KR100701065B1 - 플리커를 감소시키기 위한 액정 표시 장치의 구동 방법 - Google Patents

플리커를 감소시키기 위한 액정 표시 장치의 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서, 게이트 구동 신호를 변화시켜서 플리커 현상을 감소시키고, 화면 품위를 향상시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 액정 표시 장치 구동 방법은 다수의 게이트 라인을 통하여 다수의 박막 트랜지스터를 구동시키는 게이트 구동 회로와, 다수의 데이터 라인을 통하여 상기 박막 트랜지스터에 데이터 신호를 인가하는 소오스 구동 회로를 포함하는 액정 표시 장치를 구동함에 있어서, 박막 트랜지스터가 완전히 턴-온되도록 게이트 구동 신호를 인가하는 메인 화소 충전 단계와, 일정 시간 경과 후 게이트 구동 신호를 소정 레벨로 하강시키는 화소 방전 단계와, 상기 박막 트랜지스터가 부분적으로 턴-온되도록 게이트 구동 신호를 소정 레벨로 다시 상승시키는 보조 화소 충전 단계를 포함한다.

Description

플리커를 감소시키기 위한 액정 표시 장치의 구동 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DRIVING METHOD FOR DIMINISHING FLICKER}
도 1은 액정 표시 장치의 액정 패널과 구동 회로를 나타낸 개략도,
도 2는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 화소에 대한 전기적 등가 회로도,
도 3은 게이트 구동 신호와 데이터 신호 및 게이트 온 제어 신호의 관계를 나타내는 파형도,
도 4는 종래의 액정 표시 장치의 구동 방법에 대한 게이트 구동 신호와 데이터 신호의 파형도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서, 게이트 구동 신호와 데이터 신호의 파형도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭)
Von: 게이트 구동 신호 Vdata: 데이터 신호
Vgl: 로우 레벨 Vgh1, Vgh2, Vgh3: 하이 레벨
1H: 수평 라인 주기 Vk: 킥백 전압
Vcom: 공통 전극 전압 OE: 게이트 온 인에이블 신호
본 발명은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display: TFT-LCD)의 구동 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 박막 트랜지스터를 구동하는 게이트 구동 신호를 조절함으로써, 플리커 현상을 감소시키고, 화면 특성을 개선시킬 수 있는 구동 방법에 관한 것이다.
현재 표시 장치로써 가장 많이 사용되고 있는 음극선관(Cathode Ray Tube: CRT) 브라운관은 색상 구현이 쉽고, 동작 속도가 빨라 TV와 컴퓨터 모니터를 포함한 디스플레이 장치로서 각광을 받아왔다. 그러나, 상기 음극선관은 전자총과 화면 사이를 일정 거리로 확보해야하는 구조적 특성으로 인하여 두께가 두터울 뿐만 아니라, 전력 소비가 크고, 게다가 무게가 상당히 무겁기 때문에 휴대성이 떨어지는 단점이 있다.
상기와 같은 음극선관의 단점을 극복하고자 여러 가지 다양한 표시 장치가 고안되고 있는데, 그 중 가장 실용화되어 있는 장치가 바로 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD)이다.
액정 표시 장치는 음극선관에 비해 화면이 어둡고 동작 속도가 다소 느리지만, 전자총과 같은 장치를 갖추기 않아도 각각의 화소(Pixel)를 평면 상에서 주사되는 신호에 따라 동작시킬 수 있으므로, 얇은 두께로 제작될 수 있고, 벽걸이 TV와 같은 아주 얇은 형태의 표시 장치로 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 액정 표시 장치는 무게가 가볍고, 전력 소비도 음극선관에 비해 상당히 적기 때문에, 배터리(Battery)로 동작하는 노트북 컴퓨터의 디스플레이로 사용되는 등, 휴대용 표시 장치로서 가장 적합하다고 인식되고 있다.
상기와 같이, 차세대 표시 장치로서 각광받고 있는 액정 표시 장치를 도 1에 간략히 나타내었다. 도 1을 참조하면, 상기 액정 표시 장치는 액정 패널(10)과 상기 액정 패널(10)을 구동할 수 있는 게이트 구동 회로(15) 및 소오스 구동 회로(14)로 구성되어 있다. 그리고, 상기 액정 패널(10)은 기판에 복수개의 게이트 라인(12)과 복수 개의 데이터 라인(11)이 매트릭스 형태로 교차하여 설치되어 있고, 그 교차부에는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT, 13)와 화소가 설치된 구조로 되어 있다. 또한, 상기 게이트 구동 회로(15)는 상기 박막 트랜지스터(13)를 턴-온(Turn-On)시키기 위한 게이트 신호를 상기 게이트 라인(12)에 순차적으로 인가하고, 상기 소오스 구동 회로(14)는 주사 신호에 의하여 구동된 박막 트랜지스터를 통하여 데이터 신호가 화소에 전달될 수 있도록 데이터 신호를 데이터 라인(11)에 인가한다.
상기와 같은 액정 표시 장치는, 게이트 구동 회로(15)에서 액정 패널(10)의 게이트 라인(12)에 순차적으로 인가된 게이트 신호에 의하여, 상기 게이트 라인(12)에 연결된 모든 박막 트랜지스터가 턴-온되면, 액정 패널(10)의 데이터 라인(11)에 인가된 데이터 신호가 턴-온된 박막 트랜지스터의 소오스와 드레인을 통하여 화소로 전달되는 원리로 작동한다.
도 2에는 상기와 같은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT-LCD)의 화소에 대한 전기적 등가 회로도를 도시하였다. 도 2를 참조하면, 박막 트랜지스터 액정 표시 장치에서 개개의 화소는 게이트 라인 Gn-1 및 Gn과 데이터 라인 Dn 및 Dn-1로 구분되며, 상기 데이터 라인을 통해 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극에 인가된 데이터 신호는 게이트 라인을 통한 게이트 신호가 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 인가될 때, 화소 전극과 스토리지 커패시터(Storage Capacitor: Cst)에 충전된다. 상기에서, 화소 전극은 액정 커패시터(Clc)로 나타내었고, 공통 전극 전압은 Vcom으로 표시하였다. 화소 전극에 충전된 데이터 신호는 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 기생 커패시턴스(Cgd)에 의해 전압이 하강되는데, 이를 킥백(Kick back: Vk) 전압이라 한다.
액정 패널 상의 각각의 화소 전극에 연결된 박막 트랜지스터는 독립적으로 턴-온 또는 턴-오프되는 것이 아니라, 하나의 게이트 라인에 연결된 모든 박막 트랜지스터가 동시에 턴-온 또는 턴-오프되어 화소 전극에 데이터 신호가 인가되는 것을 제어한다. 이와 같이, 게이트 라인 별로 데이터 신호가 인가되는데, 이 주기를 수평 라인 주기라 하고, 박막 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해서는 포화(Saturation) 영역의 전압을 게이트 라인에 인가하여야 한다. 상기 게이트 신호가, 박막 트랜지스터의 턴-온 전압이 되며, 약 16 볼트 이상의 값을 가지며, 일반적으로 게이트 구동 신호(Von)라 한다.
상기와 같은 게이트 구동 신호는 게이트 라인의 자체 저항과 기생 커패시턴스에 의해 지연되어 화소 전극에 충전된 데이터 신호를 왜곡시키므로, 게이트 구동 신호의 인가를 제어하는 게이트-온 제어(Gate On Enable) 신호(OE)를 이용하여 게이트 구동 전압의 폭을 줄여 화소 전극에 인가한다.
도 3에는 하나의 화소에 대한 게이트 구동 전압(Von)과 데이터 전압(Vdata) 및 게이트 온 제어 신호(OE)의 관계를 나타내는 파형도를 도시하였다. 도 2와 도 3을 참조하면, 게이트 구동 전압(Von)이 인가되면, 박막 트랜지스터(TFT)는 턴-온되어 데이터 전압이 액정 커패시터(Clc), 스토리지 커패시터(Cst) 및 기생 커패시터(Cgd)에 충전된다. 게이트 구동 전압(Von)은 게이트 온 제어 신호(OE)에 의해 오프되어 거의 수평 라인 주기(1H)에 가까운 동안만 온-상태를 유지한다. 이 때, 게이트 구동 전압(Von)이 오프되면, 인가된 데이터 전압은 기생 커패시터(Cgd)로 인한 킥백 전압만큼 왜곡된 값으로 화소 전극에 유지된다.
액정의 열화를 방지하기 위하여 화소 전극에 인가되는 데이터 신호는 상기 도 3에서와 같이, 공통 전극 전압(Vcom)에 대해 정극성과 부극성의 전압이 번갈아 인가된다. 따라서, 개개의 화소에 충전되는 전압은 매 프레임(Frame)마다 극성이 바뀌어 인가된다. 이 때, 액정에 실제로 인가되는 전압의 실효치는 데이터 전압과 공통 전극 전압(Vcom) 사이의 면적으로 정해지며, 따라서 공통 전압을 중심으로 한 면적이 대칭이 되도록 하여야 일정한 전압을 화소 전극에 인가할 수 있다. 그러나, 킥백 전압(Vk)은 데이터 신호의 극성에 관계없이 항상 데이터 신호를 끌어내리는 방향으로 작용하므로, 정극성의 데이터 신호와 부극성의 데이터 신호는 서로 다른 값을 가지게 된다. 이것은 결국 화면이 떨리는 플리커(Flicker) 현상을 유발시킨다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 공통 전극 전압 레벨을 조정하여 정극성의 데이터 신호와 부극성의 데이터 신호가 대칭되도록 함으로써 킥백 전압에 기인한 플리커를 감소시켰지만, 화소 전극을 이루는 액정의 유전율은 인가 전압에 따라 변화하므로 정확히 킥백 전압을 보상하기가 어려운 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 게이트 구동 신호를 조절함으로써 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 기생 커패시턴스에 의한 플리커를 줄임으로써 액정 표시 장치의 화면 품위를 향상시키는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정 표시 장치 구동 방법은 수평 라인 주기 동안 박막 트랜지스터를 턴-온 시키기 위한 게이트 구동 신호를 제 1 하이 레벨 및 제 2 하이 레벨의 다중 레벨로 인가함으로써 킥백 전압의 절대적인 크기를 감소시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 하이 레벨은 제 1 하이 레벨보다 낮은 크기를 갖도록 인가하고, 제 1 하이 레벨의 경우보다 짧은 시간동안 인가하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 종래의 액정 표시 장치의 구동 방법에 대한 게이트 구동 신호와 데이터 신호의 파형도를 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서, 게이트 구동 신호와 데이터 신호의 파형도를 나타낸 것이다.
먼저, 도 4를 참조하여 종래의 액정 표시 장치 구동 방법을 살펴보면, 게이트 구동 신호(Von1)는 수평 라인 주기(1H)를 갖는 펄스 신호로 인가되는데, 오프 상태의 로우 레벨(Vgl)과 온 상태의 하이 레벨(Vgh)을 갖는다.
상기 게이트 구동 신호(Von1)가 로우 레벨(Vgl)에서 하이 레벨(Vgh)로 온되어, 박막 트랜지스터가 턴-온되고 나서, 데이터 신호(Vdata1)가 인가되기 위한 시간(GOE) 후에, 데이터 신호(Vdata1)가 데이터 라인을 통하여 인가된다.
데이터 신호(Vdata1)가 인가되면 액정 커패시터, 스토리지 커패시터 및 기생 커패시터가 충전되는데, 데이터 신호(Vdata1)의 왜곡을 방지하기 위하여 상기 액정 커패시터, 스토리지 커패시터, 및 기생 커패시터를 충전하기 위한 시간(t1)이 지난 후에, 게이트 구동 신호(Von1)를 로우 레벨(Vgl)로 오프시킨다.
이 때, 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 기생 커패시턴스에 의해, 킥백 전압(Vk) 만큼 왜곡되어 화소 전극에 유지되는데, 게이트 구동 회로에서 가까운 게이트 첫 단의 킥백 전압(Vk1)과, 게이트 구동 회로에서 가장 먼 게이트 끝 단의 킥백 전압(Vk2)이 다르게 나타난다. 즉, 게이트 라인을 통하여 전달되는 게이트 신호의 딜레이로 인하여 게이트 첫 단의 데이터 신호(Vdata1)과 게이트 끝 단의 데이터 신호(Vdata2)가 다르게 나타나는 것이다.
그러나, 화면이 떨리는 플리커 현상은 게이트 첫 단의 킥백 전압(Vk1)과 게이트 끝 단의 킥백 전압(Vk2)의 차이가 클수록, 그리고 각 킥백 전압(Vk1, Vk2)의 절대값이 클수록 크게 나타나게 된다.
또한, 상기 도 4의 구동 방법에서는 실제 충전 시간은 수평 라인 주기(1H)에 서, GOE 시간을 제외한 시간(t1)동안 이루어진다.
반면에, 도 5에 도시된 본 발명의 액정 표시 장치 구동 방법을 상기 도 4와 비교하여 살펴보면 다음과 같다. 도 5에서는 도 4에 도시된 종래의 구동 방법과 동일하게 수평 라인 주기(1H)를 갖는 경우를 예로 들어 설명한다.
게이트 구동 신호(Von11)가 로우 레벨(Vgl)에서 제 1 하이 레벨(Vgh1)로 천이되어 온 되면, 박막 트랜지스터가 턴-온되고, GOE 시간 후에 데이터 신호(Vdata11, Vdata12)가 데이터 라인을 통하여 인가된다. 이 때, Vdata11은 게이트 첫 단에 나타나는 데이터 신호의 파형이고, Vdata12는 게이트 끝 단에 나타나는 데이터 신호의 파형이다.
상기 게이트 구동 신호(Von11)가 제 1 하이 레벨(Vgh1)을 갖는 제 1 충전 시간(t11)동안 데이터 신호(Vdata11, Vdata12)가 화소를 충전시킨 후에, 제 1 하강 시간(t12)동안 제 3 하이 레벨(Vgh3)로 하강하는데, 이 경우에 상기 게이트 구동 신호(Von11)는 로우 레벨(Vgl)까지 완전히 하강하지 않기 때문에, 박막 트랜지스터는 완전히 턴-오프되지 않는다. 이 때, 화소 전극에 충전된 데이터 신호가 기생 커패시턴스에 의해 전압이 하강하는 제 1 킥백 전압이 발생한다.
이렇게 하강하던 게이트 구동 신호(Von11)는 제 1 하강 시간(t12) 후에 다시 제 2 하이 레벨(Vgh2)로 상승하여 제 2 충전 시간(t13) 동안 데이터 신호(Vdata11, Vdata12)가 2 차로 화소를 충전시키게 된다. 이처럼, 게이트 구동 신호(Von11)가 제 1 및 제 2 하이 레벨(Vgh1, Vgh2) 사이에 박막 트랜지스터를 완전히 턴-오프 시키지 않는 구간(t12)을 가짐으로써, 게이트 첫 단과 게이트 끝 단 사이의 딜레이에 의한 효과를 줄여줄 수 있다.
게이트 구동 신호(Von11)가 제 2 하이 레벨(Vgh2) 상태로 유지되는 동안 박막 트랜지스터가 부분적으로 턴-온되어 화소가 재충전되고, 제 2 충전 시간(t13) 후에 게이트 구동 신호(Von11)가 로우 레벨(Vgl)로 천이되는 제 2 하강 과정에서, 게이트 첫 단 및 게이트 끝 단에서 데이터 신호에서 제 2 킥백 전압(Vk11, Vk12)이 발생한다.
상기와 같이, 제 1 하강 시간(t12)에서 미리 데이터 신호의 약간의 딜레이를 준 후에, 제 1 하이 레벨(Vgh1)보다 낮은 제 2 하이 레벨(Vgh2)에서 실질적인 데이터 신호의 딜레이를 줌으로써, 게이트 신호의 전체 딜레이를 감소시키는 것이 가능해진다.
또한, 제 2 충전 시간(t13)동안 제 2 하이 레벨(Vgh2)로 화소를 재충전하기 때문에, 게이트 첫 단 및 게이트 끝 단의 데이터 신호(Vdata11, Vdata12)의 킥백 전압(Vk11, Vk12)의 크기를 감소시킨다. 특히, 플리커 현상은 게이트 첫 단과 게이트 끝 단의 킥백 전압(Vk11, Vk12) 차이에 비례하는데, 킥백 전압(Vk11, Vk12)의 절대값이 작아지기 때문에, 결국 게이트 첫 단의 킥백 전압(Vk11)과 게이트 끝 단의 킥백 전압(Vk12)의 차이도 작아지게 되어, 플리커 현상이 감소하게 된다.
상기 도 4와 도 5의 경우를 비교하면, 종래의 구동 방법에서 화소의 실제 충전 시간은 수평 라인 주기(1H)에서 GOE 시간을 뺀 시간(t1)이 되고, 본 발명의 충전 시간은 수평 라인 주기(1H)에서 GOE 시간 및 제 1 하강 시간(t12)을 뺀 시간(t11 + t13)이 되어, 본 발명의 구동 방법이 종래의 구동 방법에 비해 화소의 충전 시간은 적어지지만, 상기에서 설명한 바와 같이 킥백 전압의 감소로 인하여 화면 품위는 오히려 향상시킬 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치 구동 방법에 따르면, 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 기생 커패시턴스에 의한 킥백 전압의 크기를 줄이고, 게이트 첫 단에서 발생하는 킥백 전압과 게이트 끝 단에서 발생하는 킥백 전압의 크기 차이를 감소시킴으로써, 플리커 현상을 감소시키고 액정 표시 장치의 화면 품위를 향상시킬 수 있다.
또한, 게이트 구동 신호를 1 차 충전 시간 및 2 차 충전 시간으로 나누어 충전함으로써, 액정 패널의 충전 시간이 적어지지만 화질의 특성을 개선시킬 수 있다.
이하, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다.

Claims (3)

  1. 다수의 게이트 라인을 통하여 다수의 박막 트랜지스터를 구동시키는 게이트 구동 회로와, 다수의 데이터 라인을 통하여 상기 박막 트랜지스터에 데이터 신호를 인가하는 소오스 구동 회로를 포함하는 액정 표시 장치를 구동함에 있어서,
    박막 트랜지스터가 완전히 턴-온되도록 제1하이 레벨의 게이트 구동 신호를 인가하는 메인 화소 충전 단계와, 일정 시간 경과 후 게이트 구동 신호를 제3하이 레벨로 하강시키는 화소 방전 단계와, 상기 박막 트랜지스터가 부분적으로 턴-온되도록 게이트 구동 신호를 제2하이레벨로 다시 상승시키는 보조 화소 충전 단계를 포함하며,
    상기 메인 화소 충전 단계, 화소 방전 단계 및 보조 화소 충전 단계는 수평 라인 주기동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 화소 충전 단계는
    상기 메인 화소 충전 단계의 제1하이 레벨 보다 낮은 크기를 갖는 상기 제2하이레벨의 게이트 구동 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 구동 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 보조 화소 충전 단계는
    상기 메인 화소 충전 단계의 제1하이 레벨의 구동 신호를 인가하는 시간 보다 짧은 시간동안 상기 제2하이 레벨의 게이트 구동 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 구동 방법.
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