KR20000014519A - 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 계조 전압 발생 회로 - Google Patents

박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 계조 전압 발생 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명의 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 계조 전압 발생 회로는, 다수의 박막 트랜지스터, 각각 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되는 다수의 게이트선과, 각각 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극에 연결되는 다수의 데이터선을 가지는 액정 표시 장치 패널과, 상기 박막 트랜지스터를 온 또는 오프시키기 위한 게이트 온/오프 전압을 상기 게이트선에 순차적으로 인가하기 위한 게이트 구동부와, 계조 전압을 상기 데이터선에 인가하는 소스 구동부와, 상기 소스 및 게이트 구동부를 구동하기 위한 디지털 신호를 생성하는 타이밍 제어부와, 상기 소스 구동부로 들어가는 계조 전압을 만들어 주는 계조 전압 발생부를 포함하고, 상기 계조 전압 발생부는, 접지전압과 전원전압사이에서 n개의 저항이 직렬로 연결된 저항 열과, 상기한 다수의 저항렬에 병렬로 연결된 계조 전압의 온도에 따른 오차를 보상하는 온도 오차 보상부를 포함하며, 온도가 변화하더라도 투과율의 변화가 없고 안정된 화질을 갖는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치를 구현할 수 있다.

Description

박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 계조 전압 발생 회로
본 발명은 박막 트랜지스터(thin film transistor, 이하 TFT라 약칭) 액정 표시 장치(liquid crystal display, 이하 LCD라 약칭) 에 관한 것으로서, 특히 액정의 온도의 변화에 따른 오차를 보상할 수 있는 계조 전압 발생 회로에 관한 것이다.
TFT LCD는 액정물질의 온도특성에 의해 고온 및 저온 환경에서는 상온과 다른 화질 특성을 나타내게 된다. 이는 액정물질은 온도의 변화에 따라 점성(viscosity)이 달라짐으로 인해 투과율이 달라지기 때문이다.
도1은 이러한 온도가 각각 다른 경우의 액정인가전압 대 투과율 특성곡선(V-T curve, 이하 'V-T 곡선'이라 약칭 )을 나타내는 도면이다.
도1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 액정의 V-T곡선은 온도가 높아질수록 점성이 감소하므로 액정의 문턱전압(Vth)과 포화전압(Vs)이 낮아지고, 반대로 온도가 낮아지면 점성이 증가하여 액정의 문턱전압(Vth) 및 포화전압(Vs)이 높아진다.
TFT LCD 구동회로는, 도2에 도시된 바와 같이, 게이트 구동 회로(2)와, 소스 구동 회로(3)와, Von·Voff·Vcom 발생부(4)와, 타이밍 제어부(5), 계조전압 발생부(6)로 구성되어 있다.
소스 구동 회로(3)는 데이터 구동부라고도 불리며, LCD 패널(1)내의 각 화소에 전달되는 전압값을 한 라인씩 내려주는 역할을 한다. 좀더 자세히 말하면, 소스 구동 회로(3)는 후술하는 타이밍 제어부(5)로부터 넘어오는 디지털 데이터를 소스 구동부내의 시프트 레지스터내에 저장하였다가 데이터를 LCD 패널(1)에 내릴 것을 명령하는 신호(LOAD 신호)가 오면 각각의 데이터에 해당하는 전압을 선택하여 LCD 패널(1)내로 이 전압을 전달하는 역할을 한다.
게이트 구동 회로(2)는 소스 구동 회로(3)로부터의 데이터가 화소에 전달될 수 있도록 길을 열어주는 역할을 한다. LCD 패널의 각 화소는 스위치 역할을 하는 TFT에 의해 온이나 오프로 되는데, 이 TFT의 온, 오프는 게이트에 일정 전압(Von, Voff)이 인가됨으로써 행해진다. 이와 같이 게이트를 온으로 하는 Von 전압과 게이트 신호를 오프로 하는 Voff 전압은 Von Voff Vcom 발생부(4)에서 만들어진다. 이 Von Voff Vcom 발생부(4)는 상기 Von, Voff 전압 뿐만 아니라 TFT내의 데이터 전압차의 기준이 되는 Vcom 전압도 만들어낸다.
타이밍 제어부(5)는 상기 소스 구동 회로(3) 및 게이트 구동 회로(2)를 구동시키기 위한 디지털 신호 등을 만들어 내며, 구체적으로 상기 구동 회로(2, 3)로 들어가는 신호의 생성, 데이터의 타이밍 조절, 클록 조절 등의 역할을 한다. 계조 전압 발생부(6)는 소스 구동 회로(3)로 들어가는 계조 전압을 만들어 준다.
계조전압 발생부(6)는 LCD 패널(1)의 데이터 선에 인가할 계조 전압을 생성하여 소스 구동 회로(3)로 계조신호를 보낸다.
이하에서는 계조 전압 발생부에 대해 설명한다.
일반적으로 계조란 색의 밝고 어두움을 뜻하며, 계조 전압이란 계조를 발생하기 위해 박막 트랜지스터(thin film transistor; 이하 'TFT'라 함)의 소스 전극, 즉, 데이터선에 인가되는 전압을 의미한다. 컬러 TFT LCD에 있어서 계조는 그래픽 제어기로부터 들어오는 레드(R), 그린(G), 블루(G) 데이터의 비트수에 의해 결정된다. 즉, 예컨대 R 데이터가 6비트로 들어온다고 하면 26= 64의 계조가 만들어져 64계조의 R을 표현할 수 있게 되는 것이다. 64개의 계조를 표현하기 위해서는 64개의 계조 전압이 필요하며, 이와 같은 계조전압을 만들기 위해서는 0V~ 및 ~ Vcc (고전압 구동의 경우) 사이를 각각 64등분으로 나누어 128개의 전압을 소스 구동부에 넣어 주어야 한다. 그러나, 실제의 경우에 있어서는 소스 구동부내에 8등분된 전압을 발생시켜주는 부분이 있기 때문에 외부에서 18개의 계조 전압을 공급하면 된다. 따라서, 0V~ 및 ~ Vcc 사이를 각각 8등분 할 수 있도록 18개의 계조 전압을 소스 구동부내로 넣어주면 된다.
이와 같은 계조 전압을 발생시키는 방법은 크게 저항열 방식과 전압 증폭을 이용하는 방식이 있다.
도3은 종래의 저항열 방식을 이용한 계조 전압 발생 회로이다.
도3에 도시된 바와 같이, 종래의 저항열 방식을 이용한 계조 전압 발생 회로는 전원전압(Vcc)에 직렬로 연결된 다수의 저항(R1, R2,..., R8)으로 이루어지며, 전원전압을 저항(R1, R2,..., R8)으로 분배한 값을 계조전압으로 사용한다. 더 자세히 말하면, 도3의 계조 전압 발생회로에서는 공통 전압에 비해 높은 전압을 홀수 프레임(frame)시에 액정커패시터에 계조전압으로 인가한다면, 저항(R1, R2, R3, R4)사이의 접점의 전압(VH3, VH2, VH1)을 인가하고, 공통전압에 비해 낮은 전압을 계조전압으로 인가하는 짝수 프레임시에는 저항 R5, R6, R7, R8 사이의 접점의 전압(VL1, VL2, VL3)을 인가한다.
하지만 이러한 저항분할방식의 계조전압 발생 회로는 상기한 온도의 변화에 따른 액정의 투과율 변화를 보상하기 힘든 문제점이 있다. 즉, 도1에 도시된 바와 같이, 25℃에 만들어진 TFT LCD가 온도가 상승하여 50℃가 된 경우 액정에 동일한 전압을 인가하더라도 투과율은 낮아지고, 0℃로 낮아진 경우에는 액정에 동일한 전압을 인가하더라도 투과율은 높아진다. 이로 인해 동일한 계조전압을 인가하는 경우에도 온도의 변화에 따라 표시품질이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 온도 변화에 따라 인가되는 계조전압을 변화시켜 온도변화에 따른 TFT LCD의 표시품질저하를 개선하는 것을 목적으로 한다.
도1은 액정 인가 전압에 대한 투과율의 특성 곡선이고,
도2는 박막 트랜지스터의 구동회로를 도시한 것이고,
도3은 종래의 계조 전압 발생부를 도시한 것이고,
도4는 본 발명의 계조 전압 발생부를 도시한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 박막 트랜지스터, 각각 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되는 다수의 게이트선과, 각각 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극에 연결되는 다수의 데이터선을 가지는 액정 표시 장치 패널과, 상기 박막 트랜지스터를 온 또는 오프시키기 위한 게이트 온/오프 전압을 상기 게이트선에 순차적으로 인가하기 위한 게이트 구동부와, 계조 전압을 상기 데이터선에 인가하는 소스 구동부와, 상기 소스 및 게이트 구동부를 구동하기 위한 디지털 신호를 생성하는 타이밍 제어부와, 상기 소스 구동부로 들어가는 계조 전압을 만들어 주는 계조 전압 발생부를 포함하며,
상기 계조 전압 발생부는, 접지전압과 전원전압사이에서 n개의 저항이 직렬로 연결된 저항열과, 상기한 다수의 저항열에 병렬로 연결된 계조 전압의 온도에 따른 오차를 보상하는 온도 오차 보상부를 포함한다.
상기한 온도 오차 보상부는, 상기한 n개의 저항의 접점중 전원전압의 1/2이 되는 제1기준점과 전원전압사이에 연결되어 높은 계조전압의 온도에 따른 오차를 보상하는 제1온도 오차 보상부와, 상기한 제1기준점과 접지점사이에 연결되어 낮은 계조전압의 온도에 따른 온도에 따른 오차를 보상하는 제2온도 오차 보상부를 포함하는 것이 바람직하며,
상기한 제1온도 오차 보상부는, 전원전압과 제1기준점사이에 직렬로 연결된 x개의 저항과, 상기한 n개의 저항렬의 저항사이의 제1접점과 상기한 x개의 저항렬의 저항사이의 제2접점에 연결되어 계조전압이 온도변화에 대해 부전위변화 특성을 내도록 하는 다수의 제1 전위 유지부를 포함하는 것이 바람직하며,
상기 제1 전위 유지부는, 상기한 제1접점에 캐소드가 연결된 제1다이오드와, 상기 제1다이오드의 애노드에 베이스가 연결되고 컬렉터가 상기한 제1기준점에 연결되고 이미터가 상기 제2접점에 연결된 pnp 트랜지스터를 포함하는 것이 바람직하며,
상기한 제2온도 오차 보상부는, 전원전압과 제1기준점사이에 직렬로 연결된 y개의 저항과, 상기한 n개의 저항렬의 저항사이의 제3접점과 상기한 y개의 저항렬의 저항사이의 제4접점에 연결되어 계조전압이 온도변화에 대해 부전위변화 특성을 내도록 하는 다수의 제2 전위 유지부를 포함하는 것이 바람직하며,
상기 제2전위 유지부는, 상기 제3접점에 애노드가 연결된 제2다이오드와, 상기 제2다이오드의 캐소드에 베이스가 연결되고 상기 제1기준점에 컬렉터가 연결되고 상기 제4접점에 이미터가 연결된 npn 트랜지스터를 포함하는 것이 바람직하다. 이하에서 본 발명의 온도 오차 보상용 박막 트랜지스터 계조 전압 발생 회로의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도4는 본 발명의 실시예를 도시한 것이다.
본 발명의 온도 오차 보상용 박막 트랜지스터 계조 전압 발생 회로는 n개의 직렬로 연결된 저항렬(100)과 온도 오차 보상부(200)로 구성되어 있다.
n개의 직렬로 연결된 저항열(100)은 전원전압과 접지점사이에 직렬로 연결된 저항 R1, R2, R3, R4로 구성되어 있다.
온도 오차 보상부(200)는 제1 온도 오차 보상부(10)와 제2 온도 오차 보상부(20)로 구성되어 있다.
제1 온도 오차 보상부(10)는 전원전압(Vcc)과 전원전압의 1/2이 되는 전압을 출력하는 지점인 제1기준점(Vcc/2)사이에 연결되어 있고, 제2 온도 오차 보상부(20)는 제1기준점(Vcc/2)과 접지점사이에 연결된다.
제1온도 오차 보상부(10)는 직렬로 연결된 저항(Ra, Rb, Rc)과 제1 전위 유지부(A1, A2)로 구성되어 있다.
제1전위 유지부(A1, A2)에서, 다이오드 D1의 캐소드(cathode)가 저항 Ra와 Rb의 접점에 연결되고, 트랜지스터 TR1의 베이스는 다이오드 D1의 애노드(anode)에 연결되고, 트랜지스터 TR1의 컬렉터는 상기한 제1기준점에 연결되고, 트랜지스터 TR1의 이미터는 저항 R1과 R2의 접점사이에 연결된다. 다이오드 D2의 캐소드는 저항 Rb와 Rc의 접점에 연결되고, 트랜지스터 TR2의 베이스는 다이오드 D2의 애노드에 연결되고, 트랜지스터 TR2의 컬렉터는 상기한 제1기준점에 연결되고, 트랜지스터 TR2의 이미터는 저항 R3와 R4의 접점에 연결된다.
제2온도 오차 보상부(20)는 직렬로 연결된 저항(Re, Rf, Rg)과 제2 전위 유지부(B1, B2)로 구성되어 있다.
제2 전위 유지부(B1, B2)에서, 다이오드 D3의 애노드는 저항 Rd와 Re의 접점사이에 연결되고, 트랜지스터 TR3의 베이스는 다이오드 D3의 캐소드에 연결되고 컬렉터는 상기한 제1기준점에 연결되고 이미터는 저항 R5와 R6의 접점에 연결된다. 다이오드 D4의 애노드는 저항 Re와 Rf의 접점에 연결되고, 트랜지스터 TR4의 베이스는 다이오드 D4의 캐소드에 연결되고 컬렉터는 상기한 제1기준점에 연결되고 이미터는 저항 R7과 R8의 접점에 연결된다.
이하에서 본 발명의 실시예의 동작을 설명한다.
본 발명은 일정 전압이 인가되고 있을 때에 온도에 따라 액정이 부(-)투과율 특성이 있는 접에 착안한 것이다. 즉, 도1에 도시된 바와 같이, 일정 전압이 인가되고 있을 때에 온도가 증가하면 액정의 투과율이 감소하는 특성이 있으므로, 동일 투과율을 만들기 위해서는 온도가 증가하는 경우 낮은 전압을 인가하여야 한다. 이러한 원리에 의해 온도가 변화하더라도 투과율변화가 없게 되어 표시 품질의 저하 현상을 제거할 수 있다.
일반적으로, 도1의 V-T곡선에 도시된 바와 같이, 동일 투과율에 대해 액정 인가 전압은 온도의 변화에 대해 액정인가전압이 (+)일 때에는 약 -4㎷/℃정도의 변화특성을 보이고, 액정인가전압이 (-)일 때에는 약 4㎷/℃정도의 변화특성을 보인다. 따라서, 온도가 변화할 때 동일한 투과율을 유지하려면, 온도가 증가할 때에는 액정인가전압을 온도 1℃가 증가함에 따라 4㎷정도로 감소된 전압을 인가해야 하고, 온도가 감소할 때에는 액정인가전압을 4㎷/℃정도로 증가된 전압을 인가해야 한다.
본 발명에서는 이러한 액정의 온도 변화 특성을 보상하기 위해 -2㎷/℃의 온도 특성을 보이는 p-n접합 다이오드 접합을 이용한다.
이하에서, 도4를 참조하여 설명한다.
도4에서 계조전압 VH1과, VH3는 아래의 수식으로 표현된다.
여기서, Vd는 다이오드의 전압강하를 나타내고, Vbe1 은 pnp트랜지스터의 베이스-이미터간의 전압강하를 나타낸다.
마찬가지로, 계조전압 VL1과 VL2도 아래의 수식으로 표현된다.
여기서 Vd는 다이오드의 전압강하를 나타내고, Vbe2 는 npn트랜지스터의 베이스-이미터간 전압강하를 나타낸다.
한편, 다이오드 양단의 전압(Vd)과 트랜지스터의 베이스-이미터 양단간의 전압( Vbe1 , Vbe2 )은 일반적으로 -2㎷/℃의 온도 특성을 보인다.
따라서, 수식 1과 수식 2에서 Vd와 Vbe1 의 온도 변화 특성이 각각 -2㎷/℃이므로 온도가 변화하는 경우 Vd+ Vbe1 은 -4㎷/℃의 특성을 보인다. 이러한 특성은 계조전압 VH1과 VH3가 -4㎷/℃의 온도특성을 갖게 한다.
이는 도1의 V-T특성곡선의 액정인가 전압이 (+)일 때의 온도에 따른 오차를 보상하게 된다. 즉, 액정 인가 전압이 (+)일 때에는 액정의 온도의 변화에 따른 V-T특성이 -4㎷/℃인데, 계조전압 VH1과 VH3의 온도 변화 특성이 -4㎷/℃이므로 액정인가 전압이 (+)일 때 온도변화로 인한 투과율 오차를 보상할 수 있다.
그리고, 수식 1과 수식 3에서 -Vd와 - Vbe2 는 각각 2㎷/℃의 온도 변화 특성을 보인다. 이로 인해 -Vd- Vbe2 는 4㎷/℃의 온도 변화 특성을 보인다. 따라서, 계조전압 VL1과 VL3는 각각 4㎷/℃의 온도 변화 특성을 보인다. 이러한 온도 변화 특성은 도1에서의 액정인가전압이 (-)일 때의 온도오차를 보상할 수 있다. 즉, 액정인가전압이 (-)일 때에는 액정의 온도 변화에 따른 V-T특성이 4㎷/℃이고, 계조 전압 VL1과 VL3의 온도 변화 특성이 4㎷/℃이므로 액정인가전압이 (-)일 때의 온도변화로 인한 투과율 오차를 보상할 수 있다.
따라서, 온도의 변화로 액정의 V-T 특성 곡선이 이동하는 경우 계조전압 발생회로도 V-T특성곡선도 이동하여 준다, 따라서, 온도가 변화하더라도 동일한 계조를 표현할 수 있게 되므로, 온도의 변화에 대해 안정된 화질을 나타낼 수 있게 된다.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 구동 회로에 따르면, 온도가 변화하더라도 투과율의 변화가 없고 안정된 화질을 갖는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치를 구현할 수 있다.

Claims (6)

  1. 다수의 박막 트랜지스터, 각각 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되는 다수의 게이트선과, 각각 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극에 연결되는 다수의 데이터선을 가지는 액정 표시 장치 패널과,
    상기 박막 트랜지스터를 온 또는 오프시키기 위한 게이트 온/오프 전압을 상기 게이트선에 순차적으로 인가하기 위한 게이트 구동부와,
    계조 전압을 상기 데이터선에 인가하는 소스 구동부와,
    상기 소스 및 게이트 구동부를 구동하기 위한 디지털 신호를 생성하는 타이밍 제어부와,
    상기 소스 구동부로 들어가는 계조 전압을 만들어 주는 계조 전압 발생부를 포함하며,
    상기 계조 전압 발생부는,
    접지전압과 전원전압사이에서 n개의 저항이 직렬로 연결된 저항열과,
    상기한 다수의 저항렬에 병렬로 연결된 계조 전압의 온도에 따른 오차를 보상하는 온도 오차 보상부를 포함하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 구동 회로.
  2. 제1항에서,
    상기한 온도 오차 보상부는,
    상기한 n개의 저항의 접점중 전원전압의 1/2이 되는 제1기준점과 전원전압사이에 연결되어 높은 계조전압의 온도에 따른 오차를 보상하는 제1온도 오차 보상부와,
    상기한 제1기준점과 접지점사이에 연결되어 낮은 계조전압의 온도에 따른 온도에 따른 오차를 보상하는 제2온도 오차 보상부를 포함하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기한 제1온도 오차 보상부는,
    전원전압과 제1기준점사이에 직렬로 연결된 x개의 저항과,
    상기한 n개의 저항렬의 저항사이의 제1접점과 상기한 x개의 저항렬의 저항사이의 제2접점에 연결되어 계조전압이 온도변화에 대해 부전위변화 특성을 내도록 하는 다수의 제1 전위 유지부를 포함하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 구동 회로.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 전위 유지부는,
    상기한 제1접점에 캐소드가 연결된 제1다이오드와,
    상기 제1다이오드의 애노드에 베이스가 연결되고 컬렉터가 상기한 제1기준점에 연결되고 이미터가 상기 제2접점에 연결된 pnp 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 액정표시장치.
  5. 제2항에서,
    상기한 제2온도 오차 보상부는,
    전원전압과 제1기준점사이에 직렬로 연결된 y개의 저항과,
    상기한 n개의 저항렬의 저항사이의 제3접점과 상기한 y개의 저항렬의 저항사이의 제4접점에 연결되어 계조전압이 온도변화에 대해 부전위변화 특성을 내도록 하는 다수의 제2 전위 유지부를 포함하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 구동 회로.
  6. 제5항에서,
    상기 제2전위 유지부는,
    상기 제3접점에 애노드가 연결된 제2다이오드와,
    상기 제2다이오드의 캐소드에 베이스가 연결되고 상기 제1기준점에 컬렉터가 연결되고 상기 제4접점에 이미터가 연결된 npn 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치.
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KR100935669B1 (ko) * 2003-03-17 2010-01-07 삼성전자주식회사 액정 표시 장치

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