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KR102060749B1 - 공통 임피던스 영향이 개선된 led 구동 장치 - Google Patents

공통 임피던스 영향이 개선된 led 구동 장치 Download PDF

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KR102060749B1
KR102060749B1 KR1020180140930A KR20180140930A KR102060749B1 KR 102060749 B1 KR102060749 B1 KR 102060749B1 KR 1020180140930 A KR1020180140930 A KR 1020180140930A KR 20180140930 A KR20180140930 A KR 20180140930A KR 102060749 B1 KR102060749 B1 KR 102060749B1
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장진웅
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주식회사 사피엔반도체
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Abstract

본 명세서는 공통 임피던스에 의한 전압 강하가 개선된 LED 구동 장치를 개시한다. 본 명세서에 따른 LED 구동 장치는 양전원 또는 음전원이 모스펫의 소스단과 연결되지 않도록 NMOS 또는 PMOS를 조합하여 회로 구성한 것을 특징으로 한다. 이를 통해 하며 양전원 또는 음전원에서 공통 임피던스 영향을 제거할 수 있다.

Description

공통 임피던스 영향이 개선된 LED 구동 장치{LED DRIVING APPARATUS FOR IMPROVING COMMON IMPEDANCE EFFECT}
본 발명은 LED 구동 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 공통 임피던스 영향이 개선된 LED 구동 장치에 관한 것이다.
자체 발광 가능한 발광 다이오드(Light-Emitting Diode,　LED)나 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode,　OLED)는 현재 다양한 제품에 적용되고 있으며, 특히 내구성과 발광 효율이 우수한 LED의 경우 소형화 관련 기술이 급속하게 발전 중이며 향후 많은 응용 분야에서 기존 디스플레이(Display)를 대체할 것으로 예상된다.
다만 기존 액정　디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 등과 달리 LED로 픽셀(Pixel)을 구현한 LED 디스플레이는 각각의 발광 소자를 전류로 구동함으로서, 높은 전류를 소모하는 이미지(Image)에서 전압 강하(IR Drop)의 영향으로 발과 소자 열화 등의 디스플레이 품질(Display Quality)이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전압 구동 방식의 LED 픽셀 회로도이다.
도 1을 참조하면, Vcc_P는 픽셀 전원, Vcc_D는 구동 회로 전원, GND_P는 픽셀 접지, GND_D는 구동 회로 접지이다. 도 1에는 하나의 마이크로 LED만 도시하였으나, 하나의 구동 회로에 다수의 LED가 연결될 수 있다. 이 때 다수의 LED는 Vcc_P와 GND_P를 통해 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 전압 구동 방식의 종래 기술은 다수의 픽셀로 인해 전류(수 암페어)가 흐르고 GND_P의 공통 임피던스(Common Impedance)가 작용하여 V=IR의 전압 강하로 작용하여 픽셀 전류의 양을 감소시키는 부작용을 발생시킨다. 이러한 현상은 입력 이미지(Image)에 따라서 구동 전류의 양이 변화함으로 정확한 이미지 구현이 불가능하게 만드는 요인으로 작용한다.
도 2는 종래 기술에 따른 구동 회로에서 발생하는 전압 강하(IR Drop)의 시뮬레이션 결과도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 PWM 구동 방식의 LED 픽셀 회로도이다.
도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 전압 구동 방식과 달리 스위치에 연결된 캐패시터 대신 PWM 제어 스위치(PWM_CRTL)가 연결된 것을 확인할 수 있다. PWM 구동 방식은 PWM 제어 스위치(PWM_CRTL)를 통해 전류를 ON/OFF하는 차이가 있을 뿐, 동일한 IP Drop 문제가 발생한다.
특히, 고 휘도 특성에서 장점이 있는 마이크로 LED(Micro LED)의 경우 그 문제점이 더욱 심각하며, 그 개선을 위한 대책이 전력 배선을 보강하는 방법이 일반적으로 진행된다. 하지만 이경우 반도체 공정의 추가 가격 상승이 수반되는 비용적인 단점이 있다.
또한, 증강현실(Augmented Reality, AR) 등의 제품에 적용 예정인 마이크로 디스플레이(Micro Display)의 경우 픽셀 크기(Pixel Size)가 작아서 전력 배선 보강에 필요한 공간이 확보되지 않아서 마이크로 디스플레이(Micro Display) 설계에 어려움을 증가시키고 있다.
공개특허공보 제10-2012-0115886호, 2012.10.19
본 명세서는 공통 임피던스에 의한 전압 강하가 개선된 LED 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서는 상기 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 LED 구동 장치는, 다수의 픽셀회로부; 및 상기 다수의 픽셀회로부에 전기적으로 연결된 구동회로부;를 포함할 수 있다. 상기 각 픽셀회로부는, 픽셀 양전원 및 픽셀 음전원 사이를 연결하는 픽셀 라인; 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결된 발광 다이오드; 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 구동회로부에 출력된 전압에 의해 온(on)되는 제1 픽셀 모스펫; 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제1 픽셀 모스펫의 소스단에 연결된 제2 픽셀 모스펫; 및 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, PWM 신호에 온(on)되는 제3 픽셀 모스펫;을 포함할 수 있다. 상기 구동회로부는, 구동 양전원 및 구동 음전원 사이를 연결하는 구동 라인; 상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되어 기준 전류를 인가하는 전류원; 상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제1 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 연결된 제1 구동 모스펫; 및 상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제2 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 연결되고, 상기 제1 구동 모스펫의 소스단에 연결된 제2 구동 모스펫;을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 픽셀 모스펫은 상기 발광 다이오드의 음극에 연결되고, 상기 제2 픽셀 모스펫은 상기 제1 픽셀 모스펫과 상기 픽셀 음전원 사이에 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 구동 모스펫은 상기 전류원의 음극에 연결되고, 상기 제2 구동 모스펫은 상기 제1 구동 모스펫과 상기 구동 음전원 사이에 연결될 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 픽셀 모스펫은 상기 발광 다이오드의 양극에 연결되고, 상기 제2 픽셀 모스펫은 상기 제1 픽셀 모스펫과 상기 픽셀 양전원 사이에 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 구동 모스펫은 상기 전류원의 양극에 연결되고, 상기 제2 구동 모스펫은 상기 제1 구동 모스펫과 상기 구동 양전원 사이에 연결될 수 있다.
본 명세서에 따른 LED 구동 장치에서, 상기 제1 픽셀 모스펫과 상기 제1 구동 모스펫은 P-타입 모스펫이고, 상기 제2 픽셀 모스펫과 상기 제2 구동 모스펫은 N-타입 모스펫이고, 상기 제1 구동 모스펫의 게이트 단자와 상기 제1 구동 모스펫의 드레인 단자가 단락될 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 구동 모스펫의 게이트 단자와 상기 제2 구동 모스펫의 드레인 단자가 단락될 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 상기 제2 구동 모스펫의 게이트 단자가 바이어스 전압원에 연결될 수 있다.
본 명세서에 따른 LED 구동 장치는 상기 제1 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 상기 제1 구동 모스펫의 게이트 단자 사이에 연결된 버퍼 게이트;를 더 포함할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 LED 구동 장치는, 다수의 픽셀회로부; 및 상기 다수의 픽셀회로부에 전기적으로 연결된 구동회로부;를 포함할 수 있다. 상기 각 픽셀회로부는, 픽셀 양전원 및 픽셀 음전원 사이를 연결하는 픽셀 라인; 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결된 발광 다이오드; 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 구동회로부에 출력된 전압에 의해 온(on)되는 제1 픽셀 모스펫; 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제1 픽셀 모스펫의 소스단에 연결된 제2 픽셀 모스펫; 및 상기 제1 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 상기 제2 픽셀 모스펫의 게이트 단자 사이에 연결된 캐패시터;를 포함할 수 있다. 상기 구동회로부는, 구동 양전원 및 구동 음전원 사이를 연결하는 구동 라인; 상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되어 기준 전류를 인가하는 전류원; 상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제1 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 연결된 제1 구동 모스펫; 상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제2 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 연결되고, 상기 제1 구동 모스펫의 소스단에 연결된 제2 구동 모스펫; 및 상기 제1 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 상기 제1 구동 모스펫의 게이트 단자 사이에 연결된 스위치 소자;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 픽셀 모스펫은 상기 발광 다이오드의 음극에 연결되고, 상기 제2 픽셀 모스펫은 상기 제1 픽셀 모스펫과 상기 픽셀 음전원 사이에 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 구동 모스펫은 상기 전류원의 음극에 연결되고, 상기 제2 구동 모스펫은 상기 제1 구동 모스펫과 상기 구동 음전원 사이에 연결될 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 픽셀 모스펫은 상기 발광 다이오드의 양극에 연결되고, 상기 제2 픽셀 모스펫은 상기 제1 픽셀 모스펫과 상기 픽셀 양전원 사이에 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 구동 모스펫은 상기 전류원의 양극에 연결되고, 상기 제2 구동 모스펫은 상기 제1 구동 모스펫과 상기 구동 양전원 사이에 연결될 수 있다.
본 명세서에 따른 LED 구동 장치에서, 상기 제1 픽셀 모스펫과 상기 제1 구동 모스펫은 P-타입 모스펫이고, 상기 제2 픽셀 모스펫과 상기 제2 구동 모스펫은 N-타입 모스펫이고, 상기 제1 구동 모스펫의 게이트 단자와 상기 제1 구동 모스펫의 드레인 단자가 단락될 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 구동 모스펫의 게이트 단자와 상기 제2 구동 모스펫의 드레인 단자가 단락될 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 상기 제2 구동 모스펫의 게이트 단자가 바이어스 전압원에 연결될 수 있다.
본 명세서에 따른 LED 구동 장치는, 상기 스위치 소자와 상기 제1 구동 모스펫의 게이트 단자 사이에 연결된 버퍼 게이트;를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 따른 LED 구동 장치는 LED 디스플레이의 일 구성요소가 될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 명세서의 일 측면에 따르면, 모스펫의 Vgs단에 공통 임피던스 영향이 제거되어 Vds(Drain-Source) 전압에만 공통 임피던스가 작용하여 전압 강하의 영향을 최소화할 수 있다.
본 명세서의 다른 측면에 따르면, 픽셀 라인 및 구동 라인에 대하여 공통 임피던스 최소화를 위한 설계를 고려할 필요 없으며, 금속층(Metal Layer) 절감이 가능하다.
본 명세서의 또 다른 측면에 따르면, 픽셀 라인 및 구동 라인에 필요한 금속 면적 감소로 터치 내장 설계가 용이할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전압 구동 방식의 LED 픽셀 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 구동 회로에서 발생하는 전압 강하(IR Drop)의 시뮬레이션 결과도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 PWM 구동 방식의 LED 픽셀 회로도이다.
도 4는 PWM 구동 방식에 의한 제1 실시예의 회로도이다.
도 5는 PWM 구동 방식에 의한 제2 실시예의 회로도이다.
도 6은 PWM 구동 방식에 의한 제3 실시예의 회로도이다.
도 7은 PWM 구동 방식에 의한 제4 실시예의 회로도이다.
도 8은 전압 구동 방식에 의한 제1 실시예의 회로도이다.
도 9는 전압 구동 방식에 의한 제2 실시예의 회로도이다.
도 10은 전압 구동 방식에 의한 제3 실시예의 회로도이다.
도 11은 전압 구동 방식에 의한 제4 실시예의 회로도이다.
도 12는 전압 강항에 따른 모스펫의 Vgs 출력 특성 커브이다.
본 명세서에 개시된 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 명세서가 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하고, 본 명세서가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자(이하 '당업자')에게 본 명세서의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서의 권리 범위는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 명세서의 권리 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하의 실시예에서, 소자 상태와 연관되어 사용되는 "온(ON)"은 소자의 활성화된 상태를 지칭하고, "오프(OFF)"는 소자의 비활성화된 상태를 지칭할 수 있다. 소자에 의해 수신된 신호와 연관되어 사용되는 "온"은 소자를 활성화하는 신호를 지칭하고, "오프"는 소자를 비활성화하는 신호를 지칭할 수 있다. 소자는 높은 전압 또는 낮은 전압에 의해 활성화될 수 있다. 예를 들어, P타입 트랜지스터는 낮은 전압에 의해 활성화되고, N타입 트랜지스터는 높은 전압에 의해 활성화된다. 따라서, P타입 트랜지스터와 N타입 트랜지스터에 대한 "온" 전압은 반대(낮음 대 높음) 전압 레벨임을 이해해야 한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 명세서에 따른 LED 구동 장치는 PWM 구동 방식과 전압 구동 방식으로 나누어질 수 있다. 도 4 내지 도 7은 PWM 구동 방식에 의한 실시예이고, 도 8 내지 도 11은 전압 구동 방식에 의한 실시예이다. 두 방식 모두 회로의 구성에 있어서 양전원 또는 음전원이 모스펫의 소스단과 연결되지 않도록 NMOS 또는 PMOS를 조합하여 회로 구성한 것을 특징으로 한다. 이를 통해 하며 양전원 또는 음전원에서 공통 임피던스 영향을 제거할 수 있다.
도 4는 PWM 구동 방식에 의한 제1 실시예의 회로도이다.
도 5는 PWM 구동 방식에 의한 제2 실시예의 회로도이다.
도 6은 PWM 구동 방식에 의한 제3 실시예의 회로도이다.
도 7은 PWM 구동 방식에 의한 제4 실시예의 회로도이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 명세서에 따른 LED 구동 장치(100)는 다수의 픽셀회로부(110) 및 상기 다수의 픽셀회로부(110)에 전기적으로 연결된 구동회로부(120)를 포함할 수 있다. 이하 도면에서는 도면의 간소화를 위해 하나의 픽셀회로부(110)만을 도시하였으나 다수의 픽셀회로부(110)가 공통의 전원 공급원에 병렬로 연결될 수 있다.
상기 픽셀회로부(110)는 발광 다이오드(Micro LED), 제1 픽셀 모스펫(111), 제2 픽셀 모스펫(112) 및 제3 픽셀 모스펫(113)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서는 픽셀 양전원(Vcc_P) 및 픽셀 음전원(GND_P) 사이를 연결하는 전기적 연결을 '픽셀 라인'이라고 명명하겠다.
상기 발광 다이오드(Micro LED)는 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결될 수 있다. 도면에서는 상기 발광 다이오드(Micro LED)의 일 예시로서 마이크로 LED를 도시하다. 일반적으로, 넓이가 1~100μm인 LED를 마이크로 LED라고 호칭한다. 따라서, 넓이가 100μm 이상인 일반 LED와 구분되는 명칭이지만, 본 명세서가 상기 발광 다이오드(Micro LED)를 마이크로 LED로 제한하는 것은 아니다. 상기 발광 다이오드(Micro LED)는 일반 LED, 마이크로 LED 및 OLED로 대체될 수 있다.
상기 제1 픽셀 모스펫(111)은 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 구동회로부(120)에 출력된 전압에 의해 온(on)될 수 있다. 본 명세서에서 모스펫이 직렬로 연결된 것은 모스펫의 소스단자와 모스펫의 드레인 단자가 라인상에 연결된 것을 의미한다.
상기 제2 픽셀 모스펫(112)은 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제1 픽셀 모스펫(111)의 소스단에 연결될 수 있다.
상기 제3 픽셀 모스펫(113)은 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, PWM 신호(PWM-CTRL)에 온(on)될 수 있다.
상기 구동회로부(120)는 전류원(Iref), 제1 구동 모스펫(121) 및 제2 구동 모스펫(122)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서는 구동 양전원(Vcc_D) 및 구동 음전원(GND_D) 사이를 연결하는 전기적 연결을 '구동 라인'이라고 명명하겠다.
상기 전류원(Iref)은 상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되어 기준 전류를 인가할 수 있다. 상기 기준 전류는 상기 발광 다이오드(Micro LED)를 발광시키기에 충분한 전류로 설정될 수 있다.
상기 제1 구동 모스펫(121)은 상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 상기 제1 픽셀 모스펫(111)의 게이트 단자와 연결될 수 있다.
상기 제2 구동 모스펫(122)은 상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제2 픽셀 모스펫(112)의 게이트 단자와 연결되고, 상기 제1 구동 모스펫(121)의 소스단에 연결될 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 픽셀 모스펫(111)은 상기 발광 다이오드(Micro LED)의 음극에 연결되고, 상기 제2 픽셀 모스펫(112)은 상기 제1 픽셀 모스펫(111)과 상기 픽셀 음전원(GND_P) 사이에 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 구동 모스펫(121)은 상기 전류원(Iref)의 음극에 연결되고, 상기 제2 구동 모스펫(122)은 상기 제1 구동 모스펫(121)과 상기 구동 음전원(GND_D) 사이에 연결될 수 있다.
도 4 및 도 6에 도시된 실시예를 참조하면 보다 이해가 쉽다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 픽셀 모스펫(111)은 상기 발광 다이오드(Micro LED)의 양극에 연결되고, 상기 제2 픽셀 모스펫(112)은 상기 제1 픽셀 모스펫(111)과 상기 픽셀 양전원(Vcc_P) 사이에 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 구동 모스펫(121)은 상기 전류원(Iref)의 양극에 연결되고, 상기 제2 구동 모스펫(122)은 상기 제1 구동 모스펫(121)과 상기 구동 양전원(Vcc_D) 사이에 연결될 수 있다.
도 5 및 도 7에 도시된 실시예를 참조하면 보다 이해가 쉽다.
한편, 도 4 내지 도 7에 도시된 실시예와 같이, 상기 제1 픽셀 모스펫(111)과 상기 제1 구동 모스펫(121)은 P-타입 모스펫이고, 상기 제2 픽셀 모스펫(112)과 상기 제2 구동 모스펫(122)은 N-타입 모스펫이 될 수 있다. 이 때, 상기 제1 구동 모스펫(121)의 게이트 단자와 상기 제1 구동 모스펫(121)의 드레인 단자가 단락될 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 구동 모스펫(122)의 게이트 단자와 상기 제2 구동 모스펫(122)의 드레인 단자가 단락될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 실시예를 참조하면 보다 이해가 쉽다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 픽셀 모스펫(112)의 게이트 단자와 상기 제2 구동 모스펫(122)의 게이트 단자가 바이어스 전압원에 연결될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 LED 구동 장치(100)는 상기 제1 픽셀 모스펫(111)의 게이트 단자와 상기 제1 구동 모스펫(121)의 게이트 단자 사이에 연결된 버퍼 게이트(BUF)를 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하여 설명하였듯이, 종래 기술에 따른 LED 픽셀 회로는 음전원(GND_P)에서 발생하는 공통 임피던스(Common Impedance)에 전류가 흐르면 전압 강하(IR drop)가 발생한다. 이로 인해 발광 소자에 연결된 모스펫에서 Vgs_pixel의 유효(Effective)한 전압이 감소한다.
도 12는 전압 강항에 따른 모스펫의 Vgs 출력 특성 커브이다.
도 12를 참조하면, Vgs의 유효(Effective)한 전압이 감소할 수록 포화 상태(Saturation mode)에서 출력 전류가 함께 감소하는 것을 확인할 수 있다.
반면, 본 명세서에 따른 LED 구동 장치는 음전원(GND_P)에 전압 강하(IR drop)가 발생하여도 제2 픽셀 모스펫의 드레인(Drain) 단자의 전압에만 영향을 주고, 제1 픽셀 모스펫의 Vgs에 영향을 주지 않기 때문에 픽셀 라인에 흐르는 출력 전류의 영향성이 최소화될 수 있다.
이하에서는 전압 구동 방식에 의한 LED 구동 장치에 대해서 설명하도록 하겠다. 다만, 앞서 PWM 구동 방식에 의한 LED 구동 장치과 동일한 부분에 대해서는 반복적인 설명을 생략하도록 하겠다.
도 8은 전압 구동 방식에 의한 제1 실시예의 회로도이다.
도 9는 전압 구동 방식에 의한 제2 실시예의 회로도이다.
도 10은 전압 구동 방식에 의한 제3 실시예의 회로도이다.
도 11은 전압 구동 방식에 의한 제4 실시예의 회로도이다.
도 8 내지 도 11을 참조하면, 본 명세서에 따른 LED 구동 장치(200)는 다수의 픽셀회로부(210) 및 상기 다수의 픽셀회로부(210)에 전기적으로 연결된 구동회로부(220)를 포함할 수 있다. 이하 도면에서는 도면의 간소화를 위해 하나의 픽셀회로부(210)만을 도시하였으나 다수의 픽셀회로부(210)가 공통의 전원 공급원에 병렬로 연결될 수 있다.
상기 픽셀회로부(210)는 발광 다이오드(Micro LED), 제1 픽셀 모스펫(211), 제2 픽셀 모스펫(212) 및 캐패시터(213)를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드(Micro LED)는 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결될 수 있다.
상기 제1 픽셀 모스펫(211)은 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 구동회로부(220)에 출력된 전압에 의해 온(on)될 수 있다.
상기 제2 픽셀 모스펫(212)은 상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제1 픽셀 모스펫(211)의 소스단에 연결될 수 있다.
상기 캐패시터(213)는 상기 제1 픽셀 모스펫(211)의 게이트 단자와 상기 제2 픽셀 모스펫(212)의 게이트 단자 사이에 연결될 수 있다.
상기 구동회로부(220)는 전류원(Iref), 제1 구동 모스펫(221), 제2 구동 모스펫(222) 및 스위치 소자(223)를 포함할 수 있다.
상기 전류원(Iref)은 상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되어 기준 전류를 인가할 수 있다.
상기 제1 구동 모스펫(221)은 상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제1 픽셀 모스펫(211)의 게이트 단자와 연결될 수 있다.
상기 제2 구동 모스펫(222)은 상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제2 픽셀 모스펫(212)의 게이트 단자와 연결되고, 상기 제1 구동 모스펫(221)의 소스단에 연결될 수 있다.
상기 스위치 소자(223)는 상기 제1 픽셀 모스펫(211)의 게이트 단자와 상기 제1 구동 모스펫(221)의 게이트 단자 사이에 연결될 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 픽셀 모스펫(211)은 상기 발광 다이오드(Micro LED)의 음극에 연결되고, 상기 제2 픽셀 모스펫(212)은 상기 제1 픽셀 모스펫(211)과 상기 픽셀 음전원(GND_P) 사이에 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 구동 모스펫(221)은 상기 전류원(Iref)의 음극에 연결되고, 상기 제2 구동 모스펫(222)은 상기 제1 구동 모스펫(221)과 상기 구동 음전원(GND_D) 사이에 연결될 수 있다.
도 8 및 도 10에 도시된 실시예를 참조하면 보다 이해가 쉽다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 픽셀 모스펫(211)은 상기 발광 다이오드(Micro LED)의 양극에 연결되고, 상기 제2 픽셀 모스펫(212)은 상기 제1 픽셀 모스펫(211)과 상기 픽셀 양전원(Vcc_P) 사이에 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 구동 모스펫(221)은 상기 전류원(Iref)의 양극에 연결되고, 상기 제2 구동 모스펫(222)은 상기 제1 구동 모스펫(221)과 상기 구동 양전원(Vcc_D) 사이에 연결될 수 있다.
도 9 및 도 11에 도시된 실시예를 참조하면 보다 이해가 쉽다.
한편, 도 8 내지 도 11에 도시된 실시예와 같이, 상기 제1 픽셀 모스펫(211)과 상기 제1 구동 모스펫(221)은 P-타입 모스펫이고, 상기 제2 픽셀 모스펫(212)과 상기 제2 구동 모스펫(222)은 N-타입 모스펫이 될 수 있다. 이 때, 상기 제1 구동 모스펫(221)의 게이트 단자와 상기 제1 구동 모스펫(221)의 드레인 단자가 단락될 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 구동 모스펫(222)의 게이트 단자와 상기 제2 구동 모스펫(222)의 드레인 단자가 단락될 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 실시예를 참조하면 보다 이해가 쉽다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 픽셀 모스펫(212)의 게이트 단자와 상기 제2 구동 모스펫(222)의 게이트 단자가 바이어스 전압원에 연결될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 LED 구동 장치(200)는 상기 스위치 소자(223)와 상기 제1 구동 모스펫(221)의 게이트 단자 사이에 연결된 버퍼 게이트(BUF)를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 따른 LED 구동 장치(100, 200)은 LED 디스플레이의 구성요소가 될 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 명세서의 실시예를 설명하였지만, 본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100, 200 : LED 구동 장치
110, 210 : 픽셀회로부
111, 211 : 제1 픽셀 모스펫
112, 212 : 제2 픽셀 모스펫
113 : 제3 픽셀 모스펫
120, 220 : 구동회로부
121, 221 : 제1 구동 모스펫
122, 222 : 제2 구동 모스펫
213 : 캐패시터
223 : 스위치 소자

Claims (20)

  1. 다수의 픽셀회로부; 및
    상기 다수의 픽셀회로부에 전기적으로 연결된 구동회로부;를 포함하는 LED 구동 장치로서,
    상기 각 픽셀회로부는,
    픽셀 양전원 및 픽셀 음전원 사이를 연결하는 픽셀 라인;
    상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결된 발광 다이오드;
    상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 구동회로부에 출력된 전압에 의해 온(on)되는 제1 픽셀 모스펫;
    상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제1 픽셀 모스펫의 소스단에 연결된 제2 픽셀 모스펫; 및
    상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, PWM 신호에 온(on)되는 제3 픽셀 모스펫;을 포함하되,
    상기 제2 픽셀 모스펫의 소스단이 상기 제1 픽셀 모스펫의 소스단과 연결되고,
    상기 구동회로부는,
    구동 양전원 및 구동 음전원 사이를 연결하는 구동 라인;
    상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되어 기준 전류를 인가하는 전류원;
    상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제1 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 연결된 제1 구동 모스펫; 및
    상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제2 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 연결되고, 상기 제1 구동 모스펫의 소스단에 연결된 제2 구동 모스펫;을 포함하되,
    상기 제2 구동 모스펫의 소스단이 상기 제1 구동 모스펫의 소스단과 연결된 LED 구동 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 픽셀 모스펫은 상기 발광 다이오드의 음극에 연결되고,
    상기 제2 픽셀 모스펫은 상기 제1 픽셀 모스펫과 상기 픽셀 음전원 사이에 연결된 LED 구동 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 구동 모스펫은 상기 전류원의 음극에 연결되고,
    상기 제2 구동 모스펫은 상기 제1 구동 모스펫과 상기 구동 음전원 사이에 연결된 LED 구동 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 픽셀 모스펫은 상기 발광 다이오드의 양극에 연결되고,
    상기 제2 픽셀 모스펫은 상기 제1 픽셀 모스펫과 상기 픽셀 양전원 사이에 연결된 LED 구동 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 구동 모스펫은 상기 전류원의 양극에 연결되고,
    상기 제2 구동 모스펫은 상기 제1 구동 모스펫과 상기 구동 양전원 사이에 연결된 LED 구동 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 픽셀 모스펫과 상기 제1 구동 모스펫은 P-타입 모스펫이고,
    상기 제2 픽셀 모스펫과 상기 제2 구동 모스펫은 N-타입 모스펫이고,
    상기 제1 구동 모스펫의 게이트 단자와 상기 제1 구동 모스펫의 드레인 단자가 단락된 LED 구동 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 구동 모스펫의 게이트 단자와 상기 제2 구동 모스펫의 드레인 단자가 단락된 LED 구동 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 상기 제2 구동 모스펫의 게이트 단자가 바이어스 전압원에 연결된 LED 구동 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 상기 제1 구동 모스펫의 게이트 단자 사이에 연결된 버퍼 게이트;를 더 포함하는 LED 구동 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 따른 LED 구동 장치;를 포함하는 LED 디스플레이.
  11. 다수의 픽셀회로부; 및
    상기 다수의 픽셀회로부에 전기적으로 연결된 구동회로부;를 포함하는 LED 구동 장치로서,
    상기 각 픽셀회로부는,
    픽셀 양전원 및 픽셀 음전원 사이를 연결하는 픽셀 라인;
    상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결된 발광 다이오드;
    상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 구동회로부에 출력된 전압에 의해 온(on)되는 제1 픽셀 모스펫;
    상기 픽셀 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제1 픽셀 모스펫의 소스단에 연결된 제2 픽셀 모스펫; 및
    상기 제1 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 상기 제2 픽셀 모스펫의 게이트 단자 사이에 연결된 캐패시터;를 포함하되,
    상기 제2 픽셀 모스펫의 소스단이 상기 제1 픽셀 모스펫의 소스단과 연결되고,
    상기 구동회로부는,
    구동 양전원 및 구동 음전원 사이를 연결하는 구동 라인;
    상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되어 기준 전류를 인가하는 전류원;
    상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제1 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 연결된 제1 구동 모스펫;
    상기 구동 라인 상에 직렬로 연결되며, 상기 제2 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 연결되고, 상기 제1 구동 모스펫의 소스단에 연결된 제2 구동 모스펫; 및
    상기 제1 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 상기 제1 구동 모스펫의 게이트 단자 사이에 연결된 스위치 소자;를 포함하되,
    상기 제2 구동 모스펫의 소스단이 상기 제1 구동 모스펫의 소스단과 연결된 LED 구동 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 픽셀 모스펫은 상기 발광 다이오드의 음극에 연결되고,
    상기 제2 픽셀 모스펫은 상기 제1 픽셀 모스펫과 상기 픽셀 음전원 사이에 연결된 LED 구동 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 구동 모스펫은 상기 전류원의 음극에 연결되고,
    상기 제2 구동 모스펫은 상기 제1 구동 모스펫과 상기 구동 음전원 사이에 연결된 LED 구동 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 픽셀 모스펫은 상기 발광 다이오드의 양극에 연결되고,
    상기 제2 픽셀 모스펫은 상기 제1 픽셀 모스펫과 상기 픽셀 양전원 사이에 연결된 LED 구동 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 구동 모스펫은 상기 전류원의 양극에 연결되고,
    상기 제2 구동 모스펫은 상기 제1 구동 모스펫과 상기 구동 양전원 사이에 연결된 LED 구동 장치.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 픽셀 모스펫과 상기 제1 구동 모스펫은 P-타입 모스펫이고,
    상기 제2 픽셀 모스펫과 상기 제2 구동 모스펫은 N-타입 모스펫이고,
    상기 제1 구동 모스펫의 게이트 단자와 상기 제1 구동 모스펫의 드레인 단자가 단락된 LED 구동 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2 구동 모스펫의 게이트 단자와 상기 제2 구동 모스펫의 드레인 단자가 단락된 LED 구동 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2 픽셀 모스펫의 게이트 단자와 상기 제2 구동 모스펫의 게이트 단자가 바이어스 전압원에 연결된 LED 구동 장치.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 스위치 소자와 상기 제1 구동 모스펫의 게이트 단자 사이에 연결된 버퍼 게이트;를 더 포함하는 LED 구동 장치.
  20. 청구항 11 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 따른 LED 구동 장치;를 포함하는 LED 디스플레이.
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