KR20230110931A - 화소 회로 구동 방법과 이를 위한 화소 회로 및 이를 이용하는 디스플레이 모듈 - Google Patents

화소 회로 구동 방법과 이를 위한 화소 회로 및 이를 이용하는 디스플레이 모듈 Download PDF

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Abstract

복수의 서브 픽셀을 각각 포함하는 복수의 화소를 가진 디스플레이 모듈에서의 각 서브 픽셀에 포함된 유기 또는 무기 발광 소자의 동작을 제어하기 위한 화소 회로 구동 방법과 이를 위한 화소 회로 및 이를 이용하는 디스플레이 모듈이 개시된다. 화소 회로 구동 방법은, 발광 소자에 요구되는 계조에 따라 발광 소자를 전류 구동하는 제2 트랜지스터의 제어 단자에 연결되는 제1 트랜지스터에 복수 레벨들 가진 PAM 신호를 인가하는 단계, 및 계조에 따라 단일 프레임 내 복수의 서브프레임들을 가진 PWM 신호에 의해 제어되는 제1 트랜지스터의 턴온 시간에 대응하는 각 서브프레임 시간 동안에, PAM 신호에서 선택된 어느 하나의 레벨의 PAM 신호를 제2 트랜지스터의 제어 단자에 인가하는 단계를 포함한다.

Description

화소 회로 구동 방법과 이를 위한 화소 회로 및 이를 이용하는 디스플레이 모듈{PIXEL CIRCUIT DRIVING METHOD AND PIXEL CIRCUIT THEREFOR AND DISPLAY MODULE USING THE SAME}
본 발명은 화소 회로 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수의 서브 픽셀을 각각 가진 복수의 화소를 포함하는 디스플레이 모듈의 각 서브 픽셀에 구비된 자기발광 소자의 동작을 제어하기 위한 화소 회로 구동 방법과 이를 위한 화소 회로 및 이를 이용하는 디스플레이 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 대부분의 OLED(organic light emitting diode) 디스플레이 모듈의 화소 회로(pixel circuit)는 데이터 전압을 인가받아 구동 트랜지스터의 전류를 조절하여 OLED의 밝기(luminance)를 조절하는 전류 구동 방법을 이용한다.
따라서 기존의 OLED의 구동에서는 OLED의 전류를 구동 시간으로 조절하는 PWM(pulse width modulation) 구동 방법보다 OLED의 전류를 전류 레벨로 조절하는 PAM(pulse amplitude modulation) 구동 방법이 주로 이용되고 있다.
PAM 구동 방법은 구동 트랜지스터의 제어 단자에 인가되는 전압의 세기를 조절하여 OLED의 전류를 조절한다. PWM 구동 방법은 디지털 구동 방법의 일종으로 각 화소의 계조 표현을 위해 단위 구동 시간에 대응하는 하나의 프레임 내에서 바이너리 가중치로 설계되는 복수의 서브 프레임들을 이용한다.
그러나, OLED의 경우, 높은 전류를 필요로 하고 상대적으로 큰 가중치로 설계된 고계조와 달리 피코암페어(㎀)의 낮은 전류 레벨을 필요로 하고 상대적으로 작은 가중치로 설계되는 저계조에서는, 노이즈(noise), 누설전류, 소자 간 특성편차로 인해 계조를 조절하기가 매우 어렵다. LED나 QLED(quantum dot light emitting diode)의 경우도 OLED의 경우와 유사하다.
즉, 아래의 수학식 1과 같이 요구되는 계조에 따라 특정 레벨을 유지해야 하는 OLED의 전류(IEM)는 구동 트랜지스터의 게이트-소스간 전압(VGS)과 문턱 전압(VTH) 간의 전압차에 비례하고, 이러한 전압차는 노이즈, 특성편차, 누설전류, 스트레스 등에 취약한 문제가 있다.
Figure pat00001
여기서 μ는 구동 트랜지스터의 이동도를, COX는 구동 트랜지스터의 산화막 커패시턴스(oxide capacitance)를, W는 구동 트랜지스터의 채널 폭을, L은 구동 트랜지스터의 채널 길이를, VGS는 구동 트랜지스터의 소스-게이트 간 전압을, VTH는 구동 트랜지스터의 문턱전압(threshold voltage)을, VT는 OLED의 열전압(thermal voltage)을 각각 나타낸다.
기존의 PWM 구동 회로는 적어도 두 개의 트랜지스터와 적어도 1개의 캐패시터를 구비하고, 하나의 프레임 시간(frame time)을 예를 들어 8-비트의 바이너리 가중치를 가진 서브프레임 시간들의 합으로 설계하고 이를 통해 256계조를 표현하기 위하여 스캔 시간(scan time)과 OLED의 발광 시간(emission time)을 구분하는 DSP(display period separated) 방식이나 발광 시간과 스캔 시간의 길이에 따라 소거(erase) 동작을 사용하는 SES(simultaneous erasing scan) 방식으로 동작한다.
DPS 방식이나 SES 방식의 OLED 구동 방법은 8-비트 서브프레임 등과 같이 미리 설정된 N-비트 서브프레임들을 사용하여 2N의 계조를 표현하게 되므로 256계조에 각각 대응하는 서브프레임을 구현하기가 쉽지 않고, 구동 트랜지스터를 스위치로 사용하므로 발광소자의 애노드 전압이 고전위측 전원전압(VDD)으로 고정되어 있어 발광소자의 편차에 대한 보상이 어렵고, 따라서 발광소자 자체의 오차 등에 의해 통상 10% 정도의 그레이 레벨에서 오차가 발생한다.
이와 같이, 기존의 화소 회로에서 OLED에 흐르는 전류(IOLED)는, 예컨대 8-비트 그레이(gray), 즉 256-레벨의 계조를 가정하는 경우, 1-그레이과 같은 저계조에서 여러 조건에 의해 쉽게 편차(V1, V2)를 가질 수 있다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이 OLED에 흐르는 전류(IOLED)는 최소 전류(OLED_MIN)와 최대 전류(OLED_MAX)와 같은 편차를 가질 수 있고, 평균 전류(OLED_AVG)를 기준으로 1-그레이에서 제1 편차(V1)과 제2 편차(V2)를 가질 수 있다.
이러한 이유로, 기존의 OLED 패널의 PWM 구동을 위한 화소 회로는 다양한 내부 보상 회로를 구비하는 경우가 많다. 하지만, 내부 보상 회로를 구비하는 경우, 화소 회로의 구성요소의 개수가 증가하여 화소 회로의 크기가 커지거나, 동일한 화소 면적에서는 회로 구성이 복잡해지고, 경우에 따라서 OLED의 발광 면적을 감소시키야 하는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 디스플레이 패널의 화소(pixel)에 사용되는 무기 LED(light emitting diode), 마이크로(micro) LED, OLED(organic LED), QLED(quantum dot light emitting diodes) 또는 동종·유사 발광 소자의 효율적인 구동 제어를 위한 새로운 화소 회로 구동 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 화소 회로 구동 방법에 적합한 새로운 화소 회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 화소 회로 구동 방법을 이용하는 디스플레이 모듈을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 화소 회로 구동 방법은, 디스플레이 패널의 화소에 구비되는 발광 소자의 동작을 제어하는 화소 회로의 구동 방법으로서, 상기 발광 소자에 요구되는 계조에 따라 상기 발광 소자를 전류 구동하는 구동 트랜지스터의 제어 단자에 제2 단자가 연결되는 제1 트랜지스터의 제1 단자에 복수 레벨들 가진 PAM(pulse amplitude modulation) 신호를 인가하는 단계; 및 상기 계조에 따라 단일 프레임 내 복수의 서브프레임들을 가진 PWM(pulse width modulation) 신호에 의해 제어되는 상기 제1 트랜지스터의 턴온 시간에 대응하는 각 서브프레임 시간 동안에, 상기 PAM 신호에서 선택된 어느 하나의 레벨의 PAM 신호를 상기 구동 트랜지스터의 제어 단자에 인가하는 단계를 포함한다.
일실시예에서, 상기 PWM 신호의 서브 프레임들의 개수는 상기 발광 소자에 대하여 기설정되는 계조 표현을 위한 비트수보다 작다.
일실시예에서, 상기 화소 회로는 상기 제1 트랜지스터, 상기 구동 트랜지스터 및 커패시터를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터는 제1 단자, 제2 단자 및 제1 제어 단자를 구비하고, 상기 구동 트랜지스터는 제1 단자, 제2 단자 및 제2 제어 단자를 구비하고, 상기 구동 트랜지스터의 제1 단자와 제2 단자는 상기 발광 소자와 제1 전원전압에 각각 연결되고, 상기 커패시터의 제1 단자는 상기 구동 트랜지스터의 제1 단자 또는 제2 단자에 연결되고, 상기 커패시터의 제2 단자는 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자와 상기 구동 트랜지스터의 제2 제어 단자에 공통 연결될 수 있다.
일실시예에서, 상기 화소 회로는 커패시터와 제3 트랜지스터를 더 구비할 수 있다. 상기 커패시터는 상기 구동 트랜지스터의 일측 단자와 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자 간에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제1 전원전압에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터의 제2 단자는 상기 커패시터의 제2 단자와 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자와 상기 구동 트랜지스터의 제2 제어 단자에 공통 연결될 수 있다. 이때, 화소 회로 구동 방법은 상기 제3 트랜지스터의 턴온 시켜 상기 커패시터를 충전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 화소 회로는 커패시터와 제3 트랜지스터를 더 구비하고, 상기 커패시터는 상기 구동 트랜지스터의 일측 단자와 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자 간에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터는 상기 제1 전원전압과 상기 발광 소자 사이에 직렬 연결될 수 있다. 이때, 화소 회로 구동 방법은, 상기 발광 소자의 발광 시간이 상기 어느 하나의 PWM 신호를 인가하는 스캔 시간과 중첩될 때 상기 제3 트랜지스터를 턴오프 시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 어느 하나의 PWM 신호를 인가하는 스캔 시간은 상기 발광 소자의 발광 시간과 중첩될 수 있다.
일실시예에서, 상기 어느 하나의 PWM 신호를 인가하는 스캔 시간은 상기 발광 소자의 발광 시간과 중첩되지 아니할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 화소 회로는, 디스플레이 패널의 화소에 구비되는 발광 소자의 동작을 제어하기 위한 화소 회로로서, 상기 발광 소자와 제1 전원전압에 제1 단자와 제2 단자가 각각 연결되는 구동 트랜지스터; 상기 구동 트랜지스터의 제어 단자에 제2 단자가 연결되고 제1 단자가 데이터 라인에 연결되는 제1 트랜지스터; 및 상기 제1 전원전압에 제1 단자가 연결되고 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자와 상기 구동 트랜지스터의 제어 단자에 제2 단자가 공통 연결되는 커패시터를 포함한다. 여기서, 상기 제1 트랜지스터의 제1 단자에는 상기 데이터 라인을 통해 복수 레벨들 가진 PAM(pulse amplitude modulation) 신호가 레벨 선택적으로 인가될 수 있다. 상기 제1 트랜지스터의 제어 단자에는 상기 계조에 따라 단일 프레임 내 복수의 서브프레임들을 가진 PWM(pulse width modulation) 신호가 제어 단자에 인가될 수 있다. 상기 PWM 신호에 의해 제어되는 상기 제1 트랜지스터의 턴온 시간 동안에, 상기 PWM 신호의 각 서브프레임 기간 동안에 상기 PAM 신호에서 선택된 어느 하나의 레벨의 PAM 신호는 상기 구동 트랜지스터의 제어 단자에 인가될 수 있다.
일실시예에서, 상기 PWM 신호의 서브 프레임들의 개수는 상기 발광 소자에 대하여 기설정되는 계조 표현을 위한 비트수보다 작다.
일실시예에서, 화소 회로는 제3 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 제3 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제1 전원전압에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터의 제2 단자는 상기 커패시터의 제2 단자와 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자와 상기 구동 트랜지스터의 제어 단자에 공통 연결될 수 있다.
일실시예에서, 상기 커패시터는 상기 제3 트랜지스터의 턴온 구간에서 충전될 수 있다.
일실시예에서, 화소 회로는 상기 발광 소자 및 상기 커패시터의 제1 단자의 공통 연결점과 상기 제1 전원전압과의 사이에 직렬 연결되는 제3 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 트랜지스터는 상기 발광 소자의 발광 시간이 상기 PWM 신호를 인가하는 스캔 시간과 중첩될 때 턴오프될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 디스플레이 패널은, 복수의 화소들이 배열되는 화소부; 상기 화소부에 데이터 신호를 공급하는 데이터 드라이버; 상기 화소부에 스캔 신호를 공급하는 게이트 드라이버; 및 상기 데이터 드라이버와 상기 게이트 드라이버의 동작을 제어하는 타이밍 제어기를 포함한다. 상기 데이터 드라이버는 각 화소에 결합된 발광 소자에 요구되는 계조에 따라 구동 트랜지스터의 제어 단자에 제2 단자가 연결된 제1 트랜지스터의 제1 단자에 복수 레벨들 가진 PAM(pulse amplitude modulation) 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 상기 게이트 드라이버는 상기 계조에 따라 단일 프레임 내 복수의 서브 프레임들을 가진 PWM(pulse width modulation) 신호를 상기 제1 트랜지스터의 제어 단자에 인가하도록 구성될 수 있다. 상기 PAM 신호에서 선택된 어느 하나의 레벨의 PAM 신호는 상기 제1 트랜지스터의 턴온 시간 또는 각 서브프레임 동안에 상기 발광 소자에 계조 전류를 공급하는 상기 구동 트랜지스터의 제어 단자에 인가될 수 있다.
일실시예에서, 상기 PWM 신호의 서브 프레임들의 개수는 적어도 하나의 화소 또는 적어도 하나의 화소에 포함되는 서브화소에 대하여 기설정되는 계조 데이터의 비트수보다 작다.
일실시예에서, 상기 화소 또는 서브화소의 발광 소자를 전류 구동하는 화소 회로는, 상기 발광 소자와 제1 전원전압에 제1 단자와 제2 단자가 각각 연결되는 구동 트랜지스터; 상기 구동 트랜지스터의 제어 단자에 제2 단자가 연결되고 제1 단자가 데이터 라인에 연결되는 제1 트랜지스터; 및 상기 제1 전원전압에 제1 단자가 연결되고 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자와 상기 구동 트랜지스터의 제어 단자에 제2 단자가 공통 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 데이터 드라이버에 구비되는 디코더의 출력 채널 개수는 미리 설정되는 소정 비트로 표현가능한 계조의 개수보다 작다.
본 발명에 의하면, 기존의 PWM 구동 방식에 비해 PWM 신호의 서브 프레임 수를 감소시킬 수 있기 때문에 기존 대비 50% 이상의 전력 감소 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기존의 PWM 구동 방식과 대비하여 스캔 타임을 2배 이상 길게 확보할 수 있어 서브 프레임에 의해 계조 구현이 용이해지는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기존의 PAM 구동 방식과 대비할 때 저계조 전류 레벨을 10배 이상 높여 구동하므로 노이즈, 누설전류, 스트레스에 강인하게 되고, 따라서 디스플레이 장치에서 저계조 구현이 용이하고 저계조 구현에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기존의 PAM 구동 방식과 대비할 때 필요한 데이터 전압 레벨을 약 1/1O 수준으로 낮을 수 있으므로, 데이터 드라이버의 면적을 1/10 수준으로 크게 감소시킬 수 있고, 그에 의해 디스플레이 모듈을 소형화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 OLED 편차에 대한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화소 회로 구동 방법(이하 간략히 '하이브리드 구동 방법'이라고 한다)을 설명하기 위한 화소 회로 구조의 개략도이다.
도 3은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 기본 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 제1 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 제1 구동 원리에 사용되는 PWM 구동 서브프레임과 PAM 구동 전류레벨을 개략적으로 보여주는 예시도이다.
도 6은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 제2 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 제2 구동 원리에 사용되는 PWM 구동 서브프레임과 PAM 구동 전류레벨을 개략적으로 보여주는 예시도이다.
도 8은 비교예의 디지털 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 3진수 기반 제3 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 4진수 기반 제4 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 5진수 기반 제5 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 6진수 기반 제6 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 7진수 기반 제7 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 14 내지 도 16은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 3진수 기반 제4 구동 원리의 변형예(제8구동 원리)를 설명하기 위한 도면들이다.
도 17은 비교예의 12-비트 기반 디지털 구동 방법을 나타낸 예시도이다.
도 18은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 12-비트 기반 제9 구동 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 19는 본 실시예의 하이브리드 구동 방법을 적용할 수 있는 화소 회로에 대한 회로도이다.
도 20은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법을 적용할 수 있는 또 다른 회소 회로에 대한 회로도이다.
도 21은 도 20의 화소 회로의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 PWM 구동 서브프레임과 PAM 구동 전류레벨을 나타낸 예시도이다.
도 22는 도 20의 화소 회로의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 PWM 구동 서브프레임과 PAM 구동 전류레벨의 다른 형태를 나타낸 예시도이다.
도 23는 본 실시예의 하이브리드 구동 방법을 적용할 수 있는 또 다른 형태의 화소 회로에 대한 도면이다.
도 24는 도 23의 화소 회로에 적용할 수 있는 작동 타이밍도이다.
도 25는 본 실시예의 하이브리드 구동 방법을 이용하는 디스플레이 모듈에 대한 개략적인 블록도이다.
도 26은 비교예의 디스플레이 모듈의 데이터 드라이버에 사용되는 디코더를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 27은 도 25의 디스플레이 모듈에 채용할 수 있는 데이터 드라이버의 디코더에 대한 개략적인 예시도이다.
도 28은 도 25의 디스플레이 모듈에 채용할 수 있는 데이터 드라이버의 디코더의 다른 구조에 대한 예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 적어도 하나"는 "A 또는 B 중에서 적어도 하나" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 적어도 하나"를 의미할 수 있다. 또한, 본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 하나 이상"은 "A 또는 B 중에서 하나 이상" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 하나 이상"을 의미할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화소 회로 구동 방법(이하 간략히 '하이브리드 구동 방법'이라고 한다)을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 하이브리드 구동 방법은 LED(light emitting diode), OLED(organic LED), QLED(quantum dot LED) 등의 발광 소자(lighting device)에 구동 전류를 공급하는 화소 회로의 새로운 밝기 조절 방법을 제공한다.
하이브리드 구동 방법은 제1 전원전압(VDD)과 제2 전원전압 사이에 전류원(10)과 직렬로 연결되는 발광 소자에 대해 원하는 밝기나 계조에 대응하는 전류를 공급하도록 구성된다. 전류원(10)은 구동 트랜지스터이나 이와 동일한 기능을 수행하는 구성부를 포함할 수 있다. 구동 트랜지스터는 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 그리고 제2 전원전압은 그라운드 전위를 포함할 수 있다.
이를 위해 하이브리드 구동 방법은 전류원(10)을 제어하기 위한 신호 레벨을 조정하는 스위치(switch, 20)를 구비한다. 스위치는 반도체 트랜지스터 또는 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.
스위치(20)는 발광 소자를 1회 구동하기 위한 하나의 프레임 또는 하나의 프레임 시간 동안에 복수의 서브 프레임들(sub-frames)를 가진 서브프레임 PWM 신호(sub-frame PWM signal)(이하 간략히 'PWM 신호')에 따라 결정되는 일정 시간동안 턴온 동작하도록 구성될 수 있다.
또한, 스위치(20)는 PWM(pulse width modulation) 신호에 따라 일정 시간 동안 서로 다른 적어도 복수의 PAM(pulse amplitude modulation) 신호들에서 선택된 어느 하나의 PAM 신호를 전류원(10)에 인가하도록 구성될 수 있다.
PAM 신호는 데이터 신호로써 전류원(10)이 특정 밝기(luminance)나 특정 계조에 대응하는 세기나 레벨의 전류를 발광 소자에 공급하도록 전류원(10)의 동작을 제어하는데 이용된다.
전술한 스위치(20)는 전류원(10)을 제어하기 위한 가장 간단하고 적합한 수단으로서, 전술한 스위치(20)의 동작을 수행할 수 있다면, 다른 스위치 회로나 제어 신호 발생 회로나 제어 구조로 다양하게 변형하거나 대체할 수 있음은 물론이다.
도 3은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 기본 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 하이브리드 구동 방법은 발광 소자에 결합되는 화소 회로의 스위치(도 2의 20 참조)가 3개의 PAM 구동 전류레벨들과 단일 프레임내에 4개의 서브프레임들을 가진 PWM 신호 예컨대, PWM 스위칭 제어 신호에 의해 동작하도록 구성된다. 여기서, 4개의 서브프레임들 각각은 3개의 PAM 구동 전류레벨들 중 어느 하나가 선택되는 PWM 신호 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 하이브리드 구동 방법은 3개의 PAM 구동 전류레벨들과 PWM 신호의 4개의 서브프레임들의 각각의 곱의 합에 의해 결정되는 3진수의 특정 계조를 표현할 수 있다.
3개의 PAM 구동 전류레벨들은 데이터 드라이버에 의한 3개의 데이터 소스들(DATA0, DATA1, DATA2)에 의해 스위치의 제1 단자에 각각 인가되는 데이터 전압들(VData0, VData1, VData2)에 대응하여 생성될 수 있다. 이러한 서로 다른 레벨의 데이터 전압들(VData0, VData1, VData2)은 스위치의 제1 단자에 연결되는 적어도 하나의 특정 데이터 라인을 통해 소정 전압이나 전류 또는 데이터 신호를 인가하는 데이터 드라이버에 의해 생성되고 공급될 수 있다.
4개의 서브프레임들은 바이너리 가중치를 적용한(binary weighted) 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 4개의 서브프레임들은 단일 프레임 시간(1 frame time) 내에서 최하위 비트의 서브 프레임(LSB sub-frame)을 기준으로 2의 거듭제곱에 대응하는 시간이 순차적으로 증가하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 단일 프레임 내에서 최상위 비트의 서브프레임(MSB sub-frame)은 23의 서브프레임 시간을 가질 수 있고, 최하위 비트의 서브프레임은 20의 서브프레임 시간을 가질 수 있다. 4개의 서브프레임들 각각의 사이에는 스캔 시간이 각각 배치될 수 있으나, 구동 방식에 따라 스캔 시간은 서브프레임 시간과 중첩되는 것도 가능하다. 이러한 복수의 서브프레임들은 스위치의 제어 단자에 연결되는 적어도 하나의 특정 스캔 라인을 통해 소정 전압이나 전류 또는 스캔 신호를 인가하는 스캔 드라이버에 의해 생성되고 공급될 수 있다.
전술한 데이터 드라이버와 스캔 드라이버는 디스플레이 모듈(도 25의 100 참조)의 일부 구성일 수 있다. 디스플레이 모듈은 데이터 드라이버와 스캔 드라이버에 의해 각각 동작하는 복수의 화소 회로들(130)이 매트릭스 형태로 배열되는 화소부(도 25의 130A 참조)를 구비할 수 있다. 그리고, 화소 회로의 스위치의 제1 단자는 데이터 드라이버에 연결된 데이터 라인에 연결되고, 스위치의 제어 단자는 스캔 라인에 연결된 스캔 라인에 연결되며, 스위치의 제2 단자는 발광 소자에 원하는 계조에 대응하는 전류를 공급하는 전류원(도 2의 10 참조)에 연결된다. 전류원은 구동 트랜지스터로 지칭되고 박막 트랜지스터 구조를 구비할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 2개의 트랜지스터들과 1개의 캐패시터를 포함한 화소 회로 등에서 구동 트랜지스터의 특성 편차에 대한 영향을 최소화하면서 원하는 계조를 효과적으로 표현할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 데이터 라인을 통해 화소 회로의 스위치의 제1 단자에 인가되는 복수의 PAM 신호레벨들을 3개의 레벨들로 설명하고, 스캔 라인을 통해 스위치의 제어 단자에 인가되는 복수의 PWM 서브프레임들을 4개의 서브프레임들로 설명하였지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 적어도 2개 이상의 PAM 신호레벨들과 적어도 2개 이상의 서브 프레임들을 이용하여 구성될 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 제1 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 4의 제1 구동 원리에 사용되는 PWM 구동 서브프레임과 PAM 구동 전류레벨을 개략적으로 보여주는 예시도이다.
도 4를 참조하면, 하이브리드 구동 방법은 전류원을 제어하여 발광 소자가 특정 밝기나 계조를 표현하도록 하기 위해 4개의 PAM(pluse amplitude modulation) 신호레벨들에서 선택된 어느 하나의 PAM 신호를 단일 프레임 내 4개의 서브프레임들에 대응하는 PWM 신호들에 따른 각각의 스위치 턴온 타이밍에 구동 트랜지스터의 제어 단자에 인가하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 일반적인 디지털 구동에서의 11100100을 표현하기 위해 4 진수의 3210으로 하이브리드 구동을 수행할 수 있다. 이 경우, 하이브리드 구동 방법은 최상위 비트(most significant bit, MSB)의 서브프레임 시간(MSB sub-frame time) 동안 3레벨의 크기를 가진 PAM 신호와, 제2 서브프레임 시간 동안 2레벨의 크기를 가진 PAM 신호와, 제3 서브프레임 시간 동안 1레벨의 크기를 가진 PAM 신호와, 최하위 비트(least significant bit, LSB)의 서브 프레임 시간(LSB sub-frame time) 동안 0레벨의 크기를 가진 PAM 신호의 합으로 전류원을 제어할 수 있다.
또한, 예들 들면 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 일반적인 디지털 구동에서의 11011000을 표현하기 위해 4 진수의 3120으로 하이브리드 구동을 수행할 수 있다. 이 경우, 하이브리드 구동 방법은 MSB 서브프레임 시간 동안 3레벨의 크기를 가진 PAM 신호와, 제2 서브프레임 시간 동안 1레벨의 크기를 가진 PAM 신호와 제3 서브프레임 시간 동안 2레벨의 크기를 가진 PAM 신호와, LSB 서브 프레임 시간 동안 0레벨의 크기를 가진 PAM 신호의 합으로 전류원을 제어할 수 있다.
전술한 하이브리드 구동 방법은 도 5에 도시한 바와 같이, 단일 프레임(1 frame)의 4개의 서브프레임들(4 sub-frames)에서 4개의 PAM 신호레벨들(DATA0, DATA1, DATA2, DATA3)에 대응하는 구동 전류레벨들을 각각 가지는 PWM 구동 방식에 대응될 수 있다. 이 경우, 하이브리드 구동 방법은 4개의 구동 전압레벨이나 구동 전류레벨을 가지는 PAM 신호레벨들과 4개의 서브프레임들을 가진 PWM 신호의 서브프레임들에 의해 8-비트의 계조들 중 원하는 계조를 효과적으로 표현할 수 있다.
도 6은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 제2 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 도 6의 제2 구동 원리에 사용되는 PWM 구동 서브프레임과 PAM 구동 전류레벨을 개략적으로 보여주는 예시도이다.
도 6을 참조하면, 하이브리드 구동 방법은 전류원을 제어하여 발광 소자가 특정 비트의 밝기(luminance)나 계조를 표현하도록 하기 위해 서로 다른 적어도 16개의 PAM(pluse amplitude modulation) 신호들에서 선택된 2개의 PAM 신호레벨들을 단일 프레임 내에 2개의 서브 프레임들을 가진 PWM 신호들의 각 서브프레임에 각각 적용하도록 구성될 수 있다. 여기서, PAM 신호레벨들 중에서 선택된 2개의 특정 PAM 신호레벨들은 PWM 신호의 단일 프레임의 2개의 서브프레임들 각각의 시간 동안에 스위치의 제1 단자에 인가될 수 있다. 스위치의 제2 단자는 발광 소자에 원하는 계조에 대응하는 전류를 공급하는 구동 트랜지스터의 제어 단자에 연결되고, 스위치의 제어 단자에는 상기의 PWM 신호가 인가된다.
전술한 경우, 예를 들면 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 일반적인 디지털 구동에서의 11100100을 표현하기 위해 16 진수의 14와 4로 하이브리드 구동을 수행할 수 있다. 이 경우, 하이브리드 구동 방법은 단일 프레임 내 2개의 서브 프레임들에 대하여 MSB 서브프레임 시간 동안 14레벨의 크기를 가진 PAM 신호와 LSB 서브프레임 시간 동안 4레벨의 크기를 가진 PAM 신호를 스위치를 통해 전류원 즉 구동 트랜지스터의 제어 단자에 각각 인가하여 구동 트랜지스터에 흐르는 전류를 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 예들 들면 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 일반적인 디지털 구동에서의 11011000을 표현하기 위해 16 진수의 12와 8로 하이브리드 구동을 수행할 수 있다. 이 경우, 하이브리드 구동 방법은 스캔 시간의 단일 프레임 내 2개의 서브프레임들에 대해 제1 서브프레임 또는 MSB 서브프레임 시간 동안 12레벨의 크기를 가진 PAM 신호와 제2 서브프레임 또는 LSB 서브프레임 시간 동안 8레벨의 크기를 가진 PAM 신호를, 스위치를 통해, 전류원 즉 구동 트랜지스터의 제어 단자에 각각 인가하여 구동 트랜지스터에 흐르는 전류를 제어하도록 구성될 수 있다.
여기서, MSB 서브프레임과 LSB 서브프레임으로 구성되는 2개의 서브프레임들 각각은 기재된 순서대로 16(161) 및 1(160)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨 내지 15레벨의 16개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
전술한 하이브리드 구동 방법은 도 7에 도시한 바와 같이, 16개의 PAM 구동 전압레벨들(VDATA0, VDATA1, VDATA2, …, VDATA15)과 2개의 서브프레임들을 가지는 PWM 신호를 이용하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 하이브리드 구동 방법은 발광 소자를 구동하는 화소 회로가 16개의 PAM 구동 전압레벨들과 PWM 신호의 2개의 서브프레임들을 이용하여 구동 트랜지스터의 특성 편차의 영향을 최소화하면서 8-비트의 계조들 중 원하는 계조, 예컨대를 균일하게 표시하도록 구성될 수 있다.
이하에서 일반적인 디지털 구동 방법과 본 실시예의 3진수 내지 16진수 중 어느 하나의 하이브리드 구동 방법을 대비하여 설명하면 다음과 같다.
도 8은 비교예의 디지털 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 비교예의 디지털 구동 방법은 예를 들어 8-비트 계조 중 이진수의 11100100에 대응하는 특정 계조를 표현하기 위해 8개의 서브프레임들 중 MSB 서브프레임과 2번째 내지 4번째 및 6번째 서브프레임들을 각각 레벨 1로 표현하고, 나머지 5번째와 7번째 서브프레임들과 LSB 서브프레임을 각각 레벨 0으로 표현하도록 구성된다. 여기서, 8-비트 계조 표현을 위한 8개의 서브프레임들은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 128(27), 64(26), 32(25), 16(24), 8(23), 4(22), 2(21), 1(20)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가진다.
이와 같이, 비교예의 디지털 구동 방법은 8-비트 계조에서 2진수의 11100100에 대응하는 특정 계조 또는 특정 밝기(luminance)를 표현하기 위해 8개의 서브프레임들 중 MSB 서브프레임과 2번째 내지 4번째 및 6번째 서브프레임들에서 미리 설정된 단일 레벨 1(level 1)의 데이터 신호를 구동 트랜지스터의 제어 단자에 인가하는 것에 대응된다.
도 9는 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 3진수 기반 제3 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 하이브리드 구동 방법은, 예를 들어 십진수의 228 또는 이진수의 11100100에 대응하는 3진수의 022110의 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 6개의 서브프레임들에 있어서 MSB 서브프레임에 0레벨의 크기를 가진 PAM 신호와, 제2 서브프레임에 2레벨의 PAM 신호와, 제3 서브프레임에 2레벨의 PAM 신호와, 제4 서브프레임에 1레벨의 PAM 신호와, 제5 서브프레임에 1레벨의 PAM 신호, 및 LSM 서브프레임에 0레벨의 PAM 신호를 스위치를 통해 전류원 즉 구동 트랜지스터의 제어 단자에 각각 인가할 수 있다. 이에 의하면, 구동 트랜지스터는 상기의 특정 계조에 대응하는 전류가 발광 소자에 흐르도록 동작할 수 있다.
여기서, 하이브리드 구동 방법에 이용되는 단일 프레임 내 6개의 서브프레임들은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 243(35), 81(34), 27(23), 9(22), 3(31), 1(30)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨, 1레벨 및 2레벨의 3개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
도 10은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 4진수 기반 제4 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 하이브리드 구동 방법은, 예를 들어 십진수의 228 또는 이진수의 11100100에 대응하는 4진수의 3210의 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 4개의 서브프레임들에 있어서 MSB 서브프레임에 3레벨의 크기를 가진 PAM 신호와, 제2 서브프레임에 2레벨의 PAM 신호와, 제3 서브프레임에 1레벨의 PAM 신호, 및 LSM 서브프레임에 0레벨의 PAM 신호를 스위치를 통해 구동 트랜지스터의 제어 단자에 각각 인가할 수 있다.
여기서, 하이브리드 구동 방법에 이용되는 단일 프레임 내 4개의 서브프레임들은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 64(43), 16(42), 4(41), 1(40)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨, 1레벨, 2레벨 및 3레벨의 4개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
도 11은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 5진수 기반 제5 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 하이브리드 구동 방법은, 예를 들어 십진수의 228 또는 이진수의 11100100에 대응하는 5진수의 1403의 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 4개의 서브프레임들에 있어서 MSB 서브프레임에 1레벨의 크기를 가진 PAM 신호와, 제2 서브프레임에 4레벨의 PAM 신호와, 제3 서브프레임에 0레벨의 PAM 신호, 및 LSM 서브프레임에 3레벨의 PAM 신호를 스위치를 통해 구동 트랜지스터의 제어 단자에 각각 인가할 수 있다.
여기서, 하이브리드 구동 방법에 이용되는 단일 프레임 내 4개의 서브프레임들은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 125(53), 25(52), 5(51), 1(50)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨, 1레벨, 2레벨, 3레벨 및 4레벨의 5개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
도 12는 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 6진수 기반 제6 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 하이브리드 구동 방법은, 예를 들어 십진수의 228 또는 이진수의 11100100에 대응하는 6진수의 1020의 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 4개의 서브프레임들에 있어서 MSB 서브프레임에 1레벨의 크기를 가진 PAM 신호와, 제2 서브프레임에 0레벨의 PAM 신호와, 제3 서브프레임에 2레벨의 PAM 신호, 및 LSM 서브프레임에 0레벨의 PAM 신호를 스위치를 통해 구동 트랜지스터의 제어 단자에 각각 인가할 수 있다.
여기서, 하이브리드 구동 방법에 이용되는 단일 프레임 내 4개의 서브프레임들은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 216(63), 36(62), 6(61), 1(60)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨 내지 5레벨의 6개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
도 13은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 7진수 기반 제7 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 하이브리드 구동 방법은, 예를 들어 십진수의 228 또는 이진수의 11100100에 대응하는 7진수의 444의 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 3개의 서브프레임들에 있어서 MSB 서브프레임에 4레벨의 크기를 가진 PAM 신호와, 제2 서브프레임에 4레벨의 PAM 신호, 및 LSM 서브프레임에 4레벨의 PAM 신호를 스위치를 통해 구동 트랜지스터의 제어 단자에 각각 인가할 수 있다.
여기서, 하이브리드 구동 방법에 이용되는 단일 프레임 내 4개의 서브프레임들은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 49(72), 7(71), 1(70)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨 내지 6레벨의 7개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
한편, 하이브리드 구동 방법은, 8진수의 특정 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 3개의 서브프레임들을 이용할 수 있고, 각 서브프레임은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 64(82), 8(81), 1(80)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨 내지 7레벨의 8개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
또한, 하이브리드 구동 방법은, 9진수의 특정 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 3개의 서브프레임들을 이용할 수 있고, 각 서브프레임은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 81(92), 9(91), 1(90)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨 내지 8레벨의 9개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
또한, 하이브리드 구동 방법은, 10진수의 특정 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 3개의 서브프레임들을 이용할 수 있고, 각 서브프레임은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 100(102), 10(101), 1(100)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨 내지 9레벨의 10개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
또한, 하이브리드 구동 방법은, 11진수의 특정 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 3개의 서브프레임들을 이용할 수 있고, 각 서브프레임은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 121(112), 11(111), 1(110)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨 내지 10레벨의 11개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
또한, 하이브리드 구동 방법은, 12진수의 특정 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 3개의 서브프레임들을 이용할 수 있고, 각 서브프레임은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 144(122), 12(121), 1(120)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨 내지 11레벨의 12개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
또한, 하이브리드 구동 방법은, 13진수의 특정 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 3개의 서브프레임들을 이용할 수 있고, 각 서브프레임은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 169(132), 13(131), 1(130)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨 내지 12레벨의 13개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
또한, 하이브리드 구동 방법은, 14진수의 특정 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 3개의 서브프레임들을 이용할 수 있고, 각 서브프레임은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 196(142), 14(141), 1(140)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨 내지 13레벨의 14개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
또한, 하이브리드 구동 방법은, 15진수의 특정 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 3개의 서브프레임들을 이용할 수 있고, 각 서브프레임은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 기재된 순서대로 225(152), 15(151), 1(150)의 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치를 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨 내지 14레벨의 15개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
그리고, 16진수의 특정 계조를 표현하는 하이브리드 구동 방법은, 도 6의 (a) 및 (b)와 해당 상세 설명을 참조할 수 있다.
전술한 바와 같이 하이브리드 구동 방법은 PAM 구동과 PWM 구동을 특유의 방식으로 조합하여 구동 트랜지스터의 특성 편차에 의한 영향을 최소화하면서 8-비트의 256 그레이 레벨들을 효과적으로 표현할 수 있다.
전술한 실시예에서의 특정 계조 예를 들어 10진수의 228 또는 2진수의 11100100의 계조를 표현하는 하이브리드 구동 방법의 서브프레임 개수와 서브프레임 길이 비율 각각을 비교예와 대비하여 나타내면 다음의 표 1과 같다.
진수법 데이터
표현		 서브프레임
개수		 서브프레임
길이비율		 10진수
대응값
비교예 2 11100100 8 128:64:32:16:8:4:2:1 228
본실시예 3 022110 6 81:27:9:6.5:3:1 228
4 3210 4 64:16:4:1 228
5 1403 4 32.75:25:5:1 228
6 1020 4 36:8:6:1 228
7 444 3 34.5:7:1 228
8 344 3 27.42:8:1 228
9 273 3 18.33:9:1 228
10 228 3 17.34:9:1 228
11 198 3 (생략) 228
12 170 3 (생략) 228
13 147 3 (생략) 228
14 124 3 (생략) 228
15 103 3 (생략) 228
16 E4 2 (생략) 228
다만, 각 진수법에 대응하는 복수의 레벨들 각각을 표현하는 방법의 서브프레임의 길이 비는 표 1의 실시예로 한정되지 않고, 4진수의 4레벨과 16진수의 16레벨을 제외하고 다른 진수법의 각 레벨에서 다양하게 변형하여 생성할 수 있다.
도 14 내지 도 16은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 3진수 기반 제4 구동 원리의 변형예(제8구동 원리)를 설명하기 위한 도면들이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 3진수 또는 3레벨 표현 방법을 이용하는 하이브리드 구동 방법은 8-비트 256 계조 기준으로 3진수의 255레벨의 계조를 표현하기 위해 이용하는 3개의 서브프레임들의 길이 비 혹은 가중치를 [81: 27: 9: 6.5: 3: 1], [81: 27: 8.5: 7: 3: 1] 및 [81: 24.5: 9: 9: 3: 1] 중에서 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
전술한 본 실시예에 따른 하이브리드 구동 방법은 16진수 이상도 구현이 가능하지만, 16진수 이상의 구현은 8-비트 계조의 표현에 효과적이지 않으므로, 그에 대한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 16진수 이상의 구현은 10-비트 1024 계조(gray scale / gradation), 12-비트 4096 계조 등을 표현하는데 효과적이다.
도 17은 비교예의 12-비트 기반 디지털 구동 방법을 나타낸 예시도이다. 도 18은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 12-비트 기반 제9 구동 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 17에 나타낸 바와 같이 비교예의 12-비트 기반 디지털 구동 방법은 2진수의 특정 계조를 표현하기 위해 단일 프레임 내 12개의 서브프레임들을 배치하고, 각 서브프레임에 1레벨 밝기(luminance)에 대응하는 신호를 인가하거나 인가하지 않도록 구성된다. 예를 들어, 비교예의 12-비트 디지털 구동 방법은 2진수의 111001000000의 계조를 표현하기 위해 MSB 서브프레임과, 2번째, 3번째, 6번째 서브프레임들에서만 1레벨의 휘도에 대응하는 데이터 신호를 구동 트랜지스터의 제어 단자에 인가하도록 구성된다.
따라서, 비교예의 12-비트 기반 디지털 구동 방법은 LSB 서브프레임만으로 제어되는 계조나 LSB 서브프레임과 11번째 서브프레임만으로 제어되는 계조 등의 저계조 동작에서 구동 트랜지스터의 특성 편차에 의해 균일한 밝기의 계조를 제대로 표현하지 못하는 문제를 나타낼 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 12-비트 기반 하이브리드 구동 방법은, 도 18에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 십진수의 3,648 또는 이진수의 111001000000에 대응하는 12진수의 321000의 계조를 표현하기 위해, 단일 프레임 내 6개의 서브프레임들에 있어서 MSB 서브프레임에 3레벨의 크기를 가진 PAM 신호와, 제2 서브프레임에 2레벨의 PAM 신호와, 제3 서브프레임에 1레벨의 PAM 신호와, 제4 서브프레임에 0레벨의 PAM 신호와, 제5 서브프레임에 0레벨의 PAM 신호, 및 LSM 서브프레임에 0레벨의 PAM 신호를, 스위치를 통해 구동 트랜지스터의 제어 단자에 순차적으로 인가하도록 구성될 수 있다.
여기서, 12-비트 기반 하이브리드 구동 방법에 이용되는 단일 프레임 내 6개의 서브프레임들은 MSB 서브프레임에서 LSB 서브프레임으로 가면서 서브프레임 시간 길이에 대한 가중치가 소정 값의 지수승이 선형적으로 작아지는 값을 각각 가질 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법에 이용되는 PAM 신호는 0레벨 내지 3레벨의 4개의 신호레벨들을 가질 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 하이브리드 구동 방법은 비교예의 디지털 구동 방법의 서브프레임들의 개수보다 작은 서브프레임들의 개수를 사용함으로써 LSB 서브프레임의 시간을 증가시켜 1레벨 그레이의 표현 시 비교예 대비 10배 이상의 저계조 전류를 구동 트랜지스터에 흐르도록 제어함으로써 노이즈(noise), 누설(leakage), 스트레스(stress) 등에 강인한 특성을 가질 수 있다.
도 19는 본 실시예의 하이브리드 구동 방법을 적용할 수 있는 화소 회로에 대한 회로도이다.
도 19를 참조하면, 하이브리드 구동 방법에 적용가능한 화소 회로는 2개의 트랜지스터(M1, M2)와 1개의 캐패시터(C1)를 포함한 구조를 포함할 수 있다. 2개의 트랜지스터들 중 제1 트랜지스터(M1)는 스위칭 박막 트랜지스터에 대응하고, 제2 트랜지스터(M2)는 OLED(organic light emitting diode) 등의 발광 소자의 전류량 제어를 위한 구동 트랜지스터 또는 구동 박막 트랜지스터에 대응할 수 있다. 그리고 하나의 커패시터(C1)는 단일 프레임(frame) 동안 제1 트랜지스터(M1)를 통해 제2 트랜지스터(M2)의 제어 단자에 인가되는 데이터(data) 전압을 유지한다.
화소 회소에서, 제1 트랜지스터(M1)의 제1 단자는 m번째 데이터 라인(data(m))에 연결되고, 제1 트랜지스터(M1)의 제어 단자(이하 제1 제어 단자라고도 함)는 n번째 게이트(gate(n)) 라인 또는 스캔 라인에 연결되며, 제1 트랜지스터(M1)의 제2 단자는 구동 트랜지스터(M2)의 제어 단자(이하 제2 제어 단자라고도 함)와 커패시터(C1)의 제2 단자에 공통 연결된다. 상기의 m 및 n은 임의의 자연수이다. 공통 연결 노드는 소정의 전압(VG)을 가진다.
그리고, 구동 트랜지스터(M2)의 제1 단자는 제1 전원전압(ELVDD)과 커패시터의 제2 단자에 공통 연결되고, 구동 트랜지스터(M2)의 제2 단자는 OLED(organic light emitting diode)의 애노드와 같이 발광 소자의 제1 단자에 연결된다. 발광 소자의 제2 단자는 제2 전원전압(ELVSS)이나 그라운드에 연결된다.
전술한 화소 회로는 원하는 계조를 표현하기 위해 단일 프레임 내 복수의 서브프레임들에 대한 PWM 신호에 의해 결정되는 시간 동안에 PWM 신호의 각 서브프레임에 대하여 결정되는 복수의 PAM 신호레벨들 중 어느 하나를 제1 트랜지스터(M1)를 통해 구동 트랜지스터(M2)의 제2 제어 단자에 인가하도록 동작한다.
전술한 구성의 화소 회로는 DPS(display period separated) 방식으로 구동될 수 있다. DSP 구동은 스캔 시간(scan time)과 발광 소자의 발광 시간(emission time)이 중첩되지 않고 구분되도록 동작하며, 스캔 시간과 발광 시간이 중첩되는 SES(simultaneous erasing scan) 구동 방식에 비해 발광 소자의 발광 시간이 상대적으로 짧다.
이와 같이, 본 실시예에 의한 하이브리드 구동 방법은 LED, OLED, QLED 등의 발광 소자를 구동하기 위한 가장 간소화된 화소 회로에도 효과적으로 적용될 수 있다. 즉, 본 실시예의 하이브리드 구동 방법은 동일 구성의 화소 회로에 적용되는 기존의 화소 회로 구동 방법에 의한 저계조 표현에서 약 10%의 오차를 발생시켜 디스플레이 장치의 밝기 불균일성을 유발시키는 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, N-비트 서브프레임에 요구되는 전력을 수배 정도 증가시키고, 서브프레임의 구현을 용이하게 하며, 전류원인 구동 트랜지스터를 스위치와 같이 사용함으로써 발광 소자의 애노드 전압을 실질적으로 일정하게 고정시켜 발광 소자의 편차를 효과적으로 보상할 수 있다.
도 20은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법을 적용할 수 있는 또 다른 회소 회로에 대한 회로도이다.
도 20을 참조하면, 하이브리드 구동 방법에 적용가능한 화소 회로는 3개의 트랜지스터(M1, M2, M3)와 1개의 캐패시터(C1)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 화소 회소에서, 제1 트랜지스터(M1)의 제1 단자는 m번째 데이터 라인(data(m))에 연결되고, 제1 트랜지스터(M1)의 제1 제어 단자는 n번째 게이트(gate(n)) 라인 또는 스캔 라인에 연결되며, 제1 트랜지스터(M1)의 제2 단자는 구동 트랜지스터(M2)의 제어 단자와 커패시터(C1)의 제2 단자에 공통 연결된다.
구동 트랜지스터(M2)의 제1 단자는 제1 전원전압(ELVDD)과 커패시터의 제2 단자에 공통 연결되고, 구동 트랜지스터(M2)의 제2 단자는 OLED(organic light emitting diode)의 애노드와 같이 발광 소자의 제1 단자에 연결된다. 발광 소자의 제2 단자는 제2 전원전압(ELVSS)이나 그라운드에 연결된다. 구동 트랜지스터(M2)는 제2 트랜지스터로 지칭될 수 있다.
그리고 제3 트랜지스터(M3)의 제1 단자는 제1 전원전압(ELVDD)에 연결되고, 제3 트랜지스터(M3)의 제어 단자(이하 제3 제어 단자라고도 함)는 n번째 소거 라인(ES(n)) 또는 소거 배선에 연결되고, 제3 트랜지스터(M3)의 제2 단자는 제1 트랜지스터(M1)의 제2 단자와 구동 트랜지스터(M2)의 제어 단자와 커패시터(C1)의 제2 단자에 공통 연결된다.
전술한 구성의 화소 회로는 SES(simultanceous erasing scan) 방식으로 구동될 수 있다. SES 구동은 발광 소자의 발광 시간(emission time)과 스캔 시간(scan time)의 길이에 따라 제3 트랜지스터(M3)를 통한 소거(erasing) 동작으로 발광 시간과 스캔 시간이 중첩되도록 동작하며, 발광 소자의 발광 시간이 DPS 방식 대비 상대적으로 길다.
이와 같이, 본 실시예에 의한 하이브리드 구동 방법은 LED, OLED, QLED 등의 발광 소자를 구동하기 위한 3T1C(3 transistors and 1 capacitor)의 화소 회로에도 효과적으로 적용될 수 있다. 즉, 본 실시예의 하이브리드 구동 방법은 동일 구성의 화소 회로에 적용되는 기존의 화소 회로 구동 방법에 비해 저계조 표현에서의 오차를 제거하면서 N-비트 서브프레임에 요구되는 전력을 수배 정도 증가시키고 서브프레임의 구현을 용이하게 하며, 구동 트랜지스터를 스위치로 사용함으로써 발광 소자의 애노드 전압을 실질적으로 일정하게 고정시켜 발광 소자의 편차를 효과적으로 보상할 수 있다.
도 21은 도 20의 화소 회로의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 PWM 구동 서브프레임과 PAM 구동 전류레벨의 일례를 개략적으로 보여주는 예시도이다.
도 21을 참조하면, 하이브리드 구동 방법은 데이터 드라이버의 4개의 순차적이거나 병렬적인 데이터 소스(DATA0, DATA1, DATA2, DATA3)에 의한 4개의 PAM 구동 전류레벨들과 단일 프레임 내 4개의 서브프레임들을 가지는 PWM 신호를 이용한다. 4개의 PAM 구동 전류레벨들은 각각 소정의 데이터 전압(VDATA0, VDATA1, VDATA2, VDATA3)을 구비할 수 있다. 그리고 하이브리드 구동 방법은 SES 구동 방식으로 구동될 수 있다.
따라서, 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에서 발광 소자의 발광 시간에는 인접한 서브프레임들 사이에는 구분된 스캔 시간이 존재하지 않고, 발광 시간은 스캔 시간과 중첩되고, 발광 시간과 중첩되는 스캔 시간에 커패시터를 충전하도록 제3 트랜지스터가 턴온 동작할 수 있다.
도 22는 도 20의 화소 회로의 하이브리드 구동 방법에 채용할 수 있는 PWM 구동 서브프레임과 PAM 구동 전류레벨의 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 예시도이다.
도 22를 참조하면, 하이브리드 구동 방법은 16개의 데이터 소스들(DATA0, DATA1, DATA2, …, DATA15)에 의한 16개의 PAM 구동 전류레벨들과 단일 프레임 내 2개의 서브프레임들을 가지는 PWM 신호를 이용한다. 그리고 하이브리드 구동 방법은 SES 구동 방식으로 구동된다.
따라서, 본 실시예의 하이브리드 구동 방법에서 발광 소자의 발광 시간에는 인접한 서브프레임들 사이에는 구분된 스캔 시간이 존재하지 않고, 발광 시간은 스캔 시간과 중첩되고, 발광 시간과 중첩되는 스캔 시간에 커패시터를 충전하도록 제3 트랜지스터가 턴온 동작할 수 있다.
도 23은 본 실시예의 하이브리드 구동 방법을 적용할 수 있는 또 다른 형태의 회소 회로에 대한 회로도이다. 도 24는 도 23의 화소 회로의 주요 작동 원리를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 23을 참조하면, 하이브리드 구동 방법에 적용가능한 화소 회로는 3개의 트랜지스터(M1, M2, M3)와 1개의 캐패시터(C1)를 포함한 구조를 구비할 수 있다.
본 화소 회소에서, 제1 트랜지스터(M1)의 제1 단자는 m번째 데이터 라인(data(m))에 연결되고, 제1 트랜지스터(M1)의 제1 제어 단자는 n번째 게이트 라인(gate(n))(스캔 라인이라고도 함)에 연결되며, 제1 트랜지스터(M1)의 제2 단자는 구동 트랜지스터(M2)의 제어 단자와 커패시터(C1)의 제2 단자에 공통 연결된다.
구동 트랜지스터(M2)의 제1 단자는 제1 전원전압(ELVDD)과 커패시터의 제2 단자에 공통 연결되고, 구동 트랜지스터(M2)의 제2 단자는 발광 소자의 제1 단자 즉, OLED(organic light emitting diode)의 애노드에 연결된다. 발광 소자의 제2 단자 즉, OLED의 캐소드는 제2 전원전압(ELVSS)이나 그라운드에 연결된다. 구동 트랜지스터(M2)는 제2 트랜지스터로 지칭될 수 있다.
그리고 제3 트랜지스터(M3)의 제1 단자는 제1 전원전압(ELVDD)에 연결되고, 제3 트랜지스터(M3)의 제3 제어 단자는 n번째 소거 라인(ES(n)) 또는 소거 배선에 연결되고, 제3 트랜지스터(M3)의 제2 단자는 제1 트랜지스터(M1)의 제2 단자와 구동 트랜지스터(M2)의 제어 단자와 커패시터(C1)의 제2 단자에 공통 연결된다.
전술한 구성의 화소 회로는 SES(simultanceous erasing scan) 방식으로 구동될 수 있다. SES 구동은 발광 소자의 발광 시간(emission time)과 스캔 시간(scan time)의 길이에 따라 제3 트랜지스터(M3)를 통한 소거(erasing) 동작으로 발광 시간과 스캔 시간이 중첩되도록 동작하며, 발광 소자의 발광 시간이 DPS 방식 대비 상대적으로 길다.
본 실시예의 하이브리드 구동 방법은 도 24에 도시한 바와 같이 제1 시간 동안의 n번째 스캔 라인(PS(n))의 PWM 신호에 따라 제1 트랜지스터(M1)가 턴온된 상태에서 n번째 소거 라인(ES(n))의 신호에 따라 제3 트랜지스터(M3)가 턴오프 동작하고, 발광 소자가 발광하는 발광(emission) 시간 동안 n번째 스캔 라인(PS(n))의 PWM 신호에 따라 제1 트랜지스터(M1)가 턴오프된 상태에서 n번째 소거 라인(ES(n))의 신호에 따라 제3 트랜지스터(M3)가 턴온 동작하는 과정을 반복하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 소거 라인(ES(n))의 제어 신호의 레벨에 따라 제3 트랜시스터(M3)는 턴오프 동작하고, 발광 소자는 플로팅(floating) 상태로 입력되는 데이터(data)에 따라 소정 레벨의 계조나 밝기를 표현하도록 동작할 수 있다.
도 25는 본 실시예의 하이브리드 구동 방법을 이용하는 디스플레이 모듈에 대한 개략적인 블록도이다.
도 25를 참조하면, 디스플레이 모듈(100)은, 데이터 드라이버(110), 게이트 드라이버(120), 화소부(130A), 타이밍 제어부(140) 및 전원공급장치(150)를 포함할 수 있다. 게이트 드라이버(120)는 스캔 드라이버로 지칭될 수 있다.
화소부(130A)는 데이터 드라이버(110)의 데이터 라인들(112)과 게이트 드라이버(120)의 스캔 라인들(122)이 교차되는 교차점 부근에 각각 위치하는 복수의 화소들(130)를 구비한다. 복수의 화소들(130) 각각은 디스플레이 장치의 화소부(130A)를 구성하는 단위 화소나 단위 화소의 서브 화소들 중 어느 하나에 대응될 수 있다.
데이터 드라이버(110)는 복수개로 구성되고 화소부(130A)의 일측 가장자리에 나열될 수 있다. 데이터 드라이버(110)는 제1 방향에서 화소부(130A) 내로 연장하는 복수의 데이터 라인들(112)을 구비하고 각 데이터 라인을 통해 각 화소(130)의 화소 회로에 데이터 신호를 공급할 수 있다. 데이터 신호는 서로 다른 적어도 2개 이상의 레벨들을 가진 PAM(pluse amplitude modulation) 신호들에서 선택된 어느 하나의 레벨의 PAM 신호를 포함할 수 있다.
게이트 드라이버(120)는 복수개로 구성되고 화소부(130A)의 또 다른 일측 가장자리에 나열될 수 있다. 게이트 드라이버(120)는 제1 방향과 대략 직교하는 제2 방향에서 화소부(130A) 내로 연장하는 복수의 스캔 라인들(122)을 구비하고 각 스캔 라인을 통해 각 화소(130)의 화소 회로에 스캔 신호를 공급할 수 있다. 스캔 신호는 표현하고자 하는 계조 데이터를 위한 비트수보다 작은 복수의 서브 프레임들을 가진 PWM(pulse width modulation) 신호를 포함할 수 있다.
타이밍 제어기(140)는 데이터 드라이버(110)와 게이트 드라이버(120)의 동작 타이밍을 제어한다. 타이밍 제어기(140)는 입력되는 매 프레임의 영상 신호에 기초하여 데이터 드라이버(110)에 PAM 신호를 전달하고, 게이트 드라이버(120)에 PWM 신호를 전달할 수 있다.
전원공급장치(150)는, 선택적으로 포함될 수 있는 구성요소로서, 배터리 등의 자체 전원을 포함하거나 외부의 상용 전원에 연결될 수 있고, 데이터 드라이버(110), 게이트 드라이버(120), 화소부(130A) 및 타이밍 제어기(140)에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
도 26은 비교예의 디스플레이 모듈의 데이터 드라이버에 사용되는 디코더를 개략적으로 나타낸 예시도이다. 도 27은 도 25의 디스플레이 모듈에 채용할 수 있는 데이터 드라이버의 디코더에 대한 개략적인 예시도이다. 그리고 도 28은 도 25의 디스플레이 모듈에 채용할 수 있는 데이터 드라이버의 디코더의 다른 구조에 대한 예시도이다.
도 26을 참조하면, 비교예의 디스플레이 모듈의 데이터 드라이버는 각 화소의 화소 회로에서 8-비트 밝기 또는 계조를 표현하기 위해 257개의 저항기들(R0 내지 R256)로 구성된 범용 저항 직렬회로(global R-string)를 통해 기준 전압(VREF1-VREFn)으로부터 분배되는 복수의 기준 입력 전압을 입력받는 8-비트(8-bit) 디코더(decoder)를 구비한다. 8-비트 디코더는 8-비트 내지 256-비트의 서로 다른 레벨들의 데이터 신호를 출력할 수 있고, 그 출력단에 증폭기가 구비될 수 있다.
한편, 도 27을 참조하면, 본 실시예의 디스플레이 모듈에 채용할 수 있는 데이터 드라이버의 디코더(decoder)는 5개의 저항기들(R0 내지 R4)로 구성된 범용 저항 직렬회로(global R-string)를 통해 기준 전압(VREF1-VREFn)으로부터 분배되는 복수의 기준 입력 전압을 입력받는 2-비트(2-bit) 디코더를 구비하도록 구성될 수 있다. 2-비트 디코더는 2-비트 내지 4-비트의 서로 다른 레벨들의 데이터 신호를 출력할 수 있고, 그 출력단에 증폭기를 구비할 수 있다.
이와 유사하게, 도 28을 참조하면, 본 실시예의 디스플레이 모듈에 채용할 수 있는 데이터 드라이버의 디코더(decoder)는 17개의 저항기들(R0 내지 R16)로 구성된 범용 저항 직렬회로(global R-string)를 통해 기준 전압(VREF1-VREFn)으로부터 분배되는 복수의 기준 입력 전압을 입력받는 4-비트(4-bit) 디코더를 구비할 수 있다. 4-비트 디코더는 4-비트 내지 16-비트의 서로 다른 레벨들의 데이터 신호를 출력할 수 있고, 그 출력단에 증폭기를 구비할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 디스플레이 모듈에 사용되는 데이터 드라이버는, 통상 100개 이상의 디코더가 사용되는 경우를 고려할 때, 비교예의 8-비트 데이터 드라이버의 인코더와 대비하여 약 32배 내지 256배 작은 면적 또는 크기를 가진 인코더를 구비할 수 있다.
한편, 전술한 실시예들의 화소 회로에서 제1 트랜지스터나 구동 트랜지스터는 기본적으로 P형 트랜지스터를 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, N형 트랜지스터를 사용하여 구현될 수 있음은 물론이다. 이 경우, N형 트랜지스터에 적합하게 변경되는 회로 구성이나 제어 신호의 레벨 등의 구성은 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로 그에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.
전술한 본 발명에 따른 방법들은 디스플레이 모듈에 연결되고 프로세서와 메모리를 가진 다양한 컴퓨터 장치 형태로 구현되거나 이러한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현될 수 있다. 프로그램 명령은 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 디스플레이 패널의 화소에 구비되는 발광 소자의 동작을 제어하는 화소 회로의 구동 방법으로서,
    상기 발광 소자에 요구되는 계조에 따라 상기 발광 소자를 전류 구동하는 제2 트랜지스터의 제어 단자에 제2 단자가 연결되는 제1 트랜지스터의 제1 단자에 복수 레벨들 가진 PAM(pulse amplitude modulation) 신호를 인가하는 단계; 및
    상기 계조에 따라 단일 프레임 내 복수의 서브프레임들을 가진 PWM(pulse width modulation) 신호에 의해 제어되는 상기 제1 트랜지스터의 턴온 시간에 대응하는 각 서브프레임 시간 동안에, 상기 PAM 신호에서 선택된 어느 하나의 레벨의 PAM 신호를 상기 제2 트랜지스터의 제어 단자에 인가하는 단계;
    를 포함하는 화소 회로 구동 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 PWM 신호의 서브 프레임들의 개수는 상기 발광 소자에 대하여 기설정되는 계조 표현을 위한 비트수보다 작은, 화소 회로 구동 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 화소 회로는 상기 제1 트랜지스터, 상기 제2 트랜지스터 및 커패시터를 포함하고,
    상기 제1 트랜지스터는 제1 단자, 제2 단자 및 제1 제어 단자를 구비하고,
    상기 제2 트랜지스터는 제1 단자, 제2 단자 및 제2 제어 단자를 구비하고,
    상기 제2 트랜지스터의 제1 단자와 제2 단자는 상기 발광 소자와 제1 전원전압에 각각 연결되고,
    상기 커패시터의 제1 단자는 상기 제2 트랜지스터의 제1 단자 또는 제2 단자에 연결되고, 상기 커패시터의 제2 단자는 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자와 상기 제2 트랜지스터의 제2 제어 단자에 공통 연결되는, 화소 회로 구동 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 화소 회로는 커패시터와 제3 트랜지스터를 더 구비하고, 상기 커패시터는 상기 제2 트랜지스터의 일측 단자와 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자 간에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제1 전원전압에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터의 제2 단자는 상기 커패시터의 제2 단자와 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자와 상기 제2 트랜지스터의 제2 제어 단자에 공통 연결되며,
    상기 제3 트랜지스터의 턴온 시켜 상기 커패시터를 충전시키는 단계를 더 포함하는, 화소 회로 구동 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 화소 회로는 커패시터와 제3 트랜지스터를 더 구비하고, 상기 커패시터는 상기 제2 트랜지스터의 일측 단자와 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자 간에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터는 상기 제1 전원전압과 상기 발광 소자 사이에 직렬 연결되며,
    상기 발광 소자의 발광 시간이 상기 어느 하나의 PWM 신호를 인가하는 스캔 시간과 중첩될 때 상기 제3 트랜지스터를 턴오프 시키는 단계를 더 포함하는, 화소 회로 구동 방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 어느 하나의 PWM 신호를 인가하는 스캔 시간은 상기 발광 소자의 발광 시간과 중첩되는, 화소 회로 구동 방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 어느 하나의 PWM 신호를 인가하는 스캔 시간은 상기 발광 소자의 발광 시간과 중첩되지 아니하는, 화소 회로 구동 방법.
  8. 디스플레이 패널의 화소에 구비되는 발광 소자의 동작을 제어하기 위한 화소 회로로서,
    상기 발광 소자와 제1 전원전압에 제1 단자와 제2 단자가 각각 연결되는 제2 트랜지스터;
    상기 제2 트랜지스터의 제어 단자에 제2 단자가 연결되고 제1 단자가 데이터 라인에 연결되는 제1 트랜지스터; 및
    상기 제1 전원전압에 제1 단자가 연결되고 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자와 상기 제2 트랜지스터의 제어 단자에 제2 단자가 공통 연결되는 커패시터;
    를 포함하고,
    상기 제1 트랜지스터의 제1 단자에는 상기 데이터 라인을 통해 복수 레벨들 가진 PAM(pulse amplitude modulation) 신호가 레벨 선택적으로 인가되고,
    상기 제1 트랜지스터의 제어 단자에는 미리 설정되는 비트수나 레벨들의 계조에 따라 단일 프레임 내 복수의 서브프레임들을 가진 PWM(pulse width modulation) 신호가 제어 단자에 인가되며,
    상기 PWM 신호에 의해 제어되는 상기 제1 트랜지스터의 턴온 시간 동안에, 상기 PWM 신호의 각 서브프레임 기간 동안에 상기 PAM 신호에서 선택된 어느 하나의 레벨의 PAM 신호를 상기 제2 트랜지스터의 제어 단자에 인가하는, 화소 회로.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 PWM 신호의 서브 프레임들의 개수는 상기 발광 소자에 대하여 기설정되는 계조 표현을 위한 비트수보다 작은, 화소 회로.
  10. 청구항 8에 있어서,
    제3 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 제3 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제1 전원전압에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터의 제2 단자는 상기 커패시터의 제2 단자와 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자와 상기 제2 트랜지스터의 제어 단자에 공통 연결되는, 화소 회로.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 커패시터는 상기 제3 트랜지스터의 턴온 구간에서 충전되는, 화소 회로.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 발광 소자 및 상기 커패시터의 제1 단자의 공통 연결점과 상기 제1 전원전압과의 사이에 직렬 연결되는 제3 트랜지스터를 더 포함하는, 화소 회로.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제3 트랜지스터는 상기 발광 소자의 발광 시간이 상기 PWM 신호를 인가하는 스캔 시간과 중첩될 때 턴오프되는, 화소 회로.
  14. 복수의 화소들이 배열되는 화소부;
    상기 화소부에 데이터 신호를 공급하는 데이터 드라이버;
    상기 화소부에 스캔 신호를 공급하는 게이트 드라이버; 및
    상기 데이터 드라이버와 상기 게이트 드라이버의 동작을 제어하는 타이밍 제어기;를 포함하고,
    상기 데이터 드라이버는, 상기 데이터 신호로서, 각 화소에 결합된 발광 소자에 요구되는 계조에 따라 제2 트랜지스터의 제어 단자에 제2 단자가 연결된 제1 트랜지스터의 제1 단자에 복수 레벨들 가진 PAM(pulse amplitude modulation) 신호를 인가하고,
    상기 게이트 드라이버는, 상기 스캔 신호로서, 상기 계조에 따라 단일 프레임 내 복수의 서브 프레임들을 가진 PWM(pulse width modulation) 신호를 상기 제1 트랜지스터의 제어 단자에 인가하며,
    상기 PAM 신호에서 선택된 어느 하나의 레벨의 PAM 신호가 상기 제1 트랜지스터의 턴온 시간 또는 각 서브프레임 동안에 상기 발광 소자에 계조 전류를 공급하는 상기 제2 트랜지스터의 제어 단자에 인가되는, 디스플레이 모듈.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 PWM 신호의 서브 프레임들의 개수는 적어도 하나의 화소 또는 적어도 하나의 화소에 포함되는 서브화소에 대하여 설정된 계조 데이터의 비트수보다 작은, 디스플레이 모듈.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 화소 또는 서브화소의 발광 소자를 전류 구동하는 화소 회로는,
    상기 발광 소자와 제1 전원전압에 제1 단자와 제2 단자가 각각 연결되는 제2 트랜지스터;
    상기 제2 트랜지스터의 제어 단자에 제2 단자가 연결되고 제1 단자가 데이터 라인에 연결되는 제1 트랜지스터; 및
    상기 제1 전원전압에 제1 단자가 연결되고 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자와 상기 제2 트랜지스터의 제어 단자에 제2 단자가 공통 연결되는 커패시터;
    를 구비하는 디스플레이 모듈.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 화소 회로는 제3 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 제3 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제1 전원전압에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터의 제2 단자는 상기 커패시터의 제2 단자와 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자와 상기 제2 트랜지스터의 제2 제어 단자에 공통 연결되며, 상기 커패시터는 상기 제3 트랜지스터의 턴온 구간에서 충전되는, 디스플레이 모듈.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 화소 회로는 상기 발광 소자 및 상기 커패시터의 제1 단자의 공통 연결점과 상기 제1 전원전압과의 사이에 직렬 연결되는 제3 트랜지스터를 더 포함하는, 디스플레이 모듈.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제3 트랜지스터는 상기 발광 소자의 발광 시간이 상기 어느 하나의 PWM 신호를 인가하는 스캔 시간과 중첩될 때 턴오프되는, 디스플레이 모듈.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 데이터 드라이버에 구비되는 디코더의 출력 채널 개수는 미리 설정되는 소정 비트로 표현가능한 계조의 개수보다 작은, 디스플레이 모듈.
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