KR100327375B1 - 액티브 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조가 간단한 액티브 구동회로를 그대로 이용하면서 표시소자의 밝기의 조절과 그레이(gray) 레벨 조절이 용이한 표시소자의 밝기 제어방법을 제공하기 위한 것으로서, 스캔 라인신호와 데이터 라인신호를 입력으로 구동하는 구동소자에 있어서, 전원과 연결되어 전하를 축적하는 커패시터와, 상기 커패시터에 축적된 전하를 구동소자에 인가해 상기 구동소자를 발광시키는 구동부와, 상기 스캔 라인 신호를 이용하여 상기 데이터 라인신호가 상기 커패시터에 인가되도록 스위칭하는 스위치부와, 상기 데이터 라인과 스캔 라인의 펄스폭을 조절하여 상기 구동부의 구동시간을 조절하는 펄스 변조부를 포함하여 구성되는데 있다.

Description

액티브 구동 장치{apparatus for active driver}
본 발명은 표시소자의 밝기 제어 장치에 관한 것으로, 특히 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation : PWM) 방법과 회로 제어 방법을 이용한 액티브 구동 장치에 관한 것이다.
최근 평면 표시소자 분야에서 비약적인 발전이 이루어지고 있다.
특히 LCD(Liquid Crystal Display)를 선두로 하여 등장하기 시작한 평면 표시소자는 수 십년간 디스플레이 분야에서 가장 많이 사용되어 온 CRT(Cathode Ray Tube)를 추월하여 최근에는 PDP(Plasma Display Panel), VFD(Visual Fluorescent Display), FED(Field Emission Display), LED(Light Emitting Diode),EL(Electroluminescence)등 많은 발전이 이루어지고 있다.
이러한 후발 디스플레이 소자의 구동방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.
그 중 하나는 단일 매트릭스(simple matrix)라고 하는 수동적 구동 방법이고, 다른 하나는 TFT-LCD에서 사용하는 액티브 구동방법이다.
그러나 상기 단일 매트릭스형 표시소자의 경우 일반적으로 스캔 구동을 하여 온(on)시킬 수 있는 스캔 시간이 제한되기 때문에 원하는 휘도를 얻기 위해서는 높은 전압이 필요하며 이는 수명에 악영향을 미치게 된다.
상기 TFT-LCD 구동회로는 복수의 게이트라인과 복수의 데이터라인의 교차점에 배치된 픽셀을 갖는 액정패널에 데이터라인 신호를 인가하여 각 픽셀을 발광시켜 디스플레이하는 회로이다.
상기 복수 개 픽셀 각각은 스캔 라인과 데이터 라인이 연결된 복수의 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터의 소스와 각각 병렬 연결된 저장 커패시터 및 표시소자로 구성되어 있다.
그래서 상기 스캔 라인과 데이터 라인에서 인가되는 신호에 따라 다수의 트랜지스터가 스위치 및 구동용으로 사용되어 상기 커패시터에 전압을 저장하고, 상기 저장된 전압이 방전되면서 표시소자를 발광시킨다.
이와 같이 구성된 종래의 액티브 구동회로를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 2-액티브 소자를 이용한 구동회로를 나타낸 도면으로서, 도 1과 같이 픽셀 내부에 2개의 액티브 소자 Q2와 Q3을 배치한다.
그리고 데이터 라인을 통해 일정한 양의 전압을 액티브 소자 Q3에 인가하고, 스캔 라인은 데이터 라인의 전압을 내부의 전하 축적용 커패시터 Cch로 연결하는 스위치역할로 Q3을 제어한다.
상세한 구조를 살펴보면, 전원을 인가하는 양전원(Vdd)과, 상기 양전원(Vdd)과 연결되어 전하를 축적하는 전하 축적용 커패시터(Cch)와, 표시소자인 OEL(Opto Electro luminescence)과 연결되어 상기 OEL을 직접 구동하는 구동용 트랜지스터(Transistor : Tr)(Q2)로 구성된다.
이때 OEL의 한쪽은 구동용 Tr(Q2)과 연결되어 있고, 다른 한 쪽은 음전원(Vss)과 연결되어 있다.
이와 같이 구성된 액티브 구동 회로의 동작을 보면, 먼저 데이터 라인에서 그레이(gray) 조절된 전압이 인가되며, 이 전압은 스위치용 Tr(Q3)을 통과하여 전하 축적용 커패시터(Cch)와 구동용 Tr(Q2)의 제어단으로 입력된다.
그리고 상기 커패시터(Cch)와 구동용 Tr(Q2)를 통해 OEL의 밝기가 조절된다.
이때 스위치용 Tr(Q3)의 제어는 스캔 라인에서 제어한다.
이와 같이 각각의 픽셀은 데이터 라인의 전압과 스캔라인의 제어에 따라 밝기가 조절되고 조절된 각 픽셀이 모여서 하나의 화면을 디스플레이하게 된다.
이때 스캔 라인의 파형은 일정한 펄스폭을 가지는 정현파의 모양을 하고 있으며, 데이터 라인에서 인가하는 전압은 스캔 라인에 동기 되어 해당하는 픽셀에 인가된다.
그리고 스캔 라인의 펄스폭은 모두 동일한 형태를 가지고 있으며, 하나의 스캔 펄스가 지나고 나면 픽셀들이 발광하게 된다.
이와 같은 유기 EL을 사용한 액티브 구동방법에는 기본적으로 낮은 전류를 이용하여 내부에 전하 축적용 커패시터에 전하를 축적시키고, 이를 이용하여 구동용 Tr를 사용한 방법이 가장 많이 사용되고 있다.
이를 이용하면 유기 EL은 구동하기 위한 전류의 범위가 보통 수백 pA에서 수십 nA의 범위로 매우 작기 때문에 이를 적절히 제어하는데 많은 어려움이 있다.
또한 위와 같이 아주 작은 전류를 이용하기 때문에 내부에 설계하는 전하 축적용 커패시터도 매우 작은 용량의 값을 가지게 된다.
그러나 내부에서 사용한 스위치용 Tr에서 발생되는 누설(leakage)의 영향으로 인하여 전하 축적용 커패시터의 크기는 아주 작아지지 못하게 된다.
즉, 누설(leakage)이 크면 그것을 보상해 주기 위하여 내부의 커패시터는 누설(leakage)량만큼 더 큰 용량을 가져야 표시소자가 원하는 밝기를 낼 수 있기 때문이다.
그러나 픽셀의 크기는 제한되어 있고, 또한 제한된 픽셀의 크기에 따라 내부에 설계하는 커패시터의 크기도 제한되게 된다.
따라서 이를 극복하기 위하여 픽셀의 크기를 크게 하거나, 혹은 누설을 최소화하는 방법들이 소개되고 있지만, 픽셀의 크기는 점점 작게 형성하기 위한 노력이 진행 중에 있고 누설을 줄이는데는 어느 정도 한계를 가지고 있기 때문에 큰 어려움이 있다.
그래서 이를 극복하기 위한 다른 방법으로 전하 이송의 비를 이용하는 방법으로 이중 커패시터(dual capacitor)를 사용하는 방법과 Tr를 미러(mirror)형태로 구성하여 사용하는 방법이 소개되고 있다.
그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 표시소자의 밝기 제어회로는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 이중 커패시터가 사용되는 회로의 경우, 두 개의 커패시터의 비를 적절히 조절해야 하는데 따른 어려운 문제가 있다.
둘째, 미러형태가 사용되는 회로의 경우, 미러형태를 갖는 두 개의 Tr의 비를 조절해야 하는데 따른 어려운 문제가 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 구조가 간단한 액티브 구동회로를 그대로 이용하면서 표시소자의 밝기의 조절과 그레이(gray) 레벨 조절이 용이한 표시소자의 밝기 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 2-액티브 소자를 이용한 구동회로도
도 2 는 본 발명에 따른 액티브 표시 구동회로도
도 3 은 본 발명에 따른 액티브 표시 구동 파형을 나타낸 타이밍도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 펄스 변조부
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액티브 구동 장치의 특징은 스캔 라인신호와 데이터 라인신호를 입력으로 구동하는 구동소자에 있어서, 전원과 연결되어 전하를 축적하는 커패시터와, 상기 커패시터에 축적된 전하를 구동부의 제어단자에 인가해 상기 구동소자를 발광시키는 구동부와, 상기 스캔 라인 신호를 이용하여 상기 데이터 라인신호가 상기 커패시터에 인가되도록 스위칭하는 스위치부와, 상기 데이터 라인과 스캔 라인의 펄스폭을 조절하여 상기 구동부의 구동시간을 조절하는 펄스변조부를 포함하여 구성되는데 있다.
본 발명의 다른 특징은 구동용 파형을 여러 개의 짧은 펄스로 나누어 제어함과 동시에 여러 개로 나누어진 각각의 펄스 내에서 다시 전류 제어를 하는데 있다.
본 발명의 특징에 따른 작용은 종래의 간단한 액티브 구동회로를 그대로 이용하며, 단지 구동용 파형을 변화시킴으로써 밝기의 조절과 그레이 조절을 쉽게 할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 액티브 구동장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명에 따른 액티브 표시 구동회로를 나타낸 도면이다.
도 2를 보면 양전원(Vdd)과 연결된 전하축적용 커패시터(Cch)와, 데이터 라인신호와 양전원(Vdd)의 차로 상기 커패시터(Cch)에 축적되는 전하를 표시소자(OEL)에 가해 표시소자(OEL)를 구동하는 구동용 Tr(Q2)과, 스캔 라인 신호를 이용하여 데이터 라인신호를 스위칭하는 스위치용 Tr(Q3)과, 데이터 라인과 스캔 라인의 펄스폭을 조절하여 상기 구동용 Tr(Q2)의 구동시간을 조절하는 펄스변조부(10)로 구성된다.
위와 같이 구성된 회로에서 양전원(Vdd)은 구동용 Tr(Q2)과 연결되고, 또한 전하 축적용 커패시터(Cch)는 양전원(Vdd)과 구동용 Tr(Q2)사이에 연결된다.
그리고 구동용 Tr(Q2)은 표시소자(OEL)와 연결되어 있으며, 상기표시소자(OEL)의 다른 한 쪽 단자는 음전원(Vss)과 연결된다.
스위치용으로 사용되는 Tr(Q3)은 구동용 Tr(Q2)과 전하 축적용 커패시터(Cch)가 연결된 단자와 연결되고, 또 다른 단자는 펄스 변조부와 연결된다.
그리고 구동용 Tr(Q2)와 표시소자(OEL) 사이에 병렬로 연결되어 구동용 Tr(Q2)의 전압강하로 구동용 Tr(Q2)의 오동작과 전압파괴를 방지하는 전압 보호용 다이오드(D1)를 구성한다.
위와 같이 구성된 액티브 구동 회로의 동작을 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 은 본 발명에 따른 액티브 표시 구동 파형을 나타낸 타이밍도로서, 도 3을 보면 종래에 일정한 펄스폭의 정현파 모양을 갖는 스캔 라인과 데이터 라인에서 인가하는 펄스의 모양을 펄스 변조부(10)를 통해 변조된다.
이때 스캔 라인과 데이터 라인의 펄스 파형은 펄스 변조부(10)에서 여러 단계로 나누어지는데 각기 다른 펄스폭을 갖는다.
이때 실 예로서, 상기 펄스 파형은 8 비트를 기준으로 했을 때 종래에는 8 비트를 각각 전류의 세기를 제어하는 신호로 모두 사용한데 반해, 본 발명은 하위 4 비트만을 전류의 세기를 제어하는 신호로 사용하고 있다.
그리고 상위 4 비트는 펄스폭을 변화시켜 구동되는 시간을 제어한다.
도 3에서 보는 바와 같이 4 가지의 단계로 나눈 것을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
데이터 신호 Ⅰ: 1001 0010
데이터 신호 Ⅱ: 0111 0110
데이터 신호 Ⅲ: 1010 1001 일 경우를 가정하고 각각 파형의 모양이 어떻게 바뀌는지를 보여 주고 있다.
이때 하위 4 비트는 전류 레벨을 나타낸 것이고 상위 4 비트는 서로 다른 폭을 갖는 펄스를 Te, Td, Tc, Tb로 순차적으로 나타내고 있다.
그럼 본 발명에 의한 구동파형을 사용하지 않았을 경우를 살펴보면 다음과 같다.
전류 레벨이 데이터가 '0000 0001' 일 경우에 I = 300pA라고 하고, 데이터가 1111 1111 일 경우에 I = 100 nA라고 한다.
이때 표시소자의 밝기는 상기 8 비트를 기준으로 256가지를 나타내며, 인간이 식별 가능한 최소 밝기를 위해 최소 300pA 가 필요하기 때문에 전류값으로 300pA로 정의한다. 그리고 각각 전류의 세기를 높이고, 마지막으로 최고 밝기는 전류값 100nA로 정의한다.
또한 전류 레벨은 (100nA-300pA)/256 = 389pA로서, 389pA의 범위를 갖는다.
그러나 본 발명에 의한 구동파형을 사용할 경우의 스키마를 사용하면 우선 상위 4 비트의 정보를 이용하여 1 프레임 시간동안의 시간을 적절한 비율이 되게 나누어준다.
그리고 전류 레벨을 나타내는 하위 4 비트를 이용하여 전류의 세기를 제어한다.
전류 레벨이 0001일 경우 I = 50nA라고 하고, 전류 레벨이 1111일 경우 I = 100nA라고 한다.
이때 상기 8 비트를 기준으로 했을 때의 표시소자의 최소 밝기가 300pA의 전류가 필요하였다면, 상기와 동일한 최소 밝기를 갖도록 4 비트를 기준으로 했을 때는 전류의 세기가 50nA이 필요하다. 그리고 각각 전류의 세기를 높이고, 마지막으로 최고 밝기는 전류값 100nA로 정의한다.
이에 따라 전류 레벨은 (100nA - 50nA) / 16 = 3nA로서, 3nA의 범위를 갖는다.
이와 같이 8 비트의 경우 389pA의 전류 범위를 갖는 반면에, 4 비트의 경우 3nA로 전류 범위로 5 배정도 커짐에 따라 전류제어가 더 쉬워지며, 또한 누설(leakage) 문제도 해결할 수 있다.
도 3을 참조하여 설명하는데 설명의 간소화를 위해 전류레벨을 나타내는 하위 4비트의 전류범위를 1㎂이라 하고 최소 전류의 세기를 1㎂ 그리고 최고 전류의 세기를 15㎂라고 한다. 그리고 상위 4 비트의 펄스폭의 범위를 1, 2, 4, 8 μ초(㎲)로 정의한다.
먼저 데이터 신호 Ⅰ의 경우 하위 4 비트가 0010이므로 전류의 세기가 2㎂이고, 상위 4 비트가 1001이므로 9초에 해당하므로 2㎂를 표시소자에 9 μ초(㎲)동안 인가하여 발광시킨다.
그리고 데이터 신호 Ⅱ의 경우 하위 4 비트가 0111이므로 전류의 세기가 6㎂이고, 상위 4 비트가 0110이므로 7 μ초(㎲)에 해당하므로 6㎂를 표시소자에7μ초(㎲)동안 인가하여 발광시킨다.
또 데이터 신호 Ⅲ의 경우 하위 4 비트가 1001이므로 전류의 세기가 9㎂이고, 상위 4 비트가 1010이므로 10초에 해당하므로 9㎂를 표시소자에 10초동안 인가하여 발광시킨다.
이와 같이 본 발명은 도 1에 나타낸 회로와 같이 종래의 액티브 구동회로를 그대로 사용하면서, 단지 펄스변조부를 이용하여 동작 파형만을 다르게 구성한다.
그리고 펄스폭의 크기가 클 수록 스위치용 Tr(Q3)의 스위칭 시간이 길어지고, 그에 따라 표시소자에 전류가 인가되는 시간이 길어진다. 그리고 상기 표시소자에 전류가 인가되는 시간이 길어지면 밝기가 커지게 된다.
이때, 구동용 Tr(Q2)의 전류용량도 그대로 사용하며, 축적용 커패시터(Cch)의 크기도 설계 가능한 크기로 설계한다.
그러나 커패시터(Cch)의 크기는 일반적으로 도 3 에 나타낸 본 발명에 의한 디스플레이 구동 파형에서의 Ta~Te까지의 펄스 폭 조절을 통해 크기가 조절된다.
도 3에서의 Ta~Te까지의 펄스폭의 크기는 다음과 같이 구할 수 있다.
만약 T 프레임(frame) = 60㎲라고 가정하고 각 펄스 시간 사이의 간격을 동일하게 1㎲로 설정하면 구성할 수 있는 펄스 시간은 T 프레임에서 각 펄스 시간이 5 번으로 5㎲를 뺀 시간으로 총 55㎲가 된다.
그리고 데이터 라인에서 제어하는 전류의 크기와 각 펄스의 크기는 밀접한 관계가 있다.
즉, Ta에서 최대의 전류를 흘릴 때의 밝기는 Tb에서 최소의 전류를 흘릴 때의 밝기보다는 어두워야 한다.
또한 각 시간에 따른 전류의 세기와 밝기는 패널(panel)을 제작하는 과정에 의하여 구할 수 있으며, 각 시간의 크기는 다음 조건을 만족해야 한다.
0㎲ < Ta ≤Tb ≤Tc ≤Td ≤Te < T 프레임
이와 같이 0㎲에서 한 프레임의 시간사이에서 각 펄스폭이 조절되어야 한다.
또한 본 발명에서는 각각의 시간을 4개의 단계로 나누었지만 패널의 조건과 구동용 IC의 설계조건에 의하여 여러 개의 단계로 응용하여 나눌 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 액티브 구동장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 설계가 용이한 액티브 구동회로를 이용하여 구동 파형을 조절하여 그레이 조정이 쉽고 또한 밝기의 조정이 용이한 구동회로를 제공할 수 있다.
둘째, 전류 범위의 증가로 전류제어가 더 쉬워지고, 또한 누설(leakage) 문제도 해결할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (3)

  1. 스캔 라인신호와 데이터 라인신호를 입력으로 구동하는 구동소자에 있어서,
    전원과 연결되어 전하를 축적하는 커패시터와,
    상기 커패시터에 축적된 전하를 구동부의 제어단자에 인가해 상기 구동소자를 발광시키는 구동부와,
    상기 스캔 라인 신호를 이용하여 상기 데이터 라인신호가 상기 커패시터에 인가되도록 스위칭하는 스위치부와,
    상기 데이터 라인과 스캔 라인의 펄스폭을 조절하여 상기 구동부의 구동시간을 조절하는 펄스변조부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액티브 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스변조부는 입력되는 복수개의 비트 중 일부를 그레이 레벨에 따라 서로 다른 펄스폭을 가진 구동펄스로 변조하고 동시에 다른 비트로는 전류의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 액티브 구동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부와 구동소자 사이에 병렬로 연결되어 상기 구동소자의 양극(anode)쪽이 일정한 전압 이하로 내려가는 것을 방지하는 전압 보호용 다이오드를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액티브 구동 장치.
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