KR102424054B1 - 유기 발광 디스플레이 장치의 소비전력 감소를 위한 구동전압 설정 방법 - Google Patents

유기 발광 디스플레이 장치의 소비전력 감소를 위한 구동전압 설정 방법 Download PDF

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Abstract

유기 발광 디스플레이 장치의 소비전력 감소를 위한 구동전압 설정 방법이 개시된다. 다수의 OLED 화소를 포함하는 패널과 상기 다수의 OLED 화소들의 구동을 제어하는 구동회로를 포함하는 OLED 장치의 디밍 제어를 위해, OLED 화소의 휘도 조건에 변경이 생기는지 여부를 체크한다. 휘도 조건에 변경이 있는 경우, OLED 화소의 구동에 관련되는 구동관련 전압들에 생길 수 있는 마진 전압의 범위 내에서, 구동관련 전압들 각각의 레벨을 소비전력을 감소시키는 방향으로 변경하는 설정을 한다. 이 방법은 구동 IC 내의 로직 회로로 구현될 수 있다.

Description

유기 발광 디스플레이 장치의 소비전력 감소를 위한 구동전압 설정 방법 {Method of setting driving voltages to reduce power consumption in organic light emitting display device}
본 발명은 평판형 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기 발광 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템의 구동에 관한 것이다.
유기 발광 디스플레이(Organic Light Emitting Display; OLED) 장치는 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발생하는 유기 발광 다이오드를 이용하여 영상을 표시한다. OLED 장치는 다수의 화소들을 포함하며, 각 화소는 OLED 소자와, 그 OLED 소자를 독립적으로 구동하는 화소 회로 및 각 화소 회로들을 구동하는 구동 제어회로를 갖는다.
OLED 장치는 OLED 소자의 발광을 제어하기 위해 여러 가지 전압, 예컨대 계조전압을 생성하기 위한 전압, 그리고 화소 회로의 스위칭 트랜지스터들을 턴온, 턴오프 하기 위한 전압, 그리고 초기화를 위한 전압 등을 사용한다. 이들 전압들은 각각의 목적에 맞는 레벨로 설정된다. 그런데 기존의 OLED 장치들의 경우, 주변 환경, 예를 들어 실내 또는 실외에서의 주변 밝기 등을 고려하지 않고, 그 전압들의 레벨을 미리 설정하여 사용하였다. 그러다 보니, 그 전압들의 설정 레벨은 최악의 경우(worst case)를 고려하여 매우 넉넉하게 설정하였다. 즉, 예컨대 최대 휘도를 나타내야 하는 경우와 같이, 가장 높은 레벨의 전압(최대 레벨 전압)을 사용해야 하는 경우를 기준으로 하여 각 전압들의 레벨을 충분히 큰 값으로 설정하였다. 그 최대 레벨 전압을 다 사용하지 않아도 되는 경우에도, 언제나 그 최대 레벨 전압을 사용하도록 되어 있다. 전압의 레벨이 크면, 그만큼 스윙폭이 커서 전력소모량이 많다. 전력 소모에 있어서 비효율이 발생한다.
위와 같은 점들을 고려하여, 본 발명은 화소의 밝기를 낮추는 디밍(dimming) 제어를 하는 경우에는 OLED 화소의 구동에 필요한 전압들의 레벨을 그에 맞게 낮추어줌으로써 불필요한 전력 소비를 줄여 소비전력을 절감할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, OLED 장치의 구동전압 설정 방법이 제공된다. 이 방법에 따르면, 다수의 OLED 화소를 포함하는 패널과 상기 다수의 OLED 화소들의 구동을 제어하는 구동회로를 포함하는 OLED 장치의 디밍 제어를 위해, OLED 화소의 휘도 조건에 변경이 생기는지 여부를 체크할 수 있다. 상기 휘도 조건에 변경이 있는 경우 상기 OLED 화소의 구동에 관련되는 구동관련 전압들에 생길 수 있는 마진 전압의 범위 내에서, 상기 구동관련 전압들 각각의 레벨을 소비전력을 감소시키는 방향으로 변경하는 설정을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 설정을 하는 것은, OLED 화소의 휘도 조건에 연관시켜 상기 구동관련 전압들의 레벨을 미리 설정해두는 것과, 상기 휘도 조건의 변경이 있을 때, 상기 구동관련 전압들의 레벨들을 그 변경되는 휘도 조건에 연관되어 설정된 레벨들로 변경하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미리 설정해두는 구동관련 전압들은, 상기 휘도 조건의 변경의 정도에 상관없이, 각각 한 가지의 레벨의 전압값으로 설정될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 미리 설정해두는 구동관련 전압들은, 상기 휘도 조건의 변경의 정도 별로 서로 다른 레벨의 전압값들로 설정될 수도 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 구동관련 전압들은 상기 OLED 화소의 계조표현전압(VREG1)을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상기 구동관련 전압들은 상기 OLED 화소의 스위칭 트랜지스터를 턴오프 시키기 위한 턴오프 전압(VGH)을 포함할 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상기 구동관련 전압들은 상기 OLED 화소의 스위칭 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGH)을 포함할 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상기 구동관련 전압들은 상기 OLED 화소의 구동 트랜지스터의 게이트와 OLED 소자의 양극을 초기화하기 위한 초기화 전압(Vinit)을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 설정을 하는 것은, 상기 휘도 조건에 변경이 있는 경우, 변경할 휘도 조건에 대응하여 상기 OLED 화소의 계조표현전압(VREG1)을 설정하는 것을 포함할 수 있다. 나아가, 설정된 상기 계조표현전압(VREG1)에 상기 OLED 화소의 트랜지스터의 턴오프 마진 전압을 더하여 상기 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)를 구하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 설정을 하는 것은, 상기 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)에 헤드 룸 마진(head room margin) 전압값을 더하여 제1 소스전압(VLIN1)을 설정하는 것을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 소스전압(VLIN1)은 상기 계조표현전압(VREG1), 상기 턴오프 전압(VGH), 그리고 상기 OLED 화소의 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGL)을 만드는 소스 전압일 수 있다. 또한, 상기 헤드 룸 마진 전압값은 상기 제1 소스전압(VLIN1)에 포함되어 있는 리플 성분에도 불구하고 직류 성분인 상기 계조표현전압(VREG1), 상기 턴오프 전압(VGH)과 상기 턴온 전압(VGL)을 안정적으로 추출할 수 있는 마진 전압일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 설정을 하는 것은, 상기 휘도 조건에 변경이 있는 경우, 변경할 휘도 조건에 대응하여 상기 OLED 화소의 저 전원전압(ELVSS)을 설정하는 것과, 설정된 상기 저 전원전압(ELVSS)에 상기 OLED 소자의 도통 전압(Vth_EL)을 더한 전압을 초기화 전압(Vinit)으로 설정하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 초기화 전압(Vinit)은 상기 OLED 화소의 구동 트랜지스터의 게이트와 OLED 소자의 양극을 초기화하기 위한 전압일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 설정을 하는 것은, 상기 OLED 소자(Do)를 발광시키기에 충분한 레벨의 OLED 발광전압(Vth_Margin)을 상기 초기화 전압(Vinit)에 합한 전압 값을 상기 OLED 화소의 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGL) 레벨로 설정하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 구동전압 설정 방법에 따른 알고리즘은 상기 OLED 장치의 구동 IC 내의 로직 회로로 구현될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 OLED 소자의 상기 도통 전압(Vth_EL)은, 상기 휘도 조건의 변경의 정도에 상관없이, 한 가지 레벨의 전압값으로 설정될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 OLED 소자의 상기 도통 전압(Vth_EL)은, 상기 휘도 조건의 변경의 정도 별로 다른 레벨의 전압값들로 설정될 수도 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 OLED 장치의 구동전압 설정 방법이 제공된다. 이 구동전압 설정 방법은, 다수의 OLED 화소를 포함하는 패널과 상기 다수의 OLED 화소들의 구동을 제어하는 구동회로를 포함하는 OLED 장치의 디밍 제어를 위해, OLED 화소의 휘도 조건에 연관시켜 상기 구동관련 전압들의 레벨을 미리 설정해둘 수 있다. 그리고 상기 OLED 화소의 휘도 조건에 변경이 생기는지 여부를 체크할 수 있다. 체크 결과, 상기 휘도 조건에 변경이 있는 때, 상기 OLED 화소의 구동에 관련되는 구동관련 전압들에 생길 수 있는 마진 전압의 범위 내에서, 상기 구동관련 전압들 각각의 레벨을 그 변경되는 휘도 조건에 연관되어 설정된 레벨들로 변경하여 소비전력을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따르면, 상기 구동관련 전압들은, 상기 OLED 화소의 계조표현전압(VREG1), 상기 OLED 화소의 스위칭 트랜지스터를 턴오프 시키기 위한 턴오프 전압(VGH), 상기 OLED 화소의 스위칭 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGH), 그리고 상기 OLED 화소의 구동 트랜지스터의 게이트와 OLED 소자의 양극을 초기화하기 위한 초기화 전압(Vinit) 중 적어도 어느 한 가지를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따르면, 상기 소비전력을 감소시키는 것은, 상기 휘도 조건에 변경이 있을 때, 변경할 휘도 조건에 대응하여 상기 OLED 화소의 계조표현전압(VREG1)을 설정하는 것과, 설정된 상기 계조표현전압(VREG1)에 상기 OLED 화소의 트랜지스터의 턴오프 마진 전압을 더하여 상기 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)을 구하는 것과, 상기 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)에 헤드 룸 마진(head room margin) 전압값을 더하여 제1 소스전압(VLIN1)을 설정하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 소스전압(VLIN1)은 상기 계조표현전압(VREG1), 상기 턴오프 전압(VGH), 그리고 상기 OLED 화소의 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGL)을 만드는 소스 전압일 수 있다. 상기 헤드 룸 마진 전압값은 상기 제1 소스전압(VLIN1)에 포함되어 있는 리플 성분에도 불구하고 직류 성분인 상기 계조표현전압(VREG1), 상기 턴오프 전압(VGH)과 상기 턴온 전압(VGL)을 안정적으로 추출할 수 있는 마진 전압일 수 있다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따르면, 상기 소비전력을 감소시키는 것은, 상기 휘도 조건에 변경이 있을 때, 변경할 휘도 조건에 대응하여 상기 OLED 화소의 저 전원전압(ELVSS)을 설정하는 것과, 설정된 상기 저 전원전압(ELVSS)에 상기 OLED 소자의 도통 전압(Vth_EL)을 더한 전압을 초기화 전압(Vinit)으로 설정하는 것과, 상기 OLED 소자(Do)를 발광시키기에 충분한 레벨의 OLED 발광전압(Vth_Margin)을 상기 초기화 전압(Vinit)에 합한 전압 값을 상기 OLED 화소의 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGL) 레벨로 설정하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 초기화 전압(Vinit)은 상기 OLED 화소의 구동 트랜지스터의 게이트와 OLED 소자의 양극을 초기화하기 위한 전압일 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 OLED 장치의 구동전압 설정 방법이 제공된다. 이 구동전압 설정 방법은, 다수의 OLED 화소를 포함하는 패널과 상기 다수의 OLED 화소들의 구동을 제어하는 구동회로를 포함하는 OLED 장치의 디밍 제어를 위해, OLED 화소의 휘도 조건에 연관시켜 상기 구동관련 전압들의 레벨을 미리 설정해두는 것을 포함할 수 있다. 또한, 상기 OLED 화소의 휘도 조건에 변경이 생기는지 여부를 체크하는 것과, 그 체크 결과, 상기 휘도 조건에 변경이 있는 때, 상기 OLED 화소의 구동에 관련되는 구동관련 전압들에 생길 수 있는 마진 전압의 범위 내에서, 상기 구동관련 전압들 각각의 레벨을 그 변경되는 휘도 조건에 연관되어 설정된 레벨들로 변경하여 소비전력을 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 구동관련 전압들은, 상기 OLED 화소의 계조표현전압(VREG1), 상기 OLED 화소의 스위칭 트랜지스터를 턴오프 시키기 위한 턴오프 전압(VGH), 상기 OLED 화소의 스위칭 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGH), 그리고 상기 OLED 화소의 구동 트랜지스터의 게이트와 OLED 소자의 양극을 초기화하기 위한 초기화 전압(Vinit)을 포함할 수 있다.
OLED 화소에서의 소비 전력량은 화소를 켰다 끄는 동작을 구동하는 데 관여하는 전압들의 스윙 폭이 클수록 크게 늘어난다. 기존의 OLED 장치에 있어서, 각 OLED 화소를 구동하는 데 관련있는 전압들(계조표현전압(VREG1), 화소 회로의 스위칭 트랜지스터들의 턴오프 전압(VGH)과 턴온 전압(VGL), 화소 회로의 초기화 전압(Vinit), 그리고 이들 전압을 만들어 내는 소스전압(VLIN1) 등)은 OLED 화소의 어떤 구동(휘도) 조건이라도 전부 커버될 수 있는 정도로 충분히 여유 있게 설정되어 있다. 그러므로 디밍 제어를 통해 휘도를 낮추는 경우에는 불필요한 전력소모를 유발한다.
낮은 휘도로 디밍 제어를 하는 경우에는 OLED 구동관련 전압들을 스윙 폭을 줄일 수 있는 마진이 늘어날 수 있다. 이 점에 착안하여, 본 발명은 그렇게 생겨나는 마진 전압을 OLED 구동관련 전압들에게 반영하여 구동관련 전압들의 스윙 폭을 줄임으로써 소비전력을 저감시킬 수 있다. 본 발명에 의하면, 샘플들에 대한 시뮬레이션 결과에 의하면, 적어도 3% 이상의 소비전력 저감 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 OLED 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 발명이 적용될 수 있는 OLED 화소의 회로 구성을 예시적으로 도시한다.
도 3은 도 2의 OLED 화소 회로의 구동에 관련되는 신호들의 예시적인 파형도이다.
도 4는 도 2의 OLED 화소 회로의 구동 트랜지스터에 제공되는 계조표현전압(VREG1)과 스위칭 트랜지스터에 제공되는 턴오프 전압(VGH) 및 턴온 전압(VGL)의 파형을 예시적으로 나타낸다.
도 5는 최고 휘도 조건(디밍 제어 비적용)과 저 휘도 조건(디밍 제어 적용) 각각에서의 계조표현전압(VREG1), 스위칭 트랜지스터의 턴온 전압(VGL), 초기화 전압(Vinit), 그리고 제1 소스전압(VLIN1)의 레벨을 대비시켜 표현한 그래프이다.
도 6은 도 2의 OLED 화소 회로의 디밍 제어 시 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)의 감소(계조표현전압(VREG1)의 감소) 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 회로에서 OLED 소자가 최대 휘도로 발광해야 하는 경우 턴오프 전압(VGH) 또는 계조표현전압(VREG1)은 크게 설정할 수밖에 없는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 6의 회로에서 OLED 소자가 저 휘도로 발광해야 하는 경우 턴오프 전압(VGH) 또는 계조표현전압(VREG1)의 레벨을 낮게 설정할 수 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 2의 OLED 화소 회로의 디밍 제어 시 스위칭 트랜지스터의 턴온 전압(VGL) 및 초기화 전압(Vinit)의 감소 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에서 저 휘도 디밍 제어 시 블랙 마진 전압의 증가에 따라 초기화 전압(Vinit)의 레벨을 상승시킬 수 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 9에서 저 휘도 디밍 제어 시 데이터 초기화를 위한 초기화 전압(Vinit) 마진의 증가에 의해 초기화 전압(Vinit)의 레벨을 상승시킬 수 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따라 OLED 화소 구동 관련 전압들의 레벨 조정 방법의 전반적인 흐름을 간략하게 도시하는 흐름도이다.
도 13은 본 발명에 따른 방법의 제1 알고리즘을 나타낸 것으로서, 디밍 제어가 적용되는 경우 휘도 조건이 어떤지에 상관없이, OLED 소자 구동관련 전압들의 값을 한 가지로 적용하는 알고리즘을 나타낸다.
도 14는 본 발명에 따른 방법의 제2 알고리즘을 나타낸 것으로서, 디밍 제어가 적용되는 경우 휘도 조건에 따라 화질에 관련 있는 OLED 도통 전압(Vth_EL)을 다르게 적용하는 알고리즘을 나타낸다.
도 15는 본 발명의 방법을 적용할 경우, 예상되는 소비전력 절감효과의 정도를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 관해 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 도 1은 본 발명이 적용되는 OLED 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, OLED 장치(100)는 구동 회로(105), 디스플레이 패널(110) 및 파워 서플라이(180)를 포함할 수 있다.
구동 회로(105)는 타이밍 컨트롤러(130), 데이터 드라이버(150), 스캔 드라이버(160) 및 발광 드라이버(170)를 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, OLED 장치(100)는 모드 신호 생성기(190)를 더 포함할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(130), 데이터 드라이버(150), 스캔 드라이버(160) 및 발광 드라이버(170)는 하나의 칩 또는 별개의 칩으로 구현될 수 있으며, 칩온 플렉시블 인쇄 회로(chip on flexible printed circuit; COF), 칩온 글래스(chip on glass; COG), 플렉시블 인쇄 회로(flexible printed circuit; FPC) 형태로 디스플레이 패널(110)에 연결될 수 있다.
디스플레이 패널(110)은 복수의 스캔 라인들(SL1~SLn, n은 2 이상의 자연수)을 통하여 스캔 드라이버(160)와 연결되고, 복수의 데이터 라인들(DL1~DLm, m은 2 이상의 자연수)을 통하여 데이터 드라이버(150)와 연결되고, 복수의 발광 제어 라인들(EL1~ELn)을 통하여 발광 드라이버(170)와 연결될 수 있다. 디스플레이 패널(110)은 복수의 스캔 라인들(SL1~SLn), 복수의 데이터 라인들(DL1~DLm) 및 복수의 발광 제어 라인들(EL1~ELn)의 교차부마다 위치되는 복수의 서브 픽셀들(111)들을 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이 패널(110)은 파워 서플라이(180)로부터 고 전원 전압(ELVDD) 및 저 전원 전압(ELVSS)을 공급받는다. 또한 발광 드라이버(170)는 파워 서플라이(180)로부터 제1 전압(VGH) 및 제2 전압(VGL)을 공급받을 수 있다. 스캔 드라이버(160)는 제2 구동 제어 신호(DCTL2)에 기초하여 복수의 스캔 라인들(SL1~SLn)을 통해 복수의 화소(200들 각각에 스캔 신호를 제공할 수 있다.
데이터 드라이버(150)는 제1 구동 제어 신호(DCTL1)에 기초하여 복수의 데이터 라인들(DL1~DLm)을 통해 복수의 서브 픽셀(11)들 각각에 데이터 전압을 제공할 수 있다. 데이터 드라이버(150)는 노말 모드에서는 블랙 데이터를 포함하지 않는 제1 디스플레이 데이터(DTA1)에 기초하여 복수의 화소(200들 각각에 데이터 전압을 제공하고, 디밍 모드에서는 블랙 데이터를 포함하는 제2 디스플레이 데이터(DTA2)에 기초하여 복수의 화소(200들 각각에 데이터 전압을 제공할 수 있다.
발광 드라이버(170)는 제3 구동 제어 신호(DCTL3)에 기초하여 복수의 발광 제어 라인들(EL1~ELn)을 통해 복수의 서브 픽셀(11)들 각각에 발광 제어 신호를 제공할 수 있다. 이 발광 제어 신호에 기초하여 디스플레이 패널(100)의 휘도가 조절될 수 있다.
파워 서플라이(180)는 전원 제어 신호(PCTL)에 기초하여 고 전원 전압(ELVDD)와 저 전원 전압(ELVSS), 그리고 초기화 전압(Vinit)을 디스플레이 패널(110)에 제공하고, 화소 (200)의 구동에 관여하는 스위칭 트랜지스터들의 턴오프 전압(VGH) 및 턴온 전압(VGL)을 발광 드라이버(170)에 제공할 수 있다. 또한, 파워 서플라이(180)는 상기 턴오프 전압(VGH) 및 턴온 전압(VGL), 초기화 전압(Vinit)을 만들어내는 제1 소스전압(VLIN1)을 생성할 수도 있다. 실시예에 있어서, 파워 서플라이(180)는 재충전 가능한 배터리(181) 및 배터리 감지 모듈(183)을 포함할 수 있다. 배터리 감지 모듈(183)은 재충전 가능한 배터리(181)의 잔량을 감지하여 배터리 감지 신호(BS)를 제공할 수 있다. 또한, 파워 서플라이(180)는 그리고 배터리(182)에서 제공되는 직류 전압을 이용하여 필요한 다른 레벨의 직류전압으로 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터(185)를 더 포함할 수 있다. 이 DC-DC 컨버터(185)는 위에서 언급한 각종 전압들(ELVDD, ELVSS, Vinit, VGH, VGL, VLIN1 등)을 만들어낼 수 있다.
타이밍 컨트롤러(130)는 입력 이미지 데이터(RGB), 제어 신호(CTL) 및 모드 신호(MS)를 수신하고, 제어 신호(CTL) 및 모드 신호(MS)에 기초하여 제1 내지 제3 구동 제어 신호들(DCTL1~DCTL3) 및 전원 제어 신호(PCTL)를 생성하고, 제1 구동 제어 신호(DCTL1)는 데이터 드라이버(150)에 제공하고, 제2 구동 제어 신호(DCTL2)는 스캔 드라이버(160)에 제공하고, 제3 제어 신호(DCTL3)는 발광 드라이버(170)에 제공할 수 있다. 제3 제어 신호(DCTL3)는 개시 신호(frame line mark, FLM), 제1 클럭 신호(CLK1) 및 제2 클럭 신호(CLK2)를 포함할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(130)는 또한 모드 신호(MS)에 기초하여 입력 이미지 데이터(RGB)를 제1 디스플레이 데이터(DTA1) 또는 제2 디스플레이 데이터(DTA2)로 변환할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(130)는 모드 신호(MS)가 노말 모드를 나타내는 경우에는 입력 이미지 데이터(RGB)를 제1 디스플레이 데이터(DTA1)로 변환하고, 모드 신호(MS)가 디밍 모드를 나타내는 경우에는 입력 이미지 데이터(RGB)를 제2 디스플레이 데이터(DTA2)로 변환하여 데이터 드라이버(150)에 제공할 수 있다.
구동 회로(105)는 디밍 제어를 관장하는 디밍 제어부(140)를 더 포함할 수 있다. 디밍 제어부(140)는 설정된 소정의 디밍 모드에 따라 영상 데이터(RGB)를 변환하거나 발광 제어신호의 듀티비를 조절하여 화소부(200)의 발광휘도를 조절할 수 있다. 디밍 제어부(140)는 타이밍 제어부(130)의 일부로서 제공될 수도 있고, 그와는 별개의 독립된 모듈로 제공될 수도 있다.
모드 신호 생성기(190)는 OLED 장치(100)에 연결되는 배터리의 전력 상태를 나타내는 배터리 감지 신호(BS)에 응답하여 디스플레이 패널(100)의 모드를 결정하는 모드 신호(MS)를 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 OLED 화소(200)의 회로 구성을 예시적으로 도시한다. OLED 화소(200)는 기본적으로 OLED 소자(Do), 이를 구동하기 위한 구동 트랜지스터(T1), 스토리지 캐패시터(Cst), 그리고 OLED 소자(Do)와 구동 트랜지스터(T1)의 동작 제어를 위한 스위칭 트랜지스터들(T2~T7)를 포함한다.
스위칭 트랜지스터(T2)는 데이터 라인(DLn)에 연결되어 데이터 전압(DATA)이 인가되는 제1 전극, 스캔 라인(SLn)에 연결되어 스캔 신호(Scan[n])를 인가받는 게이트 전극 및 제1 노드(N1)에 연결되는 제2 전극을 갖는 피모스(PMOS) 트랜지스터로 구현될 수 있다. 구동 트랜지스터(T1)는 제1 노드(N1)에 연결되는 제1 전극, 제2 노드(N2)에 연결되는 제2 전극, 그리고 제3 노드(N3)에 연결되는 게이트 전극을 갖는 피모스 트랜지스터일 수 있다. 이 구동 트랜지스터(T1)의 제1 전극과 제2 전극에는 제5 및 제6 스위칭 트랜지스터(T5, T6)가 각각 연결될 수 있다. 제5 트랜지스터(T5)의 제1 전극은 제1 노드에 연결되고, 제2 전극은 고 전원전압(ELVDD)에 연결될 수 있으며, 게이트 전극에는 발광제어라인(ELn)에 연결되어 발광제어신호(EM[n])이 인가될 수 있다. 제6 트랜지스터(T6)의 제1 전극은 OLED 소자(Do)의 양극에 연결되고, 제2 전극은 제2 노드(N2)에 연결되며, 게이트 전극은 발광제어라인(ELn)에 연결되어 발광제어신호(EM[n])이 인가될 수 있다. 저장 캐패시터(Cst)는 제1 전극단자는 고 전원전압(ELVDD)에 연결되고 제2 전극단자는 제3 노들에 연결될 수 있다. 제3 트랜지스터(T3)의 제1 및 제2 전극은 제2 및 제3 노드(N2, N3)에 각각 연결되고, 게이트 전극은 스캔 라인(SLn)에 연결될 수 있다. 제4 트랜지스터(T4)는 제1 전극은 제3 노드(N3)에 연결되고, 제2 전극은 초기화 전압(Vinit)에 연결되며, 게이트 전극은 스캔 라인(SLn-1)에 연결될 수 있다. 제7 트랜지스터는 제1 전극이 OLED 소자(Do)의 양극에 연결되고, 제2 전극은 초기화 전압(Ninit)에 연결되며, 게이트 전극은 스캔 라인(SLn+1)에 연결될 수 있다. OLED 소자(Do)의 음극은 저 전원 전압(ELVSS)에 연결된다.
이 OLED 화소(200) 회로는 도 3과 같은 신호들이 인가됨으로써 화소 회로를 초기화 한 후 데이터를 OLED 소자(Do)에 쓰고 다시 초기화 한 다음 다시 OLED 소자(Do)에 데이터를 쓰는 동작을 반복하는 형태로 동작한다. 즉, 저장 캐패시터(Cst)에 저장되어 있는 전하는 제4 스위칭 트랜지스터(T4)가 턴온 될 때 방전되어 초기화 된다. 그런 다음, Scan[n]신호가 인가될 때, 저장 캐패시터(Cst)는 다시 충전되면서 구동 트랜지스터(T1)를 턴온 시킴과 동시에, 제2 및 제3 스위칭 트랜지스터가 턴온되고, 발광제어신호(EM[n])에 의해 제5 및 제6 스위칭 트랜지스터도 턴온 된다. 그에 따라 데이터 신호(DATA)에 상응하는 전류가 구동 트랜지스터(T1)를 흐르고 OLED 소자(Do)로도 흐르게 된다. 그에 따라 OLED 소자(Do)가 발광할 수 있다. 그 후, 스캔신호(SLn+1)가 게이트로 인가되어 제7 스위칭 트랜지스터(T7)가 턴온 되면, OLED 소자(Do)의 양극이 초기화 전압(Vinit)에 연결되어 초기화 된다. 그에 따라 OLED 소자(Do)의 발광도 멈추게 된다.
OLED 장치는 여러 개의 전원을 사용하도록 구성되어 있다. 즉, OLED 화소(200)의 구동 트랜지스터(T1)를 통해 계조를 표현하는 계조표현전압(VREG1)과, 각 스위칭 트랜지스터들(T2~T7)의 온/오프를 제어하기 위한 턴오프 전압(VGH)과 턴온 전압(VGL), 그리고 OLED 화소(200)의 초기화를 제어하는 초기화 전압(Vinit)들이 있다. 도 4는 계조표현전압(VREG1)이 구동 트랜지스터(T1)에 제공되는 것과, 턴오프 전압(VGH) 및 턴온 전압(VGL)이 스위칭 트랜지스터(T2~T7)에 제공되는 형태를 나타낸다.
이들 전원 전압들은 각기 목적에 맞는 전압 레벨로 설정되어 있다. 각 전원별 목적과 설정 조건은 아래와 같을 수 있다.
전원 예시 기능 설정 조건
VREG1 6.4V Vdata 최상위 전압
Black 전압 표현		 Black 휘도 0.005nit 이하
VGH 6.6V 스위칭 트랜지스터 턴 오프 VREG1 + 0.2V
Vinit -3.5V 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 초기화, OLED 소자의 양극 초기화 T1 Gate, EL Anode
1 Frame 내 초기화 가능 수준
VGL -8.0V 스위칭 트랜지스터 턴 온 Vinit - 4.5V
그런데 이들 OLED 화소(200)의 구동에 관련된 각종 전압들 즉, 턴오프 전압(VGH), 초기화 전압(Vinit), 턴온 전압(VGL), 계조표현전압(VREG1) 등은 그 레벨을 고정적인 값으로 설정하여 사용하는 경우, 어떠한 구동 조건도 다 만족할 수 있는 전압레벨로 설정하여야만 OLED 화소(200)의 안정적인 동작을 보장할 수 있게 된다. 그래서 OLED 장치에 있어서, 각종 전원들은 발생할 수 있는 여러 가지 구동 조건들 중에서 최악의 경우(worst case)를 감안한 전압레벨로 설정될 수 있다.
이렇게 최악의 조건을 감안한 전압레벨을 채택하면, OLED 장치의 안정적인 동작을 보장해줄 수 있는 장점이 있다. 반면에, 최악의 조건에서도 안정적인 동작을 보장하기 위해서는 그만큼 전압레벨의 스윙폭은 커져야 하고, 그에 따라 소비전력도 많아지게 되는 단점이 있다.
그런데 디밍(Dimming) 제어는 휘도를 낮추는 것이다. 휘도가 낮아진다는 것은 계조표현전압(VREG1) 레벨의 스윙 폭이 줄어들 수 있음을 의미한다. 스위칭 트랜지스터를 턴오프 시키기 위해서는, 트랜지스터의 특성상 턴오프 전압(VGH)이 계조표현전압(VREG1)보다 더 높은 레벨이어야 하므로 VGH = VREG1+ΔV의 관계를 가진다. 여기서, ΔV는 예컨대 대략 0.2[V] 정도의 값을 갖는다. 그러므로 휘도가 낮아지면 스위칭 트랜지스터들의 턴오프 전압(VGH) 레벨의 스윙 폭도 감소할 수 있음을 의미한다.
또한, 휘도가 낮아진다는 것은 스위칭 트랜지스터들의 초기화 전압(Vinit)의 레벨이 올라갈 수 있음을 의미한다.
스위칭 트랜지스터들의 턴온 전압(VGL)은 초기화 전압(Vinit)에 OLED 소자(Do)를 발광시키기에 충분한 레벨의 전압(이를 OLED 발광전압(Vth_Margin)이라 함)을 합한 값으로 정해진다. 이를 식으로 나타내면 VGL = Vinit - Vth_Margin이다. OLED 발광전압(Vth_Margin)은 예컨대 대략 4.5V일 수 있다. 그러므로 초기화 전압(Vinit)의 레벨이 올라가는 만큼 스위칭 트랜지스터들의 턴온 전압(VGL)도 상승하여 그 턴온 전압(VGL) 레벨의 스윙 폭도 줄어든다.
휘도가 낮아지는 것은 또한 이들 전압(VREG1, Vinit, VGH, VGL)을 만들기 위한 제1 소스전압(VLIN1)의 레벨도 낮아질 수 있음을 의미한다.
OLED 장치의 각 화소를 구동하기 위해 화소 회로의 트랜지스터들에서 소비되는 동적인 소비전력(Dynamic power: Pc)은 다음 식으로 표현될 수 있다.
Pc = C·ΔV2·f
여기서, C는 화소 회로의 캐패시턴스로서, 화소 회로의 설계에 따라 자동으로 정해지는 고정값이다. f는 화소의 스위칭 주파수로서, 이 값도 구동 방법에 따라 정해지는 고정값이다. 위에서 언급하였듯이, 휘도를 낮춤에 따라, 화소 회로의 트랜지스터들을 구동하는 데 사용되는 전원 전압들의 크기를 줄일 수 있다. 즉, 계조표현전압(VREG1), 턴온 전압(VGL) 및 턴오프 전압(VGH)의 스윙 폭, 초기화 전압(Vinit) 레벨의 절대값, 제1 소스전압(VLIN1) 레벨이 감소될 수 있다. 이는 위 소비전력의 식에서 ΔV의 감소를 의미한다. 결국, 휘도의 감소는 화소 회로의 구동에 사용되는 전원 전압들의 스윙폭과 레벨을 낮출 수 있음을 의미하고, 그에 따라 화소 회로의 소비 전력을 줄일 수 있다.
도 5는 휘도가 예컨대 360nit에서 183nit로 낮아짐에 따라, 전원 전압들의 스윙폭과 레벨의 변동을 도시적으로 나타내고 있다. 도면에서, dim은 183nit로 휘도를 감소한 경우를 표시한다. 예컨대, 255단계의 계조를 표현하는 경우, 360nit에서 183nit로 디밍을 함에 따라, 계조표현전압(VREG1)의 최저 레벨은 오르고 최고 레벨은 내려간다. 결국, 디밍을 하지 않을 때의 계조표현전압(VREG1)의 스윙폭(h1)에 비해, 디밍을 할 때의 계조표현전압(VREG1)의 스윙폭(h1(dim))이 더 작아진다(도 5의 (a)와 (b) 참조). VGH = VREG1+ΔV의 관계에 따라, 도시하지는 않았지만, 턴오프 전압(VGH)의 스윙폭도 줄어들 것이다.
또한, 초기화 전압(Vinit)의 레벨이 디밍을 하지 않을 때는 예컨대 약 3.5V이던 것이, 183nit로 디밍을 하면 예컨대 약 -1.5V 수준으로 올라간다. 그에 따라 디밍을 하지 않을 때 턴온 전압(VGL)의 스윙폭(h2)은 대략 14.4V(=6.4-(-8)) 이던 것이, 183nit로 디밍하는 경우 턴온 전압(VGL)의 스윙폭(h2(dim))은 대략 12V(=6-(-6)) 정도로 감소된다(도 5의 (a)와 (c) 참조).
휘도를 감소시키는 경우, 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)과 턴온 전압(VGL)의 스윙폭도 줄어드는 이유는 다음과 같다.
먼저, 도 6 내지 도 8을 참조하면서 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)과 계조표현전압(VREG1)의 스윙폭이 줄어들 수 있는 메커니즘을 설명한다. EM[n] 신호는 온-오프를 반복한다. 그 EM[n] 신호가 온인 구간에는 구동 트랜지스터(T1)의 양쪽에 연결된 제5 및 제6 스위칭 트랜지스터(T5와 T6)는 턴오프가 된다. 이때는 이론적으로는 구동 트랜지스터(T1)에 전류가 흐르지 않아야 하지만, 실제로는 트랜지스터의 전압-전류 특성에 의하면 전압의 크기에 따라 누설 전류(leakage current)가 흐를 수 있다. 그에 따라 OLED 소자(Do)의 양극 전압(Vanode)이 상승하여 OLED 소자(Do)에 전류가 흐름으로써 OLED 소자(Do)가 발광할 수 있는 도통 전압(Vth_EL)에 접근하게 된다(도 7 참조). EM[n] 신호가 온인 구간에서는 제5 및 제6 스위칭 트랜지스터(T5와 T6)가 오프 상태이고, 이 구간에서는 OLED 소자(Do)는 발광하지 않아야 한다. 이를 보장하기 위해서는, 누설 전류가 흐르더라도 OLED 소자(Do)의 양극 전압(Vanode)이 상기 도통 전압(Vth_EL)에 도달하지 못하도록 할 필요가 있다.
OLED 소자(Do)가 최대 휘도(예: 360nit)로 발광해야 하는 경우에는 EM[n] 신호의 온 구간을 최대로 해야 하므로 오프비(AMOLED Off Ratio: AOR)가 작고, 그 때문에 누설 전류량이 많다. 그러므로 누설전류가 거의 흐르지 않도록 하기 위해 턴오프 전압(VGH)을 충분히 높게 설정함으로써 누설전류로 인한 OLED 소자(Do)의 양극 전압(Vanode)이 도통 전압(Vth_EL)에 도달하지 못하도록 할 수밖에 없다. 턴오프 전압(VGH)의 레벨이 높으면, 계조표현전압(VREG1)의 레벨도 당연히 높을 수밖에 없다. 도 5의 (a)의 그래프에서 이를 확인할 수 있는바, OLED 소자(Do)를 디밍 없이 예를 들어 최대 휘도 360nit로 발광 시, 턴오프 전압(VGH)는 예를 들어 6.6V로 설정되고, 그에 따라 계조표현전압(VREG1)은 예를 들어 6.4V로 정해진다.
이에 비해, 디밍에 의해 OLED 소자(Do)가 저휘도(예: 183nit)로 발광시키는 경우에는, EM[n]의 오프 구간이 늘어 즉, AOR이 증가하고, 그에 따라 누설 전류량이 감소할 수 있다. 누설 전류가 흐르면 양극 전압(Vanode)이 상승한다. 1 초기화 주기 동안, 누설 전류로 인해 상승하는 양극 전압(Vanode)의 레벨이 OLED 소자(Do)의 도통 전압(Vth_EL)에 이르지 못하는 정도 즉, 블랙 마진(Black margin) 전압은 AOR이 증가할수록 증가한다(도 8 참조). 참고로, 도 8의 양극 전압(Vanode)이 단계적으로 상승하는 것은, EM[n]이 온-오프를 반복함에 따라 누설전류가 흐르는 구간과 흐르지 않는 구간이 반복되기 때문에다. 이는 누설 전류가 블랙 마진 전압의 크기에 대응하는 전류보다 크지 않으면, OLED 소자(Do)의 원치 않는 발광은 발생하지 않음을 의미한다. 즉, 트랜지스터의 전류-전압 특성에 의거할 때, 블랙 마진 전압에 대응하는 전류량 미만의 누설 전류의 흐름을 허용한다는 것은 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)의 레벨이 그 만큼 낮아질 수 있음을 의미한다. 당연히, 계조표현전압(VREG1)의 레벨도 그 만큼 낮아질 수 있다. 도 5의 (a)의 그래프에서 이를 확인할 수 있는바, OLED 소자(Do)를 예를 들어 183nit로 디밍 시, 턴오프 전압(VGH)는 예를 들어 6.2V로 낮게 설정될 수 있고, 그에 따라 계조표현전압(VREG1)도 예를 들어 6.0V로 낮게 설정될 수 있다.
블랙 마진 전압의 크기는 디밍 휘도마다 다를 수 있다. 또한, 사용하는 트랜지스터의 특성, 제조 공정 등에도 영향을 받을 수 있다. 따라서 디밍 시 턴오프 전압(VGH)의 스윙폭을 어느 정도 줄일 것인지는 목표 휘도값, 사용하는 트랜지스터의 전류-전압 특성, 수용할 수 있는 오발광 위험도 등을 종합적으로 고려하여 시뮬레이션을 통해 결정할 수 있을 것이다.
다음으로, 도 9 내지 11을 참조하여 디밍 시 스위칭 트랜지스터의 턴온 전압(VGL)의 스윙폭이 줄어들고, 초기화 전압(Vinit)의 레벨이 상승하는 메커니즘을 설명한다.
먼저, 도 9와 도 10을 참조하면서 디밍 시 데이터 초기화를 위한 초기화 전압(Vinit)이 마진 증가에 따른 초기화 전압(Vinit)의 레벨 상승 메커니즘을 설명한다. OLED 소자(Do)를 구동을 위해, 캐패시터(Cst)의 전압 즉, 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압을 주기적으로 초기화를 해줄 수 있다. 초기화를 위해 초기화 전압(Vinit)을 예컨대 -3V를 걸어줌과 동시에 제4 스위칭 트랜지스터(T4)를 턴온 시켜주면, 캐패시터(Cst)에 저장된 전하가 제4 스위칭 트랜지스터(T4)를 통해 빠져나가면서, 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압이 감소하게 된다. 그런데 제4 스위칭 트랜지스터(T4)는 다시 턴오프 되므로 그것이 턴온 되어 있는 시간이 길지 않기 때문에 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압은 곧바로 -3V로 내려가지 않는다. 예컨대 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압이 +3V에서 초기화를 위해 제4 스위칭 트랜지스터(T4)가 턴온 되면 그 시간 동안 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압이 +1V까지 떨어질 수 있다. 이 상태에서, OLED 소자(Do)에 다시 화이트를 쓸 수 있다. 그 경우에, 만약 디밍에 의해 휘도가 낮아지면, 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압이 필수로 도달해야 하는 전압이 높아지게 된다(예컨대 +4V로 상승). 이처럼, 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압이 도달해야 할 레벨이 상승하면(예컨대 +1V 만큼 상승하면), 동일한 초기화 시간 동안 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압의 레벨을 덜 낮춰줘도 된다. 즉, 초기화 전압(Vinit)의 레벨을 그만큼 상승시킬 수 있다.
예를 들어 OLED 화소(Do)가 블랙 상태에 있다가 화이트 상태로 바뀌어야 하는 경우를 고려하자. 이 경우, 디밍을 하지 않는 경우, 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압이 블랙 상태의 전압(예컨대 6.4V)에서 화이트(고휘도) 상태의 전압(예컨대, 3.0V)로 바뀌어야 한다. 이런 상태 변화를 위해, 초기화 전압으로 -3.0V를 걸어주고, 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압을 정해진 시간 안에 3.4V만큼 낮춰져야 한다. 디밍을 하는 경우에는 고휘도(화이트) 상태의 전압은 디밍을 하지 않는 경우에 비해 더 높다(예컨대 4.0V가 될 수 있다.) 즉, 디밍을 적용하는 경우, OLED 소자(Do)를 블랙 상태에서 화이트(고휘도) 상태로 바꾸기 위해서는, 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압을 정해진 시간 안에 예컨대 6.4V에서 예컨대 4.0V로 낮추면 된다. 즉, 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전압을 예컨대 2.4V만 낮추면 된다. 따라서 초기화 전압(Vinit)의 레벨이 예컨대 1.0V 만큼 높아질 수 있다.
도 10은 이런 관계를 도식적으로 나타내고 있다. 예컨대 183nit로 디밍 하는 경우, 데이터 초기화를 위한 초기화 전압(Vinit)의 마진이 증가하고, 그에 따라 초기화 전압(Vinit)의 레벨이 올라갈 수 있음을 보여준다.
또한 앞서 도 8에 나타냈듯이, 예컨대 디밍을 하지 않는 경우에 비해 디밍하는 경우(예: 183nit로 디밍) 블랙 마진 전압을 증가시킬 수 있다. 따라서 그 증가된 블랙 마진 전압의 범위 내에서 OLED 소자(Do)의 양극 전압(Vanode)의 초기 레벨을 상승시킬 수 있다. 그리고 OLED 소자(Do)의 양극 전압(Vanode)의 초기 레벨은 초기화 전압(Vinit)에 대응하므로, 그 초기화 전압(Vinit)을 블랙 마진 전압의 범위 내에서 높일 수 있음을 의미한다.
이처럼, 휘도를 낮추는 디밍 제어를 하는 경우, 초기화 전압(Vinit)을 낮출 수 있다. 스위칭 트랜지스터들의 턴온 전압(VGL)은 초기화 전압(Vinit)에 OLED 소자(Do)를 발광시키기에 충분한 레벨의 OLED 발광전압(Vth_Margin)을 합한 값으로 정해진다. 이를 식으로 나타내면 VGL = Vinit - Vth_Margin이다. 따라서, 초기화 전압(Vinit)의 레벨이 상승하면, 턴온 전압(VGL)의 스윙폭도 그 만큼 줄어들게 된다(도 5의 (c) 참조).
한편, 위와 같이 디밍 제어를 하는 경우에, OLED 화소(Do)의 구동에 관련있는 여러 가지 전압들의 레벨 조정, 즉 휘도 조건에 따라 계조표현전압(VREG1)의 스윙 폭 및 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)의 스윙폭 조절, 그리고 초기화 전압(Vinit) 레벨의 조정 및 스위칭 트랜지스터의 턴온 전압(VGL)의 스윙 폭을 조절하는 방법의 구현에 관해 설명한다.
도 12의 흐름도는 본 발명에 따라 OLED 화소 구동 관련 전압들의 레벨 조정 방법의 전반적인 흐름을 간략하게 도시하고 있다. 이 방법은 구동 IC에 의해 수행될 수 있다. 구동 IC는 디밍 제어가 시작되는지를 모니터링 하고 있다가 디밍 제어 개시 명령이 포착되면(S400), 디밍 제어 명령에서 지시하는 휘도 조건을 판별한다(S410). 그리고 적용하는 휘도 조건에 따라 이하에서 설명하는 여러 가지 설정값들을 적용하여 계조표현전압(VREG1), 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH), 초기화 전압(Vinit), 그리고 스위칭 트랜지스터의 턴온 전압(VGL)등을 결정한다(S420). 그리고 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)에 헤드 룸 마진(head room margin)을 적용하여 제1 소스전압(VLIN1)까지 구할 수 있다(S430). 여기서, 헤드 룸 마진 전압값은 제1 소스전압(VLIN1)에 포함되어 있는 리플 성분에도 불구하고 직류 성분인 계조표현전압(VREG1), 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)과 턴온 전압(VGL)을 안정적으로 추출할 수 있는 마진 전압을 말한다.
S420 단계에서, 적용하는 휘도 조건이 어떤 것인지는 묻지 않고, 상기 전압들을 한 가지로 적용할 수도 있고(후술할 도 13의 제1 알고리즘이 이에 해당), 또는 적용하는 휘도 조건에 따라 상기 전압들을 다르게 적용할 수도 있다(후술하는 도 14의 제2 알고리즘이 이에 해당).
이들 알고리즘을 구현하는 한 가지 방법은 각 알고리즘을 OLED 장치의 구동 IC 내에 로직 회로로 구현하는 것이다. 예컨대 51h라는 표준으로 정해진 디밍 레지스터와 로직 회로를 이용하여 상기 알고리즘을 구현할 수 있다. OLED 장치의 구동 IC에는 디밍 레지스터(51h)가 내장될 수 있다. 그 디밍 레지스터의 설정값과 연계하여 위의 전압값들을 구할 수 있다.
도 13은 상기 제1 알고리즘을 도식적으로 보여준다. 구체적으로, OLED 장치의 구동 IC 내의 디밍 제어부(140)는 51h라는 표준에 따라 설계된 디밍 레지스터(300)를 포함하는 할 수 있다. 본 발명의 방법에 따른 알고리즘을 구현하는 로직 회로가 디밍 레지스터(300)와 연계하여 동작하도록 설계할 수 있다. 디밍 레지스터(300)에는 디밍 제어 시 계조표현전압(VREG1)과 저 전원전압(ELVSS)의 설정값을 정할 수 있는 정보가 기록되어 있을 수 있다(300, 324). 트랜지스터의 턴오프 시키는 데 필요한 전압 마진은 미리 설정해둘 수 있다(312). 이 전압 마진의 최적값은 사용하는 트랜지스터의 특성, 수용할 수 있는 오작동 위험도 등에 따라 정해질 수 있는 값이다(예컨대 0.1V, 0.2V, ... 등으로 설정될 수 있다). 그리고 그 계조표현전압(VREEG1) 설정값과 미리 설정해둔 트랜지스터 턴오프 전압 마진 설정값을 합하여(314) 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH) 값을 구할 수 있다(316).
또한, 휘도 값에 따라 저 전원전압(ELVSS) 값을 정하는 것은 이미 기존에 사용되고 있는 기술이다(324). 원하는 휘도값에 따라 저 전원전압(ELVSS)의 값이 정해지면, 저 전원전압(ELVSS)의 설정값에 OLED 소자(Do)를 도통시켜 발광하도록 하는 도통 전압(Vth_EL)의 설정값(326)이 합산되어(328) 초기화 전압(Vinit)값이 얻어지도록 할 수 있다(330). 도통 전압(Vth_EL)은 트랜지스터의 재료나 제조사에 따라 다르게 정해질 수 있는 값이다(예컨대 1.0V, 1.5V, 2.0V, ... 등으로 설정될 수 있다). 그리고 초기화 전압(Vinit)이 정해지면, 그 값에 상기 OLED 발광전압(Vth_Margin)(332)을 합하여(334) 트랜지스터 소자의 턴온 전압(VGL)을 구할 수 있다(336). 상기 OLED 발광전압(Vth_Margin) 값은 트랜지스터의 재료 및 공정 특성, 제조사 등에 따라 다르게 정해질 수 있는 값이다 (예컨대, -3.5V, 4.0V, ... 등의 값으로 정해질 수 있다).
이처럼, 디밍 시 적용할 계조표현전압(VREG1)과 초기화 전압(Vinit)의 설정값을 먼저 구하고, 그 값들에 의거하여 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)과 턴온 전압(VGL)까지 정하는 알고리즘에 의거하여 이들 전압을 구할 수 있다. 구동 IC 내에, 디밍 제어를 해야 하는 경우 이 알고리즘을 수행하는 구동회로를 마련해둠으로써, 본 발명에 따른 방법이 실시될 수 있다.
이에 더하여, 계조표현전압(VREG1), 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH) 과 턴온 전압(VGL)을 만드는 제1 소스전압(VLIN1)도 더 구할 수 있도록 로직 회로를 설계할 수도 있을 것이다. 즉, 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH) 값에 헤드 룸 마진(Head Room Margin) 전압값(318)을 더하여(320) 제1 소스전압(VLIN1)을 구할 수 있다(322). 디밍 제어 시 계조표현전압(VREG1), 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH) 과 턴온 전압(VGL)의 스윙 폭이 감소되므로, 이들 전압을 만들어내는 소스전압인 제1 소스전압(VLIN1)의 레벨까지도 낮출 수 있다.
계조표현전압(VREG1)의 설정(310), 트랜지스터의 오프 마진의 설정(312), 헤드 룸 마진의 설정(318), OLED 소자의 도통 전압(Vth_EL)의 설정(326), 그리고 OLED 발광전압(Vth_Margin)의 설정(332)은 모두 본 발명의 실시자(엔지니어)가 사용하는 트랜지스터의 특성, 구동 IC의 특성, 수용할 수 있는 오동작의 위험도, 목표하는 소비전력 절감율 등을 종합적으로 고려하여 설정할 수 있을 것이다.
이처럼, 본 발명에 따른 알고리즘을 구동 IC의 로직회로로 구현하고 그것을 디밍 레지스터(300)와 연계하여 동작하게 함으로써, 디밍 제어 시 계조표현전압(VREG1), 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH), 초기화 전압(Vinit), 스위칭 트랜지스터의 턴온 전압(VGL)을 연계시켜 구할 수 있다. 이를 위한 구동 IC의 로직 회로를 어떻게 구성할 것인가 하는 것은 로직 게이트의 개수를 최소로 사용하여 설계하는 문제로 귀결될 수 있다.
도 13은 디밍 레벨에 상관없이, 즉 어떤 레벨로 휘도를 감소시키는지에 상관없이 계조표현전압(VREG1), 초기화 전압(Vinit), 스위칭 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH) 과 턴온 전압(VGL) 등의 값을 한 가지로 정하여 사용하는 방법이다. 이 방법은 이를 위한 회로 구성은 간단하다는 장점을 지닌 반면, 디밍 제어의 정도에 따라서는 전력소모량을 감소시키기 위한 최적화가 부족할 수도 있는 단점이 있다.
도 14는 상기 제2 알고리즘 즉, 디밍 레벨에 따라 즉, 휘도 조건에 따라 초기화 전압(Vinit)과 스위칭 트랜지스터의 턴온 전압(VGL) 등의 크기를 다르게 적용하는 알고리즘을 나타낸다. 스위칭 트랜지스터 오프 마진 설정값(312)과 OLED 발광전압(Vth_Margin) 값(332)은 사용하는 트랜지스터의 특성에 관련된 값이고, 헤드 룸 마진 값은 구동 IC의 특성에 관련된 값인데 비해, OLED 소자(Do)의 도통 전압(Vth_EL) 값은 OLED 장치의 화질 특성에 관련이 있는 값이다. 디밍 제어에 따른 휘도값의 변화는 화질과 직접적으로 관련이 있는바, 소비전력의 감소보다는 최상의 화질을 얻는 것이 더 중요한 경우에는, OLED 소자(Do)의 도통 전압(Vth_EL)값을 휘도 조건에 따른 최적값으로 설정할 수 있다(340). 휘도 레벨에 따라 최적의 값으로 OLED 소자(Do)의 도통 전압(Vth_EL)을 정하면, 그 값을 저 전원전압(ELVSS)의 설정값과 합하여(342) 초기화 전압(Vinit)을 구하고(344), 그 초기화 전압(Vinit)을 OLED 발광전압(Vth_Margin) 설정값(332)과 합하여 스위칭 트랜지스터의 턴온 전압(VGL)을 구하는 (336) 절차는 앞에서 설명한 것과 같다. 또한, 계조표현전압(VREG1)의 설정(310)부터 턴오프 전압(VGH)를 정하고(316), 제1 소스전압(VLIN1)까지 설정(322)하는 것은 휘도 조건에 상관없이 한 가지로 설정할 수 있다.
이 제2 알고리즘은, 제1 알고리즘에 비해, OLED 소자(Lo)의 구동에 관련된 여러 전압들(VREG1, VHG, Vinit, VGL, VLIN1 등)을 휘도 조건에 맞게 최적화된 값으로 설정할 수 있어, 소비전력 저감의 효율을 더 높일 수 있는 장점이 있다. 반면에, 이를 구현하기 위한 로직 회로의 구성이 더 복잡해지는 단점이 있다.
도 15의 그래프는 4개의 샘플에 대하여 디밍 제어에 따른 저휘도 구동 시, 본 발명에 따라 각종 전압들을 변경한 경우(변경 후)와 본 발명을 적용하지 않는 경우(변경 전)의 소비전력을 보여준다. 이에 따르면, 본 발명의 방법을 적용한 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 구동 소비전력을 최소 3% 이상 저감할 수 있는 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이상에서는 도 2에 예시된 OLED 화소(200)를 예로 하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 도 2와 같은 OLED 화소(200)에만 제한적으로 적용되는 것은 아니다. 데이터 라인의 온/오프 스위칭을 하는 트랜지스터가 있는 OLED 화소라면 널리 적용될 수 있다. 예컨대 초기화 회로를 도 2에 비해 단순화시킨 OLED 화소 회로(예컨대 도 2의 회로에서, 제3 스위칭 트랜지스터(T3), 제4 스위칭 트랜지스터(T4), 제7 스위칭 트랜지스터(T7) 중 적어도 어느 하나가 생략된 회로), 발광제어신호(EM[n])를 이용한 스위칭을 하나의 트랜지스터로만 구현한 것이거나 이 모두를 생략한 OLED 화소 회로(예컨대 제5 스위칭 트랜지스터(T5)와 제6 스위칭 트랜지스터(T6) 중 적어도 어느 하나가 생략된 회로) 등에도 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 방법은 로직 회로로 구현될 수 있으며, 그 로직 회로는 OLED 장치의 구동 회로(105)의 일부로서 포함될 수 있다. 그렇지만, 본 발명의 방법은 이의 적어도 일부 기능이 소프트웨어적으로 구현될 수 있음을 배제하지 않는다. 예컨대 로직 회로와 프로그램의 혼합 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 방법은 OLED 소자를 채용하는 디스플레이 장치라면 그 종류의 제한을 받지 않고 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 휴대폰, 스마트 폰, PDA, PMP, 디지털 카메라, 음악 재생기, 휴대용 게임 콘솔, 네비게이션 등에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: OLED 장치 105: 구동 회로
110: 디스플레이 패널 130: 타이밍 제어부
140: 디밍 제어부 150: 데이터 구동부
160: 주사 구동부 170: 발광제어선 구동부
180: 전원공급부 200: OLED 화소
T1: 구동 트랜지스터 T2~T7: 스위칭 트랜지스터
Cst: 저장 캐패시터

Claims (20)

  1. 다수의 OLED 화소를 포함하는 패널과 상기 다수의 OLED 화소들의 구동을 제어하는 구동회로를 포함하는 OLED 장치의 디밍 제어를 위해, OLED 화소의 휘도 조건에 변경이 생기는지 여부를 체크하는 단계; 및
    상기 휘도 조건에 변경이 있는 경우 상기 OLED 화소의 구동에 관련되는 구동관련 전압들에 생길 수 있는 마진 전압의 범위 내에서, 상기 구동관련 전압들 각각의 레벨을 소비전력을 감소시키는 방향으로 변경하는 설정을 하는 단계를 포함하고,
    상기 구동관련 전압들은 상기 OLED 화소의 계조표현전압(VREG1)을 포함하며,
    상기 구동관련 전압들은 상기 OLED 화소의 스위칭 트랜지스터를 턴오프 시키기 위한 턴오프 전압(VGH)을 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 설정을 하는 단계는, OLED 화소의 휘도 조건에 연관시켜 상기 구동관련 전압들의 레벨을 미리 설정해두는 단계; 및 상기 휘도 조건의 변경이 있을 때, 상기 구동관련 전압들의 레벨들을 그 변경되는 휘도 조건에 연관되어 설정된 레벨들로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동 전압 설정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 미리 설정해두는 구동관련 전압들은, 상기 휘도 조건의 변경의 정도에 상관없이, 각각 한 가지의 레벨의 전압값으로 설정된 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 미리 설정해두는 구동관련 전압들은, 상기 휘도 조건의 변경의 정도 별로 서로 다른 레벨의 전압값들로 설정된 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 구동관련 전압들은 상기 OLED 화소의 스위칭 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGH)을 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 구동관련 전압들은 상기 OLED 화소의 구동 트랜지스터의 게이트와 OLED 소자의 양극을 초기화하기 위한 초기화 전압(Vinit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 설정을 하는 단계는, 상기 휘도 조건에 변경이 있는 경우, 변경할 휘도 조건에 대응하여 상기 OLED 화소의 계조표현전압(VREG1)을 설정하는 단계; 및 설정된 상기 계조표현전압(VREG1)에 상기 OLED 화소의 트랜지스터의 턴오프 마진 전압을 더하여 상기 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 설정을 하는 단계는, 상기 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)에 헤드 룸 마진(head room margin) 전압값을 더하여 제1 소스전압(VLIN1)을 설정하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 소스전압(VLIN1)은 상기 계조표현전압(VREG1), 상기 턴오프 전압(VGH), 그리고 상기 OLED 화소의 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGL)을 만드는 소스 전압이며, 상기 헤드 룸 마진 전압값은 상기 제1 소스전압(VLIN1)에 포함되어 있는 리플 성분에도 불구하고 직류 성분인 상기 계조표현전압(VREG1), 상기 턴오프 전압(VGH)과 상기 턴온 전압(VGL)을 안정적으로 추출할 수 있는 마진 전압인 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 설정을 하는 단계는, 상기 휘도 조건에 변경이 있는 경우, 변경할 휘도 조건에 대응하여 상기 OLED 화소의 저 전원전압(ELVSS)을 설정하는 단계; 및 설정된 상기 저 전원전압(ELVSS)에 OLED 소자의 도통 전압(Vth_EL)을 더한 전압을 초기화 전압(Vinit)으로 설정하는 단계를 포함하며, 상기 초기화 전압(Vinit)은 상기 OLED 화소의 구동 트랜지스터의 게이트와 OLED 소자의 양극을 초기화하기 위한 전압인 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 설정을 하는 단계는, 상기 OLED 소자(Do)를 발광시키기에 충분한 레벨의 OLED 발광전압(Vth_Margin)을 상기 초기화 전압(Vinit)에 합한 전압 값을 상기 OLED 화소의 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGL) 레벨로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 구동전압 설정 방법에 따른 알고리즘은 상기 OLED 장치의 구동 IC 내의 로직 회로로 구현되는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 OLED 소자의 상기 도통 전압(Vth_EL)은, 상기 휘도 조건의 변경의 정도에 상관없이, 한 가지 레벨의 전압값으로 설정된 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 OLED 소자의 상기 도통 전압(Vth_EL)은, 상기 휘도 조건의 변경의 정도 별로 다른 레벨의 전압값들로 설정된 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  16. 다수의 OLED 화소를 포함하는 패널과 상기 다수의 OLED 화소들의 구동을 제어하는 구동회로를 포함하는 OLED 장치의 디밍 제어를 위해, OLED 화소의 휘도 조건에 변경이 생기는지 여부를 체크하는 단계;
    상기 OLED 화소의 휘도 조건에 연관시켜 구동관련 전압들의 레벨을 미리 설정해두는 단계; 및
    상기 휘도 조건에 변경이 있는 때, 상기 OLED 화소의 구동에 관련되는 상기 전압들에 생길 수 있는 마진 전압의 범위 내에서, 상기 구동관련 전압들 각각의 레벨을 그 변경되는 휘도 조건에 연관되어 설정된 레벨들로 변경하여 소비전력을 감소시키는 단계를 포함하고,
    상기 구동관련 전압들은 상기 OLED 화소의 계조표현전압(VREG1)을 포함하며,
    상기 구동관련 전압들은 상기 OLED 화소의 스위칭 트랜지스터를 턴오프 시키기 위한 턴오프 전압(VGH)을 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서, 상기 소비전력을 감소시키는 단계는, 상기 휘도 조건에 변경이 있을 때, 변경할 휘도 조건에 대응하여 상기 OLED 화소의 계조표현전압(VREG1)을 설정하는 단계; 설정된 상기 계조표현전압(VREG1)에 상기 OLED 화소의 트랜지스터의 턴오프 마진 전압을 더하여 상기 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)을 구하는 단계; 및 상기 트랜지스터의 턴오프 전압(VGH)에 헤드 룸 마진(head room margin) 전압값을 더하여 제1 소스전압(VLIN1)을 설정하는 단계를 포함하며, 상기 제1 소스전압(VLIN1)은 상기 계조표현전압(VREG1), 상기 턴오프 전압(VGH), 그리고 상기 OLED 화소의 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGL)을 만드는 소스 전압이며, 상기 헤드 룸 마진 전압값은 상기 제1 소스전압(VLIN1)에 포함되어 있는 리플 성분에도 불구하고 직류 성분인 상기 계조표현전압(VREG1), 상기 턴오프 전압(VGH)과 상기 턴온 전압(VGL)을 안정적으로 추출할 수 있는 마진 전압인 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 소비전력을 감소시키는 단계는, 상기 휘도 조건에 변경이 있을 때, 변경할 휘도 조건에 대응하여 상기 OLED 화소의 저 전원전압(ELVSS)을 설정하는 단계; 설정된 상기 저 전원전압(ELVSS)에 OLED 소자의 도통 전압(Vth_EL)을 더한 전압을 초기화 전압(Vinit)으로 설정하는 단계; 및 상기 OLED 소자(Do)를 발광시키기에 충분한 레벨의 OLED 발광전압(Vth_Margin)을 상기 초기화 전압(Vinit)에 합한 전압 값을 상기 OLED 화소의 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGL) 레벨로 설정하는 단계를 포함하며, 상기 초기화 전압(Vinit)은 상기 OLED 화소의 구동 트랜지스터의 게이트와 OLED 소자의 양극을 초기화하기 위한 전압인 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
  20. 다수의 OLED 화소를 포함하는 패널과 상기 다수의 OLED 화소들의 구동을 제어하는 구동회로를 포함하는 OLED 장치의 디밍 제어를 위해, OLED 화소의 휘도 조건에 변경이 생기는지 여부를 체크하는 단계;
    상기 OLED 화소의 휘도 조건에 연관시켜 구동관련 전압들의 레벨을 미리 설정해두는 단계; 및
    상기 휘도 조건에 변경이 있는 때, 상기 OLED 화소의 구동에 관련되는 상기 구동관련 전압들에 생길 수 있는 마진 전압의 범위 내에서, 상기 구동관련 전압들 각각의 레벨을 그 변경되는 휘도 조건에 연관되어 설정된 레벨들로 변경하여 소비전력을 감소시키는 단계를 포함하며,
    상기 구동관련 전압들은, 상기 OLED 화소의 계조표현전압(VREG1), 상기 OLED 화소의 스위칭 트랜지스터를 턴오프 시키기 위한 턴오프 전압(VGH), 상기 OLED 화소의 스위칭 트랜지스터를 턴온 시키기 위한 턴온 전압(VGH), 그리고 상기 OLED 화소의 구동 트랜지스터의 게이트와 OLED 소자의 양극을 초기화하기 위한 초기화 전압(Vinit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 구동전압 설정 방법.
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