KR20020035446A - 디지털 이미지 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

기판, 기판상에 형성되고 발광 픽셀의 어레이를 갖는 발광 디스플레이, 기판상에 형성된 대표 발광 픽셀, 디스플레이 장치상에 배치되고 대표 발광 픽셀에 광학적으로 결합된 광센서 및 발광 디스플레이를 수정하기 위해 광센서에 연결된 피드백 제어 회로를 갖는 디지털 이미지 디스플레이 장치가 개시되어 있다.

Description

디지털 이미지 디스플레이 장치{AN EMISSIVE DISPLAY WITH LUMINANCE FEEDBACK FROM A REPRESENTATIVE PIXEL}
본 발명은 고체상태 평판 디스플레이 장치(solid-state flat-panel display device)에 관한 것으로, 구체적으로 대표 픽셀(representative pixel)로부터의 광 피드백 정보를 이용하여 디스플레이의 각 픽셀의 휘도(luminance)를 최적화하는 수단을 갖는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
고체상태의 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode : OLED) 이미지 디스플레이 장치는 우수한 평판 디지털 디스플레이 장치로 선호되고 있다. 이러한 디스플레이 장치는 유기 물질의 박막을 통과하는 전류를 이용하여 광을 발생시킨다. 방출된 광의 컬러 및 전류로부터 광으로의 에너지 전환 효율은 유기 박막 물질의 조성에 의해 결정된다. 또한, 디스플레이 장치는 OLED 디스플레이 장치 상하의 다른 광학 장치의 통합(integration)을 지원하는 완전 투명 물질(exclusively transparent materials)로 제조될 수 있다. 또한, 이러한 유기 물질이 투명할 수 있다. 1998년 7월 7일에 특허 허여된 헝(Hung)등의 미국 특허 제 5,776,623호가 이런 시스템을 개시하고 있다.
유기 LED 물질은 또한 전자기 방사선에 반응하고, 전기 회로내에서 적절히 바이어싱(bias)된 경우에 주변 광(ambient light)에 의존하는 전류를 생성할 수 있다. 예를 들어, 1999년 7월 27일에 특허 허여된 웨이(Wei)등의 미국 특허 제 5,929,845호는 유기 전자발광 장치를 이용하여 광을 방출하고 검출하는 시스템을 개시하고 있다. 투명 유기 발광 물질이 단지 제한된 주파수 범위의 광을 방출할 수 있지만, 다른 흡수 물질은 상당히 넓은 스펙트럼의 광을 흡수하고 광에 대해 광전(photo-electrically) 반응할 수 있다.
또한, 유기 박막 물질의 휘도는 물질의 노화(age) 및 선사용(prior use)에 좌우된다. 이 물질은 시간 경과와 이용에 의해 저하되어 동일한 휘도를 달성하기 위해 더 많은 전류를 필요로 한다. 또한, 디스플레이 장치에서의 전류 제어는 특히 전압 제어에 비해 더 많은 회로를 필요로 하여 디스플레이내에서 지원 장치의 복잡성을 증가시키는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 극복하기 위해 특정한 디스플레이 시스템을 최적화하는 시도가 종래 기술에서 있어 왔다. 예를 들어, 1993년 6월 1일에 특허 허여된 웹(Webb)등의 미국 특허 제 5,216,504호는 사람에 의한 입력(human input) 혹은 자동 컴퓨터 제어를 통해 디스플레이를 조정(calibrate)하거나 혹은 최적화하는 비디오 모니터내의 디지털 제어 장치를 개시하고 있다.
어떤 시스템은 사용자에 의해 제어되는 제어 메카니즘(user-controlled control mechanism)을 통합하여 가변 조건하에서 더 유연적인 동작 혹은 최적 이용을 제공한다. 예를 들어, 휘도 혹은 대비 제어를 비디오와 LCD 디스플레이 장치에 흔히 이용할 수 있다. 이러한 제어는 디스플레이 장치내의 대표 픽셀을 이용하여 장치 자신으로부터의 정보에 기반할 수 있다. 1992년 10월 20일에 특허 허여된 이튼(Eaton)등의 미국 특허 제 5,157,525호는 LCD 기준 요소를 포함하는 피드백 구성을 이용하여 대비 혹은 절대 휘도에 관해 사전선택된 값을 유지하도록 대표 픽셀을 분리 제어하는 것을 개시하고 있다. 피드백 정보는 광 검출기로 LCD 물질의 평균 투과율(average transmissivity)을 측정하여 결정된다. 1999년 6월 8일에 특허 허여된 한센(Hansen)등의 미국 특허 제 5,910,792호는 저항층을 통과하는 전류와 전류원의 전류를 비교하여 온도-유도 휘도 변화(temperature-induced brightness variation)를 보상하는 피드백을 제공한다. 모든 이러한 방안이 갖는 중대한 문제점은 피드백이 픽셀 자신의 발광에 바로 반응하지 않거나 혹은 디스플레이내에서 상이한 유형(예를 들어, 컬러)의 픽셀에 따른 문제점을 해결하지 못한다는 점이다.
따라서, 발광 디스플레이로부터의 광을 검출하고 제어하는 것을 개선하는 것이 필요하다.
본 발명은 기판, 기판상에 형성되고 발광 픽셀의 어레이를 갖는 발광 디스플레이, 기판상에 형성된 대표 발광 픽셀, 디스플레이 장치상에 배치되고 대표 발광 픽셀에 광학적으로 결합된 광센서 및 발광 디스플레이를 수정(modify)하기 위해 광센서에 연결된 피드백 제어 회로를 갖는 디지털 이미지 디스플레이 장치를 제공하여 이런 필요성을 충족시킨다.
본 발명의 이점은 개선된 성능을 갖는 디지털 이미지 디스플레이 장치를 제공한다는 점이다. 디스플레이 장치의 동작 특성을 제어하도록 피드백 로직과 함께 광 검출 능력을 통합함으로써, 수명, 휘도, 균일성(uniformity) 및 전력 소모 모두를 개선할 수 있다. 본 발명은 광학 피드백을 발광 디스플레이 장치에 제공하는 매우 집적되고, 소형이며 가벼운 수단을 제공한다. 이 피드백은 장치 수명을 늘리고, 전력 소모를 줄이고, 동작 특성을 개선하며 유연적인 애플리케이션을 제공할수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광전 활성 영역과 피드백 회로를 갖는 디스플레이 장치의 개략적인 도면,
도 2는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 바람직한 실시예의 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 발광 픽셀 어레이12 : 구동 회로
14 : 제어 회로20 : 대표 픽셀
21 : 광센서22 : 피드백 회로
40 : 기판42 : 패턴화된 접촉층
44 : 발광층50 : 광감지층
54 : 커버
본 발명은 발광 픽셀을 갖는 고체상태 디스플레이 장치에 관한 것으로, 동일한 기판상에 배치되고 디스플레이의 대표 픽셀과 광학적으로 결합되는 광 검출 능력의 이용을 통해 종래 기술의 문제점을 극복한다. 광 검출 능력은 대표 픽셀로부터 방출된 광에 의존하는 전류를 발생시킨다. 그 후, 이 전류는 피드백 메카니즘으로 사용되어 원하는 출력을 달성하도록 디스플레이 픽셀을 통과하는 전류를 제어한다. 다수의 대표 픽셀이 결합되어 디스플레이에서의 상이한 픽셀, 특히 상이한 컬러의 픽셀을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명을 도시한다. 도 1에서, 디스플레이 장치는 구동 회로(12)와 제어 회로(14)와 함께 기판상의 발광 픽셀의 어레이(10)를 포함한다. 이러한 구성요소 모두는 잘 알려져 있어서 상업용 애플리케이션에서 이용되고 있다. 구동 회로(12) 및 제어 회로(14)는 픽셀 어레이와 동일한 기판상에 배치될 수 있지만, 꼭 그럴 필요는 없다. 대표 픽셀(20) 및 이 대표 픽셀(20)에 광학적으로 결합된 광센서(21)는 또한 픽셀 어레이(10)와 동일한 기판상에 구현된다.
대표 픽셀(20)은 픽셀 어레이(10)의 개별 픽셀과 유사하게 구현될 수 있다.
특히, 동일한 발광 물질이 사용된다. 광센서(21)는 대표 픽셀(20)에 의한 광 출력에 반응한다. 광센서(21)로부터의 신호는 신호를 프로세싱하고 구동 회로(12)에 제공된 제어 신호를 수정하는 피드백 회로(22)에 연결된다.
도 2를 참조하면, 대표 픽셀(20)은 신호를 발광층(44)으로 인도하는 패턴화된 접촉층(patterned contact layer : 42)이 증착되는 기판(40)상에 형성된다. 패턴화된 제 2 투명 접촉층(46)은 발광층(44)의 다른쪽에 연결된다. 이러한 세 개의 층이 대표 픽셀(20)을 구성한다. 이 층들(42, 44 및 46)이 다양한 방식으로 구현될 수 있고 다수층을 자신들과 결합할 수 있다는 것을 알 것이다. 광센서(21)는 패턴화된 투명 접촉층(48), 광센서층(50) 및 패턴화된 제 2 접촉층(52)을 포함한다. 이 장치는 커버(54)에 의해 캡슐화(encapsulate)된다. 또한, 세 개의 층(48, 50 및 52) 자신은 세 개의 층을 구현하는데 사용되는 기술에 따라서 다수의 다른 층을 포함할 수 있다. 이와 달리, 대표 픽셀(20)과 광센서(21)의 상대 위치는 기판(40)에 대해 바뀔 수 있다. 투명 접촉층(46 및 48)은 공통이거나 혹은 절연체(도시되지 않음)에 의해 분리될 수 있다. 가능한 다른 구성에 따르면, 대표 픽셀(20) 및 광센서(21)는 광학적으로 결합되는 식으로 기판(40)상에 나란히(side by side) 구성될 수 있다. 이 구성에서, 접촉층(46 및 48)은 투명할 필요가 없다. 실제로, 픽셀 어레이(10)는 디스플레이 시스템 설계에 따라서 기판(40) 혹은 커버(54) 중 하나를 통해 광을 방출할 수 있다.
또한, 대표 픽셀로 정렬된 이산 광다이오드를 디스플레이 장치에 직접 고정(affix)하여 광센서를 기판 혹은 커버상에 배치시킬 수 있다. 광다이오드는 광학 투명 접착제(optically clear adhesive) 혹은 다른 적합한 물질을 이용하여 고정될 수 있다. 그 후, 광다이오드는 피드백 회로에 연결된다. 이러한 피드백 회로는 잘 알려져 있다. 동일한 물질을 이용하고 디스플레이에서의 픽셀로서 로직을 제어하는 대표 픽셀 자신은 광다이오드를 동작시키는데 적합한 광을 충분히 제공하기 위해 디스플레이 픽셀 보다 훨씬 클 수 있다.
동작시, 대표 픽셀(20)의 발광층(44)은 픽셀의 어레이(10)와 유사한 제어 신호를 이용하여 활성화(energize)된다. 광은 발광층(44)으로부터 방출되고 광-감지층(50)에 의해 포착된다. 따라서, 신호층(46 및 48)은 광이 대표 픽셀(20)로부터 광센서(21)로 광학적으로 결합되도록 투명해야 한다. 커버(54)와 기판(40) 중 어느 하나 혹은 둘 모두가 반사성(reflective)이라면, 광센서에 의한 광 흡수는 개선될 수 있다. 광센서로부터의 신호는 이 신호를 분석하는 피드백 회로(22)에 연결된다.
광센서(21)에 의해 검출된 신호는 검출된 광으로부터의 피드백을 제공하는데 이용된다. 일반적으로, 생성된 신호는 원하는 휘도에서 생성된 신호의 선험 지식(priori knowledge)과 비교된다. 디스플레이 물질을 구동시키는 신호는 광센서로부터의 신호가 원하는 신호와 매치할 때까지 수정된다. 매치된 경우에, 발광 물질에 의해 생성된 광은 원하는 레벨의 광이다. 발광 물질이 시간 경과로 저하되고, 덜 효율적으로 적은 광을 방출하기 때문에, 광센서 신호 결과가 감소될 것이어서 결국 이를 보상할 구동 전류를 증가시켜 감소된 광출력을 보상해야 한다는 점에 유의하기 바란다.
분석은 예시 픽셀로부터의 원하는 신호, 디스플레이 성능에 관한 선험 정보 등과의 비교를 포함할 수 있다. 분석 결과는 디스플레이를 동작시키는 제어 신호를 수정하는데 이용된다. 이 수정은 디스플레이에서의 각 픽셀에 인가된 전압을바꾸거나, 아날로그 제어 신호를 수정하거나 혹은 픽셀값을 나타내는 디지털 코드를 수정하여 수행될 수 있다.
커버 혹은 기판 중 하나가 투명이고 패턴화된 접촉층이 투명이라면, 주변 광은 광센서(21)에 의해 검출될 수 있다. 이 경우에, 주변 광으로부터의 신호에 대한 보상이 필요한데, 이 보상은 활성화된 발광층(44)이 없는 경우에 주변 광을 측정하여 피드백 회로(22)에 의해 수행될 수 있다. 보상은 주변 조도가 있거나 혹은 암 조건(darker condition)하에서 저장(save)된 파워가 있는 경우에 디스플레이를 밝게 하는 것을 포함할 수 있다. 보상은 또한 디스플레이 장치의 수명을 늘릴 수 있다. 보상은 또한 환경 요인 혹은 노화로 인한 발광 효율에서의 변화를 조절하는 것을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 공통 프로세스, 기판 물질 및 광-반응 요소가 이용되어 완전 통합 디스플레이 장치 및 광센서를 제공한다. 사용되는 제조 프로세스에 따라서, 광센서층을 먼저 구현하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 달리, 발광층이 먼저 증착될 수도 있다. 어느 경우이든, OLED 물질이 광센서뿐만 아니라 발광 요소에 사용될 수 있다. 이와 달리, 다양한 실리콘 물질이 광센서를 구현하는데 사용될 수 있다.
상이한 디스플레이 물질은 상이한 컬러의 광을 생성하는데 사용되고 또한 이러한 상이한 물질은 상이한 효율 및 노화 특성을 가질 수 있다. 각각의 휘도 레벨이 조정될 수 있듯이, 각각의 컬러도 조정될 수 있다. 단일 피드백 광전 요소의 경우에, 한 번에 오직 한 컬러의 대표 픽셀만을 간단히 활성화시킴으로써, 적합한기준값이 각각의 컬러에 대해 측정될 수 있다. 디지털 구현의 경우에, 컬러 및 휘도 조정은 매우 일반적인 기법인 (8-비트 시스템에 관한) 256 바이 3 엔트리 룩업 테이블(256 by 3 entry lookup table)을 이용하여 간단히 구현된다. 이와 달리, 대표 픽셀 및 연관된 광전 요소가 디스플레이 장치에서 각각의 컬러에 대해 생성될 수 있다. 덧붙여, 개별 대표 픽셀이 상이한 유형의 픽셀 요소 각각에 대해 생성될 수 있다.
피드백 신호는 픽셀을 어레이와 동시에 동작시켜 연속적으로 갱신될 수 있거나 혹은 주기적으로 갱신될 수 있다. 또한, 피드백이 픽셀값을 수정하기 위해 디지털 룩업 테이블을 결합하면, 개별 대표 픽셀이 각각의 테이블 요소에 대해 이용될 수 있다. 이와 달리, 디스플레이에서 이용되는 발광 레벨 각각에서 대표 픽셀을 활성화시키고 또한 디스플레이 장치를 조정하기 위해 수집된 피드백 정보를 이용하여 동일한 효과를 얻을 수 있다. 대표 픽셀(들)의 동작이 디스플레이에서의 픽셀 어레이의 동작에 영향을 주지 않을 것이라는 점에 유의하기 바란다.
또한, 디스플레이에서 대표 픽셀을 발광 픽셀 보다 훨씬 크게하여 대표 픽셀로부터의 신호를 최대화할 수 있다. 이것은 시스템의 잡음을 감소시켜 피드백을 개선하지만, 어레이에서 대표 픽셀이 디스플레이 픽셀을 덜 대표하게 한다.
검출, 조정 및 피드백 회로는 디스플레이 장치와 동일한 기판상에 직접 통합되거나 혹은 디스플레이 장치 외부에 구현될 수 있다. 일반적으로, 좋은 성능과 높은 정확도는 회로를 디스플레이 장치와 직접 통합하여 달성될 수 있지만, 이것이 모든 디스플레이 장치에 대해 바람직한 것만은 아닐 수도 있다(예를 들어, 픽셀 기술 및 제조 프로세스가 회로와 로직의 통합을 방해할 수도 있다). 본 발명은 능동-매트릭스 및 수동-매트릭스 디스플레이 장치 모두에 적용될 수 있다.
1998년 9월 6일에 특허 허여된 탕(Tang)등의 미국 특허 제 4,769,292호 및 1991년 10월 29일에 특허 허여된 반슬리케(VanSlyke)등의 미국 특허 제 5,061,569호에 개시되어 있으되, 이에 국한되지는 않는 미세 분자 중합체 OLED(small molecule polymeric OLED)를 포함하는 유기 발광 다이오드(OLED)는 적합한 디스플레이 장치가 생성될 수 있는 기술적 토대(technical platform)를 제공한다. 당업자라면 이런 장치를 제조하는데 이용될 수 있는 OLED 물질의 다양한 조합 및 변경이 본 발명의 범주내라는 것을 알 것이다.
본 발명은 디지털 이미지 디스플레이 장치에 관한 것으로 피드백 로직과 광 검출 능력을 통합하여 수명, 휘도 및 전력 소모를 개선하는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 디지털 이미지 디스플레이 장치(a digital image display device)에 있어서,
    a)기판과,
    b)상기 기판상에 형성된 발광 디스플레이(a light emitting display) - 상기 디스플레이는 발광 픽셀의 어레이(an array of light emitting pixels)를 가짐 - 와,
    c)상기 기판상에 형성된 대표 발광 픽셀(a representative light emitting pixel)과,
    d)상기 디스플레이 장치상에 배치되고 상기 대표 발광 픽셀에 광학적으로 결합된 광센서와,
    e)상기 발광 디스플레이를 수정(modify)하기 위해 상기 광센서에 연결된 피드백 제어 회로를 포함하는
    디지털 이미지 디스플레이 장치.
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