[논문]수동형 OLED를 위한 복합 전류 제어 기능을 갖는 AWM 구동방식

김석만; 이제훈; 허여진; 김용환; 조경록

doi:10.5392/jkca.2007.7.1.116

[국내논문] 수동형 OLED를 위한 복합 전류 제어 기능을 갖는 AWM 구동방식
AWM Driving Method with Hybrid Current Control for PM-OLED Panel 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.7 no.1, 2007년, pp.116 - 123

김석만 (충북대학교 정보통신공학과) , 이제훈 (충북대학교 정보통신공학과) , 허여진 ((주)더게이트테크놀러지스) , 김용환 ((주)다반테크) , 조경록 (충북대학교 정보통신공학과)

초록
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본 논문은 OLED 패널 소스 구동회로에서 구동 전류의 크기와 폭을 조절하는 새로운 amplitude width modulation(AWM) 방식을 제안하였다. 기존의 소스 구동회로에서 pulse amplitude modulation(PAM) 방식은 DAC 회로 추가로 인해 크기가 커진다는 단점이 있고, pulse width modulation(PWM) 방식은 낮은 그레이 신호 레벨에서 발광 효율이 나쁜 단점이 있다. 이와 같은 단점을 개선하기 위해 본 논문에는 색상 데이터 비트의 MSB를 이용하여 구동 전류의 레벨을 제어하고, 데이터 비트의 LSB를 이용하여 구동 전류의 폭을 조정하는 구동방식을 제안하였다. 제안된 구동 방식은 $0.35-{\mu}m$ 3-poly 4-metal CMOS high voltage 공정을 사용하여 구현하였다. 시뮬레이션 결과는 제안된 AWM 구동 회로가 PAM 방식에 비해 회로 크기를 줄였고 신호 레벨이 낮은 영역에서 PAM과 거의 동일한 발광 효율을 얻었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposed a new amplitude width modulation for OLED data driver IC. The data driver controls brightness of OLED by adjusting amplitude and width of the data drive current pulse. There were two conventional methods; pulse amplitude modulation(PAM) and pulse width modulation(PWM). The PWM method suffered from lower light emitting time efficiency at low luminance signal. The PAM method suffered from large chip area using DACs for each column. The proposed method was aiming at accurately controlling of the current level by MSB data and light emitting efficiency by LSB data to improve the inefficiencies of the PAM and a PWM. The proposed AWM driver circuit implemented using $0.35-{\mu}m$ 3-poly 4-metal CMOS high voltage process. The simulation result shows the improvement in the accuracy of the gray level control even though the driver circuit is smaller than the PAM.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

설명한다. 또한 AWM의 데이터 구동 전류의 구성 방식을 기술하고, AWM 방식의 발광 효율에 대해서 기술한다.
Chang-Jung Juane 전압을 보상하는 전압 구동 드라이버 회로를 제안하였다[8] 현재 OLED에 관한 연구는 주로 구동 회로에 대한 연구가 많고 구동 방식에 대한 연구는 상대적으로 적었다. 본 논문에서는 PWM 및 PAM 구동 방식의 단점을 개선한 새로운 AWM 구동 방식을 제안한다.
본 논문은 OLED 패널의 그레이 스케일 방식을 구현하기 위해 데이터 구동 전류의 크기와 폭을 조절하는 AWM 구동방식을 제안하였다. 색상 데이터 비트의 LSB 를 이용하여 PWM 방식과 같이 구동 전류의 폭을 결정하고 데이터 비트의 LBS를 이용하여 PAM 방식과 같이 구동 전류의 레벨을 결정한다.
본 논문은 PAM과 PWM 방식의 단점을 보완하기 위해 AWM 구동방식을 제안한다. AWM 구동방식은 PAM과 PWM 구동방식을 혼합하여, 패널에 공급되는 전류의 크기와 전류가 공급되는 시간을 모두 제어하여 픽셀의 밝기를 표현한다.

제안 방법

구현한다. AWM 방식은 PAM과 PWM의 단점을 개선하기 위하여 데이터 비트의 MSB를 이용하여 정확한 구동 전류 레벨을 제어하고, 데이터 비트의 LSB를 이용하여 높은 발광 시간 효율을 구현하도록 하였다. 본 논문에서 제안된 방식으로 PWM 방식에 비해 향상된 발광 시간 효율을 얻었고, 반도체 및 OLED 기기의 특성 변위에 강한 회로 구조를 구현하여 그레이 레벨 제어 특성이 향상되었다.
구동방식에 따른 성능을 비교하기 위해 PWM과 AWM 방식의 드라이버를 설계하였다. 구동방식에 따른 성능 차이만을 보기 위해 제어 블럭을 제외한 다른 블록들은 동일하게 설계하였다.
구동방식에 따른 성능 차이만을 보기 위해 제어 블럭을 제외한 다른 블록들은 동일하게 설계하였다. 단, 저전압 출력단의 전류 원들은 각 구동방식에 맞게 설계하였으며 최대전류는 동일하게 하였다. OLED 패널은 96x96 패널의 1 column의 모델을 사용하였다.
[그림 1(a)]는 PAM 구동방식을 사용한 데이터 드라이버 회로의 블록도이며, 점선으로 표현된 부분이 데이터 드라이버이며, 나머지 회로는 OLED 패널 모델을 의미한다. 데이터가 데이터 드라이버 블록으로 입력되면, IDAC 회로를 제어하여 IDAC 바이어스를 위한 기준 전류 Iref의 0 ~ 2n 1 배의 전류를 생성한다. IDAC에서 생성된 전류는 고전압 MOS로 구성된 전류 미러를 통해 패널에 공급된다.
시뮬레이션하고 그 결과를 기술한다. 디지털 블록인 AWM 제어 신호 발생기는 IDEC에서 제공하는 라이브러리를 이용하여 VHDL 레벨에서 설계 및 합성하고 시뮬레이션 하였으며, 그 외 아날로그 블록들은 트랜지스터 레벨에서 설계하고 시뮬레이션 하였다. 설계에 사용된 공정은 SMIC 0.
구동방식을 제안하였다. 색상 데이터 비트의 LSB 를 이용하여 PWM 방식과 같이 구동 전류의 폭을 결정하고 데이터 비트의 LBS를 이용하여 PAM 방식과 같이 구동 전류의 레벨을 결정한다. 이와 같이 동작시킴으로써 PAM 구동 방식에 비해 전류 레벨의 수를 줄여 제어의 정확도를 높이고 회로 사이즈를 줄이며, PWM 구동 방식에 비해 전류 구동 폭의 단계를 줄여 낮은 그레이 레벨에서의 효율을 PAM과 유사한 수준으로 증가시켰다.
제안된 AWM 방식의 패널 구동 방식은 데이터 구동 전류의 크기와 시간을 조절하여 OLED 패널의 그레이레벨을 구현한다. AWM 방식은 PAM과 PWM의 단점을 개선하기 위하여 데이터 비트의 MSB를 이용하여 정확한 구동 전류 레벨을 제어하고, 데이터 비트의 LSB를 이용하여 높은 발광 시간 효율을 구현하도록 하였다.

대상 데이터

5비트의 데이터로는 총 32단계의 밝기를 표현할 수 있는데 PAMe 전류의 크기를 32단계로 나누고 PWMe 전류의 공급 시간을 32단계로 나눈다. AWMe 4단계의 전류 크기와 8단계의 공급 시간으로 나누어 두 가지의 구동 방식과 마찬가지로 32단계의 밝기를 표현한다.
공급 시간을 32단계로 나눈다. AWMe 4단계의 전류 크기와 8단계의 공급 시간으로 나누어 두 가지의 구동 방식과 마찬가지로 32단계의 밝기를 표현한다. 출력되는 전류의 파형을 보면 [그림 4]와 같이 4*8의 매트릭스 형태로 결정된다.
단, 저전압 출력단의 전류 원들은 각 구동방식에 맞게 설계하였으며 최대전류는 동일하게 하였다. OLED 패널은 96x96 패널의 1 column의 모델을 사용하였다. 밝기 레벨은 총 32단계를 사용했다.
OLED 패널은 96x96 패널의 1 column의 모델을 사용하였다. 밝기 레벨은 총 32단계를 사용했다. 임의의 색상데이터를 주었을 경우 OLED 양단의 전압변화를 [그림 10]에 나타내었다.
디지털 블록인 AWM 제어 신호 발생기는 IDEC에서 제공하는 라이브러리를 이용하여 VHDL 레벨에서 설계 및 합성하고 시뮬레이션 하였으며, 그 외 아날로그 블록들은 트랜지스터 레벨에서 설계하고 시뮬레이션 하였다. 설계에 사용된 공정은 SMIC 0.35-pm High Voltage 18V 공정이다.

성능/효과

이상적인 경우라면 밝기 레벨이 증가함에 따라 픽셀에 흐르는 전류도 일정하게 증가해야 밝기 또한 일정하게 증가할 것이다. PWM 구동방식의 경우는 이상적인 경우에 비해 전체적으로 전류가 증가했고, AWM 구동방식의 경우에는 PWM에 비해 전체적인 오차가 적다.
AWM 방식은 PAM과 PWM의 단점을 개선하기 위하여 데이터 비트의 MSB를 이용하여 정확한 구동 전류 레벨을 제어하고, 데이터 비트의 LSB를 이용하여 높은 발광 시간 효율을 구현하도록 하였다. 본 논문에서 제안된 방식으로 PWM 방식에 비해 향상된 발광 시간 효율을 얻었고, 반도체 및 OLED 기기의 특성 변위에 강한 회로 구조를 구현하여 그레이 레벨 제어 특성이 향상되었다.
따라서 낮은 그레이 레벨에서 발광 효율이 낮은 것을 알 수 있다. 이에 비해 AWM 구동 방식의 발광 효율은 가장 낮은 그레이 레벨에서는 PWM과 유사한 발광효율을 보이지만 그레이 레벨 8이상이 되면 밝기효율이 PAM과 유사한 수준으로 향상되는 것을 알 수 있다.
색상 데이터 비트의 LSB 를 이용하여 PWM 방식과 같이 구동 전류의 폭을 결정하고 데이터 비트의 LBS를 이용하여 PAM 방식과 같이 구동 전류의 레벨을 결정한다. 이와 같이 동작시킴으로써 PAM 구동 방식에 비해 전류 레벨의 수를 줄여 제어의 정확도를 높이고 회로 사이즈를 줄이며, PWM 구동 방식에 비해 전류 구동 폭의 단계를 줄여 낮은 그레이 레벨에서의 효율을 PAM과 유사한 수준으로 증가시켰다. 시뮬레이션 결과는 이러한 사실을 증명하였다.

후속연구

[그림 121는 디스플레이 구간동안 OLED 픽셀에 흐른 전류의 평균을 비교한 것이다. 이상적인 경우라면 밝기 레벨이 증가함에 따라 픽셀에 흐르는 전류도 일정하게 증가해야 밝기 또한 일정하게 증가할 것이다. PWM 구동방식의 경우는 이상적인 경우에 비해 전체적으로 전류가 증가했고, AWM 구동방식의 경우에는 PWM에 비해 전체적인 오차가 적다.

참고문헌 (8)

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C. Hosokawa，M. Matsuura, M. Eida，K. Fukuoka, H Tokalin，and T. Kusumoto, "Full-colo organic EL display," Joumal of the Society for Information Display, Vol.6, No.4, pp.257-260, Dec. 1998

상세보기
S. H. Jung, W. J. Nam, and M. K. Han "A new voltage-modulated AMOLED pixel design cornpensating for threshold voltage variation in poly-Si TFTs," IEEE Electron Device Letters, Vol.25, No.10, pp.600-692, Oct. 2004.
G. Gu and S. R Forrest, ''Design of flat-panel displays based on orgarnuc light-emitting devices,"IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics，Vol.4, No.1, pp.83-99, Jan. 1999.
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C. J. Juan and M. J. Tasi, "A voltage-compensated driver for lighting PMOLEDs，panels "IEEE Trans. on Consumer Electronics, Vol.49, No.2, pp.263-268， Feb. 2003.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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