KR100469506B1 - 액정표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display) 및 그 구동방법에 관한 것으로, 특히 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기를 적용하여 각 레벨간의 전압 차를 세밀하게 조정할 수 있는 감마전압원을 제공하도록 한 액정표시장치의 감마전압 장치 및 구동방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 액정표시장치의 감마전압 조정장치는 8비트 디지털-아날로그 변환기와 OP-amp와, EEPROM과, MICOM을 이용하여 설정값을 기억하도록 하여 한번의 프로그램을 통한 세밀한 전압의 조정이 가능하게 한 것이다.

Description

액정표시장치 및 그 구동방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display)에 관한 것으로, 특히 프로그램머블 디지털-아날로그 변환기의 출력단을 미세 조정하여 각 레벨간의 전압차를 세밀하게 조정할 수 있는 감마전압원을 제공하도록 한 액정표시장치의 감마전압 장치 및 구동방법에 관한 것이다.
액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동 방식의 액정표시장치는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터를 이용하여 자연스러운 동화상을 표시하고 있다. 현재 액정표시장치는 기존의 음극선관(CRT)에 비해서 소비전력이 적으며, 유해파 방출이 현저히 적으며, 얇고 가벼워서 작업공간을 줄임으로써 작업 환경의 편의를 가지고 있다. 따라서 액정표시장치는 모니터와 텔레비전 등의 많은 분야에서 디스플레이 장치로 음극선관(CRT)을 대체하고 있다. 최근 영상매체는 시청자에게 고해상도의 화상을 위한 방안으로 기존의 아날로그 영상신호 대신에 정보의 압축이 용이한 디지털 영상신호로 전송하는 방식으로 전환되어 가고 있다. 이에 따라, 영상표시소자장치의 한 종류인 액정표시장치도 기존의 아날로그 영상신호 대신 디지털 영상신호에 의해 구동될 수 있어야 한다. 이를 위하여 액정표시장치의 구동회로는 아날로그 신호를 요구하는 액정패널의 화소들을 구동하기 적합하도록 입력 디지털 영상신호를 아날로그 신호로 변환하여 액정패널에 공급하고 있다. 그런데 디지털 방식의 데이터 구동회로는 기존의 아날로그 방식인 샘플/홀드에 비해 기본적으로 입력 라인수가 많아지고 회로가 복잡해 박막트랜지스터로 구성하는데 특성 및 수율 면에서 많은 문제점을 안고 있다. 특히, 디지털 방식의 데이터 구동회로는 화소 구동방법 병렬로 처리하므로 복잡한 회로 구성을 가지는 디지털-아날로그 변환기를 사용하고 있다.
도 1을 참조하면, 액티브 매트릭스 액정표시장치는 외부에서 영상신호를 입력받는 디지털 비디오 카드(1)와 디지털 비디오 카드(1)로부터 입력받은 영상신호를 박막트랜지스터 액정 패널(6)에 공급하기 위한 데이터 드라이버(3)와, 데이터 드라이버(3)에 기준 전압을 공급하는 감마 회로(4)와, 박막트랜지스터-액정 패널(6)에 게이트 신호를 공급하는 게이트 드라이버(5) 및 데이터 드라이버(3)와 게이트 드라이버(5)를 제어하기 위한 제어부(2)를 구비한다.
외부에서 공급되는 디지털 영상신호는 디지털 비디오 카드(1)와 데이터 드라이버(3) 사이에 접속된 제어부(2)의 중계를 통해 데이터 드라이버(3)에 공급된다.
데이터 드라이버(3)는 도 2와 같이, 외부의 디지털 영상신호를 제어부(2)를 통해 디지털 값(10,11,12)으로 공급받는 데이터 랫치(41)와, 이 신호에 어드레스를 설정하기 위한 어드레스 쉬프트 레지스터(40)와, 라인 랫치(42)와, 상기 라인 랫치(42)와 함께 상기 감마 회로(4)에서 출력 기준 전압(GMA1내지 GMA16)을 공급받아 디지털-아날로그 변환기(Digital to Analog Converter:이하 DAC라 한다)(43) 및 변환된 아날로그 파형을 출력하는 버퍼(44)를 구비한다.
상기 데이터 랫치는 상기 제어부(2)를 통해 입력받은 각각의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 디지털 데이터를 상기 라인 랫치(42)에 공급하고, 상기 어드레스 쉬프트 레지스터(40)는 순차적으로 디지털 데이터를 할당하기 위한 어드레스 신호를 라인 랫치(42)에 공급한다.
상기 데이터 랫치(41)의 디지털 데이터(10,11,12)과 어드레스 쉬프트 레지스터(40)에 의해 설정된 값의 어드레스 신호를 공급받은 라인 랫치(42)는 입력받은 디지털 데이터를 상기 DAC(43)에 공급한다.
상기 디지털-아날로그 변환기(43)는 감마 회로(4)의 출력 기준전압(GMA1내지 GMA16) 입력과 라인 랫치(42)에 의해 변환된 디지털 데이터를 아날로그 파형으로 변환 시켜 출력 버퍼(44)를 통해 도 3과 같은 아날로그 파형을 출력한다.
데이터 구동회로는 내부 계조전압을 배분하는 저항 네트워크를 가지고 있으며, 기준 전압을 외부에서 공급받는다. 보통 외부에서 조절 가능한 기준전압을 탭 포인트 전압이라 부른다. 각 탭 포인트 사이의 계조전압은 구동회로 내부의 저항 네트워크에 의해서 자동 결정된다. 구동회로 사양서에 저항 네트워크에 대한 정보를 바탕으로 패널의 T-V 곡선과 투과율이 일치하는 감마 탭 전압을 설정할 수 있다. 이러한 작업을 감마 튜닝이라 한다. L00(black) 전압과 L63(White) 전압은 명암 대비율을 결정하므로 신중하게 설정한다. 감마전압회로는 기준 전압을 잘 유지하기 위하여 각 구동 회로의 탭 포인트 앞에 바이패스 커플링 캐패시터를 둔다.
아날로그 파형으로 변환하기 위해 기준전압을 공급하는 감마회로(4)에 대하여 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
직렬 연결된 제 1 저항(R1) 내지 제 9 저항(R9) 및 제 10 저항(R10) 내지 제 18 저항(R18)과, 상기 저항들이 각각 노드(18)에 병렬연결 되고, 상기 저항과 저항 사이의 노드(20) 내지 노드(36)에 연결된 기준 전압(GMA1내지 GMA16)과, 상기 기준전압(GMA1내지 GMA16)을 공급받는 버퍼(voltage follower)(OP1내지 OP16) 및 버퍼(OP1내지 OP16)의 출력단자와 기저전압원(GND) 사이에 연결된 캐패시터(C1내지 C16)를 구비한다.
공급되는 전압(VDD)은 저항(R1 및 R2)에 의해 전압분배가 이루어지고, 분배된 전압 즉, 기준 전압(GMA1)은 버퍼(OP1)의 비반전단자(＋)에 공급된다. 기준 전압(GMA1)은 버퍼(OP1)의 반전단자(－)의 궤환 신호와 캐패시터(C1)의 의해 버퍼(OP1)링이 이루어져 도 3과 같은 기준 전압 파형(GMA1)을 출력한다. 저항(R2내지 R18) 사이에 연결된 노드(21내지 36) 역시 각각의 저항에 의해 전압 분배되어 기준 전압(GMA2 내지 GMA16)을 출력한다.
그러나, 상기와 같이 이루어진 종래 감마회로는 레벨간의 전압차가 크기 때문에 우리가 요구하는 감마전압을 얻지 못하는 문제점이 있었다.
도 5는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 종래 6비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기를 적용한 종래 감마전압 회로를 나타낸 것이다.
도면에 도시한 바와 같이, 감마전압 회로는 구동시스템에서 입력된 디지털 비디오 신호로부터 전압레벨 간의 차가 상호 등간격인 감마전압들을 발생시키는 6비트 디지털-아날로그 변환기의 출력라인에 직렬 접속된 제 1 저항과 제 2 저항에 병렬 접속되고, 각각 소정전압이 공급되어 분압전압을 데이터 드라이버 구동회로에 공급하는 제 2 및 제 3 저항을 구비하고 있으며, 이들 저항들의 값에 따라, GMA 1 전압의 전체 가변 범위와 한 스텝간의 차이가 결정되게 된다.즉, 상기 6비트 디지털-아나로그 변환기는 고정된 등간격의 기준전압만을 생성하므로, 액정패널의 특성에 따른 감마전압의 세밀한 제어가 불가능하다. 따라서, 6비트 디지털-아날로그 변환기의 출력라인에 감마전압 조정장치를 두어 디지털-아날로그 변환기로부터 출력된 감마전압들 간의 전압레벨 차를 차등간격으로 조정할 수 있도록 하며, 이것은 R1,R2,R3의 저항값을 새롭게 세팅함으로써 이루어진다.
만약 Vmax가 10V일 경우 6비트 디지털-아날로그 변환기 출력 전압간의 최소차는 10/64=0.156V 정도이다. 따라서 원하는 감마전압 값을 얻기는 위해 수학식(1)과 같은 복잡한 수학식을 통하여 R1, R2, R3의 저항값을 새로이 정해주어야 하는 단점을 가지고 있다.
여기에서Vp은 감마전압원이 되는 전압을 나타내고, Vs는 DAC 출력단 전압즉 DAC로부터 GMA쪽으로 인가되는 전압을 나타내며, R1, R2, R3은 각각 DAC 출력단측 저항과, VAA측 저항과, 공통 전압측 저항을 나타낸다.
상기한 바와 같은 감마전압 회로는 6비트 디지털-아날로그 변환기의 출력단에 연결된 감마전압 조정장치에 각 레벨간의 감마전압차를 세밀하게 조정할 수 있는 잇점이 있으나, 원하는 감마전압값을 얻기 위해 R1, R2, R3의 저항값을 새롭게 셋팅해야하며, 또한 계산식이 배우 복잡하다는 단점이 있다.또한, 구동시스템(비디오 디지털카드)으로부터 입력된 프로그램 구동방법 저장할 수 없기 때문에 구동시스템을 켤 때마다 수학식(1)과 같은 복잡한 계산을 다시 반복해야 하는 번거로움이 있다.
본 발명의 목적은 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기를 통해 감마전압의 레벨을 미세하게 조정할 수 있는 감마전압 회로가 구비된 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 구동시스템과 감마전압 회로 사이에 설정된 감마 데이터를 저장할 수 있는 EEPROM을 구성함으로써, 감마전압 회로가 구동시스템과 독립적으로 동작할 수 있는 액정표시장치를 제공하는데 있다.
기타 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.
도 1은 액티브 매트릭스 액정표시정시의 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 데이터 드라이버를 상세하게 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 사용되어지는 액정표시패널에 인가되는 아날로그 전압신호들의 그레이스케일 상의 분포상태를 나타낸 그래프.
도 4는 도 1에 도시된 감마회로의 상세 도면.
도 5는 종래 디지털-아날로그 변환기를 사용한 감마조정 장치를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 미세한 감마전압값이 인가되는 데이터 드라이버를 나타낸 도면.
도 7은 데이터 드라이버의 아날로그 출력전압 파형을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 따른 실시예를 나타낸 도면.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
1: 디지털 비디오 카드 2:제어부
3: 데이터 드라이버 4:감마회로
5: 게이트 드라이버 6:박막트랜지스터 액정패널
80: 어드레스 쉬프트 레지스터 81: 데이터 랫치
82: 라인 랫치 83:디지털-아날로그 변환기
84: 출력 버퍼 OP1내지 OP16:버퍼
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 감마전압 조정 장치는 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기와 상기 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기의 출력라인에 OP-Amp를 두어 복잡한 계산 없이도 세밀한 전압 설정이 가능하게 하고, PC와 8비트 디지털-아날로그 변환기 사이에 MICOM과 EEPROM을 두어 설정된 감마 데이터이 시리얼(serial) 통신을 통하여 EEPROM에 저장시켜 전원을 켤 때 자동적으로 감마 기준 전압을 출력하도록 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 감마전압 조정장치의 구동방법은 입력 디지털 비디오로부터 전압 레벨간의 미세한 차이를 가지는 감마전압들을 발생시키는 8비트 디지털-아날로그 변환기를 형성하는 단계와, 상기 8비트 디지털-아날로그 변환기로부터 출력되는 감마전압들을 OP-Amp를 통해서 증폭시키는 단계와, 증폭된 감마전압을 이용하여 데이터 라인들을 구동하기 위한 데이터 구동부를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 입력 디지털 비디오로부터의 시리얼 통신을 통하여 들어온 데이터는 MICOM에 의해 EEPROM에 저장되었다가 PC의 전원을 껐다가 다시 켰을 때 PC와는 독립적으로 동작하는 MICOM에 의해 자동적으로 감마 기준 전압을 출력하도록 한다.
이하, 도면을 참조하여 상기와 같은 감마전압 조정장치를 포함하는 본 발명의 액정표시장치에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 미세전압 조절이 가능한 감마전압 조정장치를 포함하는 본 발명의 데이터 드라이버를 나타낸 것이다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 감마전압 조정장치를 포함하는 데이터 드라이버는 외부의 디지털 영상신호를 제어부를 통해 디지털값(70,71,72)으로 공급받는 데이터 랫치(81)와; 이 신호에 어드레스를 설정하기 위한 어드레스 쉬프트 레지스터(80)와, 라인 랫치(82)와; 상기 라인 랫치(82)와 함께 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기에 의하여 미세한 감마전압 조정이 이루어지는 감마전압 회로(85)에서 출력된 기준전압(GMA1내지 GMA16)을 공급받는 디지털-아날로그 변환기(Digital to Analog Converter)(83) 및 변환된 아날로그 파형을 출력하는 버퍼(84)를 구비한다.
상기 데이터 랫치(81)는 상기 제어부를 통해 입력받은 각각의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 디지털 데이터를 상기 라인 랫치(82)에 공급하고, 상기 어드레스 쉬프트 레지스터(80)는 순차적으로 디지털 데이터를 할당하기 위한 어드레스 신호를 라인 랫치(82)에 공급한다.
상기 데이터 랫치(81)의 디지털 데이터(70,71,72)과 어드레스 쉬프트 레지스터(80)에 의해 설정된 값의 어드레스 신호를 공급받은 라인 랫치(82)는 입력받은 디지털 데이터를 디지털-아날로그 변환기(83)에 공급한다.
상기 디지털-아날로그 변환기(83)는 감마전압 회로(85)에서 출력한 기준전압(GMA1내지 GMA16) 입력과 라인 랫치(82)에 의해 변환된 디지털 데이터를 아날로그 파형으로 변환 시켜 출력 버퍼(84)를 통해 도 7과 같은 아날로그 파형을 출력한다.
상기 감마전압 회로(85)는 도 8에 도시한 바와 같이 세밀한 전압 설정이 가능한 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기(85a)와, 상기 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기(85a)의 출력라인에 연결되어 상기 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기로부터 출력된 신호를 증폭시키기 위한 증폭기(85b)로 구성된다.
현재 8비트 디지털-아날로그 변환기 자체적으로 10V 이상의 출력을 지원하는 소자가 없기 때문에, 5V 출력을 사용하고, 이를 증폭시키기 위해 비반전 OP-amp(Noninverting OP-amp)으로 이루어진 증폭기(85b)를 사용한다. 즉, 상기 디지털-아날로그 변환기(85a)로부터 출력된 감마전압 신호를 증폭기(85b)를 이용하여 상기 디지털-아날로그 변환기(85a)로부터 출력된 출력전압을 3배∼5배 증폭시킴으로써 원하는 크기만큼 감마전압를 증폭시킬 수가 있다.상기 증폭기(85b)는 정단자(+)에 디지털-아날로그변환기(85a)로부터 감마전압신호(V1~V8)를 인가받고, 부단자(-)가 제1저항(R1)을 통해 접지됨에 아울러 출력단이 제2저항(R2)을 통해 부단자(-)에 접속되는 연산 증폭기로 구성되며, 상기 디지털-아날로그 변환기(85a)의 감마전압 신호(V1~V8)를 상기 제1저항(R1)과 제2저항(R2)의 저항비에 의해 증폭하여 데이터 구동회로에 입력된 감마전압(GMA1~GMA8)을 출력한다.즉, 상기 증폭기를 통해 출력된 감마전압값은 수학식(2)의해 간단하게 구할 수가 있다.
여기서, Vout은 8비트 디지털-아날로그 변환기(85a)에서 출력된 출력값(V1~V8)을 나타낸 것이다.또한, 본 발명은 상기 8비트 디지털-아날로그 변환기(85a) 앞에 구동시스템과 연결되는 MICOM과 EEPROM을 두어 상기 구동시스템으로부터 공급된 데이터를 시리얼(serial) 통신을 통하여 EEPROM에 저장함으로써, 구동시스템을 껼 때마다 EEPROM에 저장된 데이터를 8비트 디지털-아날로그 변환기(85a)에 공급하여 자동으로 감마전압을 출력할 수 있다. 즉, MICOM을 통해 EEPROM에 프로그램 데이터를 저장함으로써, LCD 패널이 켜질 때마다 자동으로 감마전압을 출력시킬 수 있도록하여 한번의 프로그램으로 세밀한 전압발생이 가능하도록 한 것이다.종래에는 구동시스템에서 프로그램된 데이터를 6비트 디지털-아날로그 변환기에 출력하기 때문에, 구동시스템을 켤 때마다 6비트 디지털-아날로그 변환기에 데이터를 다운받아야 한다.반면에, 본 발명은 EEPROM에 프로그램된 데이터를 저장하기 때문에, 구동시스템이 켜질때마다 자동으로 EEPROM으로부터 설정된 감마전압 신호가 8비트 디지털-아날고그 변환기에 인가된다.
상기한 바와 같은 본 발명은 종래 6비트 디지털-아날로그 변환기 대신 8비트 디지털-아날로그 변환기를 감마전압 회로로 사용함으로써, 특별한 저항값 셋팅이나 복잡한 수학식의 계산 없이 감마 레벨간의 약 20 mV 수준의 세밀한 전압구현이 가능하도록 한 것이다.
상기와 같이 구성된 감마전압 회로의 구동방법은 시스템에 설정된 구동방법 받아 MICOM을 통해 EEPROM에 저장시키는 단계와, EEPROM에 저장된 데이터가 MICOM에 의해 8비트 디지털-아날로그 변환기로 입력되는 단계와, 입력 디지털 비디오 신호로부터 전압 레벨간의 미세한 차이를 가지는 감마전압들을 발생시키는 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기를 형성하는 단계와, 상기 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기로부터 출력되는 감마전압(GMA1∼GMA8)들을 OP-Amp를 통해서 증폭시키는 단계와, 증폭된 감마전압을 이용하여 데이터 라인들을 구동하기 위한 데이터 구동부를 형성하는 단계로 이루어진다.
상술한 바와 같이 본 발명의 감마전압 조정장치는 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기를 사용함으로써 세밀한 감마전압조절이 가능하게 하고, EEPROM과 MICOM을 이용하여 EEPROM에 프로그램 데이터를 저장하여 LCD 패널이 켜질 때마다 자동으로 감마 기준 전압을 출력시킬 수 있도록 하여 한번의 프로그램으로 세밀한 전압의 조정이 가능하게 하였다.
상술한 바와 같이 본 발명은 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기를 통하여 종래와 같은 저항값 셋팅과 복잡한 계산 없이도 감마전압 레벨간의 세밀한 전압을 조정할 수 있도록 하고, 구동시스템과 8비트 디지털-아날로그 변환기 사이에 MICOM과 EEPROM을 두어 설정된 감마 데이터이 시리얼(serial)통신을 통하여 EEPROM에 저장된 후 구동시스템의 전원이 들어오면 MICOM에 의해 구동시스템과 독립적으로 동작할 수 있도록 하여 한번의 프로그램을 통한 세밀한 전압값을 설정할 수 있다.

Claims (9)

  1. 복수의 게이트라인 및 데이터라인이 교차되어 복수의 화소가 정의된 액정패널;
    외부로부터 입력되는 영상 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 상기 액정패널에 인가하는 데이터 드라이버;
    상기 액정패널의 각 화소를 스위칭을 제거하기 위해 액정패널에 게이트 신호를 인가하는 게이트 드라이버;
    상기 데이터 드라이버와 게이트 드라이버의 동작을 제어하는 제어신호를 생성하여 출력하는 제어부; 및
    상기 데이터 드라이버에서 아날로그 영상신호로 변환하기 위한 감마전압 신호를 생성하여 상기 데이터 드라이버에 인가하는 감마전압 회로를 구비하며, 상기 감마전압 회로는 복수개의 감마전압 신호를 출력하는 8비트 디지털-아날로그 변환기(DAC)와, 상기 8비트 디지털-아날로그 변환기로부터 출력된 감마전압 신호(Vout)를 인가 받는 정단자(+)와 제1저항(R1)을 통해 접지되는 부단자(-) 및 제2저항(R2)을 통해 상기 부단자(-)와 연결되는 출력단으로 구성되어 상기 디지털-아날로그 변환기로부터 발생된 감마전압 신호를 증폭시킨 후, 증폭된 감마전압 신호를 데이터 드라이버에 인가하는 감마전압 증폭기를 구비하는 액정표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 감마전압 증폭기의 출력단에서 출력된 감마전압값은 (1+R2/R1)×Vout(DAC)로 계산되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 8비트 디지털-아날로그 변환기의 전단에 설정된 데이터를 저장할 수 있는 MICOM 및 EEPROM을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 삭제
  9. 구동시스템으로부터 설정된 데이터를 받아 MICOM을 통해 EEPROM에 저장시키는 단계;
    상기 EEPROM에 저장된 데이터가 MICOM에 의해 8비트 디지털-아날로그 변환기로 입력되는 단계;
    상기 8비트 디지털-아날로그 변환기를 통해 감마전압 신호를 출력하는 단계;
    상기 8비트 프로그래머블 디지털-아날로그 변환기로부터 출력된 감마전압을 감마전압 증폭기를 통해 증폭시키는 단계; 및
    상기 증폭된 감마전압 신호를 데이터 드라이버에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
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