KR101391813B1 - 디스플레이 디바이스와, 광 변조기를 위한 제어 회로 - Google Patents

디스플레이 디바이스와, 광 변조기를 위한 제어 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 이미터 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 각 광 이미터(Ein, Eim)는 특정 트립 임계 전압(Vth)을 갖는 전류 변조기(Mim)에 의해 제어된다. 상기 디바이스는 변조기(Mim)의 트립 임계 전압(Vth)을 보상하기 위한 보상 수단(Ain, Ajn, 11, 21)을 또한 포함한다.
이들 보상 수단은 변조기의 게이트 전극과 소스 전극 사이에 연결된 적어도 하나의 연산 증폭기(Ain, 11, 21)를 포함한다. 이러한 연산 증폭기의 피드백은 상기 전압의 값에 상관없이 적어도 하나의 변조기(Mim)의 트립 임계 전압(Vth)을 보상한다.

Description

디스플레이 디바이스와, 광 변조기를 위한 제어 회로{DISPLAY DEVICE AND CONTROL CIRCUIT FOR A LIGHT MODULATOR}
본 발명은 능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
플랫 이미지 디스플레이 스크린은 차량용 디스플레이 디바이스, 디지털 카메라 또는 모바일 전화에서와 같은 모든 종류의 응용에 점점 더 사용된다.
광 이미터가 OLED(유기 발광 다이오드) 디스플레이와 같은 유기 전계 발광 셀로부터 형성되는 디스플레이는 알려져 있다.
특히, 수동 매트릭스 OLED-형 디스플레이는 이미 상업적으로 광범위하게 이용가능하다. 그러나, 이들 디스플레이는 대량의 전기 에너지를 소비하고, 수명이 짧다.
능동 매트릭스 OLED 디스플레이는 내장형 전자 기기(built-in electronics)를 포함하고, 감소된 소모, 고해상도, 비디오 속도와의 호환성, 수동 매트릭스 OLED 디스플레이보다 더 긴 수명과 같은 많은 장점을 갖는다.
종래에, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스는 특히 광 이미터 어레이로 형성된 디스플레이 패널을 포함한다. 각 광 이미터는 디스플레이될 이미지의 픽셀 또는 서브픽셀과 연관되고, 어드레스 회로를 통해 열 전극 어레이 및 행 전극 어레이 에 의해 어드레싱된다.
도 1은 이 후에 이미터로 언급된 광 이미터(E), 및 광 이미터와 연관된 어드레스 회로를 도시한다. 더 구체적으로, 이것은 전압 어드레스 회로이다.
일반적으로, 이러한 유형의 어드레스 회로는 이미터의 제어 수단 및 전원 수단을 포함한다. 상기 어드레스 회로는 행 전극 어레이 및 열 전극 어레이를 통해 제어된다. 이들 전극은 디스플레이 패널의 모든 이미터로부터 특정 이미터(E)를 선택하고 나서, 어드레싱하는데 사용된다.
이미터 어드레스 수단은 제어 스위치(I1), 저장 커패시터(C) 및 전류 변조기(M)를 포함한다.
변조기(M)는 픽셀 또는 서브픽셀에 대한 데이터 제어 전압을 거기에 흐르는 전류로 변환한다. 일반적으로, 변조기(M)는 n- 또는 p-MOSFET 유형의 트랜지스터 소자이다. 그러한 소자는 3개의 단자, 즉 그 사이에 변조된 전류가 흐르는 드레인 및 소스, 및 제어 전압이 인가되는 게이트를 구비한다.
변조기가 도 1에 도시된 바와 같이 n-형일 때, 변조된 전류는 드레인과 소스 사이에 흐르고; p-형일 때, 변조된 전류는 소스와 드레인 사이에 흐른다. 변조기(M)는 이미터와 직렬로 연결된다. 이러한 직렬로 된 2개의 단자는 전원 수단에 연결되고, 애노드 단자는 전원 전극(Vdd)에 연결되고, 캐소드 단자는 일반적으로 접지 전극에 연결된다.
종래의 구조의 OLED 디스플레이인 도 1의 경우에서, 이미터의 애노드는 능동 매트릭스와의 인터페이스를 형성한다: 그 다음에 변조기의 드레인(n-형의 경우) 또는 소스(p-형의 경우)는 전원 전극(Vdd)에 연결되고, 이미터의 캐소드는 접지 전극에 연결된다.
역 구조라 불리는 OLED 디스플레이의 경우(미도시)에, 이미터의 캐소드는 능동 매트릭스와의 인터페이스를 형성한다: 그 다음에 변조기의 소스(n-형의 경우) 또는 드레인(p-형의 경우)은 접지 전극에 연결되고, 이미터의 애노드는 전원 전극(Vdd)에 연결된다.
변조기(M)가 제어 스위치(I1)에 의해 선택될 때, 비디오 데이터 전압(Vdata)은 변조기(M)의 게이트에 인가된다. 변조기(M)가 포화 영역에서 동작하도록 고려될 때, 이러한 변조기는 변조기의 게이트와 소스 사이에 인가된 전위차의 2차 함수로서 일반적으로 변하는 드레인 전류를 생성한다.
바람직하게, 패널의 광 이미터가 행 및 열로 배치되기 때문에, 동일한 행의 이미터의 모든 제어 스위치(I1)는 소위 행 전극에 의해 제어되고, 동일한 열의 이미터의 제어 스위치(I1)의 모든 비디오 데이터 신호 입력은 소위 열 전극에 의해 전원 공급된다.
광 이미터에 어드레싱하는 것이 바람직할 때, 제어 전압은 상기 이미터를 선택하기 위해 이러한 이미터의 제어 스위치(I1)의 게이트에 연결된 행 전극(Vselect)에 인가된다. 스위치(I1)는 턴 온되어, 그 다음에 열 전극에 존재하는 데이터 전압 (Vdata)은 변조기(M)의 게이트에 인가된다.
광 이미터에 어드레싱하는 수단은 변조기의 게이트와 변조기를 통해 이러한 이미터에 인가된 전원 전압(Vdd) 사이에 연결된 저장 커패시터(C)를 포함한다. 이러한 저장 커패시터(C)는, 심지어 이러한 이미터를 위한 제어 스위치가 더 이상 닫히지 않고 대응하는 행이 더 이상 선택되지 않을 때, 이미터의 광 에너지가 이미지 프레임의 지속기간에 걸쳐 대략 일정하게 유지되도록 하기 위해 변조기의 게이트에 인가된 전압을 저장한다.
OLED 디스플레이를 위한 능동 매트릭스 디바이스에서, 제어 스위치(I1) 및 변조기(M)는 또한 TFT라 불리는 박막 트랜지스터이다.
유리 기판 상에 박막으로서 증착된 이들 소자의 제조는 일반적으로 저온 폴리실리콘(LTP) 기술에 기초한다. 이러한 기술은 비결정질 실리콘을 폴리실리콘으로 변환하기 위한 레이저를 이용한다. 레이저 펄스 동안, 급속 가열되는 비결정질 실리콘은 결국 용융되고, 냉각 단계 동안, 비결정질 실리콘을 폴리실리콘으로 결정화하는 공정이 발생한다.
그러나, 이러한 결정화 공정은 폴리실리콘 박막 트랜지스터의 트립 임계 전압에서의 국부적 공간 변동을 초래한다. 이러한 변동은, 폴리실리콘 그레인 경계 및 크기가 결정화 단계 동안 충분히 제어될 수 없다는 점 때문에 일어난다.
도 2는 다양한 폴리실리콘 박막 트랜지스터에 대한 인가된 게이트-소스 전압(Vgs)의 함수로서 드레인 전류(Id)에서의 변동을 도시한다. 이들 트랜지스터의 트립 임계 전압(Vth)이 트랜지스터마다 변하고, 트랜지스터 결정화 공정에 의해 유도된 변동에 의해 야기된 결점으로 인해 그 값에서의 분산을 나타낸다는 것을 도 2에서 알 수 있다.
드레인 전류가 흐르도록 하기 위해, 변조기의 게이트-소스 전압(Vgs)은 전술한 트랜지스터 중 하나로 형성된 변조기의 트립 임계 전압(Vth)보다 더 커야 한다.
결과적으로, 그러한 박막 트랜지스터에 흐르는 드레인 전류는 이들 트랜지스터의 트립 임계 전압에 따라 변한다. 이것은, 박막 트랜지스터가 포화 모드로 동작할 때, 전류 생성기로서 동작하기 때문이다. 이미터로 전달하는 가해진 드레인 전류는 다음 수학식에 따라 변한다:
Ic=K(Vgs-Vth)2
여기서 K=kW/2L이고,
- Vgs는 이러한 트랜지스터의 인가된 게이트-소스 전압에 대응하고, 이러한 전압은 또한 셋포인트(setpoint) 전압이라 불린다.
- Vth는 이 트랜지스터의 트립 임계 전압에 대응한다.
- W 및 L은 트랜지스터의 채널의 폭 및 길이에 각각 대응한다.
- k는 트랜지스터를 제조하기 위해 이용된 기술의 유형에 좌우되는 상수이다.
따라서, 도 2에 도시된 곡선을 통해 확인되는 것과 같이, 포화 모드에서, 드 레인 전류는 각 트랜지스터의 트립 임계 전압에 따라 트랜지스터마다 변한다.
결과적으로, 임의의 하나의 디스플레이 패널를 구성하고 동일한 전원 전압(Vdd)에 의해 전원 공급된 폴리실리콘 변조기(M)는, 심지어 이들 변조기가 동일한 데이터 전압(Vdata)에 의해 제어될 때도 상이한 세기의 전류를 생성할 것이다.
이제, 일반적으로 이미터(E)는 이에 흐르는 전류에 정비례하는 광 세기를 방출하여, 폴리실리콘 트랜지스터의 트립 임계치의 비-균일성은 그러한 트랜지스터의 매트릭스로 형성된 디스플레이의 밝기 비-균일성을 초래한다. 이것은 휘도 레벨 사이의 차이와, 사용자에게 명백한 시각적 불편함을 초래한다.
이러한 불편함을 제한시키기 위해, 트립 임계 전압에서의 변동을 보상하기 위한 다양한 회로가 제안된다.
따라서, 디지털 제어 방법이라 불리는 제 1 방법은 픽셀의 구조를 변형시킴으로써 휘도 레벨에서의 저하를 감소시키는 것이다. 그러나, 이러한 방법은 에너지를 소비하고, 고속의 어드레스 회로를 필요로 한다.
소니 문헌 "A 13-inch AMOLED display"(2001년, SID Digest)에 기재된 다른 방법은 픽셀 구조를 전류-프로그래밍하는 것이다. 이러한 어드레싱 모드는 전하 캐리어의 이동도 및 임계 전압에서의 변동 모두를 보상한다. 그러나, 전류-프로그래밍은 낮은 휘도에 대한 매우 낮은 전류 레벨을 고려해야 하며, 이것은 OLED 광 이미터로 전달된 적합한 전류를 확립하는데 필요한 프로그래밍 시간을 상당히 증가시킨다. 더욱이, 이러한 방법을 이용하여 제작된 각 어드레스 회로는 이미터당 4개의 TFT의 주입을 필요로 한다. 이러한 방법은 그다지 경제적이지 못하며, 픽셀의 유용한 광 방출 영역을 상당히 감소시킨다.
문헌 "서울대학교, AM-LCD 02, OLED-2, 13 페이지"에 기재된 다른 방법은 2개의 추가 TFT를 포함하는 전압 어드레스 회로에 의해 전압 보상을 달성한다. 이들 트랜지스터는 제어 스위치(I1)와 전류 변조기(M) 사이에 연결된다. 이러한 다른 방법은, 제 1 추가 트랜지스터 및 변조기(M)의 전압 임계치가 동일하다는 원리에 기초하는데, 이는 그 제조 동안, 이들 소자가 재결정화될 박막을 가열하는데 사용된 레이저 빔의 스캔 방향에 평행하고, 실질적으로 동일한 재결정화 상태를 겪기 때문이다. 그러한 어드레스 회로에서, 제 1 추가 트랜지스터의 트립 임계 전압은 변조기의 트립 전압을 자동으로 보상하여, 이미터에 공급되는 드레인 전류는 트립 전압에 독립적이다. 제 2 박막 트랜지스터가 또한 충전 커패시터에 저장된 전압이 리셋되도록 한다는 것이 주지되어야 한다.
그러나, 이 방법에서의 어드레스 회로는 또한 4개의 트랜지스터를 포함하는 어드레스 회로의 제작을 필요로 한다. 이렇게 복잡도가 더 커지면 디스플레이의 신뢰성 및 양품률 모두가 감소되어, 제조비에서 상당한 증가를 초래한다.
다른 방법은 문헌 EP 1 381 019의 도 7 및 도 11을 참조하여 특히 단락 42 및 43에 기재되어 있다; 여기서 설명된 전압 제어 방법은 픽셀의 동일한 열에 관련된 모든 변조기(32)의 트립 임계치에서의 변동을 보상하기 위해 연산 증폭기(54)를 이용한다; 이 증폭기의 출력은 스위치(SW2a) 및 전극(Xi)을 통해 변조기(32)의 게이트(G)에 연결된다; 이 증폭기의 비-반전 입력(+)은 저항(52), 스위치(SW1a) 및 전극(Wi)을 통해 이 변조기(32)의 드레인 전극(D)에 연결된다.
이러한 방식으로 연결된 연산 증폭기는 사실상 상기 문헌에 실제로 기재되지 않고, 또한 "슈미트 트리거(Schmitt trigger)"라 불리는 히스테리시스 비교기로서 동작하는데, 상기 비교기가 "온/오프" 디지털 모드, 즉 쌍안정 모드로 디스플레이의 이미터를 제어하는 것에 대응한다는 것과; 그 다음에, 회색도는 PWM(펄스-폭 변조)에 의해서만 얻어질 수 있는데, 이것은 윤곽화(contouring)와 같은 다른 디스플레이 품질 문제를 야기한다는 것이 관찰된다. 더욱이, 그러한 셋업은 고가인 대응하는 구동 수단을 갖는 많은 스위치를 필요로 한다.
특히 문헌 US 2002/047817의 단락 14, 특히 마지막 구에 나타난 바와 같이, 변조기(T2)의 개방 시간을 프로그래밍하도록, 전압 램프(VDRV)와 데이터 전압(VDAT) 사이의 비교기로서 여기서 사용되는, 연산 증폭기를 또한 포함하는 전류 변조기(T2)를 제어하는 회로를 기재하는 문헌 US 2002/047817에서, 그러므로 전술한 PWM의 단점이 존재하며, 연산 증폭기가 그러한 셋업에서 어떠한 피드백도 나타내지 않음이 또한 주지되어야 한다.
본 발명의 목적은, 폴리실리콘 트랜지스터의 트립 임계 전압이 자동으로 보상되고 종래 기술의 방법의 결점이 없는 능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 주제는 능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스인데,
- 행 및 열로 분배된 이미터 어레이를 형성하는 수 개의 광 이미터와;
- 상기 어레이의 광 이미터의 방출을 제어하는 수단으로서,
- 상기 어레이의 각 광 이미터에 대해, 상기 이미터를 제어할 수 있고 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극, 및 변조기마다 변하는 트립 임계 전압(Vth)을 포함하는 전류 변조기와;
- 변조기를 제어하기 위해 변조기의 게이트 전극에 데이터 전압을 인가함으로써 이미터의 각 열의 이미터에 어드레싱할 수 있는 열 어드레스 수단과;
- 선택 전압을 인가함으로써 이미터의 각 행의 이미터를 선택할 수 있는 행 선택 수단을, 포함하는, 제어 수단과;
- 각 변조기의 트립 임계 전압을 보상하는 보상 수단을
포함하는, 능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스로서,
- 상기 보상 수단은 적어도 하나의 연산 증폭기를 포함하고, 상기 연산 증폭기의 피드백은 상기 전압의 값에 상관없이 적어도 하나의 변조기의 트립 임계 전압을 보상할 수 있고,
- 상기 증폭기는 반전 입력(-), 비-반전 입력(+), 및 출력 단자를 갖고,
- 상기 연산 증폭기의 비-반전 입력(+)은 상기 변조기를 제어하는 열 어드레스 수단에 연결되고,
- 상기 연산 증폭기의 반전 입력(-)은 상기 변조기의 소스 전극에 연결되고,
- 상기 연산 증폭기의 출력은 상기 변조기의 게이트 전극에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특정 실시예에 따라, 디스플레이 디바이스는 다음 특징 중 하나 이상을 포함한다:
- 상기 제어 수단은, 이미터와 연관된 상기 변조기에 대해, 연산 증폭기의 출력과 상기 변조기의 게이트 전극 사이에 연결된 적어도 제 1 제어 스위치를 포함하고, 상기 제 1 스위치는 이러한 이미터에 대한 행 선택 전압을 수신할 수 있고,
- 상기 제어 수단은, 이미터와 연관된 상기 변조기에 대해, 연산 증폭기의 반전 단자와 변조기의 소스 전극 사이에 연결된 제 2 제어 스위치를 포함하고, 상기 제 2 스위치는 선택 전압을 동기적으로 수신하기 위해 상기 제 1 스위치의 게이트 전압에 연결된 게이트 전극을 갖고,
- 행 선택 수단은 이러한 행에서 적어도 하나의 이미터를 선택하기 위해 상기 제 1 스위치 중 적어도 하나의 게이트 전극에 전원 공급할 수 있고,
- 보상 수단은 열의 이미터를 제어하는 모든 변조기의 트립 임계 전압을 보상할 수 있고,
- 상기 변조기 및 제 1 및 제 2 제어 스위치는 박막 폴리실리콘 또는 박막 비결정질 실리콘으로 제조된 소자이고,
- 상기 변조기는 n-형 트랜지스터이고, 그 드레인은 전원 수단에 의해 전원 공급되고,
- 상기 변조기는 p-형 트랜지스터이고, 더욱이 제어 수단은 변조기의 소스와 전원 전극 사이에 위치한 수동 소자를 포함하고,
- 각 이미터는 유기 발광 다이오드이고,
- 수동 소자는 박막 저항을 포함하고,
- 상기 제어 수단은, 이미지 프레임의 지속기간에 걸쳐 픽셀 또는 서브픽셀의 밝기를 유지시키기 위해 상기 변조기의 게이트 전극과 소스 전극 사이에 연결된 적어도 하나의 충전 커패시터를 더 포함하고;
- 상기 제어 수단은 능동 매트릭스를 전압-안정시키기 위해 연산 증폭기의 출력과 반전 입력 사이에 연결된 보상 커패시터를 포함하고;
- 변조기의 드레인 전류는 변조기에 대한 전원 전압 사이의 차이와, 변조기의 게이트와 소스 사이의 전위차에 따르고;
- 보상 수단은, 이미터를 제어하는 변조기의 트립 임계 전압을 각각 보상할 수 있는 수 개의 연산 증폭기를 포함한다.
본 발명에 따른 디바이스는, 폴리실리콘 소자에서의 국부 공간 변동으로 인한 밝기 변동을 유리하게 보상할 수 있다. 그 결과, 이미지의 균일성을 상당히 개선시킨다.
더욱이, 광 이미터를 위한 각 어드레스 회로는 3개의 박막 트랜지스터만을 유리하게 포함한다. 그 결과 이러한 이미지 디스플레이 디바이스는 픽셀의 더 작은 유용한 영역을 제조 및 점유하는 것이 더 간단해져서, 상기 픽셀의 더 높은 개방 종횡비를 초래한다.
더욱이, 그 제조는 적은 실리콘을 필요로 하기 때문에 비용이 적게 든다. 이것은, 디스플레이 패널을 형성하는 이미터의 수를 고려하여, 이미터당 하나의 트랜지스터의 절감이 상당한 절감을 나타내어, 제조 양품률을 증가시키기 때문이다.
본 발명의 다른 목적은, 예를 들어, 능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스에 사용될 수 있는 전류 변조기를 제어하는 회로를 제안하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 한정되지 않은 트립 임계 전압을 갖는 전류 변조기를 제어하는 회로를 제안하며, 상기 회로는 트립 임계 전압 보상 수단을 포함하는, 상기 회로로서,
상기 트립 임계 전압 보상 수단은 상기 변조기의 게이트 전극과 소스 전극 사이에 연결된 적어도 하나의 연산 증폭기를 포함하며, 그 피드백은 변조기의 트립 임계 전압을 보상하여, 상기 변조기에 흐르는 드레인 전류의 세기는 변조기의 트립 임계 전압에 독립적인 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 연산 증폭기의 출력은 변조기의 게이트 전극에 연결되고, 그 반전 입력(-)은 이러한 동일한 변조기의 소스 전극에 연결된다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 한정되지 않은 예로서 주어진 다음의 설명을 읽음으로써 더 명백히 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술로부터 알려진 광 이미터 어드레스 회로의 개략도.
도 2는, 본래 알려진 저온 폴리실리콘(LTPS) 결정화 기술에 의해 제조된 다양한 박막 트랜지스터의 전류-전압 특성의 곡선을 도시한 그래프.
도 3은 어드레스 회로 전류 변조기가 n-형인 본 발명의 제 1 실시예를 도시 한 개략도.
도 4는, 어드레스 회로 전류 변조기가 p-형인 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 개략도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 이미터의 어레이의 부분을 도시한 개략도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이미지 디스플레이 디바이스의 요소를 도시한다. 이 요소는 광 이미터(E) 및 이와 연관된 어드레스 회로(10)를 포함한다.
종래에, 어드레스 회로(10)는 전류 변조기(M), 제 1 제어 스위치(I1), 저장 커패시터(C), 행 선택 전극(Vselect), 열 어드레스 전극(Vdata) 및 전압 전원 전극(Vdd)을 포함한다.
도시된 예에서, 변조기는 n-형이고, 이미터는 종래 구조를 갖는 OLED형 다이오드이다. 동일한 회로는, p-형 변조기가 사용되고 변조기-이미터 직렬이 반전되면, 즉 이미터의 애노드가 전원 전극(Vdd)에 연결되고 변조기의 드레인이 접지 전극에 연결되면, 반전 구조를 갖는 OLED 디스플레이에 또한 적용된다.
후속적으로, 반전된 OLED 구조를 갖는 n-형 변조기에 또한 적용가능한 종래의 OLED 구조를 갖는 p-형 변조기의 이용에 적합한 다른 회로는 도 4를 참조하여 제공될 것이다.
전원 소스(Vdd)는 변조기(M)의 드레인에 연결된다. 데이터 전압(Vdata)이 이러 한 변조기(M)의 게이트에 인가될 때, 또한 드레인 전류라 불리는 셋포인트 전류는 드레인과 소스 사이에 확립되고, 이것은 광 이미터(E)의 애노드에 전원 공급한다.
이러한 드레인 전류의 세기는 특히 변조기 트랜지스터의 트립 임계 전압(Vth)에 좌우된다. 광 이미터(E)는 이러한 전류에 비례하는 광량을 방출한다. 그러므로, 동일한 데이터 전압은 이미터마다 동일한 광량을 생성하지 않는다.
임계 전압에서의 국부 공간 변동에 의해 유도되는 휘도에서의 변동을 보상하기 위해 본 발명에 따른 어드레스 회로는 전류 변조기(M)의 트립 임계 전압(Vth)을 보상하는 연산 증폭기(11)를 포함한다.
사실상, 여기서 열 어드레스 전극은 연산 증폭기(11)의 비-반전 입력(+)에 연결된다. 변조기(M)의 소스는 연산 증폭기의 반전 단자(-)에 연결되고, 연산 증폭기(11)의 출력 단자는 제어 전압을 인가함으로써 이를 턴 온하기 위해 변조기(M)의 게이트에 연결된다.
바람직하게, 선택 스위치(11)는 변조기(M)의 게이트와 연산 증폭기(11)의 출력 단자 사이에 직렬로 연결되고, 스위치(I2)는 변조기의 소스와 연산 증폭기의 반전 단자(-) 사이에 직렬로 연결되고, 이들 스위치(I1, I2)에 대한 제어는 동일한 행 선택 전극(Vselect)에 연결된다.
이러한 구조에서, 연산 증폭기로부터 이에 따라 얻어진 피드백은 변조기(M)의 트립 임계 전압(Vth)을 유리하게 보상하고, 이러한 전압의 값에 상관없이 그렇게 보상된다.
따라서, 연산 증폭기의 피드백으로 인해, 이미터(E)의 애노드의 전압은 열 데이터 전압(Vdata)과 또한 동일하고, 변조기에 의해 방출되고 이미터를 통과하는 드레인 전류는 변조기(M)의 트립 임계 전압(Vth)과 독립적이다. 연산 증폭기에 의해 생성된 게이트-소스 전압은 그 값에 상관없이 변조기(M)의 임계 전압을 보상한다. 따라서, 여기서 고정되지 않은 등가 다이오드 부하에 기초하여 데이터 전압(Vdata)에 의해 제어된 전류 생성기를 갖는다.
더욱이, 트립 임계 전압의 피드백의 인가는 데이터 제어 전압(Vdata) 및 선택 제어 전압(Vselect)의 인가와 유리하게 동기적이다.
유리하게, 이러한 어드레스 회로는 또한 행 제어 전극에 의해 턴 온 및 오프되는 제 1 제어 스위치(I1)를 포함한다. 이러한 제 1 스위치(I1)는 전류 변조기를 턴 온하기 위해 연산 증폭기(11)의 출력과 전류 변조기(M)의 게이트 사이에 연결된다.
스캔 제어 전압(Vselect)이 제 1 스위치(I1)의 게이트에 인가될 때, 제 1 스위치는 턴 온되고, 연산 증폭기의 출력 전압은 변조기의 게이트에 인가된다.
어드레스 회로는, 연산 증폭기가 피드백 모드로 동작하도록 하기 위해 변조기(M)의 소스와 연산 증폭기(11)의 반전 단자(-) 사이에 연결된 추가 스위치(I2)를 또한 포함할 수 있다.
유리하게, 이러한 제 2 스위치는 행 선택 전극에 인가된 스캔 전압(Vselect)에 의해 또한 제어될 수 있다. 이 경우에, 제 2 스위치(I2)의 게이트는 제 1 스위치(I1)의 게이트에 연결되고, 제 2 스위치는 제 1 스위치(I1)와 동기적으로 스캔 제어 전압(Vselect)을 수신한다.
이러한 제 2 스위치(I2)는 이미터의 어드레싱 안전을 보장한다. 제 2 스위치는 선택된 이미터와 동일한 열에 위치한 다른 어드레스 회로에서의 누출 전류의 어떠한 출현도 방지한다.
바람직하게, 2개의 스위치(I1, I2) 및 변조기(M)는 TFT 기술을 이용하여 제조된다. 이들 박막 트랜지스터는 비결정질 실리콘 또는 폴리실리콘으로 제조될 수 있다. 3개의 TFT 소자 및 연산 증폭기를 포함하는 어드레스 구조는 TFT 소자를 제조하는 이들 기술 모두와 호환된다.
이미지 프레임의 지속기간에 걸쳐 밝기를 유지시키기 위해, 어드레스 회로는 변조기(M)의 게이트와 소스 사이에 위치한 저장 커패시터(C)를 포함한다. 이러한 커패시터는 프레임 지속기간에 대응하는 시간 간격에 걸쳐 변조기(M)의 게이트 전극 상의 전압을 거의 일정하게 유지시킬 수 있다.
어드레스 회로는, 회로를 안정화시키기 위해 제 1 및 제 2 제어 스위치(I1 및 I2)를 통해 충전 커패시터(C)와 병렬로 연결된 보상 커패시터(Cc)를 또한 포함할 수 있다.
픽셀을 스캐닝할 때, 선택된 이미터의 2개의 제어 스위치(I1, I2)는 턴 온되고, 연산 증폭기의 피드백으로 인해, 연산 증폭기의 비-반전 단자(+)에 인가된 데이터 전압(Vdata)은 실제로 광 이미터(E)의 애노드에 인가된다.
픽셀을 스캐닝한 후에, 변조기(M)는 포화 영역에서 동작하고, 저장 커패시터(C)에 저장된 전압에 비례하는 드레인 전류를 전달한다. 연산 증폭기에 의해 수행된 전압 보상 때문에, 드레인 전류는 변조기(M)의 트립 임계 전압(Vth)에 독립적이다. 따라서, 동일한 열의 픽셀간의 임계 전압에서의 변동은 이들 픽셀의 광 이미터에 흐르는 전류에 영향을 주지 않는다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다.
도시된 예에서, 이 때 변조기는 p-형이고, 이미터는 종래의 구조의 OLED-형 다이오드이다. 동일한 회로는, n-형 변조기가 사용되고 변조기-이미터 직렬이 반전되는데, 즉 이미터의 애노드가 전원 전극(Vdd)에 연결되고 변조기의 소스가 수동 소자를 통해 접지 전극에 연결되면, 반전된 구조의 OLED 디스플레이에 또한 적용된다.
도 3에 도시된 제 1 실시예와 마찬가지로, 연산 증폭기(21)는 피드백 모드로 이용된다. 그 출력은 제어 스위치(I1)를 통해 변조기(M)의 게이트에 이전과 같이 연결되고, 그 반전 입력(-)은 제어 스위치(I2)를 통해 변조기(M)의 소스에 이전과 같이 연결된다. 이전과 같이, 데이터 제어 전압(Vdata)은 증폭기의 비-반전 입력(+)에 인가된다.
제 1 실시예와 달리, 이미터에 대한 전원 전압(Vdd)은 여기서 수동 소자(R)를 통해 변조기(M)의 소스에 연결된다. 변조기가 p-형이기 때문에, 변조기의 드레인은 여기서 광 이미터(E)의 애노드에 연결된다. 데이터 제어 전압(Vdata)이 p-형 변조기의 게이트에 인가될 때, 이 경우에 드레인 전류는 소스로부터 드레인으로 변조기를 통과한다.
이러한 수동 소자는 예를 들어 전극, 저항, 다이오드 또는 전기 회로를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 예시적인 예에서, 이러한 수동 소자는 박막 저항(R)으로 유리하게 구성된다.
이미터가 선택될 때, 데이터 전압(Vdata)은 변조기(M)의 게이트에 인가되므로, 저항(R) 및 변조기의 소스에 공통인 단자에 인가되고, 드레인 전류는 변조기(M)와 이미터(E)에 흐른다. 이러한 전류는 다음의 선형 법칙에 따라 정의된다:
Id=(Vdd-Vdata)/R
그러므로, 이것은 여기서 고정된 부하(R)에 기초하여 데이터 전압(Vdata)에 의해 제어된 전류 생성기이다. 이러한 고정된 부하로 인해, 이미터는 다이오드 또는 이미터(E)의 특성과 전혀 상관없이 유리하게 구동될 수 있다.
변조기 및 이미터(E)에 흐르는 전류가 트립 임계 전압과 상관없다는 것이 설명될 것이다. 더욱이, 회로 전원 전압(Vdd)이 일정하기 때문에, 드레인 전류는 데이터 전압(Vdata)에 의해 직접 제어가능하다. 그러므로, 고정된 데이터 제어 전압에 대 해, 드레인 전류는 일정하다.
더욱이, 전술한 바와 같이, 픽셀이 스캔된 후에, 변조기(M)는 포화 동작 모드에 있고, 드레인 전류는 다음 수학식 2에 의해 정의된다:
Id=k/2.W/I(Vgs-Vth)2
고정된 데이터 전압에 대해, 드레인 전류(Id)는 일정하고(즉 수학식 1), 그러므로 트립 임계 전압(Vth)과 게이트-소스 전압 사이의 차이는 일정하다.
따라서, 연산 증폭기의 피드백으로 인해, 트립 임계 전압(Vth)과 게이트-소스 전압은 서로에 대해 영구적으로 조정된다.
따라서, 드레인 전류는 다양한 p-형 트랜지스터의 트립 임계 전압에 따라 변하지 않는다. 픽셀 간의 변동은 광 이미터에 흐르는 전류에 더 이상 영향을 미치지 않는다.
도 5는, 어드레스 회로 변조기가 n-형 소자인 능동 매트릭스 디스플레이 패널의 이미터의 어레이의 한 부분을 개략적으로 도시한다.
종래에, 그러한 디스플레이 패널에서, 이미터의 어레이 및 어드레스 회로는 행 및 열로 배치된다.
유리하게, 스캔 전압(Vselect,n)을 행(n)의 전극에 인가하는 것은 이러한 행의 픽셀에 대한 모든 제 1 제어 스위치(I1) 및 제 2 제어 스위치(I2)를 제어한다.
디스플레이될 이미지에 대응하는 비디오 데이터 전압(Vdata,i 및 Vdata,j)은 열 전극을 통해 열의 연산 증폭기에 공급된다.
유리하게, 도 5에 도시된 이미터의 어레이는 열당 하나의 연산 증폭기만을 포함한다. 이러한 연산 증폭기(Ain)는 이러한 열의 각 변조기(Min, Mim)의 다양한 트립 임계 전압을 보상할 수 있다.
이미터 어레이의 각 행이 스캔될 때, 상기 스캔은 이미지 프레임에 대응하고, 디스플레이 패널의 다양한 열의 연산 증폭기(Ain, Ajn)는 이러한 행의 모든 변조기의 트립 임계 전압을 동시에 보상할 것이다.
열의 연산 증폭기의 출력은 제 1 제어 스위치(I1)를 통해 이러한 열의 각 변조기의 게이트에 연결된다. 이러한 열의 연산 증폭기의 반전 입력(-)은 제 2 제어 스위치(I2)를 통해 이러한 열의 각 변조기의 소스에 연결된다.
이미터(Ein)를 선택하기 위해, 선택 전압(Vselect,n)은 이러한 이미터(Ein)의 행(n)의 행 전극에 인가되고, 그 다음에, 원하는 방출을 얻기 위해, 데이터 전압(Vdata,i)은 이러한 이미터(Ein)의 열의 열(i)의 전극에 인가된다.
제 1 제어 스위치(I1) 및 제 2 제어 스위치(I2)가 턴 온될 때, 전술한 바와 같이, 데이터 제어 전압((Vdata,i)은 변조기(Min)의 소스에 인가된다. 이러한 변조기의 트립 임계 전압은 열 증폭기(Ain)의 출력에 의해 보상되고, 변조기(Min)는 드레인 전류를 이미터(Ein)로 방출한다.
패널 또는 이미터의 어레이가 임계 전압 변동을 보상하기 위해 열당 단일 연산 증폭기만을 포함하고, 이러한 패널의 각 픽셀이 3개의 트랜지스터만을 포함하기 때문에, 매우 균일한 휘도 레벨 및 매우 우수한 시각적 편안함을 제공하는 저가의 패널이 얻어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스 등에 이용된다.

Claims (11)

  1. 능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스로서,
    - 행 및 열로 분배된 이미터 어레이를 형성하는 수 개의 광 이미터(Ejn, Ein, Eim)로서, 상기 광 이미터는 유기 발광 다이오드인, 수 개의 광 이미터(Ejn, Ein, Eim)와;
    - 상기 어레이의 광 이미터의 방출을 제어하는 제어 수단으로서,
    - 상기 어레이의 각 광 이미터(Ejn, Ein, Eim)에 대해, 상기 이미터를 제어할 수 있고, 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극을 포함하는 전류 변조기(Mim)로서, 하나의 변조기(Mim)로부터 다른 변조기로 변하는 트립 임계 전압(Vth)을 갖는 p-형 박막 트랜지스터인, 전류 변조기(Mim)와,
    - 변조기(Min, Mim)를 제어하기 위해 변조기(Min, Mim)의 게이트 전극에 데이터 전압(Vdata,i)을 인가함으로써 이미터(Ein, Eim)의 각 열의 이미터에 어드레싱할 수 있는 열 어드레스 수단과;
    - 선택 전압(Vselect,n)을 인가함으로써 이미터(Ejn, Ein)의 각 행의 이미터를 선택할 수 있는 행 선택 수단을 포함하는, 제어 수단과;
    - 각 변조기(Mim)의 상기 트립 임계 전압(Vth)을 보상하는 보상 수단(Ain, Ajn, 11, 21)을
    포함하며,
    - 상기 보상 수단은, 반전 입력(-), 비-반전 입력(+) 및 출력 단자를 구비하는 적어도 하나의 연산 증폭기(Ain, 11, 21)를 포함하고,
    - 상기 제어 수단은, 하나의 이미터에 결합된 각 변조기에 대해, 상기 연산 증폭기(Ain, 11, 21)의 출력 단자를 상기 변조기(Mim)의 게이트 전극에 연결하는 적어도 하나의 제 1 제어 스위치(I1)와, 상기 연산 증폭기(Ain, 11, 21)의 반전 단자(-)와 변조기(M)의 소스 전극 사이에 연결된 제 2 제어 스위치(I2)를 포함하고, 상기 제 1 제어 스위치(I1)는 상기 하나의 이미터(Ein)에 대해 행 선택 전압(Vselect,n)을 수신할 수 있는 게이트 전극을 갖고, 상기 제 2 제어 스위치(I2)는 상기 제 1 스위치(I1)의 게이트 전극에 연결되어 상기 행 선택 전압(Vselect,n)을 동시에 수신하기 위한 게이트 전극을 갖고,
    - 상기 변조기의 소스와 상기 변조기(M)의 전원 전극(Vdd) 사이에 수동 소자(R)가 배치되고,
    - 상기 연산 증폭기의 비-반전 입력(+)은 상기 열 어드레스 수단에 연결되고,
    - 상기 연산 증폭기의 반전 입력(-)은 상기 제 2 제어 스위치(I2)를 통해, 상기 변조기의 소스 전극과 상기 수동 소자(R) 사이에 배치된 노드에 제어가능하게 연결되어, 상기 변조기의 상기 트립 임계 전압을 상기 트립 임계 전압의 값과는 독립적으로 보상할 수 있는 상기 연산 증폭기의 피드백을 제공하고,
    상기 변조기의 소스 전극과 상기 수동 소자 사이에 배치된 노드와, 상기 변조기의 게이트 전극 사이에 저장 커패시터(C)가 연결되어, 상기 변조기의 게이트 전극에 인가되는 전압을 저장할 수 있는,
    능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 행 선택 수단은 이러한 행에서 적어도 하나의 이미터(Ein)를 선택하기 위해 상기 제 1 제어 스위치 중 적어도 하나의 게이트 전극에 전원 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스.
  5. 제 1항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연산 증폭기(Ain, 11, 21)는 열의 이미터(Ein, Eim)를 제어하는 모든 변조기(Min, Mim)의 트립 임계 전압(Vth)을 보상할 수 있는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 변조기(Min) 및 상기 제 1 제어 스위치(I1) 및 상기 제 2 제어 스위치(I2)는 박막 폴리실리콘 또는 박막 비결정질 실리콘으로 제조된 소자인 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 각 이미터(E)는 유기 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 이미지 디스플레이 디바이스.
  10. 전류 변조기(M)를 제어하기 위한 제어 회로로서, 상기 전류 변조기(M)는
    소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극을 포함하고, 하나의 전류 변조기(M)로부터 다른 전류 변조기로 변하는 트립 임계 전압(Vth)을 갖는 p-형 박막 트랜지스터이고, 상기 회로는 트립 임계 전압 보상 수단을 포함하는, 전류 변조기(M)를 제어하기 위한 제어 회로에 있어서,
    - 상기 보상 수단은, 반전 입력(-), 비-반전 입력(+) 및 출력 단자를 구비하는 적어도 하나의 연산 증폭기(11, 21)를 포함하고,
    - 상기 제어 회로는, 각 전류 변조기에 대해, 상기 연산 증폭기(11, 21)의 출력 단자를 상기 전류 변조기(M)의 게이트 전극에 연결하는 적어도 하나의 제 1 제어 스위치(I1)와,
    상기 연산 증폭기(11, 21)의 반전 단자(-)와 상기 전류 변조기(M)의 소스 전극 사이에 연결된 제 2 제어 스위치(I2)를 포함하고,
    상기 제 1 제어 스위치(I1)는 행 선택 전압(Vselect,n)을 수신할 수 있는 게이트 전극을 갖고, 상기 제 2 제어 스위치(I2)는 상기 제 1 스위치(I1)의 게이트 전극에 연결되어 상기 행 선택 전압(Vselect,n)을 동시에 수신하기 위한 게이트 전극을 갖고,
    - 상기 전류 변조기의 소스와 상기 전류 변조기(M)의 전원 전극(Vdd) 사이에 수동 소자(R)가 배치되고,
    - 상기 연산 증폭기의 비-반전 입력(+)은 열 어드레스 수단에 연결되고,
    - 상기 연산 증폭기의 반전 입력(-)은 상기 제 2 제어 스위치(I2)를 통해, 상기 전류 변조기의 소스 전극과 상기 수동 소자(R) 사이에 배치된 노드에 제어가능하게 연결되어, 상기 전류 변조기의 상기 트립 임계 전압을 상기 트립 임계 전압의 값과는 독립적으로 보상할 수 있는 상기 연산 증폭기의 피드백을 제공하고,
    상기 전류 변조기의 소스 전극과 상기 수동 소자 사이에 배치된 노드와, 상기 전류 변조기의 게이트 전극 사이에 저장 커패시터(C)가 연결되어, 상기 전류 변조기의 게이트 전극에 인가되는 전압을 저장할 수 있는,
    전류 변조기를 제어하기 위한 제어 회로.
  11. 삭제
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