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JP2004240428A - 液晶表示装置、液晶表示装置の駆動装置及び方法 - Google Patents

液晶表示装置、液晶表示装置の駆動装置及び方法 Download PDF

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JP2004240428A JP2004029540A JP2004029540A JP2004240428A JP 2004240428 A JP2004240428 A JP 2004240428A JP 2004029540 A JP2004029540 A JP 2004029540A JP 2004029540 A JP2004029540 A JP 2004029540A JP 2004240428 A JP2004240428 A JP 2004240428A
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Gyu-Su Lee
奎 洙 李
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Abstract

【課題】 液晶表示装置のＥＭＩを減少させて液晶表示装置の性能を改善する一方、製作費用を減らす。
【解決手段】 液晶表示装置はゲート線とデータ線に各々連結されており、行列形態で配列された複数の画素を含む液晶表示板組立体を含み、液晶表示板組立体上にはゲート線に信号を伝達するゲート駆動部とデータ線に信号を伝達するデータ駆動部が設けられており、複数のガンマ電圧を生成する階調電圧生成部は信号制御部からのデジタルガンマ電圧をアナログ変換するＤ/Ａ変換器を含む。複数のデータ駆動回路は複数のガンマ電圧のうちの映像データに相当する階調電圧を選択してデータ電圧として画素に印加し、信号制御部は映像データを各データ駆動回路と独立的に連結された配線を通じてデータ駆動回路に印加し、映像データの制御のための制御信号を生成して前記データ駆動部に印加する。
【選択図】 図３

Description

一般的な液晶表示装置（ＬＣＤ）は画素電極及び共通電極を備える２枚の表示板とその間に入っている誘電率異方性を有する液晶層とを含む。画素電極は行列形態で配列されていて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などスイッチング素子に連結されて１行ずつ順次にデータ電圧の印加を受ける。共通電極は表示板の全面に渡って形成されていて、共通電圧の印加を受ける。画素電極と共通電極及びその間の液晶層は回路的に見る時、液晶蓄電器を構成し、液晶蓄電器はこれに連結されたスイッチング素子と共に画素を構成する基本単位となる。
このような液晶表示装置では２枚の電極に電圧を印加して液晶層に電界を形成し、この電界の強さを調節して液晶層を通過する光の透過率を調節することによって所望の画像を得る。この時、液晶層に一方向の電界が長時間印加されることによって発生する劣化現象を防止するためにフレーム別に、行別に、またはドット別に共通電圧に対するデータ電圧の極性を反転させる。
通常の液晶表示装置は共通電極と色フィルターアレイなどを備える上部表示板と複数の薄膜トランジスタと複数の画素電極を備える下部表示板とを含む。上部表示板及び下部表示板には配向膜が塗布されており、配向膜の間には液晶層が挿入されている。画素電極と共通電極に電圧を印加すれば２枚の電極の間に電位差が生じて、これにより電場が生成され、この電場を調節することによって液晶層の液晶分子の配列を変える。液晶分子の配列が変化すれば、液晶層を通過する光の透過率が変わるので所望の画像が得られる。
このような液晶表示装置で、一般にデータドライバーはシフトレジスター、データレジスター、データラッチ、Ｄ/Ａコンバータ及び出力バッファーを含む。データドライバーは、タイミング制御部からドットクロックに合せて順次に入るＲＧＢ各々のデータをラッチし、点順次方式のタイミング体系を線順次方式に変更して液晶パネルのデータ線にデータ電圧を出力する。この時、Ｄ/Ａコンバータは外部から入力されるガンマ基準電圧（ＶＧＭＡ１，．．．，ＶＧＭＡ１８）を基準にしてデータラッチから入力されるＲＧＢデータをアナログ電圧に変換する。
しかし、通常の液晶表示装置では、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々の画素の電気光学的特性が異なるにもかかわらず、電気光学的特性が同一であるという仮定下で同一の信号を使用している。このような結果により階調別色感が一定でなかったり一方に激しく偏る場合が生じる。
このような問題点を解決するために、Ｒ、Ｇ、Ｂ別に独立的したガンマ基準電圧をデータドライバーに提供することができる。しかし、このような方法はデータドライバーのピン数を既存より３６個も増加させることになり、データドライバーのサイズが増加するという問題点がある。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ別に独立してガンマ基準電圧を生成するために、ガンマ基準電圧を生成する部分が３つのブロックに増えて、外部回路の増加と共にデータドライバーが実装されるＰＣＢ面積が増加するため、液晶表示装置の製造単価が増加するという問題点がある。
また、液晶表示装置のモジュール内にある信号制御部とデータ駆動部の間の映像データ伝達線はＥＭＩ（electro-magnetic interference）の主な原因で、液晶表示装置の性能を低下させる。
したがって、本発明が目的とする技術的課題は、液晶表示装置のＥＭＩを減少させて液晶表示装置の性能を改善する一方、製作費用を減らすことである。
このような課題を構成するための本発明による液晶表示装置は、ゲート線とデータ線に各々連結されていて、行列形態で配列された複数の画素を含む液晶表示板組立体、前記液晶表示板組立体上に設けられていて、前記ゲート線に信号を伝達するゲート駆動部、前記液晶表示板組立体上に設けられていて、前記データ線に信号を伝達するデータ駆動部、複数のガンマ電圧を生成する階調電圧生成部、複数のガンマ電圧のうちの映像データに相当する階調電圧を選択してデータ電圧として前記画素に印加する複数のデータ駆動回路、そして前記映像データを前記各データ駆動回路と独立して連結された配線を通じて前記データ駆動回路に印加し、前記映像データの制御のための制御信号を生成して前記データ駆動部に印加する信号制御部を含む。前記階調電圧生成部は前記信号制御部からのデジタルガンマ電圧をアナログ変換するＤ/Ａ変換器を含む。
前記データ駆動回路は、前記Ｄ/Ａ変換器からの電圧をサンプリングして出力するサンプル/ホールド部、そして前記サンプル/ホールド部からの電圧を分圧して階調電圧として出力する分圧器を含む。
信号制御部と各データ駆動ＩＣを別個の配線を通じて連結することによってＥＭＩを減らすことができる。また、データ駆動部がＲ、Ｇ、Ｂ各々のガンマ基準電圧を利用してＲ、Ｇ、Ｂ各々のガンマ電圧を有することができるので、色温度及び色座標などを所望通りに調整することができる。
また、このような色温度や色座標の調整を通じて液晶の特性やカラーフィルターによって制限された色相表現をさらに多様に実現することができる。
また、信号制御部からデジタルガンマ値の伝達を受けるので、フレーム別に新たなガンマを適用することができるので、動映像でも動的輝度比を高めて躍動的な画面が得られる。もちろん、このような駆動集積回路を適用すれば、信号制御部も変更することが好ましい。つまり、電源が入る時、データ駆動部にＲ、Ｇ、Ｂ各々のガンマ値をデジタル形態で伝送することが好ましく、また、躍動的な画面を見ることを所望する場合には、入力される画面のデータを分析してガンマ値が調整できるようにガンマ値を出力することが好ましい。
添付した図面を参照して本発明の実施例について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
図１は本発明の１つの実施例による液晶表示装置の概念図であり、図２は本発明の１つの実施例による液晶表示装置の１つの画素に対する等価回路図であり、図３は本発明の１つの実施例による液晶表示装置のブロック図であり、図４は本発明の１つの実施例による液晶表示装置のうちの信号制御部、Ｄ/Ａ変換器及びデータ駆動ＩＣのみを示したブロック図である。
図１及び図３に示したように、本発明の１つの実施例による液晶表示装置は液晶表示板組立体３００及びこれに連結されたゲート駆動部４００、データ駆動部５００、データ駆動部５００に連結されたデジタル階調電圧生成部８００、そしてこれらを制御する信号制御部６００を含む。
液晶表示板組立体３００は図２に示したように構造的に見る時、下部表示板１００及び上部表示板２００とその間に入っている液晶層を含み、図１に示したように等価回路で見る時、複数の表示信号線（Ｇ1-Ｇn、Ｄ1-Ｄm）と、これに連結されていて概ね行列形態で配列された複数の画素を含む。
複数の表示信号線（Ｇ1-Ｇn、Ｄ1-Ｄm）とこれに連結されていて概ね行列形態で配列された複数の画素を含み、表示信号線（Ｇ1-Ｇn、Ｄ1-Ｄm）に連結されたゲート駆動部４００とデータ駆動部５００及びこれらを制御する信号制御部６００を含む。
表示信号線（Ｇ1-Ｇn、Ｄ1-Ｄm）はゲート信号（“走査信号”とも言う）を伝達する複数のゲート線（Ｇ1-Ｇn）とデータ信号を伝達するデータ線（Ｄ1-Ｄm）を含む。ゲート線（Ｇ1-Ｇn）は概ね行方向に延設されており、互いにほとんど平行であり、データ線（Ｄ1-Ｄm）は概ね列方向に延設されており、互いにほとんど平行である。
各画素は表示信号線（Ｇ1-Ｇn、Ｄ1-Ｄ2l）に連結されたスイッチング素子（Ｑ）とこれに連結された液晶蓄電器（Ｃlc）及び維持蓄電器（Ｃst）を含む。維持蓄電器（Ｃst）は必要に応じて省略できる。
スイッチング素子（Ｑ）は下部表示板１００に設けられており、三端子素子で、その制御端子及び入力端子は各々ゲート線（Ｇ1-Ｇn）及びデータ線（Ｄ1-Ｄ2l）に連結されており、出力端子は液晶蓄電器（Ｃlc）及び維持蓄電器（Ｃst）に連結されている。
液晶蓄電器（Ｃlc）は下部表示板１００の画素電極１９０と上部表示板２００の共通電極２７０を２つの端子として２つの電極１９０、２７０の間の液晶層３は誘電体として機能する。画素電極１９０はスイッチング素子（Ｑ）に連結され、共通電極２７０は上部表示板２００の前面に形成されていて共通電圧（Ｖcom）の印加を受ける。図２とは異なって、共通電極２７０が下部表示板１００に設けられる場合もあり、この時には２つの電極１９０、２７０が全て線状または棒状に作られる。
維持蓄電器（Ｃst）は下部表示板１００に具備された別個の信号線（図示せず）と画素電極１９０が重なって構成され、この別個の信号線には共通電圧（Ｖcom）などの決められた電圧が印加される。維持蓄電器（Ｃst）は、画素電極１９０が絶縁体を媒介としてそのすぐ上に位置する前段ゲート線と重なることによって構成することもできる。
一方、色表示を実現するためには各画素が色相を表示するようにしなければならないが、これは画素電極１９０に対応する領域に赤、緑、青色の色フィルター２３０を備えることによって可能である。図２で色フィルター２３０は上部表示板２００の当該領域に形成されているが、これとは異なって下部表示板１００の画素電極１９０の上または下に形成することもできる。
液晶分子は画素電極１９０と共通電極２７０が生成する電場の変化によってその配列を変え、これにより液晶層３を通過する光の偏光が変化する。このような偏光の変化は表示板１００、２００に付着された偏光子（図示せず）によって光の透過率変化で示される。
図３及び図４に示したように、デジタル階調電圧生成部８００は液晶表示装置の輝度と関する複数の正極性（+）、負極性（-）の階調電圧（Ｖ+、Ｖ-）を生成する。階調電圧生成部８００は１０個のバスで順次に連結された一対のガンマレジスター８１０、８２０と後方ガンマレジスター８２０に１０ビットのバスで連結された１０ビットＤ/Ａ変換器８３０を含む。図３に示したように、ガンマレジスター８１０、８２０は信号制御部６００と２個のバスで連結されてＲ、Ｇ、Ｂ別に別個にデジタルガンマデータを受信及び保存し、Ｄ/Ａ変換器８３０はガンマレジスター８１０、８２９に保存されたデジタル値をＲＧＢ色相別及び極性別にアナログ変換して、２個のバス配線を通じてデータ駆動部５００に出力する。この時、信号制御部６００は、例えば、２５６階調の場合、１６個のデジタルガンマ電圧が保存されている１０ビットのレジスター６１０を含み、保存されたデジタルガンマ電圧はコントローラ６２０を通じて階調電圧生成部８００に供給される。このような構造を通じてＲＧＢ独立ガンマ曲線を作りだすことができる。
ゲート駆動部４００は液晶表示板組立体３００のゲート線（Ｇ1-Ｇn）に連結されて外部からのゲートオン電圧（Ｖon）とゲートオフ電圧（Ｖoff）の組み合わせからなるゲート信号をゲート線（Ｇ1-Ｇn）に印加する。図３に示したように、ゲート駆動部４００は液晶表示板組立体３００の上の左右両側に各々装着されたゲート駆動小部４０１、４０２に分れられており、信号制御部６００からの電圧をレベルシフタ６１０を通じて各々供給を受ける。
データ駆動部５００は液晶表示板組立体３００上に装着されている複数のデータ駆動ＩＣ５０１〜５０８を含み、液晶表示板組立体３００のデータ線（Ｄ1-Ｄm）に連結されて階調電圧生成部８００からの階調電圧を選択してデータ信号としてデータ線（Ｄ1-Ｄm）に印加する。
各駆動ＩＣ５０１-５０８は階調電圧生成部８００のＤ/Ａ変換器８３０と連結されており、この時、階調電圧生成部８００から出てきた２個のバスは分かれて各駆動ＩＣ５０１-５０８に連結される。
各駆動ＩＣ５０１-５０８はまた、信号制御部６００と連結されて映像データ及びデータ制御信号の供給を受ける。データ制御信号は、例えば、２ビットのクロック信号であり、信号制御部６００から引き出されたバスが分岐して各データ駆動ＩＣ５０１-５０８に連結する構造を有する。映像データは各データ駆動ＩＣ５０１-５０８と信号制御部６００の間に個別的に設けられている２個の配線を通じて信号制御部６００からゲート駆動ＩＣ５０１-５０８に供給される。このような連結構造及び機能については、SID ０１ DIGEST pp.１０６-１０９（An Advanced Interconnect Link For TFT Column Driver Data）に詳細に記載されており、これをここに引用して本明細書の一部にする。このような連結構造を取ればＥＭＩが非常に減少する。
データドライバー１０はシフトレジスター（図示せず）、データレジスター（図示せず）、データラッチ（図示せず）、デジタル-アナログ変換部（図示せず）及び出力バッファー（図示せず）を含む。シフトレジスターは信号制御部６００から伝送されるＲ、Ｇ、Ｂデータをデータレジスターに保存する。デジタル-アナログ変換部はデータレジスターに保存されたデータ信号をデータラッチを経て受信し、これをアナログ階調電圧値に変換する。出力バッファーはデジタル-アナログ変換部から出力されるアナログ階調電圧を保存しておいて、ロード信号を受信すればアナログ階調電圧を複数のデータ線に印加する。
図４に示したようにデータ駆動ＩＣ５０１-５０８のデジタル-アナログ変換部はサンプル/ホールド部と、これに連結された抵抗列を含む。
サンプル/ホールド部は階調電圧生成部８００のＤ/Ａ変換器８３０からのデータを各々サンプリングする１６個（正極性用８個、負極性用８個）のサンプル/ホールド回路を含む。各サンプル/ホールディング回路はスイッチ（ＳＷ）、キャパシター（Ｃ１）及びバッファー（１-１６）からなる。サンプル開始信号によってスイッチ（ＳＷ）がＯＮすると、ＤＡＣから入力されるガンマ基準電圧がキャパシター（Ｃ１）によって保存されてサンプリングされ、サンプリングされたガンマ基準電圧はアナログバッファー（１-１６）を通じて出力される。このアナログバッファー（１-１６）を通じて出力された電圧は分圧されて複数のアナログ階調電圧、例えば、２５６個の正極性アナログ階調電圧と２５６個の負極性アナログ階調電圧として出力される。
次に、このような液晶表示装置の表示動作について詳細に説明する。
信号制御部６００は外部のグラフィック制御機（図示せず）からＲＧＢ映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）及びその表示を制御する入力制御信号、例えば、垂直同期信号（Ｖsync）と水平同期信号（Ｈsync）、メインクロック（ＭＣＬＫ）、データイネーブル信号（ＤＥ）などの提供を受ける。信号制御部６００は入力制御信号に基づいてゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）、データ制御信号（ＣＯＮＴ２）などを生成し、映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を液晶表示板組立体３００の動作条件に合うように適切に処理した後、ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）をゲート駆動部４００に出力し、データ制御信号（ＣＯＮＴ２）と処理した映像信号（Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’）はデータ駆動部５００に出力する。
ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）はゲートオンパルス（ゲート信号のハイ区間）の出力開始を指示する垂直同期開始信号（ＳＴＶ）、ゲートオンパルスの出力時期を制御するゲートクロック信号（ＣＰＶ）及びゲートオンパルスの幅を限定する出力イネーブル信号（ＯＥ）などを含む。
データ制御信号（ＣＯＮＴ２）は映像データ（Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’）の入力開始を指示する水平同期開始信号（ＳＴＨ）とデータ線（Ｄ1-Ｄ2l）に当該データ電圧を印加することを命令するロード信号（ＬＯＡＤ）、共通電圧（Ｖcom）に対するデータ電圧の極性（以下、“共通電圧に対するデータ電圧の極性”を“データ電圧の極性”と言う）を反転させる反転信号（ＲＶＳ）及びデータクロック信号（ＨＣＬＫ）などを含む。
本発明の実施例でこのような制御信号は映像データと同一のバスを通じて供給できる。
データ駆動部５００は信号制御部６００からのデータ制御信号（ＣＯＮＴ２）によって１行の画素に対応する映像データ（Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’）の入力を順次に受け、生成したアナログ階調電圧のうちの各映像データ（Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’）に対応する階調電圧を選択することによって、映像データ（Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’）を当該データ電圧に変換する。
ゲート駆動部４００は信号制御部６００からのゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）によってゲートオン電圧（Ｖon）をゲート線（Ｇ1-Ｇn）に印加して、このゲート線（Ｇ1-Ｇn）に連結されたスイッチング素子（Ｑ）をターンオンさせる。
１つのゲート線（Ｇ1-Ｇn）にゲートオン電圧（Ｖon）が印加されて、これに連結された１行のスイッチング素子（Ｑ）がターンオンされている間[この期間を“１Ｈ”または“１水平周期”と言って、水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）、データイネーブル信号（ＤＥ）、ゲートクロック（ＣＰＶ）の１周期と同一である]に、データ駆動部４００は各データ電圧を当該データ線（Ｄ1-Ｄm）に供給する。データ線（Ｄ1-Ｄm）に供給されたデータ電圧は導通したスイッチング素子（Ｑ）を通じて当該画素に印加される。
このような方式で、１フレーム内に全てのゲート線（Ｇ1-Ｇn）に対して順次にゲートオン電圧（Ｖon）を印加して、全ての画素にデータ電圧を印加する。１フレームが終われば、その次のフレームが始まって各画素に印加されるデータ電圧の極性が直前フレームでの極性と反対になるようにデータ駆動部５００に印加される反転信号（ＲＶＳ）の状態が制御される（“フレーム反転”）。この時、１フレーム内でも反転信号（ＲＶＳ）の特性によって１つのデータ線を通じて流れるデータ電圧の極性を変えることができ（“ライン反転”）、１つの画素行に印加されるデータ電圧の極性も互いに異なるように反転させることができる（“ドット反転”）。
実施例で出てきた数字は２５６階調である場合を想定したものであって、階調の数によってこれら数字を適宜変えることができる。
また、ゲート駆動部及びデータ駆動部はチップの形態でなく、液晶表示板上に画素のスイッチング素子及び配線と共に同一の工程で形成することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
本発明の一つの実施例による液晶表示装置の概念図である。 本発明の一つの実施例による液晶表示装置の一つの画素に対する等価回路図である。 本発明の一つの実施例による液晶表示装置のブロック図である。 本発明の一つの実施例による液晶表示装置のうちの一部を示したブロック図である。
符号の説明
１００下部表示板
１９０ 画素電極
２００ 上部表示板
３００ 液晶表示板組立体
４００ ゲート駆動部
４０１ ゲート駆動小部
５００ データ駆動部
５０１〜５０８ データ駆動ＩＣ
６００ 信号制御部
６１０ １０ビットのレジスター
６２０ コントローラ
８００ デジタル階調生成部
８１０、８２０ ガンマレジスター
８３０ Ｄ／Ａ変換機
Ｃ１ キャパシタ
Ｃlc 液晶蓄電器
ＣＯＮＴ１ ゲート制御信号
ＣＯＮＴ２ データ制御信号
Ｃst 維持蓄電器
Ｇ1−Ｇn、Ｄ1-Ｄm 表示信号線
ＨＣＬＫ データクロック信号
ＭＣＬＫ メインクロック
ＯＥ 出力イネーブル信号
ＲＶＳ 反転信号
ＳＷ スイッチ
Ｖcom 共通電圧
Ｖsync 垂直同期信号
Ｈsync 水平同期信号

Claims (2)

  1. ゲート線とデータ線に各々連結されており、行列形態で配列された複数の画素を含む液晶表示板組立体と、
    前記液晶表示板組立体上に設けられており前記ゲート線に信号を伝達するゲート駆動部と、
    前記液晶表示板組立体上に設けられており前記データ線に信号を伝達するデータ駆動部と、
    複数のガンマ電圧を生成する階調電圧生成部と、
    複数のガンマ電圧のうちの映像データに相当する階調電圧を選択してデータ電圧として前記画素に印加する複数のデータ駆動回路と、
    前記映像データを前記各データ駆動回路と独立的に連結された配線を通じて前記データ駆動回路に印加し、前記映像データの制御のための制御信号を生成して前記データ駆動部に印加する信号制御部と、
    を含み、前記階調電圧生成部は前記信号制御部からのデジタルガンマ電圧をアナログ変換するＤ/Ａ変換器を含むことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記データ駆動回路は、前記Ｄ/Ａ変換器からの電圧をサンプリングして出力するサンプル/ホールド部と、前記サンプル/ホールド部からの電圧を分圧して階調電圧として出力する分圧器とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
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