KR100773088B1 - 전류 귀환을 이용한 ａｍｏｌｅｄ 구동회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 AMOLED를 이용한 평판 디스플레이의 화소들 간의 밝기 균일성을 확보함과 더불어 데이터 기입 시간을 단축할 수 있도록 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로를 제공한다.
본 발명은 전류 DAC와 연결되어 입력 데이터 전류와 화소회로의 구동 트랜지스터의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 제 1 차동 증폭기; 화소회로의 발광소자의 구동전류를 상기 제 1 차동 증폭기의 입력측으로 미러링하는 전류 미러; 전류 미러와 연결되어 상기 화소회로의 기생 커패시터의 충,방전 속도를 제어하는 제 2 차동 증폭기를 구비하며, 이러한 본 발명은 각 화소를 구성하고 있는 구동 트랜지스터들의 특성이 서로 다르거나 시간이 지남에 따라 그 특성이 변하여도 그와 상관없이 화소에 인가되는 전류의 크기가 일정하게 되고 화소의 밝기가 균일하게 되며, 기생 커패시터의 신속하고 효율적인 충, 방전을 통해 전류 기입 속도를 상승시킴과 더불어 기생 커패시턴스의 크기가 기하급수적으로 증가하는 대형 패널에도 전류구동방식의 적용을 가능케 한다.
AMOLED 구동회로, 화소 밝기, 균일성, 전류 기입 속도 개선

Description

전류 귀환을 이용한 ＡＭＯＬＥＤ 구동회로{ACTIVE MATRIX OLED DRIVING CIRCUIT WITH CURRENT FEEDBACK}
도 1은 종래의 일반적인 화소회로를 나타낸 도.
도 2는 종래 전류 구동 방식의 구동회로를 나타낸 도.
도 3은 본 발명에 따른 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로의 일 실시 예를 나타낸 도.
도 4는 도 3의 상보형 회로를 나타낸 도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로의 다른 실시 예를 나타낸 도.
도 7은 도 5의 차동 증폭기를 통한 보상 부분에서 스위치를 제어하는 방식의 일 실시예를 나타낸 도.
도 8은 본 발명에 따른 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로를 화소회로에 적용시킨 예를 나타낸 도.
도 9는 본 발명에 따른 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로 중 하나의 구동회로로 복수개의 화소회로를 구동하는 예를 나타낸 도.
도 10은 도 9의 구동방법을 패널상에서 매트릭스 형태로 구현한 도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전류 DAC 200, 400 : 차동 증폭기
300 : 전류 미러 500 : 루프 안정부
600 : 스위치 콘트롤러
본 발명은 평판 디스플레이 구동회로에 관한 것으로, 특히 액티브 매트릭스 유기발광소자(AMOLED)를 이용한 평판 디스플레이의 화소들 간의 밝기 균일성을 확보함과 더불어 데이터 기입 시간을 단축할 수 있도록 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로에 관한 것이다.
OLED(Organic Light Emitting Diode)는 최근 주목받고 있는 평판 디스플레이용 소자로써 시야각, 대조비가 우수하고 제조비용이 낮으며, 경량박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다.
이러한 OLED는 인가되는 전류에 따라 발광의 정도가 조절되는 소자로써 그 구동방식으로 패시브 매트릭스 방식과 액티브 매트릭스 방식이 있다.
액티브 매트릭스 방식에서는 OLED에 인가되는 전류량을 제어하는 전압을 커패시터에 충전하여 다음 프레임에 새로운 신호가 인가될 때까지 충전된 전압을 유 지하게 된다.
상기와 같은 특성을 갖는 OLED를 사용하는 종래의 화소회로 및 구동회로에 대하여 US5,748,160 및 US6,433,488을 참조로 설명한다.
도 1은 US5,748,160에 도시된 기본 화소회로로, M X N개의 매트릭스 형태로 전체 패널을 구성하게 된다.
M개의 스캔라인(SCAN)과 N개의 데이터라인(Vdata)이 존재하며, 하나의 스캔라인(SCAN)당 한 행의 화소회로 N개가 병렬 연결되고, 하나의 데이터라인(Vdata)당 M개의 화소회로가 병렬연결되게 된다.
TFT로 구성되는 구동 트랜지스터(T1)는 발광소자(OLED)에 인가되는 전류를 제어하며, 구동 트랜지스터(T1)와 발광소자(OLED)는 직렬 연결 형태이기 때문에 구동 트랜지스터(T1)에 흐르는 전류는 발광소자(OLED)에 흐르는 전류와 동일하다.
구동 트랜지스터(T1)의 전류는 구동 트랜지스터(T1)의 전류-전압 특성 곡선에 맞는 전압 데이터라인(Vdata)를 통해서 제어할 수 있다.
또한, 구동 트랜지스터(T1)의 전류량은 스위칭 트랜지스터(T2)를 통해 인가되는 입력전압을 통해 제어되도록 되어 있고, 이 전압은 저장 커패시터(Cs)에 충전되어서 다음 프레임까지 유지된다.
그러나, 상기 종래의 화소회로에서는 각 화소별로 TFT로 구성되는 구동 트랜지스터의 문턱전압의 편차 때문에, 동일 입력전압을 통해 인가되는 전류량에 차이가 생기게 되고, 이로 인해 각 화소의 밝기가 불균일하게 되는 문제점이 있다.
따라서 종래 문턱전압을 비롯한 화소별 특성 편차로 인한 구동전류의 불균일 성을 해소하기 위한 방법 중의 하나로 전류 구동 방식이 제시되고 있다.
도 1과 같은 화소를 통한 전압 구동 방식은 OLED에 인가되어야 할 전류를 제어하기 위한 전압이 입력이 되는 반면에 전류 구동 방식은 인가되어야 할 전류 자체가 입력이 된다.
따라서 각 구동 트랜지스터의 문턱전압, 전류 이동도의 편차와 관계없이 원하는 전류를 인가하는 것이 가능하게 된다.
도 2는 US6,433,488에 따른 전류 구동 방식의 구동회로를 나타낸 것으로, 이는 전류 귀환을 이용한 전류 구동 방식의 구동회로이다.
도 2에서 화소회로(Pixel Circuit)를 제외한 부분이 전류 귀환을 이용한 구동부로 패널의 각 열마다 존재하고 M개의 화소회로가 병렬 연결되게 된다. M개의 화소회로 중 구동하게 되는 화소회로의 구분을 스캔신호(SCAN)를 통해서 한다.
트랜지스터(T1)는 구동용 트랜지스터이고, 트랜지스터(T2),(T3),(T4)는 스위칭용 트랜지스터로, 스캔신호(SCAN)가 하이인 동안 트랜지스터(T4)는 턴 오프되고, 트랜지스터(T2),(T3)는 턴 온되어 트랜지스터(T1),(T2), 전류 비교기(Current Comparator), 트랜지스터(T3), 발광소자(OLED)로 구성되는 루프가 형성된다.
여기서, 구동용 트랜지스터(T1)에 흐르는 전류가 전류원(IOLED)에 따르는 전류인 IOLED이고, 새로 기입하고자하는 전류는 전류원(IREF)에 의한 전류인 IREF이다. 따라서 전류 비교기(Current Comparator)에서는 이 두 전류를 비교하여 트랜지스터(T1)의 게이트 노드에 제어전압(VFB)을 인가한다.
상기 트랜지스터(T1)의 게이트 노드에 걸리는 제어전압(VFB)으로 인해 IOLED 가 변화하고, 결국 IREF로 수렴하게 되며, 해당 전압이 저장 커패시터(Cs)에 충전된다.
그러나, 상기 도 2의 구동회로는 하나의 구동회로에 복수의 화소회로가 병렬 연결됨으로 인해 데이터라인과 전류 비교기의 구동전류 입력에서 상당한 기생 커패시턴스가 발생한다.
따라서 이 커패시턴스에 의해 귀환루프 안정성 확보에 문제가 생기게 되며, 또한 회로의 전체 응답속도가 늦어져서 화소회로에 전류를 기입하는 속도에도 상당한 제한이 발생한다.
특히, 대형 패널일수록 더욱 많은 숫자의 화소회로가 하나의 구동회로에 연결되고, 이로 인해 기생 커패시턴스의 크기가 증가하기 때문에 귀환루프 안정성 확보 및 전류기입속도의 확보가 더욱 어렵게 된다.
또한, 하나의 구동회로당 화소회로 숫자가 늘어남으로써 하나의 화소회로가 정보를 갱신하는데 사용할 수 있는 시간이 줄어들게 되며, 이 시간 안에 전류를 기입해야 하므로 전류기입속도의 확보는 매우 중요한 문제가 된다.
특히, 전류구동부의 기생 커패시턴스(OLED 애노드 노드의 기생 커패시턴스)를 구동하는 전류는 그 크기가 IOLED의 범위가 되고, 이 크기는 수 nA에서 수 uA에 불과하다. 때문에 이 노드에서의 구동 전류를 보충해주지 않으면 전류기입속도 확보에 상당한 제한이 발생한다.
본 발명은 이러한 점을 감안한 것으로, 본 발명의 목적은 화소에 흐르는 전류와 입력 데이터 전류와의 비교를 통해 각 화소에 정확한 데이터 전류의 기입을 가능토록 함으로써 화소들 간의 편차를 최소화하여 패널의 밝기 균일성을 확보할 수 있도록 한 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 부하 노드의 충, 방전 시간을 단축시켜 데이터 전류 기입시간을 단축할 수 있도록 한 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로는, 입력 디지털 데이터에 해당하는 전류를 출력하는 전류 DAC; 상기 전류 DAC와 연결되어 입력 데이터 전류와 화소회로의 구동 트랜지스터의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 제 1 차동 증폭기; 상기 화소회로의 발광소자의 구동전류를 상기 제 1 차동 증폭기의 입력측으로 미러링하는 전류 미러; 및 상기 전류 미러와 연결되어 상기 화소회로의 기생 커패시터의 충,방전 속도를 제어하는 제 2 차동 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 차동 증폭기는 상기 전류 DAC와 전류 미러의 출력측 사이에 반전 입력 단자가 연결되고, 소정 정전압을 비반전 입력 단자의 입력으로 하며, 그 출력은 상기 화소회로의 구동 트랜지스터의 게이트 단자로 연결되는 연산 증폭기로 구성된다.
상기 전류 미러는 상기 화소회로의 발광소자의 구동 전류를 입력으로 하고, 드레인 단자와 게이트 단자가 서로 연결되며, 소우스 단자는 상기 제 2 차동 증폭기의 출력 단자에 연결되는 제 1 트랜지스터; 및 상기 전류 DAC에 드레인 단자가 연결되고, 상기 제 1 트랜지스터의 게이트 및 소우스 단자에 각각 게이트 및 소우스 단자가 연결되는 제 2 트랜지스터;로 구성된다.
상기 제 2 차동 증폭기는 상기 전류 미러에 반전 입력 단자가 연결되고, 소정 정전압을 비반전 입력 단자의 입력으로 하며, 그 출력은 상기 전류 미러로 연결되는 연산 증폭기로 구성된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력 디지털 데이터에 해당하는 전류를 출력하는 전류 DAC; 상기 전류 DAC와 연결되어 입력 데이터 전류와 화소회로의 구동 트랜지스터의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 제 1 차동 증폭기; 상기 화소회로의 발광소자의 구동전류를 상기 제 1 차동 증폭기의 입력측으로 미러링하는 전류 미러; 및 상기 전류 미러와 연결되어 상기 화소회로의 기생 커패시터의 충,방전 속도를 제어하는 제 2 차동 증폭기; 및 상기 전류 DAC와 전류 미러의 출력측 사이에 연결되어 상기 전류 미러를 바탕으로 이루어지는 피드백 루프의 안정성 확보를 위한 루프 안정부;로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 루프 안정부는 상기 전류 DAC와 전류 미러의 출력측 사이에 병렬로 연결된 저항; 및 상기 저항에 직렬 연결된 커패시터;로 구성된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력 디지털 데이터에 해당하는 전류를 출력하는 전류 DAC; 상기 전류 DAC와 연결되어 입력 데이터 전류와 화소회로의 구동 트랜지스터의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 제 1 차동 증폭기; 상기 화소회로의 발광소자의 구동전류를 상기 제 1 차동 증폭기의 입력측으로 미러링하는 전류 미러; 상기 전류 미러와 연결되어 상기 화소회로의 기생 커패시터의 충,방전 속도를 제어하는 제 2 차동 증폭기; 상기 차동 증폭기의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 서로 병렬로 연결되어 전체 데이터 전류의 범위를 복수개의 구간으로 나누기 위한 복수개의 보상 커패시터; 상기 보상 커패시터에 각각 직렬 연결된 스위치; 및 상기 스위치의 스위칭 제어를 위한 스위치 콘트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위치의 스위칭 제어가 입력 디지털 데이터 비트에 의해 이루어진다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력 디지털 데이터에 해당하는 전류를 출력하는 전류 DAC; 상기 전류 DAC와 연결되어 입력 데이터 전류와 화소회로의 구동 트랜지스터의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 제 1 차동 증폭기; 상기 화소회로의 발광소자의 구동전류를 상기 제 1 차동 증폭기의 입력측으로 미러링하는 전류 미러; 상기 전류 미러와 연결되어 상기 화소회로의 기생 커패시터의 충,방전 속도를 제어하는 제 2 차동 증폭기; 상기 제 1 차동 증폭기의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 서로 병렬로 연결된 초기상태 커패시터 및 정상상태 커패시터; 인가되는 제어신호에 따라 상기 초기상태 커패시터 또는 정상상태 커패시터와 연결되는 스위치; 상기 초기상태 커패시터 및 정상상태 커패시터의 전압을 상기 제 1 차동 증폭기의 반전 입력 단자의 전압으로 유지시켜주기 위한 버퍼 증폭기; 및 상기 화소회로의 구동 트랜지스터의 게이트 전압을 소정의 정전압과 비교하여 상기 스위치의 스위칭 제어를 위한 상기 제어신호를 출력하는 비교기;로 구성됨을 특징으로 한다.
더불어, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력 디지털 데이터에 해당하는 전류를 출력하는 전류 DAC; 서로 병렬로 연결되어 신호에 따라 시간을 복수개의 구간으로 할당하기 위한 복수개의 화소회로; 상기 전류 DAC와 연결되어 입력 데이터 전류와 화소회로의 구동 트랜지스터의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 제 1 차동 증폭기; 상기 화소회로의 발광소자의 구동전류를 상기 제 1 차동 증폭기의 입력측으로 미러링하는 전류 미러; 상기 전류 미러와 연결되어 상기 화소회로의 기생 커패시터의 충,방전 속도를 제어하는 제 2 차동 증폭기; 및 상기 전류 DAC와 전류 미러의 출력측 사이에 연결되어 상기 전류 미러를 바탕으로 이루어지는 피드백 루프의 안정성 확보를 위한 루프 안정부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 화소회로는 설정된 시간동안 구동되는 화소회로의 k개 증가에 따라 할당되는 시간이 1/k로 감소된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명에 따른 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로의 일 실시 예를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이, n비트 디지털 데이터 입력을 받아 n비트 해상도의 전류를 출력하며, 출력전류의 방향이 접지로 향하는 전류 DAC(Digital-Analog Converter)(100), 입력 데이터 전류와 화소회로(1)의 구동 트랜지스터(T1)의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 차동 증폭기(200), 발광소자(OLED)의 구동전류를 상기 차동 증폭기(200)의 입력측으로 미러링하는 전류 미러(300), 상기 화소회로(1)의 기생 커패시턴스(CD)의 충,방전 속도를 제어하는 차동 증폭기(400), 상기 전류 미러(300)의 출력측과 상기 전류 DAC(100) 사이에 연결되어 상기 전류 미러(300)를 바탕으로 이루어지는 피드백 루프의 안정성 확보를 위한 루프 안정부(500)로 구성된다.
상기 차동 증폭기(200)는 상기 전류 DAC(100)와 전류 미러(300)의 출력측 사이에 반전 입력 단자(-)가 연결되고, 소정 정전압(VB2)이 비반전 입력 단자(+)의 입력으로 되며, 그 출력은 화소회로(1)의 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 단자로 연결되는 연산 증폭기(A1)로 구성된다.
상기 전류 미러(300)는 발광소자(OLED)의 구동 전류를 입력으로 하고, 드레인 단자와 게이트 단자가 서로 연결되며, 소우스 단자는 상기 차동 증폭기(400)의 출력 단자에 연결되는 트랜지스터(M1) 및 상기 전류 DAC(100)에 드레인 단자가 연결되고, 상기 트랜지스터(M1)의 게이트 및 소우스 단자에 각각 게이트 및 소우스 단자가 연결되는 트랜지스터(M2)로 구성된다.
상기 차동 증폭기(400)는 상기 전류 미러(300)의 트랜지스터(M1)의 드레인 단자에 반전 입력 단자(-)가 연결되고, 소정 정전압(VB1)을 비반전 입력 단자(+)의 입력으로 하며, 그 출력은 상기 전류 미러(300)의 트랜지스터(M1),(M2)의 소우 스 단자로 연결되는 연산 증폭기(A2)로 구성된다.
상기 루프 안정부(500)는 전류 DAC(100)와 전류 미러(300)의 출력측에 병렬로 연결되는 저항(Rc) 및 상기 저항(Rc)에 직렬로 연결된 커패시터(Cc)로 구성되어 충분한 루프 안정성을 확보하기 위한 보상기능을 행하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 화소회로(1)에 전류를 기입하기 위한 구동회로로, 도 1과 같은 화소회로들이 병렬로 연결되기 때문에 대형 패널에서는 기생 커패시턴스의 크기가 크게 증가하고 이를 근사화시킨 것이 기생 커패시턴스(CG), (CD)이다.
화소회로(1) 내의 트랜지스터(T2),(T3),(T4)는 스위칭 트랜지스터이며, 트랜지스터(T2),(T3)는 스캔신호(SCAN)를 통해 제어되고, 트랜지스터(T4)는 상기 스캔신호(SCAN)와 하이, 로우가 반대인 스캔바신호(DON)를 통해 제어된다.
스캔신호(SCAN)가 하이인 동안 스캔바신호(DON)는 로우가 되어 트랜지스터(T1) - 트랜지스터(T3) - 트랜지스터(M1) - 트랜지스터(M2) - 연산 증폭기(A1)로 이루어지는 루프가 형성되고, 전류 귀환을 통해 전류가 기입된다.
상기 스캔신호(SCAN)가 로우가 된 이후, 스캔바신호(DON)가 하이가 되고 발광소자(OLED)는 다음 프레임까지 기입된 전류 크기에 따른 발광을 유지하게 된다.
또한, IDATA는 화소회로(1)에 기입하는 입력이고, IOLED는 현재 발광소자(OLED)에 흐르고 있는 전류를 의미하며, IDATA와 IOLED의 크기가 동일할 경우 노드(A)의 전압은 연산 증폭기(A1)의 비반전 입력 단자(+)의 전압(VB2)과 같게 된다.
상기 IDATA와 IOLED의 차이가 발생하면 노드(A) 전압이 변화하고, 이에 따라 연산 증폭기(A1)의 출력이 변화하며, 이것은 구동 트랜지스터(T1)의 제어입력이 된다. 상기 연산 증폭기(A1)의 출력에 따라 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 소우스간 전압인 VGS가 변화하여 IOLED가 제어되고, 결국 IDATA에 수렴하게 된다.
예를 들어, IDATA의 크기가 IOLED보다 큰 경우 노드(A)의 전압은 접지를 향해 감소하게 되고, 연산 증폭기(A1)의 출력전압은 증가한다. 상기 연산 증폭기(A1)의 출력은 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압이 되기 때문에 구동 트랜지스터(T1)의 VGS는 증가한다. 따라서 IOLED의 크기도 증가하게 된다.
IDATA의 크기가 IOLED보다 작은 경우 노드(A)의 전압은 전압원(VDD)를 향해 증가하게 되고, 연산 증폭기(A1)의 출력전압은 감소한다. 따라서 구동 트랜지스터(T1)의 VGS가 감소하고 IOLED의 크기도 감소하게 된다.
따라서 새로운 IDATA를 인가했을 때 IOLED는 이와 같은 증가, 감소를 반복하면서 시간이 흐름에 따라 IDATA에 수렴하게 된다.
이와 같이 부귀환을 이용하지 않고 전류를 기입할 경우 입력 전류의 크기에 따라 기생 커패시턴스(CG)의 충, 방전이 이루어져 속도가 느리지만, 부귀환을 사용할 경우 연산 증폭기(A1)의 전류 구동 능력으로 인해 화소회로(1)의 기생 커패시턴스(CG)의 충, 방전 속도가 크게 개선된다.
또한, 연산 증폭기(A2)는 화소회로(1)의 기생 커패시턴스(CD)의 충, 방전 속도를 개선하는 기능을 하게 된다.
즉, 연산 증폭기(A1)의 출력에 의해 구동 트랜지스터(T1)의 드레인 전류가 변화함으로써 전류 미러(300)의 트랜지스터(M1) 드레인 전류와 차이가 발생하고, 이로 인해 노드(B)의 전압이 변화하게 된다.
IOLED가 연산 증폭기(A1)의 출력으로 인해 제어된 전류의 크기로 빠르게 따라가기 위해선 노드(B)의 전압이 빠르게 복원되어야 한다. 이를 위해 전류 미러(300)의 트랜지스터(M1)와 연산 증폭기(A2)로 구성된 부귀환이 이용된다.
예를 들어, 구동 트랜지스터(T1)의 드레인 전류가 증가할 경우, 노드(B)의 전압은 그라운드를 향해 감소하게 되고, 연산 증폭기(A2)의 출력 전압은 증가한다.
이로 인해 트랜지스터(M1)의 VGS가 증가하여 트랜지스터(M1)는 더욱 큰 드레인 전류를 출력하게 되고, 화소회로(1)의 기생 커패시턴스(CD)가 더욱 빨리 충전되어진다.
즉, 구동 트랜지스터(T1)의 전류 변화에 따라 트랜지스터(M1)의 전류변화가 더욱 빠르게 반응하게 되는 것이다.
한편, 귀환을 사용한 구조에서는 루프의 안정성이 중요한 척도가 된다. 특히, 대형 패널일수록 큰 기생 커패시턴스와 저항 성분으로 인해 안정도 확보에 어려움이 있다.
이에, 루프 안정부(500)의 저항(Rc)과 커패시터(Cc)는 충분한 루프 안정성을 확보하기 위한 보상기능을 수행한다. 커패시터(Cc)를 통한 주극점 보상과 저항(Rc)과 커패시터(Cc) 조합에 의한 영점 보상을 통해 충분한 대역폭을 통한 회로의 반응속도 확보와 충분한 위상 여유를 통한 안정성 확보가 가능하게 된다.
도 4는 상기 도 3의 상보형 구현 회로로, 도 3의 구조와 동일한 원리이며 동 일 방식으로 동작하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명에 따른 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로의 다른 실시 예를 나타낸 것으로, 데이터 전류 IDATA에 따라 루프 특성이 변화하기 때문에 상기 도 3에서 제시한 루프 안정부(500)의 저항(Rc)과 커패시터(Cc)에 의한 보상으로는 모든 데이터 전류에 대해 균일한 보상을 기대할 수 없다. 즉, 도 3과 같은 보상으로는 데이터 전류의 범위에 따라 응답속도의 저하 또는 안정도의 저하 문제가 발생하게 된다.
따라서 데이터 전류 크기에 따라 보상을 달리 하여 루프 특성의 변화를 줄여줄 필요가 있다. 도 5는 이러한 내용을 적용한 구조로, 도 3에서 루프 안정부(500)를 제거하고, n개의 커패시터(C1-Cn)를 통해 밀러 보상를 적용시킨 구조이다.
도시한 바와 같이, n비트 디지털 데이터 입력을 받아 n비트 해상도의 전류를 출력하며, 출력전류의 방향이 접지로 향하는 전류 DAC(Digital-Analog Converter)(100), 입력 데이터 전류와 화소회로(1)의 구동 트랜지스터(T1)의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 차동 증폭기(200), 발광소자(OLED)의 구동전류를 상기 차동 증폭기(200)의 입력측으로 미러링하는 전류 미러(300), 상기 화소회로(1)의 기생 커패시턴스(CD)의 충,방전 속도를 제어하는 차동 증폭기(400), 상기 차동 동폭기(200)의 반전 입력 단자(-)와 출력 단자 사이에 서로 병렬로 연결되어 전체 데이터 전류의 범위를 n개의 구간으로 나누기 위한 n개의 보상 커패시터(C1-Cn), 상기 보상 커패시터(C1-Cn)에 각각 직렬 연결된 스위치(SW1-SWn), 상기 스위치(SW1-SWn)의 스위칭 제어를 위한 스위치 콘트롤러(600)로 구성된다.
이와 같이 구성된 도 5의 실시 예는 전체 데이터 전류의 범위는 n개의 구간으로 나누어지고, n개의 보상 커패시터(C1-Cn)는 각각의 구간에 대응되어 데이터 전류의 크기에 따라 스위치(SW1-SWn)에 의해 어느 하나가 선택된다. 상기 보상 커패시터(C1-Cn)에 연결되어 있는 스위치(SW1-SWn)은 스위치 콘트롤러(600)를 통해 제어된다.
즉, 도 5의 실시 예는 데이터 전류를 n개의 구간으로 나누기 때문에 그만큼 한 구간 내에서의 전류 크기 변화가 감소하게 되고 루프 특성의 변화도 감소하게 된다. 도 5에서 상기 도 3의 실시 예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명에 따른 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로의 또 다른 실시 예를 나타낸 것으로, 이는 도 5의 보상 커패시터의 충, 방전에 의해 발생하는 시간 지연을 감소시키기 위한 실시 예이다.
도 5에서 데이터 전류가 변화하면 노드(A)의 전압이 변화하고 이에 따라 전체 루프가 동작하면서 출력전류가 변화하게 된다. 따라서 빠른 동작을 위해서 노드(A)의 전압이 빠르게 변화할 필요가 있다. 전압 변화 속도를 좌우하는 요소는 노드(A)에 연결되어 있는 보상 커패시터(C1-Cn)의 크기와 IDATA의 크기이다. IDATA가 작을수록 시간 지연이 커지기 때문에 특히 저전류 영역에서는 이 문제를 해결할 필요성이 있으며, 도 6은 이를 해결하기 위한 구조이다.
도시한 바와 같이, n비트 디지털 데이터 입력을 받아 n비트 해상도의 전류를 출력하며, 출력전류의 방향이 접지로 향하는 전류 DAC(Digital-Analog Converter)(100), 입력 데이터 전류와 화소회로(1)의 구동 트랜지스터(T1)의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 차동 증폭기(200), 발광소자(OLED)의 구동전류를 상기 차동 증폭기(200)의 입력측으로 미러링하는 전류 미러(300), 상기 화소회로(1)의 기생 커패시턴스(CD)의 충,방전 속도를 제어하는 차동 증폭기(400), 상기 차동 증폭기(200)의 반전 입력 단자(-)와 출력 단자 사이에 서로 병렬로 연결된 초기상태 커패시터(Cn.a) 및 정상상태 커패시터(Cn.b), 인가되는 제어신호에 따라 상기 초기상태 커패시터(Cn.a) 또는 정상상태 커패시터(Cn.b)와 연결되는 스위치(SW1), 상기 초기상태 커패시터(Cn.a) 및 정상상태 커패시터(Cn.b)의 전압을 상기 차동 증폭기(200)의 반전 입력 단자(-)의 전압으로 유지시켜주기 위한 버퍼 증폭기(Buffer amp)(A3), 화소회로(1)의 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압을 소정의 정전압(VCOM)과 비교하여 상기 스위치(SW1)의 스위칭 제어를 위한 제어신호를 출력하는 비교기(COMP1)로 구성된다.
상기 버퍼 증폭기(A3)는 그 출력단자는 상기 스위치(SW1)에 연결되고, 반전 입력 단자(-)는 그 출력단자와 연결되며, 비반전 입력 단자(+)는 상기 차동 증폭기(200)의 반전 입력 단자(-)에 연결된다.
상기 비교기(COMP1)는 그 비반전 입력 단자(+)는 상기 차동 증폭기(200)의 출력 단자에 연결되고, 반전 입력 단자(-)에는 소정 정전압(VCOM)이 입력되도록 구성된다.
이와 같이 구성된 도 6의 실시 예에서 Cn은 도 5의 n개의 보상 커패시터(C1-Cn) 중 하나를 표시한 것이다.
Cn = Cn.a + Cn.b와 같고, 초기상태 커패시터(Cn.a)는 정상상태 커패시 터(Cn.b)에 비해 상대적으로 충분히 작은 값으로 한다. 노드(A)의 커패시턴스가 클수록 충,방전 시간이 오래 걸리므로 초기에는 상기 초기상태 커패시터(Cn.a)만 연결하여 노드(A)의 전압 변화를 빠르게 한다.
상기 초기상태 커패시터(Cn.a)만으로는 안정도를 보장할 수 없으므로 정상상태에 가까워진 시점에서 정상상태 커패시터(Cn.b)를 연결하며, 정상상태는 상기 비교기(COMP1)를 이용하여 모니터링한다.
즉, 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압이 비교기(COMP1)의 반전 입력 단자(-)에 인가되는 소정 전압(VCOM)과 교차하는 시점에 스위치(SW1)를 통해 정상상태 커패시터(Cn,b)와 초기상태 커패시터(Cn,a)를 연결한다.
다시 말하면, 초기에는 정상상태 커패시터(Cn,b)가 버퍼 증폭기(A3)의 출력에 연결되어 있다가 소정의 정전압(VCOM)과 교차하는 지점에서 초기상태 커패시터(Cn,a)와 연결된다.
한편, 연결되는 시점에서 상기 초기상태 커패시터(Cn.a)와 정상상태 커패시터(Cn.b)의 전압이 서로 다를 경우, 두 전압이 같아지는 과정에서 또다시 시간 지연이 발생하게 되므로 정상상태 커패시터(Cn.b)가 연결될 때까지 버퍼 증폭기(A3)를 통해 정상상태 커패시터(Cn.b)의 전압을 노드(A) 전압과 같게 유지시킨다.
도 6에서 상기 도 3의 실시 예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이 각 화소들 간의 밝기 불균일성은 각 화소를 구성하는 TFT 들의 특성 편차에 근본 원인이 있음에 따라 본 발명은 전류 피드백 방식을 이용하여, 전류 미러를 통한 화소에 흐르는 전류와 입력 데이터 전류와의 비교를 통해 각 화소에 정확한 데이터 전류의 기입을 가능하게 하는 피드백 회로를 제공하였으며, 이에 따라 화소들 간의 편차를 최소화하여 패널의 균일한 특성을 제공할 수 있도록 하였다.
또한, 종래의 구동회로에서 제시하지 못한 대형 패널에서 크게 야기되는 기생 커패시턴스와 저항 부하로 인한 데이터 기입속도의 문제를 해결하기 위해 부하 노드의 전압을 빠른 시간 내에 충·방전시켜, 데이터 전류에 의한 부하 노드의 충·방전 시간을 단축시킴으로써 구동회로에서 각 화소의 정확한 데이터 전류 기입시간을 단축시킬 수 있도록 하였다.
도 7은 도 5의 차동 증폭기를 통한 보상 부분에서 스위치를 제어하는 방식의 일 실시예를 나타낸 도이다.
도시하고 있는 바와 같이, 보상 부분에서 스위치를 제어하는 방식은 입력 디지털 데이터의 비트 수만큼의 보상용 캐패시터(C1 ~ Cn)를 사용하고, 이에 해당하는 각 스위치(SW1 ~ SWn)의 온오프 신호로 입력 디지털 데이터 비트를 사용하는 것이다.
이와 같이, 스위치(SW1 ~ SWn)를 제어하면 입력 데이터에 따라 보상용 캐패시터(C1 ~ Cn)들이 조합된다.
예를 들어 설명하면, 입력 데이터 비트가 101101이라면 전체 캐패시터의 값은 C1 + C3 + C4 + C6와 같게 된다.
상기한 방법을 적용하면 n개의 보상 캐패시터들로 2n개의 조합을 만들 수 있기 때문에 더욱 세밀하게 대역폭을 조절할 수 있다.
여기서, 캐패시터의 개수는 데이터 비트수와 항상 같을 필요는 없으며, 더 적어도 된다. 다만, 이 경우에는 모든 데이터 영역에서 동작하게 하기 위해서 별도의 로직회로를 필요로 하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명에 따른 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로를 화소회로에 적용시킨 예를 나타낸 도이다.
도시하고 있는 바와 같이, 기존에 발명된 화소회로에 본 구동회로를 적용시킨 예로서, 기본적인 동작원리는 도 3에서 설명하고 있는 바와 같으나, 전류를 기입하는 동안 발광소자(OLED)가 오프되어 있도록 소정 정전압(VB1)을 통해 다이오드의 캐소드 전압을 잡아주어야 한다.
도 9는 본 발명에 따른 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로 중 하나의 구동회로로 복수개의 화소회로를 구동하는 예를 나타낸 도이고, 도 10은 도 9의 구동방법을 패널상에서 매트릭스 형태로 구현한 도이다.
도시하고 있는 바와 같이, 동일한 행에 존재하는 화소회로 k개를 하나의 구 동회로로 구동하는 것으로 SCAN 1 ~ SCAN k의 신호를 통해 구동되는 화소회로를 결정한다.
정해진 시간 동안 구동해야하는 화소회로(1, 1', 1")가 k개로 증가했기 때문에 하나의 화소회로당 할당되는 시간이 1/k배로 줄어들게 되며, 이로 인해 구동회로는 k배만큼의 속도를 확보해야 이와 같은 방법을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖게 된다.
첫째, OLED 화소회로를 구성하는 구동 트랜지스터들의 특성편차로 인한 각 화소의 밝기 불균일성을 직접 전류를 인가하여 구동하는 방식으로 해결하였으며, 이에 따라 각 화소를 구성하고 있는 구동 트랜지스터들의 특성이 서로 다르거나 시간이 지남에 따라 그 특성이 변하여도 그와 상관없이 화소에 인가되는 전류의 크기가 일정하게 되고 화소의 밝기가 균일하게 된다.
둘째, 전류를 인가하여 구동하는 종래 구조의 경우 OLED의 애노드 노드에 존재하는 기생 커패시턴스로 인해 귀환 루프의 안정성과 전류기입 속도에 제한을 받 음과 더불어 대형 패널일수록 더욱 적용이 어려웠으나, 본 발명은 기생 커패시터의 신속하고 효율적인 충, 방전을 통해 전류 기입 속도를 상승시킴과 더불어 기생 커패시턴스의 크기가 기하급수적으로 증가하는 대형 패널에도 전류구동방식의 적용을 가능케 한다.

Claims (14)

  1. 입력 디지털 데이터에 해당하는 전류를 출력하는 전류 DAC;
    상기 전류 DAC와 연결되어 입력 데이터 전류와 화소회로의 구동 트랜지스터의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 제 1 차동 증폭기;
    상기 화소회로의 발광소자의 구동전류를 상기 제 1 차동 증폭기의 입력측으로 미러링하는 전류 미러; 및
    상기 전류 미러와 연결되어 상기 화소회로의 기생 커패시터의 충,방전 속도를 제어하는 제 2 차동 증폭기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 차동 증폭기는
    상기 전류 DAC와 전류 미러의 출력측 사이에 반전 입력 단자가 연결되고, 소정 정전압을 비반전 입력 단자의 입력으로 하며, 그 출력은 상기 화소회로의 구동 트랜지스터의 게이트 단자로 연결되는 연산 증폭기로 구성됨을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 미러는
    상기 화소회로의 발광소자의 구동 전류를 입력으로 하고, 드레인 단자와 게이트 단자가 서로 연결되며, 소우스 단자는 상기 제 2 차동 증폭기의 출력 단자에 연결되는 제 1 트랜지스터; 및
    상기 전류 DAC에 드레인 단자가 연결되고, 상기 제 1 트랜지스터의 게이트 및 소우스 단자에 각각 게이트 및 소우스 단자가 연결되는 제 2 트랜지스터;
    로 구성됨을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 차동 증폭기는
    상기 전류 미러에 반전 입력 단자가 연결되고, 소정 정전압을 비반전 입력 단자의 입력으로 하며, 그 출력은 상기 전류 미러로 연결되는 연산 증폭기로 구성됨을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 발광소자는
    OLED인 것을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  6. 입력 디지털 데이터에 해당하는 전류를 출력하는 전류 DAC;
    상기 전류 DAC와 연결되어 입력 데이터 전류와 화소회로의 구동 트랜지스터 의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 제 1 차동 증폭기;
    상기 화소회로의 발광소자의 구동전류를 상기 제 1 차동 증폭기의 입력측으로 미러링하는 전류 미러; 및
    상기 전류 미러와 연결되어 상기 화소회로의 기생 커패시터의 충,방전 속도를 제어하는 제 2 차동 증폭기; 및
    상기 전류 DAC와 전류 미러의 출력측 사이에 연결되어 상기 전류 미러를 바탕으로 이루어지는 피드백 루프의 안정성 확보를 위한 루프 안정부;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 루프 안정부는
    상기 전류 DAC와 전류 미러의 출력측 사이에 병렬로 연결된 저항; 및
    상기 저항에 직렬 연결된 커패시터;
    로 구성됨을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  8. 입력 디지털 데이터에 해당하는 전류를 출력하는 전류 DAC;
    상기 전류 DAC와 연결되어 입력 데이터 전류와 화소회로의 구동 트랜지스터의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 제 1 차동 증폭기;
    상기 화소회로의 발광소자의 구동전류를 상기 제 1 차동 증폭기의 입력측으 로 미러링하는 전류 미러;
    상기 전류 미러와 연결되어 상기 화소회로의 기생 커패시터의 충,방전 속도를 제어하는 제 2 차동 증폭기;
    상기 차동 증폭기의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 서로 병렬로 연결되어 전체 데이터 전류의 범위를 복수개의 구간으로 나누기 위한 복수개의 보상 커패시터;
    상기 보상 커패시터에 각각 직렬 연결된 스위치; 및
    상기 스위치의 스위칭 제어를 위한 스위치 콘트롤러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스위치의 스위칭 제어가 입력 디지털 데이터 비트에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  10. 입력 디지털 데이터에 해당하는 전류를 출력하는 전류 DAC;
    상기 전류 DAC와 연결되어 입력 데이터 전류와 화소회로의 구동 트랜지스터의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 제 1 차동 증폭기;
    상기 화소회로의 발광소자의 구동전류를 상기 제 1 차동 증폭기의 입력측으 로 미러링하는 전류 미러;
    상기 전류 미러와 연결되어 상기 화소회로의 기생 커패시터의 충,방전 속도를 제어하는 제 2 차동 증폭기;
    상기 제 1 차동 증폭기의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 서로 병렬로 연결된 초기상태 커패시터 및 정상상태 커패시터;
    인가되는 제어신호에 따라 상기 초기상태 커패시터 또는 정상상태 커패시터와 연결되는 스위치;
    상기 초기상태 커패시터 및 정상상태 커패시터의 전압을 상기 제 1 차동 증폭기의 반전 입력 단자의 전압으로 유지시켜주기 위한 버퍼 증폭기; 및
    상기 화소회로의 구동 트랜지스터의 게이트 전압을 소정의 정전압과 비교하여 상기 스위치의 스위칭 제어를 위한 상기 제어신호를 출력하는 비교기;
    로 구성됨을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 초기상태 커패시터는
    상기 정상상태 커패시터에 비해 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 버퍼 증폭기는
    그 출력단자는 상기 스위치에 연결되고, 반전 입력 단자는 그 출력단자와 연결되며, 비반전 입력 단자는 상기 제 1 차동 증폭기의 반전 입력 단자에 연결된 것을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  13. 입력 디지털 데이터에 해당하는 전류를 출력하는 전류 DAC;
    서로 병렬로 연결되어 신호에 따라 시간을 복수개의 구간으로 할당하기 위한 복수개의 화소회로;
    상기 전류 DAC와 연결되어 입력 데이터 전류와 화소회로의 구동 트랜지스터의 구동 전류가 동일해지도록 제어하는 제 1 차동 증폭기;
    상기 화소회로의 발광소자의 구동전류를 상기 제 1 차동 증폭기의 입력측으로 미러링하는 전류 미러;
    상기 전류 미러와 연결되어 상기 화소회로의 기생 커패시터의 충,방전 속도를 제어하는 제 2 차동 증폭기; 및
    상기 전류 DAC와 전류 미러의 출력측 사이에 연결되어 상기 전류 미러를 바탕으로 이루어지는 피드백 루프의 안정성 확보를 위한 루프 안정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 화소회로는
    설정된 시간동안 구동되는 화소회로의 k개 증가에 따라 할당되는 시간이 1/k로 감소되는 것을 특징으로 하는 전류 귀환을 이용한 AMOLED 구동회로.
KR1020060090489A 2005-10-05 2006-09-19 전류 귀환을 이용한 ａｍｏｌｅｄ 구동회로 KR100773088B1 (ko)

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