KR100515288B1 - 저전력/고집적 소스 드라이버 및 그를 구비한 전류형 능동구동 유기 ｅｌ장치 - Google Patents

저전력/고집적 소스 드라이버 및 그를 구비한 전류형 능동구동 유기 ｅｌ장치 Download PDF

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Abstract

칩 내의 모든 내부회로들이 저전압 하에서 동작되어 저전력 및 고집적도가 가능하고, 패널측의 고전압으로부터 칩 내의 내부회로들을 보호할 수 있는 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버가 개시되어 있는 바, 본 발명에 따른 소스 드라이버는, 데이터 저장을 위한 인에이블신호를 생성하여 출력하는 시프터레지스터부; 외부에서 입력되는 디지털 데이터를 저장하는 데이터래치부; 상기 인에이블신호에 의하여 상기 데이터를 순차적으로 저장한 후 로드신호에 의하여 저장된 데이터를 한꺼번에 병렬로 출력하는 라인래치부; 상기 라인래치부에서 출력된 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 전류신호로서 출력하는 전류형 디지털-아날로그변환부; 및 상기 전류형 디지털-아날로그변환부의 출력을 외부 패널의 소스라인에 전달하고 상기 패널측의 고전압으로 부터 내부회로들을 보호하기 위한 고전압보호수단을 포함하며, 상기 시프트레지스터부, 상기 데이터래치부, 상기 라인래치부, 상기 전류형 디지털-아날로그 변환부 및 상기 고전압보호회로부는 저전압(Normal Voltage) 구동회로들인 것을 특징으로 한다.

Description

저전력/고집적 소스 드라이버 및 그를 구비한 전류형 능동 구동 유기 ＥＬ 장치{Low power and high density source driver and current driven active matrix organic electroluminescent having the source driver}
본 발명은 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버(Source Driver For Current Driven Active Matrix Organic Electroluminescent)에 관한 것으로, 특히 소스 드라이버 칩 내의 모든 구성요소들이 저전압하에서 동작하면서도 패널의 고전압으로부터 소스 드라이버의 회로들을 보호할 수 있는 저전력 및 고집적도 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버와 그를 구비하는 유기 EL 장치에 관한 것이다.
일반적으로 평판 디스플레이 소스 드라이버는 데이터를 한 프레임 시간동안 패널(pannel)에 전달하는 집적회로(IC)이다. 소스 드라이버의 구동 방식에는 수동 구동 과 능동 구동이 있다. 능동 구동은 패널의 각 화소(Pixel)에서 스위치 역할을 하는 TFT(Thin Film Transistor)소자와 데이터를 저장하는 스토리지 커패시터로(Storage Capacitor) 구성되어 있다. 능동 구동에는 전압형(Voltage Driven) 과 전류형(Current Driven)이 있다. 전압형은 최종 출력이 전압 형태이고, 전류형은 최종출력이 전류이다. 이는 액정 소자의 종류에 따라 달라진다.
도 1은 종래기술에 따른 전압형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버에 대한 블록 구성도로서, 종래기술에 따른 전압형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버(100)은 시프터레지스터(Shift Register)(110)와, 데이터래치(Data Latch)(120)와, 라인래치(Line Latch)(130)와, 레벨시프터(Level Shifter) 및 전압형 디지털-아날로그변환기(Voltage Type DAC)(160)와, 아날로그 출력버퍼 회로(Output Buffer Circuit)(170)으로 구성되어 있다.
시프터레지스터(310)는 데이터(RGB Data)를 라인래치(330)에 순차적으로 저장하기 위한 인에이블 신호를 생성하여 라인래치(330)에 출력하는 바, 클럭(CLK)의 라이징 에지 또는 폴링 에지에 동기되어 구동되고, 시프트방향제어신호(L/R)에 의해 시프트 방향이 결정되며, 스타트펄스입출력신호(IO1, IO2)들은 시프트방향제어신호(L/R)에 의하여 입력신호 또는 출력신호로 된다. 입력되는 스타트펄스입출력신호(IO1 또는 IO2)는 외부의 이웃하는 다른 소스드라이버로부터 입력이 되고, 출력되는 스타트펄스입출력신호(IO1 또는 IO2)는 이웃하는 다른 소스 드라이버 칩의 입력이 된다.
데이터 래치(120)는 칩 외부에서 소스 드라이버 칩으로 입력되는 R,G,B 데이터(RGB Data)를 저장하는 래치이다.
라인 래치(130)는 시프터 레지스터(110)의 인에이블신호에 의하여 하나의 라인 시간 동안 데이터를 순차적으로 저장한 후 로드신호(LOAD)에 의하여 저장된 데이터를 한꺼번에 병렬로 레벨시프터 및 전압형 디지털-아날로그변환기(160)로 넘긴다. 이때 동시에 새로운 데이터(RGB Data)가 라인 래치(130)에 저장된다. 로드신호(LOAD)는 라인래치(130)의 클럭신호이다.
레벨시프터(160)는 전압 레벨을 저 전압(Nomal Vltage)에서 고 전압(High Voltage)으로 바꾸는 역할을 하는 바, 시프터레지스터(110), 데이터래치(120) 및 라인래치(130)는 저 전압, 고속 동작(Normal Voltage and High Speed Operation)하는 블록들이고, 전압형 디지털-아날로그 변환기(160), 아날로그 출력버퍼회로(170)는 패널의 고전압 구동을 위하여 고 전압, 저속 동작(High Voltage and Low Speed Operation)을 하는 블록들이기에 레벨시프터(160)가 필요한 것이다. 레벨시프터 역시 고전압 동작을 한다. 여기서, 저전압은 노말전압(VDD)을 일컫는 것이고, 고전압은 패널의 소스라인 구동을 위한 출력 전압(HVCC)를 일컫는다. 도 2에 저전압과 고전압의 상대적인 차이점을 보이고 있다.
전압형 디지털-아날로그 변환기(160)는 라인래치로부터 전달된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 바, 색조(Gray Scale)를 위해서는 아날로그 신호가 필요하기 때문이다. 일반적으로 전압형 디지털-아날로그 변환기는 저항 열(R-String)을 통해 디지털 데이터를 아날로그 데이터로 변환하여 출력하며, 이때 칩 외부의 감마 레퍼런스 전압(Gamma Reference voltages)로 외부에서 패널의 특성을 보상할 수 있다.
출력버퍼회로(170)는 패널의 소스라인(패널을 구성하는 각 화소의 스위칭 TFT의 소스단자를 연결한 라인으로서 컬럼 방향으로 확장된 데이터라인을 일컫는다)에 최종 출력인 아날로그 전압을 출력한다.
앞서 설명한 바와 같이 종래의 전압형 유기 EL 소스 드라이버는 저전압 동작을 하는 회로 블록들과 고전압 동작을 하는 회로 블록들로 구분되는 바, 고전압 동작을 하는 회로 블록들(160, 170)은 소스 드라이버(100) 칩 면적의 대부분을 차지하고 전력 소모도 전압의 제곱에 비례하므로 매우 크다. 따라서, 칩의 집적도가 고전압 동작 블록들에 의하여 결정되어 고집적도 어려우며, 소스 드라이버 칩의 소비전력이 매우 많은 구조를 갖고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소스 드라이버 칩 내의 모든 구성요소들이 저전압 하에서 동작되어 저전력 및 고집적도가 가능하고, 패널측의 고전압으로부터 소스 드라이버 칩 내의 회로들을 보호할 수 있는 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 소스 드라이버를 구비한 전류형 능동 구동 유기 EL 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 데이터 저장을 위한 인에이블신호를 생성하여 출력하는 시프터레지스터부; 외부에서 입력되는 디지털 데이터를 저장하는 데이터래치부; 상기 인에이블신호에 의하여 상기 데이터를 순차적으로 저장한 후 로드신호에 의하여 저장된 데이터를 한꺼번에 병렬로 출력하는 라인래치부; 상기 라인래치부에서 출력된 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 전류신호로서 출력하는 전류형 디지털-아날로그변환부; 및 상기 전류형 디지털-아날로그변환부의 출력을 외부 패널의 소스라인에 전달하고 상기 패널측의 고전압으로 부터 내부회로들을 보호하기 위한 고전압보호수단을 포함하며, 상기 시프트레지스터부, 상기 데이터래치부, 상기 라인래치부, 상기 전류형 디지털-아날로그 변환부 및 상기 고전압보호회로부는 저전압(Normal Voltage) 구동회로들인 것을 특징으로 하는 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버를 제공한다.
또한 본 발명은 복수의 픽셀 - 상기 각 픽셀은 고전압으로 구동되고 소스라인의 전류를 복사하여 출력하는 전류미러형 스위칭트랜지스터부와, 상기 스위칭트랜지스터부의 출력 전류를 인가받아 발광하는 유기 ELD를 구비한다 - 들이 어레이된 패널; 및 상기 패널의 소스라인을 전류 구동하고 모든 내부회로들이 저전압으로 구동하며 상기 고전압으로부터 상기 내부회로들을 보호하기 위한 고전압보호수단을 구비하는 소스 드라이버를 포함하는 전류형 능동 구동 유기 EL 장치를 제공한다.
상기 본 발명의 전류형 능동 구동 유기 EL 장치에서, 상기 소스 드라이버는 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 전류신호로서 출력하는 전류형 디지털-아날로그변환부를 포함하며, 상기 고전압보호수단은 상기 전류형 디지털-아날로그변환부의 출력을 상기 패널의 소스라인에 전달한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버에 대한 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버(300)는 시프터레지스터(310)와, 데이터래치(320)와, 라인래치(330)와, 전류형 디지털-아날로그변환기(Current Type DAC)(340)와, 고전압보호회로부(High Voltage shield Circuit)(350)로 구성되어 있으며, 이 모든 구성요소(310, 320, 330, 340 및 350)들은 저전압(Normal Voltage, VDD)으로 동작하는 회로들이다.
시프터레지스터(310)는 데이터(RGB Data)를 라인래치(330)에 순차적으로 저장하기 위한 인에이블 신호를 생성하여 라인래치(330)에 출력하는 바, 클럭(CLK)의 라이징 에지 또는 폴링 에지에 동기되어 구동되고, 시프트방향제어신호(L/R)에 의해 시프트 방향이 결정되며, 스타트펄스입출력신호(IO1, IO2)들은 시프트방향제어신호(L/R)에 의하여 입력신호 또는 출력신호로 된다. 입력되는 스타트펄스입출력신호(IO1 또는 IO2)는 외부의 이웃하는 다른 소스드라이버로부터 입력이 되고, 출력되는 스타트펄스입출력신호(IO1 또는 IO2)는 이웃하는 다른 소스 드라이버 칩의 입력이 된다.
데이터 래치(320)는 칩 외부에서 소스 드라이버 칩으로 입력되는 R,G,B 데이터(RGB Data)를 저장하는 래치이다.
라인 래치(330)는 시프터 레지스터(310)의 출력인 인에이블신호에 의하여 하나의 라인 시간 동안 데이터를 순차적으로 저장한 후 로드신호(LOAD)에 의하여 저장된 데이터를 동시에 병렬로 전류형 디지털-아날로그변환기(340)로 넘긴다. 이와 동시에 새로운 데이터(RGB Data)가 라인 래치(330)에 저장된다. 로드신호(LOAD)는 라인래치(130)의 클럭신호이다.
전류형 디지털-아날로그 변환기(340)은 기준전류신호(IREFIN)를 입력받아 라인래치(330)로부터 전달된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
고전압보호회로부(350)는 전류형 디지털-아날로그 변환기(340)의 출력을 외부에 위치한 패널의 소스라인에 전달하되, 패널측의 고전압으로부터 칩 내부회로들을 보호한다. 고전압보호회로부(350)의 각 출력(OUT1, OUT2,....OUTn)은 패널의 각 소스라인을 전류 구동(Current Driven)한다.
도 4는 하나의 출력에 대응하는 소스 드라이버의 어느 한 채널(Channel)에 대한 블록 구성과, 그에 연결된 픽셀을 도시한 것이다. 도 4에서는 전류형 디지털 아날로그 변환기(340)가 6비트의 데이터를 입력받아 전류신호로서 하나의 아날로그 신호를 출력하는 경우를 도시한 것이다.
도 4를 참조하여 본 발명에 따른 소스 드라이버를 구비한 전류형 능동 구동 유기 EL 장치에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 전류형 능동 구동 유기 EL 장치는, 복수의 픽셀(410)이 어레이된 패널(400)과 앞서 설명한 소스 드라이버(300)을 구비한다.
각 픽셀(410)은 고전압으로 구동되고 소스라인(420)의 전류를 복사하여 출력하는 전류미러형 스위칭트랜지스터부(412, 414)와, 상기 스위칭트랜지스터부(412, 414)의 출력 전류를 인가받아 발광하는 유기 ELD(416)로 구성된다. 소스라인(420)은 픽셀의 스위칭트랜지스터(412)의 소스단자와 접속되며, 소스라인은 데이터라인(Data Line)이라고도 한다.
소스 드라이버(300)은 패널(400)의 소스라인(420)을 전류 구동(Current Driven)하고 모든 내부회로(310, 320, 330, 340, 350)들이 저전압으로 구동하며 아울러 상기 패널(400)측 고전압으로부터 상기 내부회로들을 보호하기 위한 고전압보호회로부(350)를 구비한다.
도 5a 내지 도 5c는 고전압보호회로부(350)의 다양한 실시예를 보여준다.
고전압보호회로부(350)는 일실시예에 따르면, 도 5a와 같이, 전류형 디지털-아날로그변환기(340)의 출력단과 상기 패널측 소스라인(420)의 사이에 접속된 저항(R) 소자에 의해 구성될 수 있다.
고전압보호회로부(350)는 다른 실시예에 따르면, 도 5b와 같이 전류형 디지털-아날로그변환기(340)의 출력단과 상기 패널측 소스라인(420)의 사이에 소스-드레인 경로가 접속되고 게이트로 저전압(VDD)을 인가받는 NMOSFET로 실시 구성될 수 있다.
고전압보호회로부(350)는 또 다른 실시예에 따르면, 도 5c와 같이 전류형 디지털-아날로그변환기(340)의 출력단과 상기 패널측 소스라인(420)의 사이에 소스-드레인 경로가 접속되고 게이트로 접지전압(GND)을 입력받는 PMOSFET로 구성될 수 있다.
뿐만 아니라 여기서 소개되지는 않았지만 그 밖에 다른 회로적 구성의 저항 소자들로 고전압보호회로(350)를 구성하는 것이 가능하다.
여기서, 패널측의 픽셀에서 스위칭트랜지스터부(도 4의 '412', '414')가 PMOSFET인 경우에는 도 5b와 같이 고전압 보호 NMOSFET를 사용하는 것이 바람직하고, 패널측의 픽셀에서 스위칭트랜지스터부가 NMOSFET인 경우에는 도 5c와 같이 고전압 보호 PMOSFET를 사용하는 것이 바람직하다.
도 6은 전류형 디지탈-아날로그 변환기의에 대한 일예를 보여주는 것으로서, 공지의 전류형 디지탈-아날로그 변환기이며, 도 6에 도시된 전류형 디지탈-아날로그 변환기 이외에도 본 발명의 소스 드라이버에는 공지된 다양한 전류형 디지탈-아날로그 변환기가 적용 가능하다.
도 6에 도시된 전류형 디지탈-아날로그 변환기의 동작을 살펴보면, 디지털 입력데이터 D0 ∼ D5가 모두 1이면 모든 트랜지스터가 온되어 아날로그 출력(OUT)는 최대값이 되고, 디지털 입력데이터 D0 ∼ D5가 "010101"이면 아날로그 출력(OUT)는 중간값이 된다. 참조부호 'IREFIN'은 기준전류, 'VDD'는 저 전원전압, 'V_ref'는 기준전압을 각각 나타낸다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버는 패널의 고 전압(High Voltage)으로부터 저 전압(Normal Voltage)으로 동작하는 내부회로를 보호하기 위한 고전압 보호 소자를 포함하면서, 그를 포함하는 드라이버의 내부회로들이 저 전압(Normal Voltage)으로 동작한다. 이에 의해 본 발명에 따른 소스 드라이버는 전력 소모가 적고 또한 칩 면적의 대부분을 차지하는 고 전압 회로블록이 없어서 집적도가 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전압형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버에 대한 블록 구성도,
도 2는 종래기술에 따른 전압형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버에 사용되는 전압 레벨을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버에 대한 블록 구성도,
도 4는 하나의 출력에 대응하는 소스 드라이버의 어느한 채널에 대한 블록 구성 및 그에 연결된 픽셀을 도시한 도면,
도 5a 내지 도 5c는 고전압보호회로의 다양한 실시예를 보여주는 회로도,
도 6은 전류형 디지탈-아날로그 변환기의에 대한 일예를 보여주는 회로도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
VDD : 저 전압 HVCC : 고 전압
300 : 소스 드라이버 310 : 시프트레지스터
330 : 라인래치 340 : 전류형 디지탈-아날로그 변환기
350 : 고전압보호회로부

Claims (8)

  1. 데이터 저장을 위한 인에이블신호를 생성하여 출력하는 시프터레지스터부;
    외부에서 입력되는 디지털 데이터를 저장하는 데이터래치부;
    상기 인에이블신호에 의하여 상기 데이터를 순차적으로 저장한 후 로드신호에 의하여 저장된 데이터를 한꺼번에 병렬로 출력하는 라인래치부;
    상기 라인래치부에서 출력된 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 전류신호로서 출력하는 전류형 디지털-아날로그변환부; 및
    상기 전류형 디지털-아날로그변환부의 출력을 외부 패널의 소스라인에 전달하고 상기 패널측의 고전압으로 부터 내부회로들을 보호하기 위한 고전압보호수단을 포함하며,
    상기 시프트레지스터부, 상기 데이터래치부, 상기 라인래치부, 상기 전류형 디지털-아날로그 변환부 및 상기 고전압보호회로부는 저전압(Normal Voltage) 구동회로들인 것을 특징으로 하는 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고전압보호수단은 상기 전류형 디지털-아날로그변환부의 출력단과 상기 패널측 소스라인의 사이에 접속된 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고전압보호수단은 상기 전류형 디지털-아날로그변환부의 출력단과 상기 패널측 소스라인 사이에 소스-드레인 경로가 접속되고 게이트로 상기 저전압을 인가받는 NMOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고전압보호수단은 상기 전류형 디지털-아날로그변환부의 출력단과 상기 패널측 소스라인 사이에 소스-드레인 경로가 접속되고 게이트로 접지전압을 입력받는 PMOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류형 능동 구동 유기 EL 소스 드라이버.
  5. 복수의 픽셀 - 상기 각 픽셀은 고전압으로 구동되고 소스라인의 전류를 복사하여 출력하는 전류미러형 스위칭트랜지스터부와, 상기 스위칭트랜지스터부의 출력 전류를 인가받아 발광하는 유기 ELD를 구비 함 - 들이 어레이된 패널; 및
    상기 패널의 소스라인을 전류 구동하고 모든 내부회로들이 저전압으로 구동하며 상기 고전압으로부터 상기 내부회로들을 보호하기 위한 고전압보호수단을 구비하는 소스 드라이버
    를 포함하는 전류형 능동 구동 유기 EL 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 소스 드라이버는,
    디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 전류신호로서 출력하는 전류형 디지털-아날로그변환부를 포함하며,
    상기 고전압보호수단은 상기 전류형 디지털-아날로그변환부의 출력을 상기 패널의 소스라인에 전달하는 것을 특징으로 하는 전류형 능동 구동 유기 EL 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스위칭트랜지스터부는 PMOSFET들로 구성되고,
    상기 고전압보호수단은 상기 전류형 디지털-아날로그변환부의 출력단과 상기 패널측 소스라인의 사이에 소스-드레인 경로가 접속되고 게이트로 상기 저전압을 인가받는 NMOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류형 능동 구동 유기 EL 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 스위칭트랜지스터부는 NMOSFET들로 구성되고,
    상기 고전압보호수단은 상기 전류형 디지털-아날로그변환부의 출력단과 상기 패널측 소스라인의 사이에 소스-드레인 경로가 접속되고 게이트로 접지전압을 인가받는 PMOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류형 능동 구동 유기 EL 장치.
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