KR100442257B1 - 전류기입형 ａｍｏｅｌ 패널의 데이터 구동회로 - Google Patents

전류기입형 ａｍｏｅｌ 패널의 데이터 구동회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전류기입형 AMOEL 패널의 데이터 구동회로를 제공하기 위한 것으로서, 하나의 출력 채널마다 폭(width)과 길이(length)가 동일하고, 공통 게이트를 갖는 하나의 PMOS 쌍; 상기 PMOS 쌍의 공통 게이트 단자와 연결되어 상기 단자의 플로팅(floating)을 방지하는 바이어스 회로부; 상기 PMOS 쌍의 출력전류를 입력하는 제1 NMOS; 상기 제1 NMOS의 게이트 단자와 연결되고, 각각이 상기 제1 NMOS와 전류 미러를 형성하여 상기 PMOS 쌍의 출력전류를 미러링하는 n개의 제2 NMOS; 상기 n개의 제2 NMOS에 각각 하나씩 연결되는 n개의 PMOS를 포함하여 구성되며, 폭과 길이를 동일하게 갖는 트랜지스터 쌍을 이용하여, 이들의 문턱전압의 차이의 제곱에 비례하는 작은 편차의 전류를 생성하고, 이를 NMOS로 이루어진 전류미러에 의해 미러링하여 출력 채널-채널의 구동전류 레벨의 차이를 최소화하여 AMOEL 패널을 균일하게 구동할 수 있다.

Description

전류기입형 ＡＭＯＥＬ 패널의 데이터 구동회로{Data Derive Circuit of Active Matrix Organic Electroluminescence of Current Writing Type}
본 발명은 문턱전압 변화 및 잡음에 둔감한 전류기입형 AMOEL 패널의 데이터 구동회로에 관한 것이다.
본 발명은 문턱전압의 변화 및 접지선의 불규칙한 전압 상승 등의 잡음에 둔감하게 전류 기입형 화소 구조를 갖는 AMOEL(Actie Matrix Organic Electro-Luminescent) 디스플레이를 구동하기 위한 데이터 구동 회로에 관한 것이다.
AMOEL의 화소 구조는 크게 두 가지로 대별할 수 있는데, 전압 기입 방식의 화소구조와 전류 기입 방식의 화소 구조가 그것이다.
도1은 종래기술에 따라 2-능동소자를 이용한 전압 기입 방식에 따른 화소 구조를 도시한 것으로, TFT-LCD의 전하를 축적하는 전하 축적용 캐패시터(Cstg)와 OEL을 직접 구동하는 구동용 Tr(Q1)이 전원부와 연결되어 있다. 구동용 Tr의 한쪽은 OEL의 제어단으로 입력된다. 스위치용 Tr(Q2)의 제어는 스캔 라인에서 제어한다.
도1의 동작은 다음과 같다. 스캔 라인 신호에 의해 Q2가 닫히면 데이터 라인을 통해 각화소의 그레이 스케일에 해당하는 전압이 전하 축적용 캐패시터(Cstg)에 기입된다. 기입된 전압은 구동용 Tr(Q1)의 전류레벨을 결정하는 제어 전압이 되고, 이 전류는 OEL에 공급된다. AMOEL 패널에는 무수하게 많은 화소가 존재하는데, 각 화소간의 구동용 Tr(Q1)의 전압-전류 특성이 서로 불균일하면 데이터 라인을 통해 전하 축적용 캐패시터(Cstg)에 기입된 전압이 균일하더라도 각 화소내의 OEL에 흐르는 전류는 불균일하게 된다. 이는 결국 불균일한 디스플레이 특성을 보이게 되고, 이것이 전압 기입 방식이 갖는 단점 중의 하나이다.
도2는 종래기술에 따라 전류 기입 방식에 따른 화소 구조를 도시한 것으로, 도1과는 달리 각 화소의 구동용 Tr(P1)에 그레이 스케일에 해당하는 전류 레벨을 직접 기입하는 구조이다.
각 화소간의 구동용 Tr(P1)의 전압-전류 특성이 서로 불균일하더라도 기입전류를 발생하는 데이터 구동 회로가 균일하기만 하면 균일한 디스플레이 특성을 얻을 수 있는 장점이 있는 화소 구조이다. 그러나, 실제로는 데이터 구동 회로부에서 전류를 생성하는 부분이 데이터 구동 회로부에 단 하나 존재하는 화소가 아닌 각 데이터 라인마도 혹은 몇 개의 데이터 라인마다 존재해야 하므로, 이들 간에 오차가 발생하면 전류 기입 방식의 화소 구조의 장점을 살리지 못하고 불균일한 디스플레이 특성을 갖게 된다.
이를 해결하는 방법으로 도3은 종래기술에 따라 기준 전류원을 미러링하는 방식을 이용한 전류원 발생장치 회로도로, 데이터 구동 회로부에 하나의 전류원을 레퍼런스로 사용하였으나, 하나의 전류원을 모든 데이터 라인에 미러링(mirroring)하는 방식은 미러 역할을 하는 Tr 간이 거리가 너무 떨어져 있는 경우 하나의 전류원 레퍼런스를 정확히 미러할 수 없는 단점이 있다.
다른 방법으로 도4는 종래기술에 따라 기존 전류원을 이용하여 보정하는 회로도로, 게이트와 소스 단에 존재하는 전하 보존용 캐패시턴스의 리키지 등에 인한 전압 변동에 의해 각 데이터 라인간이 출력 전류가 균일하지 않게 되는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 데이터 구동회로부의 각 채널-채널의 출력 전류 레벨의 차이를 최소화하여 전류 기입형 화소 구조를 갖는 AMOEL 패널을 균일하게 구동하는데 있다.
도 1은 종래기술에 따라 2-능동소자를 이용한 전압 기입 방식에 따른 화소 구조도이다.
도 2는 종래기술에 따라 전류 기입 방식에 따란 화소의 구조도이다.
도 3은 종래기술에 따라 기준 전류원을 미러링하는 방식을 이용한 전류원 발생장치 회로도이다.
도 4는 종래기술에 따라 기존 전류원을 이용하여 보정하는 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전류기입형 화소 구조를 갖는 AMOEL 패널을 구동하는 데이터 구동회로의 하나의 채널의 최종 출력을 나타내는 회로이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전류기입형 AMOEL 패널의 데이터 구동회로의 특징은 하나의 출력 채널마다 폭(width)과 길이(length)가 동일하고, 공통 게이트를 갖는 하나의 PMOS 쌍; 상기 PMOS 쌍의 공통 게이트 단자와 연결되어 상기 단자의 플로팅(floating)을 방지하는 바이어스 회로부; 상기 PMOS 쌍의 출력전류를 입력하는 제1 NMOS; 상기 제1 NMOS의 게이트 단자와 연결되고, 각각이 상기 제1 NMOS와 전류 미러를 형성하여 상기 PMOS 쌍의 출력전류를 미러링하는 n개의 제2 NMOS; 상기 n개의 제2 NMOS에 각각 하나씩 연결되는 n개의 PMOS를 포함하여 구성되는데 있다.
상기 데이터 구동회로의 각 출력 채널에서 상기 PMOS 쌍 중 하나는 바디와 게이트가 연결되어 외부 바이어스1과 연결되고, 상기 데이터 구동회로부의 각 출력 채널에서 상기 PMOS 쌍의 공통 게이트 단자는 플로팅을 방지하기 위해 외부 바이어스2와 연결 및 제어되는 회로를 더 포함하여 구성된다.
상기 n개의 PMOS는 외부로부터 n-비트의 디지털 입력을 받아 상기 n개의 제2 NMOS를 흐르는 전류를 제어하여 상기 데이터 구동회로의 하나의 출력 채널에 구동전류를 제공하며, 상기 구동전류는 상기 n개의 PMOS의 n-비트의 디지털 입력의 조합에 의해 바이너리 형태의 전류 레벨을 갖도록 적절히 조절되며, 상기 n개의 제2 NMOS의 폭과 길이는 상기 n개의 제2 NMOS를 흐르는 전류가 상기 PMOS 쌍의 출력전류의 2a(a=0, 1, 2,...)배로 조절되는 값으로 정해진다.
본 발명의 특징에 따른 작용은 폭과 길이를 동일하게 갖는 트랜지스터 쌍을이용하여, 이들의 문턱전압의 차이의 제곱에 비례하는 작은 편차의 전류를 생성하고, 이를 NMOS로 이루어진 전류미러에 의해 미러링하여 출력 채널-채널의 구동전류 레벨의 차이를 최소화하여 AMOEL 패널을 균일하게 구동할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 데이터 구동회로는 각 출력 채널에서 바라본 유효 접지 저항이 달라져서 유기되는 전압이 달라지더라도 다수개의 NMOS로 이루어진 전류미러에 의해 미러링을 하여 각 출력채널 마다의 접지전압에 차이가 있어도 PMOS 쌍에서 생성된 전류가 NMOS로 미러링(mirroring)되기 때문에 접지저항의 전압상승이 출력전류에 영향을 미치지 않게 되어 접지라인의 전압 상승 효과를 상쇄하는 특징을 갖는다.
데이터 구동회로의 채널의 수가 매우 많은 경우, 각 채널이 공통으로 갖는 접지라인이 매우 길어지게 되어 서로 멀리 떨어져 있는 채널에서 바라본 접지 라인의 유효저항이 달라지게 되고, 접지 저항이 달라지면 접지라인에 유기되는 전압이 달라지게 되며, 상기 PMOS 쌍의 출력전류는 상기 다수개의 NMOS로 이루어진 전류미러에 의한 채널의 구동전류에 비하여 매우 작으므로, 상기 PMOS 쌍의 출력전류에 의한 전압강하는 무시할 수 있고, 또한 PMOS 쌍 Q1과 Q2에 의해 발생된 출력전류가 NMOS 미러 회로에 미러링(mirroring)하여 사용하기 때문에 접지저항의 전압상승이 출력전류에 영향을 미치지 않게 하여 서로 다른 유효접지전압 상승을 갖는 멀리 떨어진 채널간의 전류레벨의 편차를 매우 작게 줄인다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 전류기입형 AMOEL 패널의 데이터 구동회로의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도5는 본 발명에 따른 전류기입형 화소 구조를 갖는 AMOEL 패널을 구동하는 데이터 구동회로의 하나의 채널의 최종 출력을 나타내는 회로이다.
도5에 도시한 바와 같이, 상기 회로는 폭(width)과 길이(length)가 동일하고, 공통 게이트를 갖는 하나의 PMOS 쌍(Q1, Q2)과, 상기 PMOS 쌍(Q1, Q2)의 공통 게이트 단자와 연결되어 상기 단자의 플로팅(floating)을 방지하는 바이어스 회로부(A)와, 상기 PMOS 쌍(Q1, Q2)의 출력전류를 입력하는 제1 NMOS(M1)과, 상기 제1 NMOS(M1)의 게이트 단자와 연결되고, 각각이 상기 제1 NMOS(M1)와 전류 미러를 형성하여 상기 PMOS 쌍(Q1, Q2)의 출력전류를 미러링하는 n개의 제2 NMOS(M2, M3,...,Mn+1)와, 상기 n개의 제2 NMOS(M2, M3~Mn+1)에 각각 하나씩 연결되는 n개의 PMOS(N1, N2,...Nn)를 포함하여 구성된다.
Iout은 데이터 구동회로의 하나의 채널의 최종출력을 나타내고, 전류의 형태로 출력된다.
Iout의 출력 전류레벨은 M1의 베이스 전류 IQ2에 비해 2a(a=0, 1, 2, ...)배로 미러링된 n-bit의 전류원의 조합으로 이루어지고, 이 조합은 n-bit 디지털 입력 D1, D2, ..., Dn에 의해 제어된다.
이때 M1의 베이스 전류 IQ2는 폭과 길이가 동일한 Q1, Q2 쌍에 의해 생성되는데, Q1과 Q2의 공통 게이트(commom gate)에는 폴로팅(floating)을 방지하기 위한가변저항이 NMOS소자와 외부 바이어스 전원 VBias2로 구성되어 있고, Q1의 소스와 바디는 서로 연결되어 있으며, 이는 다시 VBias1의 외부 바이어스 전원과 연결되어 있다.
Q2의 소스는 양전원전압 VDD와 연결되어 있다. Q2의 출력전류 IQ2는 이하 식1 및 2에 의해 계산된다.
---식1
where,
| I_Q1 | = K_2 (V_DD -V_x - | V_th2 | )^2
=---식2
where,
식2에서와 같이, VDD와 VBias1 및가 일정하면 Q2를 통해 흐르는 IQ1는 Q1과 Q2의 문턱전압의 차이의 제곱에 비례하는 값을 갖게 된다.
이는 Q1과 Q2가 설계상으로 가까이 위치하게 되면 (이들을 포함하는 데이터의 구동회로의 채널-채널 간의 거리가 멀어서 각 채널에 존재하는 Q1과 Q2의 문턱전압의 변화가 발생하더라도) 균일한 베이스 전류 IQ2를 얻게 됨을 의미한다.
즉, Q1과 Q2가 레이아웃(layout) 상으로 가까이 위치하게 되기 때문에 베이스 전류 IQ2는 Q1과 Q2 소자의 문턱전압의 차이의 제곱에 비례하는 작은 편차의 전류값을 가지게 되어 비교적 균일한 전류값을 갖는다.
그리고, Q1과 Q2가 서로 독립되어 멀리 떨어져있는 경우에 베이스 전류 IQ2는 Q1과 Q2의 문턱전압 Vth1, Vth2변화의 제곱에 비례하는 큰 편차의 전류를 얻게 된다.
이렇게 균일한 베이스 전류 IQ2를 얻어, 이를 설계상으로 가깝게 위치한 n+1개의 NMOS(M1,...,Mn+1)로 구성된 미러 회로를 통과하면 균일한 Iout을 얻게 된다.
그리고 본 발명에 따른 데이터 구동회로는 각 채널마다의 접지전압에 차이가 있어도 다음과 같은 원리에 의해 이를 보상한다.
데이터 구동회로의 채널의 수가 매우 많은 경우, 각 채널이 공통으로 갖는 접지라인이 매우 길어지게 되어 서로 멀리 떨어져 있는 채널에서 바라본 접지 라인의 유효저항이 달라지게 된다.
예를 들어 멀리 떨어져 있는 두 채널에서 바라본 유효 접지 저항이 달라지면 접지라인에 유기되는 전압이 달라지게 된다.
데이터 구동회로의 각 채널의 IQ2의 전류 레벨은 Iout에 비해 매우 작으므로, IQ2에 의한 양전원전압 VDD 라인에 발생하는 전압 강하는 무시할 수 있으나, Iout에 의한 접지라인의 전압상승은 단순한 NMOS로 구성된 전류원을 사용하는 경우 출력전류를 다르게 하는 원인으로 작용하게 된다.
본 발명은 PMOS 쌍 Q1과 Q2에 의해 발생된 IQ2가 n+1개의 NMOS 미러 회로에미러링(mirroring)하여 사용하기 때문에 접지저항의 전압상승이 출력전류에 영향을 미치지 않게 하여 서로 다른 유효접지전압 상승을 갖는 멀리 떨어진 채널간의 전류레벨의 편차를 매우 작게 줄인다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 전류기입형 AMOEL 패널의 데이터 구동회로는 다음과 같은 효과가 있다.
폭과 길이를 동일하게 갖는 트랜지스터 쌍을 이용하여, 이들의 문턱전압의 차이의 제곱에 비례하는 작은 편차의 전류를 생성함으로써, 서로 독립되어 멀리 떨어져있는 경우에는 개별 트랜지스터의 문턱전압변화의 제곱에 비례하는 큰 편차의 전류를 얻게 되는 단점을 극복하는 효과가 있다.
또한 본 발명은 균일한 전류를 출력하여야 하는 데이터 구동회로의 최종 출력 회로부에 사용되어, 예를 들어 전류를 기입하는 형태의 AMOEL 패널을 균일한 디스플레이 특성을 갖도록 구동하는 데이터 구동회로의 설계에 유용하게 사용될 수 있다.
또한 본 발명은 전류의 크기에 의해 그레이 스케일을 나타내는 능동 및 수동 매트릭스 형태의 디스플레이 소자를 균일하면서 정밀하게 그레이 스케일을 표시할 수 있도록 하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 전류 기입형 화소 구조를 TFT-AMOEL 디스플레이 또는 single-crystal AMOEL의 데이터 구동회로에 사용되어 균일하면서 정밀하게 그레이 스케일을 표시할 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 (6)

  1. 하나의 출력 채널마다 폭(width)과 길이(length)가 동일하고, 공통 게이트를 갖는 하나의 PMOS 쌍;
    상기 PMOS 쌍의 공통 게이트 단자와 연결되어 상기 단자의 플로팅(floating)을 방지하는 바이어스 회로부;
    상기 PMOS 쌍의 출력전류를 입력하는 제1 NMOS;
    상기 제1 NMOS의 게이트 단자와 연결되고, 각각이 상기 제1 NMOS와 전류 미러를 형성하여 상기 PMOS 쌍의 출력전류를 미러링하는 n개의 제2 NMOS;
    상기 n개의 제2 NMOS에 각각 하나씩 연결되는 n개의 PMOS를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전류기입형 AMOEL 패널의 데이터 구동회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 구동회로의 각 출력 채널에서 상기 PMOS 쌍 중 하나는 드레인과 게이트가 연결되어 외부 바이어스1과 연결되는 것을 특징으로 하는 전류기입형 AMOEL 패널의 데이터 구동회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 데이터 구동회로부의 각 출력 채널에서 상기 PMOS 쌍의 공통 게이트 단자는 플로팅을 방지하기 위해 외부 바이어스2와 연결 및 제어되는 회로를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전류기입형 AMOEL 패널의 데이터 구동회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 n개의 PMOS는 외부로부터 n-비트의 디지털 입력을 받아 상기 n개의 제2 NMOS를 흐르는 전류를 제어하여 상기 데이터 구동회로의 하나의 출력 채널에 구동전류를 제공하는 것을 특징으로 하는 전류기입형 AMOEL 패널의 데이터 구동회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구동전류는 상기 n개의 PMOS의 n-비트의 디지털 입력의 조합에 의해 바이너리 형태의 전류 레벨을 갖도록 적절히 조절되는 것을 특징으로 하는 전류기입형 AMOEL 패널의 데이터 구동회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 n개의 제2 NMOS의 폭과 길이는 상기 n개의 제2 NMOS를 흐르는 전류가 상기 PMOS 쌍의 출력전류의 2a(a=0, 1, 2,...)배로 조절되는 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 됨을 특징으로 하는 전류기입형 AMOEL 패널의 데이터 구동회로.
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