KR20070004716A - 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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KR20070004716A
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KR1020067018776A
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데이비드 에이. 피쉬
스티븐 씨. 딘
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

노드(11 내지 15)를 가진 네트워크를 거쳐 신호를 교환하는 방법은, 데스티네이션 노드(12)로 하여금 상이한 제 1 및 제 2 신호 루트를 거쳐, 소스 노드(11)로부터 나오는 신호를 수신하게 하고, 데스티네이션 노드(12)에서 이들 신호를 처리하고 상관시킴으로써, 네트워크의 성능을 개선한다. 상관 회로에 따라, 노드(11 내지 15)에서의 신호 처리를 위한 공정이 조정된다. 이 공정은 데스티네이션 노드(12) 또는 소스 노드(11) 또는 중간 노드(13 내지 15)에 있을 수 있고, 그러한 경우, 제어 신호가 교환되어야 한다. 이러한 공정을 조정하기 위한 학습 알고리즘은 노드(11 내지 15)에서 실행될 수 있다. 라벨 스위칭된 라우팅이 도입될 수 있어, 노드(11 내지 15)의 효율을 개선하기 위해, 제 1 신호 루트 및 제 2 신호 루트와는 상이한 제 3 신호 루트를 거쳐, 소스 노드(11)로부터 데스티네이션 노드까지 라벨 신호가 보내진다.

Description

능동 매트릭스 디스플레이 디바이스{ACTIVE MATRIX DISPLAY DEVICES}
본 발명은 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스, 특히 배타적이지는 않지만 각 픽셀과 연관된 박막 스위칭 트랜지스터를 가지는 능동 매트릭스 전계발광 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
전계발광 광 방출 디스플레이 소자를 이용하는 매트릭스 디스플레이 디바이스는 공지되어 있다. 이 디스플레이 요소는, 예컨대 폴리머 물질을 사용하는 유기 박막 전계발광 소자나 종래의 Ⅲ-Ⅳ족 반도체 화합물을 사용하는 광 방출 다이오드(LED)를 포함할 수 있다.
이러한 유형의 디스플레이 디바이스는 전류 어드레스 지정된 디스플레이 소자를 가져, 종래의 아날로그 구동 방식은 제어 가능한 전류를 디스플레이 소자에 공급하는 것을 수반한다. 전류원 트랜지스터에 공급된 게이트 전압이 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 결정하는, 픽셀 구성의 부분으로서 전류원 트랜지스터를 제공하는 것이 알려져 있다. 저장 커패시터는 어드레스 지정 단계 이후 게이트 전압을 보유한다.
도 1은 알려진 능동 매트릭스 전계발광 디스플레이 디바이스를 도시한다. 이 디스플레이 디바이스는, 블록(1)으로 표시되고, 행(선택) 및 열(데이터) 어드레스 도체(4, 6)의 교차하는 세트 사이의 교차점에 위치한 연관된 스위칭 수단과 함께, 전계발광 디스플레이 소자(2)를 포함하는 규칙적으로 이격된 픽셀의 행 및 열 매트릭스 배열을 가지는 패널을 포함한다. 소수의 픽셀만이 간단함을 위해 도 1에 도시된다. 실제로는 픽셀의 수백 개의 픽셀 행과 열이 존재할 수 있다. 픽셀(1)은, 각 도체 세트의 끝에 연결된 행, 스캐닝 구동기 회로(8)와 열, 데이터 구동기 회로(9)를 포함하는 주변 구동 회로에 의해 행 및 열 어드레스 도체의 세트를 거쳐 어드레스 지정된다.
전계발광 디스플레이 소자(2)는 본 명세서에서 다이오드 소자(LED)로 나타나고 유기 전계발광 물질의 하나 이상의 능동 층이 사이에 끼워지는 한 쌍의 전극을 포함하는 유기 발광 다이오드를 포함한다. 배열의 디스플레이 소자는 절연 지지체의 한 면 위에 있는 연관된 능동 매트릭스 회로와 함께 운반된다. 디스플레이 소자의 캐소드나 애노드 중 어느 하나는 투명한 전도성 물질로 형성된다. 지지체는 유리와 같은 투명한 물질이고, 기판에 가장 가까운 디스플레이 소자(2)의 전극은 ITO와 같은 투명한 전도성 물질로 이루어질 수 있어, 전계발광 층에 의해 생성된 광은 이들 전극과 지지체를 투과하여 지지체의 다른 면에서 보는 사람에서 보여질 수 있게 된다.
도 2는 전압 어드레스 지정된 작동을 제공하기 위한 가장 기본적인 픽셀 및 구동 회로 배치의 단순화된 개략 형태를 도시한다. 각 픽셀(1)은 EL 디스플레이 소자(2)와 연관된 구동기 회로를 포함한다. 구동기 회로는 행 도체(4) 위의 행 어드레스 펄스에 의해 턴 온되는 어드레스 트랜지스터(16)를 가진다. 어드레스 트랜지 스터(16)가 턴 온될 때, 열 도체(6) 상의 전압은 픽셀의 나머지 부분에 전달될 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, 행 어드레스 펄스가 끝난 후에도 저장 커패시터(24)에 의해 게이트는 이 전압을 유지한다.
이 회로에서의 구동 트랜지스터(22)는 p형 TFT로서 구현되어, 저장 커패시터(24)는 고정된 게이트-소스 전압을 유지한다. 이는 트랜지스터를 통과하는 고정된 소스-드레인 전류를 초래하고, 따라서 이러한 트랜지스터는 픽셀의 바라는 전류원 작동을 제공한다.
폴리실리콘에 기초한 전술한 기본 픽셀 회로에서는, 트랜지스터의 채널에서의 폴리실리콘 입자의 통계학적 분포로 인해, 트랜지스터의 임계 전압 변동이 존재한다. 하지만 폴리실리콘 트랜지스터는, 전류 및 전압 스트레스(stress) 하에서 대단히 안정적이어서, 임계 전압이 실질적으로 일정하게 유지된다.
트랜지스터 특징 변동 외에도 LED 자체에서의 차등(differential) 노화 진행이 존재하는데, 이는 전류 스트레스(current stressing) 이후 발광 물질의 효율 감소로 인한 것이다. 대부분은, LED를 통과하는 전류와 전하가 많아질수록, 효율은 더 낮아진다.
또한 LED 물질의 노화를 보상하는 전압 어드레스 지정된 픽셀 회로에 관한 제안이 존재해 왔다. 예컨대, 픽셀이 광 감지 소자를 포함하는 다양한 픽셀 회로가 제안되었다. 이 소자는 디스플레이 소자의 광 출력에 응답하고, 그러한 광 출력에 응답하여 저장 커패시터에 저장된 전하를 누설하는 작용을 하여, 어드레스 지정 기간 동안 디스플레이의 통합된 광 출력을 제어한다.
도 3과 도 4는 이러한 목적을 위한 픽셀 레이아웃의 예를 도시한다. 이러한 유형의 픽셀 구성의 추가 예가 WO 01/20591호와 EP 1096466호에 상세히 설명된다.
도 3의 픽셀 회로에서, 광다이오드(27)는 커패시터(24)(C데이터)에 저장된 게이트 전압을 방전시켜 밝기가 줄어들게 만든다. 구동 트랜지스터(22)(T구동) 상의 게이트 전압이 임계 전압에 도달할 때, EL 디스플레이 소자(2)는 더 이상 광을 방출하지 않고, 이후 저장 커패시터(24)는 방전을 멈춘다. 전하가 광다이오드(27)로부터 누설되는 속도는, 광다이오드(27)가 광에 민감한 피드백 디바이스로서 기능하도록, 디스플레이 소자 출력의 함수이다. 일단 구동 트랜지스터(22)가 스위칭 오프되면, 저장 커패시터(24) 상의 나머지 전하가 급속히 손실되고 휘도가 스위칭 오프되도록, 디스플레이 소자 애노드 전압은 방전 트랜지스터(29)(T방전)가 턴 온되도록 감소한다.
게이트 소스 전압을 보유하는 커패시터가 방전함에 따라, 디스플레이 소자용 구동 전류가 차차 떨어진다. 그러므로 밝기는 점점 낮아진다.
도 4는 본 출원인에 의해 제안된 회로를 도시하고, 이 회로는 일정한 광 출력을 가지며, 이후 광 출력에 의존적인 시간에서 스위칭 오프한다.
구동 트랜지스터(22)에 관한 게이트-소스 전압은 다시 저장 커패시터(C저 장)(24)에 걸린다. 하지만, 이 회로에서 커패시터(24)는 충전 트랜지스터(34)에 의해 충전 라인(32)으로부터 고정된 전압까지 충전된다. 그러므로 구동 트랜지스터(22)는 디스플레이 소자가 조명될 때 픽셀로의 데이터 입력에 독립적인 일정한 레벨로 구동된다. 밝기는 듀티 사이클을 변경함으로써 제어되고, 특히 구동 트랜지스터가 턴 오프될 때 시간을 변화시킴으로써 제어된다.
구동 트랜지스터(22)는 저장 커패시터(24)를 방전하는 방전 트랜지스터(36)에 의해 턴 오프된다. 방전 트랜지스터(36)가 턴 온되면, 커패시터(24)는 급격히 방전되고 구동 트랜지스터는 턴 오프된다.
방전 트랜지스터(36)는 게이트 전압이 충분한 전압에 도달할 때 턴 온된다. 광다이오드(27)는 디스플레이 소자(2)에 의해 조명되고, 디스플레이 소자(2)의 광 출력에 따라 광전류를 다시 생성한다. 이 광전류는 방전 커패시터(40)(C데이터)를 충전하고, 시간상 일정한 시점에서 커패시터(40)에 걸리는 전압이 방전 트랜지스터(36)의 임계 전압에 도달하여 방전 트랜지스터(36)를 스위칭 온시킨다. 이러한 시간은 커패시터(40)에 본래 저장된 전하와 광전류에 의존적이고, 이러한 전하와 광전류는 또한 디스플레이 소자의 광 출력에 의존적이다. 방전 커패시터는 처음에 데이터 전압을 저장하여, 초기 데이터와 광 피드백 모두가 회로의 듀티 사이클에 영향을 미친다.
이들 회로는 모두 방전 트랜지스터의 턴-온 속도에 의해 제한되어, 회로의 정정 능력에 있어서의 일정한 광 에러를 주게 된다. 도 3의 광학 피드백 보상 회로 의 성능은 또한 더 낮은 광 (그레이) 레벨에서만큼 좋지 않다. 이는 광학 피드백이 정정을 하기 위해 광에 의존하여, 광이 적을 경우 정정이 급속하게 이루어지지 않기 때문이다. 유한한 프레임 시간이 존재하므로, 이러한 정정은 더 높은 픽셀 밝기보다 더 약하다.
본 발명에 따르면, 디스플레이 픽셀의 배열을 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스가 제공되고, 각 픽셀은
전류 구동 발광 디스플레이 소자,
디스플레이 소자를 통과하는 전류를 구동하기 위한 구동 트랜지스터,
구동 트랜지스터의 어드레스 지정을 제어하기 위해 사용될 전압을 저장하기 위한 저장 커패시터,
저장 커패시터의 방전을 제어하여, 디스플레이 소자의 광 출력에 의존하여 구동 트랜지스터의 제어를 변경하기 위한 광 의존적인(light-dependent) 디바이스 및
저장 커패시터가 광 의존적인 디바이스 출력에 응답하여 방전할 때, 저장 커패시터의 방전 속도(rate)를 증가시키기 위해 구동 트랜지스터와 연관된 회로(60)를 포함한다.
그러므로 본 발명의 디바이스는 저장 커패시터의 방전을 제어하기 위해 광학 피드백을 사용하지만, 커패시터 방전 속도를 개선하기 위해 추가 회로 소자를 사용하고, 따라서 광학 피드백 시스템이 구동 트랜지스터를 스위칭 오프하도록 작동할 때, 구동 트랜지스터를 스위칭 오프시킨다.
본질적으로, 본 발명은 차등 노화 진행의 양호한 정정이 모든 그레이 레벨에서 얻어지는 것을 보장하기 위해, 픽셀 내(in-pixel) 이득 시스템을 사용한다. 그러므로 본 발명의 회로는 저장 커패시터의 느린 방전에 의해 야기된 광 에러로부터 생기는 모든 그레이 레벨에서의 회로 성능을 개선한다.
저장 커패시터는 구현예에 따라 데이터 전압을 위한 것이거나 고정된 전압을 위한 것일 수 있다.
이 디바이스는 저장 커패시터의 점진적인 방전과 함께 작동할 수 있다. 대안적으로, 방전 트랜지스터는 저장 커패시터를 방전하여 구동 트랜지스터를 스위칭 오프하기 위해 제공될 수 있다. 이는 좀더 신속하게 작동하고, 이후 회로는 듀티 사이클 제어 시스템의 역할을 하게 된다.
특히, 광 의존적인 디바이스는 이후 오프 상태로부터 온 상태로 방전 트랜지스터의 스위칭의 타이밍을 제어할 수 있고, 방전 트랜지스터는 방전 트랜지스터의 게이트와 일정한 전압 라인 사이에 제공된 방전 커패시터의 충전 또는 방전을 위한 것이다.
구동 트랜지스터와 연관된 회로는 구동 트랜지스터와 직렬로 연결된 제 2 트랜지스터를 포함하여, 제 2 트랜지스터와 구동 트랜지스터가 인버터 회로를 형성하고, 인버터 회로의 출력이 디스플레이 소자를 구동하게 된다. 이러한 식으로, 커패시터 방전을 제어하는 신호로 이득이 도입되어, 방전 속도가 증가할 수 있게 된다.
구동 트랜지스터와 연관된 회로는 완전한 추가 인버터 회로를 포함할 수 있고, 이러한 인버터 회로의 출력은 구동 트랜지스터를 제어한다. 이 인버터 회로는 클로킹될(clocked) 수 있다.
방전 트랜지스터를 사용하는 변형예에서는, 구동 트랜지스터와 연관된 회로는 추가적으로 또는 대안적으로 피드백 트랜지스터를 포함할 수 있고, 이 경우 방전 트랜지스터는 피드백 트랜지스터의 게이트에 연결되며, 피드백 트랜지스터는 방전 트랜지스터의 게이트에 연결된다. 이러한 배치는 방전 트랜지스터가 저장 커패시턴스를 방전할 수 있는 속도를 가속화하는 양의 피드백 경로를 한정한다.
광에 의존적인 디바이스는 바람직하게, 방전 광다이오드를 포함하고, 각 픽셀은 데이터 신호 라인과 픽셀로의 입력 사이에 연결된 어드레스 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
이제, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 예를 통해 설명한다.
도 1은 알려진 EL 디스플레이 디바이스를 도시하는 도면.
도 2는 EL 디스플레이 픽셀을 전류 어드레스 지정하기 위한 알려진 픽셀 회로의 단순화된 개략도.
도 3은 차등 노화 진행을 보상하는 제 1의 알려진 픽셀 설계를 도시하는 도면.
도 4는 차등 노화 진행을 보상하는 제 2의 알려진 픽셀 설계를 도시하는 도면.
도 5는 이전에 제안된 광학 피드백 회로와 연관된 문제들을 설명하기 위해 사용되는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 픽셀 회로의 제 1의 일반화된 예를 도시하는 도면.
도 7은 도 6의 회로의 작동을 설명하기 위해 사용되는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 픽셀 회로의 제 2의 일반화된 예를 도시하는 도면.
도 9는 도 8의 회로의 작동을 설명하기 위해 사용되는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 픽셀 회로의 제 3의 일반화된 예를 도시하는 도면.
도 11은 도 10의 회로의 작동을 설명하기 위해 사용되는 도면.
도 12는 본 발명의 제 1의 상세한 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제 2의 상세한 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 14는 본 발명의 제 3의 상세한 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 15는 본 발명의 제 4의 상세한 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 제 6의 상세한 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 17은 본 발명의 제 7의 상세한 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 18은 본 발명의 제 8의 상세한 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 19는 본 발명의 제 9의 상세한 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 20은 본 발명의 제 10의 상세한 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 21은 본 발명의 제 11의 상세한 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 의해 다루어지는 문제를 설명하기 위해 사용되고, 도 4의 회로를 사용하여, 각 곡선 밑의 면적에 의해 결정되는 2개의 그레이 레벨을 도시한 다. 동일한 문제가 도 3의 회로에 적용되지만, 도 3의 회로에서는 일정한 광 출력이 존재하는 기간은 없다. 그늘진 구역은 방전 트랜지스터의 턴 온 시간에 의해 생긴 에러이다. 이 구역의 면적은 모든 그레이 레벨에 관해 일정하여, 더 낮은 그레이 레벨에서는 에러가 더 심해진다. 따라서 픽셀 회로 성능 개선은 이러한 턴 온 시간을 감소시킴으로써 얻어질 수 있다.
본 발명은 노화 진행 보상을 위해 광학 피드백을 사용하는 디스플레이 디바이스를 제공하고, 이 디스플레이 디바이스에서는 저장 커패시터가 광 의존적인 디바이스 출력에 응답하여 방전될 때, 저장 커패시터의 방전 속도를 증가시키기 위해, 한 회로가 픽셀의 구동 트랜지스터와 연관된다. 본 발명은 본질적으로 사용된 신호가 저장 커패시터를 방전하기 위해, 이득 스테이지가 픽셀 내에 제공되는 픽셀 설계를 제공한다.
본 발명의 픽셀 회로의 일반화된 도면이 도 6에 도시되고, 도 7은 도 6의 회로에서 사용된 증폭기의 기능을 도시한다.
도 6에서는, 증폭기(60)가 광학 피드백 회로 요소(광 다이오드와 그것이 방전하는 커패시터)와 디스플레이 요소 사이에 제공된다. 도 6의 일반화된 회로에서, 증폭기(60)는 픽셀 구동 트랜지스터를 포함한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 증폭기의 기능은 광학 피드백 시스템에 의해 제공된 제어 신호에 더 예리한 컷오프(cutoff)를 제공하는 것이다.
이 회로의 동작시, 광 의존적인 광 전류가 프레임 시간에 걸쳐 선형적으로 데이터 커패시턴스를 충전하게 된다. 동일한 포인트에서, 높은 이득의 스테이지가 전력 라인 사이에서 매우 빠르게 스위칭한다. 그러므로 회로의 정정 에러는 이득 스테이지가 전력 라인 사이에서 스위칭하는데 필요한 시간에 의해 제한되고, 이는 개별 방전 트랜지스터의 턴 온 시간과 비교할 때 매우 짧을 수 있다. 그러므로 이 회로는 정정 정도의 개선을 가능하게 한다.
도 8은 출력(V출력)이 도 9에 도시된 바와 같이 하이에서 로우로 스위칭하도록, 광 전류가 데이터 커패시턴스를 방전하여 증폭기(80)로의 입력 전압(V입력)이 상승하게 하는 반대 구조(inverse scheme)의 일반화된 형태를 도시한다. 도 8에서의 증폭기(80)는 반대로 된 높은 이득의 스테이지를 나타내지만, 반드시 표준 디지털 인버터일 필요는 없다.
광 다이오드와 데이터 커패시터의 배치는 여러 가지 방식으로 구현될 수 있고, 위에서는 오직 2개의 기본 구현예가 도시되어 있다. 일반적으로, 이러한 회로는 그 증가/감소 속도가 OLED의 휘도에 따라 달라지는 선형적으로 증가/감소하는 전압(V입력)을 생성한다.
제 3의 일반적인 구조는 클로킹된 높은 이득의 스테이지를 사용하는 것이다. 이는 도 10과 도 11에 도시되어 있다.
도 10의 회로는 도 6의 회로에 대응하지만, 증폭기(100)는 추가 클록 입력(102)을 가진다.
이 구조에서는, 높은 이득의 스테이지가 클록(Clk)이 미리 결정된 상태(전이시 하이 또는 로우인)를 가질 때까지 스위칭하는 것이 허용되지 않는다. 그러므로 입력 전압(V입력)이 이득 스테이지를 스위칭하기에 충분히 높다면, 스위칭할 수 있기 전에 클록이 적절한 상태에 도달하기까지 기다려야 하고, 이후 시스템의 정확성은 필드 기간당 클록 사이클의 개수에 의해 제한된다. 도 10의 클로킹된 회로는 쉽게 예견된다.
이제 본 발명의 다수의 구현예가 주어진다.
제 1 구현예가 도 12에 도시되어 있다. 이것은 구동 트랜지스터에 일정한 구동 전압이 가해지는 구조로, 따라서 전술한 바와 같은 듀티 사이클 구조이다.
도 12의 회로는 도 4의 회로에 대응하지만, 피드백 트랜지스터(120)(T피드백)가 추가된다. 다른 회로 요소의 작동은 설명되지 않는다.
피드백 트랜지스터(120)는 n형 TFT이고, 이는 방전 트랜지스터(36)(T방전)가 스위칭 온 할 때 바로 스위칭 온하기 시작한다. 이는 데이터 저장 노드{광 다이오드와 방전 커패시터(40)(C데이터) 사이의 노드}에 양의 피드백을 실시함으로써 효율적으로 높은 이득을 주게 된다. 그러므로 이 피드백 구조는 증폭기 스테이지로서 기능하고, 광학 피드백 시스템이 저장 커패시터의 방전을 트리거할 때 저장 커패시터의 방전 속도를 증가시킨다.
이 예에서, 방전 트랜지스터는 높은 전력의 레일(rail)과 피드백 트랜지스터의 게이트 사이에 연결되고, 이러한 피드백 트랜지스터는 방전 트랜지스터의 게이트와 낮은 전력의 레일 사이에 연결된다.
피드백 트랜지스터가 턴 온 될 때(방전 트랜지스터가 도통하기 시작하므로), 피드백 트랜지스터는 방전 트랜지스터 게이트 전압을 떨어뜨려 방전 트랜지스터의 턴 온을 가속한다.
이러한 회로를 가지고 양호한 블랙(black) 상태를 달성하기 위해서는, 구동 트랜지스터(T구동)와 LED 사이에 스위치를 가지는 것이 필수적일 수 있다. 이러한 스위치의 어드레스 라인은, 이들 2개의 트랜지스터가 상보적이라면 트랜지스터(T스위치)(저장 커패시터를 충전하기 위한 트랜지스터인)에 관한 어드레스 라인에 연결될 수 있다.
제 2 구현예는 도 13과 도 14에 도시되어 있다.
도 13에서는, 도 3의 방전 트랜지스터(T방전)가 제 2 트랜지스터(130)와 구동 트랜지스터(22)가 인버터 회로를 형성하도록, 구동 트랜지스터(22)와 직렬로 연결된 제 2 트랜지스터(130)로 대체되었다. 인버터 회로의 출력은 디스플레이 요소를 구동한다.
인버터 회로는 효율적으로 이득을 제공한다.
도 13의 회로는 도 3의 회로와 동일한 방식으로 저장 커패시터의 점진적인 방전을 제공한다.
도 14는 도 4의 회로와 유사한 수정예를 도시하고, 따라서 이는 듀티 사이클 제어 회로이다. 다시, 인버터가 방전 트랜지스터와 추가 트랜지스터(140)에 의해 제공된다.
도 15는 도 12의 피드백 회로와 도 14의 인버터 회로를 결합한 회로를 도시 한다. 그러므로 도 15의 회로는 인버터 스테이지(150)와 피드백 스테이지(152)를 가지고, 이들 각각은 전술한 방식으로 작동한다.
이 회로에서, 인버터 스테이지(150)에 의해 제공된 이득은 또한 T방전과 T피드백의 피드백 결합에 의해 증폭되어, 매우 높은 이득의 시스템을 주게 된다. 다시, 이러한 회로를 가지고 양호한 블랙 상태를 달성하기 위해서는, 구동 TFT(T구동)와 LED 사이에 스위치를 가지는 것이 필수적일 수 있다. 이러한 스위치의 어드레스 라인은 다시 이들 2개의 트랜지스터가 상보적이라면 T스위치에 관한 어드레스 라인에 연결될 수 있다.
LED가 원하지 않는 상태인 턴 오프될 때, 인버터를 통과하는 스탠딩(standing) 전류가 발생하게 된다.
도 16은, 인버터의 정적 전력 소비를 회피하기 위해, 이제 인버터 스테이지(160)가 2개의 독립적으로 제어된 트랜지스터(T오프와 T스위치2)로 분리된 유사한 회로를 도시한다. 이러한 피드백 시스템은 162로 도시되어 있다. 트랜지스터(T오프)는 커패시터(C데이터)가 충분히 충전될 때 턴 온되고, 이는 양의 피드백 시스템이 디스플레이 요소를 빠르게 스위칭 오프하게 한다.
트랜지스터(T스위치2)는 어드레스 지정 동안에만 온 상태이고, 그 외의 경우에서는 오프 상태여서, 인버터 스테이지의 정적 전력 소비는 감소한다.
도 17은, 데이터 커패시터가 광 다이오드에 의해 충전되기보다는 방전되고, 인버터(170)와 피드백 시스템(172)의 배치는 바뀐 도 16의 변형예를 도시한다. 이는 단순히 회로가 각각 다수의 특별한 방식으로 구현될 수 있는 것을 예시한다.
도 18과 도 19는 또 다른 높은 이득을 가진 시스템의 2가지 변형예를 도시한다. 이들 회로에서는 3개의 인버터(180a, 180b, 180c와 190a, 190b, 190c)가 존재한다. 제 2의 2개의 인버터 스테이지는, 제 2 인버터(180b, 190b)로의 입력과 제 3의 인버터의 출력 사이에 양의 피드백 연결(184, 194)을 가진다.
이들 구현예는 충전 스위치(T스위치)와, 개별 커패시터 또는 양호한 블랙 상태를 위해 구동 트랜지스터와 LED 사이에 추가 트랜지스터를 필요로 하지 않는다. 데이터 열 상에 걸리는 전압은 자동으로 어드레스 시간에서 이들 기능을 달성한다.
제 2 인버터 스테이지의 출력은, 게이트를 전압 레일 중 하나에 결합함으로써 고정된 전압이 구동 트랜지스터의 게이트에 걸리게 하여, 저장 커패시터는 필요로 하지 않게 된다. 인버터 회로가 스위칭하게 되면, 구동 트랜지스터 게이트는 빠르게 반대 전력 레일로 끌어 당겨지고, 그 타이밍은 다시 커패시터(C데이터)에 걸리는 초기 데이터 전압과 광학 피드백 시스템에 의존적이다.
이들 회로에서, 데이터 저장 커패시터는 다시 구동 트랜지스터의 어드레스 지정을 제어하기 위해 사용될 전압을 저장하기 위한 것이다. 하지만 어떠한 커패시터도 이전의 회로에서처럼 구동 트랜지스터 게이트-소스 전압을 저장하기 위해 필요하지 않는다.
피드백을 구비한 제 2 및 제 3 인버터는 SRAM 셀로서 간주될 수 있다. TFT는 모두, 회로에 8개의 트랜지스터가 존재하더라도 구멍(aperture)이 유지될 수 있도록, 최소 크기를 가지게 된다.
트랜지스터의 개수는 감소될 수 있는데, 예컨대 도 18의 마지막 인버터(180c)는 제거될 수 있어, 회로가 2개의 인버터 스테이지(200a, 200b)를 가지는 도 20에 도시된 회로가 된다. 제 2 스테이지(200b)의 입력으로의 피드백은 구동 트랜지스터와 LED 사이의 접합부로부터 나온다. 이제 구동 트랜지스터와 LED의 결합체는 최종 인버터로서 작용한다.
데이터 커패시턴스를 충전하는 광 전류에 의해 야기된 도 18 내지 도 20에서의 제 1 인버터(180a, 190a, 200a)로의 입력에 걸리는 전압(일정 비율의 프레임 시간에 걸친)의 선형 증가는, SRAM 섹션이 스위칭할 때까지 인버터가 전류를 통과시키게 한다. 이러한 인버터에서 TFT를 길게 만드는 것(낮은 W/L 비율)은 제 1 인버터에 의해 통과된 전류의 양을 감소시킨다.
도 21은 도 13의 회로에 대한 수정예로서의 클로킹 시스템을 도시한다. 인버터는 구동 트랜지스터(22)와 추가 트랜지스터(210)에 의해 한정되고, 단일 트랜지스터(212)에 의해 클로킹되어, 입력 전압(V입력)이 인버터를 스위칭하기에 충분히 높은 전압에 도달했을 때에는, 상태를 바꾸고 LED를 턴 오프시킬 수 있기 전에 클록 신호(Clk)가 하이로 갈 때까지 기다려야 한다.
그러한 시스템에서는, 한 프레임 시간 내의 클록 사이클의 개수가, 적어도 2개의 인자만큼 그레이 레벨의 개수보다 높을 필요가 있다.
위의 회로는 OLED 디스플레이에서의 차등 노화 진행을 매우 높은 정도까지 정정하고, 일부 경우에서는 시뮬레이션이 완전한 밝기로 OLED 효율에서의 50%의 저하에 관해 0.5% 미만의 정정을 보여준다. 더 낮은 그레이 레벨에서는, 성능이 단지 약간만 변한다.
이 회로는 모두 5V와 같은 매우 낮은 전압 레벨에서 구현될 수 있어, 전력 소비는 LED를 구동하기 위해 필요한 전류와 전압에 의해 거의 전적으로 결정된다. 그러므로 본 발명은 어떠한 번-인(burn-in)도 가지고 있지 않은 낮은 전력이 중요한 애플리케이션에 적절하다.
이 회로는 TFT 비균일성을 관해서는 보상하지 않지만, 많은 애플리케이션에서 이러한 것은 노화 진행의 영향보다는 훨씬 덜 중요하다.
전술한 예에서, 광 의존적인 요소는 광 다이오드이지만, 광 트랜지스터나 광 저항기를 사용하는 픽셀 회로를 생각할 수 있다. 본 발명의 회로는 다양한 트랜지스터 반도체 기술을 사용하여 구현될 수 있다. 결정(crystalline) 실리콘, 수소 첨가된 비정질(hydrogenated amorphous) 실리콘, 폴리실리콘 및 심지어 반도전성(semiconducting) 폴리머와 같은 다수의 변형예가 가능하다. 이들은 모두 청구된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
전술한 일부 회로에서는, 구동 트랜지스터 게이트 전압을 가지는 커패시터를 직접 방전하기 위해 광 다이오드(또는 다른 광 민감성 요소)가 사용되고, 다른 듀티-사이클 제어 회로에서는 방전 트랜지스터를 제어하는 추가 커패시터를 방전하기 위해 사용된다. 각 경우에, 광에 의존적인 디바이스는 구동 트랜지스터 게이트 전 압을 가지는 저장 커패시터의 방전을 직접적으로 또는 간접적으로 제어하고, 이를 통해 디스플레이 요소의 광 출력에 따라 구동 트랜지스터의 제어를 바꾸게 된다. 그러므로 전술한 예에서의 모든 회로는 저장 커패시터의 방전을 제어하기 위한 광에 의존적인 디바이스를 가지고, 이를 통해 디스플레이 요소의 광 출력에 따라 구동 트랜지스터의 제어를 변경하게 된다.
디스플레이 디바이스는, 폴리머 LED 디바이스, 유기 LED 디바이스, 형광체 함유 물질 및 다른 발광 구조일 수 있다.
다양한 다른 수정예가 당업자에게 분명해진다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스, 특히 각 픽셀과 연관된 박막 스위칭 트랜지스터를 가지는 능동 매트릭스 전계발광 디스플레이 디바이스에 이용 가능하다.

Claims (12)

  1. 디스플레이 픽셀의 배열을 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스로서, 각 픽셀은
    전류 구동 발광 디스플레이 소자(2),
    상기 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 구동하기 위한 구동 트랜지스터(22),
    구동 트랜지스터(22; 40)의 어드레스 지정을 제어하기 위해 사용될 전압을 저장하기 위한 저장 커패시터(24),
    저장 커패시터(24)의 방전을 제어하여, 디스플레이 소자의 광 출력에 의존하여 구동 트랜지스터의 제어를 변경하기 위한 광 의존적인(light-dependent) 디바이스(27) 및
    저장 커패시터가 광 의존적인 디바이스(27) 출력에 응답하여 방전할 때, 저장 커패시터(24)의 방전 속도(rate)를 증가시키기 위해 구동 트랜지스터와 연관된 회로(60)를 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 저장 커패시터(24)를 방전하여 구동 트랜지스터(22)를 스위칭 오프하는 방전 트랜지스터(36)를 더 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  3. 제 2항에 있어서, 광 의존적인 디바이스는 방전 트랜지스터(36)를 오프 상태로부터 온 상태로 스위칭하는 타이밍을 제어하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 방전 커패시터(40)는 방전 트랜지스터(36)의 게이트와 정전압 라인 사이에 제공되고, 광 의존적인 디바이스는 방전 커패시터(40)를 충전 또는 방전하기 위한 것인, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  5. 제 1항에 있어서, 구동 트랜지스터와 연관된 회로는 구동 트랜지스터와 직렬로 연결된 제 2 트랜지스터(130)를 포함하여, 제 2 트랜지스터(130)와 구동 트랜지스터(22)는 인버터 회로를 형성하며, 인버터 회로의 출력은 디스플레이 소자를 구동하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 트랜지스터와 연관된 회로는 인버터 회로(36, 140)를 포함하고, 인버터 회로의 출력은 구동 트랜지스터를 제어하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  7. 제 6항에 있어서, 인버터 회로는 클로킹되는(clocked), 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 트랜지스터와 연관된 회로는 피드백 트랜지스터(T피드백)를 포함하고, 방전 트랜지스터(T방전)는 피드백 트랜지스터의 게이트에 연결되며, 피드백 트랜지스터는 방전 트랜지스터의 게이트에 연결되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 광 의존적인 디바이스(27)는 방전 광다이오드를 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀은 데이터 신호 라인과 픽셀로의 입력 사이에 연결되는 어드레스 트랜지스터(16)를 더 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 트랜지스터는 전력 공급 라인과 디스플레이 소자 사이에 연결되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  12. 제 11항에 있어서, 저장 커패시터(24)는 구동 트랜지스터(22)의 게이트와 소스 사이에 연결되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
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