KR101773576B1 - 액정 표시 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치의 구동 방법은 복수의 화소에 공통 전압 및 데이터 전압을 인가하는 데이터 기입 단계, 및 상기 데이터 전압에 대응하여 상기 복수의 화소가 발광하는 유지 기간 동안 상기 복수의 화소에 상기 공통 전압을 소정 레벨로 시프트시킨 시프트 공통 전압을 인가하는 유지 단계를 포함하고, 상기 시프트 공통 전압은 상기 복수의 화소를 플로팅시키기 위해 상기 복수의 화소에 인가되는 게이트 오프 전압의 극성과 반대 극성으로 시프트된다. 유지 기간 동안 스위칭 트랜지스터의 게이트-소스 전압을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 누설전류에 의한 영향을 최소화함으로써 화질 저하 현상을 제거할 수 있다. 또한 유지 커패시터의 용량을 줄일 수 있으므로 액정 표시 장치의 소비 전력을 줄일 수 있다.

Description

액정 표시 장치 및 그 구동 방법{Liquid crystal display and driving method thereof}
본 발명은 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD) 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누설전류를 최소화하고 소비전력을 줄이는 액정 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
표시 장치 중 대표적인 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)는 화소 전극 및 공통 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 화소 전극은 행렬의 형태로 배열되고 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT) 등 스위칭 소자에 연결되어 한 행씩 차례로 데이터 전압을 인가 받는다. 공통 전극은 표시판의 전면에 걸쳐 형성되고 공통 전압을 인가 받는다. 화소 전극과 공통 전극 및 그 사이의 액정층은 회로적으로 볼 때 액정 커패시터를 이루며, 액정 커패시터는 이에 연결된 스위칭 소자와 함께 화소를 이루는 기본 단위가 된다.
이러한 액정 표시 장치에서는 두 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전계를 생성하고, 이 전계의 세기를 조절하여 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 얻는다. 이때, 액정층에 한 방향의 전계가 오랫동안 인가됨으로써 발생하는 열화 현상을 방지하기 위하여 프레임별로, 행별로, 또는 화소별로 공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성을 반전시킨다.
액정 표시 장치의 낮은 소비 전력을 위해 짧은 시간의 데이터 기입 기간 동안 복수의 화소에 데이터를 입력하고, 긴 시간의 유지 기간 동안 복수의 화소를 발광시켜 유지시킨다. 유지 기간 동안 각 화소의 전압을 일정하게 유지시켜야 한다. 화소에 사용되는 TFT 특성상 화소에서는 누설전류가 발생할 수 있는데, 누설전류에 의해 각 화소의 전압이 일정하게 유지되지 않을 수 있다. 누설전류는 휘도의 변화, 줄무늬, 크로스토크(cross-talk) 등의 화질 저하 현상의 원인이 된다.
화소의 전압을 유지시키는 커패시터의 용량을 증가시키면 누설전류의 영향을 줄이고 긴 시간 동안 화소의 전압을 일정하게 유지시킬 수 있다. 그러나 커패시턴스를 증가시키면 소비 전력의 증가, 회로의 복잡성 등이 유발된다.
커패시터의 용량의 증가 없이 누설전류를 줄일 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 커패시터 용량의 증가 없이 누설전류에 의한 영향을 최소화하고 소비전력을 줄일 수 있는 액정 표시 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법은 복수의 화소에 공통 전압 및 데이터 전압을 인가하는 데이터 기입 단계, 및 상기 데이터 전압에 대응하여 상기 복수의 화소가 발광하는 유지 기간 동안 상기 복수의 화소에 상기 공통 전압을 소정 레벨로 시프트시킨 시프트 공통 전압을 인가하는 유지 단계를 포함하고, 상기 시프트 공통 전압은 상기 복수의 화소를 플로팅시키기 위해 상기 복수의 화소에 인가되는 게이트 오프 전압의 극성과 반대 극성으로 시프트된다.
상기 데이터 기입 단계는 상기 복수의 화소에 연결되는 복수의 주사선에 게이트 온 전압을 순차적으로 인가하여 상기 복수의 주사선 각각에 연결된 스위칭 트랜지스터를 턴-온시키는 단계, 및 상기 턴-온된 스위칭 트랜지스터를 통하여 상기 복수의 화소 각각에 대응하는 데이터 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 유지 단계는 상기 복수의 주사선에 상기 게이트 오프 전압을 인가하여 상기 복수의 주사선 각각에 연결된 스위칭 트랜지스터를 턴-오프시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 시프트 공통 전압이 인가되어 상기 턴-오프된 스위칭 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 간의 전압차를 증가시킬 수 있다.
상기 스위칭 트랜지스터는 n-채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 상기 게이트 온 전압은 논리 하이 레벨 전압이고, 상기 게이트 오프 전압은 논리 로우 레벨 전압일 수 있다. 상기 시프트 공통 전압은 상기 공통 전압을 소정 레벨 상승시킨 전압일 수 있다.
상기 스위칭 트랜지스터는 p-채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 상기 게이트 온 전압은 논리 로우 레벨 전압이고, 상기 게이트 오프 전압은 논리 하이 레벨 전압일 수 있다. 상기 시프트 공통 전압은 상기 공통 전압을 소정 레벨 하강시킨 전압일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상기 복수의 화소를 포함하는 액정 표시판, 상기 복수의 화소에 연결되는 복수의 주사선에 게이트 온 전압을 순차적으로 인가하여 상기 복수의 주사선 각각에 연결된 스위칭 트랜지스터를 턴-온시키는 주사 구동부, 상기 턴-온된 스위칭 트랜지스터를 통하여 상기 복수의 화소 각각에 대응하는 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동부, 및 상기 복수의 화소에 상기 데이터 전압이 인가되는 데이터 기입 기간 동안 공통 전압을 인가하는 전원 공급부를 포함하고, 상기 주사 구동부는 상기 복수의 화소에 상기 데이터 전압이 인가된 후 상기 스위칭 트랜지스터를 턴-오프시키는 게이트 오프 전압을 인가하고, 상기 전원 공급부는 상기 게이트 오프 전압의 극성과 반대 극성으로 시프트되는 시프트 공통 전압을 인가한다.
상기 스위칭 트랜지스터는 n-채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 상기 게이트 온 전압은 논리 하이 레벨 전압이고, 상기 게이트 오프 전압은 논리 로우 레벨 전압일 수 있다. 상기 시프트 공통 전압은 상기 공통 전압을 소정 레벨 상승시킨 전압일 수 있다.
상기 스위칭 트랜지스터는 p-채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 상기 게이트 온 전압은 논리 로우 레벨 전압이고, 상기 게이트 오프 전압은 논리 하이 레벨 전압일 수 있다. 상기 시프트 공통 전압은 상기 공통 전압을 소정 레벨 하강시킨 전압일 수 있다.
유지 기간 동안 스위칭 트랜지스터의 게이트-소스 전압을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 누설전류에 의한 영향을 최소화함으로써 화질 저하 현상을 제거할 수 있다. 또한 유지 커패시터의 용량을 줄일 수 있으므로 액정 표시 장치의 소비 전력을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 한 화소에 대한 등가 회로를 나타낸다.
도 3은 도 1의 액정 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 도 1의 액정 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 도 1의 액정 표시 장치의 동작에 따른 데이터 기입 기간 동안 인가되는 주사 신호, 데이터 전압, 공통 전압을 나타낸다.
도 6은 도 1의 액정 표시 장치의 동작에 따른 유지 기간 동안 인가되는 주사 신호, 데이터 전압, 시프트 공통 전압을 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(600) 및 이에 연결된 주사 구동부(200), 데이터 구동부(300), 데이터 구동부(300)에 연결된 계조 전압 생성부(350), 전원 공급부(400), 및 각 구동부들을 제어하는 신호 제어부(100)를 포함한다.
액정 표시판 조립체(600)는 복수의 주사선(S1~Sn), 복수의 데이터선(D1~Dm) 및 복수의 화소(PX)를 포함한다. 화소(PX)는 복수의 신호선들(S1~Sn, D1~Dm)에 연결되어 대략 행렬의 형태로 배열된다. 복수의 주사선(S1~Sn)은 대략 행 방향으로 연장되어 서로가 거의 평행하다. 복수의 데이터선(D1~Dm)은 대략 열 방향으로 연장되어 서로가 거의 평행하다. 액정 표시판 조립체(600)의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 적어도 하나의 편광자(미도시)가 부착된다.
신호 제어부(100)는 외부 장치로부터 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호를 수신한다. 입력 제어 신호는 데이터 인에이블 신호(DE), 수평 동기 신호(Hsync), 수직 동기 신호(Vsync) 및 메인 클록 신호(MCLK)를 포함한다. 신호 제어부(100)는 영상 데이터 신호(DAT) 및 데이터 제어신호(CONT2)를 데이터 구동부(300)에 제공한다. 데이터 제어신호(CONT2)는 데이터 구동부(300)의 동작을 제어하는 신호로써, 영상 데이터 신호(DAT)의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH), 데이터선들(D1~Dm)에 데이터 전압의 출력을 지시하는 로드 신호(LOAD) 및 데이터 클록 신호(HCLK)를 포함한다. 데이터 제어신호(CONT2)는 공통 전압(Vcom)에 대한 영상 데이터 신호의 전압 극성을 반전시키는 반전 신호(RVS)를 더 포함할 수 있다.
신호 제어부(100)는 주사 제어신호(CONT1)를 주사 구동부(200)에 제공한다. 주사 제어신호(CONT1)는 주사 구동부(200)에서의 주사 시작 신호(STV) 및 게이트 온 전압(Von)의 출력을 제어하는 적어도 하나의 클록 신호를 포함한다. 주사 제어신호(CONT1)는 게이트 온 전압(Von)의 지속 시간을 한정하는 출력 인에이블 신호(OE)를 더 포함할 수 있다.
신호 제어부(100)는 전원 제어신호(CONT3)를 전원 공급부(400)에 제공한다. 전원 제어신호(CONT3)는 전원 공급부(400)에서 각 화소(PX)에 인가되는 공통전압(Vcom)의 출력을 제어한다.
주사 구동부(200)는 액정 표시판 조립체(600)의 복수의 주사선(S1~Sn)에 연결되어 스위칭 트랜지스터(도2의 M1)를 턴-온(turn on)시키는 게이트 온 전압(Von)과 턴-오프(turn off)시키는 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 주사 신호(Vg)를 복수의 주사선(S1~Sn)에 인가한다.
데이터 구동부(300)는 액정 표시판 조립체(600)의 데이터선(D1~Dm)에 연결되며, 계조 전압 생성부(350)에서 계조 전압을 선택한다. 데이터 구동부(300)는 선택한 계조 전압을 데이터 신호로서 복수의 데이터선(D1~Dm)에 인가한다. 계조 전압 생성부(350)는 모든 계조에 대한 전압을 제공하지 않고 정해진 수의 기준 계조 전압만을 제공할 수 있으며, 이때 데이터 구동부(300)는 기준 계조 전압을 분압하여 전체 계조에 대한 계조 전압을 생성하고, 이 중에서 데이터 신호에 해당하는 데이터 전압(Vdat)을 선택할 수 있다.
전원 공급부(400)는 각 화소(PX)의 공통 전극(도2의 CE)에 공통 전압(Vcom)을 인가한다. 전원 공급부(400)는 전원 제어신호(CONT3)에 따라 공통 전압(Vcom)의 레벨을 시프트하여 인가할 수 있다. 좀더 상세하게 설명하면, 전원 공급부(400)는 각 화소(PX)에 데이터가 기입되는 데이터 기입 기간 동안 대략 0V의 공통 전압(Vcom)을 인가하고, 각 화소(PX)의 화소 전압을 일정하게 유지하는 유지 기간 동안 소정 레벨의 시프트 공통 전압(Vcom_shift)을 인가한다. 시프트 공통 전압(Vcom_shift)은 복수의 화소(PX)를 플로팅시키기 위해 복수의 화소(PX)에 인가되는 게이트 오프 전압(Voff)의 극성과 반대 극성으로 시프트된다. 시프트 공통 전압(Vcom_shift)이 인가되면 턴-오프된 스위칭 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 간의 전압차(이하, 게이트-소스 전압)가 증가된다.
상술한 구동 장치(100, 200, 300, 350, 400) 각각은 적어도 하나의 집적 회로 칩의 형태로 액정 표시판 조립체(600) 위에 직접 장착되거나, 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film) 위에 장착되거나 TCP(tape carrier package)의 형태로 액정 표시판 조립체(600)에 부착되거나, 별도의 인쇄 회로 기판(printed circuit board) 위에 장착될 수 있다. 또는 구동 장치들(100, 200, 300, 350, 400)은 신호선들(S1~Sn, D1~Dm)과 함께 액정 표시판 조립체(600)에 집적될 수도 있다.
도 2는 도 1의 한 화소에 대한 등가회로를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 액정 표시판 조립체(600)는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(10) 및 공통 전극 표시판(20)과 그 사이에 들어 있는 액정층(30), 그리고 두 표시판(10, 20) 사이에 간극을 만들며 어느 정도 압축 변형되는 간격재(미도시)를 포함한다.
액정 표시판 조립체(600)의 하나의 화소(PX)에 대하여 설명하면, i번째(i=1~n) 주사선(Si)과 j번째(j=1~m) 데이터선(Dj)에 연결된 화소(PX)는 스위칭 트랜지스터(M1)와 이에 연결된 액정 커패시터(Clc) 및 유지 커패시터(Cst)를 포함한다.
스위칭 트랜지스터(M1)는 박막 트랜지스터 표시판(10)에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 주사선(Si)에 연결되는 게이트 단자, 데이터선(Di)에 연결되는 입력 단자, 및 액정 커패시터(Clc)의 화소 전극(PE)에 연결되는 출력 단자를 포함한다. 박막 트랜지스터는 비정질 규소(amorphous silicon) 또는 다결정 규소(poly crystalline silicon)를 포함한다.
액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터 표시판(10)의 화소 전극(PE) 및 대향되는 공통 전극 표시판(20)의 공통 전극(CE)을 포함한다. 즉, 액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터 표시판(10)의 화소 전극(PE)과 공통 전극 표시판(20)의 공통 전극(CE)을 두 단자로 하며, 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE) 사이의 액정층(30)은 유전체로서 기능한다.
화소 전극(PE)은 스위칭 트랜지스터(M1)에 연결되며, 공통 전극(CE)은 공통 전극 표시판(20)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom) 및 시프트 공통 전압(Vcom_shift)을 인가 받는다. 한편, 공통 전극(CE)이 박막 트랜지스터 표시판(10)에 구비되는 경우도 있으며, 이때에는 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE) 중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다. 공통 전압(Vcom)은 소정 레벨의 전압으로 대략 0V 근처의 전압을 가질 수 있다. 시프트 공통 전압(Vcom_shift)은 턴-오프된 스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압을 증가시키는 소정 레벨의 전압을 가질 수 있다.
유지 커패시터(Cst)는 화소 전극(PE)에 연결되는 일단 및 공통 전압(Vcom)을 전달하는 배선에 연결되는 타단을 포함한다. 배선은 공통 전극(CE)과 유지 커패시터의 타단을 연결하도록 형성되거나, 공통 전압(Vcom)을 유지 커패시터(Cst)의 타단에 전달하기 위해 별도의 전극으로 형성될 수 있다.
공통 전극 표시판(20)의 공통 전극(CE)의 일부 영역에 색필터(CF)가 형성될 수 있다. 색 표시를 구현하기 위해서 각 화소(PX)가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소(PX)가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 기본색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등의 삼원색을 들 수 있다.
여기서는 공간 분할의 한 예로서 각 화소(PX)가 화소 전극(PE)에 대응하는 공통 전극 표시판(20)의 영역에 기본색 중 하나를 나타내는 색 필터(CF)를 구비함을 보여주고 있다. 이와 달리 색 필터(CF)는 박막 트랜지스터 표시판(10)의 화소 전극(PE) 위 또는 아래에 형성될 수도 있다.
도 3은 도 1의 액정 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3을 참조하면, i번째 주사선(Si) 및 j번째 데이터선(Dj)에 연결되는 화소(PX)를 예시한다.
주사선(Si)에 게이트 온 전압(Von)이 인가되면, 데이터선(Dj)에 인가되는 데이터 전압(Vdat)이 노드 A에 전달된다. 노드 A의 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이에 따라 유지 커패시터(Cst)가 충전되고 액정 커패시터(Clc)의 액정층에 전계가 생성된다. 액정 커패시터(Clc)의 액정층을 통과하는 빛의 투과율이 조절되어 영상이 표시된다. 즉, 각 화소에 데이터 신호가 기입된다. 유지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Clc)의 액정층에 생성되는 전계가 일정하게 유지되도록 한다.
이제, 도 1 내지 6을 참조하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 동작을 좀더 상세하게 설명한다.
도 4는 도 1의 액정 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 5는 도 1의 액정 표시 장치의 동작에 따른 데이터 기입 기간 동안 인가되는 주사 신호, 데이터 전압, 공통 전압을 나타낸다. 도 6은 도 1의 액정 표시 장치의 동작에 따른 유지 기간 동안 인가되는 주사 신호, 데이터 전압, 시프트 공통 전압을 나타낸다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 데이터 전압(Vdat)을 복수의 화소(PX)에 입력하는 데이터 기입 기간 및 복수의 화소(PX)에 입력된 데이터 전압(Vdat)에 대응하여 복수의 화소(PX)가 발광하는 유지 기간을 포함하는 프레임을 이용하여 영상을 표시한다. 데이터 전압(Vdat)은 복수의 데이터선(D1~Dm)에 인가되는 데이터 신호의 전압이다.
또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 프레임 반전 또는 라인 반전 방식으로 구동할 수 있다. 프레임 반전은 한 프레임이 끝나고 다음 프레임이 시작될 때, 반전 신호(RVS)에 따라 각 화소(PX)에 인가되는 데이터 신호의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 전압이 생성되는 방식이다. 라인 반전은 한 프레임 내에서 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 하나의 데이터선을 통해 전달되는 데이터 신호의 극성이 바뀌거나(행 반전), 또는 하나의 화소행에 인가되는 데이터 신호의 극성이 서로 다르게 인가되는(열 반전) 방식이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 신호 제어부(100)는 외부 장치로부터 입력되는 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호를 수신한다. 영상 신호(R, G, B)는 각 화소(PX)의 휘도(luminance) 정보를 담고 있으며 휘도는 정해진 수효, 예를 들어 1024(=210), 256(=28) 또는 64(=26)개의 계조(gray)를 가지고 있다. 입력 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다.
신호 제어부(100)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 입력 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(600) 및 데이터 구동부(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 주사 제어신호(CONT1), 데이터 제어신호(CONT2) 및 전원 제어신호(CONT3)를 생성한다. 주사 제어신호(CONT1)는 주사 구동부(200)에 전달된다. 데이터 제어신호(CONT2)와 처리된 영상 데이터 신호(DAT)는 데이터 구동부(300)로 전달된다. 전원 제어신호(CONT3)는 전원 공급부(400)로 전달된다.
데이터 구동부(300)는 영상 데이터 신호(DAT)를 수신하고, 영상 데이터 신호(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 디지털 영상 데이터 신호를 아날로그 영상 데이터 신호로 변환한다. 아날로그 영상 데이터 신호가 각 화소(PX)에 입력되는 데이터 신호로서 복수의 데이터선(D1~Dm)에 인가된다.
<데이터 기입 기간>
데이터 기입 기간 동안, 전원 공급부(400)는 공통 전압(Vcom)을 인가한다. 주사 구동부(200)는 주사 제어신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 갖는 주사 신호(Vg1~Vgn)를 복수의 주사선(S1~Sn)에 순차적으로 인가하여 각 주사선(S1~Sn)에 연결된 스위칭 트랜지스터(M1)를 턴-온시킨다.
스위칭 트랜지스터(M1)는 n-채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 이때, 스위칭 트랜지스터(M1)를 턴-온시키는 게이트 온 전압(Von)은 논리 하이 레벨 전압이고 턴-오프시키는 게이트 오프 전압(Voff)은 논리 로우 레벨 전압이다. 또는 스위칭 트랜지스터(M1)는 p-채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 이때, 게이트 온 전압(Von)은 논리 로우 레벨 전압이고 게이트 오프 전압(Voff)은 논리 하이 레벨 전압이다. 여기서는 스위칭 트랜지스터(M1)가 n-채널 전계 효과 트랜지스터인 것으로 가정한다.
데이터 구동부(300)는 데이터 제어신호(CONT2)에 따라 복수의 화소행 중 한 화소행의 복수의 화소(PX)에 대응하는 데이터 전압(Vdat)을 복수의 데이터선(D1~Dm)에 인가한다. 즉, 데이터 구동부(300)는 턴-온된 스위칭 트랜지스터(M1)를 통하여 복수의 화소(PX) 각각에 대응하는 데이터 전압(Vdat)을 인가한다. 데이터 기입 기간 동안 복수의 데이터선(D1~Dm)에 인가된 데이터 전압(Vdat) 각각은 턴-온된 스위칭 트랜지스터(M1)를 통하여 해당 화소(PX)에 인가된다.
액정 표시 장치가 프레임 반전 또는 라인 반전 방식으로 구동됨에 따라, 데이터 전압(Vdat)은 공통 전압(Vcom)보다 높은 레벨의 전압(이하, 양의 데이터 전압(Vdat_p)) 또는 낮은 레벨의 전압(이하, 음의 데이터 전압(Vdat_p))을 갖는다. 프레임 반전 방식에서, 한 프레임 동안 양의 데이터 전압(Vdat_p)이 인가되고, 다음 프레임 동안 음의 데이터 전압(Vdat_n)이 인가된다. 라인 반전 방식에서, 하나의 화소행에 양의 데이터 전압(Vdat_p)이 인가되고, 다음 화소행에 음의 데이터 전압(Vdat_n)이 인가된다.
각 화소에 인가된 데이터 전압(Vdat)과 공통 전압(Vcom)의 차이는 액정 커패시터(Clc)의 충전 전압, 즉 화소 전압이 된다. 각 화소의 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 배열을 달리하며, 이에 따라 액정층(30)을 통과하는 빛의 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 액정 표시판 조립체(600)에 부과된 편광자에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타나며, 이를 통하여 원하는 영상이 표시될 수 있다.
1 수평 주기(1H, 수평 동기 신호(Hsync) 및 데이터 인에이블 신호(DE)의 주기와 동일함)를 단위로 하여 이러한 과정을 되풀이함으로써, 모든 주사선(S1~Sn)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하고 모든 화소(PX)에 데이터 신호를 입력한다.
도 5를 참조하여, 데이터 기입 기간 동안 인가되는 주사 신호(Vg), 데이터 전압(Vdat) 및 공통 전압(Vcom)을 서로 비교한다. 스위칭 트랜지스터(M1)가 n-채널 전계 효과 트랜지스터이므로, 주사 신호(Vg)의 게이트 온 전압(Von)은 양의 데이터 전압(Vdat_p)보다 높은 논리 하이 레벨 전압으로 인가되고, 게이트 오프 전압(Voff)은 음의 데이터 전압(Vdat_n)보다 낮은 논리 로우 레벨 전압으로 인가된다. 각 화소의 액정 커패시터(Clc)는 양의 데이터 전압(Vdat_p)과 공통 전압(Vcom)의 차이(Vclc_p)만큼 충전되거나 음의 데이터 전압(Vdat_n)과 공통 전압(Vcom)의 차이(Vclc_n)만큼 충전된다.
예를 들어, 데이터 기입 기간 동안 공통 전압(Vcom)은 0V의 일정 전압으로 유지되고, 데이터 전압(Vdat)은 데이터 신호에 대응하여 0~5V의 양의 데이터 전압(Vdat_p) 또는 -5~0V의 음의 데이터 전압(Vdat_n)으로 인가될 수 있다. 이때, n-채널 전계 효과 트랜지스터인 스위칭 트랜지스터(M1)를 턴-온시키는 게이트 온 전압(Von)은 9V, 턴-오프시키는 게이트 오프 전압(Voff)은 -10V로 정해진다고 하자. 9V의 게이트 온 전압(Von)이 스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트 단자에 인가되고, 0~5V 또는 -5~0V의 데이터 전압(Vdat)이 스위칭 트랜지스터(M1)의 입력 단자에 인가되면, 스위칭 트랜지스터(M1)는 턴-온되고 데이터 전압(Vdat)이 화소의 액정 커패시터(Clc)를 충전시킨다. 해당 화소에 데이터 전압(Vdat)이 입력된 후, 스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트 단자에 -10V의 게이트 오프 전압(Voff)이 인가되면, 스위칭 트랜지스터(M1)는 턴-오프되고 화소의 액정 커패시터(Clc)는 공통 전압(Vcom)과 데이터 전압(Vdat)의 차이인 화소 전압을 유지한다. 이때, 스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압(Vgs)은 게이트 단자에 인가되는 게이트 오프 전압(Voff)과 화소 전압의 차이가 되며, 게이트-소스 전압(Vgs)의 최소값은 게이트 오프 전압(Voff) -10V와 음의 데이터 전압(Vdat_n)의 최소값 -5V의 차이로 5V가 된다.
스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압(Vgs)을 증가시킬수록 스위칭 트랜지스터(M1)를 통한 누설전류를 줄일 수 있다. 이를 위해, 주사 신호(Vg)의 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 범위를 증가시킬 수 있으나, 주사 신호(Vg)의 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 범위를 증가시키게 되면 그 만큼 소비 전력이 증가하여 액정 표시 장치의 소비 전력 절감에 효율적이지 못 하다. 따라서, 주사 신호(Vg)의 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)은 스위칭 트랜지스터(M1)를 턴-온/턴-오프시킬 수 있는 적절한 범위에서 결정된다.
<유지 기간>
다시 도 1 내지 4를 참조하면, 유지 기간 동안 주사 구동부(200)는 복수의 주사선(S1~Sn)에 게이트 오프 전압(Voff)을 인가하여 각 화소의 스위칭 트랜지스터(M1)를 턴-오프시킨다. n-채널 전계 효과 트랜지스터인 스위칭 트랜지스터(M1)를 턴-오프시키는 게이트 오프 전압(Voff)은 노드 A에 인가된 데이터 전압(Vdat)보다 낮은 논리 로우 레벨의 전압으로 인가된다. 스위칭 트랜지스터(M1)가 p-채널 전계 효과 트랜지스터인 경우 게이트 오프 전압(Voff)은 노드 A에 인가된 데이터 전압(Vdat)보다 높은 논리 하이 레벨의 전압으로 인가된다.
전원 공급부(400)는 유지 기간 동안 공통 전압(Vcom)을 소정 레벨의 전압으로 시프트시킨 시프트 공통 전압(Vcom_shift)을 공통 전극(CE)에 인가한다. 스위칭 트랜지스터(M1)가 n-채널 전계 효과 트랜지스터이고 게이트 오프 전압(Voff)이 논리 로우 레벨의 전압으로 인가되는 경우, 시프트 공통 전압(Vcom_shift)은 공통 전압(Vcom)을 소정 레벨 상승시킨 전압이 된다. 스위칭 트랜지스터(M1)가 p-채널 전계 효과 트랜지스터이고 게이트 오프 전압(Voff)이 논리 하이 레벨의 전압으로 인가되는 경우, 시프트 공통 전압(Vcom_shift)은 공통 전압(Vcom)을 소정 레벨 하강시킨 전압이 된다.
이하, 시프트 공통 전압(Vcom_shift)이 공통 전압(Vcom)을 소정 레벨 상승시킨 전압인 경우를 가정한다.
데이터가 입력된 각 화소의 액정 커패시터(Clc)는 데이터 전압(Vdat)과 공통 전압(Vcom)의 차이인 화소 전압으로 충전되어 있는 상태이다. 이때, 공통 전압(Vcom)이 시프트 공통 전압(Vcom_shift)으로 상승시키면 노드 A의 전압이 시프트 공통 전압(Vcom_shift)과 공통 전압(Vcom)의 차이만큼 상승한다. 노드 A의 전압이 상승함에 따라 노드 A의 전압과 게이트 오프 전압(Voff)과 차이는 더욱 커지게 된다. 즉, 스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압이 증가한다. 스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압이 증가함에 따라 스위칭 트랜지스터(M1)를 통해 흐르는 누설전류를 줄일 수 있다.
도 6을 참조하여, 유지 기간 동안 인가되는 주사 신호(Vg), 데이터 전압(Vdat) 및 공통 전압(Vcom)을 서로 비교한다. 데이터가 입력된 각 화소의 액정 커패시터(Clc)는 양의 데이터 전압(Vdat_p)과 공통 전압(Vcom)의 차이(Vclc_p)만큼 충전되거나 음의 데이터 전압(Vdat_n)과 공통 전압(Vcom)의 차이(Vclc_n)만큼 충전되어 있는 상태이다.
유지 기간의 시점에서, 공통 전압(Vcom)을 시프트 공통 전압(Vcom_shift)으로 상승시키면 노드 A의 전압이 시프트 공통 전압(Vcom_shift)과 공통 전압(Vcom)의 차이만큼 상승한다. 즉, 노드 A에 인가된 양의 데이터 전압(Vdat_p)과 음의 데이터 전압(Vdat_n)이 시프트 공통 전압(Vcom_shift)과 공통 전압(Vcom)의 차이만큼 상승한다. 이에 따라, 스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압이 증가된다.
예를 들어, 공통 전압(Vcom)은 0V이고, 주사신호(Vg)의 게이트 온 전압(Von)은 9V이고 게이트 오프 전압(Voff)은 -10V이며, 데이터 전압(Vdat)은 0~5V의 양의 데이터 전압(Vdat_p) 또는 -5~0V의 음의 데이터 전압(Vdat_n)으로 인가된다고 할 때, 시프트 공통 전압(Vcom_shift)이 4V로 인가된다고 하자. 공통 전압(Vcom)이 4V의 시프트 공통 전압(Vcom_shift)으로 상승함에 따라, 노드 A에 인가된 양의 데이터 전압(Vdat_p)은 4~9V로 상승하고, 음의 데이터 전압(Vdat_n)은 -1~4V로 상승한다. 스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압(Vgs)의 최소값은 게이트 단자에 인가되는 게이트 오프 전압(Voff) -10V와 음의 데이터 전압(Vdat_n)의 최소값 -1V의 차이로 9V가 된다. 즉, 데이터 기입 기간에 0V의 공통 전압(Vcom)이 인가되어 스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압(Vgs)의 최소값이 5V이었으나, 유지 기간에 4V의 시프트 공통 전압(Vcom_shift)을 인가하여 스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압(Vgs)의 최소값을 9V로 증가시킬 수 있다.
유지 기간 동안 스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압(Vgs)이 증가하므로 스위칭 트랜지스터(M1)를 통한 누설전류를 줄일 수 있다.
이와 같이, 유지 기간 동안 시프트 공통 전압(Vcom_shift)을 인가하여 화소 전압을 유지시키는 유지 커패시터(Cst)의 용량을 증가시키지 않고 누설전류의 영향을 줄일 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 신호 제어부
200 : 주사 구동부
300 : 데이터 구동부
350 : 계조 전압 생성부
400 : 전원 공급부
600 : 액정 표시판 조립체

Claims (17)

  1. 복수의 화소 각각에 포함되는 액정 커패시터 및 유지 커패시터에 공통 전압 및 데이터 전압을 인가하는 데이터 기입 단계; 및
    상기 데이터 전압에 대응하여 상기 복수의 화소가 발광하는 유지 기간 동안 상기 복수의 화소 각각에 포함되는 상기 액정 커패시터 및 상기 유지 커패시터에 상기 공통 전압을 소정 레벨로 시프트시킨 시프트 공통 전압을 인가하는 유지 단계를 포함하고,
    상기 시프트 공통 전압은 상기 복수의 화소를 플로팅시키기 위해 상기 복수의 화소에 인가되는 게이트 오프 전압의 극성과 반대 극성으로 시프트되는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 데이터 기입 단계는
    상기 복수의 화소에 연결되는 복수의 주사선에 게이트 온 전압을 순차적으로 인가하여 상기 복수의 주사선 각각에 연결된 스위칭 트랜지스터를 턴-온시키는 단계; 및
    상기 턴-온된 스위칭 트랜지스터를 통하여 상기 복수의 화소 각각에 대응하는 데이터 전압을 인가하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 유지 단계는
    상기 복수의 주사선에 상기 게이트 오프 전압을 인가하여 상기 복수의 주사선 각각에 연결된 스위칭 트랜지스터를 턴-오프시키는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 시프트 공통 전압이 인가되어 상기 턴-오프된 스위칭 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 간의 전압차를 증가시키는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 n-채널 전계 효과 트랜지스터인 액정 표시 장치의 구동 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 게이트 온 전압은 논리 하이 레벨 전압이고, 상기 게이트 오프 전압은 논리 로우 레벨 전압인 액정 표시 장치의 구동 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 시프트 공통 전압은 상기 공통 전압을 소정 레벨 상승시킨 전압인 액정 표시 장치의 구동 방법.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 p-채널 전계 효과 트랜지스터인 액정 표시 장치의 구동 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 게이트 온 전압은 논리 로우 레벨 전압이고, 상기 게이트 오프 전압은 논리 하이 레벨 전압인 액정 표시 장치의 구동 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 시프트 공통 전압은 상기 공통 전압을 소정 레벨 하강시킨 전압인 액정 표시 장치의 구동 방법.
  11. 액정 커패시터 및 유지 커패시터를 포함하는 복수의 화소를 포함하는 액정 표시판;
    상기 복수의 화소에 연결되는 복수의 주사선에 게이트 온 전압을 순차적으로 인가하여 상기 복수의 주사선 각각에 연결된 스위칭 트랜지스터를 턴-온시키는 주사 구동부;
    상기 턴-온된 스위칭 트랜지스터를 통하여 상기 복수의 화소 각각에 대응하는 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동부; 및
    상기 복수의 화소에 상기 데이터 전압이 인가되는 데이터 기입 기간 동안 상기 액정 커패시터 및 상기 유지 커패시터에 공통 전압을 인가하는 전원 공급부를 포함하고,
    상기 주사 구동부는 상기 복수의 화소에 상기 데이터 전압이 인가된 후 상기 스위칭 트랜지스터를 턴-오프시키는 게이트 오프 전압을 인가하고, 상기 전원 공급부는 상기 게이트 오프 전압의 극성과 반대 극성으로 시프트되는 시프트 공통 전압을 상기 액정 커패시터 및 상기 유지 커패시터에 인가하는 액정 표시 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 n-채널 전계 효과 트랜지스터인 액정 표시 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 게이트 온 전압은 논리 하이 레벨 전압이고, 상기 게이트 오프 전압은 논리 로우 레벨 전압인 액정 표시 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 시프트 공통 전압은 상기 공통 전압을 소정 레벨 상승시킨 전압인 액정 표시 장치.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 p-채널 전계 효과 트랜지스터인 액정 표시 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 게이트 온 전압은 논리 로우 레벨 전압이고, 상기 게이트 오프 전압은 논리 하이 레벨 전압인 액정 표시 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 시프트 공통 전압은 상기 공통 전압을 소정 레벨 하강시킨 전압인 액정 표시 장치.
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