저온 Poly-Si TFT를 이용한 휴대기기 영상표시 장치용 저소비 전력 레벨 쉬프터 설계

Abstract

최근에 휴대폰, PDA, e-book 및 스마트 폰과 같은 영상매체의 재생이 가능한 휴대용 디스플레이 장치의 요구가 증가하면서, 디스플레이 시스템의 경량화, 저전력화, 박형, 저가격화를 가능하게 하는 저온 Poly-Si TFT를 이용한 SoP(System on a Panel) 기술에 대한 중요성과 관심이 증가하고 있다. 그러나 Poly-Si TFT는 문턱 전압이 높고 이동도가 낮으며, 공정상의 오차로 인하여 문턱 전압 및 이동도가 균일하지 않고 디자인 룰이 크기 때문에 높은 정밀성을 갖는 아날로그 회로나 저 소비전력과 빠른 동작 특성을 갖는 레벨 쉬프터를 제작하는데 많은 어려움이 있다. 본 논문에서 저온 Poly-Si TFT-LCD 패널의 데이터 구동을 위하여 저소비 전력을 갖는 레벨 쉬프터를 제안하였다. 레벨 쉬프터는 제어신호, 클럭, 디지털데이터 신호등의 낮은 전압 레벨의 신호를 유기기판 위에 집적된 높은 전압을 사용하는 패널 내부 회로에 전달하기 위해서 높은 전압 레벨의 신호로 변환하는 역할을 한다. 또한 해상도가 증가할수록 레벨 쉬프터의 수는 급격히 증가하게 되고, 저소비 전력과 빠른 동작 속도가 요구된다. 하지만 Poly-Si TFT를 사용하여 레벨 쉬프터를 설계할 경우, Poly-Si TFT의 열악한 전기적 특성으로 인하여 출력전압이 바뀔 때 마다 큰 단락 전류가 발생하여, 전력 Loss가 발생하게 되고, 즉 소비전력이 크다는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 저소비 전력을 갖고, 속도 또한 기존 레벨 쉬프터 보다 빠르게 동작할 수 있는 레벨 쉬프터 회로를 제안하고자 한다. 본 논문에서는 입력되는 정, 부신호의 레벨을 변경하는 레벨 쉬프터 회로의 전달 지연시간과 소비전력을 감소시키는 저온Poly-Si을 적용한 새로운 레벨 쉬프터 회로를 제안하였다. 제안된 레벨 쉬프터는 작은 단락 회로 전류와 빠른 스위칭 특성을 가지고 있어서 전달 지연 시간이 짧아졌으며, 또한 소비전력이 기존 래치 타입의 레벨 쉬프터보다 크게 절감되는 효과를 나타내었다. 제안한 레벨 쉬프터를 모의 실험을 통하여 검증해 본 결과 단락전류가 기존 레벨 쉬프터 대비 31%가 감소됨에 따라 소비전력이 기존 레벨 쉬프터의 47% 수준을 확보하게 되었다. 이 결과를 토대로 제안된 레벨 쉬프터의 경우 저온 Poly-Si 공정에서도 빠른 전달 지연 시간을 갖고 낮은 소비전력의 특성을 갖는 레벨 쉬프터로 고해상도 FPD회로와 저 소비전력 특성을 요하는 mobile용 FPD 구동회로에 적합한 장점을 가질 수 있을 것이다.