KR20240008809A - 마이크로 led 구동 회로 - Google Patents

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KR20240008809A
KR20240008809A KR1020230090383A KR20230090383A KR20240008809A KR 20240008809 A KR20240008809 A KR 20240008809A KR 1020230090383 A KR1020230090383 A KR 1020230090383A KR 20230090383 A KR20230090383 A KR 20230090383A KR 20240008809 A KR20240008809 A KR 20240008809A
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이수연
강경수
박찬진
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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 마이크로 LED 구동 회로 에 관한 것으로서, 마이크로 LED의 발광 시간을 조절하는 PWM 회로부; 및 상기 PWM 데이터 전압에 기초하여 상기 마이크로 LED의 발광 동안 일정한 전류가 공급되도록 제어하는 CCG 회로부;를 포함한다.

Description

마이크로 LED 구동 회로{MICRO LED DRIVING CIRCUIT}
본 개시는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자발광 소자로 이루어진 픽셀 어레이를 포함하는 마이크로 LED 디스플레이 장치와 그에 포함되는 구동 회로에 관한 것이다.
종래, 적색 LED(Light Emitting Diode), 녹색 LED, 청색 LED와 같은 무기 발광 소자(이하에서, LED는 무기 발광 소자를 말한다.)를 서브 픽셀로 구동하는 디스플레이 패널에서는, PAM(Pulse Amplitude Modulation) 구동 방식을 통해 서브 픽셀의 계조를 표현하였다.
이 경우, 구동 전류의 크기(magnitude)에 따라, 발광하는 빛의 계조뿐 아니라 파장도 함께 변화하게 되어 영상의 색 재현성이 감소된다. 이러한 색 재현성의 감소는 특히 마이크로 LED 에서 두드러지게 발생한다.
일반적인 마이크로 LED는 100μm 이하 초소형 LED를 뜻하며 크기가 작음과 동시에 전력 소모량이 적어 디스플레이의 저 소비전력, 소형화, 경량화 등을 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한 발광 효율과 수명 등에서 약점을 보이는 유기발광 다이오드(OLED)와 달리 효율과 수명이 우수하며 영하 20
Figure pat00001
이하와 100
Figure pat00002
이상의 극한 상황에서도 작동이 가능하다. 이와 같은 차세대 디스플레이로서의 가능성으로 인해 국내외 많은 기업들이 현재 마이크로 LED에 대한 기술 투자를 강화하고 있다.
마이크로 LED 구동 회로는 매트릭스 형태로 배열된 마이크로 LED를 스캔 신호 및 데이터 전압을 통해 영상 표현에 사용되는 픽셀 및 계조를 구현하기 위한 회로이다. 일반적으로 하나의 픽셀을 구동하기 위해 하나의 화소 구동회로가 사용된다.
종래 OLED 기반 구동 회로는 계조를 표현할 때, OLED에 흐르는 전류의 양으로 계조를 표현하는 PAM (Pulse Amplitude Modulation) 구동방식을 사용하였다. PAM 방식을 이용할 경우 전류값을 조절하여 grayscale 을 표현하게 되며 이때 OLED에 흐르는 전류의 양은 구동 회로의 구동 트랜지스터 (Driving TFT)를 통해 제어하게 된다.
하지만 마이크로 LED는 전류의 양에 따라 파장이 변동되는 특성을 가지고 있어 PAM 구동방식으로 계조표현시, wavelength shift가 발생하여 픽셀 구동 과정에서 색이 변화하게 되면서 화면이 왜곡되는 현상이 발생하여 PAM 방식 구동이 어려운 문제가 있었다.
특히, 모듈러 타입의 마이크로 LED 디스플레이 패널을 복수 개로 연결하여 대형 디스플레이로 구현하는 방식의 경우, 각각의 모듈러마다 컬러 파장의 차이가 발생하여 계조표현의 문제점을 더욱 크게 야기하는 문제가 있었다.
따라서, 색 재현성을 향상시킬 수 있는 자발광 디스플레이 패널의 구동 방식에 대한 개발이 요구된다. 이때, 소비 전력, 휘도 균일성, 수평 크로스토크 문제 등도 함께 고려될 필요가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 개시의 목적은 마이크로 LED 표시장치에 있어서 PAM 구동 방식의 회로를 사용할 때 발생하는 문제를 개선하고 색 재현성이 향상된 마이크로 LED 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
또 다른 본 개시의 목적은 전류의 양을 통해 계조 표현을 하는 PAM 구동방식과 달리 전류의 양을 고정시키고 발광 시간 제어를 통해 디스플레이의 계조 표현을 구현할 수 있는 마이크로 LED 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 개시의 다른 목적은, 입력되는 영상 신호에 대해 향상된 색 재현성을 제공하는 마이크로 LED 디스플레이 장치 및 이의 구동 방법을 제공함에 있다.
본 개시의 또 다른 목적은, 보다 효율적이고 안정적으로 무기 발광 소자를 구동할 수 있는 서브 픽셀 회로를 제안하고 이를 포함하여 이루어진 디스플레이 장치 및 이의 구동 방법을 제공함에 있다.
본 개시의 또 다른 목적은, 무기 발광 소자를 구동하는 각종 회로의 설계를 최적화하여, 고밀도 집적에 적합한 구동 회로를 포함하는 디스플레이 장치 및 이의 구동 방법을 제공함에 있다.
본 개시의 또 다른 목적은, 구동 트랜지스터의 문턱 전압이나 이동도 편차로 인한 휘도 균일성 저하 문제를 해결할 수 있는 디스플레이 장치 및 이의 구동 방법을 제공함에 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로는, 마이크로 LED의 발광 시간을 조절하는 PWM 회로부; 및 상기 PWM 데이터 전압(Vdata_PWM)에 기초하여 상기 마이크로 LED의 발광 동안 일정한 전류가 공급되도록 제어하는 CCG 회로부;를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부는 PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)와 PWM 회로부 커패시터(CPWM)를 포함하고, 상기 CCG 회로부는 CCG 회로부 구동 트랜지스터와 CCG 회로부 커패시터를 를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부 커패시터(CPWM)는, PWM 데이터의 주입(PWM data input)과 PWM 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TPWM VTH) 보상을 동시에 수행하는 것이고, 상기 CCG 회로부 커패시터(CCCG)는 CCG 데이터의 주입(CCG data input)과 CCG 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TCCG VTH) 보상을 동시에 수행하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 데이터의 주입(PWM data input)과 PWM 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TPWM VTH) 보상이 일어난 후에, 상기 CCG 데이터의 주입(CCG data input)과 CCG 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TCCG VTH) 보상이 일어나는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부는 7개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 CCG 회로부는 5개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 LED의 발광 시간 동안 VSWEEP 값이 점차 증가하는 것이고, 상기 CCG 회로부 커패시터(CCCG)의 일 측이 그라운드와 연결되면서 상기 CCG 회로부 커패시터가 방전되고 상기 마이크로 LED가 소광되어 발광 시간이 조절되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부 커패시터(CPWM)는 상기 PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)의 문턱 전압을 센싱하는 것이고, 상기 CCG 회로부 커패시터(CCCG)는 상기 CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)의 문턱 전압을 센싱하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)의 문턱 전압 센싱과 상기 CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)의 문턱 전압을 센싱은 동일한 회로 단계에서 수행되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부와 상기 CCG 회로부의 문턱 전압 센싱은 소스 팔로워(Source follower) 방식으로 수행되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부 커패시터(CPWM)에는, PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)의 문턱 전압이 저장되고, 상기 CCG 회로부 커패시터(CCCG)에는, CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)의 문턱 전압이 저장되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부는 데이터 전압 저장 커패시터(CDATA)를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 데이터 전압 저장 커패시터(CDATA)에는 데이터 전압(VDATA)과 직접 연결되어 있는 상기 PWM 회로부의 스위칭 트랜지스터를 통하여 데이터 전압이 저장되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부는 총 5개의 PWM 회로부 스위칭 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 CCG 회로부는 총 4개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 LED는 발광하면서 VSWEEP 이 점점 감소하게 되다가 발광이 중단되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 구동회로는 제1 단계 내지 제4 단계의 총 네 단계로 구분되어 동작하는 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 표시장치는, 복수의 무기 발광 소자로 구성된 픽셀이 복수의 로우 라인에 배치된 픽셀 어레이, 및 상기 복수의 무기 발광 소자 별로 마련되며, 구동 전류를 무기 발광 소자로 제공하는 서브 픽셀 회로를 포함하는 디스플레이 패널; 및 데이터 설정 구간 동안, 상기 디스플레이 패널의 서브 픽셀 회로들에 로우 라인 순으로 영상 데이터 전압을 설정하고, 발광 구간 동안, 제 1 전압에서 제 2 전압으로 스윕하는 스윕 신호 및 상기 설정된 영상 데이터 전압에 기초하여 상기 구동 전류가 상기 픽셀 어레이의 무기 발광 소자들에 로우 라인 순으로 제공되도록 상기 서브 픽셀 회로들을 구동하는 구동부;를 포함하고, 상기 서브 픽셀 회로는, 마이크로 LED의 발광 시간을 조절하는 PWM 회로부; 및 상기 마이크로 LED의 발광 동안 일정한 전류가 흐르도록 제어하는 CCG 회로부;를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에서 제안하는 구동 회로를 이용할 경우 마이크로 LED 디스플레이 장치에 있어서, 마이크로 LED의 발광 시간을 효과적으로 조절할 수 있을 뿐 아니라, 구동 회로의 문턱 전압 보상이 효과적으로 이루어 질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 상세 회로도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 신호 순서도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제1 단계(Reset 단계)에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제2 단계(PWM Data Input & T_PWM 회로부 VTH Compensation)의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제3단계(CCG Data Input & T_PWM 회로부 VTH Compensation)의 초기에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제3 단계(CCG Data Input & T_PWM 회로부 VTH Compensation)의 후기에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제4 단계(Emission)에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
도 8은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 상세 회로도이다.
도 9는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 신호 순서도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제1 단계(Reset 단계)에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제2 단계(TPWM & TCCG의 VTH Compensation)의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제3단계(PWM Data Input)에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제4 단계(Emission) 초기에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제4 단계(Emission) 후기에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로가 탑재된 마이크로 LED 표시장치의 픽셀 구조의 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 16은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로가 탑재된 마이크로 LED 표시장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서 제안하는 마이크로 LED 구동회로는, 전류값을 고정하고 발광 시간을 조절함으로써 그레이스케일을 표현하는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 구동회로는, PWM(Pulse Width Modulation) 회로부와 CCG(Constant Current Generation) 회로부가 결합된 구성을 포함한다. 구체적으로 PWM 회로부는 펄스 폭(Pulse Width)을 조절하여 마이크로 LED의 발광 시간을 조절하고, CCG 회로부는 마이크로 LED가 발광하는 동안 일정한 전류가 흐르도록 하는 역할을 한다.
상기 구동회로에서 이용되는 트랜지스터들은 박막 트랜지스터(TFT) 일 수 있다. 상기 트랜지스터들은 a-IGZO 박막 트랜지스터 일 수 있다.
본 명세서에서는 상술한 바와 같이 공통된 원리를 가지는 두 종류의 마이크로 LED 구동 회로를 제시하지만, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 마이크로 LED 구동회로와 그 동작 방식에 대하여 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 7에서 하나의 회로도를 제시하지만, 이는 본 발명에서 제안하고자 하는 구동 회로의 한 종류의 실시예 일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상이 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 상세 회로도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 신호 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에서 제안하는 마이크로 LED 구동 회로는 PWM 회로부와 CCG 회로부를 포함한다. 상기 마이크로 LED 구동 회로는 각각의 회로부 마다 포함되는 1 개씩의 커패시터와 1 개씩의 구동 트랜지스터 외에 복수 개의 스위칭 트랜지스터를 더하여 총 14T2C 로 회로를 구성할 수 있다.
도 1 및 도 2에 제시된 구동 회로에서, PWM 회로부와 CCG 회로부는 각각 PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM) 및 CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)를 하나씩 포함할 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2에 제시된 구동 회로에서, PWM 회로부와 CCG 회로부는 각각 PWM 회로부 커패시터(C2=CPWM) 및 CCG 회로부 커패시터(C1=CCCG)를 하나씩 포함할 수 있다.
상기 PWM 회로부는 1개의 PWM 회로부 구동 트랜지스터 외에 추가적으로 복수 개의 PWM 회로부 스위칭 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 7개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 CCG 회로부는 1개의 CCG 회로부 구동 트랜지스터 외에 추가적으로 복수 개의 CCG 회로부 스위칭 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 5개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 PWM 회로부는 한 개의 커패시터(C2=CPWM) 만으로 PWM 데이터의 주입(PWM data input)과 PWM 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TPWM VTH) 보상을 동시에 수행할 수 있다.
상기 CCG 회로부 또한, 한 개의 커패시터(C1=CCCG) 만으로 CCG 데이터의 주입(CCG data input)과 CCG 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TCCG VTH) 보상을 동시에 수행할 수 있다.
이하 도 3 내지 도 7 에서는 상기 일 실시예에서 제안하는 마이크로 LED 구동 회로의 신호도를 통하여 상기 마이크로 LED 구동회로의 동작 원리를 상세히 설명한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제1 단계(Reset 단계)에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
상기 제1 단계에서는 모든 노드 전압이 리셋되는 단계일 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제2 단계(PWM Data Input & TPWM 회로부 VTH Compensation)의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
상기 제2 단계에서, PWM 데이터가 먼저 PWM 회로부 커패시터(C2=CPWM)의 전압(V(C2))은, VDATA,PWM + VTH,PWM 가 될 수 있다. 또한, 상기 제2 단계에서 마이크로 LED의 발광 시간을 제어하기 위하여 VDATA,PWM 는 0V 미만이 되도록 제어할 수 있다.
상기 제2 단계에서, 1 개의 PWM 회로부 커패시터(C2=CPWM)를 통하여 PWM 데이터의 주입 및 PWM 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압 보상이 동시에 수행될 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제3단계(CCG Data Input & TPWM 회로부 VTH Compensation)의 초기에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제3 단계(CCG Data Input & TPWM 회로부 VTH Compensation)의 후기에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
도 6에 나타난 제3 단계 후기에서, 상기 CCG 회로부 커패시터(C1=CCCG)의 전압(V(C1))은, VDATA,CCG + VTH,CCG 가 될 수 있다. 앞서의 PWM 회로부에서와 마찬가지로, 상기 제3 단계에서 CCG 회로부 또한 1 개의 CCG 회로부 커패시터(C1=CCCG)를 통하여 CCG 데이터의 주입 및 CCG 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압 보상이 동시에 수행될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제4 단계(Emission)에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
상기 제4 단계에서는, 마이크로 LED의 발광 시간 동안 VSWEEP 값이 점차 증가하게 된다. 또한, PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)의 VGS (= VSWEEP + VDATA, PWM + VTH, PWM) 값이 VTH, PWM 값 보다 커지면, PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM) 이 켜질 수 있다(turn-on 상태).
그 후 CCG 회로부 커패시터(C1=CCCG)의 일 측이 그라운드(GND)와 연결되면서 상기 CCG 회로부 커패시터의 전압(V(C1))은 방전될 수 있고, 이를 통하여 마이크로 LED의 발광 시간이 종료되며 발광 시간을 조절할 수 있게 된다.
이하에서는 도 8 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에서 제안하는 마이크로 LED 구동회로와 그 동작 방식에 대하여 상세히 설명한다. 도 8 내지 도 12에서는 앞서의 도 1 내지 도 7과는 다른 또 하나의 회로도를 제시하지만, 이 또한 본 발명에서 제안하고자 하는 구동 회로의 다른 한 종류의 실시예 일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상이 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
도 8은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 상세 회로도이다.
도 9는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 신호 순서도이다.
본 발명의 다른 일 실시예에서 제안하는 마이크로 LED 구동 회로 또한, PWM 회로부와 CCG 회로부를 포함한다. 상기 마이크로 LED 구동 회로는 각각의 회로부 마다 포함되는 1 개씩의 커패시터와 1 개씩의 구동 트랜지스터 외에 복수 개의 스위칭 트랜지스터와 PWM 회로부에 포함되는 한 개의 데이터 전압 저장용 커패시터를 더하여 총 11T3C 로 회로를 구성할 수 있다.
도 8 및 도 9에 제시된 구동 회로에서, PWM 회로부와 CCG 회로부는 각각 PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM) 및 CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)를 하나씩 포함할 수 있다. 또한, 도 8 및 도 9에 제시된 구동 회로에서, PWM 회로부와 CCG 회로부는 각각 PWM 회로부 커패시터(CPWM) 및 CCG 회로부 커패시터(CCCG)를 하나씩 포함할 수 있다.
상기 PWM 회로부 커패시터는 PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)의 문턱 전압을 센싱하고, 상기 CCG 회로부 커패시터는 CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)의 문턱 전압을 센싱하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 PWM 회로부는 VDATA를 저장하는 데이터 전압 저장 커패시터(CDATA)를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 PWM 회로부는 1개의 PWM 회로부 구동 트랜지스터 외에 추가적으로 복수 개의 PWM 회로부 스위칭 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 PWM 회로부는 5개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 CCG 회로부는 1개의 CCG 회로부 구동 트랜지스터 외에 추가적으로 복수 개의 CCG 회로부 스위칭 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 CCG 회로부는 4개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
이하 도 10 내지 도 13 에서는 상기 일 실시예에서 제안하는 마이크로 LED 구동 회로의 신호도를 통하여 상기 마이크로 LED 구동회로의 동작 원리를 상세히 설명한다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제1 단계(Reset 단계)에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
상기 제1 단계에서는 capacitance 양단의 전압과 마이크로 LED의 anode 전압이 초기화된다. 도 10의 예시에 따르면 제1 단계에서, V(CPWM)는 Vref + 2 V 가 되고, V(CCCG)는 Vref - VSH 가 되며, V(CDATA) = VSH 가 된다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제2 단계(TPWM & TCCG의 VTH Compensation)의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
상기 제2 단계에서는, 문턱 전압 센싱 과정(Vth sensing period)이 일어나는데, 이 단계에서는 소스 팔로워(Source follower) 방식으로 CCG 회로부와 PWM 회로부의 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하게 될 수 있다.
상기 제2 단계에서 상기 CCG 회로부의 커패시터(CCCG)에는, CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)의 문턱 전압이 저장될 수 있고, 상기 PWM 회로부의 커패시터(CPWM)에는, PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)의 문턱 전압이 각각 저장될 수 있다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제3 단계(PWM Data Input)에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
상기 제3 단계에서는 데이터 전압(VDATA)과 직접 연결되어 있는 PWM 회로부의 스위칭 트랜지스터(T2)를 통하여 데이터 전압이 PWM 회로부 데이터 커패시터(CDATA)에 저장될 수 있다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제4 단계(Emission) 초기에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
상기 제4 단계 초기에서는, 여전히 VSWEEP이 큰 값을 나타내고 있다.
이 때, VGS, PWM - VTH, PWM = VTH, PWM + VDATA - VSWEEP - VTH, PWM = VDATA - VSWEEP < 0 가 되면 PWM 회로부의 구동 트랜지스터가 꺼지게 된다.
또한, TPWM의 드레인(drain)은 VREF2로 부상(float) 되고 CCCG에 의해 TCCG의 게이트 전압이 VREF2 + VTH, CCG(high) 와 같아지게 되면 마이크로 LED가 발광하게 된다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로의 제4 단계(Emission) 후기에서의 동작 원리를 설명하는 그림이다.
상기 제4 단계 후기에서는 VSWEEP이 천천히 감소하게 된다.
이 때, VGS, PWM - VTH, PWM = VDATA - VSWEEP > 0 의 상태가 되면 PWM 회로부의 구동 트랜지스터(TPWM)가 켜지게 된다. 이후 상기 PWM 회로부의 구동 트랜지스터(TPWM) 양단의 전압이 모두 VSWEEP(낮음)가 되면, 상기 CCG 회로부의 구동 트랜지스터(TCCG) 전압은 VSWEEP + VTH, CCG 가 되고 마이크로 LED는 발광을 중단하게 된다.
위에서 제안한 마이크로 LED의 구동 회로의 특징적인 부분을 다시 정리하면 아래와 같다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로는, 마이크로 LED의 발광 시간을 조절하는 PWM 회로부; 및 상기 PWM 데이터 전압(Vdata_PWM)에 기초하여 상기 마이크로 LED의 발광 동안 일정한 전류가 공급되도록 제어하는 CCG 회로부;를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부는 PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)와 PWM 회로부 커패시터(CPWM)를 포함하고, 상기 CCG 회로부는 CCG 회로부 구동 트랜지스터와 CCG 회로부 커패시터를 를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부 커패시터(CPWM)는, PWM 데이터의 주입(PWM data input)과 PWM 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TPWM VTH) 보상을 동시에 수행하는 것이고, 상기 CCG 회로부 커패시터(CCCG)는 CCG 데이터의 주입(CCG data input)과 CCG 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TCCG VTH) 보상을 동시에 수행하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 데이터의 주입(PWM data input)과 PWM 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TPWM VTH) 보상이 일어난 후에, 상기 CCG 데이터의 주입(CCG data input)과 CCG 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TCCG VTH) 보상이 일어나는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부는 7개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 CCG 회로부는 5개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 LED의 발광 시간 동안 VSWEEP 값이 점차 증가하는 것이고, 상기 CCG 회로부 커패시터(CCCG)의 일 측이 그라운드와 연결되면서 상기 CCG 회로부 커패시터가 방전되고 상기 마이크로 LED가 소광되어 발광 시간이 조절되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부 커패시터(CPWM)는 상기 PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)의 문턱 전압을 센싱하는 것이고, 상기 CCG 회로부 커패시터(CCCG)는 상기 CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)의 문턱 전압을 센싱하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)의 문턱 전압 센싱과 상기 CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)의 문턱 전압을 센싱은 동일한 회로 단계에서 수행되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부와 상기 CCG 회로부의 문턱 전압 센싱은 소스 팔로워(Source follower) 방식으로 수행되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부 커패시터(CPWM)에는, PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)의 문턱 전압이 저장되고, 상기 CCG 회로부 커패시터(CCCG)에는, CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)의 문턱 전압이 저장되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부는 데이터 전압 저장 커패시터(CDATA)를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 데이터 전압 저장 커패시터(CDATA)에는 데이터 전압(VDATA)과 직접 연결되어 있는 상기 PWM 회로부의 스위칭 트랜지스터를 통하여 데이터 전압이 저장되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PWM 회로부는 총 5개의 PWM 회로부 스위칭 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 CCG 회로부는 총 4개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 LED는 발광하면서 VSWEEP 이 점점 감소하게 되다가 발광이 중단되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 구동회로는 제1 단계 내지 제4 단계의 총 네 단계로 구분되어 동작하는 것일 수 있다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로가 탑재된 마이크로 LED 표시장치의 픽셀 구조의 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 16은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로가 탑재된 마이크로 LED 표시장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 표시장치는, 복수의 무기 발광 소자로 구성된 픽셀이 복수의 로우 라인에 배치된 픽셀 어레이, 및 상기 복수의 무기 발광 소자 별로 마련되며, 구동 전류를 무기 발광 소자로 제공하는 서브 픽셀 회로를 포함하는 디스플레이 패널; 및 데이터 설정 구간 동안, 상기 디스플레이 패널의 서브 픽셀 회로들에 로우 라인 순으로 영상 데이터 전압을 설정하고, 발광 구간 동안, 제 1 전압에서 제 2 전압으로 스윕하는 스윕 신호 및 상기 설정된 영상 데이터 전압에 기초하여 상기 구동 전류가 상기 픽셀 어레이의 무기 발광 소자들에 로우 라인 순으로 제공되도록 상기 서브 픽셀 회로들을 구동하는 구동부;를 포함하고, 상기 서브 픽셀 회로는, 마이크로 LED의 발광 시간을 조절하는 PWM 회로부; 및 상기 마이크로 LED의 발광 동안 일정한 전류가 흐르도록 제어하는 CCG 회로부;를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 서브 픽셀 회로는 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구동 회로를 포함하는 것일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 마이크로 LED의 발광 시간을 조절하는 PWM 회로부; 및
    상기 PWM 데이터 전압에 기초하여 상기 마이크로 LED의 발광 동안 일정한 전류가 공급되도록 제어하는 CCG 회로부;를 포함하는,
    마이크로 LED 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PWM 회로부는 PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)와 PWM 회로부 커패시터(CPWM)를 포함하고,
    상기 CCG 회로부는 CCG 회로부 구동 트랜지스터와 CCG 회로부 커패시터를 를 포함하는,
    마이크로 LED 구동 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 PWM 회로부 커패시터(CPWM)는, PWM 데이터의 주입(PWM data input)과 PWM 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TPWM VTH) 보상을 동시에 수행하는 것이고,
    상기 CCG 회로부 커패시터(CCCG)는 CCG 데이터의 주입(CCG data input)과 CCG 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TCCG VTH) 보상을 동시에 수행하는 것인,
    마이크로 LED 구동 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 PWM 데이터의 주입(PWM data input)과 PWM 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TPWM VTH) 보상이 일어난 후에, 상기 CCG 데이터의 주입(CCG data input)과 CCG 회로부 구동 트랜지스터의 문턱 전압(TCCG VTH) 보상이 일어나는 것인,
    마이크로 LED 구동 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 PWM 회로부는 7개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 CCG 회로부는 5개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하는 것인,
    마이크로 LED 구동 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 LED의 발광 시간 동안 VSWEEP 값이 점차 증가하는 것이고,
    상기 CCG 회로부 커패시터(CCCG)의 일 측이 그라운드와 연결되면서 상기 CCG 회로부 커패시터가 방전되고 상기 마이크로 LED가 소광되어 발광 시간이 조절되는,
    마이크로 LED 구동 회로.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 PWM 회로부 커패시터(CPWM)는 상기 PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)의 문턱 전압을 센싱하는 것이고,
    상기 CCG 회로부 커패시터(CCCG)는 상기 CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)의 문턱 전압을 센싱하는 것인,
    마이크로 LED 구동 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)의 문턱 전압 센싱과 상기 CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)의 문턱 전압을 센싱은 동일한 회로 단계에서 수행되는 것인,
    마이크로 LED 구동 회로.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 PWM 회로부와 상기 CCG 회로부의 문턱 전압 센싱은 소스 팔로워(Source follower) 방식으로 수행되는 것인,
    마이크로 LED 구동 회로.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 PWM 회로부 커패시터(CPWM)에는, PWM 회로부 구동 트랜지스터(TPWM)의 문턱 전압이 저장되고,
    상기 CCG 회로부 커패시터(CCCG)에는, CCG 회로부 구동 트랜지스터(TCCG)의 문턱 전압이 저장되는 것인,
    마이크로 LED 구동 회로.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 PWM 회로부는 데이터 전압 저장 커패시터(CDATA)를 더 포함하는 것인,
    마이크로 LED 구동 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 데이터 전압 저장 커패시터(CDATA)에는 데이터 전압(VDATA)과 직접 연결되어 있는 상기 PWM 회로부의 스위칭 트랜지스터를 통하여 데이터 전압이 저장되는 것인,
    마이크로 LED 구동 회로.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 PWM 회로부는 총 5개의 PWM 회로부 스위칭 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 CCG 회로부는 총 4개의 스위칭 트랜지스터를 더 포함하는,
    마이크로 LED 구동 회로.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로 LED는 발광하면서 VSWEEP 이 점점 감소하게 되다가 발광이 중단되는,
    마이크로 LED 구동 회로.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 구동회로는 제1 단계 내지 제4 단계의 총 네 단계로 구분되어 동작하는 것인,
    마이크로 LED 구동 회로.
  16. 마이크로 LED 를 포함하는 표시장치에 있어서,
    복수의 무기 발광 소자로 구성된 픽셀이 복수의 로우 라인에 배치된 픽셀 어레이, 및 상기 복수의 무기 발광 소자 별로 마련되며, 구동 전류를 무기 발광 소자로 제공하는 서브 픽셀 회로를 포함하는 디스플레이 패널; 및
    데이터 설정 구간 동안, 상기 디스플레이 패널의 서브 픽셀 회로들에 로우 라인 순으로 영상 데이터 전압을 설정하고, 발광 구간 동안, 제 1 전압에서 제 2 전압으로 스윕하는 스윕 신호 및 상기 설정된 영상 데이터 전압에 기초하여 상기 구동 전류가 상기 픽셀 어레이의 무기 발광 소자들에 로우 라인 순으로 제공되도록 상기 서브 픽셀 회로들을 구동하는 구동부;를 포함하고,
    상기 서브 픽셀 회로는,
    마이크로 LED의 발광 시간을 조절하는 PWM 회로부; 및
    상기 마이크로 LED의 발광 동안 일정한 전류가 흐르도록 제어하는 CCG 회로부;를 포함하는 것인,
    마이크로 LED 표시장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 서브 픽셀 회로는,
    제1항의 마이크로 LED 구동 회로를 포함하는 것인,
    마이크로 LED 표시장치.
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