KR19990011354A - 공통 전극 전압의 보상 기능을 갖는 액정 표시 장치용 구동 회로 - Google Patents

Abstract

액정 표시 장치의 게이트 라인으로부터 게이트 신호의 지연값을 측정하고, 이 지연값을 보상한 공통 전압을 만들어 게이트 라인의 후단부에 대응하는 공통 전극의 한 지점에 인가함으로써 게이트 신호의 지연에 의한 플리커 현상을 감소시켰다.

Description

공통 전극 전압의 보상 기능을 갖는 액정 표시 장치용 구동 회로

이 발명은 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박막 트랜지스터(thin film transistor: TFT) 액정 표시 장치를 구동하는 구동 회로에 관한 것이다.

평판 표시 장치의 일종인 액정 표시 장치는 전압에 따라 빛의 투과도가 변하는 액정의 특성을 이용한 것으로써, 낮은 전압으로 구동이 가능하고 전력의 소모가 작아서 널리 이용되고 있다.

액정 표시 장치에서 TFT가 구동해야 하는 부하로서 화소 전극이 형성하는 액정 커패시터(capacitor)와 화소 전극에 인가된 전압을 계속해서 유지하기 위한 유지 커패시터(storage capacitor)가 있다. 게이트 라인(gate line)을 통해 정극성의 펄스(pulse) 신호를 인가하면 TFT는 온(on) 상태가 된다. 이 때 게이트 신호와 함께 화소 전극에 인가된 신호 전압은 게이트 신호가 오프(off) 된 후에도 계속 유지된다. 그러나 TFT의 게이트 전극과 드레인(drain) 전극 사이의 기생 용량 때문에 화소 전극에 인가된 신호 전압의 왜곡이 발생한다. 이 때 왜곡된 전압을 킥백(kick-back) 전압이라고 하며 ΔV로 표시된다. 이러한 전압 왜곡은 신호 전압의 극성에 관계없이 항상 화소 전극의 전위를 끌어내리는 방향으로 작용하기 때문에 화소 전극에 유지되는 신호 전압은 신호선의 신호 전압보다 ΔV만큼 낮아진다. 그러므로, 모든 화소 전극의 대향 전극인 공통 전극의 전위 Vcom은 신호선의 신호 전압에 대해 ΔV만큼 낮게 설정해야 한다.

도 1에 액정 표시 장치용 구동 회로의 구동 파형을 나타내었다. 게이트 신호 Vg에 따른 신호 전압 Vs와 화소 전압 Vd를 도시하였으며, 공통 전극 전위 Vcom과 킥백 전압 ΔV도 표시하였다. 액정에 실제 인가되는 전압의 실효치는 화소 전압 Vd와 Vcom 레벨 사이의 면적으로 정해지며, 액정의 실제 동작은 이 전압 실효치에 의해 결정되므로 Vcom을 중심으로 한 면적이 대칭이 되도록 Vcom 레벨을 조정할 필요가 있다. 만일 Vcom을 중심으로 화소 전압이 대칭이 되지 않을 경우 각각의 화소에 충전되는 화소 전압의 양이 프레임(frame)마다 차이가 발생하여 화소 전압이 반전될 때 화면이 깜박이는 현상이 나타나는데 이를 플리커(flicker)라고 한다.

공통 전극 전위 Vcom의 조정으로 정확한 신호 전압의 중심값을 Vcom 단자에 인가한다 할지라도 화면의 크기에 기인하여 게이트 신호의 지연이 발생한다. 즉 게이트 배선에는 저항 R이 존재하고, 또 배선 자체의 면적에 의해 기생 용량 C가 존재하기 때문에 이 두 값의 곱에 의해 결정되는 시정수 RC 만큼 게이트 신호의 지연이 생기게 된다. 액정 패널(panel)의 크기가 커질수록 게이트 배선의 길이가 길어져서 저항 R 및 기생 용량 C는 더욱 커지게 되고 이에 따른 게이트 신호의 지연도 커진다.

이러한 게이트 신호의 지연으로 인해 화소 전극에 충전되는 전압이나 킥백 전압이 변화하게 된다. 도 2에 게이트 라인의 길이에 따라 지연되는 게이트 신호 Vg의 측정값을 정상적으로 나타내었다. 게이트 라인에서 게이트 신호의 입력단에서 가까운 곳의 게이트 전압 Vg1과 먼 곳의 게이트 전압 Vg2를 나타내었다. 도 3에는 도 2의 각 게이트 신호에 대해서 계조값에 따른 킥백 전압 Vk의 측정값을 나타내었는데 게이트 전압 Vg1 및 Vg2에 각각 Vk1 및 Vk2가 대응된다. 도 2와 도 3에서와 같이 게이트 라인의 원근에 따라 게이트 신호 전압이 변화하고 이에 따라 킥백 전압도 다르게 나타나게 된다.

결국, 게이트 신호 지연이 클수록 화소 전극에 충전되는 전압의 변화량은 작아진다. 따라서 공통 기준 전압 Vcom을 일정하게 인가할 경우 이 전압이 신호 전압의 중심값으로 유지되지 않음으로써 프레임 단위로 화소에 충전되는 전압의 값이 달라져서 플리커 현상이 발생된다. 액정 표시 장치의 화면이 대형화에 따라 게이트 라인이 길어지므로 이러한 플리커의 문제점은 더욱 심각해질 수 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 과제는 게이트 라인의 원근에 따라 발생되는 게이트 신호 지연에 기인한 플리커 현상을 제거하기 위한 것이다.

도 1은 액정 표시 장치의 구동 신호와 데이터 신호의 관계를 나타내는 파형도이고,

도 2는 액정 표시 장치의 게이트 라인의 길이에 따라 지연되는 게이트 신호를 나타내는 파형도이고,

도 3은 도 2의 각 게이트 신호에 대해서 계조값에 따른 킥백(kick back) 전압을 나타낸 그래프이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 구동 회로를 나타내는 블럭도이고,

도 5는 게이트 입력 신호와 게이트 출력 신호간의 차이를 나타내는 파형도이고,

도 6은 게이트 라인의 위치에 따라 서로 다른 지연값을 나타내는 게이트 출력 신호의 관계를 나타내는 파형도이고,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공통 전압 보상 회로의 지연 비교단을 나타내는 회로도이고,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공통 전압 보상 회로의 공통 전압 발생단을 나타내는 회로도이다.

이러한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에서는 액정 패널 상의 게이트 라인으로부터 게이트 신호의 지연값을 측정하고, 이 지연값을 보상한 공통 전압을 만들어 게이트 라인의 후단부에 대응하는 공통 전극의 한 지점에 인가함으로써, 게이트 신호의 지연에 기인한 화소 전극의 충전량의 변화를 보상할 수 있는 공통 전압 보상 회로를 구성하였다.

공통 전압 보상 회로는 게이트 라인으로부터 게이트 신호의 지연 전압을 검출하는 신호 지연 검출단과, 신호 지연 검출단으로부터 검출된 지연 전압을 입력받아 디지털 신호로 변환하는 지연 비교단 및 지연 비교단으로부터 입력된 디지털 신호에 따라 지연 전압을 보상한 공통 전압을 발생하여 액정 패널의 공통 전극에 인가하는 공통 전압 발생단을 포함한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 한 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 구동 회로를 도 4에 도시하였다. 도 4에서와 같이 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 구동 회로는 액정 표시 장치에 인가할 화상을 만들어 내는 신호원으로부터 화상 신호 Vs를 제어부(10)에서 받는다. 제어부(10)는 입력된 화상 신호를 처리하여 데이터 신호를 만들어 소스(source) 구동부(30)로 보내고 구동 장치의 제어에 필요한 각종 타이밍(timing) 신호를 만든다. 아날로그 구동부(20)에서는 제어부(10)에서 타이밍 신호를 입력받고 계조 전압을 만들어 소스 구동부(30)로 보내고, 게이트 구동에 쓰이는 각종 아날로그 전압을 생성한다. 소스 구동부(30)에서는 제어부(10)에서 입력된 데이터 신호로 화상을 나타내는 액정 패널(50)의 각 화소에 계조 전압을 인가하고, 게이트 구동부(40)에서는 화소에 데이터 신호가 인가될 수 있도록 각 화소의 TFT를 온 시켜주는 주사 신호인 게이트 신호를 출력한다.

액정 패널(50)에는 소스 구동부(30)로부터 데이터 신호를 전달하는 데이터 라인(60)과 게이트 구동부(40)로부터 게이트 신호를 전달하는 게이트 라인(70)이 서로 교차하여 형성되어 각 화소의 TFT와 연결되어 있다. 데이터 신호는 화소 전극과 유지 용량 전극에 충전되어 액정 물질에 전계를 인가한다. 편의상 도 4에서는 액정 패널(50)에 한 개의 화소에 대한 등가 회로만을 도시하였으며, 여기서 화소 전극에 충전되는 전압은 Vp로, 유지 용량 전극에 충전되는 전압은 Vst로 표시하였다. 공통 전압 가변 발생기(80)는 게이트 라인(70) 상의 게이트 신호를 측정하여 게이트 라인(70)에 기인한 게이트 신호의 지연 레벨을 검출하여, 검출된 값에 따라 공통 전극의 전압을 설정하여 패널(50)의 공통 전극에 인가한다.

이러한 공통 전압 가변 발생기(80)는 신호 지연 검출단(90)과 지연 정도 비교단(100) 및 공통 전압 발생단(110)으로 구성된다.

신호 지연 검출단(90)은 도 4에서와 같이 게이트 라인(70)의 전단과 후단에서 각각 게이트 입력 신호 Vgin 및 게이트 출력 신호 Vgout를 측정한다. 도 5에서와 같이 게이트 입력 신호와 게이트 출력 신호는 게이트 라인에 기인한 지연에 따라 특정 시점에서 전압차를 가지게 된다. 도 6에 게이트 라인의 위치에 따라 서로 다른 지연값을 나타내는 게이트 출력 신호 Vgout1과 Vgout2를 나타내었다. 여기서Vgout2가 Vgout1 보다 지연 정도가 큰 경우이다.

게이트 입력 신호가 온 상태에서 오프 상태로 변환된 직후의 특정 시점에서 게이트 입력 신호와 게이트 출력 신호 전압차를 검출하여 검출된 값인 게이트 신호 지연값 Vgd를 지연 비교단(100)으로 보낸다. 측정 결과로서 게이트 입력 신호가 오프 상태로 된 2 μsec 후 11~12 V의 전압차가 발생하였다.

지연 비교단(100)에서는 입력된 전압차를 디지털화 한다. 도 7에 지연 비교단(100)의 세부 회로를 도시하였다. 도 7에서와 같이 지연 비교단(100)은 다수의 저항 R1, R2, R3 및 R4와 비교기 1(101), 비교기 2(102) 및 비교기 3(103)으로 구성된다. 일정한 직류 전압 Vdd가 저항(R1, R2, R3, R4)에 의해 강하되어 저항값에 비례하는 기준 전압 Vr1, Vr2, Vr3을 만들고 이들 기준 전압이 각각의 비교기(101, 102, 103)의 기준값이 된다. 지연값 Vgd가 각각의 비교기(101, 102, 103)에 입력되면 미리 설정된 기준값과 비교하여 상위 또는 하위 레벨의 로직 신호를 출력단 Vo1, Vo2 및 Vo3으로 출력한다. 지연값이 가장 큰 경우 출력 Vo1, Vo2 및 Vo3은 모두 상위 레벨을 갖게 되고, 지연값이 가장 작은 경우는 모두 하위 레벨을 갖게 된다.

출력 Vo1, Vo2 및 Vo3은 공통 전압 발생단(110)으로 인가된다. 공통 전압 발생단은 스위치 SW1, SW2 및 SW3과 저항 R4, R5, R6, R7로 구성되며 각 스위치의 온 또는 오프 상태에 따라 Vdd의 분압인 Vcom'의 값이 결정된다. 예를 들어 지연값이 큰 경우에는 스위치 SW1, SW2 및 SW3이 모두 온 상태로 되어 Vcom'은 게이트 신호 지연이 없을 때의 공통 전압 Vcom과 가장 큰 차이를 나타내게 된다.

도 4의 액정 패널(50)에서 게이트 신호 지연이 발생하는 게이트 라인의 후단부에 대응하는 공통 전극판의 한 지점에 공통 전압 Vcom'을 인가한다. 이와 같이 게이트 신호 지연에 따라 공통 전압 Vcom 및 Vcom'을 공통 전극판의 적절한 위치에 인가함으로써 킥백 전압을 보상한 공통 전압을 화소에 인가할 수 있다.

상기한 바와 같이, 게이트 신호 지연에 의해 발생하는 킥백 전압을 보상한 공통 전압을 공통 전극에 인가함으로써 액정 화면에서 나타나는 플리커 현상을 억제할 수 있으며, 제조 공정에서의 조절 요소를 감소시켜 생산 효율을 증가시킬 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. 화상을 표시하는 액정 패널 상의 게이트 라인으로부터 게이트 신호의 지연 전압을 검출하는 신호 지연 검출단,

   상기 신호 지연 검출단으로부터 검출된 지연 전압을 입력받아 디지털 신호로 변환하는 지연 비교단 및

   상기 지연 비교단으로부터 입력된 디지털 신호에 따라 상기 지연 전압을 보상한 공통 전압을 발생하여 상기 액정 패널의 공통 전극에 인가하는 공통 전압 발생단을 포함하는

   액정 표시 장치용 공통 전압 보상 회로.
2. 제1항에서,

   상기 신호 지연 검출단은

   상기 게이트 라인의 전단과 후단에서 게이트 신호를 측정하고

   측정된 두 신호의 전압차를 검출하는

   액정 표시 장치용 공통 전압 보상 회로.
3. 제2항에서,

   상기 지연 비교단은

   각각 서로 다른 기준 전압을 발생시키는 저항 회로와

   상기 지연 전압과 상기 기준 전압을 입력받아 두 값을 비교하여 그 결과를 디지털 신호로 출력하는 다수의 비교기를 포함하는

   액정 표시 장치용 공통 전압 보상 회로.
4. 제3항에서,

   상기 공통 전압 발생단은

   상기 지연 비교기에서 출력된 디지털 신호를 입력받아 동작하는 다수의 스위칭 소자와

   상기 스위칭 소자의 구동에 따라 선택적으로 단락되어 이미 설정된 다수의 공통 전압을 선택하는 저항 회로를 포함하며,

   상기 선택된 공통 전압을 상기 게이트 라인의 후단 부분에 대응하는 상기 공통 전극의 한 지점에 인가하는

   액정 표시 장치용 공통 전압 보상 회로.
5. 화상 신호와 동기 신호를 입력받아 다수의 타이밍 신호와 데이터 신호를 만드는 타이밍 제어부,

   상기 타이밍 제어부에서 상기 데이터 신호를 입력받아 다수의 게이트 신호와 계조 전압을 만들어 출력하는 아날로그부,

   상기 계조 전압을 입력받아 화상을 표시하는 액정 패널의 각 화소를 구동하는 소스 구동부,

   상기 아날로그부로부터 상기 게이트 신호를 받아 상기 각 화소의 게이트를 구동하는 게이트 구동부,

   상기 게이트 신호를 상기 각 화소로 전달하는 게이트 라인으로부터 게이트 신호 지연값을 측정하고, 측정된 지연값으로 상기 액정 패널의 공통 전극에 인가되는 공통 전압을 보상하는 공통 전압 보상부를 포함하는

   액정 표시 장치용 구동 회로.