KR100732837B1 - Ｌｃｄ 구동 ｉｃ의 네거티브 전압 발생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LCD(liquid crystal display) 구동 IC 에서의 네거티브 전압 발생기에 관한 것으로, LCD(liquid crystal display) 구동 IC의 네거티브 전압 발생기에 있어서, 전압 레귤레이터; 및 입력전압을 제공받아 제1 음전압을 형성하고, 상기 전압 레귤레이터로부터 제공된 정전압을 이용하여 제2 음전압을 형성하는 네거티브 차지펌프를 포함한다. 따라서, 내부 TFT 패널을 구동하기 위한 게이트 전압을 VCOM 전압의 레벨에 따라 다르게 출력할 수 있는 안정된 회로를 제작할 수 있으며, 이에 따라서 TFT 패널을 이용한 제품에서 화질 향상을 도모할 수 있다.
LCD, 네거티브 전압 발생기, 레귤레이터, 음전압

Description

ＬＣＤ 구동 ＩＣ의 네거티브 전압 발생기{negative voltage generator in LCD driver IC}
도 1은 일반적인 TFT 셀의 등가 회로도.
도 2는 종래 기술에 따른 TFT 셀 공통전압(VCOM) 발생 회로도.
도 3은 일반적인 TFT 셀의 구동 파형도.
도 4는 일반적인 게이트 전압 (VGL 및 VGH)용 전압 발생 블록도.
도 5는 도4의 게이트 전압 출력 파형도.
도 6은 본 발명에 따른 게이트 전압 구동 파형도.
도 7은 본 발명에 따른 음전압 발생기 회로도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 도7의 차지펌프 상세 회로도.
도 9는 도 8의 구동 타이밍도.
도 10a 내지 도 10d는 도 8에 도시된 펌프 회로의 동작 흐름도.
도 11은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 도7의 차지펌프 상세 회로도.
도 12는 도 11의 펌프 구동 타이밍도.
도 13a 및 도 13b는 도 11에 도시된 펌프 회로의 동작 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
M1: 패널 트랜지스터 C11, C21: 캐패시터
R23: 저항 S81 내지 S84: 스위치
본 발명은 전압 발생기에 관한 것으로, 특히 LCD(liquid crystal display) 구동 IC 에서의 네거티브 전압 발생기에 관한 것이다.
일반적으로, TFT 패널을 구동하기 위해서는 TFT 패널에 소스 전압과 게이트 전압을 공급해야 한다. 따라서, 소형 디스플레이 구동 IC의 경우에 있어서도 소스 전압과 게이트 전압을 생성해서 TFT 패널에 공급하게 된다. 보통 게이트 전압의 경우는 고전압을 인가하게 되며 양전압(+)과 음전압(-)을 TFT 패널에 공급하게 된다. 한편, 소형 디스플레이 구동 IC의 경우 양전압 하나와 음전압 하나만을 생성해서 패널에 공급할 수도 있으나, 이 경우 패널의 특성에 따라서 화면에서 깜박거림(Flicker) 현상이 발생하게 되며, 이러한 현상을 제거하기 위해서는 소스 공급 전압의 극성에 따라 다른 음전압을 TFT 패널에 공급해 주어야 한다.
도 1은 일반적인 TFT 셀(Cell)에 대한 등가 회로도이며, 도면에서 C_LCD는 TFT 패널의 등가 캐패시터이고, M1은 패널 트랜지스터를, 그리고 VCOM은 패널 공통 전압을 각각 나타내고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, TFT의 트랜지스터(M1)는 외 부 소스 전압(VS)과 게이트 전압(VG)에 연결되어 있으며, 디스플레이 구동 IC 등의 외부 회로에 의해 전압 및 신호를 공급받는다.
도 2는 종래 기술에 따른 TFT 셀 공통전압(VCOM) 발생 회로도로서, 저항(R21 및 R22) 및 OP앰프를 통해 기준전압(VCOM_REF)를 생성하고, 이렇게 형성된 기준전압(VCOM_REF)에 캐패시터(C21) 및 저항(R23)을 이용하여 교류전압(COM_AC)과 직류전압(COM_DC)을 인가함으로써 공통전압(VCOM)을 형성하게 된다.
도 3은 일반적인 TFT 셀의 구동 파형도이다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 도2의 교류전압(COM_AC)은 공통전압(VCOM)의 진폭을 결정하게 되고, 직류전압(COM_DC)은 공통전압(VCOM)의 전압레벨에 결정짓게 된다. 따라서, 트랜지스터(M1)에 소스 전압(VS)이 공급되고 게이트 전압(VG)에 의해 스위치 트랜지스터(M1)을 온오프(On-Off)하고, 이에 따라 패널 등가 캐패시터(C_LCD)에 VS 전압을 충전시켜 이 소스 전압(VS)의 크기에 따라 LCD 패널을 디스플레이하게 된다.
도 4는 일반적인 게이트 전압 (VGL 및 VGH) 용 전압 발생 블록도이다. 도3에 도시된 바와 같이, 서로 다른 위상의 전압을 형성하기 위하여 제1 및 제2 게이트전압(VGH 및 VGL) 각각은 대칭적으로 구성되어 있다. 즉, 차지펌프(charge pump) 및 일련의 캐패시터(C41 내지 C4n)를 통해 얻어진 전압경로에 두 가지의 다른 위상(180도 위상차)를 구현하여 상기 제1 및 제2 게이트전압(VGH 및 VGL)를 형성한다. 이렇게 하여 형성된 제1 및 제2 게이트전압(VGH 및 VGL) 파형이 도5에 도시되어 있다.
전술한 바와 같이, TFT 패널의 특성은 특정한 전압이 패널 등가 캐패시터 (C_LCD)에 동일 위상으로 장시간 인가될 경우 패널 특성이 열화되어 패널에 잔상이 남게 된다. 이러한 잔상이 남는 현상을 제거하기 위해서 일반적으로는 패널의 공통 전압 및 소스전압(VS)에 대해서 일정한 주기로 극성을 반전시켜 패널에 인가하게 된다. 따라서 게이트 구동 전압인 VG은 양전압인 VGH 와 음전압인 VGL 레벨로 스윙하게 된다.
또한, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 게이트전압(VGH 및 VGL)은 보통 차지펌프회로를 이용하여 구현되며, 입력전압의 정수배의 출력으로 상기 제1 및 제2 게이트전압(VGH 및 VGL)이 생성되게 된다. 따라서, 상기 게이트 전압(VG)은 도 3에 나타난 바와 같이 제1 및 제2 게이트전압(VGH 및 VGL) 레벨로 스윙하게 된다.
그러나, 상기 종래의 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 게이트전압(VGH 및 VGL)은 공통전압(VCOM) 주기마다 동일 레벨로 스윙하게 되고, 이 경우 패널의 특성에 따라 화면에 깜박거림 현상이 발생하는 경우가 생기게 되는 문제점이 있었다.
따라서 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여는 안출된 본 발명은 게이트 전압을 공통전압의 레벨에 따라 다르게 출력함으로써 TFT 패널의 화질 향상을 이룰 수 있는 구동회로의 전압 발생기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 게이트 전압으로 2가지 이상의 음전압을 생성하여 제공함으로써 TFT 패널의 깜박임 현상을 해소시킬 수 있는 네거티브 전압 발생기를 제공 하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, LCD(liquid crystal display) 구동 IC의 네거티브 전압 발생기에 있어서, 전압 레귤레이터와, 입력전압을 제공받아 제1 음전압을 형성하고, 상기 전압 레귤레이터로부터 제공된 정전압을 이용하여 제2 음전압을 형성하는 차지펌프를 포함하되, 상기 차지펌프는, 상기 입력전압을 입력받아 제1 노드로 전달하는 제1 스위칭부와, 상기 정전압을 입력받아 상기 제1 노드로 전달하는 제2 스위칭부와, 상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결된 펌핑 캐패시터와, 상기 제1 노드와 접지단 사이에 연결된 제3 스위칭부와, 상기 제2 노드와 상기 접지단 사이에 연결된 제4 스위칭부와, 일단이 상기 제2 노드와 연결된 제5 스위칭부와, 일단이 상기 제2 노드와 연결된 제6 스위칭부와, 상기 제5 스위칭부의 타단과 상기 접지단 사이에 연결되어 상기 제1 음전압을 충전하는 제1 평활 캐패시터와, 상기 제6 스위칭부의 타단과 상기 접지단 사이에 연결되어 상기 제2 음전압을 충전하는 제2 평활 캐패시터를 포함하는 네거티브 차지펌프를 제공한다.
또한, 본 발명은 LCD(liquid crystal display) 구동 IC의 네거티브 전압 발생기에 있어서, 전압 레귤레이터와, 입력전압과 상기 전압 레귤레이터로부터 제공된 정전압을 이용하여 상기 입력전압과 상기 정전압을 합한 출력전압을 출력하는 차지펌프를 포함하되, 상기 차지펌프는, 상기 출력전압을 출력하는 OP앰프와, 상기 입력전압을 입력받아 제1 노드로 전달하는 제1 스위칭부와, 상기 제1 노드와 접지단 사이에 연결된 제2 스위칭부와, 상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결된 제1 캐패시터와, 상기 정전압을 입력받아 상기 제2 노드로 전달하는 제3 스위칭부와, 상기 제2 노드와 상기 OP앰프의 제1 단자(+) 사이에 연결된 제4 스위칭부와, 상기 제1 단자(+)와 상기 OP앰프의 출력단 사이에 연결된 제5 스위칭부와, 상기 OP앰프의 제2 단자(-)와 상기 OP앰프의 출력단 사이에 연결된 제6 스위칭부와, 상기 제1 단자(+)와 상기 제2 단자(-) 사이에 연결된 제7 스위칭부와, 상기 OP앰프의 출력단과 상기 접지단 사이에 연결되어 상기 출력전압을 충전하는 제2 캐패시터를 포함하는 네거티브 차지펌프를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
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먼저, 본 발명은 공통전압(VCOM)의 극성에 따라 게이트 전압(VG)이 VGL 전압과 VGL + VCOM_AC 전압의 2개의 음전압을 가지도록 한다. 이를 위해 본 발명은, 첫 번째로 푸쉬풀 타입 앰프(Push-Pull Type AMP)를 이용한 2 페이즈 차지펌프(2-Phase charge pump)를 이용하거나, 두 번째로 스몰 차지펌프(small charge pump)와 음전압 레귤레이터를 이용한 방법을 이용하여 2가지 이상의 음전압을 생성한다.
도6을 참조하여 좀 더 구체적 설명하면, 도 6은 본 발명에 따른 게이트 전압 구동 파형도를 나타내고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 게이트 전압(VG)의 음전압은 계단형으로 두개의 값을 가지고 있다. 즉, VGL 및 VGL + VCOM_AC 레벨 각각을 한 사이클(cycle)내에서 나타내고 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 게이트 전압이 2개의 음전압을 가지도록 구성하는 것을 특징으로 하고 있다.
도7은 본 발명에 따른 음전압 발생기 회로도로서, 두가지의 음전압, 즉 VGL 및 VGL + VCOM_REF를 각각 형성하기 위하여, 음전압 발생부(A)와 전압 레귤레이터(B)를 각각 포함하고 있다. 상기 음전압 발생부(A)는 네거티브 차지펌프를 포함하고 있다. 상기 전압 레귤레이터(B)는 정전압용 OP앰프를 포함하고 있다. 한편, 일반적인 레귤레이터는 전류 포싱(forcing) 능력만을 가지지만, 본 발명에 따른 레굴레이터(B)는 도 6에서와 같은 2개의 음전압 레벨을 만들기 위하여 전류 싱크(sink) 능력을 가져야 한다. 따라서 본 발명의 이러한 구조에 쓰이는 레귤레이터는 반드시 푸시-풀(push-pull) 타입이어야 한다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 레귤레이터(B)에서 제공되는 기준전압(VCOM_REF)은 음전압 발생부(A)의 네거티브 차지펌프로 입력되어 게이트전압(VGL) 보다 약간 높은 준위의 VGL + VCOM_REF를 형성하는데 기여하게 된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 도7의 차지펌프 상세 회로도, 도 9는 도 8의 구동 타이밍도, 도 10a 내지 도 10d는 도 8에 도시된 펌프 회로의 동작 흐름도를 각각 나타내고 있다. 도 10a 내지 도 10d에서는 설명의 편의상 펌핑 캐패시턴스(C81) 하나만을 예로 들었으나, 도 8과 같이 캐패시턴스를 계속 병렬로 연결하 여 확장할 수 있다.
먼저 스위치(S81)을 온(ON)시킨 후 캐패시터(C81)에 입력전압(VR)을 충전시킨다(도10a). 이후 스위치(S81)을 오프(OFF)시킨 후 스위치(S83)를 온(ON)시켜서 평활 캐패시턴스에 -VR의 전압을 충전하게 된다(도10b). 충전하는 전압 레벨은 펌핑 캐패시턴스의 단수에 비례해서 낮아진다. 그리고 다시 스위치(S81)을 온(ON)시켜서 캐패시터(C81)에 VR 전압을 충전한다(도10c). 이후 스위치(S81)을 오프(OFF)시킨 후, 스위치(S84)을 온(ON)시켜서 평활 캐패시턴스의 단수에 비례해서 낮아진다(도10d). 이러한 동작을 반복하여 원하는 전압인 VGOFHH(-VR) 와 VGOFFL(-VR+VCOM_REF)을 생성하게 된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도7의 차지펌프 상세 회로도, 도 12는 도 11의 구동 타이밍도, 도 13a 및 도 13b는 도 11에 도시된 펌프 회로의 동작 흐름도를 각각 나타내고 있다. 도 11은 스몰 커패시턴스(C11)를 이용한 차지펌프와 네거티브 전압 버퍼(11), 예를 들어, OP앰프로 구성된다. 본 발명에서는, 음전압인 VGOFFL과 VCOM_REF는 도 2와 도 4에서 제시된 회로로부터 각각 입력 받게 되며 이 전압들을 이용해서 VCOM_REF+VGOFFL 전압인 VGOFFH 전압을 생성하게 된다. 이 구조에서는 VCOM_REF 레귤레이터가 푸시풀타입일 필요가 없으며 펌핑 캐패시턴스(C11)의 전류 구동 능력이 클 필요가 없으므로 상대적으로 캐패시턴스(C11)의 용량을 작게 설정할 수 있다. 따라서 캐패시턴스를 내부에 장착 가능하다. 따라서 실제 부하 회로의 전류 구동은 네거티브 전압 버퍼(11)에서 구동을 하게 된다.
도 13을 참조하면, 스위치(S1)가 온(ON)되어 스몰 캐패시턴스(C11)에 VCOM_REF 전압을 충전하게 된다(도13a). 이때 네거티브 전압 버퍼(11)는 출력 전압을 그대로 유지하게 된다. 이후 스위치(S1)가 오프(OFF)되고 스위치(S2)가 온(ON)되어 캐피시터(C11)의 + 단자에 인가된다(도13b). 이때 캐패시터(C11)는 전압 팔로워(voltage follower)로서 동작하게 되며, 이때 평활 캐패시턴스(C11)에 충전되는 전압을 VGOFFH 라면, VGOFFH =VCOM_REF+VGOFFL 의 전압이 충전되게 된다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 내부 TFT 패널을 구동하기 위한 게이트 전압을 VCOM 전압의 레벨에 따라 다르게 출력할 수 있는 안정된 회로를 제작할 수 있으며 이에 따라서 TFT 패널을 이용한 제품에서 화질 향상을 도모할 수 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. LCD(liquid crystal display) 구동 IC의 네거티브 전압 발생기에 있어서,
    전압 레귤레이터; 및
    입력전압을 제공받아 제1 음전압을 형성하고, 상기 전압 레귤레이터로부터 제공된 정전압을 이용하여 제2 음전압을 형성하는 차지펌프를 포함하되,
    상기 차지펌프는,
    상기 입력전압을 입력받아 제1 노드로 전달하는 제1 스위칭부;
    상기 정전압을 입력받아 상기 제1 노드로 전달하는 제2 스위칭부;
    상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결된 펌핑 캐패시터;
    상기 제1 노드와 접지단 사이에 연결된 제3 스위칭부;
    상기 제2 노드와 상기 접지단 사이에 연결된 제4 스위칭부;
    일단이 상기 제2 노드와 연결된 제5 스위칭부;
    일단이 상기 제2 노드와 연결된 제6 스위칭부;
    상기 제5 스위칭부의 타단과 상기 접지단 사이에 연결되어 상기 제1 음전압을 충전하는 제1 평활 캐패시터; 및
    상기 제6 스위칭부의 타단과 상기 접지단 사이에 연결되어 상기 제2 음전압을 충전하는 제2 평활 캐패시터
    를 포함하는 네거티브 전압 발생기.
  3. LCD(liquid crystal display) 구동 IC의 네거티브 전압 발생기에 있어서,
    전압 레귤레이터; 및
    입력전압과 상기 전압 레귤레이터로부터 제공된 정전압을 이용하여 상기 입력전압과 상기 정전압을 합한 출력전압을 출력하는 차지펌프를 포함하되,
    상기 차지펌프는,
    상기 출력전압을 출력하는 OP앰프;
    상기 입력전압을 입력받아 제1 노드로 전달하는 제1 스위칭부;
    상기 제1 노드와 접지단 사이에 연결된 제2 스위칭부;
    상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결된 제1 캐패시터;
    상기 정전압을 입력받아 상기 제2 노드로 전달하는 제3 스위칭부;
    상기 제2 노드와 상기 OP앰프의 제1 단자(+) 사이에 연결된 제4 스위칭부;
    상기 제1 단자(+)와 상기 OP앰프의 출력단 사이에 연결된 제5 스위칭부;
    상기 OP앰프의 제2 단자(-)와 상기 OP앰프의 출력단 사이에 연결된 제6 스위칭부;
    상기 제1 단자(+)와 상기 제2 단자(-) 사이에 연결된 제7 스위칭부; 및
    상기 OP앰프의 출력단과 상기 접지단 사이에 연결되어 상기 출력전압을 충전하는 제2 캐패시터
    를 포함하는 네거티브 전압 발생기.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전압 레귤레이터는 푸시-풀(push-pull) 타입인 것을 특징으로 하는 네거티브 전압 발생기.
  5. 삭제
  6. 삭제
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KR101456027B1 (ko) * 2013-03-18 2014-11-03 주식회사 하이딥 음전압 공급 장치
US10217396B2 (en) 2016-02-19 2019-02-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Display driver integrated circuit and display system including the same

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