KR20090099718A - 게이트 드라이버 - Google Patents

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조용완
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Abstract

본 발명은 레벨 쉬프터의 전류소모를 줄임과 아울러 이의 소형화에 유리한 게이트 드라이버에 관한 것으로, 차례로 스캔펄스들을 출력하는 쉬프트 레지스터; 상기 다수의 입력단자을 통해 상기 쉬프트 레지스터로부터의 스캔펄스들을 공급받고, 이들을 액정패널의 게이트 라인들을 구동시킬 수 있을 정도의 크기로 조절하고, 이 크기가 조절된 스캔펄스들을 다수의 출력단자들을 통해 상기 게이트 라인들에 공급하는 레벨 쉬프터를 포함하며; 상기 레벨 쉬프터는, 임의의 입력단자에 공급된 스캔펄스의 논리상태에 따라 턴-온/턴-오프가 제어되며, 턴-온시 상기 입력단자와 노드간을 접속시키는 제 1 스위칭소자; 상기 노드에 공급된 스캔펄스의 논리상태에 따라 턴-온/턴-오프가 제어되며, 턴-온시 임의의 출력단자와 고전압전송라인간을 접속시키는 제 2 스위칭소자; 상기 입력단자에 공급된 스캔펄스의 논리상태에 따라 턴-온/턴-오프되며, 턴-온시 상기 임의의 출력단자와 저전압전송라인간을 접속시키는 제 3 스위칭소자; 및, 상기 노드와 상기 임의의 출력단자간에 접속된 커패시터를 포함함을 그 특징으로 한다.
액정표시장치, 쉬프트 레지스터, 레벨 쉬프터, 플로팅, 커패시터

Description

게이트 드라이버{GATE DRIVE}
본 발명은 게이트 드라이버에 관한 것으로, 특히 레벨 쉬프터의 전류소모를 줄임과 아울러 이의 소형화에 유리한 게이트 드라이버에 대한 것이다.
액정표시장치는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절하여 화상을 표시하게 된다. 액티브 매트릭스(Active Matrix) 타입의 액정표시장치는 화소셀마다 스위칭소자가 형성되어 동영상을 표시하기에 유리하다. 스위칭소자로는 주로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 "TFT"라 함)가 이용되고 있다.
이러한 액정표시장치는 서로 교차하는 다수의 게이트 라인들과 다수의 데이터 라인들과, 상기 다수의 게이트 라인들과 데이터 라인들에 의해 정의된 화소영역마다 형성된 화소셀을 포함한다.
게이트 라인들은 게이트 드라이버로부터의 스캔펄스에 의해 구동되는데, 이의 내부에는 상기 스캔펄스의 레벨을 상기 박막트랜지스터의 턴-온 또는 턴-오프 전압으로 설정하기 위한 레벨 쉬프터를 포함한다.
이러한 레벨 쉬프터는 다수의 스위칭소자들을 구비하는 바, 특정 스위칭소자는 입력되는 스캔펄스를 안정적으로 출력시키기 위해 다이오드(Diode) 구조를 취하 고 있다. 그러나, 이러한 다이오드 구조의 스위칭소자에는 일정한 직류 전압이 계속해서 공급되기 때문에, 레벨 쉬프터의 전류소모가 증가하는 문제점이 있다.
또한, 이러한 전류 소모를 줄이기 위해 상기 직류 전압 외에 교류 형태의 클럭신호를 사용하는 경우가 있는데, 이와 같은 경우 상기 클럭신호를 전송하기 위한 클럭전송라인가 추가로 필요하기 때문에 레벨 쉬프터의 구조가 복잡해지고 면적이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 스캔펄스를 이용하여 노드를 플로팅상태로 만들어 부트스트랩핑을 유도함으로써, 전류소모를 방지함과 아울러 레벨 쉬프터의 구성을 간소화시킬 수 있는 게이트 드라이버를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 게이트 드라이버는, 차례로 스캔펄스들을 출력하는 쉬프트 레지스터; 상기 다수의 입력단자을 통해 상기 쉬프트 레지스터로부터의 스캔펄스들을 공급받고, 이들을 액정패널의 게이트 라인들을 구동시킬 수 있을 정도의 크기로 조절하고, 이 크기가 조절된 스캔펄스들을 다수의 출력단자들을 통해 상기 게이트 라인들에 공급하는 레벨 쉬프터를 포함하며; 상기 레벨 쉬프터는, 임의의 입력단자에 공급된 스캔펄스의 논리상태에 따라 턴-온/턴-오프가 제어되며, 턴-온시 상기 입력단자와 노드간을 접속시키는 제 1 스위칭소자; 상기 노드에 공급된 스캔펄스의 논리상태에 따라 턴-온/턴-오프가 제어되며, 턴-온시 임의의 출력단자와 고전압전송라인간을 접속시키는 제 2 스위칭소자; 상기 입력단자에 공급된 스캔펄스의 논리상태에 따라 턴-온/턴-오프되며, 턴-온시 상기 임의의 출력단자와 저전압전송라인간을 접속시키는 제 3 스위칭소자; 및, 상기 노드와 상기 임의의 출력단자간에 접속된 커패시터를 포함함을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따른 게이트 드라이버에는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 입력단자에 공급되는 스캔펄스를 이용하여 노드를 플로팅상태로 만들어 부트스트랩핑을 유도하기 때문에, 종래와 같이 스위칭소자의 다이오드 구조에 따라 발생되는 전류소모를 방지할 수 있다.
둘째, 종래와 같이 전류소모를 줄이기 별도의 클럭신호 및 이를 전송하기 위한 전송라인이 필요하지 않기 때문에 레벨 쉬프터의 소형화에도 유리하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 표시장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 화상을 표시하기 위한 액정패널(500)과, 상기 액정패널(500)에 데이터 신호를 공급하기 위한 데이터 드라이버(502)와, 상기 액정패널(500)에 스캔펄스들을 공급하기 위한 게이트 드라이버(501)를 포함한다.
여기서, 상기 액정패널(500)은, 일방향으로 배열된 다수의 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)과, 상기 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)에 수직교차하도록 배열된 다수의 데이터 라인들(DL1 내지 DLm)과, 상기 각 게이트 라인(GL1 내지 GLn)과 각 데이터 라인(DL1 내지 DLm)에 의해 정의된 각 화소영역마다 형성된 화소(PXL)들을 포함한다. 상기 각 화소(PXL)의 구성을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도면에 도시하지 않았지만, 각 화소(PXL)는 해당 게이트 라인으로부터의 스캔펄스를 공급받아 해당 데이터 라인으로부터의 데이터 신호를 스위칭하는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터로부터 스위칭된 데이터 신호를 공급받는 화소전 극과, 외부로부터의 공통전압을 공급받는 공통전극과, 상기 화소전극과 공통전극 사이에 형성되어 상기 데이터 전압과 공통전압간의 차전압(화소전압)에 따라 광투과율을 조절하는 액정셀을 포함한다.
도 2는 도 1의 게이트 드라이버의 구조를 나타낸 도면이다.
게이트 드라이버(501)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 스캔펄스들을 차례로 출력하는 쉬프트 레지스터(SR)와, 상기 쉬프트 레지스터(SR)로부터의 스캔펄스들(Vout1 내지 Voutn)의 크기를 조절하여 액정패널(200)의 게이트 라인들에 공급하는 레벨 쉬프터(LS)를 포함한다.
쉬프트 레지스터(SR) 및 레벨 쉬프터(LS)는 액정패널(500)에 내장될 수 있다. 즉, 상기 액정패널(500)은 화소(PXL)들이 형성된 표시부 및 이 표시부의 외곽에 형성된 비표시부를 포함하는 바, 상기 쉬프트 레지스터(SR) 및 레벨 쉬프터(LS)는 상기 액정패널(500)의 비표시부에 형성될 수 있다.
쉬프트 레지스터(SR)로부터 출력되는 스캔펄스(Vout1 내지 Voutn)는 게이트 라인에 인가하고자 하는 스캔펄스(Vout1` 내지 Voutn`)에 대하여 180도 반전된 위상을 갖는다.
레벨 쉬프터(LS)로부터 출력된 스캔펄스(Vout1` 내지 Voutn`)는 게이트 라인에 공급되어 게이트 라인에 접속된 박막트랜지스터를 턴-온 또는 턴-오프시키는 역할을 한다. 즉, 상기 레벨 쉬프터(LS)로부터의 스캔펄스(Vout1` 내지 Voutn`)는 상기 박막트랜지스터를 턴-온시키기 위한 게이트 고전압 및 상기 박막트랜지스터를 턴-오프시키기 위한 게이트 저전압으로 이루어진다. 상기 스캔펄스는 한 프레임 기 간 중 한 수평주기(1 Horizontal Time) 동안 게이트 고전압 상태로 유지되고, 상기 한 프레임 기간 중 상기 한 수평기간을 제외한 나머지 기간동안 게이트 저전압 상태로 유지된다.
레벨 쉬프터(LS)는 상기 쉬프트 레지스터(SR)로부터의 스캔펄스들(Vout1 내지 Voutn)을 공급받아 이들의 위상을 반전시키고, 또한 이들을 게이트 라인들을 구동시킬 수 있을 정도의 크기로 조절한다. 그리고, 이 위상 및 크기가 조절된 스캔펄스들(Vout1` 내지 Voutn`)을 게이트 라인들에 차례로 공급한다.
도 3은 도 2의 스캔펄스들 중 임의의 하나의 게이트 라인에 공급되는 스캔펄스의 변환과정을 설명하기 위한 도면으로서, 이 도 3에 도시된 바와 같이, 레벨 쉬프터(LS)는 쉬프트 레지스터(SR)로부터의 스캔펄스(Vout1)의 위상을 180도 반전시킴과 아울러, 상기 스캔펄스(Vout1)의 진폭을 변화시킨다. 이때, 상기 레벨 쉬프터(LS)로부터 출력된 스캔펄스(Vout1`)의 진폭은 쉬프터 레지스터(SR)로부터 출력된 스캔펄스(Vout1)의 진폭보다 더 크다.
상기 레벨 쉬프터(LS)로부터 출력된 스캔펄스(Vout1`)의 게이트 고전압은 고전위 전압(VDD)에 상응하는 레벨을 가지며, 상기 스캔펄스(Vout1`)의 게이트 저전압은 저전위 전압(VSS)에 상응하는 레벨을 갖는다.
상기 고전위 전압(VDD)은 고전압전송라인(도시되지 않음)을 통해 레벨 쉬프터(LS)에 공급되며, 상기 저전위 전압(VSS)은 저전압전송라인(도시되지 않음)을 통해 레벨 쉬프터(LS)에 공급된다.
도 4는 도 2의 레벨 쉬프터(LS)로부터 출력되는 스캔펄스들의 타이밍도를 나 타낸 도면으로서, 이 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 n 스캔펄스들(Vout1` 내지 Voutn`)은 제 1 스캔펄스(Vout1`)부터 제 n 스캔펄스(Voutn`)까지 순차적으로 출력되어 게이트 라인들에 공급된다.
도 5는 도 2의 레벨 쉬프터(LS)의 상세 구조를 나타낸 도면으로서, 정확히 도 5는 어느 하나의 게이트 라인에 접속된 레벨 쉬프터 회로를 나타낸 것이다. 즉, 상기 레벨 쉬프터(LS)는 게이트 라인들의 수에 대응되는 레벨 쉬프터 회로들을 포함하고 있으며, 도 5에 도시된 레벨 쉬프터 회로는 임의의 어느 하나의 게이트 라인에 접속된 레벨 쉬프터 회로를 나타낸 것이다. 설명의 편의상, 상기 하나의 레벨 쉬프터 회로를 레벨 쉬프터(LS)로 정의하기로 한다.
본 발명에 따른 레벨 쉬프터(LS)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 입력단자(IT), 출력단자(OT), 노드(n), 그리고 제 1 내지 제 3 스위칭소자(Tr1 내지 Tr3)들을 포함한다.
제 1 스위칭소자(Tr1)는 상기 입력단자(IT)에 공급된 스캔펄스의 논리상태에 따라 턴-온/턴-오프가 제어되며, 턴-온시 상기 입력단자(IT)와 노드(n)간을 접속시킨다. 이를 위해, 상기 제 1 스위칭소자(Tr1)의 게이트단자 및 드레인단자는 입력단자(IT)에 접속되며, 그리고 소스단자는 노드(n)에 접속된다.
제 2 스위칭소자(Tr2)는 노드(n)에 공급된 스캔펄스의 논리상태에 따라 턴-온/턴-오프가 제어되며, 턴-온시 출력단자(OT)와 고전압전송라인간을 접속시킨다. 이를 위해, 상기 제 2 스위칭소자(Tr2)의 게이트단자는 노드(n)에 접속되며, 드레인단자는 고전압전송라인에 접속되며, 그리고 소스단자는 출력단자(OT)에 접속된 다.
제 3 스위칭소자(Tr3)는 입력단자(IT)에 공급된 스캔펄스의 논리상태에 따라 턴-온/턴-오프되며, 턴-온시 상기 임의의 출력단자(OT)과 저전압전송라인간을 접속시킨다. 이를 위해, 상기 제 3 스위칭소자(Tr3)의 게이트단자는 입력단자(IT)에 접속되며, 드레인단자는 출력단자(OT)에 접속되며, 그리고 소스단자는 저전압전송라인에 접속된다.
커패시터(C)는 노드(n)와 출력단자(OT)간에 접속된다.
이와 같이 구성된 레벨 쉬프터(LS)의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 도 5의 레벨 쉬프터(LS)의 입력단자(IT)에 공급되는 스캔펄스의 타이밍도를 나타낸 도면이다.
먼저, 제 1 기간(T1) 동안의 동작을 설명하면 다음과 같다.
제 1 기간(T1)에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 하이전압을 갖는 스캔펄스(Vout1)가 입력단자(IT)에 공급된다. 그러면, 상기 입력단자(IT)에 게이트단자가 접속된 제 1 및 제 3 스위칭소자(Tr1 내지 Tr3)가 턴-온된다. 이에 따라, 스캔펄스(Vout1)의 하이전압이 상기 턴-온된 제 1 스위칭소자(Tr1)를 통해 노드(n)에 공급되고, 이 노드(n)에 게이트단자를 통해 접속된 제 2 스위칭소자(Tr2)도 턴-온된다. 한편, 저전위 전압(VSS)이 상기 턴-온된 제 3 스위칭소자(Tr3)를 통해 출력단자(OT)에 공급된다.
여기서, 상기 제 2 스위칭소자(Tr2)와 제 3 스위칭소자(Tr3)가 동시에 턴-온되므로, 상기 출력단자(OT)에는 제 2 스위칭소자(Tr2)로부터의 고전위 전압(VDD)과 상기 제 3 스위칭소자(Tr3)로부터의 저전위 전압(VSS)이 동시에 공급된다. 여기서, 상기 제 3 스위칭소자(Tr3)가 상기 제 2 스위칭소자(Tr2)보다 채널 면적이 더 크므로, 상기 출력단자(OT)의 전압 상태는 상기 제 3 스위칭소자(Tr3)로부터의 출력에 더 영향을 받는다. 따라서, 이 제 1 기간(T1)에 상기 출력단자(OT)는 저전위 전압(VSS)으로 유지된다. 결국, 이 제 1 기간(T1) 동안 레벨 쉬프터(LS)로부터는, 도 4에 도시된 바와 같이, 저전위 전압(VSS)을 갖는 스캔펄스(Vout1′)가 출력된다.
이때, 커패시터(C)에는 상기 노드(n)에 공급된 전압과 상기 출력단자(OT)에 공급된 전압간의 차전압(HV-VSS)이 저장된다.
이어서, 제 2 기간(T2)동안의 동작을 설명하면 다음과 같다.
제 2 기간(T2)에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 로우전압을 갖는 스캔펄스(Vout1)가 입력단자(IT)에 공급된다. 그러면, 상기 입력단자(IT)에 게이트단자가 접속된 제 1 및 제 3 스위칭소자(Tr1, Tr3)가 턴-오프된다. 상기 제 1 스위칭소자(Tr1)가 턴-오프됨에 따라 노드(n)는 플로팅(floating) 상태가 되어, 제 1 기간(T1)에 공급되었던 스캔펄스(Vout1)의 하이전압이 상기 노드(n)에 유지된다. 이에 따라, 이 제 2 기간(T2)에 상기 노드(n)에 게이트단자를 통해 접속된 제 2 스위칭소자(Tr2)는 턴-온 상태를 유지한다.
이 턴-온 상태의 제 2 스위칭소자(Tr2)를 통해 고전위 전압(VDD)이 출력단자(OT)에 공급된다. 이 제 2 기간(T2)에 제 3 스위칭소자(Tr3)는 턴-오프 상태이므로, 상기 출력단자(OT)의 전압은 상기 제 2 스위칭소자(Tr2)로부터의 고전위 전압(VDD)으로 변환된다. 이때, 커패시터(C)의 일측단자인 출력단자(OT)의 전압이 저 전위 전압(VSS)에서 고전위 전압(VDD)으로 순간적으로 상승됨에 따라, 상기 커패시터(C)의 타측단자인 노드(n)의 전압이 상기 커패시터(C)의 특성(커패시터(C)의 양단 전압은 순간적으로 변화하지 못함)에 의해 순간적으로 증폭(부트스트랩핑:bootstraping)된다. 즉, 상기 출력단자(OT)의 전압이 고전위 전압(VDD)으로 상승함에 따라, 상기 노드(n)의 전압이 “VDD+(HV-VSS)"에 해당하는 전압으로 상승된다. 그러면, 상기 제 2 스위칭소자(Tr2)의 문턱전압을 무시할 수 있을 만큼 상기 제 2 스위칭소자(Tr2)가 거의 완전하게 턴-온 상태를 유지한다. 이에 따라, 상기 제 2 스위칭소자(Tr2)로부터 출력되는 고전위 전압(VDD)은 거의 감소없이 출력단자(OT)에 공급된다. 따라서, 이 제 2 기간(T2)에 상기 출력단자(OT)는 고전위 전압(VDD)으로 유지된다. 결국, 이 제 2 기간(T2) 동안 레벨 쉬프터(LS)로부터는, 도 4에 도시된 바와 같이, 고전위 전압(VDD)을 갖는 스캔펄스(Vout1′)가 출력된다.
한편, 제 3 기간(T3)부터는 상기 스캔펄스(Vout1)가 다시 하이전압으로 변경됨에 따라, 상기 레벨 쉬프터(LS)로부터는 제 1 기간(T1)에서와 같이 저전위 전압(VSS)을 갖는 스캔펄스(Vout1′)가 출력된다.
이와 같이 레벨 쉬프터(LS)로부터 출력된 스캔펄스는 게이트 라인에 공급되어 이 게이트 라인에 접속된 박막트랜지스터의 턴-온/오프를 제어한다.
본 발명에 따르면, 입력단자(IT)에 공급되는 스캔펄스를 이용하여 노드(n)를 플로팅상태로 만들어 부트스트랩핑을 유도하기 때문에, 종래와 같이 스위칭소자의 다이오드 구조에 따라 발생되는 전류소모를 방지할 수 있으며, 또한 종래와 같이 전류소모를 줄이기 별도의 클럭신호 및 이를 전송하기 위한 전송라인이 필요하지 않기 때문에 레벨 쉬프터(LS)의 소형화에도 유리하다.
본 발명에 따른 레벨 쉬프터(LS)는 액정표시장치 이외에도 각종 표시장치, 예를 들면 OLED(Organic Light Emitting Diode)를 사용한 발광표시장치 등에 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면
도 2는 도 1의 게이트 드라이버의 구조를 나타낸 도면
도 3은 도 2의 스캔펄스들 중 임의의 하나의 게이트 라인에 공급되는 스캔펄스의 변환과정을 설명하기 위한 도면
도 4는 도 2의 레벨 쉬프터로부터 출력되는 스캔펄스들의 타이밍도를 나타낸 도면
도 5는 도 2의 레벨 쉬프터의 상세 구조를 나타낸 도면
도 6은 도 5의 레벨 쉬프터의 입력단자에 공급되는 스캔펄스의 타이밍도를 나타낸 도면

Claims (3)

  1. 차례로 스캔펄스들을 출력하는 쉬프트 레지스터;
    상기 다수의 입력단자을 통해 상기 쉬프트 레지스터로부터의 스캔펄스들을 공급받고, 이들을 액정패널의 게이트 라인들을 구동시킬 수 있을 정도의 크기로 조절하고, 이 크기가 조절된 스캔펄스들을 다수의 출력단자들을 통해 상기 게이트 라인들에 공급하는 레벨 쉬프터를 포함하며;
    상기 레벨 쉬프터는,
    임의의 입력단자에 공급된 스캔펄스의 논리상태에 따라 턴-온/턴-오프가 제어되며, 턴-온시 상기 입력단자와 노드간을 접속시키는 제 1 스위칭소자;
    상기 노드에 공급된 스캔펄스의 논리상태에 따라 턴-온/턴-오프가 제어되며, 턴-온시 임의의 출력단자와 고전압전송라인간을 접속시키는 제 2 스위칭소자;
    상기 입력단자에 공급된 스캔펄스의 논리상태에 따라 턴-온/턴-오프되며, 턴-온시 상기 임의의 출력단자와 저전압전송라인간을 접속시키는 제 3 스위칭소자; 및,
    상기 노드와 상기 임의의 출력단자간에 접속된 커패시터를 포함함을 특징으로 하는 게이트 드라이버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전압전송라인은 고전위 전압을 전송하며, 상기 저전압전송라인은 상 기 고전위 전압보다 작은 저전위 전압을 전송함을 특징으로 하는 게이트 드라이버.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고전위 전압은 정극성의 레벨을 갖는 전압이고, 상기 저전위 전압은 부극성의 레벨을 갖는 전압인 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150107937A (ko) * 2014-03-13 2015-09-24 삼성디스플레이 주식회사 게이트 드라이버 및 이를 포함하는 표시 장치
WO2017063234A1 (zh) * 2015-10-14 2017-04-20 深圳市华星光电技术有限公司 阵列栅极驱动器电路、显示面板及显示装置

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