KR102646342B1

KR102646342B1 - 계조정보 생성방법, 계조정보 생성장치 및 이를 포함하는 자발광 디스플레이

Info

Publication number: KR102646342B1
Application number: KR1020220079514A
Authority: KR
Inventors: 정동순; 이정환; 김보은
Original assignee: 주식회사 라온텍
Priority date: 2022-06-29
Filing date: 2022-06-29
Publication date: 2024-03-13
Also published as: KR20240003004A

Abstract

본 발명에 따른 계조정보 생성장치는, 기준신호를 생성하는 기준신호 발생부, 상기 기준신호에 기초하여 계조기준전류를 생성하는 계조기준전류 생성부, 상기 계조기준전류에 기초하여 계조기준전압를 출력하는 화소 복제 회로부, 및 상기 계조기준전압에 기초하여 계조전압을 발생시키는 계조전압 발생부를 포함한다. 이에 의하면, 디스플레이의 계조표현을 보다 정확하게 할 수 있고, 자발광 디스플레이에서 온도, 공정, 전압에 무관하게 일정한 밝기 균일도를 구현할 수 있으며, 화소복제회로와 계조기준전류를 이용하여 표현하고자 하는 계조를 정의하기 때문에 계조보정과정이 전류비로 간단하게 표현 가능해진다.

Description

계조정보 생성방법, 계조정보 생성장치 및 이를 포함하는 자발광 디스플레이{GRAYSCALE INFORMATION GENERATING METHOD, GRAYSCALE INFORMATION GENERATING DEVICE AND SELF-EMISSIVE DISPLAY INCLUDING THE SAME}

본 발명은 온도, 공정, 전압 변화에 무관하게 일정한 화소 전류를 생성할 수 있는 계조정보 생성방법, 계조정보 생성장치 및 이를 포함하는 자발광 디스플레이에 관한 것이다.

자발광 디스플레이 장치는 사용되는 조건과 환경에 따라서 화소전류가 변동할 수 있다. 화소 전류의 변동은 디스플레이 계조에 영향을 미치게 된다. 특히, 온도, 공정, 전압 변화에 따른 화소 전류 변동은 보정된 감마와 밝기에 대한 변동을 일으킬 수 있기 때문에 높은 밝기 균일도와 휘도 균일도를 얻기 위해서는 계조 정보를 만들어내는 계조 전압의 적절한 보상이 필요하다.

도 1 내지 3은 종래의 온도보상 방법이 적용된 디스플레이 표시장치를 도시한다. 먼저, 도 1에 도시된 디스플레이 표시장치는 온도 센서가 온도를 읽어내어 온도 구간 레지스터에 저장된 온도 구간의 데이터 값들을 각각 비교하여 생성된 비교 데이터로 전압 레벨을 제어하는 방식을 이용한다. 이 방법은 온도 센서의 정확도에 따라서 출력값이 달라질 수 있고, 미리 정해진 온도 구간 데이터를 사용해야 하기 때문에 디스플레이 소자와 화소 회로에 따라서 유동적으로 사용하기 어렵다는 문제점을 갖는다.

도 2는 발광 다이오드 디스플레이 장치에서 발광 다이오드의 온도 상승에 따른 전류 증가로 인한 열화 및 변색을 막는 방법을 채용한 디스플레이 표시장치로, 온도 증가시에 전기 저항이 증가하는 써멀 레지스터(thermal registor)를 사용한다. 이 방법은 온도가 증가했을 때 저항이 증가하기 때문에 발광다이오드에 흐르는 전류가 감소하고 이에 따라 온도를 낮출 수 있지만, 낮아진 전류에 따라서 계조표현이 변동된다는 단점이 있다.

도 3은 온도 센서에서 온도를 감지한 후 LUT(Look Up Table)에 저장되어 있는 유기발광다이오드의 밝기와 외부양자효율 값을 읽어와서 해당 온도에서 필요한 전류값을 계산하는 전류값 산출부(Current calculation block)와, 계산된 전류에 맞게 계조전압을 바꾸는 전류 조정부(Current Adjustment Block)로 구성된다. 이 방법은 유기발광다이오드에 흐르는 전류값을 능동적으로 제어하여 온도에 따라서 균일한 밝기를 구현할 수 있지만. 보상 과정이 복잡하고 LUT(Look Up Table)를 필요로 한다는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 자발광 디스플레이의 계조표현 정보를 그 용도에 따라 조정하여 화질을 개선하고, 온도, 공정, 전압 변화에 무관하게 일정한 화소 전류를 생성할 수 있는 계조정보 생성방법, 계조정보 생성장치 및 이를 포함하는 자발광 디스플레이를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 계조정보 생성장치는, 기준신호를 생성하는 기준신호 발생부; 상기 기준신호에 기초하여 계조기준전류를 생성하는 계조기준전류 생성부; 상기 계조기준전류에 기초하여 계조기준전압를 출력하는 화소 복제 회로부; 및 상기 계조기준전압에 기초하여 계조전압을 발생시키는 계조전압 발생부;를 포함한다.

그리고, 상기 기준신호, 상기 계조기준전류는 온도, 공정, 전압 변화에 따라 일정한 값을 유지할 수 있다.

또한, 상기 계조전압의 전압값 범위를 조정하기 위한 조정회로부;를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 자발광 디스플레이는, 상기의 계조정보 생성장치; 및 상기 계조정보 생성장치에 의하여 생성된 상기 계조전압에 의하여 구동되는 발광소자;를 포함하는 자발광 디스플레이로, 상기 자발광 디스플레이는 소정 수식에 의하여 정의되는 일정한 크기의 밝기 대비를 가질 수 있다.

또한, 온도 상승시 상기 계조전압이 증가함에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류가 감소하고, 온도 하강시 상기 계조전압이 감소함에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류가 증가함으로써, 상기 발광소자에 흐르는 전류가 일정해질 수 있다.

그리고, 상기 발광소자에 흐르는 전류는 상기 계조기준전류와 동일한 값으로 조정될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 계조정보 생성장치는, 기준신호를 생성하는 기준신호 발생부; 상기 기준신호에 기초하여 계조기준전류를 생성하는 계조기준전류 생성부; 상기 계조기준전류 생성부로부터 입력된 상기 계조기준전류를 출력 신호로 출력하는 화소 복제 회로부; 및 상기 계조기준전류에 기초하여 계조전류를 발생시키는 계조전류 발생부;를 포함한다.

한편, 본 발명에 따른 자발광 디스플레이는 상기의 계조정보 생성장치; 및 상기 계조정보 생성장치에 의하여 생성된 상기 계조전류에 의하여 구동되는 발광소자;를 포함하는 자발광 디스플레이로, 상기 자발광 디스플레이는 소정 수식에 의하여 정의되는 일정한 크기의 밝기 대비를 가질 수 있다.

또한, 상기 발광소자에 흐르는 전류는 온도, 공정, 전압 변화와 무관하게 일정한 값을 유지할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 계조정보 생성방법은, 기준신호를 생성하는 단계; 상기 기준신호에 기초하여 계조기준전류를 생성하는 단계; 상기 계조기준전류에 기초하여 계조기준전압을 출력하는 단계; 및 상기 계조기준전압에 기초하여 계조전압을 발생시키는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 기준신호, 상기 계조기준전류는 온도, 공정, 전압 변화에 따라 일정한 값을 유지할 수 있다.

그리고, 상기 계조전압의 전압값 범위를 조정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 계조전압에 의하여 구동되는 발광소자는 소정 수식에 의하여 정의되는 일정한 크기의 밝기 대비를 가질 수 있다.

그리고, 온도 상승시 상기 계조전압이 증가함에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류가 감소하고, 온도 하강시 상기 계조전압이 감소함에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류가 증가함으로써, 상기 발광소자에 흐르는 전류가 일정해질 수 있다.

또한, 상기 발광소자에 흐르는 전류는 상기 계조기준전류와 동일한 값으로 조정될 수 있다.

그리고, 상기 계조전압을 발생시키는 단계는, 상기 계조기준전압 및 전압레벨 제어신호에 기초하여 상기 계조전압을 발생시킬 수 있다.

본 발명에 따른 계조정보 생성방법, 계조정보 생성장치 및 이를 포함하는 자발광 디스플레이에 의하면, 디스플레이의 계조표현을 보다 정확하게 할 수 있고, 자발광 디스플레이에서 온도, 공정, 전압에 무관하게 일정한 밝기 균일도를 구현할 수 있으며, 화소복제회로와 계조기준전류를 이용하여 표현하고자 하는 계조를 정의하기 때문에 계조보정과정이 전류비로 간단하게 표현 가능해진다.

도 1 내지 3은 종래의 온도보상 방법이 적용된 디스플레이 표시장치를 도시한다.
도 4는 액티브 매트릭스 방식을 사용하는 디스플레이 장치의 블록도이다.
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 계조정보 생성장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6a 내지 6c는 본 발명에 따른 계조정보 생성장치의 화소 복제 회로부를 상세화한 도면이다.
도 7은 특정 계조에서 계조전압의 온도 보상을 표시한 그래프이다.
도 8a는 자발광 디스플레이의 화소 구조를 나타내며, 도 8b는 본 발명에 따른 계조전압 온도보상 장치의 온도보상 결과를 나타낸다.
도 9a 및 9b는 본 발명에 따른 화소전류의 온도보상 효과를 나타내는 그래프이다.
도 10a 내지 10c는 본 발명에 따른 계조정보 생성방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 4는 액티브 매트릭스 방식을 사용하는 디스플레이 장치의 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 액티브 매트릭스 방식을 사용하는 디스플레이에서 데이터 드라이버(30)는 계조전압 발생기(40)에서 계조 정보를 받아 화소 어레이(10)의 열(Column)로 전달한다. 이때 스캔 드라이버(20)는 스캔 신호를 원하는 행(Row)에 인가하여 화소 어레이(10)에서 원하는 화소에 데이터 전압을 전달한다. 화소 어레이(10)는 전달받은 데이터 전압을 전압 또는 전류로 변환하여 디스플레이 소자로 전달하여 화면을 표시한다.

한편, 도 4의 그래프는 계조 및 휘도에 따른 감마 커브를 나타낸다. 계조는 디스플레이가 표현할 수 있는 밝기와 데이터 간의 상관 관계를 의미한다. 예를 들어, 계조값이 1이면 입력된 밝기 데이터와 동일한 출력 밝기를 얻을 수 있다. 통상적으로 인간의 눈은 밝기값에 따라 밝기차의 구별 능력이 달라진다. 구체적으로, 어두운 밝기는 밝기차를 잘 구별해내지만, 밝은 밝기는 밝기차를 잘 구별해내지 못한다. 따라서, 통상적인 디스플레이는 사람의 눈에 최적화된 밝기정보를 표현하기 위해 NTSC(National Television System Committee) 표준 계조인 감마 2.2에 맞춰서 계조 전압을 보정한다.

도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 계조정보 생성장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 6a 내지 6c는 본 발명에 따른 계조전압 생성장치의 화소 복제 회로부를 상세화한 도면이다.

본 발명은 기준신호를 이용하여 계조기준전류를 생성한다. 즉, 기준신호 발생부에 의해서 생성된 기준신호에 기초하여 계조기준전류가 생성된다. 이때, 기준신호는 기준 전류 또는 기준 전압으로, 온도, 공정, 전압 변화와 무관하게 일정한 값을 유지할 수 있다. 아래의 설명에서는 이해의 편의를 위하여 기준신호를 기준 전류, 기준신호 발생부를 기준전류 발생부로 상정하여 설명하기로 한다.

도 5a에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 계조전압 생성장치(100)는 기준전류 발생부(110), 계조기준전류 생성부(120), 화소 복제 회로부(130), 계조 전압 발생부(140)를 포함한다.

기준전류 발생부(110)는 기준 전류(I_REF)를 생성한다. 그리고, 계조기준전류 생성부(120)는 기준 전류(I_REF)에 기초하여, 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])를 생성한다. 이때, 기준전류(I_REF) 및 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])는 온도, 공정, 전압 변화와 무관하게 일정한 값을 유지한다. 기준전류 발생부(110)는 밴드갭 회로를 이용하여 온도에 무관하게 일정한 전류를 생성할 수 있다. 다만, 온도에 영향을 받지 않도록 일정한 전류를 생성할 수 있는 회로라면 밴드갭 회로가 아닌 종래의 어떠한 전류 생성 회로를 채용해도 무방하다.

화소 복제 회로부(130)는 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])에 기초하여, 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[k:0])을 생성한다. 이때, 화소 복제 회로부(130)는 전압레벨 제어신호와 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])에 기초하여, 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[k:0])을 생성할 수도 있다. 전압레벨 제어신호는 전압레벨 제어부(미도시)로부터 전달될 수 있다.

화소 복제 회로부(130)는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 일정한 값의 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])에 기초하여 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[k:0])을 생성한다. 이때, 화소 복제 회로부(130)는 1개 이상의 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])에 기초하여, 1개 이상의 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[k:0])을 생성하는 1개 이상의 서브 복제 회로부로 구성될 수 있다.

계조전압 발생부(140)는 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[k:0]) 및 전압레벨 제어신호에 기초하여, 계조전압(V_GRAY[j:0])을 발생시킨다.

이때, 화소 복제 회로부(130)는, 위에서 언급한 바와 같이, 온도, 공정, 전압 변화에 따라 일정한 값을 갖는 1개 이상의 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])에 기초하여, 1개 이상의 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[k:0])을 생성한다. 그리고, 계조전압 발생부(140)는 1개 이상의 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[k:0])에 기초하여, 각 계조에 필요한 계조전압(V_GRAY[j:0])을 생성할 수 있다.

한편, 상기 계조전압(V_GRAY[j:0])의 전압값 범위를 조정하기 위한 조정회로부(미도시)가 더 포함될 수 있다.

한편, 도 5b에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 계조전압 생성장치(100)는 기준전류 발생부(110), 계조기준전류 생성부(120), 화소 복제 회로부(130), 계조 전류 발생부(150)를 포함한다.

화소 복제 회로부(130)는 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])를 그 상태로 복제하여 계조 전류 발생부(150)로 전달한다. 다시 말해, 화소 복제 회로부(130)는 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])를 계조 전류 발생부(150)로 전달한다. 즉, 화소 복제 회로부(130)는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 온도, 공정, 전압 변화와 무관하게 일정한 값의 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])를 계조 전류(I_GRAY[n:0])로 생성하게 된다.

계조 전류 발생부(140)는 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])에 기초하여 계조 전류(I_GRAY[n:0])를 생성한다.

도 6b는 화소 복제 회로의 회로도로, 제1 실시예에서 생성된 계조전압(V_GRAY[j:0]) 또는 제2 실시예에서 생성된 계조 전류(I_GRAY[n:0])를 계조 정보로 활용함으로써, 디스플레이의 계조표현을 보다 정확하게 할 수 있게 된다.

다시 설명하면, 기준전류 발생부(110)에서는 온도에 따라 일정한 값을 갖는 기준 전류(I_REF)를 생성하여, 계조기준전류 생성부(120)로 전달한다. 계조기준전류 생성부(120)는 기준 전류(I_REF)를 전달받아, 두 계조기준전류인 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})를 생성한다.

이때, 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})는 기준 전류(I_REF)와 마찬가지로 반드시 최대·최소에 대한 계조값이 아니라 특정 계조에 맞게 조정될 수 있으며, 필요한 계조 개수에 맞게 가감할 수 있다.

화소 복제 회로부(130)는 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})를 입력받는다. 화소 복제 회로(130)의 PMOS(P-type Metal Oxide Semiconductor)는 Diode-Connected 구조로 연결되어 있기 때문에, 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})를 입력받은 제1 복제회로(130-1)는 해당 전류를 만들기 위한 계조전압인 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})을 출력하게 된다. 다시 말해, 제1 복제회로(130-1)의 소스단에 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})를 흐르게 하기 위해, 게이트단에서는 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})을 출력하게 된다.

마찬가지로, 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX})를 입력받은 제2 복제회로(130-2)는 해당 전류를 만들기 위한 계조전압인 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX})을 출력하게 된다. 다시 말해, 제2 복제회로(130-2)의 소스단에 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX})를 흐르게 하기 위해, 게이트단에서는 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX})을 출력하게 된다.

따라서, 이 두 전압을 이용하여 계조전압을 생성하면, 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX})에서 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})까지 각 계조에 맞게 계조표현이 가능해진다. 이때, 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})는 온도에 따라 일정한 값을 갖는 기준 전류(I_REF)로부터 생성되었기 때문에, 마찬가지로 온도에 따라 일정한 값을 갖게 된다.

따라서, 화소 복제 회로부(130)에 흐르는 전류는 온도에 따라 항상 일정해야 하기 때문에 일정한 전류값을 갖도록 자동으로 보정된 전압값인 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})을 출력으로 내보내게 된다. 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})을 기준으로 생성된 최종 계조전압(V_GRAY[k])도 온도에 따라 자동으로 보정된 전압값에 해당한다.

화소 복제 회로부(130)는 화소 회로를 복제했기 때문에 화소 회로와 같은 소자 특성을 갖는다. 이를 이용해서 공정, 전원, 온도에 따른 화소 회로의 성능 변화를 감지할 수 있고 이를 이용해서 실제 화소 회로의 성능 변화를 보상할 수 있는 정보를 만들 수 있다.

다른 실시예에서, PMOS가 NMOS로 대체되는 경우에도 동일한 방식으로 동작할 수 있을 것이다. 즉, NMOS를 포함하는 제1 복제회로는 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})를 흐르게 하기 위해 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})을 출력하게 되고, NMOS를 포함하는 제2 복제회로는 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX})를 흐르게 하기 위해 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX})을 출력하게 된다. 한편, 또 다른 실시예에서는, PMOS와 NMOS를 동시에 사용하여 각각 제1 복제회로와 제2 복제회로에 포함시킬 수 있다.

도 7은 특정 계조에서 계조전압의 온도 보상을 표시한 그래프이다. 상온 25℃에서 보상이 없는 계조 정보가 일정한 전압을 출력할 때, 계조전압을 화소 복제 회로부의 복제 회로의 온도에 따라서 보상한다면, 음의 온도 보상이 된 계조정보와 양의 온도보상이 된 계조정보, 더 나아가 두 보상 정보가 합해진 형태의 계조 전압을 표현할 수 있게 된다.

기준 전압만을 이용하여 계조정보를 생성하는 경우, 상온을 기준으로 온도가 변한 상황에서도 항상 동일한 전압을 계조 전압으로 출력하게 된다. 그러나, 본 발명과 같이 기준전류와 화소복제 회로부를 이용하여 계조 전압을 생성하게 되면, 온도에 따라서 항상 일정한 전류를 만들기 위해 계조전압을 보상하기 때문에 항상 일정한 전류를 생성할 수 있는 전압을 출력할 수 있게 된다.

이때, 상술한 바와 같이, 본 발명에서 계조기준전류는 온도에 따라 항상 일정한 값을 가지므로, 계조전압은 화소복제회로의 온도특성에 따라 온도에 대하여 동일한 방향성을 갖는다. 구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 계조전압은 화소 구조가 갖는 온도특성, 즉, 양(positive) 또는 음 (negative)의 온도특성과 동일한 온도특성을 갖는다.

도 8a는 자발광 디스플레이의 화소 구조를 나타내며, 도 8b는 본 발명에 따른 계조정보 생성장치의 온도보상 결과를 나타낸다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 화소 어레이(10)의 각 화소는 PMOS(P-type Metal Oxide Semiconductor) 2개를 사용하는 2T1C 구조로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 스캔 스위치인 제1 스위치(M_S)는 스캔신호(G₁)가 하이(HIGH)에서 로우(LOW)로 변하면 밝기정보를 가지고 있는 화소구동전압(V_DATA)을 제2 스위치(M_P)로 전달한다. 이후 스캔신호(G₁가)가 로우(LOW)에서 하이(HIGH)로 변하면 캐패시터(C_S)는 화소구동전압(V_DATA)을 다음 스캔신호가 오기 전까지 저장하고 있는다. 이때 제2 스위치(M_P)는 화소구동전압(V_DATA)을 화소구동전류(I_PIXEL)로 변환하고, 화소구동전류(I_PIXEL)가 자발광 소자(D₁)에 흐르게 되어 소정 밝기의 광으로 변환된다. 이때 자발광 디스플레이 화소전류와 밝기는 서로 비례한다. 구체적으로, 유기발광다이오드 소자는 소자에 가해지는 전압에 따라서는 밝기가 비선형적으로 변하지만, 소자에 흐르는 전류에 따라서는 밝기가 선형적으로 변하는 특성을 갖는다. 따라서, 유기발광다이오드 소자를 사용하는 화소 회로는 정전류 구동을 통해 디스플레이의 밝기를 조절한다. 이때 유기발광다이오드 디스플레이의 밝기는 소자 전류에 비례하는 특성을 갖게 된다.

자발광 디스플레이 화소전류와 밝기는 아래의 [수학식1]과 같은 관계를 갖는다.

여기서, I_D는 화소전류를 나타내고, μ_P는 PMOS의 전자 이동도, C_OX는 산화막 캐패시턴스, W는 채널 폭, L은 채널 길이, V_THP는 문턱전압을 의미한다. 이 파라미터들은 모두 반도체 공정에서 결정되는 것이기 때문에, W/L이 고정된다면, 화소전류(I_D)는 데이터 전압, 즉, 화소구동전압(V_DATA)으로 제어할 수 있게 된다.

이때, 온도가 변하면, μ_P와 V_THP는 함께 변동하게 된다. 만약, 화소구동전압(V_DATA)을 일정하게 유지하게 되면, 온도변화에 따라 화소 전류가 변하여 밝기 변화가 일어난다. 반대로 온도 변화에 따라 적절하게 화소구동전압(V_DATA)을 가변해주면, 온도에 무관하게 일정한 화소구동전류(I_PIXEL)가 각 화소에 흐르게 할 수 있고, 이를 통해 온도에 따른 일정한 밝기를 표현할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 원리를 이용한 것으로, 온도에 영향을 받지 않는 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})를 이용하여, 온도에 따라 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})이 보상되어 출력되도록 하고, 결국, 보상된 화소구동전압(V_DATA)이 각 화소회로에 입력되어 일정한 화소구동전류(I_PIXEL)를 생성하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 자발광 디스플레이는 계조정보 생성장치에 의하여 생성된 계조전압에 의하여 구동되는 발광소자(도 8a의 D₁)를 포함하고, 자발광 디스플레이는 아래 수학식2에 의하여 정의되는 일정한 크기의 밝기 대비를 가질 수 있게 된다.

(C_constant: 자발광 디스플레이(혹은 발광소자)의 밝기 대비, I_{GRAY_MAX}: 제1 계조기준전류 I_{GRAY_MIN}: 제2 계조기준전류)

본 발명에 따른 자발광 디스플레이는 온도 상승시 상기 제1 계조전압 및 제2 계조전압이 증가함에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류가 감소하고, 온도 하강시 상기 제1 계조전압 및 제2 계조전압이 감소함에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류가 증가할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 화소 전류가 온도에 따라서 일정하게 유지되기 때문에 온도 변화에 따라서 밝기 대비 변화가 일어나지 않는다. 또한, 자연스러운 계조표현을 하기 위한 계조보정과정을 전류비로 간단하게 표현할 수 있게 된다.

도 9a 및 9b는 본 발명에 따른 화소전류의 온도보상 효과를 나타내는 그래프이다.

도 9a 및 9b의 (a)에 도시된 그래프는 PMOS 화소구조를 이용한 자발광 디스플레이의 계조와 계조전압 사이의 관계를 나타낸다. x축은 계조를 의미하고, y축은 계조전압을 의미하며, 굵은 선은 화소 전류를 나타내고, 가는 선은 계조전압을 나타낸다. 도 9a 및 9b의 (b) 및 (c)의 그래프는 특정 계조((a)의 그래프에서 동그라미로 표시된 부분)에서 온도에 따른 계조전압과 화소전류의 변화를 나타낸다.

먼저, 도 9a 및 9b의 (b)에 도시된 그래프는 온도 보상을 하지 않은 경우의 온도에 따른 계조전압과 화소전류의 관계를 도시한다. 상온(25℃)를 기준으로 온도가 증가한 경우, 도 9의 (b)의 그래프와 같이, 계조전압(가는 선으로 표시)은 온도에 따라 일정한 값을 갖기 때문에, 화소전류(굵은 선으로 표시)는 증가하게 된다. 반대로 상온을 기준으로 온도가 감소하게 되면 화소전류는 감소하게 된다.

도 9a 및 9b의 (c)에 도시된 그래프는 본 발명에 따른 계조정보 생성방법이 적용된 경우의 온도에 따른 계조전압과 화소전류의 관계를 나타낸다. 상온을 기준으로 온도가 증가 했을 때 계조전압(가는 선으로 표시)은 온도에 따라서 같이 증가하기 때문에 화소전류(굵은 선으로 표시)는 증가하지 않고 일정하다. 반대로 상온을 기준으로 온도가 감소하게 되면 계조전압이 온도에 따라서 감소하기 때문에 화소전류는 감소하지 않고 일정하다. 결국, 본 발명에 따른 계조정보 생성방법을 적용하면 도 9a 및 9b의 (c)에 도시된 바와 같이, 온도에 무관하게 일정한 화소전류를 보장할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 계조정보 생성방법은, ①기준 전류(I_REF)를 생성하는 단계, ②기준 전류(I_REF)에 기초하여 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])를 생성하는 단계, ③계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])에 기초하여 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[n:0])를 출력하는 단계, 및 ④상기 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[n:0]) 및 전압레벨 제어신호에 기초하여 계조전압(V_GRAY[n:0])을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 기준전류(I_REF), 상기 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])는 온도, 공정, 전압 변화에 따라 일정한 값을 유지할 수 있다.

한편, 계조전압(V_GRAY[n:0])의 전압값 범위를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 계조전압(V_GRAY[n:0])에 의하여 구동되는 발광소자는 아래 [수학식3]에 의하여 정의되는 일정한 크기의 밝기 대비를 가질 수 있다.

(C_constant: 발광소자의 밝기 대비, I_{GRAY_MAX}: 계조기준전류의 최대값, I_{GRAY_MIN}: 계조기준전류 최소값)

이때, 온도 상승시 상기 계조전압(V_GRAY[n:0])이 증가함에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류가 감소하고, 온도 하강시 상기 계조전압(V_GRAY[n:0])이 감소함에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류가 증가함으로써, 상기 발광소자에 흐르는 전류가 일정해니다. 또한, 발광소자에 흐르는 전류는 상기 계조기준전류(I_{GRAY_REF}[n:0])와 동일한 값으로 조정될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 계조정보 생성방법은, 기준 전류(I_REF)를 생성하는 단계, 상기 기준 전류(I_REF)에 기초하여, 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})를 생성하는 단계, 상기 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})에 기초하여 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})을 출력하는 단계, 및 상기 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN}), 및 전압레벨 제어신호에 기초하여 계조전압을 발생시키는 단계를 포함한다.

이때, 상기 기준전류(I_REF), 상기 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX}) 및 상기 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})는 온도에 따라 일정한 값을 유지할 수 있다.

여기서, 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})에 기초하여 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})을 출력하는 단계는, 일정한 값의 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX})에 기초하여 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX})을 생성하고, 일정한 값의 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})에 기초하여 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})을 생성한다. 따라서, 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})을 생성하는 화소 복제 회로부는 적어도 2개의 복제회로를 포함하게 된다. 여기서, 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX})은 최고 계조를 표현하기 위한 전압값을 가지며, 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})은 최저 계조를 표현하기 위한 전압값을 갖지만, 전압값 범위는 필요에 따라 조정될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 계조정보 생성방법은 제1 계조전압(V_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조전압(V_{GRAY_MIN})의 전압값 범위를 조정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

이에 따라, 발광소자에 흐르는 전류는 제1 계조기준전류(I_{GRAY_MAX}) 및 제2 계조기준전류(I_{GRAY_MIN})와 동일한 값으로 조정될 수 있게 된다.

도 10a 내지 10c는 본 발명에 따른 계조정보 생성방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.

도 10a의 왼쪽 흐름도를 참조하면, 온도 상승시(S200)에는, 화소 어레이(도 8a의 10)에 포함된 화소(도 8a의 D₁)에 흐르는 소자전류(도 8a의 I_PIXEL)가 증가하게 되는데(S210), 위에서 설명한 방법에 따라 화소복제회로 출력전압인 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[k:0])이 증가하게 되고(S220), 이와 연동하여 계조전압(V_GRAY[j:0])도 증가하게 된다(S230). 증가된 계조전압(V_GRAY[j:0])은 데이터 전압(도 8a의 V_DATA)으로 인가되며, 소자전류(도 8a의 I_PIXEL)가 감소(S240)되어 화소(도 8a의 D₁)에 흐르게 된다.

즉, 일반적으로 온도가 상승할 때 소자 전류가 증가하는데, 본 발명에 의하여 생성되는 계조전압도 증가하게 되므로, 다시 소자 전류를 감소시켜, 온도 변동(상승)에도 불구하고 일정한 전류를 소자에 흘릴 수 있게 된다.

도 10b의 오른쪽 흐름도를 참조하면, 온도 하강시(S250)에는, 화소 어레이(도 8a의 10)에 포함된 화소(도 8a의 D₁)에 흐르는 소자전류(도 8a의 I_PIXEL)가 감소하게 되는데(S260), 위에서 설명한 방법에 따라 화소복제회로 출력전압인 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[k:0])이 감소하게 되고(S270), 이와 연동하여 계조전압(V_GRAY[j:0])도 감소하게 된다(S280). 감소된 계조전압(V_GRAY[j:0])은 데이터 전압(도 8a의 V_DATA)으로 인가되며, 소자전류(도 8a의 I_PIXEL)가 증가(S290)되어 화소(도 8a의 D₁)에 흐르게 된다.

즉, 일반적으로 온도가 감소할 때 소자 전류가 감소하는데, 본 발명에 의하여 생성되는 계조전압도 감소하게 되므로, 다시 소자 전류를 증가시켜, 온도 변동(하강)에도 불구하고 일정한 전류를 소자에 흘릴 수 있게 된다.

도 10b의 왼쪽 흐름도를 참조하면, 전압 상승시(S300)에는, 화소 어레이(도 8a의 10)에 포함된 화소(도 8a의 D₁)에 흐르는 소자전류(도 8a의 I_PIXEL)가 증가하게 되는데(S310), 위에서 설명한 방법에 따라 화소복제회로 출력전압인 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[k:0])이 증가하게 되고(S320), 이와 연동하여 계조전압(V_GRAY[j:0])도 증가하게 된다(S330). 증가된 계조전압(V_GRAY[j:0])은 데이터 전압(도 8a의 V_DATA)으로 인가되며, 소자전류(도 8a의 I_PIXEL)가 감소(S340)되어 화소(도 8a의 D₁)에 흐르게 된다.

즉, 일반적으로 전압이 상승할 때 소자 전류가 증가하는데, 본 발명에 의하여 생성되는 계조전압도 증가하게 되므로, 다시 소자 전류를 감소시켜, 전압 변동(상승)에도 불구하고 일정한 전류를 소자에 흘릴 수 있게 된다.

도 10b의 오른쪽 흐름도를 참조하면, 전압 하강시(S350)에는, 화소 어레이(도 8a의 10)에 포함된 화소(도 8a의 D₁)에 흐르는 소자전류(도 8a의 I_PIXEL)가 감소하게 되는데(S360), 위에서 설명한 방법에 따라 화소복제회로 출력전압인 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[k:0])이 감소하게 된다(S380). 감소된 계조전압은 데이터 전압(도 8a의 V_DATA)으로 인가되며, 소자전류(도 8a의 I_PIXEL)가 증가(S390)되어 화소(도 8a의 D₁)에 흐르게 된다.

즉, 일반적으로 전압이 감소할 때 소자 전류가 감소하는데, 본 발명에 의하여 생성되는 계조전압도 감소하게 되므로, 다시 소자 전류를 증가시켜, 전압 변동(하강)에도 불구하고 일정한 전류를 소자에 흘릴 수 있게 된다.

도 10c에 도시된 바와 같이, 공정 변화시(S400)에는, 화소 어레이(도 8a의 10)에 포함된 화소(도 8a의 D₁)에 흐르는 소자전류(도 8a의 I_PIXEL)가 변화하게 되는데(S410), 위에서 설명한 방법에 따라 화소복제회로 출력전압인 계조기준전압(V_{GRAY_REF}[k:0])이 유연하게 변동하게 되고(S420), 이와 연동하여 계조전압(V_GRAY[j:0])도 변화하게 된다(S430). 변화된 계조전압(V_GRAY[n:0])은 데이터 전압(도 8a의 V_DATA)으로 인가되며, 공정이 변화해도 화소(도 8a의 D₁)에 흐르는 전류는 일정해진다.

본 발명에 따른 계조정보 생성방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 계조전압 생성장치
110: 기준전류 발생부
120: 계조기준전류 생성부
130: 화소 복제 회로부
140: 계조전압 발생부
150: 계조전류 발생부

Claims

기준신호를 생성하는 기준신호 발생부;
상기 기준신호에 기초하여 계조기준전류를 생성하는 계조기준전류 생성부;
상기 계조기준전류에 기초하여 계조기준전압를 출력하는 화소 복제 회로부; 및
상기 계조기준전압에 기초하여 계조전압을 발생시키는 계조전압 발생부;를 포함하고,
상기 화소 복제 회로부는, PMOS(P-type Metal Oxide Semiconductor) 또는 NMOS(N-type Metal Oxide Semiconductor)로 구성되고, 상기 PMOS 또는 상기 NMOS에 상기 계조기준전류가 흐르도록, 상기 PMOS 또는 상기 NMOS의 게이트단에 상기 계조전압을 출력하여, 온도, 공정 및 전압 변화와 무관하게 일정한 값의 전류를 발광소자에 제공하는 계조정보 생성장치.
제1항에 있어서,
상기 기준신호, 상기 계조기준전류는 온도, 공정, 전압 변화에 따라 일정한 값을 유지하는 계조정보 생성장치.
제1항에 있어서,
상기 계조전압의 전압값 범위를 조정하기 위한 조정회로부;를 더 포함하는 계조정보 생성장치.
제1항에 기재된 계조정보 생성장치; 및
상기 계조정보 생성장치에 의하여 생성된 상기 계조정보에 기초하여 구동되는 상기 발광소자;를 포함하는 자발광 디스플레이로,
상기 자발광 디스플레이는 아래 수식에 의하여 정의되는 일정한 크기의 밝기 대비를 갖는 자발광 디스플레이.

(C_constant: 자발광 디스플레이의 밝기 대비, I_{GRAY_MAX}: 계조기준전류의 최대값, I_{GRAY_MIN}: 계조기준전류 최소값)
제4항에 있어서,
온도 상승시 상기 계조전압이 증가함에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류가 감소하고, 온도 하강시 상기 계조전압이 감소함에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류가 증가함으로써, 상기 발광소자에 흐르는 전류가 일정해지는 자발광 디스플레이.
제1항에 있어서,
상기 PMOS의 드레인단은 상기 게이트단과 연결되는 계조정보 생성장치.
기준신호를 생성하는 기준신호 발생부;
상기 기준신호에 기초하여 계조기준전류를 생성하는 계조기준전류 생성부;
상기 계조기준전류 생성부로부터 입력된 상기 계조기준전류를 출력 신호로 출력하는 화소 복제 회로부; 및
상기 계조기준전류에 기초하여 계조전류를 발생시키는 계조전류 발생부;를 포함하고,
상기 화소 복제 회로부는 온도, 공정 및 전압 변화와 무관하게 일정한 값의 상기 계조전류를 발광소자에 제공하는 계조정보 생성장치.
제7항에 있어서,
상기 기준신호, 상기 계조기준전류는 온도, 공정, 전압 변화에 따라 일정한 값을 유지하는 계조정보 생성장치.
제7항에 기재된 계조정보 생성장치; 및
상기 계조정보 생성장치에 의하여 생성된 계조정보에 기초하여 구동되는 상기 발광소자;를 포함하는 자발광 디스플레이로,
상기 자발광 디스플레이는 아래 수식에 의하여 정의되는 일정한 크기의 밝기 대비를 갖는 자발광 디스플레이.

(C_constant: 자발광 디스플레이의 밝기 대비, I_{GRAY_MAX}: 계조기준전류의 최대값, I_{GRAY_MIN}: 계조기준전류의 최소값)
제9항에 있어서,
상기 발광소자에 흐르는 전류는 온도, 공정, 전압 변화와 무관하게 일정한 값을 유지하는 자발광 디스플레이.
제9항에 있어서,
상기 발광소자에 흐르는 전류는 상기 계조기준전류와 동일한 값으로 조정되는 자발광 디스플레이.
기준신호 발생부가 기준신호를 생성하는 단계;
계조기준전류 생성부가 상기 기준신호에 기초하여 계조기준전류를 생성하는 단계;
화소 복제 회로부가 상기 계조기준전류에 기초하여 계조기준전압을 출력하는 단계; 및
상기 계조기준전압에 기초하여 계조전압을 발생시키는 단계;를 포함하고,
상기 화소 복제 회로부는, PMOS(P-type Metal Oxide Semiconductor) 또는 NMOS(N-type Metal Oxide Semiconductor)로 구성되고, 상기 PMOS 또는 상기 NMOS에 상기 계조기준전류가 흐르도록, 상기 PMOS 또는 상기 NMOS의 게이트단에 상기 계조전압을 출력하여, 온도, 공정 및 전압 변화와 무관하게 일정한 값의 전류를 발광소자에 제공하는 계조정보 생성방법.
제12항에 있어서,
상기 기준신호, 상기 계조기준전류는 온도, 공정, 전압 변화에 따라 일정한 값을 유지하는 계조정보 생성방법.
제12항에 있어서,
상기 계조전압의 전압값 범위를 조정하는 단계;를 더 포함하는 계조정보 생성방법.
제12항에 있어서,
상기 계조전압에 의하여 구동되는 발광소자는 아래 수식에 의하여 정의되는 일정한 크기의 밝기 대비를 갖는 계조정보 생성방법.

(C_constant: 발광 소자의 밝기 대비, I_{GRAY_MAX}: 계조기준전류의 최대값, I_{GRAY_MIN}: 계조기준전류 최소값)
제15항에 있어서,
온도 상승시 상기 계조전압이 증가함에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류가 감소하고, 온도 하강시 상기 계조전압이 감소함에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류가 증가함으로써, 상기 발광소자에 흐르는 전류가 일정해지는 계조정보 생성방법.
제12항에 있어서,
상기 PMOS의 드레인단은 상기 게이트단과 연결되는 계조정보 생성방법.
제12항에 있어서,
상기 계조전압을 발생시키는 단계는,
상기 계조기준전압 및 전압레벨 제어신호에 기초하여 상기 계조전압을 발생시키는 계조정보 생성방법.