KR102592306B1 - 디스플레이 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 각 서브픽셀에 적용된 박막 트랜지스터(TFT, thin film transistor)를 사용하는 디스플레이 장치에 복수의 발광소자(LED, light emitting diode)를 적용하여 디지털 구동시키는 디스플레이 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 각 서브 픽셀에 적용된 복수의 반도체 발광소자와; PWM 신호의 펄스 진폭을 다르게 하여 서로 다른 복수의 펄스 진폭을 발생하고, 상기 서로 다른 복수의 펄스 진폭을 상기 복수의 반도체 발광소자에 인가하는 구동부를 포함할 수 있다.

Description

디스플레이 장치 및 그 구동 방법{DISPLAY APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 디스플레이 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 박막형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이에 반해, 현재 상용화된 주요 디스플레이는 LCD(Liguid Crystal Display)와 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다. 그러나, LCD의 경우에 빠르지 않은 반응 시간과, 플렉서블의 구현이 어렵다는 문제점이 존재하고, AMOLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않을 뿐 아니라 플렉서블의 정도가 약하다는 취약점이 존재한다.
한편, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다. 따라서, 상기 반도체 발광 소자를 이용하여 플렉서블 디스플레이를 구현하여, 상기의 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다.
또한, 이러한 디스플레이 장치에는, 슬림화(slim化)가 가속되면서 박막 디스플레이 기술 개발이 중요한 부분이 되었다. 더불어 디스플레이 화면에서 손가락 또는 펜 등을 이용해 제어가 가능한 터치스크린 개발 또한 현대 산업에 중요한 부분이다. 한편, 보편적인 터치 스크린 구동은, 디스플레이 구동시간과 터치 구동시간을 나누어 구동하는데, 디스플레이 구동시간 중에는 디스플레이 패널 노이즈가 터치센서로 유기되어 터치 인식 시 실패할 확률이 높기 때문에 터치회로는 구동하지 않는다. 그리고 터치구동 시간에는 터치인식을 하기 위해 디스플레이 구동을 하지 않는다. 그러나 이러한 시분할의 경우 터치구동시간에 디스플레이가 발광하지 못하기 때문에 단위 프레임내 발광시간이 감소하게 되며 디스플레이 최대 휘도가 감소한다.
또한, 종래 기술에 따른 디스플레이 장치는, 구동 박막 트랜지스터의 문턱전압(Threshold voltage)의 시프트에 의해 박막 트랜지스터의 사용수명이 감소하고, 디스플레이 화질이 감소하였다.
본 발명의 목적은, 각 서브픽셀에 적용된 박막 트랜지스터(TFT, thin film transistor)를 사용하는 디스플레이 장치에 복수의 발광소자(LED, light emitting diode)를 적용하여 디지털 구동시키는 디스플레이 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 각 서브픽셀에 적용된 박막 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하여 박막 트랜지스터의 사용수명을 증가시키고, 디스플레이 화질을 향상시킬 수 있는 디스플레이 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 각 서브 픽셀에 적용된 복수의 반도체 발광소자와; PWM 신호의 펄스 진폭을 다르게 하여 서로 다른 복수의 펄스 진폭을 발생하고, 상기 서로 다른 복수의 펄스 진폭을 상기 복수의 반도체 발광소자에 인가하는 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 구동부는 하나의 반도체 발광소자에 인가되는 서브필드를 복수개로 나누고, 상기 나누어진 복수의 서브필드를 상기 복수의 발광소자에 인가할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 구동부는 하나의 반도체 발광소자에 인가되는 서브필드를 복수개로 나누고, 상기 나누어진 복수의 서브필드의 순서를 재배치하고, 상기 재배치된 복수의 서브필드를 상기 복수의 발광소자에 인가할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 각 서브 픽셀에 적용된 반도체 발광 소자; 상기 반도체 발광 소자에 연결되고, 상기 반도체 발광 소자에 전류가 흐르도록 스위칭하는 제1 스위칭부; 상기 제1 스위칭부에 연결되고, 선택신호에 따라 상기 제1 스위칭부에 기준전압을 인가하는 제2 스위칭부; 상기 제1 및 제2 스위칭부에 연결되고, 상기 제1 스위칭부에 인가된 기준전압을 데이터신호에 따라 초기화하는 제3 스위칭부; 상기 제2 및 제3 스위칭부에 연결되고, 상기 제3 스위칭부에 문턱전압에 의한 편차를 보상하기 위한 제4 스위칭부; 스캔 신호를 인가하는 스캔 라인과 데이터 신호를 인가하는 데이터 라인에 연결되고, 스캔 신호에 따라 상기 데이터신호를 인가하는 제5 스위칭부; 제4 스위칭부와 제5 스위칭부 사이에 연결되고, 제5 스위칭부를 통해 인가되는 상기 데이터신호를 소정 시간 유지하기 위한 제1 콘덴서; 제3 스위칭부, 제4 스위칭부 및 제1 콘덴서에 연결되고, 상기 제3 스위칭부에 삼각파를 인가하기 위한 제2 콘덴서를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1 내지 제5 스위칭부는 제1 내지 제5 박막 트랜지스터일 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1 박막 트랜지스터를 스위칭하여 상기 반도체 발광 소자에 전류를 인가함으로써 전력소모를 감소시킬 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제3 스위칭부에 삼각파를 인가함으로써 제3 박막 트랜지스터의 문턱전압을 보상할 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 각 서브 픽셀에 적용된 반도체 발광 소자와; 스캔 신호에 따라 데이터신호를 인가하는 제1 트랜지스터; 상기 제1 트랜지스터와 상기 반도체 발광 소자에 연결되고, 제1 기준 전압에 따라 반도체발광소자에 전류가 흐르도록 스위칭하는 제2 트랜지스터; 제1 및 제2 트랜지스터에 연결되고, 상기 데이터 신호에 따라 반도체발광소자에 전류를 인가하는 제3 트랜지스터; 상기 제3 트랜지스터에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터의 문턱전압에 의한 편차를 보상하기 위한 제4 트랜지스터; 상기 제3 및 제4 트랜지스터 사이에 연결되고, 상기 데이터신호를 소정 시간 유지하기 위한 콘덴서; 상기 제3 및 제4 트랜지스터 사이에 연결되고, 제2 기준 전압에 따라 반도체발광소자에 전류가 흐르도록 스위칭하는 제5 트랜지스터; 상기 제3, 제4 및 제5 트랜지스터와 반도체 발광 소자에 연결되고, 선택신호에 따라 상기 제3, 제4 및 제5 트랜지스터와 반도체 발광 소자에 전원전압을 인가하는 제6 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동 방법은, PWM 신호의 펄스 진폭을 다르게 하여 서로 다른 복수의 펄스 진폭을 발생하는 단계와; 상기 서로 다른 복수의 펄스 진폭을 각 서브 픽셀에 적용된 복수의 반도체 발광소자에 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치에 적용된 디스플레이 장치 및 그 구동 방법은, 각 서브픽셀에 적용된 박막 트랜지스터(TFT, thin film transistor)를 사용하는 디스플레이 장치에 복수의 발광소자(LED, light emitting diode)를 적용함으로써, 디스플레이 화질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치에 적용된 디스플레이 장치 및 그 구동 방법은, 각 서브픽셀에 적용된 박막 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하여 박막 트랜지스터의 사용수명을 증가시키고, 디스플레이 화질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이다.
도 4는 도 3a의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 라인 C-C를 따라 취한 단면도이다.
도 9은 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치를 나타낸 구성도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치에 적용된 복수의 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 나타낸 도이다.
도 12a-12g는 본 발명의 실시예에 따라 복수의 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)에 인가되는 서브필드를 나타낸 예시도들이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 구성을 나타낸 도이다.
도 14a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 예시도이다.
도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에 인가되는 전압 파형을 나타낸 예시도이다.
도 15a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 다른 예시도이다.
도 15b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에 인가되는 전압 파형을 나타낸 다른 예시도이다.
도 16a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 또 다른 예시도이다.
도 16b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에 인가되는 전압 파형을 나타낸 또 다른 예시도이다.
도 17a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 또 다른 예시도이다.
도 17b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에 인가되는 전압 파형을 나타낸 또 다른 예시도이다.
도 18a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 또 다른 예시도이다.
도 18b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에 인가되는 전압 파형을 나타낸 또 다른 예시도이다.
도 19a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 구성을 나타낸 도이다.
도 19b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치에 인가되는 전압 파형을 나타낸 예시도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 예시도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 다른 예시도이다.
도 22 내지 도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 또 다른 예시도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 피씨(Slate PC), Tablet PC, Ultra Book, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시될 수 있다.
플렉서블 디스플레이는 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 구부러질 수 있는, 비틀어질 수 있는, 접힐 수 있는, 말려질 수 있는 디스플레이를 포함한다. 예를 들어, 플렉서블 디스플레이는 기존의 평판 디스플레이의 디스플레이 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어지거나, 구부리거나, 접을 수 있거나 말 수 있는 얇고 유연한 기판 위에 제작되는 디스플레이가 될 수 있다.
상기 플렉서블 디스플레이가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 상기 플렉서블 디스플레이의 디스플레이 영역이 평면이 된다. 상기 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도시와 같이, 상기 제2상태에서 표시되는 정보는 곡면상에 출력되는 시각 정보가 될 수 있다. 이러한 시각 정보는 매트릭스 형태로 배치되는 단위 화소(sub-pixel)의 발광이 독자적으로 제어됨에 의하여 구현된다. 상기 단위 화소는 R(Red), G(Green), B(Blue)의 조합에 의해 형성되는 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미한다.
상기 플렉서블 디스플레이의 단위 화소는 반도체 발광 소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자의 일 종류로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 예시한다. 상기 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 단위 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
이하, 상기 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 내지 도 3b는 도 2의 라인 B-B를 따라 취한 단면도이며, 도 4는 도 3의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이고, 도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
상기 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 반도체 발광 소자(150)를 포함한다.
기판(110)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 기판(110)은 유리나 폴리이미드(PI, Polyimide)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면, 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 상기 기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
상기 기판(110)은 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 상기 제1전극(120)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다.
도시에 의하면, 절연층(160)은 제1전극(120)이 위치한 기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 상기 절연층(160)에는 보조전극(170)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 기판(110)에 절연층(160)이 적층된 상태가 하나의 배선기판이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(160)은 폴리이미드(PI, Polyimide), PET, PEN 등과 같이 절연성이 있고, 유연성 있는 재질로, 상기 기판(110)과 일체로 이루어져 하나의 기판을 형성할 수 있다.
보조전극(170)은 제1전극(120)과 반도체 발광 소자(150)를 전기적으로 연결하는 전극으로서, 절연층(160) 상에 위치하고, 제1전극(120)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 보조전극(170)은 닷(dot) 형태이며, 절연층(160)을 관통하는 전극홀(171)에 의하여 제1전극(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극홀(171)은 비아 홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 절연층(160)의 일면에는 전도성 접착층(130)이 형성되나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 절연층(160)과 전도성 접착층(130)의 사이에 특정 기능을 수행하는 레이어가 형성되거나, 절연층(160)이 없이 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조도 가능하다. 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조에서는 전도성 접착층(130)이 절연층의 역할을 할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 상기 전도성 접착층(130)에서는 전도성을 가지는 물질과 접착성을 가지는 물질이 혼합될 수 있다. 또한 전도성 접착층(130)은 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
이러한 예로서, 전도성 접착층(130)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 상기 전도성 접착층(130)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 상기 전도성 접착층(130)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다(다만, 이하 '전도성 접착층'이라 한다).
상기 이방성 전도성 필름은 이방성 전도매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 상기 이방성 전도성 필름에는 열 및 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 상기 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법도 가능하다. 이러한 방법은, 예를 들어 상기 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 도시에 의하면, 본 예시에서 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정부분만 도전볼에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이방성 전도성 필름은 전도성 물질의 코어가 폴리머 재질의 절연막에 의하여 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있으며, 이 경우에 열 및 압력이 가해진 부분이 절연막이 파괴되면서 코어에 의하여 도전성을 가지게 된다. 이때, 코어의 형태는 변형되어 필름의 두께방향으로 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 열 및 압력은 이방성 전도성 필름에 전체적으로 가해지며, 이방성 전도성 필름에 의하여 접착되는 상대물의 높이차에 의하여 Z축 방향의 전기적 연결이 부분적으로 형성된다.
다른 예로서, 이방성 전도성 필름은 절연 코어에 전도성 물질이 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있다. 이 경우에는 열 및 압력이 가해진 부분이 전도성 물질이 변형되어(눌러 붙어서) 필름의 두께방향으로 전도성을 가지게 된다. 또 다른 예로서, 전도성 물질이 Z축 방향으로 절연성 베이스 부재를 관통하여 필름의 두께방향으로 전도성을 가지는 형태도 가능하다. 이 경우에, 전도성 물질은 뽀족한 단부를 가질 수 있다.
도시에 의하면, 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 상기 절연성 베이스부재의 바닥부분에 집중적으로 배치되며, 상기 베이스부재에서 열 및 압력이 가해지면 상기 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 파티클(particle) 혹은 나노(nano) 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
다시 도면을 참조하면, 제2전극(140)은 보조전극(170)과 이격하여 절연층(160)에 위치한다. 즉, 상기 전도성 접착층(130)은 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치하는 절연층(160) 상에 배치된다.
절연층(160)에 보조전극(170)과 제2전극(140)이 위치된 상태에서 전도성 접착층(130)을 형성한 후에, 반도체 발광 소자(150)를 열 및 압력을 가하여 플립 칩 형태로 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(150)는 제1전극(120) 및 제2전극(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광 소자는 p형 전극(156), p형 전극(156)이 형성되는 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154) 상에 형성된 n형 반도체층(153) 및 n형 반도체층(153) 상에서 p형 전극(156)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(156)은 보조전극(170)과 전도성 접착층(130)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, n형 전극(152)은 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 보조전극(170)은 일방향으로 길게 형성되어, 하나의 보조전극이 복수의 반도체 발광 소자(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 보조전극을 중심으로 좌우의 반도체 발광 소자들의 p형 전극들이 하나의 보조전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 열 및 압력에 의하여 전도성 접착층(130)의 내부로 반도체 발광 소자(150)가 압입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150)의 p형 전극(156)과 보조전극(170) 사이의 부분과, 반도체 발광 소자(150)의 n형 전극(152)과 제2전극(140) 사이의 부분에서만 전도성을 가지게 되고, 나머지 부분에서는 반도체 발광 소자의 압입이 없어 전도성을 가지지 않게 된다. 이와 같이, 전도성 접착층(130)은 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 사이 및 반도체 발광 소자(150)와 제2전극(140) 사이를 상호 결합시켜줄 뿐만 아니라 전기적 연결까지 형성시킨다.
또한, 복수의 반도체 발광 소자(150)는 발광 소자 어레이(array)를 구성하며, 발광 소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 상이한 복수의 반도체 발광 소자들을 포함할 수 있다. 각각의 반도체 발광 소자(150)는 조합(또는 그룹화)되어 단위 화소를 구성하며, 제1전극(120)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1전극(120)은 복수 개일 수 있고, 반도체 발광 소자들은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광 소자들은 상기 복수 개의 제1전극 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자들이 플립 칩 형태로 접속되므로, 투명 유전체 기판에 성장시킨 반도체 발광 소자들을 이용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 발광 소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광 소자(150)의 사이에 격벽(190)이 형성될 수 있다. 이 경우, 격벽(190)은 반도체 발광 소자들을 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 전도성 접착층(130)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(150)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(190)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에, 상기 격벽(190)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다. 화이트 절연체의 격벽을 이용할 경우 반사성을 높이는 효과가 있을 수 있고, 블랙 절연체의 격벽을 이용할 경우, 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)를 증가시킬 수 있다.
형광체층(180)은 반도체 발광 소자(150)의 외면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발생하는 청색 반도체 발광 소자이고, 형광체층(180)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(180)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(181) 또는 녹색 형광체(182)가 될 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(151) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(181)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(151) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(182)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(151)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제1전극(120)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층될 수 있다. 따라서, 제1전극(120)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(140)을 따라서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 차례로 배치될 수 있으며, 이를 통하여 단위 화소가 구현될 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체 대신에 반도체 발광 소자(150)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광하는 단위 화소를 구현할 수 있다.
또한, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체층들의 사이에는 블랙 매트릭스(191)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(191)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 각각의 반도체 발광 소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다.
이 경우, 반도체 발광 소자(150)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자일 수 있다. 예컨대, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(R, G, B)가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자에 의하여 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 단위 화소들이 하나의 화소(pixel)를 이루며, 이를 통하여 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 반도체 발광 소자는 황색 형광체층이 개별 소자마다 구비된 백색 발광 소자(W)를 구비할 수 있다. 이 경우에는, 단위 화소를 이루기 위하여, 백색 발광 소자(W) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비될 수 있다. 또한, 이러한 백색 발광 소자(W) 상에 적색, 녹색, 및 청색이 반복되는 컬러 필터를 이용하여 단위 화소를 이룰 수 있다.
도 5c를 참조하면, 자외선 발광 소자(UV) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비되는 구조도 가능하다. 이와 같이, 반도체 발광 소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전영역에 사용가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용가능한 반도체 발광 소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광 소자(150)는 전도성 접착층(130) 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
또한, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광 소자(150)를 단위 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다. 따라서, 단위 화소의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광 소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다. 따라서, 이러한 경우, HD화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있게 된다.
상기에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 새로운 형태의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 상기 제조방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
본 도면을 참조하면, 먼저, 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치된 절연층(160) 상에 전도성 접착층(130)을 형성한다. 제1기판(110)에 절연층(160)이 적층되어 하나의 기판(또는 배선기판)을 형성하며, 상기 배선기판에는 제1전극(120), 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 배치된다. 이 경우에, 제1전극(120)과 제2전극(140)은 상호 직교 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 제1기판(110) 및 절연층(160)은 각각 유리 또는 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 의하여 구현될 수 있으며, 이를 위하여 절연층(160)이 위치된 기판에 이방성 전도성 필름이 도포될 수 있다.
다음에, 보조전극(170) 및 제2전극(140)들의 위치에 대응하고, 개별 화소를 구성하는 복수의 반도체 발광 소자(150)가 위치된 제2기판(112)을 상기 반도체 발광 소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 대향하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(112)은 반도체 발광 소자(150)를 성장시키는 성장 기판으로서, 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자는 웨이퍼(wafer) 단위로 형성될 때, 디스플레이 장치를 이룰 수 있는 간격 및 크기를 가지도록 함으로써, 디스플레이 장치에 효과적으로 이용될 수 있다.
그 다음에, 배선기판과 제2기판(112)을 열압착한다. 예를 들어, 배선기판과 제2기판(112)은 ACF press head 를 적용하여 열압착될 수 있다. 상기 열압착에 의하여 배선기판과 제2기판(112)은 본딩(bonding)된다. 열압착에 의하여 전도성을 갖는 이방성 전도성 필름의 특성에 의해 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 및 제2전극(140)의 사이의 부분만 전도성을 가지게 되며, 이를 통하여 전극들과 반도체 발광소자(150)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때에, 반도체 발광 소자(150)가 상기 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150) 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
그 다음에, 상기 제2기판(112)을 제거한다. 예를 들어, 제2기판(112)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
마지막으로, 상기 제2기판(112)을 제거하여 반도체 발광 소자들(150)을 외부로 노출시킨다. 필요에 따라, 반도체 발광 소자(150)가 결합된 배선기판 상을 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 코팅하여 투명 절연층(도시하지 않음)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자(150)의 일면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발생하는 청색 반도체 발광 소자이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 적색 형광체 또는 녹색 형광체가 상기 청색 반도체 발광 소자의 일면에 레이어를 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법이나 구조는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광 소자도 적용될 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 수직형 구조에 대하여 설명한다.
또한, 이하 설명되는 변형예 또는 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 7은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 라인 C-C를 따라 취한 단면도이며, 도 9은 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
본 도면들을 참조하면, 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 기판(210), 제1전극(220), 전도성 접착층(230), 제2전극(240) 및 복수의 반도체 발광 소자(250)를 포함한다.
기판(210)은 제1전극(220)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능할 것이다.
제1전극(220)은 기판(210) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(220)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
전도성 접착층(230)은 제1전극(220)이 위치하는 기판(210)상에 형성된다. 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치와 같이, 전도성 접착층(230)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시예에서도 이방성 전도성 필름에 의하여 전도성 접착층(230)이 구현되는 경우를 예시한다.
기판(210) 상에 제1전극(220)이 위치하는 상태에서 이방성 전도성 필름을 위치시킨 후에, 반도체 발광 소자(250)를 열 및 압력을 가하여 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(250)가 제1전극(220)과 전기적으로 연결된다. 이 때, 상기 반도체 발광 소자(250)는 제1전극(220) 상에 위치되도록 배치될 수 있다.
상기 전기적 연결은 전술한 바와 같이, 이방성 전도성 필름에서 열 및 압력이 가해지면 부분적으로 두께방향으로 전도성을 가지기 때문에 생성된다. 따라서, 이방성 전도성 필름에서는 두께방향으로 전도성을 가지는 부분(231)과 전도성을 가지지 않는 부분(232)으로 구획된다.
또한, 이방성 전도성 필름은 접착 성분을 함유하기 때문에, 전도성 접착층(230)은 반도체 발광 소자(250)와 제1전극(220) 사이에서 전기적 연결뿐만 아니라 기계적 결합까지 구현한다.
이와 같이, 반도체 발광 소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(250)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(250)는 수직형 구조가 될 수 있다.
수직형 반도체 발광 소자들의 사이에는, 제1전극(220)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 수직형 반도체 발광 소자(250)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(240)이 위치한다.
도 9를 참조하면, 이러한 수직형 반도체 발광 소자는 p형 전극(256), p형 전극(256) 상에 형성된 p형 반도체층(255), p형 반도체층(255) 상에 형성된 활성층(254), 활성층(254)상에 형성된 n형 반도체층(253) 및 n형 반도체층(253) 상에 형성된 n형 전극(252)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(256)은 제1전극(220)과 전도성 접착층(230)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(252)은 후술하는 제2전극(240)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자(250)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다시 도 8을 참조하면, 상기 반도체 발광 소자(250)의 일면에는 형광체층(280)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(250)는 청색(B) 광을 발생하는 청색 반도체 발광 소자(251)이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(280)이 구비될 수 있다. 이 경우에, 형광체층(280)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(281) 및 녹색 형광체(282) 일 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(251) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(281)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(251) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(282)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(251)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치에서 전술한 바와 같이, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
다시 본 실시예를 살펴보면, 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250) 사이에 위치하고, 반도체 발광 소자들(250)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 반도체 발광 소자들(250)은 복수의 열로 배치되고, 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250)의 열들 사이에 위치할 수 있다.
개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(250) 사이의 거리가 충분히 크기 때문에 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250) 사이에 위치될 수 있다.
제2전극(240)은 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있으며, 제1전극과 상호 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 제2전극(240)과 반도체 발광 소자(250)는 제2전극(240)에서 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연결 전극이 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 될 수 있다. 예를 들어, n형 전극은 오믹(ohmic) 접촉을 위한 오믹 전극으로 형성되며, 상기 제2 전극은 인쇄 또는 증착에 의하여 오믹 전극의 적어도 일부를 덮게 된다. 이를 통하여 제2 전극(240)과 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 전기적으로 연결될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 상에 위치될 수 있다. 경우에 따라, 반도체 발광 소자(250)가 형성된 기판(210) 상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층(미도시)이 형성될 수 있다. 투명 절연층이 형성된 후에 제2전극(240)을 위치시킬 경우, 상기 제2전극(240)은 투명 절연층 상에 위치하게 된다. 또한, 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 또는 투명 절연층에 이격되어 형성될 수도 있다.
만약 반도체 발광 소자(250) 상에 제2전극(240)을 위치시키기 위하여는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극을 사용한다면, ITO 물질은 n형 반도체층과는 접착성이 좋지 않은 문제가 있다. 따라서, 본 발명은 반도체 발광 소자(250) 사이에 제2전극(240)을 위치시킴으로써, ITO와 같은 투명 전극을 사용하지 않아도 되는 이점이 있다. 따라서, 투명한 재료 선택에 구속되지 않고, n형 반도체층과 접착성이 좋은 전도성 물질을 수평 전극으로 사용하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광 소자(250) 사이에는 격벽(290)이 위치할 수 있다. 즉, 개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(250)를 격리시키기 위하여 수직형 반도체 발광 소자(250) 사이에는 격벽(290)이 배치될 수 있다. 이 경우, 격벽(290)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 상기 전도성 접착층(230)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(250)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(290)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로서, 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 격벽(290)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다.
만일 제2전극(240)이 반도체 발광 소자(250) 사이의 전도성 접착층(230) 상에 바로 위치된 경우, 격벽(290)은 수직형 반도체 발광 소자(250) 및 제2전극(240)의 사이사이에 위치될 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(250)를 이용하여 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있고, 반도체 발광 소자(250)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 되어 제2전극(240)을 반도체 발광 소자(250) 사이에 위치시킬 수 있고, HD 화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 도시에 의하면, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체 사이에는 블랙 매트릭스(291)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(291)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
상기 설명과 같이, 반도체 발광 소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 반도체 발광소자들이 단위 화소(또는 픽셀)를 이루는 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
이하에서는, 상기 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode) 또는 OLED)를 이용한 디스플레이 장치에 대해 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널 구동장치가 적용된 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치를 나타낸 구성도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치는 영상처리부(201), 타이밍제어부(202), 데이터구동부(203), 스캔구동부(204) 및 복수의 발광다이오드(LED)를 포함하는 디스플레이 패널(205)을 포함한다.
상기 영상 처리부(201)는 외부로부터 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 클럭신호 및 적색, 녹색 및 청색 신호(RGB)(이하 RGB로 표기)를 수신한다. 상기 영상처리부(201)는 RGB 신호(RGB)를 적색, 녹색, 청색 및 백색 신호(RGBW)(이하 RGBW로 표기)로 변환하여 타이밍 제어부(202)에 출력한다. 상기 영상 처리부(201)는 외부로부터 공급된 하나의 프레임 데이터에 포함된 RGB 신호(RGB)를 이용하여 평균화상레벨에 따라 피크휘도를 구현하도록 감마 전압을 가변한다. 상기 영상 처리부(201)는 이 밖에 외부로부터 수신되는 프레임 데이터를 다양하게 처리하는데, 이에 대한 구체적인 설명은 이미 공지된 기술이므로 생략한다.
상기 타이밍 제어부(202)는 영상 처리부(201)로부터 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 클럭신호 및 RGBW 신호(RGBW)를 수신한다.
상기 타이밍 제어부(202)는 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 클럭신호 등의 타이밍신호를 이용하여 데이터 구동부(203)와 스캔구동부(204)의 동작 타이밍을 제어한다. 상기 타이밍 제어부(202)는 1 수평기간의 데이터 인에이블 신호를 카운트하여 프레임기간을 판단할 수 있으므로 외부로부터 공급되는 수직 동기신호와 수평 동기신호는 생략될 수 있다. 타이밍 제어부(202)에서 생성되는 제어신호들에는 스캔 구동부(204)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍제어신호(GDC)와 데이터 구동부(203)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호(DDC)가 포함된다. 게이트 타이밍 제어신호(GDC)에는 게이트 스타트 펄스, 게이트 시프트 클럭, 게이트 출력 인에이블 신호 등이 포함된다. 데이터 타이밍 제어신호(DDC)에는 소스 스타트 펄스, 소스 샘플링 클럭, 소스 출력 인에이블신호 등이 포함된다.
데이터 구동부(203)는 타이밍 제어부(202)로부터 수신된 데이터 타이밍 제어신호(DDC)에 응답하여 타이밍 제어부(202)로부터 공급되는 RGBW 신호(RGBW)를 샘플링하고 래치하여 병렬 데이터 체계의 데이터로 변환한다. 데이터 구동부(203)는 병렬 데이터 체계의 데이터로 변환할 때, RGBW 신호(RGBW)를 감마 전압에 따라 디지털 데이터를 아날로그 데이터로 변환한다. 이때, 디지털 데이터를 아날로그 데이터로 변환하는 것은 데이터 구동부(203)에 포함된 디지털 아날로그 변환기(Digital to Anlog Converter; DAC)에 의해 이루어진다. 데이터 구동부(203)는 데이터 라인들(DL1~DLn)을 통해 변환된 영상 신호(DATA)를 디스플레이 패널(205)에 포함된 서브 픽셀들(SPr, SPg, SPb,SPw)에 공급한다.
상기 스캔 구동부(204)는 타이밍 제어부(202)로부터 공급된 게이트 타이밍 제어신호(GDC)에 응답하여 디스플레이 패널(205)에 포함된 서브 픽셀들(SPr, SPg, SPb, SPw)의 트랜지스터들이 동작 가능한 게이트 구동전압의 스윙폭으로 신호의 레벨을 시프트시키면서 스캔신호를 순차적으로 생성한다. 스캔 구동부(204)는 스캔라인들(SL1~SLm)을 통해 생성된 스캔신호를 디스플레이 패널(205)에 포함된 서브 픽셀들(SPr, SPg, SPb, SPw)에 공급한다.
디스플레이 패널(205)은 매트릭스형태로 배치된 서브 픽셀들(SPr, SPg, SPb, SPw)을 포함하는 유기전계발광디스플레이 패널로 형성된다. 서브 픽셀들(SPr, SPg, SPb, SPw)에는 적색 서브 픽셀(SPr), 녹색 서브 픽셀(SPg), 청색 서브 픽셀(SPb) 및 백색 서브 픽셀(SPw)이 포함되며 이들은 하나의 픽셀(P)이 된다.
일반적으로, LED 어레이(array)를 디스플레이로 구동하기 위해서는 PM(Passive Matrix) 방식과 AM(Active Matrix) 방식을 사용한다. AM 방식은 한 프레임이 끝날 때까지 각 픽셀들의 값을 기억해 광이 유지되지만 PM 방식은 라인(Line) 단위로 순차적으로 빠르게 점등하여 시각적 잔상효과(약 1/10초 동안 지속)를 이용해 하나의 영상처럼 보이게 한다.
이하에서는, 박막 트랜지스터(TFT, thin film transistor)를 사용하는 디스플레이 패널에 복수의 발광소자(LED, light emitting diode)를 적용하여 디지털 구동시키는 디스플레이 장치 및 그 구동(제어) 방법을 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치에 적용된 복수의 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 나타낸 도이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용하고, 디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 다수의 서브 픽셀(SPr, SPg, SPb, SPw)에 PWM(pulse width modulation) 신호의 전류를 인가하는 디스플레이 장치는,
디스플레이 패널(205)의 각 서브 픽셀에 적용된 복수의 발광소자(LED1, LED2)와;
상기 PWM 신호의 서로 다른 복수의 펄스 진폭(pulse amplitude)을 발생하고, 상기 서로 다른 복수의 진폭을 상기 복수의 반도체 발광소자(LED1, LED2)에 인가하는 구동부(도시하지 않음)를 포함한다.
상기 구동부는 스캔 신호에 따라 데이터신호를 인가하기 위한 스캔 트랜지스터(도시하지 않음); 상기 스캔 트랜지스터를 통해 인가되는 데이터 신호에 따라 복수의 발광소자(LED1, LED2)에 전류를 흐르게 하는 구동 트랜지스터(10, 11); 상기 데이터신호를 소정 시간 유지하기 위한 저장용 콘덴서(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
상기 구동부는 하나의 반도체 발광소자에 인가되는 서브필드(subfield)를 복수개로 나누고, 그 나뉘어진 복수의 서브필드를 복수의 발광소자(LED1, LED2)에 인가함으로써 고화질 디스플레이에서의 로우 라인 타임(row line time)을 확보할 수 있다. 예를 들면, 복수의 발광소자(LED1, LED2)를 사용하여 각 발광소자(LED1, LED2)가 서브필드를 나누어 구동하게 되면 1비트 방출 시간(1-bit emission time)이 증가하게 되어 고화질 디스플레이에서의 로우 라인 타임(row line time)을 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 상기 서로 다른 복수의 진폭을 상기 복수의 반도체 발광소자(LED1, LED2)에 인가하거나, 나뉘어진 복수의 서브필드를 복수의 발광소자(LED1, LED2)에 인가함으로써, 디지털 구동의 문제점인 화질 저하 현상(false contour noise)을 해결할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 상기 서로 다른 복수의 진폭을 상기 복수의 반도체 발광소자(LED1, LED2)에 인가하거나, 나뉘어진 복수의 서브필드의 순서를 재배치함으로써, 디지털 구동의 문제점인 화질 저하 현상(false contour noise)을 해결할 수 있다.
도 12a-12g는 본 발명의 실시예에 따라 복수의 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)에 인가되는 서브필드를 나타낸 예시도들이다.
도 12a에 도시한 바와 같이, 복수의 반도체 발광소자(LED1, LED2)가 2개라고 가정할 때, 상기 구동부는, 하나의 반도체 발광소자에 인가되는 서브필드(subfield)를 2개로 나누고, 그 나뉘어진 2개의 서브필드(12-1)를 2개의 발광소자(LED1, LED2)에 인가함으로써 고화질 디스플레이에서의 로우 라인 타임(row line time)을 확보할 수 있다. 상기 나뉘어진 2개의 서브필드(12-1)에 표시된 숫자를 그레이 레벨(gray-level)을 의미한다. 예를 들면, 복수의 발광소자(LED1, LED2)를 사용하여 각 발광소자(LED1, LED2)가 서브필드를 나누어 구동하게 되면 1비트 방출 시간(1-bit emission time)이 증가하게 되어 고화질 디스플레이에서의 로우 라인 타임(row line time)을 확보할 수 있게 된다.
도 12b에 도시한 바와 같이, 복수의 반도체 발광소자가 4개라고 가정할 때, 상기 구동부는, 하나의 반도체 발광소자에 인가되는 서브필드(subfield)를 4개로 나누고, 그 나뉘어진 4개의 서브필드(12-2)를 4개의 발광소자(LED1, LED2)에 인가함으로써 고화질 디스플레이에서의 로우 라인 타임(row line time)을 확보할 수 있다. 상기 나뉘어진 4개의 서브필드(12-2)에 표시된 숫자를 그레이 레벨(gray-level)을 의미한다. 예를 들면, 복수의 발광소자를 사용하여 각 발광소자가 서브필드를 나누어 구동하게 되면 1비트 방출 시간(1-bit emission time)이 증가하게 되어 고화질 디스플레이에서의 로우 라인 타임(row line time)을 확보할 수 있게 된다.
도 12c에 도시한 바와 같이, 한 픽셀에서 복수의 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)는 각각 인가되는 진폭(amplitude)이 다르며, 복수의 반도체 발광 소자가 동시에 발광하는 경우 사람의 눈에는 하나의 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)가 진폭(amplitude)만 달라지는 것처럼 보인다.
도 12d 내지 12e에 도시한 바와 같이, 화질 저하 현상(False contour noise)을 줄이기 위해 시점의 이동 속도(V)를 설정한다. 예를 들면, 시점의 이동 속도가 1프레임당 1 픽셀(1 pixel)일 때 그레이 레벨 127 내지 128 사이의 화질 저하 현상(False contour noise)을 줄이기 위해 시점의 이동 속도를 1프레임당 2~5 픽셀로 설정한다.
도 12f에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구동부는, 하나의 반도체 발광소자에 인가되는 서브필드(subfield)를 복수개로 나누고, 그 나뉘어진 복수의 서브필드를 재배치하여 상기 복수의 반도체 발광소자(LED1, LED2)에 인가함으로써, 디지털 구동의 문제점인 화질 저하 현상(false contour noise)을 해결할 수도 있다.
도 12g에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구동부는, 하나의 반도체 발광소자에 인가되는 서브필드(subfield)를 복수개로 나누고, 그 나뉘어진 복수의 서브필드를 복수의 발광소자(LED1, LED2)에 인가함으로써, 디지털 구동의 문제점인 화질 저하 현상(false contour noise)을 해결할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 상기 나뉘어진 복수의 서브필드의 순서를 재배치함으로써, 디지털 구동의 문제점인 화질 저하 현상(false contour noise)을 해결할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치를 도 13을 참조하여 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치는, 구동 박막 트랜지스터를 스위칭 박막 트랜지스터로 사용하여 저전력소모를 가능하게 하고, 박막 트랜지스터의 문턱전압(Threshold voltage)을 보상하여 박막 트랜지스터의 사용수명 및 디스플레이 화질을 증가시킨다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 구성을 나타낸 도이다.
도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치는,
서브 픽셀(디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 다수의 서브 픽셀)에 적용된 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)와;
반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)에 연결되고, 반도체 발광 소자에 전류가 흐르도록 스위칭하는 제1 트랜지스터(또는 스위칭부)(T1);
상기 제1 트랜지스터(T1)에 연결되고, 선택신호(Init)에 따라 상기 제1 트랜지스터(T1)의 게이트에 기준전압(Vref)를 인가하는 제 2트랜지스터(또는 스위칭부)(T2);
상기 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)에 연결되고, 상기 제1 트랜지스터(T1)의 게이트에 인가된 기준전압을 데이터신호에 따라 초기화하는 제3 트랜지스터(또는 스위칭부)(T3);
상기 제2 및 제3 트랜지스터(T2, T3)에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터(T3)에 문턱전압에 의한 편차를 보상하기 위한 제5 트랜지스터(또는 스위칭부)(T5);
스캔 신호를 인가하는 스캔 라인(SCAN)과 데이터 신호를 인가하는 데이터 라인(Data Line)에 연결되고, 스캔 신호(SCAN)에 따라 상기 데이터신호를 인가하는 제4 트랜지스터(또는 스위칭부)(T4);
제4 트랜지스터(T4)와 제5 트랜지스터(T5) 사이에 연결되고, 제4 트랜지스터(T4)를 통해 인가되는 상기 데이터신호를 소정 시간 유지하기 위한 제1 콘덴서(C1);
제3 트랜지스터(T3), 제5 트랜지스터(T5) 및 제1 콘덴서(C1)에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터(T3)에 삼각파를 인가하기 위한 제2 콘덴서(C0)를 포함한다. 상기 제1 내지 제5 트랜지스터(T1-T5)는 구동부(도시하지 않음)에 의해 제어될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명한다.
도 14a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 예시도이다.
도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에 인가되는 전압 파형을 나타낸 예시도로서, 1프레임의 시간 동안 인가되는 선택신호(Init) 및 보상신호(compensation phase)에 따른 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 예시도이다.
도 14a 내지 도 14b에 도시한 바와 같이, 제4 트랜지스터(T4)는 제4 트랜지스터(T4)의 게이트에 스캔 신호가 인가되면 리셋 전압(Vreset)을 노드 Z에 인가한다.
제2 트랜지스터(T2)와 제5 트랜지스터(T5)는 제2 트랜지스터(T2)의 게이트에 선택신호(Init)가 인가되고, 보상신호(compensation phase)가 제5 트랜지스터(T5)의 게이트에 인가되면 노드 X를 기준전압(Vref)으로 초기화한다.
도 15a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 다른 예시도이다.
도 15b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에 인가되는 전압 파형을 나타낸 다른 예시도로서, 1프레임의 시간 동안 인가되는 보상신호(compensation phase)에 따른 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 예시도이다.
도 15a 내지 도 15b에 도시한 바와 같이, 1프레임 중 보상신호(compensation phase)가 제5 트랜지스터(T5)에 인가되는 동안 노드 X가 방전(discharging)되면 제1 콘덴서(C1)에 제3 트랜지스터(T3)의 문턱전압(Vth)과 리셋 전압(Vreset)의 차이 전압이 저장되고, 제2 콘덴서(C0)에 제3 트랜지스터(T3)의 문턱전압(Vth)이 저장된다. 또한, 제4 트랜지스터(T4)에 의해 노드 Z에 리셋전압(Vreset)이 유지되고, 제2 트랜지스터(T2)에 인가되는 선택신호(Init)를 로우(Low) 레벨로 변경함으로써 제2 트랜지스터(T2)를 비활성화시키고, 노드 X의 제1 콘덴서(C1), 제2 콘덴서(C0)에 저장된 전압에 의해 제3 트랜지스터(T3)가 비활성화된다.
도 16a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 또 다른 예시도이다.
도 16b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에 인가되는 전압 파형을 나타낸 또 다른 예시도로서, 1프레임의 시간 중 인가되는 프로그래밍 위상(programming phase)에 따른 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 예시도이다.
도 16a 내지 도 16b에 도시한 바와 같이, 제5 트랜지스터(T5)의 게이트에 인가되는 보상 신호(Comp)를 로우(Low) 레벨로 변경함으로써 제5 트랜지스터(T5)를 비활성화시킨다.
스캔 신호를 순차적으로 인가하여 노드 Z에 데이터(VDATA)를 샘플링하고, 데이터 샘플링이 끝나면 노드 X의 전압(Vx)은 수학식 1과 같은 전압이 된다.
도 17a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 또 다른 예시도이다.
도 17b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에 인가되는 전압 파형을 나타낸 또 다른 예시도로서, 1프레임의 시간 중 프로그래밍 위상(programming phase)과 방출 위상(Emission phase) 사이에 인가되는 선택 신호(Init)에 따른 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 예시도이다.
도 17a 내지 도 17b에 도시한 바와 같이, 제2 트랜지스터(T2)는, 선택 신호(Init)가 제2 트랜지스터(T2)의 게이트에 인가되면 제1 트랜지스터(T1)의 게이트에 기준 전압(Vref)을 인가한다.
제1 트랜지스터(T1)에 기준 전압(Vref)이 인가되면, 제1 트랜지스터(T1)가 활성화되어 반도체 발광소자(LED)에 전류가 흐른다. 제1 트랜지스터(T1)가 스위칭 트랜지스터이기 때문에 반도체 발광소자(LED)에 흐르는 전류는 전원전압(ELVDD)에 의해 결정된다.
도 18a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 또 다른 예시도이다.
도 18b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에 인가되는 전압 파형을 나타낸 또 다른 예시도로서, 1프레임의 시간 중 인가되는 방출 위상(Emission phase)에 따른 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 예시도이다.
도 18a 내지 도 18b에 도시한 바와 같이, 제2 트랜지스터(T2)에 인가되는 선택신호(Init)를 로우(Low) 레벨 신호로 변경함으로써 제2 트랜지스터(T2)를 비활성화 시킨다.
제2 콘덴서(C0)(VCom)를 통해 상기 제3 트랜지스터(T3)에 삼각파를 인가함으로써 노드 X의 전압을 상승시킨다.
상기 노드 X의 전압(Vx)은 수학식 2와 같고,
Figure 112016101520437-pat00002
의 값이
Figure 112016101520437-pat00003
보다 커질 경우 제3 트랜지스터(T3)가 활성화되어 반도체발광소자(LED)와 제1 트랜지스터(T1)이 비활성화(턴-오프)된다.
이하에서는, IGZO((Indium-Gallium-Zinc-Oxide) TFT(thin film transistor)의 문턱전압(Vth)이 바이어스 스트레스(bias-stress)에 따라 음, 양의 양방향으로 시프트(shift)되는 현상을 이용하여 문턱전압(Vth)의 시프트(shift)를 억제하는 방법을 설명한다. 예를 들면, 방출 위상(Emission phase)과 리버스 바이어스 위상(Reverse-bias phase)의 듀티(duty)(예, 95:5 duty)를 구현하게 되면 IGZO((Indium-Gallium-Zinc-Oxide) TFT(thin film transistor)의 문턱전압(Vth) 시프트(shift)를 억제(예, 0.1배)할 수 있다. 또한, 문턱전압(Vth)의 시프트(shift)를 억제하고, 그 억제된 문턱전압(Vth)도 내부보상을 통해 완벽하게 보상하여 고품질의 디스플레이를 구현할 수 있다.
도 19a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 구성을 나타낸 도로서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치는, 구동 박막 트랜지스터의 문턱전압(Threshold voltage)의 시프트(shift)를 보상하여 디스플레이 화질을 증가시킨다.
도 19b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치에 인가되는 전압 파형을 나타낸 예시도이다.
도 19a 내지 도 19b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치는,
서브 픽셀(디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 다수의 서브 픽셀)에 적용된 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)와;
스캔 신호(VSCAN)에 따라 데이터신호(VDATA)를 인가하는 제3 트랜지스터(T13);
상기 제3 트랜지스터(T13)와 상기 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)에 연결되고, 제1 기준 전압(VEM1)에 따라 반도체발광소자(LED)에 전류가 흐르도록 스위칭하는 제4 트랜지스터(T14);
제3 및 제4 트랜지스터(T13, T14)에 연결되고, 상기 데이터 신호에 따라 반도체발광소자(LED)에 전류를 인가하는 제1 트랜지스터(T11);
상기 제1 트랜지스터(T11)의 게이트에 연결되고, 상기 제1 트랜지스터(T11)의 문턱전압에 의한 편차를 보상하기 위한 제2 트랜지스터(T12);
상기 제1 및 제2 트랜지스터(T11, T12) 사이에 연결되고, 상기 데이터신호를 소정 시간 유지하기 위한 콘덴서(C);
상기 제1 및 제2 트랜지스터(T11, T12) 사이에 연결되고, 제2 기준 전압(VEM2)에 따라 반도체발광소자(LED)에 전류가 흐르도록 스위칭하는 제6 트랜지스터(T16);
상기 제1, 제2 및 제6 트랜지스터(T11, T12, T16)과 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)에 연결되고, 선택신호(Init)에 따라 상기 제1, 제2 및 제6 트랜지스터(T11, T12, T16)과 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)에 전원(VDD)을 인가하는 제5 트랜지스터(T15)를 포함한다.
상기 제1 내지 제6 트랜지스터(T11-T16)는 구동부에 의해 제어될 수 있다.
상기 제1 트랜지스터(T11)의 소스(source)에 데이터 전압(VDATA)을 인가하여 제1 트랜지스터(T11)의 게이트 전압을 데이터 전압(VDATA)과 문턱 전압(Vth)을 합한 전압으로 만든다.
이하에서는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명한다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 예시도이다.
도 19b 및 도 20에 도시한 바와 같이, 초기 위상(Initial phase) 구간에서 제1 트랜지스터(구동 TFT)(T11)의 게이트 노드(gate node)를 초기화한다. 즉, 초기 위상(Initial phase) 구간에서 제5 트랜지스터(T15)는 선택신호(Init)에 따라 제1 트랜지스터(구동 TFT)(T11)의 게이트에 전원(VDD)을 인가하여 제1 트랜지스터(구동 TFT)(T11)의 게이트 노드(gate node)를 초기화하고, 이때 제3 트랜지스터(T13), 제4 트랜지스터(T14), 제6 트랜지스터(T16)에는 로우 신호가 입력됨에 따라 제3 트랜지스터(T13), 제4 트랜지스터(T14), 제6 트랜지스터(T16)는 비활성화된다.
이하에서는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명한다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 다른 예시도이다.
도 19b 및 도 21에 도시한 바와 같이, 보상 위상(compensation phase) 구간에서 제1 트랜지스터(구동 TFT)(T11)의 소스 노드(source node)에 데이터 전압(VDATA+VTH)을 입력한다. 즉, 보상 위상(compensation phase) 구간에서, 제5 트랜지스터(T5)는 선택신호(Init)(로우 신호)에 따라 제1 트랜지스터(구동 TFT)(T11)의 게이트에 전원(VDD)을 인가하여 제1 트랜지스터(구동 TFT)(T11)의 게이트 노드(gate node)를 초기화한다. 이때, 제4 트랜지스터(T14)에는 로우 신호에 대응하는 제1 기준 전압(EM1)이 인가되고, 제6 트랜지스터(T6)에는 로우 신호에 대응하는 제2 기준 전압(EM2)이 인가되어, 제4 트랜지스터(T4)와 제6 트랜지스터(T6)는 비활성화된다.
이하에서는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명한다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 또 다른 예시도이다.
도 19b 및 도 22에 도시한 바와 같이, 방출 위상(Emission phase) 구간에서, 제5 트랜지스터(T15)에 로우 신호에 대응하는 선택 신호(VInit)가 입력되어 제5 트랜지스터(T15)가 비활성화되고, 제3 트랜지스터(T13)에 로우 신호에 대응하는 스캔 신호(VSCAN)가 입력되어 제3 트랜지스터(T13)가 비활성화되고, 제2 트랜지스터(T12)에 로우 신호에 대응하는 보상 신호(Vcomp)가 입력되어 제2 트랜지스터(T12)가 비활성화되고, 제4 트랜지스터(T14), 제1 트랜지스터(T11), 제6 트랜지스터(T16)에 의해 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)가 발광한다. 즉, 방출 위상(Emission phase) 구간에서 제1 트랜지스터(T11)에 의해 전류 ID가 생성된다.
이하에서는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명한다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 또 다른 예시도이다.
도 19b 및 도 23에 도시한 바와 같이, 리셋 위상(Reset phase) 구간에서, 제5 트랜지스터(T15)에 로우 신호에 대응하는 선택 신호(VInit)가 입력되어 제5 트랜지스터(T15)가 비활성화되고, 제3 트랜지스터(T13)에 로우 신호에 대응하는 스캔 신호(VSCAN)가 입력되어 제3 트랜지스터(T13)가 비활성화된다. 또한, 리셋 위상(Reset phase) 구간에서, 제1 트랜지스터(T11)의 게이트 노드(Gate node)의 전압을 리셋 전압(VSS)로 리셋(reset)하여 제1 트랜지스터(구동 TFT)(T11)를 비활성화(off)시킨다.
반면에, 리셋 위상(Reset phase) 구간에서, 제2 트랜지스터(T12)에 하이 신호에 대응하는 보상 신호(Vcomp)가 입력되어 제2 트랜지스터(T12)가 활성화되고, 제4 트랜지스터(T14)에 하이 신호에 대응하는 제1 기준 전압(VEM1)이 입력되어 제4 트랜지스터(T14)가 활성화되고, 제6 트랜지스터(T16)에 하이 신호에 대응하는 제2 기준 전압(VEM2)이 입력되어 제6 트랜지스터(T16)가 활성화된다.
이하에서는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명한다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치의 동작을 나타낸 또 다른 예시도이다.
도 19b 및 도 24에 도시한 바와 같이, 리버스 바이어스 위상(Reverse-bias phase) 구간에서, 제2 트랜지스터(T12)에 로우 신호에 대응하는 보상 신호(Vcomp)가 입력되어 제2 트랜지스터(T12)가 비활성화되고, 제3 트랜지스터(T13)에 로우 신호에 대응하는 스캔 신호(VSCAN)가 입력되어 제3 트랜지스터(T13)가 비활성화된다.
또한, 리버스 바이어스 위상(Reverse-bias phase) 구간에서, 제6 트랜지스터(T11)에 로우 신호에 대응하는 제2 기준 전압(VEM2)이 입력되어 제6 트랜지스터(T16)가 비활성화된다.
반면에, 리버스 바이어스 위상(Reverse-bias phase) 구간에서, 제5 트랜지스터(T15)에 하이 신호에 대응하는 선택 신호(VInit)가 입력되어 제5 트랜지스터(T15)가 활성화되고, 제4 트랜지스터(T14)에 하이 신호에 대응하는 제1 기준 전압(VEM1)이 입력되어 제4 트랜지스터(T14)가 활성화되고, 제1 트랜지스터(구동 TFT)(T11)의 드레인(drain) 및 소스(source) 노드를 전원전압(VDD)으로 역 바이어스하여 문턱전압(Vth)의 시프트(shift)를 억제한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치에 적용된 디스플레이 장치 및 그 구동 방법은, 각 서브픽셀에 적용된 박막 트랜지스터(TFT, thin film transistor)를 사용하는 디스플레이 장치에 복수의 발광소자(LED, light emitting diode)를 적용함으로써, 디스플레이 화질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode, LED)를 이용한 디스플레이 장치에 적용된 디스플레이 장치 및 그 구동 방법은, 각 서브픽셀에 적용된 박막 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하여 박막 트랜지스터의 사용수명을 증가시키고, 디스플레이 화질을 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 다수의 서브 픽셀에 PWM(pulse width modulation) 신호의 전류를 인가하는 디스플레이 장치에 있어서,
    각 서브 픽셀에 적용된 복수의 반도체 발광소자와;
    PWM 신호의 펄스 진폭을 다르게 하여 서로 다른 복수의 펄스 진폭을 발생하고, 상기 서로 다른 복수의 펄스 진폭을 상기 복수의 반도체 발광소자에 인가하는 구동부를 포함하고,
    상기 구동부는,
    하나의 반도체 발광소자에 인가되는 서브필드를 복수개로 나눈 것을 재배치하여 상기 복수의 반도체 발광소자에 인가하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 구동부는,
    상기 복수개의 서브필드의 순서를 재배치하여 상기 복수의 반도체 발광소자에 인가하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 다수의 서브 픽셀에 PWM(pulse width modulation) 신호의 전류를 인가하는 디스플레이 장치에 있어서,
    디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 각 서브 픽셀에 적용된 반도체 발광 소자;
    상기 반도체 발광 소자에 연결되고, 상기 반도체 발광 소자에 전류가 흐르도록 스위칭하는 제1 스위칭부;
    상기 제1 스위칭부에 연결되고, 선택신호에 따라 상기 제1 스위칭부에 기준전압을 인가하는 제2 스위칭부;
    상기 제1 및 제2 스위칭부에 연결되고, 상기 제1 스위칭부에 인가된 기준전압을 데이터신호에 따라 초기화하는 제3 스위칭부;
    상기 제2 및 제3 스위칭부에 연결되고, 상기 제3 스위칭부에 문턱전압에 의한 편차를 보상하기 위한 제4 스위칭부;
    스캔 신호를 인가하는 스캔 라인과 데이터 신호를 인가하는 데이터 라인에 연결되고, 스캔 신호에 따라 상기 데이터신호를 인가하는 제5 스위칭부;
    제4 스위칭부와 제5 스위칭부 사이에 연결되고, 제5 스위칭부를 통해 인가되는 상기 데이터신호를 소정 시간 유지하기 위한 제1 콘덴서;
    제3 스위칭부, 제4 스위칭부 및 제1 콘덴서에 연결되고, 상기 제3 스위칭부에 삼각파를 인가하기 위한 제2 콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 스위칭부 내지 상기 제5 스위칭부는,
    제1 박막 트랜지스터 내지 제5 박막 트랜지스터이고,
    상기 제1 박막 트랜지스터를 스위칭하여 상기 반도체 발광 소자에 전류를 인가함으로써 전력소모를 감소시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제3 스위칭부에 삼각파를 인가함으로써 제3 박막 트랜지스터의 문턱전압을 보상하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 다수의 서브 픽셀에 PWM(pulse width modulation) 신호의 전류를 인가하는 디스플레이 장치에 있어서,
    디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 각 서브 픽셀에 적용된 반도체 발광 소자와;
    스캔 신호에 따라 데이터 신호를 인가하는 제1 트랜지스터;
    상기 제1 트랜지스터와 상기 반도체 발광 소자에 연결되고, 제1 기준 전압에 따라 반도체발광소자에 전류가 흐르도록 스위칭하는 제2 트랜지스터;
    제1 및 제2 트랜지스터에 연결되고, 상기 데이터 신호에 따라 반도체발광소자에 전류를 인가하는 제3 트랜지스터;
    상기 제3 트랜지스터에 연결되고, 상기 제3 트랜지스터의 문턱전압에 의한 편차를 보상하기 위한 제4 트랜지스터;
    상기 제3 및 제4 트랜지스터 사이에 연결되고, 상기 데이터 신호를 소정 시간 유지하기 위한 콘덴서;
    상기 제3 및 제4 트랜지스터 사이에 연결되고, 제2 기준 전압에 따라 반도체발광소자에 전류가 흐르도록 스위칭하는 제5 트랜지스터;
    상기 제3, 제4 및 제5 트랜지스터와 반도체 발광 소자에 연결되고, 선택신호에 따라 상기 제3, 제4 및 제5 트랜지스터와 반도체 발광 소자에 전원전압을 인가하는 제6 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터, 제4 트랜지스터, 제5 트랜지스터를 비활성화시키고, 제2 트랜지스터와 제6 트랜지스터를 활성화시키고, 제3 트랜지스터의 드레인 및 소스 노드를 전원전압으로 역 바이어스하여 제3 트랜지스터의 문턱전압의 시프트를 억제하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 디스플레이 패널의 픽셀 내에 포함된 다수의 서브 픽셀에 PWM(pulse width modulation) 방식의 전류를 인가하는 디스플레이 패널 구동 방법에 있어서,
    PWM 신호의 펄스 진폭을 다르게 하여 서로 다른 복수의 펄스 진폭을 발생하는 단계와;
    상기 서로 다른 복수의 펄스 진폭을 각 서브 픽셀에 적용된 복수의 반도체 발광소자에 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 반도체 발광소자에 인가하는 단계는,
    하나의 반도체 발광소자에 인가되는 서브필드를 복수개로 나눈 것을 재배치하여 상기 복수의 반도체 발광소자에 인가하는 단계인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 발광소자에 인가하는 단계는,
    상기 복수개의 서브필드의 순서를 재배치하여 상기 복수의 반도체 발광소자에 인가하는 단계인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
  12. 삭제
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