KR100751476B1 - 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 구동 기간에 각 픽셀(10)에서 전계 발광 디스플레이 요소(20)를 통한 구동 전류가, 이전의 어드레스 기간 동안 인가되고, 연관된 저장 커패시터(36) 상의 전압으로 저장되는 구동 신호에 기초하여 구동 장치(22)에 의해 제어되는 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치에 관한 것이다. 일정한 구동 신호 레벨에 대한 광 출력이 시간에 걸쳐 감소하는 디스플레이 요소의 노화 현상을 방해하기 위해, 상기 픽셀은 전기-광학 방전 수단(38)을 포함하는데, 상기 전기-광학 방전 수단(38)은, 상기 저장 커패시터에 연결되고, 저장된 전하를 방출하고 구동 기간에 디스플레이 요소의 적분된 광 출력을 제어하기 위해 상기 디스플레이 요소의 광 출력에 반응한다. 향상된 제어를 위해, 방전 수단은, 낮은 레벨로 떨어지는 디스플레이 요소의 구동을 통해, 구동 기간에 제어된 지점에서 커패시터를 급속히 방전하도록 배열된다. 종래에는, 광반응 트랜지스터는 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다.

Description

능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치{ACTIVE MATRIX ELECTROLUMINESCENT DISPLAY DEVICE}

본 발명은, 전계 발광 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 전계 발광(active matrix electroluminescent) 디스플레이 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치에 관한 것인데, 상기 디스플레이 픽셀 각각은, 전계 발광 디스플레이 요소, 및 구동 기간 이전의 어드레스 기간 동안 픽셀에 인가되고, 구동 장치에 연관된 저장 커패시턴스(storage capacitance) 상에 전하로서 저장되는 구동 신호에 기초하여 구동 기간에 디스플레이 요소를 통해 전류를 제어하기 위한 구동 장치를 포함한다.

전계 발광, 발광(light-emitting), 디스플레이 요소를 사용하는 매트릭스 디스플레이 장치는 잘 알려져 있다. 디스플레이 요소는, 예를 들어 중합체(polymer) 물질을 사용하는 유기 박막 전계 발광 소자, 또는 이것 외에 기존의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 혼합물을 사용하는 발광 다이오드(LEDs: Light Emitting Diodes)를 포함할 수 있다. 유기 전계 발광 물질, 특히 중합체 물질에서의 최근의 발달로 인해, 이들은 실제로 비디오 디스플레이 장치에 사용될 수 있음이 증명되었다. 일반적으로, 이들 물질은, 전계 발광 물질, 예를 들어 반도체 콘주게이팅된(semiconducting conjugated) 중합체의 하나 이상의 층을 포함하는데, 상기 하나 이상의 층은 한 쌍의 전극 사이에 삽입되며, 상기 전극 중 하나는 투명(transparent)하고, 다른 하나는 중합체 층 내에 정공(holes) 또는 전자를 주입시키는데 적합한 물질이다. 중합체 물질은, CVD 공정을 사용하여, 또는 간단히 프린팅(printing)하거나, 콘주게이팅된 용해성 중합체의 용액을 사용하는 스핀 코팅(spin coating) 기술을 사용하여 제조될 수 있다.

유기 전계 발광 물질이 다이오드형 Ⅰ-Ⅴ 특성을 나타내어, 디스플레이 기능 및 스위칭 기능 모두를 제공할 수 있으므로, 수동형(passive type) 디스플레이에 사용될 수 있다.

그러나, 본 발명은 능동 매트릭스 디스플레이 장치에 관한 것이며, 각 픽셀은, 디스플레이 요소, 및 이 디스플레이 요소를 통해 전류를 제어하기 위한 스위칭 장치를 포함한다. 능동 매트릭스 전계 발광(EL: ElectroLuminescent) 디스플레이 장치의 예는 유럽 특허(EP-A-0653741호 및 EP-A-0717446호)에 개시되어 있다. 디스플레이 요소가, 용량성이므로 실제로 전류를 운반하지 않아서, 구동 신호 전압으로 하여금 전체 프레임 기간 동안 커패시턴스 상에 저장되도록 하는 능동 매트릭스 액정 디스플레이 장치와 달리, 상기 EL 디스플레이 요소는 광을 생성시키기 위해 전류를 연속적으로 흐르게 할 필요가 있다. 일반적으로 TFT(thin film transistor: 박막 트랜지스터)를 포함하는 픽셀의 구동 장치는, 디스플레이 요소를 통해 전류를 제어할 책임이 있다. 디스플레이 요소의 밝기(brightness)는 디스플레이 요소를 통 해 흐르는 전류에 따른다. 픽셀에 대한 어드레스 기간 동안, 디스플레이 요소로부터 필요한 출력을 결정하는 구동(데이터) 신호는 픽셀에 인가되고, 대응하는 전압으로서 저장 커패시턴스 상에 저장되는데, 상기 저장 커패시턴스는 전류 제어 구동 장치에 연결되고, 이 장치의 동작을 제어하며, 그 픽셀이 다시 어드레싱될 때까지 프레임 기간에 대응하는 이후의 구동 기간 동안 디스플레이 요소를 통해 전류를 공급할때 저장된 전압은 스위칭 장치의 동작을 유지하는 역할을 한다.

알려진 유기 전계 발광 물질, 특히 중합체 물질에 대한 문제는, 상기 물질들이 열악한 안정성을 나타내고 노화 현상(ageing effects)을 겪어서, 예를 들어 일정한 구동 전류에 대한 광 출력이 동작의 시간 기간에 걸쳐 감소된다는 것이다. 특정 응용에서 그러한 노화 현상이 중요하지 않을 수 있을지라도, 픽셀화된(pixellated) 디스플레이의 결과는, 픽셀로부터의 광 출력의 임의의 경미한 변화가 시청자에 의해 쉽게 감지될 수 있기 때문에 심각할 수 있다.

본 발명의 목적은, 이러한 문제를 적어도 어느 정도까지 해결하는 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

자신의 안정성을 향상시키기 위해 전계 발광 물질 자체에서 발전이 없을 때는, 전자 기술이 그러한 열화(degradation) 효과에 대해 적절한 전기적 정정을 제공하는데 사용될 수 있다고 생각된다.

본 발명에 따라, 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치가 제공되는데, 상기 디스플레이 픽셀 각각은, 전계 발광 디스플레이 요소, 및 구동 기간 이전의 어드레스 기간 동안 픽셀에 인가되고, 구동 장치에 연관된 저장 커패시턴스 상에 전하로서 저장되는 구동 신호에 기초하여 구동 기간에 디스플레이 요소를 통해 전류를 제어하기 위한 구동 장치를 포함하며, 각 픽셀이, 구동 기간에 픽셀로부터 광 출력의 양을 제어하기 위해 저장 커패시턴스에 연결된 전기-광학 방전 수단을 포함하며, 방전 수단은, 구동 기간 동안 디스플레이 요소에 의해 발생된 광에 반응하고, 디스플레이 요소의 광 출력에 따른 비율(rate)로 저장 커패시턴스로부터 전하를 방출(leak)하도록 배열되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 어드레싱 이후에 픽셀의 디스플레이 요소의 원하는 광 출력 레벨을 결정하기 위해 일정하게 저장된 신호 전압은, 광 출력이 피드백 변수의 역할을 하면서, 구동 기간에 방전 수단의 동작을 통해 픽셀의 디스플레이 요소의 광 출력 특성에 따라 구동 기간에 점진적으로 변하게 되며, 구동 기간에 그 요소의 에너지 공급(energisation)(그러므로 이 요소로부터의 광 출력)을 제어하는 구동 장치의 동작은 대응하여 점진적으로 조정된다. 그러므로, 디스플레이 요소가 광 출력을 발생시키도록 에너지 공급되는 이용가능한 구동 기간의 부분(proportion)은, 광 출력에 따라 저장 커패시턴스를 방전하는 방전 수단의 동작에 따르고, 이 동작에 의해 조절된다. 이러한 방식으로, 프레임 기간에 디스플레이 요소로부터의 적분(intergrated)된 광 출력은 노화 현상을 방해(counteract)하도록 제어될 수 있고, 디스플레이 출력의 향상된 균일성은, 별도의 디스플레이 요소의 열화가 다를지라도 얻어진다.

행의 어드레스 기간을 뺀 프레임 기간에 거의 대응하는 구동 기간에 열화된 디스플레이 요소로부터 거의 유사한 광의 최대량을 얻기 위해, 어드레스 기간에 저장 커패시턴스에 처음에 저장된 전하의 양은, 구동 장치가 턴 오프를 시작할 때까지 디스플레이 요소의 광 방출에 따른 비율로 저장 커패시턴스 상에 저장된 값이 방전 수단의 동작을 통해 감소되기 전에, 비열화(undegraded)된 디스플레이 요소로부터 발생된 광자와 유사한 광자의 수가 열화된 디스플레이 요소로부터 얻어질 수 있도록, 데이터 신호의 크기를 적절히 증가시킴으로써 알려진 디스플레이 장치의 전하의 양에 비해 다소 증가될 수 있다. 대안적으로, 디스플레이 요소에 인가된 구동 전압은 적절히 조정될 수 있다. 따라서, 열화된(노화된) 디스플레이 요소에 의해 발생된 광의 양은 열화 이전에 디스플레이 요소로부터의 광의 양과 유사하게 유지될 수 있다.

픽셀의 구동 장치는 TFT를 포함하는 것이 바람직하고, n형 또는 p형의 TFT, 예를 들어 폴리실리콘 MOS TFT일 수 있다. 그러므로, 방전에 대한 본 명세서의 기준은, 양쪽의 경우에 대해 어드레스 단계에서 저장 커패시턴스 상에 저장된 전하의 특성과 관련하여 적절히 해석되어야 한다.

방전 수단이 광다이오드의 형태로 광반응(photoresponsive) 요소를 포함하는 것이 바람직한데, 상기 광다이오드는, 광다이오드에 비추는 디스플레이 요소로부터의 광에 반응하여 저장 커패시턴스로부터 전하를 방출하도록 저장 커패시턴스에 연결되고 구동 기간에 역방향 바이어스되도록 배열된다. 구동 기간에 입사 광의 레벨에 따른 비율로 저장 커패시턴스로부터 전하를 방출하기 위해 광다이오드에 비추는 광에 반응하여 동작가능한, 포도다이오드 이외의 광반응 장치가 대안적으로 사용될 수 있다고 생각될 지라도, 광다이오드는, 방출시 동작이 광다이오드 양단간의 전압에 의존하지 않고, 실질적으로 입사 광 레벨과 선형적으로 비례함에 따라 이 목적에 대해 바람직하다.

구동 장치가 상이한 전압 레벨에서 2개의 공급 라인 사이에 디스플레이 요소와 직렬로 연결된 전류-제어 트랜지스터(TFT)를 포함하고, 알려진 장치에서와 같이, 저장 커패시턴스가 트랜지스터의 게이트 노드와 공급 라인 중 하나 사이에 연결되면서, 광다이오드는, 게이트 노드와 그 공급 라인 사이에 저장 커패시턴스와 병렬로 역방향 바이어스될 적절한 극성으로 연결될 수 있다. 디스플레이 요소로부터의 광에 의한 광다이오드에 생성된 광전류는, 저장된 전하의 광다이오드를 통한 방출, 및 게이트 노드에서의 전압의 점차적인 감소를 초래한다.

본 발명의 비교적 간단한 실시예에서, 방전 수단은 전술한 방법으로 동작하는 광다이오드를 단독으로 포함할 수 있다. 그러한 배열은, 많은 상황에서 디스플레이 요소의 열화로 인한 문제를 어느 정도 유용하게 해결하는데 유리하다.

그러나, 저장 커패시턴스 양단간에 연결된 역방향 바이어스 광다이오드와 같은 광반응 요소가 단지 방전 수단으로 사용되면, 상기 문제들을 겪을 수 있다. 저장 커패시턴스를 방전하는 방전 수단의 동작의 결과로, 디스플레이 요소로부터 발생된 광 레벨은 구동 기간 동안 서서히 감소되고, 이것은, 원하는 조절 제어에 대해 충분히 정밀하지 않을 수 있는 느리게 하는 방식으로(slow manner) 디스플레이 요소가 턴 오프되게 할 것이다. 비교적 낮은 광 출력 레벨에서, 픽셀의 동작은 제어가 잘 되지 않는다(less-well controlled). 일반적으로 광다이오드의 특성은, 상대적으로 낮은 광 레벨에서 훨씬 덜 효과적이게 된다. 또한, 구동 장치가 TFT를 포함하는 경우에, 각 구동 장치의 동작은, 게이트 전압이 임계 전압에 접근하기 시작할 때 잘 한정되지 않게 되어, 어레이 장치의 비균일한 동작이 발생할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 방전 수단은, 디스플레이 요소의 동작에 의해 제어되고, 이 동작에 따르는 구동 기간의 지점(point)에서 저장 커패시턴스를 급속히 방전하고, 디스플레이 요소로부터의 광 출력을 감소시키도록 추가로 배열된다. 이 점에 있어서 방전 수단의 동작은, 특정한 더 낮은 레벨로 떨어지는 디스플레이 요소의 광 출력을 나타내는 동작 특성에 의해 결정되는 것이 바람직하다. 따라서, 낮은 광 레벨에서 광다이오드와 같은 광반응 요소의 작용(behaviour), 및 임계 전압에 가까운 구동 TFT의 동작의 특성으로 인한 문제를 피하게 된다. 방전 수단은, 이러한 목적을 위해 디스플레이 요소의 광 출력에 직접 반응하게 될 수 있지만, 이 점에 있어서 방전 수단의 동작은, 디스플레이 요소의 구동 레벨에 따라, 예를 들어 디스플레이 요소를 통해 흐르는 전류, 또는 그러한 전류(디스플레이 요소의 광 레벨은 이 전류에 따른다)에 따라 변하는 픽셀 회로의 전압에 따라 변하는 전기 파라미터에 따르게 되는 것이 바람직하다. 그 다음에, 제어된 지점은 미리 결정된 레벨에 도달하는 전기 파라미터에 의해 결정된다. 이것은, 반응하는 스위칭 장치 또는 회로로 하여금 광학적이라기 보다는 전기적으로 이러한 목적에 사용되도록 한다.

디스플레이 요소로부터의 광 출력이 매우 서서히 감소되는 것보다 오히려 갑자기 중단되기 때문에, 회색도는 더 쉽게 제어되고, 효율이 증가한다.

이러한 실시예에서, 방전 수단은, 저장 커패시턴스 양단간에 연결되고, 저장 커패시턴스 상에 저장된 전하를 서서히 방출하기 위해 디스플레이 요소에 의해 생성된 광에 반응하는, 또한 역방향 바이어스 광다이오드가 바람직한 광반응 요소, 및 저장 커패시턴스 양단간에 광반응 요소와 병렬로 연결되고, 특정한 낮은 레벨에 도달하는 디스플레이 요소를 통해 전류 흐름의 레벨 상에서 저장 커패시턴스를 급속히 방전시키기 위해 디스플레이 요소를 통하는 전류 흐름에 반응하는, 트랜지스터와 같은 스위칭 장치를 포함할 수 있다.

그러나, 방전 수단은, 전하가 디스플레이 요소로부터의 광에 의해 광반응 트랜지스터에서 생성된 광 전류에 의해 방출되고, 게이트가 디스플레이 요소를 통해 흐르는 전류에 따른 전위 소스에 연결되는 저장 커패시턴스 양단간에 연결된 광반응 트랜지스터를 포함하는 것이 바람직하다. 트랜지스터의 하나의 전류 운반 전극, 예를 들어 드레인 접합은 역방향 바이어스되고, 상기 트랜지스터에 비추는 광에 반응하도록 배열될 수 있어서, 드레인-소스 경로는 역방향 바이어스 광다이오드로 동작하는 한편, 트랜지스터는 오프되고, 게이트에 인가된 전위는 스위칭 동작을 제어한다. 따라서, 커패시턴스의 처음에는 느리고, 그 후에는 급속하게 방전을 하는 방전 수단에 대해 필요한 기능을 달성하는데 하나의 장치만이 필요하다. 그러한 트랜지스터는 상대적으로 간단하여, 능동 매트릭스 회로의 트랜지스터, 예컨대 구동 TFT와 함께 동시에 제작되는데 편리하다.

편리하게, 광반응 트랜지스터의 게이트는 디스플레이 요소와 구동 장치 사이의 노드에 연결될 수 있다. 이 노드에서의 전압은 디스플레이 요소를 통하는 전류 흐름의 레벨에 따라 변한다. 저장 커패시턴스가 광반응 트랜지스터에서의 광전류로 인해 방전됨에 따라, 게이트 전압은 감소하고, 디스플레이 요소 양단간의 전압은, 상기 광반응 트랜지스터로 하여금 턴 온하도록 하고, 커패시턴스를 급속히 방전하도록 하는, 광반응 트랜지스터의 임계 레벨의 특정 지점에 도달할 때까지 증가한다.

픽셀의 구동 장치로 TFT를 사용할 때, 본 발명은 더 중요한 장점을 제공한다. 디스플레이 요소에 대한 구동 전류가, 커패시턴스에 저장된 전압에 대응하는 TFT의 게이트에 인가된 전압에 의해 결정되기 때문에, 이러한 구동 전류는 TFT의 특성에 강하게 의존하여, 예를 들어 제조 공정의 오차로 인해, 어레이에 걸쳐 픽셀의 각 TFT의 임계 전압, 이동도(mobility) 및 크기에서의 임의의 변동이 디스플레이 요소 전류에서 불필요한 변동을 발생시킬 수 있고, 이에 따라 발생된 광 레벨을 출력할 수 있으므로, 이것은 디스플레이 출력에서 비균일성(non-uniformity)을 초래한다. 저장된 전압 신호를 제어할 때 방전 수단의 효과는 또한 TFT 특성에서의 그러한 변동을 어느 정도 보상할 것이다.

추가 장점은, 방전 수단의 동작이, 예를 들어 행의 모든 픽셀의 디스플레이 요소에 연결되고, 이 디스플레이 요소에 의해 공유되는 공통 전류 라인에서 구동 기간 동안 발생하는 전압 강하로 인해 적어도 어느 정도까지 문제를 또한 없앨 수 있다는 것이다.

본 발명이 중합체 LED 물질을 사용하는 장치에 특히 유리할지라도, 본 발명은, 사용된 전계 발광 물질이 동작의 시간 기간에 걸쳐 일정한 구동 전류에 대해 더 낮은 광 출력 레벨을 초래하는 노화 현상을 유사하게 겪는 임의의 능동 매트릭스 전계 발광 장치에서의 장점에 물론 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치의 실시예는 첨부 도면을 참조하여 예로서 이제 설명될 것이다.

도 1은 픽셀의 어레이를 포함하는 알려진 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치의 간단한 개략도.

도 2는 도 1의 알려진 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치의 일반적인 소수의 픽셀의 등가 회로.

도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제 1 실시예에서의 일반적인 하나의 픽셀의 등가 회로.

도 4는 도 3의 장치의 수 개의 픽셀, 및 이 픽셀의 연결 방법의 일예를 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치의 제 2 실시예에서의 일반적인 소수의 픽셀의 등가 회로.

도 6 및 도 7은 도 5의 장치에서의 대표적인 픽셀의 동작을 도시한 그래프.

도 8은 본 발명에 따른 또 다른 실시예에서의 픽셀의 대안적인 형태의 등가 회로.

도면은 단지 개략적이다. 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부분을 표시하기 위해 도면 전체에 사용되었다.

도 1을 참조하면, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치는, 블록(10)으로 표시된 규칙적으로 이격된 픽셀의 행렬 매트릭스 어레이를 구비하는 패널을 포함하는데, 상기 픽셀 각각은, 전계 발광 디스플레이 요소, 및 이 디스플레이 요소를 통해 전류를 제어하는 연관된 구동 장치를 포함하고, 행(선택)과 열(데이터) 어드레스 컨덕터(conductors), 또는 라인들(12 및 14)의 교차 세트(crossing sets) 사이의 교차점(intersections)에 위치한다. 소수의 픽셀만이 단순함을 위해 여기에 도시되었다. 픽셀(10)은, 행의 주사 구동기 회로(16), 및 각 세트의 단부에 연결된 열의 데이터 구동기 회로(18)를 포함하는 주변 구동 회로에 의해 어드레스 컨덕터의 세트를 거쳐 어드레싱된다.

픽셀의 각 행은, 회로(18)에 의해 열의 컨덕터에 병렬로 공급되는 각 데이터 신호에 따라, 각 디스플레이 출력을 결정하면서, 각각의 구동 신호로 행의 픽셀을 로딩하도록 회로(16)에 의해 관련 행의 컨덕터(12)에 인가된 선택 신호에 의해 차례로 어드레싱된다. 각 행이 어드레싱될 때, 데이터 신호는 적절한 동기화(synchronisation)에 있는 회로(18)에 의해 공급된다.

도 2는 이러한 알려진 장치의 일반적인 소수의 픽셀의 회로를 도시한다. 각 픽셀(10)은, 다이오드 요소(LED)로 여기에 표시되고, 유기 전계 발광 물질의 하나 이상의 능동 층이 그 사이에 삽입되는 한 쌍의 전극을 포함하는 발광 유기 전계 발 광 디스플레이 요소(20)를 포함한다. 이러한 특정 실시예에서, 적은 분자량의 물질과 같은 다른 유기 전계 발광 물질이 사용될 수 있을지라도, 그 물질은 중합체 LED 물질을 포함한다. 어레이의 디스플레이 요소는, 절연 지지대(insulating support)의 한 면상에 연관된 능동 매트릭스 회로와 함께 수용된다(carried). 디스플레이 요소의 캐소드(cathodes) 또는 애노드(anodes)는 투명 전도성 물질로 형성된다. 그 지지대는 유리와 같은 투명 물질로 이루어져 있고, 기판에 가장 가까운 각각의 디스플레이 요소(20)의 전극은 ITO와 같은 투명 전도성 물질로 이루어져 있어서, 전계 발광 층에 의해 생성된 광은, 시청자가 지지대의 다른 면에서 볼 수 있도록 이들 전극 및 지지대를 통해 투과된다. 대안적으로, 그 광 출력을 패널 위에서 볼 수 있고, 이 경우에 디스플레이 요소의 애노드는, 어레이의 모든 디스플레이 요소에 공통적인 공급 라인을 구성하는 연속적인 ITO 층의 부분을 포함한다. 디스플레이 요소의 캐소드는 칼슘 또는 마그네슘 은 합금과 같은 낮은 일 함수(work-function)를 갖는 금속을 포함한다. 사용될 수 있는 적합한 유기 콘주게이팅 중합체 물질의 예는 국제 공보(제 WO 96/36959호)에 개시되어 있다. 다른 낮은 분자량의 유기 물질의 예는 유럽 특허(제 EP-A-0717446호)에 기재되어 있는데, 상기 특허는 능동 매트릭스 전계 발광 장치의 구조 및 동작의 예를 또한 기재하였고, 이 점에서 상기 특허의 개시는 참고용으로 본 명세서에 병합되어 있다.

각 픽셀(10)은 TFT의 형태인 구동 장치(22)(구동 트랜지스터, 스위칭 장치, 스위칭 트랜지스터, 구동 TFT로도 칭함)를 포함하는데, 상기 구동 장치(22)는, 픽셀에 인가된 데이터 신호 전압에 기초하여 디스플레이 요소(20)를 통해 전류를 제 어하고, 이에 따라 상기 디스플레이 요소(20)의 동작을 제어한다. 픽셀에 대한 신호 전압은, 픽셀의 각 열 사이에서 공유되는 열의 컨덕터(14)를 거쳐 공급된다. 열의 컨덕터(14)는 어드레스 TFT(26)를 통해 전류 제어 구동 트랜지스터(22)의 게이트에 연결된다. 픽셀의 행의 어드레스 TFT(26)에 대한 게이트는 공통 행의 컨덕터(12)에 모두 연결된다.

픽셀(10)의 각 행은, 미리 결정된 전위로 유지되고, 일반적으로 모든 픽셀에 공통적인 연속적인 전극으로서 제공되는 공통 전압 공급 라인(30), 및 각 공통 전류 라인(32)을 또한 공유한다. 디스플레이 요소(20) 및 구동 장치(22)는 양의 전압 공급 라인(30)과 공통 전류 라인(32) 사이에 직렬로 연결되는데, 상기 공통 전류 라인(32)은, 공급 라인(30)에 관해 음의 전위, 예를 들어 접지에 있고, 디스플레이 요소(20)를 통해 흐르는 전류에 대해 전류원의 역할을 한다. 디스플레이 요소(20)를 통해 흐르는 전류는 스위칭 장치(22)에 의해 제어되고, 상기 트랜지스터(22) 상의 게이트 전압의 함수인데, 이것은 열의 컨덕터(14)에 공급되는 데이터 신호에 의해 결정되는 저장된 제어 신호에 따른다.

픽셀의 행은, 픽셀의 각 행에 대해 어드레스 TFT(26) 상에서 스위칭하고, 각 행의 어드레스 기간을 한정하는 행의 컨덕터(12)에 선택 펄스를 인가하는 행의 구동기 회로(16)에 의해 선택되고 어드레싱된다. 구동기 회로(18)에 공급된 비디오 정보로부터 유도되는 전압 레벨은 구동기 회로(18)에 의해 열의 컨덕터(14)에 인가되고, 어드레스 TFT(26)에 의해 구동 트랜지스터(22)의 게이트 노드(24)에 전달된다. 픽셀의 행이 행의 컨덕터(12)를 거쳐 어드레싱되지 않을 때의 기간 동안, 어드 레스 트랜지스터(26)는 턴 오프(turned off)되지만, 구동 트랜지스터(22)의 게이트 노드 상의 전압은, 구동 트랜지스터(22)의 게이트와 공통 전류 라인(32) 사이에 연결되는 픽셀 저장 커패시터(pixel storage capacitor)(36)에 의해 유지되어, 이러한 구동 기간 동안 디스플레이 요소의 동작을 유지시키게 된다. 구동 트랜지스터(22)의 게이트와 공통 전류 라인(32) 사이의 전압은, 픽셀(10)의 디스플레이 요소(20)에 흐르는 전류를 결정한다. 따라서, 디스플레이 요소를 통해 흐르는 전류는, 구동 트랜지스터(22){n-채널형 트랜지스터(22)의 소스는 공통 전류 라인(32)에 연결되고, 트랜지스터(22)의 드레인(drain)은 디스플레이 요소(20)에 연결된다}의 게이트-소스 전압의 함수이다. 이 전류는 픽셀의 광 출력 레벨{회색도(grey-scale)}을 차례로 제어한다.

스위칭 트랜지스터(22)는 포화 상태(saturation)에서 동작하도록 배열되어, 트랜지스터를 통해 흐르는 전류는 드레인-소스 전압에 영향을 받지 않고, 게이트-소스 전압에 따른다. 따라서, 드레인 전압의 약간의 변동은 디스플레이 요소(20)를 통해 흐르는 전류에 영향을 미치지 않는다. 그러므로, 전압 공급 라인(30) 상의 전압은 픽셀의 정확한 동작에 중요하지 않다.

픽셀의 각 행은, 그 구동 신호로 차례로 각 행의 픽셀을 로딩하고, 그 픽셀이 다음에 어드레싱될 때까지, 프레임 기간에 거의 대응하는 구동 기간 동안 원하는 디스플레이 출력을 제공하기 위해 픽셀을 설정하도록, 각 행의 어드레스 기간에 이러한 방법으로 차례로 어드레싱된다.

이러한 알려진 픽셀 회로에 대해, 커패시터(36) 상에 저장된 전압이 인가된 데이터 신호 전압에 의해 사실상 결정되고, 이 전압이 구동 트랜지스터(22), 및 디스플레이 요소(20)를 통해 전류를 차례로 제어하기 때문에, 디스플레이 요소의 결과로서 생기는 광 출력 레벨이, 언제든지 디스플레이 요소의 현재의 전류/광 출력 레벨 특성에 따를 것이고, 사실상 프레임 기간 전체에 일정하다는 것이 인정될 것이다. 디스플레이 요소의 전계 발광 물질은, 노화 현상을 초래하는 동작의 기간 시간에 걸쳐 열화를 겪을 수 있다. 요소의 노화는, 이 요소의 양단간의 전압 강하 뿐 아니라 특정 전류 구동 레벨에 제공되는 광 출력에 관해 동작의 능률을 변경시킬 것이다. 이들 효과 중 어느 한쪽이나 모두는 열화 문제에 기여할 수 있다. 그러므로, 더 오래{또는 더 격렬히(harder)} 구동되었던 이러한 픽셀들은, 감소된 광도를 나타낼 것이고, 디스플레이 비균일성을 야기할 것이다. 중합체 LED 물질 때문에 그러한 노화 현상은 현저할 수 있다.

본 발명에 있어서, 광전(opto-electronic) 기술은, 디스플레이 요소 열화에 효과적으로 반응하고, 이에 따라 프레임 기간에 적분된 광 출력을 제어함으로써 이 현상을 방해하기 위해 각 픽셀에 사용된다. 이러한 기술에서, 구동 기간 동안 디스플레이 요소의 순시 광 방출에 따른 비율로 저장 커패시터를 방전하는 방식으로 광학 피드백(optical feedback)이 사용된다. 따라서, 일정한 데이터 신호에 대해, 디스플레이 요소가 어드레스 기간 이후의 구동 기간 동안 광을 발생시키도록 에너지 공급되는 시간의 길이는, 디스플레이 요소의 존재하는 광 방출 특성 뿐 아니라 인가된 데이터 신호의 레벨에 따라 조절되어, 픽셀로부터의 광 출력은 비열화된 디스플레이 요소로 얻어지는 것과 실질적으로 동일하다. 더 높은 밝기가 하나의 픽셀로 부터 얻어지면, 디스플레이 요소는, 인가된 데이터 신호를 증가시킴으로써 더 오래(이용가능한 구동 프레임 기간에 대응하는 최대치까지) 에너지 공급되고, 더 낮은 밝기가 하나의 픽셀로부터 요구되면, 디스플레이 요소는, 인가된 데이터 신호를 감소시킴으로써 더 짧게 에너지 공급된다.

도 3을 참조하면, 이러한 기술을 사용하여 노화 현상을 적어도 어느 정도 해결하고자 하는 본 발명에 따라 디스플레이 장치의 제 1 실시예에서 일반적인 하나의 픽셀의 등가 회로를 개략적으로 도시한다. 이러한 픽셀(10)에서, 디스플레이 요소(20)는, 픽셀의 행에 공통적이고, 예를 들어 접지 전위에 있는 전류 라인(32)과, 상기 라인(32)에 관해 양의 전위에 있는 전압 공급 라인(30) 사이에서 n-채널 구동 트랜지스터(22)(포화 모드에서 다시 동작하는)와 직렬로 유사하게 연결되고, TFT(22)의 게이트 노드(24)는, 게이트 및 소스 단자에, 연관된 행렬 컨덕터(12 및 14)를 거쳐 각각 선택 신호 및 데이터 신호가 공급되는 어드레스 트랜지스터(26)의 드레인에 연결된다. 저장 커패시터(36)는 구동 트랜지스터(22)의 게이트 노드와 전류 라인(32) 사이에 다시 연결된다.

픽셀(10)은 저장 커패시터(36)를 방전하기 위한 전기-광학 방전 수단을 추가로 포함하는데, 상기 전기-광학 방전 수단은, TFT(22)의 게이트 노드(24)와 전류 라인(32) 사이에 있는 저장 커패시터(36)와 병렬로 연결되고, 게이트 노드와 상기 라인(32)에 각각 연결되는 캐소드 및 애노드 단자와 역방향-바이어스 방법으로 배열되는 광다이오드(38)를 포함한다. 예를 들어 비결정 실리콘으로부터 형성되고, 핀(pin) 구조를 갖는 광다이오드(38)는, 도 3에 물결 모양의 화살표(wavy arrows)로 표시된 것처럼 장치의 동작에서 그 요소(20)에 의해 생성된 광의 일부를 수용하도록 디스플레이 요소(20)와 관련하여 물리적으로 배열된다. 광다이오드는 주변의 광으로부터 차폐될 수 있다. 알려진 픽셀 회로와 같이, 이 픽셀 회로의 동작은 2개의 단계, 즉 픽셀이, 인가된 데이터 신호에 따른 원하는 디스플레이 출력 상태로 설정되는 어드레싱 단계와, 픽셀이, 예를 들어 그 다음의 프레임에서 다시 어드레싱될 때까지 디스플레이 요소가 상기 설정 상태에 따라 구동되는 이후의 구동 단계를 갖는다.

어드레싱 단계에서, 각 행의 어드레스 기간에 어드레스 TFT(26)를 턴 온하고, 열의 컨덕터(14) 상에 제공된 데이터 신호의 레벨에 따라 TFT(22)의 게이트 노드를 구동 신호 전압 값으로 변경시키도록, 선택 펄스 신호가 행의 컨덕터(12)에 인가되는 것으로 이전에 설명된 방식과 유사한 방식으로 그 픽셀은 어드레스된다. 이러한 저장된 값은, TFT(22)를 동작시키고, 행의 선택 어드레스 기간이 끝날 무렵에 어드레스 TFT(26)의 턴 오프에 후속하여 구동 기간에 디스플레이 요소를 통해 구동 전류를 결정할 책임이 있다.

구동 기간에서, 디스플레이 요소(22)와 역방향 바이어스 광다이오드(38) 사이의 광학적 결합은, 디스플레이 요소에 의해 방출되고 광다이오드에 입사하는 광이, 순시 광 출력 레벨에 거의 선형적으로 비례하는 광다이오드에서 소량의 광전류를 생성시킨다는 것을 의미한다. 이러한 광전류의 결과로서, 광다이오드(38)는 게이트 노드(24) 상에서 전하를 방출시키고, 노드는 TFT(22)의 게이트 전압이 임계 레벨에 도달할 때까지 광다이오드를 통해 서서히 방전하는데, 상기 임계값에서 TFT(22)는 턴 오프되고, 디스플레이 요소(20)를 통하는 전류 흐름은 멈춘다. 그러한 방전은 디스플레이 요소의 순시 광 방출 레벨에 따른 비율로 발생한다.

이러한 광학 피드백 기술은, 시청자가 밝기로 인식하는, 구동 기간 내의 디스플레이 요소에 의해 방출된 광의 총 적분된 양이 조절되도록 하고, 디스플레이 요소의 열화 효과가 약화되도록 한다. 적분된 광 출력(밝기)은, 디스플레이 요소가 에너지 공급되는 구동 기간에서의 시간의 길이 뿐 아니라 상기 광 출력의 초기 광 레벨에 따른다. 디스플레이 요소의 실제 광 출력 레벨에 따른 비율로 저장 커패시터를 방전할 때, 및 이에 따라 디스플레이 요소가 구동 기간에 에너지 공급되는 지속 기간(duration)을 제어할 때 방전 수단의 동작 때문에, 동일한 데이터 신호 값이 공급되는 어레이의 상이한 픽셀은, 별도의 디스플레이 요소의 열화에서의 변동에도 불구하고 유사하게 인식된 밝기 레벨을 발생시키는 경향이 있을 것이다. 달리 말하면, 동일한 데이터 신호 값으로 어드레싱되는 별도의 디스플레이 요소로부터의 광 출력 전부는, 구동 기간이 시작할 때 각 광 출력 레벨이 열화 효과로 인해 다를 수 있을지라도, 유사할 것이다. 광학 피드백은, 광 출력에 따라 별도의 픽셀의 에너지 공급의 지속 기간을 조절함으로써 그러한 차이를 효과적으로 보상하여, 더 균일한 디스플레이 출력이 얻어질 수 있다.

평소와 같이, 인가된 데이터 신호의 레벨은 그 픽셀로부터 상이한 회색도 레벨을 제공하도록 적절히 조정된다. 데이터 신호, 예를 들어 게이트 노드(24) 상의 전하가 증가하면, TFT(22)가 스위치 오프되기 전에 구동 기간 동안 디스플레이 요소로부터 많은 광자가 필요하게 되어, 더 높은 회색도 레벨이 달성되고, 이와 반대 로, 전하가 감소하면, 더 낮은 회색도 레벨이 달성된다.

종래의 디스플레이 장치에서 비열화된 디스플레이 요소로 달성되는 레벨과 유사한 열화된 디스플레이 요소로부터의 밝기의 최대 레벨을 얻기 위해, 인가된 데이터 신호 전압에 대한 진폭 범위는 이에 대응하여 증가할 수 있거나, 대안적으로, 디스플레이 요소에 대한 구동 전압 레벨은, 예를 들어 라인(30)의 전압 레벨을 증가시킴으로써 적절히 조정될 수 있다.

도 4는, 어레이의 이 회로를 사용하는 일반적인 소수의 픽셀, 및 공통 공급 라인과 연관된 행렬 어드레스 라인의 상호 연결의 일예를 도시한다. 이러한 특정한 구성에서, 각 전류 공급 라인(32)은 2개의 인접한 행에서의 픽셀에 의해 공유된다. 공통 라인(30)은 사실상 모든 픽셀에 공통인 연속적인 컨덕터 층에 의해 구성될 수 있다. Yn, Yn+1, Yn+2 등은, 선택 신호(Vs)가 픽셀의 각 행을 차례로 어드레싱하도록 차례로 인가되는, 픽셀의 각 행에 대해 하나씩 있는 행의 어드레스 라인이고, Xn, Xn+1, Xn+2 등은, 데이터 신호가 선택된 행의 연관된 픽셀에 공급되는 열의 어드레스 라인이다.

도 5를 참조하면, 노화 현상을 적어도 어느 정도 극복하기 위해 전기-광학 피드백 회로를 사용하여 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제 2 실시예에서의 일반적인 소수의 픽셀의 등가 회로가 도시된다. 각 픽셀(10)에서, 디스플레이 요소(20)는, 예를 들어 접지 전위에 있는 공통 전류 라인(32)과, 모든 픽셀에 의해 공유된 공통 애노드 전극 층으로 구성되는 것으로 여기에 도시된 라인(32)에 대해 양의 전위에 있는 전압 공급 라인(30) 사이에 있는 구동 트랜지스터(22)(포화 모드 에서 다시 동작하는)와 직렬로 유사하게 연결되고, 어드레스 트랜지스터(26)의 게이트 및 소스는 각각 연관된 행렬 컨덕터(12 및 14)에 연결된다. 이전과 같이, 저장 커패시턴스(36)는 구동 트랜지스터(22)의 게이트 노드(24)와 공통 라인(32) 사이에 연결된다.

픽셀(10)은 광반응 장치(40)를 포함하는 전기-광학 방전 수단을 추가로 포함하는데, 상기 광반응 장치(40)는, 소스 및 드레인 전극이 저장 커패시턴스(36) 양단간에서 구동 트랜지스터(22)의 게이트 노드(24) 및 전류 라인(32)에 연결되고, 게이트가 구동 트랜지스터(22) 및 디스플레이 요소(20) 사이에 있는 노드(41)에 연결되는 또 다른 TFT를 여기서 포함한다. 구동 트랜지스터(22)가 n형 저온 폴리실리콘 TFT를 포함할 때의 경우에, 그 장치(40)는 유사한 유형이다.

그 픽셀은, 광반응 장치(40)가 픽셀의 동작에서 디스플레이 요소(20)에 의해 방출된 약간의 광에 노출되는 방식으로 구성되고, 배열된다. 이들 성분들 사이에서의 그러한 광학 결합의 결과는 픽셀의 동작에 대한 이후의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

알려진 픽셀 회로 및 이전의 실시예에서와 같이, 이러한 픽셀 회로의 동작은 2개의 단계, 즉 픽셀이, 인가된 데이터 신호에 따른 원하는 디스플레이 출력 상태로 설정되는 어드레싱 단계, 및 그 픽셀이 예를 들어 그 다음 프레임으로 다시 어드레싱될 때까지 디스플레이 요소가 그 설정 상태에 따라 구동되는 이후의 구동 단계를 갖는다. 어드레싱 단계에서, 행의 구동기 회로(16)는, 행의 각 픽셀의 TFT(26)를 턴 온하는 각 행의 어드레스 기간에 선택 펄스 신호를 행의 컨덕터(12) 에 인가하고, 각 데이터 전압 신호는 구동기(18)에 의해 열의 컨덕터(14)에 인가된다. 커패시터(36)는, 여기서 간단함을 위해 어드레싱 기간이 시작할 때 완전히 방전되는 것으로 간주된다. 결과로서, 전압은 데이터 신호의 레벨에 따라 구동 TFT(22)의 게이트 노드(24) 상에서 설정되고, 커패시터(36)는, 행의 어드레스 기간이 끝날 무렵에 선택 펄스를 제거한 후에 알려진 픽셀에서와 같이 이후의 구동 단계에서의 적어도 처음에 TFT(22)의 게이트 전압을 유지시키는데 도움이 되는 이러한 전압 레벨로 충전된다.

TFT(22)의 게이트 노드에 연결되는 광반응 TFT(40)의 드레인 접합은 역방향 바이어스된다. 이 접합은 광에 민감하고, 장치(40)가 디스플레이 요소(20)와 광학적으로 연결되는 결과로서, 이 장치에 비추는 구동 기간에서의 디스플레이 요소에 의해 방출된 광은, 소량의 광전류가 그 장치(40)에서 발생되게 하는데, 상기 장치(40)는, 역방향 바이어스되기 때문에 디스플레이 요소의 순시 광 출력 레벨과 거의 선형적으로 비례한다. 이 광전류의 효과는 저장 커패시터(36)를 천천히 방전하는 것인데, 광전류의 양, 예를 들어 방전율(the rate of discharge)은 디스플레이 요소의 광 출력 레벨에 따른다. 구동 기간의 이러한 초기 단계에서, 노드(41)에서의 전압에 해당하는 장치(40)의 게이트 상의 전압은 상대적으로 작고, 트랜지스터(40)의 임계 전압 레벨 미만이다. 따라서, 상기 장치(40)에서 생성된 광전류 때문에, 트랜지스터(40)는 역방향 바이어스 광다이오드에 대한 방법으로 이 때에 단지 방출 장치로 동작하여, 커패시터(36) 상의 전하가 상기 트랜지스터(40)를 통해 방출하게 된다.

따라서, 커패시터(36)는 구동 기간에 천천히 방전하고, TFT(22)가 임계 턴 오프 레벨에 도달함에 따라, 구동 TFT(22)의 게이트 상의 전압은 디스플레이 요소(20)를 통해 흐르는 전류를 낮추기 위해 점차 감소한다. 디스플레이 요소의 광 출력은 게이트 전압의 감소에 대해 대응하는 방식으로 감소한다. 디스플레이 요소(20)를 통해 흐르는 전류의 감소는, 노드(41)에서의 전압 레벨에서, 및 미리 결정된 더 낮은 한계에 도달하는 광 출력 레벨에 해당하는 특정한 시점에서 서서히 증가하게 되고, 라인(32)에 관한 노드(41)에서의 전압은, 트랜지스터(40)가 갑자기 턴 온되게 하는 트랜지스터(40)의 임계 전압 레벨에 도달한다. 이것의 효과는, 커패시터(36)를 매우 급속히 방전시키고, TFT(22)의 게이트 전압을 라인(32)의 전위 레벨에 이르게 하여, TFT(22)를 재빨리 턴 오프시키고, 디스플레이 요소(20)를 통하는 임의의 추가 전류 흐름을 방지하므로, 픽셀로부터의 광 출력은 갑자기 중단된다. 따라서, 광 출력은, 이러한 광 출력의 레벨이 특정 레벨로 떨어질 때 구동 기간 동안 한정된 단계에서 차단된다. 예를 들어 TFT(22 및 40) 모두가 5V의 임계값을 갖는 것으로 가정하면, 픽셀의 동작에 제공되는 일반적인 전압의 예로서, 전압 공급 라인(30)은 약 8V일 수 있고, 공통 전류 라인(32)은 0V일 수 있고, 트랜지스터(22)의 게이트 노드에서의 전압이 10V에서 6V로 변함에 따라, 노드(41)에서의 전압은 2V에서 5V로 변할 수 있다.

이 점에 있어서 픽셀의 동작은 도 6에 그래픽적으로 도시되는데, 도 6은, 디스플레이 요소의 순시 광 출력 레벨{I(예컨대 초당 방출된 광자의 수)}과 시간(T) 사이의 관계를 도시한다. 시간축 상에서, Td는 바로 어드레스 기간에 후속하는 픽 셀의 구동 기간의 시작을 나타내고, Tf는 프레임 기간의 마지막을 나타낸다. 그러므로, 구동 기간의 시작시, 디스플레이 요소로부터의 광 출력은 상대적으로 높다(인가된 데이터 신호에 의해 결정된 바와 같이). 그 다음에, 장치(40)에서 생성된 광전류는 TFT(22)의 게이트 전압을 서서히, 또한 일반적으로 선형적으로 감소시키는 효과를 가지므로, 디스플레이 요소의 광 출력 레벨은 도 4의 영역(X)에 도시된 바와 같이 대응하는 방식으로 감소한다. 장치(40)의 게이트 임계 전압 레벨이 노드(41)에서 도달되자마자, 디스플레이 요소를 통하는 구동 전류가 특정한 더 낮은 한계로 내려가는 결과로서, 장치(40)가 지점(Ty)에서 스위치 온되고, 이 때문에 TFT(22)는 신속히 턴 오프되고, 상기 요소(20)로부터의 광 출력은 멈춘다.

도 6에 도시된 곡선의 점선 부분은, 제 1 실시예에서처럼 역방향 바이어스 광다이오드와 같은 광반응 장치가 장치(40) 대신 커패시터(36) 양단간에 간단히 연결된 경우 얻어질 수 있는 광 출력 효과를 도시한다. 알 수 있듯이, 디스플레이 요소를 통하는 전류는 훨씬 더 느리게 스위치 오프된다. 비교적 낮은 레벨로 서서히 감소하는 디스플레이 요소의 광자 출력, 및 광다이오드의 일반적인 응답 작용으로 인해, 곡선에서 길게 떨어지는 부분(long "tail")은 도시된 바와 같은 결과가 생길 것이다. 그러한 떨어지는 부분은, 첫째로 구동 TFT(22)가 이 단계에서 임계 전압 레벨에 가깝게 동작하고, 둘째로 광 방출이 광다이오드 특성의 최소 유효 부분에서 발생할 때 낮은 광 레벨에서 제어하는데 더 어렵게 한다. 이러한 제 2 실시예의 픽셀 회로는, 회색도가 더 쉽게 달성되고 효율이 향상되면서 그러한 문제를 해결한다.

디스플레이 요소가 부분적으로 에너지 공급되는 시간의 길이는, 광 출력의 총계, 이에 따라 밝기{초기 전류 구동 레벨이 또한 인자(factor)인}를 결정하고, 이 기간은 그 픽셀이 다시 어드레싱되는 시간의 프레임 기간(Tf)에 대응하는 최대치까지 변경할 수 있다. 구동 기간 동안 디스플레이 요소에 의해 출력되는 광은 시청자의 눈에 의해 적분되어, 이에 따라 광의 양, 즉 시청자가 효과적으로 인식하는 밝기는 곡선 아래의 영역과 비례한다. 방전 수단의 동작을 통해, 이러한 영역, 예컨대 광 출력 전부는, 별도의 디스플레이 요소에서의 열화와 상관없이 일정한 데이터 신호에 대해 실질적으로 동일하게 남아있게 될 수 있다.

프레임 기간, 디스플레이 요소로부터의 광 출력, 예를 들어 회색도를 변경시키기 위해, 어드레싱 기간 동안 TFT(22)의 게이트 노드 상에 위치한 전하는 데이터 신호 전압 레벨을 증가시키거나 감소시킴으로써 적절히 조정된다. 전하가 증가하면, TFT(22)가 스위치 오프되기 전에 방전 기간 동안 더 많은 광자가 디스플레이 요소로부터 필요하게 되고, 이와 반대로, 전하가 감소하면, 더 적은 광자가 필요하게 된다.

디스플레이 요소의 광 출력이 프레임에 걸쳐 감소되므로, 광 입력 레벨이 프레임 기간 동안 실질적으로 일정하게 남아있는 종래의 장치에서 비열화된 픽셀에 의해 달성되는 레벨과 유사하고, 도 6의 곡선 아래의 영역에 해당하는 밝기의 최대 레벨을 얻기 위해, 초기 조도(illumination) 레벨(Td에서의)이 증가되도록, 인가된 데이터 신호의 최대값은 증가할 수 있다. 대안적으로, 또한 아마도 바람직하게, 디스플레이 요소에 인가된 구동 전압의 레벨은 예를 들어 라인(30)의 전압 레벨을 상 승시킴으로써 적절히 조정될 수 있다.

도 7은 도 6과 유사하지만, 상이한 구동 레벨에서의 픽셀의 동작 및 노화 현상을 그래픽적으로 도시한다. 이 그래프에서, 곡선(Ⅰ 및 Ⅱ)은, 장치의 동작 수명에서 초기 단계에서 인가된 데이터 신호의 2개의 상이한 레벨에 대한 광 출력을 나타내고, Ⅰ에 대한 레벨은 Ⅱ에 대한 레벨보다 더 높다. 이들 2개의 곡선으로 표시된 영역이 실질적으로 다르다는 것을 명백하게 알 수 있다. 곡선(Ⅲ 및 Ⅳ)은, 각각 곡선(Ⅰ 및 Ⅱ)을 얻는데 사용되는 유사한 데이터 신호 레벨에 대해 이 장치의 수명에서 나중 단계에서의 디스플레이 요소의 노화 현상 및 열화를 보여준다. 그러므로, 곡선(Ⅰ 및 Ⅲ)을 비교하면, 구동 기간 내내(initially and throughout) 광 출력 레벨이 노화 현상을 통해 감소되지만, 방전 수단의 동작의 결과로서, 곡선 바로 밑의 영역에 의해 결정된 바와 같이 발생된 광의 총계가, 에너지 공급의 기간이 적절히 변경됨(증가됨)으로써 유지된다는 것을 알 수 있다. 곡선(Ⅱ 및 Ⅳ)은 더 낮은 광 출력 레벨에 대해 유사한 결과를 보여준다.

광반응 트랜지스터(40)를 포함하는 방전 수단은 어드레싱 기간 동안 임의의 분명한 효과를 갖지 않는다. 그 다음의 어드레싱 기간이 시작할 때, 트랜지스터(40)는 여전히 온된 상태로 있다. 그러나, 이 트랜지스터 양단간의 전압 강하는, 트랜지스터(22)의 게이트 노드가 새로운 데이터 신호의 인가시 상승하고, 트랜지스터(22)가 전도하기 시작할 것이므로, 노드(41)에서 전압을 낮추고, 트랜지스터(40)가 턴 오프되게 한다는 것을 의미한다. 그러한 동작을 보장할 필요가 있는 경우, 작은 저항은, 트랜지스터(40)의 드레인과, 커패시터(36)와 트랜지스터(22)의 게이트 사이에 있는 접합 사이에 연결될 수 있다. 어드레싱 기간이 구동 기간보다 상당히 더 짧고, 예를 들어 약 20ms의 프레임 기간에 대해 32ms 미만이기 때문에, 그 후에 어드레싱 기간 동안 광전류로 인해 트랜지스터(40)를 통한 방출 효과는 중요하지 않다.

광반응 트랜지스터(40)는 구동 TFT(22)(양쪽 모두는 동일한 형태, 예컨대 n형의 저온 폴리실리콘 TFT로 형성될 수 있다)와 완전히 호환되고, 동작 중인 트랜지스터(40)에서 생성되는 광전류의 일반적인 레벨은 쉽게 적분된 저장 커패시터와 호환된다.

디스플레이 요소의 노화 현상을 자동적으로 보상하는 것 외에, 픽셀 회로의 동작 방법(및 제 1 실시예의 방법과 마찬가지인)은, 예를 들어 TFT를 형성하는데 사용되는 박막 제조 공정의 특성으로 인한 임계 전압, 크기 및 이동도에서의 변경에서 야기되는 어레이에서의 상이한 픽셀의 TFT(22)의 동작 특성에서의 변경을 자동적으로 보상하는데 효과적이라는 것을 또한 의미한다. 그 결과, 어레이에 걸쳐 디스플레이 요소로부터의 광 출력의 균일성에서 추가 개선이 달성된다. 더욱이, 픽셀 회로는, 공통 전류 라인(32 및 30)에서 발생하는 전압 강하에 의해 구동 기간에 야기되는 불필요한 효과를 피하는데 도움이 된다.

픽셀 회로의 전술한 실시예에 사용된 TFT는 모두 n-채널 MOS TFT를 포함한다. 그러나, 디스플레이 요소(20), 및 인가된 구동 전압의 극성이 반전되는 상태의, p-채널 MOS TFT가 대신 사용될 수 있다. 이 경우에, 당업자에게 명백한 바와 같이, 본 명세서에 사용된 방전에 대한 기준은 이에 따라 구성되어야 한다. 대안적 으로 비결정 실리콘 TFT가 사용될 수 있을지라도, 폴리실리콘(polysilicon) TFT를 사용하는 것이 바람직하다.

트랜지스터(40)가, 디스플레이 요소(20)에 의해 방출된 광에 노출되도록 배열될지라도, 디스플레이 요소로부터의 광에 단독으로 작동 중에 반응하도록 장치에 비추는 주변의 광으로부터 차폐되는 것이 바람직하다.

상기 실시예에서의 전류 라인은, 열의 방향으로 대신 확장할 수 있고, 그러면 각 전류 라인은 픽셀의 각 열에 의해 공유된다.

이러한 제 2 실시예에서, 광반응 트랜지스터가 광전 방전 수단에 바람직할지라도, 방전 수단이, 예를 들어 TFT와 같은 스위칭 장치, 및 커패시터(36) 양단간에 병렬로 연결된 분리된 광다이오드를 포함하는 상이한 형태일 수 있다고 생각되는데, 이 경우에 유사하게 TFT의 게이트는 노드(41)에 연결되고, 광다이오드는 역방향 바이어스된다. 방전 수단의 스위칭 장치의 동작이, 게이트를 노드(41)에 연결시키지 않고, 예를 들어 스위칭 장치가 특정한 더 낮은 레벨로 떨어지는 구동 전류에 응답하여 턴 온되도록 전압이 디스플레이 요소를 통해 흐르는 구동 전류에 따라 변경되는 픽셀 회로에서의 몇몇 다른 지점과 그 게이트를 연결시킴으로써 다르게 제어될 수 있다는 것이 또한 생각된다.

저장 커패시터를 급속히 방전하도록 스위칭시의 방전 수단의 동작은, 디스플레이 요소를 통한 전류 흐름에 따라 변경되는 픽셀 회로의 전류에 의해, 또는 디스플레이 요소에 의해 방출된 광에 직접 반응하고, 미리 결정된 값으로 떨어지는 회로에 의해 수용된 광의 레벨 상에서 커패시터를 방전하기 위해 스위칭하도록 임계 특성을 갖는 광학적으로 민감한 스위치 회로에 의해 대안적으로 제어될 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예에서와 같이 전압 데이터 신호보다는 전류 데이터 신호를 사용하여 구동된 픽셀과 또한 사용될 수 있다. 도 8은 전류 데이터 신호로 사용되는데 적합한 픽셀 회로의 또 다른 형태를 도시한다. 동일한 참조 번호는 성분에 대응하여 나타내도록 사용된다. 방전 수단(40)을 제외하고, 이 픽셀 회로는, 상세한 설명에 참조되는 국제 공보(제 WO 99/65012호)에 기재된 일예와 유사하다. 간단히 말해서, 픽셀 회로는, 도시된 바와 같이 라인(32)과 어드레스 TFT(26)의 출력 사이, 및 TFT(22)의 게이트 노드와 어드레스 TFT(26)의 출력 사이에 상호 연결된 2개의 추가 TFT(50 및 51)를 부가적으로 포함한다. 추가 TFT(50) 및 TFT(22)는, 동작이 TFT(22)의 임계 전압에서의 변경을 픽셀에서 보상하는 전류-미러(current-mirror) 회로를 형성한다.

행의 어드레스 기간에, TFT(26 및 51)는 턴 온되고, TFT(50)는 TFT(26)를 거쳐 컨덕터(14)에 흐르는 입력 데이터 전류를 샘플링한다. 이 전류는 디스플레이 요소(20)를 통해 비례하는 전류를 발생시키기 위해 TFT(22)에 의해 미러(mirrored)된다. 일단 전류가 안정되면, 저장 커패시터(36) 양단간의 전압은 이 전류를 발생시키는데 필요한 TFT(22 및 50) 상의 게이트 전압과 동일하게 된다.

방전 수단(40)은 이전의 실시예에서와 같이 이후의 구동 기간에서 동작한다.

따라서, 요약하면, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치는, 구동 기간에 각 픽셀에서 전계 발광 디스플레이 요소를 통한 구동 전류가, 이전의 어드레스 기간 동안 인가되고, 연관된 저장 커패시터 상의 전압으로 저장되는 구동 신호에 기초한 구동 장치에 의해 제어되는 것으로 설명되었다. 일정한 구동 신호 레벨에 대한 광 출력이 시간에 걸쳐 감소되는, 디스플레이 요소의 노화 현상을 방해하기 위해, 그 픽셀은 전기-광학 방전 수단을 포함하는데, 상기 전기-광학 방전 수단은, 저장 커패시터에 연결되고, 저장된 전하를 방출하고 구동 기간에 디스플레이 요소의 적분된 광 출력을 제어하기 위해 디스플레이 요소의 광 출력에 반응한다. 향상된 제어를 위해, 방전 수단은, 낮은 레벨로 떨어지는 디스플레이 요소의 구동시 구동 기간의 제어된 지점에서 커패시터를 급속히 방전하도록 배열된다. 편리하게, 광반응 트랜지스터가 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다.

본 명세서를 읽음으로써, 다른 변형은 당업자에게 명백할 것이다. 그러한 변형은, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치 및 구성 요소 부품 분야에서 이미 알려져 있고, 본 명세서에서 이미 설명한 특징 대신 또는 특징 외에도 사용될 수 있는 다른 특징을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 전계 발광 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 전계 발광(active matrix electroluminescent) 디스플레이 장치, 특히, 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치에 이용된다.

Claims (14)

1. 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치(active matrix electroluminescent display device)로서, 상기 디스플레이 픽셀 각각은, 전계 발광 디스플레이 요소와, 구동 기간 이전의 어드레스 기간 동안 상기 픽셀에 인가되고 구동 장치와 연관된 저장 커패시턴스(storage capacitance) 상에 전하로서 저장되는 구동 신호에 기초하여 구동 기간에 상기 디스플레이 요소 내를 흐르는 전류를 제어하기 위한 상기 구동 장치를 포함하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치에 있어서,

   상기 각 픽셀은, 상기 구동 기간에 상기 픽셀로부터의 광 출력의 양을 제어하기 위해 상기 저장 커패시터에 연결되는 전자 광학(electro-optic) 방전 수단을 포함하며, 여기서 상기 전자-광학 방전 수단은, 상기 구동 기간 동안 디스플레이 요소에 의해 발생된 광에 반응하고, 상기 구동 기간에 상기 디스플레이 요소의 광 출력 레벨에 따른 비율(rate)로 상기 저장 커패시턴스로부터 전하를 방출(leak)하도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 방전 수단은 상기 저장 커패시턴스에 연결된 역방향 바이어스된 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 구동 장치는 트랜지스터를 포함하고, 상기 저장 커패시턴스 및 광다이오드는 상기 트랜지스터의 전류-운반(current-carrying) 전극과 게이트 사이에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 디스플레이 요소의 동작에 의해 제어되고 상기 동작에 따르는 상기 구동 기간의 한 지점(point)에서, 상기 방전 수단은 상기 저장 커패시턴스를 급속히 방전하고, 상기 디스플레이 요소로부터의 광 출력을 감소(curtail)시키도록 더 배열되는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 방전 수단이 상기 저장 커패시턴스를 급속히 방전하도록 동작하는 상기 제어된 지점은, 상기 디스플레이 요소의 상기 광 출력이 특정한 낮은 레벨에 도달함을 나타내는 상기 픽셀의 동작 특성에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 방전 수단이 상기 저장 커패시턴스를 급속히 방전하도록 동작하는 상기 제어된 지점은, 상기 디스플레이 요소의 상기 구동 레벨에 따라 변경되는 전기 파라미터에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 저장 커패시턴스를 급속히 방전하는 상기 방전 수단의 동작은, 상기 디스플레이 요소를 통해 흐르는 전류의 레벨에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
8. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 방전 수단은 상기 저장 커패시턴스 양단간에 연결되고, 상기 저장 커패시턴스를 급속히 방전하도록 동작가능한 스위칭 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 구동 장치는 상기 디스플레이 요소와 직렬로 연결된 트랜지스터를 포함하고, 상기 스위칭 장치의 동작은 상기 구동 장치 양단간의 전압에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
10. 제 8항에 있어서, 상기 구동 장치 및 상기 스위칭 장치는 TFT를 포함하는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 방전 수단은, 상기 저장 커패시턴스 양단간에 연결되고, 상기 저장 커패시턴스로부터 전하를 방출하기 위해 상기 디스플레이 요소로부터의 광 출력에 반응하는 광반응 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
12. 제 11항에 있어서, 상기 광반응 요소는 역방향 바이어스 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
13. 제 8항에 있어서, 상기 방전 수단은 광반응 트랜지스터를 포함하고, 상기 광반응 트랜지스터는 상기 디스플레이 요소로부터의 광에 의해 상기 광반응(photo-responsive) 트랜지스터에 생성된 광전류에 의해 상기 저장 커패시턴스 상의 전하가 방출되게 하고, 상기 광반응 트랜지스터의 게이트는 상기 디스플레이 요소를 통한 전류 흐름에 따르는 전위 소스에 연결되는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.
14. 제 13항에 있어서, 상기 광반응 트랜지스터의 게이트는 상기 디스플레이 요소와 상기 구동 장치 사이의 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 전계 발광 디스플레이 장치.

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