KR100965824B1

KR100965824B1 - 액정 표시 장치 및 구동 방법

Info

Publication number: KR100965824B1
Application number: KR1020030036492A
Authority: KR
Inventors: 모상문
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: KR20040105189A

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치 및 구동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액정 표시 장치의 다수의 데이터 라인과 액정 표시 장치의 다수의 화소 내부에 존재하는 차지들을 공유하여 화소의 충전 특성을 개선할 수 있는 액정 표시 장치 및 구동 방법에 관한 것이다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 다수의 데이터 라인에 존재하는 차지들과 화소 내에 존재하는 차지들을 공유하여 데이터 드라이버의 부하를 줄이고 화소를 충분히 충전시킬 수 있다.

또한, 화소의 충전 특성이 개선되므로 동일한 충전 특성의 화소를 설계하는 경우에 박막 트랜지스터의 크기를 줄일 수 있기 때문에 액정 패널의 개구율(aperture ratio)을 향상 시킬 수 있다.

차지 공유, 스위칭 소자, 충전

Description

액정 표시 장치 및 구동 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}

도 1은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공유 제어 신호 및 게이트 라인의 턴온 신호의 전압의 파형을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공유 제어 신호 및 게이트 라인의 턴온 신호의 전압의 파형을 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110: 액정 패널

111: 박막 트랜지스터

112: 액정 캐패시터

120: 데이터 드라이버

130: 게이트 드라이버

240: 공유 스위칭부

250: 공유 신호부

액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 형성하여 액정 층에 전계를 인가하고, 이 전계의 세기를 조절하여 액정에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상 신호를 얻는 표시 장치이다.

도 1은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD)를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 것처럼, 박막 트랜지스터 액정 표시 장치는 일반적으로 화소(pixel)를 형성시킨 액정 패널(panel; 110), 데이터 드라이버(120) 및 게이트 드라이버(130)로 이루어진다.

액정 패널(110)은 다수의 게이트 라인(G1, G2, ..., Gn, Gn+1)과, 상기 게이트 라인에 절연되어 교차하는 다수의 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)이 형성되어 있으며, 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 둘러싸인 영역(화소; pixel)에 박막 트랜지스터(TFT; 111)가 형성되어 있다. 상기 박막 트랜지스터의 게이트와 드레인에 각각 상기 게이트 라인(G1, G2, ..., Gn, Gn+1)과 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)이 연결되고, 소스에 액정 캐패시터(liquid crystal capacitor; 112)가 연결된다.

게이트 드라이버(130)는 박막 트랜지스터(111)를 턴온(turnon) 또는 턴오프(turnoff)시키기 위한 게이트 전압을 게이트 라인에 인가한다. 이 때, 게이트 턴온 신호 전압은 액정 패널(110)의 게이트 라인(G1, G2, ..., Gn, Gn+1)에 순차적으로 인가되며, 이에 따라 게이트 턴온 신호 전압이 인가된 게이트 라인에 연결된 박막 트랜지스터(111)는 턴온된다. 데이터 드라이버(120)는 화상 신호를 나타내는 계조 전압을 각 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)에 인가한다.

표시하고자 하는 게이트 라인(G1, G2, ..., Gn, Gn+1)에 게이트 턴온 신호 전압을 인가하여 박막 트랜지스터(111)를 턴온시킴으로써 액정 캐패시터(112)와 상기 박막 트랜지스터(111)는 도통된다. 그 후에 화상 신호를 나타내는 계조 전압을 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)에 인가하여 상기 계조 전압이 상기 액정 캐패시터(112)에 전달되도록 한다.

상기 계조 전압과 공통 전극의 전위(Vcom) 차에 의해 전계가 형성되고 이 전계의 세기에 의해 상기 액정 캐패시터(112)에 투과되는 빛의 양이 조절된다.

박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD)는 액정의 열화를 방지하기 위하여 매 화소마다 계조 전압의 극성을 반전시키는 구동 방식을 사용함으로써 데이터 드라이버의 부하(load)가 커지고 화소의 액정 캐피시터(112)를 충분히 충전시키지 못하는 문제점이 발생하였다.

따라서 본 발명은 매 화소마다 계조 전압의 극성을 반전시키는데 있어서 다수의 데이터 라인에 존재하는 차지들과 화소 내에 존재하는 차지들을 공유하여 데 이터 라인의 전압이 스윙(swing)되는 전압의 중간 전압으로 변경시킴으로써 데이터 드라이버의 부하를 줄이고 화소의 충전 특성을 개선하는 액정 표시 장치 및 구동 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 다수의 게이트 라인, 상기 다수의 게이트 라인에 절연되어 교차하는 다수의 데이터 라인, 각각 상기 게이트 라인에 연결되는 게이트와 상기 데이터 라인에 연결되는 드레인을 가지는 다수의 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜지스터의 소스에 연결되는 화소 전극을 포함하는 액정 패널; 상기 박막 트랜지스터를 턴온시키기 위한 게이트 턴온 신호 전압을 상기 게이트 라인에 공급하기 위한 게이트 드라이버; 상기 데이터 라인에 계조 전압을 인가하기 위한 데이터 드라이버; 상기 데이터 라인을 연결하는 다수의 스위칭 소자를 포함하는 공유 스위칭부; 및 상기 스위칭 소자를 턴온시키기 위한 공유 제어 신호 전압을 공급하는 공유 신호부를 포함한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법은 스위칭 소자에 턴온 신호 전압을 인가하는 제 1 단계; 게이트 라인에 턴온 신호 전압을 인가하는 제 2 단계; 및 데이터 라인에 연결된 화소 전극에 계조 전압을 인가하는 제 3 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 다수의 데이터 라인에 존재하는 차지(charge)들과 화소 내에 존재하는 차지들을 공유하여 데이터 드라이버의 부하를 줄이고 화소를 충분히 충전시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 표시 장치 및 구동 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 패널(110), 데이터 드라이버(120), 게이트 드라이버(130), 공유 스위칭부(240) 및 공유 신호부(250)를 포함한다.

상기 액정 패널은 다수의 게이트 라인(G1, G2, ..., Gn, Gn+1)과, 상기 게이트 라인에 절연되어 교차하는 다수의 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)이 형성되어 있으며, 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 둘러싸인 영역(화소; pixel)에 박막 트랜지스터(111)가 형성되어 있다. 상기 박막 트랜지스터(111)의 게이트와 드레인에 각각 상기 게이트 라인과 데이터 라인이 연결되고, 소스에 화소 전극(도시하지 않음)이 연결되고 상기 화소 전극은 액정 캐패시터(112)에 연결된다.

상기 게이트 드라이버(130)는 박막 트랜지스터(111)를 턴온 또는 턴오프시키기 위한 게이트 전압을 게이트 라인(G1, G2, ..., Gn, Gn+1)에 인가한다. 이 때, 게이트 턴온 신호 전압은 액정 패널의 게이트 라인에 순차적으로 인가되며, 이에 따라 게이트 턴온 신호 전압이 인가된 게이트 라인에 연결된 박막 트랜지스터(111)는 턴온된다. 데이터 드라이버(120)는 화상 신호를 나타내는 계조 전압을 각 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)에 인가한다.

상기 공유 스위칭부(240)는 상기 공유 신호부의 공유 제어 신호에 따라 인접하는 데이터 라인을 도통시키는 스위칭 소자(241)를 다수 포함하고 있다. 상기 스 위칭 소자(241)는 박막 트랜지스터(TFT)가 사용되는 것이 바람직하다. 이 경우 박막 트랜지스터로 비정질 트랜지스터(amorphous transistor)나 다결정 트랜지스터(polycrystalline transistor)가 이용될 수 있으나 비정질 트랜지스터를 이용하는 경우에는 화소에 형성되어 있는 박막 트랜지스터(111)와 동일 공정에서 제조할 수 있기 때문에 제조 공정이 간편해지는 이점이 있다. 그리고, 액정표시장치가 대형일 경우 데이터 라인의 배선저항을 고려하여 액정표시장치의 상부와 하부에 공유 신호부를 병렬로 구성하여 공유 효과를 증가시킬 수 있다.

또한 공유 신호부(250)와 공유 스위칭부(240) 및 스위칭 소자(241)를 데이터 드라이버의 출력단 또는 게이트 드라이버에 구성할 수도 있으며, 이 경우 액정 표시장치에 별도의 상기 공유 신호부를 추가하지 않아도 되므로 액정 표시 장치는 본 발명을 적용하기 전의 구조에서 변경이 필요없게 된다.

공유 신호부(250)는 상기 공유 스위칭부(240)의 스위칭 소자(241)를 턴온시키기 위한 제어 신호 전압을 공급한다.

다음은 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법을 설명한다.

도 3의 (a)는 공유 신호부(250)로부터 공급되는 공유 제어 신호(CS)의 전압의 파형을 나타내며, 도 3의 (b)와 (c)는 n 번째 게이트 라인(Gn)과 n+1 번째 게이트 라인(Gn+1)에 각각 인가되는 턴온 신호의 전압의 파형을 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 계조 전압이 화소 단위로 반전하는 도트 반전 구동 방법을 채택하며, 이에 따라 인접하는 데이터 라인에 인가되는 계조 전압 의 극성은 서로 반대이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공유 스위칭부(240)의 다수의 스위칭 소자(241)에 턴온 신호 전압을 인가하여 턴온시킴으로써 다수의 데이터 라인들(D1, D2, ..., Dm)을 단락(short)시킨다. 그렇게 하면 차지 보존(charge reservation)의 법칙상 다수의 데이터 라인에 충전되어 있는 모든 전하는 그대로 유지되면서 서로 다른 극성의 계조 전압으로 충전되어 있는 차지가 공유(charge sharing)하게 되어 데이터 라인의 전압이 스윙(swing)되는 전압의 중간 전압인 공통 전극의 전압(Vcom) 부근으로 상승하거나 하강한다. 다음 데이터 라인의 출력시 극성이 반대인 데이터 라인의 전압에 도달하는데 용이하고 충분히 충전시킬 수 있다.

도 3에 도시된 것처럼, 상기 공유 스위칭부의 스위칭 소자에 턴온 신호(CS) 전압을 인가하는 구간에서 게이트 라인(Gn, Gn+1)에 턴온 신호 전압을 인가하면 상기 게이트 라인(Gn, Gn+1)에 연결된 박막 트랜지스터들(111)이 턴온되어 상기 다수의 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm), 상기 화소 전극 및 상기 액정 캐패시터(112)을 단락시킨다.

그럼으로써 상기 다수의 데이터 라인에 충전되어 있는 차지뿐만 아니라 상기 액정 캐패시터(112) 내부에 충전되어 있는 차지까지도 모두 공유(charge sharing)하게 된다. 상기 액정 캐패시터 내부(112)에 충전되어 있는 차지는 상기 다수의 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)을 통하여 공급된 차지이므로 극성이 동일하기 때문에, 데이터 라인의 전압이 스윙(swing)되는 전압의 중간 전압인 공통 전극의 전압(Vcom) 부근으로 충전하는데 상기 액정 캐패시터(112) 내부에 충전되어 있는 차지까지 모두 이용하여 공유함으로써 매우 효율적으로 소비 전력을 감소시킬 수 있고 액정 캐패시터(112)에 충분한 차지를 충전시킬 수 있다.

상기 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)에 계조 전압을 인가하기 전에 상기 다수의 스위칭 소자(241)를 턴온시켰다 턴오프시킴으로써 각 화소마다 원하는 계조 전압을 상기 화소 전극에 인가할 수 있다.

상기 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)의 전압이 중간 전압인 공통 전극의 전압(Vcom)으로 변함에 따라 상기 화소 전극의 전압도 변하게 되고 상기 액정 캐패시터(112)에 충전되는 전압이 상기 공통 전극의 전압(Vcom)으로 변화하지만 곧바로 다음 극성의 계조 전압으로 상기 액정 캐패시터(112)가 충전되므로 사람의 눈으로 인지할 수 없다.

다음은 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법을 설명한다.

도 4의 (a)는 공유 신호부(250)로부터 공급되는 공유 제어 신호(CS)의 전압의 파형을 나타내며, 도 4의 (b)와 (c)는 n 번째 게이트 라인(Gn)과 n+1 번째 게이트 라인(Gn+1)에 각각 인가되는 턴온 신호의 전압의 파형을 나타낸다.

도 4에 도시된 것처럼, 상기 공유 스위칭부(240)의 스위칭 소자(241)에 턴온 신호 전압을 인가하는 구간에서 게이트 라인(Gn, Gn+1)을 턴온시켰다가 턴오프시킨 후에 상기 화소 전극에 계조 전압을 인가하기 위하여 상기 게이트 라인(Gn, Gn+1)에 턴온 신호 전압을 인가한다.

상술한 것처럼, 상기 공유 스위칭부(240)의 스위칭 소자(241)에 턴온 신호 전압을 인가하는 구간에서 게이트 라인(Gn, Gn+1)을 턴온시킴으로써 상기 다수의 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm), 상기 화소 전극 및 상기 액정 캐패시터(112)가 도통하게 되어 충전되어 있던 모든 차지들이 공유(charge sharing)하게 되고 상기 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)과 상기 액정 캐패시터(112)가 중간 전압인 공통 전극의 전압(Vcom)으로 변화한다.

그 후에 상기 게이트 라인(Gn, Gn+1)을 턴오프시키고 상기 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)에 계조 전압을 인가하는 구간에서 상기 게이트 라인(Gn, Gn+1)에 턴온 신호 전압을 인가하여 상기 박막 트랜지스터(111)를 턴온시킴으로써 원하는 계조 전압을 상기 박막 트랜지스터(111)를 통하여 상기 화소 전극에 인가하여 상기 액정 캐패시터(112)에 충전시킬 수 있다.

상기 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)과 상기 액정 캐패시터(112)에 충전되어 있는 차지들을 공유(charge sharing)하는 단계와 상기 계조 전압을 상기 데이터 라인(D1, D2, ..., Dm)을 통하여 상기 액정 캐패시터(112)에 충전하는 단계를 분리하여 원하는 계조 전압을 상기 박막 트랜지스터(111)를 통하여 상기 액정 캐패시터(112)에 충분히 충전시킬 수 있고 인접하는 데이터 라인의 계조 전압과의 커플링(coupling)을 방지할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자(통상의 지식을 가진 자)는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시 적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념(Equivalents)으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

다수의 게이트 라인, 상기 다수의 게이트 라인에 절연되어 교차하는 다수의 데이터 라인, 각각 상기 게이트 라인에 연결되는 게이트와 상기 데이터 라인에 연결되는 드레인을 가지는 다수의 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜지스터의 소스에 연결되는 화소 전극을 포함하는 액정 패널;

상기 박막 트랜지스터를 턴온시키기 위한 게이트 턴온 신호 전압을 상기 게이트 라인에 공급하기 위한 게이트 드라이버;

상기 데이터 라인에 계조 전압을 인가하기 위한 데이터 드라이버;

상기 데이터 라인을 연결하는 다수의 스위칭 소자를 포함하는 공유 스위칭부; 및

상기 다수의 스위칭 소자를 턴온시키기 위한 공유 제어 신호 전압을 공급하는 공유 신호부를 포함하되,

상기 공유 신호부는, 상기 다수의 게이트 라인 중 적어도 하나의 게이트 라인에 상기 게이트 턴온 신호 전압이 인가되는 것과 동시에 상기 공유 제어 신호를 공급하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 공유 신호부는 상기 데이터 라인에 계조 전압을 인가하기 전에 상기 다수의 스위칭 소자를 턴온시켰다가 턴오프시키는 공유 제어 신호를 공급하는 액정 표시 장치.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 게이트 드라이버는 상기 다수의 스위칭 소자에 상기 공유 제어 신호 전압을 인가하는 동안 상기 적어도 하나의 게이트 라인에 상기 게이트 턴온 신호 전압을 인가하여 상기 박막 트랜지스터를 턴온시킨 후에, 상기 게이트 라인을 턴오프시키고,

이어서 상기 화소 전극에 계조 전압을 인가하기 위하여 상기 적어도 하나의 게이트 라인에 상기 게이트 턴온 신호 전압을 인가하는 액정 표시 장치.
다수의 게이트 라인, 상기 다수의 게이트 라인에 절연되어 교차하는 다수의 데이터 라인, 각각 상기 게이트 라인에 연결되는 게이트와 상기 데이터 라인에 연결되는 드레인을 가지는 다수의 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터의 소스에 연결되는 화소 전극을 포함하는 액정 패널을 제공하고,

상기 데이터 라인을 연결하는 다수의 스위칭 소자에 공유 제어 신호 전압을 인가하여 상기 다수의 스위칭 소자를 턴온시키고,

상기 공유 제어 신호 전압을 인가하는 것과 동시에 상기 다수의 게이트 라인 중 적어도 하나의 게이트 라인에 게이트 턴온 신호 전압을 인가하여 상기 적어도 하나의 게이트 라인에 연결된 상기 박막 트랜지스터를 턴온시키고,

상기 데이터 라인에 연결된 상기 화소 전극에 계조 전압을 인가하는 것을 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
제5항에 있어서, 상기 다수의 스위칭 소자를 턴온시키는 것은,

상기 데이터 라인에 계조 전압을 인가하기 전에, 상기 다수의 스위칭 소자를 턴온시켰다가 턴오프시키는 것을 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
삭제
제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 게이트 라인에 연결된 상기 박막 트랜지스터를 턴온시키는 것은,

상기 다수의 스위칭 소자에 상기 공유 제어 신호 전압을 인가하는 동안 상기 적어도 하나의 게이트 라인에 상기 게이트 턴온 신호 전압을 인가하여 상기 박막 트랜지스터를 턴온시킨 후에, 상기 게이트 라인을 턴오프시키고,

이어서 상기 화소 전극에 상기 계조 전압을 인가하기 위하여 상기 적어도 하나의 게이트 라인에 상기 게이트 턴온 신호 전압을 인가하는 것을 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.