KR20020060042A - 유기 ｌｅｄ 디스플레이 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

유기 LED(OLED) 디스플레이 및 그 구동 방법에 관한 것으로, LED 화상 표시 소자에 있어서, 1화소에 1스위치 트랜지스터가 제공되고, 스위치 트랜지스터의 오프 기간의 적어도 일부 기간에는 LED가 비 발광 상태로 있음과 동시에, 이 OLED에 발광시의 극성과는 역 바이어스가 인가된다.

Description

유기 ＬＥＤ 디스플레이 및 그 구동 방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE DISPLAY AND OPERATING METHOD OF DRIVING THE SAME}
본 발명은 유기 반도체막 등의 발광 박막에 구동 전류를 흘려보냄으로써 발광시키는 EL(일렉트로 루미네센스) 소자 또는 LED(발광 다이오드) 소자 등의 발광 소자와, 이 발광 소자의 발광 동작을 제어하는 박막 트랜지스터를 이용한 액티브 매트릭스형의 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 고도의 정보화 사회의 도래로, 퍼스널 컴퓨터, 휴대 정보 단말기, 정보 통신 기기 혹은 이들의 복합 제품의 수요가 증대하고 있다. 이들 제품에는 박형, 경량의 디스플레이가 적합하고, 액정 표시 장치 혹은 자발광형의 EL 소자 또는 LED 소자 등에 의한 표시 장치가 이용되고 있다. 후자의 자발광형의 표시 장치는 시인성(visibility)이 좋고 시각 특성이 넓으며 고속 응답으로 동화상 표시에 적합한 특징이 있으며, 금후 정보 통신 분야에서 점점 더 중요하게 될 것으로 예상된다. 실제로, 최근의 유기물을 발광층으로 하는 유기 EL 소자 또는 유기 LED 소자(이하에서는 이들을 총칭하여 OLED라고 부름)의 발광 효율의 급속한 향상과, 영상통신을 가능하게 하는 네트워크 기술의 진전이라는 두 가지 조건이 맞물려서, OLED 디스플레이에 대한 기대가 계속 높아지는 추세이다.
종래 기술에 따른 OLED 디스플레이의 예가 Pioneer R&D Vol.8, No.3, pp.41-49에 기재되어 있다. 이에 따르면, 도 6a는 세로 방향으로 n개의 양극(61)과 가로 방향으로 m개의 음극(62)과의 각 교점에 OLED를 배치하고, 화소 P11, …, Pmn이 제공되는 단순 매트릭스이고, 음극선 1개마다 각 양극선을 정전류원(63)으로 구동하고, 각 음극선을 선 순차(line-at-a-time manner) 방식으로 주사할 때 분할 구동을 한 것이다. 각 화소는 도 6b의 등가 회로로 나타내고, OLED(64)와 병렬로 기생 캐패시터(65)가 부수된다. 이 기생 캐패시터(65)는 0.3mm×0.3mm의 정방형으로 20pF 정도로 커서, 상기와 같은 고속성을 요하는 시분할 구동에 의해 원하는 화질을 얻기 위해서는 이 기생 캐패시터로의 전하의 충방전을 고려한 구동 파형을 고안할 필요가 있다. 실제로, 상기 종래예에서는 일단 모든 전극을 접지하는 등의 타이밍이 제공되는 복잡한 구동 방식으로 되어 있다.
상기 단순 매트릭스 대신, 각 화소에 TFT를 제공한 액티브 매트릭스 구동도 검토되고 있다. OLED 디스플레이를 액티브 매트릭스 구조로서 제작하여 구동하는 기술은 예를 들면 일본 특허 공개 평성 제8-241048호 공보 및 그 우선권 출원 중 하나인 미국 특허 공보 USP 제5,550,066호, 및 구동 전압 관계에 대하여 보다 상세히 기술된 국제 특허 공보 WO98/36407호 등에 개시되어 있다. 이에 따른, 액티브 매트릭스 방식 OLED 디스플레이의 전형적인 화소는 도 7에 도시한 바와 같이 적어도 두개의 TFT 스위치 트랜지스터 Tsw(73) 및 드라이버 트랜지스터 Tdr(74)과 하나의 축적 캐패시터(75)로 구성되는 능동 소자 구동 회로에 의해 OLED(76)의 발광 휘도를 제어하는 것이다. 구체적으로는 스위칭 트랜지스터(73)를 통해 축적 캐패시터(75)에 저장된 전압이 드라이버 트랜지스터(74)의 게이트 전압을 규정하고, 이에 따라 정해지는 전류에 의해 OLED(76)를 구동하는 것이다. 그러나, 현실적으로는 드라이버 트랜지스터의 임계치나 전하 이동도의 불균일성 때문에, 표시 화질의 불균일성이 발생하는 등의 문제가 있었다.
상기 두 가지 문제를 해소할 수 있는 것으로서, 일본 특허 공개 평성 제4-125683호 공보에는 도 8에 도시한 바와 같이 1 화소에 1 트랜지스터를 제공하여 구동하는 액티브 매트릭스 방식이 기록되어 있다.
상기 종래 기술에 개시되는 1 화소 1 트랜지스터 방식에서는 간단한 화소 구조와 구동 방법에 의해 균일한 표시 특성을 실현하는 것이 가능하다. 그러나, 화소의 발광 시간은 단순 매트릭스 방식과 동등하며, 전류치를 크게 하지 않으면 안된다. 이러한 상황에서는 소자의 신뢰성을 확보하는 수단이 필요하지만, 유효한 기술이 개시되어 있지 않았다.
본 발명에서는 각 화소에 단일의 스위치 트랜지스터가 제공되고, 패널의 외부에 정전류원을 접속하여 구동하는 OLED 디스플레이에서, 고 전류를 OLED에 흘려보내는 것으로 인한 휘도 특성 열화를 작게 하기 위해서, 스위치 트랜지스터 도통시에, OLED로 역 바이어스가 인가되는 전압 스킴(scheme)이 적용되고, 스위치 트랜지스터 비 도통시에 역 바이어스가 유지되는 구동 파형이 제공된다. 또한, OLED에흐르는 순간 전류 레벨을 작게 하기 위해서, 축적 캐패시터의 편측 전극에 램프파나 구형파를 인가하여, 스위치 트랜지스터 비 도통시에도 발광에 기여하는 전류를 흘리도록 하는 구동 파형이 제공된다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 기판 상에 복수의 게이트선과, 상기 복수의 게이트선과 교차하는 복수의 데이터선을 가지고, 복수의 게이트선과 복수의 데이터선에 의해 화소를 구성하고, 각각의 화소에는 게이트선을 통해 게이트 주사 신호가 공급되는 박막 트랜지스터와, 박막 트랜지스터가 도통 상태가 되는 것과 동기하여, 데이터선으로부터 공급되는 데이터 신호에 따라, 각각의 화소마다 형성된 화소 전극과 화소 전극에 대향하는 대향 전극 사이에 흐르는 구동 전류에 의해서 발광하는 발광 소자를 구비하는 유기 LED 디스플레이에서, 발광 소자는 유기 LED 소자로 이루어지고, 박막 트랜지스터가 비 도통 상태에 있는 기간 중 적어도 일부의 기간에서 유기 LED 소자는 비 발광 상태로 있음과 함께, 발광시의 극성과는 역 바이어스가 인가된다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 기판 상에 복수의 게이트선과, 복수의 게이트선과 교차하는 복수의 데이터선을 가지고, 복수의 게이트선과 복수의 데이터선에 의해 복수의 화소를 구성하고, 각각의 화소에는 게이트선을 통해 게이트 주사 신호가 공급되는 박막 트랜지스터와, 박막 트랜지스터가 도통 상태가 되는 것과 동기하여, 데이터선으로부터 공급되는 데이터 신호에 따라, 각각의 화소마다 형성된 화소 전극과 상기 화소 전극에 대향하는 대향 전극 사이에 흐르는 구동 전류에 의해서 발광하는 발광 소자를 구비하는 유기 LED 디스플레이에서, 발광 소자는 유기 LED소자이고, 유기 LED 소자와 병렬로 축적 캐패시터가 형성되고, 축적 캐패시터의 전극은 행마다 공통 전극에 접속되고, 공통 전극은 유기 LED 소자의 공통 전극과는 다른 전원에 접속되며, 박막 트랜지스터가 비 도통 상태에 있는 기간 중 적어도 일부 기간에는 유기 LED 소자가 비 발광 상태로 있음과 함께, 발광시의 극성과는 역 바이어스가 인가된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 OLED 화상 표시 장치의 모식도.
도 2는 도 1의 OLED 화상 표시 장치의 구동을 설명하는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 모식도.
도 4는 도 3의 OLED 화상 표시 장치의 구동을 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 3의 OLED 화상 표시 장치의 구동을 설명하기 위한 다른 도면.
도 6a, 6b는 각각 종래 기술의 OLED 디스플레이와 각 화소의 동일한 회로를 설명하기 위한 도면.
도 7은 종래 기술의 OLED 디스플레이를 설명하기 위한 도면.
도 8은 종래 기술의 OLED 디스플레이를 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
1 : 화상 표시 장치
2 : 표시부
3 : 데이터 구동 회로
4 : 주사 구동 회로
5 : 기판
8 : 스위치 트랜지스터
9 : OLED 발광 소자
10 : 공통 전극
11 : 축적 캐패시터
12 : 구동용 축적 캐패시터 배선
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이하에서는 가장 먼저 화상 표시 장치의 전체 구성에 대하여 서술하고, 다음으로 본 발명에 따른 구동 방법에 대하여 서술한다.
(실시예1)
도 1은 화상 표시 장치(1)의 전체 레이아웃을 모식적으로 나타내는 블록도이다. 화상 표시 장치(1)에서는 기판(5)의 거의 중앙부가 표시부(2)가 된다. 표시부(2)의 상측에는 데이터선(6)에 대하여 화상 신호를 출력하는 데이터 구동 회로(3)가, 좌측에는 게이트선(7)에 대하여 주사 신호를 출력하는 주사 구동 회로(4)가 제공되어 있다. 게이트선(7)은 m개, 데이터선(6)은 n개로 m 행 n 열의 매트릭스로 이루어진다. 표시부(2)의 각 화소에서는 n 채널형의 스위치 트랜지스터(8)와 OLED(9)가 형성되어 있다. 트랜지스터로서는 박막 프로세스로 형성되는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 이용한다. 스위치 트랜지스터의 드레인은 데이터선(6)과 접속되고, 소스는 OLED(9)의 양극(13)과 접속되어 있다. OLED(9)의 음극은 각 화소 공통의 전극(10)으로 되어 있다. 도 2는 게이트선(7-1)에 인가하는펄스 파형 VG1과, 데이터선(6-1)에 인가하는 펄스 파형 VD1과, 1 행 1 열의 화소에서의 OLED의 양극(13-11)의 전압 변화를, OLED의 공통 전극(10)과의 관계로 나타내고 있다.
시각 t=t0에서 게이트 주사 신호에 의해 스위치 트랜지스터(8-11)가 온 상태로 되면, 이와 동기하여 데이터선에 인가되는 데이터 신호가 스위치 트랜지스터(8-11)를 통해 OLED(9-11)로 유입된다. 일반 데이터 신호 d1의 값에 대하여, 게이트 주사 신호의 값이 적어도 VGH-Vth>d1을 만족하면, OLED로의 전류 주입이 원활하게 행해진다. 여기서, Vth는 스위치 트랜지스터(8-11)의 임계치 전압이다. 다음으로, 시각 t=t1에서 스위치 트랜지스터가 온 상태에 있을 때에, 데이터선(6-11)의 신호 전위는 VDL까지 강하된다. 그런 다음, t=t2에서 스위치 트랜지스터는 오프된다. 여기서는 데이터선(6-1)만을 나타내었지만, 구동은 소위 선 순차 방식이고, 상기 타이밍으로, 데이터선(6-2, …, 6-n)에도 화상에 따른 데이터 신호가 인가되어 1행분의 데이터 신호가 기입된다. 양극(13-11)의 전위는 거의 데이터 신호 파형에 추종하여 변화되고, 공통 전극(10)의 전위 VOL과의 전위차로 OLED로 순방향 다이오드 전류가 흘러 발광한다.
상기 구동 파형에 있어서, VDL<VOL로 설정하는 것이 본 발명의 특징이다. 이에 따라, 비 발광 기간 중에 OLED에는 역 바이어스가 인가된다. 이 역 바이어스 인가 상태는 스위치 트랜지스터가 오프 상태인 한 양호하게 유지된다. n 채널형의 스위치 트랜지스터의 경우, 바람직하게는 VDL>VGL의 관계가 만족되면 된다.
게이트 주사선의 수는 m개이기 때문에, 프레임 기간을 Tf로 하면, 한 개의게이트선에 주사 신호가 인가되는 시간(t2-t0)은 최대 Tf/m으로 된다. 역 전압 인가에 필요한 시간(t2-t1)으로서는 스위치 트랜지스터가 10kΩ 정도 이하의 로우 임피던스 상태로 유지되기 때문에 1μ초 정도면 충분하다. 따라서, m을 1000개, Tf=16ms로 하여도, t2-t0=16μ초로 되어, 발광 기간 축소에의 영향을 극히 작게 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예 1에 따르면, 1 화소 1 트랜지스터라고 하는 간편한 OLED 디스플레이에서, 화질 열화가 적은 고 신뢰성의 OLED 디스플레이를 실현할 수 있다는 효과가 얻어진다.
(실시예2)
본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 도 3은 도 1과 마찬가지로, 화상 표시 장치(1)의 전체적인 레이아웃을 모식적으로 나타내는 블럭도이다. 각 화소에 전하 축적 캐패시터(11)가 제공되어 있는 것이 도 1과의 상이점이다. 전하 축적 캐패시터의 한쪽 전극은 행마다 묶은 배선(12)으로 하고, 배선(12)과 OLED의 공통 전극(10)은 다르게 되어 있다. 이 화상 표시 장치의 구동 전압의 타이밍을 나타낸 것이 도 4이다. 게이트선(7-1)에 인가되는 전압 VG1, 데이터선(6-1)에 인가되는 전압 VD1에 대해서는 본 실시의 형태에서는 역 바이어스 인가의 타이밍이 불필요하다. 이 선택 기간 중에, 축적 캐패시터(11-11)의 전극(12-1)과 반대측의 전위는 d1까지 상승한다. OLED의 공통 전극(10)의 전위 VOL에 대하여 d1-VOL이 OLED의 임계치 전압 VthOL보다 작아지도록 설정한다. 다음으로, 스위칭 트랜지스터가 오프된 후에, 배선(12-1)의 전위에 구형파를 가한다. 그 진폭, V0=(V12H-V12L)은VthOL의 값 정도면 된다. 이에 따라, 축적 캐패시터(11)에 저장된 전하가 OLED(9-11)를 흘러, OLED가 발광한다. 축적 캐패시터 Cs(11)의 값으로서는 OLED의 다이오드 기생 캐패시터의 8배 내지 20배 정도, 10cd/m2이상의 화면 휘도가 얻어진다. 유전체 재료로서는 Al2O3, Ta2O5등을 이용하면 된다. 이 경우 구형파의 펄스 폭 즉, 발광 기간은 실시예에 나타낸 Tf/m보다 충분히 크게 할 수 있기 때문에 순간 전류를 작게 할 수 있다. 예를 들면, 발광 기간을 Tf/4 정도로 하는 것도 가능하다.
발광이 끝난 후의 배선(12)의 전위에 관하여 V12L>VOL로 함으로써, OLED에는 역 바이어스가 인가된다. 이 경우에도 스위치 트랜지스터의 오프 상태를 유지하기 위해서는 V12L>VGL로 하면 되는 것은 물론이다.
(실시예3)
본 발명의 제3 실시예에 대하여 설명한다. 화소의 기본 구성은 도 3에 나타낸 실시예2와 동일하다. 본 실시예에서는 배선(12)에 인가하는 전압이 구형파가 아니라, 도 5에 기록하는 바와 같은 램프파인 것이 특징이다. 이 경우에도 V12L>VOL, V12L>VGL을 만족함으로써 양호한 구동 조건이 유지된다.
그런데, 본 실시예의 고유 효과는 발광의 시간 변화를 작게 할 수 있다는 것이다. 실시예 2와 같은 구형파이면, 시간 경과에 따라 점차로 OLED를 흐르는 전류가 작아지지만, 램프파에 의해 일정한 변위 전류를 OLED 용량으로 유입시킬 수 있기 때문에, OLED 양단의 전위차를 일정하게 유지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시예에서는 OLED의 양극과 스위치 트랜지스터를 접속하는 예를 나타내었지만, OLED의 음극과 접속하는 경우에도 본 발명에 의한 구동 방법은 유효하다. 또, 스위치 트랜지스터의 채널 도전형은 p 채널이어도 유효함은 말할 필요도 없다.
이상 서술한 바와 같이 본 발명에 의한 OLED 표시 장치에 따르면, 복수의 게이트선과, 복수의 데이터선과 이들 교점에 대응하여 매트릭스형으로 배치된 화소에, 1개의 TFT와 OLED를 적어도 포함하는 화소 표시 장치에서의 구동 방법에서, 비 발광시에 역 바이어스를 인가함으로써 고 신뢰성의 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 신뢰성이 우수한 유기 LED 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 기판 상에 복수의 게이트선과, 상기 복수의 게이트선과 교차하는 복수의 데이터선을 가지며, 상기 복수의 게이트선과 상기 복수의 데이터선에 의해 화소를 구성하고, 각각의 화소에는 상기 게이트선을 통해 게이트 주사 신호가 공급되는 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터가 도통 상태가 되는 것과 동기하여 상기 데이터선으로부터 공급되는 데이터 신호에 따라 각각의 상기 화소마다 형성된 화소 전극과 상기 화소 전극에 대향하는 대향 전극 사이에 흐르는 구동 전류에 의해서 발광하는 발광 소자를 포함하는 유기 LED 디스플레이에 있어서,
    상기 발광 소자는 유기 LED 소자이고, 상기 박막 트랜지스터가 비 도통 상태인 기간 중 적어도 일부의 기간에서 상기 유기 LED 소자는 비 발광 상태로 있음과 함께, 발광시의 극성과는 역 바이어스가 인가되는 유기 LED 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터가 도통 상태에 있는 기간 동안 상기 데이터 신호의 극성이 유기 LED 소자의 순방향, 역방향의 순으로 인가되는 유기 LED 디스플레이.
  3. 기판 상에 복수의 게이트선과, 상기 복수의 게이트선과 교차하는 복수의 데이터선을 가지며, 상기 복수의 게이트선과 상기 복수의 데이터선에 의해 복수의 화소를 구성하고, 각각의 상기 화소에는 상기 게이트선을 통해 게이트 주사 신호가공급되는 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터가 도통 상태가 되는 것과 동기하여 상기 데이터선으로부터 공급되는 데이터 신호에 따라 각각의 상기 화소마다 형성된 화소 전극과 상기 화소 전극에 대향하는 대향 전극 사이에 흐르는 구동 전류에 의해서 발광하는 발광 소자를 포함하는 유기 LED 디스플레이에 있어서,
    상기 발광 소자는 유기 LED 소자이고, 상기 유기 LED 소자와 병렬로 축적 캐패시터가 형성되며, 그 축적 캐패시터의 전극은 행마다 공통 전극에 접속되고, 상기 공통 전극은 상기 유기 LED 소자의 공통 전극과는 다른 전원에 접속되며, 상기 박막 트랜지스터가 비 도통 상태인 기간 중 적어도 일부의 기간에서 상기 유기 LED 소자는 비 발광 상태로 있음과 함께, 발광시의 극성과는 역 바이어스가 인가되는 유기 LED 디스플레이.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터가 비 도통 상태로 된 후에, 상기 축적 캐패시터의 행마다의 상기 공통 전극에 전압 변동을 제공하고, 그것을 통해 상기 유기 LED 소자를 발광 상태로 하는 유기 LED 디스플레이.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 축적 캐패시터의 행마다의 상기 공통 전극에 제공하는 전압 변동은 구형파인 유기 LED 디스플레이.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 축적 캐패시터의 행마다의 상기 공통 전극에 제공하는 전압 변동은 램프파인 유기 LED 디스플레이.
  7. 기판 상에 복수의 게이트선과, 상기 복수의 게이트선과 교차하는 복수의 데이터선을 가지며, 상기 게이트선과 상기 데이터선에 의해 매트릭스형으로 화소를 형성하며, 각각의 화소에는 상기 게이트선을 통해 게이트 주사 신호가 공급되는 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터가 도통 상태가 되는 것과 동기하여 상기 데이터선으로부터 공급되는 데이터 신호에 따라 상기 화소마다 형성된 화소 전극과 상기 화소 전극에 대향하는 대향 전극 사이에 흐르는 구동 전류에 의해서 발광하는 발광 소자를 포함하는 유기 LED 디스플레이 장치의 구동 방법에 있어서,
    상기 발광 소자는 유기 LED 소자이고, 상기 박막 트랜지스터가 비 도통 상태인 기간 중 적어도 일부의 기간에서 상기 유기 LED 소자는 비 발광 상태로 있음과 함께, 발광시의 극성과는 역 바이어스가 인가되는 유기 LED 디스플레이의 구동 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터가 도통 상태인 기간 동안 상기 데이터 신호의 극성이 유기 LED 소자의 순방향, 역방향의 순으로 인가되는 유기 LED 디스플레이의 구동 방법.
  9. 기판 상에 복수의 게이트선과, 상기 복수의 게이트선과 교차하는 복수의 데이터선과, 상기 게이트선과 상기 데이터선에 의해 매트릭스형으로 형성된 화소를 가지며, 각각의 상기 화소에는 상기 게이트선을 통해 게이트 주사 신호가 공급되는 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터가 도통 상태가 되는 것과 동기하여 상기 데이터선으로부터 공급되는 데이터 신호에 따라 상기 화소마다 형성된 화소 전극과 상기 화소 전극에 대향하는 대향 전극 사이에 흐르는 구동 전류에 의해서 발광하는 발광 소자를 포함하는 유기 LED 디스플레이의 구동 방법에 있어서,
    상기 발광 소자는 유기 LED 소자이고, 상기 유기 LED 소자와 병렬로 축적 캐패시터가 형성되고, 그 축적 캐패시터의 전극은 행마다 공통 전극에 접속되고, 상기 공통 전극은 상기 유기 LED 소자의 공통 전극과는 다른 전원에 접속되며, 상기 박막 트랜지스터가 비 도통 상태인 기간 중 적어도 일부의 기간에서 상기 유기 LED 소자는 비 발광 상태로 있음과 함께, 발광시의 극성과는 역 바이어스가 인가되는 유기 LED 디스플레이의 구동 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    박막 트랜지스터가 비 도통 상태로 된 후에, 상기 축적 캐패시터의 행마다의 상기 공통 전극에 전압 변동을 제공하고, 그것을 통해 상기 유기 LED 소자를 발광 상태로 하는 유기 LED 디스플레이의 구동 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 축적 캐패시터의 행마다의 상기 공통 전극에 제공하는 전압 변동은 구형파인 유기 LED 디스플레이의 구동 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 축적 캐패시터의 행마다의 상기 공통 전극에 제공하는 전압 변동은 램프파인 유기 LED 디스플레이의 구동 방법.
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