KR101563252B1 - 에너지 환수 가능한 디스플레이 드라이버, 에너지 환수 가능한 디스플레이 및 에너지 환수 가능한 디스플레이 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 따른 데이터 드라이버는 일단에 단위 픽셀(unit pixel)이 전기적으로 연결된 용량성 부하(capacitive load)인 데이터 라인을 구동하는 데이터 드라이버로, 데이터 드라이버는, 데이터 라인에 전압을 인가하여 데이터 라인을 구동하는 에너지 환수부(energy retrieving unit)와 및 전압을 미세 조정하여 데이터 라인을 종료 전압으로 구동하는 데이터 구동부(data driving unit)를 포함하며, 에너지 환수부는 데이터 라인의 전압을 시작 전압에서 종료 전압까지 중간 전압을 거치도록 구동하여 데이터 라인에 충전된 에너지를 단계적으로 환수(還收, retrieve)한다.

Description

에너지 환수 가능한 디스플레이 드라이버, 에너지 환수 가능한 디스플레이 및 에너지 환수 가능한 디스플레이 구동 방법{Energy Retrievable Display Driver, Energy Retrievable Display and Energy Retrievable Display Driving Method}
본 발명은 에너지 환수 가능한 디스플레이 드라이버, 에너지 환수 가능한 디스플레이 및 에너지 환수 가능한 디스플레이 구동 방법에 관한 것이다.
디스플레이는 흑백 혹은 컬러 이미지를 각각의 화소로 나누고, 각 화소에 화면에 대한 정보를 실어줌으로써, 이미지를 표시한다. 컬러 디스플레이 시스템의 경우, 이미지에 대한 각 화소는 일반적으로 RGB(Red, Green, Blue)의 3원색으로 표시된다. 실제 디스플레이를 위해서는 광원이 필요한데, 이는 액정 표시 장치(LCD, Liquid Crystal Display)와 같이 백 라이트(Back Light)에 의존할 수도 있고, 유기발광소자(OLED, Organic Light Emitting Device)와 같이 화소 자체가 발광하는 소자를 사용할 수도 있다.
디스플레이 시스템에 있어 소모 전력은 크게 다음의 세가지로 나눌 수 있다. 화소 구동을 위해 입력되는 디스플레이 소스를 화면 구동에 필요한 데이터로 변환해 주는 타이밍 제어기(timing controller)에서 소모되는 전력과, 두 번째 화소를 구동하는 드라이버 집적회로(driver ic)에서의 소모전력 및 디스플레이가 빛을 발하기 위하여 소모되는 전력이다. 이중 마지막 경우의 소모 전력이 가장 크며, 이는 사용되는 광원에 의해 결정되거나, OLED의 경우 화면 밝기 데이터 등에 의해 좌우된다.
두 번째로 많은 전력을 소모하는 것은 드라이버 IC에서 소모되는 전력이다. QHD해상도의 디스플레이 시스템의 경우, 2560x1440의 화소를 가지며, 각 화소는 RGB의 세가지 컬러로 나뉘므로 실제 채널수는 2560*3=7680이 된다. 현실적으로, 이렇게 많은 채널을 가지는 단일 드라이버 IC의 제작이 불가능하므로, 720채널 혹은 960채널과 같이 제작 과정이 용이한 채널수를 가지는 다수의 드라이버 IC 를 사용하여 시스템을 구성한다. 960채널을 가지는 드라이버 IC를 사용할 경우, 총 8개의 IC가 필요하게 된다. 요즈음의 추세인 대형 디스플레이의 경우 데이터 드라이버 IC로부터 실제 픽셀까지의 경로상 저항과 수십 pF 이상의 라인 캐패시턴스를 가진다. 디스플레이 시스템을 60 Hz로 구동시 1/60*1440=11.5us의 라인 구동 시간을 가지며, 대략 87kHz구동 주파수를 가진다고 볼 수 있다. 즉, QHD해상도의 디스플레이 시스템은 7680개의 수 십 PF의 캐패시터를 87kHz의 주파수로 충방전하는 7680개의 구동 회로로 단순화 할 수 있다.
"A Multi-Level Multi-Phase Charge-Recycling Method for Low-Power AMLCD Column Drivers"(IEEE Journal of Solid-State Circuits. Vol. 35, No. 1, January 2000) "A TFT-LCD source-driver IC with charge-recycling technique"(Analog Integr Circ Sig Process, DOI 10.1007/s10470-010-9517-1)
AMLCD(Active Matrix LCD)의 경우 액정과 연결된 공통 전극을 기준으로 교류 신호를 공급해야 한다. 프레임 반전(frame inversion) 혹은 라인 인버전(line inversion) 방식의 경우, 공통 전극 신호의 전원 자체를 신호에 대해 플러스 마이너스로 바꾸어 교류 신호와 같은 특성을 만드는데, 실제 공통전극의 캐패시턴스가 너무 크기 때문에 소모 전력 측면에서 비효율적이다. 다른 구동 방식 중 하나인 도트 인버전(dot inversion) 방식에서는 고정된 공통 전극 신호에 대해 컬럼 드라이버의 출력을 더 크게 혹은 더 작게 구동함으로써 교류신호를 공급하는 것과 동일한 특성을 지니게 한다.
AMOLED(Active Matrix OLED)의 경우 공통 전극이 존재하지 않으며, 교류 신호를 제공할 필요도 없다. 따라서 컬럼 드라이버의 소모 전력은 AMLCD 디스플레이에 비하여 크며, 기존의 데이터 드라이버로는 소모 전력의 감소가 힘들다.
커패시턴스에서 소모되는 전력은 C*{V2 2-V1 2}*f*N으로 계산할 수 있다. 커패시턴스를 50pF, 총 라인수를 7680, 구동 주파수를 87kHz, V2는 7V, V1을 2V라고 하면, 소모 전력은 대략 1.5[W]이다. 타이밍 콘트롤러(timing controller)의 경우에, 최근에는 미세공정을 사용하여 개발되므로 소모 전력은 100~200mW 정도로, 광원을 제외한 경우 데이터 구동부가 대부분의 소모 전력을 차지한다.
위의 계산은 최악의 경우를 가정한 경우이므로, 실제 상황에서는 확률적 평균값에 있게 되나, 최근 들어 스마트 폰이나 태블릿 PC등의 경우 고화질의 요구조건 그리고 동영상 요구 조건에 의해, 소모 전력이 점차 증가하는 추세이다. 스마트폰, 태블릿 PC와 같은 휴대용 기기의 경우 디스플레이부가 전체 시스템에서 차지하는 소모 전력이 상당하기 때문에, 사용 시간을 늘리기 위해서는 디스플레이부에서 사용되는 소모 전력을 최소화할 필요가 있다.
본 발명은 종래 기술에 있어서 데이터 드라이버가 패널을 구동하는 경우에 패널에 충전된 에너지를 환수하지 못하는 것을 해결하기 위한 것으로, 시작 전압에서 중간 전압을 거쳐 종료 전압으로 데이터 라인을 구동하여 데이터 라인에 충전된 에너지를 환수할 수 있으며, 그에 따라 전력 소모를 줄일 수 있는 데이터 드라이버를 제공하는 것이 본 발명의 주된 목적 중 하나이다.
또한, 데이터 라인에 충전된 에너지를 환수할 수 있는 디스플레이 패널을 제공하는 것과, 데이터 라인에 충전된 에너지를 환수하여 전력 소모를 줄일 수 있는 디스플레이 구동 방법을 제공하는 것이 본 발명의 주된 목적 중 하나이다.
본 실시에에 따른 데이터 드라이버는 일단에 단위 픽셀(unit pixel)이 전기적으로 연결된 용량성 부하(capacitive load)인 데이터 라인을 구동하는 데이터 드라이버로, 데이터 드라이버는, 데이터 라인에 적어도 하나의 중간 전압을 인가하여 데이터 라인을 적어도 하나의 중간 전압으로 구동하는 에너지 환수부(energy retrieving unit) 및 전압을 미세 조정하여 데이터 라인을 종료 전압으로 구동하는 데이터 구동부(data driving unit)를 포함하며, 에너지 환수부는 데이터 라인을 시작 전압에서 종료 전압까지 적어도 하나의 중간 전압을 거치도록 구동하여 데이터 라인에 충전된 에너지를 단계적으로 환수(還收, retrieve)한다.
본 실시에에 따른 디스플레이는 데이터 라인 및 스캔 라인에 의하여 구동되는 단위 픽셀(pixel)들이 어레이로 배치된 디스플레이 패널과, 스캔 라인과 스캔 라인에 연결된 단위 픽셀들을 구동하는 스캔 드라이버와 데이터 라인과 데이터 라인에 연결된 단위 픽셀들을 구동하는 데이터 드라이버(data driver)를 포함하며, 데이터 드라이버는, 용량성 부하인 데이터 라인에 단계적인 전기 신호를 제공하여 데이터 라인을 구동하고, 데이터 라인으로부터 단계적으로 에너지를 환수한다.
본 실시예에 따른 디스플레이 구동 방법은 용량성 부하(capacitive load)인 데이터 라인에 전기적 신호 형태로 에너지를 제공하여 데이터 라인을 시작 전압으로 구동하는 단계와, 데이터 라인을 시작 전압에서 종료 전압까지 중간 전압을 거치도록 구동하여 데이터 라인에 충전된 에너지를 환수하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 의하면 데이터 라인을 시작 전압에서 종료 전압까지 중간 전압을 거치도록 구동하여 데이터 라인에 충전된 에너지를 환수할 수 있다는 장점이 제공된다.
도 1은 본 실시예에 의한 디스플레이를 개요적으로 도시한 블록도이다.
도 2(a)는 LCD 디스플레이에서 단위 픽셀을 설명하기 위한 개요적 회로도이고, 도 2(b)는 OLED 디스플레이에서 단위 픽셀을 설명하기 위한 개요적 회로도이다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 전압 제너레이터의 실시예를 개요적으로 도시한 도면이다.
도 4는 데이터 구동부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 데이터 라인의 전위가 단계적으로 상승하는 것을 도시한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 의한 디스플레이 구동 방법의 일 예를 개요적으로 설명하는 순서도이다.
도 7은 데이터 라인의 전위가 단계적으로 하강하는 것을 도시한 도면이다.
도 8은 본 실시예에 의한 디스플레이 구동 방법의 일 예를 개요적으로 설명하는 순서도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 개시의 실시예들을 설명하기 위하여 사용되는 “ 및/또는”이라는 표현은 각각 과 모두를 지칭하는 것으로 사용된다. 일 예로, “A 및/또는 B ”라는 기재는 “A, B 그리고 A와 B 모두”를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 실시예들을 설명하기 위하여 참조되는 도면은 설명의 편의 및 이해의 용이를 위하여 의도적으로 크기, 높이, 두께 등이 과장되어 표현되어 있으며, 비율에 따라 확대 또는 축소된 것이 아니다. 또한, 도면에 도시된 어느 구성요소는 의도적으로 축소되어 표현하고, 다른 구성요소는 의도적으로 확대되어 표현될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 실시예에 의한 디스플레이를 개요적으로 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 디스플레이는 데이터 드라이버(data driver, 10)와, 이미지를 표시하는 디스플레이 패널(display panel, 20)을 포함한다.
디스플레이 패널(20)은 어레이로 배치되어 이미지를 표시하는 복수의 단위 픽셀(P)들을 포함하며, 단위 픽셀들이 구동되어 이미지를 표시한다. 도 1에서 디스플레이 패널은 단 하나의 단위 픽셀(P)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 이는 간단하고 명료한 설명을 위한 것으로, 복수의 픽셀들이 어레이로 배치된다. 데이터 드라이버(10)는 데이터 라인(O)과 데이터 라인에 연결된 단위 픽셀(P)을 구동하며, 데이터 라인의 일단은 데이터 드라이버의 출력 노드(O)와 연결되고, 타단은 단위 픽셀에 포함된 스위치에 연결된다.
일 예로, 디스플레이 패널은 LCD(Liquid Crystal Display)패널일 수 있다. LCD 패널은 액정(Liquid Crystal)과, 액정을 사이에 둔 투명 전극들 및 편광판을 포함한다. 한 쌍의 투명 전극에 전압을 인가하면 투명 전극 사이에 배치된 액정의 배열이 변화하여 배면에 배치된 백 라이트 유닛이 제공하는 광을 투과시키거나, 차단한다.
LCD 디스플레이 패널에서 이미지를 표시하는 각각의 소자들은 도 2(a)에서 도시된 바와 같이 스캔 라인(S)에 의하여 스위치(switch)의 제어단이 구동되고, 데이터 라인(D)으로부터 스위치를 통하여 액정(CLC)이 표시할 데이터에 상응하는 전압이 제공된다.
다른 예로, 디스플레이 패널은 OLED(Organic Light Emitting Display) 패널일 수 있다. OLED 패널은 두 전극인 캐소드(cathode)와 애노드(anode) 사이에 전자를 수송하는 전자 수송층과 홀(hole)을 수송하는 홀 수송층 및 수송된 전자와 홀이 결합하여 발광하는 발광층을 포함한다. 캐소드와 애노드에 전류를 제공하면 캐소드는 전자를 제공하여 전자 수송층을 통하여 발광층으로 이동하고, 애노드는 홀을 제공하여 홀 수송층을 통하여 발광층으로 이동한다. 발광층으로 이동한 전자와 홀은 재결합(recombination)하여 빛을 발한다. 스스로 발광하지 못하고 배면에서 제공된 광을 투과하거나 차단하는 LCD와는 달리, OLED는 제공된 에너지에 의하여 스스로 발광하는 특성을 지닌다. OLED display 경우는 LED 디스플레이에서 필요한 백라이트 시스템 대신에 OLED 소자에 직접 전류를 공급해 밝기를 조절할 수 있는 DC-DC 변환기를 필요로 한다.
OLED 디스플레이 패널에서 이미지를 표시하는 각각의 소자들은 도 2(b)로 도시된 바와 같이 스캔 라인(S)에 의하여 스위치 TFT(switch Thin Film Transistor)의 제어단이 구동되고, 데이터 라인(D)으로부터 스위치 TFT를 통하여 액정(CLC)이 표시할 데이터에 상응하는 전기 신호가 커패시터(CS)에 제공되고, 커패시터(Cs)는 제공된 전기 신호에 상응하는 전압을 구동 TFT(drive TFT)의 제어단에 제공한다. 구동 TFT는 제어단에 인가되는 전압에 상응하도록 일단과 타단이 도통되어 OLED 소자에 전류를 제공하여 OLED가 발광하도록 한다.
이하에서는 단위 픽셀(P, unit pixel)을 단위 소자에 에너지를 공급하거나 차단할 수 있도록 하는 하나 이상의 스위치와 이미지를 표시할 수 있도록 하는 소자를 포함하는 것으로 정의한다. 도 2(a)에서 단위 픽셀(P)은 스캔라인(S)에 제어단이 연결되고, 데이터 라인(D)에 일단이 연결되어 액정에 에너지를 제공하거나 차단하는 스위치(switch) 및 이미지를 표시할 수 있는 소자인 액정(CLC)를 포함한다. 도면에 도시되지 않았지만, 인접한 스캔 라인과 스위치의 타단 사이에 연결된 스토리지 커패시터도 액정이 이미지를 표시할 수 있도록 하는 소자로 단위 픽셀에 포함될 수 있다.
OLED 패널에서, 단위 픽셀(P)은 스캔라인과 데이터 라인에 연결된 스위치 TFT(switch TFT), OLED를 구동하도록 하는 구동 TFT(drive TFT), 구동 TFT의 제어단에 제어 전압을 제공하는 커패시터 Cs 및 이미지를 표시하는 소자인 OLED를 포함한다. 도면에 도시되지는 않았지만, 다른 이미지를 표시할 수 있도록 기능하는 소자들이 단위 픽셀에 포함될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 데이터 라인(D)는 도전성 선로로, 데이터 드라이버(10)의 출력 노드(O)와 단위 픽셀(P)을 연결한다. 데이터 라인(D)은 기준전위와의 관계에서 라인 커패시턴스(line capacitance)를 가지며, 디스플레이 드라이버(10)에서 바라보면 용량성 부하(capacitive load)이다. 따라서, 데이터 드라이버(10)는 단위 픽셀(P)를 구동하는 경우에 단위 픽셀(P)과 더불어 용량성 부하인 데이터 라인(D)을 구동하여야 하며, 구동 과정에서 데이터 라인(D)에도 에너지가 충전된다.
이하에서는 "데이터 라인을 구동한다"라고 함은 데이터 라인을 목적하는 전압에 도달하도록 전압을 제공한다라는 의미뿐만 아니라 단위 픽셀에 목적하는 전압을 제공한다는 의미로도 사용한다.
데이터 드라이버(10)는 데이터 라인을 목적하는 중간전압으로 구동하는 에너지 환수부(energy retrieving unit, 100)와 전압을 미세 조정하여 데이터 라인 및 픽셀에 제공하는 데이터 구동부(data driving unit, 150)를 포함한다. 에너지 환수부(100)는 중간 전압 (V1, V2, V3, ..., Vk)을 출력하는 전압 제너레이터(voltage generator, 110)와 전압 제너레이터가 발생하는 복수의 중간 전압(V1, V2, V3, ..., Vk)들을 출력 노드(O)와 연결하거나 차단하는 복수의 스위치를 포함하는 스위치부(switch unit, 120)를 포함한다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 전압 제너레이터(voltage generator, 도 1 110 참조)의 실시예를 개요적으로 도시한 도면이다. 도 3(a)를 참조하면, 전압 제너레이터(110a)는 단위 전하 펌프(C.P., Charge Pump) 모듈들을 캐스케이드(cascade)로 연결하여 구현될 수 있다. 전하 펌프(C.P.) 모듈들은 입력 전압(Vin) 또는 이전 전하 펌프의 출력 전압을 제공받아 이를 에너지 저장 소자에 저장하고, 전기 신호의 형태로 에너지를 공급받아 제공받은 전압을 승압하여 출력한다.
일 예로, 전하 펌프의 입력 전압(Vin)은 배터리로부터 제공되거나, 교류 전압을 정류(rectify)하여 얻어진 직류 전원일 수 있으며, 이를 레귤레이터(Low Dropout Voltage Regulator)를 거쳐 출력된 직류 전압일 수 있다. 전하 펌프에 제공된 전압을 승압하기 위하여 에너지를 제공하는 전기 신호는 주기적으로 제공되는 신호(Φ)일 수 있다.
캐스캐이드로 연결된 각 전하 펌프 모듈들의 출력에 연결된 출력 커패시터(CL)는 데이터 라인으로부터 환수된 에너지를 제공받아 충전되는 에너지 환수용 커패시터로 기능할 수 있다. 출력 커패시터는 데이터 라인에 충전된 전압에 상응하는 전하를 제공받아 이를 출력 커패시터(CL)에 축적하여 전압의 형태로 에너지를 환수한다. 또한, 각 전하 펌프들의 전류 구동 특성을 향상하고, 출력전압을 평활하는 기능을 수행할 수 있다.
도 3(b)에 도시된 전압 제너레이터(110b)는 각각의 전하 펌프 모듈에서 반주기마다 서로 위상을 달리하여 C1a, C2a, C3a, ...,Cka와 C1b, C2b, C3b, ...,Ckb에 입력으로 제공된 전압을 저장하고, 서로 반대 위상을 가지는 두 신호(Φ1, Φ2)로 제공된 전압을 승압하여 출력한다.
출력 커패시터(CL)는 데이터 라인과 픽셀에 충전된 에너지를 환수하여 이를 저장하는 에너지 환수용 커패시터로 기능함은 상술한 바와 같다. 또한, 각 전하 펌프들이 높은 주파수로 동작함에 따라 출력 전압에 발생하는 리플(ripple)을 평활할 수 있으며, 전류 구동 특성을 향상시킬 수 있다.
도 3(c)에 도시된 전압 제너레이터(110c)는 다이오드를 이용하여 전압 제너레이터를 구현한 실시예이다. 전압 제너레이터 110c도 제공된 입력 전압(Vin)을 서로 위상을 달리하는 두 신호(Φ1, Φ2)로 제공된 전압을 승압하여 출력한다.
출력 커패시터(CL)는 데이터 라인과 픽셀에 충전된 에너지를 환수하여 이를 저장하는 에너지 환수용 커패시터로 기능하며, 출력 전압에 발생하는 리플(ripple)을 평활하고, 전류 구동 특성을 향상시킬 수 있다.
일 예로, V4를 통하여 전하 환수가 이루어지고 있으나, V2 에서는 전류가 많이 제공되어 전압이 낮아지는 상황을 가정할 수 있다. 이때 V4의 출력 커패시터를 통하여 환수된 전하는 V3를 거쳐 V2로 전류 형태로 움직일 수 있다. 즉, 전압 제너레이터 내부에서 전하의 과부족 현상이 일어나면 내부에서 전하의 이동이 발생할 수 있으며, 입력으로부터 제공되는 전류 흐름이 최소화 되어 에너지 소모를 최소화 할 수 있다.
도면으로 도시되지는 않았지만, 전압 제너레이터는 복수의 부스트 컨버터 모듈(boost converter module)들을 캐스케이드로 연결하고, 각 부스트 컨버터 모듈들의 출력에는 출력 커패시터를 연결하여 구현할 수 있다. 캐스캐이드로 연결된 복수의 부스트 컨버터 모듈들로 전압 제너레이터를 구현하는 경우에는 입력 전압을 승압하여 다음 부스트 컨버터 모듈의 입력으로 제공하여 복수의 전압들을 출력하도록 구현할 수 있다.
도면으로 도시되지 않은 다른 실시예에 의하면, 전압 제너레이터는 캐스케이드로 연결된 복수의 벅 컨버터 모듈(buck converter module)들과, 각 벅 모듈들의 출력에는 출력 커패시터를 연결하여 구현할 수 있다. 전압 제너레이터를 복수의 벅 컨버터 모듈들을 캐스캐이드로 연결하여 구현하는 경우에는 입력 전압을 감압하여 다음 벅 컨버터 모듈의 입력으로 제공하여 복수의 전압들을 출력하도록 구현할 수 있다.
본 실시예에 의하면 복수의 중간 전압을 형성하기 위하여 필요한 전압 제너레이터 회로를 형성하기 위하여 일정한 다이 면적이 필요할 수 있다. 그러나, 전압 제너레이터 회로는 감마 신호(gamma reference signal)를 형성하는 회로로 사용될 수 있으므로 면적 소모에 따른 부담을 줄일 수 있다.
일 실시예에서, 전압 제너레이터(110)가 제공하는 복수의 중간 전압들인 V1, V2, V3, ..., Vk이 V1 < V2 < V3 < ... < Vk 라고 하자. 에너지 환수부(100)가 현재 V1으로 충전된 데이터 라인을 V3로 구동하고자 하는 경우에, 스위치 제어부(도 1 130 참조)는 데이터 라인이 V2로 구동된 후, V3로 구동되도록 스위치를 제어한다. 일 예로, 스위치 제어부(130)는 전압 제너레이터(110)의 V2 출력과 출력 노드(O)를 연결하도록 스위치부(120)의 스위치를 제어한다. 스위치 제어부(130)는 데이터 라인(D)이 V2 로 구동되면 전압 제너레이터(110)의 V2 출력과 출력 노드(O)를 연결하는 스위치를 차단하고, 전압 제너레이터(110)의 V3 출력과 출력 노드(O)를 연결하도록 스위치를 제어한다. 따라서, 에너지 환수부(100)는 데이터 라인(D)을 목적하는 전압인 V3로 구동할 수 있다.
다른 실시예에서, 에너지 환수부(100)가 현재 V3로 충전된 데이터 라인을 V1로 구동하고자 하는 경우에, 스위치 제어부(130)는 데이터 라인이 V2로 구동된 후, V1으로 구동되도록 스위치 부(120)의 스위치를 제어한다.
후술될 바와 같이 에너지 환수부(100)는 데이터 라인(D)의 전압이 시작 전압으로부터 중간 전압을 거쳐 종료 전압에 도달하도록 데이터 라인을 구동하여 데이터 라인에 충전된 에너지를 단계적으로 환수(還收, retrieve)할 수 있다.
스위치 제어부(130)는 데이터 드라이버(10)에 포함된 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 실시예일 따름이며, 다른 실시예에 의하면 스위치 제어부(130)는 타이밍 콘트롤러(timing controller, 미도시)에 포함되어 있으며, 스위치 제어 신호들 및 후술할 스위치 어레이 제어 신호(도 4 VSW참조)는 타이밍 콘트롤러로부터 고속 직렬 인터페이스 또는 LVDS(Low Voltage Differential Signaling), mini-LVDS 등의 인터페이스를 사용하여 화소 데이터와 더불어 부가 데이터로 제공될 수 있다.
일 실시예로, 스위치 제어부(130)가 데이터 드라이버(10)에 배치된 경우, 스위치 제어부(130)는 시작 전압인 이전 데이터 라인 전압과 종료 전압인 현재 데이터 라인의 목표 구동 전압을 비교하여 스위치 구동 시퀀스를 제어한다. 다른 실시예로, 스위치 제어부(130)가 타이밍 콘트롤러(미도시)에 배치된 경우에는 디스플레이 하고자 하는 이미지에 관한 데이터를 미리 분석하여 스위치 구동 시퀀스를 데이터 신호 외에 부가신호로 데이터 신호와 함께 데이터 드라이버(10)에 제공할 수 있다.
데이터 구동부(150)는 전압 제너레이터가 데이터 라인을 구동한 후, 추가적으로 제공되어야 하는 전압을 제공한다. 일 예로, V1이 1V, V2 가 2V, V3가 3V 이고, 단위 픽셀(P)에 제공되어야 하는 전압이 3.7V라고 하고, 데이터 라인(D)은 V1에 상응하는 전압인 1V가 충전되어있다고 하자. 에너지 환수부(100)는 순차적으로 데이터 라인을 2V로 구동하고, 이어서 3V로 구동한다. 데이터 구동부(150)는 미세 조정 전압(fine tuning voltage)을 제공받아 3V로 구동된 데이터 라인에 3.7 V를 제공하여 단위 픽셀(P)에 목적하는 전압을 인가할 수 있고, 단위 픽셀이 목적하는 계조를 표현할 수 있도록 한다.
도 4는 데이터 구동부(150)를 설명하기 위한 예시적 블록도이다. 도 4를 참조하면, 데이터 구동부는 미세 조정 전압(fine tuning voltage)를 제공받아 종료 전압을 출력한다. 미세 조정 전압은 감마 기준(gamma reference) 신호 및 입력 데이터 비트들에 의해 형성된 아날로그 전압의 형태로 데이터 구동부에 제공된다. 데이터 구동부는 오프셋 보상(offset compensation) 회로를 포함하여, 데이터 라인을 목적하는 종료 전압으로 구동한다.
종래의 데이터 구동부는 픽셀에 제공되어야 하는 전압을 전부 출력할 수 있어야 한다. 일 예로, 픽셀이 0V 에서 10V 사이에서 동작하면 데이터 구동부도 0V 에서 10V 사이의 전압을 출력할 수 있어야 한다. 이러한 경우, 고전압을 견딜 수 있도록 채널 폭(channel width)과 선폭이 증가하므로 소자의 크기가 증가한다.
그러나, 본 실시예에 의하면, 데이터 구동부의 탑 전압(Vt)에 에너지 환수부가 데이터 라인을 구동하는 중간 전압 레벨 중 어느 하나인 Vi가 제공되고, 데이터 구동부의 바텀 전압(Vb)에 에너지 환수부가 데이터 라인을 구동하는 중간 전압 레벨 중 어느 하나인 Vj가 제공되면 고전압 트랜지스터로 데이터 구동부를 구현할 필요가 없다.
일 실시예로, 도 4에 도시된 바와 같이 에너지 환수부가 3V로 구동한 데이터 라인을 데이터 구동부(150)가 3.5V로 구동하고자 하면, 스위치 제어부(130)는 데이터 라인을 구동한 전압인 3V가 데이터 구동부의 바텀 전압(Vb)으로 인가되고, 3V에 인접하되 3V보다 큰 4V가 데이터 구동부의 탑 전압(Vt)에 인가되도록 스위치 어레이(switch array)를 제어한다. 이어서 데이터 구동부는 미세 조정 전압(fine tuning voltage)를 제공받아 목적하는 전압인 3.5V를 출력할 수 있다.
다른 실시예로, 에너지 환수부가 4V로 구동한 데이터 라인을 데이터 구동부(150)가 3.5V로 구동하고자 하면, 스위치 제어부(130)는 데이터 라인을 구동한 전압인 4V가 데이터 구동부의 탑 전압에 인가되고, 4V와 인접하되 4V보다 작은 3V가 데이터 구동부의 바텀 전압에 인가되도록 스위치 어레이(switch array)를 제어한다. 이어서 데이터 구동부는 미세 조정 전압(fine tuning voltage)를 제공받아 목적하는 전압인 3.5V를 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 환수부가 출력하는 전압 중 데이터 구동부의 톱 전압 Vt와 바텀 전압 Vb로 제공되는 전압은 서로 인접한 전압이다. 일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이 데이터 구동부가 데이터 라인을 구동하고자 하는 종료 전압이 3.5V 인 경우에, 톱 전압은 4V가 제공되고, 바텀 전압으로 3V가 제공될 수 있다.
에너지 환수부가 출력하는 전압 중 서로 인접한 전압을 데이터 구동부의 탑 전압과 바텀 전압에 인가되도록 하면 고전압에 견딜 수 있도록 데이터 구동부를 설계할 필요가 없어 데이터 구동부를 형성하는데 필요한 다이 면적을 감소시킬 수 있다는 장점이 제공되며, 나아가 양단에 제공되는 전압이 감소되므로 전력 소모를 감소시킬 수 있다는 장점이 제공된다.
도시되지 않은 다른 예로, 에너지 환수부가 출력하는 전압 중 데이터 구동부의 톱 전압 Vt와 바텀 전압 Vj으로 제공되는 전압은 서로 인접한 전압이 아닐 수 있다. 데이터 구동부가 데이터 라인을 구동하고자 하는 종료 전압이 3.5V인 경우에 톱전압으로 5V, 바텀 전압으로 2V가 인가되어 데이터 구동부 출력 전압에 충분한 출력 마진을 제공할 수 있다.
다만, 데이터 구동부는 상술한 실시예들과 같이 구현될 수 있으며, 종래 기술에 따라 탑 전압과 바텀 전압이 인가되도록 구현하는 것도 당연히 가능하며, 본 실시예는 데이터 구동부의 구성에 한정되지 않는다.
상기한 실시예 들에서, 종료 전압이 탑 전압과 바텀 전압의 범위 내에서 제공될 수 있도록 데이터 구동부의 탑 전압 및 바텀 전압으로 제공되는 전압은 최대 및 최소 전압보다 각각 크거나 작을 수 있다.
일 실시예로, 전압 제너레이터와 데이터 라인 사이에 전하 이동이 일어나고 있는 동안에 데이터 구동부(150)는 전체 라인 충방전 시간을 줄일 수 있도록 최종 전압으로 프리 차지(pre-charge)될 수 있다. 다른 예로, 데이터 구동부의 소모 전류를 줄이기 위해, 전압 제너레이터와 데이터 라인 사이에 전하 이동 완료 후 프리 차지가 이루어질 수 있다.
일 실시예에 의하면 고전압을 견딜 수 있는 큰 면적을 가지는 고전압 트랜지스터를 필요로 하지 않으므로, 종래기술 보다 적은 면적으로 데이터 구동부를 구현할 수 있어 경제적이다. 나아가, 종래기술에서와 같이 데이터 구동부를 구동하는데 필요한 전류가 1uA이며, 탑 전압(Vh)이 10V, 바텀 전압(Vl)이 0V이면, 총 7680개의 데이터 구동부에서 소모되는 전력은 76.8mW 이다. 이에 반하여 도면 4로 도시된 실시예와 같이 데이터 구동부의 탑 전압, 바텀 전압 사이에 1 V가 인가되는 경우에 데이터 구동부에서 소모되는 전력은 7.68mW로 계산되며, 종래 기술의 10% 수준으로 감소하는 바, 데이터 구동부에서 소모되는 전력을 줄일 수 있다.
이하에서는 종료 전압이 시작 전압보다 높은 경우에 디스플레이 드라이버가 데이터 라인을 구동하는 방법의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 도 5는 데이터 라인의 전위가 단계적으로 상승하는 것을 도시한 도면이다. 도 6은 데이터 라인(D)에 충전된 전압에 비하여 데이터 라인을 통하여 단위 픽셀에 제공되어야 하는 전압이 더 큰 경우에 디스플레이 드라이버가 단위 픽셀을 구동하는 방법의 실시예를 개요적으로 설명하는 순서도이다. 이하에서는 보다 간결하고 명확한 설명을 위하여 데이터 라인(D)에 충전된 전압을 시작 전압이라 지칭하고, 데이터 라인을 구동하고자 하는 전압을 종료 전압이라고 지칭하도록 한다. 다만, 이것은 용어를 단순화하여 간결하고 명확하게 지칭할 수 있도록 하기 위함이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위함이 아니다.
도 5와 도 6을 참조하면, 에너지 환수부는 데이터 라인에 전압을 제공하여 시작 전압으로 구동한다(S510). 본 단계에서 데이터 라인을 시작 전압으로 구동하는 것은 데이터 드라이버가 직전에 구동하였던 데이터 라인을 목적하는 종료 전압으로 구동하였던 단계이다. 본 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이 데이터 라인에 충전된 전압보다 높은 전압으로 데이터 라인을 구동하는 것으로, 구동 과정에서 에너지가 데이터 라인에 충전된다.
스위치 제어부는 시작 전압과 전압 제너레이터(도 1 110참조)의 출력 전압인 V1, V2, V3, ...,Vk 을 비교하여 시작 전압값보다 크고, 종료 전압값보다 작은 전압값을 가지는 중간 전압을 선정한다(S520). 도 5에 도시된 바와 같이 V2와 V3는 시작 전압값 보다 크고, 종료 전압값 보다 작다. 따라서, V2와 V3를 중간 전압으로 선정할 수 있다. 본 실시예와 다른 예에서, 중간 전압은 하나의 전압이 될 수 있다. 스위치 제어부는 상기 중간 전압을 출력하는 전압 제너레이터의 출력을 데이터 라인과 연결되도록 스위치부를 제어하여, 시작 전압으로 충전된 데이터 라인을 중간 전압으로 구동한다. 일 예로, 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 중간 전압들이 존재하는 경우에는 스위치 제어부는 작은 중간 전압 V2부터 큰 중간 전압인 V3가 순차적으로 데이터 라인에 인가되도록 스위치부를 제어한다. 중간 전압이 데이터 라인에 제공됨에 따라 데이터 라인 및 픽셀의 저항 성분 및 커패시턴스 성분에 의하여 데이터 라인의 전압(Vd)는 도시된 바와 같이 지수적으로 증가한다.
일 실시예에서, 스위치 제어부는 시작 전압인 이전 데이터 라인 전압과 종료 전압인 현재 데이터 라인의 목표 구동 전압을 비교하여 스위치 구동 시퀀스를 제어한다. 다른 실시예로, 스위치 제어부는 디스플레이 하고자 하는 이미지에 관한 데이터를 미리 분석하여 스위치를 제어할 수 있다.
데이터 구동부는 데이터 라인을 종료 전압으로 구동(S530)한다. S520 단계에서 선정된 중간 전압들은 작은 중간 전압에서 큰 중간 전압 순서대로 데이터 라인에 제공된다. 따라서, 종료 전압으로 구동되기 이전의 데이터 라인은 선정된 중간 전압들 중 큰 중간 전압과 동일한 전압을 가진다. 데이터 라인이 구동된 전압은 픽셀에 제공되어야 하는 종료 전압과 다를 수 있으므로, 데이터 구동부는 데이터 라인을 종료 전압으로 구동한다. 일 실시예로, 데이터 구동부는 감마 기준(gamma reference) 및 입력 데이터 비트들에 의해 형성된 아날로그 전압인 미세 조정 전압(fine tuning voltage)를 제공받고, 정확한 종료 전압을 데이터 라인에 형성하여 데이터 라인을 구동한다.
일 예로, 데이터 라인이 중간 전압인 V2로 구동된 후, V3로 구동되면 데이터 라인은 V3의 전압을 유지한다. 데이터 구동부의 바텀 전압에는 V3가 연결되어 있으며, 탑 전압에는 V4가 연결되어 있을 수 있다. 데이터 구동부는 미세 조정 전압(fine tuning voltage)을 제공받아, 데이터 라인 전압을 VΔ만큼 상승시켜서 정확한 종료 전압을 형성하여 데이터 라인을 구동한다.
이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여 시작 전압이 종료 전압보다 높은 경우에 데이터 드라이버가 데이터 라인을 구동하는 방법의 실시예를 설명한다. 도 7은 데이터 라인의 전위가 단계적으로 하강하는 것을 도시한 도면이다. 도 8은 데이터 라인을 통하여 단위 픽셀에 제공되어야 하는 전압인 종료 전압이 데이터 라인(D)에 충전된 전압인 시작 전압에 비하여 더 큰 경우에 디스플레이 드라이버가 단위 픽셀을 구동하는 방법의 실시예를 개요적으로 설명하는 순서도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 에너지 환수부는 데이터 라인에 전압을 제공하여 시작 전압으로 구동한다(S610). 본 단계에서 데이터 라인을 시작 전압으로 구동하는 것은 데이터 드라이버가 직전에 구동하였던 데이터 라인에 목적하는 종료 전압으로 구동하는 단계이다.
스위치 제어부는 시작 전압과 전압 제너레이터(도 1 110참조)의 출력 전압인 V1, V2, V3, ...,Vk 을 비교하여 시작 전압값 보다 작으며 종료 전압값 보다 큰 중간 전압을 선정한다(S620). 일 예로, 도 7에 도시된 바와 같이 V3 와 V2는 시작 전압보다 작으며 종료 전압 보다 크다. 따라서, 스위치 제어부는 V3와 V2를 중간 전압으로 선정할 수 있다. 도시되지 않은 다른 예로, 시작 전압이 V2 보다 크고, V3 보다 작은 전압이라면, 중간 전압은 V2 하나일 수 있다.
일 실시예에서, 스위치 제어부는 시작 전압인 이전 데이터 라인 전압과 종료 전압인 현재 데이터 라인의 목표 구동 전압을 비교하여 스위치 구동 시퀀스를 제어한다. 다른 실시예로, 스위치 제어부는 디스플레이 하고자 하는 이미지에 관한 데이터를 미리 분석하여 스위치를 제어할 수 있다.
스위치 제어부는 상기 중간 전압을 출력하는 전압 제너레이터의 출력을 데이터 라인과 연결되도록 스위치부를 제어하여 시작 전압으로 충전된 데이터 라인을 중간 전압으로 구동한다. 일 예로, 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 중간 전압들이 존재하는 경우에는 스위치 제어부는 큰 중간 전압 V3부터 작은 중간 전압인 V2가 순차적으로 데이터 라인을 구동하도록 스위치부를 제어한다. 중간 전압이 인가됨에 따라 데이터 라인 및 픽셀의 저항 성분 및 커패시턴스 성분에 의하여 데이터 라인의 전위(Vd)는 도시된 바와 같이 지수적으로 감소한다.
데이터 라인과 픽셀은 상술한 바와 같이 용량성 부하(capacitive load)이다. 용량성 부하는 전하가 축적되어 형성된 전압의 형태로 에너지를 저장하는 성질을 가진다. 이론적으로 데이터 드라이버가 데이터 라인과 픽셀을 승압시켜 구동하는 과정에서 에너지 손실이 없다. 그러나, 용량성 부하에 축적된 전하를 기준 전위로 흘려서(drain) 전압을 감소시키는 경우에는 용량성 부하에 축적된 에너지에 대한 손실이 발생한다.
본 실시예에 의하면 데이터 라인에 축적된 에너지는 기준 전위로 흘리지 않고, 중간 전압을 출력하는 전압 제너레이터의 출력 커패시터에 충전되므로, 전압 제너레이터가 데이터 라인을 승압시키는데 사용된 에너지는 다시 전압 제너레이터로 환수된다.
상기한 선행기술문헌 항목에 기재된 논문에 기재된 종래 기술에서는 에너지를 환수하는 과정에서 데이터 라인에 중간 전압이 제공되는 본 발명과 달리 컬럼 라인과 컬럼 드라이버와 전기적 연결이 끊어지는 격리 단계(isolation phase)가 있으며, 격리단계 이후 충전된 전압의 극성을 같이하는 컬럼 라인들 끼리 또는, 극성과 동일한 MSB를 가지는 전압으로 구동된 컬럼 라인들 끼리 같은 커패시터로 연결하여 전하를 수집하였다.
나아가, 본 실시예에 있어서는 데이터 라인에 충전된 시작 전압과 데이터 라인을 구동하고자 하는 종료 전압의 크기 관계에 따라 에너지 환수 또는 에너지 제공 동작이 이루어지나, 선행 문헌에 있어서는 각각의 컬럼 라인들에 충전된 전하를 모두 수집하여 각 컬럼 라인들을 모두 공통 전압(Vcom)으로 형성한 후, 이전에 구동된 전압의 극성과 반대 극성으로 구동되는 점 반전(dot inversion) 방식으로 구동되는 것 이므로 그 구동 방식에 차이가 있다.
나아가, 기존 전하 회수 방식의 경우 인접 라인간 혹은 구동되었던 칼럼 라인과 다음 구동될 칼럼 라인의 신호 차이가 커야하나, 본 실시예는 이러한 제약 조건이 없어 임의의 디스플레이 구동 방식에 대해 사용할 수 있으며, 선행 문헌과 같이 점 반전 형식으로 구동되는 LCD 디스플레이에 국한되지 않는다.
다시 도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 전압과 제2 전압 사이에서 주파수 f로 스위칭되며, 제1 전압과 제2 전압 차이에 상응하는 에너지를 모두 기준전위로 흘리는 커패시터에서 소모되는 전력은 C*{V2 2-V1 2}*f 으로 계산된다. 일 예로, 종래 기술과 같이 시작 전압이 7V이고, 종료 전압이 3V이며, 등가 커패시턴스 Cd를 가지는 데이터 라인을 구동하는 경우에는 Cd*40*f[W]의 전력을 소모한다. 그러나, 본 실시예와 같이 데이터 라인이 7V에서 중간 전압인 6V로 하강하고, 다시 6V에서 중간 전압인 4V로 하강하는 경우에는 스위치 제어부의 동작에 필요한 전력 소모를 제외하고는 에너지 손실 및 전력 손실은 없다. 다만, 에너지를 환수할 수 있는 중간 전압이 없는 4V에서 종료 전압인 3V로 구동하는 과정에서는 에너지 손실이 발생하며, 이 때의 전력 소모는 Cd*7*f[W]로 종래 기술의 20% 정도에 불과한 것을 확인할 수 있다.
중간 전압들의 차이를 작게 하여 에너지 환수 효율을 높일 수 있다. 일 예로, 중간 전압들이 4V, 2V로 차이가 2V이고, 데이터 라인을 5V에서 2.5V로 구동하는 경우를 가정한다. 데이터 라인을 5V에서 4V로 구동하는 경우에는 에너지를 환수할 수 있다. 그러나, 4V에서 2.5V로 데이터라인을 구동하는 단계에서는 중간 전압이 없으므로 에너지를 환수할 수 없으며, 이때 소모되는 전력은 Cd*9.75*f[W]이다.
이에 반하여 중간 전압들이 5V, 4V, 3V, 2V로 차이가 1V이면, 데이터 라인을 중간전압인 4V를 거쳐 5V에서 3V로 구동하는 경우에는 에너지를 환수할 수 있다. 3V에서 2.5V로 데이터 라인을 구동하는 경우에는 전력 손실이 발생하며, 이 때 소모되는 전력은 소모되는 전력은 Cd*2.75*f[W]이다.
즉, 중간 전압들의 단계를 촘촘하게 할 수록 데이터 라인에 충전되어 있다 흘려지는 에너지 손실을 최소화할 수 있다. 다만, 중간 전압들의 단계를 촘촘하게 하면 에너지 환수 효율을 높일수 있으나, 데이터 드라이버를 구현하는데 필요한 면적이 크므로, 에너지 환수 효율과 다이 면적을 고려하여 중간 전압의 단계를 설계하여야 한다.
데이터 구동부는 데이터 라인을 종료 전압으로 구동(S630)한다. S610 단계에서 선정된 중간 전압들은 큰 중간 전압에서 작은 중간 전압 순서대로 데이터 라인에 제공된다. 따라서, 데이터 라인은 선정된 중간 전압들 중 작은 중간 전압과 동일한 전압을 가진다. 데이터 라인의 현재 전압은 픽셀에 제공되어야 하는 종료 전압과 다를 수 있으므로, 데이터 구동부는 픽셀에 종료전압을 제공하도록 데이터 라인을 구동하여 픽셀에 종료 전압을 제공한다. 일 예로, 중간 전압 V3가 데이터 라인에 제공된 후, 데이터 라인이 V2로 구동되면 데이터 라인은 V2 전압을 유지한다. 일 예로, 데이터 구동부의 바텀 전압에는 V1이 연결되어 있으며, 탑 전압에는 V2가 연결되어 있을 수 있다. 데이터 구동부는 종료 전압과 데이터 라인 전압과의 차이에 상응하는 전압 VΔ를 제공받아 데이터 라인에 제공하여 목적하는 전압인 종료 전압으로 데이터 라인을 구동할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 전압 제너레이터가 복수의 중간 전압들을 제공하고 이들을 순차적으로 데이터 라인에 제공하여, 용량성 부하를 충전할 때 소모된 에너지를 회수할 수 있다. 또한, AMLCD에서 도트 인버전(dot inversion)방식과 같이 특별한 시스템적인 요구 사항이 없다.
본 발명의 경우 이전 데이터 라인의 구동 신호 및 현재 데이터 라인의 구동 신호의 크기 차이 또는 방향에 따라 전하 회수용 스위치 제어 동작이 이루어지며, 인접 라인간 혹은 시작 전압과 종료 전압 사이의 신호 차이가 일정 수준 이상일 필요가 없다. 이에 따라, 임의의 디스플레이 구동 방식에 대해 사용할 수 있다는 장점이 제공된다.
또한, 복수의 중간 전압을 형성하기 위하여 필요한 전압 제너레이터 회로를 감마 신호를 형성하는 회로로 사용될 수 있으므로 집적회로로 형성하는 과정에서 추가 회로에 의한 면적부담도 경감될 수 있다. 나아가, 종래 기술에서와 같이 높은 전압에 견뎌야 하는 고전압 소자로 데이터 구동부를 구현할 필요 없으므로 다이 면적의 측면에서 불리하지 않다는 장점이 제공된다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 데이터 드라이버 20: 디스플레이 패널
100: 에너지 환수부 110: 전압 제너레이터
120: 스위치부 130: 스위치 제어부
150: 데이터 구동부 D: 데이터 라인
P: 단위 픽셀 C.P.: 차지 펌프 모듈
S510 내지 S530, S610 내지 S630: 본 실시예에 의한 에너지 환수가 가능한 디스플레이 구동 방법의 각 단계

Claims (26)

  1. 일단에 단위 픽셀(unit pixel)이 전기적으로 연결된 용량성 부하(capacitive load)인 데이터 라인을 구동하는 데이터 드라이버로, 상기 데이터 드라이버는,
    데이터 라인에 서로 다른 복수의 중간 전압을 인가하여 상기 데이터 라인을 상기 서로 다른 복수의 중간 전압으로 구동하는 에너지 환수부(energy retrieving unit); 및
    전압을 미세 조정하여 상기 데이터 라인을 종료 전압으로 구동하는 데이터 구동부(data driving unit)를 포함하며,
    상기 에너지 환수부는 상기 데이터 라인을 시작 전압에서 상기 종료 전압까지 상기 서로 다른 복수의 중간 전압을 거치도록 구동하여 상기 데이터 라인에 충전된 에너지를 단계적으로 환수(還收, retrieve)하는 데이터 드라이버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 중간 전압은 상기 시작 전압 보다 작으며, 상기 종료 전압보다 큰 전압인 데이터 드라이버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 환수부는,
    각각 상기 복수의 중간 전압 중 어느 하나를 출력하는 중간 전압 출력 모듈들; 및
    상기 중간 전압 출력 모듈들의 출력에 각각 연결된 출력 커패시터를 포함하며, 환수된 에너지는 상기 출력 커패시터에 충전되는 데이터 드라이버.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 데이터 드라이버는,
    상기 데이터 라인은 상기 중간 전압 출력 모듈들이 출력하는 전압으로 구동되면서 상기 중간 전압 출력 모듈들의 출력에 연결된 출력 커패시터에 환수된 에너지가 충전되는 데이터 드라이버.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 에너지 환수부는,
    상기 중간 전압 출력 모듈들을 상기 데이터 드라이버의 출력에 연결하거나 차단하는 복수의 스위치들을 포함하는 스위치 부;
    상기 데이터 구동부의 출력을 상기 데이터 드라이버의 출력에 연결하거나 차단하는 데이터 드라이버 출력 스위치; 및
    상기 데이터 드라이버 출력 스위치와 상기 스위치 부에 포함된 스위치들을 제어하는 스위치 제어부를 더 포함하는 데이터 드라이버.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 상기 데이터 드라이버에 배치되거나, 상기 데이터 드라이버 외부에 배치되어 상기 스위치 부 및 상기 데이터 드라이버 출력 스위치를 제어하는 데이터 드라이버.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 구동부는 미세 조정 전압을 인가받아 상기 종료 전압에 도달하도록 데이터 라인을 구동하는 데이터 드라이버.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단위 픽셀은 LCD(Liquid Crystal Display) 단위 픽셀 및 OLED(Organic Light Emitting Display) 단위 픽셀 중 어느 하나인 데이터 드라이버.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 드라이버는 상기 데이터 라인에 충전된 전압이 상기 데이터 라인에 인가할 전압보다 높은 경우에 상기 데이터 라인에 충전된 에너지를 환수하는 데이터 드라이버.
  10. 데이터 라인 및 스캔 라인에 의하여 구동되는 단위 픽셀(pixel)들이 어레이로 배치된 디스플레이 패널;
    상기 스캔 라인과 스캔 라인에 연결된 상기 단위 픽셀들을 구동하는 스캔 드라이버;
    상기 데이터 라인과 데이터 라인에 연결된 단위 픽셀들을 구동하는 데이터 드라이버(data driver)를 포함하며,
    상기 데이터 드라이버는, 용량성 부하인 상기 데이터 라인을 시작 전압에서 종료 전압까지 서로 다른 복수의 중간 전압들을 거치도록 구동하여, 상기 데이터 라인에 충전된 에너지를 환수하는 디스플레이.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 중간 전압들은 상기 시작 전압 보다 작고, 상기 종료 전압보다 큰 전압들인 디스플레이.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 에너지 환수부는,
    각각 상기 중간 전압들 중 어느 하나를 출력하는 복수의 중간 전압 출력 모듈들; 및
    상기 복수의 중간 전압 출력 모듈들의 출력에 각각 연결된 출력 커패시터를 포함하며, 환수된 에너지는 상기 출력 커패시터에 충전되는 디스플레이.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 에너지 환수부는,
    상기 복수의 중간 전압 출력 모듈들을 상기 데이터 드라이버의 출력에 연결하거나 차단하는 복수의 스위치들을 포함하는 스위치 부; 및
    상기 스위치 부에 포함된 스위치들을 제어하는 스위치 제어부를 더 포함하는 디스플레이.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 데이터 라인과 상기 복수의 중간 전압 출력 모듈들 중 어느 하나를 전기적으로 연결하도록 상기 스위치부를 제어하여 상기 데이터 라인을 상기 적어도 하나의 중간 전압으로 구동하되, 상기 데이터 라인에 충전된 에너지는 상기 복수의 중간 전압 출력 모듈들 중 어느 하나의 출력에 연결된 출력 커패시터에 충전되는 디스플레이.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 데이터 드라이버는,
    상기 데이터 라인을 상기 중간 전압들 중 어느 하나로 구동하면서 상기 데이터 라인에 충전된 에너지를 상기 중간 전압들 중 어느 하나를 출력하는 중간 전압 출력 모듈의 출력에 연결된 출력 커패시터에 충전하는 디스플레이.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 데이터 드라이버는 미세 조정 전압을 인가받아 상기 데이터 라인을 상기 종료 전압으로 구동하는 데이터 구동부를 더 포함하는 디스플레이.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 LCD(Liquid Crystal Display) 디스플레이 패널, OLED(Organic Light Emitting Display) 디스플레이 패널 중 어느 하나인 디스플레이.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 데이터 드라이버는 상기 데이터 라인에 충전된 전압이 상기 데이터 라인에 인가할 전압보다 높은 경우에 상기 데이터 라인에 충전된 에너지를 환수하는 디스플레이.
  20. 용량성 부하(capacitive load)인 데이터 라인에 전기적 신호 형태로 에너지를 제공하여 상기 데이터 라인을 시작 전압으로 구동하는 단계와,
    상기 데이터 라인을 시작 전압에서 종료 전압까지 중간 전압을 거치도록 구동하여 상기 데이터 라인에 충전된 에너지를 환수하는 단계를 포함하며,
    상기 중간 전압은 서로 다른 복수의 중간 전압들로,
    상기 에너지를 환수하는 단계는, 상기 데이터 라인에 충전된 전압을 상기 시작 전압에서 상기 종료 전압까지 상기 서로 다른 복수의 중간 전압들을 거치도록 상기 데이터 라인을 구동하여 상기 데이터 라인에 충전된 에너지를 환수하는 디스플레이 구동 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 충전된 에너지를 환수하는 단계는,
    상기 데이터 라인에 충전된 전압이 상기 중간 전압에 도달할 때까지 상기 데이터 라인에 충전된 전압과 상기 중간 전압의 차이에 상응하는 에너지를 시작 전압 출력 모듈의 출력 커패시터에 환수하여 수행하는 디스플레이 구동 방법.
  22. 삭제
  23. 제20항에 있어서,
    상기 에너지를 환수하는 단계 이전에 상기 시작 전압, 전압 제너레이터의 출력 전압들 및 종료 전압을 비교하여 시작 전압 값보다 작고 종료 전압 보다 큰 중간 전압을 선정하는 단계를 더 포함하는 디스플레이 구동 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 에너지를 환수하는 단계는,
    상기 데이터 라인에 충전된 전압보다 낮은 전압으로 상기 데이터 라인 구동시 에너지를 환수하는 디스플레이 구동 방법.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 환수하는 단계 이후에, 상기 데이터 라인에 계조 데이터에 상응하는 미세 전압을 인가하여 상기 데이터 라인을 종료 전압으로 구동하는 단계를 더 포함하는 디스플레이 구동 방법.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 에너지를 환수하는 단계는 상기 데이터 라인을 시작 전압에서 종료 전압까지 중간 전압을 거치도록 구동하는 과정과 상기 데이터 라인에 충전된 에너지를 환수하는 과정을 동시에 수행하는 디스플레이 구동 방법.


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