LED BLU를 가지는 LCD module을 위한 10b column driver IC 및 LED driver IC 설계

Abstract

본 논문은 LED backlight를 가지는 LCD 모듈을 위한 두 가지 종류의 IC의 설계로 구성되어 있다. 첫 번째 부분은 바디 transconductance control을 사용한 AMLCD를 위한 10bit linear DAC column driver IC에 대한 내용으로 구성되어 있고 두 번째 부분은 fast response를 가지는 high impedance current source에 기반한 16 channel LED driver IC로 구성되어 있다. LCD driver IC의 대부분의 chip 면적은 column driver가 차지 하기 때문에 이 driver의 면적과 파워 소모를 줄이는 것이 가장 중요한 design issue중 하나이다. Interpolation DAC에 관한 여러가지의 논문들이 발표 되었다. [1]에서는 추가적인 V-I converter를 사용해 interpolation 될 coarse current step을 만들고 CDAC을 사용해 fine current level을 만들어 출력 버퍼 앰프에 의도적인 current mismatch를 일으켜 interpolation을 구현했다. 이와 같은 구조는 CDAC을 사용해서 면적에서 효율적인 구조를 구현했지만 CDAC구조는 mismatch에 민감한 구조이기 때문에 사이즈를 줄이는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 body trans-conductance modulation을 사용한 Interpolation Embedded Buffer Amplifier (IEBA)를 통해 interpolation buffer amp구조를 구현하였다. IEBA는 built-in body buffer를 통해 buffer amp의 input TR의 body전압을 4b control이 가능하도록 구성되어 있다. 전체적으로 10b DAC는 coarse 6b DAC, fine 3b DAC, multiplexer로 구성되어 있다. 6b DAC는 coarse voltage references전압을 상위 6비트 데이터를 통해 만들어 주고 fine 3b DAC는 하위 3비트 데이터를 통해 fine voltage references를 만들어 준다. Multiplexer는 네 번째 비트 값에 따라서 IEBA의 VLSB- terminal에 들어가는 전압을 fine 3b DAC출력 전압만큼 더하고 빼줄 수 있도록 구성해서 body 쪽 input에 걸리는 전압 차이를 줄여 선형성을 개선하는 역할을 한다. 완성된 IC를 통해 측정된 INL과 DNL은 각각 10b accuracy에서 0.36 LSB and 0.35LSB로 10bit 이상의 해상도를 가짐을 확인 하였다. 각각의 channel은 $14\mum$ pitch에서 $295\mum$ height를 가지고 channel당 1uA의 전류를 소모하며 90n CMOS 공정에서 fabrication되어 있다. 논문의 두 번째 부분은 LED backlight를 위한 LED driver IC이다. 많은 LED backlight를 채용한 LCD가 시장에 출시되었으며 이후에 LED backlight light를 채용한 LCD의 비율이 점차적으로 높아져 갈 것이다. LED backlight는 기존의 CCFL backlight에 비해 응답속도, local dimming, wide color gamut, 3D TV 적용가능성, 디자인, 수명등 많은 부분에서 강점을 가진다. LED dimming 방법에는 PAM과 PWM 방법이 있는데 PAM의 경우 LED의 밝기에 따라 color shift현상이 발생하기 때문에 display 용도로써 사용하기에는 부적합하다. 따라서 본 연구에서는 PWM방식을 사용해 LED dimming을 구현하였다. 현재 많은 IC 제조사에서 LED driver IC를 생산하고 있지만 100mA이상의 전류를 구동 할 수 있는 IC는 거의 없다. 현재 많은 LED BLU는 하나의 LED에서 높은 전류를 사용하고 적은 개수의 LED를 사용하도록 하는 추세 이기 때문에 높은 전류를 control할 수 있는 LED d