KR20140131798A - 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 터치형 액정표시장치 - Google Patents

게이트 구동회로 및 이를 포함하는 터치형 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터치형 액정표시장치를 공개한다. 보다 상세하게는, 본 발명은 터치전극을 내장하고 시분할 구동을 통해 화상표시와 터치감지를 하나의 표시패널로 구현한 액정표시장치에서 구동 신뢰성을 개선한 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 터치형 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 출력중지구간에서 게이트 구동회로의 Q노드 전압레벨을 일정시간 지속시키는 유지회로를 더 구비함으로서 게이트 구동회로 및 터치형 액정표시장치의 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

게이트 구동회로 및 이를 포함하는 터치형 액정표시장치{GATE DRIVING CIRCUIT AND TOUCH TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 터치형 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 터치전극을 내장하고 시분할 구동을 통해 화상표시와 터치감지를 하나의 표시패널로 구현한 액정표시장치의 구동 신뢰성을 개선한 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 터치형 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 모바일 기기 등에 널리 이용되는 액정표시장치에는 화면상에 표시된 소정의 객체 또는 영역을 선택하기 위해서 키보드, 리모트 콘트롤 장치 등의 통상의 인터페이스 장치를 이용하는 방식 뿐만 아니라, 손가락 또는 스타일러스 펜(stylus pen)등으로 직접 화면의 영역을 선택하여 입력하는 터치 방식이 적용되고 있다.
터치형 액정표시장치의 구현방식으로는, 표시패널과 별도로 터치감지를 위한 터치패널을 구비하여 표시패널상에 부착하는 구조, 또는 표시패널의 기판상에 터치전극 및 배선을 형성하여 하나의 패널로 구현하는 인-셀(in-cell)구조 등이 있으며, 특히 인-셀 구조가 적용된 터치형 액정표시장치는 민감한 터치감과 제조공정의 단순화 등의 이유로 각광 받고 있다.
도 1은 종래의 인-셀 구조가 적용된 터치형 액정표시장치의 전극구조를 나타내는 도면이다.
도 1은 참조하면, 종래의 표시패널에 형성되는 터치센서는 서로 교차하여 형성되는 다수의 트랜스미터전극(Tx) 및 다수의 리시버전극(Rx)을 포함한다.
도시된 전극구조는 정전용량 방식으로서, 표시패널을 액정으로 구성하고, 표시패널에 형성된 공통전극을 수평 방향으로 패터닝하여 트랜스미터전극들(T1~Tn)을 형성함과 아울러 점핑배선을 통해 서로 전기적으로 연결하고, 공통전극을 수평 방향에 직교하는 수직 방향으로 패터닝하여 리시버전극들(R1~Rm)을 형성한 후, 트랜스미터전극(Tx)과 리시버전극(Rx) 사이의 상호 용량(mutual capacitance)의 변화량을 감지하는 구조이다.
여기서, 공통전극은 표시패널에 정의된 화소에서 화소전극과 대응하는 것으로, 터치에 의해 상호 용량에 변화가 발생하면, 화상을 표시하기 위한 게이트 구동신호 및 데이터 전압 등에 영향을 주게 된다.
도 2는 종래의 인-셀 터치구조 액정표시장치의 구동방식을 나타낸 도면으로서, 초창기에는 1 프레임 기간을 화상을 표시하는 디스플레이구간(display time, D) 및 터치를 감지하는 터치센싱구간(touch sensing time, T)으로 시분할하여 구동하는 방식(a)이 적용되었다.
그러나, 전술한 방식(a)은 1 프레임 기간의 일 구간에서만 터치감지가 수행됨에 따라 감도가 낮아 감지결과가 정확하지 않다는 한계가 있으며, 이를 보완하는 것으로 디스플레이구간(D)과 터치센싱구간(T)을 1 프레임 동안 반복적으로 교번하여 구동하는 방식이 제안되었다(b).
이러한 b방식(b)에서는 디스플레이구간(D)과 터치센싱구간(T)이 종래보다 짧은 주기로 반복됨에 따라 감도는 개선되나, 터치센싱구간(T)에서 게이트 구동신호의 출력을 잠시 중단하였다가 디스플레이구간(D)에서 다시 게이트 구동신호를 출력하는 방식으로 설정되어야 한다.
도 3은 일반적인 액정표시장치 및 도 2의 b 방식의 액정표시장치에서 게이트 구동신호의 출력파형을 비교하여 나타낸 것으로서, 일반적인 액정표시장치에서의 게이트 구동신호는 1 수평기간씩 순차적이고 연속적으로 출력되는 반면(a), 디스플레이구간(D)과 터치센싱구간(T)이 교번하는 액정표시장치에서는 게이트 구동신호가 터치센싱구간(T)에 대응하여 중지되어 불연속적인 파형을 갖게 된다(b).
그런데, 게이트 구동회로의 구조상 게이트 구동신호가 불연속적으로 출력되면, 그 사이의 중지구간 동안 누설전류(leakage current)에 의해 Q노드의 전위가 낮아져 게이트 구동신호가 정상적으로 출력되지 않는 문제가 발생하게 된다.
도 4는 종래의 게이트 구동회로의 구조를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도 4를 참조하면, 종래의 게이트 구동회로는 게이트 스타트 신호(VST) 또는 이전단의 게이트 구동신호에 대응하여 풀업(pull-up) 및 풀다운(pull-down) 트랜지스터(TPU, TPD)를 각각 턴온하는 복수의 플립플롭(1,2)로 표현될 수 있다. 풀업 및 풀다운 트랜지스터(TPU, TPD)는 각각 플립플롭(1,2)의 Q노드(Q) 및 Qb노드(Qb)에 연결되며, 각 노드에 인가된 전압에 의해 게이트 구동신호(VG1, VG2)를 순차적으로 출력하게 된다.
여기서, 제2 게이트 구동신호(VG2)와 제3 게이트 구동신호(VG3) 사이에 출력중지구간이 설정된 경우의 게이트 구동회로의 구동을 설명하면, 먼저 제1 플립플롭(1)은 하이레벨의 게이트 스타트 신호(VST)를 인가받아 Q노드(Q)에 하이레벨의 전압이 충전되고, 다음으로 클록신호(CLK)가 하이레벨로 천이됨에 따라 부트스트래핑(bootstrapping)되어 Q노드(Q)가 더 높은 고전압으로 충전되어 풀업 트랜지스터(TPU)을 완전히 턴-온함으로서, 게이트 구동회로는 하이레벨의 제1 게이트 구동신호(VG1)를 출력하게 된다.
이때, 제1 게이트 구동신호(VG1)는 제2 플립플롭(2)의 게이트 스타트 신호로서 입력되어 제2 플립플롭(2)의 Q노드(Q)에는 하이레벨의 전압이 미리 충전된다.
이어서, 1 수평기간(1H)이 경과되면 제1 플립플롭(1)의 Qb노드(Qb) 전압이 하이레벨로 천이됨에 따라 제1 게이트 구동신호(VG1)는 로우레벨이 되고, 제2 게이트 구동신호(VG2)는 하이레벨로 출력된다. 이에 따라, 제3 플립플롭(3)에 게이트 스타트 신호가 입력되어 제3 플립플롭(3)의 Q노드(Q)에 하이레벨의 전압이 충전되게 된다.
그러나, 제2 게이트 구동신호(VG2)와 제3 게이트 구동신호(VG3) 사이에는 터치감지를 위한 출력중지구간이 존재하며, 따라서 1 수평기간(1H)이 경과되어도 제3 플립플롭(3)과 연결된 풀업 트랜지스터(TPU)에는 하이레벨의 클록신호(CLK)가 인가되지 않으며, 출력중지구간이 종료되는 시점에서 다시 게이트 구동회로의 동작이 재개되게 된다.
이때, 하이레벨의 제2 게이트 구동신호(VG2)가 출력되고 1 수평기간(1H)이 경과한 시점에서 제3 게이트 구동신호(VG3)가 하이레벨로 출력되는 시점까지 모든 게이트 구동신호(VG1 ~ VG3)는 로우레벨로 출력되며, 따라서 제3 플립플롭(3)의 Q노드(Q)은 하이레벨로 충전된 상태에서 이후 클록신호(CLK)에 대응하여 부트스트래핑되어 풀업 트랜지스터(TPU)를 턴온하게 되는데, 그 동안 Q노드(Q)에 충전된 전압이 누설전류에 의해 일정전압 이하로 방전되는 현상이 발생하게 된다.
Q노드(Q)의 방전에 따라, 제3 플립플롭(3)의 풀업 트랜지스터(TPU)에 하이레벨의 클록신호(CLK)가 인가되어도 완전히 턴온 되지 못하여 결국 게이트 구동회로는 정상적인 게이트 구동신호(VG3)를 표시패널에 공급하지 못하는 문제점이 발생하게 된다.
이는, 화상의 품질을 저하시키고 액정표시장치의 구동 신뢰성을 떨어뜨리는 원인이 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 터치형 액정표시장치에서 터치감지를 위해 설정된 게이트 구동신호의 출력중지구간에서 게이트 구동회로에 발생하는 누설전류에 의한 오작동 문제를 개선하는 데 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트 구동회로는, 다수의 스테이지로 구성되며, 순차적으로 출력하는 게이트 구동신호들 사이에 출력중지구간을 갖도록 설정된 게이트 구동회로로서, 각 스테이지는, D노드 및 후단 스테이지와 연결되어 입력되는 신호에 따라 Q노드 및 Qb노드를 충방전 하는 플립플롭부; 상기 Q노드 및 Qb노드의 전압레벨에 따라 게이트 구동신호를 출력하는 출력부; 및 게이트 스타트 신호, 전단 스테이지 및 후단 스테이지의 출력을 입력받아, 출력단에 연결된 상기 D노드에 충전된 전압을 통해 상기 Q노드의 전압레벨을 유지시키는 유지회로부를 포함한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치형 액정표시장치는, 복수의 게이트 배선 및 데이터 배선이 매트릭스 형태로 교차 형성되어 화소를 정의되고, 상기 복수의 화소에 터치센서가 구비되는 표시패널; 상기 복수의 게이트 배선에 게이트 구동신호를 순차적으로 공급하되, 상기 터치센서에 의한 터치감지가 수행되는 구간에서 상기 게이트 구동신호의 출력중지구간을 갖도록 설정된 게이트 구동회로; 상기 게이트 구동신호에 대응하여 상기 데이터 배선에 데이터 신호를 공급하는 데이터 구동회로; 및 외부로부터 타이밍 신호를 입력받아 상기 게이트 구동회로 및 데이터 구동회로의 제어신호를 생성하는 타이밍 제어회로를 포함하고, 상기 게이트 구동회로는, 게이트 스타트 신호, 전단 스테이지의 출력 및 후단 스테이지의 출력을 입력받아 출력단에 연결된 D노드에 충전된 전압을 통해 상기 게이트 구동신호의 하이레벨 출력을 결정하는 Q노드의 전압레벨을 유지시키는 유지회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 터치형 액정표시장치는 출력중지구간에서 게이트 구동회로의 Q노드 전압레벨을 일정시간 지속시키는 유지회로를 더 구비함으로서 게이트 구동회로 및 터치형 액정표시장치의 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 인-셀 구조가 적용된 터치형 액정표시장치의 전극구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 인-셀 터치구조 액정표시장치의 구동방식을 나타낸 도면이다.
도 3은 일반적인 액정표시장치 및 도 2의 b 방식의 액정표시장치에서 게이트 구동신호의 출력파형을 비교한 도면이다.
도 4는 종래의 게이트 구동회로의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 게이트 구동회로를 포함하는 터치형 액정표시장치의 전체구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 게이트 구동회로의 일부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 게이트 구동회로의 일 스테이지에 대한 등가회로도의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 게이트 구동회로의 일 스테이지에 대한 등가회로도의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 종래 및 본 발명의 실시예에 따른 게이트 구동회로의 출력중지구간에서 인가되는 신호들의 일부에 대한 파형을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 터치형 액정표시장치를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 게이트 구동회로를 포함하는 터치형 액정표시장치의 전체구조를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 터치형 액정표시장치는 화상을 표시하는 표시패널(100)과, 타이밍 신호를 통해 각 구동회로의 제어를 위한 제어신호를 생성하는 타이밍 제어회로(110)와, 제어신호에 대응하여 표시패널(100)을 제어하는 게이트 및 데이터 구동회로(120, 130)와, 터치된 영역을 검출하는 터치센싱회로(140)와, 게이트 구동회로(120)에 구성된 특정노드의 전압을 일정하게 유지시키는 유지회로(150)를 포함한다.
표시패널(100)은 투명기판 상에 다수의 게이트배선(GL) 및 데이터배선(DL) 매트릭스 형태로 교차형성되고, 그 교차지점에 다수의 화소영역(PX)이 정의된다. 각 화소영역(PX)에는 박막트랜지스터(미도시)가 형성되어 있으며, 박막트랜지스터에 의해 제어되는 액정셀이 구성되어 이를 통해 화면을 표시하게 된다. 또한, 화소영역(PX)에 포함된 일 전극은 분할 패터닝되어 감지배선(SL)과 연결되는 터치센서(미도시)로 이루어진다.
전술한 박막트랜지스터는 게이트배선(GL)으로부터의 주사신호, 즉 하이레벨의 게이트 구동전압(VG)이 인가되면 턴-온되어 데이터배선(DL)으로부터 인가되는 데이터전압을 액정캐패시터에 전달한다. 또한, 박막트랜지스터는 게이트배선(GL)으로부터 로우레벨의 게이트 구동전압이 인가되는 경우 턴-오프되어 액정캐패시터에 충전된 전압이 한 프레임 동안 유지되게 한다.
액정캐패시터는 화소전극 및 공통전극이 대향하여 캐패시터를 형성하는 것으로, 공통배선과 연결된 공통전극과 박막트랜지스터의 드레인에 접속된 화소전극으로 구성된다. 그리고, 액정캐패시터는 충전된 화소전압이 다음 프레임까지 전압레벨이 안정적으로 유지되게 하기 위한 스토리지 커패시터와 더 연결될 수 있다. 각 화소영역은 박막트랜지스터를 통해 충전되는 화소전압과 공통전극에 인가된 공통전압이 이루는 전계에 따라 액정의 배열상태가 가변되어 광 투과율이 조절됨으로써 계조를 구현하게 된다.
또한, 표시패널(100)상에는 공통전극과 동일 금속물질로 이루어져 터치가 발생된 위치를 터치 검출회로에 전달하는 역할을 하는 터치센서(미도시)가 형성되어 있으며 이는 센싱배선(SL)을 통해 터치 검출회로(140)에 전기적으로 연결된다.
타이밍 제어회로(110)는 외부시스템(미도시)로부터 인가되는 영상관련 신호 와, 데이터인에이블신호(DE), 수평동기신호(Hsync) 및 수직동기신호(Vsync)등의 타이밍신호를 인가받아, 각 구동회로를 제어하기 위한 게이트 제어신호(GCS) 및 데이터 제어신호(DCS)를 생성한다.
여기서, 수평동기신호(Hsync)는 화면의 한 수평라인을 표시하는 데 걸리는 시간을 나타내는 신호이고, 수직동기신호(Vsync)는 한 프레임의 화면을 표시하는 데 걸리는 시간을 나타내는 신호이다. 또한, 데이터인에이블신호(DE)는 표시패널(100)의 화소전극에 화소전압을 공급하는 기간을 나타내는 신호이다
그리고, 도시되어 있지는 않지만, 타이밍 제어회로(110)는 외부시스템(미도시)과 소정의 인터페이스를 통해 연결되어 외부시스템으로부터 출력되는 영상관련 신호와 타이밍신호를 오류없이 고속으로 수신하여야 한다. 이에 이용되는 인터페이스로는 LVDS(Low Voltage Differential Signal)방식 또는 TTL(Transistor-Transistor Logic) 인터페이스 방식 등이 있다.
게이트 구동회로(120)는 게이트배선(GL)을 통해 표시패널(100)과 연결되는 복수의 스테이지로 이루어지는 쉬프트 레지스터로서, 표시패널(100)의 일 기판에 형성되는 복수의 박막트랜지스터로 구성된다. 타이밍 제어회로(120)의 게이트 제어신호(GCS)에 대응하여 게이트배선(GL)에 하이레벨의 게이트 구동신호(VG)를 순차적으로 출력하게 된다. 이때, 게이트 구동신호(VG)는 터치감도에 따라 1 프레임 동안 연속적으로 출력되는 것이 아닌, 소정 주기로 출력중지구간이 설정된다. 일 예로서, 게이트 구동신호(VG)는 2 수평구간씩 연속적으로 출력되고 그 사이에 출력중지구간이 설정되거나, 또는 20 수평구간씩 연속적으로 출력되고 그 사이마다 출력중지구간이 설정되는 형태 일 수 있다.
전술한 게이트 제어신호(GCS)로는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse), 게이트 쉬프트 클록(Gate Shift Clock) 및 게이트 출력 인에이블 신호(Source Output Enable)등이 포함될 수 있으며, 별도로 게이트 스타트 신호(VST)를 포함할 수도 있다.
특히, 게이트 구동회로(120)는 다수의 박막트랜지스터로 구성되어 있어 그 중 일부에서 누설전류로 인한 특정 노드에서 전압이 방전되어 정상레벨의 게이트 구동신호(VG)을 출력할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 게이트 구동회로(120)는 입력단에 방전되는 노드의 전압레벨을 일정하게 유지시켜주는 유지회로(127)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 게이트 구동회로(120) 및 유지회로(127)에 대한 상세한 설명은 후술한다.
이러한 게이트 구동회로(120)는 타이밍 제어회로(110)로부터 인가되는 게이트 제어신호(GCS)에 응답하여 화소영역(PX)에 구비된 박막트랜지스터를 턴-온(turn-on)하며, 이에 따라 데이터 구동회로(130)로부터 공급되는 아날로그 파형의 데이터전압(VDATA)이 각 박막트랜지스터에 접속된 액정캐패시터로 인가되도록 한다.
데이터 구동회로(130)는 타이밍 제어회로(110)로부터 입력되는 데이터 제어신호(DCS)에 대응하여 디지털형태의 영상신호(DATA)를 순차적으로 수신하고, 기준전압을 참조하여 아날로그 형태의 데이터 전압(VDATA)으로 변환한다. 데이터 전압은 하나의 수평구간(1H)만큼 래치되어 모든 데이터배선(DL)을 통해 동시에 표시패널(100)에 입력된다.
전술한 데이터 제어신호(DCS)로는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse), 소스 쉬프트 클럭(Source Shift Clock) 및 소스 출력 인에이블 신호(Source Output Enable)등이 포함될 수 있다.
터치 검출회로(140)는 타이밍 제어회로(110)로부터 인가되는 터치 제어신 호(TCS)에 대응하여 표시패널(100)에 대한 터치 유무를 검출하고, 표시패널(100)상의 좌표를 구하는 역할을 한다. 이러한 터치 검출회로(140)는 LPF(Low Pass Filter), A/D 컨버터 및 좌표 추출부 등을 포함할 수 있다. LPF는 터치센서와 연결된 센싱배선으로부터 전달받은 센싱결과에 포함되는 감지신호에서 높은 주파수 성분을 제거하고, 터치 성분만을 추출하여 출력한다. A/D 컨버터는 LPF로부터 출력되는 아날로그 형태의 필터링된 감지신호를 디지털 형태로 변환하는 역할을 한다. 좌표 추출부는 감지신호에 근거하여 터치된 좌표를 구하는 역할을 하게 된다.
특히, 터치검출회로(140)는 게이트 구동신호(VG) 및 데이터전압(VDATA)의 변화에 따라 터치센서에 영향을 주는 것을 최소화하기 위해, 게이트 구동신호(VG)가 출력되지 않는 구간인 출력중지구간에서 감지신호를 수신하게 된다.
이러한 구조에 따라, 본 발명의 액정표시장치는 출력중지구간에서 게이트 구동회로의 특정노드의 전압레벨을 지속적으로 유지시켜 주는 유지회로를 통해 게이트 구동회로가 안정적으로 구동되도록 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 게이트 구동회로의 구조 및 구동을 설명한다. 이하의 설명에서는 두 게이트 배선씩 연속구동하고 이어서 소정의 출력중지구간을 갖도록 설정된 경우의 예를 들어 게이트 구동회로의 구동방법을 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 게이트 구동회로의 일부를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 게이트 구동회로(120)는 전원전압(VDD) 및 접지전압(VSS)을 입력받으며, 클록신호(CLK)에 따라 게이트 배선에 게이트 구동신호(VG1 ~ VGn)를 출력하는 복수의 스테이지를 포함하는 쉬프트 레지스터로 구성된다.
이러한 구조에서, 제1 스테이지에 하이레벨의 게이트 스타트 신호(VST)가 인가되면, 제1 스테이지 내부의 Q노드가 하이레벨로 충전되며, 이어서 하이레벨의 클록신호(CLK)가 인가되면, 제1 스테이지는 1 수평기간(1H)동안 게이트 배선을 통해 하이레벨의 제1 게이트 구동신호(VG1)을 출력하게 된다.
이때, 제1 게이트 구동신호(VG1)는 게이트 스타트 신호로서 제2 스테이지에 입력되어 제2 스테이지의 Q노드는 충전되게 된다.
다음으로, 게1 게이트 구동신호(VG1)가 로우레벨이 되면, 제2 스테이지에는 하이레벨의 클록신호(CLK)가 인가되고, 이에 따라 제2 스테이지는 게이트 배선을 통해 하이레벨의 제2 게이트 구동신호(VG2)을 출력하게 된다.
또한, 제2 게이트 구동신호(VG2)는 제3 스테이지에 게이트 스타트 신호로서 입력되고, 동시에 Q노드를 방전시키고, Qb노드를 충전시키기 위한 신호로서 제1 스테이지에 입력된다.
이어서, 게이트 구동회로는 소정기간동안 터치감지를 위한 출력중지구간에 진입하게 되며, 이에 따라 게이트 구동회로는 하이레벨의 게이트 구동신호를 출력하지 않게 된다. 이때, 제3 스테이지는 이미 하이레벨의 게이트 스타트 신호가 인가된 상태이므로 Q노드가 하이레벨로 충전되어 있으며, Q노드와 연결된 박막트랜지스터에 누설전류가 발생하게 되더라도 게이트 스타트 신호의 입력단에 구비된 유지회로에 의해 출력중지구간에서도 지속적으로 Q노드가 충전됨에 따라 제3 스테이지에 하이레벨의 클록신호(CLK)가 입력될 때까지 하이레벨의 전압이 유지된다.
이하, 게이트 구동회로의 등가회로도를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 게이트 구동회로의 구조 및 구동방법을 설명한다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 게이트 구동회로의 일 스테이지에 대한 등가회로도의 일 예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 게이트 구동회로의 일 스테이지(STAGE)는 입력되는 신호에 따라 Q노드(Q) 및 Qb노드(Qb)를 충방전 하는 플립플롭부(121)와, Q노드(Q) 및 Qb노드(Qb)의 전압레벨에 따른 게이트 구동신호(VG)를 출력하는 출력부(125)와, 출력중지구간에서 Q노드(Q)의 전압레벨을 유지시키는 유지회로부(127)를 포함한다.
특히, 플립플롭부(121)를 구성하는 박막트랜지스터들은 다수개가 다양한 연결구조를 가질 수 있으며, 도면에서는 최소개의 박막트랜지스터를 이용한 예를 나타내고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
플립플롭부(121)는 D노드(D)에 의해 턴온되어 Q노드(Q)를 충전시키는 제1 박막트랜지스터(T1)와, 다이오드 연결되어 Qb노드(Qb)를 충전시키는 제2 박막트랜지스터(T2)와, Q노드(Q)의 충전에 따라 Qb노드(Qb)를 방전시키는 제3 박막트랜지스터(T3)와, 후단 스테이지의 출력(VEND)에 따라 Q노드(Q)를 방전시키는 제4 박막트랜지스터(T4)와, Qb노드(Qb)의 충전에 따라 Q노드(Q)를 방전시키는 제5 박막트랜지스터(T5)를 포함한다.
소자의 연결구조를 설명하면, 제1 박막트랜지스터(T1)는 게이트에 D노드(D)가 연결되고, 드레인 및 소스가 각각 전원전압(VDD)단 및 Q노드(Q)에 연결된다.
제2 박막트랜지스터(T2)는 게이트 및 드레인이 전원전원(VDD)단에 연결되고, 소스가 Qb노드(Qb)에 연결된다.
제3 박막트랜지스터(T3)는 게이트가 Q노드(Q)에 연결되고, 드레인 및 소스가 각각 Qb노드(Qb) 및 접지전압(VSS)단에 연결된다.
제4 박막트랜지스터(T4)는 게이트가 후단 스테이지의 출력(VEND)에 연결되고, 드레인 및 소스가 각각 Q노드(Q) 및 접지전압(VSS)단에 연결된다.
제5 박막트랜지스터(T5)는 게이트가 Qb노드(Qb)에 연결되고 드레인 및 소스가 각각 Q노드(Q) 및 접지전압(VSS)단에 연결된다.
출력부(125)는 Q노드(Q) 및 클록신호(CLK)에 의해 턴온되어 하이레벨의 게이트 구동신호(VG)를 출력하는 풀업 박막트랜지스터(TPU)와, Qb노드(Qb)에 의해 턴온되어 로우레벨의 게이트 구동신호(VG)를 출력하는 풀다운 박막트랜지스터(TPD)를 포함한다.
풀업 트랜지스터(TPU)는 게이트가 Q노드(Q)에 연결되고, 드레인 및 소스가 각각 클록신호(CLK)단 및 게이트 구동신호(VG) 출력단에 연결된다.
풀다운 트랜지스터(TPD)는 게이트가 Qb노드(Qb)에 연결되고, 드레인 및 소스가 각각 게이트 구동신호(VG) 출력단 및 접지전압(VSS)단에 연결된다.
유지회로부(127)는 게이트 스타트 신호(VST) 또는 전단 스테이지의 출력에 의해 턴온되어 D노드(D)를 하이레벨로 충전하는 제1 유지 박막트랜지스터(TM1)와, 후단 스테이지의 출력에 의해 턴온되어 D노드(D)를 적어도 하이레벨보다 낮은 레벨로 방전시키는 제2 유지 박막트랜지스터(TM2)를 포함한다.
제1 유지 박막트랜지스터(TM1)는 게이트가 게이트 스타트 신호(VST)단 또는 전단 게이트 구동신호 출력단에 연결되고, 드레인 및 소스가 각각 전원전압(VDD)단 및 D노드(D)에 연결된다.
제2 유지 박막트랜지스터(TM2)는 게이트가 후단 게이트 구동신호(VEND)출력단에 연결되고, 드레인 및 소스가 각각 D노드(D) 및 접지전압(VSS)단에 연결된다.
이러한 구조에서, Q노드(Q)는 특히 제5 박막트랜지스터(T5)를 통한 누설전류에 의해 방전이 쉽게 발생하게 되는데, 이는 제5 박막트랜지스터(T5)의 턴온을 제어하는 제2 및 제3 박막트랜지스터(T2, T3)가 모두 N-MOS 트랜지스터로 이루어짐에 따라 Qb노드(Qb)의 로우레벨시의 전압레벨이 접지전압(VSS)보다는 다소 높게 설정되기 때문이다.
그러나, 게이트 스타트 신호(VST)가 인가되어 Q노드(Q)가 충전되고, 해당 스테이지가 출력중지구간에 해당될 때 D노드(D)에 충전된 전압에 의해 제1 박막트랜지스터(T1)가 턴온되어 지속적으로 Q노드(Q)가 충전됨에 따라 누설전류에 의한 Q노드(Q)의 방전을 보상하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 게이트 구동회로의 구동방법을 설명한다.
먼저, 전단 스테이지 출력 또는 게이트 스타트 신호(VST)가 인가되지 않은 상태에서는 제2 박막트랜지스터(T2)가 항상 턴온상태 이므로, Qb노드(Qb)에 하이레벨 전압이 충전되게 되고, 제5 박막트랜지스터(T5)가 턴온되어 Q노드(Q)의 전압을 로우레벨로 방전하게 된다. 이에 따라, 풀-다운 트랜지스터(TPD)가 턴온되어 로우레벨의 게이트 구동신호(VG)을 출력하게 된다.
그리고, 전단 스테이지 또는 게이트 스타트 신호(VST)가 하이레벨로 제1 유지 박막트랜지스터(TM1)에 인가되면, 제1 유지 박막트랜지스터(TM1)는 턴온되어 D 노드를 하이레벨 전압으로 충전하고, 이에 따라 제1 박막트랜지스터(T1)가 턴온되어 Q노드(Q)가 하이레벨 전압으로 충전된다. Q노드(Q)가 충전됨에 따라, 제3 박막트랜지스터(T3)도 턴온되어 Qb노드(Qb)를 적어도 하이레벨보다 낮은 레벨로 방전하게 된다.
이후, 전단 스테이지 또는 게이트 스타트 신호(VST)가 로우레벨이 되고, 현재 스테이지가 게이트 구동신호(VG)을 출력하는 구간이면 하이레벨의 클록신호(CLK)가 인가됨에 따라 Q노드(Q)의 전압이 부트스트래핑 (bootstrapping)되어 풀업 박막트랜지스터(TPU)가 완전히 턴온되며 하이레벨의 게이트 구동신호(VG)를 출력하게 된다. 동시에 제3 박막트랜지스터(T3)도 완전히 턴온되어 Qb노드(Qb)를 로우레벨로 방전시켜 풀다운 박막트랜지스터(TPD)가 계속 턴오프상태를 유지할 수 있도록 한다.
반면, 현재 스테이지가 출력중지구간에 해당하면, Q노드(Q)는 하이레벨 전압으로 충전된 상태이고, 제3 박막트랜지스터가 턴온됨에 따라 Qb노드(Qb)의 전압레벨은 제2 박막트랜지스터(T2)와 제3 박막트랜지스터(T3)의 문턱전압에 따라 결정되되 접지전압보다는 다소 높은 전압레벨이 된다. 동시에, 제1 및 제2 유지 박막트랜지스터(TM1, TM2)는 턴오프 상태가 되며, 하이레벨로 충전된 D노드(D)에 의해 제1 박막트랜지스터(T1)는 턴온 상태가 지속되게 된다. 이에 따라, Q노드(Q)에는 전원전압(VDD)이 인가되어 방전된 전압레벨이 보상된다.
이후, 하이레벨의 클록신호(CLK)가 풀업 박막트랜지스터(TPU)에 인가되면 하이레벨의 게이트 구동신호(VG)를 출력하게 된다.
다음으로, 1 수평기간(1H)이후, 후단 스테이지로부터 후단 게이트 구동신호(VEND)가 인가되면, 제2 유지 박막트랜지스터(TM2) 및 제4 박막트랜지스터(T4)가 턴온되어 D노드(D) 및 Q노드(Q)가 로우레벨로 방전되고, 제3 박막트랜지스터(T3)가 턴오프 됨에 따라, 제5 박막트랜지스터(T5)가 턴온되어 Q노드(Q)의 방전이 가속되며, 풀다운 박막트랜지스터(TPD)가 턴온되어 로우레벨의 게이트 구동신호(VG)를 출력하게 된다.
이하, 게이트 구동회로의 등가회로도를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 게이트 구동회로의 구조 및 구동방법을 설명한다. 본 발명의 제2 실시예에서는 제2 유지 박막트랜지스터를 전원전압 레벨로 제어함으로서 안정적으로 D노드(D)를 방전시킬 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 게이트 구동회로의 일 스테이지에 대한 등가회로도의 일 예를 나타낸 도면이다.
제2 실시예에 따른 게이트 구동회로의 일 스테이지(STAGE)는 플립플롭부(221) 및 출력부(225)의 구조는 동일하되, Qb노드(Qb)가 유지회로부(227)의 제2 유지 박막트랜지스터(TM2)의 게이트에 연결된다는 점에서 차이가 있다.
플립플롭부(221)는 D노드(D)에 의해 턴온되어 Q노드(Q)를 충전시키는 제1 박막트랜지스터(T1)와, 다이오드 연결되어 Qb노드(Qb)를 충전시키는 제2 박막트랜지스터(T2)와, Q노드(Q)의 충전에 따라 Qb노드(Qb)를 방전시키는 제3 박막트랜지스터(T3)와, 후단 스테이지의 출력(VEND)에 따라 Q노드(Q)를 방전시키는 제4 박막트랜지스터(T4)와, Qb노드(Qb)의 충전에 따라 Q노드(Q)를 방전시키는 제5 박막트랜지스터(T5)를 포함한다.
출력부(225)는 Q노드(Q) 및 클록신호(CLK)에 의해 턴온되어 하이레벨의 게이트 구동신호(VG)를 출력하는 풀업 박막트랜지스터(TPU)와, Qb노드(Qb)에 의해 턴온되어 로우레벨의 게이트 구동신호(VG)를 출력하는 풀다운 박막트랜지스터(TPD)를 포함한다.
유지회로부(227)는 게이트 스타트 신호(VST) 또는 전단 스테이지의 출력에 의해 턴온되어 D노드(D)를 하이레벨로 충전하는 제1 유지 박막트랜지스터(TM1)와, Qb노드(Qb)의 출력에 의해 턴온되어 D노드(D)를 적어도 하이레벨보다 낮은 레벨로 방전시키는 제2 유지 박막트랜지스터(TM2)를 포함한다.
이러한 구조에서, Q노드(Q)는 특히 제5 박막트랜지스터(T5)를 통한 누설전류에 의해 방전이 쉽게 발생하게 되는데, 이는 제5 박막트랜지스터(T5)의 턴온을 제어하는 제2 및 제3 박막트랜지스터(T2, T3)가 모두 N-MOS 트랜지스터로 이루어짐에 따라 Qb노드(Qb)의 로우레벨시의 전압레벨이 접지전압(VSS)보다는 다소 높게 설정되기 때문이다.
그러나, 게이트 스타트 신호(VST)가 인가되어 Q노드(Q)가 충전되고, 해당 스테이지가 출력중지구간에 해당될 때 D노드(D)에 충전된 전압에 의해 제1 박막트랜지스터(T1)가 턴온되어 지속적으로 Q노드(Q)가 충전됨에 따라 누설전류에 의한 Q노드(Q)의 방전을 보상하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 게이트 구동회로의 구동방법을 설명한다.
먼저, 전단 스테이지 또는 게이트 스타트 신호(VST)가 인가되지 않은 상태에서는 제2 박막트랜지스터(T2)가 항상 턴온상태 이므로, Qb노드(Qb)에 하이레벨 전압이 충전되게 되고, 제5 박막트랜지스터(T5)가 턴온되어 Q노드(Q)의 전압을 로우레벨로 방전하게 된다. 이에 따라, 풀-다운 트랜지스터(TPD)가 턴온되어 로우레벨의 게이트 구동신호(VG)을 출력하게 된다.
그리고, 전단 스테이지 또는 게이트 스타트 신호(VST)가 하이레벨로 제1 유지 박막트랜지스터(TM1)에 인가되면, 제1 유지 박막트랜지스터(TM1)는 턴온되어 D 노드를 하이레벨 전압으로 충전하고, 이에 따라 제1 박막트랜지스터(T1)가 턴온되어 Q노드(Q)가 하이레벨 전압으로 충전된다. Q노드(Q)가 충전됨에 따라, 제3 박막트랜지스터(T3)도 턴온되어 Qb노드(Qb)를 적어도 하이레벨보다 낮은 레벨로 방전하게 된다.
이후, 전단 스테이지 또는 게이트 스타트 신호(VST)가 로우레벨이 되고, 현재 스테이지가 게이트 구동신호(VG)을 출력하는 구간이면 하이레벨의 클록신호(CLK)가 인가됨에 따라 Q노드(Q)의 전압이 부트스트래핑(bootstrapping)되어 풀업 박막트랜지스터(TPU)가 완전히 턴온되며 하이레벨의 게이트 구동신호(VG)를 출력하게 된다. 동시에 제3 박막트랜지스터(T3)도 완전히 턴온되어 Qb노드(Qb)를 로우레벨로 방전시켜 풀다운 박막트랜지스터(TPD)가 계속 턴오프 상태를 유지할 수 있도록 한다.
반면, 현재 스테이지가 출력중지구간에 해당하면, 제1 유지 박막트랜지스터(TM1)은 턴오프 상태가 되고, Q노드(Q)는 하이레벨 전압으로 충전된 상태이다. 또한 제3 박막트랜지스터가 턴온됨에 따라 Qb노드(Qb)의 전압레벨은 제2 박막트랜지스터(T2)와 제3 박막트랜지스터(T3)의 문턱전압에 따라 결정되되 접지전압보다는 다소 높은 전압레벨이 됨에 따라 제2 유지 박막트랜지스터(TM2)도 턴오프 상태가 된다. 이에 따라, 하이레벨로 충전된 D노드(D)의 전압레벨에 의해 제1 박막트랜지스터(T1)는 턴온 상태가 지속되게 된다. 이에 따라, Q노드(Q)에는 전원전압(VDD)이 인가되어 방전된 전압레벨이 보상된다.
이후, 하이레벨의 클록신호(CLK)가 풀업 박막트랜지스터(TPU)에 인가되면 하이레벨의 게이트 구동신호(VG)를 출력하게 된다.
다음으로, 1 수평기간(1H)이후, 후단 스테이지로부터 후단 게이트 구동신호(VEND)가 인가되면, 제2 유지 박막트랜지스터(TM2) 및 제4 박막트랜지스터(T4)가 턴온되어 D노드(D) 및 Q노드(Q)가 로우레벨로 방전되고, 제3 박막트랜지스터(T3)가 턴오프 됨에 따라, 제5 박막트랜지스터(T5)가 턴온되어 Q노드(Q)의 방전이 가속되며, 풀다운 박막트랜지스터(TPD)가 턴온되어 로우레벨의 게이트 구동신호(VG)를 출력하게 된다.
도 9는 종래 및 본 발명의 실시예에 따른 게이트 구동회로의 출력중지구간에서 인가되는 신호들의 일부에 대한 파형을 나타내는 도면이다.
먼저, 종래의 게이트 구동회로는 출력중지구간에 해당하는 임의의 일 스테이지에서 게이트 스타트 신호(VST) 또는 전단 스테이지 출력신호가 하이레벨이 되면, Q노드(Q)가 충전되고 Qb노드(Qb)가 방전되며, 상기의 신호가 로우레벨상태가 되면 누설전류에 의해 Q노드(Q)의 전압레벨이 서서히 낮아지게 된다. 이후, 하이레벨의 클록신호(CLK)가 인가되어도 부트스트래핑되지 않고 그대로 로우레벨상태가 유지되게 된다.
반면, 본 발명의 실시예에 따른 게이트 구동회로는, 임의의 일 스테이지에 서 게이트 스타트 신호(VST) 또는 전단 스테이지 출력신호가 하이레벨이 되면, Q노드(Q)가 충전되고 Qb노드(Qb)가 방전되며, 상기 신호가 로우레벨상태가 되어도 D노드(미도시)가 하이레벨상태가 유지(HOLDING)되어 Q노드(Q)의 전압도 유지된다. 이후, 하이레벨의 클록신호(CLK)가 인가됨에 따라 부트스트래핑(BT)되어 정상적인 게이트 구동신호를 출력하게 된다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
PX : 화소 GL : 게이트배선
DL : 데이터배선 SL : 센싱배선
GCS : 게이트 제어신호 DCS : 데이터 제어신호
TCS : 터치제어신호 DATA : 영상신호
VDATA : 데이터전압 Hsync : 수평동기신호
Vsync : 수직동기신호 DE : 데이터인에이블신호
100 : 표시패널 110 : 타이밍 제어회로
120 : 게이트 구동회로 127 : 유지회로
130 : 데이터 구동회로 140 : 터치센싱회로

Claims (11)

  1. 다수의 스테이지로 구성되며, 순차적으로 출력하는 게이트 구동신호들 사이에 출력중지구간을 갖도록 설정된 게이트 구동회로로서,
    각 스테이지는,
    D노드 및 후단 스테이지와 연결되어 입력되는 신호에 따라 Q노드 및 Qb노드를 충방전 하는 플립플롭부;
    상기 Q노드 및 Qb노드의 전압레벨에 따라 게이트 구동신호를 출력하는 출력부; 및
    게이트 스타트 신호, 전단 스테이지 및 후단 스테이지의 출력을 입력받아, 출력단에 연결된 상기 D노드에 충전된 전압을 통해 상기 Q노드의 전압레벨을 유지시키는 유지회로부
    를 포함하는 게이트 구동회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플립플롭부는,
    상기 D노드에 의해 턴온되어 상기 Q노드를 충전시키는 제1 박막트랜지스터;
    다이오드 연결되어 상기 Qb노드를 충전시키는 제2 박막트랜지스터;
    상기 Q노드의 충전에 따라 Qb노드를 방전시키는 제3 박막트랜지스터;
    후단 스테이지의 출력에 따라 상기 Q노드를 방전시키는 제4 박막트랜지스터; 및
    상기 Qb노드의 충전에 따라 상기 Q노드를 방전시키는 제5 박막트랜지스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 구동회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 Q노드의 전압 및 클록신호에 의해 턴온되어 상기 게이트 구동신호를 하이레벨로 출력하는 풀업 박막트랜지스터; 및
    상기 Qb노드의 전압에 의해 턴온되어 상기 게이트 구동신호를 로우레벨로 출력하는 풀다운 박막트랜지스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 구동회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지회로부는,
    게이트 스타트 신호 또는 전단 스테이지의 출력에 의해 턴온되어 상기 D노드를 하이레벨로 충전하는 제1 유지 박막트랜지스터; 및
    후단 스테이지의 출력에 의해 턴온되어 상기 D노드를 적어도 하이레벨보다 낮은 레벨로 방전시키는 제2 유지 박막트랜지스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 구동회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지회로부는,
    게이트 스타트 신호 또는 전단 스테이지의 출력에 의해 턴온되어 상기 D노드를 하이레벨로 충전하는 제1 유지 박막트랜지스터; 및
    상기 Qb노드의 전압에 의해 턴온되어 상기 D노드를 적어도 하이레벨보다 낮은 레벨로 방전시키는 제2 유지 박막트랜지스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 구동회로.
  6. 복수의 게이트 배선 및 데이터 배선이 매트릭스 형태로 교차 형성되어 화소를 정의되고, 상기 복수의 화소에 터치센서가 구비되는 표시패널;
    상기 복수의 게이트 배선에 게이트 구동신호를 순차적으로 공급하되, 상기 터치센서에 의한 터치감지가 수행되는 구간에서 상기 게이트 구동신호의 출력중지구간을 갖도록 설정된 게이트 구동회로;
    상기 게이트 구동신호에 대응하여 상기 데이터 배선에 데이터 신호를 공급하는 데이터 구동회로; 및
    외부로부터 타이밍 신호를 입력받아 상기 게이트 구동회로 및 데이터 구동회로의 제어신호를 생성하는 타이밍 제어회로를 포함하고,
    상기 게이트 구동회로는,
    게이트 스타트 신호, 전단 스테이지의 출력 및 후단 스테이지의 출력을 입력받아 출력단에 연결된 D노드에 충전된 전압을 통해 상기 게이트 구동신호의 하이레벨 출력을 결정하는 Q노드의 전압레벨을 유지시키는 유지회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치형 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 게이트 구동회로는,
    상기 D노드 및 후단 스테이지와 연결되어 입력되는 신호에 따라 상기 Q노드 및, Qb노드를 충방전 하는 플립플롭부;
    상기 Q노드 및 Qb노드의 전압레벨에 따라 상기 게이트 구동신호를 출력하는 출력부; 및
    상기 출력중지구간에서 상기 Q노드의 전압레벨을 유지시키는 유지회로부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치형 액정표시장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 플립플롭부는,
    상기 D노드에 의해 턴온되어 상기 Q노드를 충전시키는 제1 박막트랜지스터;
    다이오드 연결되어 상기 Qb노드를 충전시키는 제2 박막트랜지스터;
    상기 Q노드의 충전에 따라 Qb노드를 방전시키는 제3 박막트랜지스터;
    후단 스테이지의 출력에 따라 상기 Q노드를 방전시키는 제4 박막트랜지스터; 및
    상기 Qb노드의 충전에 따라 Q노드를 방전시키는 제5 박막트랜지스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치형 액정표시장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 출력부는,
    성기 Q노드의 전압 및 클록신호에 의해 턴온되어 상기 게이트 구동신호를 하이레벨로 출력하는 풀업 박막트랜지스터; 및
    상기 Qb노드의 전압에 의해 턴온되어 상기 게이트 구동신호를 로우레벨로 출력하는 풀다운 박막트랜지스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치형 액정표시장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 유지회로부는,
    게이트 스타트 신호 또는 전단 스테이지의 출력에 의해 턴온되어 상기 D노드를 하이레벨로 충전하는 제1 유지 박막트랜지스터; 및
    후단 스테이지의 출력에 의해 턴온되어 상기 D노드를 적어도 하이레벨보다 낮은 레벨로 방전시키는 제2 유지 박막트랜지스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치형 액정표시장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 유지회로부는,
    게이트 스타트 신호 또는 전단 스테이지의 출력에 의해 턴온되어 상기 D노드를 하이레벨로 충전하는 제1 유지 박막트랜지스터; 및
    상기 Qb노드의 전압에 의해 턴온되어 상기 D노드를 적어도 하이레벨보다 낮은 레벨로 방전시키는 제2 유지 박막트랜지스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치형 액정표시장치.
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