KR100529566B1 - 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 구동 방법 - Google Patents

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.

Description

박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 구동 방법

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

그러면, 액정을 구동하기 위해 필요한 고전압(VDDH)의 레벨과 저전압(VDDL)의 레벨에 대해 설명하기로 한다.

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.

[수학식 1]

VDDH ≥ Vcom + Vs + Vk

여기서, Vcom은 공통 전극 전압, Vs는 액정 커패시터의 포화 전압, 그리고 Vk는 킥백(kick back) 전압이다.

다음에, 짝수번째 프레임을 표시할 때 네가티브 전위차를 액정 커패시터에 인가하기 위한 저전압(VDDL)의 크기는 수학식 2의 조건을 만족해야 한다.

[수학식 2]

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.

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.

[수학식 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.

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.

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.

상기의 과제를 달성하기 위한 이 발명의 구동 방법은,

박막 트랜지스터 액정 표시 장치를 구동하는 데에 있어서,

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, 및

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.

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.

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.

도 3a는 킥백 전압을 감소시키기 위한 게이트 전압의 파형도이고, 도 3b는 킥백 전압을 증가시키기 위한 게이트 전압의 파형도이다.

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.

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.

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.

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.

도 1은 고전압 구동 방식을 적용한 액정 표시 장치의 계조 전압 발생 회로를 나타낸 도면,

도 2는 액정 커패시터에 실제로 인가되는 계조 전압(Vp)에서 킥백 전압(kick back voltage)을 나타낸 파형도,

도 3a 및 도 3b는 킥백 전압을 감소 및 증가시키기 위한 게이트 전압의 파형도이다.

Claims (2)

1. 포지티브 및 네거티브 계조 전압을 번갈아 인가하는 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서,

   상기 포지티브 계조 전압이 액정 커패시터에 충전될 경우, 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 제1 전압 레벨의 게이트 온 전압을 인가하고, 상기 게이트 온 전압의 전압 레벨을 상기 제1 전압 레벨보다 낮은 제2 전압 레벨로 변화시킨 후 게이트 오프 전압을 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 인가하는 단계, 그리고

   상기 네거티브 계조 전압이 액정 커패시터에 충전될 경우, 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 상기 제1 전압 레벨의 게이트 온 전압을 인가하고, 상기 게이트 온 전압의 전압 레벨을 상기 제1 전압 레벨보다 높은 제3 전압 레벨로 변화시킨 후 게이트 오프 전압을 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 인가하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 게이트 온 신호의 전압 레벨은 계단형으로 변화되는 액정 표시 장치의 구동 방법.

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