KR20040067290A - 액정표시장치의 구동회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력되는 영상신호의 정보를 판단하여 밝은 색 부분을 더욱 밝고 어두운 색 부분은 더욱 어둡게 영상 데이터를 변조함과 동시에 입력된 영상의 평균 밝기에 따라 화면이 밝으면 백 라이트를 더 밝게 구동하고 화면이 어두우면 백 라이트를 더 어둡게 구동하여 화질을 개선하기 위한 액정표시장치의 구동회로에 관한 것으로서, 액정표시패널의 각 데이터 라인 및 데이터 라인을 구동하는 데이터 및 게이트 드라이버와, 상기 각 데이터 및 게이트 드라이버가 화면을 재생하기에 적합한 타이밍으로 각 디스플레이 데이터와 클럭 및 각종 제어신호를 출력하는 타이밍 콘트롤러와, 상기 타이밍 콘트롤러로부터 백 라이트 제어신호를 입력받아 백 라이트의 밝기가 가변되도록 백 라이트를 제어하는 백 라이트 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치의 구동회로{driving circuit of liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 특정부위를 밝기를 향상시키는데 적당한 액정표시장치의 구동회로에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)을 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전, 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정표시장치는 크게 영상신호를 표시하는 액정표시패널과 외부에서 상기 액정표시패널에 구동신호를 인가하는 구동회로로 구분할 수 있다.
상기 액정표시 패널은, 도면에는 도시되지 않았지만, 일정한 공간을 갖고 합착된 두 개의 투명 기판(유리 기판) 사이에 액정이 주입된 표시장치로서, 상기 두개의 투명 기판 중 하나에는 일정 간격으로 배열된 복수개의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 정의된 매트릭스 형태의 각 화소 영역에 형성된 복수개의 화소전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 따라 상기 데이터 라인의 신호를 각 화소전극에 인가하는 복수개의 박막트랜지스터가 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 형성된다. 그리고 나머지 기판에는 칼라필터층, 공통전극 및 블랙 매트릭스층이 형성된다.
따라서, 게이트 라인에 순차적으로 턴 온 신호를 인가하면 그 때마다 해당 라인의 화소 전극에 데이터 신호가 인가되므로 영상이 표시된다.
또한, 이와 같이 합착된 두 기판의 배면에 균일한 광원을 제공하는 백 라이트가 형성된다. 상기 백 라이트의 광원으로 사용되고 있는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)는 그 특성면에서 휘도와 수명이 반비례 관계에 있다. 즉, 휘도를 높이기 위해 고전류로 구동하는 경우 수명이 줄어드는 반면, 수명을 늘리기 위해서는 저전류로 구동해야하므로 높은 휘도를 달성하기 어렵다는 문제점이 있다.
그러나 실제로 제품 적용 측면에서는 대부분의 경우 고휘도와 장수명이 동시에 요구되어 진다.
이러한 요구에 대응하고자 일반적인 액정표시장치의 화면 상태에서 어느 정도의 휘도로 구동을 하다가 특별히 고휘도가 요구되어지는 화면을 구동할 때 일시적으로 백 라이트의 램프에 고전류를 인가하여 실제 디스플레이 소자의 휘도에 대한 능동 영역을 넓혀주는 기술을 적용하고 있다.
또한, 액정표시장치의 경우 화면에 디스플레이되는 화상에 따라서 사용되는 전류의 양이 달라진다. 예를 들면, 전압의 인가와 함께 액정 분자가 전계의 방향으로 재배열되어 입사한 빛을 차단하는 노멀 화이트(Normally white) 모드의 경우 일반적으로 화면에 밝은 픽셀의 수가 많아질수록 패널이 소모하는 전력이 작아지는 반면, 어두운 픽셀 수가 많아질수록 패널이 소모하는 전력이 커지는 경향이 있다. 이러한 경향을 이용하여 패널이 소모하는 전력에 따라 이와 연동하는 램프의 전류값을 제어해주는 방법을 주로 사용하고 있다.
이러한 기술을 적용하는 경우 패널이 소비하는 전류를 검출하고, 이를 백 라이트를 구동하는 인버터의 휘도 제어신호의 가변 범위에 맞도록 변형해야하는 등의 추가적인 회로를 구현해야만 한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 하부기판(1) 및 상부기판(2)과, 상기 하부기판(1)과 상부기판(2) 사이에 주입된 액정층(3)으로 구성되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 하부기판(1)은 화소영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 배선(4)이 배열되고, 상기 게이트 배선(4)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 배선(5)이 배열되며, 상기 게이트 배선(4)과 데이터 배선(5)이 교차하는 각 화소영역(P)에는 화소전극(6)이 형성되고, 상기 각 게이트 배선(4)과 데이터 배선(5)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다.
그리고 상기 상부기판(2)은 상기 화소영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(7)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층(8)과, 화상을 구현하기 위한 공통전극(9)이 형성되어 있다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터(T)는 상기 게이트 배선(4)으로부터 돌출된 게이트 전극과, 전면에 형성된 게이트 절연막(도면에는 도시되지 않음)과 상기 게이트 전극 상측의 게이트 절연막위에 형성된 액티브층과, 상기 데이터 배선(5)으로부터 돌출된 소오스 전극과, 상기 소오스 전극에 대향되도록 드레인 전극을 구비하여구성된다.
상기 화소전극(6)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성 금속을 사용한다.
전술한 바와 같이 구성되는 액정표시장치는 상기 화소전극(6)상에 위치한 액정층(3)이 상기 박막 트랜지스터(T)로부터 인가된 신호에 의해 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표현할 수 있다.
전술한 바와 같은 액정패널은 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상부기판(2)의 공통전극(9)이 접지역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정 셀의 파괴를 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 액정표시장치의 구동회로를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 종래의 액정표시장치의 구동회로를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 복수개의 게이트 라인(G)과 데이터 라인(D)이 서로 수직한 방향으로 배열되어 매트릭스 형태의 화소영역을 갖는 액정표시패널(21)과, 상기 액정표시패널(21)에 구동 신호와 데이터 신호를 공급하는 구동회로부(22)와, 상기 액정표시패널(21)에 일정한 광원을 제공하는 백 라이트(28)로 구분된다.
여기서, 상기 구동회로부(22)는, 상기 액정표시패널(21)의 각 데이터 라인에 데이터 신호를 입력하는 데이터 드라이버(21b)와 상기 액정표시패널(21)의 각 게이트 라인(G)에 게이트 구동 펄스를 인가하는 게이트 드라이버(21a)와, 액정표시패널의 구동 시스템(27)으로부터 입력되는 디스플레이 데이터(R, G, B)와 수직 및 수평동기신호(Vsync, Hsync) 그리고 클럭신호(DCLK) 등 제어신호를 입력받아 상기 액정표시패널(21)의 각 데이터 드라이버(21b)와 게이트 드라이버(21a)가 화면을 재생하기에 적합한 타이밍으로 각 디스플레이 데이터와 클럭 및 제어신호를 포맷하여 출력하는 타이밍 콘트롤러(23)와, 상기 액정표시패널(21) 및 각부에 필요한 전압을 공급하는 전원 공급부(24)와, 상기 전원 공급부(24)로부터 전원을 인가 받아 상기 데이터 드라이버(21b)에서 입력되는 디지털 데이터를 아날로그 데이터로 변환할 때 필요한 기준전압을 공급하는 감마 기준전압부(25)와, 상기 전원 공급부(24)로부터 출력된 전압을 이용하여 액정표시패널(21)에 사용되는 정전압(VDD), 게이트 고전압(VGH), 게이트 저전압(VGL), 기준전압(Vref) 및 공통전압(Vcom) 등을 출력하는 DC/DC 변환부(26)와, 상기 백 라이트(28)를 구동하는 인버터(29)를 구비하여 구성된다.
이와 같이 구성된 일반적인 액정표시장치의 구동회로의 동작은 다음과 같다.
즉, 타이밍 콘트롤러(23)가 액정표시패널의 구동 시스템(27)으로부터 입력되는 디스플레이 데이터(R, G, B)와 수직 및 수평동기신호(Vsync, Hsync) 그리고 클럭신호(DCLK) 등 제어신호를 입력받아 상기 액정표시패널(21)의 각 데이터 드라이버(21b)와 게이트 드라이버(21a)가 화면을 재생하기에 적합한 타이밍으로 각 디스플레이 데이터와 클럭 및 제어신호를 제공하므로, 상기 게이트 드라이버(21a)가 상기 액정표시패널(21)의 각 게이트 라인(G)에 게이트 구동 펄스를 인가하고 이에 동기되어 상기 데이터 드라이버(21b)가 상기 액정표시패널(21)의 각 데이터 라인(D)에 데이터 신호를 입력하여 입력된 영상신호를 디스플레이 한다.
이 때, 백 라이트(28)는 입력되는 영상신호의 휘도에 관계없이 일정한 밝기의 백 라이트를 제공한다.
그러나 상기와 같은 종래의 액정표시장치의 구동회로에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 종래의 액정표시장치의 구동회로는 입력되는 영상과 무관하게 백 라이트가 항상 일정한 밝기로 발광하고, 입력되는 영상 신호 그대로를 디스플레이 하기 때문에, 액정표시장치가 텔레비전 또는 컴퓨터 모니터로 이동되어 동영상을 디스플레이 할 경우, CRT처럼 역동적이며 생생한 동영상을 표현하지 못한다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 입력되는 영상신호의 정보를 판단하여 밝은 색 부분을 더욱 밝고 어두운 색 부분은 더욱 어둡게 영상 데이터를 변조함과 동시에 입력된 영상의 평균 밝기에 따라 화면이 밝으면 백 라이트를 더 밝게 구동하고 화면이 어두우면 백 라이트를 더 어둡게 구동하여 화질을 개선하기 위한 액정표시장치의 구동회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부를 나타낸 분해 사시도
도 2는 종래의 액정표시장치의 구동회로를 나타낸 개략적인 구성도
도 3은 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로를 나타낸 개략적인 구성도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
30 : 액정표시패널 41 : 데이터 드라이버
42 : 게이트 드라이버 43 : 타이밍 콘트롤러
44 : 백 라이트 제어부 51 : LED 어레이부
52 : 로우 드라이버부 53 : 칼럼 드라이버부
54 : 전원부
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로는 액정표시패널의 각 데이터 라인 및 데이터 라인을 구동하는 데이터 및 게이트 드라이버와, 상기 각 데이터 및 게이트 드라이버가 화면을 재생하기에 적합한 타이밍으로 각 디스플레이 데이터와 클럭 및 각종 제어신호를 출력하는 타이밍 콘트롤러와, 상기 타이밍 콘트롤러로부터 백 라이트 제어신호를 입력받아 백 라이트의 밝기가 가변되도록 백 라이트를 제어하는 백 라이트 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 타이밍 콘트롤러에서 출력되는 백 라이트 제어신호는 액정표시패널의 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버를 제어하는 신호를 기준으로 LED 어레이부가 담당하는 액정표시패널의 TFT 영역의 수만큼을 감안하여 만들어주고 있다.
또한, 상기 백 라이트는 일정한 간격을 갖고 칼럼 및 로우 방향으로 복수개의 LED로 배열되는 LED 어레이부와, 상기 백 라이트 제어부의 제어신호를 받아 로우 어드레스를 출력하는 로우 드라이버부와, 상기 백 라이트 제어부의 제어신호를 받아 칼럼 어드레스를 출력하는 칼럼 드라이버부와, 상기 칼럼 드라이버부에 외부의 전원을 인가하는 전원부를 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 상기 칼럼 드라이버부 및 로우 드라이버부는 타이밍 콘트롤러로부터 받은 기준 클럭과 피크 휘도 위치신호를 이용해서 특정영역의 LED에 공급되는 전원을 조절하여 특정 영역의 밝기를 조절하고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 복수개의 게이트 라인과 데이터 라인이 서로 수직한 방향으로 배열되어 매트릭스 형태의 화소영역을 갖는 액정표시패널(30)과, 상기 액정표시패널(30)에 구동 신호와 데이터 신호를 공급하는 구동회로부와, 상기 액정표시패널(30)에 일정한 광원을 제공하는 백 라이트(50)로 구분된다.
여기서, 상기 구동회로부는, 상기 액정표시패널(30)의 각 데이터 라인에 데이터 신호를 입력하는 데이터 드라이버(41)와 상기 액정표시패널(30)의 각 게이트 라인에 게이트 구동 펄스를 인가하는 게이트 드라이버(42)와, 상기 액정표시패널(30)의 각 데이터 드라이버(41)와 게이트 드라이버(42)가 화면을 재생하기에 적합한 타이밍으로 각 디스플레이 데이터와 클럭 및 각종 제어신호를 포맷하여 출력하는 타이밍 콘트롤러(43)와, 상기 타이밍 콘트롤러(43)로부터 백라이트 제어신호(B/L 제어신호)를 받아 백 라이트(50)의 밝기가 가변되도록 백 라이트(50)를 제어하는 백 라이트 제어부(44)로 구성되어 있다.
그리고 상기 백 라이트(50)는 일정한 간격을 갖고 칼럼 및 로우 방향으로 복수개의 LED로 배열되는 LED 어레이부(51)와, 상기 백 라이트 제어부(44)의 제어신호를 받아 로우 어드레스를 출력하는 로우 드라이버(low driver)부(52)와, 상기 백 라이트 제어부(44)의 제어신호를 받아 칼럼 어드레스를 출력하는 칼럼 드라이버부(53)와, 상기 칼럼 드라이버(column driver)부(53)에 외부의 전원을 인가하는 전원부(54)를 포함하여 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 타이밍 콘트롤러(43)로부터 백 라이트 제어신호를 입력받는 백라이트 제어부(44)는 상기 타이밍 콘트롤러(43)에서 데이터 드라이버(41) 및 게이트 드라이버(42)로 출력되는 영상 정보의 밝기에 따라 상기 백 라이트(50)를 구성하는 LED 어레이부(51)의 LED를 선택적으로 구동함으로써 밝기를 제어한다.
여기서, 상기 타이밍 콘트롤러(43)에서 출력되는 백 라이트 제어신호는 액정표시패널(30)의 게이트 드라이버(42) 및 데이터 드라이버(41)를 제어하는 신호를 기준으로 LED 어레이부(51)가 담당하는 액정표시패널(30)의 TFT 영역의 수만큼을 감안하여 만들어준다.
즉, 하나의 LED가 칼럼(column)으로 3, 로우(row)로 3, 합계 9개의 TFT를 담당한다면 기존의 데이터 및 게이트 드라이버 신호용 클럭(clock)을 1/3으로 낮추어 백 라이트 제어부(44)로 입력하게 된다.
또한, 상기 타이밍 콘트롤러(43)의 백 라이트 제어신호는 데이터 및 게이트 드라이버용 기준 클럭(clock)과 피크 휘도(peak bright)가 필요한 부분을 표시하는 칼럼 위치신호와 로우 위치신호를 출력한다.
그리고 상기 칼럼 드라이버부(53) 및 로우 드라이버부(52)는 타이밍 콘트롤러(43)로부터 받은 기준 클럭과 피크 휘도 위치신호를 이용해서 특정영역의 LED에 공급되는 전원을 조절하여 특정 영역의 밝기를 조절하게 된다.
한편, 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로는 백 라이트용 LED의 동작을 조정하여 CRT와 유사한 형태의 화면밝기를 얻도록 하고 있다.
즉, TFT-LCD용 백 라이트로서의 LED 어레이부(51)를 형성하고 이의 동작을 TFT 어레이의 어드레스와 동일한 형태를 취함으로써 TFT 어레이에 동기된 상태로LED 점멸을 하게 된다.
일반적인 온/오프(on/off)형태의 백라이트에서 특별하게 국부적으로 화면밝기에 차별화가 필요한 경우를 대비하여 LED의 밝기를 강화하는 형태로 동작한다.
또한, LED 점멸용으로 3~4비트(TFT:6~10비트)의 구동을 하는 것을 골자로 한다.
TFT 어레이에 인가되는 화상신호 중에 일반적인 신호에 대해서는 150nit 밝기 수준에서 전체 계조(grey scale)의 범위가 설정되어 일반적인 LED 백라이트와 동일하게 동작된다.
그러나 특별히 밝은 피크 휘도(peak brightless)의 경우에 대해서 이 신호가 백 라이트 제어부(44)에 입력되고, 화면 중 밝기가 특히 변화해야 하는 부분이 LED용 로우 드라이버부(52)와 칼럼 드라이버부(53)에 의해서 어드레싱(addressing)되어 선별적 차별동작을 하게 된다.
이에 대해서 기존 평균밝기 대비 월등하게 높은 피크 휘도를 갖게 된다.
한편, LED 한 개당 TFT가 N개(N>1)가 위치한다고 할 때 N의 수치는 LED의 수명 및 밝기, 재료비 등의 여러 기준으로 설정이 가능하다. 또한 RGB의 개별 사용 또는 백색 LED를 사용하여 화상 구성을 용이하게 하고 칼라 필터를 사용하는 경우도 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로는 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 영상 데이터의 밝은 색은 더욱 밝고 어두운 색은 더욱 어두워지도록 휘도 성분을 변조하여 디스플레이하고 전체 화면의 밝기에 따라 백 라이트의 밝기를 조절하므로 CRT의 피크 휘도를 구현할 수 있다.
따라서 CRT처럼 역동적이며 생생한 영상을 표현할 수 있기 때문에 동영상 화질을 개선하고, 백 라이트의 관 전류를 조정하여 전력 소모를 줄일 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (4)

  1. 액정표시패널의 각 데이터 라인 및 데이터 라인을 구동하는 데이터 및 게이트 드라이버와,
    상기 각 데이터 및 게이트 드라이버가 화면을 재생하기에 적합한 타이밍으로 각 디스플레이 데이터와 클럭 및 각종 제어신호를 출력하는 타이밍 콘트롤러와,
    상기 타이밍 콘트롤러로부터 백 라이트 제어신호를 입력받아 백 라이트의 밝기가 가변되도록 백 라이트를 제어하는 백 라이트 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 타이밍 콘트롤러에서 출력되는 백 라이트 제어신호는 액정표시패널의 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버를 제어하는 신호를 기준으로 LED 어레이부가 담당하는 액정표시패널의 TFT 영역의 수만큼을 감안하여 만들어주는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 백 라이트는
    일정한 간격을 갖고 칼럼 및 로우 방향으로 복수개의 LED로 배열되는 LED 어레이부와,
    상기 백 라이트 제어부의 제어신호를 받아 로우 어드레스를 출력하는 로우 드라이버부와,
    상기 백 라이트 제어부의 제어신호를 받아 칼럼 어드레스를 출력하는 칼럼 드라이버부와,
    상기 칼럼 드라이버부에 외부의 전원을 인가하는 전원부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 칼럼 드라이버부 및 로우 드라이버부는 타이밍 콘트롤러로부터 받은 기준 클럭과 피크 휘도 위치신호를 이용해서 특정영역의 LED에 공급되는 전원을 조절하여 특정 영역의 밝기를 조절하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로.
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