플렉서블 디스플레이용 산화물 박막 트랜지스터 기반 디코더 타입 게이트 구동 회로의 신뢰성 향상 설계 기법

Abstract

본 논문에서는 플렉서블 디스플레이용으로 산화물 박막 트랜지스터를 기반으로 하여 디코더 타입 게이트 구동회로의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 새로운 설계 기법을 제안하였다. 산화물 박막 트랜지스터는 수소화된 비정질 박막 트랜지스터보다 뛰어난 전자 이동도를 가지며, 저온 공정 및 대면적 구현이 용이하여 생산성 측면에서도 뛰어난 장점을 가지고 있다. 이런 이유로 플렉서블 디스플레이에는 산화물 반도체가 적합하다. 다만, 산화물 반도체를 사용하여 플렉서블 디스플레이를 구현 시 두 가지 고려해야 할 문제가 있다. 하나는, 산화물 반도체가 가지고 있는 안정성 문제이다. 안정성 문제를 일으키는 원인으로는 인가전압, 온도, 스트레스 시간 그리고, 박막 트랜지스터의 사이즈가 있다. 이 중에서 특히, 회로 설계 관점에서 박막 트랜지스터의 채널 폭에 대 해 관심을 가진 필요가 있다. 다른 하나의 문제는, 플렉서블 디스플레이의 경우 필연적으로 외부 기계적 스트레스를 받을 수 밖에 없다는 것이다. 따라서, 기존 방식처럼 게이트 드라이버는 이전 단의 출력 신호가 다음 단으로 전달하여 사용하는 방식이 아니라, 디스플레이의 각 라인을 개별 구동할 수 있는 캐리-프리 방식의 집적화된 게이트 드라이버를 적용이 필요하다. 본 논문에서는 박막 트랜지스터의 문턱 전압의 변동(안정성)과 채널 폭(패널 길이는 고정)의 크기가 비례한다는 특성을 이용하여, 집적화된 게이트 드라이버의 새로운 설계기법을 제안하고자 한다. 즉, 이 새로운 설계기법을 통해 산화물 반도체의 안정성을 향상시키고, 부가적으로 디스플레이의 베젤 사이즈도 줄일 수 있게 되었다. 제안된 새로운 방식의 게이트 드라이버는 시뮬레이션을 통해 검정을 하였으며, 또한 실제 산화물 박막 트랜지스터를 이용하여 디스플레이용 회로를 제작하여 성능이 개선되었음을 확인하였다. |This thesis investigates design of oxide TFT gate driver with enhanced stability for flexible display. Oxide TFTs have a better mobility than a-si TFTs while maintaining the advantages of a-Si TFTs such as low-temperature, large-area and low-cost process. However, there are two major technical problems to be solved to integrate gate drivers using oxide TFT on the substrate. One is the stability (PBTS) of oxide TFTs. It is widely known that the stability of oxide TFTs is affected by bias conditions and temperatures, and it is recently reported that the channel width of an oxide TFT is related to the stability. Therefore, we need to consider the TFT sizing from the perspective of stability. The other is the external mechanical stress issue of flexible displays. Most of the conventional gate driver propagate the output signal from a stage to the next stage. Consequently, operation of each stage is affected by the previous stage. Thus, all errors caused by the mechanical stress are accumulated, throughout the stages as the signal propagates, and this makes a severely degraded performance or a malfunction. In order to cope with this situation, we adopt a decoder type (carry-free) integrated gate driver where all the stages operate without dependency between each other. This thesis proposes a novel design concept of an integrated gate driver based on the fact that the threshold voltage shift depends on the channel width of an oxide TFT, which enables the (decoder-type) gate driver to achieve a higher stability and a narrower bezel width. This proposed (decoder-type) integrated gate driver is realized and evaluated on a flexible polyimide (PI) film to show the enhanced stability and performance.; This thesis investigates design of oxide TFT gate driver with enhanced stability for flexible display. Oxide TFTs have a better mobility than a-si TFTs while maintaining the advantages of a-Si TFTs such as low-temperature, large-area and low-cost process. However, there are two major technical problems to be solved to integrate gate drivers using oxide TFT on the substrate. One is the stability (PBTS) of oxide TFTs. It is widely known that the stability of oxide TFTs is affected by bias conditions and temperatures, and it is recently reported that the channel width of an oxide TFT is related to the stability. Therefore, we need to consider the TFT sizing from the perspective of stability. The other is the external mechanical stress issue of flexible displays. Most of the conventional gate driver propagate the output signal from a stage to the next stage. Consequently, operation of each stage is affected by the previous stage. Thus, all errors caused by the mechanical stress are accumulated, throughout the stages as the signal propagates, and this makes a severely degraded performance or a malfunction. In order to cope with this situation, we adopt a decoder type (carry-free) integrated gate driver where all the stages operate without dependency between each other. This thesis proposes a novel design concept of an integrated gate driver based on the fact that the threshold voltage shift depends on the channel width of an oxide TFT, which enables the (decoder-type) gate driver to achieve a higher stability and a narrower bezel width. This proposed (decoder-type) integrated gate driver is realized and evaluated on a flexible polyimide (PI) film to show the enhanced stability and performance.