KR100700177B1 - 유기전계발광소자의 저전력 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기전계발광소자의 저전력 구동방법에 관한 것으로, 상세하게는 유기전계발광소자의 컬러 표시에 사용되는 계조 수를 감소시킴으로써 저전력 모드를 구현하는 유기전계발광소자의 저전력 구동방법에 관한 것이다. 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 그래픽 컨트롤러로부터 n비트의 화상 데이터를 입력받는 단계; 상기 화상 데이터를 소스 드라이버 및 게이트 드라이버가 처리 가능한 신호로 변환하는 단계; 상기 화상 데이터에서 특정 r(0<r<n)개의 비트를 0으로 변환하는 단계; 및 r개의 비트가 0인 화상 데이터를 각 화소에 인가하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 저전력소비모드 구동방법을 제공한다.

유기전계발광소자, 저전력

Description

유기전계발광소자의 저전력 구동방법{LOW POWER DRIVING METHOD OF ELECTRO-LUMINESCENCE DISPLAY}

도 1은 일반적인 유기전계발광소자의 구조를 도시한 개략도.

도 2는 유기전계발광소자를 구동하는 전체 시스템(system)의 구성도.

도 3은 유기전계발광소자에서의 단위 화소의 등가 회로도.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 화상 데이터의 상위 r비트를 '0'으로 변환하는 방법을 도시한 순서도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화상 데이터의 하위 r비트를 '0'으로 변환하는 방법을 도시한 순서도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 화상 데이터의 무작위의 r비트를 '0'으로 변환하는 방법을 도시한 순서도.

도 7 및 도 8은 8비트의 화상 데이터로부터 6비트의 화상 데이터로 변환하는 방법을 도시한 순서도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

100: 투명기판 110: 애노드전극

120: 유기발광층 130: 캐소드전극

200: 그래픽컨트롤러 210: 시스템인터페이스부

220: 타이밍컨트롤러 230: 데이터구동회로

240: 게이트구동회로 250: 감마전압발생회로

260: 파워블록 300: 게이트배선

310: 데이터배선 320: 파워공급배선

330: 공통전극

본 발명은 유기전계발광소자의 저전력 구동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기전계발광소자의 컬러 표시에 사용되는 계조 수를 감소시킴으로써 저전력 모드를 구현하는 유기전계발광소자의 저전력 구동방법에 관한 것이다.

21세기 정보화 사회에서는 영상산업에 있어서 대형화 및 평면화 그리고 여러 가지 기능을 포함하는 디스플레이(display)가 필수적인 것으로 전망된다. 디스플레이의 종류에는 사용되는 물질을 기준으로 구분하였을 때, 유기물을 사용하는 것과 무기물을 사용하는 것으로 크게 구분된다.
유기물을 사용하는 것으로는 근래에 가장 상용화가 잘 되어 있는 액정표시소자(Liquid Crystal Display; LCD)와 전계발광표시소자(Electro-luminescence Display; ELD)가 있으며, 무기물을 사용하는 것으로는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP), 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display; FED)가 있다.

여기서, 유기전계발광소자(ELD)는 형광체에 일정 이상의 전기장이 걸리면 빛이 발생하는 전계발광 현상을 이용한 표시소자로 액정표시소자와 같은 수광 형태의 소자에 비해 응답속도가 빠르다는 장점이 있고, 발광 형태이므로 휘도가 뛰어나다는 이점을 갖고 있다. 유기전계발광소자에 대한 연구는 발광의 기본 소자에 대한 연구가 많이 진행되고 있고 이들 연구에서 해결되는 문제들은 디스플레이의 화소 개발에 직접 활발히 응용되고 있다.
이러한 일반적인 유기전계발광소자의 구조와 발광원리에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 유기전계발광소자의 구조를 도시한 개략도이다.

삭제

도 1을 참조하면, 일반적인 유기전계발광소자는, 인듐-틴-옥사이드(indum-tin-oxide; ITO)와 같은 투명전극에 의해 투명기판(100) 상에 형성되는 애노드 (anode) 전극(110)과 낮은 일함수를 갖는 캐소드(cathode)전극(130) 사이에 복수의 유기박막이 적층된 유기발광층(120)이 투명기판(100)에 증착 형성되어 있다. 상기 유기발광층(120)과 캐소드 전극층(130)은 진공증착 방식으로 만든다.

이러한 소자에 직류 전류를 인가하면 애노드 전극(110)으로부터 정공, 캐소드 전극(130)으로부터 전자가 유기발광층(120) 내로 주입되어 정공과 전자가 재결합하는 과정에서 발광하게 된다.

상술한 바와 같이, 일반적인 유기전계발광소자는 액정표시소자와는 달리 백라이트(backlight)를 사용하지 않는 자체 발광형이다. 액정표시소자의 경우 대부분의 전력이 백라이트에서 소비되므로 각 화소에 인가되는 전압을 조절하더라도 소비하는 총 전력에는 변화가 크지 않다.

그러나, 이러한 일반적인 유기전계발광소자의 경우 대부분의 전력이 발광층에 흐르는 전류에 의해 소비되므로 상기 전류량을 조절함으로써 소비되는 전력량을 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 발광층에 흐르는 전류량을 조절하여 저전력 모드를 구현할 수 있는 유기전계발광소자의 저전력 구동방법를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 저전력 구동방법은, 그래픽 컨트롤러로부터 n비트의 화상 데이터를 입력받는 단계; 상기 화상 데이터를 소스 구동회로 및 게이트 구동회로가 처리 가능한 신호로 변환하는 단계; 상기 화상 데이터에서 r(0<r<n)개의 비트를 '0'으로 변환하는 단계; 및 r개의 비트가 '0'인 화상 데이터를 각 화소에 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로한다.

또한, n비트의 화상 데이터를 최하위 비트 방향으로 r비트 시프트한 후, 최상위 r개의 비트를 '0'으로 변환하는 것이 바람직하다. 또는, 최하위 r개의 비트를 '0'으로 변환하는 것이 바람직하다.

또한, n비트의 화상 데이터를 최상위 비트 방향으로 r비트 시프트한 후, 최하위 r개의 비트를 '0'으로 변환하여 구동할 수도 있고, 또는, 최상위 r개의 비트를 '0'으로 변환하여 구동할 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 저전력 구동방법에 대해 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 유기전계발광소자를 구동하는 전체 시스템(system)의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 컴퓨터(computer) 등의 그래픽 컨트롤러 (graphic controller; 200)에서 출력되는 R, G, B의 화상 데이터가 유기전계발광소자의 시스템 인터페이스(system interface)부(210)로 입력된다.
또한, 타이밍 컨트롤러(timing controller; 220)는 시스템 인터페이스부 (210)로부터 R, G, B의 화상 데이터를 입력받아 데이터 구동회로(source driver IC; 230)가 처리 가능한 형태의 디지털 신호로 변환하고 소스(source)와 게이트 구동회로(gate driver IC; 240) 구동에 필요한 각종 타이밍 컨트롤(timing control) 신호 등 제어신호를 발생시킨다. 이때, 상기 화상 데이터 및 제어 신호는 데이터배선(310) 및 게이트배선(300)에 인가되어 각 화소를 표시하게 된다. 각 화소에는 파워공급배선에 의하여 V_dd의 전압이 인가된다.

그리고, 감마전압 발생회로(250)에서는 다단계 그레이 스케일(gray scale) 표시에 필요한 계조 전압을 만들어 데이터 구동회로(data driver IC; 230)에 공급한다. 이때, 박막트랜지스터(thin-film transistor; TFT)를 온-오프(On-Off) 할 수 있는 전압과 계조 전압을 발생시키는데 필요한 기준 전압은 파워 블록(260)에서 제공한다.

도 3은 유기전계발광소자에서의 단위 화소의 등가 회로도를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 게이트배선(300)과 데이터배선(310)이 교차하여 화소 영역을 정의하고, 이 화소영역에는 파워공급배선(320)과 데이터배선(310)이 평행하게 배열되어 있다. 또한, 각 화소영역에는 스위칭소자(T₁)와 구동소자(T₂), 스토리지 캐패시터(C_s) 및 유기발광층(EL)이 마련되어 있다.

그리고, 상기 스위칭소자(T₁)는 게이트가 게이트배선(300)과 연결되어 있고, 소스가 데이터배선(310)에 연결되어 있으며, 드레인이 구동소자(T₂)의 게이트에 연결되어 있다. 또한, 상기 구동소자(T₂)의 드레인은 유기발광층(EL)의 애노드에 연결되어 있고, 소스가 파워공급배선(320)에 연결되어 있다. 더우기, 상기 스토리지 캐패시터(C_s)가 구동소자(T₂)의 게이트와 파워공급배선(320) 사이에 연결되어 있으며, 유기발광층(EL)의 캐소드는 공통전극(330)에 연결되어 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 유기전계발광소자의 작동에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 스위칭소자(T₁)에 연결된 게이트배선(300)에 게이트 구동회로에 의해 선택되어 턴온되면, 스위칭소자(T₁)에 연결된 데이터배선(310)으로부터 데이터신호가 스토리지 캐패시터(C_s)에 저장된다.
또한, 스위칭소자(T₁)를 턴오프하게 되면, 스토리지 캐패시터(C_s)의 전압은 게이트배선(300)이 다시 선택될 때까지 유지된다.

이때, 스토리지 캐패시터(C_s)는 구동소자(T₂)의 게이트와 소스 사이에 인가되는 전압을 가진다. 그래서, 구동소자(T₂)의 게이트전압에 따라 결정되는 소스 전류는 파워공급배선(320)으로부터 구동소자와 유기발광층(EL)을 통하여 공통전극 (330)에 도달하는데, 이 과정에서 유기발광층(EL)이 발광하게 된다.
이와 같이, 구동소자(T₂)는 게이트배선(300) 및 데이터배선(310)에 선택적으로 인가되는 선택신호에 반응하여 파워공급배선(320)으로부터 구동소자(T₂)를 통하여 흐르는 전류를 조절한다.

유기전계발광소자는 구동소자(T₂)에 의하여 전류의 크기가 조절되고, 유기발광층(EL)은 상기 전류량에 대응하여 소정 크기의 휘도를 가지고 발광한다. 예를 들어, 소정의 게이트전압이 구동소자(T₂)의 게이트에 인가되면, 구동소자(T₂)를 통하는 전류의 크기가 결정되고, 그에 따라 유기발광층(EL)에 흐르는 전류의 크기도 결정된다.

유기전계발광소자는 크게 패널과 구동회로로 구분할 수 있고, 전력 소비 관점에서 보면 패널의 전력 소비가 구동회로의 전력소비보다 크고, 이것은 휘도 증가와 해상도 증가의 요구에 따라 전력소비의 차가 커지게 된다.

또한, 유기전계발광소자는 백라이트와 같은 별도의 광원이 필요없는 자체 발광형이므로 대부분의 전력이 각 화소에 형성된 유기발광층에 흐르는 전류에 의해 소비된다. 따라서, 유기전계발광소자의 경우 각 화소에 흐르는 전류량을 조절하여 저전력 모드를 실현할 수 있다.

이하, 유기전계발광소자의 저전력 모드를 실현하는 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

각 화소가 최대 밝기인 화이트(withe) 상태를 표시하기 위해서는 유기전계발광소자의 각 화소의 유기박막층에 최대전류가 입력되어야 하고 이 때, 소비되는 전력은 최대가 된다. 최대 전류가 흐를 경우의 화상 데이터는 모든 비트가 '1'일 경우이다.

따라서, 화상 데이터의 계조 수를 줄이도록 가변한다면, 유기전계발광소자의 전력소비를 줄일 수 있다.

R, G, B 각각 n비트 표현 가능한 유기전계발광소자에서 n비트 화상 데이터중에 사용하지 않을 비트를 '0'으로 하여 n-1, n-2, n-3, ... , 3, 2, 1비트 중 하나로 변환하면 표현 가능한 계조 수는 작아지지만, 유기전계발광소자를 저전력 모드로 동작시킬 수 있다.

각각 n비트로 이루어진 R, G, B 데이터의 계조 수를 줄여 전력 소비를 줄이는 방법에 대해 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4a 및 도 4b는 상위 r개의 비트를 '0'으로 만드는 방법에 대해 도시한 것이다.

삭제

도 4a를 참조하면, 입력받은 R, G, B 데이터를 우선 최하위 비트 방향(오른쪽)으로 r 비트 시프트하고, 상위 r 비트를 '0'으로 하여 원 데이터의 하위 r 비트를 '0'으로 만드는 방법을 도시하고 있다.

도 4b를 참조하면, 입력받은 R, G, B 데이터의 상위 r 비트를 시프트없이 '0'으로 변환하여 데이터를 출력한다.

한편, 도 5a 및 도 5b는 하위 r개의 비트를 '0'으로 만드는 방법을 도시한 것이다.

도 5a를 참조하면, 입력받은 R, G, B 데이터를 우선 최상위 비트 방향(왼쪽)으로 r 비트 시프트하고 하위 r 비트를 '0'으로 하여 원 데이터의 상위 r 비트를 '0'으로 만드는 방법을 도시하고 있다.

도 5b를 참조하면, 입력받은 R, G, B 데이터의 하위 r 비트를 시프트없이 '0'으로 변환하여 데이터를 출력한다.

또한, 도 6은 무작위로 특정 r개의 비트를 '0'으로 변환한 후 데이터를 출력하는 과정을 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, R, G, B 각각 8비트로 표현 가능한 유기전계발광소자의 경우 2⁸=256개의 계조로 나누어 각 색깔의 휘도를 표시하게 된다.
소자의 전류 대 휘도 특성이 선형이라고 가정하면, 상기 유기전계발광소자를 저전력 모드로 구동하기 위해 8비트 화상 데이터를 7비트 화상 데이터로 변환하고 최상위 비트를 '0'으로 변환하면, 하위 7비트만을 사용하여 각 색깔의 휘도는 2⁷=128개의 계조로 나뉘게 되지만 소비전력은 반으로 줄게 된다.

만약, 8비트 화상 데이터를 6비트 화상 데이터로 변환하고, 최상위 2개의 비트를 '0'으로 변환하면, 하위 6비트만을 사용하여 각 색깔의 휘도는 2⁶=64개의 계조로 나뉘게 되지만 소비전력은 1/4로 줄게 된다.

한편, 8 비트의 화상 데이터로부터 6비트의 화상 데이터로 변환하는 방법이 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 첫 번째 변환방법은, 먼저 입력된 화상 데이터를 최하위 비트 쪽으로 시프트 연산장치에 의해 2비트만큼 시프트한다. 최상위 2비트에는 가비지(garbage) 정보(c₁c₀)가 채워진다.

삭제

그 후, 시프트 연산장치를 통과한 데이터와 최상위 2비트가 '0'인 마스크 ('00111111')를 AND 연산장치를 사용하여 AND 연산하면 최상위 2비트가 '0'인 6비트의 화상 데이터가 얻어진다.

도 8을 참조하면, 두 번째 변환방법은, 먼저 8 비트의 화상 데이터와 최상위 2비트가 '0'인 마스크('00111111')를 AND 연산장치를 사용하여 AND 연산하면 최상위 2비트가 '0'인 6비트의 화상 데이터가 얻어진다.

삭제

상기와 같이, 첫 번째와 두 번째 변환방법에 의하면 소비전력을 1/4로 줄일 수 있다.
특히, 첫 번째 방법의 경우 시프트 연산을 함으로써 최하위 2비트의 정보를 삭제하는 방법을 취한다. 하위 비트로 갈수록 어두운 단계의 계조를 나타내고, 상위 비트로 갈수록 밝은 단계의 계조를 나타내므로 첫 번째 방법의 경우 비교적 정확한 화상 정보를 표현하게 된다.

삭제

또한, 유기전계발광소자의 외부에 포토 다이오드와 같은 감광 센서를 설치하여 외부 광원이 충분하다고 판단될 경우 발광 정도를 낮추어도 사용자가 정보를 인식하기에 무리가 없을 것이므로 첫 번째 방법을 적용할 수 있다. 외부 광원의 밝기 정도에 따라 삭제하는 하위 비트의 개수를 조절할 수 있다.

그리고, 두 번째 방법의 경우 시프트 연산 없이 최상위 2비트의 정보를 삭제하는 방법을 취한다. 최상위 비트는 밝은 단계의 계조를 나타내므로 두 번째 방법의 경우 화상 정보가 부정확하게 표시될 우려가 있다. 그러나, 시프트 연산장치를 요하지 않으므로 회로 구성이 간단하게 된다.

이 방법은 유기전계발광소자가 컴퓨터의 모니터 등의 표시장치로 사용될 때, 장시간 사용자의 키 입력이 없는 경우 사용될 수 있다. 장시간 사용자의 키 입력이 없는 경우 사용자가 컴퓨터를 사용하고 있지 않은 가능성이 크므로 이 때에는 정확 한 화면 표시가 필요 없으므로 상기 방법을 적용할 수 있는 것이다.

이외에도, 입력된 화상 데이터의 최하위 2개의 비트를 '0'으로 변환하는 방법, 입력된 화상 데이터의 임의의 2개의 비트를 '0'으로 변환하는 방법, 입력된 화상 데이터의 최상위 2개의 비트를 '0'으로 변환하는 방법, 및 입력된 화상 데이터를 최상위 비트 쪽으로 2비트만큼 시프트한 후 최하위의 2비트를 '0'으로 변환하는 방법이 있다.

상기 방법의 경우 최상위 비트의 정보를 그대로 유지하고, 최하위 비트의 정보를 삭제하거나, 임의의 2비트를 삭제하므로 첫 번째나 두 번째 방법 같이 전력 소모가 1/4로 줄어들지는 않지만 하위 비트의 정보가 중요할 때 저전력 소비의 효과를 거두면서 사용할 수 있다.

상기 변환 방법에서는 8비트 데이터를 6비트 데이터로 변환하는 방법에 대해 상술했지만 이에 한정되지 않고 n비트 데이터를 n-r비트 데이터로 변환하는 방법에 대해서도 마찬가지로 적용된다.

예컨데, 상기 첫 번째 방법의 경우 입력된 화상 데이터를 최하위 비트 쪽으로 시프트 연산장치에 의해 r비트만큼 시프트한 후, 시프트 연산장치를 통과한 데이터와 최상위 r비트가 '0'이고 나머지 n-r비트가 '1'인 마스크('0...01...1')를 AND 연산장치를 사용하여 AND 연산하면 최상위 r비트가 '0'인 n-r비트의 화상 데이터가 얻어진다.

상기 두 번째 방법의 경우, n비트의 화상 데이터와 최상위 r비트가 '0'이고 나머지 n-r비트가 '1'인 마스크('0...01...1')를 AND 연산장치를 사용하여 AND 연 산하면 최상위 r비트가 '0'인 n-r비트의 화상 데이터가 얻어진다.

화상 데이터의 변환은 타이밍 컨트롤러에서 수행되거나, 타이밍 컨트롤러와 드라이버 IC 사이에 상술한 논리 연산을 전담하는 부품을 추가로 설치할 수 있다.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

상기에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 구동방법에 의하면, n비트의 화상 데이터 중 특정 r비트를 '0'으로 변환하므로 n-r비트의 화상 데이터를 표시하는 전력으로 유기전계발광소자를 구동할 수 있다. 즉, 상위 r비트를 '0'으로 변환할 경우 2^r배 만큼 전력 소비를 줄이는 효과가 있다.

또한, 시프트 연산장치와 AND 연산장치를 사용할 경우 주위 환경의 밝기에 따라 유기전계발광소자의 휘도를 단계별로 조정할 수 있다.

그리고, AND 연산장치만을 사용할 경우 컴퓨터와 같은 사용자의 입력을 요하는 장치에서 오랜 동안 사용자가 컴퓨터를 사용하지 않아 화면에 표시되는 화상 정보가 중요하지 않을 경우 단지 화상 데이터의 상위 r비트를 '0'으로 변환하여 저전력 모드로 전환할 수 있다.

Claims (5)

1. 그래픽 컨트롤러로부터 n비트의 화상 데이터를 입력받는 단계;

   상기 화상 데이터를 소스 구동회로 및 게이트 구동회로가 처리 가능한 신호로 변환하는 단계;

   상기 화상 데이터에서 r(0<r<n)개의 비트를 '0'으로 변환하되, 상기 화상 데이터를 최상위 비트방향 또는 최하위 비트 방향으로 r비트 시프트한 후, 상기 화상 데이터의 최상위 r비트를 '0'으로 변환하거나 최하위 r개의 비트를 '0'으로 변환하는 단계; 및

   r개의 비트가 '0'인 화상 데이터를 각 화소에 인가하는 단계;를 포함하는 유기전계발광소자의 저전력 구동방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

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