KR19980072743A - 백라이트 밝기 또는 외부 온도 변화를 보상할 수 있는 액정 표시 장치 - Google Patents

백라이트 밝기 또는 외부 온도 변화를 보상할 수 있는 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

이 발명은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD : Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)에 관한 것이다.
백라이트 구동부로부터 백라이트에 제공되는 전원의 세기는 외부 사용자에 의해 조절될 수 있으며, 밝기 제어용 전원은 상기 레벨 시프트 회로에 의해 레벨 변환되어 상기 게이트 오프 전압 발생부에 제공된다. 게이트 오프 전압 발생부는 전하 펌핑(charge pumping)을 이용하여 상기 밝기 제어용 전원으로부터 게이트 오프 전압을 생성한다. 이에 따라, 사용자에 의해 백라이트 밝기가 조절될 때, 상기 밝기 제어용 전원의 크기가 변하면, 게이트 오프 전압도 상기 밝기 제어용 전원의 크기 변화에 대응하여 변화할 수 있다.
한편, 더미스터는 외부 온도 변화에 따라 내부 저항값이 변하며, 더미스터의 내부 저항값에 상응하는 전위로부터 게이트 오프 전압을 생성함으로써 외부 온도 변화에 따른 영향이 보상될 수 있다.

Description

백라이트 밝기 또는 외부 온도 변화를 보상할 수 있는 액정 표시 장치
이 발명은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD : Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)에 관한 것으로서, 백라이트 밝기 변화 또는 외부 온도 변화에 대응하여 게이트 오프 전압 레벨을 조절할 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
비정질 실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치에서는 각 화소에서의 표시가 박막 트랜지스터에 의해 제어된다. 즉, 박막 트랜지스터는 게이트 전압에 따라 온 또는 오프되며, 박막 트랜지스터의 온 상태에서 대응하는 화소에 데이타 신호가 기록된다. 일반적으로, 박막 트랜지스터를 턴온시키기 위한 게이트 전압을 게이트 온 전압이라고 하고, 턴오프시키기 위한 전압을 게이트 오프 전압이라고 한다.
도1a에는 일반적인 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 전류-전압 특성이 도시되어 있다.
상기 도1a에서 박막 트랜지스터의 드레인 전류(Id)가 최대인 게이트 전압이 게이트 온 전압으로 결정되고, 드레인 전류(Id)가 최소인 게이트 전압이 게이트 오프 전압으로 결정된다. 따라서, 게이트 온 전압에 의해 박막 트랜지스터는 도전 상태로 돌입하여 데이타 신호가 대응하는 화소에 기록되도록 하며, 게이트 오프 전압에 의해 박막 트랜지스터는 오프 상태로 돌입하여 데이타 신호가 대응하는 화소에 기록되지 않도록 한다. 즉, 상기 박막 트랜지스터는 전압 제어 스위치로 작용한다.
그런데, 실제적으로, 액정 표시 장치의 백라이트 밝기와 외부 온도의 변화는 상기 박막 트랜지스터의 스위칭 특성에 영향을 미친다. 이것은 박막 트랜지스터의 재료가 되는 비정질 실리콘의 재료적인 특성으로 인한 것이다. 보다 구체적으로, 백라이트의 밝기 조정에 의해 빛의 세기가 변하거나 외부 온도가 변할 경우, 박막 트랜지스터의 드레인 전류가 최소로 되는 게이트 전압이 변화한다.
도1b에는 외부 인자에 따른 박막 트랜지스터의 전류-전압 특성이 도시되어 있다.
G1에서 G4로 갈수록 온도가 높아지거나 백라이트가 밝아지는 것으로 가정된다. 즉, 상기 도1b를 참조하면, 온도가 높아지거나 백라이트가 밝아질수록 드레인 전류가 최소로 되는 게이트 전압은 점점 낮아진다. 이것은 비정질 실리콘의 물질 특성에서 기인한 것인데 빛 또는 고온 조건에서 전류가 증가함으로써 일어나는 현상이다.
그러나, 일반적인 액정 표시 장치에서는 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압이 항상 고정되어 있으므로, 이러한 백라이트 밝기 변화 또는 외부 온도 변화에 따른 영향이 보상되지 않는다. 예를 들어, 게이트 전압이 항상 고정되어 있으므로, 백라이트 밝기 또는 외부 온도가 변하면, 드레인 전류가 증가하여 오프 상태에서 화소로의 전류가 증가한다. 이에 따라, 박막 트랜지스터의 누설전류(leakage current) 증가, 화소의 액정 커패시터에 충전되는 전압의 유지비(holding ratio) 감소등이 일어난다. 또한, 표시 품질 측면에서 대조비(contrast ratio)가 저하될 뿐만 아니라 수직 크로스 토크(vertical crosstalk)가 증가하는 바와 같은 화질 특성 저하가 유발된다.
이 발명은 상기한 종래의 기술적 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 백라이트 밝기 변화 또는 외부 온도 변화에 대응하여 드레인 전류가 최소로 되는 게이트 오프 전압을 조정할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도1a는 일반적인 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 전류-전압 특성을 도시한 그래프.
도1b는 백라이트 밝기 또는 외부 온도 변화에 따른 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 특성 변화를 도시한 그래프.
도2는 이 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성도.
도3은 상기 도2의 주요 부분에 대한 상세 회로도.
도4a는 상기 도3의 백라이트 구동부의 출력신호와 게이트 오프 전압과의 관계를 도시하는 그래프.
도4b는 밝기 변화로 인한 보상된 게이트 오프 레벨을 가지는 게이트 전압의 파형도.
도5는 이 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성도.
이 발명의 일 특징에 따른 액정 표시 장치는 백라이트, 백라이트 구동부, 레벨 시프트 회로 및 게이트 오프 전압 발생부를 포함한다. 백라이트는 액정 패널의 후면에서 일정 밝기의 빛을 조사하며, 백라이트 구동부는 상기 백라이트의 밝기를 제어하기 위한 전원을 제공한다. 여기서, 상기 백라이트 구동부로부터 백라이트에 제공되는 전원의 세기는 외부 사용자에 의해 조절될 수 있으며, 이와 동시에 상기 밝기 제어용 전원은 상기 레벨 시프트 회로에 의해 레벨 변환되어 상기 게이트 오프 전압 발생부에 제공된다. 게이트 오프 전압 발생부는 전하 펌핑(charge pumping)을 이용하여 상기 밝기 제어용 전원으로부터 게이트 오프 전압을 생성한다.
사용자에 의해 백라이트 밝기가 조절될 때, 상기 밝기 제어용 전원의 크기가 변하면, 게이트 오프 전압도 상기 밝기 제어용 전원의 크기 변화에 대응하여 변화한다. 이때, 게이트 오프 전압은 액정 패널 내의 박막 트랜지스터의 드레인 전류가 최소로 되도록 변화한다. 따라서, 외부에서 백라이트 밝기가 변하더라도 액정 패널의 각 화소는 오프 상태에서 최소 드레인 전류에 의해 구동될 수 있다. 결과적으로, 이 발명에 따른 액정 표시 장치는 백라이트 밝기 변화에 따른 영향을 보상할 수 있으며, 앞서 설명된 화질 저하 특성을 회피할 수 있다.
이 발명의 다른 특징에 따른 액정 표시 장치는 온도 센서의 일종인 더미스터(thermister)를 이용하여 외부 온도 변화로 인한 영향을 보상한다. 상기 더미스터는 외부 온도 변화에 따라 내부 저항값이 변하는 특성을 가지고 있다. 이 발명의 다른 특징에 따른 액정 표시 장치는 상기 더미스터에서 출력되는 전원으로부터 게이트 오프 전압을 생성한다. 따라서, 외부 온도 변화에 따른 영향이 보상될 수 있다.
상기한 이 발명의 목적, 특징 및 잇점은 도면을 참조한 아래의 상세한 실시예 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
도2는 이 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성도이고, 도3은 상기 도2의 주요 부분에 대한 상세 회로도이고, 도4a는 상기 도3의 백라이트 구동부의 출력신호와 게이트 오프 전압과의 관계를 도시하는 그래프이고, 도4b는 밝기 변화로 인한 보상된 게이트 오프 레벨을 가지는 게이트 전압의 파형도이고, 도5는 이 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성도이다.
먼저, 도2 내지 도4b를 참조하여 이 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명한다.
상기 도2에 도시되어 있듯이, 이 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 패널(1), 백라이트(2), 백라이트 구동부(3), 레벨 시프트 회로(4), 게이트 오프 전압 발생부(5), 게이트 온 전압 발생부(6), 게이트 구동부(7) 및 데이타 구동부(8)로 구성된다.
상기 게이트 구동부(7)는 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압을 이용하여 액정 패널(1)의 수평 라인을 수직 주기마다 순차적으로 스캐닝(scanning)하며, 데이타 구동부(8)는 표시하고자 하는 색신호를 일 수직 주기 단위로 액정 패널(2)의 수직 라인을 통해 인가한다.
상기 백라이트(2)는 액정 패널(1)의 후면에서 백라이트 구동부(3)에서 결정되는 밝기로 빛을 조사한다. 그리고, 백라이트 구동부(3)는 외부 사용자에 의해 그 크기가 결정되는 밝기 제어용 전원을 상기 백라이트(2)에 제공한다. 한편, 레벨 시프트 회로(4)는 상기 백라이트 구동부(3)의 밝기 제어용 전원을 레벨 변환시키며, 상기 레벨 변환된 밝기 제어용 전원은 게이트 오프 전압 발생부(5)에 제공된다. 상기 게이트 오프 전압 발생부(5)는 전하 펌핑(charge pumping)을 이용하여 상기 밝기 제어용 전원으로부터 게이트 오프 전압을 생성한다. 이렇게 얻어진 게이트 오프 전압은 백라이트 밝기 변화에 대응하여 그 크기가 변하며, 특히 액정 패널(1)의 각 화소가 오프 상태에서 최소의 전류가 흐르도록 결정된다. 따라서, 백라이트 밝기 변화에 따른 표시 특성 저하가 해소될 수 있다.
다음으로, 도3, 도4a 및 도4b를 통해 이 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시 장치를 보다 상세하게 설명한다.
상기 도3을 참조하면, 상기 도2의 백라이트 구동부(3), 레벨 시프트 회로(4) 및 게이트 오프 전압 발생부(5)가 보다 상세하게 도시되어 있다.
백라이트 구동부(3)는 인버터(31), 두 입력 전원(Vin1, Vin2) 및 가변저항(VR)으로 구성된다. 상기 가변저항(VR)은 외부 사용자가 백라이트(2)의 밝기를 제어하는 데 사용된다. 상기 가변저항(VR)의 저항값이 변화함으로써 입력 전원(Vin1, Vin2)의 크기가 변화하며, 인버터(31)는 상기 입력 전원(Vin1, Vin2)의 크기에 대응하는 백라이트 구동 전원(VH, GND)을 생성한다. 예를 들어, 백라이트(2)의 밝기를 증가시키기 위하여, 사용자가 가변저항(VR)을 조절하여 저항값을 낮추면, 노드 전위(VA)는 감소하고, 백라이트 구동 전원(VH)은 증가한다. 상기 노드 전위(VA)는 레벨 시프트 회로(4)에 제공된다.
상기 레벨 시프트 회로(4)는 백라이트 구동부(3)로부터 제공되는 노드 전위(VA)를 베이스에 입력받는 트랜지스터(Q), 상기 트랜지스터(Q)의 에미터에 일단이 접지된 상태로 연결되는 저항(RA) 및 상기 트랜지스터(Q)의 에미터와 게이트 오프 전압 발생부(5) 사이에 연결되는 저항(RB)으로 구성된다. 트랜지스터(Q)는 베이스에 인가되는 상기 노드 전위(VA)를 증폭시키며, 증폭된 노드 전위(VA)를 저항(RB)을 경유하여 상기 게이트 오프 전압 발생부(5)에 출력시킨다.
게이트 오프 전압 발생부(5)는 다수의 다이오드(D)와 이에 각각 대응하는 다수의 커패시터(C)로 구성되며, 공통전극 전압(Vcom)과 반전된 공통전극 전압(VcomB)에 의해 각 커패시터의 전하 펌핑 동작이 제어된다. 상기 게이트 오프 전압 발생부(5)는 상기 레벨 시프트 회로(4)에서 출력되는 증폭된 노드 전위(VA)를 전하 펌핑시켜 게이트 오프 전압(Voff)을 생성한다.
도4a 및 도4b의 파형도를 참조하면, 게이트 오프 전압(Voff)과 노드 전위(VA)와의 관계가 보다 명확해진다.
예를 들어, 사용자가 백라이트(2)의 밝기를 높이기 위하여 백라이트 구동부(2)의 가변 저항(VR)을 조정하여 저항값을 감소시키면, 노드 전위(VA)는 상기 저항값의 감소에 대응하여 떨어지며, 백라이트 구동전위(VH)는 증가한다. 노드 전위(VA)가 떨어지므로, 이에 대응하여 레벨 시프트 회로(4)의 트랜지스터(Q) 에미터 전압도 떨어지며, 게이트 오프 전압 발생부(5)에서 생성되는 게이트 오프 전압(Voff)도 떨어진다. 반대로, 백라이트 밝기가 감소될 때에는 노드 전위(VA)가 증가하며, 이로 인해 게이트 오프 전압(Voff)도 증가한다. 도4a의 그래프를 참조하면, 이 발명에서는 게이트 오프 전압(Voff)이 노드 전위(VA)에 비례함을 알 수 있다. 이미 설명된 바와 같이, 도1b를 참조하면, 우수한 표시 특성을 얻기 위해서는 백라이트 밝기가 높아질수록 박막 트랜지스터의 드레인 전류가 최소로 되는 게이트 전압은 감소해야 하며, 반대의 경우에는 게이트 전압이 증가해야 한다. 따라서, 이 발명에 따른 액정 표시 장치는 위 조건을 잘 충족시킨다.
다음으로, 도5를 참조하여 이 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명한다.
상기 도5를 참조하면, 이 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 패널(1), 게이트 구동부(7), 데이타 구동부(8), 게이트 온 전압 발생부(6), 게이트 오프 전압 발생부(5) 및 더미스터(9)로 구성된다. 상기 도5에 도시된 구성 요소 중 상기 도2에 도시된 것과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용되었다. 즉, 이 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 게이트 오프 전압 발생부(5)에 제공되는 기준전압으로서 더미스터(9)의 출력이 사용되었다.
상기 더미스터(9)는 외부 온도 변화에 대응하여 내부 저항값의 크기가 변하는 반도체 소자이다. 예를 들어, 외부 온도가 증가할 때, 상기 더미스터(9)의 자기저항은 감소하며, 상기 더미스터(9)에서 출력되는 전압도 감소한다. 따라서, 상기 게이트 오프 전압 발생부(5)는 전하 펌핑을 이용하여 상기 더미스터(9)의 출력 전위로부터 게이트 오프 전압(Voff)을 생성하므로, 상기 더미스터(9)의 출력 전위가 감소하면, 게이트 오프 전압(Voff)도 떨어진다. 반대로, 외부 온도가 감소하면, 더미스터(9)의 자기저항은 증가하며, 이로 인해 더미스터(9)의 출력 전위도 증가하여 게이트 오프 전압(Voff)도 증가한다. 상기한 이 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시 장치의 작용은 상기 도1b에 도시된 박막 트랜지스터의 전류-전압 특성에도 매우 잘 부합한다. 한편, 외부 온도 변화에 대응한 게이트 오프 전압(Voff)의 정밀한 제어를 위하여 상기 더미스터(9)와 게이트 오프 전압 발생부(5) 사이에 저항이 연결될 수 있다. 이때, 추가되는 저항의 값은 실험적으로 선택된다.
상기한 바와 같이, 이 발명에 따른 액정 표시 장치는 백라이트 밝기 변화 또는 외부 온도 변화에 대응하여 박막 트랜지스터의 드레인 전류가 최소로 되도록 하는 게이트 오프 전압을 생성한다. 이에 따라, 박막 트랜지스터의 오프 상태에서 백라이트 밝기 변화 또는 외부 온도 변화에 관계없이 최소의 드레인 전류가 유지될 수 있으므로, 이 발명에 따른 액정 표시 장치는 고정된 게이트 오프 전압 방식에서 나타났던 화질 저하 특성을 해결할 수 있다.
비록 이 발명은 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 발명은 상기 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 청구의 범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.

Claims (5)

  1. 대응하는 박막 트랜지스터에 의해 제어되는 다수의 화소를 가지는 액정 패널 게이트 온/오프 전압을 이용하여 상기 각 박막 트랜지스터를 제어하며, 색신호를 각 화소에 기록하는 패널 구동수단 상기 액정 패널의 후면에서 빛을 조사시키는 백라이트 가변 가능한 밝기 제어용 전원으로부터 상기 백라이트를 구동하기 위한 전원을 생성하는 백라이트 구동부 상기 백라이트 구동부의 밝기 제어용 전원의 전위를 레벨 변환시키는 레벨 시프트 회로 및 상기 레벨 변환된 밝기 제어용 전원의 전위를 전하 펌핑시켜 게이트 오프 전압을 생성하는 게이트 오프 전압 발생부를 포함하는, 백라이트 밝기 변화를 보상할 수 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 백라이트 구동부는, 적어도 하나 이상의 입력전원 밝기 제어용 전원으로부터 상기 백라이트를 구동하기 위한 전원을 생성하는 인버터 및 외부 제어에 의해 변화되는 저항값을 가지며, 상기 저항값에 의하여 상기 인버터에 제공되는 밝기 제어용 전원의 크기를 조절하는 가변저항으로 구성되는, 백라이트 밝기 변화를 보상할 수 있는 액정 표시 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 레벨 시프트 회로는, 상기 밝기 제어용 전원 전압을 베이스에 입력받아, 이를 증폭시키는 트랜지스터 및 상기 트랜지스터의 에미터 전압을 상기 게이트 오프 전압 발생부에 전달하기 위한 저항으로 구성되는, 백라이트 밝기 변화를 보상할 수 있는 액정 표시 장치.
  4. 대응하는 박막 트랜지스터에 의해 제어되는 다수의 화소를 가지는 액정 패널 게이트 온/오프 전압을 이용하여 상기 각 박막 트랜지스터를 제어하며, 색신호를 각 화소에 기록하는 패널 구동수단 외부 온도 변화에 대응하여 내부 저항값이 변하며, 상기 내부 저항값에 상응하는 기준전위를 생성하는 더미스터 상기 더미스터에서 생성된 기준전위를 전하 펌핌시켜 게이트 오프 전압을 생성하는 게이트 오프 전압 발생부를 포함하는, 백라이트 밝기 변화를 보상할 수 있는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 게이트 오프 전압의 정밀한 제어를 위하여, 상기 더미스터와 게이트 오프 전압 발생부 사이에 연결되는 저항을 부가하여 포함하는, 백라이트 밝기 변화를 보상할 수 있는 액정 표시 장치.
KR1019970007693A 1997-03-07 1997-03-07 백라이트 밝기 또는 외부 온도 변화를 보상할 수 있는 액정 표시 장치 KR100218513B1 (ko)

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