KR101061855B1

KR101061855B1 - 구동 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 표시 장치

Info

Publication number: KR101061855B1
Application number: KR1020040078280A
Authority: KR
Inventors: 이준표; 박윤재; 문승환
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2011-09-02
Also published as: JP2006106690A; CN100504977C; TW200625259A; KR20060029370A; US20060071926A1; CN1755757A; US7474304B2

Abstract

본 발명은 구동 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 구동 전압 생성 회로는 소정 펄스 전압을 생성하는 펄스 전압 생성부, 상기 펄스 전압 생성부에 연결되어 있으며 제1 전압을 생성하는 제1 전압 생성부, 상기 펄스 전압 생성부에 서로 연결되어 있으며 적어도 하나의 다이오드를 각각 포함하는 제1 및 제2 다이오드부, 상기 제1 다이오드부에 연결되어 있으며 제2 전압을 생성하는 제2 전압 생성부, 그리고 상기 제2 다이오드부에 연결되어 있으며 제3 전압을 생성하는 제3 전압 생성부를 포함한다.

이러한 방식으로, 전하 펌프 회로로 입력되는 전압의 범위를 조정함으로써, 기준 전압과 독립적으로 원하는 전압을 생성할 수 있다.

표시장치, 구동전압, 기준전압, 계조전압, 게이트신호, 게이트구동부

Description

구동 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 표시 장치 {DRIVING VOLTAGE GENERATING CIRCUIT AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 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 구동 전압 생성 회로의 회로도이다.

도 4 및 도 5는 도 3에 도시한 노드 전압과 게이트 온 전압 및 게이트 오프 전압의 파형도이다.

최근, 무겁고 큰 음극선관(cathode ray tube, CRT)을 대신하여 유기 전계 발광 표시 장치(organic electroluminescence display, OLED), 플라스마 표시 장치(plasma display panel, PDP), 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)와 같은 평판 표시 장치가 활발히 개발 중이다.

PDP는 기체 방전에 의하여 발생하는 플라스마를 이용하여 문자나 영상을 표 시하는 장치이며, 유기 EL 표시 장치는 특정 유기물 또는 고분자들의 전계 발광을 이용하여 문자 또는 영상을 표시한다. 액정 표시 장치는 두 표시판의 사이에 들어 있는 액정층에 전기장을 인가하고, 이 전기장의 세기를 조절하여 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 얻는다.

이러한 평판 표시 장치 중에서 예를 들어 액정 표시 장치와 유기 EL 표시 장치는 스위칭 소자를 포함하는 화소와 표시 신호선이 구비된 표시판, 그리고 표시 신호선 중 게이트선에 게이트 신호를 내보내어 화소의 스위칭 소자를 턴온/오프시키는 게이트 구동부, 복수의 계조 전압을 생성하는 계조 전압 생성부, 계조 전압 중 영상 데이터에 해당하는 전압을 데이터 전압으로 선택하여 표시 신호선 중 데이터선에 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동부, 그리고 이들을 제어하는 신호 제어부를 포함한다.

이러한 각 구동부는 구동에 필요한 일정한 전압을 공급받아서 이를 구동에 필요한 여러 전압으로 변경한다. 예를 들어, 게이트 구동부는 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압을 제공받아 게이트 신호로서 번갈아 게이트선에 인가하고, 계조 전압 생성부는 일정한 기준 전압을 제공받아 이를 저항을 통하여 분압한 후 데이터 구동부에 제공한다.

그런데, 구동 전압 생성부가 게이트 온 전압 및 게이트 오프 전압을 생성할 때 계조 전압 생성부에 인가되는 기준 전압과 독립적으로 생성할 수 없어서 필요로 하는 정확한 게이트 신호를 제공할 수 없는 문제가 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 구동 전압 생성 회로 및 표시 장치를 제공하는 것이다.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 구동 전압 생성 회로는, 소정 펄스 전압을 생성하는 펄스 전압 생성부, 상기 펄스 전압 생성부에 연결되어 있으며 제1 전압을 생성하는 제1 전압 생성부, 상기 펄스 전압 생성부에 서로 연결되어 있으며 적어도 하나의 다이오드를 각각 포함하는 제1 및 제2 다이오드부, 상기 제1 다이오드부에 연결되어 있으며 제2 전압을 생성하는 제2 전압 생성부, 그리고 상기 제2 다이오드부에 연결되어 있으며 제3 전압을 생성하는 제3 전압 생성부를 포함한다.

이때, 상기 제1 및 제2 다이오드부는 순방향 및 역방향으로 서로 병렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 다이오드를 각각 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 및 제3 전압 생성부는 적어도 하나의 전하 펌프 회로를 포함하고, 상기 전하 펌프 회로는 두 개의 다이오드와 두 개의 축전기를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 펄스 전압은 하이 레벨과 로우 레벨을 가지며, 상기 제1 전압 생성부는 상기 펄스 전압의 하이 레벨과 실질적으로 동일한 전압을 생성할 수 있다.

상기 제1 다이오드부는, 상기 펄스 전압 생성부에 연결되어 있는 제1 노드, 상기 제2 전압 생성부에 연결되어 있는 제2 노드, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 제1 방향으로 연결되어 있는 제1 및 제2 다이오드, 그리고 상기 제1 및 제2 다이오드와 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 연결되어 있는 제3 및 제4 다이오드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 다이오드부는, 상기 제3 전압 생성부에 연결되어 있는 제3 노드, 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 상기 제1 방향으로 연결되어 있는 제5 다이오드, 그리고 상기 제5 다이오드와 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제2 방향으로 연결되어 있는 제6 다이오드를 포함할 수 있다.

상기 제2 전압 생성부는 제1 및 제2 전하 펌프 회로를 포함하며,

상기 제1 전하 펌프 회로는, 제7 다이오드를 통하여 상기 제1 전압에 연결되어 있는 제4 노드, 상기 제4 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결되어 있는 제1 축전기, 제8 다이오드를 통하여 상기 제4 노드에 연결되어 있는 제5 노드, 그리고 상기 제5 노드와 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제2 축전기를 포함하고,

상기 제2 전하 펌프 회로는, 제9 다이오드를 통하여 상기 제5 노드에 연결되어 있는 제6 노드, 상기 제6 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결되어 있는 제3 축전기, 제10 다이오드를 통하여 상기 제6 노드에 연결되어 있는 제2 전압 출력단, 그리고, 상기 제2 전압 출력단과 상기 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제4 축전기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제3 전압 생성부는 제3 전하 펌프 회로를 포함하고,

상기 제3 전하 펌프 회로는, 제11 다이오드를 통하여 접지 전압에 연결되어 있는 제7 노드, 상기 제3 노드와 상기 제7 노드 사이에 연결되어 있는 제5 축전기, 제12 다이오드를 통하여 상기 제7 노드에 연결되어 있는 제3 전압 출력단, 그리고 상기 제3 전압 출력단과 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제6 축전기를 포함할 수 있다.

한편, 상기 제1 전압 생성부는, 제13 다이오드를 통하여 상기 제1 노드에 연결되어 있는 제1 전압 출력단, 그리고 상기 제1 전압 출력단과 접지 전압 사이에 병렬로 연결되어 있는 제7 내지 제9 축전기를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제2 전압은,

V2 =

(여기서, V2는 상기 제2 전압, Vsw는 상기 펄스 전압의 진폭, Ncp는 상기 제2 전압 생성부에 속하는 전하 펌프 회로의 수효, Vth는 상기 다이오드의 문턱 전압, 그리고 Nd는 상기 제1 다이오드부를 이루는 상기 제1 방향 또는 제2 방향에 위치한 다이오드의 수효이다)으로 표현되는 식을 충족하는 것이 바람직하며,

상기 제3 전압은,

V3 =

(여기서, V3는 제3 전압, Vsw는 상기 전압의 진폭, Ncp는 상기 제3 전압 생성부에 속하는 전하 펌프 회로의 수효, Vth는 상기 다이오드의 문턱 전압, 그리고 Nd는 상기 제2 다이오드부를 이루는 상기 제1 방향 또는 제2 방향에 위치한 다이오드의 수효이다)으로 표현되는 식을 충족하는 것이 바람직하다.

본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치는, 제1 내지 제3 전압을 생성하는 구동 전압 생성부, 상기 제1 전압을 기초로 복수의 전압을 생성하는 계조 전압 생성 부, 그리고 상기 제2 및 제3 전압을 기초로 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동부를 포함하는데, 상기 구동 전압 생성부는, 소정 펄스 전압을 생성하는 펄스 전압 생성부, 상기 펄스 전압 생성부에 연결되어 있으며 상기 제1 전압을 생성하는 제1 전압 생성부, 상기 펄스 전압 생성부에 서로 연결되어 있으며 적어도 하나의 다이오드를 각각 포함하는 제1 및 제2 다이오드부, 상기 제1 다이오드부에 연결되어 있으며 상기 제2 전압을 생성하는 제2 전압 생성부, 그리고 상기 제2 다이오드부에 연결되어 있으며 상기 제3 전압을 생성하는 제3 전압 생성부를 포함한다.

또한, 상기 제2 및 제3 전압 생성부는 적어도 하나의 전하 펌프 회로를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 전하 펌프 회로는 두 개의 다이오드와 두 개의 축전기를 포함할 수 있다.

상기 표시 장치는 행렬 형태로 배열되어 있으며 스위칭 소자를 각각 포함하는 복수의 화소를 더 포함하며, 상기 제2 전압은 상기 스위칭 소자를 턴온시킬 수 있는 전압이고, 상기 제3 전압은 상기 스위칭 소자를 턴오프시킬 수 있는 전압일 수 있다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나 타내었다. 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 표시 장치에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 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 표시 장치는 표시판부(liquid crystal panel assembly)(300) 및 이에 연결된 게이트 구동부(400)와 데이터 구동부(500), 데이터 구동부(500)에 연결된 계조 전압 생성부(800) 그리고 이들을 제어하는 신호 제어부(600)를 포함한다.

표시판부(300)는 등가 회로로 볼 때 복수의 표시 신호선(G₁-G_n, D₁-D_m)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(Px)를 포함한다.

표시 신호선(G₁-G_n, D₁-D_m)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G₁-G_n)과 데이터 신호를 전달하는 데이터 신호선 또는 데이터선(D₁-D_m)을 포함한다. 게이트선(G₁-G_n)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(D₁-D_m)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.

각 화소는 표시 신호선(G₁-G_n, D₁-D_m)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 화소 회로(pixel circuit)를 포함한다.

스위칭 소자(Q)는 삼단자 소자로서 그 제어 단자 및 입력 단자는 각각 게이트선(G₁-G_n) 및 데이터선(D₁-D_m)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 화소 회로에 연결되어 있다. 또한, 스위칭 소자(Q)는 박막 트랜지스터인 것이 바람직하며, 특히 비정질 규소를 포함하는 것이 좋다.

평판 표시 장치의 대표격인 액정 표시 장치의 경우, 도 2에 도시한 바와 같이 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 및 그 사이의 액정층(3)을 포함한다. 표시 신호선(G₁-G_n, D₁-D_m)과 스위칭 소자(Q)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있다. 액정 표시 장치의 화소 회로는 스위칭 소자(Q)에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(C_LC) 및 유지 축전기(storage capacitor)(C_ST)를 포함한다. 유지 축전기(C_ST)는 필요에 따라 생략할 수 있다.

액정 축전기(C_LC)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(V_com)을 인가받는다. 도 2에서와는 달리 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에 는 두 전극(190, 270)이 모두 선형 또는 막대형으로 만들어진다.

유지 축전기(C_ST)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(190)이 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(V_com) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(C_ST)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 삼원색, 예를 들면 적색, 녹색, 또는 청색의 색 필터(230)를 구비함으로써 가능하다. 도 2에서 색 필터(230)는 상부 표시판(200)에 형성되어 있지만 이와는 달리 하부 표시판(100)의 화소 전극(190) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.

액정 표시 장치의 표시판부(300)의 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.

다시 도 1을 참조하면, 구동 전압 생성부(700)는 기준 전압(AVDD), 게이트 온 전압(Von) 및 게이트 오프 전압(Von)을 생성하여, 기준 전압(AVDD)은 계조 전압 생성부(800)에 제공하고 게이트 온 전압(Von) 및 게이트 오프 전압(Voff)은 게이트 구동부(400)에 제공한다.

계조 전압 생성부(800)는 구동 전압 생성부(700)로부터의 기준 전압(AVDD)을 기초로 화소의 휘도와 관련된 한 벌 또는 두 벌의 복수 계조 전압을 생성한다. 두 벌이 있는 경우 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(V_com)에 대하여 양의 값을 가지고 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.

게이트 구동부(400)는 표시판부(300)의 게이트선(G₁-G_n)에 연결되어 구동 전압 생성부(700)로부터의 게이트 온 전압(V_on)과 게이트 오프 전압(V_off)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G₁-G_n)에 인가한다. 이러한 게이트 구동부(400)는 실질적으로 시프트 레지스터로서 일렬로 배열된 복수의 스테이지(stage)를 포함한다.

데이터 구동부(500)는 표시판부(300)의 데이터선(D₁-D_m)에 연결되어 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압을 선택하여 데이터 신호로서 화소에 인가한다.

신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500) 등의 동작을 제어한다.

그러면 이러한 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(V_sync)와 수평 동기 신호(H_sync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 제공받는다. 신호 제어부(600)는 입력 제어 신호 및 입력 영상 신호(R, G, B)를 기초로 게이트 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2) 등을 생성하고 영상 신호(R, G, B)를 표시판부(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리한 후, 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처 리한 영상 신호(DAT)는 데이터 구동부(500)로 내보낸다.

게이트 제어 신호(CONT1)는 게이트 온 전압(V_on)의 출력 시작을 지시하는 수직 동기 시작 신호(STV), 게이트 온 전압(V_on)의 출력 시기를 제어하는 게이트 클록 신호(CPV) 및 게이트 온 전압(V_on)의 지속 시간을 한정하는 출력 인에이블 신호(OE) 등을 포함한다.

데이터 제어 신호(CONT2)는 영상 데이터(DAT)의 입력 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D₁-D_m)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(LOAD) 및 데이터 클록 신호(HCLK)를 포함한다. 도 2에 도시한 액정 표시 장치 등의 경우, 공통 전압(V_com)에 대한 데이터 전압의 극성(이하 "공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성"을 줄여 "데이터 전압의 극성"이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS)도 포함될 수 있다.

데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라 한 행의 화소에 대응하는 영상 데이터(DAT)를 차례로 입력받고, 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압 중 각 영상 데이터(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써, 영상 데이터(DAT)를 해당 데이터 전압으로 변환하고 이를 데이터선(D₁-D_m)에 인가한다.

게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(V_on)을 게이트선(G₁-G_n)에 인가하여 이 게이트선(G ₁-G_n)에 연결 된 스위칭 소자(Q)를 턴온시킨다. 데이터선(D₁-D_m)에 공급된 데이터 전압은 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통해 해당 화소에 인가된다.

도 2에 도시한 액정 표시 장치의 경우, 화소에 인가된 데이터 전압과 공통 전압(V_com)의 차이는 액정 축전기(C_LC)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(H_sync), 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-G_n)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(V_on)을 인가하여 모든 화소에 데이터 전압을 인가한다. 도 2에 도시한 액정 표시 장치의 경우, 특히 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(보기: "행 반전", "점 반전"), 한 화소행에 인가되는 데이터 전압의 극성도 서로 다를 수 있다(보기: "열 반전", "점 반전")

그러면, 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 구동 전압 생성부에 대하 여 도 3 내지 도 5를 참고로 하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 구동 전압 생성부의 회로도이고, 도 4 및 도 5는 도 3에 도시한 각 노드 전압의 파형과 게이트 온 전압(Von) 및 게이트 오프 전압(Voff)의 파형도이다. 여기서, 도 4 및 도 5에 도시한 파형도는 스파이스 시뮬레이션(spice simulation)을 통하여 얻은 것이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 구동 전압 생성부(700)는 펄스 생성부(710), 펄스 생성부(710)에 병렬로 연결되어 있는 복수의 다이오드부(DG1-DG2)와 기준 전압 생성부(RVG), 각 다이오드부(DG1, DG2)에 연결되어 있는 복수의 전하 펌프 회로(CP1-CP3)를 포함한다.

펄스 생성부(710)는 통상 집적 회로(IC)로 이루어지며 일정한 전압(VCC), 예를 들어 3.3V의 전압을 인가받아 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같은 진폭이 10V인 주기 함수를 만들어낸다.

다이오드부(DG1)는 노드(N1)와 노드(N2) 사이에 병렬로 연결되어 있으며 순방향 및 역방향으로 배치되어 있는 두 쌍의 다이오드(d5-d8)를 포함하고, 다이오드부(DG2)는 서로 병렬로 연결로 되어 있으며 순방향 및 역방향으로 배치되어 있는 한 쌍의 다이오드(d10, d11)을 포함한다.

각 전하 펌프 회로(CP1-CP3)는 두 개의 다이오드와 두 개의 축전기를 포함한다.

전하 펌프 회로(CP1)의 축전기(C1)의 일단은 두 다이오드(d1, d2)의 접점에 연결되어 있고 타단은 노드(N2)에 연결되어 있고, 축전기(C2)의 일단은 두 다이오 드(d2, d3)의 접점에 연결되어 있고 타단은 접지되어 있다. 마찬가지로, 전하 펌프 회로(CP2)의 축전기(C3)의 일단은 두 다이오드(d3, d4) 사이의 접점에, 타단은 노드(N2)에 연결되어 있고, 축전기(C3)의 일단은 게이트 온 전압 출력단(Von)에 연결되어 있고 타단은 접지되어 있다. 또한, 전하 펌프 회로(CP3)의 축전기(C8)의 일단은 노드(N3)에, 타단은 두 다이오드(d12, d13)의 접점에 연결되어 있으며, 축전기(C9)의 일단은 게이트 오프 전압 출력단(Voff)에 연결되어 있으며 타단은 접지되어 있다.

기준 전압 생성부(RVG)는 다이오드(d9)를 통하여 노드(N1)에 공통적으로 연결되어 있는 세 개의 축전기(C5-C7)를 포함한다.

여기서, 소정 전압(VCC)과 노드(N1) 사이에 연결되어 있는 인덕터(L)는 전류가 급격히 변하는 것을 방지한다.

그러면 이러한 구동 전압 생성부(700)의 동작에 대하여 설명한다. 여기서, 표시 장치, 특히 액정 표시 장치에 사용되는 게이트 온 전압(Von) 및 게이트 오프 전압(Voff)은 각각 22V와 -7.5V이며 이에 근접하는 값을 예를 들어 설명한다.

먼저, 게이트 온 전압(Von)을 생성하는 과정에 대하여 설명한다.

아래에서는 각 다이오드(d1-d13)가 예를 들어 0.7V의 문턱 전압을 갖는 것으로 가정한다.

펄스 생성부(710)가 0V의 전압을 노드(N1)에 인가하면 기준 전압 생성부(RVG)는 0V의 기준 전압(AVDD)을 생성하고, 이 기준 전압(AVDD)은 전하 펌프 회로(CP1)의 다이오드(d1)의 애노드 단자에 연결되어 있다.

이때, 노드(N1) 전압, 즉 노드 전압(VN1)이 0V이므로 역방향으로 두 개의 다이오드(d7, d8)를 거치면서 1.4V의 전압 상승이 생긴다. 따라서, 노드(N2)의 전압, 즉 노드 전압(VN2)은 1.4V가 된다.

한편, 두 다이오드(d1, d2) 사이의 접점(N4)의 전압은 역시 0V이고, 축전기(C1)의 양단 전압은 노드(N4)를 기준으로 할 때 -1.4V가 된다.

이어, 10V의 전압이 노드(N1)에 인가되면 이번에는 순방향으로 전류가 흘러 노드 전압(VN2)은 8.6V로 바뀌고, 이에 따라 노드(N4) 전압은 축전기(C1)의 양단의 전압과 노드 전압(VN2)의 합인 7.2V가 된다. 이때, 기준 전압 생성부(AVDD)에서 생성되는 기준 전압(AVDD) 역시 10V이고 다이오드(d1)를 거치면서 0.7V가 강하된 9.3V가 7.2V에 더해져 노드(N2)의 최종 전압은 16.5V가 된다. 여기서, 기준 전압(AVDD)은 계산의 편의상 다이오드(d9)에 의한 전압 강하는 생기지 않는 것으로 가정한다.

그러면 축전기(C2)의 전압은 다이오드(d2)를 거치면서 0.7V가 강하된 15.8V가 되고, 다시 다이오드(d3)를 거치면서 전압이 강하하여 축전기(C3)의 일단의 전압, 즉 노드(N5) 전압은 15.1V가 된다.

다음, 0V의 전압이 인가되면 노드 전압(VN2)은 1.4V로 바뀌고, 축전기(C3) 양단의 전압은 노드(N5) 전압과 노드 전압(VN2)의 차인 13.7V가 되며, 이 전압이 다이오드(d4)를 거치면서 축전기(C4)의 전압은 13V가 된다.

이어, 노드 전압(VN2)이 8.6V로 바뀌면 노드(N5) 전압은 축전기(C3) 양단의 전압인 13.7V와 8.6V를 더한 22.3V로 바뀌고 다시 다이오드(d4)를 거치면서 최종적 으로 21.6V를 출력한다.

이후에는 다이오드(d4)의 애노드 단자, 즉 노드(N5) 전압이 게이트 온 전압 출력단(Von)의 전압에 비해 높은 경우에만 턴온되고, 캐소드 단자, 즉 게이트 온 전압 출력단(Von)의 전압이 높은 경우에는 턴오프되어 축전기(C4)가 부유 상태(floating state)를 유지하므로 지속적으로 21.6V에 해당하는 전압을 출력한다. 도 4의 시뮬레이션 결과는 21.5V로서 본 발명의 실시예와 유사한 결과를 얻는다.

그러면, 게이트 오프 전압(Voff)을 생성하는 과정에 대하여 설명한다.

게이트 온 전압(Von)을 생성하는 것과는 달리 먼저 10V의 전압이 노드(N1)에 인가되면, 전류는 다이오드(d11), 축전기(C8) 및 다이오드(d12)를 거쳐 접지(ground) 방향으로 흐른다. 그러면 노드(N3)의 전압, 즉 노드 전압(VN3)은 9.3V가 되고 노드(N6) 전압은 0.7V가 된다. 이때, 축전기(C8)의 양단 전압은 두 노드(N3, N6) 전압의 차인 8.6V가 된다.

이어, 노드 전압(VN1)이 0V가 되면 전류는 반대 방향, 즉 접지에서 축전기(C9), 다이오드(d13), 축전기(C8) 및 다이오드(d10)를 거쳐서 흐른다. 이에 따라, 노드 전압(VN3)이 9.3V에서 0.7V로 바뀐다. 이때, 노드 전압(VN3)은 축전기(C8) 양단의 전압과 노드(N6) 전압을 더한 전압이므로, 노드(N6) 전압은 -7.9V가 된다. 그러면, 게이트 오프 전압 출력단(Voff)의 전압은 -7.9V에 다이오드(d13)의 문턱 전압을 더한 값, 즉 -7.2V가 된다.

다시 노드 전압(VN1)이 10V가 되면 다이오드(d13)가 턴오프되어 축전기(C9)는 부유 상태가 되므로 계속하여 -7.2V를 출력하고, 노드 전압(VN1)이 0V가 되면 앞서 설명한 동작을 반복하여 -7.2V를 출력한다. 도 5의 시뮬레이션 결과 역시 -7.5V로서 본 발명의 실시예와 유사한 결과를 얻음을 알 수 있다.

이러한 방식으로, 게이트 온 전압(Von) 및 게이트 오프 전압(Voff)을 생성함으로써, 기준 전압(AVDD)에 구애받지 않고 원하는 게이트 신호값을 얻을 수 있다.

한편, 앞에서 설명한 게이트 신호값(Von, Voff)은 다음과 같은 수학식을 이용하여 간단하게 구할 수 있다.

여기서, Vsw는 펄스 전압 생성부에 생성되는 전압의 진폭이고, Ncp는 전하 펌프 회로(CP1-CP3)의 수효이며, Vth는 다이오드(d1-d13)의 문턱 전압이고, Nd는 다이오드부(DG1, DG2)를 이루는 다이오드의 수효이다.

이때, Ncp는 게이트 온 전압(Von) 또는 게이트 오프 전압(Voff)을 생성하는데 사용되는 전하 펌프 회로(CP1-CP3)의 수효로서, 게이트 온 전압(Von)의 경우에는 2개이고, 게이트 오프 전압(Voff)의 경우에는 1개이며, 각 전하 펌프 회로를 이루는 다이오드 및 축전기는 각각 2개씩이다. 또한, Nd는 다이오드부(DG1, DG2)를 이루는 모든 다이오드의 수효가 아니라 순방향 또는 역방향 다이오드의 수효로서, 예를 들어 다이오드부(DG1)에서는 2개이고 다이오드부(DG2)에서는 1개이다.

예를 들어, 게이트 온 전압(Von)을 생성할 때, Vsw가 10V, Ncp가 2개, Vth는 0.7V이고 Nd가 2이므로, 이 값을 위 수학식 1에 대입하여 보면,

Von = [(10×(1+2))-(2×2×0.7)]-(2×0.7×2×2) = 21.6V

로서, 앞에서 구한 값과 동일한 결과를 얻을 수 있으며, 게이트 오프 전압(Von)에 대해서도 동일하게 구할 수 있다.

한편, 수학식 1 및 2에서, 밑줄 친 부분(a)은 다이오드부(DG1, DG2)를 각각 노드(N1)와 노드(N2) 사이와 노드(N1)와 노드(N3) 사이에 삽입하지 않은 종래 기술의 경우에 게이트 온 전압(Von) 및 게이트 오프 전압(Voff)을 구하기 위한 식으로 사용된다. 이 경우 게이트 온 전압(Von)은 27.2V이며 게이트 오프 전압(Voff)은 -8.6V로서 원하는 값과 동떨어져 있음을 알 수 있다.

이러한 방식으로, 전하 펌프 회로(CP1-CP3)와 펄스 전압이 인가되는 노드 사이에 다이오드부(DG1, DG2)를 배치함으로써, 기준 전압(AVDD)에 구애받지 않고 원하는 전압을 얻을 수 있다.

나아가, 전하 펌프 회로의 수효와 다이오드부를 이루는 다이오드의 수효를 조절하여 게이트 온/오프 전압은 물론 원하는 전압을 생성할 수 있다.

앞서 설명한 것처럼, 기준 전압에 구애받지 않고 독립적으로 원하는 전압을 생성할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발 명의 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

펄스 전압을 생성하는 펄스 전압 생성부,

상기 펄스 전압 생성부에 연결되어 있으며 제1 전압을 생성하는 제1 전압 생성부,

상기 펄스 전압 생성부에 서로 연결되어 있으며 적어도 하나의 다이오드를 각각 포함하는 제1 및 제2 다이오드부,

상기 제1 다이오드부에 연결되어 있으며 제2 전압을 생성하는 제2 전압 생성부, 그리고

상기 제2 다이오드부에 연결되어 있으며 제3 전압을 생성하는 제3 전압 생성부

를 포함하는 구동 전압 생성 회로.
제1항에서,

상기 제1 및 제2 다이오드부는 순방향 및 역방향으로 서로 병렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 다이오드를 각각 포함하는 구동 전압 생성 회로.
제2항에서,

상기 제2 및 제3 전압 생성부는 적어도 하나의 전하 펌프 회로를 포함하는 구동 전압 생성 회로.
제3항에서,

상기 전하 펌프 회로는 두 개의 다이오드와 두 개의 축전기를 포함하는 구동 전압 생성 회로.
제4항에서,

상기 펄스 전압은 하이 레벨과 로우 레벨을 가지며,

상기 제1 전압 생성부는 상기 펄스 전압의 하이 레벨과 실질적으로 동일한 전압을 생성하는

구동 전압 생성 회로.
제1항에서,

상기 제1 다이오드부는

상기 펄스 전압 생성부에 연결되어 있는 제1 노드,

상기 제2 전압 생성부에 연결되어 있는 제2 노드,

상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 제1 방향으로 연결되어 있는 제1 및 제2 다이오드, 그리고

상기 제1 및 제2 다이오드와 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 연결되어 있는 제3 및 제4 다이오드

를 포함하는

구동 전압 생성 회로.
제6항에서,

상기 제2 다이오드부는

상기 제3 전압 생성부에 연결되어 있는 제3 노드,

상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 상기 제1 방향으로 연결되어 있는 제5 다이오드, 그리고

상기 제5 다이오드와 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제2 방향으로 연결되어 있는 제6 다이오드

를 포함하는

구동 전압 생성 회로.
제7항에서,

상기 제2 전압 생성부는 제1 및 제2 전하 펌프 회로를 포함하며,

상기 제1 전하 펌프 회로는

제7 다이오드를 통하여 상기 제1 전압에 연결되어 있는 제4 노드,

상기 제4 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결되어 있는 제1 축전기,

제8 다이오드를 통하여 상기 제4 노드에 연결되어 있는 제5 노드, 그리고

상기 제5 노드와 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제2 축전기

를 포함하고,

상기 제2 전하 펌프 회로는

제9 다이오드를 통하여 상기 제5 노드에 연결되어 있는 제6 노드,

상기 제6 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결되어 있는 제3 축전기,

제10 다이오드를 통하여 상기 제6 노드에 연결되어 있는 제2 전압 출력단, 그리고

상기 제2 전압 출력단과 상기 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제4 축전기

를 포함하는

구동 전압 생성 회로.
제8항에서,

상기 제3 전압 생성부는 제3 전하 펌프 회로를 포함하고,

상기 제3 전하 펌프 회로는

제11 다이오드를 통하여 접지 전압에 연결되어 있는 제7 노드,

상기 제3 노드와 상기 제7 노드 사이에 연결되어 있는 제5 축전기,

제12 다이오드를 통하여 상기 제7 노드에 연결되어 있는 제3 전압 출력단, 그리고

상기 제3 전압 출력단과 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제6 축전기

를 포함하는

구동 전압 생성 회로.
제9항에서,

상기 제1 전압 생성부는

제13 다이오드를 통하여 상기 제1 노드에 연결되어 있는 제1 전압 출력단, 그리고

상기 제1 전압 출력단과 접지 전압 사이에 병렬로 연결되어 있는 제7 내지 제9 축전기

를 포함하는

구동 전압 생성 회로.
제10항에서,

상기 제2 전압은

V2 =
(여기서, V2는 상기 제2 전압, Vsw는 상기 펄스 전압의 진폭, Ncp는 상기 제2 전압 생성부에 속하는 전하 펌프 회로의 수효, Vth는 상기 다이오드의 문턱 전압, 그리고 Nd는 상기 제1 다이오드부를 이루는 상기 제1 방향 또는 제2 방향에 위치한 다이오드의 수효이다)으로 표현되는 식을 충족하는 구동 전압 생성 회로.
제11항에서,

상기 제3 전압은

V3 =
(여기서, V3는 제3 전압, Vsw는 상기 전압의 진폭, Ncp는 상기 제3 전압 생성부에 속하는 전하 펌프 회로의 수효, Vth는 상기 다이오드의 문턱 전압, 그리고 Nd는 상기 제2 다이오드부를 이루는 상기 제1 방향 또는 제2 방향에 위치한 다이오드의 수효이다)으로 표현되는 식을 충족하는 구동 전압 생성 회로.
제1 내지 제3 전압을 생성하는 구동 전압 생성부, 상기 제1 전압을 기초로 복수의 전압을 생성하는 계조 전압 생성부, 그리고 상기 제2 및 제3 전압을 기초로 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동부를 포함하는 표시 장치로서,

상기 구동 전압 생성부는

펄스 전압을 생성하는 펄스 전압 생성부,

상기 펄스 전압 생성부에 연결되어 있으며 상기 제1 전압을 생성하는 제1 전압 생성부,

상기 펄스 전압 생성부에 서로 연결되어 있으며 적어도 하나의 다이오드를 각각 포함하는 제1 및 제2 다이오드부,

상기 제1 다이오드부에 연결되어 있으며 상기 제2 전압을 생성하는 제2 전압 생성부, 그리고

상기 제2 다이오드부에 연결되어 있으며 상기 제3 전압을 생성하는 제3 전압 생성부

를 포함하는

표시 장치.
제13항에서,

상기 제1 및 제2 다이오드부는 순방향 및 역방향으로 서로 병렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 다이오드를 각각 포함하는 표시 장치.
제14항에서,

상기 제2 및 제3 전압 생성부는 적어도 하나의 전하 펌프 회로를 포함하는 표시 장치.
제15항에서,

상기 전하 펌프 회로는 두 개의 다이오드와 두 개의 축전기를 포함하는 표시 장치.
제16항에서,

상기 표시 장치는 행렬 형태로 배열되어 있으며 스위칭 소자를 각각 포함하는 복수의 화소를 더 포함하며,

상기 제2 전압은 상기 스위칭 소자를 턴온시킬 수 있는 전압이고, 상기 제3 전압은 상기 스위칭 소자를 턴오프시킬 수 있는 전압인

표시 장치.