KR20040023890A

KR20040023890A - Ｏｌｅｄ 모니터의 복수의 전압 구동 트랜지스터용 최적화소 설계 방법

Info

Publication number: KR20040023890A
Application number: KR1020020055336A
Authority: KR
Inventors: 유-추안 셴
Original assignee: 유-추안 셴
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2004-03-20

Abstract

본 발명은 OLED(organic light emitting device) 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 대한 최적의 방법을 제공하는 것이며, 그 방법은 다음의 단계를 포함한다.

먼저, 전압 구동 방식의 OLED 모니터의 복수의 트랜지스터의 화소를 주요부로 취하는 화소 설계 방식을 수행한다. 이어, OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 설계된 화소를 이론적인 분석을 수행하고, 이론적 분석은 최소 오차 제어 인자를 얻도록 적어도 하나의 상관 모드를 이용한다. 다음, 회로 시뮬레이션 실험을 수행하여 OLED를 구동하는 최소 오차 제어 인자를 통하여 상기 이론 분석 단계에서 획득한 최적의 결과를 비교 판단하고, 시뮬레이션이 최적의 효율을 수행하는지 여부를 검사한다. 시뮬레이션 결과가 최적의 효율을 수행하는 경우, OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 대하여 시험 요소 라인 경로 배치를 수행하고, 그렇지 않은 경우, 추가 단계를 포함시킬 수 있는데, 제어 인자를 조금 교정하고 최적 효율의 최소 오차 제어 인자를 충족하는 설계를 만족할 때까지 전술한 단계를 반복한다.

Description

ＯＬＥＤ 모니터의 복수의 전압 구동 트랜지스터용 최적 화소 설계 방법{OPTIMAL PIXEL-DESIGNING METHOD FOR PLURAL VOLTAGE-DRIVING TRANSISTORS OF OLED MONITOR}

본 발명은 OLED 모니터의 복수의 전압 구동 트랜지스터용 최적 화소 설계 방법에 관한 것으로서, 특히 전압 구동 방식의 이점, 예를 들어, 최저 전류 오차, 높은 화소 균일도 및 뛰어난 화질을 유지하도록 최적화를 이용하는 설계 적용 방법에 관한 것이다.

컴퓨터의 부속 장치에 있어서, 모니터는 중요한 출력 장치이며, 특히 최근에는 부속 장치의 외관이 가능한 정교해야 한다는 상황하에서, TFT-LCD가 이에 따라 이용되며 경량 박막화와 더불어 모니터 기술이 연구되고 광범위하게 개발중이며, 모니터의 표시판(displaying board)에 관련된 구동 회로가 모니터의 화질에 특히 중요하며 전체 모니터의 핵심이다.

현재, 가장 널리 사용되는 매트릭스 형태의 모니터는 TFT-LCD이며, 이는 전압 신호를 인가하여 TFT(thin film transistor)의 가이던스(guidance)와 표시될 색과 휘도(brightness)를 제어한다. 최근, 새로운 형태의 표시 장치인 OLED(Organic Light-Emitting Diode)는 상이한 형태의 유기 분자 사이에 상이한 에너지 밴드를 인가하여, 상이한 에너지 밴드에 속하는 전자 및 정공이 결합할 때 여러 에너지를 방출함으로써 다양한 색들의 광원이 되게 하여, 통상의 TFT-LCD에서 사용되는 백라이트판이 불필요하다. 따라서, 모니터의 외측 두께를 감소시키고 또한 제조 비용을 줄인다.

하지만, 최근에 새로운 기술의 유기 발광 다이오드인 AMOLED(Active Matrix OLED)는 자체 발광의 이점을 가지면서 백 라이트 모듈과 색 필터 패널이 필요 없다. AMOLED에 있어서, 고대비율(100:1), 우수한 명암의 화질, 전체 색조(total coloration), 확장되고 유연한 차원 및 플라스틱 기반 물질의 채택 등과 같이, TFT-LCD와 동일한 많은 이점을 갖는다. 이러한 이점 외에도, AMOLED는 TFT-LCD에비하여 우수한 장점을 갖는데, 예를 들어, 간단한 구조, 긴 내구성, 저가, 저 구동전압(3 내지 9V), 전력 절감, 넓은 시야각(160°이상), 고 휘도(100cd/m²) 및 빠른 반응 속도(초당 10㎲) 등이다. 이러한 관점에서, AMOLED는 주목할 만한 잠재 기술이며 현재의 모니터 산업에 뛰어난 전제가 된다.

하지만, 모니터의 화질을 꾸준히 개선하기 위하여, 구동할 화소를 점진적으로 그리고 일관성있게 제어하는 것이 중요하다. 일정하면서 고품질의 표시장치를 달성하고자 할 때, 다이오드로 전류 입력의 크기를 통하여 OLED의 휘도를 제어하여알맞은 전류 출력이 정합되어야 한다. 구동 방법은 디지털 구동과 아날로그 구동의 2 종류가 있으며, 디지털 구동 전류 기술은 복잡한 회로로 인하여 아직 미완성 단계이며, 이러한 종류의 기술은 아주 드물게 잡지에서만 볼 수 있으며, 아날로그 구동 기술은 보다 일반적이고 이미 상업화되었다. 이 기술은 2개의 범주로 분류된다. 하나는 전압 구동/프로그래밍 형태인데, 도 2에 도시한 바와 같이 트랜지스터의 수가 2이상이다. 동작 방식은 간략하게 설명하면, 입력 전압(Vin)을 인가하여 유기 발광 다이오드(20)를 구동시키는 전류(Io)를 출력시키도록 두 트랜지스터(21, 22)(도 1의 M1, M2)를 연결시킴으로써, 화소 구동 안정도를 제어한다. 다른 하나는 전류 구동/프로그래밍 형태이며, 트랜지스터의 수는 4개 이상이며, 도 2에는 4개의 트랜지스터가 있으며, 도 3에는 6개가 있다. 4개 트랜지스터의 동작 방식은 쓰기 스캔(writing scan)과 소거 스캔(erasing scan) 동작을 포함하며, 전류를 인가하여 각 트랜지스터(31, 32, 33, 34)(도 3의 T1, T2, T3, T4)의 "인에이블/디스에이블" 상태를 제어함으로써, 커패시터(36)(C)의 데이터를 기록 또는 소거여부를 결정하고 OLED 전류(I_OLED)를 출력하여 유기 발광 다이오드(30)를 구동시킨다. 이런 방식으로, 화소의 구동 안정도를 제어한다. 하지만, 6개 트랜지스터의 동작 방식은 더 어려우며, 그 설계는 전류를 인가하여 각 트랜지스터(41, 42, 43, 44, 45, 46)(M1, M2, M3, M4, M5, M6)의 "인에이블/디스에이블" 상태를 제어하도록 데이터 라인을 구동함으로써, 출력 전류가 유기 발광 다이오드를 구동하고, 화소를 제어하는 구동 안정도에 도달한다.

전압 구동과 전류 구동을 비교하면, 전압 구동 방식의 이점은 다음과 같다. 통상의 TN/STN 종류, 비정질 규소 및 다결정 규소와 같은 현재의 TFT-LCD 모니터 산업에 의하여 직접적으로 지원 가능하다. 설계되는 박막 트랜지스터의 수가 적으며, 통상 4개보다 적어, 설계 및 배치가 간단하며 수율이 또한 증대된다. 그리고, 개구율이 높아 휘도가 좋다. 하지만, 전압 구동 방식은 다음의 단점도 갖는다. 그 제조 공정에 대한 변동 허용범위는 충분하지 않으며, 적용 범위가 좁고 전류 오차가 너무 커서 불균일한 화상이 심각하다. 하지만, 전류 구동 방식의 화소 구동 기술에 비하여 장점과 단점은 전류 구동 방식과 정반대이다. 즉, 제조 공정에 대한 변동 허용범위가 양호하며, 전류 오차가 적어서 일정한 화상을 유지할 수 있으나, 현재의 TFT-LCD 모니터 산업의 지원을 받을 수 없다. 또한, 설계된 TFT의 수가 많아지며(통상, 4개에서 7개), 이로 인해 설계 및 배치의 복잡도가 상당히 증가하여 수율이 따라서 감소하며, 개구율이 낮아 휘도가 떨어진다.

요약하면, 전압 구동이든 전류 구동이든 아날로그 구동 기술은 장점과 단점 모두를 가지기 때문에 아직까지는 완전하지는 않다. 따라서, 전압 구동 방식의 화소 구동 기술을 이용하는 본 발명은 그 장점을 유지하면서 기존의 단점을 개선하여, OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 대한 최적의 방법을 제안함으로써 더 나은 효율에 이른다.

본 발명의 주 목적은 OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 대한 최적의 방법을 제안하는 것이며, 실제의 회로 배치를 실행하기 전에 최적 시뮬레이션 흐름도를 설계하고, 최적의 효율에 이를 수 있는 설계를 먼저 고안한 후, 다시 배치를 실행하여 최적의 표시 효율을 갖는 OLED 모니터를 직접 완성한다.

본 발명의 제2 목적은 OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 대한 최적의 방법을 제공하는 것이며, 본 발명은 전압 구동 방식의 기존의 장점을 유지하면서 전류 구동 방식에 비하여 낮은 전류 오차를 달성하여, 화질 개선 목적을 달성한다.

본 발명은 OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 대한 최적의 방법을 주로 제공하는 것이며, 그 방법은 다음의 단계를 포함한다.

(a) 전압 구동 방식의 OLED 모니터의 복수의 트랜지스터의 화소를 주요부로 취하는 화소 설계 방식을 수행한다.

(b) OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 설계된 화소를 이론적인 분석을 수행하고, 이론적 분석은 최소 오차 제어 인자를 얻도록 적어도 하나의 상관 모드를 이용한다.

(c) 회로 시뮬레이션 실험을 수행하여 OLED를 구동하는 최소 오차 제어 인자를 통하여 상기 이론 분석 단계에서 획득한 최적의 결과를 비교 판단함으로써, 최적의 효율로 시뮬레이션을 수행하는지 여부를 검사한다.

시뮬레이션 결과가 최적의 효율을 달성하는 경우, OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 대하여 시험 요소 라인 경로 배치(testing element line path layout)[즉, "테스트키(testkey)" 배치]를 수행하고, 그렇지 않은 경우, 추가 단계를 포함시킬 수 있는데, 제어 인자를 조금 교정하고 최적 효율을 달성하는 최소 오차 제어 인자를 갖는 화소 설계를 얻을 때까지 전술한 단계를 반복한다.

여기서, 최적화(optimazation)는 OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계가 최저 전류 오차의 효율과 높은 균일도를 달성함을 의미한다.

도 1은 2개 트랜지스터의 전압 구동 방식의 OLED를 설계하는 종래 기술의 회로도이다.

도 2는 4개 트랜지스터의 전류 구동 OLED를 설계하는 종래 기술의 회로도이다.

도 3은 6개 트랜지스터의 전류 구동 방식의 OLED를 설계하는 종래 기술의 회로도이다.

도 4는 OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 대한 본 발명의 바람직한 실시예의 흐름도이다.

도 5는 본 발명의 최적화 방법의 실시예와 종래 기술의 효율 비교 도면이다.

본 발명은 전압 구동 방식의 화소 구동 기술을 주로 적용하여 원래의 장점을 유지하는 것은 물론 기존의 단점을 개선하여, OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 있어서 화질을 개선하도록 최적화 방법의 보다 나은 효율을 달성한다.

도 4는 OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에대한 본 발명의 바람직한 실시예의 흐름도이다. 먼저, 화소 설계 방식은 전압 구동 방식의 OLED 모니터의 복수의 트랜지스터의 화소를 주요부(main body)로 취하며, 트랜지스터의 수는 2개로 한정되지 않고, 통상의 설계에 따라, 그 수는 2 내지 6개이다. 두 번째, 입력 전압(Vin)을 더 인가하여 OLED를 구동하는 전류(Io)를 출력하도록 몇 개의 트랜지스터를 연결시킨 다음, OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계와 같이, 화소의 구동 안정도를 제어한다. 물론, 당업자가 실제의 필요에 따라 트랜지스터의 수와 OLED 설계를 용이하게 수행할 수 있으며, 반복적인 설명은 여기서 생략한다.

다음 설명은 본 발명의 특징 중 하나이며, OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터에 대한 이전 화소 설계에 대하여 이론적 분석을 수행한다. 그 단계는 다음을 포함한다.

(a) 다음과 같은 OLED를 구동하는 출력 전류(Io)와 입력 전압(Vin)의 상관 관계(fun 1)를 설계한다.

여기서, Io는 출력 전류, Vin은 입력 전류, Cox는 단위 면적당 커패시턴스, W는 트랜지스터의 폭(단위 무제한), L은 트랜지스터의 길이(단위 무제한), Vgs는 트랜지스터 게이트와 소스 단자 사이의 전압 강하, Vt는 트랜지스터 전압, 그리고 트랜지스터의 드레인과 소스 단자 사이의 전압 강하이다.

상관 관계 함수는 출력 전류(Io)와 입력 전압(Vin)의 관계를 설명한다. 상기 공식은 실시예들 중 유일한 것이다. 물론, 출력 전류와 입력 전압 사이에 관계를 설명하는 적절한 다른 모드를 이용할 수 있으나 하나씩 예시하지는 않는다.

(b) 전자 이동도(μ)의 변화값의 상관 관계와 트랜지스터 전압의 변화값의 상관 관계를 다음과 같이 설계한다.

여기서, μ는 전체 전자 이동도값, μo는 초기 전자 이동도값, Δμ는 전자 이동도 변화값, Vt는 트랜지스터의 전압값, Vto는 트랜지스터의 초기 전압값 그리고 ΔVt는 트랜지스터의 전압 변화값이다.

이 함수는 전자 이동도와 트랜지스터 전압의 변화값의 상관 관계를 설명하며, 유사하게 상기 식은 본 실시예의 유일한 것이다.

(c) OLED를 구동시키는 출력 전류의 변화값, 전자 이동도 변화값 및 트랜지스터 전압 변화값에 관계되는 상관 관계(fun2)를 설계한다.

여기서, ΔIo는 출력 전류의 변화값이며, 나머지는 동일하다.

상관 관계 함수는 출력 전류의 변화, 전자 이동도의 변화값 및 트랜지스터 전압의 변화의 상관 관계를 설명한다.

(d) 전술한 상관 관계를 이용하여 출력 전류의 변화값(ΔIo)을 획득하고 이 출력 전류의 변화값을 최소 오차 제어 인자로 취하면, 이것이 OLED를 구동하며 화소를 제어하는 구동 안정성의 최적 표현이다.

이론적 분석을 완료한 후, 회로 시뮬레이션 실험을 수행한다. SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)와 같은 회로 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하면, 시뮬레이션은 상기 이론 분석 단계에서 획득하고 OLED를 구동하며 화소를 제어하는 구동 안정성의 최적의 결과에 대하여 이루어진다. 이러한 시뮬레이션 수행에 대조 판단을 행하여, 획득한 결과가 최적의 효율을 충족시키는지, 최적 설계에 도달했는지, 전류 오차가 최소인지 그리고 균일도가 향상되었는지 결정한다.

회로 시뮬레이션 소프트웨어에 의한 시뮬레이션 수행의 최적 결과가 최적 효율을 충족시키지 못하는 경우, 과정을 다시 시작한다. 화소 설계, 이론적 분석, 최적의 결과를 얻었는지를 판단하는 회로 시뮬레이션 테스트를 반복하여 최종적으로 최적의 요구조건에 도달한다.

OLED를 구동하고 화소를 제어하는 구동 안정성의 최적화가 시뮬레이션 수행의 최적 효율을 이미 충족시킨 경우, 시험 요소 라인 경로 배치(줄여서, "테스트키" 배치)를 진행한다. 최적화에 도달한 이전 시뮬레이션 동작에 따라서, OLED 모니터용 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터 화소의 구성요소를 시험할 회로 배치를 수행한다. 화소 설계, 이론 분석, 회로 시뮬레이션 테스트 등의 이전 단계를 통하여 OLED 모니터용 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 대한 최적화 모드를 이미 획득하였으므로, 이 모드에 따라 설계되는 회로 배치는 낮은 전류 오차 및 높은 균일도의 최적 효율에 도달할 수 있어야 하고, 따라서 OLED 모니터의 수율 및 신뢰성이 크게 향상된다.

마지막으로, 도 5는 본 발명의 최적화 방법의 실시예와 종래 기술의 효율 비교 도면이다. 여기서, 세로축은 전류 오차를, 가로축은 OLED 모니터의 단일 화소의 TFT(줄여서, "T")의 수를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 종래 전압 구동 방식의 OLED 모니터의 트랜지스터의 수는 2 내지 4개이고, 설계와 배치의 복잡도가 덜하고 그 수율과 투과성이 높으나 제조 공정에 대한 변동 허용범위가 충분하지 않고 전류 오차가 매우 커서, 화상이 불균일하다. 전류 구동 방식의 OLED 모니터의 트랜지스터의 수는 4개 이상 심지어 6개 이상이고 제조 공정에 대한 변동 허용범위는 충분하고 전류 오차가 적어 화상을 균일하게 하지만, 복잡하며 낮은 수율 그리고 낮은 투과성이 단점이다.

다결정 규소 모니터 또는 비정질 규소 모니터든 관계없이, 본 발명에 따른 최적화 수행이 없는 전압 구동 방식의 OLED 모니터의 분포는 도시한 바와 같이 "높은 전류 오차 영역"에 존재한다. 본 발명의 최적화 공정이 없는 종래의 모니터는 모두 높은 전류 오차 현상이 있다. 하지만, 본 발명의 최적화 제조 처리 이후에는 전류 구동 방식의 OLED 모니터 만큼 전류 구동 방식의 OLED 모니터의 전류 오차가 감소하거나 또는 그 보다 낮아짐을 명백히 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 대한 최적화 방법은 트랜지스터의 적게 유지하면서 본래의 장점, 즉 설계 및 배치의 낮은 복잡도,높은 수율과 높은 투과성 등도 갖는다. 또한, 본 발명은 전류 구동 방식의 OLED 모니터의 장점인 충분한 변동 허용범위, 낮은 전류 오차, 높은 화상 균일도 등을 가짐으로써, 모니터의 화질을 개선시키는 목적을 달성한다.

요약하면, 본 발명은 OLED 모니터의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 대한 최적 방법이며, 실제 회로 배치를 하기 전에 특별히 설계된 최적의 시뮬레이션 흐름도를 먼저 적용하고, 달성할 최적 효율을 설계한 다음, 배치를 수행하여 최적 효율을 갖는 OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계를 실행한다. 따라서, 본 발명은 적어도 다음과 같은 이점이 있다.

(1) 적은 트랜지스터 수, 설계 및 배치의 낮은 복잡도, 높은 투과율 등의 기존의 장점을 유지하는 한편, 제조 공정에 대한 충분한 변동 허용범위, 낮은 전류 오차, 높은 균일도 등과 같은 전류 구동 방식의 장점도 보유하여 화질 개선 목적을 달성하고 대량 생산 수율과 신뢰도를 증대시킨다.

(2) 제안된 최적화 방법은 당업자에게 이해 가능한 것이며 복잡하지 않고, 조작은 명백하고 신뢰할 수 있으며 동일한 효율을 달성하는 본 발명에 따른 이점에 따라 실행될 수 있다.

(3) 응용범위가 넓다. 평판 표시장치, LCD, AM/PMOLED, LTPS, LED, 프로젝터, 반도체, CMOS 센서, TFT 등 해결 가능한 최적화 문제가 매우 많으며, 모두 본 발명의 방법에 따라 실행될 수 있으며, 또한 본 발명은 현재의 TFT-LCD 산업에 의하여 지원 가능하다.

Claims

OLED 모니터의 복수의 전압 구동 트랜지스터에 대한 최적 화소 설계 방법으로서,

(a) 전압 구동 방식의 OLED 모니터의 복수의 트랜지스터의 화소를 주요부로 하여 화소 설계를 수행하는 단계, 그리고

(b) 전압 구동 방식의 OLED 모니터의 복수의 트랜지스터의 설계된 화소에 대하여 이론적인 분석을 수행하는 단계를

포함하고,

상기 이론적 분석에 의하여 적용되는 적어도 하나의 상관 관계(correlation mode)로부터 최소 오차 제어 인자를 획득하며, 상기 최소 오차 제어 인자는 최적화와 일치하는 것으로 간주되는 최적 화소 설계 방법.
제1항에서,

상기 단계 (b) 이후에,

(c) 상기 OLED를 최소 오차로 구동하기 위하여 상기 이론 분석 단계에서 획득한 최적의 결과에 대하여 회로 시뮬레이션 실험을 수행하는 단계를 더 포함하고, 상기 최소 오차에 대하여 최적의 효율 결과를 낳는지 상기 시뮬레이션이 그 여부를 결정하여 판단하는 최적 화소 설계 방법.
제2항에서,

상기 단계 (c)에서 최적의 효율을 수행하는 시뮬레이션 결과가 얻어진 후에,

(d1) OLED 모니터의 전압 구동 방식의 복수의 트랜지스터의 화소 설계에 대하여 시험 요소의 라인 경로 배치(testing element line path layout), 즉 "테스트키(testkey)" 배치를 수행하는 단계

를 더 포함하는 최적 화소 설계 방법.
제2항에서,

상기 단계 (c) 이후에, 시뮬레이션 결과가 최적 효율을 달성하지 못하는 경우

(d2) 상기 제어 인자를 조금 교정하고, 최적 효율을 달성하는 최소 오차 제어 인자를 갖는 화소 설계가 얻어질 때까지 상기 단계 (a)에서 단계 (c)를 반복하는 단계

를 더 포함하는 최적 화소 설계 방법.
제1항에서,

상기 단계 (b)의 이론적 분석은

(b1) 상기 OLED를 구동하는 출력 전류(Io)와 입력 전압(Vin)의 관계 표현식이 얻어지도록 상기 출력 전류(Io)와 상기 입력 전압(Vin)의 상관 관계를 설계하는 단계,

(b2) 전자 이동도(μ)의 변화값과 트랜지스터 전압의 변화값 각각의 관계 표현식이 얻어지도록 전자 이동도(μ)의 변화값과 트랜지스터 전압의 변화값 각각에 대한 상관 관계를 설계하는 단계,

(b3) 상기 OLED를 구동하는 상기 출력 전류의 변화값, 상기 전자 이동도의 변화값과 상기 트랜지스터 변화값에 대한 관계 표현식이 얻어 지도록 상기 OLED를 구동하는 상기 출력 전류의 변화값, 상기 전자 이동도의 변화값, 및 상기 트랜지스터 변화값에 대한 상관 관계를 설계하는 단계, 그리고

(b4) 상기 OLED를 구동시키는 최소 오차 제어 인자가 얻어 지도록 상기 단계 (b1) 내지 (b3)에서 얻은 상관 관계를 적용하는 단계

를 포함하는 최적 화소 설계 방법.