KR101600274B1

KR101600274B1 - Oled 파워 드라이버 회로 장치

Info

Publication number: KR101600274B1
Application number: KR1020130148884A
Authority: KR
Inventors: 이승주
Original assignee: 알파 앤드 오메가 세미컨덕터 리미티드
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2016-03-21
Also published as: KR20150064315A

Abstract

본 발명은 디스플레이 품질의 타협이 없이 더 작은 BOM으로 구성되는 비용 효과적이고 효율적인 OLED 패널을 위한 파워 드라이버에 대한 것이다. 상기 파워 드라이버는 OLED 패널 부하를 위해 필요한 출력 전압을 조정하기 위한 IBBC를 1개만 채용한다. 상기 OLED 패널 부하를 드라이브하기 위한 출력전압은 스위치 없이 입력공급전압 VIN에 직접적으로 연결된다. 기준 접지를 생성하고 관련된 제어 회로들을 드라이브 하기 위한 하나의 DC-DC 컨버터가 제공된다. 상기 입력 DC 전압 VIN은 상기 IBBC 및 상기 DC-DC 컨버터 모두를 위한 기준 전압으로 활용된다.

Description

OLED 파워 드라이버 회로 장치{OLED POWER DRIVER CIRCUIT}

본 발명은 OLED (유기 발광 다이오드) 패널의 파워 드라이버(power driver)에 관한 것이다.

연결성이 유행어인 오늘날, 모바일 시스템과 디스플레이는 보다 얇고 더욱 컴팩트한 폼 팩터에 대하여 배터리의 효율적인, 그리고 보다 장시간의 사용과 더 작은 BOM(Bill of Materials)을 요구한다. 또한 디스플레이 품질은 심한 부하 전류 변화, 그로 인한 관련된 커다란 드롭 아웃(drop out) 전압 전환, 그리고 채택되니 DC-DC 컨버터로부터의 스위칭 노이즈(switching) 가운데서도 타협될 수 없는 가장 중요한 성능 특성이다.

종래의 디스플레이들은 ELVDD(Positive output)(정출력) 및 ELVSS(Negative output)(부출력)라고 하는 두 개의 출력(아웃풋)을 가지는 이중 줄력(dual output) DC-DC 드라이버들을 사용한다. 상기 듀얼 아웃풋은 거의 동일한 절대값을 가지는 반대되는 전류 및 각각의 디스플레이 패널 부하(load)에 대한 정전압(positive voltage) 및 부전압(negative voltage)을 공급한다. 각 패널은 패널 사이즈, 픽셀 수, 디스플레이 품질, 채택된 프로세스 생성 등의 적용 내용에 바탕을 둔 서로 다른 출력 전류 및 전압 레벨 요구를 가진다.

DC-DC 컨버터는 전형적으로 부스트(boost)(스텝-업), 정출력(positive output)을 위한 벅(스텝-다운)형 DC-DC 컨버터(buck type DC-DC converter) 또는 LDO(Low Dropout) 레귤레이터(regulator), 그리고 부출력(negative output)을 위한 인터팅 벅-부스트형(스텝-다운 및 스텝-업)(inverting buck-boost type) DC-DC 컨버터를 포함한다. 전통적으로 DC-DC 컨버터는 에너지 효유을 증가시키기 때문에 채용되었지만 전형적으로 채용되는 4개의 스위치(정(positive) 2개, 부(negative) 2개)는 드라이버의 전체적인 효율을 떨어뜨린다.

각 컨버터에 대한 4개의 파워 스위치와 2개의 컨트롤러(controller)의 구현은 총 BOM 비용과 솔루션 영역을 증가시킨다. 더구나 파워 스위치들은 매우 비싸고 배터리 효율을 위한 더 작은 Rds(on) 저항(resistance)을 얻기 위해 더 많은 영역을 필요로 한다. 각 컨트롤러는 가벼운 부하 또는 무거운 부하 그리고 돌발적인 라인 또는 부하 전이 하에서도 안정적이도록 주의깊게 설계되어야 한다. 또한 두 개의 DC-DC 컨버터들은 그 스위칭 동작들이 스위칭 노이즈/리플(ripple)을 만들어 내고 서로 다른 스위칭 노이즈들이 상호 간섭하게 되는 두 개의 비싸고 부피가 큰 인덕터들을 필요로 한다. 그 결과로 듀얼 아웃풋 DC-DC 컨버터로부터 좋은 디스플레이 품질을 얻기가 어렵다.

그러므로 개선된 효율, 더 좋은 전력(power) 관리 능력을 가지고 스위칭 동작으로 인한 디스플레이 품질에 미치는 영향이 감소된 저가의 콤팩트한 드라이버가 필요하다.

선행 기술의 문제점들을 하나 또는 그 이상 해결하는 것을 목표로 하는 본 발명의 목적이 다음에 기술되었다.

본 발명의 목적은 OLED 패널을 위한 효율적인 파워 드라이버를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 OLED 패널을 위한 신뢰성 있는 파워 드라이버를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 OLED 패널을 위한 비용 효과적인(cost effective) 파워 드라이버를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 더 작은 BOM을 위해 필요한 요소의 수가 상대적으로 더 작은 구성을 포함하는 OLED 패널을 위한 파워 드라이버를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 OLED 패널을 위한 컴팩트한 파워 드라이버를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 스위칭 동작으로 인한 디스플레이 품질에 최소화된 영향을 주는 OLED 패널을 위한 파워 드라이버를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들과 이점들은 도면과 함께 다음에 기술되는 내용으로부터 더욱 명확하여 질 것이며, 또한 이러한 본 발명의 범위가 이러한 기술되는 내용에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 한 측면에 따르면 제1터미널 및 제2터미널을 가지는 OLED(유기 발광 다이오드) 패널 부하(load)를 위한 드라이버 회로가 제공되며, 상기 드라이버 회로는;

제1 노드와 상기 부하의 상기 제1터미널에 연결된 DC 전력의 공급원;

상기 제1 노드와 제2노드 사이에 연결된 제1 스위치; 상기 제2 노드와 시스템 접지(ground) 사이에 연결된 인덕터(inductor); 상기 제2 노드와 상기 부하의 상기 제2 터미널 사이에 연결된 제2 스위치; 그리고 상기 부하의 상기 제1 터미널과 상기 제2터미널 사이에 연결된 제1 커패시터(capacitor); 를 포함하고, 입력 DC 전압을 받고 상기 부하를 드라이브(drive)하기 위한, 조정된(regulated) DC 출력 전압을 공급하도록 적합화된 제1 인버팅 벅-부스트 컨버터(IBBC);

상기 제1 IBBC에 연결되고 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 스위칭 시간을 제어하도록 적합화 된 제1 컨트롤 회로; 및

제2 커패시터 및 관련된 제2 컨트롤 회로를 포함하고 상기 제1 컨트롤 회로 및 상기 제2 컨트롤 회로에 대한 기준 접지(reference ground)를 생성하도록 적합화되고 또 상기 제2 커패시터에 걸쳐 정전압(positive voltage)을 생성하도록 적합화된 제1 DC-DC 컨버터

를 포함할 수 있다.

추가로 상기 드라이버 회로는, 상기 부하에 바이어스 전력(bias power)를 공급하도록 적합화되고 리니어 레귤레이터(linear regulator), 버퍼 증폭기에 연결된 리니어 레귤레이터, 및 제2 IBBC로 이루어진 군으로부터 선택되는 제2 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.

상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 MOSFET, BJT 및 IGBT 로 이루어진 반도체 장치의 군으로부터 선택될 수 있다.

상기 제1 DC-DC 컨버터는 리니어 레귤레이터; 버퍼 증폭기에 연결된 리니어 레귤레이터; 및 MOSFET, BJT 및 IGBT 로 이루어진 반도체 장치의 군으로부터 선택된 스위치들을 포함하는 제 2 IBBC; 로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

상기 회로는 적어도 하나의 개별 요소들, 각 요소들에 대한 IC들, 또는 단일칩 IC(monolithic IC)를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 3개의 터미널을 가지고 입력 DC 전력 공급을 받는 솔리드 스테이트 라이팅(solid state lighting) 부하를 위한 드라이버 회로가 제공되는데, 상기 드라이버 회로는;

입력 DC 전압을 기준전압으로 적용하고 2개의 부하 터미널들 사이의 부하를 드라이브하는 조정(regulated) DC 출력 전압을 공급하도록 적합화된 제2 IBBC; 및,

상기 입력 DC 전압보다 높은 바이어스 전압을 상기 제3터미널에서 상기 부하에 공급하도록 적합화된 제3 DC-DC 컨버터(보통은 부스트 컨버터);

를 포함한다.

상기 제2 DC-DC 컨버터는 리니어 레귤레이터, 버퍼 증폭기에 연결된 리니어 레귤레이터, 및 제2 IBBC로 이루어진 컨버터 군으로부터 선택될 수 있다.

상기 제3 DC-DC 컨버터를 포함하는 스위치들은 MOSFET, BJT, IGBT로 이루어진 반도체 장치 군으로부터 선택될 수 있다.

상기 회로는 적어도 하나의 개별적 요소들, 각 요소에 대한 IC들, 또는 단일칩 IC를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면 OLED 패널 부하를 드라이브(drive)하는 방법이 제공된다. 상기 방법은;

입력 DC 전압을 받고 조정 출력 전압(regulated output voltage)으로 상기 OLED 패널 부하를 드라이브하기 위한 IBBC를 제공하는 단계;

기준접지를 생성하고 관련된 컨트롤 회로들을 드라이브하기 위한 DC-DC 컨버터를 제공하는 단계; 그리고,

상기 입력 DC 전압을 상기 IBBC와 상기 DC-DC 컨버터를 위한 기준 전압으로 활용하는 단계;

를 포함한다.

본 발명은 개선된 효율, 더 좋은 전력(power) 관리 능력을 가지고 스위칭 동작으로 인한 디스플레이 품질에 미치는 영향이 감소된 저가의 콤팩트한 드라이버를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명에 따른 OLED 패널 부하를 위한 파워 드라이브 회로가 관련되는 도면과 함께 설명한다.
도 1은 듀얼 아웃풋을 사용하는 종래의 OLED 파워 드라이버의 개략도이다.
도 2는 도 1의 종래의 OLED 파워 드라이버에서 전력이 흐르는 경로를 나타내는 개략도이다.
도 3, 4 및 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 OLED 파워 드라이버의 개략도이다.
도 6, 7 및 8는 본 발명이 다양한 실시예에 따른 부하에 추가적인 바이어스 파워를 가진 OLED 파워 드라이버의 개략도이다.
도 9는 시간에 대하여 입력 전압 Vin, 정출력 전압 Vp, 및 부스트 된 OLED 드라이브 전압 VLED의 그래프를 나타낸 것이다.
대응되는 부재 번호 및 표시들은 도면의 여러가지 측면에 걸쳐 대응되는 부재들을 표시한다.

본 명세서에 사용된 기술용어는 단지 예시적인 특정 실시예를 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서, 문맥이 명확히 다르게 언급하지 않는 이상 단수형("a", "an" 및 "the")은 복수형을 포함한다. "포함한다(comprises, comprising, including)” 또는 “~를 갖는(having)” 이란 용어는 포괄적 의미로서, 개시된 특성(features), 정수(integers), 단계(steps), 작동(operations), 성분(elements), 및/또는 구성요소(components)의 존재를 명시하는 표현이며 하나 이상의 다른 특성, 정수, 단계, 작동, 성분, 구성요소 및/또는 이들 군의 존재 가능성 또는 추가를 부정하는 것이 아니다. 수행의 순서가 구체적으로 명시되지 않는 이상, 본 명세서에 개시된 방법의 단계, 과정, 및 작동은, 논의 또는 개시된 특정 순서대로 수행되는 것을 반드시 요구하지 않으며, 또한 추가의 또는 대체 가능한 단계가 사용될 수 있다.

성분 또는 층이 상기와 다른 성분 또는 층과의 관계에서 “위에(on)”, “맞물려(engaged to)” 또는 “연결된(connected to 또는 coupled to)" 것으로 언급될 경우, 상기 성분 또는 층들은 직접적으로 “위에”, “맞물려” 또는 “연결될” 수 있으며, 상기 성분 또는 층 사이에 보조적인 성분이나 층이 존재할 수 있다. 이와 다르게 ‘직접적’이란 기재가 있는 경우라면, 보조성분 및 층은 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 다른 용어를 이용하여 본 발명 성분들 사이의 관계에 대해 설명하는 경우에도 이와 동일하게 해석하도록 한다. (예를 들어, “사이에(between)” 와 “직접적으로 사이에(directly between)”, “인접한(adjacent)” 대 “직접적으로 인접한(directly adjacent)” 등).

용어 제1(first), 제2(second), 제3(third) 등은 본 발명의 ‘다양한 성분, 구성요소, 영역, 층 및/또는 부분’을 설명하기 위해 사용되며, 이러한 ‘성분, 구성요소, 영역, 층 및/또는 부분’은 상기 용어에 의해 제한되지 않는다. 상기 용어는 단지 하나의 ‘성분, 구성요소, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분’과 구별하기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 하기에 개시된 제1 성분, 구성요소, 영역 층 또는 부분은 예시적 구체예의 지시에 벗어나지 않고 제2 성분, 구성요소, 영역, 층 또는 부분으로 칭할 수 있다.

“적어도(at least)” 또는 “적어도 하나(at least one)” 라는 표현의 사용은 본 발명에서 하나 이상의 원하는 목적 또는 결과를 얻기 위한 실시예에 관한 것이므로, “적어도(at least)” 또는 “적어도 하나(at least one)”라는 상기 표현은 하나 이상의 성분(elements), 재료(ingredients) 또는 수량(quantities)의 사용을 시사한다.

본 명세서 내에, 반대되는 것에 관하여 구체적 언급이 없는 한, 본 발명에서 소개되는 다양한 물리적 파라미터, 치수 또는 양에 관한 수치는 근사치를 의미할 수 있는 것으로, 그 수치는 본 발명의 범위 내에 포함되는 파라미터, 치수 또는 양에 배정된 수치보다 높거나 낮은 수치를 예상시킬 수 있다.

도 1은 부스트 컨버터가 정출력(positive output)을, 인터팅 벅 부스트 컨버터가 부출력(negative output)을 제공하는 듀얼 아웃풋을 사용하는 종래의 OLED 파워 드라이버(100)의 개략도이다. 상기 정 컨버터(positive converter)(부스트 컨버터)는 2개의 파워 스위치(S1, S2), 하나의 인덕터(L1), 하나의 커패시터(C1) 및 상기 정출력을 조정(regulation)하기 위한 컨트롤러(POS. CNTRL)를 포함한다. 상기 부 컨버터(인버팅 벅 부스트 컨버터)는 2개의 파워 스위치(S3, S4), 하나의 인덕터(L2), 하나의 커패시터(C2) 및 상기 부출력을 조정하기 위한 컨트롤러(NEG. CNTRL)를 포함한다. 상기 OLED 패널 부하(OLED PNL)는 조명(luminance)과 OLED 전류(Io)를 컨트롤 하기 위한TFT, 커패시터 등과 같은 컨트롤 회로를 포함한다.

도 2는 도 1의 종래의 OLED 파워 드라이버에서 전력이 흐르는 경로를 나타내는 개략도이다. 전력이 흐르는 경로는 다음과 같다.

P1: 정 컨버터(positive converter)의 온-타임(on-time) 경로

P2: 정 컨버터(positive converter)의 오프-타임(off-time) 경로

P3: 부 컨버터(negative converter)의 온-타임 경로

P4: 부 컨버터(negative converter)의 오프-타임 경로

P5: 부하 전류 경로

P6: OLED를 드라이브하기 위한 컨트롤 회로에 대한 전류의 경로

P1과 P3는 DC-DC 컨버터의 정출력 및 부출력을 각각 조정하기 위한 온-타임 경로들을 보여주고 P2와 P4는 오프-타임 경로들이다. P1 및 P3 기간 동안에 각 인덕터(L1, L2)에 저장된 에너지들은 P2 및 P4에 전기가 통하고 있을 때 OLED 패널에 전달된다. 전달된 에너지는 또한 각 출력 커패시터(C1, C2)를 충전시킨다. OLED 패널에서 요구되는 출력 전류(Io)는 상기 인덕터(L1, L2) 및 상기 출력 커패시터(C1, C2)에 의해 공급되고 상기 정 DC-DC 컨버터에 위한 대부분의 상기 출력 전류는 상기 부 DC-DC 컨버터로 경로 P5를 통해 VO+(또는 ELVDD)로부터 VO-(ELVSS)로 흐른다. 상기 OLED 패널의 내부 회로를 컨트롤하는 역할을 하는 소량의 전류가 상기 기준 접지를 통해 경로 P6를 거쳐 흐른다.

도 1에 도시된 상기 종래의 파워 드라이버의 주된 단점은 디스플레이 품질의 타협(compromise), 저효율, 비용 및 BOM의 증가이다.

그라운드 바운싱(Ground Bouncing): 상기 부 컨버터(인버팅 벅 부스트 컨버터)는 상기 정 컨버터(부스트 컨버터)와 독립적으로 동작한다. 이들의 스위칭 주파수들은 동기화 되어 있지 않고 임무(duty) (온-타임) 또한 다르다. 동기화의 결여로 인해 접지 기생 저항(parasitic resistance) Rpg은 경로 P2와 P4사이의 전류 흐름의 차이 때문에 커다란 그라운드 바운싱 노이즈 전압을 만든다. 진동하는 파형(pulsating waveform)의 전류 차이는 기생 저항 및 인덕턴스로 인한 커다른 그라운드 바운싱 전압을 생성한다. 이 노이즈가 디스플레이 품질을 떨어뜨린다.

정출력의 제한된 성능: 정출력은 디스플레이 품질에 더 큰 영향을 주고 그래서 정출력의 해상도와 정확도 사양은 부출력의 그것보다 더욱 엄격하다. 그렇지만 스위칭형 DC-DC 컨버터를 사용한 종래의 정출력은 스위칭 주파수(fsw)와 커패시터, Io, fsw 등에 의한 리플에 의해 제한된다. 이러한 제한들은 리니어 레귤레이터와 같은 리니어 타입(linear)의 DC-DC 컨버터보다 더 낮은 해상도와 정확도라는 결과를 가져온다.

간섭: 단일 칩 IC 또는 PCB에서 기생 동작(parasitic operation)으로 인한 2개의 DCDC 컨버터들 사이의 간섭 또는 크로스 토크(cross-talk)는 디스플레에 품질에 대한 큰 이슈일 수 있다. 특히 가벼운 부하 조건 하에서 각 컨버터가 서로 다른 모드에서 동작할 때 또는 라인 또는 부하의 변이가 급격히 일어날 때 이 이슈는 더욱 중요할 것이다. 일반적으로 사람의 눈은 희미한 조명에서 밝기가 서로 다른 그림자를 구분할 수 있다. 즉 간섭의 이슈는 가벼운 부하(희미한 조명)에서 자주 일어난다.

요소의 수: 도 1에서 도시한 것과 같이 적어도 4개의 파워 스위치, 2개의 인덕터, 2개의 커패시터(2개의 입력 커패시터를 포함한 4개의 커패시터)와 2개의 컨트롤러가 정출력 및 부출력을 조정하기 위해 요구된다.

더욱 큰 전력 손실: 도 1에서 도시된 것과 같이 요구되는 파워 스위치의 수는 스위칭 전력 손실뿐 아니라 전도(conduction)로 인한 더욱 큰 전력 손실을 유발한다. 소량의 전도에 대한 큰 사이즈의 파워 스위치들은 스위칭 손실 및 비용을 증가시킨다. 또한 2개의 부피가 큰 인덕터들은 비용과 전력 손실을 증가시킨다.

어려운 보상(compensation): 2개의 컨트롤러를 사용하는 것은 각각의 안정된 동작을 위해 피드백 및 보상 회로의 중복을 요구한다.

비용: 이상에서 언급한 단점으로 인해 이중 출력(dual output) 컨버터들을 사용한 종래의 OLED 패널을 위한 종래의 파워 드라이버들은 효율이 더 낮고 비용이 더 높다.

도 3, 4, 5는 본 발명의 다양한 실시예(200A, 200B, 200C)에 따른 OLED 파워 드라이버의 개략도이다. 전력이 흐르는 경로는 다음과 같다.

P1: OLED 구동(driving)을 위한 IBBC의 온-타임(on-time) 경로

P2: OLED 구동을 위한 IBBC의 오프-타임(off-time) 경로

P3:OLED 제어회로를 위한 충전 경로(charging path)

P4: OLED 제어회로를 위한 방전 경로(discharging path)

P5: OLED 구동 전류 경로

본 발명의 파워 드라이버는 OLED 패널 부하(OLED PNL)을 위한 필요 출력 전압(ELVSS)을 조정하기 위해 하나의 벅 부스트 컨버터(IBBC1)만을 채용한다. OLED 패널 부하(OLED PNL)를 드라이브하기 위한 출력 전압은 IBBC에 의해 공급되고 OLED의 정입력(ELVDD)은 아무런 스위치 없이 VIN의 입력 전압공급에 직접적으로 연결된다.

상기 파워 드라이버의 실시예(200A)를 나타내는 도 3에서, 상기 IBBC1은 출력 VLED를 제공하기 위해 2개의 파워 스위치(S1, S2), 하나의 인덕터(L1), 하나의 커패시터(C2), 그리고 하나의 컨트롤러(CNTRL1)를 포함한다. 하나의 커패시터(C1) 및 그것의 컨트롤러(CNTRL2)를 포함하는 하나의 DC-DC 컨버터가 정전압(positive voltage)(VP)을 생성하기 위해 제공된다.

OLED 부하를 드라이브하는 전류가 상기 IBBC 자체에 의해 생성되므로 도 1의 P6와 같이 그라운드 바운싱(ground bouncing)을 일으키는 그라운드 경로 전류가 없다. 단일 DC-DC 컨버터의 사용은 또한 간섭 또는 크로스 토크를 제거하고 디스플레이 품질을 더 좋게 만들어 준다.

그리고 상기 OLED 패널에서 제어 회로를 위한 전류 사용량은 상기 OLED를 드라이브 하는 전류(Io)보다 작다. 따라서, 상기 정출력(VP 또는 VSS 생성기)을 위한 상기 DC-DC 컨버터는 전류 능력이 클 필요가 없고 성능 향상을 위한 설계가 더 쉽다.

상기 정출력(도 1에서VP)은 도 3에서 VIN과 VSS의 전압 차이와 같고 상기 부출력(도 1에서 VN)은 도 3에서 VSS와 VO사이의 전압 차이에 관련되어 있다. OLED 패널에 가해지는 입력 전압(도 1에서 VP+VN)은 도 3에서 VIN과 VO 사이의 전압차이(VLED)와 같다.

다른 실시예에서 상기 정출력(VP) 생성기를 위한 도 3의 상기 DC-DC 컨버터는 도 4의 실시예(200B)에서 도시된 것과 같이 스위칭 노이즈와 컨트롤러가 없는 광대역폭과 뛰어난 PSRR(Power Supply Ripple Rejection)을 가진 리니어 레귤레이터(linear regulator)이다. 도 4에서 리니어 데귤레이터는 제너 다이오드(Zener Diode)로 표시되는데, 션트 레귤레이터(shunt regulator)의 역할을 한다. REG(션트 레귤레이터)는 한 방향, 즉 소싱(sourcing) 전류 드라이브 능력만을 가지므로 버퍼 증폭기(VCOM)는 VSS에서의 커다란 전류 싱크(current sinking)에 대해 선택적이다. 전력 흐름 경로들은 일반적으로 다음과 같이 표시된다.

P1: OLED 구동(driving)을 위한 IBBC의 온-타임(on-time) 경로

P2: OLED 구동을 위한 IBBC의 오프-타임(off-time) 경로

P3:OLED 제어회로를 위한 충전 경로(charging path)

P4: OLED 제어회로를 위한 방전 경로(discharging path)

P5: OLED 구동 전류 경로

도 5의 또 다른 실시예(200C)는 상기 DC-DC 컨버터가 2개의 파워 스위치(S3, S4), 하나의 인덕터(L2), 하나의 커패시터(C1), 그리고 컨트롤러(CNTRL2)를 포?하는 인터팅 벅 부스트 컨버터(IBBC2)인 대안적인 실시예를 도시한다. IBBC2는 상기 OLED 패널 부하(OLED PNL)에 대한 커다란 제어 전류의 경우에 더욱 높은 효율을 제공한다. 전력이 흐르는 경로는 전반적으로 다음과 같이 표시된다.

P1: OLED 구동(driving)을 위한 IBBC1의 온-타임(on-time) 경로

P2: OLED 구동을 위한 IBBC1의 오프-타임(off-time) 경로

P3: OLED 의 제어 회로를 위한 IBBC2의 온-타임(on-time) 경로

P4: OLED 의 제어 회로를 위한 IBBC2의 오프-타임(off-time) 경로

P5: OLED 제어 전류 경로

P6: OLED 구동 전류 경로

도 4에서 리니어 레귤레이터의 사용은 다량의 전류가 흐를 때 추가적인 전력 손실을 일으킬 수 있으므로, 도 5에 도시된 것과 추가적인 IBBC(IBBC2)를 제공하는 것은 상기 파워 드라이버의 효율을 제고하지만 하나의 리니어 레귤레이터 보다 조정 특성이 더 나빠지고 부품 수가 많아진다.

도 6, 7, 8은 본 발명의 다양한 실시예(3400A, 300B, 300C)들에 따른 부하에 대한 추가적인 바이어스 전력(AVDD)을 가지는 OLED 드라이버의 개략도이다.

상기 실시예들(300A, 300B, 300C)은 3개의 출력을 가진 OLED 드라이버를 구현하는 모바일 장치에 응용된다. 실시예 300A의 파워 드라이버는 OLED 패널 부하(OLED PNL) 구동을 위한 컨트롤러(CNTRL1)를 가진 제1 인버팅 벅 부스트 컨버터(IBBC1), 관련된 제어 회로들을 위한 버퍼 증폭기(VCOM)을 가진 하나의 리니어 레귤레이터(REG)를 포함하는 제2 DC-DC 컨버터, 그리고 컨트롤러(CNTRL3)가 있는 패널 바이어스 전력(AVDD)을 위한 제3 DC-DC 컨터버를 포함한다. 상기 REG(션트 레귤레이터)가 일방향(소싱)만의 전류 드라이브 능력을 가지기 때문에 상기 버퍼 증폭기(VCOM)는 VSS에서 다량의 전류 싱크에 대해 선택적이다.

상기 OLED 패널에는 수개의 p채널 TFT(박막트랜지스터)들이 있고 TFT의 게이트-소스가 쇼트(short), 즉 VGS=0이라고 하더라도 누전류(leakage current)가 있을 수 있다. 추가적 출력 AVDD는 보통OLED 패널에서 p채널 TFT의 소스를 완전히 오프로 하기 위해 P 채널 TFT의 소스보다 높다. 그러므로 상기 TFT의 게이트가 그것의 소스보다 높으면 그것은 완전히 오프로 되고 누전류는 무시할 정도로 될 것이다.

도 7에 도시된 대안적인 실시예 300B에서 상기 파워 드라이버는 컨트롤러(CNTRL1)로 상기 OLED 패널 부하(OLED PNL)를 드라이브하기 위한 제1 인터팅 벅 부스트 컨버터(IBBC1), 컨트롤러(CNTRL2)로 관련된 제어회로들을 드러이브 하기 위한 제2 인터팅 벅 부스트 컨버터(IBBC2), 그리고 컨트롤러(CNTRL3)가 있는 패널 바이어스 전력(AVDD)을 위한 제3 DC-DC 컨버터를 포함한다.

도 8에 도시된 다른 대안적인 실시예 300C에서, 상기 파워 드라이버는 컨트롤러(CNTRL1)로 상기 OLED 패널 부하(OLED PNL)를 드라이브하기 위한 제1 인터팅 벅 부스트 컨버터(IBBC1)와 컨트롤러(CNTRL3)가 있는 패널 바이어스 전력(AVDD)을 위한 제3 DC-DC 컨버터를 포함한다. 정전압 VP 는 조정되지 않고 VIN을 따르는데, 이는 만일 VIN이 안정적이면 VP 생성을 위한 추가적인 DC-DC 컨버터에 대한 필요가 없어지기 때문이다.

라인 전이 성능(line transition performance)는 AMOLED 드라이브에 있어서 가장 중요한 특성 중 하나이고 도 9는 VIN이 갑자기 변할 때 도 4의 구성에 바탕을 둔 시간에 대한 전압 VIN(입력 전압), VP(정출력 전압), VLED(부스트 된 OLED 드라이브 전압)의 그래프를 보여주는 시물레이션 결과이다. 이들 시뮬레이션 결과들은 정출력 VP에서 더욱 작은 리플(ripple)을 시현한다.

- 조건: Io=300mA, I_P4=5mA, C1=1nF, C2=10μF, C3=10nF, L1=5μH, VP=5V, VLED=10V, Fsw=1.5MHz, VIN=4.2V↔3.7V (tr=tf=5μs)

- VP_pp=1.2mV, VLED_pp=44.4mV

본 발명의 OLED 드라이버들은 더욱 좋은 좋은 디스플레이 품질을 위해 라인 조정 및 라인 전이 성능을 제공한다는 측면에서 종래의 PLED 파워 드라이버들의 가장 중요한 단점들을 제거한다. 도 9의 그래프는 본 발명의 OLED 드라이버 회로들이 디스플레이 품질에 중요한 영향을 주는 VP 전압에서 더욱 좋은 라인 조정 및 라인 전이 성능을 제공한다는 것을 보여 준다.

본 발명에 따라 서술된 상기 드라이브 회로들은 개별 요소들, 각 요소들에 대한 IC들, 또는 단일칩 IC(monolithic IC)을 사용하여 구현할 수 있다. 예를 들어 도 4 및 5의 드라이브 회로에서 상기 파워 스위치들(S3, S4)은 BJT, MOSFET 등과 같은 개별적인 스위치들이고 하나의 칩은 컨버터 컨트롤러 IC를 포함한다. 도 5에서 상기 파워 스위치들(S3, S4)은 BJT, MOSFET 등과 같은 개별적인 스위치들이고 하나의 칩은 상기 컨버터 컨트롤러를 포함한다. 도 4에서 상기 레귤레이터(REG)와 상기 버퍼 증폭기(VCOM)는 개별 구성요소 또는 상기 IBBC와 함께 IC에 구축(built-in)될 수 있다. 도 5에서 추가적인 IBBC(IBBC2)가 IBBC1과 함께 상기 IC에 구축될 수 있다.

본 발명의 파워 드라이버는 첫째, 노이즈 감소로 인한 더 좋은 디스플레이 성능을 제공하고, 둘째, 파워 스위치들 및 인덕터들의 수를 줄임으로써 또는 선행 기술에 비해 낮은 등급의 구성요소들을 사용함으로써 더욱 뛰어난 효율을 제공한다.

디스플레이 품질: 각 OLED 픽셀의 전류가 p-채널 TFT들에 의해 프로그램 되고 제어되므로, 이 p-채널 TFT들의 소스(source)들은 상기 정전압(VP)에 의해 참조되므로 디스플레이 품질은 상기 정출력에 의존하는 경향이 있다. 본 발명의 상기 드라이버 회로들은 상기 정전압(positive voltage)이 상기 부전압(negative voltage)으로 분리된 것 같이 보이기 때문에 좋은 노이즈 면역성을 제공한다. 상기 OLED의 양의 노드(positive node)는 VIN에 도선으로 연결되고 그것의 기준 접지(VSS)는 좋은 PSSR의 리니어 광대역 리니어 레귤레이터 또는 상기 OLED 패널에 대한 제어 전류 흐름이 큰 경우에 더욱 높은 효율을 위해 다른 IBBC와 같은 스위칭 컨버터(switching converter)에 의해 생성된다. 그래서 2개의 출력의 공통된 기준이 접지가 아닌 VIN이고 종래의 기술에서와 같이 공통의 접지로 인한 상호 간섭 경로가 없기 때문에 상기 부출력의 노이즈가 상기 정출력의 상기 기준 접지(VSS)에 거의 영향을 주지 않는다. 더구나 VSS를 통하여 흐르는 전류로 인한 그라운드 바운싱에 종래의 회로에서 보다 훨씬 작다. 그러므로 훨씬 작은 그라운드 바운싱 및 간섭이 더욱 좋은 디스플레이 품질에 영향을 준다.

효율 및 BOM 비용: 본 발명의 상기 드라이버 회로들은 2개의 파워 스위치, 상기 OLED 패널 부하를 조정하기 위한 컨트롤러, 그리고 하나의 DC-DC 컨버터를 포함하는 하나의 IBBC만을 필요로 하며, 이 때 상기 DC-DC 컨버터는 예를 들어 정출력 전압(VP)을 다루기 위해 하나의 션트 레귤레이터와 하나의 버퍼 증폭기를 포함할 수 있다. 상기 DC-DC 컨버터는 상기 IBBC의 전력 경로보다 훨씬 작은 전류를 드라이브하므로 작은 BOM이 요구된다. 상기 버퍼 증폭기는 선택적이며 응용에 바탕을 두고 제공되며 싱크(sinking) 및 소스(sourcing) 전류 능력들이 모두 요구될 때만 필요하다. 다른 실시예에서 상기 정출력은 제어 회로가 상당한 양의 전류 소모를 필요로 할 때 다른 IBBC와 같은 스위칭 DC-DC 컨버터에 의해 생성된다. 그렇지만 그것의 전류 소모는 상기 OLED 드라이브 전류(Io)보다 매우 작고 따라서 상기 IBBC는 Io 드라이브를 위한 메인 IBBC보다 작고 가볍다. 본 발명의 드라이버 회로들은 전도 손실(conduction loss)이 더 작고 파워 스위치, 인덕터 및 레귤레이션 컨트롤러들의 수가 더 작고 가벼우므로 비용과 사이즈의 양면에서 경쟁적인 솔루션을 제공한다.

기술적 진보 및 경제적 의미

본 발명에 의해 제공되는 기술적 진보는 다음과 같은 항목들의 실현을 포함한다.

- OLED 패널을 위한 효율적인 드라이버

- OLED 패널을 위한 신뢰성 있는 드라이버

- OLED 패널을 위한 비용 효율적인 드라이버

- 상대적으로 요소의 수가 작은 구성을 가지고 따라서 BOM 요구가 작은 OLED 패널을 위한 드라이버

- OLED 패널을 위한 컴팩트한 드라이버

- 스위칭 동작의 효과가 디스플레이 품질에 최소한의 영향을 주는 OLED 패널을 위한 드라이버

Claims

제1 터미널 및 제2 터미널을 가지는 OLED(유기 발광 다이오드) 패널 부하(load)를 위한 드라이브 회로 장치로서,
제1 노드와 상기 부하의 상기 제1 터미널에 연결된 DC 파워의 공급원;
입력 DC 전압을 수용하고 상기 부하를 드라이브(drive)하기 위하여 조정된(regulated) DC 출력 전압인 부전압(a negative voltage)을 공급하도록 설정된 제1 인버팅 벅-부스트 컨버터(IBBC);
상기 제1 IBBC에 연결되고, 제1 스위치와 제2 스위치의 스위칭 시간을 제어하도록 설정된 제1 컨트롤 회로; 및
제2 커패시터 및 관련된 제2 컨트롤 회로를 포함하고, 상기 제1 컨트롤 회로 및 상기 제2 컨트롤 회로에 대한 기준 접지(reference ground)를 생성하고 그리고 상기 제2 커패시터에 걸쳐 정전압(positive voltage)을 생성하도록 설정된 제2 DC-DC 컨버터;
를 포함하며,
상기 제1 인버팅 벅-부스트 컨버터(IBBC)는;
상기 제1 노드 및 제2 노드 사이에 연결된 제1 스위치;
상기 제2 노드와 시스템 접지(ground) 사이에 연결된 인덕터(inductor);
상기 제2 노드와 상기 부하의 상기 제2 터미널 사이에 연결된 제2 스위치; 및,
상기 부하의 상기 제1 터미널과 상기 제2 터미널 사이에 연결된 제1 커패시터(capacitor);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이브 회로 장치.
제1항에 있어서, 상기 드라이브 회로 장치는 상기 부하에 추가적인 바이어스 파워(bias power)를 공급하도록 설정된 제3 DC-DC 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이브 회로 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 IBBC 내의 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 MOSFET, BJT, 및 IGBT로 이루어진 반도체 장치의 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 드라이브 회로 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 DC-DC 컨버터는 리니어 레귤레이터, 버퍼 증폭기에 연결된 리니어 레귤레이터 및 제2 IBBC로 구성된 컨버터 그룹으로부터 선택되고, 상기 제2 IBBC는 MOSFET, BJT, 및 IGBT로 이루어진 반도체 장치의 군으로부터 선택된 스위치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이브 회로 장치.
제2항에 있어서, 상기 제3 DC-DC 컨버터는 차지 펌프(charge pump)와 같은 스텝-업 DC-DC 컨버터 및 부스트 컨버터(boost converter)로 구성된 컨버터 그룹으로부터 선택되고, 상기 부스트 컨버터는 MOSFET, BJT 및 IGBT로 구성된 반도체 장치 그룹으로부터 선택된 스위치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이브 회로 장치.
제1항에 있어서, 상기 회로장치가 적어도 하나의 개별 요소들, 각 요소들에 대한 IC들, 또는 단일칩 IC(monolithic IC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이브 회로 장치.
안정하고 더 이상의 조정이 필요하지 않고, 추가적인 바이어스 파워를 요구하며 입력 DC 파워 공급을 수용하는 솔리드 스테이트 라이팅(solid state lighting) 부하를 위한 드라이버 회로로서,
제1 노드와 상기 부하의 제1 터미널에 연결된 DC 파워의 공급원;
상기 입력 DC 전압을 받고 2개의 부하 터미널들 사이의 부하를 드라이브하는 조정(regulated) DC 출력 전압을 공급하도록 설정된 제1 IBBC; 및,
바이어스 파워를 제3 터미널에서 상기 부하에 공급하도록 설정된 제3 DC-DC 컨버터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이브 회로 장치.
제7항에 있어서, 상기 제1 IBBC 내의 제1 스위치 및 제2 스위치는 MOSFET, BJT, 및 IGBT로 이루어진 반도체 장치의 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 드라이브 회로 장치.
제7항에 있어서, 상기 제3 DC-DC 컨버터는 차지 펌프(charge pump)와 같은 스텝-업 DC-DC 컨버터 및 부스트 컨버터(boost converter)로 구성된 컨버터 그룹으로부터 선택되고, 상기 부스트 컨버터는 MOSFET, BJT 및 IGBT로 구성된 반도체 장치 그룹으로부터 선택된 스위치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이브 회로 장치.
제7항에 있어서, 상기 회로 장치는 적어도 하나의 개별적 요소들, 각 요소에 대한 IC들, 또는 단일칩 IC를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
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