KR100670049B1 - 박막 트랜지스터 액정 표시 장치 모듈의 자기 발진 소자를이용한 디씨-디씨 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TFT LCD 모듈의 자기 발진 소자를 이용한 DC-DC 컨버터로서, 정궤환 입력단, 부궤환 입력단 및 출력단을 갖는 차동 증폭기, 상기 차동 증폭기의 부궤환 입력단과 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제1 커패시터, 상기 부궤환 입력단과 출력단 사이에 연결되어 있는 제1 저항, 상기 출력단과 정궤환 입력단 사이에 연결되어 있는 제2 저항, 그리고 상기 정궤환 입력단과 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제3 저항을 포함하여 일정 레벨의 구형파 전압을 출력하는 자기 발진 소자, 상기 구형파 전압을 제공받아 피크치 전압을 출력하는 피크치 검출부, 상기 피크치 전압의 교류 성분을 제거하는 제2 커패시터, 그리고 상기 교류 성분이 제거된 피크치 전압을 제공받아 2단 충전 펌핑 동작에 의해 Von 구형파의 최고 전압인 Von 전압과 Voff 구형파의 최고 전압인 Voff 전압을 출력하는 충전 펌프부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그 결과 액정을 구동하기 위한 Von 전압과 Voff 전압을 출력하는 충전 펌프부의 앞단의 회로를 자기 발진 소자, 즉 차동증폭기를 이용한 멀티바이브레이터로 대체함으로써 작은 부피로 전압 안정화를 이룰 수 있다.

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Description

박막 트랜지스터 액정 표시 장치 모듈의 자기 발진 소자를 이용한 디씨-디씨 컨버터{DC to DC converter using a self-oscillator of a TFT LCD module}

도 1은 종래의 TFT LCD 모듈의 DC-DC 컨버터의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TFT LCD 모듈의 자기 발진 소자를 이용한 DC-DC 컨버터를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 상기한 도 2의 자기 발진 소자에서 출력되는 전압 파형도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : PWM IC 100 : 자기 발진 소자

200 : 피크치 검출부 300 : 충전부

20, 400 : 충전 펌프부

본 발명은 DC-DC 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기 발진 소자를 이용한 TFT LCD 모듈의 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.

일반적으로 액티브 매트릭스(Active matrix) 타입의 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(이하 TFT LCD라 칭함.)를 구동하기 위해서는 다양한 레벨의 전압이 필요 로 하는데 임의 전압을 원하는 전압으로 승압시키기 위해서는 DC-DC 컨버터를 이용한다.

최근의 TFT LCD는 구동 전압이 점차 낮은 쪽으로 가고 있으며, 전원 전압 3.3V의 구동 전압이 보편화되고 있다. 그러나 액정은 아직까지 3.3V용이 보편화되지 못하여 5V 구동을 해야 한다. 이에 따라 전원 전압 3.3V를 액정 구동을 위한 5V로 전환시켜줄 장치가 필요하게 된다. 5V전원은 액정 구동뿐만 아니라 다른 소자들의 전원으로 사용되므로 부하 전류는 큰 것이 요구된다.

일반적으로 DC-DC 컨버터는 Von 구형파와 Voff 구형파를 만들어 내는 PWM 방식의 집적회로를 이용하는 것이 주류를 이루고 있으며, 스위칭 전원부가 내장되어 출력단에서 전류를 단속하는 것은 실장 면적을 줄일 수 있고, 또한 구성되는 각각의 소자간의 편차를 줄일 수 있는 잇점을 가지고 있다.

이처럼 TFT LCD 구동 회로의 구성에 있어서, 액정 및 박막 트랜지스터(TFT) 구동을 위한 전압을 발생시키는 DC-DC 컨버터의 설계는 LCD 표시 장치의 품질을 좌우하는 매우 중요한 부분이다.

도 1은 종래의 TFT LCD 모듈의 DC-DC 변환 회로의 블록도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 TFT LCD DC-DC 변환 회로를 살펴보면, 시스템 전원의 입력 전원을 바이패스 처리한 PVDD를 입력 전원으로 하여 PWM IC를 사용하여 8 피크-투-피크 스윙 전압을 발생한 후 정류함으로써 아날로그 전압을 얻고, 이를 2배압 처리하여 게이트 온 전압인 Von 전압과 게이트 오프 전압인 Voff 전압을 생성한다. 이때 PWM IC는 구형파를 발생시키는 집적회로로서, 저항(R11)(R12)에 의해 동작 주파수가 결정된다.

그런데, 이러한 PWM 집적회로의 사용이나 파워 인덕터인 트랜스포머의 사용은 최근의 TFT LCD의 경량화 경향과 함께 DC-DC 변환 효율 측면 등에서 볼 때 점차로 지양되고 있는 추세이다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 자기 발진 소자를 이용한 TFT LCD 모듈의 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 자기 발진 소자를 이용한 TFT LCD 모듈의 DC-DC 컨버터는,

정궤환 입력단, 부궤환 입력단 및 출력단을 갖는 차동 증폭기, 상기 차동 증폭기의 부궤환 입력단과 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제1 커패시터, 상기 부궤환 입력단과 출력단 사이에 연결되어 있는 제1 저항, 상기 출력단과 정궤환 입력단 사이에 연결되어 있는 제2 저항, 그리고 상기 정궤환 입력단과 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제3 저항을 포함하여 일정 레벨의 구형파 전압을 출력하는 자기 발진 소자,

상기 구형파 전압을 제공받아 피크치 전압을 출력하는 피크치 검출부,

상기 피크치 전압의 교류 성분을 제거하는 캐패시터, 그리고

상기 교류 성분이 제거된 피크치 전압을 제공받아 2단 충전 펌핑 동작에 의해 박막 트랜지스터를 주기적으로 턴-온시키기 위한 Von 구형파의 최고 전압인 Von 전압과 상기 박막 트랜지스터를 주기적으로 턴-오프시키기 위한 Voff 구형파의 최고 전압인 Voff 전압을 출력하는 충전 펌프부를 포함한다.

이러한 TFT LCD 모듈의 자기 발진 소자를 이용한 DC-DC 컨버터에 의하면, 액정을 구동하기 위한 Von 전압과 Voff 전압을 출력하는 충전 펌프부의 앞단의 회로를 자기 발진 소자, 즉 차동증폭기를 이용한 자기 발진 소자로 대체함으로써 작은 부피로도 안정된 전압을 공급할 수 있다.

그러면, 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 실시예에 관해 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TFT LCD 모듈의 자기 발진 소자를 이용한 DC-DC 컨버터를 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, DC-DC 컨버터는 자기 발진 소자(100), 피크치 검출부(200), 충전부(300) 및 충전 펌프부(400)를 포함한다.

자기 발진 소자(100)는 복수의 저항(R21, R22, R23), 커패시터(C1) 및 연산 증폭기(110)을 포함한다.
커패시터(C1)는 연산 증폭기(110)의 부궤환 입력단과 접지 사이에 연결되어 있고, 제1 저항(R21)은 부궤환 입력단과 출력단 사이에 연결되어 있다. 또한, 제2 저항(R22)은 연산 증폭기(110)의 출력단과 정궤환 입력단 사이에 연결되어 있고, 제3 저항(R23)은 정궤환 입력단과 접지 전압 사이에 연결되어 있으며, 연산 증폭기(110)는 차동 증폭기로서 일정 레벨의 구형파 전압(Vsw)을 출력한다.

이러한 자기 발진 소자(100)를 간략히 설명하면 다음과 같다.

차동증폭기(110)의 정궤환 입력단에서의 전압은 제2 및 제3 저항(R22, R23)으로 구성된 저항 분배기를 통해 피드백이 이루어지는 출력 전압(Vsw)으로부터 얻어진다. 이것은 정궤환이고, 따라서 차동증폭기는 단지 +E 또는 -E 두 가지 출력만이 가능하다.

만약 차동 입력이 양이라면 차동증폭기(110)의 출력은 양의 공급 전압 근처의 값에서 포화되고, 차동 입력이 음이라면 차동증폭기(110)의 출력은 음의 공급 전압 근처의 값에서 포화된다. 반전 입력(-)에서의 전압은 RC 조합의 일부로써 캐패시터(C1)의 양단에서 구해진다.

출력이 양의 값일 때 캐패시터(C1)는 RC의 시상수로 이 값을 향해 지수적으로 충전된다. 어떤 점에서 이 증가하는 반전 입력 전압은 차동증폭기(110)를 출력 전압이 음인 다른 상태로 전환하도록 한다. 그후 캐패시터(C1)는 차동 입력이 다시 한번 양이 될 때까지 이 음의 값을 향해 방전을 시작한다. 부궤환은 출력이 +E에서 -E로 바뀜에 따라 스위칭 동작을 유발한다.

따라서 출력은 도 3과 같은 구형파이다.

도 3은 상기한 도 2의 자기 발진 소자(100)에서 출력되는 전압 파형도이다.

도 3에서 지수 파형은 캐패시터 전압을 나타낸다. 초기값, 최종값 그리고 시상수를 이용하여 이 지수 곡선의 방정식을 구할 수 있으며, 이에 대한 설명은 생략한다.

피크치 검출부(200)는 제너 다이오드(SD)와 제2 캐패시터(C2)로 이루어져, 자기 발진 소자(100)로부터 출력되는 구형파 전압(Vsw)을 제공받아 피크치 전압을 검출하고, 검출된 피크치 전압(AVDD)을 출력한다. 이때 출력되는 피크치 전압(AVDD)은 액정 구동용 전원으로서, 드라이브 IC 액정을 구동하기 위한 전원, 공통 전압(Vcom)의 전원 소스, 감마단의 전원 소스로 입력된다.

충전부(300)는 제3 캐패시터(C3)로 이루어져, 피크치 검출부(200)로부터 출력되는 피크치 전압의 교류 성분을 제거한다.

충전 펌프부(400)는 교류 성분이 제거된 피크치 전압(AVDD)을 제공받아 2단 충전 펌핑 동작에 의해 박막 트랜지스터를 주기적으로 턴-온시키기 위한 Von 구형파의 최고 전압인 Von 전압과 상기 박막 트랜지스터를 주기적으로 턴-오프시키기 위한 Voff 구형파의 최고 전압인 Voff 전압을 출력한다.

이상의 본 발명의 실시예에서는 제1 저항(R21)을 고정 저항으로 구성하였으나, 본 발명의 다른 실시예로서 자기 발진 소자(100)의 발진 주파수를 가변시키기 위해 가변 저항으로 대체시켜 구성할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예로서 자기 발진 소자(100)로부터 출력되는 구형파 전압(Vsw)을 안정화시키기 위해 전압 안정화 회로를 추가시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 종래의 TFT LCD 모듈에서 사용되는 파워 인덕터와 PWM 집적 회로를 제거하더라도 안정적으로 TFT LCD의 액정 소자를 구동하기 위한 Von 전압과 Voff 전압을 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 정궤환 입력단, 부궤환 입력단 및 출력단을 갖는 차동 증폭기, 상기 차동 증폭기의 부궤환 입력단과 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제1 커패시터, 상기 부궤환 입력단과 출력단 사이에 연결되어 있는 제1 저항, 상기 출력단과 정궤환 입력단 사이에 연결되어 있는 제2 저항, 그리고 상기 정궤환 입력단과 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제3 저항을 포함하여 일정 레벨의 구형파 전압을 출력하는 자기 발진 소자,

   상기 구형파 전압을 제공받아 피크치 전압을 출력하는 피크치 검출부,

   상기 피크치 전압의 교류 성분을 제거하는 제2 커패시터, 그리고

   상기 교류 성분이 제거된 피크치 전압을 제공받아 2단 충전 펌핑 동작에 의해 박막 트랜지스터를 주기적으로 턴-온시키기 위한 Von 구형파의 최고 전압인 Von 전압과 상기 박막 트랜지스터를 주기적으로 턴-오프시키기 위한 Voff 구형파의 최고 전압인 Voff 전압을 출력하는 충전 펌프부를 포함하는 것을 특징으로 하는 TFT LCD 모듈의 자기 발진 소자를 이용한 DC-DC 컨버터.
2. 제1항에 있어서, 상기 자기 발진 소자의 출력단에 전압 안정화 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TFT LCD 모듈의 자기 발진 소자를 이용한 DC-DC 컨버터.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 저항은 가변 저항으로 구성하여 상기 자기 발진 소자의 발진 주파수를 외부 조정이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 TFT LCD 모듈의 자기 발진 소자를 이용한 DC-DC 컨버터.

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