This thesis focuses on the high speed and high accuracy current feedback driving methods, which compensate the spatial and temporal variations of thin film transistor and hybrid data driving method with real-time OLED compensation for active matrix OLED displays.
In Chapter 1, a direct fast feedback current (DFFC) driver is proposed for high quality AMOLED displays and can be applicable to a-Si or other backplane technologies which have spatial and temporal variations of devices. The use of current feedback loop with directly current comparing has been employed to overcome the limitations of the driving performance in the conventional drivers. The impedance lowering and frequency compensation techniques are used to enhance the speed and guarantee the stability of the feedback loop. And an optimal selection rule of compensation capacitors is proposed. With the pre-discharge function, the driving speed of 11us is achieved at the data current of as low as 10nA. The data current from 10nA to 2.55uA, when it is driven by the presented driver, is successfully delivered to the pixel array with 1.5kΩ/100pF line conditions.
In Chapter 2, a DFFC driver is designed for high quality AMOLED displays with inverted type pixels. For the inverted type pixel, the proposed driver is implemented with an integrator with a loop compensator and an inverting amplifier with a switched-capacitor gain circuit. The proposed driver has a settling time of 7us for a panel load of 1.5kΩ/100pF. De-multiplexing operation is realized with the DFFC driver to drive two channels using one driver. The area of the driver at the implemented chip is 120 x 131um2 per two chan-nels.
In Chapter 3, a DFFC driver with double zeros compensation is proposed for medium to large AMOLED displays. The zeros for lead compensation are implemented with switched-capacitor circuits to reduce chip area. The selection rules for compensation capacitors and zero capacitors are described to ob-tain wide bandwidth and high speed. The proposed driver has a settling time of 7us for the panel load of 10kΩ/100pF. De-multiplexing operation is realized to drive two channels using one proposed driver. The chip area is 120 x 183um2 per two channels in a 0.35um CMOS process.
In Chapter 4, a hybrid data driver is suggested by combining voltage and current driving for high speed and good accuracy. It also has compensation capabilities not only for electrical characteristic varia-tion of TFTs but also for the luminance degradation of OLEDs. The data driving and compensation scheme by sampling line voltage enhances pre-charging accuracy and provides the compensation capability for OLED degradation. The detection and compensation for degraded OLEDs are concurrently performed with data driving during the display operation. The proposed hybrid driver successfully shows stable 5nA current data driving within 4us at a 5.5kΩ/40pF line condition.
본 논문에서는 AMOLED 디스플레이를 위한 전류 구동 데이터 드라이버 IC에 대해서 다루고 있다. AMOLED 화소 회로 구동을 위한 고속 및 고 정확도의 전류 구동을 위한 데이터 드라이버 회로를 제안하였다.
제 1장에서는 고속 및 고 정확도로 화소 회로에 데이터 전류를 전달하는 전류 피드백 구동 회로를 제안하였다. 기존 구동 회로의 구동 속도에 대한 한계를 해결하기 위해 피드백 회로의 대역폭을 확대시킬 수 있는 회로 구조를 소개하였으며, 데이터 전류에 따른 최적의 주파수 보상 방식을 적용하였다. 데이터 전류와 화소 전류를 직접 비교함으로써, 데이터 전류를 정확하게 화소 회로에 전달하였다. 100pF-1.5k의 구동 부하 조건에서 10nA의 저 전류에서 11us의 구동 성능을 보이며, pre-charging 동작을 통해 동작 성능을 향상 시켰으며, source-coupled type의 화소 회로에 적용하였다.
제 2장에서는 제 1장에서 소개한 전류 피드백 구동 회로를 inverted type의 화소 회로에 적용시키기 위해 switched-capacitor gain 회로를 이용하여 반전 증폭기를 구현하였다. 직접 전류 비교 방식을 통해 구동 성능을 향상시켰으며, 빠른 구동 속도를 통한 de-multiplexing 동작을 통해 저전력 소모와 칩 면적 절감을 달성할 수 있다. 100pF-1.5kΩ의 구동 부하 조건에서 10nA에서 2.56uA까지 넓은 데이터 전류 범위에 대해서 7us 이내에 구동 성능을 보이고, 채널당 7.7uA의 전류를 소모한다.
제 3장에서는 전류 피드백 구동 회로의 대역폭 제한 문제를 해결하기 위해 대역폭 확장시키기 위해 두 개의 제로를 추가하였다. 제로가 추가된 구동회로는 큰 패널 조건하에서도 성공적으로 빠른 구동 속도를 달성 할 수 있다. switched-capacitor 회로를 통해 구현된 제로는 칩 면적 절감에 효과적이며, 제로를 이용한 주파수 보상용 커패시터의 값은 데이터 전류 범위에 따라 가변된다. 100pF-10kΩ의 구동 부하 조건에서 7us 의 구동 속도를 보이고, 10nA에서 2.56uA까지 데이터 전류 범위를 제안된 구동 회로를 통해 화소 회로에 전달할 수 있다.
제 4장에서는 전압 구동과 전류 구동의 장점을 이용하여 고속 및 고 정확도의 전류 기입이 가능한 하이브리드 전류 구동 회로를 제안하였다. OLED 열화에 따른 잔상 현상을 해결하기 위해 보상 알고리즘이 제안된 구동 방식에 적용되었다. OLED 열화를 빠르게 감지하여 데이터 구동과 동시에 디스플레이 동작 중에 실시간으로 보상이 가능하며, 프레임 시간 내에 전체 패널의 OLED를 보상하는 성능을 보인다. 40pF-5.5kΩ의 구동 부하 조건에서 5nA의 저 전류를 4us 이내의 구동 속도를 보인다.
