KR101867817B1 - 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법 및 그 장치 - Google Patents

소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 의한 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법은, 상기 유기발광다이오드로 제 1 구동 전압을 공급하는 단계와, 상기 유기발광다이오드의 계조 데이터에 따른 제 2 구동 전압을 산출하는 단계와, 상기 제 1 구동 전압과 상기 제 2 구동 전압을 비교하는 단계와, 상기 비교 결과에 따라, 피드백 제어 신호를 발생시키는 단계 및 상기 피드백 제어 신호에 따라 상기 제 1 구동 전압을 가변하는 단계를 포함한다.

Description

소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법 및 그 장치{OLED DRIVING METHOD FOR SAVING POWER CONSUMPTION AND OLED DRIVING DEVICE FOR THE SAME}
본 발명은 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기발광다이오드의 전력 소비가 효율적으로 제어되도록 유기발광다이오드의 공급 전압을 조절하는 유기발광다이오드 구동 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 상기 유기발광다이오드 구동 장치는, 예를 들어 네트워크 TV, 스마트 TV, HBBTV(Hybrid Broadcast Broadband Television), 인터넷 TV, 웹 TV, IPTV(Internet Protocol Television) 등에 해당한다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 디스플레이 장치들(Flat Panel Display, FPD)이 개발되고 있다. 이러한 평판 디스플레이 장치는 액정 디스플레이 장치(LCD - Liquid Crystal Display), 전계 방출 디스플레이 장치(FED - Field Emission Display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP - Plasma Display Panel) 및 전계발광소자(Electroluminescence Device) 등이 있다.
PDP는 구조와 제조공정이 단순하기 때문에 경박단소하면서도 대화면화에 가장 유리한 디스플레이 장치로 주목받고 있지만 발광효율과 휘도가 낮고 소비 전력이 큰 단점이 있다.
스위칭 소자로 박막 트랜지스터(TFT - Thin Film Transistor)가 적용된 TFT LCD는 가장 널리 사용되고 있는 평판표시소자이지만 비발광소자이기 때문에 시야각이 좁고 응답속도가 낮은 문제점이 있다. 그러나, 모듈 단위로 설계되어 안정적으로 구동전력을 공급할 수 있다는 장점도 있어 여전히 널리 사용되고 있다.
도 1은 LCD 구성 모듈의 일실시예를 도시한 도면으로, LCD(10) 구성은 패널(Panel)과 LCD를 구동시키기 위한 신호를 순차적으로 공급해주는 드라이버 직접회로(Driver IC) 부분(11), 디스플레이할 신호를 만들어주는 역할을 하는 비디오 컨트롤러(Video Controller, 13), 디스플레이할 데이터를 저장하는 디스플레이 램(Display RAM, 15)으로 구성된다.
LCD는 용도에 따라 모듈 구성이 달라지는데, 휴대폰 등과 같이 해상도(resolution)가 높지 않은 제품은 LCD 모듈에 비디오 컨트롤러와 디스플레이 데이터를 포함한 형태로 구성이 되고, 높은 해상도를 표현해야 하는 용도는 LCD 모듈에 드라이버 직접회로만을 포함한 형태를 가진다. 이와 같이, LCD의 경우 모듈 단위로 설계되어 안정적으로 구동전력을 공급할 수 있다.
한편, 전계발광소자는 발광층의 재료에 따라 무기발광다이오드 디스플레이 장치와 유기발광다이오드 디스플레이 장치로 대별된다. 유기발광다이오드(OLED - Organic Light Emitting Diodes)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 자체발광형 유기물질로서 낮은 전압에서 구동이 가능하고 얇은 박형으로 만들 수 있다. 따라서, 유기발광다이오드 디스플레이 장치는 응답 속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.
도 2는 일반적인 유기발광다이오드 디스플레이 장치의 발광 원리를 설명하는 다이어그램을 나타내는 도면으로, 유기발광다이오드 디스플레이 장치는 도 2와 같은 유기발광다이오드를 가진다.
유기발광다이오드는 전계발광하는 유기 화합물층과, 유기 화합물층을 사이에 두고 대향하는 캐소드 전극(100) 및 애노드전극(200)을 포함한다. 유기 화합물층은 전자주입층(Electron injection : 110a), 전자수송층(Electron transport layer : 110b), 발광층(Emission layer : 110c), 정공수송층(Hole transport layer : 110d) 및 정공주입층(Hole injection layer : 110e)를 포함하여 다층으로 적층된다.
일반적으로, 캐소드전극(100)은 전도성이 높은 단일층의 불투명 금속으로 형성되고, 애노드전극(200)은 투명 전도성 금속으로 형성된다. 애노드전극(200)과 캐소드전극(100)에 구동 전압이 인가되면, 정공수송층(110d)을 통과한 정공과 전자수송층(110b)을 통과한 전자가 발광층(110c)으로 이동되어 여기자를 형성하고, 그 결과 발광층(110c)에서 가시광을 발산하게 된다.
유기발광다이오드 디스플레이 장치는 도 2와 같은 유기발광다이오드를 가지는 화소를 매트릭스 형태로 배열하고, 배열한 화소들을 데이터 전압과 스캔 전압으로 선택적으로 제어함으로써 화상을 표시한다.
이와 같은 유기발광다이오드 디스플레이 장치는 수동 구동(passive matrix) 방식 또는, 스위칭소자로서 TFT를 이용하는 능동 구동(active matrix) 방식의 디스플레이 장치로 나뉘어진다. 이 중 능동 구동 방식은 능동소자인 TFT를 선택적으로 턴-온(turn-on)시켜 화소를 선택하고 스토리지 커패시터(Storage Capacitor)에 유지되는 전압으로 화소의 발광을 유지한다.
도 3은 능동 구동방식으로 유기발광다이오드 디스플레이 장치에 있어서 일반적인 2TIC(2개의 트랜지스터와 1개의 커패시터를 포함)의 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 3을 참조하면, 액티브 매트릭스 방식의 유기발광다이오드 디스플레이 장치의 화소는 유기발광다이오드(OLED), 서로 교차하는 데이터라인(DL) 및 게이트라인(GL), 스위치 TFT(SW), 구동 TFT(DR) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다.
스위치 TFT(SW)는 게이트라인(GL)로부터의 스캔펄스에 응답하여 턴-온(turn-on)됨으로써 자신의 소스전극과 드레인전극 사이의 전류패스를 도통시킨다. 이 스위치 TFT(SW)의 온타임 기간 동안 데이터라인(DL)으로부터의 데이터 전압은 스위치 TFT(SW)의 소스전극과 드레인전극을 경유하여 구동 TFT(DR)의 게이트전극과 스토리지 커패시터(Cst)의 일측 전극에 인가된다.
스토리지 커패시터(Cst)는 데이터 전압과 고전위 구동 전압(VDD) 사이의 차 전압을 저장한 후, 한 프레임 기간 동안 일정하게 유지시키고, 구동 TFT(DR)는 자신의 게이트전극에 인가되는 데이터 전압에 따라 유기발광다이오드(OLED)에 흐르는 전류를 제어한다.
이러한 TFT의 소스-드레인 전압은 유기 발광 다이오드에 인가되는 구동 전압에 의해 결정된다. 그런데, 유기 발광 다이오드에 인가되는 구동 전압은 유기 발광 다이오드의 열화, 온도, 계조 데이터 등의 다른 요인에 따라 변화된다. 따라서, 유기 발광 다이오드의 구동 전압이 변화하더라도 박막 트랜지스터(TFT)를 정전류원으로 동작시키기 위해 구동 전압 인가시 소정 범위의 마진을 두고 있다. 이러한 마진은 불필요한 소비 전력을 발생시키는 문제점이 있다.
즉, 각각의 유기발광다이오드가 정상적으로 가능하도록 설계자는 전통적인 방식, 즉, 유기발광다이오드의 휘도를 보장하는 데 필요한 것보다 더 높은 값을 할당하는 것으로 공급 전압의 값을 설계하는 경향이 있다. 그러므로, 설계자가 할당한 공급 전압의 값은 최소 요구전압이 아니고, 이것은 필연적으로 불필요한 전력소비를 유발하고 있는 실정이다.
본 발명의 일실시예는, 구동 전압을 가변함으로써 소비 전력을 줄일 수 있는 유기발광다이오드 구동 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예는, 유기발광다이오드를 포함하는 구동 장치의 화면 모드별 계조 데이터에 따라 최소 공급 전압을 제공하여 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예는, 유기발광다이오드를 이용하여 출력하는 영상 신호의 프레임 단위별 계조 데이터에 따라 최소 공급 전압을 제공하여 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.
그리고, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 소비 전력을 줄임으로써 장기적으로는 유기발광다이오드의 수명을 늘릴 수 있으며 유기발광소자에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 유기발광다이오드 구동 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 의한 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법은, 상기 유기발광다이오드로 제 1 구동 전압을 공급하는 단계와, 상기 유기발광다이오드의 계조 데이터에 따른 제 2 구동 전압을 산출하는 단계와, 상기 제 1 구동 전압과 상기 제 2 구동 전압을 비교하는 단계와, 상기 비교 결과에 따라, 피드백 제어 신호를 발생시키는 단계 및 상기 피드백 제어 신호에 따라 상기 제 1 구동 전압을 가변하는 단계를 포함한다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 의한 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 장치는, 제 1 구동 전압을 공급하는 전원부와, 패널의 계조 데이터에 따른 최소 소비 전력을 저장하는 메모리와, 상기 메모리에 저장된 최소 소비 전력을 이용하여 상기 디스플레이 패널에서 출력 중인 계조 데이터에 대응하는 제 2 구동 전압을 산출하고, 상기 제 1 구동 전압과 상기 제 2 구동 전압을 비교하는 전압비교부 및 상기 비교 결과에 따라 피드백 제어 신호를 생성하여 상기 제 1 구동 전압을 가변하도록 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 구동 전압을 가변함으로써 소비 전력을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 화면 모드별 계조 데이터에 따라 최소 공급 전압을 제공함으로써, 소비 전력의 효율적인 제어가 가능하다.
그리고, 본 발명의 또 다른 일실시예에 의하면, 영상 신호의 프레임 단위별 계조 데이터에 따라 최소 공급 전압을 제공함으로써, 소비 전력의 효율적인 제어가 가능하다.
보다 구체적인 발명의 효과에 대해서는, 이하 목차에서 상세히 후술하도록 하겠다.
도 1은 LCD 구성 모듈의 일실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 일반적인 유기발광다이오드 디스플레이 장치의 발광 원리를 설명하는 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 3은 화소의 등가 회로도이다.
도 4는 능동 매트릭스 픽셀 회로의 TFT 드라이버 트랜지스터에 대한 드레인 특성을 설명하는 그래프를 도시한 도면이다 .
도 5는 능동 매트릭스 픽셀 회로의 구동 부분에 대한 일실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유기발광다이오드 구동 장치의 기능 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유기발광다이오드 구동 장치의 구동 전압 범위를 설명하는 그래프를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유기발광다이오드 구동 장치의 계조 데이터에 따른 구동 전압 범위를 설명하는 그래프를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 유기발광다이오드 구동 장치에서 구동 전압을 가변하기 위해 피드백 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법의 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함을 고려하여 부여되는 것으로서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
한편, 본 명세서에서 기술되는 유기발광다이오드 구동 장치는, 예컨대 방송 수신 기능에 컴퓨터 지원 기능을 추가한 지능형 네트워크 TV로서, 방송 수신 기능에 충실하면서도 인터넷 기능 등이 추가되어, 수기 방식의 입력 장치, 터치 스크린 또는 공간 리모콘 등보다 사용에 편리한 인터페이스를 갖출 수 있다. 그리고 유선 또는 무선 인터넷 기능의 지원으로 인터넷 및 컴퓨터에 접속되어, 이메일, 웹브라우징, 뱅킹 또는 게임 등의 기능도 수행가능하다. 이러한 다양한 기능을 위해 표준화된 범용 OS가 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명에서 기술되는 유기발광다이오드 구동 장치는, 예를 들어 범용의 OS 커널 상에, 다양한 애플리케이션이 자유롭게 추가되거나 삭제 가능하므로, 사용자 친화적인 다양한 기능이 수행될 수 있다.
더욱이, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
본 발명은 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 유기발광다이오드의 전력 소비가 효율적으로 제어하고자 한다.
유기발광다이오드 구동 장치의 일실시예로서, 능동 구동 픽셀 회로는 일반적으로 전광(electroluminescent) 디스플레이 소자와 직렬로 박막 트랜지스터(이하 'TFT'라고 한다)를 포함할 수 있다.
도 4는 능동 매트릭스 픽셀 회로의 TFT 드라이버 트랜지스터에 대한 드레인 특성을 설명하는 그래프(400)를 도시한 도면이다. 도 4에는 각각 특정 게이트-소스 전압에 대한 드레인-소스 전압과 드레인 전류의 변화를 도시하는 곡선(402, 404, 406, 408)이 도시되어 있다.
커브는 초기의 비선형 부분 후에는 실질적으로 편평해지고, FET(Field Effect Transistor)는 실질적으로 편평해진 소위, 포화(saturation) 영역에서 동작한다. 게이트-소스 전압을 증가시키면, 포화 드레인 전류가 증가함을 알 수 있다.
도 5는 능동 매트릭스 픽셀 회로의 구동 부분(500)에 대한 일실시예를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 회로로부터 주어진 유기발광다이오드 구동 전류에 대해 VSS가 클수록 드라이버 트랜지스터(520)에서의 과잉 전력 손실(dissipation)이 크다는 것을 알 수 있다. 그러므로 과잉 소실 전력을 감소시키기 위해 가능한 한 VSS를 감소시키는 것이 필요하다.
그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, VSS가 더 이상 감소될 수 없는 한계(포화 영역)가 있음을 알 수 있으며, 이 한계는 최대 가용 VSS 및 유기발광소자의 필요 구동 전압에 의해 정해진다.
따라서, 과잉 소실 전력을 감소하기 위하여 구동 전압을 감소할 필요는 있으나, 그 한계를 고려하여 최소 구동 전압보다는 높거나 같도록 전압을 공급할 필요가 있다. 그러나, 능동 매트릭스 드라이버에서 다수의 요인이 유기발광다이오드 구동 장치의 공급 전력을 필요한 것보다 더 증가시키는데 기여하고 있다.
원칙적으로 공급 전력은 최고 전압 유기발광다이오드를 구동하는데 필요한 것보다 0.5V 정도만 높으면 족하다. 그러나 실제로는 공급이 구동 TFT를 포화상태로 유지하기에 충분하여야 하고, 시간에 따른 유기발광다이오드 문턱 전압(threshold voltage)의 증가를 다루기에 충분한 오버헤드를 보유하므로, 공급 전압은 14V 정도로 높아진다. 이 초과 전압이 완전히 구동 TFT에 넘겨져서 전력 소비를 증가시키므로 초과 전압을 줄여서 전력 소비를 효율적으로 제어해야할 필요가 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유기발광다이오드 구동 장치의 기능 블록도로, 도 6을 참조하여 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 장치를 설명한다. 다만, 도 6은 본 발명을 설명하기 위한 일실시예이며, 당업자의 필요에 따라 일부 구성 모듈을 삭제하거나, 새로운 구성 모듈을 추가하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드 구동 장치(600)는 전원부(610), 메모리부(630), 컨트롤러(640), 패널(650), 및 전압비교부(670)를 포함할 수 있다.
전원부(610)는 전원 공급원으로부터 원천 전원을 공급받아 스텝 다운(step down)시킨 후, 각 내장 회로별로 상기 원천 전원을 분할하여 전원 전압을 전달한다.
즉, 상기 전원부(610)는 메모리부(630), 컨트롤러(640), 패널(650) 및 전압비교부(670)로 상기 원천 전원을 분할하여 전원 전압으로 가변시켜 각 내장 회로에 전달하도록 설계된다. 여기서, 상기 내장 회로는 상기 메모리부(630), 컨트롤러(640), 패널(650) 및 전압비교부(670)를 총칭하여 명명한다.
상기 메모리부(630)는 프로그램부(Field Programmable Gate Array), 버퍼(buffer) 및 메모리(memory) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 메모리는 패널(650)의 계조 데이터에 따른 최소 소비 전력을 저장하고, 구동에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터 처리 속도가 빨라짐에 따라 상기 메모리에 저장된 데이터가 상기 프로그램부로 신속히 전달할 수 있다.
상기 메모리로부터 데이터를 전달받은 상기 프로그램부는 이미 이식된 프로그램 로직에 따라 상기 메모리에 커맨드 신호(command signal) 및 어드레스 신호(address signal)을 인가한다. 즉, 입력된 상기 커맨드 신호 및 어드레스 신호에 따라 상기 메모리의 어드레스가 지정되고, 상기 어드레스에 상응하는 데이터가 상기 프로그램부로 출력된다. 따라서, 상기 프로그램부에 수신된 데이터는 상기 프로그램 로직에 의해 처리되어 버퍼에 전달된다.
이하, 상술한 과정에서 처리되고 출력되는 데이터를 프로그램 신호라 명명하다.
상기 버퍼는 일시적인 정보를 저장하는 기억 장소이며 한 장치에서 다른 장치로 정보를 송신할 때 일어나는 시간의 차이나 정보 흐름 속도의 차이를 보상하기 위해 사용하는 장치이다. 또한, 상기 버퍼는 레지스터의 일종으로 주소의 전송을 위해 주소 버퍼를 만들기도 하는 내장 회로이므로, 상기 프로그램부로부터 입력된 상기 프로그램 신호를 임시로 저장하여 프로그램 신호의 전송 시간을 보상 및 조절한 후, 상기 프로그램 신호를 컨트롤러(640)로 전달한다.
상기 메모리부(630)에 대해서 프로그램부, 버퍼 및 메모리로 구분하여 설명하였지만, 이와 같이 구분되지 않고 상기 메모리부(630)에서 모든 기능을 수행하는 것도 본 발명의 권리 범위에 속한다.
상기 컨트롤러(640)는 상기 컨트롤러(640)에 탑재되어 있는 구동 트랜지스터를 사용하여 상기 프로그램부로부터 입력된 상기 프로그램 신호를 증폭시킨다. 즉, 상기 컨트롤러(640)는 상기 패널(650)의 유기발광다이오드가 원활히 디스플레이되도록 하기 위해 상기 프로그램 신호를 확장시켜 상기 패널(650)로 전달한다.
상기 컨트롤러(640)에 의해 증폭된 프로그램 신호는 상기 패널(650)내의 유기발광다이오드로 입력되어 디스플레이된다.
이때, 상기 전원부(610)가 패널(650)의 유기발광다이오드로 전원 전압을 공급할 경우, 필요 이상의 전압이 공급되어 소비 전력이 증가하는 것을 방지하기 위해서 전압비교부(670)를 더 구비한다. 소비 전력은 소자의 발광에 필요한 전력으로, 발광에 필요한 내장 회로의 소비 전력과 발광 소자 자체에서 소비된 전력의 합으로 이루어진다.
상기 전원부(610)에서 공급하는 구동 전압을 제 1 구동 전압이라고 할 때, 상기 전압비교부(670)는 상기 메모리에 저장된 최소 소비 전력을 이용하여 상기 디스플레이 패널(650)에서 출력 중인 계조 데이터에 대응하는 제 2 구동 전압을 산출한다.
상기 계조 데이터는 하나의 화소를 위한 R(Red), G(Green) 또는 B(Blue) 컬러의 구현을 위한 데이터로, 유기발광다이오드 구동 장치의 화면 모드별 계조 데이터일 수 있다. 화면 모드는 유기발광다이오드 구동 장치에 설정된 것에 따라 다를 수 있지만, 표준 화면 모드, 선명한 화면 모드, 편안한 화면 모드, 영화 화면 모드, 스포츠 화면 모드, 게임 화면 모드, 전문가 영상 화면 모드 등의 일반 디스플레이 모드가 있을 수 있으며, 전력 소모를 줄이기 위한 화면 절전 모드 등이 별도로 있을 수 있다.
이와 같이, 화면 모드에 따라서 휘도 등이 차이가 나므로 계조 데이터가 다르다. 따라서, 화면 모드별 계조 데이터 및 상기 계조 데이터에 따른 최소 소비 전력을 메모리에 저장한다. 상기 계조 데이터에 따른 최소 소비 전력은 실험을 통하여 데이터화 할 수 있고, 테이블 형태로 상기 메모리에 저장할 수 있다.
소비 전력(P)은 단위시간당 에너지로 전압(V)과 전류(I)의 곱으로 표현된다(P = VI). 옴의 법칙(V = IR)을 사용하면 전력 P = I2R이다. 유기발광다이오드에서 저항(R)은 정해져 있으므로 소비 전력은 연결된 전압에 의해 결정된다고 볼 수 있다. 이처럼, 소비 전력은 공급되는 전압에 따라 다른 값을 갖게 되므로, 최소 소비 전력을 위한 전압을 알 수 있다. 이를 제 2 구동 전압이라고 한다.
상기 전압비교부(670)은 상기 제 1 구동 전압과 상기 제 2 구동 전압을 비교하고, 상기 컨트롤러(640)는 상기 비교 결과에 따라 피드백 제어 신호를 생성하여 상기 제 1 구동 전압을 가변하도록 제어한다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 컨트롤러(640)는 최소 구동전압인 제 2 구동 전압이 현재 공급되는 제 1 구동 전압이 보다 작다면 피드백 제어 신호를 생성한다. 상기 피드백 제어 신호는 상술한 프로그램 신호의 하나로서, 전압의 가변 여부를 결정하는 신호이다.
상기 컨트롤러(640)는 상기 피드백 제어 신호에 따라, 전력 공급 전류가 상기 제 2 구동 전압에 따른 최소 소비 전력보다 작지 않을 때까지 감소되도록 제어한다. 그에 따라, 상기 전원부(610)는 현재 공급되는 제 1 구동 전압을 가변한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유기발광다이오드 구동 장치의 구동 전압 범위를 설명하는 그래프를 도시한 도면으로, 도 7을 참조하여 컨트롤러에서 가변하는 구동 전압의 범위를 설명한다.
도 7의 x 축은 전압, y 축은 전류를 나타낸다고 할 때에, 전압이 커질수록 전류도 커진다. 이때, 유기발광다이오드의 계조 데이터에 따라 필요한 전압 및 전류가 달라질 수 있다.
상기 그래프상의 특정점(710)은 유기발광다이오드의 계조 데이터가 가장 낮을 때 필요한 최소 구동 전압(a) 및 그에 따른 전류(c), 상기 그래프상의 특정점(720)은 유기발광다이오드의 계조 데이터가 가장 높을 때 필요한 최대 구동 전압(a) 및 그에 따른 전류(d)라고 가정한다.
상기 가정에 따르면, 유기발광다이오드의 구동 전압은 최소 구동 전압(a)에서 최대 구동 전압(b) 사이에 존재해야 하고, 계조 데이터에 따라 달라져야 한다. 그러나, 실질적으로는 안정적인 구동 전압을 위하여 항상 최대 구동 전압(b)을 제공함으로써 소비 전력이 커지게 된다.
따라서, 상기 메모리에 계조 데이터에 따른 최소 소비 전력을 저장해두고, 이를 통해 최소 구동 전압을 산출하여 계조 데이터에 따라 최소 구동 전압을 공급하도록 함으로써 소비 전력을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 7에서 x 축은 전압, y 축은 전류를 나타내는 것을 일실시예로서 설명하였지만, x 축은 전압, y 축은 휘도를 나타내도록 하는 등, 구동 전압 범위를 다르게 하는 다른 요소를 축으로 하여 설명할 수도 있음은 물론이다.
휘도(luminance)는 디스플레이의 발광 정보를 나타내는 단위로서, 단위면적(m2)당 광원에서 나오는 빛의 세기(Cd)를 나타낸다. 즉, 발생된 빛이 직접 눈에 들어오거나, 물체의 표면에 반사된 뒤에 눈으로 들어오는 빛이 얼마나 밝은 것인가를 나타내어 시작업 능력에 커다란 영향을 미친다.
유기발광다이오드는 R(Red), G(Green), B(Blue)의 기본적 삼원색의 유기발광다이오드가 필요하며 이들 삼원색의 소자를 화소 형태의 구조로 만들어 구동하면 유기발광다이오드 디스플레이가 만들어진다. 일반적으로 사람의 눈이 각 삼원색에 대한 시인성이 틀리기 때문에 디스플레이에 요구되는 R, G, B의 휘도비가 틀리다. 예를 들어, 밝기 휘도 100 cd/m2(=nits)의 디스플레이를 만들고자 할 때 R, G, B에 요구되는 밝기의 비는 대략 30:50:20이 된다. 이는 또 각각의 R, G, B 소자의 고유 색상에 따라서 그 비율이 변화하게 된다.
이와 같이, 유기발광다이오드는 광소자를 이용한 자체발광을 사용하므로 광원의 세기를 높여 휘도를 향상시키고 있다. 따라서, 휘도가 높을수록 광원의 세기가 높아지므로 전력 소비가 증가하게 된다.
그럼에도 불구하고, 일반적으로 유기발광다이오드의 휘도를 보장하는 데 필요한 것보다 더 높은 값을 할당하는 방식으로 구동 전압을 설계하는 경향이 있어서 최소로 요구하는 전압보다 더 높은 전압이 공급되어 불필요한 전력소비를 유발하고 있는 실정이다. 따라서, 휘도에 따라 필요한 최소 구동 전압이 다를 수 있으므로 휘도에 따른 최소 공급 전압 또는 최소 소비 전력을 저장해두고, 휘도에 따라 구동 전압을 가변할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 전류량에 따라 휘도가 결정된다고 볼 수도 있으므로, 상기 전압비교부(670)는 전압 비교가 아닌 전류 비교를 통해서 상기 컨트롤러(640)가 전압을 가변하도록 할 수도 있다. 즉, 현재 공급 중인 전압과 최소 공급 전압이 아닌, 현재 공급 중인 전류와 최소 공급 전류를 비교하면 최소 구동 전압 이상의 전압이 공급 중인지 알 수 있으므로, 전압을 가변할 필요가 있는지 판단가능하고, 전류를 통해 전압도 알 수 있으므로 전류 비교를 통해서도 소기의 목적을 달성할 수 있다.
한편, 상기 메모리에 계조 데이터에 따른 최소 소비 전력을 저장해두고, 전압비교부(670)에서 제 2 구동 전압 즉, 최소 구동 전압을 산출하는데, 상기 산출된 제 2 구동 전압을 메모리에 저장하도록 할 수도 있다. 이와 같은 과정을 통하여, 메모리에 저장된 계조 데이터에 따른 최소 소비 전력 및 구동 전압 테이블을 갱신할 수 있고, 그 이후 구동 전압 산출 과정을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
물론, 처음부터 메모리에 계조 데이터에 따른 최소 구동 전압을 저장하여 이용하는 것도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유기발광다이오드 구동 장치의 계조 데이터에 따른 구동 전압 범위를 설명하는 그래프를 도시한 도면으로, 도 8을 참조하여 계조 데이터에 따른 구동 전압 범위를 설명하도록 한다.
계조(gradation 또는 grey level)는 흑백 및 중간조로 되는 농담의 정도를 시감각에 있어 밝음의 단계로 나눈 것으로서, 계조의 이해단계가 많을수록(고계조) 이미지를 충실하게 재현할 수 있다. 다만, 도 8에 도시된 바와 같이 고계조(계조3)일수록 구동 전압(V3)이 높고, 저계조(계조1)로 갈수록 구동 전압(V1)이 낮음을 알 수 있다.
실질적으로는 구동 전압 범위(working range)는 V1에서 V3 범위인데, 고계조일 경우를 보장하기 위해서 항상 V3 값을 구동 전압으로 설계하고 있다. 따라서, 저계조일 경우에도 V1보다 더 큰 V3의 구동 전압을 공급하여 불필요한 소비 전력이 발생하게 된다.
영상 신호의 프레임 측면에서 살펴보면, 프레임별로 계조 데이터가 낮은 경우도 있고 높은 경우도 있는데, 상술한 바와 같이 높은 경우를 대비하여 구동 전압을 항상 최대값으로 설정하여 공급하고 있는 실정이다. 그에 따라, 본 발명에 따른 계조 데이터는 유기발광다이오드 구동 장치에서 출력 중인 영상 신호의 프레임 단위별 계조 데이터일 수 있다.
전압을 가하면 유기물이 빛을 발하는 특성을 이용하며, 유기물에 따라 R, G, B를 발하는 특성을 이용해 색상(Full Color)을 구현하는 것이 발광원리이다. 따라서, 영상 신호에 따라 특정 영상을 디스플레이하기 위해서는 유기발광다이오드별 휘도 및 색순도 등에 대한 정보를 가지고 있어야 한다. 따라서, 이러한 정보를 이용하여 메모리에 저장된 계조 데이터에 따른 최소 소비 전력을 저장한 룩업 테이블(look-up table)을 참조하여 최소 구동 전압을 제공하도록 할 수 있다.
따라서, 상기 전압비교부(670)는 각 프레임의 계조 데이터에 따른 최소 소비 전력을 이용하여 최소 구동 전압을 산출하고, 상기 컨트롤러(640)는 현재 공급 중인 구동 전압과 산출된 최소 구동 전압을 비교하여 공급 중인 구동 전압을 줄이도록 제어할 수 있다.
이와 같은 과정을 통해, 영상 신호의 프레임 단위별로 계조 데이터에 필요한 최소 구동 전압을 공급할 수 있도록 하여 소비 전력을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
한편, 앞에서는 능동 구동(active matrix) 방식을 일실시예로서 설명하였으나 수동 구동(passive matrix) 방식의 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
수동 구동 방식은 양극과 음극이 교차하는 부분에 유기발광다이오드를 위치시키는 방식이다. 유기발광다이오드는 응답시간이 빠르며, 전압이나 전류 등의 정보를 저장하기 않기 때문에 수동 펄스가 제거되면 곧바로 오프(off) 된다.
따라서, 실생활에 쓰일 수 있는 디스플레이 휘도를 유지하기 위해서는 온(on) 상태에서 빛의 휘도가 아주 밝아야 한다. 순차 구동이라는 특성을 지닌 수동 구동 방식은 이런 조건에서 패널의 해상도와 크기가 증가할수록 소비 전력이 급격히 증가하게 된다. 따라서, 패널의 해상도에 대한 정보를 이용하여 구동 전압을 줄일 수 있다면 소비 전력이 급격히 증가하는 것을 줄일 수 있다는 장점이 있고, 그 효과도 경우에 따라 능동 구동 방식보다 더 클 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 유기발광다이오드 구동 장치에서 구동 전압을 가변하기 위해 피드백 과정을 설명하는 흐름도로, 도 9를 참조하여 피드백(feedback)을 통해 구동 전압을 가변하는 일실시예를 설명한다.
유기발광다이오드로 구동 전압을 제공한다(S910). 유기발광다이오드를 이용한 화면의 계조 데이터를 분석하고(S920), 메모리에 저장된 룩업 테이블(look-up table)을 이용하여 특정 화면의 계조 데이터에 따른 구동 전압을 추출한다(S930). 상기 룩업 테이블은 계조 데이터별 최소 소비 전력이 저장되어 있을 수 있고, 계조 데이터별 최소 구동전압이 저장되어 있을 수 있다. 최소 소비 전력이 저장되어 있는 경우에는 최소 구동 전압을 산출할 수 있다.
상기 룩업 테이블을 통해 추출된 최소 구동 전압과 공급 중인 구동 전압을 비교한다(S940). 비교 결과, 공급 중인 구동 전압이 더 크다면 피드백 제어 신호를 생성한다. 따라서, 피드백 제어 신호가 생성되었는지 판단하여(S950), 피드팩 제어 신호가 생성되었다면, 구동 전압을 가변한다(S960). 그에 따라, 공급 중인 구동 전압은 최소 구동 전압으로 가변되어 제공된다(S910). 계조 데이터는 화면 모드 또는 영상 신호의 프레임에 따라 달라지므로 기설정된 바에 따라 상술한 과정을 반복함으로써 피드백이 이루어진다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법의 흐름도로, 도 10을 참조하여 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법을 설명한다.
유기발광다이오드로 제 1 구동 전압을 공급한다(S1000). 상기 유기발광다이오드의 계조 데이터에 따른 제 2 구동 전압을 산출한다(S1010). 상기 계조 데이터는 유기발광다이오드를 포함하는 구동 장치의 화면 모드별 계조 데이터이거나, 상기 유기발광다이오드를 이용하여 출력하는 영상 신호의 프레임 단위별 계조 데이터일 수 있다.
화면 모드나 프레임별 계조 데이터가 다른데, 안정성을 위하여 계조 데이터에 따라 구동 전압을 항상 최대값으로 설정하여 공급하고 있다. 이처럼 항상 최대 구동 전압을 공급하면 소비 전력 손실이 커지므로, 계조 데이터에 적합한 구동 전압을 제공하여 소비 전력을 효율적으로 제어하고자 한다.
따라서, 상기 제 2 구동 전압을 산출하는 단계(S1010)에서 상기 계조 데이터에 따른 최소 소비 전력이 테이블 형태로 저장된 메모리를 이용할 수 있다. 소비 전력(P)은 단위시간당 에너지로 전압(V)과 전류(I)의 곱으로 표현된다(P = VI). 옴의 법칙(V = IR)을 사용하면 전력 P = I2R이다. 따라서, 유기발광다이오드에서 저항(R)은 정해져 있으므로 소비 전력은 연결된 전압에 의해 결정된다. 이처럼, 소비 전력은 공급되는 전압에 따라 다른 값을 갖게 되므로, 최소 소비 전력을 위한 전압을 알 수 있다.
또한, 상기 산출된 제 2 구동 전압을 메모리에 저장할 수 있다. 이와 같이, 제 2 구동 전압을 메모리게 부가적으로 저장함으로써, 메모리에 저장된 계조 데이터에 따른 최소 소비 전력 및 구동 전압 테이블을 갱신할 수 있고, 그 이후 구동 전압 산출 과정을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
상기 제 1 구동 전압과 상기 제 2 구동 전압을 비교한다(S1020). 비교 결과 상기 제 2 구동 전압이 상기 제 1 구동 전압보다 작은 경우(S1020-Yes), 피드백 제어 신호를 생성한다(S1030).
상기 제 2 구동 전압이 상기 제 1 구동 전압보다 작다는 것은, 최소한으로 필요한 구동 전압(제 2 구동 전압)보다 더 많은 구동 전압(제 1 구동 전압)을 제공하고 있다는 의미이므로 피드백 제어 신호를 생성하여 공급하는 제 1 구동 전압을 가변하여 소비 전력을 줄이고자 한다.
따라서, 상기 피드백 제어 신호에 따라 제 1 구동 전압을 가변하는데(S1040), 전력 공급 전류가 최소 소비 전력보다 작지 않을 때까지 감소되도록 상기 제 1 구동 전압을 가변한다(S1040).
나아가, 설명의 편의를 위하여 각 도면을 나누어 설명하였으나, 각 도면에 서술되어 있는 실시 예들을 병합하여 새로운 실시 예를 구현하도록 설계하는 것도 가능하다. 그리고, 당업자의 필요에 따라, 이전에 설명된 실시 예들을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 설계하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.
본 발명에 따른 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법 및 그 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 방법은 네트워크 디바이스에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
그리고, 당해 명세서에서는 물건 발명과 방법 발명이 모두 설명되고 있으며, 필요에 따라 양발명의 설명은 보충적으로 적용될 수가 있다.
610 전원부 630 메모리부
640 컨트롤러 650 패널
670 전압비교부

Claims (15)

  1. 삭제
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  9. 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 장치에 있어서,
    제 1 구동 전압을 공급하는 전원부;
    패널의 계조 데이터에 따른 최소 소비 전력을 저장하는 메모리;
    상기 메모리에 저장된 최소 소비 전력을 이용하여 디스플레이 패널에서 출력 중인 계조 데이터에 대응하는 제 2 구동 전압을 산출하고, 상기 제 1 구동 전압과 상기 제 2 구동 전압을 비교하는 전압비교부; 및
    상기 비교 결과에 따라 피드백 제어 신호를 생성하여 상기 제 1 구동 전압을 가변하도록 제어하고,
    상기 제 2 구동 전압이 상기 제 1 구동 전압보다 작은 경우, 상기 피드백 제어 신호를 생성하고,
    전력 공급 전류가 상기 제 2 구동 전압에 따른 최소 소비 전력보다 작지 않을 때까지 감소되도록 상기 제 1 구동 전압을 가변하는 컨트롤러;
    를 포함하는 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 패널의 계조 데이터는,
    상기 유기발광다이오드 구동 장치의 화면 모드별 계조 데이터인, 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 패널의 계조 데이터는,
    상기 유기발광다이오드 구동 장치에서 출력 중인 영상 신호의 프레임 단위별 계조 데이터인, 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 전압비교부는,
    상기 산출된 제 2 구동 전압을 상기 메모리에 저장하는, 소비 전력을 줄이는 유기발광다이오드 구동 장치.
  15. 삭제
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