KR102549338B1 - 멤리스터를 이용하여 발광소자를 제어하는 디스플레이 장치 및 방법 - Google Patents

멤리스터를 이용하여 발광소자를 제어하는 디스플레이 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멤리스터를 이용하여 발광소자를 제어하는 디스플레이 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 발광 소자를 포함하도록 구성되는 발광부; 멤리스터를 포함하며, 상기 발광부를 구동시키도록 구성되는 구동부; 및 스위칭 박막 트랜지스터를 포함하며, 스캔 전압에 따라 데이터 전압을 상기 구동부로 인가할지 여부를 결정하도록 구성되는 스위칭부를 포함하는, 디스플레이 구동 장치가 제공될 수 있다.

Description

멤리스터를 이용하여 발광소자를 제어하는 디스플레이 장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING LED USING MEMRISTOR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 멤리스터를 이용하여 발광소자를 제어하는 디스플레이 장치 및 방법에 관한 것이다.
디스플레이 구동 방식에는 크게 수동 구동 (Passive matrix, PM), 능동 구동 (Active matrix, AM)의 두 가지 방식이 존재한다. 수동 구동 방식은 데이터 (Data) 라인과 스캔 (Scan) 라인이 서로 교차하는 형태로 존재하며, 라인수가 늘어날수록 n x n 형태의 매트릭스로 표현된다. 이때, 데이터 라인과 스캔 라인이 교차하는 지점마다 발광소자 (화소)가 있으며, 스캔 라인과 데이터 라인에 순차적으로 전압 신호가 인가되면서 두 라인에서 발생하는 전압 차이에 의해 발광소자의 전류가 형성되고, 이에 전류가 흐르는 부분에서 빛이 발광하게 된다. 따라서, 수동 구동의 경우는 구조 및 제조 방법이 간단하고 추가적인 장치가 필요 없어 가격이 저렴한 장점이 있다. 하지만, 화소가 한 라인 단위로 작동하기 때문에 라인의 수가 많아질수록 화소 하나당 동작 시간이 짧아져 디스플레이 이미지의 품질과 밝기를 저하하는 원인으로 작용한다. 추가로 라인 수 증가에 따른 인접 화소간의 간격이 줄어듬에 따라 Cross talk라는 간섭현상 (ex. 화면겹침 현상)이 발생되어 디스플레이 장치의 치명적인 문제로 작용하게 된다. 따라서, 수동 구동은 SVGA급 화질 (800 x 600) 이하의 수준으로만 적용 가능하며, 또한 동영상과 같은 빠르게 변하는 이미지 정보를 표현하기에는 부적합하다고 알려져 있다.
이에, 고해상도 디스플레이 혹은 빠른 화면을 표현해야 하는 동영상에는 능동형 구동 방식을 사용하는데, 능동형 구동이란 화소마다 스위치 역할을 하는 박막 트랜지스터 (Thin film transistor (TFT), T1)와 정보저장의 역할을 하는 커패시터 (Capacitor, C), 화소에 흐르는 전류의 양을 조절해주는 구동 트랜지스터 (Driving transistor, T2)가 연결된 ’2T 1C‘형태의 구조를 기본 구조로 동작하는 방식으로서, 스캔 신호가 지나간 후에도 화소들의 발광이 한 프레임 (Frame) 동안 유지해 주는 구동 방식이다. 이러한 능동 구동은 한 프레임 단위로 각각의 화소가 개별로 구동되기 때문에 고해상도의 디스플레이를 구동하는 데 있어, 라인의 수가 증가하거나 화소의 크기 및 간격이 작아지더라도, 소비전력의 증가가 없이 고휘도의 디스플레이를 구현할 수 있다.
하지만, 최근 차세대 디스플레이로 언급되는 마이크로 LED 디스플레이 구현에 있어서는 발광부 (ex. 마이크로 LED 광원)의 scaling down에 따른 구동부 (ex. 디스플레이 패널)의 공간 확보 문제가 수반되고 있다. 즉, 능동형 구동을 위해 각 화소마다 연결되는 ‘2T 1C’ 구조의 면적이 마이크로 LED 크기에 맞게 같이 줄어들어야 하는데, 트랜지스터 같은 경우 3단자의 복잡한 구조로 되어 있고, 커패시터 같은 경우는 특정 용량을 확보하기 위해서는 충분한 면적 (공간)이 확보되어야 하는데, 크기가 줄어듦에 따라 면적이 작아지면서 그만큼 충분한 커패시턴스 값을 갖지 못하게 된다. 물론 메모리 반도체 사업에는 수 나노미터 패턴의 공정이 가능하다고 알려져 있으나 이를 위해서는 최첨단 장비 (ex. EUV 공정)의 최첨단 기술이 필요한데, 디스플레이 공정에서는 지금껏 수 마이크로 이하의 공정을 하지 않아 보다 작은 크기의 공정을 진행해야 하는 경우, 현재의 인프라 모두 교체해야 한다는 치명적인 과정이 요구된다. 다시 말해, 발광부의 크기가 작은 (~수 마이크로) 마이크로 LED 디스플레이에서는 ‘2T 1C’의 구조보다 더욱 간단하고 보다 작은 공간을 요구하는 새로운 개념의 구동부 회로구조가 요구된다.
본 발명의 일 실시예는 멤리스터 소자를 활용하여, 부피를 최소화하고 구조를 간단히 할 수 있는 능동형 디스플레이 구동회로를 제공하는 디스플레이 구동 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 발광 소자를 포함하도록 구성되는 발광부; 멤리스터를 포함하며, 상기 발광부를 구동시키도록 구성되는 구동부; 및 스위칭 박막 트랜지스터를 포함하며, 스캔 전압에 따라 데이터 전압을 상기 구동부로 인가할지 여부를 결정하도록 구성되는 스위칭부를 포함하는, 디스플레이 구동 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 구동부는: 상기 발광부 및 상기 스위칭부로 분기되는 제1 노드에 연결되도록 구성되는, 디스플레이 구동 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는: 상기 제1 노드; 스캔 전압을 입력 받기 위한 상기 게이트 라인; 및 데이터 전압을 입력 받기 위한 데이터 라인에 연결되도록 구성되는, 디스플레이 구동 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는: 상기 게이트 라인으로부터 상기 스캔 전압이 입력되는 경우, 상기 데이터 라인으로부터 입력된 상기 데이터 전압을 상기 제1 노드에 인가하도록 구성되는, 디스플레이 구동 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 발광부는: 상기 제1 노드 및; 고전위 전압을 입력 받기 위한 고전위 전압 공급라인에 연결되도록 구성되는, 디스플레이 구동 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 멤리스터를 고저항 상태에서 저저항 상태로 상태변환 시키기 위한 전압인 셋 전압; 및 상기 멤리스터를 저저항 상태에서 고저항 상태로 상태변환 시키기 위한 전압인 리셋 전압 중 어느 하나에 해당하는, 디스플레이 구동 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 구동부는: 상기 제1 노드에 상기 셋 전압이 인가되는 경우, 상기 발광부는 구동 시키지 않되 상기 멤리스터는 저저항 상태로 상태변환하고; 상기 제1 노드에 상기 데이터 전압이 인가되지 않는 경우, 상기 발광부를 구동시키고; 상기 제1 노드에 상기 리셋 전압이 인가되는 경우, 상기 발광부는 구동 시키지 않되 상기 멤리스터는 고저항 상태로 상태변환하도록 구성되는, 디스플레이 구동 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 셋 전압은: 상기 고전위 전압과 상기 발광 소자의 구동 전압 간의 차이를 초과하고; 상기 고전위 전압 미만인, 디스플레이 구동 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 리셋 전압은: 상기 고전위 전압과 상기 발광 소자의 구동 전압 간의 차를 초과하고; 상기 셋 전압 미만인, 디스플레이 구동 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 디스플레이 구동 장치에 의해 수행되는 디스플레이 구동 방법에 있어서, (a) 고전위 전압 공급라인에 고전위 전압을 인가하는 단계; (b) 게이트 라인에 스위칭부를 턴온 시키기 위한 전압인 스캔 전압을 인가하는 단계; (c) 데이터 라인에 구동부를 고저항 상태에서 저저항 상태로 상태 변환시키기 위한 전압인 셋 전압을 인가하는 단계; (d) 상기 게이트 라인에 인가되었던 스캔 전압을 제거하여 상기 스위칭부를 턴오프 시키는 단계; (e) 상기 고전위 전압 공급라인에 인가되었던 고전위 전압을 제거하는 단계; (f) 상기 게이트 라인에 스위칭부를 턴온 시키기 위한 전압인 스캔 전압을 인가하는 단계; (g) 상기 데이터 라인에 상기 구동부를 저저항 상태에서 고저항 상태로 상태 변환시키기 위한 전압인 리셋 전압을 인가하는 단계; 및 (h) 상기 게이트 라인에 인가되었던 스캔 전압과 상기 데이터 라인에 인가되었던 리셋 전압을 제거하는 단계를 포함하는, 디스플레이 구동 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 장치 및 방법은 멤리스터 소자를 활용하여, 부피를 최소화하고 구조를 간단히 할 수 있는 능동형 디스플레이 구동회로를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 기존의 디스플레이 구동 장치(9)를 나타낸 도면이다.
도 2는 기존의 디스플레이 구동 장치(9)의 동작 과정을 각 스텝별로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 장치(10)를 발광부(100), 구동부(200) 및 스위칭부(300)를 통해 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 장치(10)를 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 5는 멤리스터(210)의 전압과 전류 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 장치(10)의 동작 과정을 각 스텝별로 나타낸 도면이다.
도 7은 서로 다른 크기의 마이크로 LED로 제공된 발광 소자(110)의 전기적 및 광학적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 발광 소자(110)로 30 마이크로미터 크기의 마이크로 LED를 사용할 때의 멤리스터(210)의 요구 저항범위를 나타낸 그래프이다.
도 9는 발광 소자(110)로 50 마이크로미터 크기의 마이크로 LED를 사용할 때의 멤리스터(210)의 요구 저항범위를 나타낸 그래프이다.
도 10은 발광 소자(110)로 100 마이크로미터 크기의 마이크로 LED를 사용할 때의 멤리스터(210)의 요구 저항범위를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명이 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 방법(S10)을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
이하, 본 명세서의 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 기존의 디스플레이 구동 장치(9)를 나타낸 도면이고, 도 2는 기존의 디스플레이 구동 장치(9)의 동작 과정을 각 스텝별로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 기존의 디스플레이 구동 장치(9)는 발광부(100)에 포함된 발광 소자(110)와, 구동부(200)에 포함된 구동 박막 트랜지스터(220) 및 스토리지 커패시터(230)와, 스위칭부(300)에 포함된 스위치 박막 트랜지스터(310)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 기존의 디스플레이 구동 장치(9)는 스텝 1 내지 스텝 6의 과정을 통해 동작한다.
먼저, 고전위 전압 공급라인(40)을 통해 고전위 전압(41)을 인가한다(스텝 1).
다음으로, 스위치 박막 트랜지스터(310)를 턴온(turn-on) 시킬 수 있는 스캔 전압(21)을 게이트 라인(20)을 통해 스위치 박막 트랜지스터(310)의 게이트 단에 인가한다(스텝 2).
다음으로, 구동 박막 트랜지스터(220)를 턴온 시킬 수 있는 데이터 전압(31)을 데이터 라인(30)을 통해 구동 박막 트랜지스터(220)의 게이트 단에 인가한다(스텝 3). 이때, 구동 박막 트랜지스터(220)에 인가된 데이터 전압(31)의 전압 값에 따라 구동 박막 트랜지스터(220)를 통해 흐를 수 있는 전류량이 결정되고 이를 기반으로 발광 소자(110)의 밝기가 결정될 수 있다.
다음으로, 스위치 박막 트랜지스터(310)의 게이트 단에 인가되었던 스캔 전압(21)이 제거함으로써 스위치 박막 트랜지스터(310)를 턴오프(turn-off)시킨다(스텝 4).
다음으로, 스토리지 커패시터(230)에 저장되었던 전하가 구동 박막 트랜지스터(220)의 게이트 단에 인가되어 구동 박막 트랜지스터(220)를 통해 전류가 흐를 수 있도록 한다(스텝 5). 이때, 구동 박막 트랜지스터(220)에 저장되었던 전하량은 구동 박막 트랜지스터(220)가 한 프레임(1 frame) 동안 턴온될 수 있는 전하량일 수 있다.
마지막으로, 고전위 전압 공급라인(40)을 통해 인가되었던 고전위 전압(41)을 제거한다.
기존의 디스플레이 구동 장치(9)는 상술한 스텝 1 내지 스텝 6의 단계를 통해 발광 소자(110)가 한 프레임 동안 동작할 수 있도록 한다.
다만, 최근 들어 그 크기가 수 마이크로 미터에 해당하는 마이크로 발광 소자가 발광 소자(110)로서 적용되고 있으며, 이에 따라 해당 마이크로 발광 소자가 적용된 마이크로 디스플레이는 구조적으로 보다 간단하고 작은 공간만을 차지하는 구동 회로가 요구되고 있다.
이러한 요구를 충족시키기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 장치(10)에서는 구동부(200)에 포함되었던 구동 박막 트랜지스터(220) 및 스토리지 커패시터(230)를 멤리스터(210)로 대체한 회로를 제안한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 장치(10)를 발광부(100), 구동부(200) 및 스위칭부(300)를 통해 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 장치(10)를 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 디스플레이 구동 장치(10)는 기존의 디스플레이 구동 장치(9)와 마찬가지로 발광부(100), 구동부(200) 및 스위칭부(300)를 포함한다. 다만, 구동부(200)의 경우 기존의 디스플레이 구동 장치(9)는 구동 박막 트랜지스터(220) 및 스토리지 커패시터(230)를 포함하고 있었으나, 디스플레이 구동 장치(10)는 멤리스터(210)를 포함하고 있다는 점에서 차이가 있다.
멤리스터(210)는 기존의 디스플레이 구동 장치(9)에 포함된 스토리지 커패시터(230)와 같이 기존에 흘렀던 전류량을 한 프레임 동안 유지할 수 있는 특성과, 기존의 디스플레이 구동 장치(9)에 포함된 구동 박막 트랜지스터(220)와 같이 전류량을 조절할 수 있는 특성을 모두 갖는 소자이다.
즉, 본 발명에서는 기존에 흘렀던 전류량을 한 프레임 동안 유지할 수 있는 특성과 전류량을 조절할 수 있는 특성을 모두 갖는 멤리스터(210)를 사용함으로써, 기존의 디스플레이 구동 장치(9)의 구동 박막 트랜지스터(220)와 스토리지 커패시터(230)를 대체할 수 있다.
도 5는 멤리스터(210)의 전압과 전류 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 멤리스터(210)가 전류량을 조절할 수 있는 특성을 갖고 있음을 확인할 수 있다.
멤리스터(210)는 셋(Set) 전압과 리셋(Reset) 전압이 존재한다. 셋 전압은 멤리스터(210)를 고저항 상태에서 저저항 상태로 상태변환 시키는 전압을 말하며, 리셋 전압은 멤리스터(210)를 저저항 상태에서 고저항 상태로 상태변환 시키는 전압을 말한다.
예를 들어, 도 5의 멤리스터(210)의 경우, 전압이 2.6 볼트 미만일 때는 10^-4 암페어의 전류가 흐르다가, 전압이 2.6 볼트를 초과할 경우 10^-3 암페어의 전류가 흐르는 것을 확인할 수 있다. 이는 멤리스터(210)의 저항이 고저항 상태에서 저저항 상태로 변환된 것을 의미하며, 따라서 도 5에서의 멤리스터(210)는 2.6 볼트의 셋 전압 값을 갖는 것을 알 수 있다.
반대로, 상술한 바와 같이 멤리스터(210)에 셋 전압이 입력되어 저저항 상태로 변환된 후 일정 시간 동안 전압을 인가하지 않았다가, 다시 멤리스터(210)에 1.2 볼트 미만의 전압을 인가할 경우 약 10^-3 암페어의 전류가 흐른다. 이후 전압이 1.2 볼트를 초과할 경우 10^-4 암페어의 전류가 흐르는 것을 확인할 수 있다. 이는 멤리스터(210)의 저항이 저저항 상태에서 고저항 상태로 변환된 것을 의미하며, 따라서 도 5에서의 멤리스터(210)는 1.2 볼트의 리셋 전압 값을 갖는 것을 알 수 있다.
이처럼 멤리스터(210)는 고저항 상태에서 저자항 상태로 상태변환되는 셋 전압과, 저저항 상태에서 고저항 상태로 상태변환되는 리셋 전압을 갖으며, 멤리스터(210)에 걸리는 전압 값이 셋 전압 또는 리셋 전압에 다다르기 전까지는 이전에 저장되었던 저항 값을 그대로 유지하는 특성이 있음을 알 수 있다.
이와 같은 특성을 갖는 멤리스터(210)를 포함하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 장치(10)의 구조를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
발광부(100)는 발광 소자(110)를 포함하도록 구성된다.
구동부(200)는 멤리스터(210)를 포함하며, 발광부(100)를 구동시키도록 구성된다.
스위칭부(300)는 스위치 박막 트랜지스터(310)를 포함하며, 스캔 전압(21) 따라 데이터 전압(31)을 구동부(200)로 인가할지 여부를 결정하도록 구성된다.
구동부(200)의 일단은 제1 노드(11)에 연결되고, 타단은 기저 전압(42)에 연결될 수 있다. 제1 노드(11)는 발광부(100), 구동부(200) 및 스위칭부(300)에 연결된 노드를 말하는데, 도시된 바와 같이 구동부(200)는 발광부(100) 및 스위칭부(300)로 분기되는 제1 노드(11)에 연결되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 구동부(200)는 멤리스터(210)를 포함할 수 있으며, 따라서 멤리스터(210)의 일단은 제1 노드(11)에 연결되고, 타단은 기저 전압(42)에 연결될 수 있다.
스위칭부(300)는 제1 노드(11), 스캔 전압(21)을 입력 받기 위한 게이트 라인(20) 및 데이터 전압(31)을 입력 받기 위한 데이터 라인(30)에 연결되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 스위칭부(300)는 스위치 박막 트랜지스터(310)를 포함할 수 있으며, 따라서 스위치 박막 트랜지스터(310)의 게이트 단은 게이트 라인(20)에 연결될 수 있으며, 드레인 단은 제1 노드(11)에 연결될 수 있으며, 소스 단은 데이터 라인(30)에 연결될 수 있다.
스위치 박막 트랜지스터(310)가 스위칭부(300)에 포함됨으로써, 스위칭부(300)는 게이트 라인(20)으로부터 스캔 전압(21)이 입력되는 경우, 데이터 라인(30)으로부터 입력된 데이터 전압(31)을 제1 노드(11)에 인가하도록 구성될 수 있다.
발광부(100)는 제1 노드(11) 및 고전위 전압(41)을 입력 받기 위한 고전위 전압 공급라인(40)에 연결되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 발광부(100)는 발광 소자(110)를 포함할 수 있으며, 따라서 발광 소자(110)는 제1 노드(11) 및 고전위 전압 공급라인(40)에 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 장치(10)의 동작 과정을 각 스텝별로 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 디스플레이 구동 장치(10)는 스텝 1 내지 스텝 9의 과정을 통해 동작한다.
먼저, 고전위 전압 공급라인(40)을 통해 고전위 전압(41)을 인가한다(스텝 1). 이때, 멤리스터(210)는 고저항 상태일 수 있다.
다음으로, 스위치 박막 트랜지스터(310)를 턴온(turn-on) 시킬 수 있는 스캔 전압(21)을 게이트 라인(20)을 통해 스위치 박막 트랜지스터(310)의 게이트 단에 인가한다(스텝 2).
다음으로, 데이터 라인(30)에 멤리스터(210)를 저저항 상태로 상태변환시킬 수 있는 전압인 셋 전압을 인가한다(스텝 3).
데이터 라인(30)에 인가될 수 있는 데이터 전압(31)은 멤리스터(210)를 고저항 상태에서 저저항 상태로 상태변환 시킬 수 있는 전압인 셋(Set) 전압과, 멤리스터(210)를 저저항 상태에서 고저항 상태로 상태변환 시킬 수 있는 전압인 리셋(Reset) 전압 중 어느 하나일 수 있다.
스텝 3에서는 상술한 바와 같이 위의 셋 전압과 리셋 전압 중 셋 전압을 데이터 전압(31)으로 인가한다. 스위치 박막 트랜지스터(310)가 턴온되어 있으므로 셋 전압은 제1 노드(11)에 인가될 수 있다.
멤리스터(210)에 인가되는 셋 전압의 전압 값은 각각의 멤리스터(210)마다 서로 다른 값으로 설정될 수 있다.
다만, 본 발명의 스텝 3에서의 셋 전압 값은 고전위 전압(41) 값과 발광 소자(110)의 구동 전압 값의 차이를 초과하고, 고전위 전압(41) 값 미만의 값으로 설정될 수 있다. 이는 제1 노드(11)에 셋 전압이 인가되었을 때 발광 소자(110)가 구동되는 것을 방지하기 위한 것이다.
예를 들어, 고전위 전압(41)이 5 볼트이고, 발광 소자(110)의 구동 전압이 2.8 볼트인 경우, 셋 전압은 2.2 볼트 내지 5 볼트로 제공될 수 있다.
다음으로, 스위치 박막 트랜지스터(310)의 게이트 단에 인가되었던 스캔 전압(21)을 제거하여 스위치 박막 트랜지스터(310)를 턴오프(turn-off)시킨다(스텝 4). 이때, 고전위 전압(41)에 의해 발생된 전류는 발광 소자(110) 및 멤리스터(210)를 따라 흐르게 된다.
다음으로, 기존에 흘렀던 전류량을 한 프레임 동안 유지할 수 있는 특성을 갖는 멤리스터(210)를 이용하여, 발광 소자(110) 및 멤리스터(210)를 따라 전류가 흔 프레임 동안 흐르게 한다(스텝 5). 이때, 멤리스터(210)에 저장되었던 전하량은 발광 소자(110)와 멤리스터(210)에 전류가 한 프레임(1 frame) 동안 흐르게 할 수 있는 전하량일 수 있다.
스위치 박막 트랜지스터(310)가 턴오프 되면 고전위 전압(41)에 의해 발생된 전류는 발광 소자(110)와 멤리스터(210)를 따라 GND(그라운드)로 흐르게 되고 이로 인해 발광 소자(110)가 발광하게 된다.
스텝 3에서 인가된 셋 전압은 멤리스터(210)를 저저항 상태로 변화시키는데, 멤리스터(210)의 저저항 상태에서의 저항 값에 따라 발광 소자(110)의 발광 시 밝기에 차이가 발생할 수 있다.
즉, 멤리스터(210)의 저저항 상태에서의 저항값에 따라 발광 소자(110)에 흐르는 전류량이 달라지게 되고 이를 통해 발광 소자(110)의 밝기를 조절할 수 있다. 이를 위해서는 멤리스터(210)의 저저항 상태가 복수의 레벨(multi-level states)로 제공될 수 있어야 하며, 이를 위해 멤리스터(210)로는 예를 들어 multi-level (resistive random-access memory) ReRAM 소자가 사용될 수 있다.
도 7은 서로 다른 크기의 마이크로 LED로 제공된 발광 소자(110)의 전기적 및 광학적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 발광 소자(110)로 30 마이크로미터, 50마이크로 및 70 마이크로미터의 마이크로 LED를 사용하였다. 각각의 발광 소자(110)에서 전압 값에 따른 전류 값의 변화를 살펴보면, 세 경우 모두 2.2 볼트 내지 4 볼트에서 전압 값에 따라 전류의 변화가 큰 것을 알 수 있고, 이는 2.2 볼트 내지 4 볼트의 범위에서 발광 소자(110)의 밝기가 용이하게 조절될 수 있음을 의미한다.
도 8은 발광 소자(110)로 30 마이크로미터 크기의 마이크로 LED를 사용할 때의 멤리스터(210)의 요구 저항범위를 나타낸 그래프이고, 도 9는 발광 소자(110)로 50 마이크로미터 크기의 마이크로 LED를 사용할 때의 멤리스터(210)의 요구 저항범위를 나타낸 그래프이고, 도 10은 발광 소자(110)로 100 마이크로미터 크기의 마이크로 LED를 사용할 때의 멤리스터(210)의 요구 저항범위를 나타낸 그래프이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 고전위 전압(41)으로 5 볼트가 제공될 경우, 2.2 볼트 내지 4 볼트의 범위에서 발광 소자(110)의 밝기가 용이하게 조절되므로, 멤리스터(210)로 분배되는 전압은 1 볼트 내지 2.2 볼트가 바람직함을 알 수 있다.
따라서, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 발광 소자(110)로 30 마이크로미터 크기의 LED가 사용될 경우 멤리스터(210)의 저항은 0.5 내지 150 키로 옴으로, 발광 소자(110)로 50 마이크로미터 크기의 LED가 사용될 경우 멤리스터(210)의 저항은 0.5 내지 4 키로 옴으로, 발광 소자(110)로 100 마이크로미터 크기의 LED가 사용될 경우 멤리스터(210)의 저항은 0.5 내지 500 키로 옴으로 제공되는 것이 바람직할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 다음으로, 고전위 전압 공급라인(40)을 통해 인가되었던 고전위 전압(41)을 제거한다(스텝 6).
다음으로, 스위치 박막 트랜지스터(310)를 턴온 시킬 수 있는 스캔 전압(21)을 게이트 라인(20)을 통해 스위치 박막 트랜지스터(310)의 게이트 단에 인가한다(스텝 7).
다음으로, 데이터 라인(30)에 멤리스터(210)를 고저항 상태로 상태변환시킬 수 있는 전압인 리셋 전압을 인가한다(스텝 8).
멤리스터(210)에 인가되는 리셋 전압의 전압 값은 각각의 멤리스터(210)마다 서로 다른 값으로 설정될 수 있다.
다만, 본 발명의 스텝 8에서의 리셋 전압 값은 고전위 전압(41)과 발광 소자(110)의 구동 전압 간의 차이를 초과해야 한다. 이는 이는 멤리스터(210)에 분배되는 전압에 의해 멤리스터(210)가 리셋 되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 도 5에서도 알 수 있듯이 리셋 전압은 스텝 3에서의 셋 전압 미만으로 설정되어야 한다.
예를 들어, 고전위 전압(41)이 5 볼트이고, 발광 소자(110)의 구동 전압이 2.8볼트 내지 4 볼트일 경우, 멤리스터(210)에는 최소 1 볼트에서 최대 2.2 볼트의 전압이 분배되는데, 만약 리셋 전압이 2.2 볼트 미만일 경우, 멤리스터(210)에 걸리는 전압에 의해 멤리스터(210)가 의도치 않게 리셋될 수 있다. 따라서, 멤리스터(210)의 리셋 전압은 고전위 전압(41)과 발광 소자(110)의 구동 전압 간의 차이를 초과해야 한다.
상술한 바와 같이 스텝 8에서 데이터 라인(30)에 인가되는 데이터 전압(31)이 리셋 전압일 경우, 멤리스터(210)는 다시 고저항 상태로 상태변화가 일어나게 된다.
마지막으로, 스위치 박막 트랜지스터(310)의 게이트 단에 인가되었던 스캔 전압(21)을 제거하여 스위치 박막 트랜지스터(310)를 턴오프 시킨다.
이러한 스텝 1 내지 스텝 9의 과정을 통해 구동 박막 트랜지스터(220) 및 스토리지 커패시터(230)를 멤리스터(210)로 대체하였음에도 발광 소자(110)를 한 프레임 동안 동작시킬 수 있게 된다.
도 2에서의 기존의 디스플레이 구동 장치(9)의 동작 과정과 도 6에서의 디스플레이 구동 장치(10)의 동작 과정을 비교해 보면, 도 2에 비해 스텝 7 내지 스텝 9의 과정이 더 추가된 것을 알 수 있다.
하지만 멤리스터(210)의 경우 수십 나노 초(sec)에서도 동작할 수 있기에, 1초에 60 Hz의 주사율을 갖는 일반적인 디스플레이의 동작 속도인 수십 밀리 초(sec)를 고려한다면, 추가되는 스텝 7 내지 스텝 9로 인한 문제는 발생하지 않음이 자명할 것이다.
도 11은 본 발명이 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 방법(S10)을 나타낸 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 방법(S10)은 S100 내지 S800 단계를 포함한다.
S100 단계는 고전위 전압 공급라인(40)에 고전위 전압(41)을 인가하는 단계를 말하며, 본 발명의 스텝 1에 대응될 수 있다.
S200 단계는 게이트 라인(20)에 스위칭부(300)를 턴온 시키기 위한 전압인 스캔 전압(21)을 인가하는 단계를 말하며, 본 발명의 스텝 2에 대응될 수 있다.
S300 단계는 데이터 라인(30)에 구동부(200)를 고저항 상태에서 저저항 상태로 상태 변환시키기 위한 전압인 셋 전압을 인가하는 단계를 말하며, 본 발명의 스텝 3에 대응될 수 있다.
S400 단계는 게이트 라인(20)에 인가되었던 스캔 전압을 제거하여 스위칭부(300)를 턴오프 시키는 단계를 말하며, 본 발명의 스텝 4에 대응될 수 있다.
S500 단계는 고전위 전압 공급라인(40)에 인가되었던 고전위 전압(41)을 제거하는 단계를 말하며, 본 발명의 스텝 5와 스텝 6에 대응될 수 있다.
S600 단계는 게이트 라인(20)에 스위칭부(300)를 턴온 시키기 위한 전압인 스캔 전압(21)을 인가하는 단계를 말하며, 본 발명의 스텝 7에 대응될 수 있다.
S700 단계는 데이터 라인(30)에 구동부(200)를 저저항 상태에서 고저항 상태로 상태 변환시키기 위한 전압인 리셋 전압을 인가하는 단계를 말하며, 본 발명의 스텝 8에 대응될 수 있다.
S800 단계는 게이트 라인(20)에 인가되었던 스캔 전압과 데이터 라인(30)에 인가되었던 리셋 전압을 제거하는 단계를 말하며, 본 발명의 스텝 9에 대응될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 구동 장치(10) 및 디스플레이 구동 방법(S10)은 멤리스터 소자를 활용하여, 부피를 최소화하고 구조를 간단히 할 수 있는 능동형 디스플레이 구동회로를 제공할 수 있다.
이상에서 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 위 실시예는 단지 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것으로 이에 한정되지 않는다. 통상의 기술자는 전술한 실시예에 다양한 변형이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위의 해석을 통해서만 정해진다.
9: 기존의 디스플레이 구동 장치
10: 디스플레이 구동 장치
11: 제1 노드
20: 게이트 라인
21: 스캔 전압
30: 데이터 라인
31: 데이터 전압
40: 고전위 전압 공급라인
41: 고전위 전압
42: 기저 전압
100: 발광부
110: 발광 소자
200: 구동부
210: 멤리스터
220: 구동 박막 트랜지스터
230: 스토리지 커패시터
300: 스위칭부
310: 스위치 박막 트랜지스터
S10: 디스플레이 구동 방법

Claims (10)

  1. 발광 소자를 포함하도록 구성되는 발광부;
    멤리스터를 포함하며, 상기 발광부를 구동시키도록 구성되는 구동부; 및
    스위칭 박막 트랜지스터를 포함하며, 스캔 전압에 따라 데이터 전압을 상기 구동부로 인가할지 여부를 결정하도록 구성되는 스위칭부를 포함하고,
    상기 구동부는, 상기 발광부 및 상기 스위칭부로 분기되는 제1 노드에 연결되도록 구성되는
    디스플레이 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부는:
    상기 제1 노드;
    스캔 전압을 입력 받기 위한 게이트 라인; 및
    데이터 전압을 입력 받기 위한 데이터 라인에 연결되도록 구성되는,
    디스플레이 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위칭부는:
    상기 게이트 라인으로부터 상기 스캔 전압이 입력되는 경우, 상기 데이터 라인으로부터 입력된 상기 데이터 전압을 상기 제1 노드에 인가하도록 구성되는,
    디스플레이 구동 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 발광부는:
    상기 제1 노드 및;
    고전위 전압을 입력 받기 위한 고전위 전압 공급라인에 연결되도록 구성되는,
    디스플레이 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 멤리스터를 고저항 상태에서 저저항 상태로 상태변환 시키기 위한 전압인 셋 전압; 및
    상기 멤리스터를 저저항 상태에서 고저항 상태로 상태변환 시키기 위한 전압인 리셋 전압 중 어느 하나에 해당하는,
    디스플레이 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동부는:
    상기 제1 노드에 상기 셋 전압이 인가되는 경우, 상기 발광부는 구동 시키지 않되 상기 멤리스터는 저저항 상태로 상태변환하고;
    상기 제1 노드에 상기 데이터 전압이 인가되지 않는 경우, 상기 발광부를 구동시키고;
    상기 제1 노드에 상기 리셋 전압이 인가되는 경우, 상기 발광부는 구동 시키지 않되 상기 멤리스터는 고저항 상태로 상태변환하도록 구성되는,
    디스플레이 구동 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 셋 전압은:
    상기 고전위 전압과 상기 발광 소자의 구동 전압 간의 차이를 초과하고;
    상기 고전위 전압 미만인,
    디스플레이 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리셋 전압은:
    상기 고전위 전압과 상기 발광 소자의 구동 전압 간의 차를 초과하고;
    상기 셋 전압 미만인,
    디스플레이 구동 장치.
  10. 제1항, 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 디스플레이 구동 장치에 의해 수행되는 디스플레이 구동 방법에 있어서,
    (a) 고전위 전압 공급라인에 고전위 전압을 인가하는 단계;
    (b) 게이트 라인에 스위칭부를 턴온 시키기 위한 전압인 스캔 전압을 인가하는 단계;
    (c) 데이터 라인에 구동부를 고저항 상태에서 저저항 상태로 상태 변환시키기 위한 전압인 셋 전압을 인가하는 단계;
    (d) 상기 게이트 라인에 인가되었던 스캔 전압을 제거하여 상기 스위칭부를 턴오프 시키는 단계;
    (e) 상기 고전위 전압 공급라인에 인가되었던 고전위 전압을 제거하는 단계;
    (f) 상기 게이트 라인에 스위칭부를 턴온 시키기 위한 전압인 스캔 전압을 인가하는 단계;
    (g) 상기 데이터 라인에 상기 구동부를 저저항 상태에서 고저항 상태로 상태 변환시키기 위한 전압인 리셋 전압을 인가하는 단계; 및
    (h) 상기 게이트 라인에 인가되었던 스캔 전압과 상기 데이터 라인에 인가되었던 리셋 전압을 제거하는 단계를 포함하는,
    디스플레이 구동 방법.
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