KR100945584B1 - 액정 표시 장치의 구동 장치 - Google Patents

액정 표시 장치의 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정확한 기준 전압을 제공하기 위하여 기준 전압을 보상할 수 있는 액정 표시 장치의 구동 장치에 관한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치가 두 벌의 복수 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성부, 상기 기준 전압 생성부로부터의 상기 기준 전압을 디지털로 변환하는 아날로그 디지털 변환기, 상기 기준 전압에 대응하는 디지털 신호를 기억하는 메모리, 상기 아날로그 디지털 변환기와 상기 메모리로부터의 신호를 서로 비교하여 그 결과를 자신의 입력으로 되먹임(feedback)하는 비교기, 상기 비교기로부터의 출력을 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기, 그리고 상기 디지털 아날로그 변환기로부터의 출력에 기초하여 복수의 계조 전압을 생성하고, 상기 계조 전압 중 영상 신호에 해당하는 계조 전압을 데이터 전압으로서 상기 화소에 인가하는 데이터 구동부를 포함한다. 이러한 방식으로, 기준 전압을 인가하기 전에 보상함으로써, 원하는 색상을 표현할 수 있다.
액정표시장치, 기준전압, 계조전압, ADC, 비교기, 메모리, 감마곡선, 감마정수

Description

액정 표시 장치의 구동 장치 {APPARATUS OF DRIVING LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 기준 전압 보상부의 블록도이다.
본 발명은 액정 표시 장치의 구동 장치에 관한 것으로서, 특히 기준 전압을 보상할 수 있는 액정 표시 장치의 구동 장치에 관한 것이다.
일반적인 액정 표시 장치(LCD)는 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 액정층에 전기장을 인가하고, 이 전기장의 세기를 조절하여 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 얻는다. 이러한 액정 표시 장치는 휴대가 간편한 평판 표시 장치(flat panel display, FPD) 중에서 대표적인 것으로서, 이 중에서도 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 스위칭 소자로 이용한 TFT-LCD가 주로 이용 되고 있다.
이러한 LCD는 스위칭 소자를 포함하는 화소, 화소에 스위칭 소자를 통하여 해당하는 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동부 및 기준 전압을 생성하여 데이터 구동부에 공급하는 기준 전압 생성부를 포함한다.
기준 전압 생성부는 통상 반전 구동을 위하여 정극성과 부극성의 계조 전압을 생성하며, 데이터 구동부는 복수의 계조 전압 중 영상 신호에 해당하는 계조 전압을 선택하여 데이터 전압으로서 화소에 인가한다.
이 때, 계조 전압을 공급하는 방식에는 필요로 하는 모든 계조 전압을 미리 생성하여 데이터 구동부에 공급하는 방식과 몇 개의 기준이 되는 계조 전압을 공급하고 나머지는 데이터 구동 IC 내에서 저항 분할하는 방식이 있다. 최근에는 데이터의 비트 수가 증가하면서 표현하고자 하는 계조 전압의 수 또한 증가하므로, 통상 후자의 방식을 취하고 있다.
예를 들면, 후자의 방식에서 6비트 데이터의 경우, 필요로 하는 계조 전압은 모두 64개인데 이 중 8개의 기준이 되는 계조 전압(이하에서는 기준이 되는 계조 전압을 줄여서 "기준 전압"이라 한다)을 생성하고 그 사이의 값들은 데이터 구동부의 IC에서 일정한 규칙에 의하여 생성한다.
이러한 일정한 규칙을 얻는데 필요한 것이 감마 보정(gamma correction)이며 이는 액정의 광투과성이 비선형이기 때문에 이를 보정하여 균일한 광투과 특성을 얻고자 하는 것이다. 또한, 감마 보정시 이용되는 일종의 곡선을 감마 곡선(gamma curve)이라 한다. LCD에서는 감마 정수가 2.2인 감마 곡선을 갖도록 조정되어 있 다.
한편, 액정 표시 장치의 DC/DC IC에서 생성된 일정한 전원을 저항열의 한 단에 인가하고, 저항값의 비를 조정하여 기준 전압을 생성한다. 저항열은 공통 전압을 중심으로 정극성의 전압을 생성하는 전단부와 부극성의 전압을 생성하는 후단부를 포함하고, 정극성과 부극성의 전압을 인가함으로써 액정의 열화를 방지한다.
하지만, 저항열의 저항값은 약 1% 정도의 오차를 가지며 전단부와 후단부의 동일한 계조에 해당하는 저항값도 약간의 오차가 존재한다. 또한, 저항열에 인가되는 전원도 오차가 존재하여 전체적으로 기준 전압이 변화한다. 이렇게 되면 각 계조에 해당하는 정확한 전압을 인가할 수 없어 설정한 감마 곡선이 위 또는 아래로 이동한다. 이로 인해, 원하는 영상을 얻을 수 없는 경우가 발생한다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 정확한 기준 전압을 인가할 수 있는 액정 표시 장치의 구동 장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치가 기준 전압 생성부, 디지털 아날로그 변환기, 메모리, 비교기 및 디지털 아날로그 변환기를 포함한다. 상기 기준 전압 생성부는 두 벌의 복수 기준 전압을 생성하며, 상기 아날로그 디지털 변환기는 상기 기준 전압 생성부로부터의 상기 기준 전압을 디지털로 변환하고, 상기 메모리는 상기 기준 전압에 대응하는 디지털 신호를 기억한다. 상기 비교기는 상기 아날로그 디지털 변환기와 상기 메모리로부터의 신호를 서로 비교하여 그 결과를 자신의 입력으로 되먹임(feedback)하며 상기 디지털 아날로그 변환기는 상기 비교기로부터의 출력을 아날로그 신호로 변환한다.
이 때, 상기 메모리의 정보는 액정의 투과율과 계조와의 관계를 나타내는 감마 곡선에 기초하여 기억되는 것이 바람직하다.
상기 액정 표시 장치의 구동 장치는 상기 영상 신호와 상기 영상 신호의 표시를 제어하는 제어 입력 신호를 공급받아 상기 데이터 구동부를 제어하는 신호 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 신호 제어부는 상기 아날로그 디지털 변환기, 상기 메모리, 상기 비교기 및 상기 디지털 아날로그 변환기를 포함하는 것이 바람직하다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(300) 및 이에 연결된 게이트 구동부(400), 데이터 구동부(500), 이들을 제어하는 신호 제어부(600) 및 이에 연결된 기준 전압 생성부(800)를 포함한다.
액정 표시판 조립체(300)는 등가 회로로 볼 때 복수의 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)를 포함한다.
표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G1-Gn)과 데이터 신호를 전달하는 데이터 신호선 또는 데이터선(D1-Dm)을 포함한다. 게이트선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(D1-Dm)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.
각 화소는 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(CLC) 및 유지 축전기(storage capacitor)(CST)를 포함한다. 유지 축전기(CST)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
스위칭 소자(Q)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있으며, 삼단자 소자로서 그 제어 단자 및 입력 단자는 각각 게이트선(G1-Gn) 및 데이터선(D1-D m)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(CLC) 및 유지 축전기(CST)에 연결되어 있다.
액정 축전기(CLC)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190)과 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(190, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)에 연결되며 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가받는다. 도 2에서와는 달리 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(190, 270)이 모두 선형 또는 막대형으로 만들어진다.
유지 축전기(CST)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(190)이 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(CST)는 화소 전극(190)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선과 중첩되어 이루어질 수 있다.
한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소가 색상을 표시할 수 있도록 하여야 하는데, 이는 화소 전극(190)에 대응하는 영역에 적색, 녹색, 또는 청색의 색 필터(230)를 구비함으로써 가능하다. 도 2에서 색 필터(230)는 상부 표시판(200) 의 해당 영역에 형성되어 있지만 이와는 달리 하부 표시판(100)의 화소 전극(190) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.
액정 표시판 조립체(300)의 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.
기준 전압 생성부(800)는 화소의 투과율과 관련된 두 벌의 복수 계조 전압을 생성한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지고 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.
게이트 구동부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G1-Gn)에 연결되어 외부로부터의 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)에 인가한다.
데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압을 선택하여 데이터 신호로서 화소에 인가하며 통상 복수의 집적 회로로 이루어진다.
신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500) 등의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성하여, 각 해당하는 제어 신호를 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500)에 제공한다.
그러면 이러한 액정 표시 장치의 표시 동작에 대하여 좀더 상세하게 설명한다.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 RGB 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호, 예를 들면 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 제공받는다. 신호 제어부(600)는 입력 제어 신호를 기초로 게이트 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2) 등을 생성하고 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리한 후, 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(R', G', B')는 데이터 구동부(500)로 내보낸다. 또한, 신호 제어부(600)에 포함된 기준 전압 보상부(650)는 기준 전압 생성부(800)로부터의 기준 전압(Vref)을 비교하여 출력하는데 이에 대하여는 나중에 상세히 설명한다.
게이트 제어 신호(CONT1)는 게이트 온 펄스(게이트 온 전압 구간)의 출력 시작을 지시하는 수직 동기 시작 신호(STV), 게이트 온 펄스의 출력 시기를 제어하는 게이트 클록 신호(CPV) 및 게이트 온 펄스의 폭을 한정하는 출력 인에이블 신호(OE) 등을 포함한다.
데이터 제어 신호(CONT2)는 영상 데이터(R', G', B')의 입력 시작을 지시하는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D1-Dm)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(LOAD), 공통 전압(Vcom)에 대한 데이터 전압의 극성(이하 "공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성"을 줄여 "데이터 전압의 극성"이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS) 및 데이터 클록 신호(HCLK) 등을 포함한다.
데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라 한 행의 화소에 대응하는 영상 데이터(R', G', B')를 차례로 입력받고, 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압 중 각 영상 데이터(R', G', B')에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써, 영상 데이터(R', G', B')를 해당 데이터 전압으로 변환한다.
게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 게이트선(G1-Gn)에 인가하여 이 게이트선(G 1-Gn)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴온시킨다.
하나의 게이트선(G1-Gn)에 게이트 온 전압(Von)이 인가되어 이에 연결된 한 행의 스위칭 소자(Q)가 턴 온되어 있는 동안[이 기간을 "1H" 또는 "1 수평 주기(horizontal period)"이라고 하며 수평 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 게이트 클록(CPV)의 한 주기와 동일함], 데이터 구동부(500)는 각 데이터 전압을 해당 데이터선(D1-Dm)에 공급한다. 데이터선(D1-Dm )에 공급된 데이터 전압은 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통해 해당 화소에 인가된다.
액정 분자들은 화소 전극(190)과 공통 전극(270)이 생성하는 전기장의 변화에 따라 그 배열을 바꾸고 이에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 표시판(100, 200)에 부착된 편광자(도시하지 않음)에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타난다.
이러한 방식으로, 한 프레임(frame) 동안 모든 게이트선(G1-Gn)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하여 모든 화소에 데이터 전압을 인가한다. 한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소에 인가되는 데이터 전압의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다("프레임 반전"). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 전압의 극성이 바뀌거나("라인 반전"), 한 화소행에 인가되는 데이터 전압의 극성도 서로 다를 수 있다("도트 반전").
한편, 신호 제어부(600)는 기준 전압 생성부(800)로부터의 기준 전압(Vref)과 메모리에 기억된 기준 전압을 비교하여 출력하는데 이에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 기준 전압 보상부(650)의 블록도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 기준 전압 보상부(650)는 ADC(651), 비교기(652)와 이에 연결된 메모리(654), 그리고 DAC(653)를 포함한다.
ADC(651)는 기준 전압 생성부(800)로부터의 아날로그 신호인 복수의 기준 전압을 수신하여 디지털 신호로 변환한다.
기준 전압(Vref)은 해당하는 비트의 데이터에 맞추어 필요한 만큼 생성하게 된다. 예를 들면, 영상 신호가 6비트 데이터이며 64 계조인 경우, 정극성과 부극성 각각 64 계조에 해당하는 전압이 필요하므로 모두 128개의 계조 전압이 필요하 다. 그러면, 기준 전압 생성부(800)에서 생성되는 기준 전압(Vref)은 정극성과 부극성 각각 8개씩 모두 16개이고, 그 사이의 전압은 데이터 구동부(500)에서 저항열을 이용하여 생성한다.
한편, 액정 표시 장치의 사양에 따라서 공통 전압을 포함하여 정극성과 부극성의 화이트 계조 전압 또는 블랙 계조 전압을 기준 전압으로 미리 생성할 수 있으며, 이 때에는 모두 19개의 기준 전압을 생성한다.
64 계조의 경우, 통상 이를 8 등분한 계조에 해당하는 전압을 기준 전압(Vref)으로서 생성하는데, 예를 들면 8, 16, 24, 32, 48 및 64 계조에 해당하는 전압을 각각 기준 전압으로서 생성한다.
메모리(654)는 감마 정수 2.2인 감마 곡선에서 전술한 계조에 해당하는 전압의 정보를 디지털 신호로서 기억하고 있다. 예를 들면, 8 계조에 해당하는 전압이 0.625V, 16 계조에 해당하는 전압 1.25V인 경우, 이에 해당하는 디지털 신호를 기억하고 있다가 비교기(652)에 제공한다. 물론 감마 정수가 전술한 것과 다른 전압의 정보를 기억하는 것도 얼마든지 가능하다.
비교기(652)는 ADC(651)로부터의 신호와 메모리(654)로부터의 신호를 순차적으로 비교한다. 즉, 기준 전압(Vref)의 수효가 16개인 경우, 16개 모두를 순차적으로 비교하고, 그 결과를 출력한다. 이 때, 입력되는 값과 메모리(652)에 기억된 값이 오차가 있다면 그 결과를 피드백(feedback)시켜 ADC(651)의 출력에 반영시킴으로써 이 차이만큼을 보상한다.
DAC(653)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 보상이 끝난 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하여 데이터 구동부(500)에 공급하며, 데이터 구동부(500)는 이 기준 전압(V'ref)을 기초로 그 사이의 계조 전압을 생성하고, 생성된 계조 전압 중 영상 신호에 해당하는 계조 전압을 선택하여 데이터 전압으로서 화상 신호에 인가한다.
이러한 방식으로, 설정한 감마 곡선에 최대한 가까이 보정하여 줌으로써 원하는 영상을 얻을 수 있다.
한편, 전술한 기준 신호 보상부(650)는 신호 제어부(600)에 위치하는데, 이는 부품 소자의 증가를 막기 위함이나, 별개의 칩으로 구현할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 기준 전압 생성부(800)에서 생성된 전압을 미리 비교하여 보상한 후 데이터 구동부(500)에 인가함으로써, 정확한 기준 전압을 인가함으로써 원하는 영상을 표현할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (3)

  1. 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치로서,
    두 벌의 복수 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성부,
    상기 기준 전압 생성부로부터의 상기 기준 전압을 디지털로 변환하는 아날로그 디지털 변환기,
    상기 기준 전압에 대응하는 디지털 신호를 기억하는 메모리,
    상기 아날로그 디지털 변환기와 상기 메모리로부터의 신호를 서로 비교하여 그 결과를 자신의 입력으로 되먹임(feedback)하는 비교기,
    상기 비교기로부터의 출력을 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기, 그리고
    상기 디지털 아날로그 변환기로부터의 출력에 기초하여 복수의 계조 전압을 생성하고, 상기 계조 전압 중 영상 신호에 해당하는 계조 전압을 데이터 전압으로서 상기 화소에 인가하는 데이터 구동부
    를 포함하는
    액정 표시 장치의 구동 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 메모리의 정보는 액정의 투과율과 계조와의 관계를 나타내는 감마 곡선에 기초하여 기억되는 액정 표시 장치의 구동 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 액정 표시 장치의 구동 장치는 상기 영상 신호와 상기 영상 신호의 표시를 제어하는 제어 입력 신호를 공급받아 상기 데이터 구동부를 제어하는 신호 제어부를 더 포함하고,
    상기 신호 제어부는 상기 아날로그 디지털 변환기, 상기 메모리, 상기 비교기 및 상기 디지털 아날로그 변환기를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 장치.
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