KR20210105253A - Led 패키지 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들에 따르면, 디스플레이 장치가 제공된다. 상기 디스플레이 장치는 모듈 기판 상에 매트릭스를 이루어 배치된 복수의 LED(Light Emitting Diode) 패키지들; 및 컨트롤러를 포함하되, 상기 복수의 LED 패키지들 각각은, 픽셀 구동 집적 회로; 및상기 픽셀 구동 집적 회로 상에 배치되는 제1 내지 제3 LED 칩들을 포함하고, 상기 픽셀 구동 집적 회로는, 상기 컨트롤러의 제어 신호에 기초하여, 제1 전류 레벨에서 제1 내지 제3 LED 칩들에 인가되는 전류의 펄스 폭을 제어하거나 제2 전류 레벨에서 상기 제1 내지 제3 LED 칩들에 인가되는 전류의 펄스 폭을 제어한다.

Description

LED 패키지 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE AND DISPLAY APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 패키지 및 이를 LED 패키지를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 조명 장치용 광원뿐만 아니라, 다양한 전자 제품의 광원으로 사용되고 있다. 특히, TV, 휴대폰, PC(Personal Computer), 노트북 PC, PDA(Personal Digital Assistant) 등과 같은 각종 디스플레이 장치들을 위한 광원으로 널리 사용되고 있다.
종래에는, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display) 패널과 백라이트로 구성된 디스플레이 장치가 주를 이르고 있으나, 최근에는 예컨대 세 개의 소형 LED 칩들이 직접 하나의 픽셀을 구성하는 LED 디스플레이가 제시되었다. LED 디스플레이는 별도의 백라이트가 요구되지 않으므로 고집적화에 유리하고, 기존 LCD에 비해 우수한 광효율을 갖는 장점이 있다. 또한, LED 칩들의 배치를 변경함으로써 화면의 종횡비를 자유롭게 선택할 수 있고, 대면적으로 구현할 수 있으므로 다양한 형태의 디스플레이를 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 낮은 휘도로 동작시 동작의 신뢰성이 제고된 LED 패키지 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 일부 실시예들에 따르면, 디스플레이 장치가 제공된다. 상기 장치는, 모듈 기판; 상기 모듈 기판 상에 매트릭스를 이루어 배치된 복수의 LED(Light Emitting Diode) 패키지들; 및 상기 모듈 기판을 통해 상기 복수의 LED 패키지들과 전기적으로 연결된 컨트롤러를 포함하되, 상기 복수의 LED 패키지들 각각은, 패키지 기판; 상기 패키지 기판 상에 배치되고, 픽셀 구동 집적 회로; 및 상기 픽셀 구동 집적 회로 상에 배치되는 제1 내지 제3 LED 칩들을 포함하고, 상기 픽셀 구동 집적 회로는, 상기 컨트롤러의 제어 신호에 기초하여, 제1 전류 레벨에서 제1 내지 제3 LED 칩들에 인가되는 전류의 펄스 폭을 제어하는 제1 PWM(Pulse Width Modulation) 모드, 및 상기 제1 전류 레벨과 다른 제2 전류 레벨에서 상기 제1 내지 제3 LED 칩들에 인가되는 전류의 펄스 폭을 제어하는 제2 PWM 모드 중 어느 하나로 동작한다.
일부 실시예들에 따르면 LED 패키지가 제공된다. 상기 LED 패키지는, 액티브 매트릭스 방식으로 픽셀을 제어하는 픽셀 구동 집적 회로; 및 상기 픽셀 구동 집적 회로 상에 배치되어 상기 픽셀을 구성하는 제1 내지 제3 LED 칩들을 포함하되, 상기 픽셀 구동 집적 회로는, 프레임 데이터에 기초하여 가변적인 제1 내지 제3 기준 전류들을 출력하도록 구성된 전류 조절기; 및 상기 제1 내지 제3 기준 전류들 및 상기 프레임 데이터에 기초하여 각각 순서대로 상기 제1 내지 제3 LED 칩들을 구동하기 위한 제1 내지 제3 구동 전류들을 생성하는 LED 구동기를 포함하고, 상기 LED 구동기는, 상기 제1 내지 제3 구동 전류들의 펄스 폭을 조정하여 그레이 스케일을 표현하는 것을 특징으로 한다.
일부 실시예들에 따르면 제1 내지 제3 LED 칩들을 포함하는 제1 픽셀을 구동시키도록 구성된 픽셀 구동 집적 회로가 제공된다. 상기 픽셀 구동 집적 회로는, 외부의 컨트롤러로부터 시리얼 데이터를 수신하고, 상기 시리얼 데이터에서 상기 제1 픽셀에 대한 프레임 데이터를 추출하는 디시리얼라이저; 상기 디시리얼라이저가 추출한 상기 프레임 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 상기 데이터 저장부로부터 제공되는 상기 프레임 데이터에 기초하여, 제1 모드 및 제2 모드 중 어느 하나에서 제1 내지 제3 기준 전류들을 출력하는 전류 조절기; 및 상기 데이터 저장부로부터 제공되는 상기 프레임 데이터 및 상기 제1 내지 제3 기준 전류들에 기초하여 상기 제1 내지 제3 LED 칩들에 인가되는 제1 내지 제3 구동 전류들을 생성하는 LED 구동기를 포함하되, 상기 LED 구동기는 상기 제1 내지 제3 구동 전류들의 펄스 폭을 조절하여 상기 제1 내지 제3 LED 칩들의 휘도를 제어하고, 상기 전류 조절기는 상기 제1 모드에서 제1 전류 레벨의 상기 제1 내지 제3 기준 전류들을 출력하고, 상기 제2 모드에서 상기 제1 전류 레벨 보다 낮은 제2 전류 레벨의 상기 제1 내지 제3 기준 전류들을 출력한다.
일부 실시예들에 따르면 LED 패키지가 제공된다. 상기 패키지는, 제1 내지 제3 LED 칩들; 및 상기 제1 내지 제3 LED 칩들의 하부에 배치되고 액티브 매트릭스 및 PWM 방식으로 상기 제1 내지 제3 LED 칩들을 구동하는 제1 픽셀 구동 집적 회로를 포함하되, 상기 픽셀 구동 집적 회로는, 상기 제1 내지 제3 LED 칩들의 휘도가 임계치 이상일 때, 상기 제1 내지 제3 LED 칩들에 제1 전류 레벨의 구동 전류를 제공하고, 상기 제1 내지 제3 LED 칩들의 휘도가 임계치 미만일 때, 상기 제1 내지 제3 LED 칩들에 제2 전류 레벨의 구동 전류를 제공한다.
예시적인 실시예들에 따르면 디스플레이 장치가 제공된다. 상기 장치는, 모듈 기판; 상기 모듈 기판 상에 매트릭스를 이루어 배치된 복수의 LED 패키지들; 및 상기 복수의 LED 패키지들을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하되, 상기 복수의 LED 패키지들 각각은, 패키지 기판; 상기 패키지 기판 상에 배치되는 픽셀 구동 집적 회로; 및 상기 픽셀 구동 집적 회로 상에 배치되는 제1 내지 제3 LED 칩들을 포함하고, 상기 픽셀 구동 집적 회로는, 제1 및 제2 전류 레벨 중 어느 하나의 값을 갖는 제1 내지 제3 기준 전류들을 생성하는 전류 조절기; 및 상기 제1 내지 제3 기준 전류들에 기초하여, 각각 순서대로 상기 제1 내지 제3 LED 칩들에 인가되고 가변적인 펄스 폭을 갖는 제1 내지 제3 구동 전류들을 생성하는 LED 구동기를 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 복수의 LED 패키지들의 그레이 스케일의 해상도가 216이상이 되도록 제어하고, 상기 복수의 LED 패키지들 각각의 단위 발광 시간은 상기 제1 내지 제3 LED 칩들의 상승 시간의 80% 이상인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 서로 다른 전류 레벨을 이용하는 복수의 모드에서 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 LED(Light Emitting Diode) 디스플레이의 그레이 스케일을 표현할 수 있다. 이에 따라, 단위 발광 시간(Unit Emitting Time)이 지나치게 짧아지는 것을 방지할 수 있는바, 낮은 그레이 스케일에서 LED 디스플레이의 동작의 신뢰성이 제고될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 LED(Light emitting diode) 패키지를 설명하기 위한 개략적인 입체 도면이다.
도 2는 LED 패키지에 포함된 픽셀 구동 집적 회로(Integrated Circuit)를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3a는 일부 실시예들에 따른 전류 조절기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3b는 일부 실시예들에 따른 전류 조절기에 포함된 제어 전압 생성기 및 전압 제어 전류원을 설명하기 위한 회로도이다.
도 4a는 일부 실시예들에 따른 전류 조절기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4b는 일부 실시예들에 따른 전류 조절기에 포함된 제어 전압 생성기 및 VCCS를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5a 및 도 5b은 일부 실시예들에 따른 픽셀 구동 집적 회로의 구동을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 6a 내지 도 6f는 일부 실시예들에 따른 구동 전류의 제어를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 7a 내지 도 7e는 다른 일부 실시예들에 따른, 픽셀 구동 집적 회로들을 설명하기 위한 회로도들이다.
도 8a는 일부 실시예들에 따른 LED 패키지를 설명하기 위한 입체 도면이고, 도 8b는 위에서 본 도 8a의 LED 패키지의 평면도이다.
도 9a는 일부 실시예들에 따른 LED 패키지를 설명하기 위한 입체 도면이고, 도 9b는 위에서 본 도 9a의 LED 패키지의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 설명하기 위한 입체 도면이다.
도 11은 도 10의 A 부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 12는 도 10의 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 13은 디스플레이 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 14는 다른 일부 실시예들에 디스플레이 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 15a는 일부 실시예들에 따른 발광소자 패키지를 설명하기 위한 평면도이다.
도 15b는 일부 실시예들에 따른 픽셀 구동 집적 회로를 설명하기 위한 평면도이다.
도 15c는 일부 실시예들에 따른 픽셀 구동 집적 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 16 및 도 17은 다른 일부 실시예들에 따른 발광소자 패키지들을 설명하기 위한 평면도이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 LED(Light emitting diode) 패키지(100)를 설명하기 위한 개략적인 입체 도면이다.
도 1을 참조하면, LED(Light emitting diode) 패키지(100)는 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330) 및 픽셀 구동 집적 회로(Integrated Circuit)(400)를 포함한다. LED 패키지(100)는 패키지 기판(200), 솔더 및 범프 등과 같은 외부 접속 단자(220) 및 밀봉 부재(500)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, LED 패키지는, 4개 이상의 LED 칩들을 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)은 서로 다른 색상의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제1 LED 칩(310)은 적색(red) 광을 방출할 수 있고, 제2 LED 칩(320)은 녹색(green) 광을 방출할 수 있으며, 제3 LED 칩(330)은 청색(blue) 광을 방출할 수 있다. 이 경우, LED 패키지(100)는 풀 컬러(full color)용 RGB 패키지일 수 있다.
다른 일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)은 동일한 색상의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)은 각각 백색(white) 광을 방출하는 백색 LED 칩일 수 있다. 이 경우, LED 패키지(100)는 비비드 컬러(vivid color)용 멀티 화이트(multi white) 패키지일 수 있다.
다른 일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)이 방출하는 광의 색상은 시안(cyan), 옐로우(yellow), 마젠타(magenta) 등과 같은 다양한 색상들 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)은 픽셀 구동 집적 회로(400)의 상면 상에 배치될 수 있고, 이에 따라 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)에서 방출되는 광이 픽셀 구동 집적 회로(400)에 의해 가려지지 않을 수 있다.
픽셀 구동 집적 회로(400)는 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 아래에 배치되고, 액티브 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식으로 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)을 구동할 수 있다. 여기서, 액티브 매트릭스는, 평판 디스플레이에서 사용되는 어드레싱 방법의 하나이다. 액티브 매트릭스 방식으로 구동하는 디스플레이 장치에서, 픽셀들 각각은 구동을 위한 저장 요소(예컨대, 커패시터) 및 신호 별로 프로그래밍이 가능한 트랜지스터를 포함한다. 하나의 스캔 라인에 포함된 픽셀들은, 외부 신호에 기초하여 대략 (프레임 시간/스캔 라인 수)의 시간 동안 프로그래밍이 될 수 있다. 또한 상기 픽셀들 각각에 포함된 커패시터로 인해 그 전압이 유지되어, 각 픽셀은 프레임의 나머지 시간 동안 계속 광을 방출할 수 있다. 디스플레이에서 동영상 표시할 때는 일정한 시간 간격으로 움직임을 잘라내 연속으로 표시하며, 한 장면에 해당하는 시간 간격을 프레임 시간이라고 한다.
픽셀 구동 집적 회로(400)는 다중 모드의 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, 이하 PWM) 방식으로 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)을 구동할 수 있다. 픽셀 구동 집적 회로(400)는 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 휘도를 제어하기 위해, 하나의 프레임 구간 내에서 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)을 흐르는 구동 전류의 인가 시간을 조절할 수 있다.
예컨대, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)이 높은 그레이 스케일을 표현하는 경우(즉, 높은 휘도 표현시), 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)이 구동하는 전류의 펄스 폭(즉, 듀티 비)을 증가시킬 수 있고, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)이 낮은 그레이 스케일을 표현하는 경우(즉, 낮은 휘도 표현 시), 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)이 구동하는 전류의 펄스 폭을 감소시킬 수 있다. PWM 방식은 펄스를 구성하는 전류 레벨의 크기를 제어하는 PAM(Pulse Amplitude Modulation)과 대조된다. PWM 방식은 PAM 방식과 달리, 낮은 그레이 스케일에서 전류 레벨이 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 안정적인 동작에 필요한 전류 레벨 보다 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 픽셀 구동 집적 회로(400)는 그레이 스케일(또는, 휘도)에 의존하여 다른 모드에서 PWM 방식으로 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)을 구동할 수 있다. 예컨대, 픽셀 구동 집적 회로(400)가 수신한 프레임 데이터는 픽셀 구동 집적 회로(400)의 모드를 선택하기 위한 신호를 포함할 수 있다.
일 예에서, 모드를 선택하기 위한 신호는 단일의 비트로 구성될 수 있다. 이 경우, 그레이 스케일이 임계치 이상일 때 상기 단일의 비트는 1 일 수 있고, 픽셀 구동 집적 회로(400)는 제1 전류 레벨에서 PWM을 수행하는 제1 모드로 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)을 구동할 수 있다. 그레이 스케일이 임계치보다 낮을 때 상기 단일의 비트는 0 일 수 있고, 픽셀 구동 집적 회로(400)는 제1 전류 레벨보다 낮은 제2 전류 레벨에서 PWM을 수행하는 제2 모드로 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)을 구동할 수 있다.
여기서 상기 제1 및 제2 전류 레벨들은 0이 아닌(non-zero) 전류의 크기를 나타낸다. 즉, 픽셀 구동 집적 회로(400)가 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)에 공급하는 제1 내지 제3 구동 전류들(DI 1, DI 2, DI 3, 도 2 참조)은 0[A]를 포함하는 세 개 이상의 레벨을 가질 수 있다.
다른 일부 실시예들에 따르면, 상기 모드를 선택하기 위한 신호는 2 개 이상의 비트로 구성될 수 있다. 이에 따라, 픽셀 구동 집적 회로(400)는 예컨대, 네개 이상의 모드에서 PWM 방식으로 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)을 구동할 수 있다. 예컨대, 모드를 선택하기 위한 신호가 2개의 비트로 구성된 경우, 픽셀 구동 집적 회로(400)의 구동 전류는 서로 다른 4개의 모드에서 PWM 방식으로 동작할 수 있고, 모드를 선택하기 위한 신호가 3개의 비트로 구성된 경우, 픽셀 구동 집적 회로(400)의 구동 전류는 서로 다른 8개의 모드에서 PWM 방식으로 동작할 수 있다.
픽셀 구동 집적 회로(400)는 패키지 기판(200) 상에 배치될 수 있다. 도 1의 실시예에서, 픽셀 구동 집적 회로(400) 내에 TSV(Through Silicon Via)를 포함하는 다양한 배선 구조가 형성될 수 있다. 픽셀 구동 집적 회로(400)는 솔더, 범프 등과 같은 외부 접속 단자를 통해 패키지 기판(200)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 픽셀 구동 집적 회로(400)는 패키지 기판(200)과 픽셀 구동 집적 회로(400) 사이의 연결을 위한 복수의 패드들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 패드들은 픽셀 구동 집적 회로(400)의 하면에 형성되어 도 1에 도시되지 않는다. 복수의 패드들은 데이터 입력 패드(411, 도 2 참조), 클럭 패드(412, 도 2 참조), 전원 패드(413, 도 2 참조), 데이터 출력 패드(414, 도 2 참조), 접지 패드(415, 도 2 참조) 및 보조 전원 패드를 포함할 수 있다.
도 1의 실시예에서, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)은 플립 칩(flip chip)의 형태로 구현될 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)과 픽셀 구동 집적 회로(400)는 적어도 하나의 전극을 통해 연결될 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330) 하부의 픽셀 구동 집적 회로(400)는 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)과의 전기적인 연결을 위한 적어도 하나의 패드를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)과 픽셀 구동 집적 회로(400)는 공융 금속(eutectic metal), 페이스트(paste), 솔더(solder) 등의 도전성 접착 물질에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
패키지 기판(200)은 픽셀 구동 집적 회로(400)의 아래에 배치될 수 있다. 상기 LED 픽셀의 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330) 및 픽셀 구동 집적 회로(400)는 패키지 기판(200) 상에 실장되며, 패키지 기판(200) 및 외부의 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)(1300, 도 10 참조)을 통해 외부의 컨트롤러(2400, 도 10 참조)와 통신할 수 있다.
패키지 기판(200)은 픽셀 구동 집적 회로(400)와 전기적 연결을 위한 복수의 패드들을 포함할 수 있다. 상기 패키지 기판(200)의 복수의 패드는 데이터 입력 패드, 클럭 패드, 전원 패드, 데이터 출력 패드, 접지 패드 및 보조 전원 패드를 포함할 수 있고, 패키지 기판(200)과 픽셀 구동 집적 회로(400)의 사이에 배치되어 노출되지 않는다. 픽셀 구동 집적 회로(400)와 패키지 기판(200) 사이에 이들을 서로 고정하기 위한 에폭시(epoxy), 실리콘(silicone), 아크릴레이트(acrylate), 페이스트(paste) 등의 접착 부재가 개재될 수도 있다.
상기 LED 픽셀의 LED 칩들(300), 픽셀 구동 집적 회로(400)는 투광성의 밀봉 부재(500)에 의해 패키지 기판(200)에 대해 고정될 수 있다. 밀봉 부재(500)는 에폭시 레진(epoxy resin), 실리콘 레진(silicone resin) 등을 포함할 수 있다. 밀봉 부재(500)는 용융 실리카(fused silica), 카본 블랙(carbon black) 등의 필러(filler)를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, i) 먼저 패키지 기판(200)을 준비하고, ii) 도전성 접착 물질 및 접착 부재를 이용하여 패키지 기판(200) 상에 픽셀 구동 집적 회로(400)를 부착하고 iii) 도전성 접착 물질을 이용하여 픽셀 구동 집적 회로(400) 상에 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)을 본딩하고, iv) 밀봉 부재(500)를 이용하여 패키지를 몰딩(molding)하며, 몰딩된 패키지를 절단(sawing 또는 singulation)하여 도 1의 LED 패키지(100)를 제공할 수 있다.
도 2는 LED 패키지(100)에 포함된 픽셀 구동 집적 회로 (400)를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 픽셀 구동 집적 회로(400)는 복수의 패드들(411~415), 디시리얼라이저(420), 데이터 저장부(430), 전류 조절기(440), PWM 클럭 생성기(450) 및 LED 구동기(460)를 포함한다.
디시리얼라이저(420)는 데이터 입력 패드(411)를 통해 외부의 컨트롤러(1400, 도 10 참조)로부터 시리얼 데이터(SDAT)를 수신하고, 시리얼 데이터(SDAT)에서 LED 칩들(310, 320, 330)에 대한 프레임 데이터를 추출하며, 상기 프레임 데이터를 분배하여 제1 내지 제3 구동 데이터들(DAT 1, DAT 2, DAT 3)을 출력할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 프레임 데이터는 LED 구동기(460)를 제어하기 위한 제1 내지 제3 PWM 데이터들(PWM DAT 1, PWM DAT 2, PWM DAT 3) 및 동작 모드의 선택을 위한 제1 내지 제3 모드 선택 데이터들(MS DAT 1, MS DAT 2, MS DAT 3)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 모드 선택 데이터들(MS DAT 1~3)은 단일의 비트로 구성될 수 있다. 다른 일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 모드 선택 데이터들(MS DAT 1~3)은 2 비트 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프레임 데이터는 영상 신호의 계조 데이터를 포함하며, 특정 픽셀의 의도치 않은 저효율(low efficiency) 및 파장 쉬프트(wavelength shift) 등에 대응하기 위한 추가 계조 데이터를 더 포함할 수 있다.
디시리얼라이저(420)는 시리얼 데이터(SDAT) 중에서 해당 픽셀 집적 구동 회로(400)에 대응되는 프레임 데이터를 제외한 나머지 시리얼 데이터(SDAT')를 별도의 처리 없이 그대로 출력할 수 있다. 상기 시리얼 데이터(SDAT')는 데이터 출력 패드(414)를 통해 출력되어 후속하는 LED 패키지(예를 들어, 다음 스캔 라인의 LED 패키지)에 제공될 수 있다. 디스플레이 장치(1000, 도 10 참조) 내에서 복수의 LED 패키지들이 직렬 연결되는바, 하나의 프레임 구간에 대한 시리얼 데이터(SDAT)는 복수개의 LED 패키지들의 프레임 데이터들을 포함할 수 있다.
예컨대, 첫 번째 스캔 라인의 LED 패키지는 자기 자신에 대한 프레임 데이터만을 획득하고 나머지 데이터를 두 번째 스캔 라인의 LED 패키지로 출력하고, 두번째 스캔 라인의 LED 패키지 역시 자기 자신에 대한 프레임 데이터만을 획득하고 나머지 데이터를 세번째 스캔 라인의 LED 패키지로 출력할 수 있다. 이와 같은 방식으로 첫 번째 스캔 라인부터 마지막 스캔 라인의 LED 패키지들 각각이 자기 자신에 대한 프레임 데이터를 획득할 수 있다.
데이터 저장부(430)는 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330) 각각의 구동을 위한 데이터인 제1 내지 제3 구동 데이터들(DAT 1~3)을 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 저장부(430)는 래치(latch), 레지스터(register), 버퍼(buffer) 등의 형태로 구현될 수도 있고, SRAM(static random access memory), DRAM(dynamic random access memory) 등과 같은 휘발성 메모리, 및/또는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시 메모리(flash memory), PRAM(phase change random access memory), RRAM(resistance random access memory), NFGM(nano floating gate memory), PoRAM(polymer random access memory), MRAM(magnetic random access memory), FRAM(ferroelectric random access memory) 등과 같은 비휘발성 메모리 중 적어도 하나를 포함하여 구현될 수도 있다.
전류 조절기(440)는 전원 패드(413)를 통해 전원 전압(VDD)을 수신하며, 전원 전압(VDD) 및 제1 내지 제3 모드 선택 데이터들(MS DAT 1~3)에 기초하여 제1 내지 제3 기준 전류들(IC 1, IC 2, IC 3)을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 전류 조절기(440)는 전류 미러(current mirror)를 더 포함할 수 있다.
PWM 클럭 생성기(450)는 클럭 패드(412)를 통해 수신되는 클럭 신호(CLK)에 기초하여 PWM 클럭 신호(PCLK)를 생성할 수 있다. PWM 클럭 신호(PCLK)의 주파수는 클럭 신호(CLK)의 주파수 보다 더 작을 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. PWM 클럭 신호(PCLK)의 주기는 클럭 신호(CLK)의 주기 보다 더 클 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 단위 발광 시간(Unit Emitting Time)은 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 상승 시간(Rise Time)의 80% 이상일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 단위 발광 시간(Unit Emitting Time)은 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 상승 시간(Rise Time)보다 더 클 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 단위 발광 시간은 약 200㎱이상일 수 있다. 다른 일부 실시예들에 따르면, 단위 발광 시간은 약 300㎱이상일 수 있다. 다른 일부 실시예들에 따르면, 단위 발광 시간은 약 500㎱이상일 수 있다. 여기서, 단위 발광 시간은 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)이 가장 낮은 휘도를 나타내도록 가장 짧은 '온' 시간 구간이다. 상승 시간은 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 출력(구동 전류 크기, 또는 휘도)이 목표치의 10%에서 90%까지 상승하는데 걸리는 시간이다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 단위 발광 시간은 PWM 클럭 신호(PCLK)의 주기 이상일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 단위 발광 시간은 PWM 클럭 신호(PCLK)의 주기의 N배(N은 2 이상의 정수)일 수 있다.
LED 구동기(460)는 PWM 클럭 신호(PCLK) 및 데이터 저장부(430)로부터 제공되는 분배된 프레임 데이터(예를 들어, 제1 내지 제3 PWM 데이터들(PWM DAT 1~3), 및 전류 조절기(440)로부터 제공되는 제1 내지 제3 기준 전류들(IC 1, IC 2, IC 3)에 기초하여, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)에 인가되는 구동 전류들(DI 1, DI 2, DI 3)을 생성할 수 있다.
제1 내지 제3 구동 전류들(DI 1~3)은 PWM 방식에 기초하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 구동 전류들(DI 1~3)는 각각 순서대로, 제1 내지 제3 모드 선택 데이터들(MS DAT 1~3)에 기초하여 결정된 전류 레벨을 갖고, 제1 내지 제3 PWM 구동 데이터들(PWM DAT 1~3)에 기초하여 결정된 펄스 폭(예를 들어, 인가 시간)을 가질 수 있다.
제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)은 LED 구동기(460)로부터 구동 전류들(DI 1~3)을 수신하는 애노드 전극 및 그라운드 전위(GND)를 제공하는 접지 패드(415)와 연결되는 캐소드 전극을 각각 포함할 수 있다.
도 3a는 일부 실시예들에 따른 전류 조절기(440)를 설명하기 위한 블록도이다. 도 3b는 일부 실시예들에 따른 전류 조절기(440)에 포함된 제1 제어 전압 생성기(444) 및 제1 전압 제어 전류원(VOLTAGE CONTROLLED CURRENT SOURCE, 이하 VCCS)(447)를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3a를 참조하면, 전류 조절기(440)는 제1 내지 제3 전압 조절기들(441, 442, 443), 제1 내지 제3 제어 전압 생성기들(444, 445, 446) 및 제1 내지 제3 VCCS들(447, 448, 449)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 전압 조절기들(441, 442, 443)은 각각 순서대로 디지털 신호인 제1 내지 제3 모드 선택 신호들(MS DAT 1~3)에 기초하여 제1 내지 제3 입력 전압들(VIN 1, VIN 2, VIN 3)을 생성할 수 있다. 제1 내지 제3 입력 전압들(VIN 1, VIN 2, VIN 3)은 제1 내지 제3 모드 선택 신호들(MS DAT 1~3)에 따라 기준 전위 또는 설정된 전압(예컨대 1[V]) 값을 가질 수 있다.
제1 내지 제3 입력 전압들(VIN 1, VIN 2, VIN 3) 각각은, 제1 내지 제3 모드 선택 신호들(MS DAT 1~3)의 비트 수에 기초하여 서로 다른 단자로 출력되는 복수의 전압들을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 내지 제3 모드 선택 신호들(MS DAT 1~3)의 비트 수가 n개 일 때, 제1 내지 제3 입력 전압들(VIN 1, VIN 2, VIN 3) 각각은 서로 다른 단자로 출력되는 n개의 전압 값들로 구성될 수 있다. 일 예에서, 제1 내지 제3 전압 조절기들(441, 442, 443) 은 시리얼 디지털 비트인 제1 내지 제3 모드 선택 신호들(MS DAT 1~3) 각각에 기초하여 각각 복수의 병렬 전압으로 구성된 제1 내지 제3 입력 전압들(VIN 1, VIN 2, VIN 3)을 생성하는 시리얼-패러렐 컨버터일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 전압 조절기들(441, 442, 443)은 제1 내지 제3 모드 선택 데이터들(MS DAT 1~3, 도 2 참조)에 기초하여 제1 내지 제3 입력 전압들(VIN 1~3)을 생성하도록 구성된 승압 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 승압 회로는, 예컨대, 부스트 컨버터를 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 제어 전압 생성기들(444, 445, 446)은 제1 내지 제3 입력 전압들(VIN 1~3)에 기초하여, 제1 내지 제3 출력 전압들(VOUT 1~3)을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 제어 전압 생성기들(444, 445, 446) 각각은 적어도 하나의 입력 전압에 기초하여 하나의 출력 전압을 생성하는 증폭기 회로를 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 VCCS들(447, 448, 449)은 각각 순서대로 제1 내지 제3 출력 전압들(VOUT 1~3)에 기초하여, 제1 내지 제3 기준 전류들(IC 1, IC 2, IC 3)을 출력할 수 있다. 제1 내지 제3 VCCS들(447, 448, 449)은 각각의 프레임 동안 인가된 제1 내지 제3 출력 전압들(VOUT 1~3)을 일정하게 유지하기 위한 전압 유지 소자(예컨대, 커패시터)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 VCCS들(447, 448, 449)은 제1 내지 제3 출력 전압들(VOUT 1~3)에 기초하여 제1 내지 제3 기준 전류들(IC 1~3)의 크기를 제어하기 위한 구동 소자(예컨대, 트랜지스터)를 포함할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 제1 제어 전압 생성기(444)는 가산 증폭기일 수 있고, 제1 VCCS(447)은 447 는 커패시터(CAP) 및 구동 트랜지스터(DTR)를 포함할 수 있다. 제2 및 제3 제어 전압 생성기(445, 446)는 제1 제어 전압 생성기(444)와 실질적으로 동일하고, 제2 및 제3 VCCS(448, 449)는 제1 VCCS(449)와 실질적으로 동일하다.
제1 제어 전압 생성기(444)는 제1 입력 전압들(VIN 1_1, VIN 1_2, VIN 1_3)이 인가되는 제1 내지 제3 입력단들(IP1, IP2, IP3), OP-AMP(OP), 제1 내지 제3 입력 저항들(Ra, Rb, Rc) 및 피드백 저항(Rf)을 포함할 수 있다.
제1 입력 전압들(VIN 1_1, VIN 1_2, VIN 1_3)은 제1 모드 선택 데이터(MS DAT 1)가 세 개의 비트로 표현된 경우 각각의 비트에 대응되는 전압 값들이다. 이하에서는, 제1 입력 전압들(VIN 1_1, VIN 1_2, VIN 1_3)이 0[V] 및 1[V] 중 어느 하나의 값을 갖는 예에 대하여 설명하지만 이는 오직 설명의 편의를 위한 것으로서 어떠한 의미에서도 본 발명의 기술적 사상을 제한하지 않는다. 제1 입력 전압들(VIN 1_1, VIN 1_2, VIN 1_3)이 0[V] 및 0이 아닌 임의의 전압 값(예컨대, 5[V])을 가질 수 있다.
제1 내지 제3 입력 저항들(Ra, Rb, Rc)은 각각 순서대로 제1 내지 제3 입력단들(IP1, IP2, IP3)과 제1 노드(n1) 사이에 연결될 수 있다. OP-AMP(OP)의 비 반전 입력단에 기준 전위가 인가될 수 있고, OP-AMP(OP)의 반전 입력단은 제1 노드(n1)에 연결될 수 있다. 피드백 저항(Rf)은 OP-AMP(OP)의 반전 입력단과 출력단 사이에 연결될 수 있다.
OP-AMP(OP)의 출력 단자, 커패시터(CAP)의 제1 단자 및 구동 트랜지스터(DTR)의 게이트는 서로 동일한 노드에 연결될 수 있고, 이를 제2 노드(n2)라고 한다. 커패시터(CAP)의 제2 단자 및 구동 트랜지스터(DTR)의 소스 전극은 전원 전압(VDD)이 공급되는 제3 노드(n3)에 연결될 수 있다. 제1 기준 전류(IC 1)는 구동 트랜지스터(DTR)의 게이트 전극에 인가된 전압에 따라 다른 크기를 가질 수 있다. 제1 기준 전류(IC 1)는 구동 트랜지스터(DTR)의 드레인 전극을 통해 출력 단자(OP)로 출력될 수 있다.
일 예에서, 제1 내지 제3 입력 저항들(Ra, Rb, Rc) 및 피드백 저항(Rf)은 하기의 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
Figure pat00001
이 경우, OP-AMP(OP)의 출력은 하기의 식 2와 같다.
[식 2]
Figure pat00002
아래 표 1은 제1 내지 제3 입력 전압들(VIN 1_1, VIN 1_2, VIN 1_3)에 따른 OP-AMP(OP)의 제1 출력 전압(VOUT 1)을 나타낸 것이다.
VIN 1_1[V] VIN 1_2[V] VIN 1_3[V] VOUT 1[V]
0 0 0 0
0 0 1 -1/8
0 1 0 -2/8
0 1 1 -3/8
1 0 0 -4/8
1 0 1 -5/8
1 1 0 -6/8
1 1 1 -7/8
도 3b의 경우 8 개의 제1 출력 전압(VOUT 1) 값에 따라 출력 전류(Iout)는 8개의 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 즉, 출력 전류(Iout)는 서로 다른 8개의 크기를 갖는 정전류일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 출력 전류(Iout)는 제1 출력 전압(VOUT 1)의 크기에 비례할 수 있다. 도 3b의 실시예에 따르면, LED 패키지(100, 도 1 참조)는 서로 다른 8개의 레벨의 전류를 사용하는 제1 내지 제8 모드에서 동작 가능하다. 이 경우, 제1 내지 제8 모드는 각각 순서대로 작아지는 제1 내지 제8 전류 레벨에서 PWM 방식으로 동작하며, 순서대로 낮은 그레이 스케일에 대응된다.
도 3b에서는 3 비트의 모드 선택 데이터에 기초하여 구동되는 제1 제어 전압 생성기(444) 및 제1 VCCS(447)이 도시되었으나, 당해 기술분야의 통상의 기술자는 여기에 설명된 바에 기초하여 1 비트, 2 비트, 또는 4 비트 이상의 모드 선택 데이터에 기초하여 구동되는 제어 전압 생성기 및 VCCS를 용이하게 구현할 수 있을 것이다.
도 4a는 다른 일부 실시예들에 따른 전류 조절기(440')를 설명하기 위한 블록도이다. 도 4b는 다른 일부 실시예들에 따른 전류 조절기(440')에 포함된 제1 제어 전압 생성기(444') 및 제1 VCCS(447')를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4a를 참조하면, 전류 조절기(440)는 제1 내지 제3 디지털 투 아날로그 컨버터들(Digital to Analogue Converter, DAC)(441', 442', 443'), 제1 내지 제3 제어 전압 생성기들(444', 445', 446') 및 제1 내지 제3 VCCS들(447, 448, 449)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 DAC들(441', 442', 443')은 각각 순서대로 디지털 신호인 제1 내지 제3 모드 선택 신호들(MS DAT 1~3)에 기초하여 아날로그 전압인 제1 내지 제3 입력 전압들(VIN 1', VIN 2', VIN 3')을 생성할 수 있다. 제1 내지 제3 입력 전압들(VIN 1', VIN 2', VIN 3')은 도 3a의 제1 내지 제3 입력 전압들(VIN 1, VIN 2, VIN 3)과 달리 단일의 전압일 수 있다.
제1 내지 제3 제어 전압 생성기들(444', 445', 446')은 제1 내지 제3 입력 전압들(VIN 1'~3')에 기초하여, 제1 내지 제3 출력 전압들(VOUT 1~3)을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 제어 전압 생성기들(444, 445, 446) 각각은 하나의 입력 전압에 기초하여 하나의 출력 전압을 생성하는 전압 제어 전압원일 수 있다.
제1 내지 제3 VCCS들(447, 448, 449)은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 4b를 참조하면, 제1 제어 전압 생성기(444')는 입력 단자(IP), 전압 분배기(VD), 제1 및 제2 OP-AMP들(OP1, OP2), 가산 증폭기(SAP')를 포함할 수 있다.
전압 분배기(VD)는 제1 및 제4 노드들(n1, n4)의 사이에 직렬로 연결된 제1 내지 제3 저항들(R1, R2, R3)를 포함할 수 있다. 제1 노드(n1)에 기준 전위(GND)가 인가되고, 제4 노드(n4)에 전원 전위(VDD)가 인가될 수 있다. 제1 저항(R1)의 제1 단자는 제1 노드(n1)에 연결되고, 제1 저항(R1)의 제2 단자는 제2 노드(n2)에서 제2 저항(R2)의 제1 단자에 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)의 제2 단자는 제3 노드(n3)에서 제3 저항(R3)의 제1 단자에 연결될 수 있다. 제3 저항(R3)의 제2 단자는 제4 노드(n4)에 연결될 수 있다.
제1 및 제2 OP-AMP들(OP1, OP2)은 비교기일 수 있다. 제1 OP-AMP(OP1)의 제1 출력 전압(Vo1)은 입력단(IP)의 입력 전압(VIN 1')이 제2 노드(n2)의 제2 노드 전압보다(Vn2) 더 큰 경우 제1 서플라이 전압(VS1)과 같을 수 있고, 입력 전압(VIN 1')이 제2 노드 전압보다(Vn2)보다 더 작은 경우 기준 전압(GND)일 수 있다. 제2 OP-AMP(OP2)의 제2 출력 전압(Vo2)은 입력단(IP)의 입력 전압(VIN 1')이 제3 노드(n3)의 제3 노드 전압(Vn3) 보다 더 큰 경우 제2 서플라이 전압(VS2)과 같을 수 있고, 입력 전압(VIN 1')이 제3 노드(n3)의 제3 노드 전압(Vn3) 보다 더 작은 경우 기준 전압(GND)일 수 있다.
여기서 제2 및 제3 노드 전압들(Vn2, Vn3)은 하기의 식 3을 따른다.
[식 3]
Figure pat00003
저항들(R) 및 제3 OP-AMP(OP3)을 포함하는 가산 증폭기(SAP')의 제1 출력 전압(VOUT 1)은 하기의 식 4를 따른다.
[식 4]
Figure pat00004
또한 아래 표 2는 입력 전압(VIN 1')의 범위에 따른 제1 내지 제3 OP-AMP들(OP 1~3)의 출력 값을 나타낸 것이다.
VIN 1' Vo1 Vo2 VOUT 1
Figure pat00005
 0 0 0
Figure pat00006
 Vs1 0 -VS2
Figure pat00007
 Vs1 VS2 -Vs1-VS2
도 4b의 실시예에서, 제1 출력 전압(VOUT 1)은 3개의 전압 레벨을 가질 수 있는바, 전류 조절기(440)는 0이 아닌 3개 레벨의 제1 기준 전류(IC 1)를 출력할 수 있다. 도 4b의 실시예에 따르면, LED 패키지(100, 도 1 참조)는 서로 다른 3개의 레벨의 전류를 사용하는 제1 내지 제3 모드에서 동작 가능하다.도 5a 및 도 5b은 일부 실시예들에 따른 픽셀 구동 집적 회로(400, 도 2 참조)의 구동을 설명하기 위한 전류-시간(I-t) 그래프들이다. 보다 구체적으로, 도 5a는 비교예로서 단일 전류 레벨을 이용한 PWM에서 제1 내지 제3 구동 전류들(DI 1~3)를 도시한 그래프이고, 도 5b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 다중 모드 PWM에서 제1 내지 제3 구동 전류들(DI 1~3)를 도시한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 i번째 프레임 및 이에 후속하는 i+1 프레임에서, 서로 동일한 영상 정보를 표시하기 위한 제1 내지 제3 구동 전류들(DI 1~3)의 변화를 도시한다.
도 5a를 참조하면, 종래의 PWM 방식은 제1 전류 레벨(IL 1)의 단일 전류 레벨에서, 펄스의 폭을 변화시킴으로써 그레이 스케일을 표현하였다. 따라서, 그레이 스케일의 해상도가 증가함에 따라, PWM 제어 시 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330, 도 1 참조) 상승 시간에 비해 단위 발광 시간이 지나치게 짧아지게 된다.
예를 들어, 그레이 스케일에 관한 데이터가 16비트로 이루어지면(즉, 그레이 스케일의 해상도가 216인 경우) LED 발광의 최소 시간인 단위 발광 시간은 (프레임 시간)/216[sec]이다. LED를 이용한 디스플레이 장치에서 하나의 컨트롤러에 의해 제어되는 라인들의 개수를 32개로 가정하고, 재생률(Refresh Rate)을 90Hz로 가정하면, 프레임 타임은 약 0.347㎳이고, 단위 발광시간은 5.3㎱이다.
반면, LED 칩들의 상승 시간은 일반적으로 수백 ㎱이므로, 종래의 PWM 제어는 높은 그레이 스케일 해상도를 사용할 경우, 상승 시간에 비해 단위 발광 시간이 지나치게 짧아지게 된다. 이에 따라 LED 칩들의 점멸의 신뢰성 및 LED 패키지의 동작의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.
도 5b를 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 픽셀 구동 집적 회로(400)는 대응되는 픽셀을 구동시킬 때 액티브 매트릭스 제어 방식을 사용하는데 더해, 복수의 전류 레벨(IL1, IL2)에 기초한 PWM 제어 방식을 채용한다. 액티브 매트릭스를 이용한 경우, 단위 발광 시간이 제어 라인 수만큼(즉, 32배) 증가한다.
하나의 프레임에서 LED의 밝기는 LED의 구동 전류-시간의 밑 면적에 비례한다. 따라서, 낮은 그레이 레벨을 표현하는 경우, 낮은 크기의 전류에 기초하여 구동 전류의 펄스 폭을 변조할 수 있는바 단위 발광 시간을 길게 할 수 있다. 도 5b에서, 제2 전류 레벨(IL 2)은 제1 전류 레벨(IL 1)의 약 1/3이다. 도 5a 및 도 5b의 i+1 번째 프레임의(FRi+1)의 제1 구동 전류(DI 1)를 비교하면, 도 5a에서의 펄스 폭은 PWM 클럭(PCLK)의 주기의 절반 정도이고 반해, 도 5b에서의 펄스 폭은 PWM 클럭(PCLK)의 주기의 약 3/2배 정도이다. 즉, 예시적인 실시예들에 따른 LED 패키지(100, 도 1 참조)의 단위 발광 시간은, 단일 레벨의 전류를 이용하여 패시브 매트릭스로 구동되는 경우의 단위 발광 시간의 96 배인 약 508㎱이며, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330, 도 1 참조)의 상승시간에 비해 충분히 긴 것이 확인되었다. 이에 따라, LED 패키지(100, 도 1 참조)의 안정적인 구동이 가능하다.
일부 실시예들에 따르면, 그레이 스케일 해상도가 2n인 경우 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330, 도 1 참조)의 단위 발광 시간은 식 5 및 식 6을 따를 수 있다.
[식 5]
Figure pat00008
[식 6]
Figure pat00009
식 6에서 N은 전류 조절기(440, 도 2 참조)의 제1 내지 제3 기준 전류들(IC 1~3)의 전류 레벨들에 따라 결정되는 2 이상의 정수이다.
예시적인 실시예들에 따르면, 높은 그레이 스케일 해상도를 사용하는 LED 패키지에서 LED 패키지(100, 도 1 참조)가 낮은 휘도의 광을 출력하는 경우에도 단위 발광 시간이 충분히 길어져, LED 패키지(100, 도 1 참조)의 동작의 신뢰성이 제고될 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 일부 실시예들에 따른 구동 전류의 제어를 설명하기 위한 그래프들이다. 도 6a 내지 도 6d는 제1 내지 제3 모드 선택 데이터들(MS DAT 1~3, 도 2 참조)이 1 개의 비트로 구성되어 제1 내지 제3 구동 전류(DI 1~3, 도 2 참조)이 두 개의 전류 레벨을 갖는 경우를 도시한다. 도 6e 및 도 6f는 제1 내지 제3 모드 선택 데이터들(MS DAT 1~3, 도 2 참조)이 2 개의 비트로 구성되어 제1 내지 제3 구동 전류(DI 1~3, 도 2 참조)이 네 개의 전류 레벨을 갖는 경우를 도시한다.
도 6a를 참조하면, 구동 전류들(DI 1~3, 도 2 참조)의 크기는 제1 및 제2 전류 레벨(IL 1, IL 2) 중 어느 하나의 값을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 전류 레벨(IL 2)에서 구동될 때 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330, 도 1 참조)의 휘도(ILU 2)는 각각 제1 전류 레벨(IL 1)에서 구동될 때 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330, 도 1 참조)의 휘도의 절반일 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제2 전류 레벨(IL 2)로 구동될 때 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330, 도 1 참조)의 휘도는 각각 제1 전류 레벨(IL 1)로 구동될 때 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330, 도 1 참조)의 휘도의 절반 이하일 수 있다. 다른 일부 실시예들에 따르면, 제2 전류 레벨(IL 2)로 구동될 때 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330, 도 1 참조)의 휘도는 각각 제1 전류 레벨(IL 1)로 구동될 때 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330, 도 1 참조)의 휘도의 약 30% 내지 약 50 %일 수 있다.
도 6c를 참조하면, 제2 전류 레벨(IL 2)은 제1 전류 레벨(IL 1)의 약 절반 정도일 수 있다.
도 6d를 참조하면, 제2 전류 레벨(IL 2)은 제1 전류 레벨(IL 1) 약 50%이하일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 전류 레벨(IL 2)은 제1 전류 레벨(IL 1)의 약 30% 내지 약 40%일 수 있다.
도 6E를 참조하면, 구동 전류들(DI 1~3, 도 2 참조)의 크기는 제1 내지 제4 전류 레벨들(IL 1, IL 2, IL 3, IL 4) 중 어느 하나의 값을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330, 도 1 참조)이 제1 내지 제4 전류 레벨들(IL 1, IL 2, IL 3, IL 4)로 구동될 때의 휘도는 각각 순서대로 제1 내지 제4 휘도(ILU 1, ILU 2, ILU 3, ILU 4)일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 휘도(ILU 2)는 제1 휘도(ILU 1)의 약 1/2일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제3 휘도(ILU 3)는 제2 휘도(ILU 2)의 약 1/2일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제4 휘도(ILU 4)는 제3 휘도(ILU 3)의 약 1/2일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 낮은 그레이 스케일에 대응되는 전류 레벨을 세분화 함으로써, 그레이 스케일에 대한 표현력을 제고할 수 있다.
도 6f를 참조하면, 일부 실시예들에 따르면, 제2 휘도(ILU 2)는 제1 휘도(ILU 1)의 약 3/4이고, 일부 실시예들에 따르면, 제3 휘도(ILU 3)는 제1 휘도(ILU 1)의 약 1/2일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제4 휘도(ILU 4)는 제1 휘도(ILU 1)의 약 1/4일 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 다른 일부 실시예들에 따른, 픽셀 구동 집적 회로들(400a, 400b, 400c, 400d, 400e)을 설명하기 위한 회로도들이다. 설명의 편의상 도 2 내지 도 3b를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것을 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 7a를 참조하면, 픽셀 구동 집적 회로(400a)는 도 2의 픽셀 구동 집적 회로(400a)에 더해, 정전기 방전(ElectroStatic Discharge; ESD) 보호 회로(445)를 포함할 수 있다. ESD 보호 회로(445)를 더 포함하는 것을 제외하면, 도 7a의 픽셀 구동 집적 회로(400a)는 도 2의 픽셀 구동 집적 회로(400)와 실질적으로 동일할 수 있다.
ESD 보호 회로(455)는 전원 패드(413)와 연결될 수 있다. ESD 보호 회로(455)는 ESD 이벤트가 생성하여 외부로부터 다량의 전하가 유입되는 경우에 픽셀 구동 집적 회로(400a) 내부의 구성요소들을 보호할 수 있다. ESD 보호 회로(445)는 접지 패드(415)에 더 연결될 수 있다.
픽셀 구동 집적 회로(400a)는 데이터 입력 패드(411), 클럭 패드(412) 및 데이터 출력 패드(414) 중 적어도 하나와 연결되는 ESD 보호 회로를 더 포함할 수도 있다.
도 7b를 참조하면, 픽셀 구동 집적 회로(400b)는 도 2의 픽셀 구동 집적 회로(400)에 더해, 보상기(470)를 포함할 수 있다. 데이터 저장부(430)는 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)에 대한 특성 데이터(CDAT)를 더 저장할 수 있다. 보상기(470)는 특성 데이터(CDAT)에 기초하여 구동 전류들(DI 1~3)을 제어하기 위한 듀티비(duty ratio) 제어 신호(DCON) 및 전류 레벨 제어 신호(CLCON) 중 적어도 어느하나를 생성할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 보상기(470)는 메모리 기능을 포함할 수 있다. 전류 조절기(440)는 전류 제어 신호(ICON)에 기초하여 제1 내지 제3 기준 전류들(IC 1~3)의 크기를 조절할 수 있다. 이에 따라, 구동 전류들(DI 1~3)의 크기가 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330) 조절할 수 있다. LED 구동기(460)는 듀티비 제어 신호(DCON)에 기초하여 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 특성에 적합하도록 구동 전류들(DI 1~3)의 듀티비를 조절할 수 있다. 경우에 따라, 보상기(470)가 저장부(430)에 포함되거나, 또는 보상기(470)가 전류 조절기(440) 및 LED 구동기(460) 각각에 포함될 수도 있다.
도 7c를 참조하면, 픽셀 구동 집적 회로(400c)는 도 2의 픽셀 구동 집적 회로(400)에 더해, 검출부(480)를 포함할 수 있다.
검출부(480)는 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330) 중 적어도 하나에 전기적 이상이 생성된 경우에, 상기 전기적 이상을 감지하여 불량 검출 신호(FDS)를 생성할 수 있다. 상기 전기적 이상은, 예컨대 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)과 픽셀 구동 집적 회로(400d) 사이의 의도치 않은 단락이나 개방 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 불량 검출 신호(FDS)는 외부의 컨트롤러(1400, 도 10)로 피드백될 수 있다. 이 경우, 상기 외부의 컨트롤러는 불량 검출 신호(FDS)에 기초하여 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 구동을 제한할 수 있다. 픽셀 구동 집적 회로(400d)는 불량 검출 신호(FDS)를 상기 외부의 컨트롤러로 제공하기 위한 피드백 패드를 더 포함할 수도 있다.
다른 일부 실시예들에 따르면, 불량 검출 신호(FDS)는 데이터 저장부(430)로 피드백되고, 데이터 저장부(430)는 불량 검출 신호(FDS)에 기초하여 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 구동을 제한(예를 들어, 마스킹)할 수 있다.
다른 일부 실시예들에 따르면, 불량 검출 신호(FDS)는 LED 구동기(460)로 피드백되고, LED 구동기(460)는 불량 검출 신호(FDS)에 기초하여 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)의 구동을 제한할 수 있다.
도 7d를 참조하면, 픽셀 구동 집적 회로(400d)는 도 2의 픽셀 구동 집적 회로(400)와 달리, 클럭 생성부(490)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 픽셀 구동 집적 회로(400d)는 클럭 패드(412, 도 2 참조) 및 PWM 클럭 생성기(450, 도 2 참조)를 포함하지 않는다.
디시리얼라이저(420)에 의해 분배된 프레임 데이터는 클럭 데이터(CLK DAT)를 더 포함할 수 있다. 오실레이터(490)는 클럭 데이터(CLK DAT)에 기초하여 클럭 신호(CLK) 및 PWM 클럭 신호(PCLK)를 생성할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 오실레이터(490)는 링 오실레이터, RC 오실레이터, 크리스탈 오실레이터 또는 온도 보상 크리스탈 오실레이터 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아닐 수 있다.
도 7e를 참조하면, 픽셀 구동 집적 회로(400e)는 도 2의 픽셀 구동 집적 회로(400)와 달리, PWM 클럭 신호(PCLK)를 수신하는 클럭 패드(410)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 픽셀 구동 집적 회로(400d)는 PWM 클럭 생성기(490, 도 2 참조)를 포함하지 않는다.
도 8a는 일부 실시예들에 따른 LED 패키지(100')를 설명하기 위한 입체 도면이다. 도 8b는 위에서 본 도 8a의 LED 패키지(100')의 평면도이다.
설명의 편의상 도 1을 참조하여 설명한 것과 중복되는 것을 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, LED 패키지(101)는 패키지 기판(201), 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330), 픽셀 구동 집적 회로(401), 밀봉 부재(500) 및 복수의 본딩 와이어들(BW1, BW2, BW3, BW4, BW5, BW6)을 포함할 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 패키지 기판(201) 및 픽셀 구동 집적 회로(401)는 와이어 본딩의 방식으로 연결될 수 있다. 패키지 기판(201)은, 도 1의 패키지 기판(200)과 달리, 픽셀 구동 집적 회로(401)의 복수의 패드들(411~416)과 전기적인 연결되고, 픽셀 구동 집적 회로(401)로부터 수평으로 이격된 복수의 패드들(211~216)을 포함할 수 있다. 복수의 패드들(211~216)은 데이터 입력 패드(211), 클럭 패드(212), 전원 패드(213), 데이터 출력 패드(214), 접지 패드(215) 및 보조 전원 패드(216)를 포함할 수 있다.
픽셀 구동 집적 회로(401)는, 도 1의 픽셀 구동 집적 회로(400)와 달리, 패키지 기판(201)과 전기적으로 연결되고 픽셀 구동 집적 회로(401)의 상면(즉, 패키지 기판(201)을 마주보는 면의 반대면)에 형성된 복수의 패드들(411~416)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 패드들(411~416)은 데이터 입력 패드(411), 클럭 패드(412), 전원 패드(413), 데이터 출력 패드(414), 접지 패드(415) 및 보조 전원 패드(416)를 포함할 수 있다.
패키지 기판(200)의 복수의 패드들(211~216)과 픽셀 구동 집적 회로(400)의 복수의 패드들(411~416)은 복수의 본딩 와이어들(BW1~BW6)에 의해 연결될 수 있다. 예를 들어, 본딩 와이어(BW1)는 데이터 입력 패드(411)와 데이터 입력 패드(211)를 연결하고, 본딩 와이어(BW2)는 클럭 패드(412)와 클럭 패드(212)를 연결하며, 본딩 와이어(BW3)는 전원 패드(413)와 전원 패드(213)를 연결하고, 본딩 와이어(BW4)는 데이터 출력 패드(414)와 데이터 출력 패드(214)를 연결하며, 본딩 와이어(BW5)는접지 패드(415)와 접지 패드(215)를 연결하고, 본딩 와이어(BW6)는 보조 전원 패드(416)와 보조 전원 패드(216)를 연결할 수 있다.
도 9a는 일부 실시예들에 따른 LED 패키지(100")를 설명하기 위한 입체 도면이다. 도 9b는 위에서 본 도 9a의 LED 패키지(100")의 평면도이다.
설명의 편의상, 도 1, 도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것을 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, LED 패키지(102)는 패키지 기판(202), 제1 내지 제3 LED 칩들(311, 321, 331), 픽셀 구동 집적 회로(402), 밀봉 부재(500) 및 복수의 본딩 와이어들(BW11, BW12, BW13, BW14, BW15, BW16, BW21, BW22, BW23, BW24, BW25)을 포함할 수 있다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 패키지 기판(202) 및 픽셀 구동 집적 회로(402)는 와이어 본딩의 방식으로 연결될 수 있다. 제1 내지 제3 LED 칩들(311, 321, 331)은 에피-업(epi-up chip) 칩(즉, 논-플립(non-flip) 칩)일 수 있고, 이에 따라 와이어 본딩으로 픽셀 구동 집적 회로(402)에 연결될 수 있다.
패키지 기판(202)은 도 7a 및 도 7b의 패키지 기판(202)과 실질적으로 동일하다.
픽셀 구동 집적 회로(402)는, 도 7a 및 도 7b의 픽셀 구동 집적 회로(402)와 달리, 제1 내지 제3 LED 칩들(311, 321, 331)과의 전기적인 연결을 위한 제1 내지 제3 패드들(491, 492, 493)을 더 포함할 수 있다.
본딩 와이어들(BW11, BW12, BW13, BW14, BW15, BW16)은 패키지 기판(202)과 픽셀 구동 집적 회로(402)의 전기적 연결을 위한 것이다. 본딩 와이어들(BW21, BW22, BW23, BW24, BW25)은 제1 내지 제3 LED 칩들(311, 321, 331)과 픽셀 구동 집적 회로(402)의 전기적 연결을 위한 것이다.
본딩 와이어(BW21)는 제1 LED 칩(312)과 제1 패드(491)를 연결하고, 본딩 와이어(BW22)는 제2 LED 칩(322)과 제2 패드(492)를 연결하고, 본딩 와이어(BW23)는 제3 LED 칩(332)과 제3 패드(493)를 연결하며, 본딩 와이어들(BW24, BW25)은 제2 및 제3 LED 칩들(322, 332)과 접지 패드(415)를 연결할 수 있다. 상세하게 도시하지는 않았으나, 제1 LED 칩(312)과 접지 패드(415)는 전극을 통해 집적 연결될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치(1000)를 설명하기 위한 입체 도면이다. 도 11은 도 10의 A 부분을 확대하여 나타낸 평면도이다. 도 12는 도 10의 디스플레이 장치의 단면도이다. 도 13은 디스플레이 장치(1000)를 설명하기 위한 회로도이다.
도 10을 참조하면, 디스플레이 장치(1000)는 복수의 LED 패키지들(1100)을 포함하는 LED 모듈(1200), 인쇄 회로 기판(1300) 및 컨트롤러(1400)를 포함한다.
인쇄 회로 기판(1300)은 모듈 기판이라고도 지칭되며, 복수의 LED 패키지들(1100)과 컨트롤러(1400)의 연결을 위한 복잡한 내부 배선을 포함할 수 있다.
복수의 LED 패키지들(1100)은 인쇄 회로 기판(1300)의 제1 면 상에 배치되며, 도 1, 도 8a, 도 9a에 도시된 LED 패키지들(400, 401, 402) 중 어느 하나일 수 있다. 복수의 LED 패키지들(1100)은 각각 디스플레이 장치(1000)의 하나의 픽셀을 구성할 수 있으며, 인쇄 회로 기판(1300) 상에서 X 및 Y 방향을 따라 행과 열을 이루어 배열될 수 있다. 도 10에서, 디스플레이 장치(1000)가 15*15의 매트릭스 형태로 배열된 LED 패키지들(1100)들을 포함하는 경우를 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 디스플레이 장치(1000)는 구현하려는 해상도에 따라 임의의 개수 및 배치(예를 들어, 1024*768, 1920*1080 등)의 LED 패키지들을 포함할 수 있다.
컨트롤러(1400)는 인쇄 회로 기판(1300)의 상기 제1 면과 대향하는 제2 면 상에 배치되고, 복수의 LED 패키지들(1100)의 구동을 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(1400)는 각 LED 패키지(1100)에 포함되는 픽셀 구동 제어 회로를 구동하기 위한 신호 및 전원을 제공할 수 있다. 도 10에서는, 하나의 컨트롤러(1400)만을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 복수의 컨트롤러들이 상기 제2 면 상에 배치될 수도 있다. 컨트롤러들의 개수는 LED 패키지들(1100)들의 전체 개수 및 하나의 컨트롤러(1400)가 구동할 수 있는 LED 패키지들(1100)들의 개수에 기초하여 결정될 수 있다.
도 11을 참조하면, 디스플레이 장치(1000)는 인쇄 회로 기판(1300) 상에 복수의 LED 패키지들(1100)이 배치되는 영역을 정의하는 제1 격벽 구조(1210)를 더 포함할 수 있다. 또한, 복수의 LED 패키지들(1100)은 각각 제2 격벽 구조(1220)에 둘러싸이도록 배치될 수 있다. LED 패키지들(1100) 각각은 제2 격벽 구조(1220)에 의해 전기적으로 격리되어, 별도의 픽셀로서 서로 독립적으로 구동될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 및 제2 격벽 구조들(1210, 1220)은 블랙 매트릭스(black matrix)를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 12를 참조하면, 동일한 행 또는 열에 배치되는 LED 패키지들(1100)은 인쇄 회로 기판(1300) 내의 배선들(1310)을 통해 직렬 연결될 수 있다. 이에 따라, 각 LED 패키지(1100)는 컨트롤러(1400)로부터 전달되는 시리얼 데이터 중에서 자기 자신에 대한 프레임 데이터만을 획득하고 나머지 데이터를 다음 LED 패키지로 전달할 수 있다.
도 13을 참조하면, 컨트롤러(1400)는, 입력 패드들(C1, C2, C3, C4, ??), 클럭 패드(CLP), 전원 패드들(VDP), 그라운드 패드(GP), 보조 전원 단자들(VIP)을 포함할 수 있다.
입력 패드들(C1, C2, C3, C4, ??) 각각은 서로 다른 컬럼의 픽셀 구동 집적 회로들(400)의 입력 패드(411)에 구동 신호를 제공할 수 있다. 클럭 패드(CLP)는 픽셀 구동 집적 회로들(400)의 클럭 패드(412)에 클럭 신호를 제공할 수 있다. 전원 패드들(VDP)은 픽셀 구동 집적 회로들(400)의 전원 패드(413)에 구동 전원을 제공할 수 있고, 전압 강하 방지를 위해 복수로 제공될 수 있다. 그라운드 패드(GP)는 픽셀 구동 집적 회로들(400)의 기준 패드(415)에 접지 전위를 제공할 수 있다. 보조 전원 패드들(VIP)은 픽셀 구동 집적 회로들(400)의 보조 전원 패드(416)에 구동 전원을 제공할 수 있고, 전압 강하 방지를 위해 복수로 제공될 수 있다.
도 14는 다른 일부 실시예들에 디스플레이 장치(1000, 도 10 참조)를 설명하기 위한 회로도이다.
설명의 편의상 도 13을 참조하여 설명한 것과 중복되는 것을 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 14를 참조하면, 컨트롤러(1400')는, 입력 패드들(C11, C12, C21, C22, C31, C32, C41, C42, ??), 클럭 패드(CLP), 전원 패드들(VDP), 그라운드 패드(GP), 보조 전원 단자들(VIP)을 포함할 수 있다.
후술하듯 각각의 픽셀 구동 집적 회로들(403)은 복수의 데이터 입력 패드 및 데이터 출력 패드를 가질 수 있다. 이에 따라, 하나의 픽셀 구동 집적 회로가 두 개의 픽셀을 제어할 수 있다. 예컨대, 입력 패드들(C11, C12)은 첫 번째 컬럼의 픽셀 구동 집적 회로들(403)에 시리얼 데이터를 제공할 수 있고, 입력 패드들(C21, C22)은 두 번째 컬럼의 픽셀 구동 집적 회로들(403)에 시리얼 데이터를 제공할 수 있으며, 입력 패드들(C31, C32)은 세 번째 컬럼의 픽셀 구동 집적 회로들(403)에 시리얼 데이터를 제공할 수 있고, 입력 패드들(C41, C42)은 네 번째 컬럼의 픽셀 구동 집적 회로들(403)에 시리얼 데이터를 제공할 수 있다.
도 15a는 일부 실시예들에 따른 발광소자 패키지(103)를 설명하기 위한 평면도이다. 도 15b는 일부 실시예들에 따른 픽셀 구동 집적 회로(403)를 설명하기 위한 평면도로서, 픽셀 구동 집적 회로(403)의 후면에 형성된 패드들(411~418)을 도시한다. 도 15c는 일부 실시예들에 따른 픽셀 구동 집적 회로(403)를 설명하기 위한 회로도이다.
도 15a를 참조하면, 발광소자 패키지(103)는 패키지 기판(203), 픽셀 구동 집적 회로(403)를 포함할 수 있다. 패키지 기판(203)은 도 1 의 패키지 기판(200)과 유사할 수 있다. 구동 집적 회로(403)에 대해서는 도 15b 및 15c를 참조하여 설명하도록 한다. 발광소자 패키지(103)는 도 1의 발광소자 패키지(103)와 달리 여섯 개의 제1 내지 제6 LED 칩들(410, 420, 430, 440, 450, 460)을 포함할 수 있다. 도 15a의 발광소자 패키지(103)는 하나의 픽셀 구동 집적 회로(403)에 의해 구동되는 2개의 픽셀을 포함하는 2 in 1 구조일 수 있다.
도 15b 및 도 15c를 참조하면, 픽셀 구동 집적 회로(403)는 도 2의 픽셀 구동 집적 회로(400)와 유사하되, 추가적인 데이터 입력 패드들(417) 및 데이터 출력 패드(418)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 디시리얼라이저(420)는 제1 및 제2 시리얼 데이터들(SDAT, SDAT2)을 수신하고, 제1 내지 제6 LED 칩들(310, 320, 330, 340, 350, 360)에 대한 프레임 데이터를 추출하며, 상기 프레임 데이터를 분배하여 출력할 수 있다.
데이터 저장부(433)는 분배된 프레임 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장부(433)는 분배된 프레임 데이터 중 제1 내지 제6 LED 칩들(310, 320, 330, 340, 350, 360)에 대한 구동 데이터들(DAT 1~6)을 저장할 수 있다.
전류 조절기(443)는 전원 패드(413)를 통해 전원 전압(VDD)을 수신하며, 전원 전압(VDD) 및 제1 내지 제3 모드 선택 데이터들(MS DAT 1~3)에 기초하여 제1 내지 제3 기준 전류들(IC 1, IC 2, IC 3)을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 전류 조절기(443)는 전류 미러(current mirror)를 포함할 수 있다.
LED 구동기(453)는 PWM 클럭 신호(PCLK) 및 데이터 저장부(433)로부터 제공되는 분배된 프레임 데이터(예를 들어, 제1 내지 제6 PWM 데이터들(PWM DAT 1~6), 및 전류 조절기(443)로부터 제공되는 제1 내지 제6 기준 전류들(IC 1~6)에 기초하여, 제1 내지 제6 LED 칩들(310, 320, 330, 340, 350, 360)에 인가되는 구동 전류들(DI 1~6)을 생성할 수 있다.
제1 내지 제6구동 전류들(DI 1~6)은 PWM 방식에 기초하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 구동 전류들(DI 1~6)는 각각 순서대로, 제1 내지 제6 모드 선택 데이터(MS DAT 1~6)에 기초하여 결정된 제1 내지 제6 전류 레벨을 갖고, 제1 내지 제6 PWM 구동 데이터(PWM DAT 1~6)에 기초하여 결정된 펄스 폭(예를 들어, 인가 시간)을 가질 수 있다.
제1 내지 제6 LED 칩들(310, 320, 330, 340, 350, 360)은 LED 구동기(453)로부터 제1 내지 제 구동 전류들(DI 1~6)을 수신하는 애노드 전극 및 그라운드 전위(GND)를 제공하는 접지 패드(415)와 연결되는 캐소드 전극을 각각 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)은 하나의 픽셀을 구성하고, 제4 내지 제6 LED 칩들(340, 350, 360)은 다른 하나의 픽셀을 구성할 수 있다.
도 16 및 도 17은 다른 일부 실시예들에 따른 발광소자 패키지들(104, 105)을 설명하기 위한 평면도이다.
설명의 편의상 도 1을 참조하여 설명한 것과 중복되는 것을 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 16을 참조하면, 발광소자 패키지(104)는 패키지 기판(204), 픽셀 구동 집적 회로들(404) 및 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)을 포함할 수 있다.
도 16의 패키지 기판(204), 픽셀 구동 집적 회로들(404) 및 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)은 도 1의 패키지 기판(200), 픽셀 구동 집적 회로들(400) 및 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)과 유사하다. 도 16의 발광소자 패키지(104)는 도 1에서와 달리, 복수의 픽셀 구동 집적 회로들(404)를 포함할 수 있다. 픽셀 구동 집적 회로들(404) 각각은 그 위에 배치된 제1 내지 제3 LED 칩들(310, 320, 330)을 별도의 픽셀로 동작 동작시킬 수 있다. 이에 따라 발광소자 패키지(104)는 두 개의 픽셀을 포함할 수 있다.
도 17을 참조하면, 발광소자 패키지(104)는 패키지 기판(204), 픽셀 구동 집적 회로들(404) 및 제1 내지 제6 LED 칩들(310, 320, 330)을 포함할 수 있다.
도 17의 패키지 기판(204), 픽셀 구동 집적 회로들(404) 및 제1 내지 제6 LED 칩들(310, 320, 330, 340, 350, 360)은 도 15a의 패키지 기판(203), 픽셀 구동 집적 회로들(403) 및 제1 내지 제6 LED 칩들(310, 320, 330, 340, 350, 360)과 유사하다. 도 17의 패키지 기판(204)은 도 15a에서와 달리, 복수의(예컨대 2개) 픽셀 구동 집적 회로들(404)를 포함할 수 있다. 이에 따라 발광소자 패키지(104)는 네 개의 픽셀을 포함할 수 있다.
도 15, 도 16 및 도 17에서 설명한 것과 같이, 단일의 발광 소자 패키지에 다양한 개수의 픽셀 구동 직접 회로들을 포함할 수 있고, 각각의 픽셀 구동 직접 회로는 다양한 개수의 픽셀(즉, 세 개 이상의 LED 칩들)을 구동시킬 수 있다. 즉, 당업계의 통상의 기술자는 여기에 설명된 바에 기초하여, M 개의(M은 1 이상의 정수) 픽셀 구동 직접 회로들을 포함하고, 상기 M 개의 픽셀 구동 직접 회로들이 각각 N(N은 1 이상의 정수)개의 픽셀들을 구동시키는 발광 소자 패키지를 구현할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 모듈 기판;
    상기 모듈 기판 상에 매트릭스를 이루어 배치된 복수의 LED(Light Emitting Diode) 패키지들; 및
    상기 모듈 기판을 통해 상기 복수의 LED 패키지들과 전기적으로 연결된 컨트롤러를 포함하되,
    상기 복수의 LED 패키지들 각각은,
    패키지 기판;
    상기 패키지 기판 상에 배치되고, 픽셀 구동 집적 회로; 및
    상기 픽셀 구동 집적 회로 상에 배치되는 제1 내지 제3 LED 칩들을 포함하고,
    상기 픽셀 구동 집적 회로는, 상기 컨트롤러의 제어 신호에 기초하여, 제1 전류 레벨에서 제1 내지 제3 LED 칩들에 인가되는 전류의 펄스 폭을 제어하는 제1 PWM(Pulse Width Modulation) 모드, 및 상기 제1 전류 레벨과 다른 제2 전류 레벨에서 상기 제1 내지 제3 LED 칩들에 인가되는 전류의 펄스 폭을 제어하는 제2 PWM 모드 중 어느 하나로 동작하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 LED 패키지들 각각은, 제4 내지 제6 LED 칩들을 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 LED 칩들은 제1 픽셀을 구성하고, 상기 제4 내지 제6 LED 칩들은 제2 픽셀을 구성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전류 레벨은 상기 제1 전류 레벨의 절반 이하인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전류 레벨은 상기 제1 전류 레벨의 30% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러의 상기 제어신호는 16 비트 이상의 그레이 스케일 데이터 및 1 비트 이상의 모드 선택 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 액티브 매트릭스 방식으로 픽셀을 제어하는 픽셀 구동 집적 회로; 및
    상기 픽셀 구동 집적 회로 상에 배치되어 상기 픽셀을 구성하는 제1 내지 제3 LED 칩들을 포함하되,
    상기 픽셀 구동 집적 회로는,
    프레임 데이터에 기초하여 가변적인 제1 내지 제3 기준 전류들을 출력하도록 구성된 전류 조절기; 및
    상기 제1 내지 제3 기준 전류들 및 상기 프레임 데이터에 기초하여 각각 순서대로 상기 제1 내지 제3 LED 칩들을 구동하기 위한 제1 내지 제3 구동 전류들을 생성하는 LED 구동기를 포함하고,
    상기 LED 구동기는, 상기 제1 내지 제3 구동 전류들의 펄스 폭을 조정하여 그레이 스케일을 표현하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프레임 데이터는,
    상기 전류 조절기에 의해 출력되는 전류의 크기를 제어하기 위한 제1 내지 제3 모드 선택 데이터들; 및
    상기 LED 구동기에 의해 출력되는 상기 제1 내지 제3 구동 전류들의 펄스 폭을 제어하기 위한 제1 내지 제3 PWM 데이터들을 포함하되,
    상기 제1 내지 제3 모드 선택 데이터들 각각은 하나 이상의 비트를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전류 조절기는,
    상기 제1 모드 선택 데이터의 상기 하나 이상의 비트에 기초하여 제1 출력 전압을 생성하는 제1 제어 전압 생성기; 및
    상기 제1 출력 전압에 기초하여 상기 제1 기준 전류를 출력하는 제1 VCCS(VOLTAGE CONTROLLED CURRENT SOURCE)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전류 조절기는, 상기 제1 출력 전압에 의해 제어되는 구동 트랜지스터를 포함하고,
    상기 구동 트랜지스터는,
    상기 제1 출력 전압이 인가되는 게이트 전극;
    전원 전압이 인가되는 제1 전극; 및
    상기 제1 기준 전류가 출력되는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전류 조절기는,
    상기 구동 트랜지스터의 상기 제1 전극에 연결되는 제3 전극 및 상기 구동 트랜지스터의 상기 게이트 전극에 연결되는 제4 전극을 포함하는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 전류 조절기는,
    상기 제1 모드 선택 데이터에 기초하여 하나 이상의 제1 입력 전압을 생성하는 제1 전압 조절기를 더 포함하고,
    상기 제1 제어 전압 생성기는 상기 하나 이상의 제1 입력 전압에 기초하여 단일의 상기 제1 출력 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전압 조절기는 상기 제1 모드 선택 데이터의 하나의 비트에 기초하여 상기 제1 입력 전압들 중 어느 하나를 생성하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 전류 조절기는,
    상기 제1 모드 선택 데이터의 상기 하나 이상의 비트에 기초하여 단일의 아날로그 전압인 제1 입력 전압을 생성하는 제1 DAC(Digital to Analog Converter)를 더 포함하고,
    상기 제1 전압 조절기는 상기 단일의 제1 입력 전압에 기초하여 상기 제1 출력 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  14. 제1 내지 제3 LED 칩들을 포함하는 제1 픽셀을 구동시키도록 구성된 픽셀 구동 집적 회로로서, 상기 픽셀 구동 집적 회로는,
    외부의 컨트롤러로부터 시리얼 데이터를 수신하고, 상기 시리얼 데이터에서 상기 제1 픽셀에 대한 프레임 데이터를 추출하는 디시리얼라이저;
    상기 디시리얼라이저가 추출한 상기 프레임 데이터를 저장하는 데이터 저장부;
    상기 데이터 저장부로부터 제공되는 상기 프레임 데이터에 기초하여, 제1 모드 및 제2 모드 중 어느 하나에서 제1 내지 제3 기준 전류들을 출력하는 전류 조절기; 및
    상기 데이터 저장부로부터 제공되는 상기 프레임 데이터 및 상기 제1 내지 제3 기준 전류들에 기초하여 상기 제1 내지 제3 LED 칩들에 인가되는 제1 내지 제3 구동 전류들을 생성하는 LED 구동기를 포함하되,
    상기 LED 구동기는 상기 제1 내지 제3 구동 전류들의 펄스 폭을 조절하여 상기 제1 내지 제3 LED 칩들의 휘도를 제어하고,
    상기 전류 조절기는 상기 제1 모드에서 제1 전류 레벨의 상기 제1 내지 제3 기준 전류들을 출력하고, 상기 제2 모드에서 상기 제1 전류 레벨 보다 낮은 제2 전류 레벨의 상기 제1 내지 제3 기준 전류들을 출력하는 것을 특징으로 하는 픽셀 구동 집적 회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프레임 데이터는,
    상기 전류 조절기에 제공되는 제1 내지 제3 모드 선택 데이터; 및
    상기 LED 구동기에 제공되는 제1 내지 제3 PWM 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 구동 집적 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 모드 선택 데이터들 각각은 1 비트 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 구동 집적 회로.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 PWM 데이터들 각각은 16 비트 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 구동 집적 회로.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 LED 칩들의 최소 발광 시간인 단위 발광 시간 및 상기 제1 내지 제3 LED 칩들의 하나의 장면을 나타내는 시간인 프레임 시간은 아래 식을 만족하고,
    Figure pat00010

    여기서 n은 제1 내지 제3 PWM 데이터 각각의 비트 수 인 것을 특징으로 하는 픽셀 구동 집적 회로.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 LED 칩들의 최소 발광 시간인 단위 발광 시간 및 상기 제1 내지 제3 LED 칩들의 하나의 장면을 나타내는 시간인 프레임 시간은 아래 식을 만족하고,
    Figure pat00011

    여기서 n은 제1 내지 제3 PWM 데이터 각각의 비트 수이고, N은 2 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 픽셀 구동 집적 회로.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 단위 발광 시간 및 상기 PWM 클럭 신호의 주기는 아래 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 픽셀 구동 집적 회로.
    Figure pat00012

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