KR101033086B1 - 액티브 매트릭스 어레이 장치와 그 작동 방법 및 전자 장치 - Google Patents

액티브 매트릭스 어레이 장치와 그 작동 방법 및 전자 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치(active matrix array device)는 복수의 매트릭스 어레이 소자(100)를 포함하고, 각각의 매트릭스 어레이 소자(100)는 어드레싱 도전체(22n)에 응답하는 제 1 스위치(100)를 통해 충전 도전체(charging conductor)(32m)에 결합된 제 1 용량성 장치(capacitive device)(120)를 포함한다. 추가하여, 매트릭스 어레이 소자(100)는 인에이블 도전체(enable conductor)(42n)에 의해 제공되는 인에이블 신호에 응답하는 제 2 스위치(112)를 통해 제 1 용량성 장치(120)에 결합된 제 2 용량성 장치(130)를 포함한다. 제 2 용량성 장치(130)는 제 3 스위치(114)의 제어 단자에 결합되고, 이러한 제 3 스위치(114)는 충전 도전체(32m)와 마찬가지로 제 1 도전성 장치(120)와 전위원(potential source) 사이에 결합되어 있다. 제 2 용량성 장치(130)는 제 1 용량성 장치(120) 양단의 전압을 샘플링하기 위해 이용되는데, 이 전압이 적절한 값을 갖는다면, 제 3 스위치(114)를 인에이블하게 하여 제 1 용량성 장치(120)와 전위원 사이에 도전 경로를 제공한다. 이러한 구성은 이후의 리프레시 사이클(refresh cycles)에서 극성 반전을 가지고 매트릭스 어레이 소자(100)의 저전력 데이터 리프레시 모드를 가능하게 한다.

Description

액티브 매트릭스 어레이 장치와 그 작동 방법 및 전자 장치{ACTIVE MATRIX ARRAY DEVICE, ELECTRONIC DEVICE AND OPERATING METHOD FOR AN ACTIVE MATRIX ARRAY DEVICE}
본 발명은 복수의 충전 도전체(charging conductors)와, 복수의 충전 도전체를 교차하는 복수의 어드레싱 도전체(addressing conductors)와, 제 1 스위치를 통해 연관된 어드레싱 도전체에 및 연관된 충전 도전체에 결합되고, 제 1 용량성 장치를 포함하는 복수의 매트릭스 어레이 소자를 포함하는 액티브 매트릭스 어레이 장치(active matrix array device)에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이러한 액티브 매트릭스 장치를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이러한 액티브 매트릭스 어레이 장치를 작동시키는 방법에 관한 것이다.
액티브 매트릭스 어레이 장치는 광범위한 응용 분야에서 널리 이용되는 것으로 확인되는데, 이러한 분야에서 액티브 매트릭스 어레이 장치는 센서 또는 메모리 로서 이용되며, 보다 구체적으로는 디스플레이 용도로 이용되는데, 예를 들면 액티브 매트릭스 어레이 액정(liquid crystal : LC) 디스플레이 장치 또는 액티브 매트릭스 어레이 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode : OLED) 장치로서 이용된다. 특히, LC타입 디스플레이 장치는 여러 디스플레이 장치 분야에서 선도적인 기술로서 보다 통상적인 음극선관(cathode ray tube : CRT) 디스플레이 장치와 경쟁하고 있다.
액티브 매트릭스 어레이 장치는 전형적으로 복수의 충전 도전체를 포함하는데, 이들은 복수의 매트릭스 어레이 소자뿐만 아니라 복수의 어드레싱 도전체를 교차하도록 정렬되고, 매트릭스 어레이 소자는 이들 2개의 도전체의 교차점에서 박막 트랜지스터(TFT) 등과 같은 스위치를 통해서 어드레싱 도전체 및 충전 도전체에 모두 접속된다. 충전 도전체는 어드레싱 도전체 중 하나에 의해서 인에이블되는 각각의 매트릭스 어레이 소자의 용량성 장치 내에 복수의 전하를 저장하도록 구성된다. 액티브 매트릭스 어레이 디스플레이 장치의 경우에, 어드레싱 도전체는 전형적으로 행 도전체이고, 충전 도전체는 전형적으로 열 도전체이며, 매트릭스 어레이 소자는 디스플레이 장치의 화소(pixel)이다. 화소는 디스플레이 소자가 연속적인 전하 사이클 사이에서 그 상태를 유지하게 하기 위해서 용량성 장치(LC 디스플레이 장치의 경우에 LC 셀 등) 및 캐패시터를 포함할 수 있다.
액티브 매트릭스 어레이 장치 및 특히, 액티브 매트릭스 어레이 디스플레이 장치는 랩탑 컴퓨터, 이동 전화기, PDA(personal digital assistants) 등과 같은 배터리 전력 공급형 전자 장치 내에서 광범위하게 이용된다. 이러한 장치 내에서, 전력 소모량의 감소는 중요한 문제가 되는데, 왜냐하면 전자 장치의 연속적인 작동 시간에 대한 직접적인 영향을 주기 때문이다. 그러므로, 전자 장치의 전체적 전력 감소에 기여할 수 있으므로 액티브 매트릭스 어레이 장치의 전력 소모량을 감소시키는 기능이 중요해진다.
액티브 매트릭스 어레이 장치의 전력 소모량의 대부분은 매트릭스 어레이 소자의 충전으로부터 기인한 것이다. 특히, 대형 액티브 매트릭스 어레이 장치 또는 다수의 어드레싱 및 충전 도전체를 포함하는 액티브 매트릭스 어레이 장치에 있어서, 각각의 도전체는 비교적 큰 캐패시턴스를 갖고, 매트릭스 어레이 소자의 충전은 상당한 양의 전력을 소모할 수 있는데, 왜냐하면 충전 도전체 캐패시턴스가 액티브 매트릭스 어레이 장치의 하나의 어드레싱 사이클 내에서 연결된 매트릭스 어레이 소자 모두에 적절한 전하를 순차적으로 저장하기 위해서 여러 번 충전 및 방전되어야 하기 때문이다.
이것은 특히 각각의 매트릭스 얼이 소자 내에 저장된 데이터 값이 변경되지 않고, 동일한 데이터 값으로 덮어쓰기(overwritten)될 때 낭비가 된다. 예를 들면, 이러한 것은 액티브 매트릭스 어레이 장치가 장기간의 시간 주기에 걸쳐 일정한 출력을 생성하도록 요구되는 경우에 발생하는데, 왜냐하면 액티브 매트릭스 어레이 장치의 일부분을 형성하는 전자 장치는 대기 상태(standby state)로 스위칭되기 때문이다.
PCT 특허 출원 번호 제 WO 03/007286 호는 액티브 매트릭스 어레이 LC 디스플레이 장치의 전력 소모를 감소시키는 구성을 갖는 액티브 매트릭스 어레이 LC 디 스플레이 장치에 관해 개시한다. 이를 위하여, 매트릭스 어레이 소자는 TFT의 일부분을 이용하여 화소 캐패시턴스에 결합된 인버터를 포함하는 리프레시 회로(refresh circuit)를 포함한다. 주기적으로, 화소 캐패시턴스 상에 저장된 데이터는 인버터의 입력 캐패시턴스로 전달되고, 그 이후에 제 2 TFT는 저장된 데이터의 반전된 값을 다시 화소 캐패시턴스에 대해 구동할 수 있게 한다. LC 재료의 저하(deterioration)를 방지하기 위해서 인버터는 매트릭스 어레이 소자 내에 저장된 데이터 신호를 반전시켜야 한다. 이러한 구성을 이용하면, 비교적 큰 충전 도전체 캐패시턴스의 충전 및 방전을 포함하는 전하 사이클을 이용할 필요가 없이 매트릭스 어레이 소자 내에 저장된 신호를 주기적으로 업데이트할 수 있으므로, 매트릭스 어레이 소자의 상태가 변경되지 않는 경우에 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
그러나, 이러한 구성은 인버터가 화소 캐패시턴스의 상태를 일시적으로 저장하기 위해 소정의 소자로서 이용되어야 한다는 단점을 갖는다. 이것은 비교적 귀찮은 일인데, 왜냐하면 인버터 트랜지스터가 제각각 별도의 소스 및 드레인 전압원에 결합되어야 하고, 전형적으로 반대의 채널 타입을 가질 필요가 있어서 액티브 매트릭스 어레이 장치의 설계에 있어서 비용 및 복잡도를 증가시키기 때문이다.
본 발명의 목적은 도입 단락에 기재된 바와 같이, 매트릭스 어레이 소자의 리프레시 기능을 구현하기 위해 인버터를 이용할 필요가 없는 액티브 매트릭스 어레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 도입 단락에 기재된 바와 같이, 이러한 액티브 매트릭스 어레이 장치를 포함함으로써 얻게 되는 이점을 갖는 전자 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 액티브 매트릭스 어레이 장치의 작동 방법을 제공하는 것이다.
다음으로, 본 발명의 제 1 측면에 따르면, 액티브 매트릭스 어레이 장치(active matrix array device)가 제공되는데, 이러한 액티브 매트릭스 어레이 장치는 복수의 충전 도전체(charging conductors)와, 상기 복수의 충전 도전체를 교차하는 복수의 어드레싱 도전체(addressing conductors)와, 연관된 어드레싱 도전체에 결합된 제어 단자 및 연관된 충전 도전체에 결합된 데이터 단자를 포함하는 제 1 스위치를 각각 포함하는 복수의 매트릭스 어레이 소자를 포함하고, 각각의 상기 매트릭스 어레이 소자는, 상기 제 1 스위치의 다른 데이터 단자에 결합된 제 1 용량성 장치(capacitive device)와, 인에이블 신호(enable signal)에 응답하는 제어 단자를 포함하는 제 2 스위치를 통해 상기 제 1 용량성 장치에 결합되고, 상기 제 1 용량성 장치보다 작은 캐패시턴스를 갖는 제 2 용량성 장치와, 상기 제 1 용량성 장치와 전위원(potential source) 사이에 결합되어, 상기 제 2 용량성 장치에 결합된 제어 단자를 포함하는 제 3 스위치를 더 포함한다.
인버터를 메모리 소자로서 이용하는 것 대신에, 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 어레이 장치는 제 1 용량성 장치의 상태를 저장하기 위한 소형 캐패시터 등과 같은 비반전(non-inverting) 제 2 용량성 장치일 수 있는데, 이것은 매트릭스 어레이 소자의 데이터 값을 저장하는 캐패시터일 수 있다. 제 1 용량성 장치의 상태가 제 2 용량성 장치 내에 저장된 후에, 제 1 용량성 장치는 매트릭스 어레이 소자 내에 어떤 값이 저장되어야 하는지 여부에 무관하게 이진값 하이(binary high) 또는 이진값 로우(binary low) 등과 같은 고정된 값으로 반복적으로 덮어쓰기될 수 있다. 고정된 전압은 연결된 충전 도전체에 의해 인가될 수 있는데, 이것은 충전 도전체가 순차적 어드레싱 사이클 내에서 모든 연결된 매트릭스 어레이 소자에 대해 동일한 전압을 제공한다는 이점을 갖고, 이는 다음의 매트릭스 어레이 소자가 충전될 때 충전 도전체의 큰 캐패시턴스가 재충전될 필요가 없으므로, 전력 소모의 상당한 감소를 가능하게 한다는 것을 의미한다. 제 2 용량성 장치 양단에 저장된 전압은 제 1 용량성 장치와 전위원 사이의 스위치를 접지(ground)와 마찬가지로 제어하여 제 1 용량성 장치 내에 저장된 사전 정의된 값을 반대 부호의 다른 사전 결정된 값으로 대체하기 위해 이용되는데, 다시 말해서 2개의 어드레싱 사이클마다 이진값 하이를 이진값 로우로, 또는 그 반대로 바꾸기 위해 이용된다. 이것은 각각의 어드레싱 사이클에서 제 1 용량성 장치의 극성의 반전을 활성화하고, 이는 제 1 용량성 장치가 LC 셀을 포함하는 경우에 특히 유리하다. 이것은 제 1 용량성 장치의 상태를 기억하는 장치에 전력을 공급하기 위해 전용 전력 라인을 이용하는 것이 회피되어, 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치의 매트릭스 어레이 소자에 대한 복잡성이 감소된다는 이점을 갖는다. 선택적으로, 제 1, 제 2 및 제 3 스위치는 모두 동일한 기술에 의해 구현될 수 있고, 이는 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치의 생산 비용 감소를 가능하게 한다.
일실시예에서, 각각의 매트릭스 어레이 소자는 제 1 용량성 장치와 전위원 사이에 결합되고, 다른 인에이블 신호에 응답하는 제 4 스위치를 더 포함한다. 이것은 제 1 용량성 장치와 전위원 사이의 도전성 경로를 즉시 인에이블할 필요없이 제 2 용량성 장치가 충전될 수 있게 한다는 이점을 갖는다. 이를 위하여, 제 4 스위치는 제 1 용량성 장치와 제 3 스위치 사이에 위치되거나, 제 3 스위치와 전위원 사이에 위치될 수 있다.
유리하게는, 제 2 용량성 장치는 제 1 서브-디바이스(sub-device) 및 제 2 서브-디바이스를 포함하고, 제 1 서브-디바이스는 인에이블 도전체에 결합된 제 1 단자 및 제 2 스위치의 데이터 단자에 결합된 제 2 단자를 포함하며, 제 2 서브-디바이스는 제 2 스위치의 데이터 단자에 결합된 제 1 단자 및 다른 인에이블 도전체에 결합된 제 2 단자를 포함한다. 2개의 서브-디바이스에 걸친 용량성 장치의 분산은 제 2 용량성 장치가 인에이블 신호 및 다른 인에이블 신호를 전파하도록 정렬된 도전체에 접속되는 경우에 유리한데, 왜냐하면 인에이블 신호 및 다른 인에이블 신호를 위해 이용되는 전압 파형이 제 2 용량성 장치 양단의 전압에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 이러한 원치 않는 효과는 분산형 용량성 장치를 이용함으로써 보정될 수 있다.
전위원이 연결된 충전 도전체를 통해 제공되는 경우에 또 다른 이점이 있다. 제 1 용량성 장치를 전위원에 접속시키기 위해서 충전 도전체를 이용하면 전용 도전체의 필요성이 회피되고, 이는 액티브 매트릭스 어레이 장치의 구성을 단순화한다.
각각의 상기 매트릭스 어레이 소자가 제 5 스위치를 더 포함하는 경우에 또 다른 이점이 있는데, 여기에서 제 5 스위치는 판독-인에이블 신호(read-enable signal)에 응답하는 제어 단자와, 제 3 스위치와 제 4 스위치 사이에 결합된 제 1 데이터 단자와, 판독 도전체(read-out conductor)에 결합된 다른 데이터 단자를 포함한다. 이러한 구성은 제 1 용량성 소자 내에 저장된 데이터의 판독을 용이하게 한다.
다른 실시예에서, 제 2 스위치는 제 4 스위치와는 상이한 채널 타입을 가질 수 있고, 제 2 스위치의 제어 단자 및 제 4 스위치의 제어 단자는 공통 도전체(common conductor)에 결합될 수 있다. 이렇게 하면 2가지 타입의 스위치를 제조하여야 하는 것에 기인하여 액티브 매트릭스 어레이 장치의 생산 비용이 추가되기는 하지만, 이는 단일 도전체가 제 2 및 제 4 스위치를 모두 제어하는 데 이용될 수 있기 때문에 액티브 매트릭스 어레이 장치의 복잡성을 감소시킨다.
본 발명의 제 2 측면에 따르면, 전자 장치가 제공되는데, 이러한 전자 장치는 액티브 매트릭스 어레이 장치, 구동 회로, 추가의 구동 회로 및 전원을 포함하고, 액티브 매트릭스 어레이 장치는, 복수의 충전 도전체와, 복수의 충전 도전체를 교차하는 복수의 어드레싱 도전체와, 연관된 어드레싱 도전체에 결합된 제어 단자 및 연관된 충전 도전체에 결합된 데이터 단자를 포함하는 제 1 스위치를 각각 포함하는 복수의 매트릭스 어레이 소자를 포함하며, 각각의 상기 매트릭스 어레이 소자는, 제 1 스위치의 다른 데이터 단자에 결합된 제 1 용량성 장치와, 인에이블 신호에 응답하는 제어 단자를 포함하는 제 2 스위치를 통해 제 1 용량성 장치에 결합되고, 제 1 용량성 장치보다 작은 캐패시턴스를 갖는 제 2 용량성 장치와, 제 1 용량성 장치와 전위원 사이에 결합되고, 제 2 용량성 장치에 결합된 제 3 스위치를 더 포함하고, 구동 회로는 상기 복수의 어드레싱 도전체 상에서 복수의 신호를 구동하며, 추가의 구동 회로는 복수의 어드레싱 도전체에 복수의 추가 신호를 구동하고, 전원은 구동 회로 및 추가의 구동 회로에 전력을 인가한다. 이러한 전자 장치는 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치를 유리하게 이용하는데, 왜냐하면 전원이 연장된 시간 주기에 걸쳐 일정한 출력을 생성하는데 있어서 액티브 매트릭스 어레이 장치에 더 작은 전력을 공급하면 되기 때문이다. 이는 전원이 배터리 팩(battery pack)이거나 유사한 전원인 경우에 특히 유리한데, 왜냐하면 랩탑, 이동 전화기, PDA 등과 같은 이러한 전자 장치는 전원을 교체 또는 재충전하지 않고 더 긴 주기 동안 작동될 수 있기 때문이다. 이것은 중요한 이점을 제공하는데, 왜냐하면 이러한 작동 주기가 상기 전자 장치의 중요한 상품 품질이 되기 때문이다.
본 발명의 제 3 측면에 따르면, 제 1 및 제 2 용량성 장치를 포함한 복수의 매트릭스 어레이 소자를 포함하는 액티브 매트릭스 어레이 장치의 작동 방법이 제공되는데, 이러한 방법은 매트릭스 어레이 소자의 제 1 용량성 장치 양단에 제 1 전압을 저장하는 단계와, 매트릭스 소자의 제 2 용량성 장치 양단에 제 1 전압을 저장하는 단계와, 매트릭스 어레이 소자의 제 1 용량성 장치 양단의 제 1 전압을 제 2 전압으로 대체하는 단계와, 제 2 용량성 장치 양단에 저장된 제 1 전압의 크기에 따라서, 제 1 용량성 장치와 전위원 사이의 전류 경로(current path)가 제 1 용량성 장치 양단의 제 2 전압을 제 3 전압으로 대체할 수 있게 하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 매트릭스 어레이 소자 내에 데이터를 영구적으로 저장할 필요 없이 매트릭스 어레이 소자 내에 저장된 데이터를 유지할 수 있게 하는 간단한 방법을 제공한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 한정적이지 않은 예로서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도면은 단지 개략적으로 도시된 것일 뿐이고 실제 축적대로 도시되지 않았다는 것을 이해할 것이다. 또한, 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해서 도면에 걸쳐 동일한 참조 부호가 이용되었다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 알려진 액티브 매트릭스 어레이 장치의 일반적인 구조를 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치에 대한 일실시예를 도시하는 개략도.
도 3은 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치를 작동시키기 위한 복수의 전압 파형을 도시하는 개략도.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치에 대한 다른 실시예를 도시하는 개략도.
도 9는 본 발명의 전자 장치를 도시하는 개략도.
도 1은 종래 기술의 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)를 개략적으로 도시한다. 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)는 구동 회로(20)에 결합된 행 도전체들로서 도시된 복수의 어드레싱 도전체(22)와, 어드레싱 도전체(22)를 교차하고 추가의 구동 회로(30)에 결합된 열 도전체들로서 도시된 복수의 충전 도전체(32)를 포함한다. 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)는 복수의 매트릭스 어레이 소자(100)를 더 포함하고, 각각의 매트릭스 어레이 소자(100)는 어드레싱 도전체(22) 중의 하나에 결합된 제어 단자 및 충전 도전체(32) 중 하나에 결합된 데이터 단자를 갖는 제 1 스위치(110)를 포함한다. 전형적으로, 제 1 스위치(110)는 박막 트랜지스터(TFT)일 수 있는데, 이 경우에 그 게이트는 제어 단자이고 그 소스는 데이터 단자일 수 있다. 매트릭스 어레이 소자(100)는 제 1 스위치의 다른 데이터 단자, 예를 들면, TFT의 드레인 단자에 결합된 제 1 용량성 장치(120)를 더 포함한다. 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)가 디스플레이 장치인 경우에, 용량성 장치(120)는 액정 셀 등과 같은 디스플레이 소자 및 연결된 캐패시터를 포함할 수 있다.
액티브 매트릭스 어레이 장치(10)가 LC 디스플레이 장치인 경우에, 그 장치는 전형적으로 다음과 같은 방식으로 작동된다. 구동 회로(20) 및 추가의 구동 회로(30)는 전형적으로 전용 하드웨어(도시하지 않음)에 의해 비디오 신호 소스(도시하지 않음)로부터 도출된 타이밍 신호(timing signals)에 응답한다. 구동 회로(20)는 어드레싱 도전체(22) 중의 하나에 대한 선택 신호를 제공하여 해당 어드레싱 도전체(22)에 결합된 제 1 스위치(110)의 제어 단자를 갖는 매트릭스 어레이 소자(100)의 충전을 가능하게 한다. 추가의 구동 회로(30)는 선택된 매트릭스 어레이 소자(100)의 제 1 용량성 장치(120) 내에 복수의 전하를 저장하기 위해서 충전 도전체(32)에 대한 복수의 데이터 전압 신호를 제공한다. 전형적으로, 이러한 전하는 비디오 신호에 의해 정의된 계조 레벨(gray-scale levels)에 대응한다. 이러한 프로세스는 모든 어드레싱 도전체(22)가 구동 회로(driver circuitry)(20)에 의해 어드레싱될 때까지 다음 어드레싱 도전체(22)에 대해 반복된다. 각 어드레싱 도전체(22)를 1회씩 어드레싱하는 최대 사이클은 전형적으로 비디오 신호의 필드 또는 프레임 주기 내에서 실행된다.
매트릭스 어레이 소자(100)의 디스플레이 타입 제 1 용량성 장치(120), 예를 들면 LC 화소에 이용되는 재료의 시효(ageing)를 피하기 위해서, 연속적인 필드 주기 내에 제 1 용량성 장치(120)의 극성이 번갈아가며 바뀔 수 있다. 이를 실행하기 위한 2개의 통상적으로 이용되는 기술로는, 모든 제 1 용량성 장치(120)가 동일한 극성을 갖고, 이 극성이 각 필드 주기 이후에 반전되는 필드 주파수 반전 기법(field frequency inversion technique) 또는 주어진 어드레싱 도전체(22)에 대한 매트릭스 어레이 소자(100)의 제 1 용량성 장치(120)가 이웃하는 어드레싱 도전체(22)에 대한 매트릭스 어레이 소자(100)의 제 1 용량성 장치(120)에 대해 반대의 극성으로 유지되고, 이러한 극성의 절대값 부호가 각 필드 주기마다 반전되는 라인 주파수 반전 기법(line frequency inversion technique)이 있다.
충전 도전체(32)를 통한 매트릭스 어레이 소자(100) 내의 제 1 용량성 장치(120)의 충전은 전형적으로 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 전체 전력 소모의 대부분을 차지한다. 다른 이유 중에서도, 이것은 각각의 충전 도전체(32)가 큰 캐패시턴스(적어도 수 피코패럿(picofarads)이 될 수 있음)를 갖고, 이들이 하나의 필드 또는 프레임 주기 동안에 여러 매트릭스 어레이 소자(100)의 제 1 용량성 장치(120)를 충전할 때 여러 번 충전 및 방전되어야 한다는 사실에 기인한다. 그러므로, 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 전력 소모의 특정 부분의 감소는 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)에 의한 전체적 전력 소모의 감소에 크게 기여할 수 있는데, 이는 배터리 등과 같은 한정된 전원의 수명을 연장하는 데 도움을 줄 수 있다. 예를 들면, 이러한 전력 소모의 감소는 모든 필드 주기마다 제 1 용량성 장치(120) 내에 저장된 전하를 대체할 필요가 없을 때 가능해지는데, 왜냐하면 예컨대 매트릭스 어레이 소자(100)의 휘도 레벨(brightness level) 등과 같은 사전 정의된 상태가 변경되지 않기 때문이고, 이것은 예를 들면 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)가 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)를 포함하는 전자 장치의 대기 주기(standby period) 등과 같은 한정된 시간 주기 동안에 일정한 출력을 생성할 것으로 기대되는 경우에 해당한다.
이하의 도면에서, 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)가 N개의 어드레싱 도전체(22) 및 M개의 충전 도전체(32)를 포함하고, N 및 M은 양의 정수인 것으로 가정할 수 있다. 여기에서 문자 n은 참조 번호에 대한 라벨로서 이용되는데, 이것은 N개의 어드레싱 도전체(22) 중의 하나 또는 어드레싱 도전체(22n)에 결합된 매트릭스 어레이 소자(100)와 연결된 다른 도전체를 지칭한다. 마찬가지로, 라벨 n+1은 어레이 내에서 다음의 어드레싱 도전체(22)를 지칭하고, 라벨 m은 M개의 충전 도전 체(32) 중의 하나를 지칭한다.
도 2는 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 일부분에 대한 제 1 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 각각의 매트릭스 어레이 소자(100)는 충전 도전체(32)와 제 1 용량성 장치(120) 사이에 결합된 제 1 스위치(110)를 포함한다. 도 2에서, 제 1 용량성 장치(120)는 저장 캐패시터일 수 있는 제 1 용량성 서브-디바이스(122)와, LC 화소 등과 같은 용량성 디스플레이 소자일 수 있는 제 2 용량성 서브-디바이스(124)를 포함할 수 있지만, 제 1 용량성 장치(120)가 단일 장치이거나 보다 분산형의 장치일 수도 있다는 것을 강조하고자 한다. 한정적이지 않은 예로서, 제 1 용량성 서브-디바이스(122)는 전용 전극(24n)에 결합될 수 있는데, 이는 전형적으로 어드레싱 도전체(22n)를 공유하는 매트릭스 어레이 소자(100)의 서브-디바이스(122)에 의해 공유된다. 이와 다르게, 제 1 용량성 서브-디바이스(122)는 또한 매트릭스 어레이 소자(100)의 다음 행의 어드레싱 도전체(22(n+1))에 결합될 수 있다. 제 2 용량성 서브-디바이스(124)는 공통 전극(140)에 결합된다. 그러나, 예를 들면, 비 디스플레이 타입(non-display type)의 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 일부분으로서 제 1 용량성 장치(120)의 다른 실시예가 동등하게 가능해진다는 것을 강조하고자 한다. 각각의 매트릭스 어레이 소자(100)는 제 1 용량성 장치(120)와 제 2 용량성 장치(130) 사이에 결합된 제 2 스위치(112)를 더 포함하는데, 이러한 용량성 장치는 전용 캐패시터, 용량성 용도로 이용되는 TFT의 게이트 또는 임의의 다른 알려진 용량성 장치일 수 있다. 제 2 스위치(112)는 인에이블 도전체(42n)에 결합된 제어 단자를 갖는 반면에, 제 2 용량성 장치(130)는 또한 다른 전극(52n)에 추가적으로 결합된다. 다른 전극(52n)은 전용 전극이거나 매트릭스 어레이 소자(100) 내의 다른 장치와 공유되는 도전체일 수 있다. 이러한 공유형 도전체는 예를 들면 다른 전극이거나 어드레싱 도전체(22)일 수 있다.
매트릭스 어레이 소자(100)는 제 3 스위치(114)를 포함하고, 이러한 제 3 스위치(114)는 제 2 용량성 장치(130)에 결합된 제어 단자를 갖고, 제 1 스위치(110)와 제 1 용량성 장치(120) 사이에 결합된 자신의 도전성 경로를 가진다. 작동 중에, 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 매트릭스 어레이 소자(100)는 이하의 방법에 의해 설명된 바와 같이 작동한다.
제 1 단계에서, 제 1 전압은 매트릭스 어레이 소자(100)의 제 1 용량성 장치(120) 양단에 저장된다. 이것은 전형적으로 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 능동 모드, 예를 들면 액티브 매트릭스 어레이 디스플레이 장치의 비디오 신호 처리 모드 동안에 이루어진다. 이를 위하여, 어드레싱 도전체(22n)는 제 1 스위치(110)를 온(ON)으로 스위칭하여 충전 도전체(32m)에 인가된 데이터 신호 전압에 따라서 제 1 용량성 장치(120) 양단에 적절한 제 1 전압이 저장될 수 있게 하는 어드레싱 펄스를 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 이는 제 3 스위치(114)가 제 1 스위치(110)와 동시에 인에이블되어야 함을 의미하는데, 왜냐하면 제 3 스위치(114)가 제 1 스위치(110)와 제 1 용량성 장치(120) 사이의 도전성 경로 내에 위치되기 때문이다. 이것은 다른 전극(52n)에 적절한 전압을 제공하여 제 2 스위치(112)를 오프(OFF)로 스위칭하면서 다른 용량성 장치(130)를 통해 제 3 스위치(114)를 인에이블함으로써 이루어질 수 있다. 그러나, 이것은 제 3 스위치(114)가 제 1 스위치(110)와 제 1 용량성 장치(120) 사이의 도전성 경로 외부에 위치될 수 있는 다른 실시예를 이용하여 증명될 수 있는데, 이러한 경우에 제 3 스위치(114)는 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 작동 방법의 제 1 단계 동안에 인에이블되어야 할 필요가 없다.
액티브 매트릭스 어레이 장치(10)가 대기 모드 등과 같은 저 전력 모드로 작동되는 주기를 개시할 수 있는 다음 단계에서, 제 1 전압은 매트릭스 소자(100)의 제 2 용량성 장치(130) 양단에 저장된다. 이것은 인에이블 도전체(42n)에 인에이블 신호를 제공하여 제 2 스위치(112)를 인에이블함으로써 이루어진다. 결과적으로, 제 2 용량성 장치(130)는 제 1 용량성 장치(120) 양단에 저장된 제 1 전압을 위한 메모리 소자로서 기능한다.
제 3 단계에서, 매트릭스 어레이 소자(110)의 제 1 용량성 장치(120) 양단의 제 1 전압은 제 2 전압으로 대체된다. 이러한 제 2 전압은 제 1 전압이 공급되는 것과 동일한 방식으로, 다시 말해서 충전 도전체(32m)를 통해서 제 1 용량성 소자(120)에 공급될 수 있다.
이러한 방법은 제 4 단계에서 완료되는데, 여기에서 제 1 용량성 장치(120)와 전위원 사이의 전류 경로는 제 2 용량성 장치(130) 양단에 저장된 제 1 전압의 크기에 따라서 인에이블된다. 전위원은 전용 전극이거나 연결된 충전 도전체(32m) 등과 같은 충전 도전체(32) 중의 하나를 통해 제공될 수 있다. 전류 경로가 인에이블된다면, 제 1 용량성 장치(120) 양단의 제 2 전압은 제 3 전압으로 대체된다.
이러한 방법은 매트릭스 어레이 소자(100)의 제 1 용량성 장치(120) 양단에 초기에 저장된 제 1 전압에 대해, 작동 방법 중의 후속 사이클 내에서 제 1 전압의 극성을 반전시키는 것에 의해 제 1 용량성 장치(120) 내의 LC 재료 등과 같은 재료의 보존을 가능하게 하는 리프레시(refresh)를 제공한다.
도 3은 도 2에 설명된 바와 같은 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)에 대해 상술된 작동 방법을 구현하는 데 이용될 수 있는 시간 의존성 전압 파형의 세트에 대한 한정적이지 않은 예시를 제공한다. 도 2에서, 노드(node)(123)는 매트릭스 어레이 소자(100) 내에 포함되어 매트릭스 어레이 소자(100)의 이러한 포인트에서 전압 파형의 디스플레이를 가능하게 한다. 이러한 예에서, 매트릭스 어레이 소자(100)를 위한 가장 관련된 전압 파형은 충전 도전체(32m) 및 어드레싱 도전체(22n)에 결합될 뿐만 아니라, 매트릭스 어레이 소자(100)를 위한 가장 관련된 전압 파형은 충전 도전체(32m) 및 어드레싱 도전체(22(n+1))에 결합된다. 전자(former)의 매트릭스 어레이 소자(100)의 노드(123) 및 용량성 서브-디바이스(124)는 (n,m)으로 라벨링되는 반면, 후자(latter)의 매트릭스 어레이 소자(100)의 노드(123) 및 용량성 서브-디바이스(124)는 (n+1,m)으로 라벨링된다.
도 3은 2개의 주요 시간 주기를 도시하는데, 좌측의 주기는 tactive로 라벨링되고, 전형적으로 디스플레이 장치의 비디오 모드 등과 같이 액티브 매트릭스 어레이 장치의 능동 모드와 관련된다. 우측의 주기는 trefresh로 라벨링되고, 전형적으로 액티브 매트릭스 디스플레이 장치를 포함하는 전자 장치의 대기 모드 등과 같은 액 티브 매트릭스 어레이 장치의 수동 모드 또는 리프레시 모드와 관련되며, 그 동안에 액티브 매트릭스 디스플레이 장치는 전반적으로 일정한 화상을 생성해야 한다.
액티브 매트릭스 어레이 장치(10)가 매트릭스 어레이 소자(100)의 교번적인 행이 반대의 극성을 갖는 구동 전압을 수신하는 라인 주파수 반전 기법을 이용하여 어드레싱된다고 가정하고, 제 2 용량성 서브-디바이스(124)에 의해 요구되는 교번적인 구동 전압의 일부분이 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 공통 전극에 인가됨으로써 충전 도전체(32) 구동 전압의 진폭의 감소를 초래하는 공통 전극(140) 구동 기법을 이용한다고 가정한다. 이러한 파형은 셀프-리프레싱(self-refreshing) 매트릭스 어레이 소자(100)의 작동 원리를 나타내지만, 이들은 고유하지 않고, 최적화되지 않았다.
파형은 2개의 매트릭스 어레이 소자(100), 즉 충전 도전체(32m) 및 어드레싱 도전체(22n)에 결합된 제 1 매트릭스 어레이 소자(100) 및 충전 도전체(32m) 및 어드레싱 도전체(22(n+1))에 결합된 제 2 매트릭스 어레이 소자(100)의 어드레싱을 도시한다. 능동 모드에서, 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)는 예를 들면, 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)(디스플레이 장치임)의 충전 도전체(32)에 비디오 정보를 인가하고, 이후에 연결된 어드레싱 도전체(22)를 고 전압 레벨로 취함으로써 화소의 그룹을 어드레싱하는 통상적인 방식으로 어드레싱된다.
124(n,m), 123(n,m), 124(n+1,m) 및 123(n+1,m)으로 라벨링된 도 3의 하단에 있는 파형은 용량성 서브-디바이스(124)의 양단 및 2개의 선택된 매트릭스 어레이 소자(100)의 노드(123) 상에서의 전압을 도시한다. 어드레싱 도전체(22n)에 결합 된 매트릭스 어레이 소자(100)는, 일반적으로 이러한 액티브 매트릭스 어레이 소자(100)가 매트릭스 어레이 디스플레이 장치의 일부분인 경우에 매트릭스 어레이 소자가 어둡게(dark) 나타나게 하는 높은 rms 전압으로 어드레싱된다. 어드레싱 도전체(22(n+1))에 결합된 매트릭스 어레이 소자(100)는, 일반적으로 이러한 액티브 매트릭스 어레이 소자(100)가 매트릭스 어레이 디스플레이 장치의 일부분인 경우에 매트릭스 어레이 소자가 밝게(light) 나타나게 하는 낮은 rms 전압으로 어드레싱된다.
액티브 매트릭스 어레이 장치(10)가 셀프 리프레싱 모드로 스위칭될 때, 데이터가 매트릭스 어레이 소자(100) 내에서 리프레싱되기 때문에 매트릭스 어레이 소자(100)에게 더 이상 구동 회로(30)로부터의 정보를 제공할 필요가 없다. 매트릭스 어레이 소자(100)가 일반적으로 능동 모드에서 순차적으로 어드레싱되는 것과 동일한 방식으로, 이러한 리프레시 동작은 순차적으로 어드레싱 도전체마다 실행될 수 있다. 그러나, 예를 들면 동일한 구동 극성을 갖는 모든 매트릭스 어레이 소자(100)를 동시에 어드레싱하는 것에 의해 액티브 매트릭스 어레이 소자(100)를 다른 방식으로 리프레싱하는 데 있어서 이점이 존재하는데, 이는 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 공통 전극(140)에 인가된 구동 파형의 주파수를 감소시킬 수 있고, 그에 따라 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 전력 소모를 감소시킬 수 있기 때문이다. 하나의 선택 사항은 홀수로 넘버링된 어드레싱 도전체(22)에 결합된 모든 매트릭스 어레이 소자(100)를 동시에 리프레싱한 다음, 짝수로 넘버링된 어드레싱 도전체(22)에 결합된 모든 매트릭스 어레이 소자(100)를 동시에 리프레싱하는 것이 다. 이것은 도 3에 도시된 경우에 해당된다.
액티브 매트릭스 어레이 장치(10)가 셀프-리프레싱 모드로 진입하면, 짝수로 넘버링된 어드레싱 도전체(22n)에 결합된 매트릭스 어레이 소자(100)가 먼저 리프레싱된다. 이것은 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 공통 전극(140) 상의 전압을, 짝수로 넘버링된 어드레싱 도전체(22n)가 능동 모드 동안에 예를 들면, 디스플레이 장치의 비디오 모드 중 최종 필드 주기 동안에 최종으로 어드레싱될 때와 동일한 레벨로 설정함으로써 개시된다. 그러면 연결된 용량성 서브-디바이스(122, 124) 양단의 전압은 구동 회로(30)에 의해 설정된 범위 내에 놓이게 될 것이다. 인에이블 제 2 스위치(112)를 인에이블하고, 용량성 장치(120) 상의 제 1 전압을 감지하기 위해서, 짝수로 넘버링된 어드레싱 도전체(22n)에 결합된 매트릭스 어레이 소자의 인에이블 도전체(42n)는 감지 주기 동안에 높은 레벨이 된다. 다음에 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 공통 전극(140) 상의 전압은 그의 제 2 레벨로 스위칭되고 높은 데이터 전압 레벨이 충전 도전체(32)에 인가된다. 다른 전극(52n) 뿐만 아니라 짝수로 넘버링된 어드레싱 도전체(22n)는 덮어쓰기 주기(overwrite period) 동안에 높은 레벨로 획득되어 제 1 스위치(110) 및 제 3 스위치(114)를 높은 레벨로 유지하고, 높은 데이터 전압 레벨, 다시 말해서 제 2 전압이 연결된 매트릭스 어레이 소자(100)의 제 1 용량성 장치(120) 양단에 저장되게 한다.
다음에, 충전 도전체(32) 및 다른 전극(52n) 상의 전압을 낮은 전압 레벨로 복귀하고, 업데이트 주기 동안에 짝수로 넘버링된 어드레싱 도전체(22n)를 높은 전 압 레벨로 유지한다. 감지 주기 동안에 제 1 용량성 장치(120) 상에 높은 데이터 전압 레벨이 존재한다면, 이러한 전압 레벨은 연결된 제 2 용량성 장치(130)로 복사되고, 그에 따라 연결된 매트릭스 어레이 소자(100)의 제 3 스위치(114)를 인에이블 상태로 유지한다. 이것은 제 1 용량성 장치(120)와 연결된 충전 도전체(32)(제 1 용량성 장치(120)를 위한 전위원, 다시 말해 접지를 제공함) 사이에 도전성 경로를 제공한다. 결과적으로, 제 1 용량성 장치(120)는 방전되어 제 3 전압이 되고, 이러한 경우에 해당 전압은 낮은 데이터 전압 레벨이 된다. 감지 주기 동안에 낮은 데이터 전압 레벨이 제 1 용량성 장치(120) 상에 존재하면, 연결된 제 3 스위치(114)는 디스에이블된 채로 유지되고, 제 1 용량성 장치(120) 양단의 전압은 제 2 전압, 다시 말해서 높은 데이터 전압 레벨로 유지될 것이다.
다음에, 홀수로 넘버링된 어드레싱 도전체(22(n+1))에 결합된 매트릭스 어레이 소자(100)가 리프레싱된다. 공통 전극(140) 전압은 이미 정확한 레벨, 액티브 사이클 동안에 매트릭스 어레이 소자(100)가 어드레싱될 때 존재하는 레벨을 갖고 있고, 제 1 용량성 장치(120) 양단의 전압을 감지하기 위해서 홀수로 넘버링된 어드레싱 도전체(22(n+1))에 결합된 매트릭스 어레이 소자(100)의 인에이블 도전체(42(n+1))는 감지 주기 동안에 높은 전압 레벨을 획득할 수 있다. 그러면 공통 전극(140) 상의 전압은 스위칭되고, 높은 데이터 전압 레벨이 충전 도전체(32)에 인가된다. 다음에 연결된 매트릭스 어레이 소자(100)의 어드레싱 도전체(22(n+1))는 덮어쓰기 주기 동안에 높은 레벨을 획득하고, 이들 매트릭스 어레이 소자(100) 내의 제 1 용량성 장치(120)는 높은 데이터 전압 레벨로 사전 충전(precharged)된다. 다른 전극(52(n+1))뿐만 아니라 충전 도전체(32) 상의 전압은 낮은 데이터 전압 레벨로 되돌아가고, 어드레싱 도전체(22(n+1))는 업데이트 주기 동안에 높은 전압 레벨로 유지된다. 여기에서도, 이것은 상술된 바와 같이 제 2 용량성 장치(130) 양단의 전압에 의해 관리되는 제 1 용량성 장치(120) 양단의 전압을 리프레싱한다.
여기에서 어드레싱 도전체(22) 상의 전압은 매트릭스 어레이 소자(100)가 다시 리프레싱될 때까지 일정하게 유지된다. 매트릭스 어레이 소자(100)가 다시 리프레싱되기 전에 허용될 수 있는 주기는, 매트릭스 어레이 소자(100)의 스위치 또는 제 2 용량성 서브-디바이스(124)를 통과하는 누설 전류(leakage current) 등과 같은 누설 전류에 기인하여 제 1 용량성 장치(120) 캐패시턴스 상의 전압이 방전되는 레이트에 의존한다. 매트릭스 어레이 소자(100)가 2번째로 리프레싱될 때, 홀수 및 짝수 어드레싱 도전체(22)에 결합된 매트릭스 어레이 소자(100)의 리프레싱 시퀀스가 반전된다. 이것은 공통 전극(140) 구동 전압 파형 내의 전이(transition) 회수를 감소시킨다.
제 2 용량성 장치(130)가 제 1 용량성 장치(120)에 비해 훨씬 더 작은 캐패시턴스를 갖게 하여 제 1 용량성 장치(120) 양단의 전압에 대해 상당한 영향을 주는 제 1 용량성 장치(120)로부터 제 2 용량성 장치(130)로의 전하 전달을 방지하는 것이 바람직하다는 것을 강조하고자 한다.
또한, 당업자라면 매트릭스 어레이 소자(100)의 상태를 리프레싱하는 이러한 장치가, 2개의 상태 예를 들면, 매트릭스 어레이 소자(100)의 제 1 용량성 장치(120) 양단의 높은 전압에 의해 정의되는 온-상태(on state) 및 매트릭스 어레이 소자(100)의 제 1 용량성 장치(120) 양단의 낮은 전압에 의해 정의되는 오프-상태(off state)로 구성될 수 있는 매트릭스 어레이 소자(100)를 포함하는 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)에 특히 적합하다는 것을 이해할 것이다. 상술된 바와 같이 일반적으로 더 큰 전력 소모량을 수반하는 충전 도전체(32)를 이용하여 개별적인 모든 전압을 복원하는 것 대신에, 충전 도전체(32)가 용량성 장치(120)와 전위원 사이의 접속부로서 기능할 필요가 없다면, 충전 도전체(32)는 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 리프레시 사이클 동안에 단일 전압을 제공받을 수 있다. 충전 도전체(32)가 이러한 접속부로서 기능해야 한다면, 충전 도전체(32)는 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 리프레시 사이클 동안에 2개의 전압을 공급받아야 한다. 결과적으로, 충전 도전체(32)와 연결된 캐패시턴스는 오로지 1회 또는 2회만 충전되면 되고, 이것은 매트릭스 어레이 소자(100) 내의 리프레시 회로가 불충분한 액티브 매트릭스 어레이 장치에 비해서 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 전력 소모량에 있어서의 상당한 감소를 초래한다.
또한, 높은 제 2 전압을 갖는 여러 제 1 용량성 장치(120)를 제공한 다음 제 1 용량성 장치(120)를 접지 등과 같은 낮은 전압 전위원에 결합하는 것 대신에, 전압 공급원 등과 같은 높은 전압 전위원에 제 1 용량성 장치(120)를 결합시킨 후에 제 1 용량성 장치(120)는 또한 본 발명의 개시 내용으로부터 벗어나지 않으면서 전압 제 2 전압을 공급받을 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 일부분에 대한 다른 실시예를 도시한다. 도 2에 도시된 실시예에 비해서, 이러한 실시예는 제 4 스위치(116)를 포함하고, 이러한 제 4 스위치(116)는 다른 인에이블 도전체(62n)에 결합된 제어 단자를 포함하고, 제 3 스위치(114)와 충전 도전체(32m) 사이에 결합되어 있다. 이러한 구성에서, 제 2 용량성 소자(130)는 제 2 스위치(112)와 충전 도전체(32m) 사이에 결합되고, 제 2 용량성 장치(130) 양단의 전압을 정의하는 데 있어서 추가적인 전극을 필요로 하지 않는다는 이점을 갖는다. 추가적으로, 충전 도전체(32m), 제 3 스위치(114) 및 제 4 스위치(116)에 의해 제공된 전위원과 제 1 용량성 장치(120) 사이의 도전성 경로 내에 제 1 스위치(110)가 더 이상 존재해야 할 필요가 없다. 이것은 도 2에 도시된 실시예에서와는 대조적으로 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 능동 모드에서 제 1 용량성 장치(120)의 충전에 있어서 제 2 용량성 장치(130)가 포함될 필요가 없다는 이점을 갖는다. 리프레시 모드에서, 제 1 용량성 장치(120) 양단의 전압이 제 2 용량성 장치(130)에 의해 샘플링 또는 감지된 후에, 제 4 스위치(116)는 다른 인에이블 신호를 제공받는다. 그와 동시에, 제 3 스위치(114)가 제 2 용량성 장치(130) 상에 저장된 전하에 의해서 인에이블될 경우에, 충전 도전체(32m)는 제 1 용량성 장치(120) 양단에 저장된 제 2 전압을 대체할 제 3 전압을 제공받는다.
도 5는 도 4에 도시된 회로에 대한 다른 구성을 도시하는데, 여기에서 제 1 스위치(110)는 제 3 스위치(114)와 병렬로 정렬된다. 결과적으로, 충전 도전체(32m)는 도 4에 도시된 실시예의 제 1 스위치(110) 및 제 4 스위치(116)에 대해 직접 접속되는 것이 아니라 오로지 단일 스위치, 다시 말해 제 4 스위치(116)에 대해서만 직접 접속된다. 충전 도전체(32)에 직접 접속된 각각의 스위치가 충전 도전 체(32)의 캐패시턴스를 추가하고, 충전 도전체(32)로부터의 누설 전류 경로의 개수를 증가시키기 때문에, 도 5에 도시된 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 매트릭스 어레이 소자(100)는 도 4에 도시된 실시예에 비해서 향상된 특성을 갖는다. 이것은 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 능동 모드 동안에 특히 관련되고, 여기에서는, 특히 매트릭스 어레이 소자(100)의 어드레싱 주기 동안에 구동 회로(30)로부터의 구동 전압이 일정하게 유지되는 것이 중요하다.
도 6은 리프레시 모든 동안에 매트릭스 어레이 소자(100)에 대한 판독 기능을 제공하는 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 일부분을 도시한다. 이를 위하여, 제 1 스위치(110)는 별도의 전위원(82n)에 결합되고, 제 1 스위치(110)는 상술된 방식에 따라서 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 리프레시 모드 동안에 인에이블될 수 있다. 제 4 스위치(116)는 제 1 스위치(110)와 제 3 스위치(114) 사이의 도전성 경로 내에 위치되고, 제 5 스위치(118)는 제 4 스위치(116)와 제 3 스위치(114) 사이의 도전성 경로에 결합된 그의 소스 등과 같은 데이터 단자를 갖는다. 제 5 스위치(118)는 충전 도전체(32m)에 결합된 그의 드레인 등과 같은 다른 데이터 단자와, 판독 인에이블 도전체(72n)에 결합된 제어 단자를 포함한다. 제 2 용량성 장치는 한정적이지 않은 예로서, 전위원(82n)에 결합된 단자를 포함할 수 있지만, 그와 동등하게 다른 구성도 가능하다.
매트릭스 어레이 소자(100)는 충전 도전체(32m)를 충전하고 제 5 스위치(118)를 인에이블되게 함으로써 판독될 수 있다. 구동 회로(30)에 의해 모니터링될 수 있는 전압 강하(voltage drop)가 관찰되면, 이것은 충전 도전체(32m)와 전위 원(82n) 사이의 도전성 경로의 존재를 나타내고, 이것은 제 3 스위치(116)가 인에이블되기 때문에 제 2 용량성 장치(130)가 높은 전압을 유지한다는 것을 의미한다. 제 2 용량성 장치(130)가 제 1 용량성 장치(120) 내에 저장된 데이터의 복사본을 유지하기 때문에, 제 1 용량성 장치(120) 내에 저장된 데이터 값을 또한 알 수 있다.
이러한 관점에서, 도 4 및 도 5에 도시된 회로는 제 5 스위치(118)(이러한 도면 내에서 도시되지 않음)를 가지고 마찬가지로 확장될 수 있다는 것을 강조하고자 한다. 그러나, 그렇게 되면 매트릭스 어레이 소자(100)의 판독은, 충전 도전체(22)를 통해 제공되는 전위원에 대해 제 1 용량성 장치(120)를 결합하고, 제 5 스위치의 다른 데이터 단자가 별도의 도전체에 결합되어 있는 동안에 발생된다. 제 5 스위치(118)를 통과하는 전류 흐름이 탐지되면, 이것은 제 3 스위치(114)가 인에이블되었다는 것을 나타낸다. 그러나, 이러한 구성과 관련된 문제점은, 충전 도전체(32m)로부터 제 5 스위치(118)를 통해 제 4 스위치(116)를 경유하여 흐르는 기생 전류(parasitic currents)가 판독 신호의 잘못된 해석을 초래할 수 있고(이 점에서 도 6에 도시된 실시예가 바람직함), 이것은 판독 동작이 매트릭스 어레이 소자(100)가 정지 상태(quiescent state) 동안에 이루어질 수 있어서, 판독 신호가 손상될 위험성을 회피할 수 있기 때문이다.
도 7은 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 일부분에 대한 다른 실시예를 도시하는데, 여기에서 제 2 용량성 장치(130)는 다른 인에이블 도전체(62n) 및 인에이블 도전체(42n)를 전극으로서 이용한다. 앞서 강조된 바와 같 이, 제 2 용량성 장치(130)에 대한 여러 다른 보정 기법이 가능한데, 이러한 특정한 구성이 그 중 하나가 될 수 있다. 그러나, 제 2 용량성 장치(130)가 다른 인에이블 도전체(62n)와 인에이블 도전체(42n) 사이에 결합될 때, 제 2 용량성 장치(130) 양단에 저장된 적절한 전압이, 제 3 스위치(114)의 적절한 인에이블링을 손상시켜서 제 1 용량성 장치(120) 내에 저장된 데이터의 보정을 위태롭게 하는 이러한 도전체에 의해 전달되는 파형에 의해 훼손되지 않도록 주의를 기울여야 한다. 예를 들어, 제 2 스위치(112)가 n채널 타입 장치이면, 제 2 용량성 장치(130)에 의한 제 1 용량성 장치(120)의 감지 주기의 종료점에서 인에이블 도전체(42n)가 높은 전압으로부터 낮은 전압으로 전이되는 것은, 제 3 스위치(114)의 제어 단자에서의 전압이 제 1 용량성 장치(120)로부터 샘플링된 것보다 더 낮아지게 하고, 이것은 제 3 스위치(114)가 적절하게 온(ON)으로 스위칭되는 것을 방해한다. 또한, 다른 인에이블 전극(62n) 상의 전압이 낮은 전압 레벨로부터 높은 전압 레벨로 전환되면, 제 3 스위치(114)의 제어 단자는 제 1 용량성 장치(120)로부터 샘플링된 것보다 더 높은 전압을 가질 수 있고, 이것은 제 3 스위치(114)를 틀리게 온으로 스위칭할 수 있게 한다.
이러한 간섭을 보정하기 위해서, 제 2 용량성 장치(130)는 제 1 서브-디바이스(132) 및 제 2 서브-디바이스(134)를 포함하고, 제 1 서브-디바이스(132)는 인에이블 도전체(42n)에 결합된 제 1 단자 및 제 2 스위치(112)의 데이터 단자(예컨대, 드레인)에 결합된 제 2 단자를 포함하고, 제 2 서브-디바이스(134)는 제 2 스위치(112)의 데이터 단자에 결합된 제 1 단자 및 다른 인에이블 도전체(62n)에 결합된 제 2 단자를 포함한다. 서브-디바이스(132, 134)의 단자는 각 캐패시터의 플레이트(plates)일 수 있다. 제 1 서브-디바이스(132) 및 제 2 서브-디바이스(134)에 걸쳐 제 2 용량성 장치(130)를 분산시킴으로써, 다른 인에이블 도전체(62n)와 인에이블 도전체(42n)의 커플링 효과(coupling effects)가 크게 상쇄되어, 제 2 용량성 장치(130) 양단에 충분히 안정된 전압을 제공한다.
이와 다르게, 제 2 스위치(112)가 충분히 큰 캐패시턴스를 갖는 상황에서, 인에이블 도전체(42n) 상의 전압 파형에 대한 파괴적 효과를 보정하기 위해 제 1 서브-디바이스(132)는 생략될 수 있고, 제 2 스위치(112)의 캐패시턴스는 요구되는 분산된 캐패시턴스를 제공한다.
이러한 관점에서, 앞서 설명된 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)에 대한 실시예는 모두, 매트릭스 어레이 소자(100) 내에서 이용되는 스위치가 동일한 기법으로, 예를 들면 n채널 타입 또는 p채널 타입 TFT 또는 다른 알려진 스위칭 소자를 이용하여 실현될 수 있다는 이점을 가진다는 것을 강조한다. 이것은 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 제조 공정의 복잡성을 감소시키고, 그에 따라서 이러한 장치의 더 낮은 제조 비용 및 더 높은 수율을 제공한다. 그러나, 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)는 또한 반대의 채널 타입을 갖는 스위치를 이용함으로써 유리해질 수 있다. 이것은 도 8에 도시된 실시예에 나타나 있는데, 여기에서 제 2 스위치(112)는 p채널 타입 장치이고, 제 4 스위치(116)는 n채널 타입 장치이다. 이것은 제 4 스위치가 온으로 스위칭될 때 제 2 스위치(112)가 전형적으로 오프로 스위칭되어야 하고 그 반대인 경우에도 마찬가지가 되어야 하는데, 이 것은 2개의 스위치가 반대의 채널 타입을 갖고, 동일한 전압 파형에 응답하는 것에 의해 보장되므로, 오로지 하나의 인에이블 도전체, 다시 말해서 인에이블 도전체(62n)만이 제 2 스위치(112) 및 제 4 스위치(116)를 모두 어드레싱하는 데 필요하다는 이점을 갖는다. 매트릭스 어레이 소자(100)의 구성은 오로지 하나의 추가적인 도전체만을 필요로 한다는 사실에 의해 유리해지는데, 이것은 특히 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)가 디스플레이 장치일 경우에 관련되고, 여기에서 매트릭스 어레이 소자(100)의 복잡성의 감소는 전형적으로 향상된 디스플레이 특성을 초래한다.
도 9는 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)를 포함하는 전자 장치(500)를 도시한다. 오로지 명확성을 위해서 매트릭스 어레이 소자(100)의 내부를 생략하였다. 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)는 오로지 한정적이지 않은 예로서 복수의 인에이블 도전체(42)를 포함하고, 상술된 도면 내에 개시된 실시예를 구현하기 위해 필요한 추가적인 도전체의 세트가 제공될 수도 있다. 필수적이지는 않지만 전형적으로, 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)는 디스플레이 장치이고, 전자 장치(500)는 모니터, 텔레비전, 랩탑 컴퓨터, PDA(personal digital assistant), 이동 전화기 또는 유사한 타입의 장치일 수 있다.
전자 장치(500)는 구동 회로(20) 및 추가의 구동 회로(30)에 전력을 공급하는 전원(520)을 포함한다. 구동 회로(20) 및 추가의 구동 회로(30)는 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 필수적 부분이거나, 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 기법이 아닌 다른 기법으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(500)가 대기 모드로 스위칭되고, 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)가 앞서 상술된 리프레시 모드로 진입할 때 구동 회로(20) 및 추가의 구동 회로(30)의 전력 소모가 크게 감소될 수 있기 때문에, 전자 장치(500)는 본 발명의 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 존재에 의해 이점을 갖는다. 이것은 배터리 전력 공급형 전자 장치(500)의 경우에 특히 유리한데, 왜냐하면 이러한 장치는 배터리의 수명을 연장시키기 위해서 소정 형태의 대기 모드로 정기적으로 스위칭되기 때문이다. 사실상, 배터리 수명은 이러한 전자 장치의 주요한 제품 품질이고, 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)를 포함하면 이러한 이유에 의해 전자 장치(500)의 시장성이 증대된다.
상술된 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아니라 예시하는 것이고, 당업자라면 첨부된 청구항의 범주를 벗어나지 않으면서 다른 여러 실시예를 설계할 수 있을 것임을 인식할 것이다. 청구항 내에서, 괄호가 씌워진 참조 부호는 청구항을 한정하는 것으로 고려되어서는 안 된다. "포함한다"라는 단어는 청구항 내에 열거된 것 이외의 소자 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 단수로 표현된 구성 요소는 이러한 복수의 소자가 존재하는 것을 배제하지 않는다. 본 발명은 여러 개의 분리된 소자를 포함하는 하드웨어를 이용하여 구현될 수 있다. 여러 개의 수단을 열거하는 장치항에서, 여러 개의 이러한 수단은 하드웨어의 동일 항목에 포함될 수 있다. 소정의 수단이 서로 상이한 종속항에서 언급되었다는 사실만으로 그러한 수단의 조합이 유리하게 이용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.

Claims (10)

  1. 액티브 매트릭스 어레이 장치(active matrix array device)(10)로서,
    복수의 충전 도전체(charging conductors)(32)와,
    상기 복수의 충전 도전체(32)를 교차하는 복수의 어드레싱 도전체(addressing conductors)(22)와,
    연관된 어드레싱 도전체(22)에 결합된 제어 단자 및 연관된 충전 도전체(32)에 결합된 데이터 단자를 포함하는 제 1 스위치(110)를 각각 포함하는 복수의 매트릭스 어레이 소자(100)를 포함하고,
    각각의 상기 매트릭스 어레이 소자(100)는,
    상기 제 1 스위치(110)의 다른 데이터 단자에 결합된 제 1 용량성 장치(capacitive device)(120)와,
    인에이블 신호(enable signal)에 응답하는 제어 단자를 포함하는 제 2 스위치(112)를 통해 상기 제 1 용량성 장치(120)에 결합되고, 상기 제 1 용량성 장치(120)보다 작은 캐패시턴스를 갖는 제 2 용량성 장치(130)와,
    상기 제 1 용량성 장치(120)와 전위원(potential source) 사이에 결합되고, 상기 제 2 용량성 장치(130)에 결합된 제어 단자를 갖는 제 3 스위치(114)와,
    상기 제 1 용량성 장치(120)와 상기 전위원 사이에 결합되고, 다른 인에이블 신호에 응답하는 제어 단자를 갖는 제 4 스위치(116)를 더 포함하며,
    상기 제 3 스위치(114)는 상기 제 1 용량성 장치(120)와 상기 제 4 스위치(116) 사이에 결합되고,
    상기 제 2 용량성 장치(130)는 제 1 서브-디바이스(sub-device)(132) 및 제 2 서브-디바이스(134)를 포함하고,
    상기 제 1 서브-디바이스(132)는 상기 인에이블 신호를 제공하기 위해 인에이블 도전체(42)에 결합된 제 1 단자와, 상기 제 2 스위치(112)의 데이터 단자에 결합된 제 2 단자를 포함하고,
    상기 제 2 서브-디바이스는 상기 제 2 스위치(112)의 상기 데이터 단자에 결합된 제 1 단자와, 상기 다른 인에이블 신호를 제공하기 위해 다른 인에이블 도전체(62)에 결합된 제 2 단자를 포함하는
    액티브 매트릭스 어레이 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 스위치(116)는 상기 제 1 용량성 장치(120)와 상기 제 3 스위치(114) 사이에 결합되는
    액티브 매트릭스 어레이 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전위원은 상기 연관된 충전 도전체(32)를 통해 제공되는
    액티브 매트릭스 어레이 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 매트릭스 어레이 소자(100)는 제 5 스위치(118)를 더 포함하고,
    상기 제 5 스위치(118)는,
    판독-인에이블 신호(read-enable signal)에 응답하는 제어 단자와,
    상기 제 3 스위치(114)와 상기 제 4 스위치(116) 사이에 결합된 제 1 데이터 단자와,
    판독 도전체(read-out conductor)에 결합된 다른 데이터 단자를 포함하는
    액티브 매트릭스 어레이 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 스위치(112)는 상기 제 4 스위치(116)와는 상이한 채널 타입을 갖고,
    상기 제 2 스위치(112)의 상기 제어 단자 및 상기 제 4 스위치(116)의 상기 제어 단자는 공통 도전체(common conductor)(42)에 결합되는
    액티브 매트릭스 어레이 장치.
  9. 전자 장치(500)로서,
    액티브 매트릭스 어레이 장치(10), 구동 회로(20), 추가의 구동 회로(30) 및 전원(52)을 포함하고,
    상기 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)는,
    복수의 충전 도전체(32)와,
    상기 복수의 충전 도전체(32)를 교차하는 복수의 어드레싱 도전체(22)와,
    연관된 어드레싱 도전체(22)에 결합된 제어 단자 및 연관된 충전 도전체(32)에 결합된 데이터 단자를 포함하는 제 1 스위치(110)를 각각 포함하는 복수의 매트릭스 어레이 소자(100)를 포함하며,
    각각의 상기 매트릭스 어레이 소자(100)는,
    상기 제 1 스위치(110)의 다른 데이터 단자에 결합된 제 1 용량성 장치(120)와,
    인에이블 신호에 응답하는 제어 단자를 포함하는 제 2 스위치(112)를 통해 상기 제 1 용량성 장치(120)에 결합되고, 상기 제 1 용량성 장치(120)보다 작은 캐패시턴스를 갖는 제 2 용량성 장치(130)와,
    상기 제 1 용량성 장치(120)와 전위원 사이에 결합되고, 상기 제 2 용량성 장치(130)에 결합된 제어 단자를 갖는 제 3 스위치(114)와,
    상기 제 1 용량성 장치(120)와 상기 전위원 사이에 결합되고, 다른 인에이블 신호에 응답하는 제어 단자를 갖는 제 4 스위치(116)를 더 포함하며,
    상기 제 3 스위치(114)는 상기 제 1 용량성 장치(120)와 상기 제 4 스위치(116) 사이에 결합되고,
    상기 제 2 용량성 장치(130)는 제 1 서브-디바이스(sub-device)(132) 및 제 2 서브-디바이스(134)를 포함하고,
    상기 제 1 서브-디바이스(132)는 상기 인에이블 신호를 제공하기 위해 인에이블 도전체(42)에 결합된 제 1 단자와, 상기 제 2 스위치(112)의 데이터 단자에 결합된 제 2 단자를 포함하고,
    상기 제 2 서브-디바이스는 상기 제 2 스위치(112)의 상기 데이터 단자에 결합된 제 1 단자와, 상기 다른 인에이블 신호를 제공하기 위해 다른 인에이블 도전체(62)에 결합된 제 2 단자를 포함하며,
    상기 구동 회로(20)는 상기 복수의 어드레싱 도전체(22) 상으로 복수의 신호를 구동하며,
    상기 추가의 구동 회로(30)는 상기 복수의 어드레싱 도전체(32) 상으로 복수의 추가 신호를 구동하고,
    상기 전원(52)은 상기 구동 회로(20) 및 상기 추가의 구동 회로(30)에 전력을 인가하는
    전자 장치.
  10. 청구항 제 1 항에 따른 상기 액티브 매트릭스 어레이 장치(10)의 작동 방법으로서,
    매트릭스 어레이 소자(100)의 상기 제 1 용량성 장치(120) 양단의 제 1 전압을 저장하는 단계와,
    상기 매트릭스 소자(100)의 상기 제 2 용량성 장치(130) 양단의 상기 제 1 전압을 저장하는 단계와,
    상기 매트릭스 어레이 소자(100)의 상기 제 1 용량성 장치(120) 양단의 상기 제 1 전압을 제 2 전압으로 대체하는 단계와,
    상기 제 2 용량성 장치(130) 양단의 저장된 상기 제 1 전압의 크기에 따라서, 상기 제 1 용량성 장치(120) 양단의 상기 제 2 전압을 제 3 전압으로 대체하도록 상기 제 1 용량성 장치(120)와 전위원 사이의 전류 경로(current path)를 인에이블하는 단계를 포함하는
    액티브 매트릭스 어레이 장치의 작동 방법.
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