KR20050084509A - 능동 매트릭스 발광 다이오드 화소 구조물 및 이를동작시키는 방법 - Google Patents

능동 매트릭스 발광 다이오드 화소 구조물 및 이를동작시키는 방법 Download PDF

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제임스 야-콤 휴
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Abstract

본 발명은 능동 매트릭스 발광 다이오드 화소 구조물 및 이를 동작시키는 방법에 관한 것으로, LED 화소 구조물(200, 300, 400, 600, 700)은 화소 구조물의 "구동 트랜지스터"내의 전류 불균일성을 및 임계 전압 변화를 감소시킨다. LED 화소 구조물은 데이터 라인을 통해 데이터를 화소에 로딩하기 위해 전류 소스를 통합한다. 선택적으로, 구동 트랜지스터에 대한 자동 제로 전압이 데이터 로딩 이전에 결정된다.

Description

능동 매트릭스 발광 다이오드 화소 구조물 및 이를 동작시키는 방법 {ACTIVE MATRIX LIGHT EMITTING DIODE PIXEL STRUCTURE AND METHOD}
본 발명은 능동 매트릭스 발광 다이오드 화소 구조물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 화소 구조물내의 전류 불균일성과 "구동 트랜지스터"내 임계 전압 변화를 감소시키는 화소 구조물 및 이러한 능동 매트릭스 발광 다이오드 화소 구조물을 동작시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 미국 특허 출원번호 60/044,174호(1997년 4월 23일 출원)의 연속출원으로, 이는 이하에서 참조를 위해 인용된다.
본 발명은 미국 정부와의 협의(F33615-96-2-1944)하에 개시되고 미국 정부가 본 발명에 대한 소정 권리를 갖는다.
매트릭스 디스플레이는 당업자에게 공지되어 있으며, 화소는 도 1에 도시된 바와 같이 매트릭스 어드레싱을 사용해 조사(illuminating)된다. 전형적인 디스플레이(100)는 행과 열로 배치된 다수의 화상 또는 디스플레이 엘리먼트(화소)(160)를 구비한다. 디스플레이는 열 데이터 발생기(110)와 행 선택 발생기(120)를 통합한다. 동작시, 각각의 행은 행 라인(130)을 통해 순차적으로 활성화되고, 해당 화소가 해당 열 라인(140)을 사용하여 활성화된다. 수동 매트릭스 디스플레이에서는 화소의 각각의 행이 하나씩 순차적으로 조사되는 반면, 능동 매트릭스 디스플레이에서는 화소의 각각의 행이 순차적으로 데이터로 가장 먼저 로딩된다.
예를 들면, 랩톱 컴퓨터와 같은 휴대용 디스플레이의 확산으로, 여러 디스플레이 기술이 사용되었는데 예를 들면, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display : LCD)와 발광 다이오드(Light-Emitting Diode : LED) 디스플레이등이다. 이러한 두 기술사이의 중요한 차이점은 LED는 LCD와 같은 비-방출 장치에 대해 전력 효율 장점을 가지는 방출 장치라는 것이다. LCD에서, 형광 백라이트는 디스플레이가 사용되는 전체 기간동안 계속되고, 이에 의해 "오프" 화소에서도 전력을 소비한다. 이와는 대조적으로, LED(또는 OLED) 디스플레이는 활성화된 화소만을 조사하고, 이에 의해 "오프" 화소는 조사하지 않음으로써 전력 소비를 방지한다.
OLED(organic LED) 화소 구조물을 사용하는 디스플레이가 전력 소비를 감소시킬 수는 있지만, 이러한 화소 구조물은 두 개의 소스로 인한 강도의 불균일성, 구동 트랜지스터의 임계 전압 드리프트 및 생산공정으로 인한 트랜지스터 불균일성을 나타낸다. 하지만, OLED의 휘도가 OLED를 통과하는 전류에 비례하는 것으로 관찰되었다.
그러므로, 본 발명의 목적은 화소 구조물의 구동 트랜지스터내의 전류 불균일성과 임계 전압 변화를 감소시키는 화소 구조물과 이에 수반되는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 전류 소스는 화소 구조물내의 "구동 트랜지스터"내 전류 불균일성과 임계 전압 변화를 감소시키는 LED(OLED) 화소 구조물에 통합된다. 전류 소스는 데이터 라인에 커플링되고, 여기서 일정한 전류가 초기에 프로그래밍되고 다음으로 포획된다.
선택적인 실시예에서, 자동 제로 전압을 결정하고 저장하는 자동-제로 단계(phase)의 기준 전압을 초기에 인가함으로써 일정한 전류가 얻어진다. 자동 제로 전압은 구동 트랜지스터의 임계 전압을 효과적으로 보상한다. 다음으로, 동일한 기준 전압을 기준으로 하는 데이터 전압이 화소를 조사하기 위해 인가된다.
다른 선택적인 실시예에서, 저항기가 구동 트랜지스터의 임계 전압에 대한 OLED를 통과하는 전류의 의존성을 줄이도록 LED(OLED) 화소 구조물에 통합된다.
본 발명은 이하의 첨부된 도면과 관련된 상세한 설명을 통해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
이해를 돕기 위해, 동일 엘리먼트에 대해 동일 참조부호가 사용된다.
도 2는 본 발명의 능동 매트릭스 LED 화소 구조물(200)의 개략도를 도시한다. 바람직한 실시예에서, 능동 매트릭스 LED 화소 구조물은 예를 들면, 비결정질 또는 폴리실리콘을 사용하여 제조된 트랜지스터인 박막 트랜지스터(TFT)를 사용한다. 이와 유사하게, 바람직한 실시예에서, 능동 매트릭스 LED 화소 구조물은 유기 발광 다이오드(OLED)를 통합한다. 비록 본 발명의 화소 구조물이 박막 트랜지스터와 유기 발광 다이오드를 사용하지만, 본 발명이 다른 형태의 트랜지스터와 발광 다이오드를 사용하여 수행될 수도 있다는 것을 주지하여야 한다. 예를 들어, 만일 다른 재료를 사용하여 제조된 트랜지스터가 상술된 임계값 불균일성을 나타낸다면, 본 발명은 발광 엘리먼트를 통해 일정한 전류를 제공하는데 사용될 수 있다.
비록 본 발명이 이하에서 단일 화소 또는 화소 구조물로서 예시되지만, 화소는 디스플레이를 형성하도록 예를 들면, 어레이내의 다른 화소와 함께 사용될 수도 있다. 더욱이, 이하의 도면이 특정 트랜지스터 형상으로서 도시되고 있지만, 트랜지스터의 소스는 전압 부호에 관련된다는 것을 알 수 있다.
도 2를 참조하면, 화소 구조물(200)은 3개의 PMOS 트랜지스터(240, 250, 260), NMOS 트랜지스터(270), 커패시터(280) 및 LED(OLED)(290)(발광 엘리먼트)를 포함한다. 선택 라인(210)은 트랜지스터(240, 250, 270)의 게이트에 결합된다. 데이터 라인은 트랜지스터(250)의 소스에 결합되며, +VDD 라인은 트랜지스터(270)의 드레인에 결합된다. OLED(290)의 하나의 전극은 트랜지스터(240, 260)의 드레인에 결합된다. 트랜지스터(240)의 소스는 트랜지스터(260)의 게이트 및 커패시터(280)의 하나의 단자에 결합된다. 마지막으로, 트랜지스터(250)의 드레인, 트랜지스터(270)의 소스, 트랜지스터(260)의 소스 및 커패시터(280)의 하나의 단자는 모두 함께 결합된다.
본 발명의 화소 구조물(200)은 큰 임계 전압(Vt) 불균일성하에서 일정한 전류 구동을 제공한다. 다시 말해, OLED를 가로질러 일정한 전류를 유지하는 것이 바람직하고, 이에 의해 디스플레이의 강도를 일정하게 할 수 있다.
특히, OLED 화소 구조물은 두 단계 즉, 로드 데이터 단계 및 연속 조사 단계로 동작한다.
로드 데이터 단계
화소 구조물(200)은 적정 선택 라인(210)을 활성화시킴으로써 데이터가 로딩될 수 있다. 즉, 선택 라인이 "Low"로 설정되면, 트랜지스터 P4(240)는 "On"으로 되고, 여기서 OLED(290)의 애노드 측상의 전압이 트랜지스터 P2(260)의 게이트에 전달된다. 동시에, 트랜지스터 P1(250) 또한 "On"이 되어 데이터 라인(220)으로부터 일정한 전류가 트랜지스터 P2(260) 및 OLED(290)를 통해 흐른다. 즉, 트랜지스터(260)는 반드시 전류 소스(230)에 의해 구동되고 있는 전류를 싱크(sink)하도록 턴온되어야만 한다. 데이터 라인을 구동하는 전류 소스(230)는 외부 데이터에 의해 프로그래밍된다. 다음으로 트랜지스터(260)(구동 트랜지스터)의 소스 전압의 게이트가 전류를 구동하기에 필요한 전압으로 설정된다. 동시에, 트랜지스터 N1(270)이 "Off"가 되어 전력 소스 +VDD를 OLED(290)로부터 단로시킨다. 일정한 전류 소스(230) 또한 트랜지스터(260)에 대해 고정된 과구동(overload) 값(전압)을 수용하도록 소스-대-게이트를 자가-정렬시킬 것이고 폴리실리콘 TFT(260)상의 임계값의 변화를 보상할 것이다. 과구동 전압은 데이터로 나타난다. 다시 말해, 데이터는 저장 커패시터 Cs(280)상에 적절히 저장된다. 이로써 데이터의 로드 또는 기록 싸이클이 완결된다.
연속 조사 단계
선택 라인이 "High"로 설정되면, 두 트랜지스터 PI(250) 및 P4(240)는 "Off"가 되고, 트랜지스터 N1(270)은 "On"이 된다. 비록 트랜지스터(260)의 소스 전압이 약간 변하지만, 트랜지스터(260)의 소스-대-게이트 전압은 조사 사이클동안 전류값을 제어한다. 커패시터(270)에 걸리는 트랜지스터(270)의 Vsg는 즉각적으로 변할 수 없다. 따라서, 트랜지스터(260)상의 게이트 전압은 자신의 소스 전압을 트랙킹하여 소스-대-게이트 전압이 전체 로드 및 조사 단계를 통해 동일하게 유지된다. 폴리실리콘 TFT의 누설 전류와 OLED의 그레이 스케일(gray scale) 휘도에 요구되는 전압 분해능은 프레임 타임에 대해 유효 데이터를 유지하기 위해 필요한 저장 커패시터의 크기를 결정할 것이다. 바람직한 실시예에서, 커패시터는 대략 0.25pf 정도이다. 즉, 커패시터는 반드시 트랜지스터(260)의 전류 누설을 보상할 만큼 충분히 커야한다. 이로써 조사 단계를 위한 화소 동작이 완결된다.
각각의 데이터/열 라인(220)은 자신의 프로그래밍된 일정 전류 소스(230)를 가지는 것을 주목한다. 조사 단계동안, 데이터 라인상의 순차적으로 프로그래밍된 전류 소스가 공급되고 모든 화소의 다음 행을 로딩하는 반면, 이전 행의 화소는 전체 프레임 타임 동안 조사 단계로 동작한다. 따라서, 도 2의 이러한 화소 구조물은 2.5 라인을 가지며 오로지 3개의 PMOS 트랜지스터와 1개의 NMOS 트랜지스터만을 필요로 한다. (인접 화소와 공유할 수 있는 선택 라인, 데이터 라인-전류 소스 및 VDD 전압원)
선택적으로, 도 6은 도 2의 화소 구조물이 모두 PMOS 트랜지스터를 가지는 구성을 도시하고, 이는 PMOS 또는 NMOS 프로세스만을 사용하는 것에 대해 경제적일 것이다. NMOS 트랜지스터 N1이 PMOS 트랜지스터 P3(610)으로 대체된다. 하지만, 추가 라인(제어 라인)(620)이 추가의 PMOS 트랜지스터를 어드레싱하기 위해 트랜지스터(610)의 게이트에 결합되고, 이에 의해 총 3.5 라인을 필요로 한다 즉, 추가의 PMOS 게이트를 제어하기 위한 추가의 전압원을 필요로 한다.
요컨대, 도 2와 도 6의 화소 구조물은 트랜지스터(260)의 Vsg상의 메커니즘을 자가-조정/트랙킹함으로써 그리고 OLED(290)를 통해 일정 전류 소스를 공급함으로써 폴리실리콘 TFT 및 OLED 모두의 임계값 변화를 보상하도록 설계된다. 사실, 도 2와 도 6의 화소 구조물은 강한 전압원을 가진 로드 및 조사 단계동안 적절한 동작을 수행할 수 있다. 이러한 화소 구조물은 OLED 또는 화소 폴리실리콘 TFT중 하나에서의 불안정성에도 불구하고 우수한 그레이 균일성과 긴 수명을 가진 고품질 OLED 디스플레이를 설계하는 것을 가능케 한다.
도 3은 본 발명의 능동 매트릭스 화소 구조물의 선택적인 실시예를 도시한다. 이러한 선택적인 실시예에서, 데이터 라인 전압은 도 2와 도 6에서 상술된 바와 같은 전류 소스를 구비하는 것과 같이 전압-전류 컨버터를 필요로함 없이 화소 구조물내에서 전류로 변환된다.
도 3을 참조하면, 화소 구조물(300)은 4개의 PMOS 트랜지스터(360, 365, 370, 375), 2개의 커패시터(350, 355) 및 LED(OLED)(380)을 포함한다. 선택 라인(320)은 트랜지스터(360)의 게이트에 결합된다. 데이터 라인(310)은 트랜지스터(360)의 소스에 결합되고 +VDD 라인은 트랜지스터(365)의 소스 및 커패시터(355)의 하나의 단자에 결합된다. 자동-제로 라인(330)은 트랜지스터(370)의 게이트에 결합되고 조사 라인은 트랜지스터(375)의 게이트에 결합된다. OLED(280)의 하나의 전극은 트랜지스터(375)의 드레인에 결합된다. 트랜지스터(375)의 소스는 트랜지스터(365, 370)의 드레인에 결합된다. 트랜지스터(360)의 드레인은 커패시터(350)의 하나의 단자에 결합된다. 마지막으로, 트랜지스터(365)의 게이트, 트랜지스터(370)의 소스, 커패시터(350)의 하나의 단자 및 커패시터(355)의 하나의 단자는 모두 함께 결합된다.
특히, 도 3은 3개의 단계: 1)자동-제로 단계, 2)로드 데이터 단계 및 3)조사 단계로 동작하는 화소 구조물(300)을 도시한다.
자동-제로
자동-제로 라인(330)과 조사 라인(340)이 "Low"로 설정되면, 트랜지스터 P2(375)와 P3(370)은 "On"으로 되고 트랜지스터 P1(365)의 드레인측의 전압은 게이트로 전달되며 일시적으로 다이오드로서 연결된다. 데이터 라인(310)은 "기준 전압"으로 설정되고 선택 라인(320)은 "Low"로 설정된다. 기준 전압은 임의로 설정될 수 있지만 최고 데이터 전압보다는 높아야 한다.
다음으로, 조사 라인(340)은 "High"로 설정되어 트랜지스터 P2(375)가 "Off"가 되도록 한다. 화소 회로는 트랜지스터 P1(365)(구동 트랜지스터)의 임계값으로 설정되고, 이에 의해 데이터 라인상의 기준 전압과 커패시터 Cc(350)상의 트랜지스터 P1(365)의 임계 전압 사이의 차이인 전압(자동-제로 전압)을 저장한다. 이는 게이트 전압 또는 더 정확하게는 트랜지스터(365)의 VSG를 트랜지스터(365)의 임계 전압으로 설정한다. 이는 또한 임계 전압 변화에 관계없이 트랜지스터 P1(365)상의 고정 과구동 전압을 제공할 것이다. 마지막으로, 자동 제로 라인(330)은 "High"로 설정되어, 트랜지스터 P1(365)의 게이트를 절연한다. 자동-제로의 목적은 실현된다.
로드 데이터 단계
자동 제로 단계의 끝에서, 선택 라인은 "Low"로 설정되었고 데이터 라인은 "기준 전압"으로 설정되었다. 이제, 데이터 라인(310)은 데이터 전압으로 설정된다. 이러한 데이터 전압은 커패시터 Cc(350)를 통해 트랜지스터 P1(365)의 게이트상에 전달된다. 다음으로, 선택 라인은 "High"로 설정된다. 따라서, 트랜지스터(365)의 VSG는 일정한 전류값을 제공하기 위해 고정 과구동 전압을 가진 트랜지스터(365)를 제공한다. 이로써 로드 데이터 단계가 완결되고 화소는 조사를 위한 상태가 된다.
선택해제 행 단계 동안 연속 데이터 조사 단계
트랜지스터 P1(365)의 게이트상에 저장된 데이터 전압으로, 조사 라인(340)은 "Low"로 설정되고 트랜지스터 P2(375)를 "On"으로 바꾼다. 트랜지스터 P1(365)에 의해 공급된 전류는 OLED(380)를 통해 흐를 수 있다. 요컨대, 트랜지스터(365)는 일정한 전류 소스와 같은 역할을 한다. 이로써 조사 단계가 완결된다.
도 4는 본 발명의 능동 매트릭스 화소 구조물의 선택적인 다른 실시예를 도시한다. 이러한 선택적인 실시예에서, 데이터 라인 전압은 도 2와 도 6에서 상술된 바와 같은 전류 소스를 구비하는 것과 같은 전압-전류 컨버터를 필요로함 없이 화소 구조물내에 전류로 변환된다.
도 4를 참조하면, 화소 구조물(400)은 3개의 PMOS 트랜지스터(445, 460, 465), 두 개의 커패시터(450, 455) 및 LED(OLED)(470)을 포함한다. 선택 라인(420)이 트랜지스터(445)의 게이트에 결합된다. 데이터 라인(410)은 트랜지스터(445)의 소스에 결합되고 VSWP 라인은 트랜지스터(460)의 소스와 커패시터(455)의 하나의 단자에 결합된다. 자동-제로 라인(430)은 트랜지스터(465)의 게이트에 결합된다. OLED(470)의 하나의 전극이 트랜지스터(465, 460)의 드레인에 결합된다. 트랜지스터(445)의 드레인은 커패시터(450)의 하나의 단자에 결합된다. 마지막으로, 트랜지스터(460)의 게이트, 트랜지스터(465)의 소스, 커패시터(450)의 하나의 단자 및 커패시터(455)의 하나의 단자는 모두 함께 결합된다.
특히, 도 4는 3개의 단계: 1)자동-제로 단계, 2)로드 데이터 단계 및 3)조사 단계로 동작하는 화소 구조물(400)을 도시한다.
자동-제로(VSWP에 의한) 단계
VSWP(전압 스위칭 공급기)은 "ΔV"만큼 "낮은 전압"으로 설정되고, 여기서 낮은 전압은 OLED(470)가 (예를 들면, nanoamp 정도의 OLED의 특성에 의존하여) 적은 양의 전류를 트리클링(trickling)한다. 낮은 전압은 트랜지스터 P4(445)와 Cc(450) 결합 커패시터 사이의 부동 노드로 인한 희석(dilution)없이 트랜지스터 P1(460) VG(P1)의 게이트상에 결합된다. 다음으로 자동 제로 라인(430)이 "Low"로 설정되면, 트랜지스터 P3(465)을 폐쇄함으로써 트랜지스터 P1(460)(구동 트랜지스터)은 일시적으로 다이오드로서 결합된다. 다음으로, 선택 라인(420)이 "Low"로 설정되고 "기준 전압"이 데이터 라인(410)상에 공급된다. 기준 전압은 임의로 설정될 수 있지만, 최고 데이터 전압보다는 커야한다. 화소 회로는 트랜지스터 P1(460)의 임계값으로 설정될 수 있다. 마지막으로, 자동 제로 라인(430)이 "High"로 설정되어 트랜지스터 P1(460)의 게이트를 절연한다. 자동 제로 단계의 결과가 커패시터 Cc(450)상에 데이터 라인상의 기준 전압과 P1(460)의 트랜지스터 임계 전압의 차이를 나타내는 전압(자동-제로 전압)으로 저장된다. 이로써 자동-제로 단계가 완결된다.
로드 데이터 단계
자동 제로 단계 끝에서, 선택 라인은 "Low"로 설정되었고 데이터 라인은 "기준 전압"으로 설정되었다. 다음으로, 데이터 라인이 기준 전압으로부터 낮은 전압(데이터 전압)으로 스위칭되고, 데이터내의 변화가 데이터에 대해 참조된다. 다음으로, 데이터 전압(데이터 입력)이 커패시터(450, 455)를 통해 트랜지스터 P1(460)의 게이트에 로드 결합된다. 트랜지스터(460)의 전압 VSG가 OLED(470)의 전류를 구동하기 위해 고정 과구동 전압을 트랜지스터 P1(460)에 제공한다. 즉, 데이터 전압은 트랜지스터 P1(460)상의 과구동 전압으로 변화된다. 커패시터(450)내에 저장된 전압이 트랜지스터 P1(460)의 임계 전압을 보상하기 때문에, 전체 과구동 전압은 트랜지스터 P1의 임계 전압과는 무관하게 된다. 다음으로, 선택 라인(420)은 "High"로 설정된다. 이로써 로드 데이터 단계가 완결된다.
선택해제 행 단계동안 연속하게 조사하는 데이터
데이터 로딩 단계의 완결시, 트랜지스터 P1(460)의 게이트가 자신의 용량성 결합을 제외하고 절연되고, 여기서 OLED를 구동하기 위한 과구동 전압이 커패시터 CS(455)상에 저장된다. 다음으로, VSWP가 자신의 원래의 고전압(조사 전압)으로 회귀한다. 다음으로, VSWP 증가에 따라, 조사를 위해 OLED 를 구동하기에 충분한 전압이 존재한다. 즉, 선택 라인(420)이 "High"로 설정되면, 트랜지스터 P3(465) 및 P4(445)가 "Off"가 되고, 데이터 전압은 앞에서와 같이 트랜지스터(460)의 VSG상에 저장되어 유지된다. 이러한 소스-게이트 전압 VSG(P1)이 전체 조사 단계동안 동일한 방식으로 유지되고, 이는 OLED를 통해 전류값이 일정할 것이라는 의미한다. 이로써 조사 싸이클이 완결된다.
요컨대, 도 3은 3½ 라인을 가지며 4개의 PMOS 트랜지스터와 1개의 결합 커패시터를 사용하는 화소 구조물을 도시한다. (자동-제로 라인과 VDDH 전압원은 모두 공유될 수 있다.) 도 4는 2½ 라인을 가지며 3개의 PMOS 트랜지스터와 1개의 결합 커패시터만을 사용하는 화소 구조물을 도시한다. (VSWP 스위칭 전력원은 인접 화소에 의해 공유될 수 있다.) 이러한 두 화소 구조물 모두 VSG(P1)상의 조사 및 자동-제로 트리클링 전류 메커니즘에 의해 폴리실리콘 TFT와 OLED 모두의 임계값 변화를 보상할 수 있다. 상술한 두(2개) 화소 구조물은 또한 폴리실리콘 NMOS 및 비결정 NMOS 설계에서 사용될 수 있다.
도 3과 도 4의 두(2개) 화소 구조물은 OLED 또는 화소 폴리실리콘 TFT내의 불안정성에도 불구하고 우수한 그레이 스케일 균일성과 긴 수명을 가진 고품질의 OLED를 설계하는데 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 능동 매트릭스 LED 화소 구조물(700)의 개략도를 도시한다. 바람직한 실시예에서, 능동 매트릭스 LED 화소 구조물은 예를 들면, 폴리실리콘 또는 비결정 실리콘을 사용하여 제조된 트랜지스터와 같은 박막 트랜지스터(TFT)를 사용하여 제조될 수 있다. 이와 유사하게, 바람직한 실시예에서 능동 매트릭스 LED 화소 구조물은 유기 발광 다이오드(OLED)를 통합한다. 비록 본 발명의 화소 구조물이 박막 트랜지스터와 유기 발광 다이오드를 사용하여 제공되지만, 본 발명이 다른 형태의 트랜지스터와 발광 다이오드를 사용하여 제조될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 화소 구조물(700)은 큰 임계 전압(Vt) 불균일성하에도 일정한 전류 구동을 제공한다. 다시 말해, OLED를 통해 균일한 전류를 유지하는 것이 바람직하고, 이에 의해 디스플레이의 균일한 강도를 보장한다.
도 7을 참조하면, 화소 구조물(700)은 2개의 PMOS 트랜지스터(710, 720), 커패시터(730), 저항기(750) 및 LED(OLED)(740)(발광 엘리먼트)를 포함한다. 선택 라인(770)은 트랜지스터(710)의 게이트에 결합된다. 데이터 라인(760)은 트랜지스터(710)의 소스에 결합된다. 저항기(750)의 하나의 단자는 트랜지스터(720)의 소스에 결합되고, OLED(740)의 하나의 전극은 트랜지스터(720)의 드레인에 결합된다. 마지막으로, 트랜지스터(710)의 드레인, 트랜지스터(720)의 게이트 및 커패시터(730)의 하나의 단자는 모두 함께 결합된다.
특히, 화소 구조물을 구비하는 행이 활성 행으로 선택될 때, 선택 라인(770)상의 논리 "high"값이 트랜지스터 M1(710)을 턴온하고, 이에 의해 커패시터 C(730)가 데이터 라인(760)으로부터 전압 Vg로 충전되도록 한다. 이러한 행이 선택 라인(770)상의 "low"값에 의해 선택해제되면, 트랜지스터 M1을 오프하고, 커패시터(730)상의 전압이 프레임 타임 동안 저장된다. 이러한 전압이 트랜지스터 M2(720)의 게이트상에 나타나기 때문에, 트랜지스터(720)를 통해 OLED(740)를 통과하는 전류를 설정하고, 상기 OLED는 트랜지스터(720)의 드레인에 위치한다.
특히, 저항기(750)는 본 발명의 화소 구조물내에 구비된다. 저항기는 트랜지스터(720)의 소스에 결합되고 네가티브 피드백 엘리먼트로서의 역할을 한다. 만일 개별 구동 트랜지스터가 비정상적인 낮은 임계전압을 가진다면, 트랜지스터는 더 많은 전류를 OLED에 통과시키는 경향이 있지만, 추가의 전류는 저항기(750)에서의 전압 강하를 야기하고, 이에 의해 전류가 감소한다.
비정상적으로 높은 임계 전압을 가진 구동 트랜지스터에서 상보효과가 발생된다. 전체 효과는 전류에서의 불균일성을 감소시킨다. 저항기는 일반적으로 TFT에서 구현되는 임계 전압 균일성보다 더 우수한 저항 균일성을 가지고 형성된다. 그 이유중 하나는 TFT 임계 전압이 활성 실리콘 재료에의 트랩 밀도에 매우 민감한 반면에 저항기에서 사용된 도핑된 층의 저항이 트랩 밀도에 대해 덜 민감하기 때문이다. 저항의 퍼센트 변화가 폴리실리콘 디스플레이 웨이퍼에 대해 매우 작은 것으로 나타났고 트랜지스터 임계값과는 달리 완만하게 변화할 것으로 기대된다.
OLED(740)를 통과하는 전류는 자신의 휘도를 결정한다. 하지만, 화소가 TFT를 사용하는 것으로 제조될 때, TFT의 임계 전압 또한 상술된 방과 같이 수명 동안 변할 수 있다는 것이 관찰되었다. 추가적으로, TFT 임계 전압에서 초기 불균일성이 있을 수 있다. 트랜지스터(710)에 대한 이러한 불균일성은 문제가 되지 않는데, 그 이유는 자신의 임계 전압이 OLED를 통해 형성된 전류에 대한 강한 효과를 가지지 않기 때문이다. 대조적으로, 구동 트랜지스터(720)의 임계 전압은 OLED를 통해 전류에 직접적인 영향을 미친다.
특히, 본 발명의 화소 구조물내 OLED를 통과하는 전류 IOLED는 이하와 같이 표현된다:
(1)
여기서, K'는 트랜지스터 M2의 고유 트랜스컨덕턴스 파라미터이고, W와 L은 폭과 길이이며, Vt는 임계 전압, Vg는 데이터 라인으로부터의 전압이고 저항기 R(750)은 바람직한 실시예에서 1M의 값을 가진다. 하지만, 저항기 값은 구동 트랜지스터 특성에 따라 100K 내지 10M 범위일 수 있다. 본 발명의 화소 구조물이 이하에서 설명될 바와 같이 본 발명의 저항기를 사용하지 않고 가능한 것의 1/3까지 전류 변화를 감소시키는 것으로 관찰되었다.
특히, 트랜지스터(720)의 소스에 결합된 저항기로 인해, 다이오드를 통과하는 전류의 임계 전압 변화에 대한 표준 감도 는:
(2)이다.
가능한 한 최대로 게이트 전압 Vg를 증가시키는 것이 바람직하지만, 트랜지스터(720)는 반드시 포화된 상태를 유지하여야 한다는 제한을 가진다. 저항기(IOLED R)의 전압 강하를 유도함으로써, 임계 전압 변화에 대한 감도가 저항기 없이 얻어지는 것 이하로 감소될 수 있다. 궁극적으로, 항(IOLED R)은 (Vg-Vt)보다 커질 수 없는데, 그 이유는 이러한 결과가 트랜지스터(720)가 턴오프되었음을 의미하기 때문이다. 그러므로, 트랜지스터(720)의 소스내에 저항기를 위치시킴으로써 얻어지는 감도에서의 최대 감소는 2배 정도이다.
하지만, 저항기를 소스내에 위치시킴으로써 트랜지스터(720) 폭(W)이 증가되도록 하고, 여기서 이러한 증가는 임계 전압 σVt의 표준 편차를 감소시킨다. 고정 최대 게이트 전압에 대해 W는 증가될 수 있고, 이에 의해 σVt의 통계적 감소로부터 더 많은 이득을 얻을 수 있다. 따라서, 저항기를 트랜지스터(720)의 소스내에 위치시킴으로써, 전류 변화의 감소는 (1) 임계값 변화 에 대한 감도의 감소(2X의 이론적 최대 이득 또는 50% 감소에 제한된다) 및 (2) 임계값 변화 σVt 자체를 감소시키는 것(기하학적 및 커패시턴스 억제를 제외하고는 어떠한 제한도 없음)의 조합된 효과를 통해 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 다수의 능동 매트릭스 LED 화소 구조물(200, 300, 400, 600 및 700)를 가지는 디스플레이(520)를 사용하는 시스템(500)의 블럭도를 도시한다. 이러한 시스템(500)은 디스플레이 제어기(510)와 디스플레이(520)를 포함한다.
특히, 디스플레이 제어기는 중앙 처리 유니트 CPU(512), 메모리(514) 및 다수의 I/O 장치(416)(예를 들면, 마우스, 키보드, 자기 및 광학 장치인 저장 장치 및 모뎀 등)를 가진 범용 컴퓨터로서 제조될 수 있다. 디스플레이(520)를 활성화시키기 위한 소프트웨어 명령이 메모리(514)내에 로딩되고 CPU(512)에 의해 수행될 수 있다.
디스플레이(520)는 화소 인터페이스(522)와 다수의 화소(화소 구조물(200, 300, 400, 600 및 700))를 포함한다. 화소 인터페이스(522)는 화소(200, 300, 400, 600 또는 700)를 구동시키는데 필요한 회로를 구비한다. 예를 들면, 화소 인터페이스(522)는 도 1에 도시된 바와 같은 매트릭스 어드레싱 인터페이스일 수 있다.
따라서, 시스템(500)은 랩톱 컴퓨터일 수 있다. 선택적으로, 디스플레이 제어기(510)는 마이크로콘트롤러 또는 응용 주문형 집적 회로(ASIC) 또는 하드웨어와 소프트웨어 명령들의 조합과 같은 다른 방식으로 구비될 수 있다. 요컨대, 시스템(500)은 본 발명의 디스플레이를 통합하는 큰 시스템내에 구비될 수도 있다.
비록 본 발명이 PMOS 트랜지스터를 사용하는 것으로 설명되었지만, 본 발명이 NMOS 트랜지스터를 사용할 수도 있음을 알 수 있을 것이고, 이 경우 해당 전압은 반전된다. 즉, OLED는 NMOS 구동 트랜지스터의 소스에 결합된다. OLED를 플립핑함으로써, OLED의 캐소드는 투명한 재료로 구성되어야만 한다.
비록 본 발명의 정신을 가진 여러 실시예들이 도시되고 상세히 설명되었지만, 당업자라면 본 발명에서 벗어나지 않은 여러 다른 실시예가 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명은 화소 구조물의 구동 트랜지스터내의 전류 불균일성과 임계 전압 변화를 감소시키는 효과를 가진다.
도 1은 매트릭스 어드레싱 인터페이스의 블럭도.
도 2는 본 발명의 능동 매트릭스 LED 화소 구조물의 개략도.
도 3은 본 발명의 능동 매트릭스 LED 화소 구조물의 선택적인 실시예의 개략도.
도 4는 본 발명의 능동 매트릭스 LED 화소 구조물의 다른 선택적인 실시예의 개략도.
도 5는 본 발명의 다수의 능동 매트릭스 LED 화소 구조물을 가진 디스플레이를 사용하는 장치의 블럭도.
도 6은 도 2의 능동 매트릭스 LED 화소 구조물의 선택적인 실시예의 개략도.
도 7은 본 발명의 능동 매트릭스 LED 화소 구조물의 선택적인 실시예의 개략도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
200 : 능동 매트릭스 LED 화소 구조물
240, 250, 260 : PMOS 트랜지스터 270 : NMOS 트랜지스터
280 : 커패시터 290 : LED(OLED)(발광 엘리먼트)

Claims (1)

  1. 다수의 화소를 포함하는 디스플레이(520)에 있어서, 상기 각각의 화소(700)는:
    선택 라인(770)에 결합되는 게이트, 데이터 라인(760)에 결합되는 소스, 및 드레인을 구비하는 제 1 트랜지스터(710);
    상기 제 1 트랜지스터의 상기 드레인이 결합되는 게이트, 소스, 및 드레인을 구비하는 제 2 트랜지스터(720);
    두 개의 단자를 구비하며, 상기 단자중 하나에 상기 제 2 트랜지스터의 상기 소스가 결합되는 저항기(750); 및
    두 개의 단자를 구비하며, 상기 단자중 하나에 상기 제 2 트랜지스터의 상기 드레인이 결합되는 발광 엘리먼트(740)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
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