KR20200113787A - 저전압 트랜지스터를 이용한 화소 및 이를 포함하는 마이크로 표시장치 - Google Patents

저전압 트랜지스터를 이용한 화소 및 이를 포함하는 마이크로 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 표시장치에 포함된 저전압 트랜지스터로 구성된 화소 회로 및 검사 회로 관한 것이다. 본 발명의 마이크로 표시장치는 복수의 화소를 포함하는 표시영역 및 복수의 화소에 연결된 제1 전원선 및 제2 전원선을 통해 전원을 인가하는 전원공급부를 포함하고, 복수의 화소 각각이, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고 제1 전극이 제1 전원선에 연결된 발광소자, 드레인 단자가 발광소자의 제2 전극에 연결되고 게이트 단자에 인가되는 바이어스 전압에 의해 턴-온 상태를 유지하고 소스 단자에 인가되는 전압을 제어하는 전압제어 트랜지스터, 드레인 단자가 전압제어 트랜지스터의 소스 단자에 연결된 구동 트랜지스터 및 드레인 단자가 제2 전원선에 연결되고 소스 단자가 전압제어 트랜지스터의 소스 단자에 연결되고 화소의 결함을 테스트하는 검사 트랜지스터를 포함한다.

Description

저전압 트랜지스터를 이용한 화소 및 이를 포함하는 마이크로 표시장치{Pixel using low-voltage transistor and Micro Display comprising the Pixel}
본 발명은 마이크로 표시장치에 포함된 저전압 트랜지스터로 구성된 화소 회로 및 검사 회로 관한 것이다.
최근에는 VR(Virtual Reality), AR(Augmented Reality), MR(Mixed Reality) 기술을 위해 우수한 표시장치 특성이 요구되고 있다. 특히, micro LED on Silicon 또는 AMOLED on Silicon의 개발이 증가 추세이며, 특히 고해상도 구현을 위하여 화소(pixel) 사이즈 최소화에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 따라, 작은 화소(pixel) 사이즈의 영역에서 구동되는 회로 구현이 필수적이며, 소형화 가능한 새로운 기술개발이 필요하다.
종래에는 다수의 서브 화소(FHD case: 1920*1080*RGB = 6,220,800)에 대하여 장비 및 환경에서는 테스트(test)가 불가능하며, 테스트 회로를 추가로 요구하였기 때문에 화소 사이즈 최소화에 영향을 줄 수 밖에 없는 실정이다.
특히, 종래의 회로에서 사용하는 고전압 트랜지스터(High Voltage Transistor)는 미세 공정을 적용하더라도 내압(Breakdown Voltage)을 만족시키기 위한 일정한 공간이 필요하여 고해상도 구현에 제한이 있다.
본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 고해상도 표시장치의 구현에 적합한 소형화 회로를 포함하는 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 표시장치는, 복수의 화소를 포함하는 표시영역; 및 상기 복수의 화소에 연결된 제1 전원선 및 제2 전원선을 통해 전원을 인가하는 전원공급부;를 포함하고, 상기 복수의 화소 각각이, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극이 상기 제1 전원선에 연결된 발광소자; 드레인 단자가 상기 발광소자의 상기 제2 전극에 연결되고, 게이트 단자에 인가되는 바이어스 전압에 의해 턴-온 상태를 유지하고, 소스 단자에 인가되는 전압을 제어하는 전압제어 트랜지스터; 드레인 단자가 상기 전압제어 트랜지스터의 소스 단자에 연결된 구동 트랜지스터; 및 드레인 단자가 상기 제2 전원선에 연결되고, 소스 단자가 상기 전압제어 트랜지스터의 소스 단자에 연결되고, 상기 화소의 결함을 테스트하는 검사 트랜지스터;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전원선을 통해 인가되는 전원전압은 상기 제2 전원선을 통해 인가되는 전원전압보다 높은 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 구동 트랜지스터는 트라이오드 영역에서 동작하는 것일 수 있다.
또한, 상기 전압제어 트랜지스터, 구동 트랜지스터 및 검사 트랜지스터는 저전압으로 구동되는 트랜지스터인 것을 특징으로 할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 화소 회로는 저전압 트랜지스터(Low Voltage Transistor)로 구현할 수 있고, 이에 따라 고해상도에 적합한 최소 사이즈의 마이크로 표시장치를 구현 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 화소 회로는 저전압 트랜지스터(Low Voltage Transistor)를 구동 트랜지스터로 사용하기 때문에, 동일한 사이즈에서 최적의 미스매치(Mismatch) 특성을 확보가 가능할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 표시장치에 포함된 화소 회로를 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4은 도 3에 도시된 표시장치의 화소의 일 예이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 표시장치의 화소의 일 예이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용되는 바이어스 트랜지스터의 SOA(Safe Operating Area)를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, X와 Y가 연결되어 있다고 할 때, X와 Y가 전기적으로 연결되어 있는 경우, X와 Y가 기능적으로 연결되어 있는 경우, X와 Y가 직접 연결되어 있는 경우를 포함할 수 있다. 여기에서, X, Y는 대상물(예를 들면, 장치, 소자, 회로, 배선, 전극, 단자, 도전막, 층 등)일 수 있다. 따라서, 소정의 연결 관계, 예를 들면, 도면 또는 상세한 설명에 표시된 연결 관계에 한정되지 않고, 도면 또는 상세한 설명에 표시된 연결 관계 이외의 것도 포함할 수 있다.
X와 Y가 전기적으로 연결되어 있는 경우는, 예를 들어, X와 Y의 전기적인 연결을 가능하게 하는 소자(예를 들면, 스위치, 트랜지스터, 용량소자, 인덕터, 저항소자, 다이오드 등)가, X와 Y 사이에 1개 이상 연결되는 경우를 포함할 수 있다.
이하의 실시예에서, 소자 상태와 연관되어 사용되는 "온(ON)"은 소자의 활성화된 상태를 지칭하고, "오프(OFF)"는 소자의 비활성화된 상태를 지칭할 수 있다. 소자에 의해 수신된 신호와 연관되어 사용되는 "온"은 소자를 활성화하는 신호를 지칭하고, "오프"는 소자를 비활성화하는 신호를 지칭할 수 있다. 소자는 높은 전압 또는 낮은 전압에 의해 활성화될 수 있다. 예를 들어, P타입 트랜지스터는 낮은 전압에 의해 활성화되고, N타입 트랜지스터는 높은 전압에 의해 활성화된다. 따라서, P타입 트랜지스터와 N타입 트랜지스터에 대한 "온" 전압은 반대(낮음 대 높음) 전압 레벨임을 이해해야 한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 표시장치(30)는 발광소자 어레이(10) 및 구동회로 기판(20)을 포함할 수 있다. 발광소자 어레이(10)는 구동회로 기판(20)과 결합될 수 있다. 표시장치(30)는 마이크로 표시장치일 수 있다.
발광소자 어레이(10)는 복수의 발광소자들을 포함할 수 있다. 발광소자는 발광다이오드(LED)일 수 있다. 발광소자는 마이크로 내지 나노 단위 크기의 발광다이오드(LED)일 수 있다. 반도체 웨이퍼 상에 복수의 발광다이오드들을 성장시킴으로써 적어도 하나의 발광소자 어레이(10)들이 제조될 수 있다. 따라서, 발광다이오드를 개별적으로 구동회로 기판(20)에 이송할 필요없이 발광소자 어레이(10)를 구동회로 기판(20)과 결합함으로써 표시장치(30)가 제조될 수 있다.
구동회로 기판(20)에는 발광소자 어레이(10) 상의 발광다이오드 각각에 대응하는 화소 회로가 배열될 수 있다. 발광소자 어레이(10) 상의 발광다이오드와 구동회로 기판(20) 상의 화소 회로는 전기적으로 연결되어 화소를 구성할 수 있다.
도 2는 종래의 표시장치에 포함된 화소 회로를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 화소 회로는 제1 트랜지스터(T1)가 바이어스(Bias)에 의해 전압이 제한되지 않기 때문에 고전압 트랜지스터(High Voltage Transistor)를 사용해야 한다. 같은 이유로, 제1 트랜지스터(T1)뿐만 아니라, 제2 트랜지스터(T2) 및 제3 트랜지스터(T3)까지 고전압 트랜지스터(High Voltage Transistor)를 사용해야 한다.
종래의 화소 회로에서 사용 중인 고전압 트랜지스터(High Voltage Transistor)의 경우, 미세 공정을 적용하더라도 내압을 만족시키기 위해서는 일정한 크기 이상의 공간(Space)이 필요하다. 이에 따라, 고해상도가 구현된 마이크로 표시장치를 제조함에 제한이 있다는 단점이 있다.
본 발명에서는 도 3 내지 도 6과 같이 종래의 화소 회로에 바이어스(bias)를 인가하여 전압을 제한하기 위한 바이어스 트랜지스터(BT)를 추가한다.
구체적으로 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 표시장치(30A)는 화소부(110) 및 적어도 하나의 구동부를 포함할 수 있다.
화소부(110)는 영상을 표시하는 표시 영역에 배치될 수 있다. 화소부(110)는 소정 패턴, 예를 들어, 매트릭스 형, 지그재그 형 등 다양한 패턴으로 배열된 복수의 화소(PX)들을 포함할 수 있다. 화소(PX)는 하나의 색을 방출하며, 예를 들어, 적색, 청색, 녹색, 백색 중 하나의 색을 방출할 수 있다. 화소(PX)는 적색, 청색, 녹색, 백색 외의 다른 색을 방출할 수도 있다.
화소(PX)는 발광소자를 포함할 수 있다. 발광소자는 자발광소자일 수 있다. 예를 들어, 발광소자는 발광다이오드(LED)일 수 있다. 발광소자는 단일 피크 파장을 발광하거나, 복수의 피크 파장을 발광할 수 있다.
화소(PX)는 발광소자와 연결된 화소 회로를 더 포함할 수 있다. 화소 회로는 적어도 하나의 박막 트랜지스터 및 적어도 하나의 커패시터 등을 포함할 수 있다. 화소 회로는 기판 상의 반도체 적층 구조에 의해 구현될 수 있다.
화소부(110)에는 화소(PX)들에 주사신호를 인가하는 주사선(SL1-SLn), 화소(PX)들에 발광제어신호를 인가하는 발광제어선(EL1-ELn) 및 화소들(PX)에 데이터신호를 인가하는 데이터선(DL1-DLm)이 포함될 수 있다.
주사선들(SL1-SLn) 및 발광제어선들(EL1-ELn) 각각은 동일 행에 배열된 화소들(PX)에 연결되고, 데이선들(DL1-DLm) 각각은 동일 열에 배열된 화소(PX)들에 연결될 수 있다.
화소부(110)에는 화소들(PX)에 검사제어신호를 인가하는 검사제어선들(CL1-CLn)이 포함될 수 있다. 또한, 화소부(110)에는 화소(PX)들에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스선들(BL1-BLn)이 더 배치될 수 있다. 바이어스선들(BL1-BLn) 각각은 동일 행에 배열된 화소들(PX)에 연결되고, 검사제어선(CL1-CLn)과 이격 배치될 수 있다.
구동부는 화소부(110) 주변의 비표시 영역에 구비되고, 화소부(110)를 구동 및 제어할 수 있다. 구동부(120)는 제어부(121), 주사 구동부(122), 데이터 구동부(123), 전원공급부(124), 검사 구동부(125), 검사부(126) 및 바이어스 전압 공급부(124)를 포함할 수 있다. 구동부는 구동 모드 및 검사 모드에 따라 동작할 수 있다.
구동 모드에서, 제어부(121)의 제어에 따라, 주사 구동부(122)는 주사선들(SL1-SLn)에 대하여 차례로 주사신호를 인가하고, 데이터 구동부(123)는 각 화소(PX)에 데이터신호를 인가할 수 있다. 제어부(121)의 제어에 따라, 주사 구동부(122)는 발광제어신호를 발광제어선들(EL1-ELn)에 대하여 차례로 발광제어신호를 인가할 수 있다. 화소(PX)들은 주사선들(SL1-SLn)을 통해 수신되는 주사신호에 응답하여 데이터선들(DL1-DLm)을 통해 수신되는 데이터신호의 전압 레벨 또는 전류 레벨에 상응하는 밝기로 발광한다.
검사 모드에서, 제어부(121)의 제어에 따라, 주사 구동부(122)는 주사선들(SL1-SLn)에 대하여 차례로 주사신호를 인가하고, 데이터 구동부(123)는 각 화소(PX)에 검사신호를 인가할 수 있다. 제어부(121)의 제어에 따라, 주사 구동부(122)는 발광제어신호를 발광제어선들(EL1-ELn)에 대하여 차례로 발광제어신호를 인가할 수 있다. 제어부(121)의 제어에 따라 검사 구동부(125)는 각 화소(PX)에 검사제어신호를 인가할 수 있다.
전원 공급부(124)는 외부의 전원 및/또는 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 다양한 레벨의 전압으로 변환하고, 제어부(121)로부터 입력되는 전원제어신호에 따라 해당 전압을 화소부(110)로 공급할 수 있다.
제어부(121)의 제어에 따라, 전원 공급부(124)는 제1 전원전압(VDD)을 생성하여 화소부(110)에 인가할 수 있다. 전원 공급부(124)는 구동 전압을 생성하여 주사 구동부(122), 데이터 구동부(123) 및 검사 구동부(125)로 인가할 수 있다.
검사 모드에서, 제어부(121)의 제어에 따라, 전원 공급부(124)는 제2 전원전압(VDD_L)을 생성하여 검사부(126)로 인가할 수 있다. 이때, 제2 전원전압(VDD_L)은 제1 전원전압에 비해 저전압을 인가하는 전원전압일 수 있다. 예를 들면, 제1 전원전압(VDD)은 4 내지 6 볼트이고 제2 전원전압(VDD_L)은 1.5 내지 1.8 볼트일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
이때, 제1 전원전압(VDD)은 제1 전원선(VL1)을 통해 인가될 수 있고, 제2 전원전압(VDD_L)은 제2 전원선(VL2)을 통해 인가될 수 있다. 제1 전원선(VL1) 및 제2 전원선(VL2)은 각각 전원공급부(124)로부터 화소부(110) 및 검사부(126)로 연결된 것일 수 있다.
검사 모드에서, 검사부(126)는 제2 전원선을 통한 제2 전원전압(VDD_L)을 이용하여, 화소부(110)에 포함된 화소 회로를 경유하여 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 검사부(126)는 전류 측정을 위한 전류 측정 회로를 포함할 수 있다. 검사부(126)는 화소부(110)의 각 행(라인) 단위로 전류를 측정하고, 측정 전류값을 검사신호에 대응하는 기준 전류값과 비교할 수 있다. 검사부(126)는 측정 전류값과 기준 전류값의 차이가 임계값 이상이면 해당 행의 화소(PX)들 중 적어도 하나의 화소(PX)의 화소 회로가 결함인 것으로 결정할 수 있다.
바이어스 전압 공급부(127)는 각 화소(PX)의 구동 트랜지스터의 드레인 전압을 제어하는 바이어스 트랜지스터를 턴-온시키는 바이어스 전압을 바이어스선(BL1-BLn)을 통해 공급할 수 있다. 바이어스선(BL1-BLn)은 바이어스 트랜지스터의 게이트 단자에 연결될 수 있다.
제어부(121), 주사 구동부(122), 데이터 구동부(123), 전원 공급부(124), 검사 구동부(125) 및 바이어스 전압 공급부(127)는 각각 별개의 집적 회로 칩 또는 하나의 집적 회로 칩의 형태로 형성되어 화소부(110)가 형성된 기판 위에 직접 장착되거나, 연성인쇄회로필름(flexible printed circuit film) 위에 장착되거나 TCP(tape carrier package)의 형태로 기판에 부착되거나, 기판에 직접 형성될 수도 있다.
도 4는 도 3에 도시된 표시장치의 화소의 일 예이다.
도 4의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 n번째 행 및 m번째 열의 화소(PX1)를 예로서 설명하겠다. 화소(PX1)는 n번째 행에 포함된 다수의 화소 중 하나로서, n번째 행에 대응하는 주사선(SLn)과 m번째 열에 대응하는 데이터선(DLm)에 연결되어 있다.
화소(PX1)는 주사신호를 전달하는 주사선(SLn), 주사선(SLn)과 교차하며 데이터신호를 전달하는 데이터선(DLm), 제1 전원전압(VDD) 및 제2 전원전압(VDD_L)을 전달하는 전원선(VL)에 연결될 수 있다.
화소(PX1)는 발광다이오드(LED) 및 발광다이오드(LED)에 연결된 화소 회로를 포함할 수 있다. 화소 회로는 제1 내지 제3 트랜지스터(T1 내지 T3), 커패시터(C), 검사 트랜지스터(TT) 및 바이어스 트랜지스터(BT)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 트랜지스터(T1 내지 T3), 검사 트랜지스터(TT) 및 바이어스 트랜지스터(BT) 각각의 제1 전극 또는 제1 단자는 드레인 단자이고, 제2 전극 또는 제2 단자는 소스 단자일 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 커패시터(C)의 제1 전극에 연결된 게이트 전극, 제3 트랜지스터(T3)를 통해 발광다이오드(LED)에 연결된 제1 전극, 제3 전원전압(VSS)에 연결된 제2 전극을 포함할 수 있다. 제3 전원전압(VSS)은 접지전압(GND)일 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)는 구동 트랜지스터로서 역할을 하며, 제2 트랜지스터(T2)의 스위칭 동작에 따라 데이터 신호를 전달받아 발광다이오드(LED)에 전류를 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 트랜지스터(T1)는 저전압 영역에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(T1)는 트라이오드(triode) 영역에서 동작할 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는 주사선(SLn)에 연결된 게이트 전극, 데이터선(DLm)에 연결된 제1 전극, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 연결된 제2 전극을 포함할 수 있다. 제2 트랜지스터(T2)는 주사선(SLn)을 통해 전달받은 주사신호에 따라 턴-온되어 데이터선(DLm)으로 전달된 데이터신호를 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극으로 전달하는 스위칭 트랜지스터로서 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 트랜지스터(T2)는 제1 트랜지스터(T1)와 함께 저전압 영역에서 동작할 수 있다. 즉, 제2 트랜지스터(T2)는 트라이오드(triode) 영역에서 동작할 수 있다. 이 경우, 데이터신호는 제1 트랜지스터(T1)와 제2 트랜지스터(T2)의 저전압 동작에 대응하는 전압 범위로 변환될 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는 발광 제어선(ELn)에 연결된 게이트 전극, 바이어스 트랜지스터(BT)의 제2 전극에 연결된 제1 전극, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극에 연결된 제2 전극을 포함할 수 있다. 제3 트랜지스터(T3)는 발광 제어선(ELn)을 통해 전달받은 발광제어신호에 따라 턴-온되어 제1 트랜지스터(T1)의 구동전류가 발광다이오드(LED)에 흐르도록 할 수 있다. 도 3의 실시예에서, 발광 제어선(ELn)은 주사 구동부(122)에 연결되고, 주사 구동부(122)로부터 발광제어신호를 인가받을 수 있다. 다른 실시예에서, 발광 제어선(ELn)은 주사 구동부(122)와 별개의 발광제어 구동부(미도시)에 연결되어 발광제어신호를 인가받을 수 있다.
바이어스 트랜지스터(BT)는 바이어스선(BLn)에 연결된 게이트 단자, 발광다이오드(LED)의 제2 전극에 연결된 제1 전극, 제3 트랜지스터(T3)의 제1 단자에 연결된 제2 단자를 포함할 수 있다. 바이어스 트랜지스터(BT)는 게이트 단자에 인가되는 바이어스 전압에 의해 구동 모드에서 턴-온 상태를 유지하며, 제1 트랜지스터(T1)의 드레인 전압을 제어하는 전압제어 트랜지스터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 바이어스 트랜지스터(BT)에 의해 제1 트랜지스터(T1)의 드레인 전압이 제어됨으로써 제1 트랜지스터(T1) 내지 제3 트랜지스터(T3)는 저전압용 트랜지스터로 역할을 할 수 있다. 즉, 바이어스 트랜지스터(BT)는 제1 트랜지스터(T1)가 트라이오드 영역에서 동작하도록 제1 트랜지스터(T1)의 드레인 전압을 제어할 수 있다.
바이어스 트랜지스터(BT)는 바이어스선(BLn)을 통해 인가되는 바이어스 전압에 의해 턴-온될 수 있다. 바이어스 전압은 바이어스 트랜지스터(BT)가 항상 턴-온 상태를 유지하게 하는 소정 레벨의 직류 전압(DC)일 수 있다. 바이어스 트랜지스터(BT)의 턴-온 상태에 따라 제3 트랜지스터(T3)와 바이어스 트랜지스터(BT) 사이의 노드 전압(Vx), 즉 제3 트랜지스터(T3)의 드레인 전압이 제어될 수 있다. 바이어스 전압에 따라 바이어스 트랜지스터(BT)의 채널 저항이 가변할 수 있다. 즉, 바이어스 트랜지스터(BT)는 가변 선형 저항으로 동작할 수 있다.
바이어스 트랜지스터(BT)의 채널 저항에 따라 노드 전압(Vx), 즉 제3 트랜지스터(T3)의 드레인 전압이 결정될 수 있다. 따라서, 바이어스 전압을 제어함으로써 제3 트랜지스터(T3)의 드레인 전압이 제3 트랜지스터(T3)가 트라이오드 영역에서 동작하는 조건을 만족하는 전압으로 제어될 수 있다.
커패시터(C)는 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 연결된 제1 전극, 및 제3 전원전압(VSS) 연결된 제2 전극을 포함할 수 있다.
발광다이오드(LED)의 제1 전극은 제1 전원선(VL1)으로부터 제1 전원전압(VDD)을 공급받을 수 있다. 발광다이오드(LED)의 제2 전극은 바이어스 트랜지스터(BT)의 제1 전극에 연결될 수 있다. 발광다이오드(LED)는 데이터신호에 대응하는 휘도로 발광함으로써 영상을 표시할 수 있다. 검사 모드에서 발광다이오드(LED)는 발광하지 않을 수 있다.
검사 트랜지스터(TT)는 검사 제어선(CLn)에 연결된 게이트 전극, 제2 전원선(VL2)으로부터 공급받은 제2 전원전압(VDD_L)과 연결된 제1 전극 및 발광다이오드(LED)의 제2 전극에 연결된 제2 전극을 포함할 수 있다. 검사 트랜지스터(TT)는 검사 모드에서 턴-온되고, 구동 모드에서 턴-오프일 수 있다.
행 단위로, 주사신호가 주사선(SLn)을 통해 제2 트랜지스터(T2)로 인가되고, 주사신호에 응답하여 데이터신호가 데이터선(DLm)으로 인가될 수 있다. 이어서, 발광제어신호가 발광제어선(ELn)을 통해 제3 트랜지스터(T3)로 인가될 수 있다. 검사제어신호가 검사제어선(CLn)을 통해 검사 트랜지스터(TT)로 인가될 수 있다. 검사제어신호는 주사신호가 주사선(SLn)을 통해 제2 트랜지스터(T2) 인가되는 동안 검사 트랜지스터(TT)로 인가될 수 있다. 검사제어신호에 의해 검사 트랜지스터(TT)가 턴-온되고, 전원공급부(124)에 연결된 제2 전원선(VL2)으로부터 검사 트랜지스터(TT), 제3 트랜지스터(T3), 제1 트랜지스터(T1)를 경유하여 전류가 흐를 수 있다. 검사부(126)의 전류측정회로는 제2 전원선(VL2)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 즉, 검사 트랜지스터(TT)를 이용하여 검사모드에서 제2 전원선(VL2)을 통한 제2 전원전압(VDD_L)을 화소 회로에 인가함으로써 제1 트랜지스터(T1) 내지 제3 트랜지스터(T3)를 포함하는 화소 회로의 정상 동작 여부를 검사할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 표시장치(30B)는 화소부(210) 및 구동부를 포함할 수 있다.
화소부(210)는 영상을 표시하는 표시 영역에 배치될 수 있다. 화소부(210)는 소정 패턴, 예를 들어, 매트릭스 형, 지그재그 형 등 다양한 패턴으로 배열된 복수의 화소(PX)들을 포함할 수 있다. 화소(PX)는 하나의 색을 방출하며, 예를 들어, 적색, 청색, 녹색, 백색 중 하나의 색을 방출할 수 있다. 화소(PX)는 적색, 청색, 녹색, 백색 외의 다른 색을 방출할 수도 있다.
화소(PX)는 발광소자를 포함할 수 있다. 발광소자는 자발광소자일 수 있다. 예를 들어, 발광소자는 발광다이오드(LED)일 수 있다. 발광소자는 마이크로 내지 나노 단위 크기의 발광다이오드(LED)일 수 있다. 발광소자는 단일 피크 파장을 발광하거나, 복수의 피크 파장을 발광할 수 있다.
화소(PX)는 발광소자와 연결된 화소 회로를 더 포함할 수 있다. 화소 회로는 적어도 하나의 박막 트랜지스터 및 적어도 하나의 커패시터 등을 포함할 수 있다. 화소 회로는 기판 상의 반도체 적층 구조에 의해 구현될 수 있다.
화소부(210)에는 화소(PX)들에 PWM신호를 인가하는 펄스선들(PL1-PLn) 및 화소들(PX)에 검사제어신호를 인가하는 검사제어선들(CL1-CLn)을 포함할 수 있다. 펄스선들(PL1-PLn) 및 검사제어선들(CL1-CLn) 각각은 동일 행에 배열된 화소들(PX)에 연결된다.
구동부는 화소부(210) 주변의 비표시 영역에 구비되고, 화소부(210)를 구동 및 제어할 수 있다. 구동부(220)는 제어부(221), PWM 구동부(222), 전류 공급부(223), 전원 공급부(224), 검사 구동부(225), 검사부(226) 및 바이어스 전압 공급부(227)를 포함할 수 있다. 구동부는 구동 모드 및 검사 모드에 따라 동작할 수 있다.
구동 모드에서, 제어부(221)의 제어에 따라, PWM 구동부(222)는 펄스선들(PL1-PLn)에 대하여 차례로 PWM신호를 인가하고, 전류 공급부(223)는 각 화소(PX)에 전류(Iref)를 인가할 수 있다. 화소(PX)들은 PWM 구동부(222)를 통해 수신되는 PWM신호에 상응하는 밝기로 발광한다.
검사 모드에서, 제어부(221)의 제어에 따라, PWM 구동부(222)는 펄스선들(PL1-PLn)에 대하여 차례로 소정 비트(bit)의 PWM신호를 인가하고, 전류 공급부(223)는 각 화소(PX)에 전류(Iref)를 인가할 수 있다. 제어부(221)의 제어에 따라 검사 구동부(225)는 각 화소(PX)에 검사제어신호를 인가할 수 있다.
전류 공급부(223)는 화소부(210)의 각 열에 전류를 공급하는 다수의 전류원을 포함할 수 있다.
전원 공급부(224)는 제1 전원전압(VDD)을 생성하여 화소부(210)에 인가할 수 있다. 전원 공급부(224)는 구동 전압을 생성하여 PWM 구동부(222) 및 검사 구동부(225)로 인가할 수 있다.
검사 모드에서, 제어부(221)의 제어에 따라, 전원 공급부(224)는 제2 전원전압(VDD_L)을 생성하여 검사부(226)로 인가할 수 있다. 이때, 제2 전원전압(VDD_L)은 제1 전원전압에 비해 저전압을 인가하는 전원전압일 수 있다.
이때, 제1 전원전압(VDD)은 제1 전원선을 통해 인가될 수 있고, 제2 전원전압(VDD_L)은 제2 전원선을 통해 인가될 수 있다. 제1 전원선 및 제2 전원선은 각각 전원공급부(124)로부터 화소부(110) 및 검사부(126)로 연결된 것일 수 있다.
검사 모드에서, 검사부(226)는 제2 전원선을 통한 제2 전원전압(VDD_L)을 이용하여, 화소부(110)에 포함된 화소 회로를 경유하여 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 검사부(226)는 전류 측정을 위한 전류 측정 회로로 구현될 수 있다. 검사부(226)는 화소부(210)의 각 행(라인) 단위로 전류를 측정하고, 측정 전류값을 검사신호에 대응하는 기준 전류값과 비교할 수 있다. 검사부(226)는 측정 전류값과 기준 전류값의 차이가 임계값 이상이면 해당 행의 화소(PX)들 중 적어도 하나의 화소(PX)의 화소 회로가 결함인 것으로 결정할 수 있다.
바이어스 전압 공급부(227)는 각 화소(PX)의 구동 트랜지스터의 드레인 전압을 제어하는 바이어스 트랜지스터를 턴-온시키는 바이어스 전압을 바이어스선(BL1-BLn)을 통해 공급할 수 있다. 바이어스선(BL1-BLn)은 바이어스 트랜지스터의 게이트 단자에 연결될 수 있다.
제어부(221), PWM 구동부(222), 전류 공급부(223), 전원 공급부(224), 검사 구동부(225) 및 바이어스 전압 공급부(127)는 각각 별개의 집적 회로 칩 또는 하나의 집적 회로 칩의 형태로 형성되어 화소부(110)가 형성된 기판 위에 직접 장착되거나, 연성인쇄회로필름(flexible printed circuit film) 위에 장착되거나 TCP(tape carrier package)의 형태로 기판에 부착되거나, 기판에 직접 형성될 수도 있다.
도 6은 도 5에 도시된 표시장치의 화소의 일 예이다.
도 6의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 n번째 행 및 m번째 열의 화소(PX2)를 예로서 설명하겠다. 화소(PX2)는 n번째 행에 포함된 다수의 화소 중 하나로서, n번째 행에 대응하는 펄스선(PLn)과 m번째 열에 대응하는 전류소스선(CSLm)에 연결되어 있다.
화소(PX2)는 발광다이오드(LED) 및 발광다이오드(LED)에 연결된 화소 회로를 포함할 수 있다. 화소 회로는 제4 트랜지스터(T4), 검사 트랜지스터(TT) 및 바이어스 트랜지스터(BT)를 포함할 수 있다.
제4 트랜지스터(T4)는 펄스선(PLn)에 연결된 게이트 전극, 발광다이오드(LED)의 제2 전극에 연결된 제1 전극, 및 전류소스선(CSLm)에 연결된 제2 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제4 트랜지스터(T1)는 저전압 영역에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 제4 트랜지스터(T4)는 트라이오드(triode) 영역에서 동작할 수 있다.
발광다이오드(LED)의 제1 전극은 제1 전원선(VL1)으로부터 제1 전원전압(VDD)을 공급받을 수 있다. 발광다이오드(LED)의 제2 전극은 바이어스 트랜지스터(BT)의 제1 전극에 연결될 수 있다. 발광다이오드(LED)는 PWM신호에 대응하는 휘도로 발광함으로써 영상을 표시할 수 있다. 검사 모드에서 발광다이오드(LED)는 발광하지 않을 수 있다.
검사 트랜지스터(TT)는 검사 제어선(CLn)에 연결된 게이트 전극, 제2 전원선(VL2)으로부터 공급받은 제2 전원전압(VDD_L)과 연결된 제1 전극, 발광다이오드(LED)의 제2 전극과 연결된 제2 전극을 포함할 수 있다. 검사 트랜지스터(TT)는 검사 모드에서 턴-온되고, 구동 모드에서 턴-오프일 수 있다.
행 단위로, PWM신호가 펄스선(PLn)을 통해 제4 트랜지스터(T4)로 인가될 수 있다. 검사제어신호가 검사제어선(CLn)을 통해 검사 트랜지스터(TT)로 인가될 수 있다. 검사제어신호는 PWM신호가 펄스선(PLn)을 통해 제4 트랜지스터(T4) 인가되는 동안 검사 트랜지스터(TT)로 인가될 수 있다. 검사제어신호에 의해 검사 트랜지스터(TT)가 턴-온되고, 전원공급부(124)에 연결된 제2 전원선(VL2)으로부터 검사 트랜지스터(TT), 제4 트랜지스터(T4), 전류 공급부(223)를 경유하여 전류가 흐를 수 있다. 검사부(126)의 전류측정회로는 제2 전원선(VL2)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
즉, 검사 트랜지스터(TT)를 이용하여 는 검사모드에서 제2 전원선(VL2)을 통한 제2 전원전압(VDD_L)을 화소 회로에 인가함으로써, 제4 트랜지스터(T4)를 포함하는 화소(PX2) 회로의 정상 동작 여부를 검사할 수 있다.
바이어스 트랜지스터(BT)는 바이어스선(BLn)에 연결된 게이트 단자, 발광다이오드(LED)의 제2 전극에 연결된 제1 전극, 제4 트랜지스터(T4)의 제1 단자에 연결된 제2 단자를 포함할 수 있다. 바이어스 트랜지스터(BT)는 게이트 단자에 인가되는 바이어스 전압에 의해 턴-온 상태를 유지하며, 제4 트랜지스터(T4)의 드레인 전압을 제어하는 전압제어 트랜지스터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 바이어스 트랜지스터(BT)에 의해 제4 트랜지스터(T4)의 드레인 전압이 제어됨으로써 제4 트랜지스터(T4)는 저전압용 트랜지스터로 역할을 할 수 있다. 즉, 바이어스 트랜지스터(BT)는 제4 트랜지스터(T4)가 트라이오드 영역에서 동작하도록 제4 트랜지스터(T4)의 드레인 전압을 제어할 수 있다.
바이어스 트랜지스터(BT)는 바이어스선(BLn)을 통해 인가되는 바이어스 전압에 의해 턴-온될 수 있다. 바이어스 전압은 바이어스 트랜지스터(BT)가 항상 턴-온 상태를 유지하게 하는 소정 레벨의 직류 전압(DC)일 수 있다. 바이어스 트랜지스터(BT)의 턴-온 상태에 따라 제4 트랜지스터(T4)와 바이어스 트랜지스터(BT) 사이의 노드 전압(Vy), 즉 제4 트랜지스터(T4)의 드레인 전압이 제어될 수 있다. 바이어스 전압에 따라 바이어스 트랜지스터(BT)의 채널 저항이 가변할 수 있다. 즉, 바이어스 트랜지스터(BT)는 가변 선형 저항으로 동작할 수 있다.
바이어스 트랜지스터(BT)의 채널 저항에 따라 노드 전압(Vy), 즉 제4 트랜지스터(T4)의 드레인 전압이 결정될 수 있다. 따라서, 바이어스 전압을 제어함으로써 제4 트랜지스터(T4)의 드레인 전압이 제4 트랜지스터(T4)가 트라이오드 영역에서 동작하는 조건을 만족하는 전압으로 제어될 수 있다.
상술한 바와 같은 도 3 내지 도 6의 실시예에 따르면, 본 발명의 화소 회로는 구동 트랜지스터, 검사 트랜지스터 등을 포함하는 복수의 트랜지스터를 저전압 트랜지스터(Low Voltage Transistor)로 구현할 수 있고, 이에 따라 고해상도에 적합한 최소 사이즈의 마이크로 표시장치를 구현하기 용이하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 화소 회로는 저전압 트랜지스터(Low Voltage Transistor)를 구동 트랜지스터로 사용하기 때문에, 동일한 사이즈에서 최적의 미스매치(Mismatch) 특성을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용되는 바이어스 트랜지스터의 SOA(Safe Operating Area)를 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로 트랜지스터의 게이트(Gate) 단자는 저전압으로의 전압 제한이 필요하다. 반면, 드레인(drain) 단자의 경우 SOA(Safe operating area)가 넓게 사용 가능하도록 구성되어 있다. 도 7을 참조하면, SOA 영역에서의 게이트 단자는 1.5V 또는 1.8V로 제한되나, 드레인 단자는 그보다 더 큰 전압(Extended Voltage)이 허용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 화소 회로는 발광소자(LED)의 캐소드(Cathode)단과 연결되는 바이아스(Bias) 제한용 트랜지스터(Transistor)를 저전압 트랜지스터로 사용 가능할 수 있다.
예를 들어, 도 4 및 도 6의 바이어스 트랜지스터(BT)는 드레인 단자에 VDD 전원전압과 연결되어 6V의 전압이 걸리더라도, 게이트 단자에 1.5V 또는 1.8V로 저전압을 인가하도록 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 화소 회로는 제1 트랜지스터(T1) 내지 제4 트랜지스터(T4)뿐만 아니라 바이어스 트랜지스터(BT) 역시 저전압을 적용할 수 있다. 이를 통해 본 발명은 고해상도에 적합한 최소 사이즈의 마이크로 표시장치를 구현하기 용이하다는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 발광소자 어레이
20: 구동회로 기판
30: 표시장치
121: 제어부
122: 주사 구동부
123: 데이터 구동부
124: 전원공급부
125: 검사 구동부
126: 검사부
127: 바이어스 전압 구동부
221: 제어부
222: PWM 구동부
223: 전류 공급부
224: 전원 공급부
225: 검사 구동부
226: 검사부
227: 바이어스 전압 구동부

Claims (4)

  1. 마이크로 표시장치에 있어서,
    복수의 화소를 포함하는 표시영역; 및
    상기 복수의 화소에 연결된 제1 전원선 및 제2 전원선을 통해 전원을 인가하는 전원공급부;를 포함하고,
    상기 복수의 화소 각각이,
    제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극이 상기 제1 전원선에 연결된 발광소자;
    드레인 단자가 상기 발광소자의 상기 제2 전극에 연결되고, 게이트 단자에 인가되는 바이어스 전압에 의해 턴-온 상태를 유지하고, 소스 단자에 인가되는 전압을 제어하는 전압제어 트랜지스터;
    드레인 단자가 상기 전압제어 트랜지스터의 소스 단자에 연결된 구동 트랜지스터; 및
    드레인 단자가 상기 제2 전원선에 연결되고, 소스 단자가 상기 전압제어 트랜지스터의 소스 단자에 연결되고, 상기 화소의 결함을 테스트하는 검사 트랜지스터;를 포함하는 마이크로 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전원선을 통해 인가되는 전원전압은 상기 제2 전원선을 통해 인가되는 전원전압보다 높은 것을 특징으로 하는 마이크로 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동 트랜지스터는 트라이오드 영역에서 동작하는 마이크로 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전압제어 트랜지스터, 구동 트랜지스터 및 검사 트랜지스터는 저전압으로 구동되는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 마이크로 표시장치.
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