KR100495759B1 - 액정 표시 장치용 공통 전극 전압 구동 회로 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치용 공통 전극 전압을 제공하는 제어 회로는 공통 전극에 인가된 전압을 액정층의 커패시턴스에 영향을 미치는 다양한 요소들에 따라 동적으로 제어한다. 공통 전극 제어 회로는 공통 전극 전압을 현재의 최대 및 최소 표시 장치 전압에 따라 동적으로 조정한다. 또한, 공통 전극 제어 회로는 공통 전극 전압을 온도 변화뿐만 아니라 게이트와 소스간의 기생 커패시턴스에 따라 조정한다. 따라서, 제어 회로는 액정층의 의도하지 않은 전하 축적을 야기할 수 있는 매우 중요한 인자들을 보상한다.

Description

액정 표시 장치용 공통 전극 전압 구동 회로{Common electrode voltage driving circuit for a liquid crystal display}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 액정 표시 장치의 공통 전극에 인가되는 전압을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD)는 적절한 공간 및 전력을 필요로 하여 매우 다양하게 널리 이용되고 있다. 이러한 특성들 때문에, LCD는 휴대용 컴퓨터, 소형 텔레비젼, 항공기, 우주선 및 휴대용 센서와 같은 공간적으로 민감하고 전력 소비가 적은 제품에 매우 유용하게 사용된다. LCD의 개발이 지속됨에 따라, 더욱 많은 제품들이 많은 유형의 LCD 기술을 사용하게 될 것이다.
일반적으로, 전형적인 LCD는 2 개의 기판 사이에 삽입된 액정층을 구비한다. 이러한 LCD는 픽셀로 세분되어 있는데, 각 픽셀은 하나의 기판 위에 형성된 다수의 표시 장치 전극들을 통하여 주소 지정이 가능하다. 반면에, 제2 기판은 액정층에 가장 인접한 표면 위에 형성된 상대적으로 큰 단일 전극을 갖는다. 이 전극은 종종 공통 전극으로 불리는 카운터 전극(counter electrode)으로 사용됨으로써, 액정층에 대한 표시 장치 전극의 각각에 관한 커패시턴스를 형성한다. 주소 지정이 가능한 표시 장치 전극들을 적절한 신호를 사용하여 공통 전극에 관하여 충전시키면, 액정의 불투명도는 액정에 형성되는 전위의 크기에 따라 변화한다. 따라서, 다양한 표시 장치 전극들에게 적절한 표시 신호들을 제공함으로써, 영상이 LCD 상에 형성될 수 있다.
액정층에 인가되는 전압의 크기가 픽셀의 투과율(transmissivity)을 결정하기 때문에, 공통 전극에 인가되는 전압을 조정함으로써 원하는 영상을 표시 장치상에 형성되도록 한다. 일반적으로, 공통 전극은 거의 일정한 전압을 유지하기 위하여 안정화된(regulated) 전원 및 저항성 분할기(resistive divider)와 연결시킨다. 그후, 표시 장치의 모든 전극들은 공통 전극에 인가된 하나의 정전압을 기준 전압으로서 사용하는 표시 신호들에 의해 구동될 수 있다.
공통 전극 전압을 조정하는 것은 고정된 표시 신호용 기준 전압을 공급하는 것에 영향을 미치기도 하지만, 표시 장치의 전극과 공통 전극 사이에 의도하지 않았던 전하량 차이가 발생할 수 있으며 표시 장치의 신호를 비고의적으로 변화시킬 수도 있다. 예컨대, 동일한 영상이 연장된 주기동안 LCD 상에 유지되면, 영상이 변화할 때 완전히 방전되지 않는 전하들이 액정층에 축적될 것이다. 이로써 긴 시간 동안 영상이 유지됨으로써, 이어지는 다음 영상을 위한 다른 데이터 신호가 인가된 후에도 이전 영상이 LCD 상에 여전히 나타나게 된다. 이것은 LCD에 의해 제공되는 영상의 질을 저하시킬 뿐만 아니라, 전하의 축적으로 인해 LCD의 수명이 감소될 수 있다.
이러한 바람직하지 못한 효과들을 줄이기 위하여, 대부분의 영상 시스템은 LCD를 교류(AC) 신호로 구동시킨다. 특히, 구동 신호들의 극성은 주기적으로, 예컨대 매 프레임(frame)마다 반전된다. 따라서, 하나의 프레임 주기 동안 표시 장치 전극과 공통 전극 사이에 인가된 전위의 전극은 선행된 프레임 주기의 극성과 반대가 된다. 공통 전극에 인가되는 전압은 표시 장치 구동 회로에 의해 제공되는 양 및 음의 최대 신호 전압들 사이의 중간 전압으로 설정된다. 그 결과로써, 하나의 극성 신호에 의해 표시 장치 전극상에 남아 있는 전하들은 이어지는 다음의 반대 극성 신호에 의해 없어지게 된다.
그런데, 표시 장치 전극들에 AC 신호들을 인가함에도 불구하고, 표시 신호들의 크기의 변화로 인하여 전하량 차이가 액정층에 걸쳐서 발생할 수 있다. 예컨대, 표시 신호들에 의해 제공되는 전력은 많은 부하(loading) 상태하에서 때때로 저하될 수 있다. 그 결과, 표시 신호들의 평균 전압값은 공통 전극에 인가되는 전압의 원래의 최대 크기들 사이의 중간값으로부터 이탈하게 된다. 그 결과, 공통 전극에 대하여 양 또는 음의 전하들이 표시 장치 전극들 상에 축적될 수 있으며, 표시 장치를 열화시킬 수 있다.
또한, LCD의 다른 특성들은 액정층의 전압 보유에 기여하게 될 것이다. 특히, 표시 신호들은 주로 박막 트랜지스터(TFT)로 이루어져 각각의 픽셀에 전용되는 스위칭 소자를 일반적으로 사용하여 각각의 표시 장치 전극에 공급된다. 그런데, TFT는 보통 게이트와 소스 사이에서 기생 커패시턴스를 나타낸다. 기생 커패시턴스의 크기는 TFT의 구조와 보통 관련되어 있으므로, 각각의 표시 장치의 구조에 따라 변화한다. 이러한 기생 커패시턴스들은 TFT의 게이트에 인가된 전압을 분할시키므로, 표시 신호에 의해 게이트에 인가되는 유효 전압을 변화시키게 된다. 그 결과, 표시 장치 전극은 공통 전극의 기준 전위에 기초한 표시 신호에 응답하여 완전히 충전 또는 방전할 수 없게 된다.
표시 장치 전극에 보유된 잔류 전압은 또한 액정층의 온도 변화에 기인할 수 있다. 특히, 액정층의 온도는 커패시턴스에 영향을 미치며, 또한 게이트 및 소스 기생 커패시턴스에 의해 형성된 용량성 분할기의 특성에 영향을 미친다. 그 결과, 주위의 조건들, 전원 또는 후면 발광(backlighting)으로 인한 액정층의 온도 변화들은 전극들의 전하 보유에 기여할 수 있다.
삭제
도 1은 LCD 및 이에 대응하는 제어 회로의 전형적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 LCD용 표시 장치의 전형적인 전극 어레이를 도시한 도면이다.
도 3은 반대편 기판 상의 공통 전극 및 이에 대응하는 공통 전극 제어 회로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다양한 특징에 따른 공통 전극 제어 회로를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 특징에 따른 공통 전극 제어 회로의 개략도이다.
본 발명의 다양한 특징에 따라, 공통 전극을 구동시키는 회로는 액정층에 인가된 전압에 영향을 미치는 인자들에 따라 공통 전극에 인가된 전압을 동적으로 조정한다. 하나의 실시예에 있어서, 공통 전극 제어 회로는 표시 장치 회로의 현재의 최대 및 최소 전압들에 따라 공통 전극 전압을 동적으로 조정한다. 또한, 온도 변화에 의해 야기되는 액정층 커패시턴스의 변화를 보상하기 위하여, 공통 전극 제어 회로는 게이트와 소스 사이의 기생 커패시턴스에 의해 형성된 용량성 분할기(capacitive divider)의 결과에 따라 공통 전극 전압을 조정한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 액정층에서의 의도하지 않은 전하 차이 축적을 야기시킬 수 있는 주요한 변수들이 공통 전극상의 전압을 제어하기 위하여 사용된다. 그 결과, 비고의적으로 액정셀에 인가되는 전압 성분들을 감소시키게 된다.본 발명의 주제는 명세서의 결론부에서 특히 강조되고 주장된다. 그러나, 본 발명은 구성 및 동작의 방법 모두, 특허 청구 범위 및 첨부되는 도면과 함께 하기 발명의 상세한 설명을 참고함으로써 가장 잘 이해될 것이다.
도 1을 참조하면, 액정 표시 장치(LCD)(100)는 표시 장치 기판(102), 반대편 기판(104), 기판(102, 104) 사이의 액정층(106), 표시 장치 구동 회로(108) 및 공통 전극 제어 회로(110)를 적절하게 구비한다. 표시 장치 기판(102) 및 반대편 기판(104)은 서로 마주보도록 배치시키며, 그 사이에 액정층(106)이 놓이는 좁은 간격을 가지도록 배치시킨다. 각 기판(102, 104)은 유리 또는 아크릴 같은 투명성 물질로 적절하게 이루어지며, 그 외부 표면을 덮는 편광판(103, 103A)을 각각 가진다. 액정층(106)은 이 액정층(106)의 양단에 인가되는 전계에 응답하는 편광 특성으로 인하여 선택적 투과성을 갖는 임의의 적절한 물질로 이루어진다. LCD(100)는 트위스트 네마틱 모드(twisted nematic mode), 수퍼트위스트 네마틱 모드(supertwisted nematic mode) 또는 액티브 매트릭스 트위스트 네마틱(active matrix twisted nematic) LCD로 이루어진다. 그런데, 본 실시예에 있어서, LCD(100)는 액티브 매트릭스 트위스트 네마틱 LCD이다. 상기 LCD(100)는 본 발명의 다양한 특징에 따른 LCD의 가능한 구성의 단지 하나라는 점에 유의해야 한다. 또한, 비록 도 1에 도시되지 않고 본 명세서에서 설명되지도 않았지만, 상기 LCD는 필요한 전원, 메모리 등과 같은 표시 장치 시스템과 일반적으로 관련된 구성 요소를 더 구비할 수 있다.
표시 장치 기판(102)은 그 한쪽 표면 위에 형성된 표시 장치 전극 어레이(112)를 적절하게 구비하는데, 이 때 상기 표면은 액정층(106)에 가장 가까운 표면인 것이 바람직하다. 이와 마찬가지로, 반대편 기판(104)도 한쪽 표면 위에 형성된 적어도 하나의 공통 전극(114)을 구비하는데, 이 때 상기 표면은 액정층(106)에 인접한 표면인 것이 바람직하다. 표시 장치 전극 어레이(112)는 표시 장치 구동 회로(108)와 연결시키며, 공통 전극(114)은 공통 전극 제어 회로(110)와 연결시킨다. 표시 장치 구동 회로(108) 및 공통 전극 제어 회로(110)는 각각의 전극(112, 114)에 인가된 신호들을 제어하고, 각종 위치에서 편광판과 함께 액정층(106)의 투과성을 선택적으로 변경시킴으로써, LCD(100) 상에 영상을 쉽게 형성한다.
특히, 이하 도 2를 참조하면, 표시 장치 전극 어레이(112)는 복수 개의 주소 지정이 가능한 픽셀(200)들로 적절하게 이루어지며, 격자 형태로 형성된다. 표시 장치 전극 어레이(112)는 표시 장치 기판(102)의 표면 위에 형성된 복수 개의 로우 전극(202) 및 복수 개의 칼럼 전극(204)으로 적절하게 이루어지며, 이때 로우 전극(202)은 칼럼 전극(204)과 직교하도록 배치한다. 로우 및 칼럼 전극(202, 204)은 인듐-주석-산화물(ITO)과 같은 적절한 전기적 도전 물질로 이루어진다. 특정의 로우 전극(202) 및 특정의 칼럼 전극(204)의 각 조합은 하나의 픽셀(200)에 대응한다. 각 픽셀(200)은 표시 장치 전극(206)을 구비하며, 또한 로우 및 칼럼 전극(202, 204)의 적절한 조합에 의하여 주소 지정이 가능한 적절한 전기적 도전 물질로 이루어진다. 가시광선이 LCD(100)를 통하여 전송될 수 있도록 하기 위하여, 표시 장치 전극(206)은 패터닝된 ITO막과 같이 실질적으로 투명한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
표시 장치 전극(206)은 스위칭 소자를 통해 대응하는 로우 전극(202) 및 칼럼 전극(204)에 연결된다. 스위칭 소자는 로우 및 칼럼 전극(202, 204)을 통해 표시 장치 전극(206)의 선택적 충전 및 방전을 용이하게 하도록 적절하게 구성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 임의의 적절한 스위칭 소자가 제공되어 적절하게 구성될 수 있지만, 스위칭 소자는 박막 트랜지스터(TFT)(208)로 이루어지는 것이 적절하다. 예컨대, TFT(208)의 게이트는 로우 전극(202)과 연결시키며, 소스는 칼럼 전극(204)과 연결시키며, 드레인은 표시 장치 전극(206)과 연결시킨다. 따라서, 표시 장치 전극(206)에 인가된 전하는 로우 및 칼럼 전극(202, 204)에 신호들을 인가함으로써 선택적으로 조정시킬 수 있다. 로우 전극(202)을 통해 TFT(208)의 게이트에 인가되는 신호는 TFT(208)의 드레인과 소스 사이에 전류가 흐르는지 여부를 제어하고, 칼럼 전극(204)을 통해 소스에 인가되는 신호는 표시 장치 전극(206)에 전송되는 전하량을 제어한다.
표시 장치 전극 어레이(112)와는 달리, 단일 기준 전압이 공통 전극(114)에 적절하게 인가된다. 그런데, 이 공통 전극(114)은 임의의 적절한 방법으로 구성될 수 있다. 예컨대, 공통 전극(114)은 반대편 기판(104)의 표면에 분산된 복수 개의 소자들의 격자 형태로 분리될 수 있거나, 도 3에 도시된 바와 같이 반대편 기판(104)의 전체 표면에 걸쳐 하나의 전극이 형성될 수 있다. 공통 전극(114)은 실질적으로 적절한 임의의 전기 도전용 투명 물질로 이루어 질 수 있으며, LCD(100)의 특별한 응용에 적합하여야 할 것이다.
각각의 표시 장치 전극(206)은 액정층(106)에 대해 형성된 공통 전극(114)의 적어도 한 부분과 서로 마주 보게 배치되어 있으므로, 이 때 각각의 표시 장치 전극(206)은 공통 전극(114), 유전 물질로서의 역할을 하는 삽입된 층간 액정층(106)과 함께 셀 커패시터를 형성한다. 표시 장치 전극(206)은 각각의 픽셀(200)과 연결되어 있지만, 반대편 기판(104) 상의 공통 전극(114)은 모든 픽셀(200)에 대한 기준 전압을 제공한다. 따라서, 공통 전극(114)에 인가되는 전압에 대하여 각각의 표시 장치 전극(206)에 인가된 전압을 변경시킴으로써, 전계가 불연속적 위치에서 액정층(106)에 대해 선택적으로 형성될 수 있다. 이러한 전계의 형성은 이에 대응하는 액정층(106)의 분자의 재배열을 야기함으로써, 픽셀(200)에 인접한 층의 편광판과 함께 광학적 투과율을 변경하여 영상이 쉽게 형성되도록 한다.
각각의 표시 장치 전극(206)과 관련된 전하, 이에 따른 LCD(100) 상에 형성되는 영상은 표시 장치 구동 회로(108)에 의해 제어된다. 이 표시 장치 구동 회로(108)는 LCD(100)를 구동하기 위하여 구성된 임의의 표시 장치 구동 회로(108)로 적절하게 이루어진다. 표시 장치 구동 회로(108)는 각각의 표시 장치 전극(206)상의 전하량을 제어하기 위하여 표시 장치 기판(102) 상에 형성된 다양한 픽셀(200)에 신호들을 적절하게 제공한다.
특히, LCD(100) 상에 영상을 표시하기 위하여, 표시 장치 구동 회로(108)는 각 TFT(208)의 게이트에 선택 게이트 구동 신호(Gn)를 인가하여 각각의 로우 전극(202)을 순차적으로 선택한다. 이 선택된 로우 전극(202)에 연결된 TFT(208)는 게이트 구동 신호(Gn)에 의해 활성화됨으로써, 이 활성화된 TFT(208)의 하나와 연결된 각 표시 장치 전극(206)은 TFT(208)의 드레인 및 소스에 걸쳐 대응하는 칼럼 전극(204)에 전기적으로 연결시킨다. 게이트 구동 신호(Gn)를 인가함과 거의 동시에, 표시 장치 구동 회로(108)는 적절한 소스 구동 신호(Sn)를 칼럼 전극(204)에 인가시킨다. 칼럼 전극(204)에 인가된 소스 구동 신호(Sn)의 전압 레벨은 표시 장치 구동 회로(108)에 입력되는 영상 신호에 기초하여 결정된다. 그 결과, 대응하는 칼럼 전극(204)에 인가된 전압은 TFT(208)의 드레인 및 소스를 통해 연결된 표시 장치 전극(206)으로 또는 이 표시 장치 전극으로부터 전하를 전송시킨다.
따라서, 활성화된 로우 전극(202)에 연결된 픽셀(200)에 있어서, 표시 장치 전극(206) 상의 전하는 소스 구동 신호(Sn)에 따라 결정된다. 그런데, 선택된 로우 전극의 TFT(208)만이 활성화되었을 때, 나머지의 표시 장치 전극(206)은 영향을 받지 않은 상태로 유지된다. 결과적으로, 선택된 전위차가 각 픽셀(200)에 대한 표시 장치 전극(206)과 공통 전극(114) 사이에 인가될 것이다. 따라서, 액정층(106)의 대응되는 부분에 있어서, 편광판과 관련된 광학적 전송을 인가된 전위차의 레벨에 따라 적절하게 변경시킴으로써, 특정량의 빛이 표시 장치 기판(102)을 통하여 전송된다. 모든 픽셀(200)을 순차적으로 선택하고 구동시킴으로써, 영상이 LCD(100) 상에 표시되게 될 것이다.
본 발명의 다양한 특징에 따른 LCD(100)에 있어서, 공통 전극(114)에 인가되는 전압은 공통 전극 제어 회로(110)에 의해 제어된다. 이 공통 전극 제어 회로(110)는 액정층(106)에 대한 원치 않는 전하의 축적을 방지하기 위하여 선택된 변수들에 따라 공통 전극(114)에 인가된 전압을 동적으로 조정하도록 구성된다. 특히, 공통 전극 제어 회로(110)는 LCD(100)에 인가된 표시 신호와 관련된 최대 전압값의 평균값, 각 TFT(208)의 게이트와 소스 사이의 기생 커패시턴스 및 액정층(106)의 현재 온도에 따라 공통 전극(114)에 전압을 제공하도록 적절하게 구성된다.
예컨대, 이하 도 4를 참조하면, 적절한 공통 전극 제어 회로(110)는 표시 장치 구동 회로(108)에 응답하는 표시 신호 평균 회로(400), TFT(208)의 기생 커패시턴스 및 게이트 전압에 응답하는 기생 커패시턴스 신호 발생기(402), 액정층(106)의 온도에 응답하는 온도 신호 발생기(404) 및 합성 회로(406)로 이루어진다. 표시 신호 평균 회로(400), 기생 커패시턴스 보상 신호 발생기(402) 및 온도 보상 신호 발생기(404)는 픽셀(200)에서 원치 않는 전하 축적에 매우 중요하게 영향을 미치는 변수들에 대응하는 신호들을 생성한다. 따라서, 공통 전극 제어 회로(110)는 액정층(106)에 대한 가능한 전압의 의도하지 않은 축적을 최소화하기 위한 신호에 따라 공통 전극(114)에 전압을 인가한다.
특히, 표시 신호 평균 회로(400)는 널(null) 전압을 결정하도록 적절하게 구성되는데, 이 널 전압은 칼럼 전극(204)에 인가된 소스 구동 신호(Sn)의 최대값 및 최소값의 평균값인 것이 적절하다. 예컨대, 이하 도 4 및 도 5를 참조하면, 표시 신호 평균 회로(400)는 표시 장치 가산 회로(502) 및 평균 제산 회로(504)로 이루어진다. 표시 장치 가산 회로(502)는 소스 구동 신호(Sn)의 양극성 및 음극성 모드 모두에 있어서 LCD(100) 상에 인가되는 신호의 최대값 및 최소값의 크기를 가산한다. 예컨대, 양극성 모드에서 정상적으로 백색 표시 화면을 구동하는 표시 장치 구동 회로(108)는 특정의 픽셀(200)을 완전히 검은 색으로 구동하기 위하여 최대 전압을 특정의 칼럼 전극(204)에 인가한다. 반대로, 음극성 모드에서 표시 장치 구동 회로(108)는 픽셀(200)을 완전히 검은 색으로 구동하기 위하여 최소 전압을 칼럼 전극(204)에 인가한다. 유사한 최대 및 최소 전압이 각각의 극성 모드에서 정상적으로 검은 색 픽셀(200)을 완전히 백색으로 구동하기 위하여 인가된다.
최대 및 최소의 소스 구동 신호(Sn)는 LCD(100)의 구성에 따라 임의의 적절한 방식으로 생성될 수 있다. 예컨대, 최대 및 최소의 소스 구동 신호(Sn)는 소스 구동 신호(Sn)를 생성하는 표시 장치 구동 회로(108)로부터 직접 얻을 수 있다. 다른 방법으로, 상기 신호는 표시 장치 구동 회로(108)의 출력으로부터의 귀환 회로를 통하여 얻을 수 있다. 표시 장치 가산 회로(502)에 인가되는 신호의 크기 및 유형은 소스 구동 신호(Sn) 전압의 실제 레벨과 동일하거나, 또는 소스 구동 신호(Sn)의 최소 및 최대 구동 전압에 대응하여 처리된 임의의 신호일 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 평균 제산 회로(504)의 출력인 공통면 전압(common plane voltage)의 널 성분을 구함에 있어서 가장 중요한 점은 소스 라인의 최소 및 최대 구동 전압( Vsource- 및 Vsource+)을 입력으로 갖는 LCD의 표시 장치 가산 회로(502)의 출력의 평균값을 구하는 것이다. 소스 라인의 Vsource- 및 Vsource+ 구동 전압을 결정하는 방법은 소스 구동 칩이 소스 전압을 인가하거나 생성하기 위하여 사용하는 방법에 의존한다. 구동기의 일부 유형은 외부 공급 회로로부터 최대 및 최소 기준 전압을 인가하는 반면에, 구동기의 다른 유형들은 최대 및 최소 기준 전압을 내부적으로 생성한다. 공통면 전압의 널 성분을 결정하는 방법은 소스 구동기 또는 구동기들의 출력들 또는 예비(spare) 출력을 이용하고, 이들을 조정된 입력값으로 샘플링하여 Vsource+ 및 Vsource- 기준 전압을 출력으로 생성한 후, 공통면 전압의 널 성분용으로 상기 출력들의 평균을 구하는 것이 바람직하다.
최소 및 최대 소스 기준 전압은 다양한 다른 방법으로 구할 수 있다. 그 방법은 표시 장치에 사용된 LCD 소스 구동기의 유형에 따라 우선적으로 결정되는 것이 바람직하다. 소스 구동기는 일반적으로 4가지 설계 유형, 즉 교차점(cross point) 스위치, 샘플링된 아날로그 기준(sampled analog references), 디지털/아날로그 변환(DAC), 및 직접 아날로그 샘플링(direct analog sampling) 중 하나이다.
교차점 스위치 소스 구동기들은 디지털 워드를 수신하고 이를 소스 구동기에 인가된 다수의 정밀 기준 공급들 중의 하나를 선택하기 위하여 사용한다. 이러한 실시예는 전압 조정기에서의 Vsource+ 및 Vsource- 기준 전압들을 결정하고 널 전압 성분용으로 평균을 구함으로써 이루어질 수 있다.
샘플링된 아날로그 기준 구동기(또는 샘플 램프 구동기로도 알려짐)들은 디지털 입력을 수신하여 이를 정밀 아날로그 기준 파형이 원하는 값을 갖는 시간을 선택하기 위하여 사용한다. 아날로그 기준 또는 램프는 또한 소스 구동기에 공급된다. Vsource+ 및 Vsource- 기준값들은 아날로그 기준 전압 발생의 제어된 샘플 및 유지 회로(hold circuit)를 사용하여 결정되며, 이는 널 성분을 결정하기 위해 평균을 구하는 것과 결부된다. Vsource+ 및 Vsource- 기준 소스들은 양 및 음의 최대값 검출기를 사용한 후 널 전압 성분을 위한 평균값을 구함으로써 또한 결정될 수 있다.
디지털/아날로그(D/A) 변환기의 소스 구동기는 디지털 입력을 수신하여 정밀한 기준 전압을 소스 구동기 출력에 직접적으로 생성시키기 위하여 이를 사용한다. 이 실시예는 DAC에 사용하는 Vsource+ 및 Vsource- 기준 소스를 결정하고 널 전압 성분에 대한 평균을 구하는 데 사용하는 것이 바람직하다.
직접 아날로그 샘플 소스 구동기는 소스 구동기에 공급된 원하는 값을 나타내는 교류 반전 아날로그 입력 파형을 수신하고 증폭시킨다. 소스 구동기는 원하는 값을 가진 표시 신호를 제공하기 위하여 출력 구동기의 물리적 위치에 대응하는 적절한 시간에 입력 파형을 샘플링한다. 이 실시예는 출력 구동기의 샘플용으로 Vsource+ 및 Vsource-를 결정하고, 샘플링된 출력에 대해서 양 및 음의 최대값 검출기를 사용한 후, 널 전압 성분에 대한 평균을 구하는 것이 필요하다.
최대 및 최소 전압 레벨은 표시 장치 가산 회로(502)에 제공되는데, 이는 전압 레벨을 더하여 가산 신호를 생성시킨다. 그후, 상기 가산 신호는 가산 신호의 평균을 구하기 위하여 가산 신호를 2로 나누는 평균 제산 회로(504)에 입력되는데, 평균 제산 회로는 전압 분할기가 적절하다. 그런데, 평균 제산 회로(504)는 소스 구동 신호(Sn)에 따라 공통 전극(114)에 대한 기준선(baseline) 널 전압을 형성하는 적절한 임의의 구성으로 구현될 수 있다.
반면에, 기생 커패시턴스 보상 신호 발생기(402)는 게이트에 인가된 게이트 구동 신호(Gn)에 따른 TFT(208)의 게이트와 소스 사이의 기생 커패시턴스의 효과에 대응하는 신호를 생성하는 것이 적절하다. 기생 커패시턴스는 게이트와 소스 사이에서 분할기로서 동작하므로, 적절한 공통 전극 전압은 표시 장치 구동 회로(108)에 의해 생성되는 게이트 구동 신호(Gn)의 크기에 반비례한다. 따라서, 공통 전극 제어 회로(110)는 표시 장치 구동 회로(108)에 의해 생성되는 게이트 구동 신호(Gn)를 나타내는 신호를 수신하고, 공통 전극(114)에 인가된 전압을 반비례하도록 조정하는 것이 적절하다.
본 실시예에 있어서, 기생 커패시턴스 보상 신호 발생기(402)는 게이트 구동 신호(Gn) 전압에 기초한 신호를 제공하고, 게이트 구동 신호(Gn)가 TFT(208)의 게이트에 인가될 때 게이트와 소스 사이의 기생 커패시턴스 효과를 보상하는 신호를 생성한다. 예컨대, 게이트 구동 신호(Gn)는 적절하게 정류된다. 도면에 도시되지는 않았지만, AC 게이트 구동 신호(Gn)를 정류하기 위한 적절한 임의의 정류기(도시 생략됨)가 제공될 수 있다. 게이트 구동 신호(Gn)는 표시 장치 구동 회로(108)로부터 직접 얻을 수 있거나, 또는 LCD(100)의 표시 장치 구동 회로(108)의 출력으로부터의 귀환 회로를 통하여 얻을 수 있다. 기생 커패시턴스 보상 신호 발생기(402)에 제공되는 신호는 실제의 게이트 구동 신호(Gn)이거나, 또는 게이트 구동 신호(Gn)를 나타내거나 이 게이트 구동 신호에 대응하는 임의의 처리 신호일 수 있다.
정류된 신호가 기생 커패시턴스 보상 회로(506)에 제공되는데, 이는 정류된 신호를 적절한 게이트 기생 상수로 나눈다. 게이트 기생 상수는 LCD(100) 구성에 기초하여 결정되므로 LCD(100)가 조립되는 공장에서 적절히 결정되며, 약 10의 범위내인 것이 일반적이다. 게이트 기생 커패시턴스는 TFT 제조 공정 동안 발생하는 오정렬(misalignment)에 의해 주로 영향을 받는다. 예컨대, 게이트 기생 상수는 게이트 절연체의 두께 및 TFT(208) 정렬의 함수이며, 양쪽 모두 LCD(100)의 제조 공정 동안 설정된다. 게이트 기생 커패시턴스는 다른 TFT의 제조 공정 동안 발생하는 오정렬에 의해 주로 영향을 받는다. 기생 게이트 상수에서의 주요 인자는 제조 허용 한도로 인한 Cas의 변화, 제조 허용 한도로 인한 Cstorage의 변화, 게이트 구동 전압(피크 대 피크)의 변화, 게이트 구동 전압의 변화율()이다. 따라서, 게이트 기생 상수를 조정함으로써, LCD(100)가 조립된 후 세트(set)될 때 상기 상수가 적절한 값으로 결정될 수 있다. 다른 방법으로, 적절한 게이트 기생 상수를 결정하고 적절한 기생 커패시턴스 보상 신호를 생성하는 다른 적절한 구성이 제공될 수 있다. 따라서, LCD(100)는 적절한 게이트 기생 상수를 사용하여 동작시킬 수 있도록 개별적으로 조정할 수 있다.
이와 마찬가지로, 온도 보상 신호 발생기(404)는 온도의 함수로서 액정층(106)의 커패시턴스를 나타내는 신호를 생성하는 것이 바람직하다. 액정층(106) 온도의 변화는 액정층(106)의 유전적 특성 및 저항의 변화를 야기함으로써, 표시 장치 전극(206) 및 공통 전극(114) 사이의 셀 커패시턴스 및 시(時) 상수의 변화를 초래한다. 이러한 유전적 특성의 차이는 게이트, 드레인 및 소스 기생 커패시턴스 및 액정층의 커패시턴스에 의해 형성되는 용량성 분할기에서 변화를 야기할 것이다. 온도 보상 신호 발생기(404)는 적절한 널 전압을 유지하기 위하여 액정층(106)의 온도에서의 변화에 따라 공통 전극(114) 전압을 조정하는 적절한 신호를 생성한다.
온도 보상 신호 발생기(404)는 LCD(100)와 연결된 온도 센서(408)로부터 신호를 수신한다. 온도 센서(408)는 원래의 온도 신호를 생성하며, 이 신호는 온도 보상 신호 발생기(404)에 공급된다. 온도 센서(408)는 상업적으로 입수할 수 있는 열전지(thermocouple)와 같은 온도에 대응하는 신호를 발생하는 적절한 유형의 센서로 이루어진다. 온도 보상 신호 발생기(404)에 인가된 신호는 온도 센서(408)에 의해 생성되는 원래의 신호로 적절히 이루어지거나, 온도 센서(408)에 의해 생성되는 신호에 대응하는 처리된 신호로 이루어 질 수도 있다. 온도 센서(408)에 의해 생성되는 신호는 액정층(106)의 온도를 나타내거나 이 액정층의 온도에 대응하는 신호의 일종일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 온도 센서(408)는 액정층(106)의 온도에 따라 거의 선형적으로 변화하는 전압을 갖는 신호를 생성한다.
온도 센서(408)로부터 수신된 신호는 액정층(106)의 온도에 대응하는 신호를 제공하기 위하여 온도 보상 신호 발생기(404)에 의해 처리되며, 따라서 이 신호는 공통 전극(114)에 인가된 전압을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 예컨대, 온도 보상 신호 발생기(404)는 전압 제산 회로와 같이 온도 센서(408)로부터 수신되는 신호를 온도 상수에 의해 나누는 온도 제산 회로(508)를 포함하는 것이 적절하다. 온도 상수는 액정의 유형 및 LCD(100)의 구성에 기초하여 미리 설정된 상수로 적절히 이루어지며, 일반적으로 -40/C 부터 +85/C 까지의 150 mV의 범위 내에 있다.
표시 신호 평균 회로(400), 기생 커패시턴스 보상 신호 발생기(402) 및 온도 보상 신호 발생기(404)에 의해 생성된 신호들이 합성 회로(406)에 제공된다. 이 합성 회로(406)는 공통 전극(114)에 인가된 전압을 표시 신호 평균 회로(400), 기생 커패시턴스 보상 신호 발생기(402) 및 온도 보상 신호 발생기(404)로부터 수신되는 3개의 신호에 따라 제어하는 회로로 이루어진다. 예컨대, 합성 회로(406)는 소정의 알고리즘 및 입력으로부터 수신된 신호들에 따라 공통 전극(114) 전압을 제어하는 마이크로프로세서-제어 회로를 구비할 수 있다.
그런데, 본 실시예에 있어서, 합성 회로(406)는 합성 가산 회로(510) 및 증폭기(512)를 구비하는 것이 적절하다. 기생 커패시턴스 보상 신호 발생기(402) 및 온도 보상 신호 발생기(404)는 합성 가산 회로(510)에 연결되는데, 이 회로는 두 개의 신호의 합에 해당하는 신호를 생성한다. 합성 가산 회로(510)는 적절한 임의의 가산 회로를 구비한다.
합성 가산 회로(510)로부터의 가산 신호 및 표시 신호 평균 회로(400)로부터의 표시 장치의 평균 신호가 증폭기(512)로 제공되는데, 이 증폭기는 합성 가산 신호 및 표시 장치의 평균 신호에 따라 적절한 공통 전극(114) 전압을 생성한다. 본 실시예에 있어서, 증폭기(512)는 비반전 입력 및 반전 입력을 갖는 종래의 연산 증폭기로 이루어진다. 표시 장치의 평균 신호는 비반전 입력에 제공되고, 합성 가산 신호는 반전 입력에 제공된다.
증폭기(512)가 합성 가산 회로(510)로부터의 가산 신호보다 작은 표시 장치의 평균 신호에 대응하는 합성 신호를 생성하도록 하기 위하여, 증폭기(512)는 단위 이득을 갖도록 적절하게 구성된다. 그후, 합성 신호가 공통 전극(114)에 인가될 것이다. 다른 방법으로는, 합성 신호에 따라 공통 전극(114)에 인가된 신호를 생성하기 위하여 합성 신호는 여과 및 증폭 회로와 같은 적절한 회로에 제공될 수 있다. 따라서, 공통 전극(114) 전압은 주요한 인자들로부터 유도된 공통 전극(114) 전압에서의 변화를 보상하기 위하여 조정된다.
이러한 구성에 있어서, 공통 전극 제어 회로(110)는 액정층(106)의 의도하지 않은 전하 차이의 발생에 영향을 미치는 가장 중요한 인자들에 따라 공통 전극(114)에 인가된 전압을 동적으로 조정한다. 공통 전극 제어 회로(110)는 표시 장치 구동 회로(108)에 의해 제공되는 LCD(100)를 구동하는 최대 및 최소 신호를 감시한다. 예컨대, 전원에 과부하가 인가됨으로 인하여 소스 구동 신호(Sn)의 레벨이 떨어지면, 공통 전극 제어 회로(110)는 공통 전극(114)에 인가된 전압을 자동으로 조정함으로써, 공통 전극 전압이 소스 구동 신호(Sn)의 최대 및 최소값의 평균이 되도록 한다.
또한, 공통 전극 제어 회로는 소스 구동 신호(Sn)를 감시함과 동시에 기생 커패시턴스 및 액정층의 커패시턴스의 변화를 보상하기 위하여 공통 전극 전압을 조정하도록 구성된다. 특히, TFT(208)의 게이트와 소스 사이에 형성된 분할기의 크기를 결정하기 위하여 게이트 구동 신호(Gn)가 공통 전극 제어 회로(110)에 의해 감시된다. 공통 전극(114)에 인가되는 전압은 게이트에 인가된 실제 전압의 보상에 비례하여 조정된다. 이와 마찬가지로, 액정층의 온도가 변화하면, 공통 전극 제어 회로(110)는 온도를 감시하고, 이에 따라 공통 전극(114)에 인가된 전압을 수정한다.
전술한 본 발명의 구동 회로에 있어서, 공통 전극(114) 전압의 특정한 변화를 위하여 필요한 주요한 입력 변수들은 공통 전극(114) 신호를 생성하기 위하여 사용된다. 따라서, 전압 레벨의 오류를 야기하는 변화들을 추적하여, 이러한 변화들을 감소시키면서 공통 전극(114) 전압을 제어하는 것이 가능하게 된다. 이는 장기간 영상을 보유할 가능성을 줄이며, 또한 온도에 대해 LCD(100)의 성능을 향상시킨다. 또한, LCD(100)의 수명을 연장시킬 수 있다.
예측되는 특정한 사용에 적합한 본 발명의 다양한 실시예 및 다양한 변형예를 당해 기술 분야의 당업자들이 가장 잘 사용할 수 있도록 본 발명의 원리 및 이들의 실제 응용을 설명하기 위하여 다양한 실시예들이 선택되고 설명되었다. 본 명세서에 첨부된 특허 청구 범위에 의해 발명의 범위가 정의된다.

Claims (20)

  1. 액정 표시 장치(100)용 공통 전극(114)에 전압을 제공하고, 상기 공통 전극(114)에 인가되는 전압을 동적으로 조정함으로써, 상기 액정 표시 장치(100)의 액정층(106)에 의도하지 않은 전하의 축적을 방지하기 위한 공통 전극 제어 회로(110)에 있어서,
    상기 액정 표시 장치(100)의 표시 장치 구동 회로에 응답하는 표시 신호 평균 회로(400)와,
    상기 액정 표시 장치(100)의 박막 트랜지스터들(208)에 인가된 게이트 전압에 응답하는 기생 커패시턴스 보상 신호 발생기(402)와,
    상기 액정 표시 장치(100)의 액정층(106)의 온도에 응답하는 온도 신호 발생기(404)와;
    표시 신호 평균 회로의 출력, 기생 커패시턴스 보상 신호 발생기의 출력 및 온도 신호 발생기의 출력에 의해 보상되는 상기 공통 전극(114)에 인가되는 전압을 조정하는 합성 회로(406)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 전극 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표시 신호 평균 회로(400)는 일정 크기의 범위 내에서 표시 신호를 발생시키도록 구성되어 있고, 상기 일정 크기의 범위는 변동하며, 상기 일정 크기의 범위 간의 차이의 크기는 상기 일정 크기의 범위의 변동에 따라 변동하고;
    상기 공통 전극 제어 회로(110)는 상기 일정 크기의 범위의 변동에 따라 공통 전극 전압을 조정하는 것인 공통 전극 제어 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기생 커패시턴스 보상 신호 발생기(402)는 상기 박막 트랜지스터(208)의 게이트와 소스 사이의 기생 커패시턴스의 영향에 대응하는 출력을 발생시키는 것인 공통 전극 제어 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 온도 신호 발생기(404)는 온도의 함수로서 액정층의 커패시턴스를 나타내는 신호를 발생시키는 것인 공통 전극 제어 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 합성 회로(406)는 증폭기(512)를 더 포함하는 것인 공통 전극 제어 회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 합성 회로(406)는 합성 가산 회로(510)를 포함하는 것인 공통 전극 제어 회로.
  7. 공통 전극(114)에 인가되는 전압을 동적으로 조정함으로써 액정 표시 장치(100)의 액정층(106)에 의도하지 않은 전하의 축적을 방지하고, 증폭기를 포함하는 공통 전극 제어 회로(110)를 가지고, 액정 표시 장치(100)의 공통 전극(204)에 인가되는 전압을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 칼럼 전극(204)에 인가된 소스 구동 신호(Sn)의 최소값 및 최대값의 평균값으로부터 널 전압(null voltage)을 결정하는 단계와;
    박막 트랜지스터(208)의 게이트 전압 및 기생 커패시턴스에 응답하는 기생 커패시턴스 신호를 발생시키는 단계와;
    상기 액정 표시 장치(100)의 액정층(106)의 온도에 응답하는 온도 신호를 발생시키는 단계와;
    상기 결정된 널 전압, 상기 기생 커패시턴스 신호, 및 상기 온도 신호를 합성하는 단계와;
    상기 합성된 전압 및 신호에 의해 보상된, 상기 공통 전극(114)에 인가되는 전압을 조정하는 단계를 포함하는 전압 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 합성된 전압 및 신호를 증폭하는 단계를 더 포함하는 것인 전압 제어 방법.
  9. 삭제
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  11. 삭제
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