KR20070003822A - 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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KR20070003822A
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데이비드 에이. 피쉬
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

능동 매트릭스 디스플레이 디바이스는 저장 커패시터(24; CS)상의 트랜지스터 구동 전압을 저장한다. 광-의존 디바이스(27)는 광 방사 디스플레이 소자(2)의 광출력에 의존하는 저장 커패시터의 방전을 행한다. 전력은 제1 전력 라인(26)으로부터 각 픽셀에 제공되고, 광 의존 디바이스와 저장 커패시터중의 하나가 제2 전원 라인(50)에 연결되고, 제2 전원 라인에 다양한 전압이 픽셀 조명 기간 동안 제공된다. 상기 전원 라인 중의 하나에서의 전압을 변경시키는 것에 의해, 광 피드백 시스템에 의한 커패시터의 방전 특성이 광-의존 디바이스 누설 전류에 대한 보상을 제공하기 위해 변경된다.

Description

능동 매트릭스 디스플레이 디바이스{ACTIVE MATRIX DISPLAY DEVICES}
본 발명은 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스, 특히 각 픽셀에 연관된 박막 스위칭 트랜지스터를 갖는 능동 매트릭스 전계발광 디스플레이 디바이스에 관련이 있지만, 이에 국한되지는 않다.
전계발광 디스플레이 소자를 이용하는 매트릭스 디스플레이 디바이스가 잘 알려져 있다. 이 디스플레이 소자는 예를 들면, 폴리머 재질 또는 다른 종래의 III-V 반도체 복합물을 사용하는 발광 다이오드(light emitting diode: LED)를 사용하는 유기 박막 전계발광 소자를 포함할 수 있다. 유기 전계발광 재질, 특히 폴리머 재질에서의 최근의 개발은 비디오 디스플레이 디바이스를 위해 실제적으로 사용되기 위한 능력을 증명하였다. 이 재질은 한 쌍의 전극 사이에 끼어진 하나 이상의 반도체 결합 폴리머층을 일반적으로 포함하는데, 이 한 쌍의 전극 중의 하나는 투명하고, 다른 하나는 폴리머층으로 홀(hole) 또는 전자를 주입하기 위해 적합한 재질로 제조된다.
폴리머 재질은 CVD 프로세스, 또는 단순히 용해성 결합 폴리머의 용액을 사용하는 스핀(spin) 코딩 기술을 사용해서 제조될 수 있다. 잉크-젯 프린팅이 또한 사용될 수 있다. 유기 전계발광 재질은 다이오드와 유사한 I-V 특성을 나타내기 위 해 배열되어, 이 재질은 디스플레이 기능과 스위칭 기능 모두를 제공할 수 있고, 그러므로 수동 타입 디스플레이에서 사용될 수 있다. 대안적으로, 이 재질이 디스플레이 소자를 포함하는 각 픽셀을 가지고 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 위해, 그리고 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 제어하기 위한 스위칭 디바이스를 위해 사용될 수 있다.
이런 타입의 디스플레이 디바이스는 전류-어드레스 지정되는 디스플레이 소자를 가지고 있으며, 그 결과 종래의 아날로그 구동 방식은 제어 가능한 전류를 디스플레이 소자에 제공하는 것을 관여시킨다. 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 결정하는 전류 소스 트랜지스터에 제공되는 게이트 전압을 픽셀 구성의 일부로서 전류 소스 트랜지스터에 제공하는 것이 알려져 있다. 저장 커패시터는 어드레스지정 단계 이후에 게이트 전압을 유지하고 있다.
도 1은 종래의 능동 매트릭스 어드레스 지정되는 전계발광 디스플레이 디바이스를 도시한다. 디스플레이 디바이스는, 블록(1)으로 표시되고, 규칙적으로 이격된 픽셀의 행과 열 매트릭스 어레이를 갖고, 행(선택)과 열(데이터) 어드레스 컨덕터(4와 6)의 교차하는 집합 사이의 교차점에 위치한 연관된 스위칭 수단과 함께 전계발광 디스플레이 소자(2)를 포함하는 패널을 포함한다. 단지 몇 개의 픽셀만이 간략성을 위해 도시된다. 실제상에서, 수백개의 행과 열의 픽셀이 있을 수 있다. 픽셀(1)은 제각기의 컨덕터의 집합의 끝에 연결된 행, 스캐닝, 구동기 회로(8)와 열, 데이터, 구동기 회로(9)를 포함하는 주변 구동 회로에 의해 행과 열 어드레스 컨덕터를 거쳐 어드레스 지정된다.
전계발광 디스플레이 소자(2)는 여기서 다이오드 소자(LED)로 나타내어졌고, 유기 전계발광 재질의 하나 이상의 능동층이 사이에 끼어지는 한 쌍의 전극을 포함하는 유기 발광 다이오드를 포함한다. 이 어레이의 디스플레이 소자는 절연 지지부의 한 측면에 연관된 능동 매트릭스 회로를 가지고 있다. 디스플레이 소자의 캐소드 또는 애노드가 투명 전도성 재질을 가지고 형성된다. 이 지지부는 유리와 같은 투명 재질이고, 이 기판에 가장 근접한 디스플레이 소자의 전극(2)은 ITO와 같은 투명 전도성 재질로 이루어질 수 있고, 그 결과 전계발광층에 의해 생성되는 광은, 이 지지부의 다른 쪽에서 관찰자에 의해 보이도록 이 전극과 이 지지부를 통해 전송된다. 일반적으로, 유기 전계발광 재질층의 두께는 100 nm와 200 nm 사이이다. 소자(2)를 위해 사용될 수 있는 적합한 유기 전계발광 재질의 일반적인 예시가 알려져 있고, EP-A-0 717446에서 설명된다. WO96/36959에 의해 설명된 결합된 폴리머 재질이 또한 사용될 수 있다.
도 2는 전압-어드레스 지정되는 작동을 위한 종래의 픽셀과 구동 회로 배열을 간략화된 형태로 도시한다. 각 픽셀(1)은 EL 디스플레이 소자(2)와, 연관된 구동기 회로를 포함한다. 구동기 회로는 열 컨덕터(4)에서 행 어드레스 펄스에 의해 턴온(turn on)되는 어드레스 트랜지스터(16)를 가진다. 어드레스 트랜지스터(16)가 턴온될 때, 열 컨덕터(6) 상의 전압이 픽셀의 나머지 부분으로 통과할 수 있다. 특히, 어드레스 트랜지스터(16)는 열 컨덕터 전압을 전류 소스(20)에 제공하는데, 이 전류 소스는 구동 트랜지스터(22)와 저장 커패시터(24)를 포함한다. 열 전압은 구동 트랜지스터(22)의 게이트에 제공되고, 행 어드레스 펄스가 종결된 이후에 이 게 이트가 저장 커패시터(24)에 의해 이 전압에서 유지된다.
이 회로에서 구동 트랜지스터(22)가 p-타입 TFT로서 구현되고, 그 결과 저장 커패시터(24)가 게이트-소스 전압을 고정된 채로 유지시킨다. 이것은 트랜지스터를 통과하여 흐르는 고정된 소스-드레인 전류를 야기하고, 그러므로 픽셀의 요구되는 전류 소스 작동을 제공한다.
상기 기본 픽셀 회로에서, 폴리실리콘을 기초로 하는 회로에 대해, 트랜지스터의 채널에서 폴리실리콘 이득의 통계적인 분포에 기인하여 트랜지스터의 임계 전압에서의 변동이 존재한다. 하지만, 폴리실리콘 트랜지스터는 전류와 전압 스트레스 하에서 상당히 안정적이며, 그 결과 임계 전압이 실질적으로 일정하게 유지된다.
임계 전압에서의 변동은 이 기판에서 적어도 짧은 범위에서 비결정(amorphous) 실리콘 트랜지스터에서 작지만, 임계 전압은 전압 스트레스에 매우 민감하다. 구동 트랜지스터를 위해 필요한 임계 이상의 고전압의 인가는 임계 전압에서의 큰 변화를 초래하는데, 이 변화는 디스플레이되는 이미지의 정보 내용에 따른다. 그러므로, 항상 온(on)이 아닌 비결정 실리콘 트랜지스터와 비교하여 항상 온인 비결정 실리콘 트랜지스터의 임계 전압에서의 큰 차이가 존재할 것이다. 이 차동 에이징(aging)은 비결정 실리콘 트랜지스터를 가지고 구동되는 LED 디스플레이에서 심각한 문제이다.
트랜지스터 특성에 있어서의 변화에 추가하여, LED 그 자체에서 차동 에이징이 또한 존재한다. 이것은 전류 스트레싱(stressing) 후에 발광 재질의 효율성의 감소에 기인한다. 대부분의 경우에서, 보다 많은 전류와 전하가 LED를 통과할수록, 그 효율성이 더 낮다.
(전압-어드레스 지정되는 픽셀 보다는) 전류-어드레스 지정되는 픽셀이 이 기판에 걸쳐서 트랜지스터 변동의 효과를 감소시키거나 제거할 수 있다는 것이 인식되었다. 예를 들면, 전류-어드레스 지정되는 픽셀은 요구되는 픽셀 구동 전류가 구동되는 샘플링 트랜지스터 상에서 게이트-소스 전압을 샘플링하기 위해 전류 미러를 사용할 수 있다. 샘플링된 게이트-소스 전압이 구동 트랜지스터를 어드레스 지정하기 위해 사용된다. 샘플링 트랜지스터와 구동 트랜지스터가 기판에서 서로 인접하고 서로에게 보다 정확히 매칭될 수 있으므로, 이것은 디바이스의 균일성 문제를 완화시킨다. 다른 하나의 샘플링 회로는 샘플링과 구동을 위해 동일한 트랜지스터를 사용하는데, 그결과 비록 추가적인 트랜지스터와 어드레스 라인이 요구되지만, 아무런 트랜지스터 매칭도 요구되지 않는다.
LED 재질의 에이징을 보상하는 전압-어드레스 지정되는 픽셀 회로를 위한 제안이 있어 왔다. 예를 들면, 픽셀이 광 감지 소자를 포함하는 다양한 픽셀 회로가 제안되어 왔다. 이 소자는 디스플레이 소자의 광 출력에 응답하고, 광 출력에 응답하여 저장 커패시터에 저장된 전하를 누설하여 어드레스 기간 동안에 디스플레이의 집적된 광 출력을 제어하기 위해 동작한다. 도 3은 이런 목적을 위한 픽셀 배치의 한 예시를 도시한다.
도 3의 픽셀 회로에서, 광 다이오드(27)는 커패시터(24)에 저장된 게이트 전압을 방전한다. 구동 트랜지스터(22) 상의 게이트 전압이 임계 전압에 도달할 때, EL 디스플레이 소자(2)는 더 이상 방사하지 않을 것이고, 그러면 저장 커패시터(24)는 방전을 멈출 것이다. 전하가 광다이오드(27)로부터 누설되는 속도는 디스플레이 소자 출력의 함수이고, 그 결과 광다이오드(27)는 광-감응 피드백 디바이스로서 동작한다. 광다이오드(27)의 효과를 고려하면서, 집적된 광출력이:
Figure 112006050097438-PCT00001
에 의해 주어진다는 것이 보여질 수 있다.
이 등식에서,
Figure 112006050097438-PCT00002
는 디스플레이에 걸쳐서 매우 균일한 광다이오드의 효율이며, CS는 저장 커패시터이며, V(0)는 구동 트랜지스터의 초기 게이트-소스 전압이고, VT는 구동 트랜지스터의 임계 전압이다. 그러므로, 광출력은 EL 디스플레이 소자 효율과 독립적이며, 이에 따라서 회로가 에이징 보상을 제공한다.
도 3의 회로에서, 전력 라인(26)이 두 전압 레벨 사이에서 스위칭되고, 그 결과 픽셀이 어드레스 지정될 때, 구동 트랜지스터가 턴오프되고, 어드레스 지정 동안에 아무런 디스플레이 소자 출력도 없게 된다. 도 4에서 도시된 이것을 달성하기 위한 대안적인 방법은 디스플레이 소자를 절연시키기 위한 추가적인 트랜지스터(17)를 제공하는 것이고, 이것은 어드레스 트랜지스터(16)로서 동일한 게이트 제어 신호에 의해 제어될 수 있다.
도 3과 도 4의 회로를 위한 성능 제한 인자 중의 하나는 광다이오드를 통과 하는 누설 전류이고, 이 누설은 심지어 광전류 레벨에 접근할 수 있다.
본 발명에 따라, 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스가 제공되는데, 각 픽셀은:
전류-구동되는 발광 디스플레이 소자;
상기 디스플레이소자를 통해 전류를 구동하기 위한 구동 트랜지스터;
상기 구동 트랜지스터를 어드레스 지정하기 위해 사용될 전압을 저장하기 위한 저장 커패시터; 및
상기 발광 디스플레이 소자의 광 출력에 의존하여 상기 저장 커패시터의 방전을 초래하기 위한 광-의존 디바이스를 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스에 있어서,
전력은 제1 전력 라인으로부터 각 픽셀에 제공되고, 상기 광 의존 디바이스와 상기 저장 커패시터 중의 하나는 제2 전원 라인에 연결되고, 상기 디바이스는 픽셀 조명 기간 동안 상기 제2 전원 라인 상에서 전압을 변화시키기 위한 수단을 더 포함한다.
따라서, 각 피셀은 두 개의 전원 라인과 연관된다. 전원 라인중의 하나에서의 전압을 변경시키으로써, 광 피드백 시스템에 의해 커패시터의 방전 특성은 광 의존 디바이스 누설 전류에 대한 보상을 제공하기 위해 변경된다.
제2 전원 라인에서의 전압은 픽셀 조명 기간 동안 램핑(ramping)될 수 있다. 일정한 기울기를 갖는 램프(ramp)를 제공함으로써, 누설 전류를 보상하는 일정한 보상 전류가 효과적으로 생성된다. 보다 복잡한 제2 전원 라인 전압이 물론 사용될 수 있다.
광 의존 디바이스는 방전 광다이오드를 포함할 수 있다.
저장 커패시터는 바람직하게 상기 구동 트랜지스터와 제1 및 제2 전력 라인 중의 어느 하나 사이에 연결되고, 상기 광 의존 디바이스는 상기 구동 트랜지스터의 게이트와 제1 및 제2 전력 라인 중의 다른 하나 사이에 연결된다. 저장 커패시터와 광다이오드는 광 피드백 회로를 제공하고, 이것들은 하나의 고정된 전압 라인과 하나의 변경 전압 라인 사이에 연결된다.
저장 커패시터는 구동 트랜지스터의 게이트와 제1 (고정된) 전력 라인 사이에 연결될 수 있고, 그러면 광 의존 디바이스는 구동 트랜지스터의 게이트와 제2 (정정) 전력 라인 사이에 연결된다. 그리고 나서 정정 전압이 광 의존 디바이스를 통해 연결된다.
대안적으로, 상기 저장 커패시터는 상기 구동 트랜지스터의 게이트와 제2 (정정) 전력 라인 사이에 연결될 수 있고, 상기 광 의존 디바이스는 상기 구동 트랜지스터의 게이트와 제1 전력 라인 사이에 연결될 수 있다.
이 디바이스는 상기 저장 커패시터를 방전하여서 상기 구동 트랜지스터를 스위칭 오프하기 위한 방전 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 광-의존 디바이스는 상기 디스플레이 소자의 광 출력에 따라서 상기 방전 트랜지스터에 인가되는 게이트 전압을 변경하는 것에 의해 상기 방전 트랜지스터의 작동의 타이밍을 제어하기 위한 것이다.
이 배열에서, 구동 트랜지스터는 디스플레이 소자로부터의 일정한 광출력을 제공하기 위해 제어될 수 있다. 에이징 보상을 위한 광 피드백이, 구동 트랜지스터를 급속히 스위칭 오프하기 위해 교대로 작동하는, 방전 트랜지스터의 작동의 타이밍을 변경하기 위해 사용된다. 방전 트랜지스터의 작동 타이밍은 픽셀에 인가될 데이터 전압에 또한 종속될 수 있다. 이런 방식으로, 평균 광출력이 보다 높을 수 있으며, 따라서, 디스플레이 소자가 보다 효율적으로 작동할 수 있다.
광-의존 디바이스는 오프로부터 온 상태로 상기 방전 트랜지스터의 스위칭의 타이밍을 제어할 수 있다. 방전 커패시터는 상기 방전 트랜지스터의 게이트와 제1 및 제2 전압 라인 사이에서 제공될 수 있고, 그러면 상기 광 의존 디바이스는 상기 방전 커패시터를 충전 또는 방전하기 위한 것이다.
각 픽셀은 제1 및 제2 전력 라인으로부터 실질적으로 동일한 전류를 끌어오기 위해 적응될 수 있다. 이것은 임의의 전력 라인 전압 강하가 이 두 개의 라인에서 동일하다는 것을 의미한다. 구동 트랜지스터의 게이트-소스 전압은 두 개의 전원 라인 사이의 차이에 의해 결정될 수 있으며, 그 결과 이 배열은 전력 라인 전압 강하를 보상한다.
각 픽셀은 예를 들면 제1과 제2 전력 라인으로부터 끌어온 전류를 매칭하기 위한 전류 미러 회로를 포함할 수 있다.
본 발명은 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법을 또한 제공하는데, 각 디스플레이 픽셀은 구동 트랜지스터와 전류-구동되는 발광 디스플레이 소자를 포함하고, 상기 픽셀의 각각의 어드레스 지정을 위해, 상기 방법은:
상기 픽셀의 입력에 구동 전압을 인가하는 단계;
방전 커패시터 상에서 상기 구동 전압으로부터 유도된 전압을 저장하는 단계;
저장 커패시터 상에서의 전압을 사용해서 상기 구동 트랜지스터를 구동하는 단계;
상기 디스플레이 소자의 광 출력에 종속하는 속도 또는 시간으로 광 감응 소자를 사용하여 상기 저장 커패시터를 방전하고, 상기 광 감응 소자의 단자 또는 상기 저장 커패시터 상의 전압을 변화시켜서 상기 광 감응 소자의 누설 전류를 보상하는 저장 커패시터의 방전 단계를 포함한다.
방전 커패시터와 저장 커패시터는 하나이고 동일한 소자일 수 있거나, 이것들은 분리적인 소자일 수 있다.
제1 전류는 상기 구동 트랜지스터에 의해 얻어지고, 제2 전류는 상기 광 감응 소자 또는 상기 저장 커패시터로부터 얻어지며, 상기 방법은 제1 및 제2 전류를 매칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조해서 예시에 의해 이제 설명될 것이다.
도 1은 종래의 EL 디스플레이 디바이스를 도시하는 도면.
도 2는 EL 디스플레이 픽셀을 전류-어드레스 지정하기 위한 종래의 픽셀 회로의 개략도.
도 3은 차동 에이징(differential aging)을 보상하는 제2의 종래의 픽셀 설계를 도시하는 도면.
도 4는 차동 에이징을 보상하는 제2 종래의 픽셀 설계를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 픽셀 회로의 제1 예시를 도시하는 도면.
도 6(a)와 도 6(b)는 본 발명에 따른 픽셀 회로의 두 개의 일반화된 예시를 도시하는 도면.
도 7은 차동 에이징을 보상하는 제3의 종래의 픽셀 설계를 도시하는 도면.
도 8은 도 7의 회로를 수정한 본 발명에 따른 픽셀 회로의 제2 예시를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 픽셀 회로의 제3 예시를 도시하는 도면.
이 도면은 개략적이고 정확한 치수로서 도시되지는 않았다는 것을 주목해야 한다. 이 도면의 소자들의 상대적인 치수와 비율은 도면에서의 간략성과 편이를 위해 크기에 있어서 과장되거나 또는 감소되었다.
본 발명에 따라, 저장 커패시터의 광 피드백 시스템과 광다이오드는 광다이오드의 암전류(dark current)를 보상하기 위해 제어된다. 이것은 커패시터와 다이오드를 다른 전원 라인과 연관시키는 것에 의해 달성되고, 전원 라인중의 하나의 전압은 픽셀 조명 기간 동안에 변경된다. 그러면 누설 전류의 커패시터의 광 피드백 충전 또는 방전에 대한 효과가 취소될 수 있다.
도 5는 본 발명의 픽셀 배치의 제1 예시를 도시한다. 동일한 참조 번호가 도 2 내지 도 4에서와 동일한 소자를 표시하기 위해 사용되고, 픽셀 회로는 도 1에서 도시된 것과 같은 디스플레이에서 사용되기 위한 것이다.
저장 커패시터(24)는 구동 트랜지스터 게이트와, 누설{암(dark)} 광다이오드 전류를 정정하기 위해 제어되는 제2 정정 전원 라인(50) 사이에 연결된다. 정정 전압 프로파일(VC)가 라인(50)에 인가된다.
픽셀 조명 동안 {트랜지스터(16)가 오프됨}구동 트랜지스터(22)의 게이트 노드에서 흐르는 전류가 등식:
Figure 112006050097438-PCT00003
에 의해 주어지며, 여기서 IPD는 광-전류이고, IL는 누설 전류이고, 이 두 개의 전류는 저장 커패시터(24)를 방전하고 있는 전류와 동일하다.
수학식2에서 보여진 누설 전류는 IL과 정반대 크기의, 구동 TFT(22)의 게이트 노드에서의 누설 전류를 생성하는 것에 의해, 본 발명의 회로에서 취소된다.
가장 간단한 구현에서, 누설 전류는 디스플레이에서의 모든 픽셀에 대해 동일할 것이고, 이 전류가 프레임 시간에서 일정하다는 것이 가정될 수 있다. 도 5에서 도시된 정정 라인(50)에서 전압을 정정해서, 전압이 일정한 속도의 전압 변화를 가지게 함으로써, 구동 TFT(22)의 게이트에서의 전류가 생성될 수 있고, 그 결과 누설 전류가 취소된다. 수학식2는:
Figure 112006050097438-PCT00004
이 된다.
만약, VC의 변화 속도가 정확히 선택된다면:
Figure 112006050097438-PCT00005
따라서, 누설 전류가 취소된다.
도 5의 회로에서, 트랜지스터(22)가 스위칭 오프될 때까지, 커패시터에 걸리는 전압을 감소시키고, 라인(50)에서의 전압을 향하도록 게이트 전압을 증가시키면서, 광다이오드 전류는 전하가 커패시터의 보다 나은 전압 단자로 흐르는 것을 야기시킨다. 누설 전류는 반드시 그래야 하는 것보다 더 빠르게 저장 커패시터(24)를 방전하는 경향이 있다. 정정 라인(50)의 전압을 천천히 감소시키면서, 누설 전류의결과로서 손실된 게이트-소스 전압이 대체된다. 따라서, 누설 전류로 인한 커패시터 양단의 전압에서의 변화가 게이트에서의 전압 변화가 아니라 정정 라인(50)에서의 전압 변화에 의해 조절된다. 그러므로, 게이트-소스 전압의 전개(evolution)는 광 전류에만 종속되고, 광다이오드의 암전류(dark current)에는 종속되지 않는다.
예시에 의해, 만약 누설 전류가 100pA이고 저장 커패시터가 1pF이면, dVC/dt = 100 V/sec이고, 그래서 10ms의 프레임 시간에서 정정 라인에서의 전압 범위가 1V일 것이다.
이 분석은 일정한 누설 전류를 가정한다. 만약 누설 전류가 프레임 시간에 변경되거나, 또는 만약 유리 기판으로부터 픽셀로의 광 연동에 기인하는 원하지 않는 광-전류가 존재한다면, 정정 라인에서의 전압은 다른 방식에서 변경될 필요가 있을 것이다.
수학식3으로부터 만약 전류(IL)가 시간의 함수로서 알려진다면, 수학식3이 정정 라인(50)에 인가될 필요가 있는 전압(VC)의 형태를 발견하기 위해 결합될 수 있다.
정정 라인(50)에 인가될 전압 프로파일은 다른 행 전압 파형과 함께, 도 1의 행 구동기 회로(8) 이내에서 생성될 수 있다. 따라서, 도 1의 행 구동기(8)는 픽셀 조명 기간 동안 제2 전원 라인(50)의 전압을 변경시키기 위한 출력을 제공하는 회로를 포함하기 위해 수정된다. 행 구동기 내에서의 전압 파형의 생성과 행 파형을 행 단위로 인가할 수 있도록 하기 위한 타이밍 제어는 당업자에게 통상적인 것이다.
이런 타입의 정정은 광 피드백 정정을 가능하게 하기 위한 커패시터를 광-센서 충전 또는 방전하는 기능을 갖는 임의의 픽셀 전류에 일반화될 수 있다. 일반화된 회로가 도 6(a)와 도 6(b)에서 도시된다.
도 6(a)와 도 6(b)는 누설 전류를 취소할 전류를 생성하기 위해 스위핑(sweeping)하기 위한 두 개의 가능한 라인이 존재하는 것을 도시한다.
도 6의 두 회로 각각은 제어 전압(VG)이 인가되는 "일반화된 픽셀 회로"(28) 를 포함한다. 이 제어 전압은 픽셀 회로의 구동 트랜지스터에 대한 게이트 전압일 수 있지만, 입력(VG)과 구동 트랜지스터 사이에 있는 다른 소자가 존재할 수 있다. 도 6(a)의 회로는 저장 커패시터(CS)로부터의 전하를 제거하기 위한 광다이오드를 사용하고, 도 6(b)의 회로는 저장 커패시터(CS)로 전하를 제공하기 위해 광다이오드 전류를 사용한다. 각 경우에서, 공통 광다이오드 단자에 대한 전압 라인과 공통적인 커패시터 단자에 대한 전압 라인이 광다이오드 암전류에 대한 정정을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
광다이오드는 그 자신의 자가-커패시턴스를 가지기 때문에, 광다이오드에 연결된 라인을 스위핑하는 것이 가능하다. 많은 경우에서, 전력 라인 전압 강하가 있을 때, 커패시터에 연결된 라인을 스위핑하는 것은 어려움을 일으킬 수 있으므로, 이것이 바람직할 수 있다.
도 6(a)와 도 6(b)를 참조해서, 노드(VG)에서의 전류는:
Figure 112006050097438-PCT00006
이며, CPD는 광-센서 자가 커패시턴스이다. 그러면, 누설 전류 효과를 제거하기 위해 (VA가 시간에 대해 일정하다고 가정하면)
Figure 112006050097438-PCT00007
를 설정하는 것이 가능하다.
도 6을 참조하여 설명한 것처럼, 본 발명은 많은 다른 픽셀 회로에 인가될 수 있다. LED 디스플레이에서 마주치는 하나의 문제는 구동 트랜지스터의 임계 전압이 디스플레이에 걸쳐 변경될 수 있고, 그 결과 디스플레이가 비균일성을 나타낼 것이라는 사실이다. 상기 설명된 종래 광 피드백 픽셀은 이것을 보상하지 않는다. 또한, 이 광 피드백 픽셀은, 보다 낮은 평균 명도를 제공하면서, 점점 작아지는 광 출력을 제공한다.
도 7은 본 발명에 의해 또한 수정될 수 있는 수정된 광 피드백 픽셀을 도시한다. 도 7은 비결정 실리콘에서 구현될 수 있는 n-타입 트랜지스터를 가진 구현이다.
구동 트랜지스터(22)에 대한 게이트-소스 전압은 저장 커패시터(24)에 다시 유지된다. 하지만, 커패시터는 충전 트랜지스터(34: T2)에 의해 충전 라인(32)으로부터 고정된 전압으로 충전된다. 따라서, 디스플레이 소자가 조명될 때, 구동 트랜지스터(22)는 픽셀로의 데이터 입력에 독립적인 일정한 레벨로 구동된다. 구동 트랜지스터가 턴오프될 때, 듀티(duty) 주기를 변경시키는 것에 의해, 특히 시간을 변경시키는 것에 의해 밝기가 제어된다.
구동 트랜지스터(22)가 저장 커패시터(24)를 방전하는 방전 트랜지스터(36)에 의해 턴오프된다. 방전 트랜지스터가 턴온될 때, 커패시터(24)는 급속히 방전되고, 구동 트랜지스터가 턴오프된다.
게이트 전압이 충분한 전압에 도달할 때, 방전 트랜지스터(36)가 턴온된다. 광다이오드(27)는 디스플레이 소자(2)에 의해 다시 조명되고, 디스플레이 소자(2) 의 광 출력에 따라 광전류를 생성한다. 이 광전류는 방전 커패시터(40)를 충전하고, 특정 시점에서 커패시터(40) 양단의 전압이 방전 트랜지스터(36)의 임계 전압에 도달할 것이고, 이에 따라 이 트랜지스터를 스위칭온 할 것이다. 이 시간은 커패시터(40)에 원래 저장된 전하와 광전류에 종속될 것이고, 광 전류는 디스플레이 소자의 광출력에 의존한다.
광다이오드(27)는 전력 라인(26)에 연결되어 도시되지만, 광다이오드는 그 대신에 충전 라인(32)에 연결될 수 있다.
따라서, 데이터 라인(6)상의 픽셀에 제공되는 데이터 신호는 어드레스 트랜지스터(16: T1)에 의해 제공되고, 방전 커패시터(40)에서 저장된다. 저명도(brightness)는 고 데이터 신호에 의해 표현되고 {그결과 단지 적은 양의 추가적인 전하가 스위칭 오프 하기 위해 트랜지스터(36)를 위해 필요하게 된다}, 고 명도는 저 데이터 신호에 의해 표현된다 {그결과 많은 양의 추가적인 전하가 스위칭 오프를 하기 위해 트랜지스터(36)에 대해 필요하다}.
따라서, 이 회로는 디스플레이 소자의 에이징을 보상하기 위한 광 피드백을 가지고, 구동 트랜지스터 특성에서의 변동은 광 피드백에 의해 다시 보상되는 디스플레이 소자 출력에서의 차이를 또한 초래할 것이므로 또한 구동 트랜지스터의 임계치 보상을 가진다. 트랜지스터(36)에 대해, 임계치 이상의 게이트 전압은 매우 작거나 음의 값으로 유지되며, 임계 전압 변동은 훨씬 덜 중요하다.
도 7의 구현에서, 각 픽셀은 구동 트랜지스터(22)의 소스와 우회 라인(44) 사이에 연결된 우회 트랜지스터(42: T3)를 또한 가진다. 이 우회 라인(44)은 모든 픽셀에 공통일 수 있다. 저장 커패시터(24)가 충전되고 있을 때, 이것은 구동 트랜지스터의 소스에서 일정한 전압을 보장하기 위해 사용된다. 따라서, 이것은 소스 전압의 디스플레이 소자 양단의 전압 강하에 대한 의존을 제거하는데, 이 의존은 흐르는 전류의 함수이다. 따라서, 고정된 게이트-소스 전압이 커패시터(24)에 저장되고, 데이터 전압이 픽셀에서 저장되고 있을 때, 디스플레이 소자가 턴오프된다.
전원 라인은 자신에게 인가된 스위칭된 전압을 가지고 있어서, 그 결과 데이터가 픽셀에 기록되는 동안에, 전원 라인(26)이 낮게 스위칭되며, 그 결과 구동 트랜지스터(26)가 턴오프된다. 이것은 우회 트랜지스터가 양호한 접지 기준을 제공하는 것을 가능하게 한다.
도 8은 도 7을 참조하여 설명되는 것과 동일한 방식에서 작동하지만, p-타입 구동 트랜지스터를 이용하는 구현이며, 본 발명의 혜택으로 수정된, 회로를 도시한다. 도 8은 저온 폴리실리콘 프로세스를 사용하여 구현하기에 적합한, n-타입과 p-타입 회로를 도시한다.
이 회로에서, 전하가 광다이오드(27)에 의해 커패시터(40)로부터 제거되어, 방전 트랜지스터가 턴온될 때까지, 방전 트랜지스터(36)의 게이트 전압에서의 강하를 초래한다.
절연 트랜지스터(17)는 어드레스 지정 단계 동안 디스플레이 소자(2)가 턴오프되는 것을 가능하게 하여, 그 결과 흑색(balck) 성능이 유지된다. 도 8에서, 비록 이것이 p-타입 디바이스일 수 있지만, 이것은 n-타입 디바이스이고, 그결과 모든 p-타입 디바이스를 갖는 구현이 가능하다.
본 발명에 따라, 커패시터(40)가 전원 라인(26)에 제공되지 않고, 정정 라인(50)에 제공되고, 정정 전압이 이 라인에 인가된다. 도 6을 참조해서 설명된 것처럼, 정정 전압은 그대신에 광다이오드 충전 라인(51)에 인가될 수 있다. 이 예시에서, 도 8에서 도시된 분리적인 정정 라인(50)에 대한 필요성을 제거하면서, 커패시터가 그러면 전력 라인에 연결될 수 있으므로, 광다이오드 전하 라인(51)을 스위핑하는 것은 이롭다.
LED 디스플레이 디바이스가 직면한 추가적인 문제는 전력 라인 전압 강하로부터 초래한다. 주어진 게이트 구동 전압에 대해. 이것들은 다른 게이트-소스 전압으로 결과된다. 게이트 소스 전압에서의 이러한 변동은 바람직하지 않은 이미지 아티팩트(artefact)를 제공하는데, 이 변동은 이미지에 따르므로, 정정하기가 쉽지 않다. 상기 설명된 회로는 이 전력 라인 전압 강하를 보상하지 않는다.
분리적인 전력 라인을 제공함으로써, 본 발명은 이 전력 라인 전압 강하를 정정하기 위한 기회를 제공한다. 하나의 정정 방식은 정정 라인과 전력 라인이 동일한 전류를 끌어오는 것을 보장하는 것에 의해 구현될 수 있는데, 그 결과 이 두 라인 모두가 동일한 레벨의 전압 강하를 가진다. 특히, 게이트-소스 전압은 정정 라인(50)과 전원 라인(26) 사이의 차이에 의해 한정된다.
도 9의 회로에서, 전류 미러(90)는 구동 TFT(22)와 LED(2) 사이에 제공되고, 정정 라인(50)에 연결된다. 전류 미러는 구동 트랜지스터 전류가 전원 라인(26)으로부터 지나가는 제1 트랜지스터(T1)를 포함한다. 제2 트랜지스터(T2)는 동일한 게이트-소스 전압을 가지며, 정정 라인(50)으로부터 전류를 끌어온다. 양쪽 모든 트 랜지스터를 통과하는 전류는 디스플레이 소자(2)를 통과한다. 이것은 정정 라인(50)과 전원 라인(26)이 동일한 전류를 끌어오는 것을 가능하게 하고, 따라서 전압 강하 문제를 극복한다.
이런 방식으로, 만약 정정 라인에 아무런 전압 스위핑이 없다면, 이 두 라인 사이의 전압 차이는 이 어드레스를 거쳐 일정할 것이다. 정정 라인(50)은 자신에게 인가된 전압 스위핑을 여전히 가지지만, 픽셀에서의 전류 미러는 이 라인으로부터 끌어온 전류가 구동 TFT에 의해 끌어온 전류와 동일한 것을 보장한다. 전압 스위핑에서의 추가는 이 두 라인이 이 어레이에 걸쳐 전압 스위핑과 동일하다는 것을 의미한다. 이 트랜지스터가 포화된 방식으로 작동되고 있으므로, T2에서 초래되는 드레인-소스 변화는 상관이 없다.
전류 미러는 트랜지스터(T1과 T2) 사이에 TFT 매칭을 요구한다.
상기 예시에서, 광 의존 소자는 광다이오드이지만, 픽셀 회로는 광트랜지스터 또는 광저항기(photoresistor)를 사용하여 고안될 수 있다. 회로는 다양한 트랜지스터 반도체 기술을 이용해서 도시되었다. 예를 들면, 결정성 실리콘, 수소화 비결정 실리콘, 폴리실리콘과 심지어 반도체 폴리머와 같은 다양한 변동이 기능하다. 이것은 모두 주장된 대로 본 발명의 범주 이내에서 의도된다. 디스플레이 디바이스는 재료와 다른 광 방사 구조를 포함하는 폴리머 LED 디바이스, 유기 LED 디바이스, 형광체(phosphor)일 수 있다.
다수의 다른 픽셀 회로가 상기에서 주어졌고, 어떠한 특별한 특징과 개선이 개별 실시예로의 참조만을 가지고 설명되었다. 임의의 특별한 특징과 개선은 적절 한 곳에서 다른 실시예에 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 도 9에서 도시된 전류 미러는 n-타입 비결정 실리콘 회로에 적용될 수 있다.
상기 회로는 또한 애노드로의 전류 흐름을 제어하는 회로를 가진 디스플레이 소자의 공통적인 캐소드 구현이지만, 공통적인 애노드 구현이 또한 가능하다.
많은 다른 픽셀 변동이 가능하다. 예를 들면, 어떠한 픽셀 구성은 비결정 실리콘 구동 트랜지스터의 스트레스 유도된 임계 전압 변동을 보상할 수 있고, 반면에 다른 픽셀 구성은 폴리실리콘 구동 트랜지스터의 어레이에서의 임계 전압 값의 분배를 보상할 수 있다. 이러한 보상 작동을 위한 추가적인 회로 소자는 본 발명의 픽셀 회로에 또한 추가될 수 있다. 일반적으로 임의의 광 피드백이 본 발명으로부터 혜택을 받기 위해 수정될 수 있다.
본 발명의 회로의 작동을 위한 타이밍은 자세히 설명되지 않았다. 하지만, 본 발명에 의해 수정되고 있는 회로에 대한 타이밍 도면은 변경되지 않을 것이다. 본 발명은 정정 라인에 대한 추가적인 파형을 요구하지 않는데, 상기에서 설명한 것처럼, 이것은 픽셀 조명 동안 시간에 따라 변할 것이다. 일정한 전압이 픽셀 어드레스 지정 동안 정정 라인에 인가될 것이고, 그결과 픽셀 어드레스 지정 동안에, 마치 전원 라인에 연결된 것처럼 정정 라인이 작동한다.
다양한 다른 변형이 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명은 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스에, 그리고 특별히 각 픽셀에 연관된 박막 스위칭 트랜지스터를 갖는 능동 매트릭스 전계발광 디스플레이 디바이 스에 이용 가능하지만, 매트릭스 전계발광 디스플레이 디바이스에 배타적이지는 않다.

Claims (17)

  1. 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스로서,
    각 픽셀은:
    전류-구동되는 발광 디스플레이 소자(2);
    상기 디스플레이 소자에 흐르는 전류를 구동하기 위한 구동 트랜지스터(22);
    상기 구동 트랜지스터(22)를 어드레스 지정하기 위해 사용될 전압을 저장하기 위한 저장 커패시터(24, CS); 및
    상기 발광 디스플레이 소자(2)의 광 출력에 따라 상기 저장 커패시터의 방전을 초래하기 위한 광-의존 디바이스(27)를 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스에 있어서,
    전력은 제1 전력 라인(26)으로부터 각 픽셀에 제공되고, 상기 광 의존 디바이스와 상기 저장 커패시터 중의 하나는 제2 전원 라인(50)에 연결되고, 상기 디바이스는 픽셀 조명 기간 동안 상기 제2 전원 라인(50) 상에서 전압을 변화시키기 위한 수단을 더 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 제2 전원 라인(50) 상의 전압은 픽셀 조명 기간 동안에 램핑(ramping)되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광 의존 디바이스(27)는 방전 광다이오드를 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 데이터 신호 라인(6)과 픽셀로의 입력 사이에 연결된 어드레스 트랜지스터(16)를 더 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 트랜지스터(22)는 전원 라인(26)과 상기 디스플레이 소자(2) 사이에 연결되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 상기 구동 트랜지스터와 직렬로 연결된 차단(isolating) 트랜지스터(17)를 더 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 저장 커패시터(24)는 상기 구동 트랜지스터(22)의 게이트와 제1 및 제2 전력 라인 중의 어느 하나 사이에 연결되고, 상기 광 의존 디바이스(27)는 상기 구동 트랜지스터(22)의 게이트와 제1 및 제2 전력 라인 중의 다른 하나 사이에 연결되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디 바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 저장 커패시터(24)는 상기 구동 트랜지스터(22)의 게이트와 제1 전력 라인(26) 사이에 연결되고, 상기 광 의존 디바이스(27)는 상기 구동 트랜지스터(22)의 게이트와 제2 전력 라인(50) 사이에 연결되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 저장 커패시터(24)는 상기 구동 트랜지스터(22)의 게이트와 제2 전력 라인 사이에 연결되고, 상기 광 의존 디바이스(27)는 상기 구동 트랜지스터(22)의 게이트와 제1 전력 라인 사이에 연결되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  10. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 저장 커패시터(24)를 방전하여서 상기 구동 트랜지스터(22)를 스위칭 오프하기 위한 방전 트랜지스터(36)를 더 포함하고, 상기 광-의존 디바이스(27)는 상기 디스플레이 소자(2)의 광 출력에 따라서 상기 방전 트랜지스터(36)에 인가되는 게이트 전압을 변경하는 것에 의해 상기 방전 트랜지스터의 작동의 타이밍을 제어하기 위한 것인, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 광-의존 디바이스(27)는 상기 방전 트랜지스터(36)의 스위칭의 타이밍을 오프(off)로부터 온(on) 상태로 제어하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 방전 커패시터(40)는 상기 방전 트랜지스터(36)의 게이트와 제1 및 제2 전압 라인 중의 하나 사이에서 제공되고, 상기 광 의존 디바이스(27)는 상기 방전 커패시터(40)를 충전 또는 방전하기 위한 것인, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  13. 제10항 또는 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 제2 전력 라인과 상기 구동 트랜지스터(22)의 게이트 사이에 연결된 충전 트랜지스터(34)를 더 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 제1 및 제2 전력 라인(26, 50)으로부터 실질적으로 동일한 전류를 끌어오기 위해 적응되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 각 픽셀은 제1 및 제2 전력 라인(26, 50)으로부터 끌어온 전류를 매칭하기 위한 전류 미러 회로(90)를 더 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  16. 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법으로서,
    각 디스플레이 픽셀은 구동 트랜지스터(22)와 전류-구동되는 발광 디스플레이 소자(2)를 포함하고,
    상기 픽셀의 각각의 어드레스 지정을 위해, 상기 방법은:
    상기 픽셀의 입력에 구동 전압을 인가하는 단계;
    상기 구동 전압으로부터 유도된 전압을 방전 커패시터 상에 저장하는 단계;
    저장 커패시터(24) 상에서의 전압을 사용해서 상기 구동 트랜지스터(22)를 구동하는 단계;
    상기 디스플레이 소자(2)의 광 출력에 종속하는 속도 또는 시간으로 광 감응소자를 사용하여 상기 저장 커패시터(24)를 방전하고, 상기 광 감응 소자의 단자 또는 상기 저장 커패시터 상의 전압을 변화시켜서 상기 광 감응 소자의 누설 전류를 보상하는 저장 커패시터의 방전 단계를 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 제1 전류는 상기 구동 트랜지스터에 의해 얻어지고, 제2 전류는 상기 광 감응 소자 또는 상기 저장 커패시터로부터 얻어지며, 상기 방법은 제1 및 제2 전류를 매칭하는 단계를 더 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법.
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