KR100889541B1 - 액정표시장치의 구동회로 - Google Patents

액정표시장치의 구동회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저전압용 구동 IC를 사용하여 IPS 액정표시장치를 구동함으로써 고전압용 데이터 구동 IC 사용에 따른 비용을 절감하도록 한 액정표시장치의 구동회로에 관한 것으로서, 저전압을 발생하는 데이터 구동 IC와, 외부의 공통전압을 인가받아 차징 펌핑하여 출력하는 차징 펌핑부와, 상기 데이터 구동 IC의 각 출력단에 구성되어 상기 차징 펌핑부에서 차징된 전압을 저장하는 복수개의 커패시터와, 상기 데이터 구동 IC의 각 출력단에 각각 설치되어 상기 데이터 구동 IC에서 출력된 전압과 상기 커패시터의 출력전압을 외부의 극성제어 신호 및 반전된 극성제어신호에 따라 선택적으로 출력하는 복수개의 스위치부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
액정표시장치, 차징 펌핑부, 커패시터, 스위치, IPS

Description

액정표시장치의 구동회로{driving circuit of liquid crystal display device}
도 1은 일반적인 TN 액정표시장치의 일부를 나타낸 분해 사시도
도 2는 일반적인 IPS의 액정표시장치를 나타낸 개략적인 단면도
도 3은 일반적인 액정표시장치의 구동회로 블록 구성도
도 4는 종래의 IPS 액정표시장치의 구동회로를 나타낸 개략적인 블록도
도 5는 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로를 나타낸 개략적인 회로도
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로의 동작을 설명하기 위한 파형도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
51 : 데이터 구동 IC 52 : 차징 펌핑부
53 : 커패시터 54 : 스위치부
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 비용을 절감하는데 적당한 액정표시장치의 구동회로에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)을 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전, 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정표시장치는 크게 영상신호를 표시하는 액정표시패널과 외부에서 상기 액정표시패널에 구동신호를 인가하는 구동회로로 구분할 수 있다.
상기 액정표시 패널은, 도면에는 도시되지 않았지만, 일정한 공간을 갖고 합착된 두 개의 투명 기판(유리 기판) 사이에 액정이 주입된 표시장치로서, 상기 두개의 투명 기판 중 하나에는 일정 간격으로 배열된 복수개의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 정의된 매트릭스 형태의 각 화소 영역에 형성된 복수개의 화소전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 따라 상기 데이터 라인의 신호를 각 화소전극에 인가하는 복수개의 박막트랜지스터가 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 형성된다. 그리고 나머지 기판에는 칼라필 터층, 공통전극 및 블랙 매트릭스층이 형성된다.
따라서, 게이트 라인에 순차적으로 턴 온 신호를 인가하면 그 때마다 해당 라인의 화소 전극에 데이터 신호가 인가되므로 영상이 표시된다.
또한, 이와 같이 합착된 두 기판의 배면에 균일한 광원을 제공하는 백 라이트가 형성된다. 상기 백 라이트의 광원으로 사용되고 있는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)는 그 특성면에서 휘도와 수명이 반비례 관계에 있다. 즉, 휘도를 높이기 위해 고전류로 구동하는 경우 수명이 줄어드는 반면, 수명을 늘리기 위해서는 저전류로 구동해야하므로 높은 휘도를 달성하기 어렵다는 문제점이 있다.
그러나 실제로 제품 적용 측면에서는 대부분의 경우 고휘도와 장수명이 동시에 요구되어 진다.
이러한 요구에 대응하고자 일반적인 액정표시장치의 화면 상태에서 어느 정도의 휘도로 구동을 하다가 특별히 고휘도가 요구되어지는 화면을 구동할 때 일시적으로 백 라이트의 램프에 고전류를 인가하여 실제 디스플레이 소자의 휘도에 대한 능동 영역을 넓혀주는 기술을 적용하고 있다.
또한, 액정표시장치의 경우 화면에 디스플레이되는 화상에 따라서 사용되는 전류의 양이 달라진다. 예를 들면, 전압의 인가와 함께 액정 분자가 전계의 방향으로 재배열되어 입사한 빛을 차단하는 노멀 화이트(Normally white) 모드의 경우 일반적으로 화면에 밝은 픽셀의 수가 많아질수록 패널이 소모하는 전력이 작아지는 반면, 어두운 픽셀 수가 많아질수록 패널이 소모하는 전력이 커지는 경향이 있다. 이러한 경향을 이용하여 패널이 소모하는 전력에 따라 이와 연동하는 램프의 전류 값을 제어해주는 방법을 주로 사용하고 있다.
이러한 기술을 적용하는 경우 패널이 소비하는 전류를 검출하고, 이를 백 라이트를 구동하는 인버터의 휘도 제어신호의 가변 범위에 맞도록 변형해야하는 등의 추가적인 회로를 구현해야만 한다.
도 1은 일반적인 TN 액정표시장치의 일부를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 하부기판(1) 및 상부기판(2)과, 상기 하부기판(1)과 상부기판(2) 사이에 주입된 액정층(3)으로 구성되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 하부기판(1)은 화소영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 배선(4)이 배열되고, 상기 게이트 배선(4)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 배선(5)이 배열되며, 상기 게이트 배선(4)과 데이터 배선(5)이 교차하는 각 화소영역(P)에는 화소전극(6)이 형성되고, 상기 각 게이트 배선(4)과 데이터 배선(5)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다.
그리고 상기 상부기판(2)은 상기 화소영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(7)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층(8)과, 화상을 구현하기 위한 공통전극(9)이 형성되어 있다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터(T)는 상기 게이트 배선(4)으로부터 돌출된 게이트 전극과, 전면에 형성된 게이트 절연막(도면에는 도시되지 않음)과 상기 게이트 전극 상측의 게이트 절연막위에 형성된 액티브층과, 상기 데이터 배선(5)으로부 터 돌출된 소오스 전극과, 상기 소오스 전극에 대향되도록 드레인 전극을 구비하여 구성된다.
상기 화소전극(6)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성 금속을 사용한다.
전술한 바와 같이 구성되는 액정표시장치는 상기 화소전극(6)상에 위치한 액정층(3)이 상기 박막 트랜지스터(T)로부터 인가된 신호에 의해 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표현할 수 있다.
전술한 바와 같은 액정패널은 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상부기판(2)의 공통전극(9)이 접지역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정 셀의 파괴를 방지할 수 있다.
그러나, 상-하로 걸리는 전기장에 의한 액정 구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 갖고 있다.
따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 새로운 기술 즉, IPS(In Plane Switching)의 액정표시장치가 제안되고 있다.
도 2는 일반적인 IPS의 액정표시장치를 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 하부기판(11)상에 화소전극(12)과 공통전극(13)이 동일 평면상에 형성되어 있다.
그리고 상기 하부기판(11)과 일정 공간을 갖고 합착된 상부기판(15) 사이에 형성된 액정층(14)은 상기 하부기판(11)상의 상기 화소전극(12)과 공통전극(13) 사 이의 횡전계에 의해 작동한다.
즉, TFT-LCD는 광시야각 특성을 구현하기 위해 상기와 같이 구성된 IPS 방식을 사용하고 있는데, 상기 IPS 구동은 일반 TN 구동에 비해 고전압 구동을 필요로 하고 있다.
도 3은 일반적인 액정표시장치의 구동회로 블록 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 복수개의 게이트 라인(G)과 데이터 라인(D)이 서로 수직한 방향으로 배열되어 매트릭스 형태의 화소영역을 갖는 액정표시패널(21)과, 상기 액정표시패널(21)에 구동 신호와 데이터 신호를 공급하는 구동회로부(22)와, 상기 액정표시패널(21)에 일정한 광원을 제공하는 백 라이트(28)로 구분된다.
여기서, 상기 구동회로부(22)는, 상기 액정표시패널(21)의 각 데이터 라인에 데이터 신호를 입력하는 데이터 드라이버(21b)와 상기 액정표시패널(21)의 각 게이트 라인(G)에 게이트 구동 펄스를 인가하는 게이트 드라이버(21a)와, 액정표시패널의 구동 시스템(27)으로부터 입력되는 디스플레이 데이터(R, G, B)와 수직 및 수평동기신호(Vsync, Hsync) 그리고 클럭신호(DCLK) 등 제어신호를 입력받아 상기 액정표시패널(21)의 각 데이터 드라이버(21b)와 게이트 드라이버(21a)가 화면을 재생하기에 적합한 타이밍으로 각 디스플레이 데이터와 클럭 및 제어신호를 포맷하여 출력하는 타이밍 콘트롤러(23)와, 상기 액정표시패널(21) 및 각부에 필요한 전압을 공급하는 전원 공급부(24)와, 상기 전원 공급부(24)로부터 전원을 인가 받아 상기 데이터 드라이버(21b)에서 입력되는 디지털 데이터를 아날로그 데이터로 변환할 때 필요한 기준전압을 공급하는 감마 기준전압부(25)와, 상기 전원 공급부(24)로부터 출력된 전압을 이용하여 액정표시패널(21)에 사용되는 정전압(VDD), 게이트 고전압(VGH), 게이트 저전압(VGL), 기준전압(Vref) 및 공통전압(Vcom) 등을 출력하는 DC/DC 변환부(26)와, 상기 백 라이트(28)를 구동하는 인버터(29)를 구비하여 구성된다.
이와 같이 구성된 일반적인 액정표시장치의 구동회로의 동작은 다음과 같다.
즉, 타이밍 콘트롤러(23)가 액정표시패널의 구동 시스템(27)으로부터 입력되는 디스플레이 데이터(R, G, B)와 수직 및 수평동기신호(Vsync, Hsync) 그리고 클럭신호(DCLK) 등 제어신호를 입력받아 상기 액정표시패널(21)의 각 데이터 드라이버(21b)와 게이트 드라이버(21a)가 화면을 재생하기에 적합한 타이밍으로 각 디스플레이 데이터와 클럭 및 제어신호를 제공하므로, 상기 게이트 드라이버(21a)가 상기 액정표시패널(21)의 각 게이트 라인(G)에 게이트 구동 펄스를 인가하고 이에 동기되어 상기 데이터 드라이버(21b)가 상기 액정표시패널(21)의 각 데이터 라인(D)에 데이터 신호를 입력하여 입력된 영상신호를 디스플레이 한다.
이 때, 백 라이트(28)는 입력되는 영상신호의 휘도에 관계없이 일정한 밝기의 백 라이트를 제공한다.
도 4는 종래의 IPS 액정표시장치의 구동회로를 나타낸 개략적인 블록도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, IPS 액정표시장치용 데이터 구동 IC(40)는 고전압(15V)을 사용한다.
따라서 IPS 방식의 패널을 구동하기 위해 종래의 IPS 액정표시장치의 구동회 로는 고전압용 데이터 구동 IC(40)를 사용해야 하므로, 전체적인 구동회로의 코스트 상승을 초래하고 수급 또한 용이하지 않아 TFT-LCD 개발에 제한적인 요소가 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 고가의 고전압용 데이터 구동 IC를 사용해야 하는 IPS 액정표시장치를 저전압용 구동 IC를 사용하여 비용을 절감하도록 한 액정표시장치의 구동회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로는 저전압을 발생하는 데이터 구동 IC와, 외부의 공통전압을 인가받아 차징 펌핑하여 출력하는 차징 펌핑부와, 상기 데이터 구동 IC의 각 출력단에 구성되어 상기 차징 펌핑부에서 차징된 전압을 저장하는 복수개의 커패시터와, 상기 데이터 구동 IC의 각 출력단에 각각 설치되어 상기 데이터 구동 IC에서 출력된 전압과 상기 커패시터의 출력전압을 외부의 극성제어 신호 및 반전된 극성제어신호에 따라 선택적으로 출력하는 복수개의 스위치부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로를 나타낸 개략적인 회로도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 구동회로는 저전압(0~10V)을 발생하는 데이터 구동 IC(51)와, 외부의 공통전압(Vcom)(약 7V)을 인가받아 차징 펌핑(charging pumping)하여 출력하는 차징 펌핑부(52)와, 상기 데이터 구동 IC(51)의 각 출력단에 구성되어 상기 차징 펌핑부(52)에서 차징된 전압을 저장하는 복수개의 커패시터(53)와, 상기 데이터 구동 IC(51)의 각 출력단에 각각 설치되어 상기 데이터 구동 IC(51)에서 출력된 전압과 상기 커패시터(53)의 출력전압을 외부의 극성제어 신호(POL) 및 반전된 극성제어신호(inverted POL)에 따라 선택적으로 출력하는 복수개의 스위치부(54)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 각 스위치부(54)는 상기 데이터 구동 IC(51)의 각 출력단에 한 쌍의 스위칭 소자를 포함하고, 그 중 하나는 극성제어 신호(POL)에 의해 스위칭되어 펌핑된 전압을 출력하고, 다른 하나는 반전된 극성제어 신호(inverted POL)에 의해 데이터 구동 IC(51)의 데이터 전압을 출력한다.
한편, 상기 차징 펌핑부(52)는 외부의 공통전압(Vcom) 단자에 직렬로 연결되는 커패시터(C1) 및 제 1 다이오드(D1)와, 상기 커패시터(C1) 및 제 1 다이오드(D1)에 병렬로 연결되는 제 2 다이오드(D2)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 제 1 다이오드(D1)는 공통전압(Vcom) 단자에 역방향으로 연결되고, 상기 제 2 다이오드(D2)는 순방향으로 연결된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로는 저전압용 구동 IC(51)를 사용하여 액정표시패널로 입력되는 데이터 출력을 공통전압(Vcom)을 이용한 차징 펌핑부(52) 및 스위치부(54)를 패널 링크(panel link)부에 구성함으로 써 IPS 액정표시장치를 구동할 수 있다.
한편, 상기 차징 펌핑부(52)는 패널상에 형성하거나 외부의 PCB 기판상에 형성할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 6a에서와 같이, 데이터 구동 IC(51)로부터 출력되는 A지점의 데이터 전압은 0~10V의 저전압이기 때문에 고전압(15V)으로 구동되는 IPS 액정표시장치를 구동할 수 없다.
따라서 도 6b에서와 같이, 상기 차징 펌핑부(52)에서 펌핑된 전압과 데이터 구동 IC(51)에서 출력되는 전압을 사용하여 IPS 액정표시장치를 구동하기 위한 0~15V인 고전압을 생성하게 된다.
즉, 상기 차징 펌핑부(52)를 구성하는 제 1, 제 2 다이오드(D1,D2) 및 한 개의 커패시터(C1)에서 온/오프(on/off) 동작을 교번시켜 B지점에서 공통전압(Vcom) 레벨에 데이터 구동 IC(51)에서 출력된 데이터 전압이 실린 파형이 출력되게 된다.
이어, 상기 스위치부(54)를 거쳐 액정표시패널의 포지티브(positive) 전압(+) 즉, 펌핑된 전압을 C 지점에서 출력하게 한다.
한편, 네거티브(negative) 전압(-)의 경우에는 높은 전압을 필요로 하지 않기 때문에 차징 펌핑부(52)를 거치지 않고 상기 데이터 구동 IC(51)에서 출력되는 데이터 전압이 바로 스위치부(54)를 통해 출력되게 된다.
이때 상기 각 스위치부(54)를 선택적으로 스위칭하는 신호 즉 액정표시패널 의 극성을 제어하는 극성제어 신호(POL)와 반전된 극성제어 신호(inverted POL)가 순차적으로 공급되어 포지티브(+)와 네거티브(-)가 순차적으로 구동되는 도트 인버젼(dot inversion) 구동이 된다.
한편, TFT-LCD의 도트 인버젼(dot inversion) 구동을 지원하기 위해 스위치부(54)는 이웃하는 라인 즉, 극성제어 신호(POL) 및 반전된 극성제어 신호(inverted POL)가 인가되는 두 라인끼리 서로 엇갈리게 구성하여 사용한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동회로는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 저전압용 구동 IC로 고전압 구동이 가능하여 시야각이 우수한 IPS 액정표시장치 등을 구동함으로써 별도의 고전압용 구동 IC를 구입할 필요가 없기 때문에 전체적인 코스트(cost)를 낮출 수 있다.
둘째, 저전압용 구동 IC를 사용하여 데이터 구동 IC의 공용화 및 표준화 사용이 가능하다.

Claims (6)

  1. 저전압을 발생하는 데이터 구동 IC와,
    외부의 공통전압을 인가받아 차징 펌핑하여 출력하는 차징 펌핑부와,
    상기 데이터 구동 IC의 각 출력단에 구성되어 상기 차징 펌핑부에서 차징된 전압을 저장하는 복수개의 커패시터와,
    상기 데이터 구동 IC의 각 출력단에 각각 설치되어 상기 데이터 구동 IC에서 출력된 전압과 상기 커패시터의 출력전압을 외부의 극성제어 신호 및 반전된 극성제어신호에 따라 선택적으로 출력하는 복수개의 스위치부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 스위치부는 상기 데이터 구동 IC의 각 출력단에 한 쌍의 스위칭 소자가 구성되고, 그 중 하나는 극성제어 신호에 의해 스위칭되어 펌핑된 전압을 출력하고, 다른 하나는 반전된 극성제어 신호에 의해 데이터 구동 IC의 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 차징 펌핑부는 외부의 공통전압 단자에 직렬로 연결되는 커패시터 및 제 1 다이오드와, 상기 커패시터 및 제 1 다이오드에 병렬로 연결되는 제 2 다이오드로 구성됨을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 다이오드는 공통전압 단자에 역방향으로 연결되고, 상기 제 2 다이오드는 순방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스위치부는 극성제어 신호 및 반전된 극성제어 신호가 인가되는 두 라인끼리 서로 엇갈리게 구성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 차징 펌핑부는 패널 또는 외부의 PCB 기판상에 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동회로.
KR1020020087347A 2002-12-30 2002-12-30 액정표시장치의 구동회로 KR100889541B1 (ko)

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