KR20020077434A - 전력 소비가 감소된 능동 매트릭스 디바이스 - Google Patents

전력 소비가 감소된 능동 매트릭스 디바이스 Download PDF

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KR20020077434A
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마틴 제이. 에드워즈
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

능동 매트릭스 디바이스는, 행 어드레스 도체 세트(34)와, 열 어드레스 도체 세트(20a, 20b, 20c)와, 행 및 열 어드레스 도체의 교차지점에 위치한 제어 요소를 각각 포함하는 둘 이상의 인접한 서브-매트릭스(22a, 22b, 22c)를 포함한다. 각 제어 요소는 행 어드레스 도체에 연결된 주사 입력단과 열 어드레스 도체에 연결된 데이터 입력단을 갖는다. 디바이스는 인접한 두 개의 행 어드레스 도체(34) 사이에서 서브-매트릭스(22a, 22b, 22c)로 나누어진다. 서브-매트릭스를 동시에 어드레스시키면, 데이터 공급 빈도가 감소되게 하여, 전체적인 전력 소비를 감소시키게 된다.

Description

전력 소비가 감소된 능동 매트릭스 디바이스{ACTIVE MATRIX DEVICE WITH REDUCED POWER CONSUMPTION}
AMLCD와 같은 능동 매트릭스 디바이스는 가전제품, 컴퓨터 및 통신 디바이스를 포함하는 광범위한 제품에 사용된다. AMLCD의 구조는 예컨대 그 내용이 참고 자료로서 본 명세서에 병합되어 있는 US-A-5130829(본 출원인의 참조번호: PHB33646)에서 설명되어 있다. 능동 매트릭스 디바이스는 종종 전력 소비의 최소화가 특별히 중요한 고려사항인 휴대용 제품에 포함된다.
AMLCD는 행 및 열 전극에 의해 어드레스되는 픽셀 요소 어레이를 포함한다. 행 전극이 행 선택 신호로 구동되는 반면, 열 전극은 비디오 정보를 운반한다. AMLCD의 전력 소비의 주요한 성분은 비디오 정보가 픽셀의 연속적인 행에 인가됨에 따라 디스플레이의 열을 충전 및 방전하는데 필요한 전력이다. 본 발명은 이러한 방법에 의해 소비되는 전력을 감소시키고자 한다.
본 발명은 능동 매트릭스 디바이스에 관한 것이며, 좀더 상세하게는 능동 매트릭스 액정 디스플레이(AMLCD)에 관한 것으로 이것에 국한되지는 않는다. 본 발명은 이러한 디바이스의 전력 소비 감소에 관심을 갖고 있다.
도 1은 알려진 능동 매트릭스 디바이스의 매트릭스 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 능동 매트릭스 디바이스의 매트릭스 구성을 도시한 도면.
본 발명은, 행 어드레스 도체 세트, 열 어드레스 도체 세트 및 행 및 열 어드레스 도체의 교차지점에 위치한 제어 요소로서 각각 행 어드레스 도체에 연결되는 주사 입력단과 열 어드레스 도체에 연결된 데이터 입력단을 갖는 제어 요소를 각각 포함하는 둘 이상의 인접한 서브-매트릭스와, 행 어드레스 도체에 선택 신호를 인가하기 위한 행 구동 회로와, 열 어드레스 도체에 데이터 신호를 인가하기 위한 열 어드레스 회로를 포함하는 디바이스를 제공하며, 여기서, 이 디바이스는 인접한 행 어드레스 도체 사이에서 서브-매트릭스로 나누어지며, 행 구동 회로 및 열 어드레스 회로는 둘 이상의 서브-매트릭스에서의 제어 요소를 동시에 어드레스하도록 적응된다. 그러므로, 각 열 어드레스 도체를 충전하는데 걸리는 시간은 증가할 수 있다. 이것은 디바이스를 구동하는데 필요한 구동 파형의 주파수를 감소시키며, 그러므로 디바이스의 전력 소비를 감소시킨다. 바람직한 실시예에서, 서브-매트릭스 각각에 있는 제어 요소는 동시에 어드레스된다.
바람직하게는, 행 구동 회로는 각 서브-매트릭스의 하나의 행을 동시에 선택하도록 적응되며, 열 어드레스 회로는 데이터 신호를 동시에 각 서브-매트릭스의 열 어드레스 도체에 인가하도록 동작할 수 있다. 행 구동 회로는 스스로 각 서브-매트릭스의 하나의 행을 동시에 개별적으로 선택할 수 있거나, 대안적으로는, 하나의 서브-매트릭스에 있는 행은 연결된 행들이 동시에 선택될 수 있도록 다른 서브-매트릭스 각각의 행에 연결될 수 있다.
행 구동 회로는, 두 서브-매트릭스의 인접한 곳에서 먼 가장자리로 또는 그 반대로 두 인접한 서브-매트릭스의 행들을 차례로 동시에 선택하도록 동작될 수 있다. 각 서브-매트릭스의 행들을 위에서 아래로 차례로 어드레스하는 대신, 서로 다른 차례로 행들을 어드레스하는 것이 유리할 수 있다. 만약 행들이 동일한 차례로 어드레스된다면, 하나의 서브-매트릭스에서 어드레스되는 마지막 행은 그 아래의 매트릭스에서 어드레스될 처음 행에 인접할 것이다. 그러면 이들 두 행에 존재하는 제어 요소 구동 파형의 타이밍은 상당히 차이가 있을 것이며, 이것은 디스플레이 응용에서 결국 매트릭스 사이의 연결지점에서 디스플레이의 시각적인 외형(visual appearance)의 불연속을 야기할 수 있다. 이것은 제 1 매트릭스를 위에서 아래로 어드레스하고, 제 2 매트릭스를 아래에서 위로 어드레스하고, 제 3 매트릭스를 위에서 아래로 어드레스 하는 등의 방식으로 회피될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 열 어드레스 회로는 각 서브-매트릭스를 위한 데이터 공급 수단과, 각 서브-매트릭스의 열 어드레스 도체를 각 데이터 공급 수단에 선택적으로 연결하여 여기에 대응하는 데이터 신호를 인가하기 위한 열 구동 수단을 포함한다.
서브-매트릭스의 각 열을 차례로 어드레스하는 대신, 몇 개의 열이 동시에 어드레스되도록 각 서브-매트릭스를 구동시키는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 각 열의 충전 시간이 더 증가되게 하여, 그에 따라 디바이스의 전력 소비를 감소시킬 수 있다. 예컨대, 각 데이터 공급 000수단은 복수의 병렬 데이터 라인에 연결될 수 있다. 대안적으로, 열 구동 수단은 디지털 형태의 데이터를 수신하여 이 데이터를 각 행에 대해 예컨대 래치(latch)에 저장할 수 있다. 이때, 디지털-아날로그 컨버터가 각 열에 인가하기 위한 아날로그 신호를 생성하는데 사용될 수 있다. 그 경우, 각 서브-매트릭스에 있는 몇 개의 또는 모든 열은 동시에 충전될 수 있다.
적어도 하나의 서브-매트릭스의 열 어드레스 도체는 또 다른 서브-매트릭스에 인접한 도체의 말단부(ends)를 통해 각 데이터 공급 수단에 연결될 수 있다. 따라서, 예컨대 세 개의 서브-매트릭스를 포함하는 디바이스에서, 가운데 서브-매트릭스의 열 어드레스 도체는 다른 서브-매트릭스중 인접한 서브-매트릭스인 서브-매트릭스의 가장자리에서 구동될 수 있다. 종래에는, 능동 매트릭스의 어드레스 도체는 이 매트릭스의 외부 가장자리에 있는 구동 회로에 단지 연결된다. 적어도 하나의 서브-매트릭스의 열 어드레스 도체는, 적어도 하나의 서브-매트릭스와 인접한 서브-매트릭스 사이에서 연장하는 데이터 공급 라인에 의해 각 데이터 공급 수단에 연결될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 데이터 공급 라인은 하나의 가장자리에서가 아니라 각 서브-매트릭스 내에 위치될 수 있다. 추가의 바람직한 장치에서, 데이터 공급 라인은 대응하는 서브-매트릭스 바로 아래, 예컨대 제어 요소의 행중 하나 이상의 행의 아래에 제공된다. 열 전극으로의 연결이 전극의 길이를 따라서 임의의 지점에서 이뤄질 수 있으므로, 데이터 공급 라인이 서브-매트릭스 내의 임의의 수직 위치에서 제공될 수 있음을 인식할 것이다.
열 구동 수단은 바람직하게는 각 서브-매트릭스의 각 스위칭 수단에 각각 연결되는 제어 라인 세트를 포함하며, 각 스위칭 수단은 각 서브-매트릭스의 열 어드레스 도체를 각 데이터 공급 수단에 선택적으로 연결하도록 배치된다. 대안적으로, 필요한 제어 신호는 추가적인 제어 라인을 삽입할 필요 없이 각 서브-매트릭스의열 어드레스 회로 내의 회로에 의해 생성될 수 있다.
본 발명의 종래 기술 및 실시예가 이제 예를 통해서 그리고 수반된 개략적인 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 간단한 멀티플렉싱 유형의 통합된 열 구동 회로를 사용하는 알려진 능동 매트릭스 디바이스의 매트릭스 구성을 예시한다. 도 1은 열 어드레스 도체 세트(2)와 행 어드레스 도체 세트(4)를 포함한다. 제어 요소(미도시)가 도체들의 교차지점 인근에 배치되며, 각 세트중 하나에 연결된다. 예컨대 AMLCD에서, 제어 요소는 알려진 LAE 기술을 사용하여 제조된 박막 트랜지스터일 수 있으며, 무정형, 미정질 또는 다결정 실리콘 디바이스를 포함할 수 있다. 행 구동기(6)는 행 어드레스 도체를 통해 선택 신호를 매트릭스에 인가하며, 데이터 신호가 열 어드레스 도체를 따라서 공급된다. 데이터 신호는 데이터 공급 수단(8)에 의해 데이터 라인(10)을 따라서 제공된다. 열 구동기 시프트 레지스터(12)는 각 열 어드레스 도체와 데이터 라인(10) 사이에서 연결된 개방 스위치(14)를 보통 제어한다.
도 1의 매트릭스는 다음과 같이 동작한다. 제어 요소 행은 행 구동기(6)가 적절한 행 어드레스 도체(4)에 선택 신호를 인가할 때에 각 행 어드레스 기간 동안에 차례로 선택된다. 각 행 어드레스 기간에, 관련된 행에 대한 데이터 신호는 열 어드레스 도체(2)에 인가된다. 시프트 레지스터(12)는 데이터 라인(10)을 따라 공급된 데이터 신호를 적절한 열 어드레스 도체에 공급하기 위해 스위치(14) 각각을 차례로 폐쇄하도록 동작할 수 있으며, 이러한 동작이 수행되어진 후 행 선택 신호가 인가된다. 데이터 신호를 인가한 후 각 행을 스위칭온하는 대신, 그러나 열 스위치(14)가 동작되고 있는 동안에 선택 신호가 인가될 수 있다. 데이터 신호는 열 커패시턴스 상에 저장될 수 있거나 대안적으로는 예컨대 전용 커패시터가 각 열 어드레스 도체(2)에 연결되어 데이터 신호를 잠시 저장할 수 있다. 이러한 능동 매트릭스 디바이스의 제어 요소는 보통 정기적으로 어드레스되며, 이때 각 요소는 수직 주사기간(TF) 내에서 한번씩 어드레스된다. 매트릭스의 열을 구동하는데 필요한 전력은 아래의 수학식 1에 의해 특정한 파라미터와 관련될 수 있다.
여기서, NC는 디스플레이에서의 열 어드레스 도체의 개수이고, CC는 하나의 열 어드레스 도체의 커패시턴스이며, NR은 행 어드레스 도체의 개수이다.
본 출원인은, 열을 동시에 어드레스될 수 있는 NS개의 별개의 부분들로 나누는 것이 디바이스의 전력 소비를 상당히 감소시킬 수 있다고 결정하였다.
예컨대, 만약 열이 동일한 길이의 부분들로 나누어진다면, 각 부분의 커패시턴스는 CC/NS일 것이다. 만약 열의 별개의 부분들에 대응하는 디스플레이의 부분들이 동시에 어드레스된다면, 데이터가 열의 부분들에 공급되어야만 하는 주파수는 1/NS인자만큼 감소된다. 열의 부분들의 개수는 이제 NSNC이다. 종래의 매트릭스에 대해 위에서 제공되었던 수학식을 이들 변경사항을 반영하도록 변형하면 다음과 같다.
이 수학식 2를 간단하게 줄이면 다음과 같다.
그러므로, 열 어드레스 도체를 NS개의 부분으로 나누면 NS인자만큼 열 전극을 충전시키는데 필요한 전력을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
이러한 개념을 실현하는 매트릭스 구성이 도 2에 도시되어 있다. 이 예에서, 열 어드레스 도체는 각각 세 개의 별개로 어드레스 가능한 열 부분(20a, 20b 및 20c)으로 나누어져 있으며, 이 세 개의 열 부분은 세 개의 서브-매트릭스(22a, 22b 및 22c)를 형성한다. 구동 회로는 이러한 변경을 허용하도록 재구성된다. 각 서브-매트릭스는 그 행 어드레스 도체(34)를 구동하기 위해 관련된 행 구동기(24a, 24b 또는 24c)를 각각 갖는다. 데이터가 대응하는 데이터 공급 수단(26a, 26b 또는26c)으로부터 데이터 라인(28a, 28b 또는 28c)을 따라 각 서브-매트릭스에 공급된다. 그러므로, 세 개의 스위치 세트(14)가 각 데이터 라인을 각 서브-매트릭스의 열 도체에 연결하기 위해 제공된다. 열 구동기 시프트 레지스터(30)는 제어 라인(32)을 통해 세 개의 스위치 세트 모두를 제어한다. 멀티플렉싱 스위치를 동작하기 위한 제어 신호는 세 개의 서브-매트릭스에 대해 동일할 수 있다. 도 2에 도시된 구성에서, 이들 제어 라인(32)은 제 3 서브-매트릭스(22c)의 상단부에 있는 스위치(14) 너머로 연장하지 않는다. 매트릭스의 구조를 균등하게 하기 위해 라인들이 제 3 서브-매트릭스(22c)까지 이어지는 것이 실제로 바람직할 수 도 있다. 예컨대, 디스플레이 응용에서, 디스플레이의 전체 높이(full height)를 가로지르는 라인들의 이러한 연장은 라인들의 용량성 효과(capacitive effects)가 각 서브-매트릭스에 동일함을 보장하는데 적절할 수 있다.
도 2의 제어 라인(32)은 도 1의 구성에 비해 얼마간의 추가적인 전력을 필요로 할 수 있다. 그러나, 이들 라인들을 구동하는데 필요한 전력의 양은 서브-매트릭스의 개수(NS)가 증가함에 따라 감소한다. 이것은 스위치(14)가 각 수직 주사 기간 내에 동작할 필요가 있는 횟수(the number of times)가 인자(NS) 만큼 감소하기 때문이다.
각 서브-매트릭스(22a 내지 22c)가 동시에 어드레스되도록 도 2의 매트릭스는 바람직하게 구동된다. 따라서, 각 서브-매트릭스의 제 1 행은 동시에 어드레스되며, 연속적인 행들이 각 서브-매트릭스에서 차례로 어드레스됨에 따라 동일한 절차가 각 연속적인 행에 적용된다. 이러한 방식으로, 위에서 언급된 바와 같이, 신호를 각 제어 요소에 인가하는데 걸리는 시간은 도 1의 기존의 구성에 비해 증가될 것이며, 이는 전체 수직 주사 기간이 각 서브-매트릭스를 구동하는데 사용될 수 있음으로, 전체적인 전력 소비의 감소를 야기하기 때문이다.
비록 도 2에 예시된 행 및 열 구동 회로 대부분{스위치(14), 행 구동기(24a 내지 24c), 데이터 공급 수단(26a 내지 26c) 및 열 구동기 시프트 레지스터(30)}이 서브-매트릭스의 측면에 위치되는 것으로 도시되었지만, 서브-매트릭스의 영역 내에서 이러한 회로중 일부 또는 모두를 통합하는 것이 이로울 수 있다. 이것은 구동 회로가 차지하는 매트릭스의 주변 영역의 양을 감소시킬 수 있으며, 그러므로 디바이스의 전체 크기를 감소시킬 수 있다.
메모리 회로는 픽셀 내에 통합되어 저전력 동작 모드를 제공할 수 있다. 이들 디스플레이에서, 픽셀로 전송된 비디오 데이터는 아날로그보다는 디지털 형태일 수 있다.
본 개시를 읽음으로써, 다른 변형 및 변경이 당업자에게 분명하게될 것이다. 이러한 변형 및 변경은 능동 매트릭스 디바이스의 디자인, 제조 및 사용에서 이미 알려져 있으며, 본 명세서에서 이미 설명된 특성 대신 또는 이 특성에 추가로 사용될 수 있는 동등한 특성 및 다른 특성을 수반할 수 있다. 비록 청구항이 본 출원에서 특성의 특정한 결합에 대해 공식화되었지만, 본 발명의 개시의 범위는 또한, 이것이 임의의 청구항에서 현재 청구된 것과 동일한 발명에 관한 것이든지 또는 본 발명이 개선한 것과 동일한 기술적 문제중 일부 또는 모두를 개선하는 것이든지에상관없이 임의의 신규한 특성 또는 명시적으로 또는 암시적으로 본 명세서에서 개시된 특성의 임의의 신규한 결합 또는 이들의 임의의 귀납물(generalisation)을 포함한다. 이로써, 본 출원인은, 본 출원 및 본 출원에서 유래된 임의의 추가적인 출원을 실행하는 동안에 새로운 청구항이 이러한 특성 및/또는 이러한 특성의 결합으로 공식화될 수 있음을 통보하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 능동 매트릭스 디바이스에서 소비되는 전력을 감소시키는데 이용된다.

Claims (11)

  1. 행 어드레스 도체 세트, 열 어드레스 도체 세트 및, 상기 행 및 열 어드레스 도체의 교차지점에 위치하는 제어 요소로서 각각 행 어드레스 도체에 연결된 주사 입력단과 열 어드레스 도체에 연결된 데이터 입력단을 갖는 제어 요소를 각각 포함하는 둘 이상의 인접한 서브-매트릭스와, 선택 신호를 상기 행 어드레스 도체에 인가하기 위한 행 구동 회로와, 데이터 신호를 상기 열 어드레스 도체에 인가하기 위한 열 어드레스 회로를 포함하는 능동 매트릭스 디바이스로서,
    상기 디바이스는 인접한 행 어드레스 도체 사이에서 서브-매트릭스들로 나누어지며, 상기 행 구동 회로 및 열 어드레스 회로는 둘 이상의 서브-매트릭스에서 제어 요소를 동시에 어드레스하도록 적응되는,
    능동 매트릭스 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 행 구동 회로는 각 서브-매트릭스의 행 어드레스 도체를 동시에 선택하도록 적응되며, 상기 열 어드레스 회로는 데이터 신호를 각 서브-매트릭스의 열 어드레스 도체에 동시에 인가하도록 동작할 수 있는, 능동 매트릭스 디바이스.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 하나의 서브-매트릭스에 있는 행 어드레스 도체는 연결된 행 어드레스 도체가 동시에 선택 가능하게 되도록 다른 서브-매트릭스각각에 있는 행 어드레스 도체에 연결되는, 능동 매트릭스 디바이스.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 행 구동 회로는 두 개의 인접한 서브-매트릭스에 있는 행 어드레스 도체를 차례로 두 서브-매트릭스의 인접한 곳에서 먼 가장자리로 또는 그 반대로 동시에 선택하도록 동작할 수 있는, 능동 매트릭스 디바이스.
  5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 어드레스 회로는 각 서브-매트릭스에 대한 데이터 공급 수단과, 각 서브-매트릭스의 상기 열 어드레스 도체를 상기 각 데이터 공급 수단에 선택적으로 연결하여 대응하는 데이터 신호를 상기 각 데이터 공급 수단에 인가하기 위한 열 구동 수단을 포함하는, 능동 매트릭스 디바이스.
  6. 제 5항에 있어서, 적어도 하나의 서브-매트릭스의 상기 열 어드레스 도체는 또 다른 서브-매트릭스에 인접한 이들 도체의 말단부를 통해서 상기 각 데이터 공급 수단에 연결되는, 능동 매트릭스 디바이스.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 서브-매트릭스의 상기 열 어드레스 도체는, 상기 적어도 하나의 서브-매트릭스 및 인접한 서브-매트릭스 사이에서 연장하는 데이터 공급 라인에 의해 상기 각 데이터 공급 수단에 연결되는,능동 매트릭스 디바이스.
  8. 제 5항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 구동 수단은 각 서브-매트릭스의 각 스위칭 수단에 각각 연결되는 제어 라인 세트를 포함하며, 상기 각 스위칭 수단은 각 서브-매트릭스의 열 어드레스 도체를 상기 각 데이터 공급 수단에 선택적으로 연결하도록 배치되는, 능동 매트릭스 디바이스.
  9. 제 1항 내지 제 8항중 어느 한 항에 있어서, 각 서브-매트릭스는 동일한 개수의 행 어드레스 도체를 갖는, 능동 매트릭스 디바이스.
  10. 제 1항 내지 제 9항중 어느 한 항에 있어서, 세 개 이상의 서브-매트릭스를 포함하는, 능동 매트릭스 디스바이스.
  11. 제 1항 내지 제 10항중 어느 한 항에 기재된 능동 매트릭스 디바이스를 포함하는 액정 디스플레이.
KR1020027010428A 2000-12-15 2001-12-03 전력 소비가 감소된 능동 매트릭스 디바이스 및 그러한 능동 매트릭스 디바이스를 포함하는 액정 디스플레이 KR100917722B1 (ko)

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