 공진 주기에 미치는 부하 커패시턴스의 영향을 최소화한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 에너지 회수회로는 데이터 드라이버의 출력 버퍼 타입에 관계없이 에너지 절감 효율이 일정하기 때문에 기존의 어떠한 구동회로에도 적용이 가능하며, 다이오드를 포함하지 않기 때문에 다이오드에 의해 발생하는 전압강하 성분이 존재하지 않게 되어 에너지 절감 효율이 증가되게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 따른 액정 디스플레이 구동회로는 소비 전력을 최소화시킬 수 있으므로, 특히, 이동전화 또는 PDA 등 휴대용 전자기기의 구동 소비전력을 80%이상 감소시켜, 휴대용 전자기기의 사용가능 시간이 더욱 증가한다. 또한, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 구동회로의 에너지 절감 효율은 버퍼 회로나 부하 커패시턴스에 크게 의존하지 아니하므로 적용 대상에 관계 없이 에너지 절감 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명의 기술을 적용하여 휴대성과 기능성이 강화된 휴대용 전자기기가 널리 보급된다면, 사람들 사이의 정보교류 및 의사소통이 더욱 원활해지므로 개인의 생활이 더욱 편리해질 수 있다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 액정 디스플레이 구동회로로서,
    상기 구동회로는 하나의 인덕터와 두 개의 커패시터로 구성된 에너지 회수회로를 포함하되, 상기 에너지 회수회로 중의 상기 두 커패시터는 상기 인덕터의 양단에 각각 연결되어 있고,
    상기 액정 디스플레이의 화소는 위치에 따라 두 그룹으로 분리되며, 각 그룹은 상기 인덕터의 양단에 각각 연결되고,
    상기 에너지 회수회로 중의 상기 두 커패시터는 상기 인덕터의 양단에 각각 연결되어 있는 상기 두 그룹의 액정 디스플레이 화소의 부하 커패시터와 병렬적으로 연결되어 있으며,
    상기 인덕터 양단에 연결되어 있는 두 그룹의 액정 디스플레이 화소의 부하 커패시터 사이의 에너지 교환에 의하여 상기 액정 디스플레이의 데이터 라인 구동시 소비 전력을 감소시키며, 상기 에너지 회수회로 중의 두 커패시터에 의하여 상기 에너지 교환이 안정적·효율적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 구동회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이의 화소는 위치에 따라 홀수번째 데이터 라인 및 짝수번째 데이터 라인의 두 그룹으로 분리되어 있고,
    상기 데이터 라인의 구동시 도트 인버전(dot inversion) 또는 컬럼 인버전(column inversion) 방식으로 구동시키는 구동회로.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    i) 상기 구동회로 중의 데이터 드라이버와 상기 화소의 데이터 라인 부하 사이의 연결을 개폐하는 스위치 및
    ii) 상기 에너지 회수회로와 상기 화소의 데이터 라인 부하 사이의 연결을 개폐하는 스위치를 더 포함하며,
    상기 스위치들을 제어함으로써 상기 부하 커패시터 사이의 에너지 교환이 이루어지는 구동회로.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 액정 디스플레이 구동회로로서,
    상기 구동회로는 하나의 인덕터와 두 개의 커패시터로 구성된 에너지 회수회로를 포함하되, 상기 에너지 회수회로 중의 상기 두 커패시터는 상기 인덕터의 양단에 각각 연결되어 있고,
    상기 액정 디스플레이의 공통전극은 위치에 따라 두 그룹으로 분리되며, 각 그룹은 상기 인덕터의 양단에 각각 연결되고,
    상기 에너지 회수회로 중의 상기 두 커패시터는 상기 인덕터의 양단에 각각 연결되어 있는 상기 두 그룹의 액정 디스플레이의 공통전극의 부하 커패시터와 병렬적으로 연결되어 있으며,
    상기 인덕터 양단에 연결되어 있는 두 그룹의 액정 디스플레이의 공통전극의 부하 커패시터 사이의 에너지 교환에 의하여 상기 액정 디스플레이의 공통전극 구동시 소비 전력을 감소시키며, 상기 에너지 회수회로 중의 두 커패시터에 의하여 상기 에너지 교환이 안정적·효율적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 구동회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이의 공통전극은 위치에 따라 홀수번째 로우라인(rowline) 및 짝수번째 로우라인의 두 그룹으로 분리되어 있고,
    상기 공통전극 구동시 라인 인버전 방식으로 구동시키는 구동회로.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이의 공통전극은 위치에 따라 홀수번째 컬럼라인 및 짝수번째 컬럼라인의 두 그룹으로 분리되어 있고,
    상기 공통전극 구동시 도트 인버전 또는 컬럼 인버전 방식으로 구동시키는 구동회로.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 회수회로와 상기 화소의 공통전극 그룹 사이의 연결을 개폐하는 스위치를 더 포함하며
    상기 스위치들을 제어함으로써 상기 두 그룹의 부하 커패시터 사이의 에너지 교환이 이루어지는 구동회로.
  12. 삭제
  13. 삭제
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