KR20130094687A - 능동 매트릭스 oled 디스플레이용 픽셀 회로 - Google Patents

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KR20130094687A
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다니엘 클라이에
토마스 프레스베르거
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프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
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Abstract

본 발명은 2차원 매트릭스에 배열된 유기 발광 다이오드를 위한 회로 장치에 관한 것이다. 그것은 마이크로디스플레이(microdisplay)에서 사용할 수 있다. 본 발명의 목적은 유기 발광 다이오드에서 방출되는 전자기복사(electromagnetic radiation)의 밝기에 널리 영향을 미치도록 하는 것이다. 모든 유기 발광 다이오드(5)는 본 발명에 따른 회로 장치를 이용하여 저장 회로(storage circuit; 10), 감지 증폭기(20) 및 드라이버 회로(30)에 의해 구동될 수 있다. 드라이버 회로는 직렬로 연결된 적어도 3개의 트랜지스터(1-3) 및 드레인이 각 유기 발광 다이오드의 양극에 연결된 다른 출력 트랜지스터(4)에 의해 형성된다. 이 경우, 드라이버로 역할을 하는 트랜지스터(1)의 소스에 동작 정전압(constant electric operating voltage) LVDD이 적용되며, 다른 동일한 동작 정전압 Vdrive은 상기 트랜지스터의 게이트에 적용된다. 첫 번째 트랜지스터의 드레인은 상기 첫 번째 트랜지스터 옆에 직렬로 연결된 트랜지스터의 소스에 연결된다. 스위치를 형성하는, 이어지는 직렬로 연결된 트랜지스터의 두 게이트가 감지 증폭기의 출력부에 연결되고 감지 증폭기의 출력 전압 Vsenseout이 상기 게이트에 적용된다. 스위치를 형성하는 두 트랜지스터의 드레인이 게이트가 접지전위(ground potential)에 연결되는 또는 음(negaive) 전압이 적용되는 출력 트랜지스터의 소스에 연결된다.

Description

능동 매트릭스 OLED 디스플레이용 픽셀 회로{PIXEL CIRCUIT FOR AN ACTIVE MATRIX OLED DISPLAY}
본 발명은 2차원 매트릭스에 배열된 유기 발광 다이오드를 위한 회로 장치에 관한 것이다.
끊임없이 정보 시스템이 성장하고 그에 대한 환경 영향이 증가함에 따라 사람들에게 요구된 정보뿐만 아니라 요구하지 않은 정보도 전달된다. 이런 점에서, 정보의 모바일 프리젠테이션(mobile presentation)의 중요성이 증가하고 있다. 마이크로디스플레이(microdisplays), 즉 화면 대각(picture diagonal)이 20㎜ 이하인 소형 디스플레이가 고해상도로 그리고 사용자-특정 방식으로, 즉 한 사람의 사용자를 위한 또는 복수의 사용자를 위한 사진 및 비디오 정보를 나타낼 수 있다. 마이크로디스플레이의 적용 영역은 근접 시청 용도(near-to-eye application)의 분야에서도 찾을 수 있다. 예를 들면 마이크로디스플레이는 모바일 멀티미디어 기기(스마트폰 또는 모바일 오디오 및 비디오 플레이어)에 연결될 수 비디오 글라스(video glasses)를 포함한다. 이러한 비디오 글라스(video glasses)는 모바일 TV, 비디오 프리젠테이션 또는 인터넷 콘텐츠의 프리젠테이션을 위해 사용할 수 있다. 또한, 마이크로디스플레이는 고해상도 전자 뷰파인더(viewfinder)로서 디지털 카메라 및/또는 디지털 비디오 카메라에서 사용할 수 있다.
다른 적용 영역은 증강 현실(augmented reality)이다. 마이크로디스플레이가 이러한 적용 영역을 위해 투시 광학기(see-through optics)(안경)에 장착된다. 사용자는 이런 안경을 통해 실제 환경을 보고 마이크로디스플레이를 통해 이 이미지에 이미지, 텍스트, 그래픽 등의 형태로 추가 정보를 겹쳐서 볼 수 있다. 예를 들면, 이것은 복잡한 플랜트 및 조립 지침 또는 일반 지침에 페이딩(fading)을 위한 기계의 분야에서 이용될 수 있다. 항공 공학에서, 조종사는 추가된 다른 측정 계기의 디스플레이를 가질 수 있다. 의학 분야에서, 중요한 장치에서의 데이터가 추가로 외과 의사에게 제공될 수 있다. 또한, 군사 분야에서도 다양하게 적용될 수 있다.
마이크로디스플레이의 다른 적용 영역은 피코 프로젝터(pico projectors)이며, 이 피코 프로젝터는 평면에 이미지 및 비디오 컨텐츠를 투사하여 복수의 사용자에게 그것을 제공할 수 있는 초소형 프로젝터이다. 마이크로디스플레이를 가지는 그런 프로젝터는 검사할 표면에 정의된 패턴을 투사하고 이어서 이 표면의 3차원 구조를 광학적으로 검출하는 계측학(metrology)에서 사용할 수 있다.
프로젝션 적용분야 및 투시 적용분야에서는 특히 매우 높은 밝기값(>10000 Cd/㎡)이 요구된다. 이와 달리, 멀티미디어 적용 분야 및 비디오 글라스(video glasses)에서는 비교적 낮은 밝기값(≤150Cd/㎡)이 요구된다. 유기 발광 다이오드(OLED)를 기반으로 하는 마이크로디스플레이에 있어, 하나의 디스플레이로 이러한 모든 적용분야를 다룰 수 있어야 한다. 이 점에서, 10의 몇 승(several orders of magnitude)(<100 Cd/㎡ 내지 10000 Cd/㎡) 이상의 조정가능한 밝기를 가지는 고해상도 이미지 정보가 제시될 수 있어야 한다. 이 경우, 회로가 제어될 수 있어야 하는 전류 및 전압 범위가 요구된다.
최근, 다른 마이크로디스플레이 기술을 사용할 수 있다. 이런 점에서, 광 변조 (비-발광) 기술과 발광 기술을 구별할 수 있다.
광 변조 디스플레이는 LCOS(liquid crystal on silicon) 및 MOEMS 기반 마이크로디스플레이를 포함한다. 이러한 기술은 복잡성을 증가시키는 추가 외부 조명을 요구하지만, 동시에 전체 시스템의 크기 및 무게는 제한된 명암(contrast)(일반적으로 <1:100)만을 제공한다.
많은 장점을 가지는 혁신적인 자발광 평면 디스플레이(self-emitting flat displays)는 유기 발광 다이오드(OLED)에 기반을 두고 구현될 수 있다. 자발광 평면 디스플레이는 가능한 넓은 영역에 증착되며, 자발광 특성은 매우 얇고 저전력 디스플레이를 허용하고 그런 디스플레이의 잠재적인 고효율을 허용한다. OLED 마이크로디스플레이는 흑백 또는 광대역 (백색) 이미터가 장착된다. 컬러 OLED 마이크로디스플레이에 있어서, 기본 디스플레이 색상은 자주 백색 이미터와 컬러 필터를 추가 적용하여 실현된다.
모든 기술한 기술은 능동 및 수동 구성요소(트랜지스터 및 캐패시터)로 형성된다. 이 점에서 픽셀(화소(picture element))로서의 모든 유기 발광 다이오드는 자체 집적 전자 회로에 의해 제어된다. 이 측면에서 이 픽셀 회로가 전압 또는 전류의 형태로 이미지 정보와 함께 작성될 수 있도록 픽셀 회로가 디자인된다. 이미지 정보는 유기 발광 다이오드와 연결된 회로에 저장되고 이 회로는 저장된 이미지 정보에 해당하는 전류 또는 전압으로 OLED를 구동한다.
최근 이런 점에서 다음의 개념이 구현되었다:
1. 제시될 이미지 정보의 그레이-스케일 값(gray-scale value)에 비례하는 크기의 아날로그 전류를 가지는 유기발광 다이오드의 각 회로의 프로그래밍을 구현할 수 있다. 이 아날로그 전류는 아날로그 전압으로 변환되고 캐패시터에 의하여 저장된다. 저장된 전압은 이미지 정보에 대응하는 전류로 변환된다. 이 전류는 각각 유기발광 다이오드에 영향을 준다. 이런 측면에서 밝기가 유기 발광 다이오드를 통해 흐르는 전류의 크기(아날로그 값)로 설정된다. 대응하여 더 작은 전류에 의해, 밝기의 그레이-스케일 값(gray-scale value)/계조(gradations)가 실현된다.
2. 전압이 캐패시터에 저장될 수 있다. 이 경우 전압이 각 유기 발광 다이오드와 연결된 회로에서 전류로 변환된다. 이 전류는 유기 발광 다이오드에 의해 전자기복사(electromagnetic radiation)를 방출하는 밝기에 영향을 준다. 이 측면에서 밝기는 유기 발광 다이오드를 통해 흐르는 전류의 크기(아날로그 값)로 설정된다. 이 점에서 그레이-스케일 값(gray-scale value)이 1.) 미만으로 실현된다.
3. 아날로그 전압을 이용하고 캐퍼시터에 전압을 저장하여 유기 발광 다이오드용 회로의 프로그래밍을 구현할 수 있다. 저장된 전압 또는 이 저장된 전압에 대응하는 크기의 전압을 이용하여 유기 발광 다이오드가 작동될 수 있다. 밝기는 유기 발광 다이오드에 적용된 전압의 크기에 의해 설정된다. 대응하여 더 작은 전류에 의해서, 밝기의 그레이-스케일 값(gray-scale value)/계조(gradations)가 실현된다.
4. 디지털 전압을 사용하고 캐패시터에 이러한 디지털 전압/상태를 저장하여 유기 발광 다이오드 회로를 프로그래밍할 수 있다. 캐패시터의 수는 픽셀을 위한 이미지 정보의 비트 너비(보통 5, 6 또는 8비트)에 해당한다. 일정한 크기의 시간-펄스 전류(time-pulsed electric current)에 의해 유기 발광 다이오드가 제어된다. 이 경우, 이미지 시퀀스 당 펄스의 수는 이미지 정보의 비트 너비에 해당한다. 이런 측면에서 펄스의 길이는 비트의 값에 따라 달라진다. 유기 발광 다이오드와 연결된 회로의 개별 저장 캐패시터의 디지털 상태에 따라, 대응하는 펄스 지속 기간 동안 유기 발광 다이오드를 통과하는 전류가 켜지거나 꺼진다. 유기 발광 다이오드를 통해 흐르는 전류의 크기로 방출된 방사선의 밝기를 설정할 수 있다. 전류의 펄스 폭 변조(pulse width modulation)에 의해 그레이-스케일 값(gray-scale value)/계조(gradations)가 영향을 받는다. 이 측면에서 유기 발광 다이오드를 통해 흐르는 전류의 다이내믹 범위(dynamic range) 및 OLED를 넘는 최대 전압 강하가 제한된다.
유기 발광 다이오드를 포함하는 마이크로디스플레이의 이용 영역은 낮은 밝기 값(≤200 Cd/㎡) 내지 중간 밝기 값(최대 5000 Cd/㎡)을 가지는, 즉 개인을 위한 정보 프리젠테이션의 용도 및 근접 시청 용도(near-to-eye application)의 영역으로 제한된다. 그런 마이크로디스플레이의 최대 제공가능한 밝기에 의해 이용분야가 제한된다. 밝기는 효율 및 유기 발광 다이오드의 전압 요구조건 및 회로의 전류와 전압 드라이버 성능(capability)에 따라 다르다.
유기 발광 다이오드를 가지는 마이크로디스플레이가 최대 밝기 값이 큰(≥10000 Cd/㎡) 프로젝션 적용 분야 및 투시 적용분야에서 이용되고 유기 발광 다이오드와 연결된 대응하는 회로를 이용하여 제어되는데 있어 어떤 해결책도 공지되어 있지 않다.
최근 이용가능한 OLED 마이크로디스플레이의 이용 영역은 단방향, 이미지-재생 마이크로디스플레이로 제한된다. DE 10 2006 030 541 A1에 따르면, 양방향 마이크로디스플레이, 즉 이미지 프리젠테이션 기능 및 촬상 기능(image taking function) 또는 광학 검출 기능을 가지는 마이크로디스플레이를 이용할 수 있다.
본 발명의 목적은 촬상 요소(imaging element)로서 2차원 매트릭스에 배열되는 유기 발광 다이오드를 제어하는 회로 장치를 제공하는 것으로, 이 회로 장치로 유기 발광 다이오드에 의해 방출되는 전자기복사(electromagnetic radiation)의 밝기에 큰 영향을 미칠 수 있다.
이 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징을 가지는 회로 장치에 의해 이루어진다. 종속항에 지정된 특징을 이용하여 유리한 구체예 및 발명의 다른 개선안을 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 2차원 매트릭스에 배열된 유기 발광 다이오드를 위한 회로 장치에서, 저장 회로(storage circuit), 감지 증폭기(sense amplifier) 및 드라이버 회로(driver circuit)에 의하여 각 유기 발광 다이오드를 개별적으로 제어할 수 있다.
이 측면에서 드라이버 회로는 직렬로 연결된 적어도 3개의 트랜지스터 및 하나의 다른 출력 트랜지스터로 형성되며, 출력 트랜지스터의 드레인은 각 유기 발광 다이오드의 양극에 연결된다. 이 경우, 실제 드라이버로 역할을 하는 트랜지스터는 그 소스에 동작 정전압(constant electric operating voltage) LVDD이 적용되며 다른 동일한 동작 정전압 Vdrive가 게이트에 적용된다. 이 트랜지스터의 드레인은 이어서 그것에 직렬로 연결된 트랜지스터의 소스에 연결되고, 스위치를 형성하고 이 직렬 연결에 이어서 배열되는, 트랜지스터의 두 게이트가 감지 증폭기(sense amplifier)의 출력부에 연결되어 있고 두 게이트에 전기 출력 전압 VSenseOut이 적용된다. 이 경우 전압 VDrive은 조정 가능하며, 아날로그의, 시간 상수 기준 전압(time-constant reference voltage)이다. 이 전압은 동작 전압 LVDD 및 접지(ground) 사이에 있는 값을 가진다. 이 기준 전압은 유기 발광 다이오드를 가지는 디스플레이를 위한 전반적인 회로에서 직접 전달될 수 있고 또는 또한 외부에서 공급될 수 있다. 기준 전압은 유기 발광 다이오드에서 방출되는 전자기복사(electromagnetic radiation)의 최대 밝기를 결정하고 각각의 디스플레이의 방출된 빛의 원색(primary color)에 있어서 다르게 설정할 수 있다.
스위치를 형성하는 두 트랜지스터의 드레인은, 게이트가 접지전위(ground potential)에 연결되는 또는 음 전압(negative electric voltage)이 적용되는 출력 트랜지스터의 소스에 연결된다. 각 유기 발광 다이오드용 출력 트랜지스터는 기판의 별개로 전기적으로 절연된 트로프(trough)에 정렬된다. 이 경우, 트로프(trough)의 연결 및 출력 트랜지스터의 소스와의 연결이 서로 연결된다.
소스가 드라이브로서 역할을 하는 트랜지스터에 연결된 트랜지스터는 PMOS 트랜지스터이어야 하며 게이트가 직렬로 연결된 두 번째 트랜지스터의 게이트에 연결되고 감지 증폭기의 출력부와 연결된 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터이어야 한다.
회로 장치의 모든 요소가 반도체 기판상에 CMOS 회로로 형성되는 것이 유리하다.
다른 트랜지스터는 드라이버로서 역할을 하는 트랜지스터 및 처음에 저장된 이미지 정보를 상실하지 않고 가능한 스위칭 오프(switching off)를 동일하게 직렬로 연결된 트랜지스터 사이의 드라이버 회로에 배열될 수 있다. 그것은 PMOS 트랜지스터로 형성될 수 있다.
직렬로 연결되고 스위치를 형성하고 있는 두 번째 트랜지스터의 소스에 적용되고 각 유기 발광 다이오드 음극에 연결된 출력 트랜지스터의 게이트에 적용되는 전압보다 작은 전압이 각 유기 발광 다이오드 양극에 적용될 수 있다.
이 트랜지스터가 마찬가지로 드라이버 회로의 스위치를 형성할 수 있도록 드라이버로 역할을 하는 트랜지스터의 게이트가 접지 전위에 연결될 수 있다. 이 동작 모드에서, 드라이버 회로는 유기 발광 다이오드를 위한 전압 소스로 작동한다.
각 개별 유기 발광 다이오드를 위한 회로 장치는 CMOS 회로로서 집적 장치(integrated implementation)의 매우 작은 영역에서 제조될 수 있다. 그것은 디스플레이의 고해상도를 허용한다. 이 측면에서 이미지의 최대 밝기(최대 편차 오차 등급(full-scale deflection))를 <100Cd/㎡ 내지 10000Cd/㎡ 이상까지 10의 몇 승 이상으로 설정될 수 있다. 따라서 회로 장치는 프로젝션 적용 영역 및 매우 어두운 환경(밤, 일광이 차단된 룸, 등)뿐만 아니라 매우 밝은 환경(맑은 하늘의 외부 영역, 항공기 조종석 등)에서 적용 영역을 위한 디스플레이의 사용에 적합하다. 제공된 이미지로 입력 이미지 신호의 선형성이 최대 밝기의 변화에 영향을 받지 않도록 펄스 폭 변조(pulse width modulation)를 통해 그레이-스케일 값(gray-scale value) 또는 색상의 프리젠테이션이 실현될 수 있다. 이미지 정보는 유기 발광 다이오드에 연결된 모든 회로 장치에 디지털적으로 저장될 수 있다. 색상 및 픽셀 당 해상도는 장치(implementation)에 따라 달라지며 6 또는 8 비트 또는 그 이상에 달할 수 있다.
확대된 전압 범위/내전압(withstand voltage)을 가지는 드라이버로서 단일 트랜지스터(고전압 트랜지스터 또는 중전압(medium-volt) 트랜지스터)를 이용하는 것이 유리하다. 전압 드라이버 성능(voltage driver capability)은 여기서 최대로 제어된 상태에서의 유기 발광 다이오드에 걸리는 전압(최고 밝기 값) 및 어두운 상태의 유기 발광 다이오드에 걸리는 전압(최저 밝기 값) 사이에서 방출하는 유기 발광 다이오드에서의 최대 허용된 전압차이다.
이 점에서 고려해야 하는 매개 변수는 다음과 같다:
ㆍ 선형성에 영향을 주지 않고 전류의 10의 몇 승(10의 거듭제곱)에 걸친 드라이버 회로의 조정가능한 전류 드라이버 성능;
ㆍ 각 개별 유기 발광 다이오드를 위해 저장된 이미지 콘텐츠를 변경하지 않고 정의된 기간 동안 전체 디스플레이의 스위칭 오프(switching off)의 가능성.
이하에서 예로 본 발명을 더 상세히 설명할 것이다.
도 1은 유기 발광 다이오드를 가지는 마이크로디스플레이의 횡단면도이다;
도 2는 2차원적으로 매트릭스에 배열된 유기 발광 다이오드를 위한 제어의 개략 블록도이다;
도 3은 다른 적색, 녹색 및 청색의, 다른 파장을 가지는 전자기복사(electromagnetic radiation)를 방출하는 유기 발광 다이오드의 매트릭스 배열를 개략적으로 도시한다;
도 4는 다른 적색, 녹색, 청색 및 백색의, 다른 파장을 가지는 전자기복사를 방출하는 유기 발광 다이오드의 매트릭스 배열를 개략적으로 도시한다;
도 5는 캐패시터가 저장용 저장 회로에서 이용되는, 각 경우에 8 비트로 저장될 수 있는 이미지 정보를 위한 본 발명에 따른 회로 장치의 예의 블록도이다;
도 6은 트랜지스터가 저장용 저장 회로에서 이용되는, 각 경우 8 비트로 저장될 수 있는 이미지 정보를 위한 본 발명에 따른 회로 장치의 예의 블록도이다;
도 7은 개별 유기 발광 다이오드의 이미지 정보의 제어 및 저장을 위한 개략적 장치를 도시한다;
도 8은 개별 유기 발광 다이오드의 이미지 정보의 제어 및 저장을 위한 다른 가능한 개략적 장치를 도시한다;
도 9는 저장 회로(storage circuit)의 판독에 있어 드라이버 회로의 작동 전압의 시간 곡선이다;
도 10은 드라이버 회로의 디자인의 예를 도시한다;
도 11은 본 발명에서 이용할 수 있는 드라이버 회로의 다른 예이다.
유기 발광 다이오드(5)를 가지는 마이크로디스플레이가 CMOS 기판의 상부-금속 평면(top-metal plane)에 전류의 흐름에서 빛을 방출하는 유기층(OLED)을 포함하도록 설계된다. 마이크로디스플레이는 국부적으로, 즉 유기 발광 다이오드(5)의 전극 위에서 유기 발광 다이오드(5)를 통해 전류가 흐르는 픽셀로서 활성화될 수 있다. 모든 개별 유기 발광 다이오드(5)를 제어하는 능동 및 수동 구성요소(보통 트랜지스터 및 캐패시터)는 매트릭스-유사 픽셀 셀 장치(matrix-like pixel cell arrangement)에서 전극 아래에 위치할 수 있다. 도 1에서, OLED 마이크로디스플레이의 횡단면도가 도시된다.
도 2에 도시된 것처럼, 행과 열로 배열되는, 유기 발광 다이오드(5)를 위한 개별 저장 장치가 대응하는 회로에 의해 작성된다. 이 경우, 이미지 입력 데이터는 전자 제어 장치에 의해 수신된다. 전자 제어 장치는 이미지 행(image row)의 이미지 데이터를 버퍼링하는 열 드라이버(column driver)로 데이터를 전달한다. 이어서, 행 드라이버(row driver)를 통해 작성될 행이 선택되고 열 드라이버(column driver)에서 버퍼링된 이미지 데이터를 이용하여 작성된다. 이 원칙에 따르면, 매트릭스 배열의 모든 행은 순차로 대응하는 이미지 콘텐츠로 프로그래밍된다. 이어서, 다음 이미지를 위해 첫 번째 행의 이미지 데이터의 작성이 시작된다.
디지털 신호를 이용하여 일반적으로 제어 장치에서 열 드라이버(column driver)까지 이미지 데이터가 전달되고, 열 드라이버(column driver)에서 버퍼링되며, 매트릭스의 프로그래밍이 구현된다.
각 픽셀 셀은 픽셀 서브셀(pixel subcell)로 나뉠 수 있고, 각 픽셀 서브셀(pixel subcell)은 디스플레이의 하나의 원색(primary color)을 저장하고 제공하는 역할을 한다. 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 원색(primary color)의 배열이 구현될 수 있다. 그러나 다른 구현도 생각할 수 있다. 이 경우, 각각의 이러한 픽셀 서브셀(pixel subcell)은 개별적으로 제어가능한 개별 유기 발광 다이오드(5)를 나타낸다.
이 점에서 모든 유기 발광 다이오드(픽셀 서브셀(pixel subcell))(5)의 제어를 위한 각 회로 장치는 3개의 회로 부품으로 구성된다. 그런 회로 부품은 개별 유기 발광 다이오드(5)를 위한 저장 회로(storage circuit)(픽셀 저장장치)(10), 감지 증폭기(sense amplifier; 20) 및 실제 드라이버 회로(30)이다. 따라서 메모리 회로(10)는 각 색에 대하여 색 심도(color depth)(bit)가 필요한 만큼의 메모리 셀을 포함한다. 일반적으로, 색 심도(color depth)에 있어서 5, 6, 또는 8 메모리 셀 또는 비트가 있다. 도 5에, 개별 유기 발광 다이오드(5) 또는 픽셀 서브셀(pixel subcell)을 위한 메모리 회로(10)를 개략적으로 도시한다. 저장 회로(10)의 개별 저장 셀은 각각 하나의 캐패시터 및 트랜지스터로 구현될 수 있는 두 개의 스위치를 포함한다. 소형화를 위해, 도 6에 도시한 것처럼, 단락 회로(short-circuited) 드레인 및 소스를 가지는 트랜지스터로 캐패시터를 구현할 수 있다. 또한, 각 유기 발광 다이오드(5)에 있어서 도 5의 두 개의 데이터 라인(데이터<0> 및 데이터 <1>) 및 4개의 라이팅/프로그래밍 라인(writing/programming line)(작성(write)<0> 내지 작성<3>)가 사용되도록 데이터 라인 및 프로그래밍 라인을 결합한다. 따라서 2개의 각 저장 셀이 각 유기 발광 다이오드(5)를 위해 병렬로 작성될 수 있고 이미지 행의 작성은 픽셀 저장의 8비트를 가지는 특정한 장치에 있어 각각 두 개의 저장 셀이 작성되고, 프로그래밍 라인을 통해 활성화되는 4개의 프로그래밍 단계로 분할된다.
저장 회로(10)의 그리고 대응하는 데이터의 배열 및 픽셀 셀을 위한 프로그래밍 라인은 도 7에 도시된, 8 비트의 색 심도(color depth)의, 3개의 유기 발광 다이오드(5)를 포함한다. 도 8에, 6 비트의 색 심도(color depth)의 4개의 유기 발광 다이오드(5)를 가지는 픽셀 셀을 위한 배열이 도시된다. 이 경우 사선으로 표시된 직사각형은 저장장치를 나타내며, 대응하는 프로그래밍 라인(예: W0) 및 대응하는 판독 라인(예: E0)이 저장 회로(10)에 표시되어 있다.
저장된 이미지 정보를 판독하기 위해, 도 5에 따라서 각 유기 발광 다이오드(5)를 위해 존재하는 감지 증폭기(20)가 이용된다. 이 예에서 감지 증폭기(20)는 2개의 스위치-형성 트랜지스터(23, 24)를 통해 동작 전압 공급장치(VSS 및 LVDD)에서 분리될 수 있는 두 폐쇄 루프 인버터(21, 22)를 포함한다. 또한, 이런 인버터(21, 22)의 입력부 및 출력부는 스위치로서 두 트랜지스터(25, 26)를 통해 전압 VPre으로 미리 충전가능하다(신호 Pre으로 활성화). 이 경우, 도 9에 도시된 것처럼, 그래픽 도면에서, 이미지 정보를 3 단계로 판독할 수 있다. 그들은 선충전(precharge) 단계, 부하(load) 단계 및 방출(emit) 단계이다. 먼저, 인버터(21, 22)가 동작 전압 라인(LVDD 및 VSS)에서 분리된다. 그러고 나서, 노드 VSenseIn(27) 및 VSenseOut(28)가 전압 VPre로 미리 충전(precharge)된다. 이어서, 판독될 저장 회로(10)가 대응하는 스위치(Emit)에 의해 활성화되며, 그로 인하여 노드 VSenseIn(27)에서의 전압이 (저장된 큰 값을 가지는) LVDD 방향으로 상승하거나 (작은 값을 가지는) VSS 방향으로 하강한다. 폐쇄 루프 인버터(21, 22)에서 동작 전압에서 스위칭하여 저장 값에 따라 두 안정한 상태 중 한 상태로 감지 증폭기(20)가 치우쳐서 이전에 판독한 저장 회로(10)로부터의 부정 신호(negated signal)가 출력 VSenseOut에 적용되고 저장 회로(10)에 저장된 값이 동시에 갱신될 수 있다.
감지 증폭기(20)의 출력은 유기 발광 다이오드(5)를 위한 드라이버 회로(30)를 활성화시키고 전자기복사(빛)를 방출한다. 이 점에서 모든 비트 저장장치가 순차적으로 이미지 사이클마다 판독되고 컨텐츠가 적절하게 표시된다. 대응하는 비트 값에 따라, 방출 단계의 지속 시간이 서로 다른 길이가 될 것이다. 그로 인하여 펄스 폭 변조된 이미징 프로세스(pulse-width modulated imaging process)가 구현된다. 실제 이미지 정보는 뷰어의 눈으로 전달된 빛의 시간 통합에 의해 재구성된다.
유기 발광 다이오드(5)의 저장 회로(10) 및 감지 증폭기(20)는 저전압(low-volt) 트랜지스터(PMOS 트랜지스터 및 NMOS 트랜지스터)만을 포함하고 두 동작 전압 라인 LVDD 및 VSS를 요구한다. 유기 발광 다이오드(5)를 위한 전체 회로 장치의 제3 부분인 드라이버 회로(30)의 대표적인 디자인이 도 10에 도시된다. 드라이버 회로(30)는 두 저전압(low-volt) PMOS 트랜지스터 MDrive 1, MSwi 2, 하나의 저전압 NMOS 트랜지스터 MNSwi 3 및 별개의 트로프 커넥터(separate trough connector)를 가지는 단 하나의 중전압(medium-volt) 또는 고전압(high-volt) PMOS 트랜지스터 MMV 4를 포함한다. 드라이버 회로(30)는 전반적인 디스플레이를 위해 유기 발광 다이오드(5)의 양극 전압(cathode voltage) Vcathode을 위한 일반적인 공급뿐만 아니라 동작 전압 라인 LVDD 및 VSS을 요구한다. 이 드라이버 회로(30)에 있어 특별한 특징은 VCathode가 VSS(접지)보다 더 음(negative)이라는 사실이다.
도 11은 본 발명에서 사용할 수 있는 드라이버 회로(30)의 제2 변형례를 도시한다. 이런 점에서, 추가 스위치 MGOff는, 저전압(low-volt) PMOS 트랜지스터로서 형성되고 각각 유기 발광 다이오드(5)의 스위칭 오프에 사용할 수 있는, 다른 트랜지스터(7)와 함께 사용된다. 다른 트랜지스터(7)도 마찬가지로 직렬로 연결되어 있다.
저장된 이미지 정보를 상실하지 않고 이런 트랜지스터(7)를 통해 전체 디스플레이가 비활성화될 수 있다. 예를 들면, 추가 광센서(미도시)가 마이크로디스플레이 칩(microdisplay chip)에 통합되고 DE 10 2006 030 541 A1에서 기술된 것처럼, 마이크로디스플레이 (및 유기 발광 다이오드의 전송된 빛)에서 광학적으로 분리되어야 할 때, 이 비활성화 기능이 이용될 수 있다; 예를 들면 그런 광센서는 카메라일 수 있다.
감지 증폭기(20)의 (Vsenseout에 연결된) 전기 입력 전압 신호(electric input voltage signal) VDriveIn에 따라서, 전체 회로 장치의 두 가지 작동 모드를 구분할 수 있다.
전기 입력 전압 신호가 (낮은) VSS에 연결되면, 드라이버 회로(30)가 활성화된다. 이 경우, 트랜지스터 MNSwi 3은 고저항(high-ohmic)이며 트랜지스터 MSwi 2는 전도성이고 전류 IOLED가 LVDD에서 트랜지스터 MDrive 1, MSwi 2, MMV 4를 통해 유기 발광 다이오드(5)로 흐를 수 있다. 이 경우 전류의 크기가 전압 VDrive에 의존하고 수디케이드(decade) 이상으로 설정될 수 있다. 이때, 색상 계조(color gradations)/그레이-스케일(gray-scale) 단계의 표현이 처음 설명한 펄스 폭 변조를 통해 구현될 수 있기 때문에, 이미지 표현의 선형성이 영향을 받지 않는다.
입력 전압 신호가 (높은) LVDD에 연결되면, 드라이버 회로(30)가 비활성화된다. 이 경우, 트랜지스터 MSwi 2는 고저항(high-ohmic)이고 트랜지스터 MNSwi 3은 전기 전도성이다. 트랜지스터 MNSwi 3은 노드 VSMV를 VSS로 전환하고 전기 서지 전압(electric surge voltage)(이 경우, VSS보다 작은 전압)으로부터 실제 전류 소스 트랜지스터 MDrive 1 및 트랜지스터 MSwi 2를 보호한다. 따라서 매우 작은 누설 전류(electric leak current)만이 트랜지스터 MMV 4(고저항(high-ohmic))를 통과하여 흐르고 유기 발광 다이오드(5)를 통과한 전류가 너무 작아서 후자는 더 이상 점등되지 않는다. 따라서 전압 VAnode이 전압 VCathode에 접근하기 때문에 유기 발광 다이오드(5)에 걸치 전압 차이(VAnode-VCathode)가 전류가 흐르는 유기 발광 다이오드(5)에 적용된 전압보다 작아진다.
전압 VDrive이 VSS로 전환되면, 동작에 있어 특별한 경우가 존재한다. 이 경우, 스위치 온 상태에서 전압 LVDD를 제공하는, 구동 회로(30)가 유기 발광 다이오드(5)를 위한 전압 소스로서 작동할 때 트랜지스터 MDrive 1은 스위치로서 작동한다. 따라서 드라이버 회로(30)는 전류 소스 및 전압 소스 모두로서 적절하게 이용할 수 있다.
드라이버 회로(30)는 스위치-오프 상태의 0 볼트 내지 스위치-온 상태의 (LVDD-VCathode) 범위의 유기 발광 다이오드(5)에서의 최대 전압차를 제어할 수 있다. 이런 점에서, 전압 VCathode(0 볼트 이하)이 트랜지스터 MMV 4의 최대 허용된 드레인 센서 전압만큼 클 수도 있다. CMOS 기술 (및 대응하는 중전압(medium volt)/고전압(high volt) 옵션)에 따라서, 스위치 온 상태에서 스위치 오프 상태로 5V에서 15V까지의 전압 스트로크가 유기 발광 다이오드(5)에서 실현될 수 있다.

Claims (7)

  1. 2차원 매트릭스에 배열된 유기 발광 다이오드를 위한 회로장치(circuit arrangement)로서, 모든 유기 발광 다이오드(5)는 저장 회로(storage circuit; 10), 감지 증폭기(sense amplifier; 20) 및 드라이버 회로(driver circuit; 30)에 의해 제어될 수 있고,
    상기 드라이버 회로(30)는 직렬로 연결된 적어도 3개의 트랜지스터((1, 2, 3) 및 드레인이 각 유기 발광 다이오드(5)의 음극에 연결되는 하나의 다른 출력 트랜지스터(4)로 형성되며 드라이버로서 역할을 하는 트랜지스터(1)가 그 소스에 동작 정전압(constant electric operating voltage) LVDD에 의해 그리고 그 게이트에 다른 동일한 동작 정전압에 의해 작동되며; 트랜지스터(1)의 드레인이 트랜지스터(1)에 직렬로 연결된 다음 트랜지스터(2)의 소스에 연결되고, 스위치를 형성하는 트랜지스터(2, 3)의 두 게이트가 감지 증폭기(20)의 출력부에 연결되고 출력 전압 VSenseOut에 의해 작동되며;
    스위치를 형성하는 두 트랜지스터(2, 3)의 드레인이 출력 트랜지스터(4)의 소스에 연결되며, 출력 트랜지스터의 게이트는 접지 전위(ground potential)에 연결되는 또는 음 전압(negative electric voltage)이 적용되는 것을 특징으로 하는,회로 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    드라이버로 역할을 하는 트랜지스터(1)에 소스가 연결되는 트랜지스터(2)는 PMOS 트랜지스터이며, 게이트가 트랜지스터(2)의 게이트와 함께 감지 증폭기(20)의 출력부에 연결되는 트랜지스터(3)는 NMOS transistor인 것을 특징으로 하는, 회로 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    회로 장치의 모든 구성요소가 반도체 기판 위에 CMOS 회로로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 회로 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    직렬로 연결된, 드라이버로서 역할을 하는 트랜지스터(1) 및 드라이버 회로(30)를 스위치 오프하는 트랜지스터(2) 사이에 추가 트랜지스터(7)가 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 회로 장치.
  5. 제5항에 있어서,
    추가 트랜지스터(7)는 PMOS 트랜지스터로 형성되는 것을 특징으로 하는, 회로 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    트랜지스터(3)의 소스에 적용되고 유기 발광 다이오드(5)의 음극에 연결된 출력 트랜지스터(4)의 게이트에 적용되는 전압보다 작은 전압이 유기 발광 다이오드(5)의 양극에 적용되는 것을 특징으로 하는, 회로 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    드라이버로서 역할을 하는 트랜지스터(1)의 게이트가 접지 전위(ground potential)에 연결되고 상기 트랜지스터(1)가 드라이버 화로(30)의 스위치를 형성하는 것을 특징으로 하는, 회로 장치.
KR1020127027676A 2010-04-28 2011-04-27 능동 매트릭스 oled 디스플레이용 픽셀 회로 KR101681666B1 (ko)

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