KR100483400B1 - 액정표시장치의구동방법 - Google Patents

Abstract

화소 전극에 인가되는 데이터 전압의 극성에 따라 박막 트랜지스터의 턴 온 시간이 다르게 되도록 게이트 구동 전압을 인가하여, 화소 전극에 충전되는 전하량이 인가된 데이터 전압의 극성에 관계없이 항상 일정하게 되도록 액정 표시 장치를 구동한다. 게이트 온 제어 신호(output enable)의 펄스 폭을 변화시켜 게이트 구동 전압의 펄스 폭을 조절함으로써 박막 트랜지스터의 턴 온 시간을 조절이 가능하다.

Description

액정 표시 장치의 구동 방법

이 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(thin film transistor-liquid crystal display : TFT-LCD)의 구동 회로에 관한 것이다.

평판 표시 장치의 일종인 액정 표시 장치는 전압에 따라 빛의 투과도가 변하는 액정의 특성을 이용한 것으로써, 낮은 전압으로 구동이 가능하고 전력의 소모가 작아서 널리 이용되고 있다.

도 1에 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 화소에 대한 전기적 등가 회로도를 나타내었다. 도 1에서와 같이 개개의 화소는 게이트 선(gate line) G_n 및 G_n-1과 데이터 선(data line) D_n 및 D_n-1로 구분되며, 데이터 선을 통해 TFT의 드레인 전극에 인가된 데이터 신호는 게이트 선을 통한 게이트 신호가 TFT의 게이트 전극에 인가될 때 화소 전극과 유지 용량 전극에 충전된다. 여기서 화소 전극은 액정 커패시터(capacitor) Clc로 유지 용량 전극은 유지 커패시터 Cst로 공통 전극 전압은 Vcom으로 표시하였다. 화소 전극에 충전된 데이터 전압은 TFT의 게이트 전극과 드레인(drain) 전극간의 기생 커패시터 Cgd에 의해 전압이 강하되는데 이를 킥백(kick back) 전압이라고 하고 Vk로 표시한다.

액정 패널 상의 각각의 화소 전극에 연결된 TFT는 독립적으로 온(on) 또는 오프(off)되는 것이 아니라 하나의 게이트 선에 연결된 모든 TFT가 동시에 온 또는 오프되어 화소 전극에 데이터 전압이 인가되는 것을 제어한다. 이와 같이 게이트 선 별로 데이터 전압이 인가되는데 이 주기를 수평 라인 주기(1H)라고 한다. TFT를 온 시키기 위해서는 TFT의 포화(saturation) 영역의 전압을 게이트 선에 인가하여야 한다. 이 전압을 TFT의 턴 온(turn on) 전압이 되며 약 16 V이상의 값을 가지고, 일반적으로 게이트 구동 전압(Von)이라 한다. 이러한 게이트 구동 전압은 게이트 선의 자체 저항과 기생 용량에 의해 지연되어 화소 전극에 충전된 데이터 전압을 왜곡시키므로, 게이트 구동 전압의 인가를 제어하는 게이트 온 제어 신호(gate on enable) OE를 이용하여 게이트 구동 전압의 폭을 줄여 화소 전극에 인가한다.

도 2에 하나의 화소에 대한 게이트 구동 전압 Von과 데이터 전압 Vd 및 게이트 온 제어 신호 OE의 관계를 나타내는 파형도를 도시하였다. 도 1과 도 2에서와 같이 게이트 구동 전압이 인가되면 TFT는 턴 온 되어 데이터 전압이 액정 커패시터 Clc, 유지 커패시터 Cst 및 기생 커패시터 Cgd에 충전된다. 게이트 구동 전압은 게이트 온 제어 신호에 의해 오프되어 수평 라인 주기(1H) 보다 짧은 기간동안만 온 상태를 유지한다. 게이트 구동 전압이 오프되면 인가된 데이터 전압은 기생 커패시터로 인한 킥백 전압만큼 왜곡된 값으로 화소 전극에 유지된다.

액정의 열화를 방지하기 위해서 화소 전극에 인가되는 데이터 전압은 도 2에서와 같이 공통 전극 전압 (Vcom)에 대해 정극성과 부극성의 전압이 번갈아 인가된다. 따라서 개개의 화소에 충전되는 전압은 매 프레임(frame)마다 극성이 바뀌어 인가된다. 액정에 실제로 인가되는 전압의 실효치는 데이터 전압과 공통 전극 전압 사이의 면적으로 정해지며, 따라서 공통 전압을 중심으로 한 면적이 대칭이 되도록 하여야 일정한 전압을 화소 전극에 인가할 수 있다. 그러나 킥백 전압은 데이터 전압의 극성에 관계없이 항상 데이터 전압을 끌어내리는 방향으로 작용하므로 정극성의 데이터 전압과 부극성의 데이터 전압은 서로 다른 값을 가지게 된다. 이것은 결국 화면이 떨리는 플리커(flicker)를 유발시킨다.

종래에는 이러한 킥백 전압에 기인한 플리커를 줄이기 위해 공통 전극 전압 레벨을 조정하여 정극성의 데이터 전압과 부극성의 데이터 전압이 대칭 되도록 하였으나 화소 전극을 이루는 액정의 유전율은 인가 전압에 따라 변화하므로 정확히 킥백 전압을 보상하기가 어려운 단점을 가지고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 과제는 TFT의 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 기생 커패시터에 기인한 플리커를 줄임으로써 액정 표시 장치의 표시 품질을 향상시키는 것이다.

이러한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에서는 화소 전극에 인가되는 데이터 전압의 극성에 따라 TFT의 턴 온 시간이 다르게 되도록 게이트 구동 전압을 인가하여 화소 전극에 충전되는 전하량이 인가된 데이터 전압의 극성에 관계없이 항상 일정하게 되도록 액정 표시 장치를 구동한다.

각각의 화소 전극에 연결된 TFT의 턴 온 시간은 게이트 구동 전압의 펄스 폭에 따라 결정되고, 게이트 구동 전압의 오프 시점은 게이트 온 제어 신호의 인가 시점에 따라 결정된다. 따라서 게이트 온 제어 신호의 펄스 폭을 조절하여, TFT의 턴 온 시간 조절이 가능하다.

이와 같이 화소 전극에 충전되는 데이터 전압의 레벨이 데이터 전압의 극성에 관계없이 항상 일정하게 됨으로써 킥백 전압에 기인한 플리커를 감소시킬 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 한 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 3에 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 게이트 구동 전압(Von)과 게이트 온 제어 신호(OE)의 관계를 나타내는 파형도를 도시하였다. 도 1과 도 3을 참조로 하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법을 설명한다. 도 3에서는 종래의 방법과의 비교를 위해 종래의 게이트 구동 전압은 점선으로 함께 표시하였다.

먼저 액정 패널 상의 개개의 화소 영역에 형성된 TFT의 소스(source) 전극에 데이터 전압을 인가한다. 이 때, 데이터 전압은 수평 라인 주기(1H)로 공통 전극 전압에 대해 정극성과 부극성의 전압을 번갈아 인가한다.

게이트 선에 차례로 게이트 구동 전압을 인가하여 게이트 선에 연결된 TFT를 턴 온 시킨다. 이 때 게이트 구동 전압은 TFT의 게이트 전극에 인가되어 TFT를 턴 온 시킨다. TFT가 턴 온 되면 TFT의 소스 전극에 인가된 데이터 전압이 TFT의 드레인 전극을 통해 화소 전극에 충전된다. 이 때 액정 패널에 유지 용량 전극이 형성된 경우는 화소 전극과 병렬로 유지 용량 전극에도 데이터 전압이 충전된다.

다음으로 게이트 온 제어 신호(OE)를 인가하여 상기 게이트 구동 전압을 오프시킨다. 이 때 게이트 온 제어 신호는 도 3에서와 같이 화소 전극에 인가된 데이터 전압의 극성에 따라 서로 다른 펄스 폭을 가지고 인가된다. 따라서 게이트 구동 전압의 오프 시점도 화소 전극에 인가된 데이터 전압의 극성에 따라 달라지게 되어, 게이트 구동 전압은 도 3과 같이 서로 다른 펄스 폭을 가진다. 따라서 정극성의 데이터 전압이 인가된 TFT와 부극성의 데이터 전압이 인가된 TFT의 턴 온 시간이 서로 다른 값을 갖는다.

이러한 경우에 정극성의 데이터 전압이 충전된 경우에 화소 전극의 전하량은 Qp, TFT의 턴 온 시간은 Tp로 표시하고, 부극성의 데이터 전압이 충전된 경우에 화소 전극의 전하량은 Qn, TFT의 턴 온 시간은 Tn으로 표시하며, 화소 전극의 커패시턴스(capacitance)를 Clc, 데이터 전압을 Vd, 킥백 전압을 Vk, TFT의 소스에서 드레인 전극으로 흐르는 전류를 I 라고 표시하면, 이들은 다음의 식 1과 식 2와 같은 관계를 가진다.

[수학식 1]

[수학식 2]

식 1과 식 2에서와 같이 데이터 전압의 극성에 따라 화소 전극에 충전된 전하량은 Clc*2*Vk 만큼의 차이를 가진다. 이것은 킥백 전압이 화소 전극에 인가되는 데이터 전압의 극성에 관계없이 항상 데이터 전압을 끌어내리는 방향으로 발생되기 때문이다. 따라서 화소 전극에 인가되는 데이터 전압의 극성에 관계없이 항상 일정한 전하량이 화소 전극에 충전되도록 하기 위해서, 즉 Qp와 Qn의 값이 같도록 하기 위해서는, Tp-Tn이 Clc*2*Vk/I의 값을 갖도록 TFT의 턴 온 시간을 조절하면 된다. 이러한 Tp-Tn의 값은 식 1과 식 2를 같게 두어 유도할 수 있으며 항상 양수 값을 가지므로 Tp가 Tn보다 크다.

TFT의 턴 온 시간은 게이트 온 제어 신호의 폭을 변화시켜 게이트 구동 전압의 오프 시점을 데이터 전압의 극성에 따라 다르게 인가함으로써 조절할 수 있다. 즉 데이터 전압의 극성에 따라 서로 다른 펄스 폭을 갖는 게이트 구동 전압이 TFT에 인가됨으로써 화소 전극에 충전된 데이터 전압이 공통 전극 전압(Vcom)에 대해 거의 대칭적으로 되게 할 수 있다. 따라서 화소 전극에 충전되는 전하량은 항상 일정한 값을 가질 수 있다.

상기한 구동 과정이 액정 패널 상의 모든 화소에 대해 적용되면 한 프레임의 구동이 종료된다. 다음 프레임에서는 이전 프레임에서 정극성의 데이터 전압이 인가된 게이트 선에는 부극성의 데이터 전압을, 이전 프레임에서 부극성의 데이터 전압이 인가된 게이트 선에는 정극성의 데이터 전압을 인가하여 상기한 단계를 반복한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법에서는 화소 전극에 인가되는 데이터 전압의 극성에 따라 TFT의 턴 온 시간이 차이가 나도록 게이트 구동 전압을 인가함으로써, 화소 전극의 충전 특성이 인가되는 데이터 전압의 극성에 관계없이 항상 일정하게 되어 플리커를 감소시킬 수 있다. 따라서 액정 표시 장치의 화질을 향상할 수 있다.

비록 이 발명은 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 발명은 상기 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 청구의 범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.

도 1은 액정 표시 장치의 화소에 대한 등가 회로도이고,

도 2는 액정 표시 장치의 구동 회로에서 게이트 구동 전압, 게이트 온 제어 신호 및 화소 전극에 충전된 데이터 전압의 상관 관계를 도시한 파형도이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 회로에서 게이트 구동 전압과 게이트 온 제어 신호의 상관 관계를 도시한 파형도이다.

Claims (3)

1. 액정 패널에 열 방향으로 형성되어 있는 복수의 데이터선에 정극성 또는 부극성의 데이터 전압을 인가하는 단계,

   상기 액정 패털에 행 방향으로 형성되어 있는 복수의 게이트선에 차례로 게이트 구동 전압을 인가하여 상기 게이트선에 연결된 박막 트랜지스터를 턴 온 시키는 단계, 그리고

   상기 박막 트랜지스터가 턴 온됨에 따라 상기 데이터 전압이 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극에 충전되는 단계

   를 포함하며,

   상기 정극성 및 부극성 데이터 전압에 대한 상기 게이트 구동 전압의 펄스폭이 서로 다른 값을 가지는 액정 표시 장치의 구동 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 정극성 데이터 전압에 대한 상기 게이트 구동 전압이 상기 부극성 데이터 전압에 대한 상기 게이트 구동 전압보다 큰 펄스 폭을 가지는 액정 표시 장치의 구동 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 박막 트랜지스터는 각각 상기 데이터선, 상기 게이트선 및 상기 화소 전극에 연결된 제1 내지 제3 전극을 가지며,

   상기 정극성 및 부극성 데이터 전압에 대한 상기 게이트 구동 전압의 펄스 폭의 차이는

   

   로 주어지며,

   Clc는 상기 화소 전극의 커패시턴스이며, Vk는 상기 박막 트랜지스터의 제2 및 제3 전극 사이의 기생 커패시턴스이고, I는 상기 박막 트랜지스터의 제1 및 제3 전극 사이에 흐르는 전류인 액정 표시 장치의 구동 방법.

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