KR20030056526A - 액정 표시 장치의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공통 전압을 가변함으로써 화소 전압의 변화량을 줄이어 플리커 현상을 줄이도록 한 액정 표시 장치의 구동 방법에 관한 것으로서, 게이트 라인과 데이터 라인 매트릭스 형태로 배열되고 각 교점 부분에 박막 트랜지스터를 사이에 두고 화소 전극이 형성된 하부 기판과, 색상을 나타내기 위한 칼라 필터 및 공통 전극이 구성되는 상부 기판, 그리고 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 채워져 전압인가 유무에 따라 액정의 광투과 상태가 변하여 화상이 표시되도록 하는 액정으로 구성되는 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서, 상기 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압의 하이에서 로우로 천이 시에 공통 전극에 인가되는 공통 전압을 가변하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정 표시 장치의 구동 방법{method for driving of liquid crystal display}

본 발명은 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display ; LCD)에 관한 것으로서, 특히 플리커(flicker)를 감소시키는데 적당한 액정 표시 장치의 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는, 크게, 박막 트랜지스터와 화소 전극이 배열되는 하판과, 색상을 나타내기 위한 칼라 필터 및 공통 전극이 구성되는 상판, 그리고 상기 상 ·하판 사이에 채워져 전압인가 유무에 따라 액정의 광 투과상태가 변하여 화상이 표시되도록 하는 액정으로 구성된다.

즉, 상기 하판에는 일정 간격을 갖고 일 방향으로 복수개의 게이트 라인들이 배열되고, 매트릭스 형태의 화소 영역을 정의하기 위하여 상기 각 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 데이터 라인들이 배열되며, 상기 각 화소 영역에는 복수개의 화소 전극들이 형성되고, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되는 부분의 각 화소 영역에 상기 게이트 라인의 신호에 따라 상기 데이터 라인의 데이터 신호를 해당 화소 전극에 인가하는 복수개의 박막 트랜지터가 형성된다.

그리고, 상판에는 상기 하판에 형성된 게이트 라인들, 데이터 라인들 및 박막트랜지스터들에 상응하는 부분에서 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층이 형성되고, 각 화소 영역에 상응하는 부분에 R, G, B 칼라 필터층이 형성되며, 상기 칼라 필터층위에 공통 전극이 형성된다.

상기와 같이 구성되는 TFT-LCD는 두 기판 사이에 주입되어 있는 이방성 유전율을 갖는 액정 물질에 전계를 인가하고, 이 전계의 세기를 조절하여 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로서 원하는 화상 신호를 얻는 표시 장치이다.

이러한 TFT-LCD의 기판위에는 서로 평행한 복수개의 게이트 라인과 이 게이트 라인에 절연되어 교차하는 복수의 데이터 라인이 형성되며, 이들 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 둘러싸인 영역이 하나의 화소를 규정한다. 각 화소의 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에는 TFT가 형성된다.

도 1은 일반적인 TFT-LCD에서 단위 화소에 대한 등가 회로도를 나타낸 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이, TFT(10)의 게이트 전극(g), 소스 전극(s), 드레인 전극(d)은 각각 게이트 라인(Gn), 데이터 라인(Dm), 화소 전극(P)에 연결된다.

화소 전극(P)과 공통 전극(Vcom) 사이에는 액정 물질이 형성되는데 이를 등가적으로 액정용량(Clc)으로 나타낸다.

그리고 화소 전극(P)과 전단 게이트 라인(Gn-1)사이에는 축적 용량(Cst)이 형성되며, 게이트 전극(g)과 드레인 전극(d) 사이에는 오정렬(misalignment) 등에 기인한 기생 용량(Cgd)이 발생한다.

액정 용량(Clc)과 축적 용량(Cst)은 TFT-LCD가 구동해야 하는 부하로서 작용한다.

상기와 같은 TFT-LCD의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 표시하고자 하는 게이트 라인(Gn)에 연결된 게이트 전극(g)에 온(ON)전압을 인가하여 TFT(10)를 도통시킨 후에, 화상 신호를 나타내는 데이터 전압을 소스 전극(s)에 인가하여 이 데이터 전압이 드레인 전극(d)에 인가되도록 한다.

그러면, 상기 데이터 전압은 화소 전극(P)을 통해 각각 액정 용량(Clc)과 축적 용량(Cst)에 인가되고, 화소 전극(P)과 공통 전극(Vcom)의 전압 차에 의해 전계가 형성된다.

이때, 액정 물질에 같은 방향의 전계가 계속해서 인가되면 액정이 열화되기 때문에 LCD 패널에서는 액정 열화를 방지하기 위해 화상 신호를 공통 전극에 대해 양, 음 반복되도록 구동하며, 이와 같은 구동 방식을 반전 구동 방식이라 한다.

한편, TFT가 온 상태로 된 경우에 액정 용량(Clc) 및 축적 용량(Cst)에 인가된 전압은 TFT가 오프 상태로 된 후에도 계속 지속되어야 하나, 게이트 전극과 드레인 전극 사이에 있는 기생 용량(Cgd) 때문에, 화소 전극(P)에 인가된 전압은 왜곡이 생기게 된다.

이와 같이 왜곡된 전압을 킥-백(kick-back) 전압이라 하는데, 이 킥-백 전압(ΔV)은 다음의 수학식 1로 구해진다.

여기서 ΔVg는 게이트 전압의 변화량 즉, 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 차를 의미한다.

이 전압 왜곡은 데이터 전압의 극성에 관계없이 항상 화소 전극의 전압을 끌어내리는 방향으로 작용하게 되며, 이를 도 2에 도시하였다.

도 2에서, Vg, Vd, Vp는 각각 게이트 전압, 데이터 전압, 화소 전극의 전압을 나타내며, Vcom, ΔV는 각각 공통 전극 전압과 킥-백 전압을 나타낸다.

도 2에 점선으로 도시한 바와 같이, 이상적인 TFT-LCD에서는 게이트 전압(Vg)이 온일 때, 데이터 전압(Vd)이 화소 전극에 인가되어 게이트 전압이 오프로 되는 경우에도 상기 데이터 전압을 유지하나, 실제 TFT-LCD에서는 도 2에서와 같이 게이트 전압이 바뀌는 부분에서는 킥-백 전압의 영향으로 화소전압(Vp)이 킥-백 전압만큼 아래쪽으로 내려가게 된다.

한편, 액정에 인가되는 전압의 실효치는 화소 전압(Vp)과 공통 전압(Vcom) 사이의 면적으로 정해지는데, 액정 표시 장치를 반전 구동 방식으로 구동하는 경우에는 공통 전압을 중심으로 한 화소 전압의 면적이 대칭이 되도록 공통 전압 레벨을 조절할 필요가 있으며, 이를 위해 종래에는 화소 전압의 면적이 대칭이 되는 일정한 공통 전압을 공통 전극에 인가하였다.

이는 공통 전압(Vcom)을 중심으로 한 화소 전압(Vp)의 면적이 대칭이 되지 않을 경우에는 각 화소에 충전되는 화소 전압의 양이 프레임마다 차이가 발생하여 화소 전압이 반전될 때 화면이 깜박이는 플리커 현상이 발생하기 때문이다.

그러나 플리커 현상을 방지하기 위해 종래와 같이 일정한 공통 전압을 공통 전극에 인가하는 경우에도 다음과 같은 이유로 플리커 현상이 여전히 발생하게 된다.

일반적으로 게이트 라인은 저항 성분과 기생 용량 성분을 가지고 있으며, 이에 따라 두 값의 곱에 의해 결정되는 시정수 만큼의 게이트 전압의 지연이 생기게 된다. 이 신호 지연의 액정 패널의 크기가 커질수록 더욱 커지게 된다.

한편, 게이트 전압이 Vgh에서 Vlc로 천이 시 Vcom은 아무런 변화가 없다.

따라서 화소 전압의 변화량 즉, ΔVp는 다음의 수학식 2와 같이 나타난다.

상기의 수학식 2에서와 같이, ΔVp는 TFT의 커패시터 성분이나 게이트 전압 차이에 의해서만 변하게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 종래의 액정 표시 장치의 구동 방식은 공통 전압(Vcom)이 항상 일정한 DC로 고정되어 있기 때문에 플리커 현상을 줄이는데 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 게이트 전압의 천이 시 공통 전압을 가변함으로써 화소 전압의 변화량을 줄이어 플리커 현상을 줄이도록 한 액정 표시 장치의 구동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 TFT-LCD에서 단위 화소에 대한 등가회로도

도 2는 킥-백 전압에 의한 전압 왜곡을 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 평면도

도 4는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 구동 펄스 타이밍도

도 5a는 본 발명 제 1 실시예에 따른 공통 전압(Vcom)의 변화를 나타낸 타이밍도

도 5b는 본 발명 제 2 실시예에 따른 공통 전압(Vcom)의 변화를 나타낸 타이밍도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 게이트 라인1a : 게이트 전극

2 : 데이터 라인2a : 소오스 전극

2b : 드레인 전극3 : 화소 전극

TFT : 박막트랜지스터Cst : 스토리지 커패시터

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 구동 방법은 게이트 라인과 데이터 라인 매트릭스 형태로 배열되고 각 교점 부분에 박막트랜지스터를 사이에 두고 화소 전극이 형성된 하부 기판과, 색상을 나타내기 위한 칼라 필터 및 공통 전극이 구성되는 상부 기판, 그리고 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 채워져 전압인가 유무에 따라 액정의 광투과 상태가 변하여 화상이 표시되도록 하는 액정으로 구성되는 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서, 상기 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압의 천이 시에 공통 전극에 인가되는 공통 전압을 가변하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 구동 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 하부 기판에 화소 영역을 정의하기 위해, 게이트 전극(1a)들을 구비하여 일정 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(1)이 배열되고, 소오스 전극(2a)들을 구비하여 일정 간격으로 상기 게이트 라인(1)에 수직한 방향으로 복수개의 데이터 라인(2)이 배열된다.

그리고, 상기 게이트 라인(1)과 데이터 라인(2)이 교차되는 부분의 화소 영역에 상기 게이트 전극(1a), 소오스 전극(2a) 및 드레인 전극(2b)을 구비한 복수개의 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되고, 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(2b)에 연결되고 인접한 게이트 라인(1)에 오버랩(Overlap)되도록 화소 영역에 화소 전극(3)이 형성된다.

여기서, 상기 화소 전극(3)과 인접한 게이트 라인(1)이 오버랩된 부분에서 스토리지 커패시터(Cst)가 형성된다.

한편, 상부 기판(도시되지 않음)에는 하부 기판에 형성된 게이트 라인(1)들, 데이터 라인(2)들 및 박막 트랜지스터(TFT)들에 상응하는 부분에서 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층이 형성되고, 각 화소 영역에 상응하는 부분에 칼라 필터층이 형성되며, 상기 칼라 필터층위에 공통 전극이 형성된다.

이와 같이 형성된 액정 표시 장치에서 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 구동 펄스 타이밍도이다.

도 4에서와 같이, 게이트 구동 IC로부터 임의의 게이트 라인(1)에 구동 전압(펄스 신호)이 인가되면 해당 게이트 라인(1)에 연결된 박막 트랜지스터(TFT)가 턴 온되고, 그 동안에 각 데이터 라인(2)에 인가된 데이터 전압이 화소 전극(3)에 인가되어 데이터 전압이 충전된다.

이와 같이 1 프레임(frame) 주기로 각 화소 전극에 데이터 전압이 충전되고 다음 신호가 인가될 때까지 유지된다.

본 발명에서는 게이트 라인(1)에 인가되는 게이트 전압(Vg)이 Vgh에서 Vgl로 천이 시, 공통 전극에 인가되는 공통 전압(Vcom)을 공통 전압(Vcom) - 공통 전압 변화량(ΔVcom)에서 공통 전압(Vcom)으로 가변시키거나, 공통전압(Vcom)에서 공통 전압(Vcom) + 공통 전압 변화량(ΔVcom)으로 가변시킨다.

상기와 같이 공통 전압(Vcom)을 게이트 전압의 천이 시 가변함으로써 화소 전압 변화량 즉, ΔVp는 다음과 같이 수학식 3으로 나타난다.

따라서 본 발명의 ΔVp는 종래 방법보다 ΔVp2만큼의 감소를 유도할 수 있다.

한편, 1 프레임(frame)의 b 구간 동안에도 공통 전압(Vcom)이 계속 변하게 되면 화질에 영향을 줌으로서 도 5a 및 도 5b와 같이 공통 전압(Vcom)을 가변하게 된다.

즉, 도 5a는 본 발명 제 1 실시예에 따른 공통 전압(Vcom)의 변화를 나타낸 타이밍도이고, 도 5b는 본 발명 제 2 실시예에 따른 공통 전압(Vcom)의 변화를 나타낸 타이밍도이다.

본 발명 제 1 실시예는, 도 5a에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 전압이 Vgh에서 Vgl로 천이되기 직전에 상기 공통 전압을 Vcom - ΔVcom 전압으로 낮춘 후, 상기 게이트 전압이 Vgh에서 Vgl로 천이될 때 Vcom 전압으로 높여준다.

또한, 본 발명 제 2 실시예는, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 전압이 Vgh에서 Vgl로 천이되기 직전에 상기 공통 전압을 Vcom으로 유지하고 있다가 상기 게이트 전압이 Vgh에서 Vgl로 천이되는 순간 Vcom + ΔVcom 전압으로 높여준 뒤 다시 Vcom 전압으로 감소시킨다.

상기 본 발명 제 1, 제 2 실시예에서, ΔVcom과 Δt를 조정하면 b 구간에서도 화질에 큰 영향 없이 ΔVp의 감소를 통해 플리커를 개선할 수 있다.

한편, 공통 전압(Vcom)은 게이트 오프(gate off) 시점에 해당하는 기간만큼 조절한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 구동 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 게이트 전압이 천이될 때 공통 전압을 가변시키므로 화소 전압을 낮추어 플리커 현상을 개선할 수 있다.

Claims (3)

1. 게이트 라인과 데이터 라인 매트릭스 형태로 배열되고 각 교점 부분에 박막 트랜지스터를 사이에 두고 화소 전극이 형성된 하부 기판과, 색상을 나타내기 위한 칼라 필터 및 공통 전극이 구성되는 상부 기판, 그리고 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 채워져 전압인가 유무에 따라 액정의 광투과 상태가 변하여 화상이 표시되도록 하는 액정으로 구성되는 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서,

   상기 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압의 천이 시에 공통 전극에 인가되는 공통 전압을 가변하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공통 전압은 상기 게이트 전압이 "하이'에서 "로우"로 천이 직전(Δt)에 Vcom - ΔVcom 전압으로 낮춘 후, 상기 게이트 전압이 "하이'에서 "로우"로 천이시 Vcom 전압으로 높임을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 공통 전압은 상기 게이트 전압이 "하이'에서 "로우"로 천이 시, Vcom + ΔVcom 전압으로 높인 후, 일정 시간((Δt) 뒤, Vcom 전압으로 낮춤을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.