KR20050116310A - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

액정 표시 장치가 제공된다. 액정 표시 장치는, 서로 반전된 위상을 갖는 제1 및 제2 클럭 신호를 발생시키는 클럭 발생부와, 제1 및 제2 클럭 신호를 생성하기 위한 타이밍 신호들을 제공하며, 블랭크 타임동안 제1 및 제2 클럭 신호의 주파수가 0이 되도록 타이밍 신호들을 제어하는 타이밍 제어부와, 다수의 게이트 라인과, 다수의 데이터 라인과, 제1 또는 제2 클럭 신호를 인가받아 다수의 게이트 라인에 순차적으로 게이트 구동신호를 출력하는 각각의 쉬프트 레지스터를 포함하는 게이트 구동부와, 게이트 구동신호가 순차적으로 출력됨에 따라 다수의 데이터 라인에 데이터 신호를 인가하여 화상 신호를 출력하는 데이터 구동부를 포함하는 액정 패널을 포함하여 이루어진다.

Description

액정 표시 장치{Liquid crystal display device}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아몰퍼스 실리콘(a-Si) 액정 표시 장치에서 게이트 구동 회로의 소비 전력과 스위칭 스트레스를 감소시킬 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 필터(Color filter) 등이 형성되어 있는 컬러 필터 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 박막 트랜지스터 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.

액정 표시 장치는 상기 박막 트랜지스터의 종류에 따라, 아몰퍼스 실리콘 액정 표시 장치(a-Si TFT LCD)와 폴리 실리콘 액정 표시 장치(poly-Si TFT LCD)로 구분된다.

폴리 실리콘 액정 표시 장치는 소비전력이 작고, 가격이 저렴하지만 아몰퍼스 실리콘 액정 표시 장치와 비교하여 박막 트랜지스터의 제조 공정이 복잡한 단점이 있다.

반면에 아몰퍼스 실리콘 액정 표시 장치는 대면적이 용이하고 수율이 높아서 주로 노트북, PC, LCD 모니터, HDTV 등의 대화면 디스플레이 장치에 적용된다.

최근에는 상기 아몰퍼스 실리콘 액정 표시 장치에서도 폴리 실리콘 액정 표시 장치와 같이 액정 표시 패널의 유리 기판 상에 데이터 구동 회로 및 게이트 구동 회로를 형성하는 기술이 시도되고 있다.

이와 같이, 액정 표시 패널의 유리 기판 상에 게이트 구동 회로를 집적하는 경우, 좀더 고속 동작이 가능하도록 게이트 구동부에 인가되는 제어 신호를 별도의 클럭 발생부를 통해 가공하여 제공하도록 한다.

도 1은 액정 표시 장치의 타이밍 제어부로부터 제공되는 제어 신호들(STV, OE, CPV)과 이들 신호들에 응답하여 상기 클럭 발생부를 통해 가공되어진 출력신호(CKV/CKVB)를 함께 나타낸 타이밍도이다.

구체적으로, 클럭 발생부는 게이트 클럭신호인 CPV(Clock Pulse Vertical) 신호와 게이트 구동신호를 인에이블시키는 게이트 온 인에이블 신호인 OE(Output Enable) 신호에 응답하여 서로 반전된 위상을 갖는 제1 및 제2 클럭(CKV/CKVB) 신호를 출력하여 게이트 구동부에 제공한다.

한편, 액정 표시 장치의 게이트 구동부는 상기 제1 및 제2 클럭 신호(CKV, CKVB)를 제공받기 위하여 회로 구조상 두개의 클럭 배선이 요구되며, 이는 길이가 길기 때문에 기생용량이 크게된다.

또한, 게이트 구동부내의 아몰퍼스 실리콘 박막 트랜지스터를 구동하기 위한 구동 전압이 30V 정도인 하이 레벨의 전압이기 때문에 상기 제1 및 제2 클럭 신호(CKV, CKVB)의 차이 전압(DV)도 크게 된다. 이를 고려한 상기 제1 및 제2 클럭 신호 배선에 따른 소비 전력은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, f는 클럭 주파수이고, Cp는 CKV와 CKVB에 따른 기생용량이고, DV는 CKV와 CKVB의 피크 투 피크(P-P) 전압이다.

그러므로, 상기 제1 및 제2 클럭 신호(CKV, CKVB)의 배선에 따른 게이트 구동부의 소비 전력을 감소시킬수 있는 방안이 필요한 실정이다. 또한, 게이트 구동부의 고속 동작에 따라 열화 등의 스위칭 스트레스가 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 아몰퍼스 액정 표시 장치에서의 게이트 구동 회로의 소비 전력과 스위칭 스트레스를 최소화하는 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 서로 반전된 위상을 갖는 제1 및 제2 클럭 신호를 발생시키는 클럭 발생부와, 상기 제1 및 제2 클럭 신호를 생성하기 위한 타이밍 신호들을 제공하며, 블랭크 타임동안 상기 제1 및 제2 클럭 신호의 주파수가 0이 되도록 상기 타이밍 신호들을 제어하는 타이밍 제어부와, 다수의 게이트 라인과, 다수의 데이터 라인과, 상기 제1 또는 제2 클럭 신호를 인가받아 상기 다수의 게이트 라인에 순차적으로 게이트 구동신호를 출력하는 각각의 쉬프트 레지스터를 포함하는 게이트 구동부와, 상기 게이트 구동신호가 순차적으로 출력됨에 따라 상기 다수의 데이터 라인에 데이터 신호를 인가하여 화상 신호를 출력하는 데이터 구동부를 포함하는 액정 패널을 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 제1 클럭 신호는 홀수번째 쉬프트 레지스터의 입력단에 인가되고, 상기 제2 클럭 신호는 짝수번째 쉬프트 레지스터의 입력단에 인가되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 타이밍 제어부는 상기 제1 및 제2 클럭 신호를 생성하기 위한 게이트 온 인에이블 신호와, 게이트 클럭 신호를 제공하고, 상기 블랭크 타임동안 상기 게이트 온 인에이블 신호 및 상기 게이트 클럭 신호를 로우 레벨이 되도록 조절할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 블록도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 게이트 구동부(110)와 데이터 구동부(120)가 형성된 액정 패널(100), 외부로부터의 신호에 응답하여 액정 패널(100)을 제어하는 타이밍 제어부(200) 및 게이트 구동부(110)로 제공되는 제1 및 제2 클럭(CKV, CKVB)을 생성하는 클럭 발생부(300)를 포함한다.

타이밍 제어부(200)는 각종 타이밍 신호를 생성하여 게이트 구동부(110)와 데이터 구동부(120)를 제어한다. 즉, 외부로부터 제공되는 수평 동기 신호인 Hsync(Horizontal synchronizer) 신호에 동기되어 데이터 구동부에서 영상 데이터 신호(DATA)를 아날로그 값으로 변환하여 그 데이터 신호를 데이터 라인에 인가하도록 제어하는 수평 동기 시작 신호인 STH(Start Horizontal) 신호를 데이터 구동부(120)로 출력한다. 또한, 수직 동기 신호인 Vsync(Vertical synchronizer) 신호에 동기되어 수직 동기 시작 신호인 STV(Start vertical) 신호를 클럭 발생부(300)로 출력한다.

또한, 게이트 구동신호의 주기를 결정하는 게이트 클럭신호인 CPV(Clock Pulse Vertical) 신호, 게이트 구동신호를 인에이블시키는 게이트 온 인에이블 신호인 OE(Output Enable) 신호, 제1 및 제2 클럭의 충전 공유를 제어하는 충전공유 제어신호인 CHC 신호를 클럭 발생부(300)로 출력한다.

또, 타이밍 제어부(200)는 수직 블랭크 타임 동안에 상기 게이트 온 인에이블 신호(OE) 및 게이트 클럭 신호(CPV)를 로우 레벨로 출력하도록 제어하는 시그널 조절부(210)를 포함하며, 이에 대해서는 후술하기로 한다. 여기서, 상기 수직 블랭크 타임은 한 프레임 시간 동안에 실제 게이트 라인들에 게이트 전압이 인가되는 실제 구동 타이밍 외의 다음 프레임 시작 전에서의 여분의 타임을 의미한다.

한편, 액정 패널(100)은 제1 방향으로 연장된 다수의 게이트 라인(G1~Gn), 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장된 다수의 데이터 라인(D1~Dm), 게이트 라인들과 데이터 라인들(D1~Dm)에 연결된 박막 트랜지스터(130) 및 박막 트랜지스터(130)에 연결된 화소전극(140)으로 이루어진다.

또한, 액정 패널(100)에는 게이트 라인들(G1~Gn)에 순차적으로 구동신호를 인가하기 위한 게이트 구동부(110)와 데이터 라인들(D1~Dm)에 데이터 신호를 인가하기 위한 데이터 구동부(120)가 구비된다. 구체적으로, 액정 패널은 박막 트랜지스터 기판, 컬러필터기판(미도시), 박막 트랜지스터 기판 및 컬러필터기판 사이에 형성된 액정층(미도시)으로 이루어지고, 게이트 라인들(G1~Gn), 데이터 라인들(D1~Dm), 박막 트랜지스터(130) 및 화소전극(140)은 박막 트랜지스터 기판 상에 형성된다.

데이터 구동부(120)는 수평 동기 시작 신호(STH)에 응답하여 액정 패널(100)의 각 화소에 인가되는 데이터 신호를 생성한다. 여기서, 데이터 신호는 각 화소를 충전시키기 위한 충전 전압이다.

게이트 구동부(110)는 클럭 발생부(300)로부터 제공되는 제1 및 제2 클럭 신호(CKV, CKVB)를 인가받아 다수의 게이트 라인(G1~Gn)에 순차적으로 게이트 구동신호를 출력하는 각각의 쉬프트 레지스터(Shift Register)를 포함한다. 클럭 발생부(300)는 서로 반전된 위상을 갖는 상기 제1 및 제2 클럭 신호(CKV, CKVB)를 발생시켜 상기 게이트 구동부(110)에 제공하다.

다음은, 본 발명의 일실시예 따른 액정 표시 장치의 게이트 구동부(110) 및 상기 게이트 구동부에 게이트 구동 신호를 인가하는 상기 클럭 발생부(300)에 대하여 도 3 및 도 4를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 게이트 구동부와 클럭 발생부의 연결관계를 간략히 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 클럭 발생부의 구조를 나타낸 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 게이트 구동부(110)는 다수의 쉬프트 레지스터(SR1~SRn)로 이루어지고, 각 게이트 라인(G1~Gn)은 각 쉬프트 레지스터(SR1~SRn)의 출력 단자와 결합된다. 따라서, 각 쉬프트 레지스터(SR1~SRn)가 순차적으로 구동되면서 게이트 라인들(G1~Gn)에 순차적으로 게이트 구동신호를 출력한다. 즉, 상기 수직 동기 시작 신호(STV)에 의해 생성된 STVP 신호에 응답하여 게이트 라인(G1~Gn)에 순차적으로 하이 레벨 구간을 갖는 게이트 구동신호를 인가하여 데이터 신호가 각 화소에 인가되는 것을 제어한다. 여기서, 상기 게이트 구동신호는 게이트 라인들(G1~Gn)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터(130)를 구동하기에 충분한 전압레벨을 갖는다. 박막 트랜지스터(130)가 게이트 구동신호에 의해 구동되면, 데이터 신호는 박막 트랜지스터(130)를 통해 화소 전극(140)으로 인가되어 액정층을 충전시킨다.

한편, 클럭 발생부(300)는 타이밍 제어부(200)로부터 제공되는 게이트 클럭 신호(CPV) 및 게이트 온 인에이블 신호(OE)에 응답하여 서로 반전된 위상을 갖는 제1 및 제2 클럭(CKV, CKVB)을 출력한다. 여기서, 제1 클럭(CKV)은 게이트 구동부(110)의 홀수번째 쉬프트 레지스터(SR1, SR3, ...)에 제공되고, 제2 클럭(CKVB)은 게이트 구동부(110)의 짝수번째 쉬프트 레지스터에 제공된다. 또한, 클럭 발생부(300)는 수직 동기 시작 신호(STV)를 게이트 구동부(110)에서 순차적으로 게이트 구동신호를 출력하도록 제어하는 STVP 신호로 변경하여 출력한다.

구체적으로, 클럭 발생부(300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 클럭 인에이블 신호인 OCS(Odd Clock Pulse) 신호와 제2 클럭 인에이블 신호인 ECS(Even Clock Pulse) 신호를 출력하기 위한 D-플립플롭(310), 제1 클럭 인에이블 신호(OCS)에 응답하여 제1 클럭 신호(CKV)를 출력하기 위한 제1 클럭 전압인가회로(320), 제2 클럭 인에이블 신호(ECS)에 응답하여 제2 클럭 신호(CKVB)를 출력하기 위한 제2 클럭 전압 인가회로(330) 및 제1 클럭 신호(CKV)와 제2 클럭 신호(CKVB)를 서로 충전 공유시키기 위한 충전공유회로(340)를 포함한다.

구체적으로, D-플립플롭(310)은 수직 동기 시작 신호(STV)를 입력받고 게이트 온 인에이블 신호(OE)에 동기하여, 제1 클럭 인에이블 신호(OCS) 및 제2 클럭 인에이블 신호(ECS)를 각각 출력한다. 여기서, 게이트 온 인에이블 신호(OE)는 게이트 파형의 지연 현상만큼 게이트 구동부(110)의 출력을 억제시키는 역할을 수행한다.

따라서, 제1 클럭 신호(CKV)와 제2 클럭 신호(CKVB)는 제1 구간에서는 서로 위상이 반전되어 일정 전압을 유지하고, 제2 구간에서는 서로 충전을 공유한다. 그러면, 상기 제1 및 제2 클럭 신호(CKV, CKVB)의 파형을 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 클럭 발생부로 제공되는 수직 동기 시작 신호(STV)와 게이트 클럭 신호(CPV)와 게이트 온 인에이블 신호(OE)의 파형과 클럭 발생부의 출력 신호인 CKV/CKVB 신호의 파형을 함께 나타낸 타이밍도이다.

상기 제1 클럭 전압인가회로(320)는 게이트 클럭 신호(CPV), 게이트 온 인에이블 신호(OE) 및 제1 클럭 인에이블 신호(OCS)에 응답하여 제1 구간(t1)동안 일정 전압을 유지하는 제1 클럭 신호(CKV)를 출력한다. 또한, 제2 클럭 전압인가회로(330)는 게이트 클럭 신호(CPV), 게이트 온 인에이블 신호(OE) 및 제2 클럭 인에이블 신호(ECS)에 응답하여 제1 구간(t1)동안 일정 전압을 유지하는 제2 클럭 신호(CKVB)를 출력한다. 충전공유회로(340)는 게이트 클럭 신호(CPV)를 입력받고, 제1 및 제2 클럭 전압인가회로(320, 330)의 턴-오프시 구동되어 제1 및 제2 클럭 신호(CKV, CKVB)를 제2 구간(t2)동안 충전 공유시킨다.

그러므로, 제1 및 제2 클럭 신호(CKV, CKVB)는 서로 위상이 반전되며, 충전 공유 구간(charge sharing time; t2)을 갖는 형태로 출력된다.

이로써, 제1 및 제2 클럭 신호(CKV, CKVB)에 의해 게이트 구동신호의 펄스 폭이 감소되어 고속 동작을 가능하게 한다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 수직 동기 시작 신호(STV)의 한 주기는 수직 토탈 타임(Vertical Total Time)이며, 다음 프레임을 시작하기 위한 다음 주기의 수직 동기 시작 신호(STV) 펄스 이전에 0.786ms 정도의 수직 블랭크 타임(Vertical Blank Time; t3)이 구성되어 있다.

상기 타이밍 제어부(200)의 시그널 조절부(210)는 상기 수직 블랭크 구간(t3)에는 상기 제1 및 제2 클럭 신호(CKV, CKVB)의 주파수가 0이 되도록 상기 클럭 발생부(300)에 인가되는 게이트 온 인에이블 신호(OE) 및 게이트 클럭 신호(CPV)를 제어한다. 구체적으로, 수직 블랭크 구간(t3)에는 상기 게이트 온 인에이블 신호(OE) 및 게이트 클럭 신호(CPV)를 로우 레벨로 출력시키도록 제어한다.

수직 블랭크 타임(t3)동안 타이밍 제어부(200)에서 게이트 온 인에이블 신호(OE) 및 게이트 클럭 신호(CPV)를 로우 레벨로 출력하여 클럭 발생부(300)의 출력 신호인 제1 및 제2 클럭 신호(CKV/CKVB)는 충전 공유 구간이 되며 이때 주파수는 0이 되므로 아몰퍼스 실리콘 박막 트랜지스터의 스위칭 스트레스가 줄어들게 된다.

또한, 제1 클럭 신호(CKV)와 제2 클럭 신호(CKVB)의 차이 전압(DV)도 대폭 줄어들게 되어 게이트 구동부(110)의 소비 전력을 감소시킬 수 있다.

즉, 주파수가 0이면, 앞서의 수학식 1에서, 소비 전력도 0이 되므로, 수직 블랭크 타임(t3)동안 불필요하게 낭비되었던 소비 전력을 감소시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 시그널 조절부(210)는 상기 블랭크 타임(t3)을 인식할 수 있는 시그널을 외부로부터 인가받아 동작시키거나, 또는 타이밍 제어부(200)에 인가된 내부 시그널을 이용하여 블랭크 타임(t3)을 인식하고 상기 게이트 온 인에이블 신호(OE) 및 게이트 클럭 신호(CPV)를 로우 레벨로 출력시키도록 하는 로직 회로를 추가함으로써 구현할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 아몰퍼스 액정 표시 장치에서의 게이트 구동 회로의 소비 전력과 스위칭 스트레스를 최소화할 수 있다.

도 1은 액정 표시 장치의 타이밍 제어부로부터 제공되는 제어 신호들(STV, OE, CPV)과 이들 신호들에 응답하여 상기 클럭 발생부를 통해 가공되어진 출력신호(CKV/CKVB)를 함께 나타낸 타이밍도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 게이트 구동부와 클럭 발생부의 연결관계를 간략히 나타낸 블록도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 클럭 발생부의 구조를 나타낸 블록도이다.

도 5는 클럭 발생부로 제공되는 STV 신호와 CPV 신호와 OE 신호의 파형과 클럭 발생부의 출력 신호인 CKV/CKVB 신호의 파형을 함께 나타낸 타이밍도이다.

Claims (4)

1. 서로 반전된 위상을 갖는 제1 및 제2 클럭 신호를 발생시키는 클럭 발생부;

   상기 제1 및 제2 클럭 신호를 생성하기 위한 타이밍 신호들을 제공하며, 블랭크 타임동안 상기 제1 및 제2 클럭 신호의 주파수가 0이 되도록 상기 타이밍 신호들을 제어하는 타이밍 제어부; 및

   다수의 게이트 라인과, 다수의 데이터 라인과, 상기 제1 또는 제2 클럭 신호를 인가받아 상기 다수의 게이트 라인에 순차적으로 게이트 구동신호를 출력하는 각각의 쉬프트 레지스터를 포함하는 게이트 구동부와, 상기 게이트 구동신호가 순차적으로 출력됨에 따라 상기 다수의 데이터 라인에 데이터 신호를 인가하여 화상 신호를 출력하는 데이터 구동부를 포함하는 액정 패널을 포함하는 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 제1 클럭 신호는 홀수번째 쉬프트 레지스터의 입력단에 인가되고, 상기 제2 클럭 신호는 짝수번째 쉬프트 레지스터의 입력단에 인가되는 액정 표시 장치.
3. 제2항에서,

   상기 타이밍 제어부는 상기 제1 및 제2 클럭 신호를 생성하기 위한 게이트 온 인이에블 신호와, 게이트 클럭 신호를 제공하고, 상기 블랭크 타임동안 상기 게이트 온 인에이블 신호 및 상기 게이트 클럭 신호를 로우 레벨이 되도록 조절하는 액정 표시 장치.
4. 제3항에서,

   상기 블랭크 타임은 수직 블랭크 타임인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.