KR20020027957A - 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동에 있어서 저전류 구동을 용이하게 하며, 구동용 트랜지스터의 문턱전압 편차를 최소화시켜, 구동 픽셀들의 발광 효율을 향상시키는 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로를 제공하기 위한 것으로서, 스위치, 커패시터, 구동용 트랜지스터로 구성되어 스캔 신호와 데이터 신호의 입력으로 픽셀을 발광시키는 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동회로에 있어서, 상기 화소로 인가되는 구동 전류를 외부의 제어신호에 의해 검출하여 상기 구동용 트랜지스터의 문턱전압의 편차를 일정하게 보정하는 전압 보정 제어부를 포함하여 구성되는데 있다.

Description

액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로{drive circuit for current driving of active matrix formula}

본 발명은 평판 디스플레이 소자에 관한 것으로, 특히 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로에 관한 것이다.

최근 평판 디스플레이의 발전에 따라 LCD, PDP, FED, EL 등 여러 종류의 디스플레이 소자들이 개발되고 있다. 이러한 평판 디스플레이는 그 구동 방법에 따라 다음과 같이 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

그 중 하나는 패시브 매트릭스(Passive Matrix) 방식이고, 다른 하나는 액티브 매트릭스(Active Matrix)방식이다.

LCD 나 PDP 등과 같은 전압 구동 방식에서는 화소(pixel)의 수가 증가함에 따라 더욱 큰 전압 레벨을 필요로 하므로 액티브 매트릭스 방식을 사용하고 있다.

그리고 FED나 EL 등과 같은 전류 구동 방식에서는 동일한 라인 타임(Line Time)이라도 더욱 큰 전류 레벨을 요구하는 패시브 매트릭스 방식보다 작은 전류레벨에서 구동할 수 있는 액티브 매트릭스 방식이 보다 유리한 방식으로 인식되고 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 액티브 매트릭스 방식의 구동 회로도이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 구동할 화소를 선택하는 스캔 라인(Scan Line : SEL)과, 제어된 양에 따라 화소에 전압을 인가하는 데이터 라인(Data Line : DATA)과, 상기 스캔 라인의 신호에 따라 데이터의 흐름을 제어하는 스위치 소자인 스위치_P1과, 데이터 라인으로 인가되는 전압에 따라 정해진 전하를 축적하는 커패시터_Cs와, 커패시터_Cs에 축적된 전하에 의한 전압을 입력받아 전류를 흘려 주는 구동용 트랜지스터_PO와, 구동용 트랜지스터_PO에 흐르는 전류에 의해 발광하는 OEL과, 상기 커패시터_Cs와 구동용 트랜지스터_PO에 전원을 공급하는 양의 전원 VDD로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 표시 소자의 액티브 매트릭스 방식의 상세한 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 스캔 라인(Scan Line : SEL)에 의해 구동할 화소가 선택되면, 스위치_P1에 의해 해당 화소가 온(ON)이 되고, 여기에 데이터 라인(Data Line : DATA)을 통해 그레이(gray) 조절된 제어 전압이 인가된다.

이 제어 전압은 커패시터_Cs에 저장됨과 동시에 구동용 트랜지스터_P0을 구동하여 OEL의 발광에 필요한 만큼의 전류를 유기한다.

그리고 스캔 라인이 디스에이블(disable)된 이후 다음의 선택(select) 시간까지는 커패시터_Cs에 저장된 전압에 의해 구동용 트랜지스터_P0을 구동시킴으로 해서 한 프레임(frame)을 유지한다.

그러나 상기 액티브 방식의 픽셀 구조에서는 데이터 라인(DATA)으로 인가하는 전류의 레벨이 너무 낮기 때문에 이를 효과적으로 제어하기가 어렵고, 또한

동일한 휘도를 갖는 데이터를 디스플레이 하고자 할 때 구동용 트랜지스터_P0의 문턱 전압이 다르면 구동용 트랜지스터에 동일한 전압이 인가되어도 주변의 OEL과 구동시키는 구동 전류가 일정하지 않게 된다.

즉, 상기 문턱 전압의 편차에 따라 주변의 OEL들이 제각기 다른 휘도로 발광하게 되어 문제가 발생한다.

따라서 트랜지스터의 문턱 전압의 편차에 따른 OEL의 표시 편차를 줄이기 위해 문턱 전압에 관계없이 OEL을 구동시키는 구동 전류를 일정하게 해주어야 한다.

그러나 문턱 전압에 관계없이 구동용 트랜지스터_P0에 일정하게 흐르는 구동 전류의 보정이 어려우며, 또한 보정을 한다 하더라도, 각 픽셀(OEL)들을 각각 측정하여 그 편차를 보정해 주어야 하는 어려움이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동에 있어서 저전류 구동을 용이하게 하며, 구동용 트랜지스터의 문턱전압 편차를 최소화시켜, 구동 픽셀들의 발광 효율을 향상시키는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 다른 특징은 액티브 방식의 전류 구동 시 저전류 구동과 더불어 자동으로 편차를 보정하고 제어가 가능한 전압 보정 제어부의 구조 및 그 구동 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 액티브 매트릭스 방식의 구동 회로도

도 2 는 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 방식의 픽셀 구조를 나타낸 회로도

도 3 은 본 발명에 따른 전압 보정 제어부를 나타낸 도면

도 4는 추가된 스위치_P2의 제어신호를 스캔에 해당하는 SEL 신호와 같이 사용한 회로의 다른 실시예

도 5 는 도 2의 구조를 갖은 구동회로의 각 신호의 파형도

그리고 도 6 은 도 4의 구조를 갖는 구동회로의 각 신호 파형도

도 7에서는 추가된 스위치_P2의 제어신호를 발광 시간을 일정하게 사용할 때의 파형을 나타낸 실시예

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 전류-대-전압 변환기 20 : 비교기

30 : S & H 회로부 40 : 전압-대-전류 변환기

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로의 특징은 스위치, 커패시터, 구동용 트랜지스터로 구성되어 스캔 신호와 데이터 신호의 입력으로 픽셀을 발광시키는 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동회로에 있어서, 상기 화소로 인가되는 구동 전류를 외부의 제어신호에 의해 검출하여 상기 구동용 트랜지스터의 문턱전압의 편차를 일정하게 보정하는 전압 보정 제어부를 포함하여 구성되는데 있다.

이때, 상기 전압 보정 제어부는 상기 제어신호에 의해 검출된 전류를 전압으로 변환하는 전류-대-전압 변환부와, 상기 전류-대-전압 변환부에서 변환된 전압을 그레이 조절된 기준전압과 비교하는 비교부와, 외부에서 입력되는 램프 전압을 상기 비교부에서 비교된 두 전압이 일치할 때까지 출력하고, 상기 두 전압이 일치하면 현재의 출력전압을 유지하는 S & H 회로부와, 상기 S & H 회로부에서 출력되는 램프신호를 전류로 변환하는 전압-대-전류 변환부와, 상기 전압-대-전류 변환부에서 변환된 전류를 입력받아 구동 트랜지스터와 전류의 제어비가 유지된 전압을 데이터 신호로 인가하는 미러부를 포함하여 구성되는데 다른 특징이 있다.

이때 상기 전류-대-전압 변환부를 높은 트랜스 임피던스(transimpedance)값을 갖는 증폭기로 사용되는데 또 다른 특징이 있다.

그리고 상기 외부의 제어신호를 스캔 신호로 사용하는데 또 다른 특징이 있다.

본 발명의 특징에 따른 작용은 픽셀 구동부에 스위치와, 구동 전류의 양을 보정하는 전압 보정 제어부를 추가로 구성하여 데이터 라인에 일정한 그레이 조절된 제어전압을 인가하는 대신에 소거시키는 부분을 포함한 램프 특성을 갖는 파형을 인가하여 픽셀들의 휘도가 균일성(uniformity)을 갖도록 할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 방식의 픽셀 구조를 나타낸 회로도로서, 구동할 화소를 선택하는 스캔 라인_SEL(scan line)과, 제어된 양에 따라 화소에 램프(ramp) 전압을 인가하는 데이터 라인_ramp(data line)과, 상기 스캔 라인의 신호에 따라 데이터의 흐름을 제어하는 제 1 스위치_P1과, 상기 데이터 라인으로 인가되는 전압에 따라 정해진 전하를 축적하는 커패시터_Cs와, 상기 커패시터_Cs에 축적된 전하에 의한 전압을 입력받아 픽셀_OEL에 전류를 인가하는 구동 트랜지스터_P0과, 상기 구동 트랜지스터_P0과 픽셀_OEL사이에 연결되어 외부 제어신호에 의해 온/오프(on/off)로 스위칭되는 제 2 스위치_P2로 구성된다.

도 2를 참조하여 픽셀 구조를 살펴보면, 앞에서 설명한 도 1에서처럼 구동 트랜지스터_P0이 직접 픽셀_OEL에 연결되며, 상기 픽셀_OEL의 캐소드(cathode)부분에는 음전원_-VSS이 인가된다.

그리고 상기 구동 트랜지스터_P0과 픽셀_OEL 사이에 추가로 연결된 제 2 스위치_P2는 별도의 제어 신호_SEL1에 의해 온/오프(on/off)상태가 결정된다.

이와 같이 구성된 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로는 상기 제 2 스위치_P2에 의해 스위칭된 전류가 구동용 트랜지스터의 문턱전압의 편차를 일정하게 보정하는 전압 보정 제어부로 인가된다.

상기 전압 보정 제어부를 도 3에서 나타내고 있다.

도 3을 보면, 상기 제어 트랜지스터_P2에서 출력되는 구동 전류_Iout를 검출하여 상기 검출한 구동 전류를 전압으로 변환하는 전류_대_전압 변환기와, 상기 전류-대-전압 변환기에서 변환된 전압과, 상기 픽셀_OEL이 소정의 휘도로 발광하도록 정해진 기준 전압인 그레이(gray) 조절된 제어 전압_Vref을 서로 비교하는 비교기와, 픽셀_OEL을 구동하는 구동 트랜지스터_P0의 정확한 구동 전류에 대응하는 전압을 유지하여 화소의 램프 입력을 제어하는 S & H 회로부(Sample & Hold circuit)로 구성된다.

그리고 상기 S & H 회로부는 Vramp를 입력받아 상기 비교기의 결과에 따라 램프(ramp) 전압을 출력하고, 상기 출력된 전압을 전압-대-전류 변환부에서 전류로 변환한 후, 변환된 전류를 제어 트랜지스터_P3에 의해 구동 트랜지스터_P0과 전류의 제어비가 유지된 전압을 데이터 신호로 인가한다.

이때, 상기 S & H 회로부의 출력은 비교기의 비교 결과 전환된 전압과 기준 전압이 동일하지 않으면 상기 Vramp를 그대로 출력하고, 비교 결과 동일하면 현재의 Vramp값을 유지하여 출력한다.

상기 제어 트랜지스터_P3의 소스(source)는 전원_VDD에 연결되어 있으며, 게이트(gate)와 드레인(drain)이 서로 연결되어 있고, 이는 전압-대-전류 변환기(V-to-I converter)의 출력단과 연결되어 있다.

도 4는 추가된 스위치_P2의 제어신호를 스캔에 해당하는 SEL 신호와 같이 사용한 회로의 다른 실시예로서 도 2와 동일한 구조 및 동작으로 이루어지므로 설명을 생략한다.

이와 같이 구성된 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로의 동작을 각 신호의 파형도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5 는 도 2의 구조를 갖은 구동회로의 각 신호의 파형도를 나타내고 있다.

도 2와 도 5를 참조하여 살펴보면, 픽셀_OEL이 스캔 라인_SEL에 의해 선택되면, 먼저 픽셀에 추가된 스위치_P2를 제어신호_SEL1에 의해 오프시킨다.

그리고 전하 축적용 커패시터_Cs에 인가되어 있는 전하를 0 상태로 만들어 주기 위하여 소거 시간(erase time) 동안에 Vramp 신호에서 'High'의 신호를 인가해 준다.

이렇게 한 후, 추가된 스위치_P2를 온 시키면, 램프(ramp) 입력을 통해 인가되는 램프 전압은 스위치_P1을 통해 구동 트랜지스터_P0을 구동시키고, 인가된 전압에 해당하는 만큼의 전류가 상기 추가된 스위치_P2를 통해 도 3에 나타낸 전압 보정 제어부에서 검출된다.

이렇게 검출된 전류는 전류-대-전압 변환기(10)에 의해 전압으로 변경되고, 비교기(20)에 의해 그레이 조절된 제어 전압과 비교하게 된다.

그리고 상기 비교기(20)에서 비교되는 두 전압값이 일치할 때까지 S & H 회로부(30)를 통해 램프 전압이 전하 축적용 커패시터_Cs로 계속 인가된다.

여기까지가 보정 시간(calibration time)에서의 동작이다.

그리고 상기 비교기(20)에 입력되는 두 전압이 일치하게 되며, 즉 구동 전류가 원하는 그레이를 낼 수 있는 전류양이 되게 되면, 추가된 스위치_P2는 오프가 된다.

이어 상기 S & H 회로부(30)에서는 비교기(20)에 입력되는 두 전압이 일치할 때의 램프 입력의 입력 전압을 홀드(hold)하여 유지시키고, 홀드(hold)한 전압만큼 전하 축적용 커패시터_Cs에 전압을 저장한다.

그리고 동시에, 상기 S & H 회로부(30)에서는 발광 시간(illumination time)동안 유지된 전압값을 인가하여 원하는 그레이에 해당하는 전류값을 구동 트랜지스터_P0에서 출력한다.

그리고 프레임 시간의 나머지 시간동안은 픽셀이 선택될 때까지 전하 축적용 커패시터_Cs에 저장된 전압값이 구동 트랜지스터_P0에 인가되어, 일정한 구동 전류를 유지한다.

이상이 발광 시간(illumination time)에서의 동작이다.

그리고 도 6 은 도 4의 구조를 갖는 구동회로의 각 신호 파형도를 나타내고 있다.

도 6에서는 추가된 스위치_P2의 제어신호를 스캔에 해당하는 SEL신호와 같이 사용할 때의 파형을 보여 준 것으로, 이 때는 소거 시간(erase time)동안에 구동 전류가 완전히 0으로 되었는지 측정할 수 있다.

도 7에서는 추가된 스위치_P2의 제어신호를 발광 시간(illumination time)을 일정하게 사용할 때의 파형을 나타낸 실시예를 보여 준 것이다.

이 때는 소거 시간(erase time) 동안에 구동전류의 측정은 할 수 없지만, 소거 시간(erase time)의 간격은 실험적으로 측정할 수 있기 때문에 이를 없애는 방법도 유효하다.

또한 상기 전류-대-전압 변환기의 회로를 아래와 같이 변경해서 다른 이점을 얻을 수 있다.

스위치_P1을 통해 그레이 조절된 제어 전압을 구동 트랜지스터_P0에 인가할 경우, 종래의 픽셀 구조에서는 구동 전류의 레벨에 따라 제어 전압의 마진(margin)이 결정되었다.

즉, 전류 레벨이 미세할 경우 수 V 혹은 수백 mV의 범위 내에서 64~256 그레이를 조정해야 하는 어려움이 있다.

따라서 상기 전압 보정 제어부에 포함된 회로 중 전류-대-전압 변환기 대신에 높은 트랜스 임피던스(transimpedance)값을 갖는 증폭기를 사용할 경우 그레이 조절된 제어 전압_Vref의 마진을 개선할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 구동 트랜지스터의 문턱전압 편차에 둔감하게 디스플레이 소자를 구동할 수 있으므로 픽셀들 사이에서의 균일성(uniformity)을 개선하는 효과가 있다.

둘째, 전류를 이용하여 구동하는 디스플레이 소자의 픽셀 구조 및 전압 보정 제어부에 적용하여 아주 미세한 전류 레벨에서도 원하는 동작을 얻을 수 있는 효과를 볼 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (4)

1. 스위치, 커패시터, 구동용 트랜지스터로 구성되어 스캔 신호와 데이터 신호의 입력으로 픽셀을 발광시키는 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동회로에 있어서,

   상기 화소로 인가되는 구동 전류를 외부의 제어신호에 의해 검출하여 상기 구동용 트랜지스터의 문턱전압의 편차를 일정하게 보정하는 전압 보정 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 보정 제어부는

   상기 제어신호에 의해 검출된 전류를 전압으로 변환하는 전류-대-전압 변환부와,

   상기 전류-대-전압 변환부에서 변환된 전압을 그레이 조절된 기준전압과 비교하는 비교부와,

   외부에서 입력되는 램프 전압을 상기 비교부에서 비교된 두 전압이 일치할 때까지 출력하고, 상기 두 전압이 일치하면 현재의 출력전압을 유지하는 S & H 회로부와,

   상기 S & H 회로부에서 출력되는 램프신호를 전류로 변환하는 전압-대-전류 변환부와,

   상기 전압-대-전류 변환부에서 변환된 전류를 입력받아 구동 트랜지스터와전류의 제어비가 유지된 전압을 데이터 신호로 인가하는 스위치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전류-대-전압 변환부는 높은 트랜스 임피던스(transimpedance)값을 갖는 증폭기인 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 외부의 제어신호는 스캔 신호인 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 전류 구동용 구동회로.