KR0139664B1 - 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터 - Google Patents

박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터

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KR0139664B1
KR0139664B1 KR1019950009107A KR19950009107A KR0139664B1 KR 0139664 B1 KR0139664 B1 KR 0139664B1 KR 1019950009107 A KR1019950009107 A KR 1019950009107A KR 19950009107 A KR19950009107 A KR 19950009107A KR 0139664 B1 KR0139664 B1 KR 0139664B1
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Abstract

극성신호에 따라 서로 대립적으로 턴온/턴오프되는 제1 및 제2 스위칭 수단(M6, M62)과, 상기한 제1 및 제2 스위칭 수단의 턴온된 경우에 턴온됨으로써 전기적인 신호의 통로를 형성하는 제1 및 제2 다이오드(D61, D62)와, 상기한 제1 및 제2 다이오드가 턴온되어 전류통로가 형성된 경우에 전하량을 충전하는 제1 커패시터(C61)와, 반전 극성신호에 따라 서로 대립적으로 턴온/턴오프되는 제3 및 제4 스위칭 수단(M63, M64)과, 상기한 제3 및 제4 스위칭 수단의 턴온된 경우에 턴온됨으로써 전기적인 신호의 통로를 형성하는 제3 및 제4 다이오드(D63, D64)와, 상기한 제3 및 제4 다이오드가 턴온되어 전류통로가 형성된 경우에 전하량을 충전하는 제2 커패시터(C62)와, 상기한 제1 및 제2 커패시터에 충전된 전하량에 의해 충전되는 제3 커패시터(C63)로 구성되어 있으며,
매우 적은양의 자체 소비전력을 필요로 함으로써 휴대용 정보처리기의 표시장치를 구현하는 데 적합한 효과를 갖는 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터에 관한 것.

Description

박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터
제1도는 액정의 광투과율을 나타내는 그래프이고,
제2도는 종래의 계조전압 발생회로의 상세 회로도이고,
제3도는 일반적인 박막 트랜지스터 액정 표시장치의 상세 회로도이고,
제4도는 일반적인 박막 트랜지스터 액정 표시장치의 반전 구동을 위한 신호 파형도이고,
제5도는 종래의 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터의 상세 회로도이고,
제6도는 이 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터의 상세 회로도이고,
제7도는 이 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터의 각부 동작 파형도이다.
이 발명은 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 매우 적은양의 자체 소비전력을 필요로 함으로써 휴대용 정보처리기기의 표시장치를 구현하는 데 적합한 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래의 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터에 대하여 설명하기로 한다.
제1도는 액정의 광투과율을 나타내는 그래프이다.
제1도에 도시되어 있듯이, 박막 트랜지스터 액정 표시장치는, 액정용량에 인가되는 전압에 따라 그 투과율이 변하게 됨으로써 전압으로서 계조를 표시할 수가 있다.
제2도는 종래의 계조전압 발생회로의 상세 회로도이다.
제2도에 도시되어 있듯이, 종래에는 저항의 분배전압을 이용하여 계조전압을 발생시키며, 여기서 발생되는 계조전압중에서 하나를 선택하여 액정용량에 인가함으로써 계조를 나타나게 된다.
제3도는 일반적인 박막 트랜지스터 액정 표시장치의 상세 회로도이다.
제3도에 도시되어 있듯이, 일반적인 박막 트랜지스터 액정 표시장치의 구성은, 박막 트랜지스터와, 상기한 박막 트랜지스터의 드레인 단자와 공통전극(Vcom)의 사이에 각각 연결되어 있는 액정용량과, 다수의 소오스 라인과, 다수의 게이트 라인과, 각각의 소으스 라인 및 게이트 라인에 연결되어 있는 스위치로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 일반적인 박막 트랜지스터 액정 표시장치의 동작은 다음과 같이 이루어진다.
우선, 소오스 라인에 연결되어 있는 스위치(Sm, Sm+1, Sm+2, ....)를 이용하여 다수개의 계조전압(V1∼V6)중에서 하나의 계조전압을 선택한다.
다음에, 게이트 라인에 연결되어 있는 스위치(Sn)를 온시키면, n번째 게이트 라인과 연결되어 있는 박막 트랜지스터의 게이트 단자에 전원전압(Von)이 인가됨으로써 박막 트랜지스터가 턴온된다.
이와 같이, n번째 라인의 박막 트랜지스터가 턴온되면, 각 소오스 라인상에 선택되어 있던 계조전압이 박막 트랜지스터를 거쳐서 액정용량에 인가됨으로써 액정 용량에 계조가 표현된다.
이어서, 소오스 라인에 연결되어 있는 스위치(Sm, Sm+1, Sm+2, ....)를 이용하여 다수개의 계조전압(V1∼V6)중에서 하나의 계조전압을 선택한 뒤에, n번째 라인의 스위치는오프시키면서 n+1번째 라인의 스위치를 온시키면, n+1번째 게이트 라인과 연결되어 있는 박막 트랜지스터의 게이트 단자에 전원전압(Von)이 인가됨으로써 박막 트랜지스터가 턴온된다.
이와 같이, n+1번째 라인의 박막 트랜지스터가 턴온되면, 각 소오스 라인상에 선택되어 있던 계조전압이 박막 트랜지스터를 거쳐서 액정용량에 인가됨으로써 액정 용량에 계조가 표현된다.
이러한 과정을 반복적으로 수행하면, 전체적으로 액정용량에 계조가 표현됨으로써 원하는 화상을 구현할 수가 있다.
일반적으로 박막 트랜지스터 액정 표시장치는 게이트 라인별로 반전구동하게 되는데, n번째 게이트 라인이 선택되어 계조전압(V1∼V3)중 하나가 소오스 라인에 선택되어 실리면, 다음 (n+1) 번째 게이트 라인이 선택될 때에는 소오스 라인에는 계조전압(V4∼V6)중 하나가 선택되어 실리게 된다.
즉, 라인 반전 구동에서는, 제1도의 전압-투과율 관계도에 도시되어 있는 바와 같이, 한 라인의 액정 용량이 공통전압(Vcom)을 기준으로 우측의 전압-투과율 곡선점이 선택되었다고 한다면, 다음 한 라인의 액정 용량은 공통전압(Vcom)을 기준으로 좌측의 전압-투과율 곡선점이 선택되는 것이다.
이때, 액정 용량의 극성선택의 기준이 되는 신호가 제4도에 도시되어 있는 극성신호(POL) 또는 반전 극성신호(POLB)로서, 이 신호(POL, POLB)를 기준으로 소오스 라인의 스위치(Sm, Sm+1, Sm+2)는 계조전압(V1∼V3 또는 V4∼V6)중에서 하나를 선택한다. 예를 들어, 극성신호(POL)가 VDD레벨일때 계조전압(V1∼V3)중에서 하나가 선택되었다고 하면, 극성신호(POL)가 GND 레벨일때는 계조전압(V4∼V6)중의 한 전압이 선택되는 것이다.
제2도에 도시되어 있는 종래의 계조전압 발생회로에서 전원전압(Vcc)은 직류-직류 컨버터의 출력 전원으로서 8V 이상의 전원이다. 상기한 직류-직류 컨버터는 5V 레벨의 VDD전원으로 부터 8V 이상의 직류 전원전압(Vcc)으로 컨버젼하는 역할을 한다.
제5도는 종래의 기술로서, 상기한 직류-직류 컨버터를 나타낸 상세 회로도이다.
제5도에 도시되어 있듯이 종래의 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터의 구성은, VDD전원에 전원단자가 연결되어 있는 PWM(Pulse Width Modulation) IC(51)와, VDD전원에 한쪽단자가 연결되어 있는 코일(L51)과, 상기한 코일(L51)의 다른 한쪽단자에 컬렉터 단자가 연결되어 있고 상기한 PWM IC(51)의 출력단자(out)에 베이스 단자가 연결되어 있고 에미터 단자는 접지되어 있는 트랜지스터(Q51)와, 상기한 트랜지스터(Q51)의 컬렉터 단자에 애노드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D51)와, 상기한 다이오드(D51)의 캐소드 단자와 접지의 사이에 연결되어 있는 커패시터(C51)로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 종래의 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터의 동작원리를 설명하면 다음과 같다.
PWM IC(51)는 구형과 펄스를 발생시키는 IC로서, 구형파 펄스의 듀티비를 조정하는 기능을 가지고 있어서 일정한 직류전압이 출력될 수 있도록 유지시키는 역할을 한다. 만약, 출력 직류전압이 소정의 크기 이상일 때는 듀티비를 감소시키므로써 출력 직류전압을 낮출 수가 있고, 출력 직류전압이 소정의 크기 이하일 때는 듀티비를 증가시킴으로써 출력 직류전압을 높일 수가 있다.
PWM IC(51)의 출력단자(out)로부터 출력되는 구형파가 하이상태일 때 트랜지스터(Q51)는 턴온되며, 이 경우에 코일(L51)을 흐르는 전류량이 시간에 비례하여 증가하게 된다.
상기한 전류량(IL)의 크기는 다음과 같은 수식(1)에 의하여 산출된다.
여기에서, T는 트랜지스터(Q51)의 턴온시간이다.
다음에, PWM IC(51)의 출력단자(out)로부터 출력되는 구형파가 로우상태일 때 트랜지스터(Q51)는 턴오프되며, 이 경우에 코일(L51)을 흐르는 전류가 차단됨으로써 코일(L51)로부터 고전압이 발생되어 상기한 고전압이 다이오드(D51)를 턴온시켜 코일(L51)에 자기장으로 축적되어 있던 전류를 다이오드(D51)를 통해 흐르게 함으로써 커패시터(C51)에 전하가 충전되도록 한다.
이와 같이, 커패시터(C51)에 충전되어 있는 전압(Vcc)이 계조전압을 발생하기 위한 전원전압으로서 이용된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터는, 소비전력이 크다는 단점이 있다.
이는, 실제로 직류-직류 컨버터의 전원전압(Vcc)으로서 사용하게 되는 전류가 3mA 정도밖에 소비되지 않는데, 직류-직류 컨버터의 자체의 전기적 소자(PWM IC, 코일의 내부저항)에 의한 소비전류 20mA 이상이 되기 때문이다.
상기한 직류-직류 컨버터의 전력 변환효율을 구해보면, 다음의 수식(2)와 같이 산출될 수가 있다.
여기서, VDD= 5V, Vcc = 8V라고 하면, 상기 수식(2)에 의한 종래의 직류-직류 컨버터의 전려 변환효율은 20% 정도밖에 되지를 않는다.
이것은 휴대형 정보처리장치의 디스플레이로서는 매우 소비전력이 낭비적이라고 하는 문제점이 있다.
이 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 단점 및 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 매우 적은양의 자체 ㅗ비전력을 필요로 함으로써 휴대용 정보처리기기의 표시장치를 구현하는 데 적합한 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은,
극성신호에 따라 서로 대립적으로 턴온/턴오프되는 제1 및 제2 스위칭 수단과,
상기한 제1 및 제2 스위칭 수단의 턴온된 경우에 턴온됨으로써 전기적인 신호의 통로를 형성하는 제1 및 제2 다이오드와,
상기한 제1 및 제2 다이오드가 턴온되어 전류통로가 형성된 경우에 전하량을 충전하는 제1 커패시터와,
반전 극성신호에 따라 서로 대립적으로 턴온/턴오프되는 제3 및 제4 스위칭 수단과,
상기한 제3 및 제4 스위칭 수단의 턴온된 경우에 턴온됨으로써 전기적인 신호의 통로를 형성하는 제3 및 제4 다이오드와,
상기한 제3 및 제4 다이오드가 턴온되어 전류통로가 형성된 경우에 전하량을 충전하는 제2 커패시터와,
상기한 제1 및 제2 커패시터에 충전된 전하량에 의해 충전되는 제3 커패시터로 이루어진다.
상기한 극성 신호와 반전 극성신호는 서로 역위상인 것을 특징으로 한다.
상기한 제1 및 제2 스위칭 수단과, 상기한 제3 및 제4 스위칭 수단은 각각 PMOS형 및 NMOS형 트랜지스터를 사용할 수가 있다.
상기한 제1 및 제2 다이오드와, 상기한 제3 및 제4 다이오드는 서로 직렬로 순방향 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 다이오드의 수는 복수개를 연결할 수도 있다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.
제6도는 이 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터의 상세 회로도이다.
제6도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터의 구성은, 전원 산호선(VDD)과 접지 신호선(GND)에 소오스 단자가 각각 연결되어 있고 극성 신호선(POL)에 게이트 단자가 공통으로 연결되어 있는 트랜지스터(M61, M62)와, 전원 산호선(VDD)과 접지 신호선(GND)에 소오스 단자가 각각 연결되어 있고 반전 극성 신호선(POLB)에 게이트 단자가 공통으로 연결되어 있는 트랜지스터(M63, M64)와, 트랜지스터(M61, M62)의 드레인 단자의 접속점에 한쪽단자가 연결되어 있는 커패시터(C61)와, 트랜지스터(M63, M64)의 드레인 단자의 접속점에 한쪽단자가 연결되어 있는 커패시터(C62)와, 전원 신호선(VDD)에 각각 애노드 단자가 연결되어 있고 커패시터(C61, C62)의 다른 한쪽단자에 캐소드 단자가 각각 연결되어 있는 다이오드(D61, D63)와, 다이오드(D61, D63)의 캐소드 단자에 애노드 단자가 각각 연결되어 있는 다이오드(D62, D64)와, 다이오드(D62, D64)의 캐소드 단자의 접속점과 접지의 사이에 연결되어 있는 커패시터(C63)로 이루어진다.
이 발명의 실시예에서는, 다이오드(D61, D62, D63, D64)가 극성 신호(POL) 및 반전 극성신호(POLB)별로 각각 2개씩 사용되고 있으나, 이 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고 복수개가 연결될 수도 있다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터의 작용은 다음과 같다.
제7도는 이 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터의 각부 동작 파형도이다.
제7도에 도시되어 있는 바와 같이, 극성신호(POL)가 접지 레벨이면, PMOS형 트랜지스터(M61)가 턴온됨으로써 N1 노드에는 전원신호(VDD)가 인가된다.
그리고, 극성신호(POL)가 전원(VDD) 레벨이면 NMOS형 트랜지스터(M62)가 턴온됨으로써 N1 노드에는 접지 레벨의 신호가 인가된다.
따라서, 극성신호(POL)에 따라 N1 노드에는, 제7도에 도시되어 있는 바와 같은 펄스파형의 신호가 생성된다.
N1 노드가 접지 레벨일 때, 커패시터(C61)에는 다이오드(D61)를 통해서 인가되는 전하가 충전되는데, 이때 커패시터(C61)에 충전되는 전하량(Q61)은 수식(3)과 같이 산출될 수가 있다.
여기에서, VD는 다이오드(D61)의 전압 강하분이다.
N1 노드가 전원(VDD) 레벨일 때, N2 노드의 전위는 (VDD+Q61/C61)이 됨으로써 수식(3)을 이용하면 결과적으로 (2VDD- VD)가 된다. 이 경우에 다이오드(D61)는 역바이어스가 걸리게 됨으로써 턴오프되고, 다이오드(D62)가 턴온됨으로써 N2노드의 전하가 다이오드(D62)를 거쳐서 커패시터(C63)에 충전된다.
상기한 커패시터(C63)에 충전되는 전하량(Q63)은, 다이오드(D62)가 턴오프되는 순간까지 다이오드(D62)를 통해서 계속 유입이 되는데, 다음의 수식(4)와 같이 산출될 수가 있다.
이에따라, N5 노드에서의 전압(Vcc)은 (Q63/C63) 이므로, 수식(4)를 이용하면 결과적으로 2(VDD- VD)가 된다.
제7도에 도시되어 있는 바와 같이, 반전 극성신호(POLB)가 접지 레벨이면, PMOS형 트랜지스터(M63)가 턴온됨으로써 N3 노드에는 전원신호(VDD)가 인가된다. 그리고, 반전 극성신호(POBL)가 전원(VDD) 레벨이면 NMOS형 트랜지스터(M64)가 턴온됨으로써 N3 노드에는 접지 레벨의 신호가 인가된다.
따라서, POBL 신호에 따라 N3 노드에는, 제7도에 도시되어 있는 바와 같은 펄스파형의 신호가 생성된다.
N3 노드가 접지 레벨일 때, 커패시터(C62)에는 다이오드(D63)를 통해서 인가되는 전하가 충전되는데, 이때 커패시터(C62)에 충전되는 전햐량(Q62)은 수식(3)과 같이 산출될 수가 있다.
여기에서, VD는 다이오드(D63)의 전압 강하분이다.
N3 노드가 전원(VDD) 레벨일 때, N4 노드의 전위는 (VDD+ Q62/C62)이 됨으로써 수식(5)을 이용하면 결과적으로 (2VDD- VD)가 된다. 이 경우에, 다이오드(D63)는 역바이어스가 걸리게 되므로써 턴오프되고, 다이오드(D64)가 턴온됨으로써 N4 노드의 전하가 다이오드(D64)를 거쳐서 커패시터(C63)에 충전된다.
상기한 커패시터(C63)에 충전되는 전하량(Q63)은, 다이오드(D64)가 턴오프되는 순간까지 다이오드(D64)를 통해서 계속 유입이 되는데, 다음의 수식(6)과 같이 산출될 수가 있다.
이에따라, N5 노드에서의 전압(Vcc)은 (Q63/C63) 이므로, 수식(6)을 이용하면 결과적으로2(VDD- VD) 가 된다.
상기한 극성신호(POL)와 반전 극성신호(POLB)는 서로 역위상이므로, 전체적인 동작을 종합하여 볼 때, N5 노드에는 제7도에 도시되어 있는 바와 같이 항상 일정한 직류전압(Vcc)인 2(VDD- VD)가 출력된다.
따라서, 전력소비가 별로 없는 MOS 트랜지스터(M61∼M64) 및 다이오드(D61∼D64)를 이용하여 안정된 직류전압(Vcc)을 제공함으로써 저소비전력의 직류-직류 컨버터를 얻을 수가 있다.
만약, 다이오드(D61∼D64)의 수를 조절한다면, 직류전압(Vcc)의 크기를 자유자재로 설정할 수도 있다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 매우 적은양의 자체 소비전력을 필요로 함으로써 휴대용 정보처리기기의 표시장치를 구현하는 데 적합한 효과를 갖는 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터를 제공할 수가 있다. 이 발명의 이러한 효과는 액정 표시장치 분야에서 이용될 수가 있다.

Claims (5)

  1. 극성신호에 따라 서로 대립적으로 턴온/턴오프되는 제1 및 제2 스위칭 수단과, 상기한 제1 및 제2 스위칭 수단의 턴온된 경우에 턴온됨으로써 전기적인 신호의 통로를 형성한는 제1 및 제2 다이오드와, 상기한 제1 및 제2 다이오드가 턴온되어 전류통로가 형성된 경우에 전하량을 충전하는 제1 커패시터와, 반전 극성신호에 따라 서로 대립적으로 턴온/턴오프되는 제3 및 제4 스위칭 수단과, 상기한 제3 및 제4 스위칭수단의 턴온된 경우에 턴온됨으로써 전기적인 신호의 통로를 형성하는 제3 및 제4 다이오드와, 상기한 제3 및 제4 다이오드가 턴온되어 전류통로가 형성된 경우에 전하량을 충전하는 제2 커패시터와, 상기한 제1 및 제2 커패시터에 충전된 전하량에 의해 충전되는 제3 커패시터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터.
  2. 제2항에 있어서, 상기한 극성 신호와 반전 극성신호는 서로 역위상인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 제1 및 제2 스위칭 수단과, 상기한 제3 및 제4 스위칭 수단은 각각 PMOS형 및 NMOS형 트랜지스터를 사용하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 제1 및 제2 다이오드와, 상기한 제3 및 제4 다이오드는 서로 직렬로 순방향 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터.
  5. 제4항에 있어서, 상기한 다이오드는 3개 이상의 갯수로 서로 직렬로 순방향 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 트래지스터 액정 표시장치용 직류-직류 컨버터.
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