KR100973821B1 - Driving apparatus for display device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표시 장치의 구동 장치에 관한 것으로서, 특히 부트스트래핑 방식을 이용하여 관통 전류를 감소시켜 소비 전력을 줄일 수 있는 표시 장치의 구동 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 한 특징에 따른 표시 장치의 구동 장치는 스위칭 소자를 포함하는 복수의 화소를 포함하며, 일렬로 배열된 복수의 시프트 레지스터를 포함하는 게이트 구동부를 포함하고, 상기 각 시프트 레지스터는 위상이 서로 다른 제1 내지 제4 클록 신호 중 2개를 입력받으며, 상기 각 시프트 레지스터는 충전 및 방전을 행하는 트랜지스터와 이에 연결되어 있는 제1 내지 제4 스위칭 소자를 포함한다. 상기 트랜지스터는 제1 전압 또는 제2 전압에 선택적으로 연결되어 있는 제1 단자, 상기 제1 클록 신호에 선택적으로 연결되어 있는 제2 단자, 그리고 상기 제2 단자와 배선으로 연결되어 있는 제3 단자를 포함한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving device of a display device, and more particularly, to a driving device of a display device capable of reducing power consumption by reducing a through current using a bootstrapping method. A driving device of a display device according to an aspect of the present invention includes a gate driver including a plurality of pixels including a switching element and a plurality of shift registers arranged in a row, each shift register having a phase. Two of the first to fourth clock signals which are different from each other are input, and each of the shift registers includes transistors for charging and discharging and first to fourth switching elements connected thereto. The transistor may include a first terminal selectively connected to a first voltage or a second voltage, a second terminal selectively connected to the first clock signal, and a third terminal connected to the second terminal by wiring. Include.
이런 방식으로, 동일한 종류의 5개의 트랜지스터를 사용함으로써 관통 전류를 감소시킴은 물론 회로를 단순화시켜 제작 단가의 감소와 공정 수율을 높일 수 있다.In this way, the use of five transistors of the same type not only reduces the through current, but also simplifies the circuit, reducing manufacturing costs and increasing process yield.
게이트구동부, 시프트레지스터, 클록신호, 트랜지스터, PMOS, NMOS, 충전, 방전Gate Driver, Shift Register, Clock Signal, Transistor, PMOS, NMOS, Charge, Discharge
Description
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.2 is an equivalent circuit diagram of one pixel of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 게이트 구동부의 블록도이다.3 is a block diagram of a gate driver according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 게이트 구동부의 시프트 레지스터의 상세 회로도이4 is a detailed circuit diagram of a shift register of a gate driver according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에 도시한 듀티비가 25%인 클록 신호와 입력 및 출력 신호의 타이밍도이다. FIG. 5 is a timing diagram of a clock signal having an duty ratio of 25% and an input and output signal shown in FIG. 4.
도 6은 도 4에 도시한 듀티비가 50%인 클록 신호와 입력 및 출력 신호의 타이밍도이다.FIG. 6 is a timing diagram of a clock signal having an duty ratio of 50% and an input and output signal shown in FIG.
본 발명은 표시 장치의 구동 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a driving device of a display device.
액정 표시 장치나 EL(electro luminescence) 표시 장치 등은 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소를 포함한다. 각 화소는 화상 신호를 선택적으로 받아들이는 스위칭 소자를 포함하며, 스위칭 소자로는 MOS형 트랜지스터 등 주로 삼단자 소자가 사용된다. 이러한 표시 장치는 또한 스위칭 소자에 연결된 복수의 게이트선과 복수의 데이터선을 포함하며, 각 게이트선은 스위칭 소자를 각각 턴온시키는 게이트 온 전압을 전달하고, 각 데이터선은 턴온된 스위칭 소자를 통하여 각 화소에 화상 신호를 전달한다.A liquid crystal display, an EL (electro luminescence) display, or the like includes a plurality of pixels arranged in a matrix form. Each pixel includes a switching element that selectively receives an image signal, and a three-terminal element such as a MOS transistor is mainly used as the switching element. The display device also includes a plurality of gate lines and a plurality of data lines connected to the switching elements, each gate line delivering a gate-on voltage for turning on the switching elements, respectively, and each data line through each turned-on switching element for each pixel. Pass the image signal on.
이러한 표시 장치는 또한 게이트선에 게이트 온 전압을 인가하는 게이트 구동부와 데이터선에 화상 신호를 인가하는 데이터 구동부 및 이들을 제어하는 신호 제어부를 포함한다.The display device also includes a gate driver for applying a gate-on voltage to the gate line, a data driver for applying an image signal to the data line, and a signal controller for controlling the gate driver.
게이트 구동부는 신호 제어부로부터의 수직 동기 시작 신호에 따라 게이트 온 전압의 출력을 시작하여 일렬로 배열된 게이트선에 차례로 게이트 온 전압을 인가한다. 이와 같이 차례로 게이트 온 전압을 출력하기 위하여 종래의 게이트 구동부는 게이트선에 각각 연결되어 있는 복수의 시프트 레지스터(shift register)를 포함한다. 첫 번째 시프트 레지스터는 수직 동기 시작 신호와 클록 신호에 동기되어 게이트 온 전압의 출력을 시작하고 두 번째 시프트 레지스터부터는 전단 시프트 레지스터의 출력 전압과 클록 신호에 동기되어 게이트 온 전압의 출력을 시작한다. The gate driver starts outputting the gate-on voltage according to the vertical synchronization start signal from the signal controller, and sequentially applies the gate-on voltage to the gate lines arranged in a row. In order to output the gate-on voltage in this manner, the conventional gate driver includes a plurality of shift registers connected to the gate lines, respectively. The first shift register starts the output of the gate-on voltage in synchronization with the vertical synchronization start signal and the clock signal, and the second shift register starts the output of the gate-on voltage in synchronization with the clock signal and the output voltage of the front end shift register.
시프트 레지스터를 이루는 박막 트랜지스터는 공정 비용 절감 및 수율 향상을 위하여 상보형 대신에 N형 또는 P형만을 사용하는 경우가 대부분이다. 이 때, 시프트 레지스터는 인버터를 기본으로 구성하기 때문에 정극성의 구동 전압과 부극성의 구동 전압 사이에 관통 전류(through current)가 흘러서 전력 소모가 매우 크 다. Thin film transistors that form shift registers often use only N-type or P-type instead of complementary to reduce process cost and improve yield. At this time, since the shift register is basically composed of an inverter, a through current flows between the positive driving voltage and the negative driving voltage, so that power consumption is very high.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 소비 전력을 감소시킬 수 있는 표시 장치의 구동 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a driving device of a display device capable of reducing power consumption.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 구동 장치는 스위칭 소자를 포함하는 복수의 화소를 포함하며, 일렬로 배열된 복수의 시프트 레지스터를 포함하는 게이트 구동부를 포함하고, 상기 각 시프트 레지스터는 위상이 서로 다른 제1 내지 제4 클록 신호 중 2개를 입력받으며, 상기 각 시프트 레지스터는 충전 및 방전을 행하는 트랜지스터와 이에 연결되어 있는 제1 내지 제4 스위칭 소자를 포함하고, 상기 트랜지스터는 제1 전압 또는 제2 전압에 선택적으로 연결되어 있는 제1 단자, 상기 제1 클록 신호에 선택적으로 연결되어 있는 제2 단자, 그리고 상기 제2 단자와 배선으로 연결되어 있는 제3 단자를 포함한다. According to an aspect of the present invention, a driving device of a display device includes a gate driver including a plurality of pixels including a switching element and a plurality of shift registers arranged in a row. Each shift register receives two of the first to fourth clock signals having different phases, and each shift register includes a transistor for charging and discharging and first to fourth switching elements connected thereto. The transistor includes a first terminal selectively connected to a first voltage or a second voltage, a second terminal selectively connected to the first clock signal, and a third terminal wired to the second terminal. do.
이 때, 상기 제1 스위칭 소자는 상기 제1 전압에 연결되어 있는 제1 및 제2 단자, 그리고 상기 트랜지스터의 제1 단자에 연결되어 있는 제3 단자를 포함하며, 상기 제2 스위칭 소자는 상기 제2 클록 신호에 연결되어 있는 제1 단자, 상기 트랜지스터의 제1 단자에 연결되어 있는 제2 단자 및 상기 제2 전압에 연결되어 있는 제3 단자를 포함하고, 상기 제3 스위칭 소자는 상기 트랜지스터의 제1 단자에 연결되어 있는 제1 단자, 상기 제1 클록 신호에 연결되어 있는 제2 단자 및 상기 트랜지스터의 제2 단자에 연결되어 있는 제3 단자를 포함하며, 상기 제4 스위칭 소자는 상기 제2 스위칭 소자의 제1 단자에 연결되어 있는 제1 단자, 상기 트랜지스터의 제3 단자에 연결되어 있는 제2 단자 및 상기 제2 전압에 연결되어 있는 제3 단자를 포함할 수 있다.In this case, the first switching device includes first and second terminals connected to the first voltage, and a third terminal connected to the first terminal of the transistor, wherein the second switching device includes the first terminal. And a third terminal connected to the second clock signal, a second terminal connected to the first terminal of the transistor, and a third terminal connected to the second voltage, wherein the third switching device comprises a first terminal of the transistor. A first terminal connected to a first terminal, a second terminal connected to the first clock signal, and a third terminal connected to a second terminal of the transistor, wherein the fourth switching device includes the second switching The display device may include a first terminal connected to a first terminal of the device, a second terminal connected to a third terminal of the transistor, and a third terminal connected to the second voltage.
또한, 상기 제1 내지 제2 클록 신호의 듀티비는 50% 이하인 것이 바람직하다.In addition, the duty ratio of the first to second clock signals is preferably 50% or less.
한편, 제1 시점에서 상기 제1 및 제3 스위칭 소자는 턴 온되고, 제2 시점에서 상기 제1 스위칭 소자는 턴 오프되며, 제3 시점에서 상기 제2 및 제4 스위칭 소자는 턴 온되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 트랜지스터는 상기 제1 시점에서 충전을 시작하고, 상기 제2 시점에서 부유 상태(floating state)가 되며, 상기 제3 시점에서 방전을 시작하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the first and third switching devices are turned on at a first time point, the first switching device is turned off at a second time point, and the second and fourth switching devices are turned on at a third time point. desirable. In addition, the transistor starts charging at the first time point, enters a floating state at the second time point, and starts discharging at the third time point.
한편, 상기 시프트 레지스터는 상기 트랜지스터의 제3 단자와 상기 제4 스위칭 소자의 제2 단자 사이에 연결되어 있는 출력단을 더 포함하고, 상기 출력단은 상기 제1 및 제2 시점에서 상기 제1 클록 신호와 연결되며, 상기 제3 시점에서 상기 제2 전압에 연결될 수 있다.The shift register may further include an output terminal connected between the third terminal of the transistor and the second terminal of the fourth switching element, and the output terminal may be connected to the first clock signal at the first and second time points. And may be connected to the second voltage at the third time point.
이 때, 상기 제1 내지 제4 클록 신호는 접지 전압(ground voltage)과 동일한 전압과 상기 접지 전압보다 낮은 전압 범위를 가지며, 상기 제2 전압은 상기 접지 전압과 동일한 전압인 경우에 상기 트랜지스터와 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자는 PMOS 트랜지스터일 수 있다.In this case, the first to fourth clock signals have a voltage range equal to a ground voltage and a voltage range lower than the ground voltage, and the second voltage is equal to the ground voltage. The first to fourth switching elements may be PMOS transistors.
상기 제1 내지 제4 클록 신호는 접지 전압과 동일한 전압과 상기 접지 전압보다 높은 전압 범위를 가지며, 상기 제2 전압은 상기 접지 전압보다 낮은 전압인 경우에 상기 트랜지스터와 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자는 NMOS 트랜지스터일 수 있다.The transistors and the first to fourth switching elements when the first to fourth clock signals have a voltage range equal to a ground voltage and a voltage range higher than the ground voltage, and the second voltage is lower than the ground voltage. May be an NMOS transistor.
한편, 상기 제1 내지 제4 클록 신호 중 상기 시프트 레지스터에 입력되는 2개의 클록 신호는 서로 90°의 위상차를 갖는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the two clock signals input to the shift register among the first to fourth clock signals have a phase difference of 90 ° to each other.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification. When a portion of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on top" of another part, this includes not only when the other part is "right on" but also another part in the middle. On the contrary, when a part is "just above" another part, there is no other part in the middle.
먼저 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.First, a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.FIG. 1 is a block diagram of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a pixel of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(300) 및 이에 연결된 게이트 구동부(400), 데이터 구동부(500), 데이터 구동부(500)에 연결된 계조 전압 생성부 (800) 그리고 이들을 제어하는 신호 제어부(600)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention includes a liquid
액정 표시판 조립체(300)는 등가 회로로 볼 때 복수의 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)를 포함한다.The liquid
표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G1-Gn)과 데이터 신호를 전달하는 데이터 신호선 또는 데이터선 (D1-Dm)을 포함한다. 게이트선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(D1-Dm)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다. The display signal lines G 1 -G n and D 1 -D m are a plurality of gate lines G 1 -G n for transmitting a gate signal (also called a “scan signal”) and a data signal line or data for transmitting a data signal. It includes the line (D 1 -D m ). The gate lines G 1 -G n extend substantially in the row direction and are substantially parallel to each other, and the data lines D 1 -D m extend substantially in the column direction and are substantially parallel to each other.
각 화소는 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(CLC) 및 유지 축전기(storage capacitor)(CSt)를 포함한다. 유지 축전기(CSt)는 필요에 따라 생략할 수 있다.Each pixel includes a switching element Q connected to a display signal line G 1 -G n , D 1 -D m , a liquid crystal capacitor C LC , and a storage capacitor C S t connected thereto. ). The storage capacitor (C S t) may be omitted, if necessary.
스위칭 소자(Q)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있으며, 삼단자 소자로서 그 제어 단자 및 입력 단자는 각각 게이트선(G1-Gn) 및 데이터선(D1-D
m)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(CLC) 및 유지 축전기(CSt)에 연결되어 있다.The switching element Q is provided on the
액정 축전기(CLC)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190)과 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(190, 270) 사이의 액정층(3)은 유전 체로서 기능한다. 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)에 연결되며 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가받는다. 도 2에서와는 달리 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(190, 270)이 모두 선형 또는 막대형으로 만들어진다.The liquid crystal capacitor C LC has two terminals, the
유지 축전기(CSt)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(190)이 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(CSt)는 화소 전극(190)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선과 중첩되어 이루어질 수 있다.The storage capacitor C S t is formed by overlapping a separate signal line (not shown) and the
한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소가 색상을 표시할 수 있도록 하여야 하는데, 이는 화소 전극(190)에 대응하는 영역에 적색, 녹색, 또는 청색의 색 필터(230)를 구비함으로써 가능하다. 도 2에서 색 필터(230)는 상부 표시판(200)의 해당 영역에 형성되어 있지만 이와는 달리 하부 표시판(100)의 화소 전극(190) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.Meanwhile, in order to implement color display, each pixel must display color, which is possible by providing a red, green, or
액정 표시판 조립체(300)의 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.A polarizer (not shown) for polarizing light is attached to an outer surface of at least one of the two
계조 전압 생성부(800)는 화소의 투과율과 관련된 두 벌의 복수 계조 전압을 생성한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지고 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.
The
게이트 구동부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G1-Gn)에 연결되어 외부로부터의 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)에 인가하며, 복수의 시프트 레지스터로 이루어진다.The
데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압을 선택하여 데이터 신호로서 화소에 인가하며 통상 복수의 집적 회로로 이루어진다. The
신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500) 등의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성하여, 각 해당하는 제어 신호를 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500)에 제공한다.The
그러면 이러한 액정 표시 장치의 표시 동작에 대하여 좀더 상세하게 설명한다.Next, the display operation of the liquid crystal display will be described in more detail.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 RGB 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호, 예를 들면 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 제공받는다. 신호 제어부(600)는 입력 제어 신호를 기초로 게이트 제어 신호(CONt1) 및 데이터 제어 신호(CONt2) 등을 생성하고 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리한 후, 게이트 제어 신호(CONt1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONt2)와 처리한 영상 신호(R', G', B')는 데이터 구동부(500)로 내보낸다.The
게이트 제어 신호(CONt1)는 게이트 온 펄스(게이트 온 전압 구간)의 출력 시작을 지시하는 수직 동기 시작 신호(StV), 게이트 온 펄스의 출력 시기를 제어하는 게이트 클록 신호(CPV) 및 게이트 온 펄스의 폭을 한정하는 출력 인에이블 신호(OE) 등을 포함한다.The gate control signal CONt1 includes a vertical synchronization start signal StV indicating the start of the output of the gate on pulse (gate on voltage section), a gate clock signal CPV controlling the output timing of the gate on pulse, and a gate on pulse. An output enable signal OE or the like that defines a width.
데이터 제어 신호(CONt2)는 영상 데이터(R', G', B')의 입력 시작을 지시하는 수평 동기 시작 신호(StH)와 데이터선(D1-Dm)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(LOAD), 공통 전압(Vcom)에 대한 데이터 전압의 극성(이하 "공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성"을 줄여 "데이터 전압의 극성"이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS) 및 데이터 클록 신호(HCLK) 등을 포함한다.The data control signal CONt2 is a load for applying a corresponding data voltage to the horizontal synchronization start signal StH indicating the start of input of the image data R ', G', and B 'and the data lines D 1 -D m . Signal LOAD, inverted signal RVS and data that inverts the polarity of the data voltage with respect to common voltage V com (hereinafter referred to as " polarity of data voltage " by reducing " polarity of data voltage with respect to common voltage "). Clock signal HCLK and the like.
데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONt2)에 따라 한 행의 화소에 대응하는 영상 데이터(R', G', B')를 차례로 입력받아 시프트시키고, 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압 중 각 영상 데이터(R', G', B')에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써, 영상 데이터(R', G', B')를 해당 데이터 전압으로 변환하고, 이를 해당 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.The
게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONt1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 게이트선(G1-Gn)에 인가하여 이 게이트선(G
1-Gn)에 연결 된 스위칭 소자(Q)를 턴온시키면 데이터선(D1-Dm)에 인가된 데이터 전압이 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소에 인가된다. 이러한 게이트 구동부(400)를 이루는 시프트 레지스터의 동작에 대하여 나중에 상세하게 설명한다.The
화소에 인가된 데이터 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이는 액정 축전기(CLC)의 충전 전압, 즉 화소 전압으로서 나타난다. 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 그 배열을 달리한다. 이에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 표시판(100, 200)에 부착된 편광자(도시하지 않음)에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타난다.The difference between the data voltage applied to the pixel and the common voltage V com is shown as the charging voltage of the liquid crystal capacitor C LC , that is, the pixel voltage. The liquid crystal molecules vary in arrangement depending on the magnitude of the pixel voltage. As a result, the polarization of light passing through the
1 수평 주기(또는 "1H")[수평 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 게이트 클록(CPV)의 한 주기]가 지나면 데이터 구동부(500)와 게이트 구동부(400)는 다음 행의 화소에 대하여 동일한 동작을 반복한다. 이러한 방식으로, 한 프레임(frame) 동안 모든 게이트선(G1-Gn)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von
)을 인가하여 모든 화소에 데이터 전압을 인가한다. After one horizontal period (or “1H”) (one period of the horizontal sync signal H sync , the data enable signal DE, and the gate clock CPV), the
그러면 게이트 구동부(400)의 구조와 동작에 대하여 도 3 내지 도 6을 참조하여 좀더 상세히 설명한다.Next, the structure and operation of the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 게이트 구동부(400)의 블록도이다.3 is a block diagram of a
도 3에 도시한 바와 같이, 게이트 구동부(400)는 일렬로 배열된 복수의 시프트 레지스터(410)를 포함하며, 시프트 레지스터(410)는 화소의 스위칭 소자와 동일한 공정으로 형성되어 동일한 기판 위에 집적될 수 있다.
As shown in FIG. 3, the
각 시프트 레지스터(410)는 전단 게이트 출력[Gout(N-1)]과 클록 신호(Clk1-Clk4)에 기초하여 게이트 출력[Gout(N)]을 생성한다. 이웃한 시프트 레지스터 (410)는 위상이 동일한 클록 신호와 위상이 180°차이가 나는 클록 신호를 각각 입력받는다. 각 클록 신호(Clk1-Clk4)는 주기가 4H이며 듀티비(duty ratio)(전체 주기에 대한 로우 구간의 비)가 25% 또는 50%일 수 있다. 여기서, 스위칭 소자가 다결정 실리콘(poly-silicon)인 경우 클록 신호(Clk1-Clk4)의 하이값은 0V이고 로우값은 -10V일 수 있다.Each
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 게이트 구동부의 시프트 레지스터의 상세 회로도이며, 도 5 및 도 6은 도 4에 도시한 클록 신호와 입력 및 출력 신호의 타이밍도이다. 도 5의 경우 클록 신호의 듀티비가 25%이며, 도 6의 경우 클록 신호의 듀티비가 50%이다.4 is a detailed circuit diagram of a shift register of a gate driver according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are timing diagrams of a clock signal and an input and output signal shown in FIG. 4. In FIG. 5, the duty ratio of the clock signal is 25%, and in FIG. 6, the duty ratio of the clock signal is 50%.
도 4에 나타낸 시프트 레지스터(410)는 (N+1)번째 시프트 레지스터이며, 전단 게이트 출력[Gout(N)]과 클록 신호(Clk2, Clk3)가 입력된다. The
본 발명의 실시예에 따른 시프트 레지스터(410)는 복수의 PMOS 트랜지스터(M1-M5)를 포함한다. The
전단 게이트 출력[Gout(N)]과 구동 전압(VDD) 사이에는 제1 및 제2 트랜지스터(M1, M2)가 연결되어 있다. The first and second transistors M1 and M2 are connected between the front gate output Gout (N) and the driving voltage V DD .
제1 트랜지스터(M1)는 게이트와 드레인이 서로 연결되어 있으며 소스는 제2 트랜지스터(M2)의 드레인과 연결되어 있다. 제2 트랜지스터(M2)의 게이트는 클록 신호(Clk3)와 연결되어 있으며 소스는 구동 전압(VDD)과 연결되어 있다. 여기서, 알려진 바와 같이 드레인과 소스는 상대적인 전압 크기로 결정되며, PMOS 트랜지스터의 경우 작은 쪽이 드레인이고 큰 쪽이 소스이다.The gate and the drain of the first transistor M1 are connected to each other, and the source thereof is connected to the drain of the second transistor M2. The gate of the second transistor M2 is connected to the clock signal Clk3 and the source is connected to the driving voltage V DD . Here, as is known, the drain and the source are determined by relative voltage magnitudes. In the case of the PMOS transistor, the smaller side is the drain and the larger side is the source.
클록 신호(Clk2)와 구동 전압(VDD) 사이에는 제3 내지 제5 트랜지스터가 연결되어 있다. Third to fifth transistors are connected between the clock signal Clk2 and the driving voltage V DD .
제3 트랜지스터(M3)의 드레인은 클록 신호(Clk2)와 연결되어 있으며 게이트는 제4 트랜지스터(M4)의 게이트와 서로 연결되어 있고 또한 제1 트랜지스터(M1)와 제2 트랜지스터(M2) 사이에 연결되어 있다. 제3 트랜지스터의 소스는 제4 트랜지스터(M4)의 드레인과 연결되어 있다. 제5 트랜지스터(M5)의 게이트는 제2 트랜지스터(M2)의 게이트와 서로 연결되어 클록 신호(Clk3)를 동시에 입력받으며, 소스는 구동 전압(VDD)에 연결되어 있다. The drain of the third transistor M3 is connected to the clock signal Clk2 and the gate is connected to the gate of the fourth transistor M4 and is also connected between the first transistor M1 and the second transistor M2. It is. The source of the third transistor is connected to the drain of the fourth transistor M4. The gate of the fifth transistor M5 is connected to the gate of the second transistor M2 and simultaneously receives the clock signal Clk3, and the source is connected to the driving voltage V DD .
여기서, 제4 트랜지스터(M4)는 축전기의 역할을 한다. 제4 트랜지스터의 소스와 드레인을 금속층과 같은 배선으로 서로 연결하여 산화막(절연막) 아래에 도전층을 형성한다. 그러면 제4 트랜지스터(M4)의 게이트와 도전층 사이에 절연막이 개재된 일종의 축전기가 형성된다. 나머지 트랜지스터(M1-M3, M5)는 통상의 스위칭 소자로 작용한다.Here, the fourth transistor M4 serves as a capacitor. The conductive layer is formed under the oxide film (insulating film) by connecting the source and the drain of the fourth transistor with the same wiring as the metal layer. Then, a kind of capacitor is formed between the gate and the conductive layer of the fourth transistor M4. The remaining transistors M1-M3 and M5 serve as ordinary switching elements.
그러면 시프트 레지스터(410)의 동작에 대하여 설명한다.The operation of the
클록 신호(Clk1-Clk4)와 전단 및 현재 게이트 출력 신호[Gout(N), Gout(N+1)]의 값은 모두 동일하며, 구동 전압(VDD)의 값은 전술한 신호들의 하이값 에 해당한다.The values of the clock signals Clk1-Clk4 and the preceding and current gate output signals Gout (N, Gout (N + 1) are all the same, and the value of the driving voltage V DD is equal to the high value of the aforementioned signals. Corresponding.
도 5에 도시한 바와 같이, 시간(t1)에 전단 게이트 출력 신호[Gout(N)]가 입력된다. 그러면 제1 트랜지스터(M1)가 턴 온되고 제2 트랜지스터(M2)는 턴 오프 상태이므로 소정의 전압이 제3 및 제4 트랜지스터(M3, M4)에 전달된다. 물론 전달되는 값은 제1 트랜지스터(M1)의 문턱 전압(Vth)을 뺀 값이다. 전술한 예에서 게이트 전압이 -10V이고, 문턱 전압이 -1V라면, 출력 전압은 입력값인 -10V에서 문턱 전압인 -1V를 뺀 -9V가 되며, 이 값이 노드(A)로 전달된다.As shown in FIG. 5, the front gate output signal Gout (N) is input at a time t 1 . Then, since the first transistor M1 is turned on and the second transistor M2 is turned off, a predetermined voltage is transmitted to the third and fourth transistors M3 and M4. Of course, the value transferred is obtained by subtracting the threshold voltage Vth of the first transistor M1. In the above example, if the gate voltage is -10V and the threshold voltage is -1V, the output voltage becomes -9V minus the threshold voltage -1V from the input value -10V, and this value is transferred to the node A.
이 때, 제3 트랜지스터(M3)는 턴 온되어 클록 신호(Clk2)를 제4 트랜지스터 (M4)에 전달한다. 따라서, 게이트 출력 전압[Gout(N+1)]은 시간(t1)에는 하이가 된다.In this case, the third transistor M3 is turned on to transfer the clock signal Clk2 to the fourth transistor M4. Therefore, the gate output voltage Gout (N + 1) becomes high at time t 1 .
한편, 제4 트랜지스터(M4)는 전술한 축전기의 역할을 하므로 제4 트랜지스터 (M4)의 게이트에 입력된 신호와 도전층에 전달된 클록 신호(Clk2)의 전압차에 해당하는 값을 충전하기 시작한다. 이는 제4 트랜지스터(M4)가 축전기의 역할을 하는 한편, 소스와 드레인이 배선으로 연결된 단락 상태이기 때문이다. On the other hand, since the fourth transistor M4 serves as the capacitor described above, the fourth transistor M4 starts to charge a value corresponding to the voltage difference between the signal input to the gate of the fourth transistor M4 and the clock signal Clk2 transferred to the conductive layer. do. This is because the fourth transistor M4 acts as a capacitor while the source and drain are short circuited by wiring.
이어, 시간(t2)에 게이트 출력 전압[Gout(N)]이 하이가 바뀌면서 제1 트랜지스터(M1)가 턴 오프된다. 또한, 클록 신호(Clk3)가 여전히 하이이므로 제2 트랜지스터(M2) 역시 턴 오프 상태이다. 그러면 제4 트랜지스터(M4)는 부유 상태 (floating state)가 되어 이전에 충전된 전압을 유지한다. 따라서, 노드(A)의 전압은 여전히 -9V이고, 도전층의 전압은 0V로서 전위차를 9V로 유지하여 제3 트랜지 스터(M3)는 턴 온 상태를 유지한다.Subsequently, at a time t 2 , the gate output voltage Gout (N) is turned high, and the first transistor M1 is turned off. In addition, since the clock signal Clk3 is still high, the second transistor M2 is also turned off. The fourth transistor M4 is then in a floating state to maintain the previously charged voltage. Accordingly, the voltage of the node A is still -9V, the voltage of the conductive layer is 0V, and the potential difference is maintained at 9V so that the third transistor M3 is kept turned on.
한편 시간(t2)에 클록 신호(Clk2)가 로우가 되면서 턴 온된 제3 트랜지스터 (M3)와 제4 트랜지스터(M4)의 도전층을 통하여 로우값이 출력단에 전달되고 이는 도시한 바와 같이 로우인 게이트 출력 전압[Gout(N+1)]으로서 생성된다. 이 때, 제4 트랜지스터(M4)에는 로우값인 -10V가 입력되므로 노드(A)의 전압은 -19V로 하강한다. 이와 같이, 부유 상태에 있던 제4 트랜지스터(M4)가 새로운 전압이 입력되면서 그 만큼 하강하는 현상을 부트스트래핑(bootstrapping)이라 한다.Meanwhile, as the clock signal Clk2 becomes low at time t 2 , the low value is transmitted to the output terminal through the conductive layers of the third transistor M3 and the fourth transistor M4 that are turned on, which is low as shown. Is generated as the gate output voltage Gout (N + 1). At this time, since -10V, which is a low value, is input to the fourth transistor M4, the voltage of the node A drops to -19V. As such, the phenomenon in which the fourth transistor M4 in the floating state falls as much as a new voltage is input is referred to as bootstrapping.
다음, 시간(t3)에 클록 신호(Clk3)가 로우가 되면 제2 및 제5 트랜지스터 (M2, M5)가 턴 온된다. 그러면 구동 전압(VDD)이 제2 트랜지스터(M2)를 통해 노드 (A)로 전달되는 한편 제5 트랜지스터(M5)를 통해 출력단으로 전달되어 도시한 바와 같이 게이트 출력 신호[Gout(N+1)]는 하이가 된다. 노드(A)의 전압 역시 하이가 되므로 제3 트랜지스터(M3)는 턴 오프된다. Next, when the clock signal Clk3 becomes low at a time t 3 , the second and fifth transistors M2 and M5 are turned on. Then, the driving voltage V DD is transmitted to the node A through the second transistor M2 and to the output terminal through the fifth transistor M5, so that the gate output signal Gout (N + 1) is shown. ] Becomes high. Since the voltage of the node A is also high, the third transistor M3 is turned off.
이 때, 제4 트랜지스터(M4)는 게이트 전압과 제5 트랜지스터(M5)를 통해서 전달된 도전층의 전압이 동일해진다. 이로 인해 제4 트랜지스터(M4)는 방전을 시작하고 시프트 레지스터(410)의 동작이 완료된다. At this time, the gate voltage of the fourth transistor M4 is the same as that of the conductive layer transferred through the fifth transistor M5. As a result, the fourth transistor M4 starts to discharge and the operation of the
다음 단 시프트 레지스터(410)는 시간(t2)에 전단 시프트 레지스터의 출력[Gout(N+1)]이 입력되면서 전술한 동작을 반복하여 게이트 출력 전압 [Gout(N+2)]을 생성한다.The next
클록 신호(Clk1-Clk4)는 위상차가 90°인 서로 다른 4개의 위상을 가지고 각 각은 전술한 바와 같이 듀티비가 25%이다. 이와는 달리, 도 6에는 클록 신호 (Clk1-Clk4)의 듀티비가 50%인 예를 나타내었다. The clock signals Clk1-Clk4 have four different phases with a phase difference of 90 ° and each has a duty ratio of 25% as described above. In contrast, Fig. 6 shows an example in which the duty ratio of the clock signals Clk1-Clk4 is 50%.
그러면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 클록 신호의 듀티비가 50%인 경우의 동작에 대하여 간략하게 설명한다.Next, an operation in the case where the duty ratio of the clock signal is 50% according to another embodiment of the present invention will be briefly described.
도 4를 참고로 설명하며 시프트 레지스터(410)는 역시 (N+1)번째 시프트 레지스터이다.Referring to FIG. 4, the
시간(t1)에 전단 시프트 레지스터(410)의 게이트 출력 전압[Gout(N)]이 입력되면 제1 트랜지스터(M1)가 턴 온되어 노드(A)로 해당 신호를 전달한다. 그러면, 제3 트랜지스터(M3)는 턴 온되고 제4 트랜지스터(M4)는 노드(A)의 전압인 게이트 전압과 도전층의 전압차에 해당하는 전압을 충전하기 시작한다. 클록 신호(Clk2)는 제3 및 제4 트랜지스터(M3, M4)를 통해 출력단으로 전달되어 게이트 출력 전압 [Gout(N+1)]은 하이를 유지한다.When the gate output voltage Gout (N) of the front
이어 시간(t2)에 클록 신호(Clk2)가 로우가 되면서 제3 트랜지스터(M3)와 제4 트랜지스터(M4)의 도전층을 통하여 출력측으로 전달되어 게이트 출력 전압 [Gout(N+1)]은 로우로 바뀌게 된다. Then, the clock signal Clk2 becomes low at time t 2 , and is transferred to the output side through the conductive layers of the third transistor M3 and the fourth transistor M4, so that the gate output voltage [Gout (N + 1)] is obtained. It will go low.
이 때, 제1 및 제2 트랜지스터(M1, M2)는 턴 오프 상태이므로 제4 트랜지스터(M4)는 부유 상태에 있게 된다.At this time, since the first and second transistors M1 and M2 are turned off, the fourth transistor M4 is in a floating state.
시간(t3)에 클록 신호(Clk3)가 로우가 되면 제2 및 제5 트랜지스터(M2, M5)가 턴 온되어 각각 노드(A)와 출력측으로 구동 전압(VDD)을 전달하게 된다. 이 때, 게이트 출력 전압[Gout(N+1)]은 하이로 바뀌고, 제3 트랜지스터(M3)는 턴 오프된다. 제4 트랜지스터(M4)는 게이트 전압과 도전층의 전압이 동일하게 되면서 방전을 시작한다.When the clock signal Clk3 becomes low at a time t 3 , the second and fifth transistors M2 and M5 are turned on to transfer the driving voltage V DD to the node A and the output side, respectively. At this time, the gate output voltage Gout (N + 1) is turned high and the third transistor M3 is turned off. The fourth transistor M4 starts to discharge while the gate voltage and the conductive layer have the same voltage.
다음 단 시프트 레지스터(410)는 시간(t2)에 전단 시프트 레지스터의 출력[Gout(N+1)]이 입력되면서 전술한 동작을 반복하여 게이트 출력 전압 [Gout(N+2)]을 생성한다.The next
한편 클록 신호(Clk1-Clk4)의 듀티비는 50% 이내인 것이 바람직하다. On the other hand, the duty ratio of the clock signals Clk1-Clk4 is preferably within 50%.
예를 들어 듀티비가 75%인 경우, 시간(t1)에 클록 신호(Clk3)가 로우이므로, 제1, 제3 및 제4 트랜지스터(M1, M3, M4) 뿐만 아니라 제2 및 제5 트랜지스터(M2, M5)도 턴 온되어 회로 전체가 단락 상태가 된다. 이렇게 되면 유리 기판 상에 형성되어 있는 신호선 또는 전력선이 과부하가 걸려 배선이 끊어지는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 듀티비는 50%이내인 것이 바람직하다. 달리 말하면, 50%이내이면 그 사이의 임의의 듀티비를 가질 수 있다.For example, when the duty ratio is 75%, since the clock signal Clk3 is low at time t 1 , not only the first, third and fourth transistors M1, M3, and M4 but also the second and fifth transistors ( M2 and M5) are also turned on so that the entire circuit is short-circuited. In this case, the signal line or the power line formed on the glass substrate may be overloaded and the wiring may be broken. Therefore, the duty ratio is preferably within 50%. In other words, less than 50% can have any duty ratio in between.
한편, 입력단의 제1 트랜지스터(M1)는 게이트와 드레인이 서로 연결되어 있어 드레인이 별도의 구동 전압을 인가받는 방식에 비하여 배선의 수를 감소시킬 수 있다. On the other hand, since the gate and the drain of the first transistor M1 of the input terminal are connected to each other, the number of wirings can be reduced as compared with a method in which the drain is applied with a separate driving voltage.
또한, 서로 다른 4개의 위상을 갖는 4상 클록 신호(4-phase clock signal)를 사용함으로써 비록 클록 신호의 수가 늘어날지라도 시프트 레지스터(410)를 이루는 트랜지스터의 수를 줄일 수 있으므로, 회로를 단순화할 수 있다. 또한, 한 가지 형태의 MOS 트랜지스터를 사용함으로써 공정의 단순화와 수율 향상에도 기여할 수 있다. In addition, by using a 4-phase clock signal having four different phases, the number of transistors constituting the
더욱이 신호 지연에 의한 레이싱(racing) 발생 이외에는 관통 전류가 흐르지 않으므로 소비 전력을 감소시킬 수 있다. Furthermore, since no through current flows except for racing caused by signal delay, power consumption can be reduced.
여기서, 레이싱이란 일종의 단락 현상으로서, 예를 들면, 도 4에 도시한 회로에서 클록 신호(Clk2)가 시간(t3)에 지연이 되어 여전히 로우인 경우에 발생할 수 있다.Here, racing is a kind of short-circuit phenomenon. For example, it may occur when the clock signal Clk2 is delayed at time t 3 in the circuit shown in FIG. 4 and is still low.
제4 트랜지스터(M4)의 전압은 순간적으로 변하지 않기 때문에 시간(t3) 이전의 값을 유지한다. 그러면 제3 트랜지스터(M3)는 턴 온 상태를 유지한다. 클록 신호(Clk3)는 시간(t3)에 지연 없이 로우가 될 때, 제5 트랜지스터(M5) 역시 턴 온되고 제3 트랜지스터(M3)도 턴 온 상태이므로 단락 현상이 발생한다. 즉, 하이인 구동 전압(VDD)측으로부터 로우인 클록 신호(Clk2)측으로 순간적으로 관통 전류가 흐른다. 이 때의 출력은 불안정하여 제대로 구동을 시키지 못하는 한편 소비 전력도 증가하게 된다. Since the voltage of the fourth transistor M4 does not change instantaneously, it maintains the value before the time t 3 . As a result, the third transistor M3 remains turned on. When the clock signal Clk3 goes low at a time t 3 without a delay, a short circuit occurs because the fifth transistor M5 is also turned on and the third transistor M3 is turned on. That is, a through current flows instantaneously from the high driving voltage V DD side to the low clock signal Clk2 side. At this time, the output is unstable, so that it cannot be driven properly, and power consumption is increased.
그러나, 이러한 레이싱 현상은 이례적인 현상에 속하므로 관통 전류는 거의 흐르지 않는다고 볼 수 있다.However, such a racing phenomenon belongs to an unusual phenomenon, so that the through current hardly flows.
한편, 전술한 실시예는 PMOS 트랜지스터를 예를 들어 설명하였지만 NMOS 트랜지스터를 사용하여 구현할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 알 것이다. 즉, NMOS 트랜지스터를 사용하는 경우, 클록 신호(Clk1-Clk4)의 위상을 반전시키고, 구동 전압도 하이가 아닌 로우로 대체하면 된다.On the other hand, although the above-described embodiment has been described using a PMOS transistor as an example, it will be appreciated by those skilled in the art that the present invention can be implemented using an NMOS transistor. In other words, when the NMOS transistor is used, the phase of the clock signals Clk1-Clk4 may be inverted and the driving voltage may be replaced with low rather than high.
이런 방식으로, 부트스트래핑을 이용함으로써 관통 전류의 흐름을 차단하여 소비 전력을 감소시키는 한편 한 가지 형태의 MOS 트랜지스터를 사용함으로써 공정 비용 절감 및 회로의 단순화를 꾀할 수 있다.In this way, the use of bootstrapping cuts through the flow of through current to reduce power consumption while using one form of MOS transistor to reduce process costs and simplify circuitry.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
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