KR101104260B1 - 컬러 디스플레이, 컬러 이미지 디스플레이 방법 - Google Patents

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Abstract

컬러 디스플레이는 발광 픽셀의 어레이 -각 픽셀은 상이한 컬러의 빛을 방출하는 복수의 컬러 발광 소자와 백색광을 방출하는 적어도 하나의 추가 발광 소자를 갖되, 추가 발광 소자의 전력 효율은 컬러 발광 소자 중 적어도 하나의 전력 효율보다 높음- 와, 휘도 제어 신호를 생성하는 수단과, 백색 발광 소자(들)를 구동시키는 백색 디스플레이 신호를 생성하도록 컬러 디스플레이 신호와 휘도 제어 신호에 응답하는 수단을 포함한다.

Description

컬러 디스플레이, 컬러 이미지 디스플레이 방법{COLOR DISPLAY WITH WHITE LIGHT EMITTING ELEMENTS}
본 발명은 컬러 디스플레이에 관한 것으로, 보다 구체적으로 백색 발광 소자를 포함하는 컬러 디스플레이에 관한 것이다.
주변 환경의 조도가 상당히 낮은 경우에 발광 디스플레이는 명암 대비(contrast)가 상당히 밝고 높은 이미지를 제공한다. 예컨대 햇빛에 있는 것처럼 주변 조도가 높을 경우, 이 주변 조도가 디스플레이로부터 반사되어 디스플레이의 명암 대비를 감소시키므로 디스플레이의 명암 대비는 훨씬 낮아질 수 있다.
예컨대 디스플레이를 더 밝게함으로써, 디스플레이의 주변 조도를 어느 정도까지는 조절할 수 있다. 주변 조도를 감지하고 디스플레이를 밝게하는 기술은, 예를 들어 Cok 등이 발명하여 2001년 11월 20일 등록된 미국 특허 제 6,320,325 호에 공지되어 있다. 그러나, 특히 디스플레이가 점점 더 밝아질수록 발광 물질의 노화가 보다 빠르게 진행되는 OLED 디스플레이의 경우에, 디스플레이에 대한 전력을 단순히 증가시키는 것에는 문제가 있다. 그러나, 이러한 디자인은 개선된 효율에 대 한 요구에 부응하지 않는다.
전력 효율 및 명암 대비는 언제나 바람직하지만, 비효율적인 디스플레이가 전원이 재충전될 때까지 사용될 수 있는 장치의 사용 시간을 제한하므로, 휴대용 애플리케이션에서 특히 바람직하다. 실제로, 어떤 애플리케이션에서는 전력 소비율이 가시성을 제외한 어떤 디스플레이 특성보다 더 중요할 수 있다.
그러므로, 전력 효율 및 명암 대비가 향상된 개선된 디스플레이가 필요하다.
이러한 필요성은 발광 픽셀의 어레이 -각 픽셀은 상이한 컬러의 빛을 방출하는 복수의 컬러 발광 소자와 백색광을 방출하는 적어도 하나의 추가 발광 소자를 갖되, 추가 발광 소자의 전력 효율은 컬러 발광 소자 중 적어도 하나의 전력 효율보다 높음- 와, 휘도 제어 신호를 생성하는 수단과, 백색 발광 소자(들)를 구동시키는 백색 디스플레이 신호를 생성하도록 컬러 디스플레이 신호와 휘도 제어 신호에 응답하는 수단을 포함하는 컬러 디스플레이를 제공함으로써 본 발명에 따라서 만족된다.
본 발명의 장점은 전력 효율과 명암 대비가 개선된 컬러 디스플레이 장치를 제공한다는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이의 픽셀 내의 발광 소자의 배열을 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이의 픽셀 내의 발광 소자의 변형 배열을 도시하는 개략도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 디스플레이 출력과 주변 조도 간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이의 픽셀 내의 발광 소자의 다른 변형 배열을 도시하는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이의 픽셀 내의 발광 소자의 또 다른 변형 배열을 도시하는 개략도이다.
도 1에 있어서, 본 발명에 따른 발광 디스플레이 장치(10)는 색상 영역(gamut)을 정의하는 컬러 발광 소자와 추가 백색 발광 소자로 구성된 픽셀(16) 의 어레이(14)를 갖는 디스플레이(12)를 포함한다. 본 명세서에 정의된 것처럼, 백색광은 컬러 발광 소자에 의해 방출되는 광색에 의해 정의되는 색상 영역에 포함되는 임의의 광색을 의미한다. 디스플레이(12)는 디스플레이(12) 상에 입사하는 주변 조도를 감지하는 센서(18)를 포함한다. 센서(18)는 픽셀(16) 내의 백색 발광 소자를 구동시키는 백색 디스플레이 신호(24)를 생성하도록 휘도 제어 신호(20)와 컬러 디스플레이 신호(26)에 응답하는 회로(22)에 이 휘도 제어 신호를 공급한다. 종래의 방식에서는 픽셀(16) 내의 컬러 발광 소자를 구동시키기 위해 컬러 디스플레이 신호(26)를 이용한다. 간략화한 실시예에서, 휘도 제어 신호를 생성하는 수단(센서 18)은 디스플레이의 휘도를 변경하기 위해 사용자가 조절하는 놉(knob) 또는 슬라이더(slider)와 같은 수동 제어 조정으로 대체될 수 있다.
도 2에 있어서, 어레이(14)의 각 픽셀(16)은 색상 범위를 정의하는 적색(30), 녹색(32), 청색(34) 소자와 같은 복수의 컬러 발광 소자와 이들 컬러 발광 소자보다 더 높은 효율을 갖는 추가 백색 발광 소자(36)를 포함한다.
동작 시, 디스플레이 장치(10)는 예컨대, 디스플레이(12) 상의 이미지와 같은 디스플레이 정보에 따라 컬러 발광 소자(30,32,34)를 구동시키는 컬러 디스플레이 신호(26)에 응답한다. 센서(18)는 디스플레이(12) 상의 주변 광 조도를 검출하여 백색 디스플레이 신호 발생 회로(22)에 접속되는 휘도 제어 신호(20)를 생성한다. 백색 디스플레이 신호 발생 회로(22)는 색상 영역 내의 추가 백색 발광 소자(36)를 구동시키는 백색 디스플레이 신호(24)를 생성한다. 그러므로, 주변 조도가 더 밝아짐에 따라, 디스플레이의 채도는 감소하지만 디스플레이의 휘도는 증가한다. 색상 영역 내의 추가 백색 발광 소자(36)는 컬러 발광 소자(30 내지 34) 중 적어도 하나보다 효율적이다. 그러므로, 주변 조도가 증가함에 따라서, 추가 백색 발광 소자(36)에 의해 출력되는 광이 증가하므로 디스플레이의 전체적인 상대 효율 및 휘도는 증가할 것이다. 컬러 발광기보다 효율이 높은 백색 발광기는 종래 기술에 알려져 있다.
회로(22)가 생성하는 백색 디스플레이 신호는 휘도 제어 신호(20)를 컬러 디 스플레이 신호와 혼합하기에 적합한 형태로 변환하는 상당히 단순한 회로가 될 수 있다. 예컨대, 휘도 제어 신호(20)는 디스플레이(12)와 호환성이 있는 디지털 혹은 아날로그 신호로 변환되고 감지되는 전압 또는 전류 값이 될 수 있다. 디스플레이 제어기(28)는 R,G,B 컬러 신호와 같은 종래 컬러 이미지 신호(29)를 수신하고 디스플레이(12)에 제공되는 타이밍 및 제어 신호를 제공한다.
예컨대, 백색 디스플레이 신호(W)는 다음과 같이 형성될 수 있다.
W=(R+G+B)/C*F(a) (1)
여기서, C는 실험적으로 결정된 상수이고, F(a)는 휘도 제어 신호의 함수로서, 간단하게 상수와 휘도 제어 신호의 곱이 되거나 이하에 설명되는 다양한 형태를 이용할 수 있다. 이들 함수는 종래 기술에 알려진 것처럼 룩 업 테이블 또는 사용 중인 증폭기에 의해 구현될 수 있다.
이 디자인은 상당히 단순한 구현이 가능하다는 장점이 있다. 주변 조도 센서(18)는 디스플레이(12)의 외부에 존재하거나 픽셀(16)을 갖는 공통 기판상에 집적될 수 있다. 백색 디스플레이 신호 발생 회로(22)도 동일한 기판상에 집적될 수 있다. 이와 달리, 백색 디스플레이 신호 발생 회로(22)는 디스플레이 제어기(28)를 갖는 개별 회로에 집적될 수 있다. 공통 기판상에서의 픽셀 소자, 센서 및 회로 소자의 집적은 디스플레이 산업에서 나타난 특성으로 잘 알려져 있다.
추가 발광 소자(36)를 구동시키는 신호(24)와 피드백 신호(20) 사이에서 발생할 수 있는 다양한 관계가 존재한다. 단순 단조 관계가 가장 적합하지만, 선형 적일 필요는 없다. 예컨대, 추가 발광 소자(36)를 구동시키는 신호(24)는 150cd/m2 미만의 주변 조도에 해당하는 모든 주변 피드백 신호에 비해 상당히 낮을 수 있다. 이는 어두운 조건에서 최적인 컬러 채도를 제공한다. 주변 조도가 이 이상으로 증가하면 디스플레이 휘도는 훨씬 더 중요한 요인이 되고, 추가 발광 신호로 인한 디스플레이 출력은 더 밝은 디스플레이를 제공하기 위해 훨씬 빨리 증대될 수 있다. 도 4a에 주변 조도와 추가 발광 소자 휘도 간의 선형 관계가 도시되었다. 도 4b는 상술한 비선형 함수를 도시한다. 이 개념은 추가 발광 신호로 인한 추가 출력이 디스플레이 상에 입사되는 주변 조도가 증가함에 따라 비교적 일정하게 유지된 후, 빠르게 증가하는 도 4c에 도시된 것처럼 복수 위상으로까지 확장될 수 있다.
본 발명의 범위 내에서 다양한 픽셀 배치와 형상을 고려할 수 있다. 예컨대, 도 2는 2×2 또는 "정사각형" 배열을 도시한다. 또는, 발광 소자(30 내지 36)는 도 3에 도시되고 종래 기술에 알려져 있는 것처럼, 줄 모양으로 배치될 수 있다. 다른 발광 소자 형상으로 도 5에 도시된 직사각형 이외의 형상도 사용할 수 있다. 도 6에 도시된 것처럼 발광 소자에 따라 상이한 크기를 갖는 것도 가능하다. 여러 가지로 상이한 컬러 발광기의 효율 및 노화 특성이 상이하다는 것은 잘 알려져 있다. 이는 디스플레이가 사용됨에 따라 시간에 대한 디스플레이 효율 및 컬러가 변화하는 결과를 초래할 수 있다. 상이한 크기의 발광 소자(30 내지 36)를 사용함으로써, 이들 문제점을 어느 정도 해결할 수 있다.
채도가 감소함에 따라 디스플레이의 표준 백색광(white point)은 일정하게 유지된다는 점도 중요하다. 이는 백색 발광 소자(36)가 디스플레이의 표준 백색광과 동일한 표준 백색광으로 발광한다는 점을 보장함으로써 보다 쉽게 달성될 수 있다.
본 발명에 따라서, 추가 백색 발광 소자는 적색 또는 청색 소자보다 뛰어난 휘도 출력을 제공할 수 있다. 녹색 소자도 적색 또는 청색 소자보다 뛰어난 휘도 출력을 제공한다고 알려져 있다. 따라서, 디스플레이를 가로질러 맞은편에 공간적으로 균일한 방법으로 픽셀 내에 추가 백색 소자와 녹색 소자를 배치함으로써, 이미지 품질이 향상된다.
본 발명은 대부분의 OLED와 픽셀 당 4개의 OLED를 포함하는 back lit LCD 장치 구조에 사용될 수 있다. 이들은 픽셀을 형성하도록 애노드와 캐소드의 직교 어레이를 갖는 수동 매트릭스 디스플레이 및 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT:thin film transistor)로 각 픽셀이 독립적으로 제어되는 능동 매트릭스 디스플레이와 같은 다수의 복잡한 장치에 비하여 OLED 마다 개별적인 애노드와 캐소드를 포함하는 상당히 단순한 구조를 갖는다. 본 발명은 종래 기술에 알려진 상부 발광 OLED 장치 또는 하부 발광 OLED 장치에 이용될 수 있다.
상이한 컬러 발광 소자는 백색 발광 소자의 어레이를 제공하는 OLED 물질의 균일한 백색 발광 층 및 본 발명의 컬러 발광 소자를 제공하기 위해 백색 발광 소자를 오버레이(overlay)하는 컬러 필터의 어레이에 의해 제공될 수 있다. 이러한 구현에서, 추가 소자의 효율은 필터가 존재하지 않거나 광대역 스펙트럼 필터가 추가 소자 위에 제공되면, 색상 영역 정의 소자의 효율보다 훨씬 뛰어날 것이다. 단일 OLED 물질이 사용되지만, 소자를 다양하게 사용하는 것은 소자의 노화를 변화시 키는 원인이 될 수 있다.
이와 달리 복수의 컬러를 제공하기 위해 도핑되는 다수의 상이한 OLED 물질은 상이한 컬러 발광 소자를 구성하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 적색(30), 녹색(32), 청색(34) 및 백색(36) OLED는 상이한 컬러의 OLED를 제조하기 위해 도핑되는 상이한 OLED 물질로 이루어져 있다. 이러한 다른 구현에서, 상이한 컬러를 제조하기 위해 도핑되는 물질로 형성되는 OLED는 현저하게 다른 휘도 효율을 가질 수 있으므로, 전력 효율이 최저인 OLED의 색도 좌표 쪽으로 치우친 색도 좌표를 갖는 백색 OLED를 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 백색 OLED의 색도 좌표를 선택함으로써, 채도 감소와 백색 OLED의 출력 증가에 따라 디스플레이 표준 백색광의 이동만큼 전체 전력 사용량은 감소할 수 있다.
상술한 실시예에서, 추가 소자는 색상 영역 소자 중 적어도 하나보다 상당히 훨씬 효율적이므로, 추가 소자를 구동시키는 데 필요한 전류 밀도나 전력이 적어도 하나의 색상 영역 소자(들)보다 현저하게 낮다는 점에 주목해야한다. 또한 발광 소자를 생성하는 데 사용되는 물질의 시간에 대한 휘도 안정도는 전형적으로, 높은 전류 밀도로 구동될 때보다 물질의 시간에 대한 휘도 안정도가 훨씬 떨어지는 상당히 비선형적인 함수를 통해 소자를 구동시키는 데 사용되는 전류 밀도와 관련이 있다는 점에도 주목해야 한다.
다양한 애플리케이션에 대한 디스플레이 장치를 최적화하기 위해, 상이한 크기의 소자를 사용할 수 있다. 본 발명자에 의해 수행된 연구는 포화된 컬러가 이미지 또는 그래픽 애플리케이션에서 거의 발견되지 않는다는 것을 보여준다. 따라 서, 디스플레이의 효율은 색상 영역 정의 소자 대신에 추가 소자를 사용함으로써 개선될 수 있다. 또한, 전형적인 애플리케이션에서 추가 소자를 상당히 많이 사용하므로, 추가 소자 내의 전류 밀도를 감소시키기 위해 추가 소자의 크기를 증가시키는 것이 유용하다. 현재 사용 중인 전형적인 OLED 물질은 추가 소자와 녹색 소자에 대해 상대적으로 높은 효율을 가지며, 적색 및 청색 소자에 대해 상대적으로 낮은 효율을 갖는다. 그러므로, 본 발명에 따라 최적화된 디스플레이는 상대적으로 큰 적색, 청색, 추가 소자와 상대적으로 작은 녹색 소자를 가질 수 있다. 예컨대, 흑백 소자 사용이 지배적인 애플리케이션에서, 임의의 색상 영역 정의 소자보다 추가 백색 OLED 소자가 훨씬 많이 사용될 것이므로, 추가 소자의 노화와 전류 밀도를 감소시키도록 크기를 증가시킬 수 있다. 텍스트 및 그래픽 기반 애플리케이션은 전형적으로 이러한 유형이다.
상술한 이러한 배열의 예를 도 6에 도시하되, 녹색 발광 소자(32)는 추가 소자(36)보다 상대적으로 작고, 적색 및 청색 소자(30,34)는 추가 소자보다 상대적으로 크다. 적색 및 청색 소자(30,34)는 상대적으로 낮은 그들의 효율을 보상하기 위해 가장 크고, 추가 소자(36)는 전형적인 애플리케이션에서 불포화 컬러의 높은 사용량을 조절하기 위해 녹색 소자(32)보다 크다. 적색 및 청색 소자에 대한 추가 소자의 상대적인 크기는 그들의 상대적인 효율과 예상 사용량을 보상하기 위해 조정될 수 있다.

Claims (36)

  1. a) 발광 픽셀의 어레이 -각 픽셀은 상이한 컬러의 빛을 방출하는 복수의 컬러 발광 소자와 백색광을 방출하는 적어도 하나의 추가 발광 소자를 갖되, 상기 추가 발광 소자의 전력 효율은 상기 컬러 발광 소자 중 적어도 하나의 컬러 발광 소자의 전력 효율보다 높음- 와,
    b) 휘도 제어 신호를 생성하는 수단과,
    c) 컬러 디스플레이 신호와 상기 휘도 제어 신호에 응답하여 상기 백색 발광 소자(들)를 구동시키는 백색 디스플레이 신호를 생성하는 수단을 포함하고,
    상기 각 픽셀은 3개의 컬러 발광 소자와 1개의 백색 발광 소자를 포함하는
    컬러 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 휘도 제어 신호를 생성하는 수단은 주변 조도를 감지하기 위해 배치된 포토센서(photosensor)를 포함하는
    컬러 디스플레이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 휘도 제어 신호를 생성하는 수단은 조작자가 제어하는 입력 장치를 포 함하는
    컬러 디스플레이.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 백색 디스플레이 신호를 생성하는 수단은 하나 이상의 룩 업 테이블을 포함하는
    컬러 디스플레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러 발광 소자는 적색광, 녹색광 및 청색광을 생성하는
    컬러 디스플레이.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 백색광을 방출하는 추가 발광 소자는 상기 컬러 발광 소자 중 어느 것보다도 큰
    컬러 디스플레이.
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  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 포토센서와 상기 발광 소자는 공통 기판상에 형성되는
    컬러 디스플레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 백색 디스플레이 신호를 생성하는 수단도 상기 공통 기판상에 형성되는
    컬러 디스플레이.
  10. 청구항 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 따른 컬러 디스플레이 상에 컬러 이미지를 디스플레이하는 방법으로서,
    a) 발광 픽셀의 어레이를 제공하는 단계 -각 픽셀은 상이한 컬러의 빛을 방출하는 복수의 컬러 발광 소자와 백색광을 방출하는 적어도 하나의 추가 발광 소자를 갖되, 상기 추가 발광 소자의 전력 효율은 상기 컬러 발광 소자 중 적어도 하나의 전력 효율보다 높음- 와,
    b) 휘도 제어 신호를 생성하는 단계와,
    c) 컬러 디스플레이 신호와 상기 휘도 제어 신호에 응답하여 백색 디스플레이 신호를 생성하는 단계와,
    d) 상기 백색 디스플레이 신호로 상기 백색 발광 소자(들)를 구동시키고, 상기 컬러 디스플레이 신호로 상기 컬러 발광 소자들을 구동시키는 단계를 포함하는
    컬러 이미지 디스플레이 방법.
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