다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터보다 전송자 이동도가 10-1000 배 가량 우수한 특성을 갖고 있다. 또한 레이저 어닐링 기술의 발달로 저온 공정이 가능해져서 구동 회로를 내장한 대면적 액정표시기로의 응용이 확대되고 있다. 액정표시기의 주 용도가 휴대용 기기의 표시 장치이므로 저전력을 위한 기술 개발이 계속 이루어지고 있으며, 고밀도의 영상 표시 장치에 대한 요구가 높아지고 있다. 현재 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 액정표시기용 집적 구동 회로에 대한 연구는 아날로그형 집적 회로가 대부분이고 디지털형은 이제 시작 단계이다. 구동 회로의 디지털화가 가속되고 있기에 디지털 구동 회로의 연구는 매우 중요하다. 본 논문은 저전력 구동 기술과 집적 디지털 데이터 구동 회로에 대한 연구이다.
화소 구조를 변형하여 데이터 선의 구동 전압을 낮추는, 새로운 액정표시기용 정전 용량형 결합 구동 방법과 (capacitively coupled driving method) 직접 구동 방법을 제안하였다. 두 방법은 모두 데이터 선의 구동 전압을 반으로 줄이기에 전력 소모를 대폭 줄일 수 있는 장점이 있다. 하지만 정전 용량형 결합 구동 방법은 계조 표현이 어렵다는 문제를 안고 있다. 이에 반해 직접 구동 방법은, 트랜지스터의 소스 연결 단자를 좌우 데이터 선에 행 별로 번갈아 연결하는 간단한 화소 구조와 기존의 제어 신호 파형과 크게 다르지 않은 장점을 갖기에 비정질 혹은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 액정표시기에 모두 쉽게 응용이 될 것이다.
저전력 디지털 데이터 구동 회로를 위하여 세 가지 회로 블록을 제안하였다. 이들은 자기 개폐형 분할 쉬프트 레지스터, C-2C 디지털-아날로그 변환기를 사용하는 감마 보정 가능한 8-비트 변환기와 소자의 특성 변화를 보상할 수 있는 아날로그 버퍼이다. 자기 개폐형 분할 쉬프트 레지스터는 전력 소모에 대한 분석과 시뮬레이션 그리고 측정 결과를 통해 전력 소모가 크게 감소함을 확인 하였다. 절연 기판 위에서 C-2C 디지털-아날로그 변환기가 가중치 정전 용량 디지털-아날로그 변환기보다 면적, 전력 소모, 속도 면에서 우수한 특성을 나타내는 것을 보였다. 푸쉬-풀 형태의 구동 트랜지스터와 스위치 보상 정전 용량을 갖는 아날로그 버퍼를 소개하였다. 연산증폭기로는 얻을 수 없는 보상 특성을 보였으며 소자 특성이 보다 향상된다면 최적의 구동 성능을 보일 것이다. 아날로그 버퍼와 C-2C 디지털-아날로그 변환기를 결합할 때, 정전 용량 간 발생하는 전하 재분배로 전기 신호의 손실이 발생한다. 이것은 C-2C 디지털-아날로그 변환기의 정전 용량을 아날로그 버퍼의 문턱 전압 저장용 정전 용량으로의 사용을 제안하였고 제작 결과로 증명하였다. 멀티플렉싱함으로 5 ㎛ 디자인 룰에서도 한 데이터 선을 구동하는 회로가 97 ㎛ 안에 집적될 수 있음을 보였다.
디지털 데이터 구동 회로의 집적 면적은 매우 제한되어 있다. 따라서 실제로 집적하는데 어려움이 있기에 고밀도 액정표시기용 집적 디지털 구동 회로의 구현은 매우 어렵다. 하지만, 영상 정보를 비트 별로 차례로 처리하게 되면 이 문제는 쉽게 해결할 수 있게 된다. 즉, 병렬이 아닌 직렬로 데이터를 처리하는 회로이므로 직렬형 디지털 구동 회로라 명명하였다. 따라서 직렬 디지털-아날로그 변환기를 사용하여야 하는데 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 사용한 직렬 디지털-아날로그 변환기는 시뮬레이션과 제작 결과를 통해 8비트까지도 적용 가능함을 알 수 있었다. 실제 레이아웃한 결과에 의하면 5㎛ 디자인 룰에서도 226 ppi (pixel-per-inch)급 고밀도 표시 장치까지 적용이 가능함을 알 수 있었다. 이러한 직렬 디지철 구동 회로를 소형 고밀도 액정표시기에 적용하였다. 화소 크기는 $50\times50\mum^2$, 256계조, 512×512 화소 수를 갖는 1'×1' 크기의 표시기이다. 영상 정보를 병렬로 받고 직렬로 처리하는 구동 방법을 취하였다.
본 학위 논문에서 제안한 집적 구동 회로는 저전력 및 고밀도 액정표 시기에 부합하는 디지털 구동 회로가 될 것이다.
