KR101413650B1

KR101413650B1 - 오프셋 특성이 저하되지 않으며 적은 동적 전력을 소비하는버퍼 증폭기 및 그 버퍼 증폭기를 구비하는 디스플레이드라이버

Info

Publication number: KR101413650B1
Application number: KR1020080005074A
Authority: KR
Inventors: 송준호; 안창호; 최철호; 김민성; 김미란
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2014-07-01
Also published as: US20090179876A1; TWI533598B; US8350797B2; KR20090079102A; TW200934102A

Abstract

본 발명은, 버퍼 증폭기의 오프셋 특성을 저하시키지 않으면서, 버퍼 증폭기의 입력 스테이지에 인가되는 전원 전압과 출력 스테이지에 인가되는 전원 전압을 차별화시켜 동적 전력 소비를 저감시키는 기술에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼 증폭기는 차별화된 전원 전압들을 인가받는 입력 스테이지와 출력 스테이지를 구비한다. 상기 입력 스테이지는 입력 하이 전원 전압 및 입력 로우 전원 전압을 인가받으며, 입력 신호에 상응하는 전달 신호를 생성한다. 상기 출력 스테이지는 출력 하이 전원 전압 및 출력 로우 전원 전압을 인가받으며, 상기 전달 신호에 상응하는 출력 신호를 출력한다. 여기서, 상기 출력 하이 전원 전압과 상기 출력 로우 전원 전압의 전압 레벨 차이는 상기 입력 하이 전원 전압과 상기 입력 로우 전원 전압의 전압 레벨 차이보다 적다.

디스플레이 드라이버, 버퍼 증폭기, 입력 스테이지, 출력 스테이지, 전력

Description

오프셋 특성이 저하되지 않으며 적은 동적 전력을 소비하는 버퍼 증폭기 및 그 버퍼 증폭기를 구비하는 디스플레이 드라이버{Buffer amplifier consuming low dynamic power not deteriorating offset characteristic and display driver comprising the buffer amplifier}

본 발명은 버퍼 증폭기 및 그 버퍼 증폭기를 구비하는 디스플레이 드라이버에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 버퍼 증폭기의 오프셋 특성을 저하시키지 않으면서, 버퍼 증폭기의 입력 스테이지(input stage)에 인가되는 전원 전압과 출력 스테이지(output stage)에 인가되는 전원 전압을 차별화시켜 동적 전력 소비(dynamic power consumption)를 저감시키는 기술에 관한 것이다.

디스플레이 장치는 LCD 패널(Liquid Crystal Display panel)과 같은 디스플레이 패널을 구동하기 위해서 디스플레이 드라이버를 구비한다. 디스플레이 장치에 대한 소비자의 욕구가 다양해지면서 소형 디스플레이 패널, 중형 디스플레이 패널 및 대형 디스플레이 패널 외에 초대형 디스플레이 패널도 출시되고 있다.

도 1은 디스플레이 장치를 예시하는 도면이다.

디스플레이 장치는 도 1에 도시된 디스플레이 드라이버(110)와 디스플레이 패널(120) 외에도 다양한 구성 요소들을 구비한다.

도 1에 도시된 디스플레이 드라이버(110)는 다수의 레벨 쉬프터들(level shifters. LS1, LS2, LS3, ...), 다수의 디지털 아날로그 컨버터들(digital analog converters. DAC1, DAC2, DAC3, ...) 및 다수의 버퍼 증폭기들(buffer amplifiers. BUF1, BUF2, BUF3, ...)를 구비한다. 예컨대, 레벨 쉬프터 LS1, 디지털 아날로그 컨버터 DAC1 및 버퍼 증폭기 BUF1은 디스플레이 패널(120)에 구비되는 제 1 데이터 라인(미도시)의 구동에 관여하고, 레벨 쉬프터 LS2, 디지털 아날로그 컨버터 DAC2 및 버퍼 증폭기 BUF2는 디스플레이 패널(120)에 구비되는 제 2 데이터 라인(미도시)의 구동에 관여하며, 레벨 쉬프터 LS3, 디지털 아날로그 컨버터 DAC3 및 버퍼 증폭기 BUF3은 디스플레이 패널(120)에 구비되는 제 3 데이터 라인(미도시)의 구동에 관여한다.

레벨 쉬프터들(LS1, LS2, LS3)은 디지털 데이터 신호들(Data1, Data2, Data3)의 전압 레벨을 각각 쉬프팅(shifting)시킨다. 디지털 아날로그 컨버터들(DAC1, DAC2, DAC3)은 레벨 쉬프팅된 디지털 데이터 신호들을 아날로그 데이터 신호들(Vin1, Vin2, Vin3)로 각각 변환한다. 버퍼 증폭기들(BUF1, BUF2, BUF3)은 디지털 아날로그 컨버터들(DAC1, DAC2, DAC3)로부터 각각 출력되는 아날로그 데이터 신호들(Vin1, Vin2, Vin3)을 각각 입력받는다. 또한, 버퍼 증폭기들(BUF1, BUF2, BUF3)은 입력 신호들(Vin1, Vin2, Vin3)에 각각 상응하는 출력 신호들(Vout1, Vout2, Vout3)를 각각 출력한다.

디스플레이 패널(120)의 구동을 직접적으로 담당하는 버퍼 증폭기들(BUF1, BUF2, BUF3)은 하이(high) 전원 전압(VDD)과 로우(low) 전원 전압(VSS)을 인가받는다. 디스플레이 패널(120)의 사이즈(size)가 커질수록 버퍼 증폭기들(BUF1, BUF2, BUF3)의 구동 부담이 증가하여 버퍼 증폭기들(BUF1, BUF2, BUF3)에서 소비되는 전력도 증가하게 된다. 소비 전력 증가 및 그로 인한 발열량 증가는 디스플레이 드라이버의 설계시에 중요한 기술적 이슈(issue)로 취급된다.

본 발명은, 버퍼 증폭기(buffer amplifier)의 오프셋 특성(offset characteristic)을 저하시키지 않으면서, 버퍼 증폭기의 입력 스테이지(input stage)에 인가되는 전원 전압과 출력 스테이지(output stage)에 인가되는 전원 전압을 차별화시켜 동적 전력 소비(dynamic power consumption)를 저감시킬 수 있는 버퍼 증폭기 및 그를 구비하는 디스플레이 드라이버(display driver)를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼 증폭기는 입력 스테이지와 출력 스테이지를 구비한다. 상기 입력 스테이지는 입력 하이 전원 전압(input high power voltage) 및 입력 로우 전원 전압(input low power voltage)을 인가받으며, 입력 신호에 상응하는 전달 신호를 생성한다. 상기 출력 스테이지는 출력 하이 전원 전압(output high power voltage) 및 출력 로우 전원 전압(output low power voltage)을 인가받으며, 상기 전달 신호에 상응하는 출력 신호를 출력한다. 여기서, 상기 출력 하이 전원 전압과 상기 출력 로우 전원 전압의 전압 레벨 차이는 상기 입력 하이 전원 전압과 상기 입력 로우 전원 전압의 전압 레벨 차이보다 적다.

본 발명의 어느 한 실시예에 있어서, 상기 출력 하이 전원 전압의 전압 레벨은 상기 입력 하이 전원 전압의 전압 레벨보다 낮고, 상기 출력 로우 전원 전압의 전압 레벨은 상기 입력 로우 전원 전압의 전압 레벨보다 높다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 출력 하이 전원 전압의 전압 레벨은 상기 입력 하이 전원 전압의 전압 레벨과 동일하고, 상기 출력 로우 전원 전압의 전압 레벨은 상기 입력 로우 전원 전압의 전압 레벨보다 높다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 출력 로우 전원 전압의 전압 레벨은 상기 입력 로우 전원 전압의 전압 레벨과 동일하고, 상기 출력 하이 전원 전압의 전압 레벨은 상기 입력 하이 전원 전압의 전압 레벨보다 낮다.

상기 출력 하이 전원 전압의 전압 레벨은 상기 버퍼 증폭기가 출력하는 최대 출력 신호를 고려하여 설정되고, 상기 출력 로우 전원 전압의 전압 레벨은 상기 버퍼 증폭기가 출력하는 최소 출력 신호를 고려하여 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 출력 하이 전원 전압의 전압 레벨을 상기 최대 출력 신호의 전압 레벨에 상응하도록 설정하고 상기 출력 로우 전원 전압의 전압 레벨을 상기 최소 출력 신호의 전압 레벨에 상응하도록 설정할 수 있다.

상기 입력 스테이지는 상기 입력 신호를 차동 증폭(differential amplification)하여 상기 전달 신호를 생성할 수 있다. 구체적으로, 상기 입력 스테이지는 상기 입력 신호를 레일-투-레일(rail-to-rail) 방식으로 차동 증폭할 수 있다.

상기 출력 스테이지는, 상기 출력 하이 전원 전압 또는 상기 출력 로우 전원 전압을 인가받으며, 상기 전달 신호에 응답하여 전류 미러링(mirroring)을 수행하는 전류 미러부; 상기 전류 미러부에 접속되며, 제어 신호에 응답하여 상기 전류 미러링을 제어하는 바이어스 제어부; 및 상기 출력 하이 전원 전압 및 상기 출력 로우 전원 전압을 인가받고, 상기 전류 미러부 및 상기 바이어스 제어부에 접속되며, 상기 출력 신호를 출력하는 출력부;를 구비할 수 있다. 상기 출력부는, 상기 출력 하이 전원 전압의 단자와 출력 노드 사이에 배치되는 제 1 트랜지스터; 및 상기 출력 로우 전원 전압의 단자와 상기 출력 노드 사이에 배치되는 제 2 트랜지스터;를 구비할 수 있다. 상기 출력 신호에 상응하는 구동 전류에 의해서 부하(load)를 충전시키는 경우에 상기 출력 하이 전원 전압의 단자로부터 상기 부하로 상기 구동 전류의 경로가 형성되고, 상기 출력 신호에 상응하는 구동 전류에 의해서 상기 부하를 방전시키는 경우에 상기 부하로부터 상기 출력 로우 전원 전압의 단자로 상기 구동 전류의 경로가 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 버퍼 증폭기는, 입력 하이 전원 전압(input high power voltage)을 인가받으며, 입력 신호에 상응하는 전달 신호를 생성하는 입력 스테이지(input stage); 및 출력 하이 전원 전압(output high power voltage) 및 출력 로우 전원 전압(output low power voltage)을 인가받으며, 상기 전달 신호에 상응하는 출력 신호를 출력하는 출력 스테이지(output stage);를 구비한다. 여기서, 상기 출력 하이 전원 전압의 전압 레벨은 상기 입력 하이 전원 전압의 전압 레벨보다 낮다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버퍼 증폭기는, 입력 로우 전원 전압(input low power voltage)을 인가받으며, 입력 신호에 상응하는 전달 신호를 생성하는 입력 스테이지(input stage); 및 출력 하이 전원 전압(output high power voltage) 및 출력 로우 전원 전압(output low power voltage)을 인가받으며, 상기 전달 신호에 상응하는 출력 신호를 출력하는 출력 스테이지(output stage);를 구비한다. 여기서, 상기 출력 로우 전원 전압의 전압 레벨은 상기 입력 로우 전원 전압의 전압 레벨보다 높다.

본 발명의 어느 한 실시예에 따른 디스플레이 드라이버는, 디지털 데이터 신호의 전압 레벨을 쉬프팅(shifting)시키는 레벨 쉬프터; 레벨 쉬프팅된 디지털 데이터 신호를 아날로그 데이터 신호로 변환하는 디지털 아날로그 컨버터(digital analog converter); 및 상기 아날로그 데이터 신호를 입력 신호로서 입력받는 상기 버퍼 증폭기;를 구비한다. 상기 디스플레이 드라이버는 상기 버퍼 증폭기로부터 출력되는 출력 신호를 사용하여 디스플레이 패널(display panel)을 구동할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 드라이버는 제 1 버퍼 증폭기; 및 제 2 버퍼 증폭기;를 구비한다. 상기 제 1 버퍼 증폭기는, 하이 전원 전압(high power voltage)과 로우 전원 전압(low power voltage)을 인가받는 입력 스테이지; 및 상기 하이 전원 전압과 제 1 기준 전원 전압(first reference power voltage)을 인가받는 출력 스테이지;를 구비한다. 상기 제 2 버퍼 증폭기는, 상기 하이 전원 전압과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 입력 스테이지; 및 제 2 기준 전원 전압(second reference power voltage)과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 출력 스테이지;를 구비한다. 여기서, 상기 제 1 기준 전원 전압의 전압 레벨은 상기 로우 전원 전압의 전압 레벨보다 높고, 상기 제 2 기준 전원 전압의 전압 레벨은 상기 하이 전원 전압의 전압 레벨보다 낮다.

상기 제 1 기준 전원 전압의 전압 레벨은 상기 제 1 버퍼 증폭기가 출력하는 출력 신호의 최소 전압 레벨에 상응하고, 상기 제 2 기준 전원 전압의 전압 레벨은 상기 제 2 버퍼 증폭기가 출력하는 출력 신호의 최대 전압 레벨에 상응할 수 있다. 상기 디스플레이 드라이버가 LCD 패널(Liquid Crystal Display panel)을 구동하는 경우에, 상기 제 1 버퍼 증폭기가 출력하는 출력 신호의 최소 전압 레벨과 상기 제 2 버퍼 증폭기가 출력하는 출력 신호의 최대 전압 레벨은 상기 LCD 패널의 픽셀 회로에서 공통 전극(common electrode)에 인가되는 공통 전압의 전압 레벨에 상응한다.

상기 디스플레이 드라이버가 디스플레이 패널의 제 1 데이터 라인과 제 2 데이터 라인을 구동하는 경우에, 상기 디스플레이 드라이버는, 상기 제 1 버퍼 증폭기의 출력 스테이지로부터 출력되는 출력 신호를 정극성 인버젼 신호(positive inversion signal)에 응답하여 상기 제 1 데이터 라인으로 전달하는 제 1 정극성 출력 스위치; 상기 제 1 버퍼 증폭기의 출력 스테이지로부터 출력되는 출력 신호를 부극성 인버젼 신호(negative inversion signal)에 응답하여 상기 제 2 데이터 라인으로 전달하는 제 1 부극성 출력 스위치; 상기 제 2 버퍼 증폭기의 출력 스테이지로부터 출력되는 출력 신호를 상기 정극성 인버젼 신호에 응답하여 상기 제 2 데이터 라인으로 전달하는 제 2 정극성 출력 스위치; 및 상기 제 2 버퍼 증폭기의 출력 스테이지로부터 출력되는 출력 신호를 상기 부극성 인버젼 신호에 응답하여 상기 제 1 데이터 라인으로 전달하는 제 2 부극성 출력 스위치;를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 디스플레이 드라이버는, 제 1 입력 신호를 정극성 인버젼 신 호(positive inversion signal)에 응답하여 상기 제 1 버퍼 증폭기의 입력 스테이지로 전달하는 제 1 정극성 입력 스위치; 상기 제 1 입력 신호를 부극성 인버젼 신호(negative inversion signal)에 응답하여 상기 제 2 버퍼 증폭기의 입력 스테이지로 전달하는 제 1 부극성 입력 스위치; 제 2 입력 신호를 상기 정극성 인버젼 신호에 응답하여 상기 제 2 버퍼 증폭기의 입력 스테이지로 전달하는 제 2 정극성 입력 스위치; 및 상기 제 2 입력 신호를 상기 부극성 인버젼 신호에 응답하여 상기 제 1 버퍼 증폭기의 입력 스테이지로 전달하는 제 2 부극성 입력 스위치;를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 드라이버는, 제 1 버퍼 증폭기; 및 제 2 버퍼 증폭기;를 구비한다. 상기 제 1 버퍼 증폭기는, 하이 전원 전압(high power voltage)과 로우 전원 전압(low power voltage)을 인가받는 입력 스테이지; 및 상기 하이 전원 전압과 기준 전원 전압(reference power voltage)을 인가받는 출력 스테이지;를 구비한다. 상기 제 2 버퍼 증폭기는, 상기 하이 전원 전압과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 입력 스테이지; 및 상기 하이 전원 전압과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 출력 스테이지;를 구비한다. 여기서, 상기 기준 전원 전압의 전압 레벨은 상기 로우 전원 전압의 전압 레벨보다 높다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 드라이버는, 제 1 버퍼 증폭기; 및 제 2 버퍼 증폭기;를 구비한다. 상기 제 1 버퍼 증폭기는, 하이 전원 전압(high power voltage)과 로우 전원 전압(low power voltage)을 인가받는 입력 스테이지; 및 상기 하이 전원 전압과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 출력 스테이 지;를 구비한다. 상기 제 2 버퍼 증폭기는, 상기 하이 전원 전압과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 입력 스테이지; 및 기준 전원 전압(reference power voltage)과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 출력 스테이지;를 구비한다. 여기서, 상기 기준 전원 전압의 전압 레벨은 상기 하이 전원 전압의 전압 레벨보다 낮다.

본 발명에 따르면, 버퍼 증폭기의 오프셋 특성을 저하시키지 않으면서 버퍼 증폭기에서 소비되는 동적 전력(dynamic power)을 저감시킬 수 있으며, 버퍼 증폭기 및 그를 구비하는 디스플레이 드라이버에서의 발열량도 저감시킬 수 있다.

도 2a는 디스플레이 드라이버에 구비되는 버퍼 증폭기(BUF)를 예시하는 도면이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 버퍼 증폭기(BUF)의 출력 신호(Vout)를 예시하는 도면이다.

버퍼 증폭기(BUF)는 입력 신호(Vin)에 상응하는 출력 신호(Vout)를 출력한다. 버퍼 증폭기(BUF)는 출력 신호(Vout)를 사용하여 부하(load)를 구동시킬 수 있다. 도 2a에 예시된 바와 같이, 디스플레이 패널과 같은 부하는 부하 저항(Rd)과 부하 커패시터(Cd)로 모델링될 수 있다. 특히, LCD(Liquid Crystal Display) 패널의 픽셀 회로에 구비되는 셀(cell) 커패시터를 부하 커패시터(Cd)에 대응시킬 수 있고, 이 경우에 버퍼 증폭기(BUF)로부터 출력되는 출력 신호(Vout)는 부하 저항(Rd)을 거쳐 셀 커패시터(Cd)의 화소 전극(pixel electrode. PE)에 인가되고, 셀 커패시터(Cd)의 공통 전극(common electrode. CE)에는 공통 전압(VCOM)이 인가된 다.

버퍼 증폭기(BUF)는 하이(high) 전원 전압(VDD)과 로우(low) 전원 전압(VSS) 사이의 신호 경로(signal path)에 따라서 입력 스테이지(input stage. In-Stg)와 출력 스테이지(output stage. Out-Stg)로 구분될 수 있다. 도 2a에서 보듯이, 입력 스테이지(In-Stg)에도 하이 전원 전압(VDD)과 로우 전원 전압(VSS)이 인가되고, 출력 스테이지(Out-Stg)에도 하이 전원 전압(VDD)과 로우 전원 전압(VSS)이 인가된다.

도 2b를 살펴 보면, 출력 스테이지(Out-Stg)에는 하이 전원 전압(VDD)과 로우 전원 전압(VSS)이 인가되지만, 출력 스테이지(Out-Stg)로부터 출력되는 출력 신호(Vout)의 전압 레벨은 Vup 레벨과 Vdn 레벨 사이에 속한다는 것을 알 수 있다. 출력 신호(Vout)는 Vup 레벨과 Vdn 레벨 사이의 전압 레벨들 중에서 입력 신호(Vin)의 전압 레벨에 상응하는 전압 레벨을 가진다. 출력 스테이지(Out-Stg)에 구비되는 트랜지스터들의 동작 특성[문턱 전압(threshold voltage), 드레인-소스 전압(overdrive voltage) 등] 등을 고려하여 하이 전원 전압(VDD)의 전압 레벨을 Vup 레벨보다 높게 설정하고 로우 전원 전압(VSS)의 전압 레벨을 Vdn 레벨보다 낮게 설정하지만, 하이 전원 전압(VDD)의 전압 레벨을 필요 이상으로 높게 설정하거나 로우 전원 전압(VSS)의 전압 레벨을 필요 이상으로 낮게 설정하면 불필요한 전력 소비가 발생한다.

그러나, 불필요한 전력 소비를 줄이기 위해서 하이 전원 전압(VDD)의 전압 레벨을 무작정 낮추고 로우 전원 전압(VSS)의 전압 레벨을 무작정 높이는 것은, 즉, 하이 전원 전압(VDD)과 로우 전원 전압(VSS)의 전압 레벨 차이를 무작정 줄이는 것은, 버퍼 증폭기(BUF)의 오프셋(offset) 측면 및 버퍼 증폭기(BUF)의 유효 입출력 범위 측면에서 바람직하지 않다. 이하에서는, 도 3 및 도 4를 참고하여 버퍼 증폭기의 오프셋과 버퍼 증폭기의 유효 입출력 범위를 살펴 본다.

도 3은 버퍼 증폭기에서 전원 전압과 오프셋의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

버퍼 증폭기 BUF_A는 입력 신호(Vin)에 상응하는 출력 신호(Vout)를 출력한다. 버퍼 증폭기 BUF_A의 입력 스테이지(In-Stg)와 출력 스테이지(Out-Stg)는 하이 전원 전압 VDDA와 로우 전원 전압 VSSA를 인가받는다. 입력 신호(Vin)에 따른 버퍼 증폭기 BUF_A의 오프셋(Offset_A) 특성을 살펴 보면, 버퍼 증폭기 BUF_A의 유효 입출력 범위(VR_A) 내에서는 오프셋의 크기가 작지만, 버퍼 증폭기 BUF_A의 유효 입출력 범위(VR_A) 외에서는 오프셋의 크기가 크다는 것을 알 수 있다. 버퍼 증폭기의 유효 입출력 범위가 오프셋의 크기가 작은 범위 내에 속하도록 버퍼 증폭기의 유효 입출력 범위를 설정하는 것이 바람직하다.

버퍼 증폭기 BUF_B는 입력 신호(Vin)에 상응하는 출력 신호(Vout)를 출력한다. 전력 소비를 줄이기 위해서 버퍼 증폭기 BUF_B의 입력 스테이지(In-Stg)와 출력 스테이지(Out-Stg)에는 하이 전원 전압 VDDB와 로우 전원 전압 VSSB를 인가한다. 그런데, 전력 소비를 줄이기 위해서 하이 전원 전압의 전압 레벨을 VDDA에서 VDDB로 낮추고 로우 전원 전압의 전압 레벨을 VSSA에서 VSSB로 높이면, 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 하이 전원 전압과 로우 전원 전압의 전압 레벨 차이를 VDDA-VSSA 에서 VDDB-VSSB로 줄이면, 버퍼 증폭기의 유효 입출력 범위도 VR_A에서 VR_B로 줄어들게 된다. 도 3을 참조하여 버퍼 증폭기 BUF_A의 오프셋(Offset_A) 특성과 버퍼 증폭기 BUF_B의 오프셋(Offset_B) 특성을 비교할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼 증폭기(BUF_P)에서 전원 전압과 오프셋의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼 증폭기(BUF_P)에서는 입력 스테이지(In-Stg)에 인가되는 전원 전압과 출력 스테이지(Out-Stg)에 인가되는 전원 전압을 차별화시킨다. 즉, 입력 스테이지(In-Stg)에는 입력 하이(high) 전원 전압(VDDA)과 입력 로우(low) 전원 전압(VSSA)을 인가하고, 출력 스테이지(Out-Stg)에는 출력 하이 전원 전압(VDDB)과 출력 로우 전원 전압(VSSB)을 인가한다. 도 4에 도시된 버퍼 증폭기 BUF_P의 오프셋(Offset_P) 특성을 살펴 보면 알 수 있듯이, 출력 하이 전원 전압(VDDB)과 출력 로우 전원 전압(VSSB)의 전압 레벨 차이(VDDB-VSSB)는 입력 하이 전원 전압(VDDA)과 입력 로우 전원 전압(VSSA)의 전압 레벨 차이(VDDA-VSSA)보다 적다. 이와 같이, 출력 스테이지(Out-Stg)에 인가되는 하이(high) 전원 전압과 로우(low) 전원 전압의 전압 레벨 차이를 VDDA-VSSA에서 VDDB-VSSB로 줄이면 출력 스테이지(Out-Stg)에서 소비되는 전력을 줄일 수 있다.

반면에, 입력 스테이지(In-Stg)에는 하이 전원 전압 VDDA와 로우 전원 전압 VSSA를 그대로 인가함으로써, 즉, 입력 스테이지(In-Stg)에 인가되는 하이 전원 전압 VDDA와 로우 전원 전압 VSSA의 전압 레벨 차이(VDDA-VSSA)를 줄이지 않고 그대로 유지함으로써, 버퍼 증폭기(BUF_P)의 유효 입출력 범위(VR_P)가 줄어드는 것을 방지할 수 있다. 버퍼 증폭기의 오프셋 특성은 주로 입력 스테이지(In-Stg)에 인가되는 하이 전원 전압과 로우 전원 전압의 전압 레벨 차이에 좌우된다는 점을 고려하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 입력 스테이지(In-Stg)에는 하이 전원 전압 VDDA와 로우 전원 전압 VSSA를 그대로 인가한다.

도 5는 도 4에 도시된 버퍼 증폭기를 더 자세하게 나타낸 도면이다.

도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따라 입력 스테이지(In-Stg)와 출력 스테이지(Out-Stg)를 구비하는 버퍼 증폭기 외에 부하 저항(Rd)과 부하 커패시터(Cd)가 더 도시되어 있다.

입력 스테이지(In-Stg)는 입력 하이 전원 전압(input high power voltage. VDDA) 및 입력 로우 전원 전압(input low power voltage. VSSA)을 인가받으며, 입력 신호(Vin11, Vin12)에 상응하는 전달 신호(Sa, Sb, Sc, Sd)를 생성한다. 출력 스테이지(Out-Stg)는 출력 하이 전원 전압(output high power voltage. VDDB) 및 출력 로우 전원 전압(output low power voltage. VSSB)을 인가받으며, 전달 신호(Sa, Sb, Sc, Sd)에 상응하는 출력 신호(Vout)를 출력한다.

앞서 설명한 바와 같이, 출력 스테이지(Out-Stg)에서 소비되는 전력을 줄이기 위해서, 출력 하이 전원 전압(VDDB)과 출력 로우 전원 전압(VSSB)의 전압 레벨 차이(VDDB-VSSB)가 입력 하이 전원 전압(VDDA)과 입력 로우 전원 전압(VSSA)의 전압 레벨 차이(VDDA-VSSA)보다 적도록 출력 하이 전원 전압(VDDB)의 전압 레벨과 출력 로우 전원 전압(VSSB)의 전압 레벨을 설정한다. 출력 하이 전원 전압(VDDB)의 전압 레벨은 입력 하이 전원 전압(VDDA)의 전압 레벨보다 낮고 출력 로우 전원 전 압(VSSB)의 전압 레벨은 입력 로우 전원 전압(VSSA)의 전압 레벨보다 높게 설정되는 제 1 실시예뿐만 아니라, 출력 하이 전원 전압(VDDB)의 전압 레벨은 입력 하이 전원 전압(VDDA)의 전압 레벨과 동일하고 출력 로우 전원 전압(VSSB)의 전압 레벨은 입력 로우 전원 전압(VSSA)의 전압 레벨보다 높게 설정되는 제 2 실시예, 그리고 출력 로우 전원 전압(VSSB)의 전압 레벨은 입력 로우 전원 전압(VSSA)의 전압 레벨과 동일하고 출력 하이 전원 전압(VDDB)의 전압 레벨은 입력 하이 전원 전압(VDDA)의 전압 레벨보다 낮게 설정되는 제 3 실시예도 가능하다.

버퍼 증폭기에서 소비되는 전력은 입력 스테이지(In-Stg)에서 소비되는 정적 전력(static power)과 출력 스테이지(Out-Stg)에서 소비되는 동적 전력(dynamic power)으로 구분될 수 있다. 정적 전력(static power)은 입력 스테이지(In-Stg)가 입력 신호(Vin11, Vin12)에 상응하는 전달 신호(Sa, Sb, Sc, Sd)를 생성하는데 소비되는 전력이고, 동적 전력(dynamic power)은 출력 스테이지(Out-Stg)가 부하(Rd, Cd)를 구동하는데 소비되는 전력이라고 볼 수 있다. 버퍼 증폭기에서 소비되는 전력의 대부분은 부하(Rd, Cd)를 구동하는데 사용되므로, 출력 스테이지(Out-Stg)에서의 동적 전력 소비(dynamic power consumption)를 줄이는 것만으로도 버퍼 증폭기에서 상당한 전력 감소 효과를 얻을 수 있다.

출력 하이 전원 전압(VDDB)의 전압 레벨은 버퍼 증폭기가 출력하는 최대 출력 신호를 고려하여 설정되고, 출력 로우 전원 전압(VSSB)의 전압 레벨은 버퍼 증폭기가 출력하는 최소 출력 신호를 고려하여 설정된다. 구체적으로, 출력 스테이지(Out-Stg)에 구비되는 트랜지스터들(예컨대, 도 5에서 MP 및 MN)의 동작 특성[문 턱 전압(threshold voltage), 드레인-소스 전압(overdrive voltage) 등] 등을 고려하여, 출력 하이 전원 전압(VDDB)의 전압 레벨을 출력 신호(Vout)의 최대 전압 레벨보다 약간 높도록 설정하고, 출력 로우 전원 전압(VSSB)의 전압 레벨을 출력 신호(Vout)의 최소 전압 레벨보다 약간 낮도록 설정한다. 이와 같이, 출력 하이 전원 전압(VDDB)의 전압 레벨을 출력 신호(Vout)의 최대 전압 레벨에 상응하도록 설정하고 출력 로우 전원 전압(VSSB)의 전압 레벨을 출력 신호(Vout)의 최소 전압 레벨에 상응하도록 설정하면, 출력 스테이지(Out-Stg)에서의 동적 전력 소비를 저감시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 버퍼 증폭기에서, 출력 하이 전원 전압(VDDB)의 전압 레벨과 출력 로우 전원 전압(VSSB)의 전압 레벨은 버퍼 증폭기의 동적 전력 소비가 저감되도록 설정된다. 반면에, 입력 스테이지(In-Stg)에서 입력 하이 전원 전압(VDDA)의 전압 레벨과 입력 로우 전원 전압(VSSA)의 전압 레벨은 버퍼 증폭기의 오프셋(offset)이 저감되도록 설정되어야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼 증폭기에 구비되는 입력 스테이지(In-Stg)는 입력 신호(Vin11, Vin12)를 차동 증폭(differential amplification)하여 전달 신호(Sa, Sb, Sc, Sd)를 생성할 수 있다. 도 5에 도시된 입력 스테이지(In-Stg)는 입력 신호(Vin11, Vin12)를 레일-투-레일(rail-to-rail) 방식으로 차동 증폭한다. 레일-투-레일(rail-to-rail) 방식에 대한 자세한 설명은 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 제공된다.

도 5에서 출력 스테이지(Out-Stg)는 제 1 전류 미러부(512), 바이어스 제어 부(514), 제 2 전류 미러부(516) 및 출력부(518)를 구비한다. 제 1 전류 미러부(512)는 출력 하이 전원 전압(VDDB)을 인가받으며, 전달 신호(Sa, Sb)에 응답하여 전류 미러링(mirroring)을 수행한다. 제 2 전류 미러부(516)는 출력 로우 전원 전압(VSSB)을 인가받으며, 전달 신호(Sc, Sd)에 응답하여 전류 미러링을 수행한다. 바이어스 제어부(514)는 제 1 전류 미러부(512) 및 제 2 전류 미러부(516)에 접속되며, 제어 신호(미도시)에 응답하여 제 1 전류 미러부(512) 및 제 2 전류 미러부(516)에서의 전류 미러링을 제어한다. 출력부(518)는 출력 하이 전원 전압(VDDB) 및 출력 로우 전원 전압(VSSB)을 인가받고, 전류 미러부들(512, 516)과 바이어스 제어부(514)에 접속되며, 출력 신호(Vout)를 출력한다.

도 5에서 보듯이, 출력부(518)는, 출력 하이 전원 전압(VDDB)의 단자와 출력 노드(No) 사이에 배치되는 제 1 트랜지스터(MP) 및 출력 로우 전원 전압(VSSB)의 단자와 출력 노드(No) 사이에 배치되는 제 2 트랜지스터(MN)를 구비할 수 있다. 출력 스테이지(Out-Stg)가 출력 신호(Vout)에 상응하는 구동 전류(I_charge)에 의해서 부하 커패시터(Cd)를 충전시키는 경우에는, 출력 하이 전원 전압(VDDB)의 단자로부터 제 1 트랜지스터(MP) 및 부하 저항(Rd)을 거쳐 부하 커패시터(Cd)로 구동 전류(I_charge)의 경로가 형성된다. 출력 스테이지(Out-Stg)가 출력 신호(Vout)에 상응하는 구동 전류(I_discharge)에 의해서 부하 커패시터(Cd)를 방전시키는 경우에는, 부하 커패시터(Cd)로부터 부하 저항(Rd) 및 제 2 트랜지스터(MN)를 거쳐 출력 로우 전원 전압(VSSB)의 단자로 구동 전류(I_discharge)의 경로가 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이, 부하 커패시터(Cd)를 LCD 패널의 픽셀 회로에 구비되는 셀(cell) 커패시터에 대응시킬 수 있다. 셀 커패시터(Cd)는 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)을 구비한다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 버퍼 증폭기에 구비되는 입력 스테이지(In-Stg)의 다양한 형태들을 설명하기 위한 도면이다. 도 6a에 도시된 입력 스테이지(In-Stg)는 도 5에 도시된 입력 스테이지(In-Stg)와 동일하다.

도 6b에 도시된 입력 스테이지(In-Stg)는 입력 하이 전원 전압(VDDA)만을 인가받는다. 도 6c에 도시된 입력 스테이지(In-Stg)는 입력 로우 전원 전압(VSSA)만을 인가받는다. 도 6b 또는 도 6c에 도시된 바와 같이, 입력 스테이지(In-Stg)가 입력 하이 전원 전압(VDDA)과 입력 로우 전원 전압(VSSA) 중에서 어느 하나만을 인가받는 경우에는, 입력 신호(Vin11, Vin12)의 유효 범위가 입력 하이 전원 전압(VDDA) 측으로 또는 입력 로우 전원 전압(VSSA) 측으로 편향되어 버퍼 증폭기의 유효 입출력 범위가 좁아진다.

이에 비해서, 도 6a에 도시된 입력 스테이지(In-Stg)는 입력 하이 전원 전압(VDDA)과 입력 로우 전원 전압(VSSA)을 인가받는다. 입력 스테이지(In-Stg)가 입력 하이 전원 전압(VDDA)과 입력 로우 전원 전압(VSSA) 모두를 인가받는 경우에는, 입력 신호(Vin11, Vin12)의 유효 범위가 입력 하이 전원 전압(VDDA) 부근으로부터 입력 로우 전원 전압(VSSA) 부근까지 확장되어 버퍼 증폭기의 유효 입출력 범위가 넓어진다. 이러한 방식을 레일-투-레일(rail-to-rail) 방식이라고 한다. 레일-투-레일(rail-to-rail) 방식에서 VDDA를 정극성 레일 전압(positive rail voltage)이라고 칭하고 VSSA를 부극성 레일 전압(negative rail voltage)이라고 칭한다.

유효 입출력 범위의 측면을 고려하면 도 6a에 도시된 레일-투-레일(rail-to-rail) 방식의 입력 스테이지(In-Stg)가 바람직하지만, 버퍼 증폭기의 유효 입출력 범위가 좁아지는 것을 어느 정도 감수하면 도 6b에 도시된 입력 스테이지(In-Stg) 또는 도 6c에 도시된 입력 스테이지(In-Stg)를 채택할 수도 있다.

도 6b에서 입력 스테이지(In-Stg)는 입력 하이 전원 전압(VDDA)을 인가받으며, 입력 신호(Vin11, Vin12)에 상응하는 전달 신호(Sc, Sd)를 생성한다. 도 6b에서 출력 스테이지(Out-Stg)는 출력 하이 전원 전압(VDDB) 및 출력 로우 전원 전압(VSSB)을 인가받으며, 전달 신호(Sc, Sd)에 상응하는 출력 신호(Vout)를 출력한다. 출력 스테이지(Out-Stg)에서의 동적 전력 소비를 저감시키기 위해서, 도 6b에서 출력 하이 전원 전압(VDDB)의 전압 레벨은 입력 하이 전원 전압(VDDA)의 전압 레벨보다 낮게 설정된다.

도 6c에서 입력 스테이지(In-Stg)는 입력 로우 전원 전압(VSSA)을 인가받으며, 입력 신호(Vin11, Vin12)에 상응하는 전달 신호(Sa, Sb)를 생성한다. 도 6c에서 출력 스테이지(Out-Stg)는 출력 하이 전원 전압(VDDB) 및 출력 로우 전원 전압(VSSB)을 인가받으며, 전달 신호(Sa, Sb)에 상응하는 출력 신호(Vout)를 출력한다. 출력 스테이지(Out-Stg)에서의 동적 전력 소비를 저감시키기 위해서, 도 6c에서 출력 로우 전원 전압(VSSB)의 전압 레벨은 입력 로우 전원 전압(VSSA)의 전압 레벨보다 높게 설정된다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 버퍼 증폭기들은 LCD 패널과 같은 디스플레이 패널을 구동하는 디스플레이 드라이버(display driver)에 구비될 수 있다. 그 디스플레이 드라이버는 이상에서 설명한 버퍼 증폭기(buffer amplifier)들 외에 레벨 쉬프터(level shifter)와 디지털 아날로그 컨버터(digital analog converter)를 더 구비할 수 있다(도 1 참조). 레벨 쉬프터는 디지털 데이터 신호의 전압 레벨을 쉬프팅(shifting)시키고, 디지털 아날로그 컨버터는 레벨 쉬프팅된 디지털 데이터 신호를 아날로그 데이터 신호로 변환한다. 버퍼 증폭기는 디지털 아날로그 컨버터로부터 출력되는 아날로그 데이터 신호를 입력 신호로서 입력받는다. 디스플레이 드라이버는 버퍼 증폭기로부터 출력되는 출력 신호를 사용하여 디스플레이 패널을 구동한다.

도 7은 컬럼 인버젼(column inversion. line inversion이라고도 칭함) 방식을 설명하기 위한 도면이다.

LCD 패널을 구동하는 디스플레이 드라이버는 LCD 패널의 열화를 방지하기 위해서 출력 신호(Vout1, Vout2)의 극성을 프레임마다 바꾼다(invert). 컬럼 인버젼 방식을 설명하기 위해서, 디스플레이 드라이버가 LCD 패널의 제 1 데이터 라인[데이터 라인(data line)을 소스 라인(source line) 또는 컬럼 라인(column line)이라고도 칭함]을 구동하는 제 1 버퍼 증폭기와 LCD 패널의 제 2 데이터 라인을 구동하는 제 2 버퍼 증폭기를 구비하는 경우를 고려해 보자.

이 경우에, 도 7에서 출력 신호 Vout1은 LCD 패널의 제 1 데이터 라인을 구동하기 위해서 제 1 버퍼 증폭기로부터 출력되는 신호를 나타내고, 출력 신호 Vout2는 LCD 패널의 제 2 데이터 라인을 구동하기 위해서 제 2 버퍼 증폭기로부터 출력되는 신호를 나타낸다. 도 7에서 TS1은 어느 하나의 데이터 라인에 접속되는 제 1 픽셀의 구동 구간을 나타내고, TS2는 그 데이터 라인에 접속되는 제 2 픽셀의 구동 구간을 나타내며, TS3은 그 데이터 라인에 접속되는 제 3 픽셀의 구동 구간을 나타낸다. 도 7에서 VCOM은 LCD 패널의 픽셀 회로에서 공통 전극(common electrode)에 인가되는 공통 전압을 나타낸다(도 5 참조). 도 7에서 VP는 출력 신호의 최대 전압 레벨을 나타내고, VN은 출력 신호의 최소 전압 레벨을 나타낸다.

제 1 프레임 구간(F1)에서 출력 신호 Vout1의 전압 레벨은 정극성 범위(positive range: VP 레벨부터 VCOM 레벨까지)에 속하고, 제 2 프레임 구간(F2)에서 출력 신호 Vout1의 전압 레벨은 부극성 범위(negative range: VCOM 레벨부터 VN 레벨까지)에 속한다. 제 1 프레임 구간(F1)에서 출력 신호 Vout2의 전압 레벨은 부극성 범위(VCOM 레벨부터 VN 레벨까지)에 속하고, 제 2 프레임 구간(F2)에서 출력 신호 Vout2의 전압 레벨은 정극성 범위(VP 레벨부터 VCOM 레벨까지)에 속한다. 이와 같이, 컬럼 인버젼 방식에서는 각 프레임(frame)마다 그리고 각 컬럼(column)마다 출력 신호(Vout1, Vout2)의 극성을 바꾼다(invert).

도 7에서 보듯이, 출력 신호 Vout1을 출력하는 제 1 버퍼 증폭기는 정극성 범위(VP 레벨부터 VCOM 레벨까지)에 속하는 전압 레벨을 가지는 출력 신호뿐만 아니라 부극성 범위(VCOM 레벨부터 VN 레벨까지)에 속하는 전압 레벨을 가지는 출력 신호도 출력할 수 있어야 한다. 즉, 제 1 버퍼 증폭기는 VP 레벨을 가지는 출력 신호부터 VN 레벨을 가지는 출력 신호까지 출력할 수 있어야 한다. 역시, 출력 신호 Vout2를 출력하는 제 2 버퍼 증폭기도 VP 레벨을 가지는 출력 신호부터 VN 레벨을 가지는 출력 신호까지 출력할 수 있어야 한다. 그런데, 제 1 버퍼 증폭기는 정극성 범위(VP 레벨부터 VCOM 레벨까지)의 출력 신호만을 출력하게 하고, 제 2 버퍼 증폭기는 부극성 범위(VCOM 레벨부터 VN 레벨까지)의 출력 신호만을 출력하게 하며, 프레임(frame)마다 또는 소정 단위의 픽셀 구동 구간마다 제 1 버퍼 증폭기의 출력 신호와 제 2 버퍼 증폭기의 출력 신호를 상호 스위칭한다면, 요구되는 인버젼 구동을 실행시킬 수 있을 뿐만 아니라 소비 전력도 줄일 수 있을 것이다. 이러한 방안에 대한 자세한 설명은 이하에서 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 제공된다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 드라이버를 설명하기 위한 도면이다.

도 8a에는 입력 신호 Bin1에 상응하는 출력 신호 Bout1을 출력하는 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)와 입력 신호 Bin2에 상응하는 출력 신호 Bout2를 출력하는 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)가 도시되어 있다. 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)와 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 드라이버에 구비되는 버퍼 증폭기들이다.

제 1 버퍼 증폭기(BUF1)의 입력 스테이지(In-Stg)는 하이 전원 전압(high power voltage. VDDA)과 로우 전원 전압(low power voltage. VSSA)을 인가받는다. 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)의 출력 스테이지(Out-Stg)는 하이 전원 전압(VDDA)과 제 1 기준 전원 전압(first reference power voltage. VREF1)을 인가받는다. 출력 스테이지(Out-Stg)에서의 동적 전력 소비를 저감시키기 위해서, 제 1 기준 전원 전압(VREF1)의 전압 레벨을 로우 전원 전압(VSSA)의 전압 레벨보다 높게 설정한다. 예컨대, 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)는 정극성 범위(도 7에서 VP 레벨부터 VCOM 레벨까 지)의 출력 신호 Bout1을 출력하는 정극성 버퍼 증폭기라고 볼 수 있다.

제 2 버퍼 증폭기(BUF2)의 입력 스테이지(In-Stg)는 하이 전원 전압(VDDA)과 로우 전원 전압(VSSA)을 인가받는다. 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)의 출력 스테이지(Out-Stg)는 제 2 기준 전원 전압(second reference power voltage. VREF2)과 로우 전원 전압(VSSA)을 인가받는다. 출력 스테이지(Out-Stg)에서의 동적 전력 소비를 저감시키기 위해서, 제 2 기준 전원 전압(VREF2)의 전압 레벨을 하이 전원 전압(VDDA)의 전압 레벨보다 낮게 설정한다. 예컨대, 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)는 부극성 범위(도 7에서 VCOM 레벨부터 VN 레벨까지)의 출력 신호 Bout2를 출력하는 부극성 버퍼 증폭기라고 볼 수 있다.

도 8a에서, 제 1 기준 전원 전압(VREF1)의 전압 레벨은 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)가 출력하는 출력 신호 Bout1의 최소 전압 레벨에 상응하고, 제 2 기준 전원 전압(VREF2)의 전압 레벨은 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)가 출력하는 출력 신호 Bout2의 최대 전압 레벨에 상응한다. 구체적으로, 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)와 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)를 구비하는 디스플레이 드라이버가 LCD 패널을 구동하는 경우에, 출력 신호 Bout1의 최소 전압 레벨과 출력 신호 Bout2의 최대 전압 레벨은 LCD 패널의 픽셀 회로에서 공통 전극에 인가되는 공통 전압(도 7에서 VCOM)의 전압 레벨에 상응한다고 볼 수 있다. 실제적으로, 출력 스테이지(Out-Stg)에 구비되는 트랜지스터들(예컨대, 도 5에서 MP 및 MN)의 동작 특성[문턱 전압(threshold voltage), 드레인-소스 전압(overdrive voltage) 등] 등을 고려할 때, 제 1 기준 전원 전압(VREF1)의 전압 레벨은 공통 전압(VCOM)의 전압 레벨보다 약간 낮아야 하 고, 제 2 기준 전원 전압(VREF2)의 전압 레벨은 공통 전압(VCOM)의 전압 레벨보다 약간 높아야 한다.

도 8b 및 도 8c에 도시된 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)는 도 8a에 도시된 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)에 대응되고, 도 8b 및 도 8c에 도시된 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)는 도 8a에 도시된 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)에 대응된다. 도 8b에는 출력 신호 Bout1의 경로를 제어하는 제 1 정극성 출력 스위치(SOP1)와 제 1 부극성 출력 스위치(SON1), 그리고 출력 신호 Bout2의 경로를 제어하는 제 2 정극성 출력 스위치(SOP2)와 제 2 부극성 출력 스위치(SON2)가 더 도시되어 있다. 도 8c에는 입력 신호 Vin1의 경로를 제어하는 제 1 정극성 입력 스위치(SIP1)와 제 1 부극성 입력 스위치(SIN1), 입력 신호 Vin2의 경로를 제어하는 제 2 정극성 입력 스위치(SIP2)와 제 2 부극성 입력 스위치(SIN2)가 더 도시되어 있다.

도 8b에서, 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)의 입력 스테이지(In-Stg)는 Vin1 또는 Vin2를 입력 신호 Bin1으로서 입력받고, 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)의 입력 스테이지(In-Stg)는 Vin2 또는 Vin1을 입력 신호 Bin2로서 입력받는다. 즉, 인버젼 구동을 위해서, 각 입력 스테이지(In-Stg)는 Vin1 및 Vin2를 번갈아 입력받는다. 각 입력 스테이지(In-Stg)로 Vin1 및 Vin2를 번갈아 입력시키는 동작은 레벨 쉬프터 또는 디지털 아날로그 컨버터(도 1 참조)가 담당할 수 있다. 예컨대, 도 8c에 도시된 SIP1, SIN1, SIP2 및 SIN2는 레벨 쉬프터 또는 디지털 아날로그 컨버터에 구비될 수 있다. 다른 실시예에서, 도 8c에 도시된 SIP1, SIN1, SIP2 및 SIN2는 디지털 아날로그 컨버터(DAC1, DAC2)와 버퍼 증폭기(BUF1, BUF2) 사이에 구비될 수 있다. 이 하에서는, 도 8c를 참조하여 인버젼 구동에 관한 더 자세한 내용을 설명한다.

제 1 정극성 입력 스위치(SIP1)는 입력 신호 Vin1을 정극성 인버젼 신호(positive inversion signal. 미도시)에 응답하여 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)의 입력 스테이지(In-Stg)로 전달한다. 제 1 부극성 입력 스위치(SIN1)는 입력 신호 Vin1을 부극성 인버젼 신호(negative inversion signal. 미도시)에 응답하여 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)의 입력 스테이지(In-Stg)로 전달한다. 제 2 정극성 입력 스위치(SIP2)는 입력 신호 Vin2를 정극성 인버젼 신호에 응답하여 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)의 입력 스테이지(In-Stg)로 전달한다. 제 2 부극성 입력 스위치(SIN2)는 입력 신호 Vin2를 부극성 인버젼 신호에 응답하여 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)의 입력 스테이지(In-Stg)로 전달한다.

제 1 정극성 출력 스위치(SOP1)는 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)의 출력 스테이지(Out-Stg)로부터 출력되는 출력 신호 Bout1을 정극성 인버젼 신호에 응답하여 제 1 데이터 라인(DL1)으로 전달한다. 제 1 부극성 출력 스위치(SON1)는 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)의 출력 스테이지(Out-Stg)로부터 출력되는 출력 신호 Bout1을 부극성 인버젼 신호에 응답하여 제 2 데이터 라인(DL2)으로 전달한다. 제 2 정극성 출력 스위치(SOP2)는 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)의 출력 스테이지(Out-Stg)로부터 출력되는 출력 신호 Bout2를 정극성 인버젼 신호에 응답하여 제 2 데이터 라인(DL2)으로 전달한다. 제 2 부극성 출력 스위치(SON2)는 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)의 출력 스테이지(Out-Stg)로부터 출력되는 출력 신호 Bout2를 부극성 인버젼 신호에 응답하여 제 1 데이터 라인(DL1)으로 전달한다.

도 8b 또는 도 8c에 도시된 구성 요소들을 구비하는 디스플레이 드라이버는 LCD 패널을 컬럼 인버젼(column inversion. line inversion이라고도 칭함) 방식으로 구동할 수 있다. 여기서, 컬럼 인버젼이란 전체적 컬럼 인버젼(full column inversion) 뿐만 아니라 2-dot 컬럼 인버젼(또는 2-line inversion), 4-dot 컬럼 인버젼(또는 4-line inversion) 등과 같은 부분적 컬럼 인버젼(partial column inversion)도 포함하는 개념이다. LCD 패널이 M 개의 스캔(scan) 라인들을 구비하는 경우에, 1-라인 인버젼(1-line inversion)은 완전 도트 인버젼(full dot inversion)을 나타내고, M-라인 인버젼(M-line inversion)은 전체적 컬럼 인버젼(full column inversion)을 나타낸다.

예컨대, 제 1 구동 구간에서, Vin1에 연관된 데이터는 SIP1, 정극성 버퍼 증폭기 BUF1 및 SOP1을 거쳐 DL1에 전달되고, Vin2에 연관된 데이터는 SIP2, 부극성 버퍼 증폭기 BUF2 및 SOP2를 거쳐 DL2에 전달된다. 따라서 제 1 구동 구간에서는, 정극성 범위의 출력 신호 Vout1이 제 1 데이터 라인(DL1)에 전달되고, 부극성 범위의 출력 신호 Vout2가 제 2 데이터 라인(DL2)에 전달된다. 한편, 제 2 구동 구간에서, Vin1에 연관된 데이터는 SIN1, 부극성 버퍼 증폭기 BUF2 및 SON2를 거쳐 DL1에 전달되고, Vin2에 연관된 데이터는 SIN2, 정극성 버퍼 증폭기 BUF1 및 SON1을 거쳐 DL2에 전달된다. 따라서 제 2 구동 구간에서는, 부극성 범위의 출력 신호 Vout1이 제 1 데이터 라인(DL1)에 전달되고, 정극성 범위의 출력 신호 Vout2가 제 2 데이터 라인(DL2)에 전달된다.

이러한 인버젼 구동에서, 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)는 정극성 범위의 출력 신 호 Bout1만을 출력하면 되고, 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)는 부극성 범위의 출력 신호 Bout2만을 출력하면 된다. 본 발명에 따른 디스플레이 드라이버를 사용하여 위와 같은 인버젼 구동을 실행하면, 하나의 버퍼 증폭기가 정극성 범위의 출력 신호와 부극성 범위의 출력 신호를 모두 출력해야만 하는 경우에 비해서, 전력 소비를 상당히 줄일 수 있다. 디스플레이 드라이버에서의 전력 소비가 줄어드므로 디스플레이 드라이버에서의 발열량도 줄어든다. 하나의 버퍼 증폭기가 정극성 범위의 출력 신호와 부극성 범위의 출력 신호를 모두 출력해야만 하는 경우에는, 버퍼 증폭기의 출력 스테이지에 인가되는 전원 전압들의 전압 레벨 차이가 도 7에서의 VP-VN에 상당하여야한다. 그러나, 도 8b 또는 도 8c에 도시된 디스플레이 드라이버의 경우에는, 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)의 출력 스테이지(Out-Stg)에 인가되는 전원 전압들(VDDA, VREF1)의 전압 레벨 차이가 도 7에서의 VP-VCOM에 상당하기만 하면 되고, 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)의 출력 스테이지(Out-Stg)에 인가되는 전원 전압들(VREF2, VSSA)의 전압 레벨 차이가 도 7에서의 VCOM-VN에 상당하기만 하면 된다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 드라이버를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 드라이버는 도 9a에 도시된 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)와 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)를 구비할 수 있다. 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)의 입력 스테이지(In-Stg)는 하이 전원 전압(high power voltage. VDDA)과 로우 전원 전압(low power voltage. VSSA)을 인가받고, 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)의 출력 스테이지(Out-Stg)는 하이 전원 전압(VDDA)과 기준 전원 전압 VREF1을 인가받 는다. 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)에서의 동적 전력 소비(dynamic power consumption)를 저감시키기 위해서, 하이 전원 전압(VDDA)과 기준 전원 전압 VREF1의 전압 레벨 차이를 하이 전원 전압(VDDA)과 로우 전원 전압(VSSA)의 전압 레벨 차이보다 적도록 설정한다. 예컨대, 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)의 출력 스테이지(Out-Stg)에서 소비되는 동적 전력(dynamic power)을 저감시키기 위해서, 기준 전원 전압 VREF1의 전압 레벨을 로우 전원 전압(VSSA)의 전압 레벨보다 높게 설정할 수 있다. 한편, 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)에서는, 입력 스테이지(In-Stg)도 하이 전원 전압(VDDA)과 로우 전원 전압(VSSA)을 인가받으며, 출력 스테이지(Out-Stg)도 하이 전원 전압(VDDA)과 로우 전원 전압(VSSA)을 인가받는다. 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)에서의 동적 전력 소비를 줄이는 것만으로도 디스플레이 드라이버에서 소비되는 전체 전력을 상당히 저감시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 드라이버는 도 9b에 도시된 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)와 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)를 구비할 수 있다. 제 1 버퍼 증폭기(BUF1)에서는, 입력 스테이지(In-Stg)도 하이 전원 전압(VDDA)과 로우 전원 전압(VSSA)을 인가받으며, 출력 스테이지(Out-Stg)도 하이 전원 전압(VDDA)과 로우 전원 전압(VSSA)을 인가받는다. 한편, 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)의 입력 스테이지(In-Stg)는 하이 전원 전압(VDDA)과 로우 전원 전압(VSSA)을 인가받고, 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)의 출력 스테이지(Out-Stg)는 기준 전원 전압 VREF2와 로우 전원 전압(VSSA)을 인가받는다. 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)에서의 동적 전력 소비를 저감시키기 위해서, 기준 전원 전압 VREF2와 로우 전원 전압(VSSA)의 전압 레벨 차이를 하이 전원 전압(VDDA)과 로우 전원 전압(VSSA)의 전압 레벨 차이보다 적도록 설정한다. 예컨대, 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)의 출력 스테이지(Out-Stg)에서 소비되는 동적 전력을 저감시키기 위해서, 기준 전원 전압 VREF2의 전압 레벨을 하이 전원 전압(VDDA)의 전압 레벨보다 낮게 설정할 수 있다. 제 2 버퍼 증폭기(BUF2)에서의 동적 전력 소비를 줄이는 것만으로도 디스플레이 드라이버에서 소비되는 전체 전력을 상당히 저감시킬 수 있다.

도 10a 내지 도 10c는 버퍼 증폭기(BUF)의 출력 스테이지(Out-Stg)에 구비되는 트랜지스터의 형성을 설명하기 위한 도면이다.

도 10a에서의 출력 스테이지(Out-Stg)에 구비된 NMOS 트랜지스터는, 그 소스(source) 단자 S가 기준 전원 전압 VREF1의 단자에 직접적으로 접속되거나, 그 소스 단자 S가 다른 소자(element)를 경유하여 기준 전원 전압 VREF1의 단자에 간접적으로 접속되는 트랜지스터를 나타낸다. 도 10b에 도시된 NMOS 트랜지스터 및 도 10c에 도시된 NMOS 트랜지스터는 도 10a에서의 출력 스테이지(Out-Stg)에 도시된 NMOS 트랜지스터에 대응된다. 도 10b 및 도 10c에는 PMOS 트랜지스터도 함께 도시되어 있으며, NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터는 P-기판(P-Substrate) 상에서 분리 영역(SR)에 의하여 서로 분리되어 있다. NMOS 트랜지스터는 드레인(drain) 단자 D, 게이트(gate) 단자 G, 소스(source) 단자 S 및 바디(body) 단자 B를 구비한다.

도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이, NMOS 트랜지스터의 바디 단자 B와 소스 단자 S는 서로 접속되어 있다. 소스 단자 S와 바디 단자 B에는 기준 전원 전 압 VREF1(또는 기준 전원 전압 VREF1 부근의 전압)이 인가된다. P-기판(P-Substrate)에 로우 전원 전압(VSSA)이 인가되는 경우에, 바디 단자 B에 인가되는 기준 전원 전압 VREF1(또는 기준 전원 전압 VREF1 부근의 전압)이 채널 형성 영역까지 영향을 미치려면, 도 10c에 도시된 바와 같은 포켓 P-웰(pocket P-well)이 필요하다. 포켓 P-웰(pocket P-well)이 구비되지 않는 도 10b의 경우에는, 바디 단자 B에 인가되는 기준 전원 전압 VREF1(또는 기준 전원 전압 VREF1 부근의 전압)이 채널 형성 영역까지 영향을 미치는 것이 어렵기 때문에 NMOS 트랜지스터의 ON/OFF 동작이 불안정해질 수 있다.

이상에서는 도면에 도시된 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는 그로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 점을 알 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등 및 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 이해하기 위하여 각 도면에 대한 간단한 설명이 제공된다.

도 1은 디스플레이 장치를 예시하는 도면이다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 버퍼 증폭기에 구비되는 입력 스테이지(In-Stg)의 다양한 형태들을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 컬럼 인버젼(column inversion) 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 10a 내지 도 10c는 버퍼 증폭기(BUF)의 출력 스테이지(Out-Stg)에 구비되 는 트랜지스터의 형성을 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 참조 번호에 대한 설명 >

110: 디스플레이 드라이버

120: 디스플레이 패널

512: 제 1 전류 미러부

514: 바이어스 제어부

516: 제 2 전류 미러부

518: 출력부

Claims

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제 1 버퍼 증폭기; 및 제 2 버퍼 증폭기;를 구비하며,

상기 제 1 버퍼 증폭기는, 하이 전원 전압(high power voltage)과 로우 전원 전압(low power voltage)을 인가받는 입력 스테이지; 및 상기 하이 전원 전압과 제 1 기준 전원 전압(first reference power voltage)을 인가받는 출력 스테이지;를 구비하고,

상기 제 2 버퍼 증폭기는, 상기 하이 전원 전압과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 입력 스테이지; 및 제 2 기준 전원 전압(second reference power voltage)과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 출력 스테이지;를 구비하며,

상기 제 1 기준 전원 전압의 전압 레벨은 상기 로우 전원 전압의 전압 레벨보다 높고, 상기 제 2 기준 전원 전압의 전압 레벨은 상기 하이 전원 전압의 전압 레벨보다 낮은 것을 특징으로 하는 디스플레이 드라이버.
제 16 항에 있어서,

상기 제 1 기준 전원 전압의 전압 레벨은 상기 제 1 버퍼 증폭기가 출력하는 출력 신호의 최소 전압 레벨에 상응하고,

상기 제 2 기준 전원 전압의 전압 레벨은 상기 제 2 버퍼 증폭기가 출력하는 출력 신호의 최대 전압 레벨에 상응하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 드라이버.
제 17 항에 있어서,

상기 디스플레이 드라이버가 LCD 패널(Liquid Crystal Display panel)을 구동하는 경우에,

상기 제 1 버퍼 증폭기가 출력하는 출력 신호의 최소 전압 레벨과 상기 제 2 버퍼 증폭기가 출력하는 출력 신호의 최대 전압 레벨은 상기 LCD 패널의 픽셀 회로에서 공통 전극(common electrode)에 인가되는 공통 전압의 전압 레벨에 상응하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 드라이버.
제 18 항에 있어서,

상기 LCD 패널을 전체적 컬럼 인버젼(full column inversion) 방식 또는 부분적 컬럼 인버젼(partial column inversion) 방식으로 구동하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 드라이버.
제 16 항에 있어서,

상기 디스플레이 드라이버가 디스플레이 패널의 제 1 데이터 라인과 제 2 데이터 라인을 구동하는 경우에,

상기 제 1 버퍼 증폭기의 출력 스테이지로부터 출력되는 출력 신호를 정극성 인버젼 신호(positive inversion signal)에 응답하여 상기 제 1 데이터 라인으로 전달하는 제 1 정극성 출력 스위치;

상기 제 1 버퍼 증폭기의 출력 스테이지로부터 출력되는 출력 신호를 부극성 인버젼 신호(negative inversion signal)에 응답하여 상기 제 2 데이터 라인으로 전달하는 제 1 부극성 출력 스위치;

상기 제 2 버퍼 증폭기의 출력 스테이지로부터 출력되는 출력 신호를 상기 정극성 인버젼 신호에 응답하여 상기 제 2 데이터 라인으로 전달하는 제 2 정극성 출력 스위치; 및

상기 제 2 버퍼 증폭기의 출력 스테이지로부터 출력되는 출력 신호를 상기 부극성 인버젼 신호에 응답하여 상기 제 1 데이터 라인으로 전달하는 제 2 부극성 출력 스위치;

를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 드라이버.
제 16 항에 있어서,

제 1 입력 신호를 정극성 인버젼 신호(positive inversion signal)에 응답하여 상기 제 1 버퍼 증폭기의 입력 스테이지로 전달하는 제 1 정극성 입력 스위치;

상기 제 1 입력 신호를 부극성 인버젼 신호(negative inversion signal)에 응답하여 상기 제 2 버퍼 증폭기의 입력 스테이지로 전달하는 제 1 부극성 입력 스위치;

제 2 입력 신호를 상기 정극성 인버젼 신호에 응답하여 상기 제 2 버퍼 증폭기의 입력 스테이지로 전달하는 제 2 정극성 입력 스위치; 및

상기 제 2 입력 신호를 상기 부극성 인버젼 신호에 응답하여 상기 제 1 버퍼 증폭기의 입력 스테이지로 전달하는 제 2 부극성 입력 스위치;

를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 드라이버.
제 1 버퍼 증폭기; 및 제 2 버퍼 증폭기;를 구비하며,

상기 제 1 버퍼 증폭기는, 하이 전원 전압(high power voltage)과 로우 전원 전압(low power voltage)을 인가받는 입력 스테이지; 및 상기 하이 전원 전압과 기준 전원 전압(reference power voltage)을 인가받는 출력 스테이지;를 구비하고,

상기 제 2 버퍼 증폭기는, 상기 하이 전원 전압과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 입력 스테이지; 및 상기 하이 전원 전압과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 출력 스테이지;를 구비하며,

상기 기준 전원 전압의 전압 레벨은 상기 로우 전원 전압의 전압 레벨보다 높은 것을 특징으로 하는 디스플레이 드라이버.
제 22 항에 있어서,

상기 하이 전원 전압과 상기 기준 전원 전압의 전압 레벨 차이를 상기 하이 전원 전압과 상기 로우 전원 전압의 전압 레벨 차이보다 적도록 설정함으로써, 상기 제 1 버퍼 증폭기에서의 동적 전력 소비(dynamic power consumption)를 저감시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이 드라이버.
제 1 버퍼 증폭기; 및 제 2 버퍼 증폭기;를 구비하며,

상기 제 1 버퍼 증폭기는, 하이 전원 전압(high power voltage)과 로우 전원 전압(low power voltage)을 인가받는 입력 스테이지; 및 상기 하이 전원 전압과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 출력 스테이지;를 구비하고,

상기 제 2 버퍼 증폭기는, 상기 하이 전원 전압과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 입력 스테이지; 및 기준 전원 전압(reference power voltage)과 상기 로우 전원 전압을 인가받는 출력 스테이지;를 구비하며,

상기 기준 전원 전압의 전압 레벨은 상기 하이 전원 전압의 전압 레벨보다 낮은 것을 특징으로 하는 디스플레이 드라이버.
제 24 항에 있어서,

상기 기준 전원 전압과 상기 로우 전원 전압의 전압 레벨 차이를 상기 하이 전원 전압과 상기 로우 전원 전압의 전압 레벨 차이보다 적도록 설정함으로써, 상기 제 2 버퍼 증폭기에서의 동적 전력 소비(dynamic power consumption)를 저감시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이 드라이버.