KR100707042B1 - 용량부하를 제어가능한 전압레벨로 펄스 구동하는고효율의 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용량부하를 제어가능한 전압레벨로 구동하는 장치와 방법에 관한 것으로, 특히 LCD에 적용할 수 있다. 용량부하의 일부에 저장된 에너지는 회수단계중에 회수된다. 부하를 구동시키고 저장된 에너지를 회수하는데 시변신호들을 이용하고 소위 단열충방전법을 이용하여, 전력손실을 최소화한다.

용량부하, 에너지 회수

Description

용량부하를 제어가능한 전압레벨로 펄스 구동하는 고효율의 장치 및 방법 {POWER-EFFICIENT, PULSED DRIVING OF CAPACITIVE LOADS TO CONTROLLABLE VOLTAGE LEVELS}

본 발명은 용량성 부하, 특히 LCD 구동방법에 관한 것이다.

최근 LCD가 널리 사용되고 있고 그 인기도 높아지리라고 예상된다. 이들 LCD 장치는 디스플레이에 행렬로 배열된 액정(LC)소자들을 투과하거나 반사되는 광량을 제어하여 작동된다. 각각의 LC 소자는 액정재료를 둘러싸는 한쌍의 판을 포함한다. LC 소자를 투과하거나 반사되는 광량은 액정소자판에 전달되는 전압에 의해 제어된다.

LC 소자를 투과 또는 반사하는 광량을 일정 수준으로 유지하려면, LC 소자에 걸리는 전압의 극성을 항상 주기적으로 반전시켜야만 한다. 그 결과, 소자를 구동시키는데 통상 AC 신호가 이용되고, 이 신호의 크기는 투과되거나 반사되는 광량을 결정한다.

종래의 LCD에는 수많은 LC 소자들이 수백개의 행렬로 배열되어 있다. 각각의 LC 소자를 구동하는데 필요한 회로 수를 감소시키기 위해, 같은 로우의 모든 LC 소자들이 하나의 로우 라인을 통해 통신하고, 같은 컬럼의 모든 소자들은 하나의 컬 럼 라인을 통해 통신한다. 따라서, 각각의 LC 소자는 그 위치에서 교차하는 행열 라인에 의해 특별히 정의된다. 각각의 소자에 걸리는 전압은 자체의 행열 라인을 통해 그 소자에 전달되는 전하량을 제어하여 조절된다.

TV에 표시되는 화상과 마찬가지로, LCD로 표시되는 화상은 통상 디스플레이의 각 라인을 순차 주사하여 컬러화된다. 예컨대, 첫번째 로우 라인이 활성화된 뒤, 필요한 신호를 첫번째 컬럼 라인에 전달하여 첫번째 로우의 첫번째 소자에 필요한 전압을 설정할 수 있다. 첫번째 로우 라인이 아직 활성화되고 있는 동안, 필요한 신호를 두번째 컬럼 라인으로 전달하여 첫번째 로우의 두번째 소자에 필요한 전압을 설정한다. 첫번째 로우의 모든 소자들이 필요한 레벨로 설정될 때까지 이런 과정을 계속한다. 한편, 한 로우의 모든 소자에 필요한 전압을 동시에 인가할 수도 있다.

다음, 두번째 로우 라인이 활성화된 뒤, 각각의 LC 소자를 순차 또는 동시에 충전한다. 디스플레이의 모든 LC 소자에 걸리는 전압을 필요한 레벨로 설정할 때까지 이 과정을 반복한다. 다음, 잠시후 반대 극성의 전압으로 이런 모든 사이클을 반복하여 각각의 LC 소자에 필요한 충전을 진행한다.

각각의 소자들과 관련 컬럼 라인의 접속 제어에는 흔히 전자스위치를 이용한다. 이들 스위치의 제어입력은 통상 각 스위치가 위치하는 로우 라인에 접속된다. 그러나, 이들 스위치는 흔히 고유용량을 갖는다.

한번에 한 컬럼의 하나의 LC 소자만 충전되어도, 이 소자와 관련하여 구동되지 않는 스위치들 역시 그 컬럼에 상당량의 용량을 생성시키고, 이 컬럼을 통해 구 동중인 하나의 소자에 전압이 전달된다. 하나의 소자에 전압을 전달하는 컬럼 라인에 접속되는 LC 소자 로우가 수백개이기 때문에, 이들 비작동 스위치들에 의해 생성된 총 용량의 영향으로 인해 구동중인 하나의 소자에 의해 생기는 용량도 수백배로 된다.

흔히 LC 소자들을 제어하는 라인들과 디스플레이 이면판 사이에는 상당한 고유용량이 있다.

컬럼 라인들의 총 용량이 매우 크기 때문에 LCD 사용중에 큰 에너지가 낭비된다. 각각의 LC 소자의 전압의 극성이 반전됨에 따라, 라인에 생기는 큰 용량의 전압 역시 변할 수밖에 없다. 이렇게 하는데는 많은 전류가 필요하다. 또, LCD를 구동하는데 필요한 스위칭소자와 기타 요소들에 이 전류가 흐르면 많은 에너지가 낭비된다.

그 결과, 각각의 LC 소자를 구동하는데 실제 필요한 것보다 수백배의 에너지가 낭비되는바, 이는 LC 소자들에 전달될 전압이 통과하는 라인들과 관련된 큰 용량때문이다.

이렇게 크게 낭비되는 에너지 문제는 에너지 낭비를 최소화해야만 하는 응용분야, 예컨대 휴대용 랩탑 컴퓨터 등에 특히 문제가 된다. 주지하다시피, 하나의 충전 배터리가 작동 가능한 시간은 랩탑 컴퓨터에서는 아주 중요한 사양이다. LCD의 라인들을 구동하는데 낭비되는 에너지는 랩탑 컴퓨터의 다른 부분들에 필요한 에너지를 감소시키는 새로운 기술분야에서 더 중요한 문제이다. 이에는 디스플레이의 백라이팅을 없애는 신기술과 마이크로프로세서 및 관련 저장장치에서 소비되는 에너지를 감소시키는 신기술도 포함된다.

본 발명의 목적은 종래의 이런 문제점을 최소화하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전력을 효율적으로 제어가능한 전압레벨로 용량부하를 구동하는 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 용량부하에 저장된 에너지를 회수하는 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 LC 소자 이외의 LCD 구동라인과 관련된 커패시턴스에 저장된 에너지를 회수하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 LCD를 구동하는데 필요한 에너지량을 절감하는데 있다.

본 발명의 제목적과 특징 및 이익은 에너지를 효율적으로 제어가능한 전압레벨로 용량부하를 구동하는 시스템과 방법을 이용해 달성된다.

본 발명의 일 실시예에서, LC 소자중의 하나와 관련된 라인상의 전압을 공급하여 그 LC 소자를 충전한다. 이어서, 충전된 소자의 전압을 유지하면서 그 라인에 관련된 다른 커패시턴스로부터 에너지를 회수한다. 이런 과정을 디스플레이의 나머지 소자 모두 구동될 때까지 반복한다.

본 발명의 일 실시예에서, 각각의 LC 소자는 그에 관련된 로우라인에 의해 제어되는 전자스위치를 통해 관련 컬럼라인에 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서, LC 소자들을 구동하는데 단열충전법이 이용된다. 이 때, 램프신호, 계단형 신호 또는 반파 사인펄스를 포함한 다양한 신호들을 이용한다.

본 발명의 일 실시예에서, 구동라인으로부터 에너지를 회수하는데 단열방전법이 이용된다. 이때, 마찬가지로 램프신호, 계단형 신호 또는 반파 사인펄스를 포함한 다양한 신호들을 이용한다.

본 발명은 또한 디스플레이에 의해 소모되는 에너지를 절감하는 회로를 포함한다. 일 실시예에서, 이 회로는 구동라인에 연결되어 구동라인을 전압원에 연결시키는 전압제어시스템, 구동라인에 연결되어 이 구동라인을 저장소에 연결시키는 회수접속시스템, 및 구동라인에 연결되어 제1 주기동안에는 전압접속시스템을 통해 구동라인을 전압원에 연결하고 제2 주기동안에는 회수접속시스템을 통해 구동라인을 저장소에 연결하는 제어시스템을 포함한다. 일 실시예에서, 디스플레이는 LCD이고 LC소자의 전압은 제2 주기동안 변하지 않는다.

다른 실시예에서, 전압원과 저장소는 단열 충방전을 시행하는 신호를 생성하는 하나의 공급원을 구성한다. 전압접속시스템은 공급원과 구동라인 사이에 연결된 제1 전자스위칭 시스템을 포함한다. 회수시스템은 공급원과 구동라인 사이에 접속된 제2 전자스위칭 시스템을 포함한다. 제어시스템은 제1, 제2 전자스위칭 시스템을 제어한다. 단열 충방전법은 램프신호, 계단형 신호, 반파 사인펄스를 포함한 다양한 신호를 이용할 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 제1 전자스위칭 시스템은 MOSFET와 직렬연결된 전송게이트를 포함한다. 제2 전자스위칭 시스템이 MOSFET를 포함할 수도 있다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 제2 주기는 제1 주기 이후 일정 시간 후에 시작된다. 다른 실시예에서, 제2 주기는 공급전압이 구동라인의 전압과 동일할 때 개시될 수도 있다. 공급원의 전압이 구동라인의 전압과 동일할 때를 결정하기 위해 공급원과 구동라인에 비교회로를 연결하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에서, 디스플레이는 LCD, EL 디스플레이 또는 전계방출 디스플레이이다.

본 발명의 또다른 실시예에서, VGA 포트에 공급되는 직렬 비디오신호 등의 신호와 함께 작동하는 회로와 방법을 채택한다.

본 발명은 디스플레이에 유용하다고 설명했지만, 용량부하를 소정 전압레벨로 구동해야만 하는 시스템에 광범위하게 적용할 수 있다.

도 1은 종래의 LCD의 부분도;

도 2는 디스플레이의 한 라인에 걸리는 총 용량에 관련된 본 발명의 일 실시예의 블록도;

도 3은 도2에 도시된 실시예에 적용되는 플로어차트;

도 4는 본 발명의 일부를 구현하는데 이용될 수 있는 회로의 개략도;

도 5는 도 4에 도시된 회로의 동작중에 생기는 각종 신호들을 보여주는 파형도;

도 6은 단열 충전 및/또는 방전에 유용한 신호를 생성하는 회로도;

도 7은 단열 충전 및/또는 방전에 유용한 계단형 신호를 생성하는데 필요한 전압레벨을 공급하기 위해 커패시터를 이용하는 회로도;

도 8은 단열 충전 및/또는 방전에 유용한 반파 사인펄스도;

도 9는 본 발명의 개념이 포함되어 있고, LCD에 사용될 수 있는 드라이버들의 블록도;

도 10은 본 시스템의 에너지 회수 단계를 작동시키는데 사용될 수 있는 신호를 생성하는 비교회로의 개략도;

도 11은 원하는 입력전압을 샘플링하여 파이프라이닝을 실시하는데 사용될 수 있는 회로의 부분도;

도 12는 직렬 비디오신호를 표시하는데 사용되는 종래의 LCD의 부분도;

도 13은 직렬 비디오신호 표시와 관련하여 본 발명을 구현하는데 사용될 수 있는 회로도;

도 14는 도 13의 회로의 동작중에 제공되는 각종 신호파형도.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 LCD의 부분 회로도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, LCD는 로우(9)와 컬럼(13,15)으로 배열된 복수의 LC소자들(1,3,5,7)을 포함한다.

알려진 바와 같이, 각각의 LC 소자는 각각 한쌍의 판(33,35;37,39;41,43;45,47) 사이에 삽입된 액정재료(25,27,29,31)를 포함한다. 각 소자를 투과할 수 있는 광량은 액정재료를 둘러싼 판에 걸리는 전압에 관련된다.

주지하다시피, 액티브 매트릭스 박막 트랜지스터(AMTFT) 패널형과, 패시브 매트릭스 수퍼 트위스티드 네마틱(PMSTN) 패널형을 포함해 여러가지 LCD가 있다. 어떤 LCD는 백라이팅을 갖는 반면 어떤 것은 그렇지 않다.

각각의 LC 소자를 구동하는데는 아주 다양한 기술들이 이용된다. 전술한 관련 기술에서 지적한 바와 같이, 각 소자의 전압은 대개 주기적으로 바뀌어 동일한 광투과율을 유지한다. 어떤 경우에는, 소자의 한쪽 판이 접지 전압 등의 일정 전압에 연결되고, 나머지 판은 정부 양쪽으로 구동된다. 다른 경우에는, 한쪽 판이 최대 데이터 라인스윙과 같은 크기의 구형파 신호에 연결되고, 나머지 판은 프레임 주파수에 연결된다. 후자로 갈수록 데이터 라인에 필요한 스윙 량이 감소되고 플리커 량이 증가한다. 또다른 경우, 한쪽 판은 최대 구동전압의 절반의 전압에 연결된다.

본 발명은 이들을 포함한 모든 경우에 응용될 수 있다. 그러나, 설명의 편의상, 도 1은 각각의 LC 소자들(1,3,5,7)이 접지된 종래의 액티브 매트릭스 디스플레이의 일부분을 도시하고 있다.

이 실시예에서, 각각의 LC 소자의 타단은 스위치에 연결된다. 따라서, LC소자(1)는 스위치(49)에, LC 소자(3)는 스위치(51)에, LC 소자(5)는 스위치(53)에, LC 소자(7)는 스위치(55)에 연결된다.

이 실시예에서, 각 스위치의 제어라인들은 로우라인에 연결되는바, 스위치(49)의 제어라인(57)과 스위치(51)의 제어라인(59)은 로우 라인(65)에, 스위치(53)의 제어라인(61)과 스위치(55)의 제어라인(63)은 로우 라인(67)에 연결된다. 마찬가지로, 각 스위치의 입력단은 컬럼 라인에 연결되는바, 스위치(49)의 입력단(69)과 스위치(53)의 입력단(71)은 컬럼 라인(73)에, 스위치((51)의 입력단(75)과 스위치(55)의 입력단(77)은 컬럼 라인(79)에 연결된다.

각각의 로우 라인은 라인상의 신호를 자체 드라이버, 예컨대 라인(65)용 드라이버(81)나 라인(67)용 드라이버(83)에 전달하여 순차적으로 작동될 수 있다. 특정 로우 라인이 작동될 경우, 그 라인에 연결된 각각의 LC 소자에 걸리는 소요 전압이 그 LC 소자와 관련된 컬럼 라인에 전달된다. 한 로우의 모든 LC 소자들이 필요한 상태로 구동될 때까지 이런 과정이 컬럼 라인마다 순차적으로 계속되거나, 한 로우의 모든 소자들이 동시에 구동된다. 라인(73)용 드라이버(85)나 라인(79)용 드라이버(87) 등의 드라이버는 통상 이런 과정을 촉진하는데 사용된다. 통상 한번에 하나의 로우 라인만 작동된다.

종래의 LCD의 일부분만을 도 1에 도시하였다. 실제 LCD는 전술한 라인들과 부품들을 포함한 수백개의 LC 소자 행열들을 구비하고 있다.

앞의 기재에서 설명한 바와 같이, 각각의 LC 소자가 구동되고 있는 동안, 각각의 행열 라인에 의해 구동되어야만 하는 다른 큰 커패시턴스들이 있다. 즉, LCD의 구동라인과 뒷판 사이의 커패시턴스는 물론, 구동라인에 부착된 다른 스위치들 각각에 고유하고 오프 상태에서도 존재하는 커패시턴스가 있다. 구동되어지는 LC 소자에 의해서 부과된 커패시턴스와는 달리, 구동라인상에 부과된 커패시턴스의 소오스는 본 출원에서 "다른 커패시턴스"로 언급된다. 상기 다른 커패시턴스의 량은 통상적으로 LC 소자에 고유한 커패시턴스의 량의 수백배이다. 행열큰 전압 스윙을 통해 이런 큰 커패시턴스를 일정하게 움직이게 하면 디스플레이를 구동하는데 사용되는 스위칭 시스템의 저항에서 많은 에너지가 손실됨은 물론, 이들 라인을 구동하는 전원 고유의 저항에서도 많은 에너지가 손실된다. 손실된 에너지는 특히 열 라인(column lines)에서 특히 높으며, 이들 행 라인은 대개 매우 빠른 주기로 큰 전압 스윙을 조사한다.

도 2는 디스플레이의 한 라인에 존재하는 총 커패시턴스에 연결된 본 발명의 일 실시예의 블록도이다. 도 3은 도 2에 도시된 실시예에 사용되는 공정의 순서도이다. 도 3에 도시된 공정과 도 1에 도시된 종래의 LCD를 참조하여 도 2에 도시된 실시예의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 도 1의 로우 라인(65) 등의 특정 로우을 작동시킨다.

도 1에 도시된 스위치(49,51,53,55)는 작동될 LC 소자 로우의 제어 메커니즘으로 작동하지만, 주지하다시피, 본 발명은 아무 스위치도 없이 LC 소자들에 직접 로우 라인들이 연결되어 있는 소위 패시브 디스플레이에도 적용될 수 있다. 이 경우, LC 소자들의 나머지 연결부는 관련 컬럼 라인들에 직접 연결될 수도 있다. 편의상, 라인을 "작동"시킨다는 본 출원의 기준은 두가지 경우 모두는 물론 LC 소자를 구동시키는데 사용되는 다른 모든 기술에도 적용된다고 하자.

한 로우를 작동시킨 후, 구동될 LC소자와 관련된 컬럼 라인, 즉 도 1의 LC 소자와 관련된 컬럼 라인(73)에 전원을 연결한다. 이 단계는 도 3의 구동라인의 접속원 블록(101)에 반영된다. 그뒤, 이 컬럼 라인을 통과하는 로우와 연관된 LC 소자에 필요한 전압을 인가한다. 이 단계는 LC 소자의 구동전압 블록(102)에 반영된다.

전술한 바와 같이, 구동중인 LC 소자에 의해 생기는 커패시턴스 이외에 컬럼 라인들에 관련된 커패시턴스가 있다. 어떤 순간에 특정 컬럼 라인에 생기는 총 커 패시턴스를 도 2에 커패시턴스(105)로 도시한다. 도2에는 총 커패시턴스(105) 하나만이 단순히 접지된 것으로 도시하였지만, 실제로는 구성 용량성 소자들 각각이 서로 다른 준위에 연결될 수도 있다.

도 1의 LC 소자(1)와 같은 소자를 구동하기 위해, 제어시스템(107)이 전압접속시스템(109)을 작동시켜 전압원(111)을 도 1의 라인(73) 등의 LC 소자에 연관된 컬럼라인에 연결한다. 이렇게 하면, 전압원(111)이 충전라인에 생기는 모든 커패시턴스에 연결되는바, 모든 커패시턴스를 도 2에 커패시터(105)로 도시하였다. 그뒤, 동일한 로우의 나머지 LC 소자들이 순차로 또는 동시에 같은 방식으로 구동된다.

LC 소자들이 필요한 상태로 구동된 뒤, 로우 라인의 작동이 중단된다. LC 소자를 구동시키는 회로 경로가 차단되고, LC 소자의 전압이 그 전압에 의해 설정된 광도전 레벨을 계속 지속시킨다.

다음, 구동라인에서 전원 차단 블록(103)에 제시된대로, 제어시스템(107)의 신호에 의해 전압접속시스템(109)이 컬럼라인에서 전원(111)을 차단한다. 이어서, 구동라인에 저장소 연결 블록(113)에 제시된대로, 제어시스템(107)에 의해 회수접속시스템(115)이 컬럼라인을 저장소(117)에 연결한다. 다음, 커패시터(105)로 도시된 컬럼라인과 관련된 커패시턴스에 저장된 에너지를 회수하여 저장소(117)에 저장한다. 이것은 도 3의 회수에너지 블록(119)에 제시된다. 끝으로, 구동라인과 저장소 차단 블록(119)에서 제시된대로, 컬럼라인에서 저장소를 차단한다.

LC 소자에 생긴 전압은 회수 단계중에는 영향을 받지 않는바, 이는 LC소자의 양쪽 판의 전류가 이런 단계중에 차단되지 않으면서 에너지가 다른 커패시턴스로부 터 회수중이기 때문이다.

다음, 디스플레이의 나머지 LC 소자들의 구동중에는 물론, 이미 구동된 소자의 광투과율이 동일하지만 반대 극성의 전압의 인가중에 유지되거나 다른 전압의 인가중에 변화될 때의 후속 프레임 기간동안에도 이런 구동 회수 사이클이 반복될 수 있다.

전압접속시스템(109)와 회수접속시스템(115) 모두 트랜지스터(FET, MOSFET)나 게이트 등의 전자스위치를 포함할 수 있고, 이들 전자스위치는 제어시스템(107)에 의해 제어된다. 제어시스템(107)은 공지의 신호제어기술에 의해 필요한 제어신호를 생성하는 트랜지스터(FET, MOSFET)나 게이트 등의 전자회로를 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일부를 구현하는데 사용될 수 있는 회로의 개략도이다.

도 1의 컬럼라인(73) 등과 같이 LCD의 특정 라인(131)에 생긴 총 커패시턴스를 도 4에 커패시터(133)로 표시하였다. 전술한 바와 같이,이번에도 총 커패시턴스는 현재 구동중인 라인에 연결된 특정 LC 소자에 의해 생긴 커패시턴스는 물론 이 라인과 뒷판 사이의 커패시턴스와, 이 라인에 연결된 다른 비작동 스위치들에 관련된 커패시턴스를 포함한다. 도 4에는 이들 총 커패시턴스를 커패시터(133)로서 편의상 V_DC에 연결된 하나의 단자로 도시하였지만, 실제 각 구성 요소들이 다른 준위를 가질 수도 있음은 말할 나위도 없다.

라인(131)은 전송게이트(137)의 단자(135)에 연결된다. 전송게이트(137)는 제어입력(139), 반전제어입력(141) 및 다른 단자(143)을 구비한다. 주지하는 바와 같이, 전송게이트는 N채널 반도체소자가 P채널 반도체소자에 병렬로 연결되어 있는 반도체소자로서, 제어신호입력에서 제어신호를 수신하고 반전제어신호입력에서 반전제어신호를 수신할 때 전압강하 없이 두개의 단자를 전기적으로 연결하는 반도체 소자이다.

단자(143)는 MOSFET 등의 전자 스위칭소자(147)의 단자(145)에 연결된다. 스위칭소자(147)의 다른 단자(149)는 연결선(151)을 통해 전압원(V_A)에 연결된다. 스위칭소자(147)는 또한 제어입력단자(153)에 연결된다.

라인(131)은 제어입력(157), 반전제어입력(159) 및 단자(161)를 구비한 또다른 전송게이트(155)의 다른 단자(163)에 접속된다. 단자(161)는 연결선(151)을 통해 동일한 전압원(V_A)에 접속된다. 후술하는 바와 같이, 전압원(V_A)은 저장소 역할을 한다.

도 5는 도 4의 회로 동작중에 생기는 각종 파형의 파형도이다. 도 4의 회로의 동작은 물론, 이 회로가 처리하고 생성하는 신호들에 대해서는 도 4와 도 5를 동시에 참조하면 더 이해하기 좋다.

일 실시예에서, 도 5의 라인 구간(201)에서 알 수 있듯이, 전압원(V_A)은 초기에 제로이다. 구동 처리가 시작하기 전, 도 5의 라인구간(203)처럼, 제어입력(157)을 오프시켜 전송게이트(155)를 오프시킨다. 도시되지는 않았지만, 제어입력(157)에 입력된 신호의 반전신호는 항상 반전제어입력(159)으로 보내진다. 이때문에 단자들(161,163) 사이의 회로가 개방된다.

전압원(V_A)이 상승하기 시작할 때, 두가지 일이 발생한다. 먼저, 도 5의 라인구간(205)과 같이, 구동중인 LCD 소자를 가로질러 생성될 전압에 상당하는 신호(스위칭소자(147)의 소스 임계전압강하(V_T)에 예상 게이트를 더한 신호)가 스위치의 제어입력단자(153)에 전달된다. 다음, 제어입력(139)에 작동신호를 그리고 반전제어입력(141)에 반전작동신호를 전달하여 전송게이트(137)가 작동된다. 작동신호는 도 5에 라인구간(207)으로 도시되어 있다. 이때문에, 전송게이트(137)의 단자(143)가 커패시터(133)에 연결된다.

이런 초기 구동 단계에서, 스위칭소자(147)의 제어입력단자(153)에 필요한 전압레벨은 단자(145)에서의 스위칭소자(147)의 출력보다 크다. 그 결과, 스위칭소자(147)가 작동되고, 접속선(151)의 전압원(V_A)이 라인(131)에 연결된 뒤, 구동될 LC 소자의 판에 연결된다.

라인구간(213)과 같이, 이제 전압원(V_A)은 초기값보다 상승한다. 이때문에 LC 소자에 점차 전하가 전달된다. LC 소자에 걸리는 전압이 상승함에 따라, 라인구간(209)과 같이, 스위칭소자(147)의 제어입력단자(153)의 전압(V_in)에 스위칭소자(147)에 걸린 소스 임계전압원(V_T)을 뺀 값에 접근한다. 이에 따라, 스위칭소자(147)가 차단될 때까지 그 저항이 증가한다. 이것은 도 5의 지점(211)에서 발생한다. 사실상, 스위칭소자(147)는 전압조절기 역할을 하여, V_in에 큰 부하를 주지 않고 스위칭소자(147)에 걸리는 소스강하전압(V_T)을 빼고 LC 소자에 걸리는 전압 이 제어입력단자(153)에 필요한 값까지 충전되어, 무부하값을 보존하도록 한다.

본 실시예에서는 전압원(V_A)이 시변(time-varying) 공급전압인 것이 바람직하다. 급상승 구형파 신호처럼, 제로값에서 최대값까지 급속히 상승하지 않는 것이 바람직하다. V_A는 도 5에 구간(213)으로 표시한 램프신호처럼 천천히 상승한다.

시변 공급전압을 이용하면 사이클 구동기간의 에너지 낭비가 감소된다. 시변공급전압이 없으면, 충전이 개시된 때 용량부하에 걸리는 전압과 전압원 사이의 전압차가 커진다. 이렇게 되면, 스위칭소자 및 전압원(V_A)의 내부 임피던스 등의 저항을 갖는 구동시스템의 소자들에 상당한 에너지 손실이 일어난다.

한편, 도 5에 구간(213)으로 표시된 램프신호와 같은 시변공급전압은 전압원과 스위칭 구동시스템의 저항성분들에 걸리는 순간전압강하를 감소시켜 에너지손실을 줄인다. 공급전압은 용량부하에 걸린 전압보다 약간만 빠르게 상승하여 항상 전압차를 최소화하는 것이 바람직하다. 이런 시변공급전압의 사용을 본 발명자들은 단열충전이라고 한다.

도 5의 구간(213)과 같은 램프신호는 단열충전을 실시하는데 사용될 수 있는 다양한 파형들중의 하나일 뿐이다.

도 6은 단열충전에 유용한 다른 형태의 신호, 즉 계단형 신호를 생성하는 회로도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 총 용량부하를 커패시터(231)로 표시하였다. 커패시터에 필요한 최적 전압은 V_N이다. 일련의 저전압 단계들을 V₁, V₂ 등으로 표시하였다.

커패시터(231)를 구동시키려면, 스위치(233)를 닫아 제1 레벨의 전압(V₁)을 인가한다. 다음, 스위치(233)를 개방하고 스위치(235)를 닫아, 그 다음 레벨의 전압(V₂)을 인가한다. 스위치(237)의 폐쇄로 최종 레벨의 전압(V_N)이 인가될 때까지 이 과정을 계속한다. 적절한 때 커패시터(231)를 방전하기 위한 스위치(239)를 제공한다.

도 7은 단열 충전에 이용되는 계단형 신호를 생성하는데 필요한 전압레벨들을 공급하는데 한 세트의 커패시터를 이용하는 회로도이다. 도시된 바와 같이, 충전될 총 용량부하를 일련의 스테핑 스위치들(255,257,259)과 방전스위치(261)에 연결된 커패시터(251)로 표시하였다. 그러나, 이 경우, 원하는 전압(V_N)에 도달하기 전의 각 단계에 필요한 전압들이 커패시터(262,263)를 포함한 일련의 커패시터에 의해 공급된다. 적절한 회로망과 타이밍을 이용해, 이들 커패시터는 적절한 스텝 레벨로 충전된 뒤, 각 스텝에 필요한 전압원으로 작용한다.

단열충전용 계단형 신호의 이용에 관해 더 상세한 것은 미국특허 5,473,526에서 찾아볼 수 있는바, 그 내용을 본 명세서에 참고하였다.

단열충전에 유용한 신호의 다른 예가 도 8에 도시되었다. 도 8은 반파 사인펄스를 보여준다. 반파 사인펄스를 생성하는데 이용될 수 있는 회로가 미국특허 5,559,478에 기재되어 있는바, 그 내용 역시 본 명세서에 참고하였다.

전술한 바와 같이, LCD의 라인에 공급되어야만 하는 대부분의 전류는 구동중인 LC 소자와 관계된 커패시턴스 이외의 다른 큰 커패시턴스를 충전하는데 필요하 다. 이때문에 상당한 에너지가 낭비된다.

단열충전을 이용하면 전술한 바와 같은 큰 용량성 부하를 구동하는데 관련된 에너지 손실을 줄일 수 있다.

LC 소자의 전압이 반전되는 그 다음 사이클동안 커패시턴스가 방전되면서 역시 에너지가 손실된다. 도 2, 3에 도시되고 설명된 시스템과 도 4, 5에 도시되고 설명된 시스템은 이런 문제를 상당히 해결한다.

구동중인 LC 소자에 걸린 전압이 필요한 레벨에 도달한 뒤, 도 5의 지점(211)으로 표시된 바와 같이, 제어입력(139)에서 가동신호를 제거하여 전송게이트(137)가 오프된다(도 5의 라인구간 281 참조). 또, 보상신호가 반전제어입력(141)에 공급된다. 이렇게 되면, 전압원으로 이어진 접속선(151)에서 커패시터(133)가 차단된다.

다음, 이제 막 충전된 특정 LC 소자를 가동시키는 로우라인이 정지된다. 이렇게 되면 구동라인에서 LC 소자가 차단되고 LC소자의 전압(따라서, LC 소자의 광투과율)을 그대로 유지한다. 그러나, 구동라인에 관련된 다른 큰 커패시턴스에 포함된 에너지는 유지된다.

다음, 도 5의 라인구간(283)과 같이 공급신호(V_A)가 하강하기 시작한다. 지점(285)에서와 같이, 공급전압이 컬럼의 전압에 도달할 시점에, 상승펄스(287)로 표시된 바와 같이 제어입력(157)에 제어신호를 공급하여 전송게이트(155)가 폐쇄된다. 도시되지는 않았지만, 보상구간이 반전제어입력(159)에 공급된다. 이렇게 되 면, 큰 기생전하를 포함하는 라인이 접속선(151)을 통해 전압원(V_A)에 연결된다. 라인구간(289)과 같이, 전압원(V_A)이 계속 강하할수록, 기생 커패시턴스에 저장된 에너지는 회수단계동안 접속선(151)을 통해 전압원(V_A)으로 조금씩 복귀된다.

거의 모든 전압이 회수된 뒤, 라인구간(291)처럼 제어입력(157)에서 가동신호를 제거하여, 그리고 반전제어입력(159)에 보상신호를 공급하여 전송게이트(155)를 개방한다. 다음, 본 시스템은 모든 구동 회수 과정을 반복한다.

다시한번 강조하지만, 본 실시예에서 전압원(V_A)은 최대치에서 급속히 강하하지 않고, 이런 상태는 급속강하 구형파 신호의 경우에도 일어날 것이다. 시변공급전압은 구간(289)에 의해 도 5에 도시된 램프신호처럼 방전 단계중에 사용되는 것이 바람직하다. 구동 단계에서와 마찬가지로, 회수 단계-단열 방전-중의 시변공급전압의 이용으로 인해 스위치와 전압원의 내부 임피던스처럼 구동시스템의 저항소자에 고전압이 걸리는 것이 방지되어, 회수단계중의 에너지손실이 감소된다. 단열방전이 없으면 저장된 에너지의 대부분이 낭비될 것이다.

단열충전과 마찬가지로, 단열방전에 사용된 신호도 도 5의 라인구간(289)으로 표시된 램프신호 이외에 다양한 형태를 취할 수 있다. 따라서, 예컨대 도 6, 7에 도시된 회로는 물론 미국특허 5,473,526에 도시된 신호에 의해 생성될 수 있는 계단형 신호를 취할 수도 있다. 또, 도 8에 도시된 반파 사인펄스와 같은 반파 사인펄스 형태를 취할 수도 있다. 수많은 다른 파형들 역시 이용 가능하다. 또, 전압원이 시변신호를 제공하고, 바람직하게 종래의 구형파 신호처럼 급속 강하하지 않 는 신호가 가장 중요한 특징이다.

도 9는 본 발명의 개념을 적용할 수 있는 LCD 패널에 사용할 수 있는 일단의 드라이버의 블록도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 펄스 전원(301)은 충방전 신호를 생성한다. 전술한 바와 같이, 충방전 신호는 단열 충방전을 일으키는 형태가 바람직하다.

펄스 전원(301)에서 생성된 신호는 라인 드라이버(305,307,309,311)로 공급된다. 각 드라이버의 출력은 구동 라인에 연결된다. 따라서, 라인드라이버(305)의 출력은 라인(315)에, 라인드라이버(307)의 출력은 라인(317)에, 라인드라이버(309)의 출력은 라인(319)에, 라인드라이버(311)의 출력은 라인(321)에 연결된다.

마찬가지로, 각 드라이버의 입력은 구동될 LC 소자에 걸릴 필요한 전압을 표시하는 신호에 연결된다. 따라서, 라인드라이버(305)는 입력(325)에 필요한 신호에, 라인드라이버(307)는 입력(327)에 필요한 신호에, 라인드라이버(309)는 입력(329)에 필요한 신호에, 라인드라이버(311)는 입력(331)에 필요한 신호에 연결된다.

도 9에 도시된 구성으로 인해 하나의 전원을 이용해 모든 드라이버에 필요한 전압을 공급할 수 있음을 알 수 있다. 이를 위해, 모든 드라이버는 동시에 자체 전압을 공급하여, 하나의 구동 로우의 모든 LC 소자들이 동시에 구동되도록 구성된다.

각 드라이버는, 도 4에 도시된 회로처럼, 출력단, 원하는 전압레벨을 나타내는 디지탈 신호를 아날로그로 변환하는 D/A 컨버터(353), 및 라인에 생성된 다른 커패시턴스로부터 에너지를 회수하여 전원(301)으로 복귀시키도록 출력단이 배향될 때를 제어하는 회수제어기(355)를 포함한다.

사용되는 D/A 컨버터의 형식은 중요하지 않다. 컨버터에 부과된 부하는 작고 (라인 인터벌로 설정되는) 허용 변환시간이 비교적 크다. 따라서, 설계자는 상당히 자유롭게 적절한 구조를 성택할 수 있다. 사용 가능한 샘플-램프 D/A 컨버터가 1981년 SDI 81 Digest 24-25페이지에 기재된 T. Gielow, R. Holly, D. Lanzinger의 "Monolithic Driver Chips for Matrix Gray-Shaded TFEL Displays"에 설명되어 있는바, 그 내용은 본 명세서에 참고하였다.

도 4의 전자 스위칭소자(147)와 같은 스위치를 이용하면, LC 소자에 걸리는 전압이 스위칭소자(147)의 임계전압을 견디지 않고 수정 레벨로 구동되도록 보장하는 보상을 해야 한다는 것이 중요하다. 이것은 원하는 디지탈 레벨 신호를 생성하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어에서 행해질 수 있다. D/A 컨버터 회로에서 행해질 수도 있다. 이런 목적의 간단한 보상회로가 1994년 10월 10-13일 캘리포니아 몬테레이시에서 개최된 International Display Research Conference에서 발표된 E. S. Schlig와 J. L. Sanford의 "New Circuits for AMLCD Data Line Drivers"의 386-89 페이지에 설명되어 있는바, 그 내용 역시 본 명세서에 참고하였다.

회수제어기(355)를 구현하는데는 많은 방법이 있다. 한가지 방법은 개방루프 타이밍 체계를 이용하여, 공급전압이 커패시터에 걸린 전압과 거의 같다고 예상되는 순간에 도 4의 전송게이트(155)를 폐쇄시키는 것이다. 이런 개방루프 프로세스는 필요한 타이밍을 많은 다양한 경우에 적용할 수 있는바, 그중의 하나는 도 5에 도시된 램프신호의 경우로서 하강 램프가 개시되는 순간일 수 있다. 이 경우, 회수제어기가 하강 램프의 개시를 검출하고(이 정보는 전압원에서 제공될 수도 있음) 소정 시간 뒤에 전송게이트(155)를 오프시킬 신호를 발생시킬 것이다. 물론 소정 시간은 램프의 경사와 라인의 전압레벨에 따라 달라질 것이다.

다른 방법은 하강 램프의 전압을 커패시터의 전압과 비교하고 이들 전압이 거의 같을 때 전송게이트(155)를 가동시키는 것이다.

도 10은 본 시스템의 에너지 회수 단계를 가동하는데 사용된 신호를 발생시키는 비교회로도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 전압원(V_A)은 스위치(401)로 공급된다. 전압(V_in)을 스위치(401)의 제어입력(403)에 공급할 수 있다.

회수단계에 들어가기 전에, 예비충전입력 PC를 가동시켜 회로를 재설정하여 게이트(405)를 하이로 하고 게이트(407)의 보상입력을 로우로 한다. 이렇게 하면, 회로의 제어출력(409)이 로우로 되고 게이트(410)가 온된다. 이런 예비충전펄스 이후, 스위치(411,413)을 포함한 모든 스위치를 오프한다. 그러나, 스위치(410)는 온한다.

V_A가 {V_in - 스위치(401)의 임계전압(V_T)} 이하로 강하하면, 스위치(401)를 온한다. 스위치(410)는 이미 온되어 있으므로, 스위치(413)의 게이트(421)로부터 전하가 방전되기 시작한다. 게이트(421)의 전위가 공급전압(V_dd)에서 스위치(413)의임계전압(V_T)을 뺀 값보다 강하하면, 스위치(413)가 온되어 제어출력(409)를 상승시 킨다. 제어출력(409)이 V_T에 도달하면, 스위치(411)가 온되어 게이트(421)를 더 강하시켜, 정의 피드백으로 인한 제어출력(409)의 천이를 가속시킨다.

제어출력(409)이 하이로 감에 따라, 스위치(410)가 차단되어 접지될 스위치(411)에서 V_A를 격리시킨다. 이어서, 그 다음 사이클이 PC에 대한 새로운 예비충전펄스와 함께 개시되기 전에 V_A가 하이로 된다.

주지하는 바와 같이, 제어출력(409)은 V_A가 (V_in-V_T)일 때는 천이하지만 V_A가 V_in 밑으로 강하할 때는 천이하지 않는다. 요컨대, 이 비교회로는 V_T의 오프셋 전압을 갖는다. 이는 도 4에 도시된 출력단과 함께 사용될 때는 단점이 아니다. 제어입력(403)은 제어입력단자(153)에 연결될 수 있다. 제어출력(409)은 V_A이 V_in과 같을 때 천이한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 지점(285)에서 방전이 시작되기 전에 필요한 전압(V_in)을 원래 값에서 변화시킬 수 있다. 이것은 파이프라이닝을 촉진한다. 그러나, 도 10에 도시한 회로에는 회수 단계중에 V_in의 값이 알려져야 한다.

이런 조건들을 취급하는 한가지 방법은 라인이 도 5의 지점(211)에서 충분히 충전되었을 순간의 비교회로 입력에서의 V_in 값을 샘플링하는 것이다.

도 11은 파이프라이닝에 필요한 입력전압을 샘플링하는데 사용될 수 있는 회로도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, V_in은 도 4의 경우와 마찬가지로 스위칭소자(147)의 입력에 연결된다. 그러나, 도 10의 경우와는 달리, 스위치(401)의 입력은 전송게이트(501)와 저장 커패시터(503)에 연결된다. 주지하는 바와 같이, 도 5에 도시된 라인구간(281) 중의 몇몇 지점에서와 같이 V_in이 원하는 상태에 있는 지점에서 (적절한 제어신호들을 보상입력(505,507)에 공급함으로써) 전송게이트(501)가 폐쇄된다. V_in의 값이 변하기 전의 어떤 지점, 예컨대 도 5의 라인구간(281) 전의 지점에서, 적절한 신호들을 보상입력(505,507)에공급함으로써 역시 전송게이트(501)가 개방되어, 그 전 V_in 값이 저장 커패시터(503)에 저장된 다음 도 10의 비교회로의 제어입력(403)에 입력된다. 이런 구성을 이용하면 V_in의 값을 더이상 필요 없을 때까지 보존할 수 있다.

본 발명은 PC의 VGA 포트에서 제공되는 직렬 비디오신호 등을 직렬 형태로 수신하는 비디오 정보를 표시하는 디스플레이에도 응용된다.

도 12는 직렬 비디오신호를 표시하는데 사용된 종래의 LCD의 부분회로도이다. 도시된 바와 같이, 직렬 비디오신호(V_in)는 라인(601)을 거쳐 디스플레이로 공급된다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 이런 신호의 전압은 시간 함수로서, 더 구체적으로는 CRT내의 주사빔의 예상 위치의 함수로서 변한다. 이런 정보를 획득하기 위해, 종래의 LCD는 신호비트를 시프트하고 라인(605)을 통한 수평 클럭펄스(H_CLK)에 의해 구동되는 수평 시프트 레지스터(603)를 포함한다. 이때문에 수평 시프트 레지스터의 출력들-그중 둘이 607, 609로 표시됨-이 순차적으로 온/오프된다. 수평 시 프트 레지스터의 출력들은 통상 스위치(611,613) 등을 구동하는데 이용된다. 이들 스위치의 출력들은 이곳에 연결된 컬럼라인(615,617) 등을 구동한다.

마찬가지로, 수직 시프트 레지스터(619)는 로우 라인(621,623) 등의 로우 라인의 작동을 제어한다. 이런 제어는, 라인(625)을 통해 전달되는 클럭신호(V_CLK)에 응답하여 레지스터를 통해 싱글 비트를 시프트하여 이루어진다. 로우 라인이 작동되면, 디스플레이내의 LC 소자(635)와 관련된 스위치(631), LC 소자(639)와 관련된 스위치(637), LC 소자(643)와 관련된 스위치(641), LC 소자(647)와 관련된 스위치(645) 등의 스위치가 작동된다.

동작시, 로우 라인(621) 등의 첫번째 로우라인이 작동된다. 주지하다시피, 이렇게 되면 그 로우라인과 관련된 LC 소자들이 관련 컬럼라인으로부터 전압을 받을 준비가 되어 있다.

초기에, 수평 시프트 레지스터(603)가 스위치(611)를 가동시키고, 이 스위치는 라인(601)을 통해 직렬 비디오신호(V_in)에 컬럼라인(615)을 연결하여, 첫번째 행과 열의 LC 소자(635)로 직렬 비디오신호를 전달한다. 다음 주기동안, 수평 시프트레지스터(603)는 라인(607)을 중지시키고, 이 라인은 스위치(611)를 오프시키며 LC 소자(635)로부터 직렬 비디오신호(V_in)를 차단한다. 대신에 그 다음 스위치(도시 안됨)를 통해 그 다음 컬럼라인에 직렬 비디오신호(V_in)를 연결한다. 결국 최종 컬럼라인(617)을 제어하는 최종 스위치(613)가 작동되고 이때 직렬 비디오신호(V_in)의 전압이 제1 로우의 마지막 LC소자(639)에 공급될 때까지 상기 과정이 계속된다.

다음, 라인(625)을 통한 신호(V_CLK)에 의해 수직 시프트레지스터(619)가 작동되어, 첫번째 로우라인(621)의 작동이 중단되고, 그 다음 로우라인(도시 안됨)이 작동된다. 다음, 직렬 비디오신호(V_in)의 전압이 그 다음 로우의 LC 소자들 각각에순차적으로 공급된다. 최종 로우라인(623)이 수직 시프트레지스터(619)에 의해 작동되고 이 로우라인의 LC소자들이 직렬 비디오신호(V_in)에 의한 세팅시에 지시되는 전압으로 설정될 때까지 상기 과정이 계속된다.

직렬 비디오신호를 표시하는 과정은 도 1에서 설명한 병렬 비디오신호 표시과정과 다르지만, 이 과정동안 낭비된 에너지는 비슷하고 본 발명을 이용해 상당히 감축할 수 있다.

도 13은 직렬 비디오신호의 표시와 함께 본 발명을 구현하는데 사용될 수 있는 회로도이다. 도 14는 도 13의 회로의 동작중에 제공되는 각종 파형의 파형도이다. 직렬 비디오신호의 디스플레이와 관련한 본 발명의 동작은 도 13, 14를 같이 참고하면 이해하기 쉽다.

도 13에 도시된 바와 같이, 컬럼라인(705)용 컬럼 저장스위치(703) 등의 스위치의 입력으로 직렬 비디오신호(V_in)가 라인(701)을 통해 전달된다.

도 13의 회로는 디스플레이내의 하나의 LC 소자만을 보여주지만, 이 회로는 디스플레이내의 다른 컬럼용으로 복사될 수 있음은 말할 나위도 없다. 마찬가지로, 로우라인들, LC 소자, 관련 스위치 역시 디스플레이의 다른 로우용으로 복사될 수 있다. 도 12에 도시된 수평 시프트레지스터(603)의 출력(607)처럼, 컬럼라인(705) 에 대응하는 수평 시프트레지스터(HS)의 출력은 라인(709)을 통해 스위치(703)의 입력에 연결된다.

도 14의 펄스(710)로 나타낸 것처럼, 작동되고 있는 특정 컬럼과 대응하는 수평 시프트레지스터의 출력을 임시로 작동시켜 특정 LC 소자(713)와 관련된 과정이 시작된다. 이 신호는 라인(709)을 통해 전달되어 스위치(703)를 폐쇄시키고 직렬 비디오신호(V_in)의 전압이 저장커패시터(711)에 걸리도록 한다. 바람직한 실시예에서는, 직렬 비디오신호(V_in)로부터 LC 소자(713)에 신호를 전달할 때는 아무것도 행해지지 않는다. 대신, 디스플레이내의 나머지 컬럼라인들에 관련된 스토리지 커패시터들(도시 안됨)과 다른 스위치모두와 관련하여 비슷한 과정이 채택된다.

이 과정 끝까지, 특정 컬럼 저장스위치가 작동된 순간에 직렬 비디오신호(V_in)에 존재하는 전압이 컬럼스위치와 관련된 커패시터, 예컨대 스위치(703)와 관련된 커패시터(711)에 저장된다. 로우의 소인(sweeping)이 완성되고 직렬 비디오신호(V_in)의 복귀 주기 동안, 저장 커패시터에 저장된 전압들은 후술할 공정과 함께 저장 커패시터에 관련된 LC 소자들로 전송된다.

전압조절기 기능을 하도록 구성된 스위치(717)의 입력에 시변 공급전압(V_A)이 공급된다. 먼저, 커패시터(711)에 걸린 전압때문에 스위치(717)가 폐쇄된다. 다음, 도 14에 라인(721)으로 표시된 것과 같은 상승전압(V_A)이 도 14의 라인(723)과 같이 컬럼라인(705)으로 전송된다. 필요하다면, 도 14의 라인구간(727)으로 표시한 것과 같이, 전압원(V_A)이 상승하기 시작할 때 로우라인(725)이 작동될 수도 있다. 그렇지 않으면, 도 14의 라인구간(729)과 같이 로우라인(725)을 지연시킬 수도 있다. 어느 경우에도, 도 14의 라인(731)처럼, 전압(V_A)이 커패시터(711)의 저장전압에 도달함에 따라 스위치(717)는 차단되기 시작한다. 커패시터(711)의 전압이 도달하자마자, 컬럼라인(705)상의 필요한 전압과 LC 소자(713)의 전압은 놔둔채 스위치(717)가 오프한다.

도 14의 라인구간(721)으로 지적된 것처럼, 시변전압을 V_A용으로 사용하여 단열충전을 실행하는 것이 바람직하다. 램프신호를 예로 들었지만, 반파 사인펄스나 계단형 신호 등, 단열충전과 관련하여 전술한 모든 다른 타입의 신호들도 이용할 수 있음은 말할 나위도 없다.

LC 소자(713)가 충분히 충전된 뒤, 로우라인(725)이 작동되어, 도 14의 라인구간(733) 또는 라인구간(735)처럼, 전송게이트(732)의 동작을 통해 컬럼라인(705)과 LC 소자(713)의 접속을 끊는다.

다음, 컬럼라인(705)과 관련된 다른 커패시턴스에 저장된 에너지를 회수한다. 전압원(V_A)이 컬럼라인(705)의 전압(스위치(717)의 임계전압) 이하로 강하하자마자, 도 14의 지점(741) 표시처럼, 스위치(717)가 온되어 라인(705)에 관련된 다른 커패시턴스에 저장된 에너지가 전압원으로 복귀한다. 도 14의 지점(743)과 같이, 컬럼라인이 방전될 때까지 이 과정이 계속된다. 다음, 컬럼라인(705)의 나머지 전압은 컬럼 방전신호(CD)와 함께 방전스위치(745)의 작동에 의해 방전된다. 이때 문에, 컬럼라인(705)의 플로팅 상태로 인해 생길 수도 있는 노이즈를 감소시킬 수 있다.

에너지 회수단계중에는, LC소자(713)에 걸린 전압이 도 14의 라인구간(71)처럼 변하지 않는 것이 중요하다.

이 과정의 충전부와 마찬가지로, 전압원(V_A)의 방전구간 역시 시변 신호이어서 단열방전을 실시한다. 또, 상기 계단형 신호나 반파사인펄스 등의 다른 타입의 시변신호들을 이용할 수도 있다.

동작시, 스위치(717)의 고유저항으로 인해, 스위치(717)가 개방되어 있을 때에도 전압원(V_A)과 저장커패시터(711) 사이에 약간의 전류가 흐른다. 이렇게 되면, 저장커패시터(711)에 저장된 전압 레벨이 변하여 에러를 유발할 가능성이 있다. 이 에러를 최소화하려면, 저장 커패시터의 값이 스위치(717) 접합부의 고유 커패시턴스와 상당히 관련되어 있어야만 한다. 그렇지 않으면, V_in에 생길 오프셋 량으로 에러량을 상쇄하고 보상한다. 이런 오프셋량은 직렬 비디오신호(V_in)를 생성하는 비디오 드라이버 카드의 테이블에 의해 및/또는 비디오 드라이버카드와 마이크로프로세서 사이의 인터페이스 역할을 하는 소프트웨어 드라이버내의 적절한 조정에 의해 제공될 수 있다.

많은 디스플레이에서, 도 1의 판(35,39,43,47) 등은 접지되지는 않지만 기수 프레임동안 LC소자에 인가되리라고 예상되는 최대전압과 접지부 사이의 도중에 있 는 DC 전압에 연결되고, 다른 판(33,37,41,45)은 중간 값과 최대값 사이로 구동된다. 우수 프레임동안에 다른 판은 제로와 중간값 사이로 구동된다.

본 실시예에서 단열충방전 동안 계단형 신호를 사용하면, 제로부터 최대값의 절반까지의 신호가 필요한 동안 계단형 신호의 계단수의 절반을 이용한다. 일 실시예에서, 우수 프레임동안, 즉 제로부터 최대값의 절반까지의 신호가 필요한 기간 동안 계단형 신호를 생성하는데 7단 계단형신호 발생기를 사용하지만, 기수 프레임 동안, 즉 절반부터 최대값 사이의 신호를 필요로 하는 기간동안 신호를 공급하는데는 14단 계단형 신호 발생기를 사용한다. 14단 계단형 신호 발생기를 이용하면, 물론 상승전압원은 7단 이후까지 디스플레이에 연결되지 않으므로, LC 소자에 불필요한 중간 극성 반전이 생기지 않도록 할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 대해 설명했지만, 본 바렴ㅇ은 설명된 이상으로 넓은 범위와 특징과, 방법 등으로 포함할 수 잇음은 말할나위도 없다. 예컨대 아주 다양한 용량성 부하(예; 용량성 정전변환기, EL이나 전계방출형 표시소자 등)를 소정의 전압레벨로 구동하는데 광범위하게 적용된다. 즉, 본 발명은 첨부 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (74)

1. 다수의 액정소자를 구비한 디스플레이에서 소모되는 에너지를 절감하고, 각각의 액정소자를 통과한 빛은 액정소자에 관련된 용량성 소자에 의해 조절되며, 각각의 용량성 소자는 그에 관련된 라인을 통해 전류를 전달하여 선택적으로 충전될 수 있고, 상기 라인은 용량성 소자들 이외에 디스플레이내의 다른 커패시턴스를 구동하는 에너지 절감방법에 있어서:

   a) 상기 용량성 소자들중 첫번째 용량성 소자와 관련된 라인을 통해 전류를 공급하여 상기 다른 커패시턴스의 일부와 상기 첫번째 용량성 소자를 충전하는 단계; 및

   b) 상기 첫번째 용량성 소자에 저장된 에너지를 회수할 때와는 다른 시기에 상기 일부의 다른 커패시턴스로부터 에너지를 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모 에너지 절감방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 첫번째 용량성 소자 이외의 용량성 소자들 각각에 대해 반복되고, 상기 다른 커패시턴스로부터 에너지를 회수하는 동안에는 어떤 용량성소자로부터도 에너지가 회수되지 않는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
3. 제1항에 있어서, 각각의 용량성소자들이 전자 스위치를 통해 관련 라인과 연 결되는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 용량성소자를 충전하는데 단열충전법이 이용되는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 단열충전법이 램프신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 단열충전법이 계단형 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 단열충전법이 반파 사인펄스를 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 다른 커패시턴스로부터 에너지를 회수하는데 단열방전법을 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 단열방전법이 램프신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 단열방전법이 계단형 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
11. 제8항에 있어서, 상기 단열방전법이 반파 사인펄스를 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이가 LCD, EL 디스플레이 또는 전계방출 디스플레이인 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
13. 다수의 액정소자들이 로우와 컬럼으로 배열되어 있는 디스플레이에 의해 소모되는 에너지를 절감하고, 각각의 액정소자를 통과한 빛이 그 액정소자에 관련된 용량성소자에 의해 조절되며, 각각의 용량성소자는 관련 라인을 통한 전류전달에 의해 선택적으로 충전될 수 있고, 상기 라인은 상기 용량성소자 이외의 디스플레이내의 다른 커패시턴스를 구동하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법에 있어서:

    a) 상기 용량성소자들중 첫번째 용량성 소자와 관련된 라인을 통해 전류를 공급하여, 상기 첫번째 용량성 소자와 상기 나머지 커패시턴스의 적어도 일부분을 충전하는 단계; 및

    b) 상기 첫번째 용량성소자와 관련된 액정소자와 동일한 로우에 있는 액정소자들과 관련된 용량성 소자들로부터 또는 상기 첫번째 용량성소자에 저장된 에너지를 회수하는 시기와 다른 시기에 상기 다른 커패시턴스의 일부로부터 에너지를 회 수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 첫번째 용량성소자 이외의 용량성소자들 각각에 대해 반복되고, 상기 다른 커패시턴스로부터 에너지를 회수하는 동안에는 어떤 용량성소자로부터도 에너지가 회수되지 않는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
15. 제13항에 있어서 각각의 용량성소자가 전자스위치를 통해 관련 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
16. 제13항에 있어서 상기 용량성소자를 충전하는데 단열충전법이 이용되는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 단열충전법이 램프신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 단열충전법이 계단형 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
19. 제16항에 있어서, 상기 단열충전법이 반파 사인펄스를 이용하는 것을 특징으 로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
20. 제13항에 있어서, 상기 다른 커패시턴스로부터 에너지를 회수하는데 단열방전법을 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 단열방전법이 램프신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
22. 제20항에 있어서, 상기 단열방전법이 계단형 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
23. 제20항에 있어서, 상기 단열방전법이 반파 사인펄스를 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
24. 제13항에 있어서, 상기 디스플레이가 LCD, EL 디스플레이 또는 전계방출 디스플레이인 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감방법.
25. 다수의 액정소자들을 구비한 디스플레이에 의해 소모되는 에너지를 절감하고, 각각의 액정소자를 통과한 빛이 그 액정소자에 관련된 용량성소자에 의해 조절되며, 각각의 용량성소자는 그에 관련된 라인을 통한 전류공급에 의해 선택적으로 충전될 수 있고, 상기 라인은 상기 용량성소자 이외의 디스플레이내의 다른 커패시턴스를 구동하는 디스플레이의 소모에너지 절감회로에 있어서:

    a) 상기 라인에 연결되어 그 라인을 전압원에 접속시키는 전압접속시스템;

    b) 상기 라인에 연결되어 그 라인을 저장소에 접속시키는 회수접속시스템; 및

    c) 제1 주기동안에는 상기 전압접속시스템을 통해 상기 전압원에 상기 라인을 연결시키고 제2 주기동안에는 상기 회수접속시스템을 통해 상기 라인을 상기 저장소에 연결시키며, 상기 라인에 관련된 용량성소자의 전압은 상기 제2 주기동안에는 변하지 않는 제어시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감회로.
26. 제25항에 있어서,

    a) 상기 전원과 저장소는 단열 충방전을 촉진하는 신호를 생성하는 공급원을 구성하고;

    b) 상기 전압접속시스템은 상기 공급원과 라인 사이에 연결된 제1 전기 스위칭시스템을 포함하며;

    c) 상기 회수접속시스템은 상기 공급원과 라인 사이에 연결된 제2 전기 스위치시스템을 포함하고;

    d) 상기 제어시스템은 상기 제1, 제2 전기스위칭시스템을 제어하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감회로.
27. 제26항에 있어서, 상기 신호가 램프신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감회로.
28. 제26항에 있어서, 상기 신호가 계단형 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감회로.
29. 제26항에 있어서, 상기 신호가 반파 사인펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감회로.
30. 제26항에 있어서, 상기 제1 전기스위칭 시스템이 MOSFET에 직렬 연결된 전송게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감회로.
31. 제26항에 있어서, 상기 제2 전기스위칭 시스템이 MOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감회로.
32. 제26항에 있어서, 상기 제2 주기가 상기 제1 주기 이후 일정 시간 지난 뒤 시작되는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감회로.
33. 제26항에 있어서, 상기 제2 주기가 상기 신호의 전압이 라인의 전압과 같을 때 시작되는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감회로.
34. 제33항에 있어서, 상기 공급원과 상기 라인에 연결되어 공급원의 전압이 라인의 전압과 동일할 때를 결정하는 비교회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감회로.
35. 제25항에 있어서, 상기 디스플레이가 LCD, EL 디스플레이 또는 전계방출 디스플레이인 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소모에너지 절감회로.
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54. 한 디스플레이의 다수의 픽셀중 하나와 디스플레이의 상기 픽셀과 다른 라인과 관련된 하나 이상의 커패시턴스를 구동시키는 방법에 있어서:

    a) 상기 디스플레이의 다수의 픽셀 각각을 상기 라인에 전기적으로 연결하는 단계;

    b) 상기 디스플레이의 다수의 픽셀중 하나내에, 상기 디스플레이의 다수의 픽셀중 다른 각각이 상기 라인에 전기적으로 연결하면서 상기 라인을 통해 전하를 저장하는 단계; 및

    c) 상기 디스플레이의 다수의 픽셀중 하나내에 저장된 전하를 유지하면서 상기 다른 커패시턴스 내에 저장된 에너지를 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
55. 제54항에 있어서, 상기 디스플레이가 액정 디스플레이(LCD), EL 디스플레이 및 전계방출 디스플레이중의 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
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58. 행열 매트릭스로 배열된 다수의 액정소자들을 구비한 디스플레이에 의해 소모되는 에너지를 절감하고, 각각의 액정소자를 통과한 빛은 그 액정소자와 관련된 용량소자에 의해 조절되며, 각각의 용량소자는 그에 연관된 라인을 통한 전류 공급에 의해 선택적으로 충전될 수 있고, 상기 라인은 용량소자 이외의 디스플레이내의 다른 커패시턴스를 구동시키며, 다수의 액정소자 각각은 직렬비디오신호의 전압으로 구동되는 방법에 있어서:

    a) 각각의 용량소자에 대한 비디오신호의 전압을 저장소자에 저장하는 단계;

    b) 각각의 용량소자의 저장전압을 제1 전압조절기를 통해 각각의 용량소자에 인가하는 단계; 및

    c) 다른 커패시턴스로부터 에너지를 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
59. 제58항에 있어서, 저장전압을 인가하는데 단열충전법을 이용하는 것을 특징 으로 하는 방법.
60. 제58항에 있어서, 에너지를 회수하는데 단열방전법을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
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