KR20100076259A - 디스플레이의 소스 드라이버 - Google Patents

디스플레이의 소스 드라이버 Download PDF

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KR20100076259A
KR20100076259A KR1020080134232A KR20080134232A KR20100076259A KR 20100076259 A KR20100076259 A KR 20100076259A KR 1020080134232 A KR1020080134232 A KR 1020080134232A KR 20080134232 A KR20080134232 A KR 20080134232A KR 20100076259 A KR20100076259 A KR 20100076259A
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송남진
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Abstract

본 발명은 디스플레이의 소스 드라이버를 제공하는 데 있다. 타이밍 제어부, 소스 드라이버 및 디스플레이 패널을 갖는 디스플레이의 이 소스 드라이버는, 타이밍 제어부로부터 제공되는 디지털 형태의 데이터 신호에 상응하는 아날로그 값을 출력하는 디지털/아날로그 변환부 및 아날로그 값을 스위치드 커패시터 방식으로 증폭하고, 증폭된 결과를 디스플레이 패널의 단위 컬럼 라인을 구동하는 구동 신호로서 출력하는 증폭부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 일반적인 소스 드라이버보다 전술한 바와 같이 면적 및 전력 소모를 훨씬 줄일 수 있으므로, 비용을 절감시키고 전력 소모의 감소에 의한 전자기파 간섭(EMI)을 개선할 수도 있는 효과를 갖는다.
Figure P1020080134232
디스플레이, 소스 드라이버, 레벨 쉬프터, 소모 전력

Description

디스플레이의 소스 드라이버{Source driver for display}
본 발명은 디스플레이(display)에 관한 것으로서, 특히 디스플레이의 소스 드라이버에 관한 것이다.
이하, 디스플레이에 포함된 소스 드라이버의 일반적인 구조에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 일반적인 소스 드라이버의 회로도로서, R-스트링(string)(20), 스위치 박스(switch box)(30), 레벨 쉬프터(level shifter)(40) 및 버퍼(50)로 구성된다.
도 1에 도시된 소스 드라이버의 세부 구성 및 동작에 대해서는 Behzad Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits. New York: McGraw-Hill, 2001 K. Martin and D. A. Johns, Analog Integrated Circuit Design. New York: Wiley, 1997을 참조하면 된다. 따라서, 도 1에 도시된 각 부의 세부적인 동작에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
전술한 도 1에 도시된 바와 같은 일반적인 소스 드라이버의 경우, 레벨 쉬프 터(40)가 데이터 신호(D0 내지 DN-1)의 레벨을 고 전압 스위치 박스(30)를 구동할 수 있는 레벨로 쉬프팅한다. 왜냐하면, 낮은 레벨을 갖는 데이터 신호(D0 내지 DN-1)에 의해서는 스위치 박스(30)를 구동할 수 없기 때문이다. 이와 같이, 레벨 쉬프터(40)를 반드시 요구하는 소스 드라이버의 전체 면적을 커질 수 밖에 없다.
게다가, 해상도(resolution)가 높아 질수록 스위치 박스(30)에 포함되는 고전압 트랜지스터들의 개수는 (2N-1)개 만큼 증가하고 레벨 쉬프터(40)의 개수는 N개 만큼 증가하게 된다. 그러므로, 해상도의 증가에 따라 소스 드라이버의 크기는 더욱 커지게 된다.
또한, 출력 구동 전압(Vout)에 연결된 버퍼(50)의 전압 이득은 '1'이므로, 예를 들어, 출력 구동 전압(Vout)를 9볼트로 출력하기 위해서는 공급 전압(VDD1)의 레벨 또한 9볼트 정도로 커야 한다. 게다가, 레벨 쉬프트(40)에 의해 레벨이 상승된 신호들이 스위치 박스(30)에 공급된다. 이러한 이유들로 인해, 스위치 박스(30)를 구성하는 트랜지스터는 고 전압 트랜지스터일 수 밖에 없다. 그러므로, 저 전압 트랜지스터들에 비해 상대적으로 큰 크기를 갖는 고전압 트랜지스터들을 갖는 스위치 박스(30)의 크기도 커질 수 밖에 없다.
결국, 도 1에 도시된 바와 같은 일반적인 소스 드라이버는 복잡한 구성을 가지므로 큰 면적을 차지하고 전력을 많이 소모하는 문제점을 갖는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 스위치드 커패시터 방식의 증폭 원리를 이용하여 작은 면적의 적은 전력을 소모하는 디스플레이의 소스 드라이버를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위해, 타이밍 제어부, 소스 드라이버 및 디스플레이 패널을 갖는 디스플레이의 본 발명에 의한 소스 드라이버는, 상기 타이밍 제어부로부터 제공되는 디지털 형태의 데이터 신호에 상응하는 아날로그 값을 출력하는 디지털/아날로그 변환부 및 상기 아날로그 값을 스위치드 커패시터 방식으로 증폭하고, 상기 증폭된 결과를 상기 디스플레이 패널의 단위 컬럼 라인을 구동하는 구동 신호로서 출력하는 증폭부로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 디스플레이의 소스 드라이버는 출력측에 단위 버퍼를 사용하는 일반적인 소스 드라이버와 달리 출력측에 스위치드 커패시터 방식의 증폭기를 사용하기 때문에,
1. 일반적인 소스 드라이버에서 사용된 공급 전압(VDD1)보다 더 작은 레벨을 갖는 공급 전압(VDD2)을 사용해도 되므로 고전압 트랜지스터에 의해 구현되는 스위치 박스를 저전압 트랜지스터로 구현할 수 있어 면적을 줄일 수 있고,
2. 레벨 쉬프터를 사용하는 일반적인 소스 드라이버와 달리 레벨 쉬프터를 요구하지 않으므로 전력 소모를 줄이고 면적을 더욱 줄일 수 있고,
3. 스위치드 커패시터 방식의 증폭부에서 두 개의 금속-절연막-금속(MIM:Meta-Insulator-Metal) 형태의 커패시터들의 아래에 연산 증폭기를 마련하기 때문에, 소스 드라이버의 면적을 좀 더 줄일 수 있어,
결국, 일반적인 소스 드라이버보다 전술한 바와 같이 면적 및 전력 소모를 훨씬 줄일 수 있으므로, 비용을 절감시키고 전력 소모의 감소에 의한 전자기파 간섭(EMI:Electromagnetic interference)을 개선할 수도 있는 효과를 갖는다.
이하, 본 발명을 설명하기에 앞서 개략적인 디스플레이(display)의 구성 동작에 대해 다음과 같이 설명한다.
일반적으로, 디스플레이는 타이밍 제어부(timing controller)(미도시)와 다수개의 소스 드라이버(source driver)(또는, 컬럼 구동 회로)들, 게이트 드라이버(gate driver)(또는, 로우 구동 회로)(미도시) 및 디스플레이 패널(미도시)을 갖는다. 여기서, 타이밍 콘트롤러는 게이트 드라이버와 소스 드라이버들을 제어하고, 게이트 드라이버와 소스 드라이버는 디스플레이 패널을 구동시키는 역할을 한다. 디스플레이 패널은 게이트 드라이버로부터 제공되는 주사 신호(R1 내지 Rn) 및 소스 드라이버로부터 제공되는 데이터 신호(C1 내지 Cm)에 따라 화상을 표시하는 부분으로써, TFT-LCD(TFT Liquid Crystal Display), STN-LCD, 또는 FLCD(강유전성 액정 화면) 등과 같은 LCD 패널, PDP(Plasma Display Panel) 패널 또는 OLED(Organic Luminescence Electro Display) 패널, FED 등과 같이, 타이밍 제어부 와 디스플레이 구동 집적 회로 사이에서 사용 가능한 각종 디스플레이 패널이 될 수 있다. 타이밍 콘트롤러는 소스 드라이버를 제어하기 위한 각종 제어 신호와 데이터를 소스 드라이버로 전송할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 디스플레이의 소스 드라이버를 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 소스 드라이버의 회로도를 나타낸다.
도 2에 도시된 소스 드라이버는 디지털/아날로그 변환부(DAC:Digital to Analog Converter)(60) 및 증폭부(70)로 구성된다.
여기서, 디지털/아날로그 변환부(60)는 타이밍 제어부(미도시)로부터 제공되는 N개의 디지털 형태의 데이터 신호(DO 내지 DN-1)에 상응하는 아날로그 값을 생성하고, 생성된 아날로그 값을 증폭부(70)로 출력한다.
이를 위해, 디지털/아날로그 변환부(60)는 전압 분배부(62) 및 디코더(64)로 구현될 수 있다.
디지털/아날로그 변환부(60)의 전압 분배부(62)는 공급 전압(VDD2)을 n개 만큼 분배하고, 분배된 서로 다른 레벨을 갖는 n개의 전압들을 디코더(64)로 출력한다. 이를 위해, 전압 분배부(62)는 공급 전압(VDD2)과 접지 사이에 직렬 연결되는 스트링(string) 형태의 n개의 저항들(RO 내지 Rn-1)로 구현될 수 있다.
디지털/아날로그 변환부(60)의 디코더(64)는 전압 분배부(62)로부터 제공되는 n개의 서로 다른 레벨을 갖는 전압들을 디지털 형태의 데이터 신호(DO 내지 DN-1) 에 응답하여 디코딩하고, 디코딩된 결과를 아날로그 값으로서 증폭부(70)로 출력한다. 이를 위해, 디코더(64)는 디지털 형태의 데이터 신호(DO 내지 DN-1)에 응답하여, 스위칭되어 n개의 서로 다른 레벨을 갖는 전압들을 아날로그 값으로 변환하는 복수 개의 스위치들을 갖는 스위치 박스(64)로 구현될 수 있다. 스위치 박스(64)의 각 스위치는 도 2에 도시된 바와 같이, MOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.
본 발명에 의하면, MOS 트랜지스터는 도 1에 도시된 스위치 박스(30)에 포함된 고전압 트랜지스터들과 달리 저전압 트랜지스터이어도 된다. 예를 들어, MOS 트랜지스터는 NMOS, PMOS 또는 COMOS 트랜지스터일 수 있다.
한편, 증폭부(70)는 디지털/아날로그 변환부(60)로부터 제공되는 아날로그 값을 스위치드 커패시터(switched capacitor) 방식으로 증폭하고, 증폭된 결과를 디스플레이 패널(미도시)의 단위 컬럼 라인을 구동하는 구동 신호(Vout)로서 출력한다. 일반적으로 스위치드 커패시터 방식의 증폭기들은 커패시터들을 갖는다. 따라서, 디지털/아날로그 변환부(60)로부터 출력되는 아날로그 값은 증폭부(70)에 포함된 커패시터들의 값을 조정하여 원하는 만큼 증폭되어 출력 전압(Vout)으로서 출력될 수 있다.
도 2에 도시된 증폭부(70)의 각 소자들은 예시적인 회로에 불과하며, 본 발명은 이러한 회로 구성에 의해 국한되지 않는다. 예컨대, 커패시터 값들에 의해 아날로그 값을 증폭시켜 출력 구동 전압(Vout)을 출력할 수만 있다면 어떠한 형태를 가져도 무관하다.
본 발명의 실시예에 의하면, 도 2에 도시된 증폭부(70)는 제1 내지 제5 스위치들(72 내지 80), 제1 및 제2 커패시터들(C1 및 C2) 및 연산 증폭기(90)로 구성된다. 증폭부(70)에 포함된 각 소자의 구성을 살펴보면 다음과 같다.
연산 증폭기(90)는 제1 및 제2 커패시터들(C1 및 C2)의 일측과 연결되는 음의 입력단자(-), 구동 신호(Vout)와 연결되는 출력단자를 갖고, 접지와 연결되는 양의 입력단자(+)를 갖는다.
제1 커패시터(C1)는 연산 증폭기(90)의 음의 입력단자(-)와 제1 스위치(72)의 사이에 연결된다. 제2 커패시터(C2)는 연산 증폭기(90)의 음의 입력단자(-)와 제2 스위치(74)의 사이에 연결된다.
제1 스위치(72)는 제1 커패시터(C1)와 디지털/아날로그 변환부(60)의 출력인 아날로그 값 사이에 연결되고, 스위칭 신호(Φ)에 응답하여 스위칭된다. 제2 스위치(74)는 제2 커패시터(C2)와 아날로그 값 사이에 연결되고, 스위칭 신호(Φ)에 응답하여 스위칭된다. 제3 스위치(76)는 제2 스위치(74)와 제2 커패시터(C2)의 접점과 접지 사이에 연결되고, 반전된 스위칭 신호(
Figure 112008089162604-PAT00001
)에 응답하여 스위칭된다. 제4 스위치(78)는 제1 스위치(72)와 제1 커패시터(C1)의 접점과 연산 증폭기(90)의 출력단자 사이에 연결되고, 반전된 스위칭 신호(
Figure 112008089162604-PAT00002
)에 응답하여 스위칭된다. 제5 스위치(80)는 연산 증폭기(90)의 음의 입력단자(-)와 출력단자 사이에 연결되고, 스위칭 신호(Φ)에 응답하여 스위칭된다.
전술한 구성을 갖는 증폭부(70)의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 제1 내지 제5 스위치들(72 내지 80)이 스위칭 신호(Φ) 및 반전된 스위칭 신호(
Figure 112008089162604-PAT00003
)에 응답하여 온/오프된 상태를 나타낸다.
먼저, 스위칭 신호(Φ)가 "고" 논리 레벨이고 반전된 스위칭 신호(
Figure 112008089162604-PAT00004
)가 "저" 논리 레벨인 경우, 도 2에 도시된 증폭부(70)의 결선 구조는 도 3a에 도시된 바와 같다. 또한, 스위칭 신호(Φ)가 "저" 논리 레벨이고 반전된 스위칭 신호(
Figure 112008089162604-PAT00005
)가 "고" 논리 레벨인 경우, 도 2에 도시된 증폭부(70)의 결선 구조는 도 3b에 도시된 바와 같다.
도 3a에 도시된 바와 같이 결선될 때의 커패시터들(C1 및 C2)에 충전되는 전하량(Q)의 변화와 도 3b에 도시된 바와 같이 결선될 때의 커패시터들(C1 및 C2)에 충전되는 전하량(Q)의 변화(ΔQ)는 다음 수학식 1과 같이 동일하다는 전하 보상 원리(Charge Conservation law)에 입각한다.
Figure 112008089162604-PAT00006
여기서, 수학식 1은 다음 수학식 1과 같다.
Figure 112008089162604-PAT00007
여기서, Φ=L은 스위칭 신호가 "저" 논리 레벨인 경우를 의미하고, Φ=H은 스위칭 신호가 "고" 논리 레벨인 경우를 의미한다. 따라서, 다음 수학식 3과 같이 디지털/아날로그 변환부(60)로부터 출력되는 아날로그 값(Vin)을 증폭시켜 구동 신호인 출력 전압(Vout)을 발생할 수 있음을 알 수 있다.
Figure 112008089162604-PAT00008
수학식 3을 보면, 커패시터들(C1 및 C2)의 값을 조정하여 전압 이득(Vout/Vin)을 조정할 수 있음을 알 수 있다.
전술한 본 발명에 의한 소스 드라이버는 단위 버퍼(50) 대신에 소스 드라이버의 출력측에 스위치드 커패시터 방식의 증폭기(70)를 마련한다. 그러므로, 도 1에 도시된 일반적인 소스 드라이버에서 R-스트링(20)을 구동하기 위해 사용된 공급 전압(VDD1)보다 더 작은 레벨을 갖는 공급 전압(VDD2)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 통상 공급 전압(VDD1)은 9볼트인 반면, 도 2에 도시된 공급 전압(VDD2)은 3볼트이면 충분하다.
게다가, 도 1에 도시된 스위칭 박스(30)에 포함된 트랜지스터들이 고전압 트랜지스터들인 반면 도 2에 도시된 스위칭 박스(64)를 구현하는 트랜지스터는 고전압 트랜지스터일 필요가 없고 저전압 트랜지스터이면 충분하다. 저전압 트랜지스터의 크기가 고전압 트랜지스터의 크기 보다 적음을 고려할 때, 본 발명에 의한 도 2에 도시된 소스 드라이버의 스위치 박스(64)는 도 1에 도시된 스위치 박스(30)보다 적은 크기로 구현될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 일반적인 소스 드라이버는 레벨 쉬프트(40)를 사용하는 반면, 본원 발명에 의한 소스 드라이버는 이러한 레벨 쉬프트(40)를 요구하지 않는다. 따라서, 소스 드라이버의 크기와 전력 소모를 더욱 줄일 수 있다. 또한, 증폭부(70)에서 두 개의 금속-절연막-금속(MIM:Meta-Insulator-Metal) 형태의 커패시터들(C1 및 C2)의 아래에 연산 증폭기(90)를 마련하여 소스 드라이버의 면적을 좀 더 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
도 1은 일반적인 소스 드라이버의 회로도이다.
도 2는 본 발명에 의한 소스 드라이버의 회로도를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 제1 내지 제5 스위치들이 스위칭 신호 및 반전된 스위칭 신호에 응답하여 온/오프된 상태를 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
60 : 아날로그/디지털 변환부 62 : 전압 분배부
64 : 디코더 70 : 증폭부
72 ~ 80 : 스위치들

Claims (8)

  1. 타이밍 제어부, 소스 드라이버 및 디스플레이 패널을 갖는 디스플레이의 상기 소스 드라이버에 있어서,
    상기 타이밍 제어부로부터 제공되는 디지털 형태의 데이터 신호에 상응하는 아날로그 값을 출력하는 디지털/아날로그 변환부; 및
    상기 아날로그 값을 스위치드 커패시터 방식으로 증폭하고, 상기 증폭된 결과를 상기 디스플레이 패널의 단위 컬럼 라인을 구동하는 구동 신호로서 출력하는 증폭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소스 드라이버.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 디지털/아날로그 변환부는
    공급 전압을 n개만큼 분배하여 출력하는 전압 분배부; 및
    상기 전압 분배부로부터 제공되는 n개의 서로 다른 레벨을 갖는 전압들을 상기 디지털 형태의 상기 데이터 신호에 응답하여 디코딩하고, 디코딩된 결과를 상기 아날로그 값으로서 출력하는 디코더를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소스 드라이버.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 전압 분배부는
    상기 공급 전압과 접지 사이에 직렬 연결되는 n개의 저항들을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소스 드라이버.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 디코더는
    상기 디지털 형태의 상기 데이터 신호에 응답하여, 상기 n개의 서로 다른 레벨을 갖는 전압들을 상기 아날로그 값으로 변환하는 복수개의 스위치들을 갖는 스위치 박스를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소스 드라이버.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 스위치 박스의 각 스위치는 MOS 트랜지스터들인 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소스 드라이버.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 MOS 트랜지스터는 저전압 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소스 드라이버.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 MOS 트랜지스터는 NMOS, PMOS 또는 COMOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소스 드라이버.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 증폭부는
    상기 구동 신호와 연결되는 출력단자 및 접지되는 양의 입력단자를 갖는 상기 연산 증폭기;
    상기 연산 증폭기의 음의 입력단자에 연결되는 일측을 갖는 제1 커패시터;
    상기 음의 입력단자와 연결되는 일측을 갖는 제2 커패시터;
    상기 제1 커패시터의 타측과 상기 아날로그 값 사이에 연결되고, 스위칭 신호에 응답하여 스위칭되는 제1 스위치;
    상기 제2 커패시터의 타측과 상기 아날로그 값 사이에 연결되고, 상기 스위칭 신호에 응답하여 스위칭되는 제2 스위치;
    상기 제2 스위치와 상기 제2 커패시터의 접점과 상기 접지 사이에 연결되고, 상기 는 반전된 스위칭 신호에 응답하여 스위칭되는 제3 스위치;
    상기 제1 스위치와 상기 제1 커패시터의 접점과 상기 출력단자 사이에 연결되고, 상기 반전된 스위칭 신호에 응답하여 스위칭되는 제4 스위치; 및
    상기 음의 입력단자와 상기 출력단자 사이에 연결되고, 상기 스위칭 신호에 응답하여 스위칭되는 제5 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 소스 드라이버.
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