KR20150080360A - 액정표시장치 및 그의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 액정표시장치는 입력전압을 감지하고 상기 입력전압이 기준전압 이하일 경우에 전압감지신호를 출력하는 파워모듈 및 상기 파워모듈로부터 전달받은 상기 전압감지신호에 응답하여 소스 드라이브 IC의 구동 모드를 변경하는 타이밍 콘트롤러를 포함한다.

Description

액정표시장치 및 그의 구동방법{Liquid Crystal Display and Driving Method thereof}
본 발명은 소비전력을 감소시킬 수 있는 액정표시장치 및 그의 구동방법에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display;LCD)는 액정패널에 배향된 액정의 편향 정도에 따라서 액정층을 투과하는 광량이 달라지는 것을 이용하여 휘도를 표현하는 표시장치이다. 액정표시장치는 일반적으로 게이트 라인과 데이터 라인이 직교하는 영역으로 정의되는 화소가 매트릭스 형태로 배치되고, 각 화소에 스위칭 소자 및 화소전극이 형성되는 형태의 액티브 방식의 액정표시장치가 널리 이용되고 있다.
근래에는 액정표시장치가 대형화되고 패널의 각종 패턴이 세밀하게 형성됨에 따라서 부하가 증가하고 구동주파수가 높아지고 있다. 특히, 액정표시장치의 발열 및 소비전력 문제는 소스 드라이버 IC에서 주요 문제로 등장하고 있다. 따라서 액정표시장치의 발열이나 소비전력이 증가하는 문제점을 개선하기 위한 방안들이 많이 제안되고 있다.
소비전력을 개선하기 위한 방법으로 입력 영상의 패턴에 대응하여 구동방법을 변경하는 기술들이 있다. 일례로, 공개특허 제10-2013-0015354호(명칭:액정표시장치와 그의 소비전력 저감방법, 이하 선행기술)은 문제패턴이 입력될 경우에 블랙 계조 데이터나 화이트 계조 데이터를 변조하는 기술을 개시하고 있다. 선행기술은 액정표시장치의 소비전력이 영상의 패턴에 따라서도 차이가 나타나는 현상을 이용하여 소비전력을 개선하는 방안을 제안하고 있다. 언급된 선행기술과 같이 입력 영상의 패턴을 이용하여 소비전력을 개선하기 위한 기술들은 타이밍 콘트롤러의 내부 구성의 변경을 요구한다.
하지만, 소비 전력은 동일한 입력 영상패턴이라도 소스 드라이버 IC의 구동방식에 따라서 달라질 수 있다. 즉, 선행기술과 같이 입력 영상패턴을 바탕으로 구동방식을 변경하기 위해서는 미리 소스 드라이버 IC의 구동 방식에 맞춰서 타이밍 콘트롤러를 설계하여야 한다.
따라서, 종래의 소비전력을 저감하기 위한 액정표시장치는 각각의 액정표시장치에 대응하여 타이밍 콘트롤러를 재설계하여야 하기 때문에, 타이밍 콘트롤러의 호환성에 제약이 발생한다.
또한, 종래의 소비전력을 줄이기 위한 액정표시장치는 입력 영상패턴을 저장하기 위한 메모리를 요구하고 있다.
본 발명은 다양한 소스 드라이버 IC의 구동방식에 적용되면서 소비전력을 줄일 수 있는 액정표시장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 메모리의 추가를 요구하지 않으면서 소비전력을 줄일 수 있는 액정표시장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 액정표시장치는 입력전압을 감지하고 상기 입력전압이 기준전압 이하일 경우에 전압감지신호를 출력하는 파워모듈 및 상기 파워모듈로부터 전달받은 상기 전압감지신호에 응답하여 소스 드라이브 IC의 구동 모드를 변경하는 타이밍 콘트롤러를 포함한다.
본 발명은 입력패턴을 분석하지 않으면서 간단한 방법으로 구동방식을 변경하여 액정표시장치 소비전력을 줄일 수 있다.
또한 본 발명은 메모리를 추가할 필요가 없고, 간단한 구성으로 액정표시장치의 소비전력을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 액정표시장치를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 전압감지회로를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 액정표시장치의 구동방법을 나타내는 순서도.
도 4는 수평 1도트 인버전 구동의 화소 극성을 나타내는 도면.
도 5는 수평 2도트 인버전 구동의 화소 극성을 나타내는 도면.
도 6은 차지 쉐어 모드 구동을 나타내는 도면.
도 7은 Hi-Z 모드 구동을 나타내는 도면.
도 8은 수직 2도트 인버전 구동의 화소 극성을 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 액정표시장치는 투과형 액정표시장치, 반투과형 액정표시장치, 반사형 액정표시장치 등 어떠한 형태로도 구현될 수 있다. 투과형 액정표장치와 반투과형 액정표시장치에서는 백라이트 유닛이 필요하다. 본 발명에서 적용 가능한 액정 모드는 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식 혹은, IPS(In-Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식이 적용될 수 있고, 이 이외에도 현재 알려진 모든 액정 모드가 적용 가능하다. 또한, 본 발명의 실시 예는 GIP 구조의 액정표시장치에 대해서 설명하고 있지만, 게이트 드라이브 IC를 포함하는 액정표시장치에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 액정표시장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 액정표시장치는 표시패널(10), 데이터 구동회로, GIP 타입의 게이트 구동회로, 및 타이밍 콘트롤러(22) 등을 포함한다.
표시패널(10)은 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들이 형성된 픽셀 어레이를 포함하여 입력 영상 데이터를 표시한다. 픽셀 어레이는 하부 기판에 형성된 TFT 어레이, 상부 기판에 형성된 컬러필터 어레이, 및 하부 기판과 상부 기판 사이에 형성된 액정셀들(Clc)을 포함한다. TFT 어레이에는 데이터라인들(11), 데이터라인들(11)과 교차되는 게이트라인들(또는 스캔 라인들, 12), 데이터라인들(11)과 게이트라인들의 교차부마다 형성된 TFT들, TFT에 접속된 화소전극(1), 스토리지 커패시터(Cst) 등이 형성된다. 컬러필터 어레이에는 블랙매트릭스와 컬러필터를 포함한 컬러필터 어레이가 형성된다. 공통전극(2)은 하부 기판이나 상부 기판에 형성될 수 있다. 액정셀들(Clc)은 데이터전압이 공급되는 화소전극(1)과, 공통전압(Vcom)이 공급되는 공통전극(2) 사이의 전계에 의해 구동된다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 상에는 광축이 직교하는 편광판이 부착되고, 액정층과 접하는 계면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정층의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서(spacer)가 배치된다.
파워모듈(21)은 커넥터(5)를 통해서 공급되는 입력전압(Vin)이 UVLO 레벨 이상일 때, 동작하기 시작하고, 소정의 시간이 지연된 후부터 출력을 발생한다. 파워모듈(21)의 출력은 VGH, VGL, VCC, VDD, HVDD, RST 등을 포함한다. VCC는 타이밍 콘트롤러(22), 소스 드라이브 IC들(24) 등을 구동시키기 위한 로직 전원 전압으로서 3.3V의 전압일 수 있다. VDD와 HVDD는 정극성/부극성 감마기준전압들을 발생하는 감마기준전압 발생회로의 분압회로에 공급될 고전위 전원전압과 1/2 고전위 전원전압이다. 정극성/부극성 감마기준전압들은 소스 드라이브 IC들(24)에 공급된다. RST는 타이밍 콘트롤러(22)를 리셋(reset)시키는 리셋신호로서, 3.3V일 수 있다.
파워모듈(21)은 커넥터(5)로부터 제공받는 입력전압(Vin)의 전압 크기를 기준전압(Vref)과 비교하고, 입력전압(Vin)이 기준전압(Vref)의 전압값 이하가 될 때에 전압감지신호를 출력한다.
이를 위해서 파워모듈(21)은 도 2와 같은 전압감지부(200)를 포함한다. 전압감지부(200)는 기준전압 생성부(210) 및 비교기(220)를 포함한다.
기준전압 생성부(210)는 기준전압을 생성한다. 기준전압(Vref)은 입력전압(Vin)의 드롭 현상을 판별하기 위한 기준으로서, 소스 드라이브 IC(24)의 과부하에 따라서 입력전압(Vin)의 드롭 현상이 발생하는 것을 판단하기 위한 설정값이다.
기준전압(Vref)은 입력전압(Vin)의 크기를 고려하여 설정될 수 있고, 입력전압(Vin)의 전압레벨보다 낮은 전압레벨로 설정된다. 예컨대, 입력전압(Vin)이 3.3V라고 할 때 기준전압(Vref)은 입력전압(Vin)의 80%~95% 범위에서 설정될 수 있다. 일례로, 입력전압(Vin)이 3.3V일 때, 기준전압(Vref)은 2.8V로 설정될 수 있다.
비교기(220)는 기준전압(Vref) 및 입력전압(Vin)의 전압레벨을 비교하고, 입력전압(Vin)의 전압레벨이 기준전압(Vref)의 전압레벨 이하일 경우에 타이밍 콘트롤러(22)로 전압감지신호(Vout)를 출력한다.
타이밍 콘트롤러(22)는 커넥터(5)를 통해서 외부 호스트로부터 디지털 비디오 데이터(RGB)를 입력받고, 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(CLK) 등의 타이밍 신호를 입력받는다. 타이밍 콘트롤러(22)는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 소스 드라이브 IC들(24)에 전송한다. 타이밍 콘트롤러(22)는 타이밍 신호(Vsync, Hsync, DE, CLK)를 이용하여 소스 드라이브 IC들(24)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 소스 타이밍 제어신호와, 게이트 구동회로의 레벨 시프터(26)와 시프트 레지스터(30)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(ST, GCLK, MCLK)을 발생한다.
또한 타이밍 콘트롤러(22)는 파워모듈(21)로부터 제공받는 전압감지신호(Vout)에 응답하여 소스 드라이브 IC(24)의 구동모드를 변경한다. 이때, 타이밍 콘트롤러(22)는 소비전력 절감모드로 구동모드를 변경할 수 있다.
데이터 구동회로는 다수의 소스 드라이브 IC들(Integrated Circuit)(24)을 포함한다. 소스 드라이브 IC들(24)은 타이밍 콘트롤러(22)로부터 디지털 비디오 데이터들(RGB)을 입력받는다. 소스 드라이브 IC들(24)은 타이밍 콘트롤러(22)로부터의 소스 타이밍 제어신호에 응답하여 디지털 비디오 데이터들(RGB)을 정극성/부극성 아날로그 데이터전압으로 변환한 후에 그 데이터전압을 게이트펄스(또는 스캔펄스)에 동기되도록 표시패널(10)의 데이터라인들에 공급한다. 소스 드라이브 IC들(24)은 COG(Chip On Glass) 공정이나 TAB(Tape Automated Bonding) 공정으로 표시패널(10)의 데이터라인들(11)에 접속될 수 있다.
GIP 타입의 게이트 구동회로는 PCB(20) 상에 실장된 레벨 시프터 및 시프트 레지스터(30)를 포함한다.
PCB(20)에는 레벨 시프터(26), 타이밍 콘트롤러(22) 및 파워모듈(21)이 실장된다.
레벨 시프터(26)는 타이밍 콘트롤러(22)로부터 스타트 펄스(ST), 제1 클럭(GCLK), 제2 클럭(MCLK) 등을 입력받는다. 또한, 레벨 시프터(26)는 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 등의 구동 전압을 공급받는다. 스타트 펄스(ST), 제1 클럭(GCLK), 제2 클럭(MCLK)은 0V와 3.3V 사이에서 스윙한다. 레벨 시프터(26)는 타이밍 콘트롤러(22)로부터 입력되는 스타트 펄스(ST), 제1 클럭(GCLK), 제2 클럭(MCLK)에 응답하여 각각 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 스타트 펄스(VST)와 클럭신호(CLK1~CLK6)를 출력한다. 레벨 시프터(26)로부터 출력된 클럭신호들(CLK)은 순차적으로 위상이 시프트되어 표시패널(10)에 형성된 시프트 레지스터(30)로 전송된다.
시프트 레지스터(30)는 표시패널(10)의 게이트라인들(12)에 연결된다. 시프트 레지스터(30)는 종속적으로 접속된 다수의 스테이지들을 포함한다. 시프트 레지스터(30)는 레벨 시프터(26)로부터 입력되는 스타트 펄스(VST)를 클럭신호(CLK)에 따라 시프트하여 게이트라인들(12)에 게이트펄스를 순차적으로 공급한다.
도 3은 본 발명에 의한 액정표시장치의 소비전력 절감 모드 선택방법을 나타내는 순서도이다.
파워모듈(22)의 전압감지부(200)는 커넥터(5)를 통해서 제공되는 입력전압(Vin)을 감지한다.(S301)
비교기(220)는 입력전압(Vin)을 기준전압(Vref)과 비교한다.(S303)
비교기(220)는 실시간으로 입력전압(Vin)을 기준전압(Vref)과 비교하는 과정에서, 입력전압(Vin)이 기준전압(Vref) 이하일 경우에 타이밍 콘트롤러(22)로 전압감지신호(Vout)를 출력한다.(S305)
타이밍 콘트롤러(22)는 전압감지신호(Vout)에 응답하여 소스 드라이버 IC(24)의 구동모드를 변경한다.(S307)
위와 같이, 본 발명의 타이밍 콘트롤러(22)는 파워모듈(21)의 입력전압(Vin)의 전압레벨이 기준전압(Vref)의 전압레벨 이하일 경우에 구동모드를 변경한다. 파워모듈(22)의 입력전압(Vin)은 소스 드라이버 IC(24)의 부하, 데이터전압의 트랜지션(transition) 횟수 및 공통전압(Vcom)의 트랜지션 횟수와 관련이 있다. 소스 드라이버 IC(24)의 트랜지션 또는 공통전압(Vcom)의 트랜지션 횟수가 증가하거나 소스 드라이버 IC(24)의 부하가 증가하면, 파워모듈(21)의 부하도 증가하면서 파워모듈(21)에 제공되는 입력전압(Vin)의 드롭(drop) 현상이 발생한다. 이때, 소스 드라이버 IC(24)의 트랜지션 또는 공통전압(Vcom)의 트랜지션 횟수에 비례해서 소비전력은 증가한다.
본 발명은 파워모듈(21)의 입력전압(Vin)이 드롭되는 현상이 발생하는 원인을 소스 드라이버 IC(24)의 트랜지션 횟수가 증가하는 것으로 간주한다. 그리고 타이밍 콘트롤러(22)는 소스 드라이버 IC(24)의 트랜지션 횟수에 비례하여 소비전력이 증가하는 것을 방지하기 위해서 구동모드를 변경한다.
제1 실시 예에 의한 타이밍 콘트롤러(22)는 전압감지신호(Vout)에 응답하여 소스 드라이버 IC(24)가 수평 2도트 인버전 구동을 수행하도록 제어한다.
전압감지신호(Vout)가 전달되기 전까지 타이밍 콘트롤러(22)는 도 4와 같은 극성패턴을 갖는 수평 1도트 인버전 구동을 수행할 수 있다. 수평 1도트 인버전 구동은 다른 도트 인버전 구동 방식에 비하여 표시품질을 우수하게 유지할 수 있기 때문에 타이밍 콘트롤러(22)는 전압감지신호(Vout)가 전달되기 전까지 수평 1도트 인버전 구동을 수행한다.
일반적인 수평 1도트 인버전 구동을 수행하는 과정에서, 특정 패턴에 의해서 소비전력이 증가하는 요인이 발생하면 타이밍 콘트롤러(22)는 도 5와 같은 극성패턴을 갖는 수평 2도트 인버전 구동으로 구동모드를 변경한다.
따라서 타이밍 콘트롤러(22)의 소스 드라이브 IC(24)의 부하를 감소시켜서 소비전력을 줄일 수 있다.
제2 실시 예에 의한 타이밍 콘트롤러(22)는 전력제어(Power Control;이하, PWRC) 방식을 변경한다. PWRC 방식은 출력 버퍼측 전력을 제어하는 방식으로, 옵션 핀 설정에 의해서 노멀 모드 구동과 저소비 모드 구동중에서 선택되어 구동된다. 타이밍 콘트롤러(22)는 전압감지신호(Vout)에 응답하여, 노멀 모드 구동을 수행하는 소스 드라이버 IC(24)의 구동방식을 저소비 모드 구동으로 변경한다. 이에 따라서, 타이밍 콘트롤러(22)는 소스 드라이버 IC(24)의 소비전력을 줄일 수 있다.
제3 실시 예에 의한 타이밍 콘트롤러(22)는 전압감지신호(Vout)에 응답하여 차지 쉐어 모드에서 Hi-Z모드로 구동하도록 구동모드를 변경한다.
도 6 은 Hi-Z 모드 구동을 나타내는 도면이고, 도 7은 차지쉐어 모드 구동을 나타내는 도면이다.
차지 쉐어 방식은 소스 드라이버 IC(24)의 인접 출력 채널 사이에 접속된 스위치를 턴-온 시켜서 패널 내 양전하(+ charge)와 음전하(- charge)를 쉐어링하여, 데이터 구동회로의 출력레벨을 공통전압 레벨로 변경하는 방식이다. 이러한 차지 쉐어 방식은 소비전력을 줄이기 위한 방법으로 일반적인 경우에 적용될 수 있다. 즉, 타이밍 콘트롤러(22)가 전압감지신호(Vout)를 제공받기 전까지 소스 드라이버 IC(24)는 차지 쉐어 방식을 이용할 수 있다.
하지만, 차지 쉐어 방식은 데이터 트랜지션의 횟수를 증가시켜서 오히려 소비전력이 증가하는 경우가 발생할 수 있다. 이처럼 차지 쉐어 방식을 이용하다가 소비전력이 증가하는 경우에, 타이밍 콘트롤러(22)는 전압감지신호(Vout)를 제공받아서 차지 쉐어 모드를 중지한다. 이때, 타이밍 콘트롤러(22)는 차지 쉐어 모드에서 Hi-Z 모드로 구동모드를 변경할 수 있다.
이처럼 타이밍 콘트롤러(22)는 전압감지신호(Vout)에 응답하여, 차지 쉐어 모드와 Hi-z 모드를 변경하여, 소스 드라이버 IC(24)의 트랜지션이 많아져서 소비전력이 증가하는 것을 개선할 수 있다.
제4 실시 예에 의한 타이밍 콘트롤러(22)는 수직 1도트 인버전을 수행하도록 구동모드를 변경할 수 있다.
도 8과 같이, 수직 2 도트 인버젼 방식으로 구동되는 액정표시장치는 특수 패턴의 데이터가 입력되면 동일한 게이트펄스에 의해 동시에 데이터전압들을 충전하는 화소들(또는 서브화소들)의 극성편향이 심하게 나타나거나 소스 드라이버 IC(24)의 트랜지션 횟수를 증가시킨다.
이에 따라서 파워모듈(21)의 입력전압(Vin) 드롭 현상이 발생할 수 있다. 파워모듈(21)은 입력전압(Vin) 드롭 현상이 발생하였을 때에, 타이밍 콘트롤로(22)로 전압감지신호(Vout)를 출력한다. 그리고 타이밍 콘트롤러(22)는 전압감지신호(Vout)에 응답하여, 수직 2도트 인버전 구동을 수직 1도트 인버전 구동으로 변경할 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 수평 2도트-수직 1도트 인버전 구동으로 변경할 수 있다.
전술한 제1 내지 제4 실시 예는 개별적으로 수행될 수 있을 뿐만 아니라, 둘 이상의 구동모드를 조합한 방식으로 구현될 수도 있다.
이 외에도 타이밍 콘트롤러(22)가 소스 드라이버 IC(24)의 구동모드를 변경하는 실시 예는 다양하게 적용될 수 있다. 또한, 소스 드라이버 IC(24)의 특성에 따라서 동일한 구동방식이라도 소비전력을 저감하기 위한 구동모드로 취사선택될 수 있다. 예컨대, 본 명세서에서는 소비전력을 줄이기 위해서 수평 2도트 인버전을 선택하는 것을 실시 예로 하고 있지만, 패널 특성 또는 소스 드라이버 IC의 특성에 따라서 소비전력을 줄이기 위해서 수평 1도트 인버전의 구동방식을 선택할 수도 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (6)

  1. 입력전압을 감지하고, 상기 입력전압이 기준전압 이하일 경우에 전압감지신호를 출력하는 파워모듈; 및
    상기 파워모듈로부터 전달받은 상기 전압감지신호에 응답하여, 소스 드라이브 IC의 구동 모드를 변경하는 타이밍 콘트롤러;를 포함하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워모듈은
    상기 기준전압을 생성하는 기준전압 생성부; 및
    상기 기준전압 및 상기 입력전압을 입력받아서, 상기 입력전압이 상기 기준전압 이하일 경우에 상기 전압감지신호를 출력하는 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 타이밍 콘트롤러는 상기 전압감지신호에 응답하여, 수평 2도트 인버전 구동을 수행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 타이밍 콘트롤러는 상기 전압감지신호에 응답하여 차지 쉐어 모드 동작을 중지하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 타이밍 콘트롤러는 상기 전압감지신호에 응답하여 수직1도트 인버전 구동을 수행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 입력전압을 감지하는 단계;
    상기 입력전압을 기준전압과 비교하여, 상기 입력전압이 기준전압 이하일 경우에 전압감지신호를 출력하는 단계; 및
    상기 전압감지신호에 따라서 소스 드라이브 IC의 구동모드를 제어하는 단계;를 포함하는 액정표시장치의 구동방법.
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