KR20100042019A - 디스플레이 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

하나의 화소 내에 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터가 적어도 하나씩 배치되어 있는 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 디스플레이 장치의 화소는 서로 다른 극성으로 대전된 입자를 포함할 수 있으며, 전자종이 디스플레이로 사용될 수 있다.

Description

디스플레이 장치 및 그 구동 방법{Display device and method of driving the display device}
본 개시는 디스플레이 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자 종이 디스플레이 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
현재 널리 사용되고 있는 디스플레이 장치는 액정 디스플레이 장치(liquid crystal display device; LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 유기 전계 발광소자(organic light emitting device; OLED) 등이 있다. 이와 같은 디스플레이 장치들은 LCD와 같이 별도의 광원을 사용하거나, 또는 PDP나 OLED와 같이 스스로 발광을 하여 화상을 형성한다. 따라서 LCD, PDP 또는 OLED와 같은 기존의 디스플레이 장치를 구동하기 위해서는 많은 소비 전력을 필요로 한다.
새로운 디스플레이 장치로서 전자 종이 디스플레이 장치가 제안되고 있다. 전자 종이 디스플레이 장치는 일반적으로 두 전극 사이에 서로 다른 극성으로 대전된 두 종류의 미세한 입자들을 포함하고 있다. 예를 들어, 상기 전자 종이 디스플레이 장치가 (-)로 대전된 흑색 입자와 (+)로 대전된 백색 입자를 포함하는 경우에, 표시면 측의 전극에 (+)전압을 인가하면, 표시면 측에 흑색의 입자들이 배치되 기 때문에, 화면에 흑색을 표현할 수 있다. 이러한 전자 종이 디스플레이 장치는 별도의 광원을 사용하지 않는 반사형이기 때문에 소비 전력이 비교적 작다. 또한, 전자 종이 디스플레이 장치의 경우, 전압을 인가하지 않더라도 이전의 화면을 그대로 유지한다. 전자 종이 디스플레이 장치의 경우, (+) 또는 (-)로 대전된 입자들의 내부적인 균형에 의하여 이전의 상태를 유지하게 되기 때문이다.
응답 속도가 개선된 디스플레이 장치 및 그 구동 방법을 제공한다.
일 유형에 따른 디스플레이 장치는, 서로 다른 극성으로 대전된 입자들을 포함하는 셀을 각각 구비하는 다수의 화소를 포함하며, 각각의 화소는, 셀에 인가되는 전압의 크기를 조절하는 제 1 트랜지스터 및 셀에 전압이 인가되는 시간을 조절하는 2 트랜지스터를 구비할 수 있다.
여기서, 제 1 트랜지스터가 ON으로 스위칭되면 셀의 양단에 전위차가 발생하여 셀 내의 대전된 입자들이 이동하게 되며, 제 2 트랜지스터가 ON으로 스위칭되면 셀의 양단이 동일한 전위가 되어 셀 내의 대전된 입자들의 이동이 중지될 수 있다.
예컨대, 상기 셀에 인가되는 전압 및 상기 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터 사이의 스위칭 시간 차이는, 상기 화소에서 표시하고자 하는 그레이 레벨에 따라 결정될 수 있다.
상기 화소는, 상기 제 1 트랜지스터가 ON 되면 충전되고, 상기 제 2 트랜지 스터가 ON 되면 방전되는 캐패시터를 더 구비할 수 있다.
또한, 다른 유형에 따른 디스플레이 장치는, 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되며, 서로 다른 극성으로 대전된 입자들을 포함하는 셀; 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결된 제 1 트랜지스터; 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결된 제 2 트랜지스터; 및 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결된 캐패시터;를 포함할 수 있다.
예컨대, 제 1 및 제 2 트랜지스터의 드레인측이 각각 상기 제 2 전극과 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다.
또한, 캐패시터는 일단이 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결되며, 타단이 그라운드에 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다.
여기서, 캐패시터는 상기 제 1 트랜지스터가 ON 되면 충전되고, 상기 제 2 트랜지스터가 ON 되면 방전될 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 장치는, 상기 제 1 트랜지스터의 소스에 연결되는 소스 구동부; 상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제 1 게이트 구동부; 상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제 2 게이트 구동부; 및 상기 소스 구동부, 제 1 게이트 구동부 및 제 2 게이트 구동부의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 게이트 구동부는 제어부의 제어에 따라 상기 제 1 트랜지스터의 스위칭을 수행하며, 제 2 게이트 구동부는 제어부의 제어에 따라 상기 제 2 트랜지스터의 스위칭을 수행할 수 있다.
또한, 상기 소스 구동부는 제어부의 제어에 따라 구동 전압을 생성하여 제 1 트랜지스터의 소스에 제공할 수 있다.
또한, 상기 소스 구동부에서 생성되는 구동 전압의 크기 및 상기 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터 사이의 스위칭 시간 차이는, 표시하고자 하는 그레이 레벨에 따라 상기 제어부에서 결정될 수 있다.
예컨대, 상기 제어부는 표시하고자 하는 그레이 레벨과 구동 전압 및 스위칭 시간 사이의 미리 기록된 상관 관계를 참조할 수 있다.
한편, 또 다른 유형에 따른 디스플레이 장치의 구동 방법은, 서로 다른 극성으로 대전된 입자들을 포함하는 셀에 인가되는 전압의 크기를 조절하는 단계; 및 상기 셀에 전압이 인가되는 시간을 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 셀의 화소 전극에 전기적으로 연결된 제 1 트랜지스터가 ON으로 스위칭되면 셀의 양단에 전위차가 발생하여 셀 내의 대전된 입자들이 이동하게 되며, 상기 셀의 화소 전극에 전기적으로 연결된 제 2 트랜지스터가 ON으로 스위칭되면 셀의 양단이 동일한 전위가 되어 셀 내의 대전된 입자들의 이동이 중지할 수 있다.
예컨대, 제 1 트랜지스터는 상기 셀에 전기적으로 연결된 캐패시터가 충전되는 동안 ON되어 있으며, 충전이 완료되면 OFF로 스위칭될 수 있다.
또한, 상기 제 2 트랜지스터는 상기 캐패시터가 방전되는 동안 ON되어 있으며, 방전이 완료되면 OFF로 스위칭될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 셀에 인가되는 전압의 크기 및 상기 셀에 전압이 인가되는 시간은, 표시하고자 하는 그레이 레벨에 따라 제어부에서 결정될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 디스플레이 장치에서 한 프레임의 화면을 표시하기 전에, 디스플레이 장치 내의 모든 셀들에 대해 제 1 트랜지스터를 모두 OFF로 스위칭하고 제 2 트랜지스터를 모두 ON으로 스위칭한 상태에서, 상기 셀들의 양단에 교류 전압을 인가하는 초기화 단계를 더 수행할 수 있다.
개시된 구동 방법을 적용하여 응답 속도가 빠른 전자 종이 디스플레이 장치가 제공될 수 있다. 따라서, 그레이 레벨의 수가 증가하더라도 화면을 구성하는 시간이 증가하지 않으며, 그레이 레벨의 수와 관계 없이 일정한 화면 구성 시간을 유지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 전자 종이 디스플레이 장치의 실시예들의 구조와 그 구동 방법에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1a 내지 도 1c는 전자 종이 디스플레이 장치(10)의 일반적인 동작 원리를 설명하는 개략적인 단면도이다. 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 전자 종이 디스플레이 장치(10)는 일반적으로, 공통 전극(15), 화소 전극(14), 상기 공통 전극(13)과 화소 전극(14) 사이에 배치된 투명한 유체(11), 및 상기 투명한 유체(11) 내에서 이동 가능하며 서로 다른 극성으로 대전된 두 종류의 미세한 입자(12, 13)들을 포함한다. 예컨대, (-)로 대전된 제 1 입자(12)들은 흑색을 갖고, (+)로 대전 된 제 2 입자(13)들은 백색을 가질 수 있다. 이하에서는 편의상, (-)로 대전된 입자들이 흑색을 갖고, (+)로 대전된 입자들이 백색을 갖는 것으로 설명한다. 그러나 이는 설계자의 선택에 따라 바뀔 수도 있는 것이다. 한편, 관찰자측을 향해 배치된 공통 전극(15)은 광이 투과될 수 있는 투명 전극일 수 있다. 또한, 화소 전극(14)은 제 1 화소 전극(14a)과 제 2 화소 전극(14b)을 포함할 수도 있다. 상기 화소 전극(14)은 투명하지 않아도 무방하다. 한편, 도시되어 있지는 않지만, 화소 전극(14)의 아래에는 화소 전극(14)에 인가되는 전압을 ON, OFF 시키기 위한 구동 회로가 더 배치되어 있다.
이러한 구조에서, 예를 들어 도 1a에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 화소 전극(14a, 14b)에 모두 (+) 전압이 인가되면, (-)로 대전된 흑색의 제 1 입자(12)들은 화소 전극(14)으로 모이게 되고, (+)로 대전된 백색의 제 2 입자(13)들은 공통 전극(15)으로 모이게 된다. 따라서 백색을 갖는 반사광이 공통 전극(15)을 통해 관찰자에게 보이게 된다.
또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 1 화소 전극(14a)에는 (+) 전압이 인가되고, 제 2 화소 전극(14b)에는 (-) 전압이 인가되는 경우, 제 1 및 제 2 입자(12, 13)들이 상기 화소 전극(14)과 공통 전극(15)에 각각 균일하게 모이게 된다. 그 결과, 전자 종이 디스플레이 장치(10)는 회색을 표시하게 된다.
그리고, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 화소 전극(14a, 14b)에 모두 (-) 전압이 인가되면, (-)로 대전된 흑색의 제 1 입자(12)들은 공통 전극(15)으로 모이게 되고, (+)로 대전된 백색의 제 2 입자(13)들은 화소 전극(14)으로 모이 게 된다. 따라서, 전자 종이 디스플레이 장치(10)는 흑색을 표시하게 된다.
상술한 설명에서는 간단히 하나의 회색이 구현되는 예를 도시하였지만, 구동 전압을 제어함으로써 다수의 그레이 레벨을 구현하는 것이 가능하다. 디스플레이 장치에서 그레이 레벨을 조절하는 방식에는 두 가지 방식이 고려될 수 있다. 하나는 구현하고자 하는 그레이 레벨에 따라 구동 전압의 크기를 적절하게 변경하는 펄스 진폭 변조(pulse amplitude modulation; PAM) 방식이다. PAM 방식의 경우, 전극에 인가되는 구동 전압 펄스의 폭은 일정하게 유지한다. 다른 하나는 구현하고자 하는 그레이 레벨에 따라 구동 전압의 인가 시간을 적절하게 변경하는 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM) 방식이다. PWM 방식의 경우, 전극에 인가되는 구동 전압 펄스의 크기는 일정하게 유지하고 단지 인가 시간(즉, 펄스 폭)만이 조절된다.
PWM 방식으로 구동되는 전자 종이 디스플레이 장치의 예를 들어 설명하자면 다음과 같다. 예를 들어, 전자 종이 디스플레이 장치에서 한 프레임의 화면은 다수의 필드(field)로 구성되며, 각각의 필드를 순차적으로 표시함으로써 한 프레임의 화면이 표시된다. 여기서 필드의 개수는 해당 전자 종이 디스플레이 장치에서 표시할 수 있는 그레이 레벨의 수와 같다. 도 2는 이러한 전자 종이 디스플레이 장치의 일반적인 구동 순서를 개략적으로 보이고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 화면 표시가 시작되면, 먼저 전체 화면을 흑색 또는 백색으로 리셋(reset)하는 단계를 수행한다. 그런 후, 예를 들어, 리셋 단계에서 전체 화면을 흑색으로 리셋하였다면, n회의 필드를 거치면서 각각의 화소에 전압을 인가하여 점차 밝은 색을 표현하게 된다. 예컨대, 백색을 표현하는 화소에는 n회의 필드 동안 모두 전압이 인가될 것이다. 이렇게 한 프레임의 화면을 완전히 구성한 후에는, 소정의 진동 펄스를 인가하여 화소 내에 남아있는 잔류 전압을 제거한다(Bias Free). 예컨대, 흑색, 암회색, 명회색 및 백색의 4개의 그레이 레벨이 존재하는 경우, PWM 방식에서는 4개의 필드를 거쳐 한 프레임의 화면 표시가 완성된다.
구동 방식의 다른 예로 PWM 방식과 PAM 방식을 모두 적용할 수 있다. 도 3은 PWM 방식과 PAM 방식을 모두 적용한 구동 방법을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 전자 종이 디스플레이 장치(100)의 화소 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 3을 참조하면, 투명 유체(211) 및 서로 다른 극성으로 대전되어 있으며 상기 투명 유체(211) 내에서 이동 가능한 두 종류의 미세 입자(212, 213)로 구성된 셀(20)의 하면과 상면에 각각 화소 전극(31)과 공통 전극(32)이 배치되어 있다. 여기서, 미세 입자(212, 213)는 상술한 바와 같이 서로 다른 색을 가질 수 있다. 예컨대, 제 1 미세 입자(212)는 백색을 갖고 제 2 미세 입자(213)는 흑색을 가질 수 있다. 그러나 상기 제 2 미세 입자(213)는 흑색 대신에 적색, 녹색 또는 청색과 같은 다른 색을 갖는 것도 가능하다. 또한, 도 3에는, 상기 화소 전극(31)이 제 1 화소 전극(31a)과 제 2 화소 전극(31b)을 갖는 것으로 예시적으로 도시되어 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 하나의 셀(20)과 대응하는 화소 전극(31)의 개수는 필요에 따라 임의로 선택될 수 있는 것이다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 공통 전극(32)은 투명 전극일 수 있다.
한편, 양호한 실시예에 따르면, 화소 전극(31)에는 상기 화소 전극(31)에 인 가되는 전압을 제어하기 위한 회로가 더 연결되어 있다. 즉, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)(33), 제 2 박막 트랜지스터(34) 및 커패시터(35)가 각각 제 1 화소 전극(31a)에 전기적으로 연결되어 있다. 여기서, 커패시터(35)의 일단은 제 1 화소 전극(31a)과 연결되고 타단은 그라운드와 연결된다. 또한, 제 1 및 제 2 박막 트랜지스터(33, 34)는, 드레인(D)측이 상기 제 1 화소 전극(31a)과 연결되며, 소스(S)측이 각각의 대응하는 전원과 연결되도록 배치된다. 또한, 공통 전극(32)도 역시 소정의 전압을 갖는 전원에 연결되어 있을 수 있다.
도 3에서, V1은 제 1 박막 트랜지스터(33)를 스위칭하기 위한 전압이며, V2는 제 2 박막 트랜지스터(34)를 스위칭하기 위한 전압이고, V3는 PAM 방식의 구동을 위하여 셀(20)에 인가되는 전압이며, V4는 기준 전압, V5는 공통 전극(32)에 인가되는 전압을 나타낸다.
도 4는 상술한 구조를 갖는 전자 종이 디스플레이 장치(100)의 구동 방법을 예시적으로 보이는 타이밍도이다. 도 4의 위쪽 그래프는 V1, V2, V3의 인가 순서를 나타내고 있으며, 아래쪽 그래프는 결과적으로 셀(20)에 인가되는 전압을 나타내고 있다. 도 4에서는 기준 전압(V4)과 공통 전극(32)의 전압(V5)이 0V인 것으로 가정하였다. 즉, 제 2 박막 트랜지스터(34)의 소스(S)와 공통 전극(32)이 그라운드에 연결된 것으로 가정하였다. 그러나, 실시예에 따라서는, 제 2 박막 트랜지스터(34)의 소스(S)와 공통 전극(32)이 각각 소정의 전원과 연결되어 있을 수도 있다. 이 경우, 제 2 박막 트랜지스터(34)의 소스(S)에 인가되는 기준 전압(V4)과 공통 전 극(32)에 인가되는 전압(V5)은 동일한 크기를 가질 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저 V1의 전압이 제 1 박막 트랜지스터(33)의 게이트(G)에 인가되면, 상기 제 1 박막 트랜지스터(33)가 ON 되면서 V3의 전압이 캐패시터(35)에 유도된다. 그리고, 캐패시터(35)가 완전히 충전된 후에 V1의 전압 공급을 중단하여 제 1 박막 트랜지스터(33)를 OFF 시킨다. 그러면 V3의 전압이 더 이상 캐패시터(35)에 유도되지 않는다. 그러나 완전히 충전된 캐패시터(35)는 V3의 전압을 계속 유지한다. 이때, 셀(20) 상부의 공통 전극(32)은 그라운드에 연결되어 있고, 화소 전극(31)은 V3의 전압으로 충전된 캐패시터(35)에 연결되어 있으므로, 셀(20)의 양단에는 V3의 전위차가 유지된다. 그러나 다른 예에서, 공통 전극(32)에 V5의 전압이 인가되어 있다면, 셀(20)의 양단에는 V3과 V5의 차이만큼의 전위차가 유지될 것이다. 결과적으로, 셀(20) 내의 대전 입자(212, 213)들이 이동하면서 상기 셀(20)의 그레이 레벨이 변화하게 된다.
상기 셀(20)이 원하는 그레이 레벨에 도달하게 되면, V2의 전압이 제 2 박막 트랜지스터(34)에 인가된다. 그러면, 제 2 박막 트랜지스터(34)의 소스(S)가 그라운드에 연결되어 있기 때문에, 캐패시터(35)가 방전되기 시작한다. 캐패시터(35)가 완전히 방전된 후에는, V2의 전압 공급을 중단하여 상기 제 2 박막 트랜지스터(34)를 OFF 시킨다. 그러면 완전히 방전된 캐패시터(35)에는 0V의 전압이 유지된다. 결과적으로, 셀(20)의 양단에는 더 이상 전위차가 존재하지 않고, 셀(20) 내의 대전 입자(212, 213)들의 이동도 멈추게 된다. 그러나 다른 실시예에서, 만약 제 2 박막 트랜지스터(34)의 소스(S)에 V4의 전압이 인가되어 있다면, 캐패시터(35)는 V4의 전압으로 방전(또는 충전)될 것이다. 이때, 제 2 박막 트랜지스터(34)의 소스(S)에 인가되는 기준 전압(V4)과 공통 전극(32)에 인가되는 전압(V5)이 동일한 크기를 갖는다면, 셀(20)의 양단에는 여전히 전위차가 존재하지 않게 되어 셀(20) 내의 대전 입자(212, 213)들의 이동이 중지될 수 있다.
이러한 실시예에 따르면, 상기 셀(20)에 인가되는 전압의 크기는 V3의 크기로 조절이 가능하며, 셀(20)에 전압이 인가되어 있는 시간은 V1의 전압 인가 시간과 V2의 전압 인가 시간의 차이로 조절할 수 있다. 따라서 상술한 구조를 갖는 전자 종이 디스플레이 장치(100)는 PAM 방식과 PWM 방식을 혼합하여 구동될 수 있다. 이때, V3의 전압은 원하는 그레이 레벨에 따라 크기가 달라질 수 있으며, V1과 V2 사이의 전압 인가 시간의 차이도 원하는 그레이 레벨에 따라 달라질 수 있다.
예컨대, 초기 상태에서 셀(20)이 흑색을 표시하고 있는 경우에, 더 밝은 레벨의 그레이를 표시하고자 할수록 V3를 높게 설정한다. 특히, 백색을 표시하기 위해서는 V3를 최대 전압으로 설정할 수 있다. 이와 동시에 설정된 V3의 전압에서 원하는 그레이 레벨을 더욱 정확하게 표시하기 위하여, V2의 전압 인가 시간을 조절한다. 즉, 설정된 V3의 전압이 셀(20)에 인가된 상태에서, 상기 셀(20)이 원하는 그레이 레벨에 도달하면, 제 2 박막 트랜지스터(34)에 전압 V2를 인가함으로써 캐패시터(35)를 방전시켜 셀(20)에 대한 전압 인가를 중단한다. 그러면 셀(20)은 정확한 레벨의 그레이를 표시할 수 있게 된다. 여기서, 표시하고자 하는 그레이의 레벨에 따라 V3의 크기(즉, 펄스 진폭) 및 전압 인가 시간(즉, 펄스 폭)이 변하기는 하지만, 그레이의 레벨과 V3의 크기 및 인가 시간 사이의 관계가 반드시 선형적인 것은 아니며, 셀(20)에서 사용되는 재료들의 특성들, 예컨대 이동도 및 히스테리시스 특성에 따라서도 그 관계는 달라질 수 있다. 따라서, V3의 크기 및 인가 시간은 표시하고자 하는 그레이의 레벨 및 셀(20)에서 사용되는 재료의 이동도와 히스테리시스 특성을 고려하여 결정될 수 있다.
이러한 방식으로, 본 실시예에 따른 전자 종이 디스플레이 장치(100)는 표시하고자 하는 그레이 레벨에 따라 펄스의 진폭이 달라지는 PAM 방식과 펄스의 폭이 달라지는 PWM 방식을 동시에 사용할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, PWM 방식만으로 구동되는 경우에는 한 프레임의 화면을 구성하는데 그레이 레벨의 수만큼의 필드가 필요하였다. 그러나 본 실시예에 따르면, PAM 방식을 더 채용하였기 때문에 단지 하나의 필드만으로 한 프레임의 화면을 구성할 수 있다.
도 5는 전자 종이 디스플레이 장치(100)에서 한 프레임의 화면을 구성하기 위한 구동 순서를 개략적으로 보이고 있다. 도 5를 참조하면, 화면 표시가 시작되면, 먼저 전자 종이 디스플레이 장치(100)의 전체 화면을 흑색 또는 백색으로 리셋(reset)하는 단계를 수행한다. 그런 후, PAM 방식으로 각각의 셀(20)에 상이한 전압을 인가하는 한편, PWM 방식으로 각각의 셀(20)에 대한 전압 인가 시간을 적절하게 조절한다. 이렇게 함으로써 단 한번의 필드로 각각의 셀(20)이 원하는 레벨의 그레이를 표현할 수 있다. 이러한 방식으로 한 프레임의 화면을 완전히 구성한 후에는, 소정의 진동 펄스를 셀(20)에 인가하여 셀(20)에 남아있는 잔류 전압을 제거하고, 상기 셀(20) 양단의 전극 사이의 전위차를 동일하게 한다(Bias Free).
여기서, 한 프레임의 화면을 표시하기 전에, 즉 화면 전체를 흑색 또는 백색 으로 리셋(reset)하는 단계를 수행하기 전에, 셀(20) 내의 대전된 미세 입자(212, 213)들이 셀(20) 내에서 용이하게 이동할 수 있도록 초기화하는 단계를 먼저 수행할 수 있다. 도 3을 참조하면, 초기화시에 전자 종이 디스플레이 장치(100) 내의 전체 셀(20)들에 대해, 제 1 박막 트랜지스터(33)를 모두 OFF 상태로 스위칭하고 제 2 박막 트랜지스터(34)를 모두 ON 상태로 스위칭한다. 그러면, 셀(20) 상부의 공통 전극(32)은 전압 V5와 연결되고, 셀(20) 하부의 화소 전극(31)은 전압 V4와 연결될 수 있다. 이 상태에서, V5와 V4의 전압을 조절함으로써 셀(20)에 교류 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 한번은 전압 V5가 10V가 되고 전압 V4가 0V가 되며, 다음 번에는 전압 V5가 0V가 되고 전압 V4가 10V가 된다. 이렇게 셀(20)에 교류 전압을 인가함으로써, 셀(20) 내의 대전된 미세 입자(212, 213)들은 보다 이동하기 용이한 상태가 된다. 본 실시예에 따르면, 이러한 방식으로 전자 종이 디스플레이 장치(100) 내의 모든 셀(20)들이 간단하게 한꺼번에 초기화될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 단 한번의 필드만으로 한 프레임의 화면을 구성할 수 있기 때문에, 다수의 필드로 한 프레임의 화면을 구성하여야 하는 PWM 방식에 비하여 화면의 표현 및 전환 속도를 향상시킬 수 있다. 특히, 동영상을 표현하는 경우에 있어서, PAM 방식과 PWM 방식을 동시에 사용하는 본 실시예에 따른 전자 종이 디스플레이 장치(100)가 유리할 수 있다. 동영상의 경우, 연속하는 두 프레임의 화면 사이에 그레이의 레벨 차이가 크지 않다. PWM 방식의 경우, 연속하는 두 프레임의 화면 사이에 그레이의 레벨 차이가 작더라도, 예컨대 흑색부터 백색까지 표현하기 위한 필드들을 모두 순차적으로 진행하여야 한다. 따라서, PWM 방 식의 경우에는 그레이 레벨의 차이 정도와 관계 없이 한 프레임의 화면을 구성하는 시간은 항상 일정하다. 그러나 PAM 방식과 PWM 방식을 동시에 사용하는 전자 종이 디스플레이 장치(100)에서는, 예컨대 그레이 레벨이 명회색에서 암회색으로, 또는 흑색에서 암회색으로 바뀌는 경우에는, 흑색에서 백색으로 바뀌는 경우에 비해 빠르게 화면을 전환할 수 있다.
또한, PWM 방식의 구동만을 이용하는 경우에는 그레이 레벨이 증가할수록 한 프레임의 화면을 구성하는 필드의 수가 비례하여 증가하기 때문에, 해상도가 높은 화상을 표현하기 위해서는 화면을 구성하는 시간이 증가하게 된다. 반면 PWM 방식과 PAM 방식을 동시에 사용하는 경우에는, 그레이 레벨의 수의 증가와 관계 없이 하나의 필드만으로 한 프레임의 화면이 구성될 수 있다. 따라서, 그레이 레벨의 수가 많은 높은 해상도의 화상을 구성하는 경우에도 화면을 구성하는 시간이 증가하지 않으며, 그레이 레벨의 수와 관계 없이 일정한 화면 구성 시간을 유지할 수 있다. 더욱이, PWM 방식의 구동만을 이용하는 경우에는, 한 프레임의 화면을 구성하는 동안 필요한 각각의 필드를 저장하기 위한 메모리가 필요하다. 하지만, PWM 방식과 PAM 방식을 동시에 사용하는 전자 종이 디스플레이 장치(100)에서는, 하나의 프레임이 단지 하나의 필드로만 구성되기 때문에 그러한 메모리가 요구되지 않는다.
도 6은 본 실시예에 따른 전자 종이 디스플레이 장치(100)를 상술한 바와 같이 구동하기 위한 전체적인 회로 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 6에서는 표현을 단순화하기 위하여 단지 하나의 화소(40)만을 직사각형의 형태로 표시하고 있 으며, 공통 전극(32)은 편의상 생략되어 있다. 도 6을 참조하면, 제 1 및 제 2 화소 전극(31a, 31b)이 하나의 화소(40)에 배치되어 있다. 여기서 상기 화소 전극(31a, 31b)의 개수는 한정적인 것이 아니며, 실시예에 따라 적절한 개수로 선택할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 화소 전극(31a, 31b)마다 제 1 박막 트랜지스터(33a, 33b), 제 2 박막 트랜지스터(34a, 34b) 및 커패시터(35a, 35b)가 각각 하나씩 연결되어 있다. 제 1 박막 트랜지스터(33a, 33b)들의 게이트에는 제 1 게이트 구동부(43)가 연결되어 있어서, 각각의 제 1 박막 트랜지스터(33a, 33b)의 ON/OFF를 스위칭한다. 또한, 제 2 박막 트랜지스터(34a, 34b)들의 게이트에는 제 2 게이트 구동부(44)가 연결되어 있어서, 각각의 제 2 박막 트랜지스터(34a, 34b)의 ON/OFF를 스위칭한다.
또한, 제 1 박막 트랜지스터(33a, 33b)들의 소스에는 소스 구동부(42)가 연결되어 있다. 상기 소스 구동부(42)는 각 화소(40)의 구동에 필요한 전압을 생성하여 제 1 박막 트랜지스터(33a, 33b)들의 소스에 제공한다. 한편, 도 6은 기준 전압(V4)이 0V인 경우의 구조이지만, 기준 전압(V4)이 0V가 아닌 경우에는 제 2 박막 트랜지스터(34a, 34b)들의 소스에 연결되는 추가적인 소스 구동부(미도시)가 배치될 수도 있다.
제어부(41)는 상기 소스 구동부(42), 제 1 게이트 구동부(43) 및 제 2 게이트 구동부(44)와 연결되어 있다. 상기 제어부(41)는 표시하고자 하는 화상에 따라, 각각의 화소(40)에 표시되어야 하는 그레이의 레벨을 분석한다. 그리고, 각각의 화소(40)의 그레이 레벨에 따라, 소스 구동부(42), 제 1 게이트 구동부(43) 및 제 2 게이트 구동부(44)의 동작을 제어한다. 따라서, 제 1 게이트 구동부(43)는 제어부(41)의 제어에 따라 특정한 제 1 박막 트랜지스터(33a, 33b)를 ON으로 스위칭시키기 위한 신호들을 생성하며, 제 2 게이트 구동부(44)는 제어부(41)의 제어에 따라 특정한 제 2 박막 트랜지스터(34a, 34b)를 ON으로 스위칭시키기 위한 신호들을 생성한다. 소스 구동부(42)도 역시 제어부(41)의 제어에 따라 특정한 제 1 박막 트랜지스터(33a, 33b)에 인가되어야 하는 전압의 크기를 조절한다. 이때, 상기 소스 구동부(42)에서 발생하는 전압의 크기 및 상기 제 1 게이트 구동부(43)와 제 2 게이트 구동부(44)에 의한 제 1 박막 트랜지스터(33a, 33b)와 제 2 박막 트랜지스터(34a, 34b) 사이의 스위칭 시간 차이는, 특정 화소(40)에서 표시하고자 하는 그레이의 레벨 및 셀(20)에서 사용되는 재료의 이동도와 히스테리시스 특성을 고려하여 제어부(41)가 결정한다. 이를 위하여, 예컨대, 사용된 셀 재료의 이동도 및 히스테리시스 특성과 표시하고자 하는 그레이의 레벨 사이의 상관 관계가 제어부(41) 내에 또는 미도시된 기록 수단에 기록되어 있을 수도 있다. 그러면 상기 제어부(41)는 미리 기록되어 있는 상기 상관 관계를 참조하여, 소스 구동부(42)에서 발생하는 전압의 크기 및 제 1 게이트 구동부(43)와 제 2 게이트 구동부(44)에 의한 제 1 박막 트랜지스터(33a, 33b)와 제 2 박막 트랜지스터(34a, 34b) 사이의 스위칭 시간 차이를 결정할 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시 되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
도 1a 내지 도 1c는 전자 종이 디스플레이 장치의 동작 원리를 설명하는 개략적인 단면도이다.
도 2는 전자 종이 디스플레이 장치의 구동 방법의 예를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 전자 종이 디스플레이 장치의 화소 구조의 일 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 전자 종이 디스플레이 장치의 구동 방법을 예시적으로 보이는 타이밍도이다.
도 5는 전자 종이 디스플레이 장치의 구동 순서의 일 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도 6은 전자 종이 디스플레이 장치를 구동하기 위한 전체적인 회로 구조의 일 실시예를 개략적으로 도시한다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10,100.....전자 종이 디스플레이 장치 11,211.....투명 유체
12,13,213,214.....대전 입자 14,31.....화소 전극
15,32.....공통 전극 20.....셀
33,34.....박막 트랜지스터 35.....캐패시터
40.....화소 41.....제어부
42.....소스 구동부 43,44.....게이트 구동부

Claims (20)

  1. 서로 다른 극성으로 대전된 입자들을 포함하는 셀을 각각 구비하는 다수의 화소를 포함하며,
    각각의 화소는, 셀에 인가되는 전압의 크기를 조절하는 제 1 트랜지스터 및 셀에 전압이 인가되는 시간을 조절하는 2 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터가 ON으로 스위칭되면 셀의 양단에 전위차가 발생하여 셀 내의 대전된 입자들이 이동하게 되며, 상기 제 2 트랜지스터가 ON으로 스위칭되면 셀의 양단이 동일한 전위가 되어 셀 내의 대전된 입자들의 이동이 중지되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 셀에 인가되는 전압 및 상기 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터 사이의 스위칭 시간 차이는, 상기 화소에서 표시하고자 하는 그레이 레벨에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 화소는, 상기 제 1 트랜지스터가 ON 되면 충전되고, 상기 제 2 트랜지스터가 ON 되면 방전되는 캐패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제 1 전극;
    제 2 전극;
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되며, 서로 다른 극성으로 대전된 입자들을 포함하는 셀;
    상기 제 2 전극에 전기적으로 연결된 제 1 트랜지스터;
    상기 제 2 전극에 전기적으로 연결된 제 2 트랜지스터; 및
    상기 제 2 전극에 전기적으로 연결된 캐패시터;를 포함하는 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 트랜지스터의 드레인측이 각각 상기 제 2 전극과 전기적으로 연결되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 캐패시터는 일단이 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결되며, 타단이 그라운드에 전기적으로 연결되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장 치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 캐패시터는, 상기 제 1 트랜지스터가 ON 되면 충전되고, 상기 제 2 트랜지스터가 ON 되면 방전되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터의 소스에 연결되는 소스 구동부;
    상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제 1 게이트 구동부;
    상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제 2 게이트 구동부; 및
    상기 소스 구동부, 제 1 게이트 구동부 및 제 2 게이트 구동부의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 게이트 구동부는 제어부의 제어에 따라 상기 제 1 트랜지스터의 스위칭을 수행하며, 제 2 게이트 구동부는 제어부의 제어에 따라 상기 제 2 트랜지스터의 스위칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 소스 구동부는 제어부의 제어에 따라 구동 전압을 생성하여 제 1 트랜 지스터의 소스에 제공하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 소스 구동부에서 생성되는 구동 전압의 크기 및 상기 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터 사이의 스위칭 시간 차이는, 표시하고자 하는 그레이 레벨에 따라 상기 제어부에서 결정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는, 표시하고자 하는 그레이 레벨과 구동 전압 및 스위칭 시간 사이의 미리 기록된 상관 관계를 참조하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  14. 서로 다른 극성으로 대전된 입자들을 포함하는 셀에 인가되는 전압의 크기를 조절하는 단계; 및
    상기 셀에 전압이 인가되는 시간을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 셀의 화소 전극에 전기적으로 연결된 제 1 트랜지스터가 ON으로 스위칭되면 셀의 양단에 전위차가 발생하여 셀 내의 대전된 입자들이 이동하게 되며, 상기 셀의 화소 전극에 전기적으로 연결된 제 2 트랜지스터가 ON으로 스위칭되면 셀 의 양단이 동일한 전위가 되어 셀 내의 대전된 입자들의 이동이 중지하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터는 상기 셀에 전기적으로 연결된 캐패시터가 충전되는 동안 ON되어 있으며, 충전이 완료되면 OFF로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터는 상기 캐패시터가 방전되는 동안 ON되어 있으며, 방전이 완료되면 OFF로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 셀에 인가되는 전압의 크기 및 상기 셀에 전압이 인가되는 시간은, 표시하고자 하는 그레이 레벨에 따라 제어부에서 결정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어부는, 표시하고자 하는 그레이 레벨과 전압의 크기 및 전압이 인가 되는 시간 사이의 미리 기록된 상관 관계를 참조하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치에서 한 프레임의 화면을 표시하기 전에, 디스플레이 장치 내의 모든 셀들에 대해 제 1 트랜지스터를 모두 OFF로 스위칭하고 제 2 트랜지스터를 모두 ON으로 스위칭한 상태에서, 상기 셀들의 양단에 교류 전압을 인가하는 초기화 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 구동 방법.
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