KR100312082B1 - 박막 회로 소자를 구비한 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

TFT 같은 것으로 이루어진 박막회로는 모노리틱 집적 회로에 비해 성능 (performance)이 떨어지며, 이러한 성능의 열등화는 액티브 메트릭스 액정 디스플레이와 같은 대형 전자장치에서 구동회로로 사용되는 것을 제한한다. 본 발명에 따르면 외부 증폭기(150)를 갖는 궤환을 사용하여 박막회로의 성능을 향상시킨다. 궤환은 회로의 순차적 단계(T1)의 병렬노드(40)에서부터 취하여서 공통 궤환선(51)과 공통 외부증폭기(150)를 사용할 수 있다. 그래서 필요한 기판단자의 수와 외부연결선의 개수를 줄이게 된다. 선(51)의 용량성 부하를 줄이기 위해 다양한 버퍼를 궤환선(51)과 궤환단자(56)사이에 사용할 수도 있다.

Description

박막 회로 소자를 구비한 전자 장치
본 발명은 박막 회로(예컨대, 일군의 셀들에 대한 구동 회로)를 형성하기 위해 함께 연결되어 있는 박막 회로 소자들을 구비하는, 액티브-매트릭스 LCD (active-matrix Liquid Crystal Display), 이미지 센서(image sensor), 데이터 저장 장치와 같은 전자 장치에 관한 것이다. 본 발명은 박막 회로의 성능 개선과도 관련된다.
대형 액티브 메트릭스 장치들은 수년동안 절연 기판 상의 박막 회로 소자로 형성된 장치 셀과 모놀리식(monolithic) 실리콘 집적회로로 형성된 구동 회로들로 제조되어겼다. 모놀리식 구동 회로는 기판의 주변부에 만들 수도 있고 기판 옆에 만들수도 있으며, 기판 위의 박막 회로 단자와는 많은 수의 전기적 연결점을 필요로 하게 된다.
보다 최근에는 구동 회로를 박막 장치 셀과 동일한 절연 기판 상에 집적된 박막 회로 소자로 형성하여 왔다. 구동 회로를 이렇게 박막으로 집적시키면 및 가지 장점들이 생기는데, 보다 콤팩트한 장치, 전기적 연결점의 복잡성 감소. 제조 비용감소 가능성이 여기에 포함된다. 그래서 구동 회로를 능동소자를 제조하는 데에 사용되는 것과 동일한 박막 회로 기술을 사용하여 제조한다면 이론상 약간의 추가 비용 또는 추가 비용이 전혀 없이 구동 회로가 기판 상에 만들어지도록 할 수 있다(집전도가 완성품의 수율에 큰 영향을 미치지는 않는다고 가정함).
공개된 유럽특허 출원 EP-A-O 342 925에서는 평판 LCD(flat-panel LCD)와 같은 액티브 메트릭스 장치 기판 상에 집적시킨 박막 구동 회로의 몇 가지 예들을 설명한다. EP-A-O 342 925는 행 구동 회로와 열 구동 회로를 설명하는데, 이 구동 회로들 각각은 입력 신호를 구동 회로에 공급하는 입력 단자를 기판 상에 가지며, 장치 셀들과 연결되어 있는 그리고 출력단 각각의 평행 노드에서 장치 셀을 구동하기 위해 신호 공급 역할을 하는 일련의 평행 출력단을 가진다. EP-A-O 342 925의 행 구동 회로와 열 구동 회로는 출력단을 순차적으로 지정할 시프트 레지스터를 구비한다. 행 구동 회로는 매트릭스로 연결된 출력쪽에 버퍼 회로를 가지며, 열 구동 회로는 매프릭스로 이어진 출력쪽에 샘플-홀드 회로를 가질 것이다.
그렇지만, 박막 구동 회로의 성능은 모놀리식 집적 회로에 비해 떨어지는데 그 이유는 통상적인 모놀리식 회로를 형성하는 단결정 실리콘이 아닌 다결정(심지어는 비정질) 실리콘으로 박막 회로 소자를 형성하기 때문이다. 그래서 모놀리식 실기콘 FET와 비교했을 때 실리콘 박막 트랜지스터(TFT)는 일반적으로 적은 ON 전류, 큰 OFF 전류 및 느린 스위칭 속도를 갖는다. TFT는 종종 높은 문턱 전압 (Threshold Voltage)과 낮은 이동도를 드러내는데 이 때문에 TFT로 성능이 우수한 회로를 설계하기가 어렵다. 이러한 특성의 열화는 TFT 박막에시 전하-캐리어에 대한 트래핑 상태(trapping state)의 밀도가 높기 때문인 것으로 이해된다. EP-A-O 342 925의 몇몇 실시예에서는 구동 회로를 상보형 TFT(즉, n 채널 TFT와 p 채널 TFT)로 형성함으로써 성능에 미치는 영향을 줄이려고 하였다.
본 발명의 목적은 박막 회로의 성능을 상당히 향상시킬 수 있는 회로 수단을 제공하는 것이며, 그래서 성능이 우수한 구동 회로를 평판 LCD나 기타 대형 전자장치의 박학 회로 기판 상에 박막 집적할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명에 따른 전자 장치는 입력 단자와 일련의 병렬 출력단을 갖는 박막 회로를 형성하도록 기판 상에서 서로 연결된 박막 회로 소자들로 구성되며, 상기 출력단은 출력단 각각의 병렬 노드에서 신호를 제공하는 역할을 한다. 본 발명의 특징은 상기 전자 장치가 병렬 출력단에서부터 입력 단자쪽으로 궤환(feed back)되는 궤환 루프를 구비한다는 것과 이러한 궤환 루프는 출력단의 평행 노드와 결합된 공통 궤환선을 가진다는 것, 궤환 단자가 기판 상에 존재하고 공통 궤환선에 연결된다는 것, 및 궤환 단자와 입력 단자 사이에 연결되어 있는 궤환 증폭기는 기판상의 박막 회로 소자 외부에 있다는 점이다.
이러한 궤환 루프를 본 발명에 따라 제공한다면 박막 회로의 성능을 향상시킬 수 있다. 여러 가지의 회로 동작은 이 수단에 의해 개선될 수 있는데, 회로 소자의 특성 변화에 대한 면역성(immunity), 주파수 응답과 스위칭 작용의 개선, 비선형적 효과의 감소 등이 이에 해당한다. 박막 회로에 의해 약한 신호가 만들어지는 경우에, 직각의 병렬 노드로부터 정궤환되는 어느 정도의 신호는 박막 회로 소자의 나빠진 성능을 보상해 주는 데에 뿐만 아니라 신호를 보강해 주는 데에도 사용된다. 그래서 정궤환 루프를 디지털 신호 레벨의 재저장에 사용할 수도 있지만, 부궤한 루프가 더 유용한 때가 많은데 그 이유는 부궤환 루프는 박막 회로에 의해 생긴 신호 오차를 삭감할 수 있기 때문이다. 부궤환을 사용한 회로의 특징은 궤환이 효과적이게 하려면 높은 이득을 가져야 한다는 것이다. 본 발명에서 이러한 이득은 궤환 단자와 입지 단자 사이에 연결된 궤환 증폭기에 의해 얻어진다. 이 증폭기는 기판 상의 박막 회로 소자 외부에 있기 때문에 모놀리식 회로소자로 형성될수 있어서 높은 이득을 가지게 된다. 모놀리식 집적회로 칩은 기판 위에 놓일 수도 있고 기판 옆에 놓일 수도 있다. 순차적으로 동작하는 병렬 출력단과 결합된 공통 궤환선에 궤환 증폭기를 연결하면, 회로의 병렬 출력단이 아주 많은 (예컨대, 수백 개) 경우에도 하나의(즉, 공통의) 증폭기와 하나의(즉, 공통의) 궤환 단자를 사용하여 궤환의 성능 향상을 얻는 것이 본 발명에서는 가능하다. 따라서 본 발명에 의하면 많은 구동 회로를 가진 기판으로부터의 수백 개의 궤환 경로 및 단자를 제공할 필요 없이도 이러한 박막 구동 회로의 수백 개의 출력단에서 성능 향상을 얻는다.
어떤 유형의 전자 장치를 사용하느냐에 따라 박막 회로는 여러 가지 기능을 수행할 것이다. 여기서 특히 중요한 형태의 박막 회로는 기판 상의 박막 회로 소자들에 의해 형성되는 일군의 장치 셀을 구동시키는 구동 회로일 것이다. 장치 셀들은 다양한 방법으로 편성되므로 구동 회로의 구성 또한 여러 유형일 것이다. 어떤 장치에서는 장치 셀들이 하나의 행을 이루거나 여러 형태의 선형 어레이(linear array)로 이루어질 것이다. 그렇지만 가장 일반적인 것은(예컨대 평판 디스플레이, 이미지 센서 및 데이터 저장 장치) 셀이 행렬로 배열된 것이다. 본 발명은 아날로그 입출력을 갖는 구동 회로, 예컨대 평판 디스플레이의 비디오 라인 열 구동 회로의 성능을 향상시키는 데에 특히 유익하다. 그러나 본 발명에 따른 궤환을 사용하여 디지털 출력 구동 회로, 예컨대 데이터를 디지털 데이터 저장 장치에 공급하는 열 구동기 또는 액티브 매트릭스 장치의 행 구동기의 성능을 향상시킨다.
주어진 박막 회로의 어떤 부분이 궤환 루프에 포함되도록 선택함으로써 이 회로의 특정 부분의 성능을 향상시킬 수 있다. 그래서. 예를 들면 구동 회로의 병렬 출력단에 있는 샘플링 TFT에 대해서 및/또는 이러한 병렬 출력단에 있는 버퍼 증폭기에 대해서 향상된 성능을 얻게된다.
박막 회로 외부에 있는 궤환 증폭기는 차동 증폭기(differential amplifier)일 수도 있다. 외부 입력 신호는 출력단에서부터 신호 궤한에 의해 수정된 다음 박막 회로의 입력으로 상기 궤환 증폭기의 한쪽 단자로 공급될 것이다. 그렇지만 이러한 외부 입력 신호는 기판 상의 박막 공통 버퍼 회로를 통해 외부 차동 증폭기로 공급된다. 다른 구성으로는 외부 궤환 증폭기는 신호 입력이 기판 상의 박막 자동 버퍼 회로에서 공급되도록 한다.
또한 본 발명은 다양만 박막 버퍼와 스위치가 장치 기판 상에 서로 다른 회로 구성으로 포함되도록 하여 장치 동작 속도를 떨어뜨릴 다양한 공통 커패시턴스의 영향을 차단시킨다.
도면 제 1 도에서 유의하여야 할 것은 이 도면은 단지 그림으로 나타내기 위한 것이고, 일정 비율로 확대하여 그려진 것이 아니며, 간단히 하기 위해 단지 몇개의 장치 셀만 도시하였다는 것이다. 제 2 도 및 3 도에서 각각의 열 선(column line:26) 상의 장치 셀(29, 30)들은 간단히 하기 위해 부하 커패시터(C)로 도시한다. 제 3 도는 이러한 열 선(26) 하나에 대한 열 구동 회로 나타내지만 공통 공급선(14)과 공통 궤환선(51) 사이에는 이러한 열 구동 회로가 여러 개 연결되어 있다고 이해할 수 있다. 그리고 제 4 도 내지 제 6 도는 공통 공급선(14)과 공통 궤환선(51)에 연결된 공통 박막 버퍼 회로와 외부 증폭기를 도시하는데, 이것들 사이에는 많은 열 구동 회로가 존재한다. 도면의 서로 다른 실시예에서 상응하는 또는 유사한 특성을 설명하는 데에는 전반적으로 동일한 도면 부호를 사용했다.
본 발명에 따른 박막 회로 성능 향상을 위한 궤환이 존재한다는 것을 제외하면, 제 1 도의 전자 장치는 종래의 유형과 구성, 예컨대 평판 디스플레이일 수 있다. 이 장지는 장치 셀(33) 행렬(22)을 형성하도록 절연 기판(100) 상에서 서로 연결되어 있는 박막 회로 소자들을 구비한다. 셀(33)의 행렬(22)은 기판(100)(예컨대 디스플레이의 유리 뒷 판) 상에 행과 열로 배열되어 있다. 행 구동 회로(21)는 행렬(22)의 행을 순차적으로 번지지정 하기 위해 일련의 박막 병렬 출력선(24)이 장치 셀(33)과 연결되도록 한다. 열 구동 회로(12)는 셀들을 순차적으로 구동시킬 표본화된 비디오 신호를 공급하기 위해 일련의 박막 병력 출력선(24)이 셀 (33)과 연결되도록 한다. 회로(12)의 시프트 레지스터(13)는 일련의 병렬 출력단 (10)을 순차적으로 번지지정한다. 병렬 출력단(10) 각각은 표본화 트렌지스터 T1 (제 2 도, 3 도 참조)을 구비하고 노드(40)에서(제 2 도, 3 도 참조) 표본 출력 신호를 공통 신호선(14)에서 각각의 출력선(26)으로 보낸다.
본 발명에 따라 출력단(10)의 성능을 향상시키기 위해 제 1 도의 장치는 병렬 출력단(10)에서부터 열 구동 회로(12)의 입력 단자(36)로 궤환되는 부궤환 루프를 구비한다. 이 부궤환 루프는 출력단(10)의 병렬 노드(40)와 결합된 공통 궤환선(51)과, 기판(100) 상에 존재하고 궤환선(51)에 연결된 궤환 단자(56)와, 궤환 단자(56)와 구동 회로(12)의 입력 단자(36) 사이에 연결된 궤환 증폭기(150)(제 2도 참조)를 구비한다. 궤환 증폭기(150)는 기판(100) 상의 박막 회로 외부에 있으므로. 제 1 도에는 도시되지 않는다. 이 증폭기(150)는 단결정 실리콘 칩과 마찬가지로 종래기술로 형성된 모놀리식 집적 회로로서 가장 쉽게 제공된다. 증폭기 (150)는 기판(100) 옆의 지지체 또는 회로 기판 상에 설치될 것이며, 와이어 연결에 의해 또는 유동성 포일(flexible foil) 상의 도선 패턴에 의해 공지된 방법으로 기판 단자(36)와 연결된 것이다. 또 다른 방법으로는 증폭기(150)는 기판(100)의 주변 영역 상의 노출된 칩(naked chip)으로서, 예컨대 단자(36, 56)에의 플립-칩 마운팅(flip-chip mounting)에 의해 설치되어 직접 연결을 이루거나, 단자(36, 56)사이의 기판 영역 위에 설치하고 와이어 연결법을 사용하여 연결될 것이다.
본 발명에 의한 열 구동 회로(12)의 병렬 출력단(10)에서 시작되는 분궤환을 제외하면, 제 1 도의 장치는 EP-A-O 342 925의 제 1 도에 도시된 액티브 매트릭스 디스플레이 패널(active matrix display panel)과 유사하다. 그래서 본 명세서의 제 1 도는 EP-A-O 342 925의 제 1 도에 기초한 것이고, EP-A-O 342 925의 제 1 도에서 사용한 것과 동일한 도면 부호가 나타내는 구성 요소들은 EP-A-O 342 925와 동일하거나 유사한 것이다. 그래서 예를 들면 회로 블록(13, 20, 23)은 상보형 p채널-n채널 FET으로 형성될 수도 있고 n채널 FET로만 형성될 수도 있다. 여기서 EP-A-O 342 925의 내용 전체는 참조용으로 인용되는 것이다.
그래서 제 1 도의 디스플레이 패널을 본 발명에 대해 구현한 것을 세부적으로 설명하지는 않는다. 디스플레이의 동작에 따라 아날로그 비디오 신호가 열 구동 회로(12)의 입력 단자(36)로 들어가고 TFT 스위칭 트랜지스터(T1)에 의해 표본화된다(제 2 도. 참조). 제 2 도에서 궤환 증폭기(150)는 장치에 입력되는 비디오 신호에 대한 아날로그 신호 입력(152)을 가지고 증폭된 아날로그 신호 출력(155)을 입력 단자(36)에 제공한다. 제 1 도의 디스플레이 패널을 구현한 것은 하나의 비디오 입력 단자를 갖는 흑백 디스플레이이다. 비록 TFT는 제 1 도와 EP-A-O 342 925의 개별 장치 셀에서 설명되는 스위칭 소자(29)이지만, 본 발명에 따른 디스플레이나 다른 전자 장치에는 다른 유형의 스위칭 소자(29), 예컨대 1993년 9월 22일에 공보 발행된 EP-A-O 561 462에 설명된 것과 같은 박막 다이오드를 사용할 수도 있음을 인식해야 한다.
제 2 도는 외부 고이득 차동 증폭기(150)를 사용하여 특정 병렬 출력단(10)의 성능을 향상시키기 위해 부궤환을 사용한 것을 설명한다. 출력단(10) 각각은 표본화 트랜지스터(sampling transistor:T1)와 관련 궤환 결합 트랜지스터 (coupling transistor:T2)로 구성된다. 이러한 트랜지스터(Tl, T2)는 n채널 인핸스먼트형 TFT일 수도 있다. 표본화 TFT(T1)는 입력 신호를 공통 신호선(14)에서 가져오는 역할을 하고 노드(40)에서 병렬 출력선(26) 각각에 출력 신호를 제공한다. 관련 결합 TFT(T2)는 병렬 출력선(26)의 각각의 노드(40)를 공통 궤환선(51)에 결합시키는 역할을 한다. 제 2 도 실시예에서 시프트 레지스터(13)의 병렬 시프트 출릭(43) 각각은 출력단(10) 각각의 표본화 TFT(T1)와 결합 TFT(T2)의 게이트와 결합되어서, 그 다음 출력단(10)이 순차적으로 온(ON)되도록 한다.
따라서, 디스플레이 장치에서 비디오 신호는 차동 증폭기(150)의 비반전 입력(152)으로 들어간다. 차동 증폭기(150)의 출력(155)은 스위치 TFT(T1)의 공통입력선(14)과 연결된다. 종래에 이러한 스위칭 트랜지스터(T1)는 각각의 열 선 (26)에 대한 저장 커패시턴스(C)와 함께 이 열 선의 디스플레이 셀이 인가될 비디오 신호에 대해 샘플-흘드 기능을 한다. 제 2 의 커패시턴스(C)는 (셀(29, 30) 뿐만 아니라) 개별 저장 커패시터(discrete storage capacitor) (Cs)를 출력 회로 (10)에서 포함하거나 또는 선(26) 자체의 커패시턴스와 셀(29, 30)의 커패시턴스는 표본화된 비디오 신호에 전하-저장 수단(C) 전체를 제공한다. 결합 TFT(T2)를 사용하여 열 선(26) 상의 전압(커패시턴스(C)에 저장된 표본 비디오 신호에 해당하는 전압)은 노트(40)에서 공통 궤환선(51)에 결합되고, 그 결과 이러한 전압 신호는 차동 증폭기의 반전 입력(151)으로 궤환된다. 공통 궤환 루프(51, 56, 150, 36 및 14)를 본 발명에 따라 사용할 수 있는데, 그 이유는 출력판(10)의 순차적 스위칭에 의해 어떤 주어진 시간에서 회로(12)의 하나의 출력단(10)만이 선(14)상의 비디오 신호를 샘플링하기 때문이다. 부궤환은 출력단(10) 중 하나가 ON된 때에 외부 증폭기(150)가 상기 출력단(10)의 레벨이 비디오 입력 신호 레벨과 같아지도록 열 전압을 충전시킬 출력 신호를 만들어 내도록 하는 역할을 한다.
제 2 도의 회로에 부궤환을 적용했을 때의 장점은 스위칭 TFT(T1)의 유효 임피던스가 감소하여 열 커패시턴스(C)를 좀더 빨리 충전시킬 수 있고/있거나 더 작은 스위칭 소자(T1)를 사용할 수 있다는 점이다. 궤환이 미치는 효과는 T1을 값이 R인 저항으로 나타낸 상황을 고려하면 측정할 수 있다. 부궤환을(제 2 도에 도시한 것처럼 소자(T2, 51, 150)를 경유해서) 적용하면 저항의 유효값을 거의 R/A로 줄일 수 있다(여기서 A 는 증폭기(150)의 이득). 이러한 감소는 증폭기(150)의 출력 신호가 비디오 신호 레벨보다 클 수 있기 때문이며 그래서 궤환 회로에 의해 주어진 값 C에 대해 더 큰 순간 충전 전류를 얻게 된다. 실제로 트랜지스터의 저항값은 전압에 아주 많이 의존하기 때문에 완전히 저항기(R)로 나타낼 수는 없다. 이러한 의존성 때문에 그리고 증폭기(150)에서 얻을 수 있는 출력 전압 범위가 제한되어 있기 때문에 실제로 얻을 수 있는 TFT(T1)의 유효 저항 감소는 1/A보다 다소 작아진다. 이러한 특정예에서 본 발명에 따른 궤환을 사용한 큰 장점은 열 충전 시간의 감소이다.
제 3 도는 앞의 것과 다른 상황에 대한 설명으로서 각각의 출력단(10)은 각각의 출력선(26) 상의 큰 커패시턴스를 구동하기 위해 버퍼 증폭기(A3)를 구비한다. 버퍼(A3)는 TFT 증폭 회로로 이루어진다. 버퍼 증폭기(A3)의 노드(40)에서의 출력은 해당 출력단(10)의 결합 TFT(T2)에 의해 공통 궤환선(51)을 경유해서 궤환된다. 이 예에서 각각의 출력단은 TFT(T1)의 출력 쪽에 개별 저장 커패시터(Cs) 형태로 된 신호 저장 수단을 구비하고 버퍼 증폭기(A3)는 출력선(26)과 TFT(T1) 및 커패시터(Cs)의 출력 사이에 연결된다. 버퍼(A3)는 TFT(T3) 형태로 된 직렬 출력 스위치에 의해 열 선(26)에 결합될 것이다. 제 2 도의 열 선(26)이 순차적으로 구동되는 반면에 제 3 도의 열 선(26)은 출력 스위치(T3)가 존재하기 때문에 표본화된 비디오 신호들을 선(26)에 병렬로 전달함으로써 병렬로 구동될 것이다. 또한, 이러한 출력 스위치(T3)는 궤환동안 버퍼 증폭기(A3)에서 용량성 부하(C)를 제어하고, 그래서 제환은 열 커패시턴스와 분리될 수 있다. 이러한 출력 스위치(T3)는 각각의 출력단(10)에 신호 저장 수단(Cs)을 갖는 제 2 도 회로의 변형예에도 사용될 것이다.
제 3 도의 상황에서 본 발명에 따른 부궤환의 존재에 의해서, 버퍼(A3) 성능의 제한 예컨대 버퍼 특성 변화, 비선형성 또는 차단 전압(offset voltage) 같은 것을 보상할 수 있다. 이렇게 하여 궤환은 올바른 전압값을 선(14) 상의 비디오 입력 파형의 표본화에서부터 선(26)으로 전달하는 것을 용이하게 해 준다.
제 4 도는 공통 궤환선(50)이 부궤환루프에 대한 공통 버퍼 회로(55)에 의해 궤환 증폭기(150)에 연결되는 상황을 설명한다. 버퍼 회로(55)는 입력 신호(외부 증폭기(150)로 공급될 입력 신호)에 대해 하나의 입력(58)과 궤환선(51)에서 들어오는 입력(51) 및 차동 증폭기(150)의 각각의 입력(151, 152)에 대한 제 1, 제 2 출력(56, 57)을 갖는다. 버퍼 회로(55)의 출력단은 소스 폴로워(source follower)형으로 구성된 두 개의 TFT(T7, T8)를 구비한다. 제한선(51)은 T7의 게이트에 연결되는 반면에 T8의 게이트는 일정한 바이어스 전위 Vb로 유지된다. 선(51) 상의 공통 출력 버퍼의 존재는 증폭기(150)에 연결되는 입력(151)의 커패시턴스와 궤환선(51)을 분리함으로써 회로의 동적 특성을 개선시킬 수 있다. 그래서 이러한 궤환 버퍼가 있는 경우에는 궤환선(51)과 증폭기 연결선(151)의 총 커패시턴스가 너무 커져서 궤환선(51)에 걸리는 전압은 더 이상 열 선(26)의 전압을 따라가지 않을 것이다. 궤환 버퍼 회로는 증폭기(150)로 궤환되는 신호 궤환에 오프셋을 유발시킨다. 이와 유사한 입력 신호의 오프셋은 버퍼 회로(55)에 유사한 입력단, 즉 제 4 도의 특성 실시예에서 두 개의 TFT(T5, T6)가 소스 폴로워로 구성된 입력단을 포함하여 얻게 된다.
제 5 도는 제 4 도 공통 버퍼 회로(55) 변형예로서 트랜지스터 쌍들(T15, T16 및 T17, T18)은 입출력단에서 인버터 구성으로 연결된다. 버퍼 회로(55)의 입력단은 T16을 부하로 하는 TFT(T15)를 구비하고 출력단은 T18을 부하로 하는 TFT(T17)를 구비한다. 제 5 도 버퍼 회로(55)의 인버터 기능 때문에 궤환 단자 (56)는 증폭기(150)의 비반전 입력(152)에 연결되고 입력 신호는 증폭기(150)의 반전 입력(151)에 입력된다.
제 1 도 내지 제 5 도의 회로에서, 외부 증폭기(150)는 외부 입력 신호에 대한 제 1 입력과 기판(100) 상의 궤환 단자(56)에서 나오는 제 2 입력을 갖는데, 이 입력 중 하나는 반전된다. 차동 증폭기(150)는 기판(100) 위의 입력 단자(36)에 연결된 하나의 출력(155)을 갖는다. 제 6 도는 증폭기(150)가 하나의 입력(156)만 가지고, 반전되지만 증폭된 출력을 공급하는 또 다른 상황을 설명한다. 차등 증폭 기능은 여기서 기판(100) 상의 박막 버퍼 회로(65)에서 수행된다. 이 경우에 차동 버퍼 회로는 신호 입력(58)과 궤환선(51)에서 오는 신호 입력(59)을 가지며, 궤환 단자(56)에 하나의 출력을 제공한다. 단자(56)는 외부 고이득 궤환 증폭기(150)의 입력(156)에 연결된다. 차동 버퍼 회로(65)는 TFT(T15) 내지 TFT(T19)로 구성된다. TFT(T19)의 게이트는 고정된 바이어스 전위(Vb)를 유지하여서, T19는 전류가 두 개의 팔(T15, T16과 T17, T18) 사이에 분배되는 일정 전류원의 역할을 한다. 따라서 궤환선(51)을 경유해서 TFT(T17)의 게이트에 인가된 신호와 입력(58)을 통해 TFT(T15)의 게이트에 인가된 신호는 기판(100) 상의 궤환 단자(56)에서 차동 출력으로 된다. 차동 버퍼 회로(65)를 사용했을 때의 장점은 어떠한 기판 단자(57)도 필요하지 않다는 것이며 더 간단한 증폭기(150)를 사용할 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 장치에서는 많은 다른 변형과 수정이 가능하다. 제 1 도에서는 단지 하나의 궤환선(51)이 장치 회로 (12)의 모든 병렬 출력단(10)에 대해 도시된다. 제 4 도 내지 제 6 도는 궤환선(51) 상의 용량성 부하가 공통 버퍼 회로 (55 또는 56)의 존재로 인해 어떻게 감소될 수 있는가를 설명한다. 많은 수의 출력단(10)을 갖는 구동 회로(12)에 대해 하나 이상의 궤환선(51)을 사용함으로써 공통 궤환선(51) 상의 과다 부하를 피하는 것도 가능하다. 그래서, 에를 들면 제 1 도 회로(12)의 왼쪽 반에 있는 출력단(10a, 10c, 등등)은 제 1 도에 설명된 것처럼 하나의 공통 궤환선(51)에 연결될 수도 있으며 오른쪽 반에 있는 출력단(10z 등등)은 제 2 공통 궤환선(51)에 의해 제 2 궤환증폭기(150)에 연결될 수 있다. 그래서 이러한 제 2 출력단(10z, 등등)은 제 2 궤환선(51)과 제 2 증폭기(150)에 의해 공급되는 제 2 공통 신호선(14) 사이에 연결될 것이다. 이러한 제 2 선들(14, 51)은 그들 고유의 기판 단자(36, 56)를 갖는다.
제 1 도는 흑백 디스플레이를 위한 하나의 비디오 입력 단자(36)를 보여준다. 그렇지만 제 1 도의 장치는 EP-A-O 342 925의 제 1 도의 디스플레이에서처럼 R, G, B 비디오 신호를 위한 세 개의 입력 단자(36)와 세개의 각각의 신호선(14)을 갖는 칼라 디스플레이일 수도 있다. 이 경우에 출력단(10)은 EP-A-O 342 925에서와 마찬가지로 세 개씩 묶어지도록 구성된다. 이렇게 되면 본 발명에 따른 궤환선 (51)은 세 개가 되어서(각각의 궤환선은 각각의 궤환 단자(56)와 각각의 증폭기 (150)를 갖는다). 세 개의 비디오 신호 R, G, B 각각에 대한 부궤환루 프를 제공하게 된다.
제 1 도 내지 제 6 도는 본 발명에 따른 궤환을 액티브 매트릭스 장치의 열구동 회로(12)에 대해 사용한 것을 설명한다. 그러나 액티브 매트릭스 장치의 행구동 회로의 성능 향상을 위해 본 발명에 따른 궤환을 사용할 수도 있다. 따라서 제 1 도의 장치에서 열 구동 회로(21)는 입력 단자(39)를 갖는 행 구동 버퍼 회로 (23)를 구비한다. 궤환 루프(결합 트랜지스터(T2), 궤환선(51), 궤환 단자(56) 및 외부 차동 증폭기(150)로 이루어짐)는 병렬 행 선(row line:24)과 행 버퍼 회로 (23)의 입력 단자(39) 사이에 연결되어서 성능 향상을 위한 부궤환을 제공한다. 각각의 행 출력선(24)은 행렬을 차례대로 번지지정하도록 선택되기 때문에 임의의 시간에서는 단지 하나의 출력선(24)만 액터브로 되어 있다. 그래서 공통 궤환 선 (51)은 이러한 병렬 출력선(24) 모두에 결합될 수 있다.
제 1 도 및 제 3 도의 실시예에서, 궤환은 구동 회로의 단(10)의 출력에서 시작된다. 그러나 회로 설계에 따라서는 셀 행렬(22)의 열 선 및/또는 행 선(26, 24)에 실제로 존재하는 신호보다 장치 회로 내부에서 나오는 중간 신호 (intermediate signal)을 궤환시키는 것도 적절할 수가 있다. 그래서 예를 들면 제 3 도의 회로에서는 버퍼 증폭기(A3)의 입력에서 노드(41)에서 시작하는(버퍼 증폭기(A3)의 출력에서 노드(40)에서 시작하는 대신에) 궤환을 결합 트랜지스터(T2)에 의해 취할 수도 있다. 이런 경우, 궤환은 제 3 도의 출력단의 표본화 트랜지스터(T1)의 속도를 증가시키는 역할을 한다.
위에서 애기한 것처럼 제 1 도의 액티브 매트릭스 장치는 평판 디스플레이일수도 있다. 평판 디스플레이 대신에 본 발명에 따른 장치는 상당히 다른 기능, 예컨대 박막 데이터 저장 소자(예를 들어 박막 커패시터) 배열을 번지지정하기 위해 행렬로 된 박막 스위칭 소자(29)를 갖는 데이터 저장과 같은 기능을 수행하도록 설계할 수도 있다. 아날로그 신호나 디지털 신호는 병렬 출력단(10)을 통해 신호선 (14)으로부터 위와 같은 데이터 저장 장치에 공급될 것이다. 다른 형태로서 본 발명에 따른 전자 장치는 셀 각각이 행 선(24)을 통해 박막 스위칭 소자(29)에 의해 번지지정되는 박막 감지 소자(예컨대 광 다이오드)로 구성될 때 이러한 셀(33)의 행렬(22)를 갖는 이미지 센서가 될 것이다. 이 경우에 광 다이오드 신호는 이 신호에 대해 적분기 역할을 하고 공통 출력선(14)에 순차적 병렬 출력을 제공하는 병렬 출력단(10)을 갖는 박막 감지 소자 쪽으로 출력된다. 이러한 데이터 저장 장치나 이미지 센서의 TFT 주변 회로(12, 21)의 성능을 향상시키기 위해서는 외부 궤환 증폭기(150)는 단자(56), 공통 제한선(51) 및 결합 TFT를 통해 회로(12 및/또는 21)의 병렬 출력단에 연결된다.
제 1 도 내지 제 3 도의 실시예에서 출력단(10)은 시프트 레지스터의 출력 (43)에 의해 순차적으로 번지지정된다. 그렇지만 시프트 레지스터 대신에 멀티플렉스 회로를 사용하여 출력단(10)을 순차적으로 번지지정하여도 된다.
위의 설명처럼 외부 증폭기(150)는 단결정 실리콘 칩에 형성된 모놀리식 IC일 것이지만, 단결정 실리콘 회로 대신에 CaAs 모놀리식 IC를 사용할 수도 있다. 또한 간단한 증폭기(150)인 경우에는 집적회로 대신에 개별 단결정 실리콘 트랜지스터들로 이루어진 하이브리드 회로 같은 것으로 증폭기(150)를 형성할 수도 있다.
제 4 도 내지 제 6 도의 버퍼 회로(55, 65)에서, (궤환 신호에서의 오프셋과 유사한) 입력 신호에서의 오프셋은 출력(궤환)단의 회로와 유사하게 입력단 회로를 구성하여 얻게된다. 그러나 유사한 오프셋은 다른 회로 구성을 가지고 회로 설계하여도 얻을 수 있고 출력(궤환)단은 오프셋을 최소화하도록 설계할 수 있다.
본 명세서에 개시된 것을 읽어본 당업자에게는 다른 변형과 수정이 쉽게 이해될 것이다. 이러한 변형과 수정은 궤환 회로와, 박막 회로를 갖는 전자 장치 및 이 장지의 구성소자의 설계, 제조, 사용에서 이미 알려진 것, 그리고 본 명세서에서 이미 설명된 특징에 대체적으로 또는 부가적으로 사용될 것과 동등한 특징과 다른 특징들을 포함할 것이다. 비록 본원의 특허청구범위는 특징적 요소들의 특정 조합으로 기재되어 있지만, 본원이 개시하는 범위는 그것이 어떤 청구항에서 청구하는 발명과 동일하든 동일하지 않든, 그리고 그것이 본 발명이 해결하고자 했던 것과 동일한 기술적 문제들 전부나 어느 것 하나를 모방했든지 않했든지 간에 본 명세시에서 명시적으로나 암시적으로 개시되어 있는 어떠한 신규의 특징이나 특징의 신규한 조합이라도 포함하게 될 것이다. 본원의 출원인은 본원이나 본원에서 유도될 장래의 출원에 대한 출원계속인 동안에 상기와 같은 특징 및/또는 특징의 조합에 대한 새로운 청구항이 명문화될 수 있음을 공지하는 바이다.
제 1 도는 본 발명에 따른 전자 장치의 박막 회로 기판의 일례로서 외부 궤환(feedbackl) 증폭기(들)를 도시하지 않은 블록 회로도.
제 2 도는 제 1 도 장치의 열 구동 회로의 특정 실시예의 병렬 출력단에서 시작되는 본 발명에 따른 궤환의 블록도.
제 3 도는 제 2 도 병렬 출력단의 변형예로서 버퍼 증폭기를 각각 구비하는 출력단에서 시작되는 본 발명에 따른 궤환의 블록도.
제 4 도 내지 제 6 도는 제 2 도 또는 제 3 도의 변형인 세 개의 서로 다른 공통 버퍼 회로를 경유하는 본 발명에 따른 궤환의 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 병렬 출력단 12 : 열 구동 회로
13 : 시프트 레지스터 14 : 공통 신호선
21 : 행 구동 회로 29 : 스위칭 소자
33, 29, 30 : 장치 셀 51 : 공통 궤환선
65 : 박막 버퍼 회로 100 : 기판
150 : 궤환 증폭기 A3 : 버퍼 증폭기

Claims (11)

  1. 전자 장치로서, 출력단들(output stages)의 병렬 노드 각각에서 순차적으로 신호를 제공하는 일련의 병렬 출력단과 하나의 입력 단자(input terminal)를 가지는 박막 회로를 형성하기 위한 기판 위에 서로 연결되어 있는 박막 회로 소자들을 포함하는 전자 장치에 있어서,
    상기 전자 장치는 상기 병렬 출력단에서 입력 단자에 이르는 궤환 루프를 더 포함하고,
    상기 궤환 루프는,
    상기 출력단들의 병렬 노드들과 결합된 공통 궤환선과,
    기판 상에 존재하며 상기 공통 궤환선과 연결된 궤환 단자와,
    상기 입력 단자와 상기 궤환 단자 사이에 연결된 궤환 증폭기를 포함하며,
    상기 궤환 증폭기는 상기 기판 상의 상기 박막 회로 소자들 외부에 있는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 단자와 상기 일련의 병렬 출력단 사이에는 공통 신호선이 연결되고,
    상기 병렬 출력단 각각은 표본화 트랜지스터(sampling transistor)와 결합 트랜지스터(coupling transistor)를 포함하며,
    상기 표본화 트래지스터는 상기 공통 신호선에서 입력 신호를 수신하고, 출력 신호를 상기 각각의 병렬 노드에 제공하며,
    상기 결합 트랜지스터는 상기 각각의 병렬 노드를 상기 공통 궤환선에 결합시키는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력단 각각은 또한, 상기 표본화 트랜지스터와 상기 각각의 병렬 노드 사이에 있는 버퍼 증폭기를 포함하고,
    상기 버퍼 증폭기에서 나온 출력 신호는 상기 공통 궤환선을 통해 궤환되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 박막 회로는, 상기 병렬 출력단으로의 일련의 병렬 시프트 출력을 갖는 시프트 레지스터를 포함하고,
    상기 병렬 시프트 출력 각각은 상기 각각의 출력단의 결합 트랜지스터의 게이트와 결합된 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 병렬 출력단 각각은 신호 저장 수단을 포함하고,
    상기 각각의 병렬 노드와 상기 출력단의 출력선 사이에는 출력 스위치가 존재하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    부궤환 루프를 위한 공통 버퍼 회로가 기판 상에 박막 회로 소자로 형성되고,
    상기 공통버퍼 회로는 상기 궤환선에서 나오는 입력과 상기 궤한 단자쪽으로 나가는 출력을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 궤환 증폭기는, 입력 신호를 위한 제 1 입력과 기판 상의 상기 궤환 단자로부터의 제 2 입력 및 상기 기판 상의 상기 입력 단자와 연결된 출력을 가지는 차동 증폭기인 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공통 궤환선은 상기 기판 상의 박막 회로 소자에 의해 형성된 차동 버퍼 회로에 의해 상기 궤환 증폭기에 연결되며,
    상기 자동 버퍼 회로는 입력 신호에 대한 신호 입력과, 상기 궤환선에서 나오는 입력 및 상기 궤환 단자로의 단일 출력을 갖고,
    상기 궤환 증폭기는 상기 궤환 단자에 연결된 하나의 입력을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 궤환 증폭기는 모놀리식(monolithic) 집적 회로인 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  10. 제 l 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막 회로는 상기 기판 상에 박막 회로 소자들로 형성된 한 그룹의 장치 셀들을 구동하기 위한 회로이고,
    상기 병렬 출력단은 상기 장치의 동작 시에 상기 장치 셀들을 구동하기 위해 상기 장치 셀들에 결합된 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전자 장치는 평판 디스플레이(flat-panel display)이고, 상기 구동 회로는 상기 디스플레이의 열 구동기(column driver)이며,
    상기 디스플레이의 동작 시에 상기 궤환 증폭기를 통해 상기 입력 단자에 아날로그 비디오 신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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