KR100529566B1 - Driving Method of Thin Film Transistor Liquid Crystal Display - Google Patents
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Abstract
이 발명은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 구동시 발생하는 킥백 전압을 감소시켜 소비 전력을 줄일 수 있는 구동 방법에 관한 것으로서, 공통 전압을 기준으로 포지티브 계조 전압을 액정 커패시터에 인가하는 경우, 제1 게이트 온 전압에서 이보다 낮은 제2 게이트 온 전압으로 하강한 후 게이트 오프 전압으로 전환되는 게이트 전압을 인가하는 단계와, 공통 전압을 기준으로 네가티브 계조 전압을 액정 커패시터에 인가하는 경우, 제1 게이트 온 전압에서 이보다 높은 제3 게이트 온 전압으로 승압된 후 게이트 오프 전압으로 전환되는 게이트 전압을 인가하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a driving method that can reduce power consumption by reducing kickback voltage generated when driving a thin film transistor liquid crystal display. When a positive gray voltage is applied to a liquid crystal capacitor based on a common voltage, the first gate on Applying a gate voltage that is lowered from the voltage to a lower second gate-on voltage and then converted to a gate-off voltage, and when applying a negative gray voltage to the liquid crystal capacitor based on a common voltage, And applying a gate voltage that is boosted to a high third gate on voltage and then converted to a gate off voltage.
Description
이 발명은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 구동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 구동시 발생하는 킥백 전압을 변화시켜 소비 전력을 줄일 수 있는 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of driving a thin film transistor liquid crystal display, and more particularly, to a driving method capable of reducing power consumption by changing a kickback voltage generated when the thin film transistor liquid crystal display is driven.
일반적인 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD)는 액정의 구동에 의해 화상을 표시할 수 있는 장치로서, 박막 트랜지스터를 스위칭 소자로 사용하여 공통 전압을 기준으로 액정이 반응할 수 있는 일정 범위의 계조 전압(gray voltage)을 인가해주는 방법에 의해 구동된다.In general, a TFT LCD is a device capable of displaying an image by driving a liquid crystal, and using a thin film transistor as a switching element, a gray scale voltage of a predetermined range in which a liquid crystal may react based on a common voltage. It is driven by the method of applying gray voltage.
그러나, 액정이라는 물질은 일반적으로 직류 전압을 계속 인가받는 경우에 열화되는 특성을 가지고 있기 때문에, 액정에 인가되는 계조 전압을 일정 주기로 반전시켜 구동하지 않으면 안된다. 그리고 이러한 반전 구동 방식으로는 저전압(low voltage) 구동 방식과 고전압(high voltage) 구동 방식이 사용된다.However, the liquid crystal material generally has a property of deterioration when a direct current voltage is continuously applied. Therefore, the liquid crystal material must be driven by inverting the gray voltage applied to the liquid crystal at a predetermined cycle. As the inversion driving method, a low voltage driving method and a high voltage driving method are used.
저전압 구동 방식은 계조 전압의 최대값과 최소값을 기준으로 공통 전압을 반전시키면서 계조 전압을 인가하는 방식이고, 고전압 구동 방식은 일정 전압으로 고정된 공통 전압을 기준으로 계조 전압을 인가하는 방식이다.The low voltage driving method is a method of applying a gray voltage while inverting a common voltage based on the maximum and minimum values of the gray voltage, and the high voltage driving method is a method of applying a gray voltage based on a common voltage fixed to a predetermined voltage.
도 1은 고전압 구동 방식에서 사용되는 계조 전압 발생 회로의 예를 보여주고 있는데, 도 1에서 도시한 바와 같이, 고전압 구동 방식에서 계조 전압을 발생하기 위해 사용되는 기준 전압은 공통 전압(Vcom), 고전압(VDDH) 및 저전압(VDDL)이며, 바로 이러한 기준 전압 사이를 분할하여 액정에 인가할 다수의 계조 전압(GMA1∼GMA4)을 만들게 된다.FIG. 1 illustrates an example of a gray voltage generator circuit used in a high voltage driving method. As shown in FIG. 1, a reference voltage used to generate a gray voltage in the high voltage driving method includes a common voltage Vcom and a high voltage. (VDDH) and low voltage (VDDL), and these reference voltages are divided to form a plurality of gray voltages GMA1 to GMA4 to be applied to the liquid crystal.
만일 공통 전압(Vcom)과 고전압(VDDH) 사이에서 분할되어 발생한 계조 전압이 홀수번째 프레임(odd frame)을 표시할 때 액정에 인가된다면, 공통 전압(Vcom)과 저전압(VDDL) 사이에서 분할되어 발생한 계조 전압은 짝수번째 프레임(even frame)을 표시할 때 액정에 인가됨으로써 주기적으로 액정을 반전시켜 구동한다. 이 때, 저전압(VDDL)은 부(-)전압이 아니라 0V의 그라운드 전압으로 사용하는 것이 바람직한데, 이는 부(-)전압을 발생시키기 위해서는 이를 위한 별도의 DC/DC 컨버터가 필요하므로 회로 부품이 증가하고 이러한 회로 부품의 증가는 소비 전력 증가의 원인이 되기 때문이다.If a gradation voltage generated by dividing between the common voltage Vcom and the high voltage VDDH is applied to the liquid crystal when displaying an odd frame, the divided voltage is generated between the common voltage Vcom and the low voltage VDDL. The gray scale voltage is applied to the liquid crystal when displaying an even frame to periodically invert the liquid crystal to drive the gray voltage. At this time, it is preferable to use the low voltage (VDDL) as a ground voltage of 0 V, not a negative voltage. Since a separate DC / DC converter is required to generate the negative voltage, a circuit component is required. This is because the increase of these circuit components contributes to an increase in power consumption.
그리고 계조 전압을 발생하기 위해 사용되는 고전압(VDDH)은 외부로부터 입력되는 3.3V 등의 전원 전압이 DC/DC 컨버터를 통해 승압되어 만들어지는데, 일반적으로 DC/DC 컨버터는 높은 전압을 만들수록 효율이 떨어지고 액정에 인가되는 전하량은 같은 계조 표현시에 거의 일정하게 필요하므로, 전체적으로 높은 레벨의 고전압(VDDH)을 만들수록 소비 전력은 증가하게 된다.In addition, the high voltage (VDDH) used to generate the gray scale voltage is generated by boosting a power supply voltage such as 3.3V input from the outside through the DC / DC converter. Since the amount of charge that is dropped and applied to the liquid crystal is almost constant at the same gray scale expression, the power consumption increases as the overall high voltage VDDH is made.
그러면, 액정을 구동하기 위해 필요한 고전압(VDDH)의 레벨과 저전압(VDDL)의 레벨에 대해 설명하기로 한다.Next, the level of the high voltage VDDH and the level of the low voltage VDDL required for driving the liquid crystal will be described.
노멀 화이트 모드(normal white mode)의 액정 표시 장치에서 블랙 화면을 표시할 때 액정 커패시터 양단에는 공통 전압과 계조 전압이 최대 전압차를 갖도록 계조 전압이 인가되어야 한다. 그리고 이 때 홀수번째 프레임을 표시하고자 한다면 포지티브 전위차를 액정 커패시터에 인가하기 위한 고전압(VDDH)의 크기는 수학식 1의 조건을 만족해야 한다.When displaying a black screen in a liquid crystal display of a normal white mode, a gray voltage must be applied across the liquid crystal capacitor so that a common voltage and a gray voltage have a maximum voltage difference. In this case, when the odd numbered frame is to be displayed, the magnitude of the high voltage VDDH for applying the positive potential difference to the liquid crystal capacitor should satisfy the condition of Equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
VDDH ≥ Vcom + Vs + Vk VDDH ≥ Vcom + Vs + Vk
여기서, Vcom은 공통 전극 전압, Vs는 액정 커패시터의 포화 전압, 그리고 Vk는 킥백(kick back) 전압이다.Where Vcom is the common electrode voltage, Vs is the saturation voltage of the liquid crystal capacitor, and Vk is the kick back voltage.
다음에, 짝수번째 프레임을 표시할 때 네가티브 전위차를 액정 커패시터에 인가하기 위한 저전압(VDDL)의 크기는 수학식 2의 조건을 만족해야 한다.Next, when displaying the even-numbered frame, the magnitude of the low voltage VDDL for applying the negative potential difference to the liquid crystal capacitor should satisfy the condition of equation (2).
[수학식 2][Equation 2]
VDDL ≤ Vcom - Vs + Vk VDDL ≤ Vcom-Vs + Vk
상기 수학식 1과 수학식 2에서 볼 수 있는 것처럼, 고전압(VDDH)과 저전압(VDDL)의 레벨은 킥백 전압(Vk)의 함수임을 알 수 있다.As can be seen in
여기서, 킥백 전압(Vk)이란 액정 커패시터를 구동하기 위한 박막 트랜지스터의 게이트 전압의 전위가 온 전압(Von)에서 오프 전압(Voff)으로 전환될 때 계조 전압이 일정 전위만큼 감소하게 되는데 이 때 감소되는 전위를 가리키는 말이다. 다시 말하면, 게이트 전압의 전위가 온 전압(Von)에서 오프 전압(Voff)으로 전환될 때 박막 트랜지스터의 게이트와 소스간에 존재하는 기생 용량(Cgs)이 전하량을 급하게 필요로함에 따라 액정 용량(Clc) 또는 유지 용량(Cst)에 충전되어 있던 전하량의 일부가 상기 기생 용량(Cgs)으로 넘어감으로써 발생하게 되는 계조 전압의 감소폭을 의미하는 것으로, 그 크기는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.Here, the kickback voltage Vk is a gray level voltage decreases by a predetermined potential when the potential of the gate voltage of the thin film transistor for driving the liquid crystal capacitor is switched from the on voltage Von to the off voltage Voff. It refers to a potential. In other words, when the potential of the gate voltage is switched from the on voltage Von to the off voltage Voff, the parasitic capacitance Cgs existing between the gate and the source of the thin film transistor needs a rapid amount of charge, so that the liquid crystal capacitor Clc Alternatively, this means a decrease in grayscale voltage caused by a part of the charge amount charged in the storage capacitor Cst to the parasitic capacitance Cgs, and the magnitude thereof may be expressed by Equation 3 below.
[수학식 3][Equation 3]
수학식 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 킥백 전압은 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 전압차에 비례함을 알 수 있다.As can be seen in Equation 3, it can be seen that the kickback voltage is proportional to the voltage difference between the gate on voltage Von and the gate off voltage Voff.
그러나, 이러한 킥백 전압(Vk)은 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 항상 네가티브 방향으로만 작용하는 벡터 특성을 가지고 있기 때문에, 수학식 1의 경우에는 고전압(VDDH)을 높여야 하는 방향으로, 그리고 수학식 2의 경우에는 공통 전압(Vcom)을 낮추어야 하는 방향으로 작용하며, 이러한 킥백 전압(Vk)을 고려하여 고전압(VDDH)을 높이면 앞에서 설명한 바와 같이 구동 회로의 소비 전력이 증가한다는 문제점이 있다.However, since the kickback voltage Vk has a vector characteristic that always operates in the negative direction as shown in FIG. 2, in the case of
따라서 이 발명의 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동일한 계조 특성을 유지하면서 계조 전압을 발생하기 위한 고전압의 레벨을 낮추어 구동 회로의 전체 소비 전력을 줄일 수 있는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 구동 방법을 제공하는 데에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and to drive the thin film transistor liquid crystal display device which can reduce the total power consumption of the driving circuit by lowering the level of the high voltage for generating the gray scale voltage while maintaining the same gray scale characteristics. To provide a way.
상기의 과제를 달성하기 위한 이 발명의 구동 방법은,The driving method of the present invention for achieving the above object,
박막 트랜지스터 액정 표시 장치를 구동하는 데에 있어서,In driving the thin film transistor liquid crystal display device,
공통 전압을 기준으로 포지티브 계조 전압을 액정 커패시터에 인가하는 경우, 제1 게이트 온 전압에서 이보다 낮은 제2 게이트 온 전압으로 하강한 후 게이트 오프 전압으로 전환되는 게이트 전압을 인가하는 단계, 및When applying a positive gray voltage to the liquid crystal capacitor based on the common voltage, applying a gate voltage that is converted from the first gate on voltage to a lower second gate on voltage and then converted to a gate off voltage, and
공통 전압을 기준으로 네가티브 계조 전압을 액정 커패시터에 인가하는 경우, 제1 게이트 온 전압에서 이보다 높은 제3 게이트 온 전압으로 승압된 후 게이트 오프 전압으로 전환되는 게이트 전압을 인가하는 단계를 포함한다.When the negative gray voltage is applied to the liquid crystal capacitor based on the common voltage, applying a gate voltage that is stepped up from the first gate on voltage to a higher third gate on voltage and then converted into a gate off voltage.
이 발명은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 고유 특성인 킥백 전압의 벡터 특성을 이용하여 구동 회로의 소비 전력을 줄이는 방법에 대한 것으로서, 액정 표시 장치의 구동에서 포지티브 전위차를 액정 커패시터에 인가하는 경우에는 게이트 온 전압에서 게이트 오프 전압으로 변화되는 전압 변화량을 감소시켜 킥백 전압을 최소화함으로써 계조 전압을 만들기 위한 고전압의 레벨을 가능한한 낮추고, 네가티브 전위차를 액정 커패시터에 인가하는 경우에는 게이트 온 전압에서 게이트 오프 전압으로 변화되는 전압 변화량을 증가시켜 킥백 전압을 최대로 함으로써 계조 전압을 만들기 위한 공통 전압의 레벨도 가능한한 낮출 수 있도록 한다.The present invention relates to a method of reducing power consumption of a driving circuit using a vector characteristic of a kickback voltage, which is an inherent characteristic of a thin film transistor liquid crystal display. In the case of applying a positive potential difference to a liquid crystal capacitor during driving of the liquid crystal display, By minimizing the kickback voltage by reducing the voltage change from voltage to gate-off voltage, the level of high voltage to make the gradation voltage is as low as possible, and when the negative potential difference is applied to the liquid crystal capacitor, it is changed from gate-on voltage to gate-off voltage. By increasing the amount of voltage change, the kickback voltage is maximized so that the level of the common voltage for generating the gradation voltage is as low as possible.
이하, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위해 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention in detail.
도 3a는 킥백 전압을 감소시키기 위한 게이트 전압의 파형도이고, 도 3b는 킥백 전압을 증가시키기 위한 게이트 전압의 파형도이다.3A is a waveform diagram of a gate voltage for decreasing the kickback voltage, and FIG. 3B is a waveform diagram of a gate voltage for increasing the kickback voltage.
우선, 홀수번째 프레임을 표시하는 경우 홀수번째 라인의 박막 트랜지스터 게이트 전극에는 도 3a와 같이 게이트 온 전압(Von1)에서 게이트 오프 전압(Voff)으로 전환되기 전에 게이트 온 전압(Von1)에서 일정 레벨(Von2)로 하강한 후 게이트 오프 전압(Voff)으로 전환되는 게이트 전압을 인가하고, 짝수번째 라인의 박막 트랜지스터 게이트 전극에는 도 3b와 같이 게이트 온 전압(Von1)에서 게이트 오프 전압(Voff)으로 전환되기 전에 게이트 온 전압(Von1)에서 일정 레벨(Von3)로 승압된 후 게이트 오프 전압(Voff)으로 전환되는 게이트 전압을 인가한다. 이 때, 도 3a의 게이트 전압을 인가받는 박막 트랜지스터와 연결되는 액정 커패시터에는 공통 전압(Vcom)과 고전압(VDDH) 사이에서 분할되어 만들어진 포지티브 계조 전압이 인가되고, 도 3b의 게이트 전압을 인가받는 박막 트랜지스터와 연결되는 액정 커패시터에는 공통 전압(Vcom)과 저전압(VDDL) 사이에서 분할되어 만들어진 네가티브 계조 전압이 인가된다.First, when the odd frame is displayed, the thin film transistor gate electrode of the odd-numbered line has a predetermined level Von2 at the gate-on voltage Von1 before switching from the gate-on voltage Von1 to the gate-off voltage Voff as shown in FIG. 3A. Gate voltage is converted to the gate-off voltage (Voff) after falling down, and before the gate-on voltage (Von1) is switched from the gate-on voltage (Von1) to the gate-off voltage (Voff) as shown in FIG. A gate voltage that is increased from the gate on voltage Von1 to a predetermined level Von3 and then converted to the gate off voltage Voff is applied. At this time, a positive gray scale voltage divided between the common voltage Vcom and the high voltage VDDH is applied to the liquid crystal capacitor connected to the thin film transistor receiving the gate voltage of FIG. 3A, and the thin film receiving the gate voltage of FIG. 3B. The negative gray voltage, which is divided between the common voltage Vcom and the low voltage VDDL, is applied to the liquid crystal capacitor connected to the transistor.
다음에, 짝수번째 프레임을 표시하는 경우 홀수번째 라인의 박막 트랜지스터 게이트 전극에는 도 3b와 같은 파형의 게이트 전압을 인가하고, 짝수번째 라인의 박막 트랜지스터 게이트 전극에는 도 3a와 같은 파형의 게이트 전압을 인가한다. 이 때, 도 3a의 게이트 전압을 인가받는 박막 트랜지스터와 연결되는 액정 커패시터에는 공통 전압(Vcom)과 고전압(VDDH) 사이에서 분할되어 만들어진 포지티브 계조 전압이 인가되고, 도 3b의 게이트 전압을 인가받는 박막 트랜지스터와 연결되는 액정 커패시터에는 공통 전압(Vcom)과 저전압(VDDL) 사이에서 분할되어 만들어진 네가티브 계조 전압이 인가된다.Next, in the case of displaying the even-numbered frame, the gate voltage of the waveform as shown in FIG. 3B is applied to the thin film transistor gate electrode of the odd-numbered line, and the gate voltage of the waveform as shown in FIG. 3A is applied to the thin film transistor gate electrode of the even-numbered line. do. At this time, a positive gray scale voltage divided between the common voltage Vcom and the high voltage VDDH is applied to the liquid crystal capacitor connected to the thin film transistor receiving the gate voltage of FIG. 3A, and the thin film receiving the gate voltage of FIG. 3B. The negative gray voltage, which is divided between the common voltage Vcom and the low voltage VDDL, is applied to the liquid crystal capacitor connected to the transistor.
따라서, 도 3a와 같은 파형의 게이트 전압이 인가될 때는 킥백 전압(Vk)이 최소가 되므로 수학식 1에 근거하여 최소의 고전압(VDDH)을 기준으로 포지티브 계조 전압이 만들어지고, 도 3b와 같은 파형의 게이트 전압이 인가될 때는 킥백 전압(Vk)이 최대가 되므로 수학식 2에 근거하여 최소의 공통 전압(Vcom)을 기준으로 네가티브 계조 전압이 만들어진다.Therefore, when the gate voltage of the waveform shown in FIG. 3A is applied, the kickback voltage Vk becomes minimum, and a positive gray scale voltage is generated based on the minimum high voltage VDDH based on
이렇게 설정된 기준 전압(VDDH, Vcom)을 DC/DC 컨버터를 통해 승압하여 만들었을 때 DC/DC 변환 효율상의 잇점과 동일한 액정 소비 전류에 대해 낮은 전압으로 액정을 구동할 수 있으므로 전체 구동 회로의 소비 전력이 낮아지게 된다.When the reference voltages (VDDH, Vcom) set in this manner are boosted through a DC / DC converter, the liquid crystal can be driven at a low voltage for the liquid crystal consumption current which is the same as the DC / DC conversion efficiency advantage. Will be lowered.
도 1은 고전압 구동 방식을 적용한 액정 표시 장치의 계조 전압 발생 회로를 나타낸 도면,1 is a diagram illustrating a gray voltage generator circuit of a liquid crystal display device to which a high voltage driving method is applied;
도 2는 액정 커패시터에 실제로 인가되는 계조 전압(Vp)에서 킥백 전압(kick back voltage)을 나타낸 파형도,2 is a waveform diagram showing a kick back voltage at a gray voltage Vp actually applied to a liquid crystal capacitor;
도 3a 및 도 3b는 킥백 전압을 감소 및 증가시키기 위한 게이트 전압의 파형도이다.3A and 3B are waveform diagrams of gate voltages for decreasing and increasing kickback voltage.
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