KR20110119129A - 신호 전송 장치 및 이를 갖는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 다수의 데이터 라인이 구비되고, 영상이 표시되는 표시부와, 상기 다수의 데이터 라인에 전기적으로 연결되어, 데이터 신호를 상기 다수의 데이터 라인으로 출력하는 데이터 구동부와, 외부로부터 입력된 영상 신호를 변환하고 차동신호 방식을 이용하여 상기 데이터 구동부로 전송하는 제어부와, 상기 제어부에서 전송되는 차동신호를 필터링하는 필터부를 포함하여 신호의 손실 및 왜곡없이 영상 신호를 전송할 수 있다.

Description

신호 전송 장치 및 이를 갖는 표시 장치{SIGNAL TANSMISSION DEVICE AND DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 신호 전송 장치 및 이를 갖는 표시 장치에 관한 것으로, 영상 신호를 차동 구동방식으로 전송하는 데 있어서, 고역 통과 필터를 적용하고 임피던스를 매칭하는 신호 전송 장치 및 이를 갖는 표시 장치에 관한 발명이다.
통상의 액정 표시 장치(LCD, Liquid Crystal Display)는 공통 전극과 색 필터 어레이 등이 구비되어 있는 상부기판과 복수의 박막 트랜지스터(TFT, Thin Film Transistor)와 복수의 화소 전극이 구비되어 있는 하부기판을 포함한다. 상부 기판 및 하부기판에는 배향막이 도포되어 있고, 배향막 사이에는 액정층이 삽입되어 있다.
화소 전극과 공통 전극에 전압을 인가하면 두 전극 사이에 전위차가 발생하고, 이에 따라 전기장이 생성되며, 이 전기장을 조절함으로써 액정층의 액정 분자들의 배열을 바꾼다. 액정 분자들의 배열이 변화하면, 액정층을 통과하는 빛의 투과율이 바뀌므로 원하는 영상을 얻을 수 있다.
표시 장치에서 데이터를 전송할 때 많은 수의 전송선이 요구되며, 이러한 전송선에서 많은 양의 전자기 간섭(Electromagnetic interference, EMI)이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 저전압 차동 신호(Low Voltage Differential Signaling, LVDS), 감소 스윙 차동 신호(Reduced Swing Differential Signaling, RSDS) 또는 어드밴스 인트라 패널 인터페이스(Advanced Intra-Panel Interface, AiPi) 방식 등의 차동 구동 방식이 도입되었다.
상기 차동 구동 방식은 극성이 상이한 양극성 신호와 음극성 신호가 각각 전달되는 두 도선 양단의 전압차를 이용하여 데이터를 인식하는 방법으로, 두 도선 양단의 전압차가 낮아도 데이터가 쉽게 인식될 수 있다. 그리고 차동 구동 방식에서는 양극성 및 음극성 신호의 전자기파의 소거(Cancellation)에 의해 전자기 간섭이 최소화될 수 있으며, 양극성 및 음극성 신호에 노이즈가 발생하더라도 두 신호의 차이로 데이터를 인식하므로 데이터 손실이 발생하지 않는다.
종래에는 양극성 및 음극성 신호의 전압차를 인식하기 위하여 차동 신호 증폭회로의 외부 입력단에 종단 저항(Termination resistor)을 두었다. 일반적으로 도체를 통과하는 전하(Charge)들은 주파수가 상승함에 따라 도체의 표면으로 모여서 이동하게 된다. 이로 인하여, 전기가 흐르는 단면적이 감소됨에 따라 저항이 커지므로 감쇄 현상이 발생한다. 상기 감쇄 현상을 '표면 효과(Skin Effect)"라 부른다. 상기 '표면 효과(Skin Effect)'에 의하여 전송 라인은 저역 통과(Low pass) 필터의 형태로 동작한다. 그러므로 고주파 성분은 감쇄되어 수신단에서 신호를 수신할 경우에 신호 왜곡이 발생한다. 상기 신호의 왜곡으로 인하여 인접한 데이터들이 영향을 준다.
그러므로 본 발명은 신호의 왜곡이나 데이터의 손실 없이 데이터를 전송할 수 있는 신호 전송 장치 및 이를 갖는 표시 장치를 제공한다.
이러한 목적을 이루기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 다수의 데이터 라인이 구비되고, 영상이 표시되는 표시부와, 상기 다수의 데이터 라인에 전기적으로 연결되어, 데이터 신호를 상기 다수의 데이터 라인으로 출력하는 데이터 구동부와, 외부로부터 입력된 영상 신호를 변환하고 차동신호 방식을 이용하여 상기 데이터 구동부로 전송하는 제어부와, 상기 제어부에서 전송되는 차동신호를 필터링하는 필터부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치는 제어부, 데이터 구동부, 표시부, 및 필터부를 포함한다.
상기 제어부는 외부로부터 신호를 받아 영상신호를 출력한다. 상기 데이터 구동부는 상기 영상신호에 응답하여 데이터 신호를 출력한다. 상기 표시부는 상기 데이터 신호를 받아 영상을 표시한다. 상기 필터부는 상기 제어부와 상기 데이터 구동부 사이에 구비되어 상기 영상신호를 필터링한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 신호 전송 장치는 제어부, 데이터 구동부, 및 필터부를 포함한다.
상기 제어부는 외부로부터 신호를 받아 영상신호를 출력한다. 상기 데이터 구동부는 상기 영상신호를 수신한다. 상기 필터부는 상기 제어부와 상기 데이터 구동부 사이에 구비되어 상기 영상신호를 필터링한다.
본 발명에 따르면, 저역 통과 특성을 나타내는 전송 라인에 고역 통과(high pass) 특성을 나타내는 상기 필터부를 연결함으로써 신호의 손실 및 왜곡 없이 영상 신호를 전송할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 필터부의 일 실시예에 따른 회로도이다.
도 3은 도 2의 서브 필터부의 주파수에 따른 전달전압비를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 2의 서브 필터부의 주파수에 따른 입력 임피던스를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 나타내는 블록도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 표시 장치(10)는 표시부(100), 제어부(120), 데이터 구동부(110), 필터부(130), 및 게이트 구동부(140)를 포함한다.
상기 제어부(120)는 외부 장치(미도시)로부터 영상신호(RGB)을 입력받는다. 상기 제어부(120)는 상기 데이터 구동부(110)와의 인터페이스 사양에 맞도록 상기 외부 장치로부터 제공되는 상기 영상신호(RGB)의 데이터 포맷을 변환하고, 변환된 영상신호(RGB), 즉 데이터 제어신호(DCS)를 차동신호 방식을 이용하여 상기 데이터 구동부(110)로 전송한다.
이때, 차동신호 방식으로 저전압 차동 신호(Low Voltage Differential Signaling, LVDS), 감소 스윙 차동 신호(Reduced Swing Differential Signaling, RSDS) 또는 어드밴스 인트라 패널 인터페이스(Advanced Intra-Panel Interface, AiPi) 방식 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제어부(120)는 게이트 제어신호(GCS)를 상기 게이트 구동부(140)로 전송한다.
도 1을 참고하면, 차동신호 방식으로 데이터 제어신호를 전송하기 위한 한 쌍의 신호 라인을 상기 제어부(120)와 상기 데이터 구동부(110) 사이에 예로써 도시하였으나, 상기 제어부(120)와 상기 데이터 구동부(110) 사이에 연결되는 신호 라인의 수는 표시패널의 크기 및 해상도에 따라 다를 수 있다. 구체적으로, 차동신호 방식으로 데이터 제어신호를 전송하기 위해 한 쌍의 신호 라인이 상기 데이터 구동부(110)에 포함된 각 구동 집적회로(IC)(미도시)에 연결될 수 있다.
상기 표시부(100)는 복수의 게이트 라인(GL1~GLn), 상기 게이트 라인들(GL1~GLn)과 교차하는 복수의 데이터 라인(DL1~DLm), 및 복수의 화소를 포함한다.
상기 화소들은 동일한 구성 및 기능을 가지므로, 설명의 편의를 위하여 도 1에는 하나의 화소를 예로써 도시하였다. 각 화소는 대응하는 게이트 라인 및 데이터 라인에 게이트 전극 및 소오스 전극이 각각 연결되는 박막 트랜지스터(Tr), 상기 박막 트랜지스터(Tr)의 드레인 전극에 연결되는 액정 커패시터(CLC) 및 스토리지 커패시터(CST)를 포함한다.
상기 게이트 라인들(GL1-GLn) 중에서 선택된 게이트 라인에 해당 게이트 신호가 인가되면, 상기 선택된 게이트 라인에 연결된 박막 트랜지스터(Tr)는 상기 해당 게이트 신호에 응답하여 턴-온 된다. 상기 턴-온된 박막 트랜지스터(Tr)에 연결된 데이터 라인으로 인가된 데이터 신호는 상기 턴-온된 박막 트랜지스터(Tr)를 거쳐 상기 액정 커패시터(CLC)와 상기 스토리지 커패시터(CST)에 충전된다.
상기 액정 커패시터(CLC)는 충전된 전압에 따라 액정의 광 투과율을 조절한다. 상기 스토리지 커패시터(CST)는 상기 박막 트랜지스터(Tr)의 턴-온시 데이터 신호를 축적하고, 상기 박막 트랜지스터(Tr)의 턴-오프시 축적된 데이터 신호를 상기 액정 커패시터(CLC)에 인가하여 상기 액정 커패시터(CLC)의 충전을 유지시킨다. 이러한 방식을 통해서 상기 표시부(100)는 영상을 표시할 수 있다.
상기 게이트 구동부(140)는 상기 제어부(120)로부터 제공되는 게이트 제어신호(GCS)에 응답해서 상기 표시부(100)의 상기 게이트 라인들(GL1~GLn)에 순차적으로 게이트 신호를 인가하여 상기 게이트 라인들(GL1~GLn)을 순차적으로 스캐닝한다.
상기 데이터 구동부(110)는 감마 전압 발생부(미도시)로부터 제공된 감마 전압들을 이용하여 다수의 계조 전압들을 생성한다. 상기 데이터 구동부(110)는 상기 제어부(120)로부터 제공되는 상기 데이터 제어신호(DCS)에 응답해서 상기 생성된 계조 전압들 중 상기 영상신호들(RGB)에 대응되는 계조 전압들을 선택하고, 선택된 계조 전압들을 데이터 신호로써 상기 표시부(100)의 상기 데이터 라인들(DL1~DLm)에 인가한다. 도 1에 도시되지 않았지만, 상기 데이터 구동부(110)는 복수의 드라이버 IC(Integrated Circuit)을 포함할 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 표시 장치(10)는 상기 표시부(100)에 인접하게 배치되어 상기 표시부(100)로 광을 공급하는 백라이트 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 필터부(130)는 상기 제어부(120)에서 상기 데이터 구동부(110)로 차동신호 방식으로 전송되는 상기 데이터 제어신호(DCS)를 필터링한다. 상기 필터부(130)는 고역 통과 필터를 포함한다. 근래에는 영상의 품질 향상을 위하여 높은 구동 주파수를 갖는 표시 장치가 증가하고 있으므로, 상기 제어부(120)에서 상기 데이터 구동부(110)로 전송되는 상기 데이터 제어신호(DCS) 역시 높은 주파수로 전송된다. 높은 주파수로 인하여, 상기 제어부(120)에서 전송되는 상기 데이터 제어신호(DCS)는 저역 통과 필터를 통과한 형태의 신호로 상기 데이터 구동부(110)에 입력된다. 그러므로 고역 통과 필터의 기능을 갖는 상기 필터부(130)로 상기 제어부(120)의 차동신호 방식의 상기 데이터 제어신호(DCS)를 필터링 함으로써 높은 주파수로 인한 신호의 왜곡을 보상한다.
도 2는 도 1의 필터부(130)의 일 실시예에 따른 회로도이다. 상기 필터부(130)는 복수의 서브 필터부(131)를 포함하고, 상기 데이터 제어신호(DCS)를 차동신호 방식으로 전송하기 위해, 상기 데이터 구동부(110)의 하나의 드라이버 IC(111)의 서로 다른 두 단자에 2개의 서브 필터부가 연결된 것을 도 2에 예로써 도시하였다.
도 2를 참고하면, 상기 제어부(120)와 상기 데이터 구동부(110)의 각 드라이버 IC(111)는 차동신호 방식을 이용하기 위한 한 쌍의 신호 라인으로 연결되고, 상기 한 쌍의 신호 라인에 상기 데이터 제어신호(DCS)에 대응하는 양극성과 음극성인 한 쌍의 데이터 신호(DCS_P, DSC_N)가 인가된다.
상기 서브 필터부(131)는 수동소자를 포함하여 구성된다. 즉, 상기 서브 필터부(131)를 구성하는 수동소자는 저항, 커패시터, 및 인덕터를 포함한다. 도 2에 도시된 서브 필터부(131)는 고역 통과 필터의 일 예로써 도시한 것이며, 실시 형태에 따른 상기 서브 필터부(131)는 저항, 커패시터, 및 인덕터를 포함한 수동소자와 능동소자의 조합으로 다르게 구성될 수 있다.
도 2를 참고하면, 상기 서브 필터부(131)는 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3), 커패시터(C) 및 인덕터(L)를 포함한다. 구체적으로, 상기 서브 필터부(131)는 접지와 전송라인의 제1 노드(N1) 사이에 형성된 제1 저항(R1), 상기 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 형성된 제2 저항(R2), 상기 제2 저항(R2)과 병렬로 연결되며 상호간에 직렬로 연결된 커패시터(C)와 인덕터(L), 상기 제2 노드(N2)와 접지사이에 형성된 제3 저항(R3)을 포함한다.
상기 제1 노드(N1)를 상기 서브 필터부(131)의 입력단으로 하고, 상기 제2 노드(N2)를 상기 서브 필터부(131)의 출력단으로 할 때 상기 서브 필터부(131)의 입력 전압(Vin)에 대한 출력 전압(Vout)의 비를 나타내는 전압전달비의 전달함수(H)는 하기 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
구체적으로, 도 2에 따른 상기 서브 필터부(131)의 상기 전달함수(H)를 복소 주파수(s)로 표현하면 하기 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
상기 전달함수(H)의 주파수 응답 특성을 확인하기 위하여, s=jw(w=2πf)를 대입하여 주파수 응답 특성을 확인하면, w=0인 DC상태 및 w->∞인 상태에서 상기 전달함수(H)는 하기 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
상기 두 경우를 제외한 나머지 주파수들에 대한 상기 전달함수(H)의 값은 R3/(R2+R3)보다 작다.
도 3은 도 2의 서브 필터부(131)의 주파수에 따른 전달전압비(transfer voltage ratio)를 나타내는 그래프이고, 도 4는 도 2의 서브 필터부(131)의 주파수에 따른 입력 임피던스를 나타내는 그래프이다.
도 3에서 가로축은 로그 스케일(LOG scale)의 주파수(GHz)를 나타내고, 세로축은 데시벨(dB) 값을 나타낸다. 또한 도 4에서 가로축은 로그 스케일(LOG scale)의 주파수(GHz)를 나타내고, 세로축은 임피던스(Ω)를 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 서브 필터부(131)의 입력단에 입력되는 신호의 주파수가 증가함에 따라 전달전압비를 나타내는 상기 전달함수(H)의 값도 커진다. 도 3에서, 상기 서브 필터부(131)는 3GHz까지 고역 통과 필터의 특성을 나타내는 것을 볼 수 있다.
한편, 상기 제어부(120)에서 상기 데이터 구동부(110)로 차동신호를 이용하여 상기 데이터 제어신호(DCS)가 전송되는데 있어서, 신호의 반사를 감소시키기 위하여 임피던스 매칭(Impedance Matching)을 유지시켜야 한다.
본 발명에서는 상기 서브 필터부(131)의 입력 단자, 즉 상기 제1 노드(N1)에서 바라 본 상기 서브 필터부(131)의 입력 임피던스(Z) 값이 전송되는 신호의 주파수 스펙트럼(Spectrum)에서 약 50Ω이면 최적으로 유지된다.
본 실시예에서의 상기 입력 임피던스(Z)는 하기 수학식 4와 같다.
Figure pat00004
이때 s=jw를 대입하여, 주파수에 따른 상기 입력 임피던스(Z)의 특성을 확인하면, w=0인 DC상태와 w->∞인 고주파 상태에서 수렴되는 상기 입력 임피던스(Z) 값은 하기 수학식 5와 같다.
Figure pat00005
수렴되는 상기 입력 임피던스(Z)의 값을 50Ω으로 하여 연산하면, 상기 제1 저항(R1), 상기 제2 저항(R2), 상기 제3 저항(R3), 상기 커패시터(C), 및 상기 인덕터(L)이 각각 R1=55Ω, R2=190Ω, R3=360Ω, C=5pF, L=1.2nH일 때, 상기 데이터 제어신호(DCS)가 전송되는 주파수, 예를 들어 약 1GHz 내지 약 3GHz에서 상기 입력 임피던스(Z)의 값을 약 50Ω으로 적절하게 유지시킬 수 있다.
도 3 및 도 4에서는 상기 제1 저항(R1), 상기 제2 저항(R2), 상기 제3 저항(R3), 상기 커패시터(C) 및 상기 인덕터(L)이 상기 값들일 때, 주파수에 따른 상기 전달함수(H) 및 상기 입력 임피던스(Z)를 도시한 것이나, 상기 제1 저항(R1), 상기 제2 저항(R2), 상기 제3 저항(R3), 상기 커패시터(C) 및 상기 인덕터(L)의 값들은 상기 입력 임피던스(Z)가 약 50Ω이 되는 다른 값으로 변경될 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.
10: 표시장치 100: 표시부
110: 데이터 구동부 120: 제어부
130: 필터부 140: 게이트 구동부

Claims (20)

  1. 다수의 데이터 라인이 구비되고, 영상이 표시되는 표시부;
    상기 다수의 데이터 라인에 전기적으로 연결되어, 데이터 신호를 상기 다수의 데이터 라인으로 출력하는 데이터 구동부;
    외부로부터 입력된 영상 신호를 변환하고 차동신호 방식을 이용하여 상기 데이터 구동부로 전송하는 제어부; 및
    상기 제어부에서 전송되는 차동신호를 필터링하는 필터부를 포함하는 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차동신호 방식은 저전압 차동 신호 방식, 감소 스윙 차동 신호 방식 또는 어드밴스 인트라 패널 인터페이스 방식인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 필터부는 고역 통과 필터로 작용하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 필터부는 저항, 커패시터 및 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 필터부는 임피던스 매칭되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 필터부는 접지와 전송라인의 제1 노드 사이에 형성된 제1 저항, 상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 형성된 제2 저항, 상기 제2 저항과 병렬로 연결되며 상호간에 직렬로 연결된 커패시터와 인덕터, 상기 제2 노드와 접지사이에 형성된 제3 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  7. 외부로부터 신호를 받아 영상신호를 출력하는 제어부;
    상기 영상신호에 응답하여 데이터 신호를 출력하는 데이터 구동부;
    상기 데이터 신호를 받아 영상을 표시하는 표시부; 및
    상기 제어부와 상기 데이터 구동부 사이에 구비되어 상기 영상신호를 필터링하는 필터부를 포함하는 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는 상기 데이터 구동부로 상기 영상신호를 차동신호 방식으로 전송하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 데이터 구동부는 복수의 드라이버 IC를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 필터부는 복수의 서브 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서, 각 드라이버 IC의 서로 다른 두 입력 단자에 2개의 서브 필터부가 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서, 각 서브 필터부는 상기 영상신호가 전송되는 주파수와 동일한 주파수에서 입력 임피던스가 약 50Ω인 고역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  13. 제10항에 있어서, 각 서브 필터부는:
    입력단과 접지 사이에 구비된 제1 저항;
    상기 입력단과 출력단 사이에 구비된 제2 저항;
    상기 출력단과 접지 사이에 구비된 제3 저항; 및
    상기 제2 저항과 병렬로 구비되고 상기 입력단과 상기 출력단 사이에서 직렬로 연결된 커패시터와 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  14. 외부로부터 신호를 받아 영상신호를 출력하는 제어부;
    상기 영상신호를 수신하는 데이터 구동부;
    상기 제어부와 상기 데이터 구동부 사이에 구비되어 상기 영상신호를 필터링하는 필터부를 포함하는 신호 전송 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제어부는 상기 데이터 구동부로 상기 영상신호를 차동신호 방식으로 전송하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 데이터 구동부는 복수의 드라이버 IC를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 필터부는 복수의 서브 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 장치.
  18. 제17항에 있어서, 각 드라이버 IC의 서로 다른 두 입력 단자에 2개의 서브 필터부가 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 장치.
  19. 제18항에 있어서, 각 서브 필터부는 상기 영상신호가 전송되는 주파수와 동일한 주파수에서 입력 임피던스가 약 50Ω인 고역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 신호 전송 장치.
  20. 제17항에 있어서, 각 서브 필터부는:
    입력단과 접지 사이에 구비된 제1 저항;
    상기 입력단과 출력단 사이에 구비된 제2 저항;
    상기 출력단과 접지 사이에 구비된 제3 저항; 및
    상기 제2 저항과 병렬로 구비되고 상기 입력단과 상기 출력단 사이에서 직렬로 연결된 커패시터와 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 장치.
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