KR101018750B1 - 액정 표시 장치의 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치의 구동 장치에 관한 것으로서, 특히 데이터선 길이 증가에 관계없이 액정의 충전 시간을 확보할 수 있는 액정 표시 장치의 구동 장치에 관한 것이다.
액정 축전기 및 스위칭 소자를 각각 포함하는 복수의 화소, 제1 전압을 생성하는 데이터 구동부, 복수의 스위칭 제어 신호에 따라 상기 제1 전압을 전달하는 복수의 전송 게이트, 상기 전송 게이트에 연결되어 있는 제1 단 및 접지 전압에 연결되어 있는 제2 단을 포함하는 축전기, 그리고 상기 축전기의 제1 단에 연결되어 있는 제1 단자, 소정 구동 전원에 연결되어 있는 제2 단자 및 정전류원을 통하여 상기 스위칭 소자에 연결되어 있는 제3 단자를 포함하는 트랜지스터를 포함한다.
이런 방식으로, 전송 게이트와 화소 사이에 축전기 및 트랜지스터를 배치하여 충전 시간을 확보할 수 있다.
전송게이트, 화소, 축전기, 트랜지스터, 액정충전기, 데이터전압, LTPS

Description

액정 표시 장치의 구동 장치 {DRIVING APPARATUS OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 장치의 등가 회로도이다.
도 5는 도 4에 도시한 화소의 스위칭 소자와 전송 게이트의 타이밍도이다
본 발명은 액정 표시 장치의 구동 장치에 관한 것이다.
일반적인 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)는 화소 전극 및 공통 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 화소 전극은 행렬의 형태로 배열되어 있 고 박막 트랜지스터(TFT) 등 스위칭 소자에 연결되어 한 행씩 차례로 데이터 전압을 인가 받는다. 공통 전극은 표시판의 전면에 걸쳐 형성되어 있으며 공통 전압을 인가 받는다. 화소 전극과 공통 전극 및 그 사이의 액정층은 회로적으로 볼 때 액정 축전기를 이루며, 액정 축전기는 이에 연결된 스위칭 소자와 함께 화소를 이루는 기본 단위가 된다.
한편, 액정 표시 장치는 계조 전압 생성부와 데이터 구동부 및 게이트 구동부를 포함하여 생성된 계조 전압 중 영상 데이터에 해당하는 데이터 전압을 선택하여 화소에 인가한다. 그러면 게이트 구동부에서 게이트 신호를 TFT에 인가하여 턴온시키고 턴온된 TFT를 통하여 데이터 전압이 화소에 인가된다.
이 때, 액정 표시 장치는 1초 동안 60 프레임 정도의 화면을 생성하므로, 프레임 주파수는 1/60초가 된다. 이러한 1 프레임 주파수 내에서 게이트선에 게이트 신호를 인가하고 모든 화소행에 데이터 전압을 인가한다.
그런데 화소행이 증가할수록 액정 축전기에 데이터 전압이 충전되는 시간이 짧아지는 문제가 있다.
이는 정해진 1 프레임 주파수 내에서 모든 화소행에 데이터 전압을 인가하여야 하기 때문이다. 달리 말하면, 데이터선의 길이가 길어질수록 그 만큼 화소의 충전 시간이 짧아진다는 것을 의미한다. 이 때문에 데이터 구동부를 이루는 데이터 구동 IC의 출력 성능을 높여야 할 필요성이 생기고, 새로운 데이터 구동 IC를 개발하는데 시간과 비용이 들어간다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 화소행의 증가에 관계없이 화소의 충전 시간을 확보할 수 있는 액정 표시 장치의 구동 장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 장치는 액정 축전기 및 스위칭 소자를 각각 포함하는 복수의 화소, 제1 전압을 생성하는 데이터 구동부, 복수의 스위칭 제어 신호에 따라 상기 제1 전압을 전달하는 복수의 전송 게이트, 상기 전송 게이트에 연결되어 있는 제1 단 및 접지 전압에 연결되어 있는 제2 단을 포함하는 축전기, 그리고 상기 축전기의 제1 단에 연결되어 있는 제1 단자, 소정 구동 전원에 연결되어 있는 제2 단자 및 정전류원을 통하여 상기 스위칭 소자에 연결되어 있는 제3 단자를 포함하는 트랜지스터를 포함한다.
한편, 상기 트랜지스터는 상기 제1 전압에서 상기 트랜지스터의 문턱 전압을 뺀 제2 전압을 내보내는 것이 바람직하다.
또한, 상기 축전기는 상기 전송 게이트가 턴온되어 있는 동안 상기 제1 전압을 충전하고, 상기 트랜지스터는 상기 전송 게이트가 턴오프된 후부터 상기 스위칭 소자가 턴오프될 때까지 상기 제2 전압을 상기 화소에 전달할 수 있다.
한편, 상기 트랜지스터는 LTPS(low temperature poly-silicon)로 형성될 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기 술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
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.
이제 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 유전체로서 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.
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.
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.
액정 표시판 조립체(300)의 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.
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.
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 인가한다.
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.
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.
그러면 이러한 액정 표시 장치의 표시 동작에 대하여 좀더 상세하게 설명한다.
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.
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.
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.
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.
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 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴온시키면 데이터선(D1-Dm)에 인가된 데이터 전압이 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소에 인가된다.
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.
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. 한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소에 인가되는 데이터 전압의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다("프레임 반전"). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 전압의 극성이 바뀌거나("컬럼 반전"), 한 화소행에 인가되는 데이터 전압의 극성도 서로 다를 수 있다("도트 반전")
그러면 본 발명의 액정 표시 장치의 구동 장치에 대하여 도 3 내지 도 5를 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 장치를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 장치의 등가 회로도이고, 도 5는 도 4에 도시한 스위칭 소자와 전송 게이트의 타이밍도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 데이터 구동 IC에는 복수의 데이터선(D1-D12)이 전송 게이트(TG1-TG6)를 통하여 연결되어 있다. 또한, 화소와 데이터선(D1-D12) 사이 에는 트랜지스터(N1-N12)와 축전기(C1-C12)가 병렬로 연결되어 있다.
전송 게이트(TG1-TG6)는 신호 제어부(600) 등에서 생성된 스위칭 제어 신호(SW1-SW6)에 따라 온/오프되며, 턴온된 전송 게이트(TG1-TG6)를 통하여 데이터 전압이 해당 화소에 인가된다.
데이터 전압이 해당 화소에 인가되는 과정에 대하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 4에 도시한 등가 회로는 해당 데이터선(D1-D12)에 연결되어 있는 회로 중 어느 하나이다.
트랜지스터(N)는 NMOS 트랜지스터로서 제1 단자는 전송 게이트(TG)를 통하여 데이터 전압인 입력 전압(VIN)에 연결되어 있는 한편 축전기(C)의 일단과 연결되어 있다. 트랜지스터(N)의 제2 단자는 일정한 구동 전압(VDD)에 연결되어 있으며, 제3 단자는 정전류원(I)과 화소의 스위칭 소자(Q)를 통하여 액정 축전기(CLC)에 연결되어 있으며, 액정 축전기(CLC)의 다른 단은 전술한 바와 같이 공통 전압(Vcom)에 연결되어 있다.
여기서, 트랜지스터(N)는 저온 다결정 규소(low temperature poly silicon, LTPS) 기술을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
도 5에 도시한 바와 같이, 게이트 온 전압(Von)에 의하여 화소의 스위칭 소자(Q)가 먼저 턴온되고 이어 스위칭 제어 신호(SW1-SW6)에 의하여 전송 게이트(TG)가 턴온되어 입력 전압(VIN)이 데이터선에 인가된다. 그러면 축전기(C)는 입력 전압(VIN)을 받아서 충전시킨다.
한편, 축전기(C)는 입력 전압(VIN)을 받아서 충전시키고, 축전기(C)가 문턱 전압(Vth) 이상으로 충전되면 트랜지스터(N)는 턴온되어 입력 전압(VIN)에서 문턱 전압(Vth)을 뺀 만큼의 전압을 출력한다. 그러면 출력 전압은 미리 턴온되어 있는 화소의 스위칭 소자(Q)를 통하여 액정 축전기(CLC)에 전달된다.
이어, 전송 게이트(TG)가 턴오프되면 축전기(C)와 공통 전압(Vcom)에 이르는 폐회로가 형성되어 축전기(C)에 충전된 전압은 전송 게이트(TG)가 턴오프된 후부터 화소의 스위칭 소자(Q)가 턴오프될 때 까지의 시간 동안 액정 충전기(CLC)에 계속하여 전압을 공급한다.
이런 방식으로, 전송 게이트(TG)가 턴오프된 후에도 축전기(C)에 충전된 입력 전압(VIN)을 사용하여 데이터 전압을 계속 공급할 수 있으므로 액정 축전기(CLC )를 충분히 충전시킬 수 있다. 이로 인해, 데이터선(D1-D12)의 길이가 증가하더라도 기존의 데이터 구동 IC를 이용하여 화소에 충분한 데이터 전압을 공급할 수있다.
한편, 여섯 번째 전송 게이트(TG6)에 연결되어 있는 데이터선(D6, D12,...)은 축전기(C)의 충전 동작이 끝나고 곧이어 화소의 스위칭 소자(Q)도 턴오프되어 상대적으로 축전기(C)의 충전 전압을 전달할 수 있는 시간이 줄어들 수 있다. 이를 방 지하기 위하여, 전송 게이트(TG)가 턴온되는 시간을 전체적으로 조금 앞당겨서 여섯 번째 전송 게이트(TG6)의 턴오프되는 시간과 화소의 스위칭 소자(Q)가 턴오프되는 시간 간격을 확보할 수 있다.
또한, 입력 전압(VIN)은 트랜지스터(N)의 문턱 전압을 보상한 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 트랜지스터(N)의 출력 전압은 입력 전압(VIN)에서 문턱 전압(Vth)을 뺀 전압이므로, 입력 전압(VIN)에 미리 문턱 전압(Vth)을 더하여 인가하면 목표로 하는 데이터 전압을 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이, 축전기(C)와 트랜지스터(N)를 이용하여 데이터선의 길이 증가에 관계없이 기존의 데이터 구동 IC를 사용하여 데이터 전압을 인가할 수 있다.
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.


Claims (5)

  1. 액정 축전기 및 스위칭 소자를 각각 포함하는 복수의 화소,
    제1 전압을 생성하는 데이터 구동부,
    복수의 스위칭 제어 신호에 따라 상기 제1 전압을 전달하는 복수의 전송 게이트,
    상기 전송 게이트에 연결되어 있는 제1 단 및 접지 전압에 연결되어 있는 제2 단을 포함하는 축전기, 그리고
    상기 축전기의 제1 단에 연결되어 있는 제1 단자, 구동 전원에 연결되어 있는 제2 단자 및 정전류원을 통하여 상기 스위칭 소자에 연결되어 있는 제3 단자를 포함하는 트랜지스터
    를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 트랜지스터는 상기 제1 전압에서 상기 트랜지스터의 문턱 전압을 뺀 제2 전압을 내보내는 액정 표시 장치의 구동 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 축전기는 상기 전송 게이트가 턴온되어 있는 동안 상기 제1 전압을 충전하고,
    상기 트랜지스터는 상기 전송 게이트가 턴오프된 후부터 상기 스위칭 소자가 턴오프될 때까지 상기 제2 전압을 상기 화소에 전달하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 트랜지스터는 LTPS(low temperature poly-silicon)로 형성되는 액정 표시 장치의 구동 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 액정 축전기는 상기 스위칭 소자와 연결되어 있는 제1 단 및 공통 전압을 인가받는 제2 단을 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0997037A (ja) * 1995-10-02 1997-04-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 液晶パネル駆動方法および液晶パネル駆動装置
JP2003195834A (ja) * 2001-12-28 2003-07-09 Sharp Corp 表示装置およびその駆動方法

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