KR20010111820A - 킥백 전압 보상을 위한 박막 트랜지스터 액정 표시 장치구동 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 킥백 전압 보상을 위한 TFT LCD 구동 회로에 관한 것으로, 제1 및 제2 스위치, 일정 레벨의 전압을 발생하고, 발생된 전압이 상기 제1 스위치를 통해 출력되는 전압원, 일정 주기의 신호를 발생하여 상기 제2 스위치의 턴 온/오프를 제어하는 스위치 제어부, 상기 전압원의 전압을 분압하는 전압 분압부, 상기 전압 분압부를 통해 인가되는 전류를 충전하여 상기 제1 스위치의 턴 온 전압을 형성하고, 상기 제2 스위치의 턴 온시 상기 스위치 제어부의 출력 전압에 따라 상기 제2 스위치의 턴 오프 전압을 형성하는 제1 커패시터 및, 상기 제1 스위치를 통해 인가되는 전류를 충전하고, 상기 제2 스위치 턴 온시 충전 전류를 설정된 시정수로 상기 제2 스위치를 통해 방전하는 시정수 결정부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 TFT LCD의 구동 능력을 떨어뜨리지 않고 게이트 온 전압을 낮추므로써, 킥백 전압을 줄일 수 있는 구동 회로를 제공하는 효과가 있다.

Description

킥백 전압 보상을 위한 박막 트랜지스터 액정 표시 장치 구동 회로{A DIRIVING CIRCUIT OF A TFT LCD FOR A COMPENSATION OF KICK BACK VOLTAGE}

본 발명은 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display; 이하 'TFT LCD'라 칭함)의 구동 회로에 관한 것으로서, 특히 킥백 전압을 보상하기 위한 TFT LCD의 구동 회로에 관한 것이다.

TFT-LCD는 두 기판 사이에 주입되어 있는 이방성 유전율을 갖는 액정 물질에전계를 인가하고, 이 전계의 세기를 조절하여 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써, 원하는 화상 신호를 얻는 표시장치이다.

도1은 일반적인 TFT-LCD에서 단위 화소에 대한 등가회로이다. 도1에 도시한 바와 같이, TFT(10)의 게이트 전극(g), 소스 전극(s), 드레인 전극(d)은 각각 게이트선(Gn), 데이터선(Dm), 화소 전극(P)에 연결되고, 화소 전극(P)과 공통 전극(Com)사이에는 액정 물질이 형성되는데 이를 등가적으로 액정용량(Clc)으로 나타내었다. 그리고, 화소 전극과 전단 게이트선(Gn-1)사이에는 축적 용량(Cst)이 형성되며, 게이트 전극과 드레인 전극 사이에는 오정렬(misalignment)등에 기인한 기생 용량(Cgd)이 생긴다. 액정 용량(Ccl)과 축적 용량(Cst)은 TFT-LCD가 구동해야 하는 부하로서 작용한다.

이와 같은 TFT-LCD는 표시하고자 하는 게이트선(Gn)에 연결된 게이트 전극에 게이트 온 전압을 인가하여 TFT(10)를 도통시킨 후에, 화상 신호를 나타내는 데이터 전압을 소스 전극(s)에 인가하여 이 데이터 전압을 드레인 전극(d)에 인가하도록 한다. 그러면, 상기 데이터 전압은 화소 전극(P)을 통해 각각 액정 용량(Clc)과 축적 용량(Cst)에 인가되고, 화소 전극(Cp)과 공통 전극(Com)의 전위차에 의해 전계가 형성된다.

한편, TFT가 온 상태로 된 경우에 액정 용량(Clc) 및 축적 용량(Cst)에 인가된 전압은 TFT가 오프 상태로 된 후에도 계속 지속되어야 하나, 게이트 전극과 드레인 전극 사이에 있는 기생 용량(Cgd) 때문에, 화소 전극에 인가된 전압은 왜곡이 생기게 된다. 이와 같이 왜곡된 전압을 킥백 전압(kick-back)전압이라 하고 Vk로표시하는데, 이 킥백 전압(Vk)은 다음의 수학식1로 구해진다.

킥백 전압(Vk)은 작을수록 그 산포 크기가 작아지므로 패널간 화질 변동이 적어 플리커링(flickering) 측면에서 양산시 안정한 품질을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이에 수학식1로부터 보조용량인 Cst를 크게 하는 TFT 설계를 주로 선택해 왔으나, 이 Cst 커패시터는 패널이 대형화되면서 전단 게이트 구조와 같이 게이트 라인의 기생용량으로 작용되므로 게이트 라인 신호지연의 주 요인이 되거나 개구율이 줄어들어 광 투과율이 줄어들 수 있다.

이러한 부작용을 최소화하기 위하여 킥백 전압(Vk)을 최소화하는 방법은 수학식1로부터 기생용량 Cgd 값에 비례하는 특성을 이용하여 Cgd를 작게 하는 TFT 설계가 일반적인 방향이다.

그리고, 구동측면에서는 수학식1의 게이트 온 전압(Von)을 낮추는 방법이 유효한데, Von 전압 전체를 낮추면 TFT의 구동능력이 떨어지게 되어 Von →Voff 천이시간 부근에서만 Von 전압을 낮춤으로써 킥백 전압크기를 낮추는 방법을 많이 사용하고 있다.

이에, 본 발명은 구동측면에서의 킥백 전압을 줄일 수 있는 실제 TFT LCD 모듈에서 유효한 구동회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 일반적인 박막 트랜지스터 액정표시장치의 단위 화소에 대한 등가회로를 나타내는 도면이다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 킥백 전압 보상을 위한 TFT LCD의 블록 구성도이다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 킥백 전압 보상을 위한 TFT LCD 구동 회로도이다.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 킥백 전압 보상을 위한 TFT LCD의 신호 파형도이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 TFT LCD의 킥백 전압 보상 회로는,

제1 및 제2 스위치;

일정 레벨의 전압을 발생하고, 발생된 전압이 상기 제1 스위치를 통해 출력되는 전압원;

일정 주기의 신호를 발생하여 상기 제2 스위치의 턴 온/오프를 제어하는 스위치 제어부;

상기 전압원의 전압을 분압하는 전압 분압부;

상기 전압 분압부를 통해 인가되는 전류를 충전하여 상기 제1 스위치의 턴 온 전압을 형성하고, 상기 제2 스위치의 턴 온시 상기 스위치 제어부의 출력 전압에 따라 상기 제2 스위치의 턴 오프 전압을 형성하는 제1 커패시터; 및

상기 제1 스위치를 통해 인가되는 전류를 충전하고, 상기 제2 스위치 턴 온시 충전 전류를 설정된 시정수로 상기 제2 스위치를 통해 방전하는 시정수 결정부를 포함한다.

여기서, 상기 제1 스위치는 PNP 바이폴라 트랜지스터이고, 제2 스위치는 NPN 바이폴라 트랜지스터인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 시정수 결정부는 상기 제1 스위치의 출력단과 상기 제2 스위치의 입력단에 연결된 제1 저항과, 상기 제1 저항에 병렬 연결되고 상기 제1 스위치의 출력단과 접지단 사이에 형성된 제2 커패시터를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 킥백 전압 보상을 위한 TFT LCD 구동 회로를 설명한다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 킥백 전압 보상을 위한 TFT LCD의 블록 구성도이다. 도2에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 킥백 전압 보상을 위한 TFT LCD는 게이트 전압 발생부(100), 게이트 구동부(200), 소스 구동부(300), 및 LCD 패널(400)을 포함한다.

상기 게이트 전압 발생부(100)는 게이트 구동부(200)로 게이트 온 전압, 게이트 오프 전압, 및 공통 전압을 공급하고, 게이트 구동부(200)는 도시하지 않은 타이밍 콘트롤러(timing controller)로부터 게이트 클럭과 게이트 온 인에이블 신호를 입력받아 이 두 신호에 동기하는 게이트 온 신호를 게이트 선에 순차적으로 인가한다.

소스 구동부(300)는 도시하지 않은 타이밍 콘트롤러에서 출력하는 신호에 의해 구동하여 게이트 구동부(200)의 구동에 동기하는 데이터 신호를 모든 데이터 선에 인가한다.

한편, LCD 패널(400)은 게이트 구동부(200)와 소스 구동부(300)에서 출력하는 데이터 전압과 게이트 온 신호를 인가받아 프레임별 화상을 디스플레이(display)한다.

여기서, 게이트 전압 발생부(100)에서 게이트 구동부(200)로 공급하는 게이트 온 신호(Vn1)는 일정 주기마다 톱니파 형태로 ΔV만큼 전압 강하하는 형태를 나타낸다.

이하, 도3과 도4를 참조로 게이트 온 신호(Vn1)를 출력하기 위한 게이트 전압 발생부(100)의 구동 회로 및 동작을 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 킥백 전압 보상을 위한 TFT LCD 구동 회로도이다. 도3에 도시되어 있듯이, TFT LCD 구동 회로는, 일정 레벨의 DC 전압을 발생하는 전압원(Vn), 전압원(Vn)과 접지단 사이에 형성되고 서로 직렬 연결된 저항(R1, R2), 전압원(Vn)과 저항(R1)의 일단의 접점에 이미터가 연결되고, 저항(R1, R2)의 접전에 베이스가 연결된 PNP 트랜지스터(Q2), 트랜지스터(Q2)의 베이스와 저항(R1, R2)의 접점에 일단이 연결된 커패시터(C1), 커패시터(C1)의 타단과 접지단 사이에 형성되어 일정 주기의 신호를 발생하는 스위치 제어부(Vc), 트랜지스터(Q2)의 컬렉터에 일단이 연결된 저항(R3), 저항(R3)의 타단에 컬렉터가 연결되고 스위치 제어부(Vc)에 베이스가 연결되며 이미터가 접지된 NPN 트랜지스터(Q1), 및 저항(R3)과 트랜지스터(Q2)의 컬렉터의 접점에 일단이 연결되고 타단이 접지된 커패시터(C2)로 이루어진다.

여기서, 전압원을 Vn으로 명명하고, 그 출력 또한 Vn으로 명명한다. 그리고, 출력단을 Vn1으로 명명하고, 출력단을 통해 출력되는 신호를 Vn1이라 명명한다. 또한, 스위칭 제어부를 Vc로 명명하고 그 출력 신호를 Vn이라 명명한다. 그리고, 상기 커패시터(C2)는 직접 부품을 실장하거나, 직접 부품을 실장하지 않는 경우에는 출력(Vn1) 경로상의 기생 커패시터를 의미한다.

상기에서, 전압원(Vn)은 도4의 a)와 같이 일정 레벨의 DC 전압(Vn)을 발생하고, 스위치 제어부(Vc)는 도4의 b)와 같이 t1 동안 하이 레벨인 주기 신호를 발생한다. 그리고, 저항(R1)과 저항(R2)은 전압 분압의 기능을 하여 DC 전압(Vn)을 설계자가 원하는 레벨로 떨어뜨린다. 이때, 저항(R1, R2)에 의해 분압된 전압은 트랜지스터(Q2)의 구동 전압으로 작용하는데, 트랜지스터(Q2)의 임계치 이상 레벨인 것이 바람직하다.

구제적인 동작을 설명하면, 전압원(Vn)에서 DC 전압을 발생하고, 스위치 제어부(Vc)의 출력이 로우 레벨인 상태이면, 저항(R1)과 저항(R2)은 DC 전압을 분압하고, 이 분압 전압은 커패시터(C1) 전압이 되어 트랜지스터(Q2)의 베이스에 인가되어 트랜지스터(Q2)를 턴 온시킨다.

이에, 커패시터(C2)에는 일정 전압이 형성되고, 출력단(Vn1)에는 스위치 제어부(Vc)의 출력이 로우 레벨인 구간에서 도4의 c와 같이 일정 레벨의 DC 전압이 출력된다.

그리고, 스위치 제어부(Vc)의 출력이 t1 구간과 같이 하이 레벨이 되면, 트랜지스터(Q1)는 턴 온하여 커패시터(C2)에 충전되어 있는 전하를 방전시키는 경로를 제공하는 스위치 역할로서 작용한다.

따라서, 커패시터(C2)에 충전된 전하는 저항(R3)과 트랜지스터(Q1)를 통해 접지단으로 흐르고, 출력단(Vn1)의 출력은 커패시터(C2)의 방전에 따라 전압 강하가 나타난다.

이때, 나타나는 전압 파형은 도4의 c에서, 스위치 제어부의 출력이 하이 레벨인 구간인 t1 구간과 같이 R3 ×C2의 시정수에 의해 일정 기울기로 전압이 강하하는 형태(톱니파 형태)를 나타낸다.

여기서, 전압 강하되는 크기(ΔV)는 다음의 수학식2로 나타낼 수 있다.

수학식2에서, ΔV는 t1과 C2가 고정되어 있는 경우에는 저항(R3)의 저항값으로 결정된다.

한편, 스위치 제어부(Vc)의 출력이 하이 레벨일 때 즉, 트랜지스터(Q1)가 턴 온상태일 때 트랜지스터(Q2)는 커패시터(C1)의 전압이 레벨 쉬프트되어 트랜지스터(Q2)의 임계 전압 이하가 되고, 이에 따라 턴 오프된다.

여기서, 트랜지스터(Q2)는 트랜지스터(Q1)가 턴 온 될 때에 턴 오프하여 트랜지스터(Q2)의 이미터에 연결되어 있는 Vn 파워가 저항(R3) 경로로 방전되지 않도록 한다.

한편, 트랜지스터(Q2)를 턴 온시키기 위해서는 분할 저항(R1, R2)의 저항비가 저항(R1)에 의한 전압 강하분(Vx)이 트랜지스터(Q2)의 Vbe 보다 크거나 같아야 한다. 즉, 트랜지스터(Q2)를 턴 온시키기 위한 전압 강하분(Vx)은 다음의 수학식3과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, Vbe2는 트랜지스터(Q2)의 이미터와 베이스간의 전압이다.

따라서, 스위치 제어부(Vn)의 출력 신호가 로우 레벨(Vlow)일 때 저항(R1,R2)에 의해 결정된 Vn-Vx 전압은 C1에 충전되었다가 스위치 제어부(Vn)의 출력 신호가 하이 레벨(Vhigh)이 되면 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에는 (Vn-Vx)에 스위치 제어부(Vc)의 전압인 (Vhigh -Vlow)의 전압이 더하여 나타나게 되어 트랜지스터(Q2)가 턴 오프한다.

즉, 스위치 제어부(Vx)의 출력이 하이 레벨일 때의 트랜지스터(Q2)의 베이스에 걸리는 전압은 (Vn-Vx)+(Vhigh-Vlow)가 되고, 이 전압, (Vn-Vx) + (Vhigh-Vlow)은 Vn -Vbe2보다 커야 한다. 따라서, 전압강하분(Vx)은 다음의 수학식4와 같이 나타날 수 있다.

수학식3과 수학식4에 의해 전압강하분(Vx)를 결정하기 위한 R1과 R2의 저항비는 다음의 수학식5의 범위에서 결정되어 진다.

그리고, 커패시터(C1)에 의해 레벨 쉬프트되어 발생된 전압, Vn-Vx)+(Vhigh-Vlow)은 t1 구간동안 트랜지스터(Q1)을 턴 온시킬 정도로 방전되어서는 않된다. 예를 들어, Vx=Vbe로 하고, 방전량을 Qd라고 하였을 때 저항(R1, R2)에 의한 방전량을 무시하는 경우, Qd=Ib(Q1의 베이스 전류)×t1 ≪ C1×(Vhigh-Vlow)가 되어야 하므로, 다음의 수학식6의 조건으로 커패시터(C1) 값을 설정해야 한다.

여기서, Ib는 트랜지스터(Q2)의 베이스 전류이다.

그리고, 저항(R1)에 의한 방전을 고려할 경우 다음의 수학식7에 의거하여 저항(R1)의 크기를 정해야 한다.

결국, 게이트 전압 발생부(100)의 출력단(Vn1)을 통해 출력되는 신호의 파형은 도4의 c와 같이 일정 주기마다 톱니파 형태로 전압이 강하되는 형태를 나타낸다.

도4의 c와 같은 신호 파형은 게이트 구동부(200)에 입력되고, 게이트 구동부(200)는 LCD 패널(400) 구동시 게이트 라인에 도4의 d와 같이 소정의 기울기로 ΔV만큼의 전압 강하가 있는 게이트 온 전압을 인가한다.

따라서, 도1을 참조로 한 종래 기술에서 언급한 바와 같이, 본 발명은 Von 전압을 낮춤으로써 킥백 전압의 크기를 낮출 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 많은 변경 및 변형이 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 TFT LCD의 구동 능력을 떨어뜨리지 않고 게이트 온 전압을 낮추므로써, 킥백 전압을 줄일 수 있는 구동 회로를 제공하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 제1 및 제2 스위치;

   일정 레벨의 전압을 발생하고, 발생된 전압이 상기 제1 스위치를 통해 출력되는 전압원;

   상기 전압원의 전압을 분압하는 전압 분압부;

   상기 전압 분압부를 통해 인가되는 전류를 충전하여 상기 제1 스위치의 턴 온 전압을 형성하고, 상기 제2 스위치의 턴 온시 상기 스위치 제어부의 출력 전압에 따라 상기 제2 스위치의 턴 오프 전압을 형성하는 제1 커패시터;

   상기 제1 커패시터와 상기 제2 스위치에 연결되며, 일정 주기의 펄스 신호를 발생하여 상기 제2 스위치의 턴 온/오프를 제어하고, 상기 제1 스위치의 턴 오프를 제어하는 스위치 제어부; 및

   상기 제1 스위치를 통해 인가되는 전류를 충전하고, 상기 제2 스위치 턴 온시 충전 전류를 설정된 시정수로 상기 제2 스위치를 통해 방전하는 시정수 결정부를 포함하며,

   상기 제1 스위치가 턴 온되면 상기 제2 스위치가 턴 오프되고, 상기 제2 스위치가 턴 온되면 상기 제1 스위치가 턴 오프되는 것을 특징으로 하는 킥백 전압을 보상하는 TFT LCD 구동 회로.
2. 제1항에서,

   상기 제1 스위치는 PNP 바이폴라 트랜지스터이고, 상기 제2 스위치는 NPN 바이폴라 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 킥백 전압을 보상하는 TFT LCD 구동 회로.
3. 제2항에서,

   상기 시정수 결정부는,

   상기 제1 스위치의 컬렉터와 상기 제2 스위치의 이미터에 연결된 제1 저항과, 상기 제1 저항에 병렬 연결되고 상기 제1 스위치의 출력단과 접지단 사이에 형성된 제2 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 킥백 전압을 보상하는 TFT LCD 구동 회로.
4. 제2항에서,

   상기 전압 분압부는,

   상기 전압원과 제1 스위치의 접점에 일단이 연결된 제2 저항과, 상기 제2 저항의 타단에 일단이 연결되고 타단이 접지된 제3 저항으로 이루어지며, 상기 제2 및 제3 저항의 접점이 상기 제1 스위치의 베이스와 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되며, 다음의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 킥백 전압을 보상하는 TFT LCD 구동 회로

   상기에서, Vbe2: 상기 PNP 트랜지스터의 베이스와 이미터간의 전압,

   Vn : 상기 전압원에서 출력하는 전압,

   Vhigh: 상기 스위치 제어부에서 출력하는 하이 레벨 전압,

   Vlow: 상기 스위치 제어부에서 출력하는 로우 레벨 전압.