KR20070004970A - 능동 매트릭스 방사 디스플레이용 저 전력 회로 및 그 동작방법 - Google Patents

능동 매트릭스 방사 디스플레이용 저 전력 회로 및 그 동작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 복수의 화소를 가진 평면 패널 디스플레이를 제공하며, 각각의 화소는, 전류의 통전에 응답하여 발광하는 발광 디바이스로서, 상기 발광 디바이스의 휘도는 상기 전류에 의존하는, 발광 디바이스; 상기 발광 디바이스에 연결되어 상기 발광 디바이스를 통하여 전류를 제공하는 트랜지스터로서, 상기 전류는 상기 트랜지스터의 제어 단자에 인가되는 램프 전압(ramp voltage)에 따라 증가하는, 트랜지스터; 및 특정의 레벨에 도달된 상기 발광 디바이스의 휘도에 응답하여 오프 상태로 전환시킴으로써, 상기 트랜지스터에 대한 상기 램프 전압의 공급을 중단시키는 제1 스위칭 디바이스를 포함한다. 상기 제1 스위칭 디바이스는 또한 오프 상태를 유지하여, 상기 화소가 재기록될 때까지 상기 발광 디바이스의 휘도가 상기 특정의 레벨로 유지되도록 한다.
평면 패널 디스플레이, 발광 디바이스, 트랜지스터, 스위칭 디바이스

Description

능동 매트릭스 방사 디스플레이용 저 전력 회로 및 그 동작 방법 {LOW POWER CIRCUITS FOR ACTIVE MATRIX EMISSIVE DISPLAYS AND METHODS OF OPERATING THE SAME}
본 출원은 2004년 4월 12일에 출원되고 발명의 명칭이 "능동 매트릭스 방사 평면 패널 디스플레이용 저 전력 회로(Low Power Circuit for Active Matrix Emissive Flat Panel Displays)"인 미 국가특허출원 제60/561,474호를 우선권 주장하는 것이며, 상기 문헌의 모든 내용을 병합하는 것이다.
본 출원은, 2004년 3월 24일에 출원된 일본 특허 출원 2004-87666호를 우선권 주장하는 것이며, 상기 일본 출원에 개시되는 모든 내용을 병합하는 것이다.
본 출원은, 2005년 4월 6일에 출원되고 발명의 명칭이 "평면 패널 디스플레이용 센서 어레이에 통합된 컬러 필터(Color Filter Intergrated with Sensor Array for Flat Panel Display)"이며 공동으로 할당된 미국특허출원 대리인 관리번호 186351/US/2/RMA/JJZ(474125-35), 2004년 6월 17일에 출원되고 발명의 명칭이 "능동 매트릭스 디스플레이를 제어하기 위한 방법 및 장치(Method and Apparatus for controlling an Active Matrix Display)"이며 공동으로 할당된 미국특허출원 제10/872,344호, 2005년 5월 6일에 출원되고 발명의 명칭이 "화소 방사 제어를 위한 방법 및 장치(Method and Apparatus for Controlling Pixel Emission)"이며 공 동으로 할당된 미국특허출원 제10/841,198호에 관련되어 있고, 상기 문헌 각각을 병합하는 것이다.
본 발명은 능동 매트릭스 방사 디스플레이에 관한 것이며 특히 능동 매트릭스 방사 디스플레이용 저 전력 회로 및 상기 전력 회로를 동작시키는 방법에 관한 것이다.
능동 매트릭스 디스플레이는 상기 디스플레이 내의 각각의 화소가 직접 어드레스 될 수 있는 박막 회로를 화소마다 사용한다. 통상의 능동 매트릭스 액정 디스플레이(AMLCD)에서, 각각의 화소 회로는 도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 라인 Vdata와 액정 디스플레이 셀 LCD와 추적 커패시터 C 사이에 접속된 데이터 박막 트랜지스터(TFT) T1을 포함한다. 박막 트랜지스터는 인에이블 전압 Venable에 접속된 제어 게이트 G1을 갖는다. 동작 시, 데이터 전압 Vdata가 트랜지스터 T1의 드레인 D에 위치하게 되고, 게이트 G1이 활성화되면, 데이터 전압 Vdata는 TFT T1을 통해 축적 커패시터 C와 액정 셀 LCD에 전달된다. 커패시터 C와 액정 디스플레이 셀 LCD를 충전하는 동안 소비되는 전력은 통상적으로 무시될 수 있다. AMLCD에서의 전력 문제는 LCD를 변조시키기 위해 광을 공급하는 통상적으로 백라이트 회로에서 생긴다. 능동 매트릭스 방사 디스플레이, 특히 능동 매트릭스 유기 발광 디스플레이(AMOLED)의 경우, 화소로부터 광을 방사하는데 상당한 양의 전력이 소비되고, 능동 매트릭스에서 광 방사를 제어하는 구동 회로를 동작시키는데 추가의 전력이 필요하다.
도 2를 참조하면, 유기 발광 다이오드(OLED) 능동 매트릭스 방사 디스플레이의 통상적인 구동 회로는 전압 공급원 VDD와 접지 사이에 서로 직렬로 결합되어 있는 OLED D1 및 전력 TFT T2를 포함한다. TFT T2 는 OLED D1에 접속된 소스 S, 전압 공급원 VDD에 접속된 드레인 D, 및 TFT T1에 접속된 게이트 G2를 포함한다. 커패시터 C는 TFT T2의 소스 S와 드레인 G2 사이에 결합되어 있다. OLED D1은 기생 저항기 RD와 기생 커패시터 CD를 갖는다. TFT T2는 OLED D1에 전류 ID를 공급한다. OLED D1로부터의 방사 레벨, 또는 보다 과학적인 용어로, OLED D1의 휘도는 전류 ID에 비례한다. TFT T2의 양단의 전압과 OLED D1은 VDD와 등가이고, TFT T2와 OLED D1이 소비하는 전력 P는 VDD에 전류 ID를 곱한 것과 등가이다. 전압 공급원 VDD이 TFT T2와 OLED D1 사이에서 분압되면서 등가의 전류 ID가 양자를 통해 흐른다. 그러므로 전력 P는, TFT T2와 OLED D1 사이에서 나누어지는 전압 공급원 VDD에 비례하여, TFT T2와 OLED D1 사이에서 나누어진다.
TFT T2에 의해 OLED D1에 모든 전류를 공급하기 전에, TFT T2의 소스 S는 접지 상태에 있기 때문에 전압 VDD는 TFT T2 양단에서 거의 전반적으로 소멸된다. 전압 VD와 OLED D1 양단의 전압의 합은 VDD와 등가이므로, 전류 ID가 OLED D1에서 증가할수록 TFT T2 양단의 전압 VDD는 감소한다. OLED D1은 동작하는 동안 변화하는, TFT T2 상의 부하이기 때문에 문제가 생기는데, OLED D1로부터의 휘도의 레벨마다 특정의 전류 ID가 필요하고, 이에 따라 휘도의 레벨은 TFT T2에 대해 상이한 부하를 나타내기 때문이다. 데이터 전압 Vdata를 Vdata에 대응하는 OLED D1의 특정의 전류 ID 및 특정의 휘도로 확실하게 변환시키기 위해서는, OLED D1의 휘도에서의 변화로 인해 생기는 TFT T2의 부하에서의 변화가 TFT T2로부터 전류 ID 출력을 야기해서는 안 된다. 즉, TFT T2는 전류원으로서 동작해야만 하며 부하 변화 때문에 전류 출력을 변화해서는 안 된다. TFT T2가 전류원으로서 동작하기 위해, TFT T2 양단의 전압 VD는 포화 모드에서 TFT T2를 바이어스 시켜야만 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 포화 모드는 각각의 ID 대 VD 곡선의 편평한 부분에 대응하는 반면, 이 편평한 부분까지의 급경사 부분은 비포화 부분에 대응한다.
포화 모드에서, ID는 거의 전체적으로 VG에 의존하는데, 이 VG는 수학식 1에 나타낸 바와 같이, TFT T2의 게이트 G이다.
Figure 112006082909592-PCT00001
여기서, 는 μ, εo, εr, w, l, Vth는 TFT T2와 연관된 파라미터이고, μ는 유효 전자 이동도(effective electron mobility), εo는 자유 공간의 허용도(permittivity), εr는 게이트 유전체의 유전 상수, w은 TFT 채널 폭, l은 TFT 채 널 길이이고, d는 게이트 유전 두께이고, Vth는 임계 전압이다.
포화 모드에 존재하는 TFT의 경우, VD는 VG - Vth보다 커야만 하므로, 특정의 전류 ID의 경우에 다음과 같다.
Figure 112006082909592-PCT00002
통상적으로, OLED 화소로부터 밝은 방사를 제공하는 데는 1μA의 전류로도 충분하다. 이하는 TFT 파라미터의 예이다.
Figure 112006082909592-PCT00003
이로부터 다음과 같이 상정된다.
Figure 112006082909592-PCT00004
이것은, 포화 모드에서 TFT T2를 설치하는데 필요한 최소 VD는 드레인 전류가 1μA인 경우에 약 5.2V이고, ID = 1μA에서, TFT T2가 소비하는 전류는 약 5.2 마이크로와트임을 의미한다. 이 추정치는 이상적인 상황인 경우이다. 실제에 있어서는, OLED가 오래됨에 따라 OLED를 통해 1μA의 전류가 흐르는 데는 OLED 양단의 더 큰 전압이 필요하다. 예를 들어, OLED가 새로운 것일 때는, 1μA의 전류가 흐르는데 OLED 양단의 약 4V만이 필요하지만, OLED가 오래됨에 따라 이 전압은 6볼트로 증가하게 된다. 이것은 TFT T2가 디스플레이의 수명을 초과하는 포화 모드에 머물러 있기 위해서는 여분의 2 볼트가 통상적으로 VDD에 추가되어야 함을 의미한다. 게다가, OLED 휘도를 더 높이고자 하는 경우에는, 포화를 보장하기 위해서 더 높은 VDD가 필요할 것이다. 또한, 임계 전압의 변동으로 인해 포화 모드에서 TFT T2를 유지하는데 더 높은 VD가 필요한 경우라도, 이것은 비정질 실리콘 TFT에서 흔히 일어난다. 그러므로 1μA의 전류가 포화 모드에서 발생할 때 이상적인 경우에서의 전압 VD에 필요한 총 전압은 약 5.2V이고, 총 전압에 임계 전압의 변동으로 인한 경우의 약 2볼트와 그리고 OLED가 낡아지는 경우와 최대 OLED 휘도의 경우에 필요한 추가의 2볼트를 더한다. 이것은 VDD가 약 13.2볼트로 높게 될 필요가 있다는 것을 의미한다. 이것은 또한 OLED D1을 통해 흐르는 1 마이크로암페어의 전류의 경우에 있어서, 디스플레이가 새로운 것일 때는 OLED 양단의 전압이 약 4볼트이고 상기 OLED에 의한 전력 소비가 약 4 마이크로와트일 것이지만, TFT T2 양단의 전압이 약 9.2 볼트이고 TFT에 의한 전력 소비는 약 9.2 마이크로와트이므로, 이것은 OLED 자체의 전력 소비보다 2배 이상이다는 것을 의미한다.
그러므로 디스플레이에 있어서, 전력 TFT에 의한 과도한 전력 소비 없이 화소 휘도의 양호한 제어를 제공할 필요가 있다.
본 발명의 실시예는 복수의 화소를 가진 디스플레이를 제공한다. 각각의 화소는, 전류의 통전에 응답하여 광 또는 광자(photons)를 방사하는 발광 디바이스를 포함한다. 상기 발광 디바이스의 휘도는 하는 상기 전류에 의존한다. 각각의 화소는, 상기 발광 디바이스에 연결되어 상기 발광 디바이스를 통하여 전류를 제공하는 트랜지스터로서, 상기 전류는 상기 트랜지스터의 제어 단자에 인가되는 램프 전압(ramp voltage)에 따라 증가하는, 트랜지스터 및 특정의 레벨에 도달된 상기 발광 디바이스의 휘도에 응답하여 오프 상태로 전환시킴으로써, 상기 트랜지스터에 대한 상기 램프 전압의 공급을 중단시키는 스위칭 디바이스를 포함한다. 상기 스위칭 디바이스는 또한 오프 상태를 유지하여, 상기 화소가 재기록될 때까지 상기 발광 디바이스의 휘도가 상기 특정의 레벨로 유지되도록 한다.
일부의 실시예에서, 상기 트랜지스터 및 상기 발광 디바이스는 가변 전압원과 접지 사이에서 서로 직렬로 연결되어 있다. 상기 가변 전압원은 상기 디스플레이가 오래됨에 따라 변하는 전압을 출력하도록 구성되어 있다. 상기 가변 전압원으로부터 출력된 전압은 상기 디스플레이 내의 각각의 화소 내의 상기 디스플레이 내의 화소 중 일부 또는 모두에서 발광 디바이스로부터의 광이 휘도의 특정의 레벨에 도달되는데 필요한 램프 전압의 변화에 대한 통계적 측정치에 기초하여 변화한다.
본 발명의 실시예는 또한 디스플레이 내의 화소의 휘도를 제어하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 스위칭 디바이스의 제1 제어 단자에 제1 제어 전압을 인가하고 제2 제어 단자에 제2 제어 전압을 인가하여 상기 스위칭 디바이스를 온(on)으로 스위칭하는 단계, 및 발광 디바이스에 직렬로 연결된 트랜지스터의 게이트에 상기 스위칭 디바이스를 통해 램프 전압(ramp voltage)을 인가하여 상기 발광 디바이스의 휘도를 상기 램프 전압에 따라 증가시키는 단계를 포함한다. 상기 발광 디바이스로부터 광은 광센서에 조사되어 상기 광센서에 연관된 전기 파라미터를 상기 발광 디바이스의 휘도에 따라 변하게 하며, 상기 제2 제어 전압은, 상기 전기 파라미터에 의존하여 상기 화소에서 특정의 레벨에 도달된 상기 발광 디바이스의 휘도에 응답해서 다른 값으로 변함으로써 상기 스위칭 디바이스를 오프 상태로 전환시킨다.
일부의 실시예에서, 상기 트랜지스터 및 상기 발광 디바이스는 가변 전압원과 접지 사이에서 서로 직렬로 연결되며, 상기 방법은, 상기 디스플레이가 오래됨에 따라 상기 가변 전압원으로부터의 전압 출력을 가변시키는 단계를 더 포함한다. 상기 전압 출력은, 상기 디스플레이 내의 각각의 화소 내의 발광 디바이스를 상기 화소에 대한 휘도의 상기 특정의 레벨에 도달하게 하는데 필요한 램프 전압의 값을 기록하는 단계, 및 상기 디스플레이 내의 화소 중 일부 또는 모두에 대한 상기 기록된 값의 변화로부터 계산된 통계적 측정치에 기초하여 상기 전압 출력을 가변시키는 단계에 의해 가변된다.
본 명세서에 서술된 실시예는, 디스플레이의 화소에서 OLED와 같은 발광 디바이스에 전류를 제공하는 전력 TFT가, 본 발명의 실시예에 따른 발광 디바이스의 휘도는 전력 TFT의 전류-전압 관계에 의존하지 않지만, 그 자체의 화소 휘도에는 의존하므로, 그 전류-전압 특성과 연관된 포화 영역에서 동작할 수 있도록 함으로써 상당한 전력 절약을 제공한다. 또한, 가변 전력 공급장치를 사용하는 실시예에서는 전력을 추가로 절약할 수 있다.
도 1은 종래의 AMLCD 화소 구동 회로를 나타내는 다이어그램이다.
도 2는 종래의 AMOLED 화소 구동 회로를 나타내는 회로 개략도이다.
도 3은 전력 TFT에서 드레인 전류 대 소스-드레인 전압에 대한 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이에서 방사 피드백 회로의 블록도이다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따라 복수의 화소를 가지는 디스플레이에서 방사 피드백 회로의 블록도이다.
도 4c는 본 발명의 일실시예에 따라 복수의 화소를 가지는 디스플레이에서 2개의 개별적인 구성성분에 대한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 회로 중 일부에 대한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 회로 중 큰 부분에 대한 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 회로에서 전력 조정 유닛을 도시하는 다이어그램이다.
본 발명의 실시예는 방사 디스플레이용 저 전력 회로 및 이것을 동작시키는 방법을 제공한다. 여기에서 설명하는 실시예는 전력 TFT가 포화 영역에서 동작할 수 있게 함으로써 디스플레이 내의 발광 디바이스에 전류를 제공하는 전력 TFT에 의해 소비되는 전력을 절약한다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따라, 평면 패널 디스플레이와 같은, 디스플레이용 예시 회로(100)의 일부에 대한 블록도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이,
디스플레이 회로(100)는 발광원(110), 상기 발광원(110)의 휘도를 가변시키도록 구성된 방사 구동기(120), 상기 발광원(110)으로부터의 광의 일부를 수광하도록 위치하고 수광되는 광에 의존하는 전기 파라미터를 가지는 광센서(130), 상기 광센서(130)의 전기 파라미터의 변화에 기초하여 방사 구동기(120)를 제어하도록 구성된 제어 유닛(140), 및 상기 발광원(110)에 대한 원하는 휘도 레벨에 대응하는 신호를 상기 제어 유닛(140)에 제공하도록 구성된 데이터 입력 유닛(150)을 포함한다. 선택적으로, 디스플레이 유닛(100)은 가변 공급 장치(170)에 의해 생성된 전력을 조정하도록 구성된 전력 조정 유닛(160)을 더 포함하며, 상기 가변 공급 장치는 상기 발광원(110)이 발광원 및 다른 회로 요소 내의 가변을 고려하기 위한 디스플레이 회로(100)용 전력원이다.
센서(130)는 수광에 의존하는, 레지스턴스, 커패시턴스, 인덕턴스 등과 같은 측정가능한 속성을 가지는 센서 재료를 포함할 수 있다. 일례에서, 센서(130)는 센서(130)는 입사 광속(incident photon flux)에 따라 레지스턴스가 변화하는 광감지 저항기를 포함한다. 다른 예로서, 센서(130)는 공동으로 양도되었고 2004년 12월 17일에 출원되었으며 발명의 명칭이 "능동 매트릭스 디스플레이 및 안정화된 평면 패널 디스플레이용 화소 구조(Active-Matrix Display and Pixel Structure for Feedback Stabilized Flat Panel Display)"인 미국특허출원 제11/016372호에 서술된 것과 같은, 측정 광속 통합기(calibrated photon flux integrator)를 포함하며, 상기 문헌은 그 전체 내용이 본 명세서에 병합된다. 센서(130)는 또한 또는 대안으로 광 다이오드 및/또는 광 트랜지스터를 포함하는 하나 이상의 방사-감지 센서를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 그러므로 센서(130)는 상기 재료의 표면상에 떨어지거나 충돌하는 세기에 따라 변화하는 하나 이상의 전기 속성을 가지는 재료의 적어도 하나의 타입을 포함한다. 이러한 재료는 비정질 실리콘(a-Si), 카드뮴 셀렌화물(CdSe), 실리콘(Si), 및 셀렌을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 센서(130)는 또한 이하에서 상세히 서술하는 바와 같이, 능동 매트릭스 디스플레이 내의 복수의 센서(13) 사이에서 크로스토크를 방지하기 위한 분리 트랜지스터와 같은 다른 회로 소자를 포함할 수 있다.
제어 유닛(140)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이것들의 조합으로 실행될 수 있다. 일실시예에서, 제어 유닛(140)은 전압 비교기를 사용하여 실행된다. 다른 비교 회로 또는 소프트웨어도 또한 또는 대안으로 사용될 수 있다. 구동기(120)는 구동 신호를 발광원(110)에 제공하는데 적합한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이것들의 조합을 포함할 수 있다. 구동기(120)는 발광원(110)이 형성되는 디스플레이 기판에 집적되거나 디스플레이 기판과 별개로 될 수도 있다. 일부의 실시예에서 구동키(120)의 부품들이 디스플레이 기판상에 형성된다.
디스플레이 회로(100)의 동작 시, 데이터 입력(150)은 발광원(110)으로부터 원하는 광의 휘도에 대응하는 이미지 전압 데이터를 수신하고 이 이미지 전압 데이터를 제어 유닛(140)이 사용할 수 있는 기준 전압으로 변환한다. 화소 구동기(120)는 센서(130) 내의 전기 파라미터가 기준 전압에 대응하는 소정의 값에 도달할 때까지 발광원(110)으로부터 발광을 가변시키도록 구성되어 있고, 이 점에서 제어 유닛(140)은 발광의 변동을 중지시키기 위해 제어 신호를 구동기(120)와 결합시킨다. 구동기(120)는 또한 상기 발광의 변동이 정지된 후 상기 발광원(110)으로부터의 발광을 원하는 휘도로 유지하기 위한 메커니즘을 포함한다. 선택적으로, 상기 발광원(110)으로부터의 발광이 가변되는 동안, 이에 따라 전력 조정 유닛에서의 전기 측정 역시 가변되고, 제어 유닛(140)으로부터의 제어 신호 역시 전력 조정 유닛(160)과 결합하여 전기 측정의 변동을 정지시킨다. 상기 전기 측정이 정지되는 값에 기초하여, 전력 조정 유닛(160)은 가변 전력 공급 장치(170)를 조정할 것인지, 그리고 예를 들어 이하에 상세히 설명하는 바와 같은 통계적 기술을 사용하여 얼마만큼의 조정을 행해야 할 필요가 있는지를 결정한다.
도 5는 도 4a에서의 디스플레이 유닛(100)의 일실시예를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 디스플레이 유닛(100)은 트랜지스터(512) 및 발광 디바이스(514)를 발광원(110)으로서 포함한다. 디스플레이 유닛(100)은 구동기(120)의 일부로서 스위칭 디바이스(522) 및 커패시터(524)를, 센서(130)로서 광 센서(530) 및 제어 분리 디바이스(532)를, 그리고 제어 유닛(140)의 일부로서 분압 저항기(542) 및 비교기(544)를 포함한다. OS(530)는 라인 셀렉터 출력 전압 VOS1에 결합되어 있고 분압 저항기(542)는 VOS1과 접지 사이의 OS(530)에 결합되어 있다. 비교기(544)는 데이터 입력 유닛에 결합된 제1 입력 P1, OS(530)와 분압 저항기(542) 사이의 회로 노드(546)에 결합된 제어 입력 P2, 및 출력 P3을 갖는다. 스위칭 디바이스(522)는 VOS1에 결합된 제1 제어 단자 G1a, 비교기(544)의 출력 P3에 결합된 제2 제어 단자 G1b, 램프 전압 출력 VR에 결합된 입력 DR1, 및 트랜지스터(512)의 제어 단자 G2에 결합된 출력 S2를 갖는다. 커패시터(512)는 트랜지스터(512)와 발광 다이오드(514) 사이의 회로 노드 S2와 제어 단자 G2 사이에 결합되어 있다. 커패시터(524)는 대안으로 트랜지스터(512)의 제어 단자 G2와 접지 사이에 결합될 수도 있다.
각각의 OS(530)는 수광되는 광에 의존하여, 레지스턴스, 커패시턴스, 인덕턴스 또는 이와 유사한 파라미터, 속성 또는 특성 등의 측정 가능한 속성을 갖는 적절한 센서를 포함할 수 있다. OS(230)의 예는 광감지 저항기이며, 이 저항기의 레지스턴스는 입사 광속에 따라 변한다. 다른 예로서, 각각의 OS(230)는
공동으로 양도되었고 2004년 12월 17일에 출원되었으며 발명의 명칭이 "능동 매트릭스 디스플레이 및 안정화된 평면 패널 디스플레이용 화소 구조(Active-Matrix Display and Pixel Structure for Feedback Stabilized Flat Panel Display)"인 미국특허출원 제11/016372호에 서술된 것과 같은, 측정 광속 통합기(calibrated photon flux integrator)이며, 상기 문헌은 그 전체 내용이 본 명세 서에 병합된다. 그러므로 각각의 OS(230)는 상기 재료의 표면에 떨어지거나 충돌하는 세기에 따라 변화하는 하나 이상의 전기 속성을 가지는 적어도 하나의 타입의 재료를 포함할 수 있다. 그러한 재료는 비정질 실리콘(a-Si), 카드뮴 셀렌화물(CdSe), 실리콘(Si), 및 셀렌을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 방사 감지 센서는 또한 또는 대안으로 광 다이오드 및/또는 광 트랜지스터를 포함하는 하나 이상의 방사-감지 센서를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
분리 트랜지스터와 같은 분리 디바이스(532)는 센서(530)를 분리하는데 제공될 수 있다. 분리 트랜지스터(532)는 제1 및 제2 단자를 가지는 임의의 타입의 트랜지스터 및 제어 단자일 수 있고, 제1 및 제2 단자 사이의 전도성은 제어 단자에 인가되는 제어 전압에 의해 제어 가능하다. 일실시예에서, 분리 트랜지스터(532)는 제1 단자가 드레인 DR3이고, 제2 단자가 소스 S3이고, 제어 단자가 게이트 G3인 TFT이다. 분리 트랜지스터(532)는 VOS1과 접지 사이의 OS(530)에 직렬로 결합되어 있고, G3의 제어 단자가 VOS1에 접속되어 있는 반면, 제1 및 제2 단자는 저항기(542) 및 OS(530)에 각각 결합되어 있거나, OS(530) 및 VOS1에 각각 결합되어 있다. 이하의 설명에서는, OS(530) 및 분리 트랜지스터(532)가 함께 센서(130)로서 언급될 것이다.
발광 디바이스(514)는 일반적으로, 자체에 흐르는 전류 등의 전기적 측정에 응답하여 발광 등의 방사를 생성하거나 자체의 양단 간의 전기 전압을 생성하는, 당분야에 공지된 임의의 발광 디바이스가 될 수 있다. 발광 디바이스(514)의 예는 발광 다이오드(LED) 및 임의 파장 또는 복수의 파장으로 발광하는 유기 발광 다이오드(OLED)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 발광 디바이스는 전기 휘도 셀, 무기 발광 다이오드를 포함하는 발광 디바이스가 될 수 있으며 진공 형광 디스플레이, 전계 발광 디스플레이 및 플라스마 디스플레이에서 사용되는 것일 수 있다. 일실시예에서는, OLED를 발광 디바이스(514)로서 사용한다.
발광 디바이스(514)는 이하에서는 OLED(514)로 언급된다. 그러나 본 발명은 OLED를 발광 디바이스(514)로서 사용하는 것에 제한되는 것이 아님을 이해해야 한다. 또한, 본 발명은 평면 패널 디스플레이에 관하여 설명하지만, 본 명세서에 서술된 실시예의 많은 관점은 패널이 평면 도는 내장형이 아닌 디스플레이에 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
트랜지스터(512)는 제1 단자, 제2 단자, 및 제어 단자를 가지는 임의의 타입의 트랜지스터가 될 수 있으며, 제1 단자와 제2 단자 사이의 전류는 제어 단자에 인가되는 제어 전압에 의존한다. 일실시예에서, 트랜지스터(512)는 제1 단자가 드레인 D2이고, 제2 단자가 소스 S2이고, 제어 단자가 게이트 G2인 TFT이다. 트랜지스터(512) 및 발광 디바이스(514)는 전력 공급 VDD와 접지 사이에 직렬로 결합되어 있고, 트랜지스터(512)의 제1 단자는 VDD에 접속되어 있고, 트랜지스터(512)의 제2 단자는 발광 다이오드(514)에 접속되어 있고, 제어 단자는 스위칭 디바이스(522)를 통해 램프 전압 출력 VR에 접속되어 있다.
일실시예에서, 스위칭 디바이스(522)는 더블 게이트 TFT이고, 즉 단일의 채 널과 2개의 게이트 G1a 및 G1b를 갖는 TFT이다. 더블 게이트는 로직에서의 AND 함수처럼 작동하는데, 왜냐하면 TFT(522)에 있어서 논리 하이(logic highs)가 양 게이트에 동시에 인가되도록 동작될 필요가 있기 때문이다. 더블 게이트 TFT가 양호하기는 하지만, 로직에서 AND를 실행하는 어떠한 스위칭 디바이스라도 스위칭 디바이스(522)처럼 사용하는데 적절하면 된다. 예를 들어, 2개의 직렬 결합된 TFT 또는 다른 유형의 트랜지스터가 스위칭 디바이스(522)로서 사용될 수도 있다. 로직에서 스위칭 디바이스(522)처럼 AND 함수를 실행하는 더블 게이트 TFT 또는 다른 디바이스를 사용하면 이하에 설명하는 바와 같이, 화소들 사이의 크로스토크를 감소할 수 있다. 크로스토크가 주된 관심사가 아니거나 크로스토크를 줄이거나 없애는데 다른 수단을 사용할 수 있는 경우에는, 게이트 G1a 및 VOS1에 대한 그 접속은 필요하지 않으며, 비교기(544)의 출력에 접속된 단일의 제어 게이트를 갖는 TFT는 도 7에 도시된 바와 같이 스위칭 디바이스(522)로서 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 디스플레이(100)는 도 4b에 도시된 바와 같이, 구동기(120) 및 발광원(120)을 각각 가지는 복수의 화소(115) 및 화소에 각각 대응하는 복수의 센서(130)를 포함한다. 디스플레이(100)는 수직열 제어 회로(44)와 수평열 제어 회로(46)를 더 포함한다. 각각의 화소(115)는 수직열 라인(55)을 통해 수직열 제어 회로(44)에, 수직열 라인(56)을 통해 수직열 제어 회로(46)에 결합되어 있다. 각각의 센서(130)는 센서 수평열 라인(70)을 통해 수평열 제어 회로(46)에, 센서 수직열 라인(71)을 통해 수직열 제어 회로(44)에 결합되어 있다. 일실시예에 서, 제어 유닛(140), 데이터 입력 유닛(150) 및 전력 조정 유닛(160) 중 적어도 일부는 수직열 제어 회로(44)에 포함된다.
일실시예에서, 각각의 센서(130)는 각각의 화소(115)에 연관되어 있고 화소로부터 방사되는 광의 일부를 수광하도록 설치된다. 화소는 도 4b에 도시된 바와 같이, 일반적으로 정사각형이지만, 직사각형, 원형, 타원형, 육각형, 다각형 또는 어떠한 다른 형상이어도 된다. 디스플레이(11)는 컬러 디스플레이인 경우, 화소(33)는 또한 그룹으로 조직화된 서브화소로 구성될 수 있으며, 각각의 그룹은 하나의 화소에 대응한다. 한 그룹 내의 서브화소는 대응하는 화소를 지정하는 영역의 부분을 각각 점유하는 서브화소의 수(예를 들어, 3)를 포함하여야 한다. 예를 들어, 각각의 화소가 정사각형인 경우, 서브화소는 일반적으로 화소만큼 높고 단지 정사각형의 폭이 일부(예를 들어 1/3)일 뿐이다. 서브화소는 동일하게 크기가 정해지거나 형상이 정해질 수 있거나, 다르게 크기가 정해지거나 형상이 정해질 수 있다. 각각의 서브화소는 화소(115)와 같이 동일한 회로 소자를 포함할 수 있으며, 디스플레이 내의 서브화소는 서로 접속될 수 있고 도 4b에 도시된 바와 같이, 화소(115)처럼, 수직열 및 수평열 회로(44 및 46)에 접속될 수 있다. 컬러 디스플레이에서, 센서(130)는 각각의 서브화소에 연관되어 있다. 이하의 설명에서는, 화소의 기준은 화소 또는 서브화소 모두를 의미할 수 있다.
수평열 제어 회로(46)는 예를 들어 센서의 선택된 행을 수평열 제어 회로(46)에 결합시키는 선택된 센서 수평열 라인(70) 상의 전압을 상승시킴으로써 센서(60)의 선택된 행을 활성화시키도록 구성된다. 수직열 제어 회로(44)는 센서의 상기 선택된 행에 연관된 전기 파라미터의 변화를 검출하고 그 전기 파라미터 상의 변화에 기초하여 화소의 대응하는 수직열(115)의 휘도를 제어하도록 구성된다. 이 방법에서, 각각의 화소의 휘도는 센서(130)로부터의 피드백에 기초하여 특정의 레벨로 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 센서(130)는 화소 휘도의 피드백 제어와는 다른 목적에 또는 그 이외의 목적에 사용될 수 있으며 디스플레이 내의 화소 또는 서브화소(115)보다 많거나 적은 센서(130)일 수 있다.
센서 및 화소는 동일한 기판 위에 형성될 수 있거나, 다른 기판 위에 형성될 수 있다. 일실시예에서, 디스플레이(100)는 도 4c에 도시된 바와 같이, 센서 구성성분(100) 및 디스플레이 구성성분(110)을 포함한다. 디스플레이 구성성분(110)은 화소(115), 수직열 제어 회로(44), 수평열 제어 회로(46), 수직열 라인(55) 및 제1 기판(112) 위에 형성된 수평열 라인(56)을 포함하는 반면, 센서 구성성분(100)은 센서(130), 센서 수평열 라인(70), 및 제2 기판(102) 위에 형성된 센서 수직열 라인(71)을 포함한다. 센서 구성성분(100) 역시 컬러 필터 소자(20, 30, 40)를 포함하고, 센서(130)는 관련 특허출원 대리인관리번호 186351/US/2/RMA/JJZ(474125-35)에 설명된 바와 같이, 디스플레이용 컬러 필터와 함께 집적된다.
2개의 구성성분이 함께 설치되어 디스플레이(11)를 형성할 때, 디스플레이 구성성분(110) 상의 전기 접촉 패드 또는 핀(114)은 점선 aa로 표시된 바와 같이, 필터/센서 플레이트(100) 상의 전기 접촉 패드(104)와 일치하여, 센서 수평열 라인(70)을 수평열 제어 회로(46)에 연결시킨다. 마찬가지로, 디스플레이 구성성분(110) 상의 전기 접촉 패드 또는 핀(116)은 점선 bb로 표시된 바와 같이, 필터/ 센서 플레이트(100) 상의 전기 접촉 패드(106)와 일치하여, 센서 수직열 라인(71)을 수직열 제어 회로(44)에 연결시킨다. 디스플레이 구성성분(110)은 전기휘도 디스플레이, 플라스마 디스플레이, LED, OLED 기반의 디스플레이, 디지털 광 투사체와 같이, 마이크로 전기 역학 시스템(MEMS) 기반의 디스플레이 등의 임의의 유형 중 하나가 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 설명의 편리함을 위해, 디스플레이 구성성분(100)의 1세트의 수직열 라인(55) 및 1세트의 수평열 라인(56)이 도 b에 도시되어 있다. 실제로는, 1세트 이상의 수평 라인 및/또는 1세트 이상의 수직 라인이 디스플레이 구성성분(110)에 연관되어 있다. 예를 들어, OLED 기반의 능동 매트릭스 방사 디스플레이에서, 이하에 설명하는 바와 같이, 디스플레이 구성성분(110)은 접촉 패드(114)의 각각의 패드에 각각의 화소(33)를 접속시키는 다른 세트의 수평열 라인을 포함할 수 있다.
도 6은 일실시예의 디스플레이(100)에 대한 일실시예를 도시하고 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 디스플레이(100)는 수평열과 수직열로 배열된 복수의 화소(500)을 포함하며, 행 1에는 화소 PIX1, 1, PIX1, 2 등이 있고, 수평열 2에는 화소 PIX2, 1 PIX2, 2 등이 있고, 디스플레이의 다른 수평열에 대해서도 상기와 같은 양태로 이루어져 있다. 각각의 화소(500)은 트랜지스터(512), 발광 소자(514), 스위칭 소자(522) 및 커패시터(524)를 포함한다. 도 6은 또한 수평열과 수직열로 배열된 복수의 센서를 포함하며, 각각의 센서는 각각의 화소에 대응하고, 광학 센서 OS(530) 및 분리 트랜지스터(532)를 포함한다.
계속하여 도 6을 참조하면, 디스플레이(100)는 램프 전압 VR을 수신하고 수 평열의 라인 VR1, VR2 등 중의 하나를 선택하여 램프 전압 VR을 출력하도록 구성된 램프 선택기(RS)(610)를 더 포함한다. 수평열의 라인 VR1, VR2 등의 각각은 화소(500)의 대응하는 수평열의 각각에서 스위칭 소자(522)의 드레인 D1에 접속된다. 디스플레이(100)는 라인 선택 전압 Vos를 수신하고 센서 수평열 라인 Vos1, Vos2 등 중의 하나를 선택하여 라인 선택 전압 Vos를 출력하도록 구성된 라인 선택기(VosS)를 더 포함한다. 라인 Vos1, Vos2 등의 각각은 대응 수평열의 화소(500)의 각각에서 광학 센서(530) 및 스위칭 소자(522)의 게이트 G1a에 접속된다. RS(610) 및 VosS(620)는 수평열 제어 회로(46)의 일부분이며, 시프트 레지스터를 이용하여 구현될 수 있다.
OS(530) 및 TFT(532)를 포함하는 각각의 센서는 디스플레이에서의 화소의 일부분이 되어, 화소가 형성되는 동일 기판 상에 형성될 수도 있다. 이와 달리, 센서는 도 4c에 도시된 바와 같이 화소가 형성되는 기판과는 상이한 기판 상에 제조될 수도 있다. 이 경우, 2개의 기판이 서로 결합될 때 게이트 G1a로 하여금 접촉 패드(114) 및 센서 수평열 라인 Vos1, Vos2 등에 접속되도록 하기 위해 또 다른 세트 또는 수평열 라인(도시하지 않음)이 제공된다.
도 6은 화소(500)의 수직열과 각각 관련되는 복수의 비교기(544) 및 저항기(522)를 포함하는 디스플레이를 도시하고 있다. 도 6은 또한 데이터 입력 유닛(150)의 블록도를 도시하고 있으며, 이 데이터 입력 유닛(150)은, 수신된 입력 전압 데이터를 대응하는 디지털값으로 변환하도록 구성된 아날로그 대 디지털 변환기(A/D)(630)와, A/D 변환기(630)에 접속되고 상기 디지털값에 대응하는 그레이스 케일 레벨을 생성하도록 구성된 옵션으로 선택 가능한 그레이스케일 레벨 계산기(GL)(631)와, 화상 전압 데이터에 대한 라인 번호 및 수직열 번호를 생성하도록 구성된 수평열 및 수직열 트래커 유닛(RCNT)(632)과, RCNT(632)에 접속되고 라인 번호 및 수직열 번호에 대응하는 디스플레이 회로(100) 내의 어드레스를 출력하도록 구성된 조정 탐색표 어드레서(LA)(633)와, GL(631) 및 LA(633)에 접속된 제1 탐색표(LUT1)(635)를 포함한다. 데이터 입력 유닛(150)은 LUT1(635)에 접속된 디지털 대 아날로그 변환기(DAC)(636) 및 DAC(636)에 접속된 제1 라인 버퍼(LB1)를 더 포함한다. 일실시예에서, 비교기(544), 저항기(522), 및 데이터 입력 유닛(150)의 적어도 일부가 수직열 제어 회로(44)에 포함된다.
일실시예에서, LUT1(635)는 휘도를 알고 있는 광원에 대하여 디스플레이 회로(100)에서의 각각의 광학 센서를 조정하기 위한 조정 처리 동안에 획득되는 조정 데이터를 저장한다. 관련 미국 특허 출원 번호 10/872,344 및 10/841,198는 일례의 조정 처리를 기술하고 있으며, 이들 특허 출원은 본 명세서에서 참고자료로 통합되어 있다. 조정 처리는 각각의 그레이스케일 레벨에 대해 각각의 화소의 회로 노드(546)에서의 전압 분할기 전압 레벨로 나타나게 된다. 비제한적인 예로서, 8-비트 그레이스케일은 선택된 레벨이 되는 0 내지 256 레벨의 휘도를 가지며, 그 예로서 255번째 레벨은 텔레비젼 화면용의 300 니트(nit)로 될 수 있다. 나머지 255개의 레벨의 각각의 대한 휘도 레벨은 인간의 눈의 대수적 응답(logarithmic response)에 따라 할당된다. 0 레벨은 무방출(no emission)에 대응한다. 각각의 명도값(brightness value)은 광학 센서 OS(530)와 전압 분할기 저항기(542) 사이의 회로 노드(546)에 특정의 전압을 발생할 것이다. 이들 전압값은 탐색표 LUT1에 조정 데이터로서 저장된다. 그러므로, LA(633)에 의해 제공된 어드레스 및 GL(631)에 의해 제공된 그레이스케일 레벨에 기초하여, LUT1(635)은 저장된 조정 데이터로부터 조정된 전압을 생성하고, 이 조정된 전압을 DAC(636)에 제공하며, DAC(636)는 조정된 전압을 아날로그 전압값으로 변환하고, 그 아날로그 전압값을 LB1(637)에 다운로드한다. LB1(637)은 이 아날로그 전압값을 어드레스에 대응하는 수직열과 관련된 비교기(544)의 입력 P1에 기준 전압으로서 제공한다.
먼저, 모든 라인 Vos1, Vos2 등은 제로 레벨에 있거나, 또는 특정 어플리케이션에 따라서는 음의 전압에 있게 된다. 따라서, 각각의 화소(500)에서의 스위칭 소자(522)는 비교기(544)의 출력 P3에 상관없이 오프 상태로 된다. 또한, 각각의 화소의 분리 트랜지스터(532)도 오프 상태로 되어, 비교기(544)의 출력 P2에 어떠한 센서도 접속되지 않도록 한다. 전압 비교기(544)의 P2 상의 전압은 접지되어 있는 저항기(542)를 통해 흐르는 전류가 없기 때문에 제로(또는 접지 상태)로 된다는 점에 유의하기 바란다. 일실시예에서, 비교기(544)는, 2개의 입력 P1 및 P2에서 전압 레벨을 비교하여, P1이 P2보다 클 때에는 그 출력 P3에서 포지티브 서플라이 레일(positive supply rail)(예컨대, +10 볼트)을 생성하고, P1이 P2와 동일하거나 미만일 때에는 네거티브 서플라이 레일(예컨대, 0 볼트)을 생성하는 전압 비교기이다. 포지티브 서플라이 레일은 스위칭 소자(522)를 위한 논리 하이에 대응하는 한편, 네거티브 서플라이 레일은 스위치 소자(522)에 대한 논리 로우에 대응한다. 먼저, OLED(514)가 광을 방출하기 전에, OS(530)는 전류 흐름에 대해 최대 저항치를 가지며, VC(544)의 출력 핀 P2 상의 전압은 전압 분할기 저항기(542) 의 저항치 R이 OS(530)의 저항치에 비해 작기 때문에 최소로 된다. 따라서, 화소 PIX1, 1, PIX1, 2 등을 포함하는 제1 수평열(수평열 1)에 대한 기준 전압이 라인 버퍼(657)에 기록될 때, 각각의 비교기(544)의 입력 P1에 기준 전압이 공급되는 한편 각각의 비교기(544)의 입력 P2는 접지되어, 비교기(544)가 출력 P3에서 포지티브 서플라이 레일을 발생하도록 되기 때문에, 화소의 게이트 G1b의 전부가 개방 상태로 된다.
디스플레이(100)의 수평열 1에 대한 화상 데이터 전압은 A/D 변환기(630)에 직렬로 보내지며, 각각의 전압은 LB1이 수평열 내의 모든 화소에 대한 기준 전압을 저장할 때까지 기준 전압으로 변환되어 LB1(637)에 저장된다. 이와 거의 동시에, 시프트 레지스터 Vos(620)는 Vos 전압(예컨대, +10 볼트)을 라인 Vos1에 제공하여, 수평열 1의 각각의 스위칭 소자(524)의 게이트 G1b 및 그에 따라 스위칭 소자(522) 자체를 턴온시킨다(게이트 G1a이 이미 온 상태이기 때문에). 라인 Vos1 상의 전압 Vos는 또한 OS(530) 및 제1 수평열의 각각의 화소의 트랜지스터(532)의 게이트 G3에도 인가되고, 이에 의해 트랜지스터(532)를 도통 상태로 하여 OS(530)를 통해 전류가 흐르도록 한다. 이와 거의 동시에, 시프트 레지스터 RS(610)는 램플 전압 VR(예컨대, 0 내지 10 볼트)을 라인 VR1에 보내며, 스위칭 소자(522)가 도통 상태이기 때문에 이 램프 전압이 저장 커패시터(524) 및 수평열 1의 각각의 화소의 트랜지스터(512)의 게이트 G2에 인가된다. 라인 VR1 상의 전압이 상승될 때(ramped up), 커패시터(524)는 점차적으로 충전되고, 제1 수평열의 화소의 각각에서의 트랜 지스터(512) 및 OLED(514)를 통과하는 전류가 증가하며, OLED(514)로부터의 광방출이 또한 증가한다. 수평열 1에서의 각각의 화소의 OLED(514)로부터의 증가된 광방출량은 화소과 관련된 OS(530)에 조사되어, OS(530)와 관련된 저항치를 감소시키며, 그에 따라 저항기(542) 양단의 전압 또는 비교기(544)의 입력 P2의 전압을 증가시킨다.
이러한 과정은, OLED(514)가 화소에 대한 요구된 휘도에 도달하고 입력 P2에서의 전압이 비교기(544)의 입력 P1에서의 기준 전압과 동일하게 될 때까지, 화소 내의 OLED(514)가 램프 전압 VR의 증가와 함께 휘도를 상승시키는 수평열 1의 각각의 화소에서 지속된다. 응답 시, 비교기(544)의 출력 P3가 포지티브 서플라이 레일에서 네거티브 서플라이 레일로 변경되어, 화소의 스위칭 소자(522)의 게이트 G1b 및 그에 따라 스위칭 소자 자체를 턴오프한다. 스위칭 소자(522)가 턴오프되면, VR의 추가의 증가가 화소의 트랜지스터(512)의 게이트 G에 인가되지 않으며, 트랜지스터(512)의 게이트 G2와 제2 단자 S2 간의 전압이 화소의 커패시터(524)에 의해 일정하게 유지된다. 따라서, 화소의 OLED(514)로부터의 방출 레벨은 화소과 관련된 전압 비교기(544)의 핀 P1 상에 위치하는 조정된 기준 전압에 의해 결정된 바와 같은 요구된 레벨로 동결 또는 고정된다.
램프 전압 VR1이 그 전체 값을 증가시키기 위해 소요하는 시간 기간은 라인 어드레스 시간으로 지칭된다. 500 라인을 갖고 초당 60 프레임으로 수행되는 디스플레이에서, 라인 어드레스 시간은 대략 33 마이크로초 또는 그 미만이다. 따라서, 제1 수평열의 모든 화소는 라인 어드레스 시간의 종료시까지 자신의 각각의 요 구된 방출 레벨에 있게 되며, 이에 의해 디스플레이(100)에서의 수평열 1의 기록이 완료된다. 수평열 1이 기록된 후, 수평 시프트 레지스터 Vos(620) 및 RS(610)는 각각 라인 VR1 및 Vos1를 턴오프하여, 스위칭 소자(522) 및 분리 트랜지스터(532)가 턴오프되도록 하며, 이에 의해 저장 커패시터(524) 상의 전압을 고정(lock)하고, 각각의 수직열과 관련된 전압 비교기(544)로부터의 수평열 1의 광학 센서(530)를 고립시킨다. 이것이 발생될 때, 각각의 비교기(544)의 핀 P2 상의 전압은 저항기 R에 전류가 흐르지 않기 때문에 접지 전위로 되어, 전압 비교기(544)의 출력 P3가 다시 포지티브 서플라이 레일로 되도록 하며, 이로써 각각의 관련 화소의 스위칭 소자(522)의 게이트 G1b가 다시 턴온되어, 디스플레이(100)의 제2 수평열의 화소에의 기록이 준비된다.
제2 수평열의 기록동안, 제2 수평열과 관련된 화상 데이터는 A/D(630)에 제공되며, 램프 선택기 RS(610)는 램프 전압 VR을 출력하기 위해 라인 VR2를 선택하며, 라인 선택기 VosS(620)는 라인 선택 전압 Vos를 출력하기 위해 라인 Vos2를 선택하며, 제2 수평열의 화소가 턴온될 때가지 제2 수평열의 화소에 대해 이 과정이 반복된다. 램프 선택기 RS(610) 및 VosS(620)는 수평열 3으로 이동하여, 디스플레이 내의 모든 수평열이 턴온될 때까지 이 과정을 지속하며, 그 후 프레임에 대해서도 반복한다. 도 6에 예시된 실시예에서, 각각의 스위칭 소자(522)는 더블 게이트, 즉 게이트 G1 및 게이트 G1b를 가지며, 수평열 1에서의 각각의 스위칭 소자(522)의 게이트 G1a는 라인 Vos1에 의해 유지된다. 따라서, 후속 수평열의 기록 동안, 게이트 G1b가 도통할 수도 있지만, 수평열 1의 스위칭 소자(522)는 Vos1이 선택되지 않기 때문에 오프 상태를 유지한다. 그러므로, 수평열 1의 각각의 화소의 커패시터(524)는 수평열 1의 다른 화소의 커패시터(524)와 비접속 상태를 유지하게 된다. 이에 의해, 방금 기록된 수평열의 상이한 화소에서의 커패시터(524) 간의 크로스 토크가 제거되며, 이로써 수평열의 각각의 화소가 후속 수평열의 기록 동안 요구된 방출 레벨을 지속적으로 출력하게 된다.
디스플레이(100) 내의 각각의 화소(500)의 휘도는 트랜지스터(512)와 연관된 전압-전류 관계에 의존하지 않지만 특정의 이미지 계조 레벨(grayscale level)과 화소 휘도 자체의 피드백에 의해 제어되기 때문에, 전술한 실시예는 트랜지스터(512)로 하여금 불포화 영역에서 동작할 수 있게 하며 그러므로 디스플레이(100)의 동작에 필요한 전력을 절약할 수 있다. 배경란에서 설명한 예시적 OLED 및 TFT 파라미터를 사용하면, 9볼트 정도로 낮은 VDD로도 충분히 디스플레이(100)를 동작시킬 수 있는데 그 이유는 트랜지스터 TFT(512)는 포화 영역에서는 동작시킬 필요가 없기 때문이다. 9볼트가 안 되는, 약 6볼트를 OLED(514)에서 1μA의 전류를 생성하는데 OLED(514)가 가장 낡았을 때 사용되며, 디스플레이의 수명을 초과하는 임계 전압 드리프트(threshold voltage drift)에 추가의 약 2볼트가 필요하며, 트랜지스터(512)의 양단에 소스/드레인 전압으로서 최소 약 1볼트를 사용한다. 그래서 포화 모드에서 종래 전력 TFT 동작 시에 필요로 하는 약 9.2볼트 마이크로와트 대신에, 전력 TFT(512)의 소비 전력은 약 5 마이크로와트로 된다. 이것은 전력 TFT의 경우 약 46%로서 상당한 전력이 절약된다.
통상적인 전력 TFT와 연관된 이하의 파라미터를 사용하면,
Figure 112006082909592-PCT00005
여기서 μ는 유효 전자 이동도, εo는 자유 공간의 허용도, εr는 게이트 유전체의 유전 상수, w은 TFT 채널 폭, l은 TFT 채널 길이이고, d는 게이트 유전 두께이고, Vth는 임계 전압이며, 통상적인 전력 TFT(512)가 불포화 영역에서 1μA의 전류로 동작할 수 있는 최대 게이트 전압 VG2는 약 15볼트이다. 그러므로 램프 전압 VR의 최대값은 15V로 설정되어야 한다. TFT(512)에 대해 필요한 게이트 전압은 TFT(512)가 불포화 영역에서 동작할 때보다 커야 하지만 이것은 전력 소비를 크게 하지는 않는다.
전술한 바와 같이, 추가의 전압 또는 전압 범위 용량을 전력 공급 VDD에 이롭게 포함할 수 있지만, 이로 인해 OLED D1의 효율성의 저하 및 전력 TFT(512)의 임계 전압 드리프트를 허용할 수 있다. 이러한 추가의 전압은 3 내지 4볼트 정도일 수 있으며, 그 결과 상당한 전력의 소비를 야기한다. 가변 전력 공급 장치를 사용 하면 추가의 전력 절약을 도모할 수 있고, 이는 전압 VDD를 초기에 낮게 설정할 수 있으며, 화소가 오래됨에 따라 또는 임계 전압 드리프트에 따라 증가될 수 있거나, 양쪽 모두에 따라 증가될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이(100) 내의 전력 조정 유닛(160)을 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 전력 조정 유닛(160)은 화소의 수직열에 각각 연관된 복수의 트랜지스터(710) 및 트랜지스터(710) 각각의 것에 각각 결합된 복수의 커패시터(712)를 포함한다. 각각의 트랜지스터(710)는 제1 및 제2 단자 및 제어 단자를 갖는 임의의 트랜지스터일 수 있으며, 제1 및 제2 단자 사이의 전도성은 제어 단자에 공급되는 전압에 의해 제어 가능하다. 일실시예에서, 각각의 트랜지스터(710)는 제1 단자가 드레인 D4이고, 제2 단자가 소스 D4이고, 제어 단자가 게이트 G4인 TFT이다. 각각의 커패시터(712)는 TFT(710)의 각각의 것의 소스 S4와 접지 사이에 결합되어 있다. 각각의 TFT(710)의 게이트 G4는 전압 비교기(544)의 각각의 것의 출력 P3에 접속되어 있고 TFT의 드레인 D4는 램프 전압 출력 VR에 접속되어 있다.
전력 조정 유닛(160)은 라인 버퍼(LB2)(720), 램프 로직 블록(RL)(730), 룩업 테이블(LUT2)을 축적하는 축적 매체(740) 및 상이한 램프 전압 테이블(DRV)을 축적하는 축적 매체(750)를 더 포함한다. 동작 시, 어드레스될 수직열 내의 화소 내의 축적 커패시터에 램프 전압값이 로킹(lock)될 때마다. 그 화소를 포함하는 수수직열의 헤드에서 축적 커패시터(712)에 동일한 전압이 로킹된다. 이러한 로킹된 램프 전압은 LB2(720)에 업로드된다.
디스플레이가 처음으로 사용될 때,LB2(720)에 로딩된 램프 전압 세트는, 어떠한 화소 저하나 TFT 임계 전압 드리프트가 발생되기 전에 디스플레이의 최초의 새로운 상태를 나타낸다. 램프 전압의 이러한 최초의 세트는 룩업 테이블 LU2(740)에 축적되어 있다. 최초의 램프 전압 세트는 램프 로직(Ramp Logic) RL 730에 의해 룩업 테이블 LUT2 740에 안내된다. 디스플레이의 이후의 사용에서는, LB2에 로딩된 램프 전압이 룩업 테이블 LUT2에 축적되어 있는 상기 초기 세트의 램프 전압과 비교되고 그 차이가 DRV(750)에 축적된다. 디스플레이가 오래됨에 따라, OLED(514)통해 흐르는 동일한 전류 또는 OLED(514)의 동일한 휘도를 생성하는데 전력 TFT(512)에서의 더 높은 게이트 전압이 필요하게 된다. 그러므로 DRV(750)에서의 설정된 값은 디스플레이가 얼마나 오래되었는지를 나타내고 이러한 값들은 디스플레이(100)의 계속적인 사용에 따라 커지게 될 것이다.
상이한 램프 전압이 증가할수록, 가변 전력 공급 장치(170)로부터 출력된 전압 VDD 역시 공지의 기술을 사용하여 증가하게 되어 화소의 오래됨 및 전력 TFT 임계 전압 드리프트를 보상하게 된다. VDD를 증가시킬 때와 얼마만큼의 증가가 수행되어야 하는지를 결정하는 다양한 방법이 존재한다. 비제한적인 예로서, DRV(750)에 축적된 상이한 램프 전압의 소정의 백분율(예를 들어, 20%)이 각각 소정의 양(예를 들어, 0.25 볼트) 이상으로 변화하였을 때, VDD는 소정의 양(예를 들어, 0.25볼트)만큼 증가할 수 있다. 다른 예로서, DRV(750)에 축적된 상이한 램프 전압의 평균이 소정의 양(예를 들어, 0.25 볼트)만큼 증가하였을 때, VDD는 소정의 양(예를 들어, 0.25볼트)만큼 증가할 수 있다.
전술한 바로부터 본 발명의 실시예는 설명의 목적을 위해 본 명세서에 설명되었으나, 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구의 범위를 벗어나지 않는 한 제한되지 않는다.

Claims (20)

  1. 복수의 화소를 갖는 디스플레이에 있어서,
    각각의 화소는,
    전류의 통전에 응답하여 발광하는 발광 디바이스로서, 상기 발광 디바이스의 휘도는 상기 전류에 의존하는, 발광 디바이스;
    상기 발광 디바이스에 연결되어 상기 발광 디바이스를 통하여 전류를 제공하는 트랜지스터로서, 상기 전류는 상기 트랜지스터의 제어 단자에 인가되는 램프 전압(ramp voltage)에 따라 증가하는, 트랜지스터; 및
    특정의 레벨에 도달된 상기 발광 디바이스의 휘도에 응답하여 오프 상태로 전환시킴으로써, 상기 트랜지스터에 대한 상기 램프 전압의 공급을 중단시키는 제1 스위칭 디바이스
    를 포함하며,
    상기 제1 스위칭 디바이스는 또한 오프 상태를 유지하여, 상기 화소가 재기록될 때까지 상기 발광 디바이스의 휘도가 상기 특정의 레벨로 유지되도록 하는, 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 디바이스는 유기 발광 다이오드인, 디스플레이.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 화소는 상기 트랜지스터에 연결된 커패시터를 더 포함하고, 상기 커패시터는, 상기 트랜지스터에 대한 상기 램프 전압의 공급이 중단된 후, 상기 발광 디바이스의 휘도를 상기 특정의 레벨로 유지시키는, 디스플레이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 화소에 연관된 광센서를 더 포함하며,
    상기 광센서는 상기 발광 디바이스로부터 광의 일부를 수광하도록 위치하고 상기 발광 디바이스의 휘도에 의존하는 전기 파라미터를 가지는, 디스플레이.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 화소들은 수평열과 수직열(rows and columns)로 배열되고,
    상기 디스플레이는, 각각의 수직열(column)에 대응하고 상기 수직열 내의 각각의 화소 내의 상기 광센서에 직렬로 결합된 레지스터를 더 포함하는, 디스플레이.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각각의 화소는, 상기 광센서에 직렬로 연결된 제2 스위칭 디바이스를 더 포함하고, 상기 제2 스위칭 디바이스는, 상기 화소들의 수평열(row)에 대응하는 전도 라인에 접속된 제어 단자를 가지는, 디스플레이.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 디바이스 및 상기 제2 스위칭 디바이스는 박막 트랜지스터인, 디스플레이.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 화소들은 수평열과 수직열로 배열되고, 각각의 화소 내의 상기 제1 스위칭 디바이스는, 화소들의 수평열에 대응하는 전도 라인에 결합된 제1 제어 단자 및 상기 발광 디바이스의 휘도에 의존하는 전압에 연결된 제2 제어 단자를 가지는, 디스플레이.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 화소들의 각각의 수직열에 연관되어 있고, 상기 수직열 내의 각각의 화소 내의 제1 스위칭 디바이스의 제2 제어 단자에 접속된 출력, 상기 수직열 내의 하나의 화소의 특정의 휘도에 대응하는 기준 전압을 수신하는 제1 입력, 및 상기 수직열 내의 각각의 화소에 연관된 광센서에 접속된 제2 입력을 가지는 전압 비교기를 더 포함하는 디스플레이.
  10. 디스플레이 내의 화소의 휘도를 제어하는 방법에 있어서,
    스위칭 디바이스의 제1 제어 단자에 제1 제어 전압을 인가하고 제2 제어 단 자에 제2 제어 전압을 인가하여 상기 스위칭 디바이스를 온(on)으로 스위칭하는 단계;
    발광 디바이스에 직렬로 연결된 트랜지스터의 게이트에 상기 스위칭 디바이스를 통해 램프 전압(ramp voltage)을 인가하여 상기 발광 디바이스의 휘도를 상기 램프 전압에 따라 증가시키는 단계; 및
    상기 발광 디바이스로부터의 광을 광센서에 조사하여 상기 광센서에 연관된 전기 파라미터를 상기 발광 디바이스의 휘도에 따라 변하게 하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제2 제어 전압은, 상기 전기 파라미터에 의존하여 상기 화소에서 특정의 레벨에 도달된 상기 발광 디바이스의 휘도에 응답해서 다른 값으로 변함으로써 상기 스위칭 디바이스를 오프 상태로 전환시키는, 화소의 휘도 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 트랜지스터에 연결된 커패시터를 상기 램프 전압으로 충전시키는 단계를 더 포함하고, 상기 커패시터는 상기 스위칭 디바이스가 오프된 후 상기 광의 휘도가 상기 특정의 레벨로 유지시키는, 화소의 휘도 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭 디바이스를 오프 상태로 유지시키고 상기 광의 휘도가 상기 특정의 레벨로 유지시키도록 상기 제1 제어 전압을 변화시키는 단계를 더 포함하는 화소의 휘도 제어 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 트랜지스터 및 상기 발광 디바이스는 가변 전압원과 접지 사이에서 서로 직렬로 연결되며,
    상기 화소의 휘도 제어 방법은, 상기 디스플레이가 오래됨에 따라 상기 가변 전압원으로부터의 전압 출력을 가변시키는 단계를 더 포함하는, 화소의 휘도 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전압 출력을 가변시키는 단계는,
    상기 디스플레이 내의 각각의 화소 내의 발광 디바이스를 상기 화소에 대한 휘도의 상기 특정의 레벨에 도달하게 하는데 필요한 램프 전압의 값을 기록하는 단계; 및
    상기 디스플레이 내의 화소 중 일부 또는 모두에 대한 상기 기록된 값의 변화로부터 계산된 통계적 측정치에 기초하여 상기 전압 출력을 가변시키는 단계
    를 포함하는, 화소의 휘도 제어 방법.
  15. 복수의 화소를 갖는 디스플레이에 있어서,
    각각의 화소는,
    전류의 통전에 응답하여 발광하는 발광 디바이스로서, 상기 발광 디바이스의 휘도는 상기 전류에 의존하는, 발광 디바이스;
    상기 발광 디바이스를 통하여 상기 전류를 제공하는 트랜지스터로서, 상기 전류는 전류원의 제어 단자에 인가되는 램프 전압에 따라 증가하는, 트랜지스터; 및
    특정의 레벨에 도달된 상기 발광 디바이스의 휘도에 응답하여, 상기 트랜지스터에 대한 상기 램프 전압의 공급을 중단시키는 제1 스위칭 디바이스
    를 포함하며,
    상기 트랜지스터 및 상기 발광 디바이스는 가변 전압원과 접지 사이에서 서로 직렬로 연결되어 있는, 디스플레이.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 가변 전압원은 상기 디스플레이가 오래됨에 따라 변화하는 전압을 출력하도록 구성된, 디스플레이.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가변 전압원으로부터의 전압은, 상기 디스플레이 내의 화소 중 일부 또는 모두에서 상기 발광 디바이스의 휘도를 특정의 레벨에 도달되게 하는데 필요한 램프 전압의 변화에 대한 통계적 평가에 기초하여 변화하는, 디스플레이.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 램프 전압에 의해 충전되도록 구성된 축적 커패시터;
    상기 특정의 레벨에 도달된 상기 발광 디바이스의 휘도에 응답하여, 상기 커패시터에 대한 램프 전압의 공급을 중단시키는 제2 스위칭 디바이스; 및
    상기 축적 커패시터에 대한 상기 제2 램프 전압의 공급이 중단된 후 상기 축적 커패시터 양단의 전압을 기록하는 버퍼
    를 더 포함하는 디스플레이.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 트랜지스터에 연결되어 있고, 상기 발광 디바이스의 휘도가 상기 특정의 레벨에 도달될 때까지 상기 램프 전압에 의해 충전되어 상기 발광 디바이스의 휘도가 상기 특정의 레벨로 유지하는 커패시터를 더 포함하는 디스플레이.
  20. 복수의 화소를 갖는 디스플레이에 있어서,
    각각의 화소는,
    발광 디바이스;
    상기 발광 디바이스의 휘도가 램프 전압에 따라 증가하도록 상기 램프 전압으로 하여금 상기 발광 디바이스를 통하는 전류를 제어하게 하는 수단;
    특정의 레벨에 도달된 상기 휘도에 응답하여 상기 발광 디바이스에 대한 상기 램프 전압의 공급을 중단시키는 수단; 및
    상기 램프 전압의 공급이 중단된 후 상기 휘도를 상기 특정의 레벨로 유지시키는 수단
    을 포함하며,
    상기 유지시키는 수단은 상기 화소를 상기 디스플레이 내의 다른 화소들로부터 분리시키는 수단을 포함하는, 디스플레이.
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