KR20080063303A - 발광 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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KR20080063303A
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KR1020087008474A
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안드리아 지랄도
랄프 컬트
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

능동 매트릭스 디스플레이 디바이스는 디스플레이 픽셀 어레이를 포함하고, 각 픽셀은 전류-구동식 발광 디스플레이(LED) 소자, 이 디스플레이 소자를 통해 전류를 구동시키는 구동 트랜지스터와, 이 구동 트랜지스터와 직렬인 스위칭 트랜지스터 및 이 스위칭 트랜지스터의 게이트 전압을 조절하는 광학 피드백 배열을 포함하고, 이로써, 스위칭 트랜지스터를 스위치-오프하는 타이밍의 제어가 디스플레이 소자의 광 출력에 의존하여 구동 트랜지스터로부터 디스플레이 소자를 분리시키도록 한다. 이러한 배열은 상기 구동 트랜지스터의 제어를 대신해서 추가적인 스위칭 트랜지스터의 제어를 위한 광학 피드백 배열을 사용한다. 그러므로, 상기 구동 트랜지스터의 제어는 간략화되고, 추가적인 광-의존성 제어는 이 구동 트랜지스터와 직렬 인 추가적인 스위칭 트랜지스터를 위한 것이다.

Description

발광 디스플레이 디바이스{EMISSIVE DISPLAY DEVICES}
본 발명은 발광 디스플레이 디바이스 특히, 발광 디스플레이 소자와 박막 트랜지스터를 포함하는 픽셀의 어레이를 갖는 능동 매트릭스 디바이스에 관한 것이다. 더 상세하게 그러나 배타적이지 않게, 본 발명은 능동 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스와 관련되는데, 상기 능동 매트릭스 전자발광성 디스플레이 디바이스의 픽셀은 디스플레이 소자에 의해 발광되고, 상기 디스플레이 소자의 여자(energisation:동작상태 활성화)를 제어하는데 사용되는 광에 반응하는 광을 감지하는 소자를 포함한다.
발광 디스플레이 소자를 채용하는 매트릭스 디스플레이 디바이스는 잘 알려져 있다. 이러한 디스플레이 소자는 (PLED)인, 폴리머 물질을 포함하는 유기성 박막 전자발광 소자(OLED) 또는 그 밖의 발광 다이오드(LED)를 흔히 포함한다. 이러한 물질은 한 쌍의 전극 사이에 삽입된(sandwiched) 반도체 복합 폴리머의 하나 이상의 층을 전형적으로 포함하고, 이들 중 하나의 층은 투명하고, 그 나머지는 상기 폴리머 층에 홀 또는 전자를 주입하는데 적합한 물질로 되어 있다.
이러한 디스플레이 디바이스의 디스플레이 소자는 전자 구동식이고, 종래의 아날로그 구동 방식은 디스플레이 소자에 제어 가능한 전류를 공급하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 전류 소스 트랜지스터는 픽셀 구성의 일부로서 제공되며, 전류 소스 트랜지스터에 공급된 게이트 전압이 전자발광(EL) 디스플레이 소자를 통과하는 전류를 결정한다. 저장 커패시터는 어드레스 페이즈 이후에 게이트 전압을 보유한다.
그러므로 각 픽셀은 EL 디스플레이 소자와 관련된 구동기 회로를 포함한다. 이 구동기 회로는 행 컨덕터 상의 행 어드레스 펄스에 의해 턴-온되는 어드레스 트랜지스터를 갖는다. 이 어드레스 트랜지스터가 턴-온되는 경우, 열 컨덕터의 데이터 전압은 픽셀의 나머지 부분으로 흐를 수 있다. 특히, 이 어드레스 트랜지스터는 구동 트랜지스터와 이 구동 트랜지스터의 게이트와 연결된 저장 커패시터를 포함하는 전류 소스 회로에 열 컨덕터 전압을 제공한다. 열 데이터 전압이 구동 트랜지스터의 게이트에 제공되고, 이 게이트는 심지어, 행 어드레스 펄스가 종료된 이후에도 상기 저장 커패시터에 의해 상기 전압으로 유지된다. 이 저장 커패시터는 게이트-소스 사이의 전압을 고정되게 유지한다. 이것은 트랜지스터에 통하는 고정된 소스-드레인 사이의 전류를 초래함으로서, 픽셀의 바람직한 전류 소스 동작을 제공한다. EL 디스플레이 소자의 밝기는 대략, 이 소자를 통해 흐르는 전류에 비례한다.
상기 기본적인 픽셀 회로에서, 주어진 구동 전류에 대한 픽셀의 밝기 레벨에서의 감소를 야기하는, LED 물질의 차별적인 노화(ageing) 또는 열화(degradation)는 디스플레이 전반의 이미지 품질에 대한 변화를 야기 시킬 수 있다. 광범위하게 사용되었던 디스플레이 소자는 드물게 사용되었던 디스플레이 소자보다 훨씬 더 희미할 것이다. 또한, 구동 트랜지스터 특성에 대한 가변성 특히, 임계값 전압 레벨로 인해 디스플레이 불규칙성 문제가 발생할 수 있다.
LED 물질의 노화와 트랜지스터 특성의 변동을 보상할 수 있는 개선된 전압-어드레스된 픽셀 회로가 제안되어 왔다. 이것은 픽셀의 초기의 어드레스 이후의 구동 주기 동안, 디스플레이 소자의 광 출력을 통합되게 제어하기 위해 디스플레이 소자의 광 출력에 반응하고, 상기 광 출력에 반응하여 저장 커패시터 상에서 저장된 전하를 누출하도록 동작하는 광 감지 소자를 포함한다. 이러한 타입의 픽셀 구성의 예는 WO 01/20591 및 EP 1 096 466에서 상세히 설명된다.
예시적인 실시예에서, 픽셀의 포토다이오드는 저장 커패시터에 저장된 게이트 전압을 방전하고, EL 디스플레이 소자는, 상기 구동 트랜지스터 상의 게이트 전압이 임계값 전압에 이르는 시간 때에, 발광을 중단하는데, 상기 시간에 저장 커패시터는 방전을 중단한다. 상기 포토다이오드에서 전하가 누출되는 비율은 디스플레이 소자 출력의 함수라서, 상기 포토다이오드는 광에 민감한 피드백 디바이스로서 그 역할을 한다.
이러한 배열로, 디스플레이 소자로부터의 광 출력은 EL 디스플레이 소자 효율과는 별개이고, 이로써, 노화 보상이 제공된다. 이러한 기술은 시간 주기에 걸쳐 비규칙성을 덜 겪는 고 품질의 디스플레이를 달성하는데 효과적이라는 사실을 보여 왔다. 그러나 이러한 방법은 프레임 시간에서 픽셀로부터 충분한 평균 밝기를 획득하기 위해 일시적인 하이 피크 밝기 레벨을 요구하지만, 이것은 LED 물질이 결과적으로 더 빠르게 노화될 가능성이 있기 때문에 디스플레이 동작엔 이점을 주지 못한다.
본 출원인에 의해 개선될 대안적인 접근에 있어서, 광학 피드백 시스템은 디스플레이 소자가 동작되는 듀티 사이클을 변화시키도록 사용된다. 이 디스플레이 소자는 고정된 밝기로 구동되고, 광학 피드백은 구동 트랜지스터를 신속하게 턴-오프하는 트랜지스터 스위치를 트리거링하도록 사용된다. 이것은 높은 일시적인 밝기 레벨의 필요를 피하지만, 상기 픽셀에 추가적인 복잡성을 끌어들인다.
본 발명에 따르면, 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스가 제공되는데, 상기 각각의 픽셀은:
- 전류-구동식 발광 디스플레이 소자와,
- 상기 디스플레이 소자에 통하는 전류를 구동하는 구동 트랜지스터와,
- 상기 구동 트랜지스터와 직렬인 스위칭 트랜지스터와,
- 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트 전압을 조절하는 광학 피드백 배열을 포함하고, 이로써, 스위칭 트랜지스터를 스위치-오프하는 타이밍의 제어가 디스플레이 소자의 광 출력에 의존하여 구동 트랜지스터로부터 디스플레이 소자를 분리시키도록 한다.
이러한 배열은 상기 구동 트랜지스터의 제어를 대신해서 추가적인 스위칭 트랜지스터의 제어를 위한 광학 피드백 배열을 사용한다. 그러므로, 상기 구동 트랜지스터의 제어는 간략화되고, 추가적인 광-의존성 제어는 이 구동 트랜지스터와 직렬인 추가적인 스위칭 트랜지스터를 위한 것이다. 이것은 간단한 방식으로 듀티 사이클 타입 제어를 구현한다.
각각의 픽셀은 구동 트랜지스터를 어드레싱하는데 사용되도록 픽셀 구동 전압을 저장하는 제1 저장 커패시터를 더 포함하고, 상기 제1 저장 커패시터는 상기 구동 트랜지스터의 게이트와 소스 사이에 연결될 수 있다. 상기 구동 트랜지스터, 스위칭 트랜지스터 및 디스플레이 소자는 전원 라인 사이에서 직렬로 바람직하게 연결된다.
제2 저장 커패시터는 스위칭 트랜지스터의 제어를 위한 게이트 전압을 저장하기 위해 저장될 수 있다. 그 다음, 광학 피드백 배열은 디스플레이 소자의 밝기를 검출하고, 제2 저장 커패시터에 저장된 전압을 변경하기 위한 광-의존성 디바이스를 포함한다.
두개의 다른 어드레스 전압이 픽셀에서 저장되도록 하기위해, 제1 어드레스 트랜지스터는 데이터 라인과 구동 트랜지스터의 게이트 사이에 제공되고, 제2 어드레스 트랜지스터는 데이터 라인과 제2 저장 커패시터의 하나의 단자 사이에 제공된다. 단일의 데이터 라인이 연속 동작으로 사용될 수 있거나 또는, 두개의 데이터 라인이 사용될 수 있다.
피드백 트랜지스터는 스위칭 트랜지스터의 게이트와 이 스위칭 트랜지스터의 스위칭 속도를 증가시키는 전원 라인 사이에 연결될 수 있다.
스위칭 트랜지스터의 스위칭 속도를 증가시키는 또 다른 배열에 있어서, 제2 저장 커패시터의 하나의 단자와 광 의존성 디바이스의 하나의 단자는 회로 노드에 함께 연결되고, 인버터는 상기 회로 노드와 스위칭 트랜지스터의 게이트 사이에 제공된다. 상기 인버터는 상기 스위칭 속도를 더 증가시키기 위해 인버터 자신의 전력 라인에 의해 제어될 수 있다.
본 발명은 또한, 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법을 제공하고, 상기 각각의 픽셀은 구동 트랜지스터와 전류-구동식 발광 디스플레이 소자를 포함하며, 각 픽셀에 대해 상기 방법은:
- 상기 구동 트랜지스터에 인가된 게이트 전압을 제어하기 위한 제1 픽셀 구동 전압을 저장하는 단계와,
- 스위칭 트랜지스터에 인가된 전압을 제어하기 위한 제2 픽셀 제어 전압을 저장하는 단계로서, 상기 제2 픽셀 제어 전압은 스위칭 트랜지스터를 스위치-온하는데 충분한, 제2 픽셀 제어 전압을 저장하는 단계와,
- 상기 제1 픽셀 구동 전압에서 유도된 전류로 픽셀의 디스플레이 소자를 구동하는 단계와,
- 상기 디스플레이 소자의 광 출력을 검출하는 단계와,
- 상기 스위칭 트랜지스터가 턴-오프할 때 까지 광 출력에 의존하여 스위칭 트랜지스터의 제어를 변화시키는 단계를
포함한다.
본 발명은 전자발광 디스플레이 디바이스에 대해 특별한 이점을 가진다.
본 발명에 따른 유익한 특징은 지금부터 첨부되는 도면을 참조하여 예로서 설명될 본 발명의 다양한 측면의 실시예에서 세부적으로 예시된다.
도 1은 능동 매트릭스 EL 디스플레이 디바이스의 실시예에 관한 간략화된 개략적인 도면.
도 2는 공지된 형태의 픽셀 회로를 예시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 4는 도 3의 픽셀 회로의 광 출력을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제2 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제3 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제4 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 8은 픽셀 회로를 동작하는 제1 방법에 대한 타이밍 다이어그램.
도 9는 픽셀 회로를 동작하는 제2 방법에 대한 타이밍 다이어그램.
도 10은 셀 회로를 동작하는 제3 방법에 대한 타이밍 다이어그램.
도 11은 셀 회로를 동작하는 제4 방법에 대한 타이밍 다이어그램.
도 12는 픽셀 회로를 동작하는 제5 방법에 대한 타이밍 다이어그램.
동일하거나 유사한 부분을 표시하기 위해 도면 전반에서 동일한 참조 번호가 사용된다.
도 1로 돌아가면, 능동 매트릭스 EL 디스플레이 디바이스는 블록 10으로 표시된 일정한 간격으로 떨어진 픽셀의 행 및 열 매트릭스 어레이를 갖는 패널을 포함하는데, 각각의 픽셀은 EL 디스플레이 소자(20)와 이 디스플레이 소자에서 통하는 전류를 제어하는 관련 구동 회로를 포함한다. 상기 픽셀은 행 (선택)과 열 (데이터) 어드레스 컨덕터의 크로싱 세트 즉, 라인(12, 14) 사이의 교차 지점에 위치된다. 간소함을 위해 오로지 일부 픽셀만이 본 명세서에 도시된다. 픽셀(10)은 각각의 컨덕터 세트 끝단에 연결된 행 스캐닝 구동기 회로(16)와 열 데이터 구동기 회로(18)를 포함하는 주변 구동 회로를 이용하여 어드레스 컨덕터 세트를 통해 어드레싱된다.
픽셀의 각 행은 어드레스 주기 다음에 오는 프레임 주기에서 개별적인 디스플레이 출력을 결정하는 각 데이터 신호로 행의 픽셀을 프로그래밍하기 위해 상기 회로(16)에 의해 관련 행 컨덕터(12)에 인가된 선택 펄스 신호를 이용하여 프레임 주기에서 차례로 어드레싱되고, 상기 데이터 신호는 상기 회로(18)에 의해, 열 컨덕터(14)에 동시에 인가된다. 각 행이 어드레싱됨에 따라, 상기 데이터 신호는 적절한 동기화로 회로(18)에 의해 인가된다.
각 픽셀의 EL 디스플레이 소자(20)는 본 명세서에서 다이오드 소자(LED)로 나타낸 유기 발광 다이오드와 전극 쌍을 포함하는데, 이 전극 쌍 사이에, 유기 전자발광 발광 물질의 하나 이상의 능동 층이 삽입된다. 이러한 특정 실시예에서, 다른 유기 전자발광 물질 가령, 낮은 분자량(low molecular weight)의 물질이 사용될 수 있더라도 상기 물질은 폴리머 LED 물질을 포함한다. 상기 어레이의 디스플레이 소자는 절연 기판의 표면상에서 이들의 관련된 능동 매트릭스 회로와 함께 위치된다. 상기 기판은 유리와 같은 투명 물질로 구성되고, 상기 디스플레이 소자(20)의 캐소드 또는 애노드 중 어느 하나는 ITO와 같은 투명한 전도성 물질로 형성되어서, 상기 전자발광 층에 의해 발생되는 광이 이러한 전극을 통해 투과된다.
각 픽셀(10)의 구동 회로는 저온성 폴리실리콘 TFT(박막 트랜지스터)를 포함하는 구동 트랜지스터를 포함하는데, 상기 TFT는 픽셀의 각 열에 의해 공유되는 열 컨덕터(14)를 통해 픽셀에 인가된 데이터 신호 전압에 기초하여 디스플레이 소자(20)에 통하는 전류를 제어하는데 책임이 있다. 상기 열 컨덕터(14)는 픽셀 구동 회로의 어드레스 TFT를 통해 전류-제어식 구동 TFT의 게이트에 연결되고, 행 픽셀의 어드레스 TFT를 위한 게이트는 각각의 공통 행 어드레스 컨덕터(12)에 전부 연결된다.
도 1에서 도시되지 않더라도, 픽셀(10)의 각 행은 또한, 종래 방식으로 미리 결정된 전압으로 유지되는 각각의 전원 공급기와, 모든 픽셀에 공통인 연속 전극으로서 흔히 제공되는 참조 전위 라인을 공유한다. 상기 디스플레이 소자(20)와 구동 TFT는 전원 라인과 공통 참조 전위 라인 사이에서 직렬로 연결된다. 예컨대, 상기 참조 전위 라인은 접지 전위에 존재하고, 전원 라인은 예컨대, 약 12V와 같은 양의 전위로 존재할 수 있다.
그러므로 설명된 디스플레이 디바이스의 특징은 공지된 디바이스의 특징과 일반적으로 유사하다.
도 2는 예컨대, WO 01/20591에서 설명된 바와 같이, 공지된 픽셀 회로의 형 태를 예시한다. 여기서, 둘 다 p-채널 디바이스를 포함하는 구동 TFT와 어드레스 TFT는 22와 26으로 각각 참조되고, 상기 전원 라인과 참조 전위 라인은 32와 30으로 각각 참조된다. 어드레스 TFT(26)가 행 컨덕터(12)에 인가된 선택 펄스 신호에 의해 각 행 어드레스 주기에서 턴-온되는 경우, 열 컨덕터(14) 상의 전압(데이터 신호)은 픽셀의 나머지 부분으로 보내질 수 있다. 특히, TFT(26)는 구동 TFT(22)와, TFT(22)의 게이트와 전원 라인(32) 사이에 연결된 저장 커패시터(24)를 포함하는 전류 소스 회로(25)에 열 컨덕터 전압을 공급한다. 그러므로 상기 열 전압은 심지어 어드레스 TFT(26)가 행 어드레스 주기의 마지막에 턴-오프된 이후에도 상기 저장 커패시터(24)에 의해 저장된 제어 값을 포함하는 상기 전압으로 유지되는 TFT(22)의 게이트에 제공된다. 구동 TFT(22)는 본 명세서에서 P-채널 TFT로 구현되고, 커패시터(24)는 게이트-소스 간의 전압을 유지한다. 이것은 TFT(22)에 흐르는 고정된 소스-드레인 간의 전류를 초래함으로서, 픽셀의 바람직한 전류 소스 동작을 제공한다. 디스플레이 소자(20)에 흐르는 전기적 전류는 구동 TFT(22)에 의해 조절되고, 열 전압, 데이터 및 신호에 의해 결정되는 저장된 제어 값에 의존하는 TFT(22) 상의 게이트 전압 함수이다. 행 어드레스 주기 마지막에, 저장 커패시터(24)에 의해 보유된 전압은 픽셀이 다음 프레임 주기에서 다시 어드레싱되기 전에 순차 구동 주기 동안 디스플레이 소자의 동작을 유지한다. 그러므로 상기 TFT(22)의 게이트와 전력 라인(32) 사이의 전압은 상기 디스플레이 소자(20)에 흐르는 전류를 결정하고, 차례로 픽셀의 순간적인 광 출력 레벨을 제어한다.
도 2의 공지된 픽셀 회로는 방전 포토다이오드(34)를 더 포함하는데, 이 방 전 포토다이오드는 역 바이어스되어 디스플레이 소자(20)에 의해 발광되는 광에 반응하고, 상기 포토다이오드에서 생성된 포토전류를 통해, 상기 소자(20)에 의해 발광되는 광에 의존하여 저장 커패시터(24) 상에 저장된 전하를 소실시키는(decay) 역할을 수행한다. 상기 포토다이오드는 상기 커패시터(24)에 저장된 게이트 전압을 방전시키고, 상기 TFT(22) 상의 게이트 전압이 TFT의 임계값 전압에 이르는 경우, 상기 디스플레이 소자(20)는 더 이상 발광하지 않고, 상기 저장 커패시터는 방전을 멈춘다. 상기 포토다이오드(34)로부터 전하가 누출되는 비율은 디스플레이 소자 광 출력 레벨의 함수이므로, 상기 포토다이오드(34)는 광에 민감한 피드백 디바이스로 작용한다.
상기 포토다이오드 피드백 배열은 디스플레이 소자 노화의 열화 효과(degradational effects)를 보상하는데 사용되고, 이로써, 주어진 구동 전류를 위해 생성된 광 출력 레벨에 관한 동작의 효율성이 감소한다. 이러한 열화를 통해, 더 길게 그리고 더 격렬하게 구동되었던 디스플레이 소자는 감소된 밝기를 나타내어 디스플레이의 불균일성을 야기한다. 상기 포토다이오드 배열은 프레임 주기에 대응하는 구동 주기에서 디스플레이 소자로부터 최대로 출력되는 집중된 전체 광을 적절히 제어함으로써 이러한 효과를 없앤다. 디스플레이 소자가 어드레스 주기 다음에 오는 구동 주기 동안 광을 생성하도록 여기되는 시간 길이는 인가되는 데이터 신호의 레벨뿐만 아니라 상기 디스플레이 소자의 특징을 갖는 현존하는 구동 전류 발광 레벨에 따라 조절됨으로서, 열화의 효과가 감소된다. 열화된 더 어두운 디스플레이 소자는, 평균 밝기가 디바이스 동작의 연장된 시간 주기 동안 동일한 밝기 를 유지할 수 있도록 열화되지 않은 더 밝은 디스플레이 소자에 대한 주기보다 더 긴 주기 동안, 디스플레이 소자에 전압을 가하는 픽셀 구동 회로가 되게 한다.
도 2의 회로는, 디스플레이 소자로의 전류 구동이 피드백 시스템의 제어 하에서 0으로 점진적으로 감소하는 단점을 가지므로 픽셀의 최대 광 출력이 감소된다. 광학 피드백 시스템에 의존하는 시간에서의 디스플레이 소자의 신속한 스위치-오프 전에 오는 일정한 출력 광 강도를 유지하는 듀티 사이클 타입 제어를 제공하는 수정이 제안되어왔고, 이러한 발명은 이러한 타입의 제어 방법론에 관한 것이다.
본 발명은 광학 피드백 배열을 사용하는 구동 트랜지스터를 스위칭-오프하는 것 대신에, 구동 트랜지스터와 디스플레이 소자 사이에서 광학적으로 제어되는 스위치를 이용함으로써 상기 디스플레이 소자로의 전류가 차단되는 광학 피드백 방식을 제공한다. 상기 광학 피드백 작용은 상기 스위치의 게이트에 적용된다.
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스에서 픽셀 회로(10)의 제1 실시예를 예시한다.
상기 픽셀 회로는 전류 구동식 발광 디스플레이 소자(20)(LED), 전류를 상기 디스플레이 소자에 흐르도록 구동하는 구동 트랜지스터(22)(TD)와 상기 구동 트랜지스터를 갖는 스위칭 트랜지스터(TS)를 포함하는데, 스위칭 트랜지스터와 디스플레이 소자는 전원 라인 사이에서 직렬로 배열된다.
광학 피드백 배열은 스위칭 트랜지스터를 스위칭-오프하는 타이밍의 제어가 디스플레이 소자의 광 출력에 의존하여 상기 구동 트랜지스터(22)로부터 디스플레이 소자(20)를 분리시키는 것을 가능하도록 상기 스위칭 트랜지스터(TS)의 게이트 전압을 제어한다.
제1 저장 커패시터(24)(C1)는 픽셀에 인가된 픽셀 구동 전압을 저장하기 위한 것이고, 상기 구동 트랜지스터를 어드레싱하는데 사용 목적이 있다. 제1 저장 커패시터는 구동 트랜지스터의 소스와 게이트 사이에 제공된다. 도시된 예에서, 상기 구동 트랜지스터는 p-타입이고, 상기 소스는 고 전력 레일에 연결된다.
제2 저장 커패시터(C2)는 스위칭 트랜지스터(TS)의 제어를 위한 게이트 전압을 저장하기 위해 제공된다. 이러한 제2 저장 커패시터는 비록 임의의 고정된 전압과 상기 스위칭 트랜지스터(TS)의 게이트 사이에 존재할지라도, 전력 레일(32)과 스위칭 트랜지스터(TS)의 게이트 사이에 제공된다.
광학 피드백 배열은 디스플레이 소자의 밝기를 검출하기 위한 PIN 포토다이오드(40)의 형태인 광-의존성 디바이스를 포함한다. 상기 포토다이오드(40)의 애노드는 공통 라인(42)에 연결되고, 캐소드는 스위칭 트랜지스터(TS)의 게이트에 연결된다. 그러므로 애노드(44)는 스위칭 트랜지스터의 게이트에서 한정되고, 제2 커패시터(C2)의 한 단자, 포토다이오드(40)의 한 단자와 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트에 연결된다.
상기 스위칭 트랜지스터의 낮은 게이트 전류의 결과로서, 포토다이오드 전류 는, 상기 게이트 전압이 디스플레이 소자 출력에 의존하도록 제2 저장 커패시터를 충전 또는 방전한다.
두개의 데이터 전압은 픽셀에 기록된다. 하나는 구동 트랜지스터(TD)의 게이트에 기록되고 다른 하나는 스위칭 트랜지스터(TS)의 게이트에 기록된다. 이것은 도 3에 도시된 대로 공유되는 데이터 라인(14)을 사용하여 또는 두개의 데이터 열 라인(미도시)을 이용하여 순차적으로 달성될 수 있다.
이러한 목적으로, 제1 어드레스 트랜지스터(A1)는 데이터 라인(14)와 구동 트랜지스터(TD)의 게이트 사이에 제공되고, 제2 어드레스 트랜지스터(A2)는 데이터 라인(14)과 제2 저장 커패시터(C2)의 하나의 단자 사이에 제공되는데, 이는 도 3의 예에서 스위칭 트랜지스터의 게이트에 직접적으로 연결된다.
제1 데이터 전압은 디스플레이 소자를 구동하기위해 전류 출력을 설정한다. 상기 구동 트랜지스터(TD)는 이 전류가 게이트 전압(V1)의 제곱 함수에 의해 주어지도록 포화상태(saturation)에서 동작한다.
제1 데이터 전압은 픽셀 데이터와 무관한 일정한 전압이 될 수 있고, 이는 디스플레이 소자 출력을 일정한 광 출력으로 설정한다.
제2 데이터 전압은 스위칭 트랜지스터(TS)를 온(on)으로 설정한다. 이를 위해, 제2 데이터 전압은 출력 라인 전압(VP)보다 더 높을 수 있지만, 이는 픽셀 데이터 종속이므로, (스위칭 트랜지스터가 턴-오프하는 전압으로)상기 포토다이오드 전 류에 의해 제2 커패시터(C2)를 방전하기 위해 걸린 시간은 바람직한 픽셀 출력에 의존한다.
제2 커패시터(C2)에 저장된 전하의 변화량은 포토 감지기에 흐르는 포토-유도된 전류의 적분 값과 동일하다. 상기 커패시터(C2) 상의 초기 전하는 포토다이오드의 동작에 의해 제거됨으로써, 노드 전압(V2)이 라인(42) 상의 공통 전압으로 내려가게 하고, 그리하여 스위칭 트랜지스터(TS)를 스위칭 오프시킨다.
전하 흐름의 양은 다음(방정식 1)과 같이 계산될 수 있다:
Figure 112008025329306-PCT00001
이 방정식은 적분된 포토다이오드 전류와 같이, 전하의 변화를 계산한다. L은 포토다이오드로의 광 출력이고, Υ는 포토다이오드 효율이고, ε는 디스플레이 디바이스 효율이고, ILED는 디스플레이 소자를 통해 구동되는 전류이고, β는 트랜지스터의 베타 인자이고, VTD는 구동 트랜지스터의 임계값 전압이고, tON은 디스플레이 소자가 온(on)되는 시간이다.
이것은 제로 광 출력 전에 오는 L의 포토다이오드에 대한 일정한 광 입력을 가정하여, 명확한 컷오프를 가정한다. 이것은 듀티 사이클 타입 제어를 구현하고, 평균 광 출력은 다음(방정식 2)과 같이 계산될 수 있다:
Figure 112008025329306-PCT00002
이러한 방정식은 프레임 주기(T)의 나머지(off)에 선행하는 출력 밝기(Lpeak)의 주기(tON)를 가정하는 평균 광 출력을 계산한다. C2와 V2는 커패시턴스 및 상기 커패시터(C2)에 걸친 초기 전압이다. 방정식(1)으로부터의 tON 와 전하(Q2)의 변화량 사이의 관계식은 이 방정식으로 대체된다.
이 방정식은, 스위칭 트랜지스터가 턴-오프되기 전에 평균 광 출력이 커패시터로부터의 전하 흐름의 양, 프레임 주기(T) 및 포토 다이오드 효율에 종속된다는 사실을 보여준다. 디스플레이 소자 효율에 전혀 의존하지 않는다.
게이트에서의 전압과 임계값 전압이 동일한 경우, 스위칭 트랜지스터는 스위칭-오프될 것이다. 그러므로 전하의 변화는 게이트가 임계값 전압에 이르도록 요구되는 전압 변화와 곱해지는 커패시턴스를 포함할 것이다. 이러한 전압 변화량은 초기 전압(V2)과 상기 스위칭 트랜지스터의 임계값 전압에 종속되지만, LED 특성과는 독립이다.
예컨대, 공통 라인(42)과 캐소드 라인(30)이 0V라고 가정하면, 스위칭 트랜 지스터는, 노드(44)에서의 전압(V2)이 V2에서 0V로 변화될 때 대략적으로 턴-오프될 것이다.{V2가 전력 라인 전압(VP)을 초과할 수 있다는 사실을 상기하면서, 임계값 전압이 V2에서 0V로의 전압의 큰 변화량과 비교해 볼 때 무시될 수 있기 때문에}
그러므로 방정식(2)은 방정식(3)으로 어림잡을 수 있다:
Figure 112008025329306-PCT00003
상기 광 출력 특성은 도 4에 도시된다.
상기 방정식은, 평균 광이 디스플레이 소자 효율에 종속되지 않으므로 상기 픽셀 회로가 디스플레이 소자 열화를 보상한다는 사실을 보여준다.
도 3의 회로에서, 스위칭 트랜지스터(TS)는 on에서 off로 아주 신속하게 이동해야하지만, 그렇지 않을 경우, 보상은 정확하지 않다.
스위칭 시간을 향상시키는데 있어서 픽셀의 다양한 변형이 가능하다.
도 5는 도 3의 픽셀 회로에 대한 제1 변형을 도시한다. 이 회로는 아래에 설명된 변경 사항을 제외하고, 도 3의 회로와 동일하다. 제2 커패시터 전압을 스위칭 트랜지스터의 게이트에 직접적으로 공급하는 것 대신에, 상기 제2 커패시터 전압은 노드(44)와 스위칭 트랜지스터(TS)의 게이트 사이에 공급되는 인버터를 통해 공급된다.
상기 인버터는 전력 라인 사이에서 직렬인 제1 및 제2 반대 타입 트랜지스 터(50, 52)를 포함한다. 도 5의 예에서, 이러한 전력 라인은 고 전력 레일(32)과 포토다이오드 애노드를 위한 공통 라인(42)이다. 상기 게이트는 회로 노드(44)의 전압에 의해 제어된다. 이것이 반전을 제공함에 따라, 스위칭 트랜지스터(TS)는 도 5의 회로에서의 p-타입이며, 이와 다른 경우, 나머지 회로 소자는 도 3에서와 같은 것이다.
이러한 회로에서, 포토다이오드는 인버터의 입력을 제어한다. 상기 광 출력의 시작 시, 인버터는 출력에서 즉, 스위칭 트랜지스터(TS)의 게이트에서 낮은 레벨을 갖고, 이것은 상기에서 설명된 바와 같이 높은 레벨(V2)에 대응한다. 그러므로 상기 p-타입 스위칭 트랜지스터는 온(on)이 된다. 인버터의 입력은 상기 포토다이오드에 의해 공통 전압 쪽으로 낮게 되고, 그 다음 인버터의 출력은 높아져서 상기 스위칭 트랜지스터(TS)를 스위치 오프한다. 이 인버터의 애브럽트 특성은 스위칭 트랜지스터의 스위칭 성능을 향상시킨다.
상기에서 설명된 바와 같이, 픽셀 회로의 동작을 설명하는데 사용되는 근사값은 스위칭 트랜지스터의 임계값 전압을 무시한다. 사실상, 광 출력은 임계값 전압에 대한 의존성을 가지므로, 스위칭 트랜지스터의 임계값 전압 변화량에 민감하다. 이러한 효과는 일부의 경우에, 무시할 수 있다. 그러나 도 5에서 사용된 인버터는 이러한 스위칭 트랜지스터 임계값 전압에 대한 광 출력의 의존성을 상당히 감소시킨다.
도 6에서, 전용의 고 전력 라인(60)은 인버터를 위해 사용되고, 이것은 인버 터의 동작을 향상시킨다. 상기 회로는 그러한 점을 제외하고, 도 5와 동일하다.
스위칭 속도를 향상시키는 또 다른 방법이 도 7에서 도시되는데, 여기서 양의 피드백은 스위칭 트랜지스터(TS)의 게이트와 공통 전압 사이에 연결된 피드백 트랜지스터(70)를 이용하여 픽셀 회로로 구현된다. 구동 트랜지스터(TD)의 드레인은 상기 피드백 트랜지스터(70)의 게이트에 연결된다. 스위칭 트랜지스터가 턴-오프하기 시작하고, 이것의 임피던스가 증가함에 따라, 전압(VD)은 증가하기 시작하는데, 이는 피드백 트랜지스터의 스위칭-오프를 가속하는 효과를 갖는다.
본 발명은 다결정성 또는 비결정 실리콘 TFT 또는 마이크로결정성 실리콘 TFT를 갖는 회로를 사용하여 구현될 수 있다. 광학 피드백 디바이스는 전형적으로, 핀 디바이스 형태의 포토다이오드이다.
본 발명은 발광 소자가 광 출력에서 열화(degradation)를 겪는 임의의 능동 매트릭스 기판(비결정, 다결정성 및 결정성 실리콘 기판, 유기 TFT 기판) 상에서 많은 다른 발광 디스플레이 기술{예컨대, 유기 발광 다이오드(OLED), 무기 발광 다이오드(iLED), 전계 방출 디스플레이(FED), 전자발광 디스플레이(EL)}에 적용가능하다. 본 발명의 사용은 번-인(burn-in)을 막고, 칼라 포인트가 시간 상 안정상태에 있도록 한다.
증가한 트랜지스터, 커패시터 및 라인 개수로 인해, 이들 픽셀 회로는 전체 픽셀 영역이 사용될 수 있는 전면 발광(top emission)을 갖는 AMOLED 디스플레이에 더욱 적합하다.
상기 예에서, 캐소드 라인(30)은 예컨대, 0V와 같은 일정한 전압이 될 수 있다. 픽셀이 어드레싱되자 마자, 발광을 시작할 것이고, 이것은, 전압(V2)이 제2 커패시터(C2)로 로딩되는 동안에 스위칭 트랜지스터가 턴-온되자 마자 발생할 것이다. 대안으로서, 캐소드 라인(30)은 스위칭될 수 있으므로, 디스플레이는 두 페이즈 즉, 구동 페이즈 앞에 오는 어드레싱 페이즈에서 구동될 수 있다.
그러므로 많은 다른 어드레싱 방법이 존재하고, 이 중 일부는 도 8 내지 12를 참조하여 아래에 설명되고, 도 3의 가장 기본적인 회로에 기초한다.
(ⅰ) 상기 행은 그 다음에 어드레싱될 수 있고 각 행이 차례로 어드레스 라인(A1, A2)을 스위칭하는 것에 의해 어드레싱된다. 상기 캐소드는 0V로 일정하다. 이러한 방법에서, 디스플레이 소자는 어드레싱 페이즈 동안 발광하는데, 그 후 스위칭 트랜지스터가 턴-오프 할 때까지 발광한다. 요구되는 시간(tON)이 프레임 시간을 초과하는 경우, 피드백 시스템은 작동하지 않고, 그렇지 않을 경우, 광 출력은 픽셀에 인가된 제2 전압(V2)에만 의존한다. 이러한 방법은 도 8에서 도시되고, 이는 처음 행(플롯 80)과 마지막 행(플롯 82)에 대한 어드레스 라인(A1, A2)을 위해 어드레스 펄스를 도시한다.
(ⅱ) 상기 캐소드는 어드레싱 페이즈 동안 디스플레이 소자를 턴-오프하도록 스위칭된다. 이 어드레싱 페이즈는 순차적으로 각 행에 대한 어드레스 라인(A1, A2)을 위해 연속 펄스를 인가한다. 이것은 도 9에서 도시되는 페이즈(90)이고, 이는 어두운 출력으로 도시된다. 다시, 처음 그리고 마지막 행에 대한 플롯은 92와 94로 도시된다. 상기 광 출력은 페이즈(96) 동안 일어난다. 이 광 출력은 V2에 의해서만 다시 제어된다.
(ⅲ) (ⅱ)의 방법은 상기 어드레스 라인(A1)에 대한 모든 어드레스 펄스가 어드레스 라인(A2)에 대한 어드레스 펄스 전에 인가되도록 변경된다. 이것은 도 10에서 도시되고, 그 외의 모든 점에서, 도 9와 대응한다. 상기 광 출력은 V2에 의해서만 제어된다.
(ⅳ) 상기 캐소드는 일정한 전압으로 구동될 수 있고, 두개의 데이터 전압은 프레임마다 인가될 수 있다. 이것은 도 11에 도시된다. 행은 다시 차례로 어드레싱되고, 이 도면은 다시 처음 및 마지막 행을 도시한다. 처음에, 어드레스 펄스가 제1 밝은 서브-필드(110)에 대한 라인(A1, A2)에 제공되고, 그 다음 제2 어드레스 펄스가 제2 서브-필드(112)에 대한 어드레스 라인(A2)에 제공된다. 그러므로 상기 제2 어드레스 트랜지스터를 통해 데이터 라인으로부터 픽셀에 로딩하기 위한 두개의 데이터 전압(V2a, V2b)이 존재한다. 이러한 방법에서, 상기 전압(V1, V2)은 둘 다 광 출력에 영향을 준다.
제1 페이즈 동안, 상기 스위칭 트랜지스터가 스테이-온되도록 상기 전압(V2a)이 선택되고, 광 출력은 전압(V1)에 의존한다. 제2 페이즈 동안, 상기 전압(V2b)은 스위칭 트랜지스터의 스위치-오프를 제공하도록 선택된다.
이러한 접근법은 디스플레이 소자가 제1 페이즈 동안 항상 온(on) 상태에 있는 것을 보장하고, 이는 낮은 밝기 레벨에 대한 광의 짧은 펄스를 피한다. 상기 두개의 전압(V1, V2b)은 데이터-의존성을 갖는다.
(ⅴ) (ⅳ)의 방식은 도 12에서 도시된 바와 같은 캐소드 스위칭을 포함하기 위해 또한 변경될 수 있다. 두개의 페이즈(110, 112)는 이제, 캐소드 라인 전압에 의해 제어되는 어두운 어드레싱 부분과 밝은 출력 부분을 포함한다.
그러므로 일부 예에서, 상기 구동 트랜지스터는 (Lpeak에 대응하는) 고정된 출력을 제공하도록 구동되고, 모든 상기 밝은 제어는 전압(V2)에 기초한 피드백 시스템을 이용하여 달성된다. 다른 예에서는, 픽셀 데이터에 의존하는 전압이 구동 트랜지스터(전압 V1)에 인가될 수 있다. 이렇게 하여, 스위칭 트랜지스터는 오로지 미세한 온-타임 조정만을 실행할 수 있고, 이는 제2 페이즈에서 발생할 수 있다. 이는 더 복잡한 V1 및 V2의 결정을 요구하지만, 낮은 밝기 레벨이 짧은 플래시(flash)로서 제공되지 않는다는 이점을 갖는다. 이러한 제어 접근법의 결합은 듀티 사이클이 항상 높은 범위(예컨대, 항상 50% 초과)에 있도록 하지만, 상기 구동 방식은 여전히, 디스플레이 소자가 전체 프레임 시간 동안 최고 밝기로 여전히 구동될 수 있기에, 최대 밝기를 제한하지 않는다.
그러므로 피드백 방식은 아날로그 구동과 듀티 사이클 제어의 결합을 구현할 수 있거나, 고정된 밝기로 듀티 사이클 제어를 구현할 수 있다. 그러므로, 도 4에서의 레벨 Lpeak는 일정할 수 있거나, 픽셀 데이터에 의존할 수 있다.
다양한 다른 변경이 당업자에게 명백하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 발광 디스플레이 디바이스 특히, 발광 디스플레이 소자와 박막 트랜지스터를 포함하는 픽셀의 어레이를 갖는 능동 매트릭스 디바이스에 이용가능 하다.

Claims (19)

  1. 디스플레이 픽셀 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스로서,
    각각의 픽셀은:
    - 전류-구동식 발광 디스플레이 소자(LED)와,
    - 상기 디스플레이 소자에 통하는 전류를 구동시키는 구동 트랜지스터(22)와,
    - 상기 구동 트랜지스터와 직렬인 스위칭 트랜지스터(20)와,
    - 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트 전압을 조절하는 광학 피드백 배열(40)을
    포함하고, 이로써, 스위칭 트랜지스터를 스위치-오프하는 타이밍의 제어가 디스플레이 소자의 광 출력에 의존하여 구동 트랜지스터로부터 디스플레이 소자를 분리시키는 것이 가능한, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서,
    각 픽셀은 상기 구동 트랜지스터를 어드레싱하는데 사용될 픽셀 구동 전압을 저장하는 제1 저장 커패시터(24)를 더 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 저장 커패시터(24)는 상기 구동 트랜지스터(22)의 게이트와 소스 사이에 연결되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 트랜지스터(22), 스위칭 트랜지스터(20) 및 디스플레이 소자는 전원 라인(32, 30) 사이에서 직렬로 연결되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류-구동식 발광 디스플레이 소자(LED)는 전자발광 디스플레이 소자를 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 픽셀은:
    - 상기 스위칭 트랜지스터(20)의 제어를 위한 게이트 전압을 저장하는 제2 저장 커패시터(C2)를
    더 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  7. 제 6항에 있어서,
    광학 피드백 배열은 디스플레이 소자의 밝기를 검출하고, 제2 저장 커패시터(C2)에 저장된 전압을 변경하기 위한 광-의존성 디바이스(40)를 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 제2 저장 커패시터는 광-의존성 디바이스(40)의 하나의 단자와 전력 라인(42) 사이에 연결된, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 어드레스 트랜지스터(A1)는 데이터 라인(14)과 구동 트랜지스터(22)의 게이트 사이에 제공되고, 제2 어드레스 트랜지스터(A2)는 데이터 라인(14)과 제2 저장 커패시터(C2)의 하나의 단자 사이에 제공되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 저장 커패시터(C2)의 하나의 단자, 광-의존성 디바이스(40)의 하나의 단자 및 스위칭 트랜지스터(20)의 게이트는 함께 연결되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  11. 제 10항에 있어서,
    스위칭 트랜지스터(20)의 게이트와 이 스위칭 트랜지스터의 스위칭 속도를 증가시키기 위한 전원 라인 사이에 연결된 피드백 트랜지스터(70)를 더 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  12. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 저장 커패시터(C2)의 하나의 단자와 광-의존성 디바이스(40)의 하나의 단자는 회로 노드(44)에서 함께 연결되고, 인버터는 상기 노드(44)와 스위칭 트랜지스터(20)의 게이트 사이에 제공되는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 인버터는 그 게이트가 회로 노드(44)에서의 전압에 의해 제어되고, 전력 라인 사이에서 직렬인 제1 및 제2 반대 타입 트랜지스터(50, 52)를 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  14. 제 13항에 있어서,
    구동 트랜지스터(22), 스위칭 트랜지스터(20) 및 디스플레이 소자(LED)는 제1 및 제2 전원 라인(32, 30) 사이에서 직렬로 연결되고, 상기 제1 및 제2 반대 타입 트랜지스터는 제1 전원 라인(32)과, 광학 피드백 배열(40)이 연결된 제3 전원 라인(42) 사이에서 직렬인, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  15. 제 13항에 있어서,
    구동 트랜지스터(22), 스위칭 트랜지스터(20) 및 디스플레이 소자(LED)는 제1 및 제2 전원 라인(32, 30) 사이에서 직렬로 연결되고, 상기 제1 및 제2 반대 타입 트랜지스터(50, 52)는 다른 제3 및 제4 전원 라인(60, 42) 사이에서 직렬인, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스.
  16. 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법으로서,
    상기 각각의 픽셀은 구동 트랜지스터(22)와 전류-구동식 발광 디스플레이 소자(LED)를 포함하며, 각 픽셀에 대해, 상기 방법은:
    - 상기 구동 트랜지스터(22)에 인가된 게이트 전압을 제어하기 위한 제1 픽셀 구동 전압(V1)을 저장하는 단계와,
    - 스위칭 트랜지스터에 인가된 전압을 제어하기 위한 제2 픽셀 제어 전압(V2)을 저장하는 단계로서, 상기 제2 픽셀 제어 전압은 스위칭 트랜지스터(20)를 스위치-온 하는데 충분한, 제2 픽셀 제어 전압(V2)을 저장하는 단계와,
    - 상기 제1 픽셀 구동 전압(V1)에서 유도된 전류로 픽셀의 디스플레이 소자를 구동하는 단계와,
    - 상기 디스플레이 소자의 광 출력을 검출하는 단계와,
    - 상기 스위칭 트랜지스터가 턴-오프 할 때까지 광 출력에 의존하여 스위칭 트랜지스터의 제어를 변화시키는 단계를
    포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    구동 트랜지스터(22), 스위칭 트랜지스터(20) 및 디스플레이 소자(LED)는 전원 라인(32, 30) 사이에서 직렬로 연결된, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법.
  18. 제 16항 및 제 17항에 있어서,
    디스플레이 소자의 광 출력을 검출하는 단계와 스위칭 트랜지스터의 제어를 변화시키는 단계는 스위칭 트랜지스터(20)의 게이트 전압을 제어하는 커패시터 상에 저장된 전하를 변화시키는 광 출력을 사용하는 단계를 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법.
  19. 제 16항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 픽셀 구동 전압(V1)을 저장하는 단계는 상기 구동 트랜지스터(22)의 게이트 전압을 제어하는 저장 커패시터(24)를 충전하는 단계를 포함하는, 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법.
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