KR20070006345A - 액정 표시 장치의 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치의 구동 장치에 관한 것으로서, 특히 펄스 폭 변조 방식으로 데이터 신호를 인가할 수 있는 액정 표시 장치의 구동 장치에 관한 것이다.

복수의 화소와 상기 화소에 연결되어 있는 데이터선을 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치는, 외부로부터의 영상 신호를 처리하여 내보내는 신호 제어부, 그리고 상기 처리된 영상 신호에 대응하는 펄스 폭 변조 신호를 데이터 신호로서 상기 데이터선에 인가하는 데이터 구동부를 포함한다.

이와 같이, 펄스 폭 변조 방식을 사용함으로써 데이터 구동부에 저항열을 둘 필요가 없어지며, 이로 인해 생산 원가를 낮추고 플리커를 용이하게 조절할 수 있다.

액정표시장치, 펄스, 폭, 변조, 계조, 데이터, 화소, 전압

Description

액정 표시 장치의 구동 장치{DRIVING APPARATUS FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명함으로써 본 발명을 분명하게 하고자 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.

도 3a는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 장치에서 생성되는 펄스 폭 변조 데이터 전압의 한 예이다.

도 3b는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 구동 장치에서 생성되는 데이터 전압의 한 예이다.

도 4의 (a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 장치에서 생성되는 데이터 전압을 프레임별로 나타낸 도면이고, 도 4의 (b)는 (a)에 도시한 데이터 전압에 따른 화소 전압을 나타내는 도면이다.

<도면 부호에 대한 설명>

3: 액정층 100: 하부 표시판

191: 화소 전극 200: 상부 표시판

230: 색 필터 270: 공통 전극

300: 액정 표시판 조립체 400: 게이트 구동부

500: 데이터 구동부 600: 신호 제어부

R,G,B: 입력 영상 데이터 DE: 데이터 인에이블 신호

MCLK: 메인 클록 Hsync: 수평 동기 신호

Vsync: 수직 동기 신호 CONT1: 게이트 제어 신호

CONT2: 데이터 제어 신호 DAT: 디지털 영상 신호

C_LC: 액정 축전기 C_ST: 유지 축전기

Q: 스위칭 소자 V_DATA: 데이터 전압

Vp: 화소 전압

본 발명은 액정 표시 장치의 구동 장치에 관한 것으로서, 특히 펄스 폭 변조 방식을 이용하여 데이터 전압을 인가할 수 있는 액정 표시 장치의 구동 장치에 관한 것이다.

일반적인 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)는 화소 전극 및 공통 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 화소 전극은 행렬의 형태로 배열되어 있 고 박막 트랜지스터(TFT) 등 스위칭 소자에 연결되어 한 행씩 차례로 데이터 전압을 인가 받는다. 공통 전극은 표시판의 전면에 걸쳐 형성되어 있으며 공통 전압을 인가 받는다. 화소 전극과 공통 전극 및 그 사이의 액정층은 회로적으로 볼 때 액정 축전기를 이루며, 액정 축전기는 이에 연결된 스위칭 소자와 함께 화소를 이루는 기본 단위가 된다.

이러한 액정 표시 장치에서는 두 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전계를 생성하고, 이 전계의 세기를 조절하여 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 얻는다. 이때, 액정층에 한 방향의 전계가 오랫동안 인가됨으로써 발생하는 열화 현상을 방지하기 위하여 프레임별로, 행별로, 또는 화소별로 공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성을 반전시킨다.

한편, 액정 표시 장치는 복수의 계조 전압을 생성하는 계조 전압 생성부와 생성된 계조 전압 중에서 영상 데이터에 해당하는 신호를 데이터 전압으로 선택하여 데이터선에 인가하는 데이터 구동부를 포함한다.

이 때, 계조 전압 생성부는 복수의 저항열을 포함하여 기준이 몇 개의 기준 계조 전압을 생성하고, 데이터 구동부 역시 저항열을 포함하고 있으며 이 저항열의 양단에 기준 계조 전압을 인가하여 필요로 하는 전체 계조 전압을 생성한다. 데이터 구동부는 일반적으로 집적 회로 형태의 칩으로 이루어지는데, 저항열이 칩 내에 있음으로 해서 칩의 크기가 증가하고 단가를 상승시키는 요인이 된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 저항열을 필요로 하지 않는 액정 표시 장치의 구동 장치를 제공하는 것이다.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따라, 복수의 화소와 상기 화소에 연결되어 있는 데이터선을 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치는, 외부로부터의 영상 신호를 처리하여 내보내는 신호 제어부, 그리고 상기 처리된 영상 신호에 해당하는 계조 전압을 펄스 폭 변조하여 데이터 신호로서 상기 데이터선에 인가하는 데이터 구동부를 포함한다.

이 때, 상기 데이터 신호는 소정의 듀티비를 가질 수 있다.

또한, 상기 데이터 신호는 어느 프레임동안 기준 전압보다 큰 하이 레벨과 상기 기준 전압과 유사한 로우 레벨을 가질 수 있는데, 상기 하이 레벨과 상기 로우 레벨은 상기 기준 전압에 대하여 서로 다른 극성을 가질 수 있다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(300) 및 이와 연결된 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500), 그리고 이들을 제어하는 신호 제어부(600)를 포함한다.

액정 표시판 조립체(300)는 등가 회로로 볼 때 복수의 신호선(G₁-G_n, D₁-D_m)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)(PX)를 포함한다. 반면, 도 2에 도시한 구조로 볼 때 액정 표시판 조립체(300)는 서로 마주하는 하부 및 상부 표시판(100, 200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.

신호선(G₁-G_n, D₁-D_m)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G₁-G_n)과 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터선(D₁-D_m)을 포함한다. 게이트선(G₁-G_n)은 대략 행 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하고, 데이터선(D₁-D_m)은 대략 열 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하다.

각 화소(PX), 예를 들면 i번째(i=1, 2, , n) 게이트선(G_i)과 j번째(j=1, 2, , m) 데이터선(Dj)에 연결된 화소(PX)는 신호선(G_i D_j)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(C_LC) 및 유지 축전기(storage capacitor)(C_ST)를 포함한다. 유지 축전기(C_ST)는 필요에 따라 생략할 수 있다.

스위칭 소자(Q)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(G_i)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(D_j)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(C_LC) 및 유지 축전기(C_ST)와 연결되어 있다.

액정 축전기(C_LC)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(191)과 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(191)은 스위칭 소자(Q)와 연결되며 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가받는다. 도 2에서와는 달리 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(191, 270) 중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다.

액정 축전기(C_LC)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(C_ST)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(191)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(C_ST)는 화소 전극(191)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선과 중첩되어 이루어질 수 있다.

한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소(PX)가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소(PX)가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 기본색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색을 들 수 있다. 도 2는 공간 분할의 한 예로서 각 화소(PX)가 화소 전극(191)에 대응하는 상부 표시판(200)의 영역에 기본색 중 하나를 나타내는 색 필터(230)를 구비함을 보여주고 있다. 도 2와는 달리 색 필터(230)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(191) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.

액정 표시판 조립체(300)의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 적어도 하나의 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.

다시 도 1을 참고하면, 게이트 구동부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G₁-G_n)과 연결되어 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G₁-G_n)에 인가한다.

데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선(D₁-D_m)에 연결되어 있으며, 펄스 폭 변조 신호를 데이터 신호로서 데이터선(D₁-D_m)에 인가한다.

신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500) 등을 제어한다.

이러한 구동 장치(400, 500, 600) 각각은 적어도 하나의 집적 회로 칩의 형태로 액정 표시판 조립체(300) 위에 직접 장착되거나, 가요성 인쇄 회로막 (flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되어 TCP(tape carrier package)의 형태로 액정 표시판 조립체(300)에 부착되거나, 별도의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)(도시하지 않음) 위에 장착될 수도 있다. 이와는 달리, 이들 구동 장치(400, 500, 600)가 신호선(G₁-G_n, D₁-D_m) 및 박막 트랜지스터 스위칭 소자(Q) 따위와 함께 액정 표시판 조립체(300)에 집적될 수도 있다. 또한, 구동 장치(400, 500, 600)는 단일 칩으로 집적될 수 있으며, 이 경우 이들 중 적어도 하나 또는 이들을 이루는 적어도 하나의 회로 소자가 단일 칩 바깥에 있을 수 있다.

그러면 이러한 액정 표시 장치의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호를 수신한다. 입력 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다.

신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 입력 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 게이트 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2) 등을 생성한 후, 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)를 데이터 구동부(500)로 내보낸다.

게이트 제어 신호(CONT1)는 주사 시작을 지시하는 주사 시작 신호(STV)와 게이트 온 전압(Von)의 출력 주기를 제어하는 적어도 하나의 클록 신호를 포함한다. 게이트 제어 신호(CONT1)는 또한 게이트 온 전압(Von)의 지속 시간을 한정하는 출력 인에이블 신호(OE)를 더 포함할 수 있다.

데이터 제어 신호(CONT2)는 한 행의 화소(PX)에 대한 영상 데이터의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D₁-D_m)에 데이터 신호를 인가하라는 로드 신호(LOAD) 및 데이터 클록 신호(HCLK)를 포함한다. 데이터 제어 신호(CONT2)는 또한 공통 전압(Vcom)에 대한 데이터 신호의 전압 극성(이하 "공통 전압에 대한 데이터 신호의 전압 극성"을 줄여 "데이터 신호의 극성"이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS)를 더 포함할 수 있다.

신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라, 데이터 구동부(500)는 한 행의 화소(PX)에 대한 디지털 영상 신호(DAT)를 수신하고, 각 디지털 영상 신호(DAT)에 대응하는 펄스 폭 변조 신호를 데이터 신호로서 선택하여 이를 해당 데이터선(D₁-D_m)에 인가한다.

게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 게이트선(G₁-G_n)에 인가하여 이 게이트선(G₁-G_n)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴온시킨다. 그러면, 데이터선(D₁-D_m)에 인가된 데이터 신호가 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소(PX)에 인가된다.

화소(PX)에 인가된 데이터 신호의 펄스 폭은 액정 분자가 움직이는 정도를 결정하고, 이 움직임의 정도에 따라 액정 축전기(C_LC)의 충전 전압, 즉 화소 전압이 결정된다. 이에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 변화하며, 이러한 편광의 변화는 표시판 조립체(300)에 부착된 편광자에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타난다.

1 수평 주기["1H"라고도 쓰며, 수평 동기 신호(Hsync) 및 데이터 인에이블 신호(DE)의 한 주기와 동일함]를 단위로 하여 이러한 과정을 되풀이함으로써, 모든 게이트선(G₁-G_n)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하여 모든 화소(PX)에 데이터 신호를 인가하여 한 프레임(frame)의 영상을 표시한다.

한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소(PX)에 인가되는 데이터 신호의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다("프레임 반전"). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 신호의 극성이 바뀌거나(보기: 행 반전, 점 반전), 한 화소행에 인가되는 데이터 신호의 극성도 서로 다를 수 있다(보기: 열 반전, 점 반전).

도 3a는 본 발명의 한 실시예에 따른 데이터 구동부에서 생성되는 펄스 폭 변조 데이터 신호의 한 예이며, 도 3b는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 데이터 구동부에서 생성되는 데이터 신호의 한 예이다. 도 4의 (a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 데이터 구동부에서 생성되는 데이터 신호를 프레임별로 나타낸 도면이고, 도 4의 (b)는 (a)에 도시한 데이터 신호에 따른 화소 전압을 나타내는 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 영상 신호가 8비트 신호일 경우에 나타낼 수 있는 계조가 0계조에서 255계조까지 모두 256개이며, 그 중 0계조와 255계조를 나타내었다.

앞서 설명한 것처럼, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 데이터 신호(V_DATA)는 펄스 폭 변조 신호로서, 계조에 따라 서로 다른 펄스 폭을 갖는다. 예를 들어, 도 3a에 도시한 것처럼, 0 계조일 경우에는 펄스 폭(W0)을 가지며, 255 계조일 경우에는 펄스 폭(W255)을 갖는다.

계조에 따라 크기가 다른 도 3b에 도시한 데이터 전압(V_DATA)과 달리, 크기는 일정하고 펄스 폭, 즉 듀티비(duty ratio)를 다르게 하여 액정의 배열을 제어한다. 이는 데이터 신호(V_DATA)의 크기는 일정하지만 데이터 신호(V_DATA)의 폭, 즉 액정층(3)에 전계가 인가되는 시간에 비례하여 액정 분자가 움직이는 정도가 결정되는 것을 이용한 방식이다.

예를 들어, 액정 표시 장치의 액정층(3)이 TN 모드(twisted nematic mode)인 경우, 액정층(3)의 액정 분자는 하부 표시판(100)과 그 장축이 나란한 상태에 있다가 전계가 인가되면 장축이 하부 표시판(100)에 수직인 방향으로 움직인다. 이 때, 펄스 폭이 작을수록, 즉 전계가 인가되는 시간이 짧을수록 액정 분자의 장축은 하부 표시판(100)과 평행을 이루고, 펄스 폭이 클수록, 즉 전계가 인가되는 시간이 길수록 액정 분자의 장축은 하부 표시판(100)과 수직을 이룬다. 이는 동일한 액정 배열을 얻기 위하여 액정 축전기(C_LC)에 인가하는 전압, 즉 화소 전압을 인가하는 것과 동일한 효과를 얻음을 알 수 있다. 이러한 예를 도 4에 나타내었다.

도 4의 (a)에는 예를 들어, 첫 번째 내지 다섯 번째 프레임(#1-#5) 동안 인가되는 서로 다른 펄스 폭을 갖는 데이터 신호(V_DATA)를 나타내었고, 도 4의 (b)에는 (a)에 도시한 펄스 폭(W1-W5)에 해당하는 화소 전압(Vp)을 나타내었다. 즉, 펄스 폭(W1-W5)이 커질수록 화소 전압(Vp)이 커진다.

여기서, 도 4의 (a)를 보면, 첫 번째 프레임(#1)의 데이터 신호(V_DATA)는 공통 전압(Vcom)에 대하여 정극성을 가지며, 두 번째 프레임(#2)의 데이터 신호(V_DATA)는 부극성을 가지며, 이러한 극성이 반복됨을 알 수 있다. 즉, 펄스 폭 변조를 행하는 데이터 신호(V_DATA)를 사용하여 반전 구동을 행할 수 있다.

또한, 데이터 신호(V_DATA)는 일정한 듀티비를 갖는 신호로서, 공통 전압(Vcom)을 기준으로 그 보다 큰 하이 구간(W1-W5)과 공통 전압(Vcom)에 가까운 로우 구간을 갖는 신호로 볼 수 있다. 이 때, 로우 구간은 다음 프레임에 대한 반전을 고려해 다음 프레임의 반전 극성과 동일한 극성으로 하여 미리 충전(precharge)하는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 펄스 폭 변조 방식을 이용하여 데이터 신호(V_DATA)를 인가하면, 데이터 구동부(500) 내에 저항열을 둘 필요가 없어져 크기는 물론 원가를 줄일 수 있다. 또한, 데이터 구동부(500)에 계조 기준 전압을 제공하는 계조 전압 생성부를 둘 필요가 없어지므로 생산 원가를 더욱 낮출 수 있으며, 이를 실장하기 위한 인쇄 회로 기판의 면적도 줄일 수 있다.

마찬가지로, 저항열을 포함하지 않으므로 영상 신호의 비트수가 증가하더라도 데이터 구동부(500)의 크기를 변경할 필요없이 펄스 폭만을 변조하여 증가하는 비트수에 대응할 수 있다.

나아가, 정극성과 부극성의 화소 전압이 킥백 전압(kickback voltage) 때문에 차이가 생겨 나타나는 깜박거림 현상, 즉 플리커(flicker)를 용이하게 조절할 수 있다. 이는 종래의 경우 중간 계조를 기준으로 플리커를 조정한 후 나머지 계조에 적용하는 방식이어서 모든 계조에 맞는 플리커 조정이 쉽지 않았지만, 본 발명의 한 실시예에 따른 펄스 폭 변조 데이터 신호는 모두 네 개의 레벨밖에 없으므로 그 만큼 플리커를 조절하기가 용이하다.

앞서 설명한 것처럼, 데이터 구동부가 저항열을 포함하지 않으므로 생산 원가를 낮추고 플리커를 용이하게 조절할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (4)

1. 복수의 화소와 상기 화소에 연결되어 있는 데이터선을 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치로서,

   외부로부터의 영상 신호를 처리하여 내보내는 신호 제어부, 그리고

   상기 처리된 영상 신호에 대응하는 펄스 폭 변조 신호를 데이터 신호로서 상기 데이터선에 인가하는 데이터 구동부

   를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
2. 제1항에서,

   상기 데이터 신호는 소정의 듀티비를 갖는 액정 표시 장치의 구동 장치.
3. 제2항에서,

   상기 데이터 신호는 어느 프레임동안 기준 전압보다 큰 하이 레벨과 상기 기준 전압과 유사한 로우 레벨을 갖는 액정 표시 장치의 구동 장치.
4. 제3항에서,

   상기 하이 레벨과 상기 로우 레벨은 상기 기준 전압에 대하여 서로 다른 극성을 갖는 액정 표시 장치의 구동 장치.

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