KR20040068188A - 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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KR20040068188A
KR20040068188A KR10-2004-7008587A KR20047008587A KR20040068188A KR 20040068188 A KR20040068188 A KR 20040068188A KR 20047008587 A KR20047008587 A KR 20047008587A KR 20040068188 A KR20040068188 A KR 20040068188A
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KR
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display device
display
transistor
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KR10-2004-7008587A
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영니겔디
존슨마크티
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Publication date
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Abstract

본 발명은 디스플레이 픽셀들의 어레이를 포함하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이며, 상기 각 픽셀은 제 1 디스플레이 소자(12) 및 제 2 디스플레이 소자(14)를 포함한다. 상기 제 1 디스플레이 소자(12)는 적어도 두 개의 투과 상태 간에서 구동가능하며 가령 LC 셀이다. 상기 제 1 디스플레이 소자(12)는 전계 발광 디스플레이 소자(EL 디스플레이 소자)인 제 2 디스플레이 소자(14)를 피복한다. 제 1 디스플레이 소자는 주변광 상태가 충분할 때에 사용될 수 있으며 전계 발광 소자는 주변광 상태가 충분하지 않을 경우에 사용된다. 상기 EL 소자 위에 제 1 디스플레이 소자를 제공함으로써, 각 소자의 해상도는 손상을 받지 않는다. 제 1 디스플레이 소자(12)는 상기 EL 소자를 사용할 때에 투명 상태로 구동될 수 있다.

Description

디스플레이 디바이스{DISPLAY DEVICE COMPRISING STACKED TRANSMISSIVE AND ELECTROLUMINISCENT DISPLAY ELEMENTS}
반사성 액티브 매트릭스 디스플레이는 잘 알려져 있으며 상이한 타입의 반사성 디스플레이가 알려져 있다. 초기의 설계는 한 측면에서 반사기를 갖는 투과성 디스플레이 장치를 필수적으로 사용하였다. 따라서, 편광기(polarizer)가 액정(LC) 물질의 양 측면 상에 제공되었다. 이는 빈약한 이미지 품질을 제공하며 바람직한 장치는 액정층의 입력부에서 광을 편광시키기 위해서 단일 선형 편광기를 사용한다. 액정층을 통해 편광 상태가 조절된 후에, 이 액정 물질을 두번째 통과하기 위해 반사되기 이전에 광은 이 액정 물질 아래의 칼라 필터로 이동한다.
또한, 원형 편광기를 사용하는 반사성 디스플레이가 알려져 있다. 이는 편광기와 1/4 파장 판(quarter wave plate)으로 구성된 보다 복잡한 구성을 필요로 한다.
반사성 디스플레이는 전력 소비량이 작다는 장점을 갖지만 이 디스플레이는 주변의 광이 충분할 때에만 보여질 수 있다. 이러한 문제를 풀기 위한 방법은 어두운 상태에서는 동작 동안 전방 광 또는 후방 광을 제공하는 것이다. 이러한 형태의 발광에서는 이미지 품질이 저하되고 전력 소비량이 증가한다. 특히, 특히 그 디스플레이가 반사성 모드로 사용되고 있을 때에 전방 발광은 디스플레이된 이미지의 휘도 및 콘트라스트에 영향을 줄 수 있다.
전계 발광(electroluminescent) 디스플레이 소자 또는 발광(light-emitting) 디스플레이 소자를 사용하는 매트릭스 디스플레이가 잘 알려져 있다. 이 디스플레이 소자들은 가령 유기 물질을 사용하는 유기 박막 전계 발광 소자 또는 통상적인 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물을 사용하는 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 최근에 개발된 유기 전계 발광 물질, 특히 폴리머 물질은 특히 비디오 디스플레이 디바이스에서 사용될 수 있음을 보였다. 이러한 물질은 통상적으로 한 쌍의 전극 간에 샌드위치된 반도전성 공액 폴리머(a semiconducting conjugated ploymer)의 하나 이상의 층을 포함하며 상기 두 전극 중 하나는 투명하며 나머지 하나는 정공 또는 전자를 상기 폴리머 층 내부로 주입하기에 적합한 물질로 구성된다. 이러한 실례는 문헌 D.Braun and A.J.Heeger의 Applied Physics Letters 58(18) p.p. 1982-1984 (6 May 1991)에 개시되어 있다.
이 유기 물질은 PVD 프로세스, 가용성 공액 폴리머의 용액을 사용하는 스핀 코팅 기술 또는 잉크제트 프린팅과 같은 기법을 사용하여 제조될 수 있다.
유기 전계 발광 물질은 다이오드 성질의 I-V 특성을 나타내며 이로써 이들물질은 디스플레이 기능 및 스위칭 기능을 제공할 수 있어서 수동 타입 디스플레이에서 사용될 수 있다. 이와 달리, 이러한 물질은 액티브 매트릭스 디스플레이 디바이스에서 사용될 수 있는데 이 디바이스에서는 각 픽셀이 디스플레이 소자 및 이 디스플레이 소자를 통한 전류를 제어하는 스위칭 장치를 포함한다.
이 디바이스는 반사성 액정 디바이스보다 전력 소비량이 높아서 주변광 상태가 양호할 경우에는 효율적이지 않다.
발명의 개요
본 발명의 제 1 측면에서, 디스플레이 픽셀들의 어레이를 포함하는 디스플레이 디바이스가 제공되는데, 상기 각 픽셀은 적어도 두 개의 투과 상태 간에서 구동가능한 제 1 디스플레이 소자를 포함하며 상기 제 1 디스플레이 소자는 전계 발광 디스플레이 소자 위에 놓인다.
이러한 구성에서 제 1 디스플레이 소자는 주변광 상태가 충분할 때에 사용될 수 있으며 전계 발광(EL) 소자는 주변광 상태가 충분하지 않을 경우에 사용된다. 상기 EL 소자 위에 제 1 디스플레이 소자를 제공함으로써, 각 소자의 해상도는 손상을 받지 않는다. 제 1 디스플레이 소자는 상기 EL 소자를 사용할 때에 투명 상태로 구동될 수 있다.
상기 EL 디스플레이 소자는 두 개의 전극 간에 샌드위치된 가령 폴리머와 같은 유기 물질을 포함하며 이 물질은 모든 EL 디스플레이 소자들 간에 공유된 층을 포함하고, 이 층은 상이한 EL 디스플레이 소자들이 상이한 칼라를 갖도록 칼라 패터닝된다.
이러한 방식으로, 제 1 디스플레이 소자는 그레이 스케일 디스플레이 소자일 수 있고 칼라 필터링은 EL 소자에 의해서 제공되며 이로써 칼라 필터링 동작은 상기 두 타입의 디스플레이 디바이스 간에서 공유된다.
상기 제 1 디스플레이 디바이스는 다수의 형태를 취할 수 있는데 투명 상태로 구동되어 EL 디스플레이 소자의 동작을 허용한다. 가령, 제 1 디스플레이 소자는 전기영동(electrophoretic), 전기습윤(electrowetting), 전기변색(electrochromic) 또는 상변화 물질(phase change material) 디스플레이 소자를 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제 1 디스플레이 소자는 액정 소자를 포함한다. 이는 두 개 이상의 서로 맞물린 전극(interlocking electrodes)을 갖는 평면 전극 구조물을 갖는 IPS(인 플레인 스위칭) 디스플레이 소자의 형태를 취할 수 있다. EL 디스플레이 소자의 전극들 중 하나는 상기 평면 전극 구조물을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 액정 디스플레이 소자는 제 1 투과성 전극과 제 2 투과성 전극 간에서 샌드위치된 액정 물질을 포함하고 상기 EL 디스플레이 소자는 제 3 전극과 제 4 전극 간에 샌드위치된 유기 물질을 포함하며, 상기 제 2 전극 및 상기 제 3 전극은 상기 액정 디스플레이 소자와 상기 EL 디스플레이 소자의 접합부에 존재한다. 이 제 2 전극과 제 3 전극은 바람직하게는 투명한 ITO로 구성된다.
하나의 공유된 층이 제 2 전극과 제 3 전극을 규정하며 이로써 제어 신호들 중 하나는 상기 EL 소자와 상기 LC 소자 간에 공유된다. 이와 달리, 이들은 서로분리될 수 있으며 그들 간에 실질적으로 투명한 절연 유전체 층을 가질 수 있다. 이러한 구성은 상기 LC 소자 및 EL 소자로의 구동 전압들이 서로 독립적이 되게 한다.
제 4 전극은 바람직하게는 가령 금속 층과 같은 불투명한 층이며 LC 소자를 위한 반사 표면으로서 작용한다. 이러한 방식으로, EL 소자의 전극들 중 하나는 이중 기능을 하게 되는데 즉 LC 소자의 반사성 플레이트로서 기능한다.
각 픽셀은 제 1 모드 및 제 2 모드로 동작하는 픽셀 구동 회로를 포함하는데, 제 1 모드에서는 제 1 디스플레이 소자가 턴 오프되어 투명한 상태가 되고 상기 EL 디스플레이 소자가 제어되고, 제 2 모드에서는 상기 EL 디스플레이 소자가 턴 오프되고 상기 제 1 디스플레이 소자가 제어된다.
상기 LC 소자가 턴 오프될 때 이 소자의 투명성으로 인해서 상기 EL 소자가 기능하게 되며 상기 EL 소자가 턴 오프될 때에 이 소자는 상술한 바와 같이 LC 픽셀을 위한 칼라 필터로서 기능한다.
상기 제 1 디스플레이 소자 및 상기 EL 소자 모두가 동작되는 제 3 모드가 제공되는데 이로써 디스플레이를 판독하기 위한 추가 광을 제공한다. 여기서 EL 픽셀들은 일정한 강도를 가지면서 턴 온되며 백라이트로서 기능한다.
상기 픽셀 구동 회로는 상기 제 1 전극을 기준 전압에 접속시키는 제 1 접속부와, 상기 픽셀을 어드레스하여 데이터 신호가 그 외의 나머지 픽셀로 전송되게 하는 어드레스 트랜지스터와, 제 1 모드에서는 상기 제 2 전극을 고정 전위로 접속시키며 입력 신호를 상기 제 4 전극으로 접속시키고 한편 제 2 모드에서는 입력 신호를 상기 제 2 전극으로 접속시키며 상기 제 4 전극을 상기 입력 신호로부터 분리시키는 모드 선택부를 포함한다.
제 1 모드에서, 상기 LC 셀 내의 두 전극들은 접지되며, 상기 데이터 신호는 상기 EL 디스플레이 소자를 구동시킨다. 제 2 모드에서, 상기 입력 신호는 상기 EL 구동 전극(상기 제 4 전극)으로부터 분리되며 상기 LC 소자는 상기 제 2 전극에서 제어된다.
상기 모드 선택부는 제 3 모드에서 상기 두 전극을 동시에 각각의 입력 신호에 접속시킨다.
각 픽셀 구동 회로는 상기 데이터 신호에 의해서 구동되는 전류 소스를 더 포함하며, 상기 모드 선택부는 상기 제 2 전극과 고정 전위 간에 접속된 제 1 트랜지스터와, 상기 어드레스 트랜지스터와 상기 제 2 전극 간에 접속된 제 2 트랜지스터 및 상기 전류 소스와 상기 제 4 전극 간에 접속된 제 3 트랜지스터를 포함하며, 상기 제 1 모드에서 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터가 턴 온되며 상기 제 2 트랜지스터는 턴 오프되고, 상기 제 2 모드에서는 상기 제 1 트랜지스터와 상기 제 3 트랜지스터는 턴 오프되고 상기 제 2 트랜지스터는 턴 온된다.
이는 EL 디스플레이 소자에 대해 요구된 전류 어드레싱 기능을 제공한다. 제 3 모드에서, 모든 트랜지스터가 턴 온된다.
다른 구동 회로는 상기 제 1 전극을 기준 전압으로 접속하는 제 1 접속부와, 상기 픽셀을 어드레스하여 데이터 신호가 그 외의 나머지 픽셀로 전송되게 하는 어드레스 트랜지스터와, 상기 데이터 신호를 전류로 변환시켜서 상기 전류를 상기 제2 전극 및 상기 제 3 전극에 인가하는 전류 소스를 포함하되, 상기 데이터 신호가 제 1 범위에 있는 경우에, 상기 전류는 상기 EL 소자를 어드레스하는 데 사용되며 상기 데이터 신호가 제 2 범위에 있는 경우에, 전압이 상기 제 4 전극에 인가되어 상기 EL 소자를 턴 오프시키며 상기 전류는 상기 액정 소자를 어드레스하는 데 사용된다.
이러한 구성은 EL 소자 및 LC 소자 모두에 대해 요구된 전류 어드레스 기능을 제공하며 간단한 회로이다.
본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 예시적으로 설명될 것이다.
본 발명은 디스플레이 디바이스, 특히 반사성 픽셀 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 디스플레이 디바이스의 구조를 나타내는 도면,
도 2는 도 1의 디스플레이 디바이스 내의 픽셀 회로의 제 1 실례의 등가의 회로를 간단한 형태로 나타낸 도면,
도 3은 픽셀 회로의 제 2 실례의 등가 회로를 간단한 형태로 나타낸 도면,
도 4는 픽셀 회로의 제 3 실례의 등가 회로를 간단한 형태로 나타낸 도면,
도 5는 다른 타입의 액정 디스플레이 소자를 도시한 도면,
도 6은 도 5의 LC 소자를 사용하는 결합된 디스플레이의 도면.
본 발명은 제 1 디스플레이 소자와 EL 디스플레이 소자의 결합을 제공하여 다양한 이점들을 제공한다. 반사성 LC 디스플레이 소자가 유기 EL 디스플레이 소자를 피복하는 한 특정 실례가 이하에서 기술될 것이다. 제 1 디스플레이 소자로서 사용되는 다른 타입의 디스플레이가 소자가 존재하며 이는 상기 특정 실례 이후에 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 디스플레이 디바이스의 구조를 도시한다. 디스플레이 디바이스(10)는 다수의 층 구조물로 이루어진 픽셀들의 어레이를 포함한다. 각 픽셀은 반사성 액정(LC) 디스플레이 소자(12) 및 전계 발광(EL) 디스플레이 소자(14)를 포함한다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 이 LC 소자는 제 1 전극(18)과 제 2 전극(20) 간에 샌드위치된 액정 물질(16)을 포함한다. 이 액정 스택(16,18,20)은 유기 기판(22)의 한 측면 상에 제공되며 편광기(24)가 이 기판(22)의 다른 측면 상에 제공된다. 이러한 층들은 알려진 반사성 LC 디스플레이 구성을 규정하며 제 2 전극(20) 아래에 추가 반사성 층이 필요하다. 디스플레이 픽셀은 화살표(26)로 도시된 바와 같이 위로부터 관측된다. 편광기(24) 이외에, 다른 막이 반사방지, 산란, LC 보상 또는 칼라 보정을 위해서 도포될 수 있다.
EL 디스플레이 소자(14)는 제 3 전극(32)과 제 4 전극(34) 간에 샌드위치된, 바람직한 실시예에서는 폴리머 층인, 유기 물질(30)을 포함한다. 제 2 전극(20) 및 제 3 전극(32)은 도 1에서 도시된 바와 같이 단일 도전성 층으로서 규정될 수 있거나 개별적으로 형성될 수 있다. 각 경우에, 제 2 전극 및 제 3 전극(20,32)은 반사성 LC 소자(12)와 EL 소자(14) 간의 접속부를 규정한다.
EL 디스플레이 소자는 화살표(36)로 도시된 바와 같이 광을 위로 방사하도록 구성된다. 이를 위해서, 상부 전극(제 3 전극(32))은 투명해야 하며 따라서 ITO로 형성된다. LC 물질(16)에 인접하는 전극들(18,20)도 또한 투명하며 바람직하게는 ITO로 형성된다. 제 4 전극(34)은 불투명한 금속 층이며 본 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 바와 같이 EL 소자의 동작에 있어서 상기 제 4 전극은 낮은 일함수 및 높은 반사도를 갖는 물질일 필요가 있다.
EL 디스플레이 소자(14)의 층들(30,32,34)은 유기 기판(38)의 한 측면 상에 제공되고 본 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 바와 같이 이 디스플레이 소자(14)는 다이오드와 같은 전기적 특성을 갖는다.
EL 소자 및 LC 소자를 단일 디스플레이 디바이스 내부에 제공함으로써, 주변광이 충분할 때에 반사성 디스플레이의 낮은 전력 소모량으로부터 이점을 얻을 수 있지만, 만일 주변광이 불충분할 때에도 EL 디스플레이 소자를 사용하여 디스플레이 기능을 제공할 수 있다. 도 1의 특정 구조는 디스플레이 이미지의 품질 뿐만 아니라 이렇게 결합된 디스플레이 디바이스를 제조하는 데 필요한 비용을 최소화하는 데 있어서도 다양한 이점을 제공한다.
상술한 바와 같이, 반사성 LC 디스플레이 소자는 LC 스택(16,18,20) 아래의 반사성 표면을 필요로 한다. 도 1의 구조물에서, 이 반사성 표면은 제 4 전극(34)에 의해 제공되며 따라서 이 전극은 LC/EL 소자 구조물의 일부를 형성한다. 디스플레이가 LC 모드로 구동될 때에, LC 물질은 제 1 전극 및 제 2전극(18,20)을 사용하여 조절되며 제 4 금속 전극(34)은 EL 소자를 턴 오프하도록 바이어스된다. 이 EL 소자의 다이오드와 같은 전기적 특성을 고려하면, 이는 EL 소자 양단에 역 바이어스를 확립함으로써 성취될 수 있다.
또한, EL 폴리머 층(30)은 LC 디스플레이 소자(12)를 위한 칼라 필터로서 기능한다. 특히, 칼라 EL 디스플레이를 구현하기 위해서, 유기 층(30)은 칼라 픽셀화된 구조물을 제공하도록 패터닝된다. 이러한 칼라 구현은 상이한 폴리머를 사용하거나 가령 프린팅 기법과 같은 단일 폴리머 층을 착색시킴으로써 성취될 수 있다. 유기 LED 디바이스의 경우, 가령 쉐도우 마스크 기화 도는 잉크제트 프린팅과 같은 상이한 칼라 픽셀들을 규정하는 알려진 기법이 존재한다.
각 경우에, 칼라 패터닝된 폴리머 층(30)은 EL 디스플레이 소자가 턴 오프될 때에 투과성 필터로서 기능한다. 이러한 방식으로, 폴리머 층(30)은 LC 디스플레이 소자를 위한 필터 뿐만 아니라 EL 소자를 위한 전계 발광을 제공한다.
도 1의 구조물에서, LC 물질 층(16) 및 폴리머 물질 층(30)은 전체 디스플레이 구역을 걸쳐서 연속하는 층으로서 제공된다. 통상적인 경우와 같이, 이 디스플레이의 픽셀화된 구조는 픽셀 어드레스 회로들의 어레이에 의해서 규정된다. 도 1에 도시된 구조물을 어드레스하는 다양한 상이한 방법들이 존재하며 다른 수 많은 가능한 다른 방식들이 이하에서 기술될 것이다.
이하에서 고려되는 방식들 각각의 경우에, LC 디스플레이 픽셀들은 제 2 전극(20)에 의해서 독립적으로 어드레스된다. 따라서, 각 경우에 제 1 전극(18)은 모든 픽셀들 또는 적어도 다수의 픽셀들 간에서 공유되며 반면에 제 2 전극(20)은각 LC 디스플레이 픽셀을 위한 독립적으로 어드레스가능한 픽셀 전극을 규정하도록 패터닝된다. 이러한 제 2 전극의 픽셀화는 또한 독립적인 EL 구동 신호가 상이한 픽셀들에 인가되도록 하는 경우에도 사용될 수 있지만 이는 제 4 금속 전극(34)을 또한 픽셀화하는데 있어서도 이점을 갖는다.
광이 화살표(36)와 같이 위로 방사되기 때문에, 픽셀 구동 회로의 구성 요소들은 이 광의 통과를 방해하지 않으면서 제 4 전극(34) 아래에 형성될 수 있다. 픽셀 회로에서 제 4 금속 전극(34) 및/또는 제 2 전극 및 제 3 전극(20,32)에 의해 규정된 개별 전극들로의 필요한 접속은 필요하다면 비아(via)를 사용하여 구현될 수 있다.
도 2는 LC 소자 및 EL 소자의 구동이 가능한한 분리되어 유지되는 제 1 픽셀 회로를 도시한다. 이러한 구성에서는 이 LC 소자의 전압 어드레스 및 EL 소자의 전류 어드레스가 가능하다.
도 2의 회로에서, 디스플레이의 모든 픽셀들을 위한 제 1 LC 전극(18)은 접지(40)에 접속된다. 이 제 2 전극 및 제 3 전극(20,32)은 단일층으로서 규정되며 이 층은 각 픽셀을 위한 개별 전극을 규정하도록 패터닝된다. 도 2의 회로는 디스플레이의 각 픽셀에 대해 제공되며, 상술한 바와 같이 도 2의 회로의 구성 요소들은 제 4 전극(34) 아래에 존재한다. 이 회로는 실질적으로 다수의 트랜지스터 및 캐패시터를 포함하고, 이들은 유리 기판(38) 위에서 다수의 층 구조물로 규정된 박막 구성 요소로서 구성된다.
픽셀들은 열들과 행들로 구성되며 각 행들의 픽셀은 행렬 어드레스 라인(42)을 공유하며 각 열들의 픽셀은 공통 데이터 신호 라인(44)을 공유한다. 어드레스 라인(42) 상으로 적합한 행 펄스를 제공함으로써, 어드레스 트랜지스터(T1)가 턴 온되어 데이터 신호가 데이터 신호 라인(44)에서 이 회로의 나머지 부분으로 전송된다. 이어서, 데이터 신호는 두 방식으로 사용된다. 먼저, 데이터 신호가 사용되어 전압을 전류 소스 트랜지스터(T2)의 게이트에 인가함으로써 전류 소스를 구동시키는데 여기서 게이트 전압은 데이터 신호 레벨에 의존한다. 게이트 상의 전압은 저장 캐패시터(C)에 의해 보유된다. 이렇게 하여 전류 소스 트랜지스터(T2)를 통과하는 전류는 분리 트랜지스터(T4)를 통해서 제 4 전극(34)으로 제공된다. 제 2 모드에서, 데이터 신호 라인(44) 상의 전압은 제 2 전극(20)으로 제공되며 이로써 LC 디스플레이 소자를 요구된 전압으로 구동시킨다.
이들 두 모드에서 구동 회로의 동작을 제어하기 위해서, 모드 선택부(46)가 제공된다. 이 모드 선택부(46)는 데이터 신호가 어드레스 트랜지스터(T1)로부터 제 2 전극(20)으로 전송되는 것을 방지 또는 허용하는 제 3 트랜지스터(T3)를 포함한다. 제 4 트랜지스터, 즉 분리 트랜지스터(T4)는 전류 소스 트랜지스터(T2)의 출력이 EL 디스플레이 소자(14)로 전송되는 것을 허용 또는 방지하며, 제 5 트랜지스터(T5)는 제 3 전극(32)을 다음의 행의 픽셀들의 어드레스 라인(42a)으로 선택적으로 접속시킨다.
이 모드 선택부(46)는 모드 선택 라인(48)에 의해서 제어된다. 제 1 모드에서, 트랜지스터(T5)가 턴 온되어 제 2 전극(20)이 어드레스 라인(42a)에 접속된다. 다음 행의 픽셀들이 현재는 어드레스되고 있지 않기 때문에, 어드레스 라인(42a)상에는 제로 볼트가 존재하며 이로써 트랜지스터(T5)의 동작은 제 1 전극(18) 상에 존재하는 전압과 동일한 전압을 제 2 전극(20)에 인가하는 것이 된다. 이러한 방식으로, LC 셀은 턴 오프되고 투명하게 된다. 트랜지스터(T3)도 턴 오프되며 이로써 어드레스 트랜지스터(T1)의 출력에서의 데이터 신호를 LC 디스플레이 소자로부터 분리시킨다. 분리 트랜지스터(T4)는 턴 온되어 전류 소스 트랜지스터(T2)에 의해 제공된 전류가 제 4 전극(34)으로 제공되며 이로써 EL 디스플레이 소자를 구동시킨다.
제 2 모드에서, 트랜지스터(T3)가 턴 온되며 이로써 어드레스 트랜지스터(T1)의 출력에서의 데이터 신호가 제 2 전극(20)으로 제공되며 이 제공된 데이터 신호는 LC 디스플레이 소자를 구동시킨다. 분리 트랜지스터(T4)가 턴 오프되며 이로써 전류 소스 트랜지스터(T2)가 EL 디스플레이 소자로부터 분리된다. 제 4 전극(34)이 효과적으로 플로팅 상태가 되어 EL 폴리머 층(30) 양단에는 어떤 전압도 존재하지 않아서 어떤 전류도 그를 통해 흐르지 않게 된다. 또한, 제 5 트랜지스터(T5)도 턴 오프된다. 이 모드에서, LC 디스플레이 소자가 구동되고 EL 디스플레이 소자의 폴리머 층(30)은 칼라 필터로서 기능한다.
이 제 2 모드에서, 추가적으로 전류 소스 트랜지스터(T2)로의 공급 전압(49)을 스위치 오프할 수 있다. 이로써 전력이 절약된다.
이러한 회로 구성에서, 두 동작 모드 모두는 단일 어드레스 트랜지스터(T1)를 통해서 어드레스되며 전류 소스 동작을 위해 그리고 LC 동작 모드에서 데이터 신호 전압을 저장하기 위해 공통 저장 캐패시터(C)를 사용한다.
이러한 구현은 EL 디스플레이가 광을 기판(38)으로부터 멀어지게 방사하는 것을 필요로 한다. EL 디스플레이의 통상적인 구현은 기판을 통한 광의 방사를 제공하지만 광을 기판으로부터 멀어지게 방사하는 EL 디스플레이가 본 실례에서는 구현되고 있다.
도 2의 픽셀 구성에서, EL 디스플레이 구동 전류는 제 4 전극(34)에 제공된다. 이는 제 4 전극(34)이 개별 픽셀 전극을 규정하도록 패터닝되는 것을 필요로 한다.
다른 구성에서, EL 디스플레이 소자 및 LC 디스플레이 소자 모두를 위한 픽셀 구동 신호가 중간 전극(20,32)으로 제공될 수 있다. 특히, LC 디스플레이 소자는 만일 LC 물질의 임계 전압보다 낮은 전압이 이 LC 물질 양단 전압이 된다면 투명한 상태로 유지된다. 이 임계 전압은 통상적으로 4 볼트 스윙(swing)을 제공하며 이는 EL 디스플레이 소자를 구동시키기에 충분하다.
도 3은 도 2의 회로의 수정이면서 구동 신호가 중간 전극(20,32)으로 제공되게 하는 픽셀 구동 회로를 도시한다.
LC 동작 모드에서, 전류 소스 트랜지스터(T2)는 중간 전극(20,32)으로부터 분리되지만 EL 모드에서는 중간 전극(20,32)은 다음의 어드레스 라인에 더 이상 접속되지 않는다. 이로써 도 2의 트랜지스터(T5)가 필요없게 되며 이 픽셀 구동 회로가 상이한 어드레스 라인으로 접속될 필요가 없게 된다. 대신에, 충분하게 낮은 전압이 전극(20,32) 상에서 필요하며 이로써 LC 물질이 투과성 상태로 유지되게 된다. 금속 전극(34)은 전압 소스(35)로 접속되며 LC 모드의 경우에 전압공급부(35) 상의 전압이 EL 소자를 역바이어스하기 위해서 선택된다.
이 픽셀 구동 회로는 보다 간단한 회로이며 신호를 EL 소자 및 LC 소자로 제공하기 위해서 중간 전극을 사용할 수 있다는 장점을 갖는다. 도 4는 전하 어드레스 방식을 사용하여 LC 디스플레이 소자가 어드레스되는 픽셀 어드레스 회로를 도시한다. 도시된 바와 같이, 단일 어드레스 트랜지스터(T1)가 사용되고 이 트랜지스터는 전류 소스 트랜지스터(T2)를 구동시킨다. 전류 소스로부터의 전류가 중간 전극(20,32)에 제공된다. EL 모드로 동작할 경우에, 제공된 전류는 중간 전극을 구동시키며 제 1 전극 및 제 4 전극(18,34)은 고정된 전위로 유지된다. 이 구동 동작 동안 중간 전극(20,32) 상에서 생성된 전압은 LC 물질의 임계 전압을 극복하기에 충분하지 않게 되어 이 LC 물질은 투과 상태로 유지된다.
LC 모드로 동작할 때에, EL 단자(35) 상의 기준 전압은 EL 디스플레이 디바이스가 역 바이어스되도록 변화된다. 전류 소스 트랜지스터(T2)에 의해 제공된 전류는 저장 캐패시터(52)에 의해서 전압으로 변환되며 이 변환된 전압은 통상적으로 방식으로 LC 디스플레이 소자를 구동시킨다.
원하는 전압이 LC 셀 양단에 제공되도록 하기 위해서, 픽셀을 어드레스하기 이전에 LC 물질을 기준 전압으로 리셋할 필요가 있다. 이는 제 2 전극(20)을 추가적인 기준 전압 라인으로 접속시키는 추가적인 박막 트랜지스터를 제공함으로써 성취될 수 있다.
LC 캐패시턴스는 전압과 함께 변화되며 이로써 소정 전하량에 대한 그레이 레벨은 이전의 그레이 레벨에 의존하게 되는데 그 이유는 LC 물질은 단시간으로는스위칭되지 않기 때문이다. 이러한 부정확성을 극복하기 위해서, 대형 저장 캐패시터(52)가 사용되어야 하거나 데이터 신호를 인가하기 이전에 액정 셀을 사전결정된 상태로 전환하는데 충분하게 이른 시기에 리셋 동작이 수행되어야 한다. 바람직하게는, 이 액정 셀은 블랙 상태로 리셋되어야 하며 이는 가장 신속하게 구현될 수 있는 LC 셀에 대한 변화 상태이다.
이와 달리, 액정 셀로 제공된 전류는 LC 셀의 이전의 그레이 스케일 레벨을 고려하면서 매우 정확하게 제어될 수 있다. 이러한 방식은 프레임 스토어(frame store)를 필요로 하지만 다른 이유들로 인해서 이 프레임 스토어를 디스플레이 디바이스에 제공하는 것이 통상적으로 점점 증가하고 있다.
상술된 픽셀 회로 각각은 데이터 신호 라인 상의 전압을 신호 입력으로서 가지며 각 경우에 이 전압은 EL 디스플레이 소자를 어드레스하기 위해 전류 소스를 구동하는 데 사용된다. 그러나, 전류 신호는 데이터 신호 라인 상으로 동일하게 제공될 것이며 이는 상이한 픽셀 회로 구현을 필요로 하며 상이한 열 구동 회로를 필요로 한다. 그러나, 전류 신호를 사용하여 EL 디스플레이 디바이스를 어드레스하는 것은 본 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. LC 디스플레이를 구동하기 위해 전류 데이터 신호를 사용하는 것은 도 4에서 기술된 바와 같이 LC 셀 양단에 정확한 전압을 확립할 수 있는 추가적인 수단을 필요로 한다.
상술된 실례들에서 반사성 LC 디스플레이 소자가 사용되는데 여기서 액정 물질은 대향하는 전극들 간에 샌드위치되어 있었다. 다른 가능한 반사성 LC 셀은 이른바 "IPS(인 플레인 스위칭)" 효과를 사용한다. 두 개의 전극이 도 5에 도시된 바와 같이 동일한 기판 상에 형성된 서로 맞물린 빗 형상(interlocking comb shape)으로 형성된다. 이 전극들(60,62)에는 상이한 전압(V1,V2)이 제공되며 픽셀은 픽셀(64)로 도시된 바와 같다.
이 전극 패턴이 그 하부에 존재하는 EL 디스플레이 소자를 위한 전극들 중 하나의 전극으로서 사용되면, 전극 구조물(60,62)에 의해 피복된 EL 층의 일부만이 도 6에 도시된 바와 같이 광을 방사할 것이다. 그러나, 광의 국부 강도는 보다 높아질 것이며 이 빗 형상 구조물의 크기가 작기 때문에 사용에게 미치는 영향은 실질적으로 무시될 수 있다.
위의 실시예들에서, 두 타입의 디스플레이 동작은 서로 배타적이다. 그러나, 두 픽셀 모두를 동시에 구동시킬 수 있다. 이는 픽셀 회로에 대한 상이한 제어를 필요로 하거나 픽셀 회로의 수정을 필요로 한다. 가령, EL 소자 모두가 일정한 값으로 구동되어 제 1 (LC) 디스플레이 소자를 위한 추가적인 조명을 제공할 수 있으며 이로써 칼라 필터 뿐만 아니라 백라이트로서 기능하게 된다. 이는 화면을 판독하는데 어려움이 있을 경우에 추가적인 광을 제공하기 위해서 사용자에 의해서 수행된다. EL 디스플레이 픽셀을 백라이트로서 사용할 경우에, 광은 상부 디스플레이 소자를 오직 한번만 통과하고 디스플레이 구동 신호는 의도된 이미지를 제공하도록 수정될 필요가 있다.
다른 타입의 디스플레이 디바이스가 반사성 LC 디스플레이 디바이스 대신에 사용될 수 있다.
제 1 디스플레이 소자는 투명 액체 내의 흡수성 입자들의 이동이 정전기력에의해서 제어되는 전기영동 디스플레이 소자를 포함한다. 전기변색 디바이스에서는 화학 물질의 산화 상태가 제어되어 변하는 투과율을 제공한다. 디스플레이 디바이스는 또한 전기웨팅 원리에 의해서 개발될 수 있는데 이 원리에서는 표면 장력이 제어되어 모세관 내부 또는 외부로의 액체의 이동을 제어하고 광의 통과를 차단 또는 허용한다. 가령 금속 수소화물과 같은 상변화 물질이 디스플레이 디바이스를 형성하는 데 사용될 수 있다.
이러한 타입의 디스플레이 디바이스 중 몇몇은 편광기를 필요로 하고 나머지는 필요로 하지 않는다. 위의 실례에서 편광기가 기술되었지만, 몇몇 타입의 액정 디바이스는 편광기를 필요로 하지 않는데 가령 PDLC(polymer dispersed liquid crystal) 및 이른바 "주객(host-guest)" 타입 액정이 그러하며 이러한 타입의 디바이스에서는 LCD 분자가 다른 광학적으로 활성인 분자들을 회전시킨다.
EL 디스플레이 소자 및 제 1 디스플레이 소자로 사용된 물질들은 위에서 상세하게 기술되지 않았으며 다른 가능한 물질이 잘 알려져 있다. 통상적으로, 유기 EL 물질의 두께는 100 nm 내지 200 nm 간에 존재한다. 사용될 수 있는 적합한 타입의 유기 EL 물질의 실례가 EP-A-0717446에 개시되어 있다. WO 96/36959에 개시된 공액 폴리머 물질과 같은 EL 물질은 또한 사용될 수 있다.

Claims (23)

  1. 디스플레이 픽셀들의 어레이를 포함하는 디스플레이 디바이스에 있어서,
    상기 각 픽셀은 적어도 두 개의 투과 상태 간에서 구동가능한 제 1 디스플레이 소자를 포함하며,
    상기 제 1 디스플레이 소자는 전계 발광 디스플레이 소자(an electroluminescent display element)(EL 디스플레이 소자) 위에 놓이는
    디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 EL 디스플레이 소자는 두 개의 전극 간에 샌드위치된 유기 물질을 포함하고,
    상기 유기 물질은 모든 EL 디스플레이 소자들이 공유하는 유기 층을 포함하는
    디스플레이 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 층은 상이한 EL 디스플레이 소자들이 상이한 칼라를 갖도록 칼라 패터닝되는
    디스플레이 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유기 물질은 상기 제 1 디스플레이 소자를 위한 칼라 필터링을 제공하는
    디스플레이 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 디스플레이 소자는 전기 영동(electrophoretic) 디스플레이 소자, 전기습윤(electrowetting) 디스플레이 소자, 전기변색(electrochromic) 디스플레이 소자 또는 상변화 물질(phase change material) 디스플레이 소자를 포함하는
    디스플레이 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 디스플레이 소자는 액정인
    디스플레이 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이 소자는 IPS(In Plane Switched) 디스플레이 소자를 포함하는
    디스플레이 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 IPS 디스플레이 소자는 적어도 두 개의 서로 맞물린 전극들(interlocking electrodes)을 갖는 평면 전극 구조물을 포함하고,
    상기 EL 디스플레이 소자는 두 개의 전극들 간에 샌드위치된 유기 물질을 포함하며, 상기 두 개의 전극들 중 하나는 상기 평면 전극 구조물을 포함하는
    디스플레이 디바이스.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이 소자는 제 1 투과성 전극과 제 2 투과성 전극 간에 샌드위치된 액정 물질을 포함하며,
    상기 EL 디스플레이 소자는 제 3 전극과 제 4 전극 간에 샌드위치된 유기 물질을 포함하고,
    상기 제 2 전극 및 상기 제 3 전극은 상기 액정 디스플레이 소자와 상기 EL 디스플레이 소자의 접합부에 존재하는
    디스플레이 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 실질적으로 투명한 도전체로 형성되는
    디스플레이 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 도전체는 ITO를 포함하는
    디스플레이 디바이스.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실질적으로 투명한 절연층이 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극 간에 제공되는
    디스플레이 디바이스.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 전극은 ITO로 형성되며,
    상기 제 4 전극은 불투명한 도전성 층인
    디스플레이 디바이스.
  14. 제 9 항에 있어서,
    하나의 공유된 층이 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극을 규정하는
    디스플레이 디바이스.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 4 전극은 반사성 도전성 층이면서 반사성 디스플레이 픽셀을 위한 반사 표면을 제공하는
    디스플레이 디바이스.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 픽셀은 제 1 모드 및 제 2 모드로 동작하는 픽셀 구동 회로를 포함하며,
    상기 제 1 모드에서는 상기 제 1 디스플레이 소자는 자신이 투명한 상태가 되도록 구동되며 상기 EL 디스플레이 소자가 제어되고,
    상기 제 2 모드에서는 상기 EL 디스플레이 소자가 실질적으로 비방사(substantially non-emitting) 상태가 되며 상기 제 1 디스플레이 소자가 제어되는
    디스플레이 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 픽셀 구동 회로는 상기 제 1 디스플레이 소자 및 상기 EL 디스플레이 소자 모두가 동작하는 제 3 모드로 동작하는
    디스플레이 디바이스.
  18. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 픽셀은 픽셀 구동 회로를 포함하되,
    상기 픽셀 구동 회로는,
    상기 제 1 전극을 기준 전위에 접속시키는 제 1 접속부와,
    상기 픽셀을 어드레스하여 데이터 신호가 그 외의 나머지 픽셀로 전송되게하는 어드레스 트랜지스터와,
    제 1 모드에서는 상기 제 2 전극을 고정 전위로 접속시키며 입력 신호를 상기 제 4 전극으로 접속시키고, 제 2 모드에서는 입력 신호를 상기 제 2 전극으로 접속시키며 상기 제 4 전극을 상기 입력 신호로부터 분리시키는 모드 선택부를 포함하는
    디스플레이 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 모드 선택부는 제 3 모드에서 상기 제 2 전극 및 상기 제 4 전극 모두를 동시에 각각의 입력 신호에 접속시키는
    디스플레이 디바이스.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 각 픽셀 구동 회로는 상기 데이터 신호에 의해서 구동되는 전류 소스를 더 포함하며,
    상기 모드 선택부는 상기 제 2 전극과 고정 전위 간에 접속된 제 1 트랜지스터와, 상기 어드레스 트랜지스터와 상기 제 2 전극 간에 접속된 제 2 트랜지스터 및 상기 전류 소스와 상기 제 4 전극 간에 접속된 제 3 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제 1 모드에서 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터가 턴 온되며 상기 제 2 트랜지스터는 턴 오프되고, 상기 제 2 모드에서는 상기 제 1 트랜지스터와 상기 제 3 트랜지스터는 턴 오프되고 상기 제 2 트랜지스터는 턴 온되는
    디스플레이 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 전류 소스는 제 4 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제 4 트랜지스터의 게이트는 상기 데이터 신호에 의해 구동되는
    디스플레이 디바이스.
  22. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 픽셀은 픽셀 구동 회로를 포함하되,
    상기 픽셀 구동 회로는,
    상기 제 1 전극을 기준 전위에 접속시키는 제 1 접속부와,
    상기 픽셀을 어드레스하여 데이터 신호가 그 외의 나머지 픽셀로 전송되게 하는 어드레스 트랜지스터와,
    상기 데이터 신호를 전류로 변환시켜서 상기 전류를 상기 제 2 전극 및 상기 제 3 전극에 인가하는 전류 소스를 포함하되,
    상기 데이터 신호가 제 1 범위에 있는 경우에 상기 전류는 상기 EL 디스플레이 소자를 어드레스하는 데 사용되며, 상기 데이터 신호가 제 2 범위에 있는 경우에 소정 전압이 상기 제 4 전극에 인가되어 상기 EL 디스플레이 소자를 턴 오프시키며 상기 전류는 상기 액정 소자를 어드레스하는 데 사용되는
    디스플레이 디바이스.
  23. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 픽셀은 픽셀 구동 회로를 포함하되,
    상기 픽셀 구동 회로는,
    상기 제 1 전극을 기준 전위에 접속시키는 제 1 접속부와,
    상기 픽셀을 어드레스하여 데이터 신호가 그 외의 나머지 픽셀로 전송되게 하는 어드레스 트랜지스터와,
    상기 데이터 신호를 전류로 변환시켜서 상기 전류를 상기 제 2 전극 및 상기 제 3 전극에 인가하는 전류 소스와,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 간에 접속된 저장 캐패시터를 포함하되,
    상기 데이터 신호가 제 1 범위에 있는 경우에 상기 전류는 상기 EL 디스플레이 소자를 어드레스하는 데 사용되며, 상기 데이터 신호가 제 2 범위에 있는 경우에 소정 전압이 상기 제 4 전극에 인가되어 상기 EL 디스플레이 소자를 턴 오프시키며 상기 전류는 상기 저장 캐패시터에 의해서 전압으로 변환되고 상기 변환된 전압이 상기 액정 소자를 어드레스하는 데 사용되는
    디스플레이 디바이스.
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