KR101053207B1 - 오버랩 구동을 위한 액정표시장치용 쉬프트레지스터 및 그스테이지 회로 - Google Patents

오버랩 구동을 위한 액정표시장치용 쉬프트레지스터 및 그스테이지 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쉬프트레지스터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오버랩구동을 통해 액정 픽셀의 유효충전시간의 감소 현상의 원인인 게이트구동 신호의 늘어짐 현상을 개선한 쉬프트레지스터에 관한 것이다.
이는, 이전 스테이지 회로의 게이트출력신호를 개시신호로 입력받고 다음 다음번 스테이지 회로의 게이트출력신호를 리셋신호로 입력받으며, 펄스 듀레이션 타임이 더욱 연장된 하나 이상의 클럭신호와 구동전압 및 기저전압을 입력받아 게이트구동신호를 출력하는 스테이지 회로가 순차적으로 다수개가 배열되어 구성되는 액정표시장치용 쉬프트레지스터를 통해 제안되며, 게이트라인의 충전시간을 더욱 연장함으로써 충분한 픽셀의 유효충전시간을 제공하기 때문에 최상의 화질 구현을 가능하게 하는 장점이 있다.

Description

오버랩 구동을 위한 액정표시장치용 쉬프트레지스터 및 그 스테이지 회로{Shift register and stage circuit thereof}
도 1은 통상의 능동 매트릭스 액정표시장치의 구성을 도시한 도면
도 2는 도 1에 따른 액정표시장치의 구동을 위해 인가되는 게이트구동신호를 도시한 도면
도 3은 종래 게이트드라이버의 쉬프트레지스터 구성을 도시한 블록도면
도 4는 종래의 게이트드라이버에서의 출력 늘어짐 현상을 설명하기 위한 출력그래프
도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치용 쉬프트레지스터의 각 스테이지별 연결구성을 도시한 도면
도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치용 쉬프트레지스터를 구성하는 스테이지의 일 예시 회로도면
도 7은 본 발명에 따른 액정표시장치용 쉬프트레지스터를 이용하여 구현하는 오버랩구동을 설명하기 위한 신호타이밍도
도 8은 본 발명에 따른 액정표시장치용 쉬프트레지스터를 이용하여 구현하는 오버랩구동에 따른 픽셀 충전시간의 변화를 설명하기 위한 도면
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
CLK1~CLK4 : 클럭신호 VDD,VSS : 구동전원
ST1~STm : 스테이지 회로 DST(1),DST(2) : 더미 스테이지 회로
VgOUT : 게이트 구동 신호
본 발명은 쉬프트레지스터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오버랩구동을 통해 액정 픽셀의 유효충전시간의 감소 현상의 원인인 게이트구동 신호의 늘어짐 현상을 개선한 쉬프트레지스터와 그 스테이지 회로에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 액정의 특정한 분자배열에 전압을 인가하여 다른 분자배열로 변환시키고, 이러한 분자 배열에 의해 발광하는 액정 셀의 복굴절성, 선광성, 2색성 및 광산란 특성 등의 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로, 액정 셀에 의한 빛의 변조를 이용한 디스플레이 장치로서, 통상의 액정표시장치는 액정 패널 상의 액정 셀들의 광투과율을 조절함으로써 비디오신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다. 액정 패널 상의 액정 셀들을 구동하기 위하여, 액정표시장치는 액정 패널 구동장치를 구비한다.
이러한 액정표시장치는 대향되는 전극을 기준으로 화소전극의 전압 극성을 일 화소주기로 반전시켜 인가하여 깜빡거림이나 크로스토크에 의한 불량을 감소시 키는 구동방법인 도트 인버젼(Dot inversion) 방식을 보편적으로 사용하고 있다.
도 1을 참조하면, 통상의 능동 매트릭스(Active matrix) 액정표시장치는 액정 셀들이 두장의 투명기판을 사이에 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널(3)과, 액정 패널(3)상의 데이터라인들(DL1 내지 DLn)에 데이터를 공급하기 위한 데이터 드라이버(1)(Data Driving Integrated Circuit)와, 게이트라인들(GL1 내지 GLm)을 순차적으로 구동하기 위한 게이트 드라이버(2)(Gate Driving Integrated Circuit)를 구비한다. 액정 패널(3)에는 다수의 액정 셀들과 이들 액정 셀들 각각에 공급될 데이터신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)들이 설치되게 된다.
다수의 액정 셀들은 데이터라인들과 게이트라인들이 교차하는 교차점에 각각 설치되고 이와 더불어 박막 트랜지스터들도 상기한 교차점들에 각각 위치하게 된다.
데이터 드라이버(1)는 쉬프트레지스터와 래치를 포함하며, 데이터 쉬프트 클럭에 응답하여 데이터 비트를 쉬프트 시키며 데이터 출력 인에이블 신호에 응답하여 1라인분의 데이터를 데이터라인들(DL1~DLn)에 동시에 공급한다.
게이트 드라이버(2)는 각 게이트라인들을 구동하기 위한 다수의 스테이지를 포함한 쉬프트 레지스터로 구성되어 게이트 스타트 펄스에 응답하여 게이트라인들을 순차 구동한다.
게이트 스타트 펄스가 게이트 드라이버들에 공급되면 게이트 드라이버들은 도 2와 같이, 액정패널 상의 m개의 게이트 라인들에 순차적으로 게이트 구동 신호 를 공급함으로써 m개의 게이트라인들이 순차적으로 구동되게 한다. 그러면 액정 패널 상의 박막 트랜지스터(TFT)들은 1 게이트라인 분씩 순차적으로 구동되어 1 게이트라인 분씩의 액정 셀들에 데이터신호들이 순차적으로 공급되면서 1 게이트라인에 연결된 저장 커패시터(CST)들을 충전시키게 된다.
상기한 구성에서 게이트드라이버(2)는 다수의 스테이지로 구성된 쉬프트레지스터에 의해 게이트구동신호가 순차적으로 출력되는데, 도 3은 이러한 게이트드라이버의 쉬프트레지스터 구성을 도시한 블록도면이다.
구성을 보면, 각각 게이트 구동신호를 출력하는 다수개의 스테이지(ST1~STm)와, 순차 출력발생을 위한 다수개의 클럭신호(C1~C4) 및 구동신호(VDD, VSS)로 구성된다. 상기 각 스테이지의 출력(Vg_out)은 다음단 스테이지의 개시신호(Vst)로 입력된다.
동작원리를 간단히 살펴보면, 순환하여 입력되는 4개의 클럭신호(C1~C4)에 따라 각각의 스테이지는 액정패널의 1 프레임 주기 동안 한 번의 출력(Vg_out)을 발생시킨다. 이러한 출력은 스테이지 연결 순서에 따라 순차적으로 발생하며 각각의 출력은 다음단 스테이지의 구동을 위한 개시신호(Vst)로 입력되며, 다음단 출력은 이전단 스테이지의 리셋(reset)을 위한 신호로 입력된다.
이러한 구성과 동작을 수행하는 쉬프트레지스터는 비정질 실리콘(a-Si) 트랜지스터를 이용하여 쉬프트레지스터 회로를 구성할 경우, 도 4의 그래프에 도시된 반와 같이 비정질 실리콘의 낮은 전자 이동도로 인해 게이트 출력 파형이 늘어지는 현상이 발생한다. 파형의 늘어지는 현상이란 출력 파형의 상승/하강 시간(rise/fall time)의 증가를 말하며, 이러한 게이트 구동신호의 늘어짐 현상은 픽셀의 데이터 충전 시간을 감소시켜 정상적인 화상을 표현할 수 없도록 하는 문제점을 발생시킨다.
이런 게이트 출력 파형의 늘어짐 현상은 해상도 증가에 따른 라인의 부하(load) 증가에 비례하여 발생하며, 이러한 현상을 개선하기 위해서는 쉬프트레지스터 스테이지 회로의 출력 구동 박막 트랜지스터(즉, 풀-업 트랜지스터) 채널의 폭을 더욱 증대시켜야 하지만 회로 설계상의 공간 한정에 의해 대용량 트랜지스터 구성은 매우 어려운 현실이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 특성으로 인해 발생하는 게이트 구동 신호의 늘어짐 현상을 개선하는데 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명은 오버랩 구동을 수행하며 또한 이에 적합한 새로운 구조의 쉬프트레지스터와 그 스테이지 회로를 제안하여 패널의 정상적인 화상표현을 수행하도록 하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 이전 스테이지의 출력신호를 개시신호로 입력받고 다음 다음번 스테이지의 출력신호를 리셋신호로 입력받으며, 하나 이상의 클럭신호와 구동전압 및 기저전압을 입력받아 게이트구동신호를 출력하는 스테이지 회로가 순차적으로 다수개가 배열되어 구성되는 액정표시장치용 쉬프트레지스터를 제시한다.
여기서 상기 각 스테이지 회로는 다수개의 비정질실리콘 박막 트랜지스터를 사용하여 구성되는 회로인 것을 특징으로 한다.
상기 다수개의 스테이지 회로 중 최종 두개의 스테이지 회로에 리셋신호를 인가하기 위한 제1 및 제2 더미 스테이지 회로를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 각 클럭신호와 개시신호는 모두 1수평주기를 초과하여 최대 1.5 수평주기 동안 인가되는 신호인 것을 특징으로 한다.
상기 각 스테이지 회로에서 게이트라인으로 출력되는 게이트 구동 신호는 모두 1수평주기를 초과하여 최대 1.5 수평주기 동안 출력되는 것을 특징으로 한다.
상기 각 스테이지 회로에서 출력되는 게이트 구동 신호는 이전단 스테이지 회로에서 출력된 게이트 구동 신호와 최대 0.5 수평주기 동안 중첩되어 출력되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 이전단 스테이지{ST(L-1)}의 게이트 출력 신호{VgOUT(L-1)}를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 이전단 게이트 신호 출력단(Vst)과 Q 노드(Q) 사이에 다이오드 커넥팅된 제1트랜지스터(T1)와; 임의의 제1클럭을 입력받아 턴온 여부가 결정되며 구동전압과 QB 노드 사이에 연결된 제2트랜지스터(T2)와; 다음 다 음단 스테이지{ST(L+2)의 게이트 출력 신호{VgOUT(L+2)}를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 상기 Q 노드와 접지 전압단(Vss) 사이에 연결된 제3트랜지스터(T3)와; 상기 Q 노드의 신호를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 상기 QB 노드와 접지 전압단(Vss) 사이에 연결된 제4트랜지스터(T4)와; 상기 이전단 스테이지{ST(L-1)}의 게이트 신호 출력단(Vst)으로부터 신호를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 상기 QB 노드와 접지 전압단(Vss) 사이에 연결된 제5트랜지스터(T5)와; 상기 Q 노드의 신호를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 일단에 임의의 제2클럭신호를 입력받고 타단이 본 스테이지단{ST(L)}의 게이트 출력 신호단(Nout)에 연결된 제6트랜지스터(T6)와; 상기 QB 노드의 신호를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 상기 Q 노드와 접지 전압단(Vss) 사이에 연결된 제7트랜지스터(T7)와; 상기 QB 노드의 신호를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 상기 본 스테이지단{ST(L)}의 게이트 출력 신호단(Nout)과 접지 전압단(Vss) 사이에 연결된 제8트랜지스터(T8)를 포함하는 액정표시장치용 쉬프트레지스터 스테이지 회로를 제시한다.
상기 각 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
상기 각 클럭신호와 개시신호는 모두 1수평주기를 초과하여 최대 1.5 수평주기 동안 인가되는 신호인 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치용 쉬프트레지스터의 각 스테이지별 연결구성을 도시한 도면이고, 도 6은 그 스테이지 중 (L)번째 스테이지에 대한 일 예 시 회로도면이다.
도시된 본 발명의 쉬프트레지스터는 구동을 통해 픽셀의 충분한 액정 충전 시간을 보장하기 위한 오버랩 구동을 수행하는 조건에 매우 적절하게 적용될 수 있는 구조로써, 오버랩 구동을 통해 게이트 신호의 출력이 발생하는 동안 충전된 Q-노드(Q)가 방전되는 현상 방지하기 위해 다음 다음단의 게이트 출력 신호를 이용하여 회로를 리셋 시키는 구동방법을 적용한다. 이때 각 스테이지{ST1~STm, DST(1), DST(2)}의 순차구동을 위해 인가되는 다수개의 클럭신호(CLK1~CLK4)와 개시신호(Vst)는 오버랩되는 구간을 생성하기 위해 모두 1수평주기를 초과한 최대 1.5 수평주기(H)를 가지고 인가되기 때문에 제3트랜지스터(T3)로 입력되는 Q-노드의 방전을 위한 리셋신호를 다음 다음단 스테이지 회로부터 입력받아야 게이트출력의 손실 없이 구동될 수 있다.
여기서 본 발명에 따른 쉬프트레지스터를 이용하여 구현할 오버랩 구동(Overlap driving)에 대해 간단히 설명한다.
도 7은 오버랩구동을 위한 신호타이밍도이고, 도 8은 오버랩구동에 따른 픽셀의 액정 충전시간의 변화를 비교 설명하기 위한 도면이다.
설명하면, 쉬프트레지스터의 오버랩 구동이란, 이전 구동 클럭 구간과 최대 1/2 듀레이션(duration) 구간이 겹치도록, 즉 전체가 1 수평주기를 초과하여 최대 1.5 수평주기(H) 이하의 펄스 듀레이션 타임을 가지고 순환하는 다수개의 클럭신호에 의해 구동되는 방법을 말하며, 도 7에 도시된 바와 같이 각 클럭의 펄스 두레이션 타임이 1.5 수평주기동안 인가되어 다음 클럭과 0.5 수평주기동안 오버랩되는 경우 각 게이트 출력(VgOUT) 또한 1.5 수평주기를 가지고 생성된다. 따라서, 전하 이동도가 낮은 비정질 실리콘 트랜지스터를 이용하여 게이트구동용 쉬프트레지스터를 구현할 때 출력이 늘어지는 현상에도 오버랩 구간의 확보를 통해 픽셀의 유효 충전시간을 충분히 지원할 수 있는 장점이 있다.
도 8의 픽셀 충전 시간을 참조하여 설명하면, 비정질 실리콘 박막트랜지스터를 이용한 게이트 구동회로는 종래의 Non-오버랩 구동의 경우 전술한 바와 같이 패널의 부하(load)에 의해 출력 파형의 늘어짐 현상이 발생한다.
이러한 게이트 출력신호의 늘어짐 현상은 패널의 크기가 커질수록 또는 해상도가 높아질수록 더욱 심해지는데, 빗금친 영역과 같이, 게이트 구동 신호의 출력 초기에 게이트라인으로 충분하지 못한 전압을 인가하게 되어 픽셀에 데이터가 기입되는 유효 충전 시간을 감소시키는 문제점이 나타나게 된다.
이에 비해 본 발명에서 제안한 쉬프트레지스터를 이용한 오버랩 구동의 경우 0 수평주기를 초과하여 최대 1/2 수평주기(즉, 1/2 H) 이내의 시간 전에 미리 게이트라인이 충전되기 시작하여, 기입되는 데이터가 바뀔 때에는 이미 게이트라인이 완전한 충전상태에 도달해 있기 때문에 데이터 기입을 위한 유효충전시간을 충분히 제공할 수 있게 되는 것이다.
이러한 장점을 가지는 쉬프트레지스터 오버랩 구동을 구현하기 위해서는 리셋타이밍을 적절하게 가지는 것이 중요한데, 통상의 쉬프트레지스터에서 사용하는 방법에 의해 다음단 스테이지 회로의 출력을 리셋신호로 입력받아 구동할 경우 게이트 출력이 나오는 동안에 제3트랜지스터(T3)의 리셋구동이 발생하게 되고, 이로 인해 Q-노드(Q)의 방전이 수행되기 때문에 게이트 구동 신호 출력의 손실을 가져오게 된다.
따라서, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 스테이지는 리셋신호로써 다음 다음단의 게이트 출력 신호(VgOUT)를 입력받고 있으며, 필요에 따라 최종단의 (m-1)번째 및 (m) 번째 스테이지로의 리셋신호 인가를 위한 별도의 스테이지{즉, 제1 및 제2더미 스테이지(DST(1),DST(2)}(D-ST)를 더욱 구성하여 구동할 수 있다.
상기와 같이 설명한 본 발명에 따른 액정표시장치용 쉬프트레지스터와 그 스테이지 회로는, 입력 클럭의 오버랩 구동을 수행하여 게이트라인의 충전시간을 더욱 연장함으로서 충분한 픽셀의 유효충전시간을 제공하기 때문에 최상의 화질 구현을 가능하게 하는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 이전 스테이지 회로의 출력신호를 개시신호로 입력받고 다음 다음번 스테이지 회로의 출력신호를 리셋신호로 입력받으며, 제 1 및 제 2 클럭신호와 구동전압 및 기저전압을 입력받아 게이트구동신호를 출력하는 스테이지 회로가 순차적으로 다수개가 배열되며,
    상기 제 1 및 제 2 클럭신호와 상기 개시신호는 모두 1수평주기를 초과하여 최대 1.5 수평주기 동안 인가되는 신호인 것을 특징으로 하는 어 구성되는 액정표시장치용 쉬프트레지스터
  2. 청구항 제 1 항에 있어서,
    상기 각 스테이지 회로는 다수개의 비정질실리콘 박막 트랜지스터를 사용하여 구성되는 회로인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 쉬프트레지스터
  3. 청구항 제 1 항에 있어서,
    상기 다수개의 스테이지 회로 중 최종 두개의 스테이지 회로에 리셋신호를 인가하기 위한 제1 및 제2 더미 스테이지 회로를 더욱 포함하는 액정표시장치용 쉬프트레지스터
  4. 삭제
  5. 청구항 제 1 항에 있어서,
    상기 각 스테이지 회로에서 게이트라인으로 출력되는 게이트 구동 신호는 모두 1수평주기를 초과하여 최대 1.5 수평주기 동안 출력되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 쉬프트레지스터
  6. 청구항 제 1 항에 있어서,
    상기 각 스테이지 회로에서 출력되는 게이트 구동 신호는 이전단 스테이지 회로에서 출력된 게이트 구동 신호와 최대 0.5 수평주기 동안 중첩되어 출력되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 쉬프트레지스터
  7. 이전단 스테이지의 게이트 출력 신호를 개시신호로 입력받아 턴온 여부가 결정되며 이전단 게이트 신호 출력단과 Q 노드 사이에 다이오드 커넥팅된 제1트랜지스터와;
    임의의 제 1 클럭신호를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 구동전압과 QB 노드 사이에 연결된 제2트랜지스터와;
    다음 다음단 스테이지의 게이트 출력 신호를 리셋신호로 입력받아 턴온 여부가 결정되며 상기 Q 노드와 접지 전압단 사이에 연결된 제3트랜지스터와;
    상기 Q 노드의 신호를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 상기 QB 노드와 접지 전압단 사이에 연결된 제4트랜지스터와;
    상기 이전단 스테이지의 게이트 신호 출력단으로부터의 상기 개시신호를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 상기 QB 노드와 접지 전압단 사이에 연결된 제5트랜지스터와;
    상기 Q 노드의 신호를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 일단에 임의의 제 2 클럭신호를 입력받고 타단이 본 스테이지단의 게이트 출력 신호단에 연결된 제6트랜지스터와;
    상기 QB 노드의 신호를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 상기 Q 노드와 접지 전압단 사이에 연결된 제7트랜지스터와;
    상기 QB 노드의 신호를 입력받아 턴온 여부가 결정되며 상기 본 스테이지단의 게이트 출력 신호단과 접지 전압단 사이에 연결된 제8트랜지스터
    를 포함하는 액정표시장치용 쉬프트레지스터 스테이지 회로
  8. 청구항 제 7 항에 있어서,
    상기 각 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 쉬프트레지스터 스테이지 회로
  9. 청구항 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 클럭신호와 상기 개시신호는 모두 1수평주기를 초과하여 최대 1.5 수평주기 동안 인가되는 신호인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 쉬프트레지스터 스테이지 회로
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