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A 1280-RGB x 800-Dot Driver based on 1:12 MUX for 16M-Color LTPS TFT-LCD Displays

초록/요약

본 논문에서는 ultra mobile PC (UMPC) 및 휴대용 기기 시스템 같이 고속으로 동작하며 고해상도, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 16M-color low temperature poly silicon (LTPS) thin film transistor liquid crystal display (TFT-LCD) 응용을 위한 1:12 MUX 기반의 1,280-RGB x 800-dot 70.78mW 0.13um CMOS LCD driver IC (LDI) 를 제안한다. 제안하는 LDI는 저항 열 구조를 사용하여 고해상도에서 전력 소모 및 면적을 최적화하였으며 column driver는 LDI 전체 면적을 최소화하기 위해 하나의 column driver가 12개의 채널을 구동하는 1:12 MUX 구조로 설계하였다. 또한, 신호전압이 rail-to-rail로 동작하는 조건에서 높은 전압 이득과 낮은 소비전력을 얻기 위해 class-AB 증폭기 구조를 사용하였으며, 고화질을 구현하기 위해 오프셋과 출력편차의 영향을 최소화하였다. 한편, 최소한의 MOS 트랜지스터 소자로 구현된 온도 및 전원전압에 독립적인 기준 전류 발생기를 제안하였으며, 저전력 설계를 위하여 차세대 시제품 칩의 source driver에 적용 가능한 새로운 구조의 slew enhancement기법을 추가적으로 제안하였다. 제안하는 시제품 LDI는 0.13um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 source driver 출력 정착 시간은 high에서 low 및 low에서 high 각각 1.016us, 1.072us의 수준을 보이며, source driver 출력 전압 편차는 최대 11mV를 보인다. 시제품 LDI의 칩 면적은 12,203um x 1,500um이며 전력 소모는 1.5V/5.5V 전원 전압에서 70.78mW이다.

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초록/요약

This work proposes a 1,280-RGB x 800-dot 70.78mW 0.13um CMOS LCD driver IC (LDI) for high-performance 16M-color low temperature poly silicon (LTPS) thin film transistor liquid crystal display (TFT-LCD) systems adopted in ultra mobile PC (UMPC) and mobile applications simultaneously requiring high resolution, low power, and small size at high speed. The proposed LDI optimizes power consumption and chip area at high resolution utilizing a resistor-string structure. The single column driver employing a 1:12 MUX architecture drives 12 channels simultaneously to minimize chip area. The implemented class-AB amplifier achieves a rail-to-rail operation with high gain and low power while minimizing the effect of offset and output deviations for high definition. The supply- and temperature-insensitive current reference is implemented on chip with a small number of MOS transistors. A slew enhancement technique applicable to next-generation source drivers, even if not implemented on this prototype chip, is proposed for further reduction of power consumption. The prototype LDI implemented in a 0.13um CMOS technology demonstrates a measured settling time of source driver amplifiers within 1.016us and 1.072us during high-to-low and low-to-high transitions, respectively. The output voltage of source drivers shows a maximum deviation of 11mV. The LDI with an active die area of 12,203um x 1,500um consumes 70.78mW at 1.5V/5.5V.

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목차

Ⅰ. 서론 = 1
Ⅱ. 제안하는 LDI 전체 구조 = 4
Ⅲ. 제안하는 LDI 주요 회로설계 = 8
3.1 1:12 MUX 구조를 적용한 Column Driver = 8
3.2 Class-AB 증폭기를 사용하는 Source Driver = 10
3.3 온도 및 전원에 독립적인 저전력, 소면적 기준 전류발생기 = 13
3.4 제안하는 Source Driver용 Slew Enhancement 증폭기 = 16
Ⅳ. 시제품 LDI 제작 및 성능 측정 = 22
Ⅴ. 결론 = 27
참고문헌 = 28
그림차례
그림 1. 제안하는 LCD Driver IC의 블록도 = 6
그림 2. 제안하는 LCD Driver IC의 타이밍도 = 7
그림 3. 1:12 MUX 구조 기반의 제안하는 column driver = 9
그림 4. Monte Carlo 모의실험을 적용한 class-AB 증폭기 = 12
그림 5. 제안하는 기준전류 발생기 회로 = 15
그림 6. 제안하는 source driver 증폭기 회로도 = 19
그림 7. 제안하는 source driver 증폭기를 위한 타이밍도 = 20
그림 8. 시제품 LDI 레이아웃 및 칩 사진 (12,203um x 1,500um) = 23
그림 9. Source driver 출력의 측정된 파형 = 24
그림 10. 제안하는 source driver의 출력 전압 편차 = 25
표차례
표 1. Source driver 증폭기의 모의 실험된 slew enhancement 기법 = 21
표 2. 시제품 LDI 성능 요약 = 26

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