KR101754799B1 - 화소 회로, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 구동방법 - Google Patents

화소 회로, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 구동방법 Download PDF

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Abstract

화소 회로, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 구동방법이 개시된다. 개시된 디스플레이 장치의 화소 회로는 주사 신호 및 데이터 신호가 전달되는 제1 트랜지스터를 스위칭 트랜지스터로 이용하고, 제1 트랜지스터의 제2 전극에 전기적으로 연결되는 커패시터에 주사 신호를 저장하여 제2 트랜지스터의 온오프를 제어하며, 표시 소자의 대향 전극과 제2 트랜지스터의 제2 전극 각각에 제1 및 제2 공통 전원을 인가함으로써, 복수의 화소 전체에 대해 어드레싱 단계와 디스플레이 단계를 분리할 수 있다.

Description

화소 회로, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 구동방법{Pixel circuit of display panel, display apparatus comprising the same, and controlling method of the display apparatus}
본 개시는 화소 회로, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 구동방법에 관한 것이다.
현재 널리 사용되고 있는 디스플레이 장치는 액정 디스플레이 장치(liquid crystal display device; LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 유기 전계 발광소자(organic light emitting device; OLED) 등이 있다. 이와 같은 디스플레이 장치들은 LCD와 같이 별도의 광원을 사용하거나, 또는 PDP나 OLED와 같이 스스로 발광을 하여 화상을 형성한다. 따라서 LCD, PDP 또는 OLED와 같은 기존의 디스플레이 장치를 구동하기 위해서는 많은 소비 전력을 필요로 한다.
새로운 디스플레이 장치로서 전기변색 디스플레이 장치(electrochromic display)와 같은 전자 종이 디스플레이 장치(e-paper display)가 제안되고 있다. 가령, 전기변색 디스플레이 장치는 전기와 같은 외부 자극에 의하여 변색 물질이 자극되어 화학적 또는 물리적으로 분자구조에 변화가 일어나고, 가시적으로 변색 효과가 발생하는 전기 변색 소자를 이용한 디스플레이 장치이다. 이러한 전기변색 디스플레이 장치는 전압이 인가되지 않더라도 이전의 화면을 그대로 유지할 수 있으므로, 전자 종이 디스플레이 장치로 사용될 수 있다. 그런데, 전기 변색 소자는 전기변색의 반응시간이 상대적으로 길므로, 종래에 제안된 라인별 어드레싱(Line-by-Line Addressing) 기술을 이용한 전기변색 디스플레이 장치는 화면 구현시간이 길며, 해상도가 증가함에 따라 프레임 레이트(frame rate)가 길어진다.
빠른 업데이트가 가능한 화소 회로, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 구동방법을 제공한다.
일 유형에 따르는 화소 회로는,
화소 전극과, 제1 공통 전원이 인가되는 대향 전극을 구비하는 표시 소자;
데이터 신호가 전달되는 제1 전극, 제1 노드에 전기적으로 연결되는 제2 전극, 및 주사 신호가 전달되는 게이트를 구비하는 제1 트랜지스터;
상기 제1 노드에 전기적으로 연결되는 제1 전극과, 제2 전극을 구비하는 커패시터; 및
상기 화소 전극에 전기적으로 연결되는 제1 전극, 제2 공통 전원이 인가되는 제2 전극, 및 상기 제1 노드에 전기적으로 연결되는 게이트를 구비하는 제2 트랜지스터;를 포함한다.
상기 커패시터의 제2 전극은 제2 공통 전원이 인가되는 라인에 전기적으로 연결되거나 접지될 수 있다.
상기 제1 및 제2 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 또는 산화물 박막 트랜지스터일 수 있다.
상기 표시 소자는 전기 변색 소자, 액정 소자, 또는 전자 잉크 소자일 수 있다.
다른 유형에 따르는 디스플레이 장치는,
주사 신호가 전달되는 복수의 주사 라인;
상기 복수의 주사 라인과 교차하며, 데이터 신호가 전달되는 복수의 데이터 라인;
제1 공통 전원이 공급되는 제1 공통 전원 라인;
제2 공통 전원이 공급되는 제2 공통 전원 라인; 및
상기 복수의 주사 라인과 복수의 데이터 라인의 교차 지점에 마련되는 복수의 화소;를 포함하며,
상기 복수의 화소는 각각,
화소 전극과, 상기 제1 공통 전원 라인에 전기적으로 연결되는 대향 전극을 구비하는 표시 소자;
상기 복수의 데이터 라인 중 어느 하나에 전기적으로 연결되어 데이터 신호가 전달되는 제1 전극, 제1 노드에 전기적으로 연결되는 제2 전극, 및 상기 복수의 주사 라인 중 어느 하나에 전기적으로 연결되어 주사 신호가 인가되는 게이트를 구비하는 제1 트랜지스터;
상기 제1 노드에 전기적으로 연결되는 제1 전극과, 제2 전극을 구비하는 커패시터; 및
상기 화소 전극에 전기적으로 연결되는 제1 전극, 상기 제2 공통 전원 라인과 전기적으로 연결되는 제2 전극, 및 상기 제1 노드에 전기적으로 연결되는 게이트를 구비하는 제2 트랜지스터;를 포함할 수 있다.
상기 커패시터의 제2 전극은 제2 공통 전원이 인가되는 라인에 전기적으로 연결되거나 접지될 수 있다.
상기 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 또는 산화물 박막 트랜지스터일 수 있다.
상기 복수의 주사 라인에 주사 신호를 공급하는 주사 구동부; 상기 복수의 데이터 라인에 데이터 신호를 공급하는 데이터 구동부; 및 상기 제1 공통 전원 라인과 상기 제2 공통 전원 라인 각각에 제1 공통 전원과 제2 공통 전원을 공급하는 전원 공급부;가 더 마련될 수 있다.
상기 표시 소자는 전기 변색 소자, 액정 소자, 또는 전자 잉크 소자일 수 있다.
상기 표시 소자의 화소 전극과, 상기 제1 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터와, 상기 커패시터와, 상기 복수의 주사 라인과, 상기 복수의 데이터 라인과, 상기 제2 공통 전원 라인은 제1 기판에 마련되며, 상기 표시 소자의 대향 전극과 상기 제1 공통 전원 라인은 상기 제1 기판에 대향되어 배치되는 제2 기판에 마련되며, 상기 복수의 주사 라인과 상기 제2 공통 전원 라인은 상기 제1 기판의 동일층에 마련될 수 있다.
또 다른 유형에 따르는 디스플레이 장치의 구동방법은 복수의 주사 라인과 복수의 데이터 라인의 교차 지점에 마련되는 복수의 화소들을 포함하는 디스플레이 장치를 구동하는 방법으로서,
상기 복수의 화소는 각각, 화소 전극과 대향 전극을 구비하는 표시 소자; 상기 복수의 데이터 라인 중 어느 하나에 전기적으로 연결된 제1 전극, 제1 노드에 전기적으로 연결되는 제2 전극, 및 상기 복수의 주사 라인 중 어느 하나에 전기적으로 연결된 게이트를 구비하는 제1 트랜지스터; 상기 제1 노드에 전기적으로 연결되는 제1 전극과, 제2 전극을 구비하는 커패시터; 및 상기 화소 전극에 전기적으로 연결되는 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 노드에 전기적으로 연결되는 게이트를 구비하는 제2 트랜지스터;를 포함하며,
상기 디스플레이 장치의 구동 방법은,
상기 복수의 화소에 데이터 신호와 주사 신호를 전달하여 상기 복수의 화소 전체에 대하여 영상 정보를 기입하는 어드레싱 단계; 및
상기 복수의 화소 전체에 대하여 공통적으로 전원을 인가하여 상기 화소 각각의 영상 정보에 따라 영상을 표시하는 디스플레이 단계;를 포함한다.
상기 어드레싱 단계는, 상기 복수의 주사 라인에 순차적으로 주사 신호를 전달하는 단계; 상기 복수의 데이터 라인에 데이터 신호를 전달하는 단계; 상기 전달된 주사 신호에 따라 상기 제1 노드로 데이터 신호를 전달하는 단계; 및 상기 커패시터에 상기 데이터 신호를 저장하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 단계는, 상기 표시 소자의 대향 전극에 공통적으로 제1 공통 전원을 인가하는 단계; 상기 제2 트랜지스터의 제2 전극에 공통적으로 제2 공통 전원을 인가하는 단계; 및 상기 커패시터에 저장된 데이터 신호에 따라 제2 공통 전원을 표시 소자의 화소 전극에 인가하는 단계;를 포함할 수 있다.
연이어지는 화면 표시에서 상기 제1 공통 전원과 제2 공통 전원의 전위차를 반전시킬 수 있다.
제1 공통 전원 및 제2 공통 전원은, 상기 복수의 화소 전체에 대해 동시에 인가할 수 있다.
연이어지는 화면 표시에서 상기 제1 공통 전원과 제2 공통 전원 사이의 전위차를 반전시킬 수 있다.
한 화면을 복수의 부화면으로 분할하고, 분할된 부화면들 각각에 대해 어드레싱 단계와 디스플레이 단계를 수행함으로써, 계조를 구현할 수 있다.
개시된 실시예에 의한 화소 회로, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 구동방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 전체 화면을 동시에 표현 함으로써 반응속도가 느린 표시소자를 이용한 디스플레이 장치에서도 자연스러운 화면 표현 및 빠른 업데이트가 가능하다.
둘째, 반응속도가 느린 표시소자를 구동함에 따라 발생되었던 소비전력의 상승이나 회로 복잡성을 줄일 수 있다.
셋째, 표시 소자의 전기적 특성에 대하여 비교적 독립적이다.
도 1은 일 실시예에 따른 화소 회로의 회로도이다.
도 2는 도 1의 화소 회로에 따른 화소 어레이의 배선도이다.
도 3은 도 1의 화소 회로를 채용한 디스플레이 장치의 블록도이다.
도 4는 도 3의 디스플레이 장치의 구동방법을 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 5의 디스플레이 장치에서 화소 회로의 레이아웃의 일 예를 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
10...표시소자, 11...작업 전극
19...대향 전극, 100...디스플레이 장치
110...화소 어레이, 120...주사 구동부
130...데이터 구동부, 140...전원 구동부
210...제1 기판, 220...화소 회로부
221...게이트 전극, 222, 228...커패시터의 전극
223...반도체층
224, 225, 226, 227...트랜지스터의 전극
230...절연층, 240...보호층
250...화소 전극, 260...전기변색층
261...전기변색 반도체층, 262...전기변색 물질
270...전해질, 275...격벽
280...대향 전극, 285...반사층
290...제2 기판, 310...데이터 라인
320...주사 라인, 330...제2 공통 전원 라인
C1...커패시터 D[1], D[2], ..., D[n]...데이터 라인
N1...제1 노드, N2...제2 노드
S[1], S[2], ..., S[n]...주사 라인
T1...제1 트랜지스터, T2...제2 트랜지스터
Vc1...제1 공통 전원 라인, Vc2...제2 공통 전원 라인
V1...데이터 신호, V2...주사 신호
V3...제1 공통 전원, V4...제2 공통 전원
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1는 일 실시예에 따른 화소 회로의 회로도이며, 도 2는 본 실시예의 화소 회로에 따른 화소 어레이의 배선도이고, 도 3은 본 실시예의 화소 회로를 채용한 디스플레이 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 화소 회로는 능동형 디스플레이 장치(active matrix display)(도 3의 100)의 화소(pixel) 각각에 대한 것으로, 표시 소자(10), 두 개의 트랜지스터(T1, T2) 및 하나의 커패시터(C1)를 포함한다.
표시 소자(10)는 화소 전극(11), 대향 전극(19), 화소 전극(11)과 대향 전극(19) 사이에 개재된 표시 물질을 구비한다. 표시 물질은 예를 들어, 액정, 대전 입자, 전기 변색 물질 등이 될 수 있으며, 화소 전극(11)과 대향 전극(19) 사이에 인가된 전압 또는 전류에 의해 화소를 표시할 수 있다. 대향 전극(19)은 복수의 화소 전체에 대해 제1 공통 전원 라인(Vc1)에 공통적으로 연결된다.
제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극은 복수의 데이터 라인 중 어느 한 데이터 라인(D[n])에 연결되어, 열 라인( 또는 행 라인)의 어드레싱 전압(addressing voltage), 즉 주사 신호(V1)가 전달된다. 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극은 제1 노드(N1)에 전기적으로 연결된다. 제1 트랜지스터(T1)의 게이트는 복수의 주사 라인 중 어느 한 주사 라인(S[m])에 연결되어, 행 라인( 또는 열 라인)의 어드레싱 전압 즉 주사 신호(V2)가 전달된다. 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극 및 제2 전극은 소스/드레인 전극일 수 있다. 이러한 제1 트랜지스터(T1)는 스위칭 트랜지스터로서, 주사 신호(V2)에 응답하여 제1 노드(N1)에 데이터 신호(V1)를 전달한다.
커패시터(C1)는 제1 트랜지스터(T1)에서의 데이터 신호(V1)를 일정 기간 유지하는 것으로, 제1 전극이 제1 노드(N1)에 전기적으로 연결된다. 커패시터(C1)의 제2 전극은 전체 화소에 대해 공통적으로 제2 공통 전원 라인(Vc2)에 전기적으로 연결되거나 접지된다. 도 2는 커패시터(C1)의 제2 전극이 제2 노드(N2)를 통해 제2 공통 전원 라인(Vc2)에 연결되는 경우를 도시한다. 다시 도 1을 참조하면, 커패시터(C1)는 제1 트랜지스터(T1)가 온 상태인 기간에 제2 트랜지스터(T2)의 작동 전압에 상응하는 전하량을 충전하여, 해당 화면을 표시하는 동안 상기 작동 전압을 유지하도록 한다.
제2 트랜지스터(T2)의 제1 전극은 화소 전극(11)에 전기적으로 연결되며, 제2 전극은 제2 공통 전원 라인(Vc2)에 연결되고, 게이트는 제1 노드(N1)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제2 트랜지스터(T2)는 구동 트랜지스터로서, 제1 노드(N1)에서의 신호에 응답하여 화소 전극(11)에 제2 공통 전원을 인가한다. 제2 트랜지스터(T2)의 제1 전극 및 제2 전극은 소스/드레인 전극일 수 있다.
본 실시예의 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)는 예를 들어, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(amorphous silicon thin film transistor; a-Si TFT), 다결정질 실리콘 박막 트랜지스터(poly-silicon thin film transistor); poly-Si TFT), 산화물 트랜지스터(oxide thin film transistor), 유기 트랜지스터(organic thin film transistor) 등일 수 있다. 전기 변색 소자는 저항이 작기 때문에 이를 표시 소자(10)로 채용하는 경우, 종래의 화소 회로에서는 다결정질 실리콘 박막 트랜지스터와 같은 고이동도의 트랜지스터가 요구되었다. 그러나, 후술한 바와 같이 본 실시예의 디스플레이 장치는 한 화면 전체를 한 화소의 반응시간 내에 표시하므로, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터와 같은 이동도가 다소 낮은 트랜지스터를 이용하더라도, 화면 표시에 소요되는 시간을 크게 증가시키지 아니하면서 표시 소자(10)에 충분한 전하량을 전달할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 화소 회로에 사용되는 트랜지스터는 그 종류에 제약이 없다. 따라서, 본 실시예의 화소 회로의 트랜지스터로서 제조 비용이 간단하고 저렴한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터나 산화물 박막 트랜지스터(oxide TFT)를 사용할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 화소 어레이(110), 화소 어레이(110)에 주사 신호(도 1의 V2)를 공급하는 주사 구동부(scan driver)(120), 화소 어레이(110)에 데이터 신호(도 1의 V1)를 공급하는 데이터 구동부(data driver)(130), 화소 어레이(110)에 전원을 공급하는 전원 공급부(140)를 포함한다. 화소 어레이(110)는 본 실시예의 화소 회로를 포함하는 화소(pixel)가 2차원 배열되어 이루어진다. 도 2 및 도 3에 도시된 행 라인과 열 라인은 경우에 따라서 뒤바뀔 수 있다.
주사 구동부(120)는 화소 어레이(110)의 행 수에 대응되는 주사 라인(S[1], S[2], ..., S[n])을 통해 각 화소의 제1 트랜지스터(도 1의 T1)의 게이트에 주사 신호(V2)를 공급한다.
데이터 구동부(130)는 화소 어레이(110)의 열 수에 대응되는 데이터 라인(D[1], D[2], ..., D[m])을 통해 각 화소의 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극에 데이터 신호(V1)를 공급한다.
복수의 주사 라인(S[1], S[2], ..., S[n])은 행 전극(column electrode)에 해당 되며, 복수의 데이터 라인(D[1], D[2], ..., D[m])은 열 전극(row electrode)에 해당될 수 있다. 경우에 따라서 행 전극과 열 전극은 서로 뒤바뀔 수 있다.
전원 공급부(140)는 화소 어레이(110)의 화소 전체에 대해 공통적으로 전원을 공급하는 유닛으로서, 제1 공통 전원 라인(Vc1)이 각 화소의 표시 소자(10)의 대향 전극(19)에 공통적으로 접속되어 제1 공통 전원(V3)을 공급하며, 제2 공통 전원 라인(Vc2)이 각 화소의 제2 트랜지스터(T2)의 제2 전극에 공통적으로 접속되어 제2 공통 전원(V4)을 공급한다. 제1 및 제2 공통 전원(V3, V4)은 전류 또는 전압일 수 있다.
다음으로, 도 1 내지 도 3를 참조하면서, 본 실시예의 화소 회로를 채용한 디스플레이 장치의 구동방법을 설명하기로 한다.
본 실시예의 디스플레이 장치의 구동방법은, 어드레싱 단계와 디스플레이 단계를 포함한다.
초기 상태는 표시 소자에 따라서 어느 한 색상을 띌 수 있다. 예를 들어 초기 상태는 화면 전체가 흑색 상태이거나 백색 상태일 수 있다.
어드레싱 단계는 순차적으로 영상 정보를 복수의 화소 회로에 기입하는 단계이다. 이를 위해, 주사 구동부(120)는 복수의 주사 라인(S[1], S[2], ..., S[n])에 순차적으로 선택하여 주사 신호(V2)를 전달하며, 데이터 구동부(130)는 복수의 데이터 라인(D[1], D[2], ..., D[m])에 데이터 신호(V1)를 전달한다. 이때, 주사 구동부(120)는 데이터 구동부(130)의 복수의 데이터 신호(V1) 전달이 복수의 주사 라인(S[1], S[2], ..., S[n]) 중 어느 하나의 라인에 대하여 완결된 다음에, 복수의 주사 라인(S[1], S[2], ..., S[n]) 중 다른 라인으로 순차적으로 이루어지도록 한다.
데이터 신호(V1)는 제2 트랜지스터(T2)를 온오프 시키는 작동 전압으로서, 예를 들어 0V 내지 10V 사이의 전압 신호일 수 있다. 주사 신호(V2)는 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 어드레싱을 위한 신호로서 예를 들어 -5V 내지 15V 사이의 전압 신호일 수 있다. 전달된 주사 신호(V2)에 따라 제1 트랜지스터(T1)는 온오프 제어된다. 제1 트랜지스터(T1)를 온(on)으로 하는 주사 신호(V2)가 인가될 때, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극을 통해 입력된 데이터 신호(V1)는 제1 노드(N1)로 전달되고, 커패시터(C1)는 제1 전극에 걸린 데이터 신호(V1)와 제2 전극 사이의 전위차에 의해 전하가 충전된다. 이때, 커패시터(C1)의 제2 전극은 예를 들어, 제2 공통 전원 라인(Vc2)에 연결되거나 접지되어 있다. 주사 신호(V2)가 다음 주사 라인(S[1], S[2], ..., S[n])에 인가되어 더 이상 해당 화소의 제1 노드(N1)로 데이터 신호(V1)가 전달되지 않더라도, 커패시터(C1)는 충전된 전하에 의해 제1 노드(N1)로 제2 트랜지스터(T2)의 온 상태를 위한 전위차를 유지시킬 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)를 오프(off)으로 하는 주사 신호(V2)가 인가되는 경우, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극을 통해 입력된 데이터 신호(V1)는 제1 노드(N1)로 전달되지 아니하므로, 커패시터(C1)에는 전하의 충전이 이루어지지 않으며, 제2 트랜지스터(T2) 역시 오프 상태가 된다. 커패시터(C1)에 저장된 전하는 데이터 신호(V1)에 대응되므로, 커패시터(C1)는 데이터 신호(V1)를 저장한다고 볼 수 있다.
이러한 어드레싱 단계는, 주사 신호(V2)가 모든 주사 라인(S[1], S[2], ..., S[n])에 인가될 때까지 진행되어 화면을 구성하는 2차원 매트릭스의 화소들 전체에 대해 이루어진다. 즉, 모든 화소에 대해 영상 정보에 대응되는 충전 동작이 커패시턴스(C1)에서 이루어진다.
디스플레이 단계는 복수의 화소 전체에 대하여 공통적으로 전원을 인가하여 영상을 표시하는 단계로서, 어드레싱 단계가 완료된 다음에 이루어진다. 이러한 디스플레이 단계는 복수의 화소 각각의 표시 소자(10)의 대향 전극(19)에 공통적으로 제1 공통 전원(V3)을 인가하고, 제2 트랜지스터(T2)의 제2 전극에 공통적으로 제2 공통 전원(V4)을 인가함으로써 이루어질 수 있다. 표시 소자(10)가 후술하는 바와 같이 전기 변색 소자인 경우, 제1 공통 전원(V3)은 ±3V이고, 2 공통 전원(V4) 역시 ±3V일 수 있다. 제2 트랜지스터(T2)의 제2 전극에 제2 공통 전원(V4)을 인가하면, 커패시터(C1)에 저장된 주사 신호(V1)에 따라 제2 공통 전원(V4)을 표시 소자(10)의 화소 전극(11)에 전달하게 된다. 이 단계에서, 화면의 밝기가 변하게 된다.
전술한 바와 같이 제1 공통 전원(Vc1)과 제2 공통 전원(Vc2)은 별도의 전압 공급부(140)을 통해 인가되므로, 제1 공통 전원(Vc1)과 제2 공통 전원(Vc2) 사이의 전위차는 표시 소자(10)의 전기적 특성에 따라 적절하게 조정하기가 용이하다. 따라서, 본 실시예의 화소 회로는 표시 소자(10)의 전기적 특성에 대하여 비교적 독립적으로 구동 가능하다.
한편, 하나의 화면(frame)이 표시되면, 다음 화면의 디스플레이 단계에서는 제1 공통 전원(Vc1)과 제2 공통 전원(Vc2) 사이의 전위차를 반전시켜 전원을 공급한다. 가령, 첫번째 화면에서 제1 공통 전원(Vc1)과 제2 공통 전원(Vc2) 각각에 +3V, -3V를 인가하면, 다음번째 화면에서는 제1 공통 전원(Vc1)과 제2 공통 전원(Vc2) 각각에 -3V, +3V를 인가한다. 이와 같이 화면마다 극성을 반전시키는 화면 반전(frame inversion) 방식을 취함으로써, 표시 소자를 리프레쉬(refresh)와 디스플레이를 동시에 수행할 수 있다.
상기와 같이 화면 전체에 대하여 표시 소자의 반응 속도와 밀접한 디스플레이 단계를 어드레싱 단계로부터 나눔으로써, 표시 소자의 반응 속도가 비교적 느리더라도, 화면 전체를 자연스럽게 표시하고 업데이트를 빠르게 할 수 있다.
종래의 라인별 어드레싱(line-by-line addressing) 방식으로 화면을 표시하고자 하는 경우, 화면 전체를 표시하는 시간은 행수에 비례한다. 그런데, 전기 변색 소자와 같은 경우, 한 화소의 반응시간은 200ms 이상으로 상당히 길다. 이러한 전기 변색 소자를 이용한 디스플레이 장치의 해상도가 QVGA(Quarter Video Graphics Array)이라면, 행수가 240이므로, 라인별 어드레싱 방식으로 화면 전체를 표시하는 시간은 200ms*240이므로 48초 정도가 된다. 이와 같이 라인별 어드레싱 방식의 디스플레이 장치가 반응시간이 느린 표시소자를 채용하는 것에 있어서, 지나치게 긴 화면표시시간은 장애요인이 된다. 나아가, 디스플레이 장치의 해상도를 증가시키게 됨에 따라 화면 전체를 표시하는 시간이 증가되게 된다.
반면에 본 실시예의 디스플레이 장치는 전술한 바와 같이 디스플레이 단계를 어드레싱 단계로부터 나눔으로써, 한 화면 전체를 한 화소의 반응시간 내에 표시하도록 하여, 반응시간이 느린 표시소자를 이용한 디스플레이 장치를 구현할 수 있도록 한다. 또한, 어드레싱 단계에 소용되는 시간은 표시 소자의 반응 시간에 비해 상대적으로 매우 작으므로 무시될 수 있으므로, 디스플레이 장치의 해상도가 증가되더라도 화면 전체를 표시하는 시간은 실질적으로 증가되지 않도록 할 수 있다.
도 4는 본 실시예의 디스플레이 장치의 구동방법의 일 예를 도시한다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 화소 회로 구동 방법에서 계조 표현은 하나의 화면(frame)을 복수의 부화면(subframes)으로 분할하여 표현함으로써 구현된다. 가령, 도 4에 도시되듯이, 하나의 화면은 8개의 부화면으로 분할되고, 각 부화면마다 어드레싱 단계와 디스플레이 단계를 반복함으로써, 디스플레이 단계마다 하나씩 부화면(D1, D2, ..., D8)이 디스플레이 되며, 이러한 8개의 부화면(D1, D2, ..., D8)이 겹쳐져 하나의 화면을 표시한다. 이때, 각 부화면에서의 디스플레이 단계의 유지 시간은 2의 지수로 차등을 둘 수 있다. 이에 따라, 예를 들면 도 4에 도시된 바와 같이 부화면(D1, D2, ..., D8)을 8개로 나눈 경우, 28 = 256 계조를 구현할 수 있게 된다.
도 5는 전술한 실시예에 따른 화소 회로를 채용한 디스플레이 장치의 구체적인 일 예를 도시하며, 도 6은 화소 회로의 레이아웃을 도시한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 디스플레이 장치는 전기 변색 소자를 표시 소자로 이용한 장치로서, 제1 기판(210), 제1 기판(210)에 이격되어 배치된 제2 기판(290)과, 제1 기판(210)과 제2 기판(290) 사이의 공간에 채워지는 전해질(270)을 포함한다.
제1 기판(210)은 투명 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(210)은 유리 투명 기판 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphathalate; PEN), 폴리카보네이트, 폴리스티렌계, 폴리아크릴계, 폴리에테르 설폰(PES; Polyether sulfone) 등의 고분자 재료를 이용한 플렉서블한 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 제2 기판(290)은 제1 기판(210)과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 기판(290)은 불투명 재질로 형성될 수도 있다. 경우에 따라서는, 제1 기판(210)이 불투명 기판으로 형성되고, 제2 기판(290)이 투명 기판으로 형성될 수도 있으며, 이 경우 반사층(285)은 생략된다.
제1 기판(210) 상에는 화소 회로부(220)가 마련되어 백플레인(back plane)을 이룬다. 화소 회로부(220)는 제1 기판(210) 상에 형성되는 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2), 커패시터(C1) 및 화소 전극(25)을 포함한다.
제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)의 게이트 전극(221, 222)은 커패시터(C1)의 제2 전극(228)과 함께 제1 기판(210) 상에 적층된다. 나아가, 도 6을 참조하면, 주사 라인(320)과 제2 공통 전원 라인(330)이 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)의 게이트 전극(221, 222) 및 커패시터(C1)의 제2 전극(228)과 함께 제1 기판(210) 상에 동시에 동일층에 적층되어 형성될 수 있다. 주사 라인(320)은 제1 트랜지스터(T1)의 게이트(221)와 전기적으로 연결된다. 커패시터(C1)의 제2 전극(228)은 제2 공통 전원 라인(330)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)의 게이트 전극(221, 222) 상에는 절연층(230)이 덮어지며, 절연층(230) 상에는 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)의 반도체층(223)과 제1 전극(224, 226) 및 제2 전극(225, 227)이 마련된다. 이때 반도체층(223)은 비정질 실리콘과 같은 물질로 형성될 수 있다. 커패시터(C1)의 제1 전극(229)이 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)의 제1 전극(224, 226) 및 제2 전극(225, 227)과 함께 절연층(230) 상에 마련된다. 나아가, 도 6을 참조하면, 데이터 라인(310)이 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)의 제1 전극(224, 226) 및 제2 전극(225, 227)과, 커패시터(C1)의 제1 전극(229)과 함께 절연층(230) 상에 마련된다. 이때, 데이터 라인(310)은 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극(224)와 전기적으로 연결되며, 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극(225)과 커패시터(C1)의 제1 전극(229)는 전기적으로 연결되도록 형성된다. 한편, 절연층(230)에는 비아홀(미도시)이 마련되어, 커패시터(C1)의 제1 전극(229)이 절연층(230)의 하부에 마련된 제2 트랜지스터(T2)의 게이트(222)와 전기적으로 연결되도록 한다. 또한, 절연층(230)에는 또 다른 비아홀(미도시)이 마련되어, 제2 트랜지스터(T2)의 제2 전극(227)은 절연층(230)의 하부에 마련된 제2 공통 전원 라인(330)과 전기적으로 연결된다. 전술한 바와 같이 제2 공통 전원 라인(330)은 모든 화소의 제2 트랜지스터(T2)의 제2 전극(227)에 공통적으로 연결된다.
제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)의 제1 전극(224, 226) 및 제2 전극(225, 227)과 커패시터(C1)의 제1 전극(229) 상에는 보호층(240)이 덮어지며, 보호층(240) 상에는 화소 전극(250)이 마련된다.
보호층(240)에는 제2 트랜지스터(T2)의 제1 전극(226)을 노출시키는 콘택홀(240a)이 형성되고, 이 콘택홀(240a)을 통해서 화소 전극(250)이 제2 트랜지스터(T2)의 제1 전극(226)에 전기적으로 접속된다.
화소 전극(250)은 보호층(240) 상에 단위 화소별로 형성된다. 화소 전극(250)은 투명 전도성 물질 예를 들어, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, 폴리티오펜계와 같은 투명 전도성 고분자 물질 등으로 형성될 수 있다.
화소 전극(250) 상에는 전기변색층(260)이 형성된다. 이러한 전기변색층(260)은 예를 들어, 전기변색 물질(262)이 흡착된 전기변색 반도체층(261)일 수 있다. 전기변색층(260)은 티타늄계 산화물, 지르코늄계 산화물, 스트론듐계 산화물, 니오븀계 산화물, 하프늄계 산화물, 인듐계 산화물, 주석계 산화물 및 아연계 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 산화물로 형성될 수 있다. 전기변색 물질(262)은 전기변색 반도체층(261)의 상부면에 흡착된다. 전기변색 물질(262) 예컨대, n-형 전기변색 물질은 전기변색 반도체층(261) 표면에 흡착되어 전기변색 반도체층(261)으로부터 이동하는 전자를 받아 분자 구조의 변화를 일으킴으로써 변색효과를 나타내게 된다. 이와 같은 전기변색 물질(262)로는 전기 변색 소자 분야에 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 비오로겐 화합물일 수 있다.
제2 기판(290)의 하면, 즉 제1 기판(210)에 대향되는 면에는 도전성 물질로 된 대향 전극(280)이 형성되어 있으며, 이 대향 전극(280)의 하면에는 반사층(285)이 형성된다. 대향 전극(280)은 화소 전극(250)과 마주 보도록 배치된다. 대향 전극(280)은 제1 공통 전원 라인(도 3의 Vc1)에 연결된다. 대향 전극(280)으로는 도전성 물질이면 어느 것이나 사용가능하며, 일함수(work function)를 향상시키기 위하여 전도성 물질을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 대향 전극(280)은 제2 기판(290) 상의 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층(281)과 그 위의 ATO(Antimony doped Tin Oxide) 전극층(282)의 이중층으로 형성될 수 있다. 또한, 절연성 물질이라도 투명 전극에 마주보고 있는 측에 전도성 물질이 포함되어 있으면 이것도 대향 전극(280)으로 사용 가능하다. 또한 전기 화학적으로 안정한 재료를 대향 전극(280)으로 사용할 수 있으며, 구체적으로는 백금, 금 또는 카본 등을 사용할 수 있다.
대향 전극(280) 상에는 전기변색층(260) 상의 n-형 전기변색 물질(262)이 환원될 때, 반대로 산화되어 전기적인 중성 상태를 유지하기 위한 산화-환원 물질, 혹은 p-형 전기변색 물질이 흡착될 수 있다. 이와 같은 p-형 전기변색 물질은 전해질에 함유될 수도 있으며 전해질(270)과 대향 전극(280) 상에 동시에 존재할 수도 있다. 예를 들어, 대향 전극(280)에 사용되는 p-형 전기 변색 물질, 산화-환원 물질로는 프러시안 블루, 페로센 화합물 유도체, 페노티아진 화합물 유도체 등이 사용될 수 있다.
반사층(285)은 ATO 전극층(282) 상에 형성될 수 있다. 반사층(285)은 예를 들어 백색을 지닐 수 있다. 이와 같은 반사층(285)으로는 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 스트론듐 산화물, 니오븀 산화물, 하프늄 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물 및 아연 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속 산화물을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니며, 이들을 단독 또는 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 이와 같은 반사층(285)의 금속 산화물 입자크기는 예를 들어, 약 100 내지 500 nm 일 수 있다. 예를 들어, 반사층(285)은 전기변색층(260)과 동일한 재질의 금속 산화물로 입자 크기만 크게 하여 형성될 수 있다.
보호층(240) 및 화소 전극(250) 상에는 전기변색층(260)에 대응하는 위치에 전해질(270)을 담지하기 위한 공간을 형성하는 격벽(275)이 형성된다.
본 실시예의 디스플레이 장치는, 어드레싱 단계에서 모든 화소에 대해 데이터 신호와 주사 신호에 따라 커패시터(C1)에 영상 정보를 기입하고, 디스플레이 단계에서 제 1 및 제2 공통 전원을 인가함으로써 구동된다. 가령, 제1 공통 전원은 ±3V이고, 2 공통 전원 역시 ±3V일 수 있다. 이와 같이 공통 전원이 인가되면, 제2 트랜지스터(T2)의 온오프에 따라 화소 전극(250)과 대향 전극(290) 양단에 전위차가 걸리게 되며, 이러한 전위차에 의해 전기변색 물질(262)이 전기변색 반도체층(261) 내부로 이동하여 산화·환원반응을 함으로써 가시적으로 색깔이 변하거나 색의 농담이 변하게 되어, 화소를 표시하게 된다. 전술한 바와 같이 전기 변색 소자를 이용한 디스플레이 장치의 경우, 전기 변색의 반응시간이 200ms 이상으로 상당히 긴 편이다. 그러나, 본 실시예의 디스플레이 장치는, 화면 전체에 대해 어드레싱 단계와 디스플레이 단계를 분리하므로, 전기 변색 소자의 반응 속도가 느리더라도, 자연스러운 화면을 표시하고 화면의 빠른 업데이트를 가능하게 한다.
전술한 실시예의 디스플레이 장치는 전기 변색 소자를 이용한 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 본 실시예의 화소 회로는 다양한 방식의 표시 소자를 채용한 디스플레이 장치에 적용될 수 있으며, 예를 들어, 액정 소자나 대전 입자 등을 이용한 전자 종이 디스플레이 장치(e-paper display)에 적용될 수 있다.
전술한 본 발명인 화소 회로, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 구동방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (17)

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  11. 복수의 주사 라인과 복수의 데이터 라인의 교차 지점에 마련되는 복수의 화소들을 포함하는 디스플레이 장치를 구동하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 화소는 각각, 화소 전극과 제1 공통 전원이 인가되는 대향 전극을 구비하는 표시 소자; 상기 복수의 데이터 라인 중 어느 하나에 전기적으로 연결된 제1 전극, 제1 노드에 전기적으로 연결되는 제2 전극, 및 상기 복수의 주사 라인 중 어느 하나에 전기적으로 연결된 게이트를 구비하며, 상기 게이트에 전달되는 주사 신호에 따라 상기 제1 노드에 데이터 신호를 전달하는 제1 트랜지스터; 상기 제1 노드에 전기적으로 연결되는 제1 전극과, 제2 전극을 구비하며, 상기 제1 노드에 전달되는 데이터 신호를 상기 표시 소자가 동작하는 동안 유지하는 커패시터; 및 상기 화소 전극에 전기적으로 연결되는 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 노드에 전기적으로 연결되는 게이트를 구비하며, 상기 제1 노드에서의 데이터 신호에 응답하여 상기 화소 전극에 제2 공통 전원을 인가하는 제2 트랜지스터;를 포함하며,
    상기 디스플레이 장치의 구동 방법은,
    상기 복수의 화소에 데이터 신호와 주사 신호를 전달하여 상기 복수의 화소 전체에 대하여 영상 정보를 기입하는 어드레싱 단계; 및
    상기 복수의 화소 전체에 대하여 공통적으로 전원을 인가하여 상기 화소 각각의 영상 정보에 따라 영상을 표시하는 디스플레이 단계;를 포함하며,
    상기 표시 소자는 전기변색소자이며,
    연이어지는 화면 표시에서 상기 제1 공통 전원과 제2 공통 전원 사이의 전위차를 반전시키며,
    상기 제1 공통 전원 및 제2 공통 전원은, 상기 복수의 화소 전체에 대해 동시에 인가하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 어드레싱 단계는,
    상기 복수의 주사 라인에 순차적으로 주사 신호를 전달하는 단계;
    상기 복수의 데이터 라인에 데이터 신호를 전달하는 단계;
    상기 전달된 주사 신호에 따라 상기 제1 노드로 데이터 신호를 전달하는 단계; 및
    상기 커패시터에 상기 데이터 신호를 저장하는 단계;를 포함하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 디스플레이 단계는,
    상기 표시 소자의 대향 전극에 공통적으로 제1 공통 전원을 인가하는 단계;
    상기 제2 트랜지스터의 제2 전극에 공통적으로 제2 공통 전원을 인가하는 단계; 및
    상기 커패시터에 저장된 데이터 신호에 따라 제2 공통 전원을 표시 소자의 화소 전극에 인가하는 단계;를 포함하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제11 항에 있어서,
    한 화면을 복수의 부화면으로 분할하고, 분할된 부화면들 각각에 대해 어드레싱 단계와 디스플레이 단계를 수행함으로써, 계조를 구현하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
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