KR20050101183A - 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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KR20050101183A
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drive
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스티븐 씨. 데인
데이비드 에이. 피시
알란 지. 크냅프
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Publication date
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Abstract

액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스의 각 픽셀은, 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 간헐적으로 구동하기 위한 제 1 비결정 실리콘 구동 트랜지스터와, 상기 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 간헐적으로 구동하기 위한 제 2 비결정 실리콘 구동 트랜지스터를 가진다. 비결정 실리콘 TFT의 노화 영향은 2개의 구동 트랜지스터 사이의 디스플레이 소자의 구동을 공유함으로써 감소될 수 있다. 듀티 사이클을 제공하는 것은 각 구동 트랜지스터에 관한 온-타임(on-time)을 감소시키지만, TFT 특성의 일부가 회복될 수 있는 기간도 제공한다.

Description

액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스{ACTIVE MATRIX ELECTROLUMINESCENT DISPLAY DEVICES}
본 발명은 전자발광 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 특히 각 픽셀과 연관된 박막 스위칭 트랜지스터를 가지는 액티브 매트릭스 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
전자발광, 발광, 디스플레이 소자를 이용하는 매트릭스 디스플레이 디바이스가 잘 알려져 있다. 디스플레이 소자는, 예를 들어 폴리머 물질을 사용하는 유기 박막 전자발광 요소나 종래의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물을 사용하는 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 유기 전자발광 물질, 특히 폴리머 물질에서의 최근의 발전은 특히 비디오 디스플레이 디바이스에 관해 사용되는 그들의 능력을 보여주었다. 이들 물질은 통상 한 쌍의 전극 사이에 끼워진 반도전성의 컨쥬게이티드(semiconducting conjugated) 폴리머의 하나 또는 그 이상의 층을 포함하고, 이러한 한 쌍의 전극 중 하나는 투명하며, 나머지 하나는 홀(hole)이나 전자를 폴리머 층으로 주입하기에 적합한 물질이다. 유기 전자발광 물질은 그것들이 디스플레이 기능과 스위칭 기능 모두를 제공할 수 있어서, 패시브 타입의 디스플레이에서 사용될 수 있도록, 다이오드와 같은 Ⅰ-Ⅴ 특성을 보여준다. 대안적으로, 이들 물질은 액티브 매트릭스 디스플레이 디바이스에 관해 사용될 수 있고, 이러한 액티브 매트릭스 디바이스의 각 픽셀은 디스플레이 소자와 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 제어하는 스위칭 디바이스를 포함한다.
이러한 타입의 디스플레이 디바이스는 전류-구동 디스플레이 소자를 가져서, 종래의 아날로그 구동 방식은 디스플레이 소자에 제어 가능한 전류를 공급하는 것을 수반한다. 전류원 트랜지스터에 공급된 게이트 전압이 디스플레이 소자를 흐르는 전류를 결정하는, 전류원 트랜지스터를 픽셀 구성의 일부로 제공하는 것이 알려져 있다. 저장 커패시터는 어드레스 지정 단계 이후에 게이트 전압을 유지한다.
도 1은 액티브 매트릭스 어드레스 지정된 전자발광 디스플레이 디바이스에 관해 알려진 픽셀 회로를 도시한다. 디스플레이 디바이스는 블록(1)으로 표시된 규칙적으로 간격을 두고 배치된 픽셀의 행 및 열 매트릭스 배열을 가지고, 행(선택)과 열(데이터) 어드레스 도체(4, 6)의 교차하는 세트 사이의 교차점에 위치한 연관된 스위칭 수단과 함께 전자발광 디스플레이 소자(2)를 포함하는 패널을 포함한다. 오직 소수의 픽셀만이 간단하게 하기 위해 도 1에 도시되어 있다. 실제로는 수백 개의 픽셀의 행과 열이 존재할 수 있다. 픽셀(1)은 행과 열 어드레스 도체의 세트를 경유하여, 도체의 각 세트의 끝에 연결된 행, 스캐닝, 구동기 회로(8)와, 열, 데이터, 구동기 회로(9)를 포함하는 주변 구동 회로에 의해 어드레스 지정된다.
전자발광 디스플레이 소자(2)는 본 명세서에서는 다이오드 요소(LED)로 표현되고 한 쌍의 전극을 포함하며, 그 전극 사이에는 하나 또는 그 이상의 유기 전자발광 물질의 액티브 층이 끼워져 있는 유기 발광 다이오드를 포함한다. 배열의 디스플레이 소자는 절연 지지체의 한쪽에 연관된 액티브 매트릭스 회로와 함께 지지된다. 디스플레이 소자의 캐소드나 애노드는 투명한 도전성 물질로 형성된다. 지지체는 유리와 같은 투명한 물질로 되어 있고, 기판에 가장 가까운 디스플레이 소자(2)의 전극은 전자발광 층에 의해 발생한 광이 이들 전극과 지지체를 투과하여 지지체의 다른 쪽에서 사용자에게 보일 수 있도록, ITO와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 통상, 유기 전자발광 물질 층의 두께는 100㎚와 200㎚ 사이에 있다. 전자발광 디스플레이 소자(2)로 사용될 수 있는 적합한 유기 전자발광 물질의 전형적인 예가 알려져 있고, EP-A-0 717446호에 기술되어 있다. WO96/36959호에 설명된 바와 같은 컨쥬게이티드 폴리머 물질도 사용될 수 있다.
도 2는 전압-프로그램된 동작을 제공하기 위한 알려진 픽셀 및 구동 회로 배치를 개략적인 단순화된 형태로 도시한 도면이다. 각 픽셀(1)은 EL 디스플레이 소자(2)와 연관된 구동기 회로를 포함한다. 구동기 회로는 행 도체(4) 상의 행 어드레스 펄스에 의해 턴온되는 어드레스 트랜지스터(16)를 가진다. 어드레스 트랜지스터(16)가 턴온되면, 열 도체(6) 상의 전압은 픽셀의 나머지 부분으로 옮겨갈 수 있다. 특히, 어드레스 트랜지스터(16)는 열 도체 전압을 전류원(20)에 공급하고, 이러한 전류원(20)은 구동 트랜지스터(22)와 저장 커패시터(24)를 포함한다. 열 전압이 구동 트랜지스터(22)의 게이트에 제공되고, 게이트는 행 어드레스 펄스가 끝난 후에도 저장 커패시터(24)에 의해 이 전압으로 유지된다. 구동 트랜지스터(22)는 전원 라인(26)으로부터 전류를 끌어온다.
이 회로에서의 구동 트랜지스터(22)는 저장 커패시터(24)가 고정된 게이트-소스 전압을 유지하도록, PMOS TFT로서 구현된다. 이는 트랜지스터를 통과하는 고정된 소스-드레인 전류를 초래하고, 이러한 전류는 따라서 픽셀의 원하는 전류원 동작을 제공한다. 이러한 기본 픽셀 회로는 전압-프로그램된 픽셀이고, 구동 전류를 샘플링하는 전류-프로그램된 픽셀 또한 존재한다. 하지만, 모든 픽셀 구성이 각 픽셀에 전류가 공급되는 것을 필요로 한다.
지금까지는, LED 디스플레이에 관한 대다수의 액티브 매트릭스 회로는 저온 폴리실리콘(LTPS) TFT를 사용하였다. 이들 디바이스의 임계 전압은 시간상 안정하지만, 임의로 픽셀로부터 픽셀마다 다르다. 이는 이미지에 있어서의 수용할 수 없는 정적(static) 잡음을 초래한다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 많은 회로가 제안되었다. 일 예로, 픽셀이 어드레스 지정될 때마다, 픽셀 회로는 픽셀 간의 변동을 극복하기 위해 전류를 제공하는 TFT의 임계 전압을 측정한다. 이러한 타입의 회로는 LTPS TFT를 목표로 하며 PMOS 디바이스를 사용한다. 그러한 회로는 수소화(hydrogenated) 비결정 실리콘(a-Si:H) 디바이스로 제작될 수 없고, 이러한 것은 현재 NMOS 디바이스로 국한되어 있다.
하지만, a-Si:H의 사용이 고려되었다. 일반적으로, a-Si:H TFT를 사용하는 제안된 회로는 전압 어드레스 지정보다는 전류 어드레스 지정을 사용한다. 실제로, 전류-프로그램된 픽셀이 기판에 대한 트랜지스터 변동의 영향을 감소시키거나 제거할 수 있음이 또한 인식되었다. 예를 들어, 전류 프로그램된 픽셀은 샘플링 트랜지스터 상의 게이트-소스 전압을 샘플링하기 위해 전류 미러를 사용할 수 있고, 이러한 샘플링 트랜지스터를 통해서는 원하는 픽셀 구동 전류가 구동된다. 샘플링된 게이트-소스 전압은 구동 트랜지스터를 어드레스 지정하기 위해 사용된다. 이는 샘플링 트랜지스터와 구동 트랜지스터가 기판 위에서 서로 이웃하고 있고, 서로에 대해 좀더 정확하게 매칭될 수 있기 때문에, 디바이스의 균일성 문제를 부분적으로 완화한다. 또 다른 전류 샘플링 회로는 샘플링과 구동을 위해 동일한 트랜지스터를 사용하여, 추가 트랜지스터와 어드레스 라인이 요구될지라도 어떠한 트랜지스터 매칭도 필요하기 않는다.
종래의 LED 디바이스를 구동하는데 필요한 전류는 상당히 크고, 이는 액티브 매트릭스 유기 LED 디스플레이에 관해서 비결정 실리콘을 사용하는 것이 어려웠음을 의미하였다. 최근에는, OLED와 용액-처리된(solution-processed) OLED가 형광(phosphorescence)의 사용을 통해 매우 높은 효율을 보여주었다. S.R. Forrest등에 의해 2002년 5월 52.1 SID 02 Digest 1357페이지에 실린 'Electrophosphorescent Organic Light Emitting Devices'라는 제목의 논문과, J.P.J. Markham에 의해 2002년 5월 L-8 SID 02 Digest 1032페이지에 실린 'Highly Efficient Solution Processible Dendrimer LEDs'라는 제목의 논문을 참조한다. 이들 디바이스에 관해 요구된 전류는 a-Si TFT의 도달 범위 내에 있다. 하지만, 부가적인 문제점이 발생하게 된다.
중요한 문제점은 TFT의 임계 전압의 안정성(절대값보다는)이다. 일정한 바이어스 하에서는, 비결정 실리콘 TFT의 임계 전압이 증가하고, 따라서 단순한 일정한 전류 회로는 짧은 시간 후에는 동작을 중지하게 된다. 임계 전압에서의 드리프트(drift)는 10,000 시간 또는 그 이상의 디스플레이의 통상적인 동작 수명에 걸쳐 쉽게 5V만큼이나 크게 될 수 있다.
그러므로 형광 LED 디스플레이에 있어서도 비결정 실리콘 TFT를 가지는 픽셀을 가지고 사용하기에 적합한 어드레스 지정 방식을 구현하는 것에 대한 어려움이 남아있다.
도 1은 알려진 EL 디스플레이 디바이스를 도시하는 도면.
도 2는 입력 구동 전압을 사용하여 EL 디스플레이 픽셀을 전류-어드레스 지정하기 위한 알려진 픽셀 회로의 개략도.
도 3과 도 4는 본 발명의 기초가 되는 기본 원리를 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 도 3과 도 4의 픽셀 레이아웃을 동작하기 위한 적절한 구동 신호를 도시하는 도면.
도 6은 구동 TFT의 조명을 보여주는 바닥-게이트(bottom-gate) TFT를 구비한 상부 방출 구조를 도시하는 도면.
도 7은 구동 TFT의 조명을 보여주는 상부-게이트(top-gate) TFT를 구비한 상부 방출 구조를 도시하는 도면.
도 8은 도 3의 장치를 구현하는 제 1 방식을 좀더 상세히 도시하는 도면.
도 9는 도 3의 장치를 구현하는 제 2 방식을 좀더 상세히 도시하는 도면.
도 10은 도 4의 장치를 구현하는 제 1 방식을 좀더 상세히 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 임계 전압 보상을 구비한 픽셀 레이아웃의 제 1 예의 개략도.
도 12는 도 11의 픽셀 레이아웃 동작의 제 1 방법에 관한 타이밍도.
도 13은 도 11의 픽셀 레이아웃 동작의 제 2 방법에 관한 타이밍도.
도 14는 도 11의 픽셀 레이아웃 동작의 제 3 방법에 관한 타이밍도.
도 15는 도 11의 회로의 변형예를 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 임계 전압 보상을 구비한 픽셀 레이아웃의 제 2 예의 개략도.
도 17은 도 16의 픽셀 레이아웃의 동작에 관한 타이밍도.
도 18은 도 16의 회로 중 2개가 어떻게 단일 픽셀로 통합되는지를 도시하는 도면.
도 19는 도 18의 픽셀 레이아웃의 동작에 관한 타이밍도.
도 20은 본 발명의 임계 전압 보상을 구비한 픽셀 레이아웃의 제 3 예의 개략도.
도 21은 도 20의 픽셀 레이아웃의 동작에 관한 타이밍도.
도 22는 도 20의 회로 중 2개가 어떻게 단일 픽셀로 통합되는지를 도시하는 도면.
본 발명에 따르면, 디스플레이 픽셀의 배열을 포함하는 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스가 제공되는데, 각 픽셀은
전자발광(EL) 디스플레이 소자;
상기 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 간헐적으로 구동하기 위한 제 1 비결정 실리콘 구동 트랜지스터; 및
상기 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 간헐적으로 구동하기 위한 제 2 비결정 실리콘 구동 트랜지스터를 포함한다.
본 발명은 2개의 구동 트랜지스터 사이의 디스플레이 소자의 구동을 공유함으로써, 노화 영향이 감소될 수 있다는 인식에 기초하고 있다. 듀티 사이클을 제공하는 것은 각 구동 트랜지스터에 관한 온-시간(on-time)을 감소시킬 뿐만 아니라, TFT 특성의 일부 회복이 존재할 수 있는 기간을 제공한다.
회복 과정은 디스플레이 소자 출력을 제 1 및 제 2 구동 트랜지스터를 조명함으로써 개선될 수 있다. 디스플레이가 디스플레이 소자의 광으로부터 픽셀 회로를 차폐하기 위한 흑색 마스크 층을 구비한 액티브 플레이트를 가질 때, 제 1 및 제 2 구동 트랜지스터는 흑색 마스크 층에 의해 차폐되지 않도록 배치될 수 있다.
간단한 픽셀 회로에서, 각 픽셀은 제 1 구동 트랜지스터에 관한 게이트 전압을 저장하는 제 1 저장 커패시터, 제 2 구동 트랜지스터에 관한 게이트 전압을 저장하는 제 2 저장 커패시터, 제 1 저장 커패시터로 제 1 데이터 라인으로부터의 데이터 신호를 인가하는 제 1 어드레스 트랜지스터, 및 제 2 저장 커패시터로 제 2 데이터 라인으로부터의 데이터 신호를 인가하는 제 2 어드레스 트랜지스터를 포함한다. 그러므로 픽셀 회로는 2개의 데이터 라인과 1개의 행 라인을 사용한다. 그 대신 1개의 데이터 라인과 2개의 행 라인으로 유사한 동작을 구현하는 것이 가능하다.
본 발명의 디스플레이는 비결정 실리콘 구동 트랜지스터의 노화 영향을 감소시킨다. 그렇지만, 시간에 걸친 구동 트랜지스터의 임계 전압의 변동을 보상하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 각 픽셀은 제 1 구동 트랜지스터의 게이트와, 소스 또는 드레인 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 커패시터를 포함하는 제 1 커패시터 장치와, 제 2 구동 트랜지스터의 게이트와, 소스 또는 드레인 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 커패시터를 포함하는 제 2 커패시터 장치를 포함할 수 있고, 상기 픽셀로의 제 1 데이터 입력은 상기 제 1 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부에 제공되고, 상기 픽셀로의 제 2 데이터 입력은 상기 제 2 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부에 제공된다.
이러한 픽셀 장치는 각 구동 트랜지스터에 관한 임계 전압이 각각의 제 1 커패시터에 저장될 수 있게 하고, 이는 픽셀이 구동 트랜지스터를 사용하여 어드레스 지정될 때마다 행해질 수 있어, 임계 전압의 노화에 관련된 변화를 보상하게 된다. 그러므로 이러한 노화 영향을 보상하기 위해 특정 프레임 시간에 관한 전류 제공 TFT의 임계 전압을 측정할 수 있는 비결정 실리콘 회로가 제공된다.
특히, 본 발명의 픽셀 레이아웃은 비결정 실리콘 TFT의 임계 전압 증가를 극복하고, 한편으로는 대형의 높은 분해능을 가진 AMOLED 디스플레이에 관해 충분히 짧은 시간 동안 픽셀의 전압 프로그래밍을 가능하게 할 수 있다.
각 픽셀은 제 1 입력 데이터 라인과, 상기 제 1 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부 사이에 연결된 제 1 입력 트랜지스터(A1)와, 제 2 입력 데이터 라인과, 상기 제 2 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부 사이에 연결된 제 2 입력 트랜지스터(B1)를 더 포함할 수 있다. 입력 트랜지스터는 제 2 커패시터로의 저장을 위해, 데이터 전압을 픽셀에 인가하는 시간을 지정한다.
각 픽셀은 제 1 구동 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이에 연결된 제 1 임계 샘플링 트랜지스터와, 상기 제 2 구동 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이에 연결된 제 2 임계 샘플링 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 임계 샘플링 트랜지스터는 드레인(전원 라인에 연결될 수 있는)으로부터 제 1 커패시터로의 전류의 공급을 제어하는데 사용된다. 그러므로 임계 샘플링 트랜지스터를 턴온시킴으로써, 연관된 제 1 커패시터가 게이트-소스 전압으로 충전될 수 있다.
각 픽셀은 제 1 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부와, 상기 디스플레이 소자 사이에 연결된 제 1 단락 트랜지스터와, 상기 제 2 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부와, 상기 디스플레이 소자 사이에 연결된 제 2 단락 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 이들은 제 2 커패시터를 단락시켜 제 1 커패시터만이 구동 트랜지스터의 게이트-소스 전압을 저장할 수 있도록 하는데 사용된다.
각 픽셀은 제 1 구동 트랜지스터 소스와 접지 전위 라인 사이에 연결된 제 1 바이패스(bypass) 트랜지스터와, 제 2 구동 트랜지스터 소스와 상기 접지 전위 라인 사이에 연결된 제 2 바이패스 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 이들은 디스플레이 소자를 조명하지 않고, 특히 픽셀 프로그래밍 시퀀스 동안에 구동 트랜지스터로부터의 전류에 관한 드레인으로서 동작하는데 사용된다.
바람직한 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터는 각 구동 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이에 직렬로 연결되고, 각 구동 트랜지스터의 드레인은 상이한 각각의 전원 라인에 연결된다. 이는 각 구동 트랜지스터가 고전압 라인으로부터의 전류를 공급하거나 저전압 라인으로 전류를 내보낼 수 있게 한다. 이후 각 구동 트랜지스터는 디스플레이 소자에 전류를 공급하거나 다른 구동 트랜지스터로부터의 전류에 관한 바이패스 경로를 제공하도록 선택적으로 동작할 수 있다. 이러한 식으로, 구동 트랜지스터는 2개의 기능을 수행하고, 이는 이러한 2개의 구동 트랜지스터와 연관된 회로 구성 요소의 중복을 감소시킨다.
이러한 보상 장치에서, 2개의 구동 트랜지스터는 각각 임계 전압과 데이터 전압을 저장하는 연관된 커패시터 장치를 가진다. 또 다른 실시예에서는, 커패시터 장치가 공유될 수 있다. 이러한 경우, 각 픽셀은 제 1 및 제 2 구동 트랜지스터의 게이트와 접지 라인 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 커패시터를 포함하고, 각 구동 트랜지스터의 소스는 각 제어 라인에 연결되고, 픽셀로의 데이터 입력이 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부에 제공되는, 커패시터 장치를 더 포함할 수 있다.
구동 트랜지스터는 이후 독립적인 소스를 가지고, 이들은 소스 제어 라인을 사용하여 선택적으로 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 각 픽셀은 바람직하게 제 2 커패시터의 단자에 걸쳐 연결된 단락 트랜지스터와, 전원 라인과, 제 1 및 제 2 구동 트랜지스터의 드레인 사이에 연결된 충전 트랜지스터를 더 포함한다. 각 픽셀은 제 1 및 제 2 구동 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이에 연결된 방전 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
모든 실시예에서, 각 구동 트랜지스터는 바람직하게 NMOS 트랜지스터를 포함하고, 전자발광(EL) 디스플레이 소자는 전계형광 유기 전자발광 디스플레이 소자를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 디스플레이 픽셀의 배열을 포함하는 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법을 제공하고, 각 픽셀은 전자발광(EL) 디스플레이 소자를 포함하며, 이 방법은 번갈아 제 1 및 제 2 비결정 실리콘 구동 트랜지스터를 사용하여 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 구동하는 단계를 포함하고, 구동 트랜지스터는 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 구동하지 않을 때 턴오프된다.
이 방법은 2개의 구동 트랜지스터 사이의 디스플레이 소자의 구동을 공유함으로써 노화 영향을 감소시킨다.
구동 트랜지스터는 디스플레이 소자에 의해 바람직하게 조명되고, 이는 TFT 특성에 대한 노화의 영향을 거스르는 것으로 발견된다.
노화 영향을 감소시키는 것 외에, 제 1 및 제 2 구동 트랜지스터의 임계 전압의 시간에 따른 변동에 관한 보상이 이루어질 수 있다.
이러한 보상은
상기 구동 트랜지스터 중 하나를 통과하여 접지로 흐르는 전류를 구동하고, 제 1 커패시터는 그 결과 게이트-소스 전압까지 충전하는 단계;
하나의 구동 트랜지스터가 턴오프될 때까지 상기 제 1 커패시터를 방전하고, 이로 인해 상기 제 1 커패시터가 임계 전압을 저장하는 단계;
상기 구동 트랜지스터의 게이트와, 소스 또는 드레인 사이의 제 1 커패시터와 직렬로, 제 2 커패시터를 데이터 입력 전압까지 충전하는 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 커패시터에 걸친 전압의 조합을 포함하는 게이트-소스 또는 게이트-드레인 전압을 사용하는 상기 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 구동하기 위해, 상기 구동 트랜지스터를 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
구동 트랜지스터 중 하나를 통과하여 접지로 흐르는 전류를 구동하는 단계는 나머지 구동 트랜지스터를 통과하여 접지로 흐르는 전류를 구동하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 식으로, 구동 트랜지스터는 2중 기능을 수행할 수 있다.
이제 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예를 통해 설명한다.
동일한 구성 요소에 관해서는 상이한 도면에서도 동일한 참조 번호가 사용되고, 이들 구성 요소의 설명은 반복되지 않는다.
본 발명은 하나의 TFT가 LED에 전류를 제공할 수 있고, 나머지 구동 TFT는 오프 상태에 있도록, 하나 초과의 전류-제공 TFT를 구비한 각 픽셀을 제공함으로써, 비결정 실리콘 TFT 특성의 회복을 제공한다. 이러한 TFT는 또한 회복 과정을 강화시키기 위해 조명될 수 있다.
도 3과 도 4는 본 발명의 기초가 되는 기본 원리를 개략적으로 도시한다.
도 3은 LED 디스플레이 소자의 애노드를 구동하는 2개의 구동 TFT(TD1, TD2)를 도시한다. 각 구동 트랜지스터는 각각의 열 라인("열1", "열2")을 따라 데이터 입력을 수신하는 각 제어 회로("제어1", "제어2")에 의해 제어된다. 도 4는 LED 디스플레이 소자의 캐소드를 구동하는 2개의 구동 TFT(TD1, TD2)를 도시한다. 이는 구현하기가 더 어렵지만, N-타입의 회로에 더 적합하다. 도 3과 도 4는 2개의 구동 트랜지스터를 구비한 회로를 개략적으로 도시하지만, 2개 초과의 트랜지스터의 경우도 사용될 수 있다.
도 3에서, 각 제어 회로는 공유된 전원 라인(26)을 구비하고, 각 제어 회로가 공유된 디스플레이 소자(2)를 구동하는, 도 2의 표준 픽셀 레이아웃의 회로 구성 요소를 단순히 포함할 수 있다. 마찬가지로, 도 4의 제어 회로는 동일한 픽셀 회로에 기초할 수 있다.
도 3과 도 4에서, TFT(TD1)가 LED로 들어가는 전류를 구동할 때, TFT(TD2)는 턴오프된다. TFT의 상태는 TFT의 게이트, 드레인, 및 공통 소스에 연결된 관련 회로에 의해 제어된다.
바람직한 일 실시예에서, TD1이 LED를 조명하므로, 광의 일부는 구동 TFT(TD1, TD2) 위에 떨어지도록 허용될 수 있다. TD2에서, 이는 임계 전압 드리프트의 회복을 허용한다. 일정한 시간 후, 제어는 TD2가 전류-제공 TFT가 되게 하고 TD1이 턴오프되며 회복되도록 허용한다. 이러한 과정은 디스플레이의 수명 기간 동안에 계속된다. 그 결과는 거의 절반의 시간 동안 2개의 구동 TFT가 사용된다는 점이다. TFT가 디스플레이 소자를 구동하는데 사용되지 않을 때, TFT는 회복할 수 있다.
TFT의 조명을 제공하는 대신 또는 TFT의 조명을 제공하는 것과 함께, 음의 게이트 바이어스가 사용되지 않는 구동 TFT에 인가될 수 있다. TFT를 턴오프시키는데 필요한 것보다 더 큰 음의 바이어스를 제공함으로써, TFT 특성의 회복 속도 또한 향상될 수 있다.
상기 방식을 구현하기 위해서는 상기 임계 게이트-소스 전압 보다 높은 전압이 하나의 구동 TFT에 제공되고, 임계 게이트-소스 전압 미만의 전압이 나머지 구동 TFT에 제공되도록, 각 구동 TFT의 적어도 게이트 또는 소스를 독립적으로 제어할 수 있어야 한다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 한가지 가능한 구현예가 각 픽셀이 2개의 데이터 라인을 가지도록, 각 픽셀에 관한 추가 열(데이터) 라인을 제공한다. 각 열 라인으로부터의 데이터는 구동 TFT 게이트 중 각각의 것을 구동한다. 2개의 구동 트랜지스터를 사용하는데 필요한 교번(alternation)은 2개의 열 라인에 관한 구동 신호를 번갈아 일어나게 함으로써 달성된다.
도 5는 행 라인과 2개의 열 라인용으로 적합한 구동 신호를 도시한다. 이 예에서, 2개의 구동 트랜지스터의 사용은 교번 디스플레이 필드 상에서 번갈아 일어나고, 이 필드 기간은 tF로 도시되어 있다. 한 필드에서, TD1은 열1에 대한 데이터 신호에 의해 구동되고, TD2는 오프 구동 레벨을 가지고 구동된다. 다음 필드에서, TD2는 열2에 대한 데이터 신호에 의해 구동되고, TD1은 오프 구동 레벨을 가지고 구동된다. 교번은 대신 한 블록의 필드 기간 이후에 있을 수 있다.
구역(40)은 구동 TFT를 제어하기 위한 데이터 레벨의 범위를 표시하고 전압 레벨(42)은 트랜지스터를 턴오프하기 위한 것이다.
도 3과 도 4는 디스플레이 소자에 의해 구동 트랜지스터를 조명하는 것을 개략적으로 도시한다. 이는 상부-게이트 TFT 구조에 관한 ITO 게이트의 사용과, 종래의 바닥 게이트 TFT 구조로부터의 흑색 마스크 층 부분을 거함으로써 달성될 수 있다. 픽셀에서의 모든 다른 TFT는 이들 TFT의 게이트와 연관된 불투명한 금속 게이트 또는 흑색 마스크 층을 가짐으로써, 입사광으로부터 차폐된 채로 있게 된다.
도 6은 바닥-게이트 TFT(46)를 구비한 상부 방출 구조(화살표 44)를 도시한다. 흑색 마스크 층(48)은 적어도 각 구동 TFT(하나만 도시됨)의 게이트에 걸친 개구(opening)를 가진다. 흑색 마스크 층(48)은 픽셀의 제어 회로(50) 위에 놓여 있고, ITO 애노드(52), LED 층(54) 및 캐소드(56)는 흑색 마스크 층(48) 위에 제공된다. 화살표(58)는 구동 TFT를 조명하는 것을 나타낸다.
도 7은 상부 게이트 TFT(46)를 구비한 상부 방출 구조를 도시한다. 예를 들어 ITO로부터 형성된 각 구동 TFT의 게이트(이들 중 하나만이 도시됨)는 투명하고, 제어 회로(50)에서의 나머지 트랜지스터는 불투명한 게이트 도체를 가진다. 게이트 구역 외부의 비결정 실리콘 영역에 충분히 광이 떨어질 수 있어서, ITO 게이트는 필요하지 않다. 그러므로 ITO 게이트는 조명될 TFT의 한가지 가능한 구현예이다.
바닥 방출 구성 또한 가능한데, 이 경우 회로에는 하나의 개구가 형성되고, 이 회로를 통해 광이 들어가서 기판을 통과하게 된다.
조명되는 능동 구동 TFT로부터 생기는 여분의 누설 전류는, 예를 들어 1㎁ 미만의 LSB 전류의 절반 아래로 전류가 유지되는 경우에 한해 디스플레이된 레벨에 영향을 주지 않아야 한다.
전술한 바와 같이, 각 제어 회로는 도 2의 표준 픽셀 회로 또는 실제로 NMOS 트랜지스터를 사용하는 도 2의 수정된 버전에 대응할 수 있다. 도 8은 비록 도 2의 회로에 본질적으로 대응하지만, NMOS 픽셀 회로를 사용하는 도 3의 배치를 보여준다.
도 9는 저장 커패시터가 연관된 구동 트랜지스터의 게이트와 디스플레이 애노드 사이에 대신 연결될 수 있음을 보여준다. 각 구동 트랜지스터는 이후 각각의 전원 라인(P1, P2)에 의해 공급된다.
이러한 배치에 관한 어드레스 지정 시퀀스는 약간 상이하다. 저장 커패시터(C1) 상에 전압을 저장하기 위해, 전원 라인(P2)은 접지되고 전원 라인(P1)은 하이 상태로 된다. 커패시터(C2)는 구동 트랜지스터(TD2)를 턴온시키기 위해 고 전압으로 충전되고, 이를 통해 디스플레이 애노드는 낮은 전압{전원 라인(P2)의 전압}으로 유지된다. 그러므로 TD1에 걸리는 소스 전압은 데이터 전압이 C1에 저장되는 동안 일정하다.
전압이 C1에 저장된 후, 데이터 라인(열1)을 커패시터(C1)로부터 분리하기 위해, 어드레스 라인(A1)이 로우 상태로 된다. 이후 C2는 제 2 어드레스 라인(A2)에 의해 0V로 방전되어 TD2를 턴오프시킨다. 이후 제 2 어드레스 라인이 로우 상태로 되고, 2개의 TFT의 게이트가 올바른 동작 레벨로 플로팅(float)된다. 동작은 회로의 양쪽 사이에서 왔다갔다한다.
도 10은 캐소드가 픽셀 회로에 연결되는(도 4에서와 같이) 픽셀에 관한 또 다른 가능한 배치를 보여준다. 커패시터가 대신 TFT 게이트와 공통 디스플레이 소자 캐소드 사이에 연결될 수 있다.
임계 전압 드리프트 회복에 관한 조명 기술은 완벽하지 않고, 상당히 더 낮은 레벨에서도 임계 전압의 드리프트가 여전히 일어날 가능성이 크다. 그러므로 정확한 그레이 스케일의 달성은 임계 전압 측정에 관한 기술이 이 회로에 포함될 것을 요구한다.
도 11은 본 출원인에 의해 제안된 보상 회로를 보여준다. 이 회로의 동작이 먼저 기술되고, 이후 이 회로의 중복 사항을 본 발명에 따라 2개(또는 그 이상)의 구동 트랜지스터를 가지는 단일 픽셀로 단순화하는, 이 회로에 대한 개선된 사항이 논의된다.
각 픽셀은, 전원 라인(26)과 캐소드 라인(28) 사이에 직렬로 연결된 전자발광(EL) 디스플레이 소자(2)와 비결정 실리콘 구동 트랜지스터(TD)를 가진다. 구동 트랜지스터(TD)는 디스플레이 소자(2)를 통해 전류를 구동하기 위한 것이다.
제 1 및 제 2 커패시터(C1, C2)는 구동 트랜지스터(TD)의 게이트와 소스 사이에 직렬로 연결된다. 픽셀로의 데이터 입력은 제 1 커패시터와 제 2 커패시터 사이의 접합부(30)에 제공되고, 아래에 기술되는 바와 같이 제 2 커패시터(C2)를 픽셀 데이터 전압까지 충전시킨다. 제 1 커패시터(C1)는 제 1 커패시터(C1)에 구동 트랜지스터 임계 전압을 저장하기 위한 것이다.
제 1 트랜지스터(A1)는 입력 데이터 라인(32)과, 제 1 커패시터와 제 2 커패시터 사이의 접합부(30) 사이에 연결된다. 이 제 1 트랜지스터는 제 2 커패시터(C2)로의 저장을 위해, 픽셀로의 데이터 전압의 인가 시간을 정한다.
제 2 트랜지스터(A2)는 구동 트랜지스터(TD)의 게이트와 드레인 사이에 연결된다. 이 제 2 트랜지스터(A2)는 전원 라인(26)으로부터 제 1 커패시터(C1)로의 전류의 공급을 제어하는데 사용된다. 그러므로 제 2 트랜지스터(A2)를 턴온시킴으로써, 제 1 커패시터(C1)는 구동 트랜지스터(TD)의 게이트-소스 전압까지 충전될 수 있다.
제 3 트랜지스터(A3)는 제 2 커패시터(C2)의 단자에 걸쳐 연결된다. 이 제 제 3 트랜지스터(A3)는 제 1 커패시터만이 구동 트랜지스터(TD)의 임계 전압을 저장할 수 있도록 제 2 커패시터를 단락시키는데 사용된다.
제 4 트랜지스터(A4)는 구동 트랜지스터(TD)의 소스와 접지 사이에 연결된다. 이 제 4 트랜지스터(A4)는 디스플레이 소자를 조명하지 않고, 특히 픽셀 프로그래밍 시퀀스 동안에 구동 트랜지스터로부터의 전류를 위한 드레인으로서 작용하도록 사용된다.
커패시터(24)는 추가 저장 커패시터(도 2의 회로에서와 같이)를 포함하거나 디스플레이 소자의 자기-커패시턴스를 포함할 수 있다.
트랜지스터(A1 내지 A4)는 그것들의 게이트에 연결되는 각각의 행 도체에 의해 제어된다. 아래에 추가로 기술되는 바와 같이, 일부 행 도체는 공유될 수 있다. 그러므로 픽셀 배열의 어드레스 지정은 차례로 픽셀의 행 어드레스 지정을 수반하고, 차례로 종래의 방식으로 행이 어드레스 지정되면서 픽셀의 전체 행이 동시에 어드레스 지정되도록, 데이터 라인(32)이 열 도체를 포함한다.
도 11의 회로는 여러 개의 상이한 방식으로 동작할 수 있다. 기본 동작이 먼저 기술되고, 이후 파이프라인 어드레스 지정을 제공하기 위해 확장될 수 있는 방식이 기술된다. 파이프라인 어드레스 지정은 인접하는 행의 제어 신호 사이에 일부 타이밍이 중복된다는 것을 의미한다.
구동 트랜지스터(TD)만이 일정한 전류 모드에서 사용된다. 회로에서의 모든 다른 TFT((A1 내지 A4)는 짧은 듀티 사이클에서 동작하는 스위치로서 사용된다. 그러므로 이들 디바이스에서의 임계 전압 드리프트는 작고 회로 성능에 영향을 미치지 않는다. 타이밍도가 도 12에 도시되어 있다. 그래프(A1 내지 A4)는 각 트랜지스터에 인가되는 게이트 전압을 나타낸다. 그래프 "28"은 캐소드 라인(28)에 인가된 전압을 나타내고, 그래프 "데이터"의 클리어(clear) 부분은 데이터 라인(32) 상의 데이터 신호의 타이밍을 나타낸다. 빗금이 쳐진(hatched) 영역은 데이터가 데이터 라인(32) 상에 존재하지 않을 때의 시간을 나타낸다. 아래의 설명으로부터, 픽셀의 다른 행에 관한 데이터는 이 시간 동안에 인가될 수 있어, 데이터가 데이터 라인(32)에 거의 연속으로 인가되어 파이프라인 동작을 주게 된다.
회로 동작은 C1 상의 구동 트랜지스터의 임계 전압을 저장하기 위한 것이고, 이후 TD의 게이트-소스가 데이터 전압에다 임계 전압을 더한 것이 되도록, 데이터 전압을 C2에 저장한다.
회로 동작은 다음 단계를 포함한다.
디스플레이의 한 행에서 픽셀에 관한 캐소드(라인 28)는 어드레스 지정 시퀀스 내내 LED가 역 바이어스를 유지하도록 충분한 전압으로 된다. 이는 도 12에서 그래프 "28"에서의 양의 펄스이다.
어드레스 라인(A2, A3)은 관련 TFT를 턴온시키기 위해 하이 상태로 된다. 이는 커패시터(C2)를 단락시키고, 커패시터(C1)의 한쪽을 전원 라인에 연결하며 커패시터(C1)의 나머지 한쪽을 LED 애노드에 연결한다.
이후 어드레스 라인(A4)은 그것의 TFT를 턴온시키기 위해 하이 상태로 된다. 이는 LED의 애노드를 접지시키고, 구동 TFT(TD) 상에 큰 게이트-소스 전압을 생성한다. 이러한 식으로, C1은 충전되지만 C2는 단락된 채로 남게 된다.
이후 어드레스 라인(A4)은 각 TFT를 턴오프시키기 위해 로우 상태로 되고, 구동 TFT(TD)는 그것이 자신의 임계 전압에 도달할 때까지 커패시터(C1)를 방전시킨다. 이러한 식으로, 구동 트랜지스터(TD)의 임계 전압은 C1에 저장된다. 다시, 제 2 커패시터(C2)에 걸리는 전압은 없게 된다.
A2는 제 1 커패시터(C1) 상의 측정된 임계 전압을 격리시키기 위해 로우 상태로 되고, A3는 제 2 커패시터(C2)가 더 이상 단락되지 않도록 로우 상태로 된다.
이후 A4는 애노드를 접지에 연결하기 위해 다시 하이 상태로 된다. 이후 데이터 전압은 제 2 커패시터(C2)에 인가되고 입력 트랜지스터는 A1 상의 하이 상태의 펄스에 의해 턴온된다.
마지막으로, A4는 캐소드가 접지로 된 후 로우 상태로 된다. LED 애노드는 이후 그것의 동작점까지 플로팅된다(floats up).
캐소드는 대안적으로 A2와 A3가 로우 상태로 된 후와, A4가 하이 상태로 되기 전에 접지될 수 있다.
어드레스 지정 시퀀스는 픽셀의 하나 초과의 행이 임의의 어떤 시각에서 프로그래밍될 수 있도록 파이프라인될 수 있다. 그러므로 라인(A2 내지 A4)과 행 방향의 캐소드 라인(28)에 대한 어드레스 지정 신호는 다른 행에 관한 동일한 신호와 중복될 수 있다. 그러므로 어드레스 지정 시퀀스의 길이는 긴 픽셀 프로그래밍 시간을 의미하지 않고, 효과적인 라인 시간은 어드레스 라인(A1)이 하이 상태일 때, 제 2 커패시터(C2)를 충전하기 위해 필요한 시간에 의해서만 제한된다. 이러한 시간 기간은 표준 액티브 매트릭스 어드레스 지정 시퀀스에 관한 것과 동일하다. 어드레스 지정의 나머지 부분은 전체 프레임 시간이 디스플레이의 처음 몇 개의 행에 관해 필요한 설정에 의해 약간만 늘어난다는 것을 의미한다. 하지만, 이러한 설정은 프레임-블랭킹(frame-blanking) 기간 내에서 쉽게 이루어질 수 있으므로, 임계 전압 측정에 관해 필요한 시간은 문제가 되지 않는다.
파이프라인된 어드레스 지정은 도 13의 타이밍도에 도시되어 있다. 트랜지스터(A2 내지 A4)에 관한 제어 신호는 하나의 그래프(plot)로 결합될 수 있지만, 그 동작은 도 11을 참조하여 기술된 바와 같다. 도 13에서의 "데이터(Data)" 그래프는, 데이터를 연속하는 행에 제공하기 위해 데이터 라인(32)이 거의 계속해서 사용되는 것을 보여준다.
도 12와 도 13의 방법에서, 임계 측정 동작은 디스플레이 동작과 결합되어, 임계 측정과 디스플레이는 차례대로 픽셀의 각 행에 관해 수행된다.
도 14는 임계 전압이 디스플레이에서의 모든 픽셀에 관해 프레임의 시작시 측정되는 방법에 관한 타이밍도를 보여준다. 도 14의 그래프는 도 12에서의 그래프에 대응한다. 이러한 접근의 장점은 구조화된 캐소드{즉 도 12와 도 13의 방법을 구현하는데 필요한 것처럼, 다른 행에 관한 다른 캐소드 라인(28)}가 필요하지 않다는 점이지만, 단점은 누설 전류로 인해 일부 이미지 불균일성이 생길 수 있다는 점이다. 이러한 방법에 관한 회로도는 도 11의 것과 같다.
도 14에 도시된 바와 같이, 신호(A2, A3, A4)와 도 14에서의 캐소드 라인(28)에 관한 신호는 임계 전압 측정을 수행하기 위해 블랭킹 기간에 디스플레이에서의 모든 픽셀에 공급된다. 신호(A4)는 블랭킹 기간에서 동시에 모든 픽셀에 공급되어, 모든 신호(A2 내지 A4)가 동일한 시각에 모든 행에 공급된다. 이 시간 동안에는, 도 14의 제일 아래의 데이터 그래프의 그늘진 부분과 같이 어떠한 데이터도 픽셀에 제공될 수 없다.
후속되는 어드레스 지정 기간에서, 데이터는 신호(A1)에서처럼, 차례대로 각 행에 개별적으로 공급된다. 도 14에서의 A1에 대한 펄스의 시퀀스는 연속적인 행에 관한 펄스를 나타내고, 각 펄스는 데이터 라인(32)에 데이터를 일정 시간마다 인가하는 것과 타이밍된다.
도 11의 회로는, 트랜지스터의 제어와 구조화된 캐소드 라인(필요하다면)을 위해, 많은 수의 행을 가지고 있다. 도 15는 필요한 행의 개수를 감소시키는 회로 수정을 보여준다. 타이밍도는 신호(A2, A3)가 매우 유사하다는 것을 보여준다. 시뮬레이션을 하게 되면 A2와 A3가 실제로 동일하게 만들어져 오직 하나의 어드레스 라인만이 필요하게 됨을 보여준다. 도 11에서 트랜지스터(A4)와 연관된 접지 라인을 이전 행에서의 어드레스 라인(A4)에 연결시킴으로써, 추가 감소가 이루어질 수 있다. 도 15에서의 회로는 행(n)과 행(n-1)에 관한 어드레스 라인을 보여준다.
다수의 구동 TFT에 관한 보상과 결합된 임계 전압 회복 회로를 구현하기 위해, 보상 회로가 모든 구동 TFT를 위해 반복될 필요가 있다. 제어 회로의 한 섹션이 임계 전압 측정을 수행하기 위해 설정되고 추가된 데이터를 가지는데 반해, 제어 회로의 나머지 섹션은 그것에 연결된 구동 TFT가 턴오프되는 것을 보장하기 위해 커패시터를 방전시킨다.
전술한 임계 보상 회로는 높은 구성 요소 카운트와 많은 어드레스 라인을 가지므로 하나의 픽셀 영역 내에 들어가기에는 어려울 수 있다.
도 16은 도 11의 회로의 수정안을 보여주는데, 이 수정안은 회로를 단순화된 하나의 픽셀로 복제하는 것을 가능하게 하고, 이러한 내용은 도 18을 참조하여 아래에 기술된 설명으로부터 분명하게 된다. 구성 요소 카운트는 일부 TFT가 2중 기능을 가지도록 함으로써 감소된다. 구동 TFT의 소스나 게이트의 독립적인 제어가 필요하고, 2개의 구동 TFT를 제어하기 위해 사용된 모든 TFT는, 이들 TFT가 스스로 일부 VT 드리프트 보정을 가지지 않는 한, 정상적 오프를 기준으로, 즉 낮은 듀티 사이클을 가지도록 동작해야 한다.
도 11에서 어드레스 라인(A4)에 연결된 TFT는 그것이 어드레스 지정 기간에 구동 TFT에 의해 공급된 전류를 통과시킬 필요가 있으므로, 크게 된다. 그러므로 이 TFT는 2중 목적의 TFT, 즉 구동 TFT와 어드레스 지정 TFT 모두로서 작용하는 것에 관한 이상적인 후보이다. 불행하게도 도 11에 도시된 회로는 이러한 것을 허용하지 않는다.
도 16에서는 도 11의 회로에서와 동일한 구성 요소는 동일한 참조 번호로 표시되고, 그에 대한 설명은 반복되지 않는다.
이 회로에서, 제 1 및 제 2 커패시터(C1, C2)는 구동 트랜지스터(TD)의 게이트와 드레인 사이에 직렬로 연결된다. 다시, 커패시터 사이의 접합부에는 픽셀로의 입력이 제공된다. 임계 전압을 저장하기 위한 제 1 커패시터(C1)는 구동 트랜지스터 게이트와 입력 사이에 연결된다. 데이터 입력 전압을 저장하기 위한 제 2 커패시터(C2)는 픽셀 입력과 전원 라인(트랜지스터 드레인이 연결되는) 사이에 직접 연결된다. 제어 라인(A3)에 연결된 트랜지스터는 다시 제 1 커패시터(C1)에 충전 경로를 제공하기 위한 것이고, 이러한 충전 경로는 제 2 커패시터(C2)를 우회하여, 제 1 커패시터(C1)만이 임계 게이트-소스 전압을 저장하기 위해 사용될 수 있다.
회로 동작은 도 17에 도시되어 있고, 다음 단계를 가진다.
디스플레이의 한 행에서의 픽셀에 관한 캐소드는, 어드레스 지정 시퀀스 전체를 통해 LED를 역 바이어스 시키기에 충분한 전압으로 된다.
어드레스 라인(A2와 A3)은 관련 TFT를 턴온시키기 위해 하이 상태로 되고, 이렇게 함으로써 C1과 C2의 병렬 결합을 전원 라인에 연결시킨다.
이후 어드레스 라인(A4)은 그것의 TFT를 턴온시키기 위해 하이 상태로 되고, 이는 LED의 애노드를 접지시키며, 구동 TFT(TD)에 큰 게이트-소스 전압을 만든다.
이후 어드레스 라인(A4)은 TFT를 턴오프시키기 위해 로우 상태로 되고, 구동 TFT(TD)는 임계 전압에 도달할 때까지 병렬 커패시턴스(C1+C2)를 방전시킨다.
이후 A2와 A3는 측정된 임계 전압을 격리시키기 위해 로우 상태로 된다.
이후 A1은 턴온되고 데이터 전압이 커패시턴스(C1)에 저장된다.
마지막으로, A4는 로우 상태로 되어 캐소드는 접지된다.
다시, 블랭킹 기간에서의 파이프라인된 어드레스 지정 또는 임계 측정은 전술한 바와 같이 이러한 회로로 수행될 수 있다.
전압(Vdata-VT)이 구동 TFT의 게이트-드레인에 저장된다.
그러므로:
따라서 임계 전압 의존성은 제거된다. 이제 전류가 LED 애노드 전압에 의존한다는 것이 주목된다. 이러한 회로에 기초한 조명을 통한 회복을 구비한 임계 전압 측정 회로가 도 18에 도시되어 있고, 그 타이밍도는 도 19에 도시되어 있다.
TD1이 구동중이고 TD2가 회복중이라고 가정하면, 회로의 좌측부는 이전과 같이 수행하고 회로의 우측부는 도 16에서 A4에 연결된 TFT의 기능, 즉 애노드를 접지시키는 것을 수행해야 한다. 이를 달성하기 위해, 전원 라인(B)은 접지되어야 하고, 어드레스 라인(B2, B3)은 로우 상태로 되어야 하며, B1은 TD1의 어드레스 지정 단계에서 필요할 때 애노드를 접지에 연결하도록 TD2의 게이트를 하이 상태가 되게 하기 위해 데이터 라인(B)과 함께 하이 상태로 되어야 한다.
회로는 TD1이 회복중이고 TD2가 구동중일 때, 회로의 양쪽 사이에서 신호가 단순히 왔다갔다하도록 LED에 대하여 대칭이 된다. 파이프라인된 신호는, 블랭킹 기간에서의 VT 측정처럼 여전히 가능하다.
상기 회로는 여전히 다수의 구성 요소를 가진다(구동 TFT의 독립적인 게이트와 소스로 인해). 오직 하나의 독립적인 노드, 즉 소스나 게이트만을 가진 회로는 더 낮은 구성 요소 카운트를 초래할 수 있다. 다음에, LED의 캐소드 쪽에서 회로 소자를 사용하는 회로가 기술되고, 이 회로는 회복 기능을 구비한 임계 전압 측정 회로를 달성하기 위해 독립 소스 전압을 사용한다. 단일 임계 전압 측정 회로는 도 20과 도 21의 타이밍도를 참조하여 처음에 기술된다.
도 20의 회로에서, 각 픽셀은 구동 트랜지스터(TD)의 게이트와 접지 라인 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 커패시터(C1, C2)를 가진다. 구동 트랜지스터의 소스는 접지 라인에 연결되지만, 2개의 회로가 결합될 때, 각 구동 트랜지스터의 소스는 이후 각 제어 라인에 연결된다. 픽셀로의 데이터 입력은 다시 제 1 커패시터와 제 2 커패시터 사이의 접합부에 제공된다.
단락 트랜지스터는 제 2 커패시터(C2)의 단자에 걸쳐 연결되고, 라인(A2)에 의해 제어된다. 앞선 회로에서처럼, 이것은 커패시터(C2)를 우회하는 커패시터(C1)에 게이트-소스 전압이 저장될 수 있게 한다. 제어 라인(A4)과 연관된 충전 트랜지스터는 전원 라인(50)과, 구동 트랜지스터(TD)의 드레인 사이에 연결된다. 이는 제어 라인(A3)과 연관되고, 구동 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이에 연결된 방전 트랜지스터와 함께, 커패시터(C1)에 관한 충전 경로를 제공한다.
회로는 A2와 A3를 하이 상태로 유지함으로써 동작하고, 이후 A4는 캐소드를 하이 상태로 하고, 커패시터(C1)를 높은 게이트-소스 전압으로 충전하기 위해 일시적으로 하이 상태로 유지된다. 전원 라인은 LED를 역바이어스하기 위해 접지에 있게 된다. 이후 TD는 그것의 임계 전압까지 방전하고{라인(A3)과 연관된 방전 트랜지스터는 턴온됨), C1에 저장된다. 이후 A2와 A3는 로우 상태로 되고, A1은 하이 상태로 되며, 데이터는 C2상으로 어드레스 지정된다. 전원 라인은 이후 LED를 켜기 위해 다시 하이 상태로 된다.
다시, 어드레스 지정 시퀀스는 파이프라인될 수 있고 또는 임계 전압이 필드 블랭킹 기간에 측정될 수 있다.
독립 소스로 회복 회로를 구성하는 것은, 구동 TFT 모두가 그것들 자체의 접자 라인을 가질 것을 필요로 한다. C2에 연결된 여분의 커패시터 라인 또한 필요하다. 회복 회로는 도 22에 도시되어 있다.
이 회로에서, 커패시터는 양쪽 구동 트랜지스터 사이에서 공유되고, 회로의 나머지 트랜지스터는 복제될 필요가 없다. 각 구동 트랜지스터는 캐소드에 연결된 연관된 제어 라인(A, B)을 가진다.
동작은 전술하였으며 도 21에 도시된 동작과 매우 유사하다. 하지만, 라인(A)이나 라인(B)은 관련된 구동 TFT를 그것이 회복 모드에 있을 때 턴오프시키는 전위에 있을 필요가 있다. 양쪽 구동 TFT가 유사한 임계 전압을 가진다고 가정하면, 라인(A)과 라인(B)에 걸리는 전압 차이는 데이터 전압 범위에 있을 필요가 있게 되고, 이는 구동 모드로부터 회복 모드로 각 구동 TFT의 모드가 변함에 따라 명백히 왔다갔다한다.
회로는 현재 이용 가능한 LED 디바이스에 관해 사용될 수 있다. 하지만, 전자발광(EL) 디스플레이 소자는 전계형광(electrophosphorescent) 유기 전자발광 디스플레이 소자를 포함한다. 본 발명은 액티브 매트릭스 OLED 디스플레이를 위해 a-Si:H의 사용을 가능하게 한다.
전술한 회로는 NMOS 트랜지스터만으로 구현되는 것으로 도시되었고 이들은 모두 비결정 실리콘 디바이스가 된다. 비록 NMOS 디바이스의 제조가 비결정 실리콘에서 바람직하지만, 물론 PMOS 디바이스를 가지고 대안적인 회로가 구현될 수 있다.
전술한 바람직한 예에서는 2가지 구동 트랜지스터가 존재한다. 각 픽셀은 3개 또는 그 이상의 구동 트랜지스터를 가질 수 있고, 보상 회로가 다시 각 구동 트랜지스터에 관해 제공될 수 있어 가능하다면 회로 구성 요소를 공유하게 된다.
당업자에게는 다양한 다른 수정안이 가능하다는 것이 인식될 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 각 픽셀과 연관된 박막 스위칭 트랜지스터를 가지는 액티브 매트릭스 디스플레이 디바이스에 이용 가능하다.

Claims (25)

  1. 디스플레이 픽셀의 배열을 포함하는 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스로서, 각 픽셀은
    전자발광(EL) 디스플레이 소자(2);
    상기 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 간헐적으로 구동하는 제 1 비결정 실리콘 구동 트랜지스터(TD1); 및
    상기 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 간헐적으로 구동하는 제 2 비결정 실리콘 구동 트랜지스터(TD2)를 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 픽셀은 행과 열로 배열되고, 상기 각 구동 트랜지스터는 각각의 열 도체(데이터; 열1, 열2)와 연관되는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 디스플레이 소자(2)로부터의 광 출력은 상기 제 1 및 제 2 구동 트랜지스터(TD1, TD2)를 조명하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 액티브 플레이트를 포함하고 상기 액티브 플레이트와 연관된 전자발광 물질을 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 액티브 플레이트는 상기 디스플레이 소자의 광으로부터 픽셀 회로를 차폐하기 위한 흑색 마스크 층(48)을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 구동 트랜지스터는 상기 흑색 마스크 층에 의해 차폐되지 않는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 상기 제 1 구동 트랜지스터(TD1)에 관한 게이트 전압을 저장하는 제 1 저장 커패시터(C1), 상기 제 2 구동 트랜지스터(TD2)에 관한 게이트 전압을 저장하는 제 2 저장 커패시터(C2), 제 1 데이터 라인(열1)으로부터 데이터 신호를 상기 제 1 저장 커패시터(C1)에 인가하는 제 1 어드레스 트랜지스터(A1), 및 제 2 데이터 라인(열2)으로부터 데이터 신호를 상기 제 2 저장 커패시터(C2)에 인가하는 제 2 어드레스 트랜지스터(A2)를 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 제 1 구동 트랜지스터(TD1)의 게이트와, 소스 또는 드레인 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 커패시터(C1, C2)를 포함하는 제 1 커패시터 장치와, 제 2 구동 트랜지스터(TD2)의 게이트와, 소스 또는 드레인 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 커패시터(C1, C2)를 포함하는 제 2 커패시터 장치를 더 포함하고, 상기 픽셀의 제 1 데이터 입력(데이터 A)은 상기 제 1 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부에 제공되고, 상기 픽셀의 제 2 데이터 입력(데이터 B)은 상기 제 2 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부에 제공되는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  8. 제 7항에 있어서, 각 픽셀은 제 1 입력 데이터 라인과, 상기 제 1 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부 사이에 연결된 제 1 입력 트랜지스터(A1)와, 제 2 입력 데이터 라인과, 상기 제 2 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부 사이에 연결된 제 2 입력 트랜지스터(B1)를 더 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 각 구동 트랜지스터의 드레인은 각각의 전원 라인(전원 A, 전원 B)에 연결되는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 상기 제 1 구동 트랜지스터(TD1)의 게이트와 드레인 사이에 연결된 제 1 임계 샘플링 트랜지스터(A2)와, 상기 제 2 구동 트랜지스터(TD2)의 게이트와 드레인 사이에 연결된 제 2 임계 샘플링 트랜지스터(B2)를 더 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 상기 제 1 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부와, 상기 디스플레이 소자(2) 사이에 연결된 제 1 단락 트랜지스터(A3)와, 상기 제 2 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부와, 상기 디스플레이 소자(2) 사이에 연결된 제 2 단락 트랜지스터(B3)를 더 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  12. 제 7항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 상기 제 1 구동 트랜지스터 소스와 접지 전위 라인 사이에 연결된 제 1 바이패스(bypass) 트랜지스터와, 상기 제 2 구동 트랜지스터 소스와 상기 접지 전위 라인 사이에 연결된 제 2 바이패스 트랜지스터를 더 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  13. 제 7항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터(C1, C2)는 각 구동 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이에 직렬로 연결되고, 각 구동 트랜지스터의 드레인은 상이한 각각의 전원 라인(전원 A, 전원 B)에 연결되어, 각 구동 트랜지스터가 전류를 상기 디스플레이 소자에 공급하거나 다른 구동 트랜지스터로부터의 전류에 바이패스 경로를 제공하기 위해 선택적으로 동작할 수 있는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  14. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 제 1 및 제 2 구동 트랜지스터(TD1, TD2)의 게이트와 접지 라인 사이에서 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 커패시터(C1, C2)를 포함하는 커패시터 장치를 더 포함하고, 각 구동 트랜지스터의 소스는 각 제어 라인(A, B)에 연결되며, 상기 픽셀로의 데이터 입력(데이터)은 상기 커패시터 장치의 제 1 및 제 2 커패시터 사이의 접합부에 제공되는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  15. 제 14항에 있어서, 각 픽셀은 제 2 커패시터의 단자에 걸쳐 연결된 단락 트랜지스터(A2)를 더 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 각 픽셀은 전원 라인과, 상기 제 1 및 제 2 구동 트랜지스터의 드레인 사이에 연결된 충전 트랜지스터(A4)를 더 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  17. 제 14항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 상기 제 1 및 제 2 구동 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이에 연결된 방전 트랜지스터(A3)를 더 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 각 구동 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터를 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자발광(EL) 디스플레이 소자는 전계형광(electrophosphorescent) 유기 전자발광 디스플레이 소자를 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 상기 디스플레이 소자를 통해 흐르는 전류를 간헐적으로 구동하기 위한 적어도 제 3의 비결정 실리콘 구동 트랜지스터를 더 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
  21. 디스플레이 픽셀의 배열을 포함하고, 각 픽셀은 전자발광(EL) 디스플레이 소자(2)를 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법으로서,
    구동 트랜지스터는 상기 구동 트랜지스터가 상기 디스플레이 소자(2)를 통과하는 전류를 구동하지 않을 때 턴오프되는, 제 1 및 제 2 비결정 실리콘 구동 트랜지스터(TD1, TD2)를 사용하여 상기 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 번갈아 가며 구동하는 단계를 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 구동 트랜지스터는 상기 디스플레이 소자(2)에 의해 조명되는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법.
  23. 제 21항 또는 제 22항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 구동 트랜지스터의 임계 전압의 시간에 따른 변동을 보상하는 단계를 더 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 보상 단계는
    상기 구동 트랜지스터 중 하나를 통과하여 접지로 흐르는 전류를 구동시켜, 제 1 커패시터를 게이트-소스 전압까지 충전하는 단계;
    하나의 구동 트랜지스터가 턴오프될 때까지 상기 제 1 커패시터를 방전시켜, 이로 인해 상기 제 1 커패시터가 임계 전압을 저장하게 하는 단계;
    상기 구동 트랜지스터의 게이트와, 소스 또는 드레인 사이의 제 1 커패시터와 직렬로, 제 2 커패시터를 데이터 입력 전압까지 충전하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 커패시터에 걸친 전압의 조합을 포함하는 게이트-소스 전압 또는 게이트-드레인 전압을 사용하는 상기 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 구동하기 위해, 상기 구동 트랜지스터를 사용하는 단계를 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 구동 트랜지스터 중 하나를 통과하여 접지로 흐르는 전류를 구동하는 단계는, 상기 구동 트랜지스터의 나머지를 통과하여 접지로 흐르는 전류를 구동하는 단계를 포함하는, 액티브 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법.
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