KR101462695B1 - Active matrix display and mehtod - Google Patents
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Abstract
액티브 매트릭스 디스플레이는 열 데이터 라인 및 평행하는 열 전류 라인을 포함하는 적어도 하나의 데이터 드라이버 회로; 상기 열 데이터 라인 및 상기 평행한 열 전류 라인에 모두 직렬로 접속되며, 열 데이터 라인 전압에 응답하는 적어도 하나의 픽셀을 포함하여 상기 적어도 하나의 픽셀로의 선택된 픽셀 전류를 구동하는 복수의 픽셀; 및 상기 열의 선두에 그리고 상기 복수의 픽셀의 외부에 있으며, 전류 라인의 입력 열 전류과 전류 라인 상의 로드 드로잉(load drawing)의 전압 간의 전압 차이를 감지하고 상기 차이에 따라 상기 데이터 프로그래밍 전압을 조절한다.The active matrix display includes at least one data driver circuit including a column data line and a parallel column current line; A plurality of pixels connected in series to the column data line and the parallel column current line, each pixel including at least one pixel responsive to a column data line voltage to drive a selected pixel current to the at least one pixel; And a voltage difference between the input heat current of the current line and the voltage of the load drawing on the current line at the head of the column and outside the plurality of pixels and adjusts the data programming voltage according to the difference.
액티브 매트릭스 디스플레이, 전압, 전류, 픽셀, OLED, 트랜지스터 Active matrix display, voltage, current, pixel, OLED, transistor
Description
본 발명은 액티브 매트릭스 디스플레이 및 이 디스플레이를 구동하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an active matrix display and a method of driving the display.
액티브 매트릭스 디스플레이는 픽셀(pixels)이라 칭하는 다수의 발광 유닛으로 형성되어 있다. 각 픽셀은 발광 다이오드를 제어하는 전자 회로를 포함한다. 픽셀들은 행과 열의 어레이(array)로 배치되어 디스플레이를 형성한다. 동작 중에, 어레이의 각 필셀은 광 레벨(light level)로 변환되는 갱신(updating)되는 데이터 값으로 순차 프로그래밍(programming)된다.The active matrix display is formed of a plurality of light emitting units called pixels. Each pixel includes an electronic circuit for controlling the light emitting diode. The pixels are arranged in an array of rows and columns to form a display. During operation, each pixel of the array is programmed sequentially with updated data values that are converted to light levels.
통상적인 2-TFT 픽셀에서, 외부적으로는 광도를 결정하는 데이터 값이 전압의 형태로 제공된다. 전압은 픽셀 회로에 의해 유기 발광 다이오드(OLED)를 향하는 전류로 변환된다. 전류량은 다이오드의 발광량을 결정한다. OLED가 프로그래밍되면, 박막 트랜지스터(TFT)는 프로그램 라인으로부터 데이터 값 전압을 전압원에서 OLED로 흐르는 전류를 조절(regulate)하는 다른 트랜지스터의 게이트로 전달한다.In a typical 2-TFT pixel, a data value externally determining brightness is provided in the form of voltage. The voltage is converted by the pixel circuit into a current directed to the organic light emitting diode (OLED). The amount of current determines the amount of light emitted by the diode. When the OLED is programmed, the thin film transistor (TFT) transfers the data value voltage from the program line to the gate of the other transistor, which regulates the current flowing from the voltage source to the OLED.
전류 규제용 트랜지스터를 통해 흐르는 전류는 그 트랜지스터의 게이트에서의 전압에 의존한다. 트랜지스터 재료 속성과 같은 요소(factor)는 트랜지스터를 통해 흐르는 전류에 직접적인 영향을 미친다. 트랜지스터 재료 속성 변화(variations)(불일치; mismatch)는 동일한 프로그래밍된 전압 레벨에 대한 전류가 2개의 서로 다른 픽셀들에 대하여 서로 달라질 수 있다. 그렇다면 이는 광 출력을 다르게 할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 갯수가 늘어난 트랜지스터와 컨트롤 라인(control lines)을 구비한 다양한 픽셀 설계들이 제안되어 왔다. 그러나, 이들 설계는 출력량(yield)과 개구율(aperture ratio)이 줄어드는 복잡한 구조이다.The current flowing through the current regulating transistor depends on the voltage at the gate of the transistor. Factors such as transistor material properties have a direct effect on the current flowing through the transistor. Transistor material property variations (mismatch) can cause the current for the same programmed voltage level to be different for two different pixels. If so, it can make the light output different. In order to solve this problem, various pixel designs having transistors and control lines of increased number have been proposed. However, these designs are complex structures with reduced yield and aperture ratio.
최소한의 트랜지스터를 이용하고 복잡한 픽셀 회로 설계(circuitry)를 피하며, 빠르게 프로그래밍가능한 개선된 출력 균일성(uniformity)을 갖는 픽셀 드라이버를 포함하는 액티브 매트릭스 디스플레이가 필요하다.There is a need for an active matrix display that includes a pixel driver that uses minimal transistors, avoids complicated pixel circuitry, and has fast programmability and improved output uniformity.
본 발명은 디스플레이 픽셀의 복잡도를 증가시키지 않고도 높은 수준의 균일성을 제공하는 디스플레이 드라이버 제어 회로를 구비한 액티브 매트릭스 디스플레이를 제공한다.The present invention provides an active matrix display with display driver control circuitry that provides a high level of uniformity without increasing the complexity of the display pixels.
본 발명은 복수의 픽셀 및 상기 픽셀에 대한 데이터 라인, 선택 라인 및 전류 라인 - 적어도 하나의 픽셀은 적어도 2개의 박막 트랜지스터, 캐패시터 및 발광 다이오드를 갖는 회로를 포함함 - , 및 전원 신호로부터 상기 디스플레이로 드로우된(drawn) 전류에 따라 상기 데이터 라인의 전압을 조절하는 상기 복수의 픽셀 외부의 회로를 포함하는 디스플레이로서 기술될 수 있다.The invention relates to a liquid crystal display comprising a plurality of pixels and a data line, a selection line and a current line for the pixel, wherein at least one pixel comprises a circuit having at least two thin film transistors, a capacitor and a light emitting diode, May be described as a display comprising circuitry outside the plurality of pixels that adjusts the voltage of the data line in accordance with a drawn current.
일 실시예에서, 본 발명은 열 데이터 라인 및 열 전류 라인을 포함하는 적어도 하나의 데이터 드라이버 회로, 상기 열 데이터 라인 및 상기 열 전류 라인에 모두 접속되며, 적어도 하나의 픽셀로의 픽셀 전류를 구동하기 위해 열 데이터 라인 전압에 응답하는 적어도 하나의 픽셀을 포함하는 복수의 픽셀, 및 상기 열 데이터 라인 및 열 전류 라인의 선두에 그리고 상기 복수의 픽셀의 외부에 있으며, 상기 구동된 픽셀 전류의 전압을 감지하고, 외부 기준 전류와 일치하도록 조절된 픽셀 전류의 전압을 프로그래밍하기 위해 열 데이터 라인 전압을 조절하는 루프백(loopback) 회로를 포함하는 액티브 매트릭스 디스플레이이다.In one embodiment, the present invention provides a method of driving a display device comprising at least one data driver circuit including a column data line and a column current line, a column driver connected to both the column data line and the column current line, A plurality of pixels including at least one pixel responsive to a column data line voltage and a plurality of pixels at the top of the column data line and the column current line and external to the plurality of pixels, And a loopback circuit that adjusts the column data line voltage to program the voltage of the pixel current adjusted to match the external reference current.
다른 실시예에서, 액티브 매트릭스 디스플레이를 구동하기 위한 방법은 상기 액티브 매트릭스 디스플레이로의 제1 전원 전류의 전압과 프로그래밍된 픽셀에 의해 드로우된 전류의 전압 간의 전압 차이를 감지하는 단계; 및 상기 차이에 따라 상기 디스플레이의 픽셀로의 데이터 프로그래밍 전압을 조절하는 단계를 포함하고, 상기 감지하는 단계 및 조절하는 단계는 상기 픽셀을 포함하는 픽셀들의 열의 선두에 그리고 상기 열의 픽셀들의 외부에 있는 루프백 제어 회로에 의해 행해진다.In another embodiment, a method for driving an active matrix display includes sensing a voltage difference between a voltage of a first supply current to the active matrix display and a voltage of a current drawn by the programmed pixel; And adjusting a data programming voltage to a pixel of the display in accordance with the difference, wherein the sensing and adjusting comprises: applying a voltage to the top of the row of pixels comprising the pixel and to a loopback Is performed by a control circuit.
다른 실시예에서, 액티브 매트릭스 디스플레이는 매트릭스 열 및 행으로 배치된 복수의 AMOLED 픽셀을 포함하고, 각각의 픽셀들의 열은 공통 전류 라인 및 공통 데이터 전압원에 접속되고 각 픽셀들의 행은 공통 선택 라인에 접속되며, 상기 픽셀 중 적어도 하나는 상기 열 전류 라인에 접속된 드레인/소스, 게이트 및 소스/드레인을 포함하는 전류 구동 트랜지스터, 상기 열 데이터 라인에 접속된 드레인/소스 및 상기 구동 트랜지스터의 게이트에 접속된 소스/드레인을 포함하는 어드레스 트랜지스터, 상기 어드레스 트랜지스터의 게이트에 접속된 선택 라인, 및 상기 전류 구동 트랜지스터의 상기 드레인/소스에 접속된 OLED를 포함하고, 상기 복수의 AMOLED 픽셀은 상기 열들 중 적어도 하나의 선두에 그리고 그 열의 복수의 픽셀의 외부에 있으며, 구동된 픽셀 전류의 전압을 감지하고, 외부 기준 전류와 일치하도록 조절된 픽셀 전류의 전압을 프로그래밍하기 위해 열 데이터 라인 전압을 조절하는 루프백 제어 회로에 접속된다.In another embodiment, the active matrix display comprises a plurality of AMOLED pixels arranged in matrix columns and rows, each row of pixels connected to a common current line and a common data voltage source, and a row of each pixel connected to a common select line Wherein at least one of the pixels has a drain / source connected to the column current line, a current driving transistor including a gate and a source / drain, a drain / source connected to the column data line, And an OLED connected to the drain / source of the current driving transistor, wherein the plurality of AMOLED pixels are coupled to at least one of the columns At the top and outside the plurality of pixels in the column, Sensing the voltage of the current, it is connected to the loop-back control circuit for controlling the column data line voltage to program a voltage of an adjusted pixel current to match an external reference current.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 적어도 하나의 열 데이터 라인, 적어도 하나의 평행한 열 전류 라인, 상기 적어도 하나의 열 데이터 라인 및 대응하는 평행한 열 전류 라인 둘 다에 직렬로 접속되고, 적어도 하나의 픽셀을 포함하는 복수의 픽셀 - 상기 적어도 하나의 픽셀은 상기 열 데이터 라인에 응답하여 상기 적어도 하나의 픽셀로 픽셀 전류를 구동(drive)함 - , 및 데이터 라인 및 전류 라인의 열의 선두에 그리고 상기 열의 복수의 픽셀의 외부에 있는 루프백(loopback) 제어 회로 - 상기 루프백 제어 회로는 제1 입력 데이터 전류의 전압과 상기 전류 라인을 드로잉하는 로드(load drawing)의 전압 간의 전압 차이를 감지하고 상기 차이에 따라 상기 입력 데이터 전류를 조절함 - 를 포함하는 데이터 드라이버 회로이다.In yet another embodiment, the present invention provides a semiconductor device comprising at least one column data line, at least one parallel column current line, at least one column data line, and a corresponding parallel column current line, Wherein the at least one pixel drives the pixel current to the at least one pixel in response to the column data line, and at least one of the data lines and the current line, Loopback control circuitry external to a plurality of columns of columns wherein the loopback control circuitry detects a voltage difference between a voltage of a first input data current and a voltage of a load drawing the current line, And adjusting the input data current accordingly.
다른 실시예에서, 액티브 매트릭스 디스플레이를 구동하기 위한 방법은 (A) 액티브 매트릭스 디스플레이에, 전원으로부터의 제1 프로그램 데이터 값을 나타내는 초기 전류를 샘플링하는 단계, (B) 제2 캐패시터 회로에 동일한 제1 프로그램 전압 데이터 값을 저장하고 선택된 픽셀 회로에 상기 제1 프로그램 전압 데이터 값을 적용하는 단계, (C) 픽셀 속성 변화의 결과로서 상기 적용된 제1 프로그램 전압 데이터 값으로부터 감소된 다음의 전압 데이터 값에 따라 전류를 드로잉하는 단계, (D) 상기 드로잉된 전류의 전압을 감지하고 이 전압을 상기 샘플링된 초기 전류 신호의 전압과 비교하는 단계, (E) 상기 비교에 따라 상기 제1 프로그램 전압 데이터 값을 상기 제2 캐패시터에서의 새로운 프로그램 전압 데이터 값으로 조절하는 단계, (F) 상기 선택된 픽셀에 상기 새로운 프로그램 전압 데이터 값을 적용하는 단계, 및 (G) 비교된, 저장된 프로그램 전압 데이터 값이 상기 샘플링된 초기 전류의 전압과 동일할 때까지 (B) 내지 (F)를 반복하는 단계를 포함한다.In another embodiment, a method for driving an active matrix display comprises the steps of: (A) sampling an active matrix display with an initial current indicative of a first program data value from a power supply; (B) Storing the program voltage data value and applying the first program voltage data value to a selected pixel circuit; (C) comparing the first program voltage data value with the next program voltage data value as a result of the pixel attribute change; (D) sensing a voltage of the drawn current and comparing the voltage with a voltage of the sampled initial current signal, (E) comparing the first program voltage data value with the voltage of the sampled initial current signal, Adjusting to a new program voltage data value in a second capacitor, (F) Applying the new program voltage data value, and (G) repeating (B) through (F) until the compared stored program voltage data value is equal to the sampled initial current voltage .
도 1은 디스플레이 회로의 개략도.1 is a schematic diagram of a display circuit;
도 2는 디스플레이 회로의 도식적인 예시를 도시하는 도면.Figure 2 shows a schematic illustration of a display circuit;
도 3은 디스플레이 회로의 개략도.3 is a schematic diagram of a display circuit;
도 4 및 도 5는 픽셀에서의 전류와 드라이버에서의 전류의 그래프.Figures 4 and 5 are graphs of the current in the pixel and the current in the driver.
도 6 및 도 8은 전류의 데이터와의 관계를 나타내는 그래프.Figs. 6 and 8 are graphs showing the relationship between the data and the current. Fig.
도 7 및 도 9는 전류 % 불일치의 데이터의 함수로서의 그래프.Figures 7 and 9 are graphs as a function of data of current% mismatch.
AMOLED 디스플레이의 밝기는 그 일부가 OLED 소자를 통하는 전류에 의존한다. AMOLED 소자의 각 픽셀 회로는 전압-프로그래밍된 픽셀에 대한 전류 트랜지스터에 전압을 인가함으로써 또는 전류-프로그래밍된 픽셀에 대하여 다르게 구헝된 회로 트랜지스터에 전류를 인가함으로써 설계된 전류를 구동하도록 프로그래밍된다.The brightness of the AMOLED display depends in part on the current through the OLED device. Each pixel circuit of the AMOLED element is programmed to drive a current designed by applying a voltage to a current transistor for a voltage-programmed pixel or by applying a current to a circuit transistor configured differently for a current-programmed pixel.
전압-프로그래밍된 디스플레이에서, 전압-전류 변환은 트랜지스터의 큰 신호 트랜스컨덕턴스(transconductance), 전류-출력의 전압-입력에 대한 비를 나타내는 양에 기초한다. OLED 소자 전류는 픽셀 회로 트랜지스터의 트랜스컨덕턴스에 따라 변한다. 트랜스컨덕턴스는 디스플레이에 걸쳐 변화하여, 디스플레이 내에 및 디스플레이들 간에(from display to display) 모두 불균일(nonuniformity)을 발생시킬 수 있는 트랜지스터 이동성(mobility) 등의 요소들에 의존한다. 또한, 전압 프로그래밍된 픽셀은 디스플레이 상에서 및 디스플레이들 간에서 또한 변화하는 트랜지스터 임계 전압에 대한 민감도(sensitivity)를 가질 수 있다.In a voltage-programmed display, the voltage-to-current conversion is based on the amount representing the ratio of the large signal transconductance of the transistor to the voltage-input of the current-output. The OLED device current varies with the transconductance of the pixel circuit transistor. The transconductance varies across the display and depends on factors such as transistor mobility that can cause nonuniformity both within the display and between the displays. In addition, the voltage programmed pixel may have a sensitivity to a varying transistor threshold voltage on the display and also between the displays.
본 발명은 액티브 매트릭스 후면(backplane)의 복잡성을 줄이고 더 복잡한 균일성 교정 메카니즘에 비하여 AMOLED 성능을 향상시키는 데이터 드라이버 회로에 관한 것이다. 드라이버는 프로그래밍 회로이거나 디스플레이를 제어하는 일련의 명령어이다. 일 실시예에서, 본 발명은 픽셀 트랜지스터 또는 제어 라인의 갯수를 늘릴 필요 없이 높은 수준의 균일성을 제공하는 2-TFT 픽셀용 데이터 드라이버를 제공한다. 데이터 드라이버는 복수의 열(columns)들에 대한 또는 각 열의 전류 라인 및 데이터 라인에 의해 형성된 피드백 루프 내에서 동작한다. 스위칭 회로는 개개의 픽셀 전류를 전류 라인의 열 전류의 나머지와 구별한다. 그 다음, 전류-감지 회로는 원하는 픽셀 전류 레벨에 도달할 때까지 데이터 라인을 충전하는 피드벡 루프를 제어한다.The present invention relates to a data driver circuit that reduces the complexity of the active matrix backplane and improves AMOLED performance over more complex uniformity correction mechanisms. A driver is a programming circuit or a set of instructions that controls the display. In one embodiment, the present invention provides a data driver for a 2-TFT pixel that provides a high level of uniformity without the need to increase the number of pixel transistors or control lines. The data driver operates within a feedback loop formed by a current line and a data line for a plurality of columns or for each column. The switching circuit distinguishes the individual pixel currents from the rest of the thermal current of the current lines. The current-sense circuit then controls the feedback loop to charge the data line until the desired pixel current level is reached.
본 발명의 특징은 한정적이지 않은 예로서 본 발명의 바람직한 실시예를 기술하는 도면 및 이하 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 도면에서는, 유사한 구조가 동일한 식별번호에 의해 식별된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The features of the invention will become more apparent from the following detailed description of the preferred embodiments of the invention, given by way of non-limiting example. In the figures, similar structures are identified by the same identification number.
도 1은 제안된 AMOLED 디스플레이 회로(10)의 개략도이다. 회로(10)는 매트릭스 어레이로서 배치된 복수의 픽셀(12)을 포함한다. 도 1은 수천개의 발광 픽셀(12)로 형성될 수 있는 AMOLED들을 단지 대표하는 것으로서 3X3 매트릭스를 나타낸다. 3X3 매트릭스는 열 A, B, 및 C와 행 R, S, 및 T를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 각 픽셀(12)은 픽셀 선택 라인(26)과, 한 쌍의 열 데이터 라인(16) 및 열 전류 라인(18)의 교차부(crossing) 사이에 제공된다. 각 픽셀(12)들은 발광 다이오드(14)를 제어하는 전자 회로를 포함한다.Figure 1 is a schematic diagram of the proposed
각 열은 데이터 라인(16) 및 전류 라인(18)을 포함하고 각 픽셀 회로는 트랜지스터 M1(20)과 트랜지스터 M2(22) 및 저장 캐패시터(24)를 포함한다. 트랜지스터(20 및 22)는 정보가 전압 형태로 지나갈 수 있게 하는 스위치로서, 또는 흐르는 전류의 양을 제어하는 가변 밸브(varible valve)로서의 2가지 방식으로 동작할 수 있는 3개의 단말 장치(게이트, 드레인 및 소스)이다. 각 픽셀(12)에서, 트랜지스터 M1(20)은 열 전류 라인(18)에 접속된 드레인/소스, 다이오드(14)에 연결된 소스/드레인 및 트랜지스터 M2(22)의 소스에 연결된 게이트를 구비한 전류 구동 트랜지스터이다. 어드레스 트랜지스터 M2(22)는 구동 트랜지스터 M1(20)의 게이트에 접속된 소스/드레인, 및 열 데이터 라인(16)에 접속된 드레인/소스를 구비한다. 어드레스 트랜지스터 M2(22)는 스위치로서 기능하고; 스위치가 ON일 때, 그 드레인 상의 전압이 소스를 지나가고(passed through to); 스위치가 OFF일 때는 어떤 전압도 전달될 수 없게 된다. 트랜지스터 M1(20)은 그 게이트의 상태에 의존하여 전류의 흐름을 제어할 수 있는 규제 벨브(regulating valve)로서 기능한다. 일반적으 로 규칙으로서, 트랜지스터 M1(20)의 게이트의 전압량은 이 장치를 통해 (소스로부터 드레인으로) 흐르는 전류를 결정한다.Each column includes a
픽셀 A,B, 또는 C의 열이 새로운 정보로 갱신될 때, 데이터 라인(16)은 전압 형태로 데이터 값을 제공한다. 이는 그 대응하는 데이터 값이 동시에 제공되는 행의 각 픽셀(12)에서 한번에 하나의 행씩 이루어진다. 전압은 트랜지스터 M1(20)에 의해 전류로 변환되고 전류 라인(18)에 의해 제공된다. 전류는 발광 다이오드에 전달되는데 전류의 양은 발광량을 결정한다. AMOLED로의 데이터는 한번에 한행씩 그 픽셀에 기입되지만, 다이오드들은 본질적으로 100% 듀티 싸이클(duty cycle)로 동작된다. 이는 트랜지스터(22)와 캐패시터(24)의 조합으로서 제공되는 픽셀마다 하나의 메모리 회로를 제공함으로써 수행된다.When the column of pixels A, B, or C is updated with new information, the
동작 중에, 선택 라인(26)이 픽셀(12)을 선택하도록 펄싱된(pulsed)다. 트랜지스터 M2(22)는 이 선택 라인(26) 펄스에 의해 활성화되어 ON 상태(position)로 전환된다(도 3에 도시). 통상적인 디스플레이에서, 선택된 픽셀이 프로그램 라인(16)을 통해 안정된 전압으로 충전될 때, 새로운 전류 I가 열 전류 라인(18)으로부터 드로우된다(drawn). 모든 다른 픽셀(12)이 선택되지 않은 상태(non-selected)이기 때문에, 새로운 전류 I는 선택된 픽셀을 통해 흐른다.During operation, the
트랜지스터를 통해 흐르는 전류는 그 게이트에서의 전압에 의존한다. 그러나, 픽셀들의 어레이를 형성하는 트랜지스터의 재료 속성들은 디스플레이 영역에 걸쳐 급격하게 변할 수 있다. 이들 요소들은 불균일 밝기 레벨을 발생시킨다. 따라서, 2개의 서로 다른 픽셀에 대한 광 출력은 동일하게 프로그래밍된 전압 레벨을 가지고도 달라질 것이다. 픽셀들의 속성의 변화(variations)는 장치 디스플레이 전반에 걸쳐(throughtout) 불일치를 발생시킬 수 있다.The current flowing through the transistor depends on the voltage at its gate. However, the material properties of the transistors that form the array of pixels may change abruptly across the display area. These factors produce non-uniform brightness levels. Thus, the light output for two different pixels will also vary with the same programmed voltage level. Variations in the properties of the pixels may cause a mismatch across through the device display.
본 발명은 디스플레이용 외부 컨트롤 회로를 제공한다. 이 컨트롤은 디스플레이 픽셀 복잡도를 늘리지 않고도 높은 수준의 균일성을 제공한다. 본 발명은 디스플레이가 높은 개구율을 가지도록(디스플레이를 더 밝게) 하고, OLED 구동 전압을 낮추며, 전력 소모를 낮추고, 출력량은 높이고 제조 단가는 낮춘다. 본 발명의 드라이버는 표준 IC로 구현되거나 활성 후면(active backplane)과 동일한 패널 상에 통합되어, 디스플레이 비용을 더 줄일 수 있다.The present invention provides an external control circuit for a display. This control provides a high level of uniformity without increasing display pixel complexity. The present invention lowers the display to have a high aperture ratio (brighter display), lower OLED driving voltage, lower power consumption, higher throughput and lower manufacturing costs. The driver of the present invention can be implemented in standard ICs or integrated on the same panel as the active backplane, further reducing display costs.
도 2는 내부 픽셀(12)과 결합하도록 배치된(poised) 본 발명의 외부 제어 회로(28)를 도식적으로 나타낸다. 픽셀(12)의 내부 회로는 트랜지스터(20 및 22) 및 발광 다이오드(14)를 포함한다. 외부 제어 회로(28)는 각 디스플레이 회로 열, 예를 들면, A의 선두에서 데이터 라인(16) 및 전류 라인(18)에 의해 형성된 피드백 루프 내에서 동작한다. 도 2 및 도 3에서, 외부 제어 회로(28)는 데이터 프로그래밍 모듈(32)과 결합된 소스/감지 모듈(30)을 포함한다.2 schematically illustrates an
동작 중에, 소스/감지 모듈(30)은 개개의 픽셀 전류를 전류 라인(18)의 열 전류의 나머지와 구별하고 목표(target) 레벨의 픽셀 전류를 얻도록 프로그래밍 모듈(32)을 제어하기 위하여 내부 피드백 루프를 제어한다. 전류 감지 및 제어가 픽셀(12) 내부가 아닌 드라이버 열의 선두(head)에서 수행되기 때문에, 픽셀 트랜지스터(20, 22)의 재료 불일치 특성(characteristics)은 불리한 요소가 아니다. 또한, 소정의 열의 모든 픽셀을 프로그래밍하는 데에 동일한 외부 컨트롤 회로(28)가 이용되기 때문에, 픽셀 전류 변화는 최소화된다.In operation, the source /
도 3은 본 발명에 따른, 외부 컨트롤 회로(28)를 포함하는 한 디스플레이의 개략적인 회로도이다. 본 명세서에서, "외부 컨트롤 회로"는 어레이의 픽셀들 외부에 접속되거나 이와 관련된 컨트롤 회로를 의미한다. 예를 들면, 외부 컨트롤 회로는 디스플레이 회로 내에서 픽셀 열의 선두에 위치될 수 있다. 한 어레이에서, 각 픽셀 열은 자신의 개별 외부 컨트롤 회로와 관련될 수 있다. 도 3에서, 소스/감지 모듈(30)은 트렌지스터 MSource(34), 트랜지스터 MSense(36) 및 증폭기 Amp1(38)을 포함한다. 트랜지스터 MSource(34)는 저전압에서의 전류를 제공하는 트랜지스터이고; 트랜지스터 MSense(36)은 작은 전류 변화를 감지하는 트랜지스터이며; 증폭기 Amp1(38)은 트랜지스터들(34, 36)을 모두 제어한다. 도 3은 하나의 디스플레이 열과 결합하여 데이터 프로그래밍 모듈(32)을 포함하는 하나의 소스/감지 모듈(30)을 나타낸다. 그러나, 상기 지적된 바와 같이, 소스/감지 모듈(30) 및 데이터 프로그래밍 모듈(32) 조합은 디스플레이 매트릭스의 복수의 열 각각의 선두와 연관되어 있다.3 is a schematic circuit diagram of a display including an
도 3의 전류 소스/감지 모듈(30)은 증폭기 Amp1(38), 트랜지스터 MSense(36) 및 MSource(34)에 의한 제어 메카니즘을 제공한다. 증폭기 Amp1(38)은 3개의 단자; '+'와 '-'로서 식별되는 2개의 전압 입력 단자(46, 48) 및 트랜지스터 MSense(36) 및 트랜지스터 MSource(34)의 게이트를 제어하는 출력 단자(50)를 구비한다. 입력 단자(46)는 외부적으로 인가된 정전압 Vcol에 접속된다. 입력 단자(48)는 노드 nc(44)에 접속된다. 노드 nc(44)는 프로그래밍 동안의 작은 변화를 제외하고는 전압 Vcol에 일정하게 머물러 있다. 스위치 MS1(40)가 ON일 때, 트랜지스터 MSense(36) 및 트랜지스터 Msource(34) 게이트 전압은 전류 라인(18)에 응답하여 트랜지스터 MSense(36) 및 Msource(34)을 통해 흐르는 전류에 의해 정해진다. 라인(18)이 전류를 더 드로우하기 시작한다면, 노드 nc(44) 및 대응하는 입력 단자(48) 전압이 변경된다. 따라서 임의의 노드 nc(44) 전압 변경에 응답하여, 증폭기 Amp1(38)은 MSense 트랜지스터(36) 및 Msource 트랜지스터(34) 게이트 전압을 규제하여 트랜지스터 MSense(36) 및 MSource(34)를 통하는 전류 전압을 규제한다. 그 결과 출력 단자(50)에서의 전압이 변경되어 트랜지스터 MSense(36) 및 MSource(34) 모두에 의해 제공된 전류가 드로우된 전류와 일치할 때까지 트랜지스터 MSense(36) 및 Msource(34)의 게이트가 변경된다.The current source /
트랜지스터 MSense(36)의 게이트에서의 이러한 전압 변경은 트랜지스터의 크기와 직접적으로 관련이 있다. 트랜지스터가 클수록 게이트 전압의 작은 변화에서 더 큰 전류를 생성할 수 있다. 반면에, 트랜지스터가 작을수록 (소정의 작은 전류 변화에 대하여) 그 게이트에서의 더 큰 전압 변경을 요구함으로써 그 출력 전류를 더 정확하게 제어할 수 있다.This voltage change at the gate of the
도 3에서 전류 소스/감지 모듈(30), 큰 트랜지스터 MSource(34) 및 작은 트랜지스터 MSense(36)는 특정 디스플레이 요건을 만족시키기 위해 그 크기가 조절될 수 있다. 이들은 스위치 MS1(40)을 통해 접속되어 있고 증폭기 Amp1(38)에 의해 제어된다. 요소 'A'는 하나의 디스플레이 열을 나타낸다. 동작이 시작되면, 스위치 MS1(40)은 ON이 되고 대부분의 열 전류는 큰 트랜지스터 MSource(34)를 통해 흐 른다(이 시점에서, 선택된 픽셀을 통해서는 어떠한 전류도 흐르지 않는다). 스위치 MS1(40)이 OFF이면, 큰 트랜지스터 MSource(34)의 게이트의 전압은 캐패시터 CS1(42) 마다 일정하게 유지되므로, 큰 트랜지스터 MSource(34)에 의해 제공되는 전류 또한 일정하게 유지된다. 이 동작을 트랜지스터 MSource(34)에 의한 열 전류 샘플링이라 한다.In Figure 3, the current source /
도 3의 데이터 프로그래밍 모듈(32)은 전류 소스/감지 모듈(30)에 접속된다. 데이터 프로그래밍 모듈(32)은 증폭기 Amp2(52) 및 일련의 스위치들을 포함한다. 증폭기 Amp2(52)는 캐패시터 CS2(60)에 접속되는 한 입력(54) 및 MSense 트랜지스터 MS1(36)의 게이트에 접속되는 다른 입력(56)을 포함한다. 다른 출력 단자(58)는 열 A의 데이터 라인(16)에 접속된다. 제2 셈플링 기간에서, 스위치 트랜지스터 MS2(62)는 작은 MSense 트랜지스터(36)의 게이트에서의 전압을 샘플링하고 이를 캐패시터 CS2(60)에 저장한다(이는 열 전류를 나타내는 베이스 레벨(base level)을 세팅하며 추후의 비교 단계에서 이용될 것이다). 이 단계에서, 전류 소스/감지 모듈(30)은 대기/감지 모드 상에 있으며 MSense(36)는 노드 nc(44)로 흐르는 열 전류에서의 변화를 감지하고 있다. 따라서 증폭기 Amp2(52)는 MSense 트랜지스터(36)의 게이트에서 전압을 조절할 수 있다.The
프로그래밍 기간 중에, 데이터 라인(16)은 트랜지스터 M2(22)를 경유하여 트랜지스터 M1(20)의 게이트에 접속되어 있다. 트랜지스터 M1(20)은 항상 노드 nc(44)에 접속되어 있다. 이러한 구성은 전류 소스/감지 모듈(30), 데이터 프로그래밍 모듈(32) 및 노드 nc(44)에서의 전류 라인(18) 및 데이터 라인(16)을 지나는 픽셀 트랜지스터 M1(20)을 포함하는 피드백 루프를 제공한다. 외부 데이터 전류 Idata(64)가 노드 nc(44)에 주입되면(injected), 피드팩 루프에서 다음의 메카니즘이 일어난다: (i) 노드 nc(44)의 드로우된 전류를 수용하기 위해 Amp1(38)에 의해 MSense(36)의 게이트 전압이 변경된다; (전류가 감지된다); (ii) 양(positive) 입력(54)에 대한 Amp2(52)의 음(negative) 입력 전압이 변경되어 Amp2의 출력 단자(58)에서의 전압을 증가시킨다(주입된 전류가 트랜지스터 M1(20)을 통하는 전류와 비교되는데; 이는 초기에는 0 값이다); (iii) (데이터 라인(16)에 접속된) Amp2로부터의 출력은 트랜지스터 M1(20)의 게이트의 전압을 변경시킨다(데이터 라인(16)은 비교 차에 따라 조절된다); (iv) 노드 nc(44)를 통하여 트랜지스터 M1(20)에 의해 드로우된 전류가 이에 대응하여 증가한다. (i) 내지 (iv)의 메카니즘은 노드 nc(44)를 통하여 트랜지스터 M1(20)에 의해 드로우된 전류가 주입된 데이터 전류 Idata(64)와 일치하는(비교 단계(ii)에서 어떠한 차이점도 감지되지 않은), 등가(equivalence)를 얻을 때까지 반복된다. M1(20)에 의해 드로우된 전류는 주입된 전류와 일치하여, Amp2(52)의 2개의 단자(56, 54)가 등가가 되게 한다(bring the two terminals(56, 54) of Amp2(52) to the equivalence). 이 등가에서, MSense(36)의 게이트에서의 전압은 초기 값으로 되돌아간다. 피드백 루프는 이 등가에 도달하여 픽셀 전류에 대한 올바른 값을 제공한다.During the programming period, the
다음의 예제들은 예시적인 것이며 구체적으로 제한사항이 상술되지 않는 한 특허청구범위의 범주에 대한 제한이라고 해석되어서는 안된다.The following examples are illustrative and are not to be construed as limitations on the scope of the claims, unless specifically stated otherwise.
예들Examples
본 명세서의 목적을 위해(For purpose of this application), 트렌지스터의 이동성(mobility)은 특정 크기의 트랜지스터가 제공할 수 있는 전류의 양을 정량화하는 장치 속성이다. 다시말하면 소정의 게이트 전압에 대하여, 흐르는 전류량이 (다른 요소들 중에서도 특히) 그 이동성의 함수이다. 예를 들면, 동일한 전압이 크기가 동일하지만 그 중 하나가 20% 높은 이동성을 가지는 2개의 트랜지스터의 게이트에 인가된다면, 이동성이 높은쪽의 트랜지스터가 20% 전류를 더 제공할 것이다(모든 다른 요소들은 동일하다). 이동성은 재료 속성 및 장치 제작의 함수이며 디스플레이를 제조할 때 이용되는 기술에 대하여 이동성은 디스플레이 영역에 걸쳐 변할 수 있다.For purposes of this application, the mobility of a transistor is a device attribute that quantifies the amount of current a transistor of a particular size can provide. In other words, for a given gate voltage, the amount of current flowing is a function of its mobility (among other things). For example, if the same voltage is applied to the gates of two transistors of the same size, but one of them has 20% higher mobility, the higher mobility transistor will provide a further 20% current same). Mobility is a function of material properties and device fabrication, and for the technology used in making the display, mobility can vary across the display area.
본 명세서의 모든 목적을 위해, 트랜지스터의 임계치 전압은 트랜지스터 게이트에서 전류를 흐르개 하는 데에 필요한 최소 전압이다. 임계치 전압은 재료 속성 및 장치 제조의 함수이며 결과적으로, 임계치 전압은 디스플레이 영역 전반에 걸쳐 변화할 수 있다.For all purposes of this disclosure, the threshold voltage of a transistor is the minimum voltage required to allow current to flow through the transistor gate. The threshold voltage is a function of material properties and device fabrication, and as a result, the threshold voltage may vary across the display area.
예 1Example 1
PSPICE® 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 회로 시뮬레이션이 수행되었다. PSPICE®은 아날로그 및 혼합된 아날로그/디지털 회로 시뮬레이션용 컴퓨터 소프트웨어이며 PO 박스 23325, 로체스터, NY 14692 소재의 EMA 디자인 오토메이션 사를 통하는 2655 Seely 에비뉴, 산호세 CA95134 소재의 ORCAD에 의해 제공된다. PSPICE® 소프트웨어는 사용자 입력 회로 개요(schematics) 및 트랜지스터 모델과 어드레싱 정보를 받아서 시뮬레이션 응답을 생성한다.Circuit simulation was performed using PSPICE® computer software. PSPICE® is computer software for simulating analog and mixed analog and digital circuits and is provided by PO Box 23325, 2655 Seely Avenue through EMA Design Automation Corporation of Rochester, NY 14692, ORCAD of San Jose CA95134. PSPICE® software receives user input circuit schematics and transistor model and addressing information to generate simulation responses.
회로 개요는 도 2 및 도 3의 회로와 실질적으로 일치하도록 시뮬레이션된 PSPICE®로 하였다. 도 4에 나타난 신호들은 디스플레이 드라이버의 서로 다른 스위치들을 활성화시켰던 제어 신호이며; 구체적으로, 프로그래밍되는 픽셀의 MS1, MS2 및 트랜지스터 M2를 제어하였던 전압 신호이다. 도 5의 출력 그래프는 시간의 함수로서의 데이터 전류(디스플레이 드라이버의 노드 nc로 피드되는 Idata(64)) 뿐만 아니라 시간의 함수로서의 프로그래밍된 픽셀을 통하는 전류를 나타낸다.The circuit schematic was made with simulated PSPICE® to be substantially consistent with the circuits of FIGS. 2 and 3. The signals shown in Fig. 4 are control signals that have activated different switches of the display driver; Specifically, it is the voltage signal that controlled the MS1, MS2 and transistor M2 of the pixel being programmed. The output graph of Figure 5 shows the current through the programmed pixel as a function of time as well as the data current (
시뮬레이션된 시스템 변수들은 다음을 포함하였다: (1) 150μA 내지 3500 μA로 변화하는, 소정의 열에서의 모든 픽셀 전류의 합인 총 열 전류; (2) 0.3μA 내지 20μA로 변화하였던 픽셀 데이터 전류; (3) 25%까지의 이동성 변화를 에뮬레이팅(emulate)하기 위해 서로 다른 크기로 변화되는 픽셀 트랜지스터 M1; (4) 전원을 M1의 게이트에 접속하여 임계치 전압의 50%까지의 변경을 시뮬레이션함으로써 변화되는 픽셀 트랜지스터 임계치 전압.The simulated system variables included: (1) total thermal current, which is the sum of all pixel currents in a given column, varying from 150 A to 3500 A; (2) a pixel data current varied from 0.3 A to 20 A; (3) a pixel transistor M1 that is varied in size to emulate a mobility change of up to 25%; (4) a pixel transistor threshold voltage that varies by simulating a change in power up to 50% of the threshold voltage by connecting it to the gate of M1.
도 5의 플롯(plot)은 어떻게 픽셀 전류가 데이터 전류와 일치하는지를 보여준다. 이 시뮬레이션은 몇 가지 시스템 조건 하에 수행되어 조건들의 소정 범위에 대해 필요한 동작을 수행하는 디스플레이 드라이버를 나타낸다.The plot of FIG. 5 shows how the pixel current matches the data current. This simulation represents a display driver that is performed under some system conditions to perform the required operation for a given range of conditions.
도 5는 제안된 디스플레이 드라이버가 상술한 모든 시스템 변수들 하에서 의도된 픽셀로의 원하는 레벨의 전류를 프로그래밍하였음을 보여준다. 시뮬레이션 결과는 회로가 요구되는 동작 속도 및 전류 수요에서 의도한 바와 같이 전류 불일치 교정과 함께 픽셀 어드레싱을 수행할 수 있음을 입증한다. 정확성의 정량적인 표현 또한 이 시뮬레이션 결과로부터 추출할 수 있다.Figure 5 shows that the proposed display driver has programmed the desired level of current to the intended pixel under all of the system variables described above. The simulation results demonstrate that the circuit can perform pixel addressing with current mismatch correction as intended at the required operating speed and current demand. A quantitative representation of the accuracy can also be extracted from this simulation result.
예 2Example 2
다음의 예는 서로 다른 속성을 가진 구동 트랜지스터 M1을 포함하는 디스플레이 픽셀들에서의 데이터 전류의 프로그래밍을 비교하고 서로 다른 열 전류 레벨에서 그 기능을 설명하기 위해 구축되었다.The following example was constructed to compare the programming of the data currents at the display pixels comprising the driving transistor M1 having different properties and to describe its function at different thermal current levels.
디스플레이 열에 대한 디스플레이 드라이버는 단결정 실리콘 집적 회로(IC)로 제작되었다. 이 열은 또한 IC로 구현된 테스트 픽셀 회로들을 포함하였다. 테스트 픽셀 회로들은 M1 트랜지스터 크기를 제외하고는 동일한 속성을 가지도록 제조되었다. 2개의 픽셀은 20% 이동성 차이를 에뮬레이트(emulate)하도록 M1의 너비가 20% 다른 크기로 제조되었다. 임계치 전압 변화를 에뮬레이트하기 위해, 외부 v 전원이 그 픽셀에 접속되었다. 이 전원은 트랜지스터 M1의 임계치가 25% 변경된 것을 나타내었다.The display driver for the display row was fabricated with a single crystal silicon integrated circuit (IC). This column also included test pixel circuits implemented in IC. The test pixel circuits were fabricated to have the same properties except for the M1 transistor size. Two pixels were fabricated with different widths of M1 by 20% to emulate a 20% mobility difference. To emulate a threshold voltage change, an external v power source was connected to that pixel. This power source indicated that the threshold of transistor M1 was changed by 25%.
이 과정에서, LabVIEW® 컴퓨터 소프트웨어가 회로 전압을 인가하는데에 이용되었다. LabVIEW® 컴퓨터 소프트웨어는 과학적이고 기술적인 도구(instrument) 및 수단적 시스템(instrumentation system)을 제어하고 에뮬레이트하며 수단적 기능을 수행하는 데에 이용되었다. 첫번째 과정에서, 전압 레벨은 2개의 픽셀 각각의 프로그램 라인에서 정해졌으며, 그 다음 M1에 의해 전류로 변환되었다. 성능을 시험해보기 위해 다음의 조건들을 변경시켰다: (1) 총 열 전류가 150㎂ 내지 3000㎂로 변화하였다; (2) 픽셀 데이터 전류가 0.5㎂ 내지 15㎂로 변화하였다; (3) 픽셀 트렌지스터 M1의 이동성이 20%의 변경까지 크기 변화함으로써 변화하였다; (4) 픽셀 트렌지스터 M1의 임계 전압이 25%까지 변화된 전원을 도입함으로써 변경되었 다.In the process, LabVIEW® computer software was used to apply the circuit voltage. LabVIEW® computer software was used to control, emulate, and perform instrumental functions of scientific and technical instruments and instrumentation systems. In the first procedure, the voltage level was determined on the program line of each of the two pixels, and then converted to current by M1. To test the performance, the following conditions were changed: (1) the total thermal current varied from 150 내지 to 3000;; (2) the pixel data current changed from 0.5 내지 to 15;; (3) the mobility of the pixel transistor M1 has changed by a change of magnitude up to a change of 20%; (4) The threshold voltage of the pixel transistor M1 was changed by introducing a power source changed by 25%.
도 6은 통상적인 종래 방식으로 프로그래밍될 때의 2개의 픽셀(Pix1 및 Pix2)들을 통하는 전류 흐름을 나타낸다. 도 6은 25%가 증가한 임계치 전압(Pix1) 및 20% 증가한 이동성(Pix2)을 나타낸다. 예를 들면 낮은 데이터 레벨에서, Pix1은 약 2.5㎂를 제공하였으나; 동일 데이터 레벨에서, Pix2는 약 4㎂를 제공하였다. 이 차이는, (동일 데이터 레벨에 의해 의도된 바와 같이) 2개의 픽셀들이 동일 강도 레벨을 갖도록 의도했음에도 불구하고, 디스플레이에서의 밝기를 다르게 하였다.FIG. 6 shows the current flow through two pixels Pix1 and Pix2 when programmed in conventional conventional manner. Figure 6 shows the threshold voltage Pix1 increased by 25% and mobility Pix2 increased by 20%. For example, at low data levels,
도 7의 플롯(plot)은 데이터 전압의 함수로서 2개의 픽셀들 간의 정규화된 퍼센트 변화를 나타낸다.The plot of Figure 7 shows the normalized percent change between two pixels as a function of the data voltage.
도 6 및 도 7은 M1 속성들의 변화에 대한 전류 변화의 정도를 입증한다.Figures 6 and 7 demonstrate the degree of current variation with changes in M1 properties.
도 8은 동일한 2개의 픽셀들을 통하지만 도 3의 디스플레이 드라이버로 프로그래밍된 전류를 나타낸다. 도 8은 트랜지스터 M1이 변화하는 속성을 가졌음에도 불구하고 결과의 2개의 전류는 완전히 일치하였음을 보여준다. 도 9의 정규화된 퍼센트 플롯은 2개의 픽셀 전류들 간의 허용치(tolerance) 변화를 측정한 것만을 나타낸다.Fig. 8 shows the current programmed through the same two pixels but with the display driver of Fig. 8 shows that although the transistor M1 has a changing property, the two currents of the result are perfectly matched. The normalized percent plot of FIG. 9 shows only the measurement of the tolerance change between the two pixel currents.
실험 데이터는 각각 본 발명의 표준 기술 및 조절용(adjusting) 드라이버로 구동되는 2개의 픽셀에 대한 불균일도가 70%에서 3% 이하로 감소하였음을 입증하였다. 이러한 불균일도 레벨은 전체 데이터 범위에 걸쳐 1 자리수 까지(an order of magnitude) 향상된다. 또한, 프로그래밍 시간이 통상적인 종래의 전류-복사 픽셀 이 요구하는 시간 아래로 줄어들 수 있다.Experimental data demonstrate that the non-uniformity of the two pixels driven by the standard technique and adjusting driver of the present invention, respectively, is reduced from 70% to less than 3%. This level of unevenness improves to an order of magnitude over the entire data range. In addition, the programming time can be reduced below the time required by conventional conventional current-copy pixels.
본 발명의 데이터 드라이버는 활성 후면과 동일한 패널(panel) 상에서 또는 표준 IC로 구현될 수 있다. 폴리-실리콘 TFT들은 제안된 드라이버에 대한 성능과 비용 간의 좋은 타협점(compromise)을 제공한다.The data driver of the present invention may be implemented on the same panel as the active backplane or in a standard IC. Poly-silicon TFTs provide a good compromise between performance and cost for the proposed driver.
본 발명의 회로는 2개의 트랜지스터 TFT 픽셀과 관련된 통상적인 종래 교정기술에 비해 덜 복잡한 불균일 레벨을 제공함으로써 활성 매트릭스 후면의 복잡도를 줄인다. 그리고, 후면 상의 트랜지스터에 대한 성능 요구사항이 줄어들었기 때문에, 큰 면적의 어레이에 대하여 더 낮은 단가의 기술이 이용될 수 있다.The circuit of the present invention reduces the complexity of the backside of the active matrix by providing a less complex non-uniformity level compared to conventional conventional calibration techniques associated with two transistor TFT pixels. And because the performance requirements for the transistors on the back have been reduced, lower cost technologies can be used for large area arrays.
본 발명의 바람직한 실시예가 기술되었지만, 본 발명은 수정 및 변형을 할 수 있으므로 이전의 상세한 예들로 제한되지 않아야 한다. 본 발명은 이하의 청구항의 범주 내에 수용되는 변경 및 대안들을 포함한다.Although preferred embodiments of the present invention have been described, the present invention should not be limited to the preceding detailed examples, as modifications and variations can be made. The present invention includes modifications and alternatives that fall within the scope of the following claims.
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