스테레오스코픽 3차원 AMOLED 디스플레이를 위한 프로그래밍과 발광이 동시에 이뤄지는 픽셀구조 및 그 구동방법

Abstract

최근에 들어 3차원 디스플레이는 기존 2차원 디스플레이에서 경험해보지 못한 뛰어난 현실감 덕분에 많은 사람들로부터 관심을 받으며 활발한 연구가 진행되고 있다. 평판 디스플레이를 이용한 3차원 디스플레이는 크게 별도의 안경을 착용해야 하는 스테레오스코픽 방식과 별도의 안경이 필요없이 디스플레이 자체적으로 3차원 효과를 구현할 수 있는 오토스테레오스코픽 방식으로 나뉜다. 오토스테레오스코픽 방식은 안경이 필요없어 3차원 디스플레이의 시청시에는 편리하나 시야각이 좁고 여러 사람들이 시청하기 위해 여러 개의 시청영역을 형성시키려면 영상을 여러 개로 나누어야 하므로 해상도가 떨어지게 된다. 또한 2차원 디스플레이와 3차원 디스플레이간 변환이 상대적으로 어려운 문제가 있다. 이에 비해 스테레오스코픽 방식은 시야각이 비교적 넓고 많은 사람들이 시청하더라도 해상도를 떨어뜨릴 필요가 없다. 또한 2차원 디스플레이와 3차원 디스플레이간 변환이 용이하고 제조공정도 상대적으로 간단하다. 이러한 스테레오스코픽 방식은 다시 패시브 방식과 액티브 방식으로 나눌 수 있다. 패시브 방식은 위상지연판과 편광판을 이용해 양쪽 눈에 들어오는 영상을 공간적으로 분할하여 동시에 보여줌으로써 3차원 효과를 내는 방식이다. 이 방식은 왼쪽 눈을 위한 영상과 오른쪽 눈을 위한 영상이 서로 겹쳐 발생하는 크로스토크를 줄이기는 쉬우나 영상을 공간적으로 분할했기 때문에 3차원 영상의 해상도가 2차원 영상의 해상도 대비 절반으로 줄어들 뿐만 아니라 밝기 또한 절반으로 줄어드는 문제가 있다. 이에 반해 액티브 방식은 셔터안경을 사용하여 영상을 순차적으로 두 눈에 번갈아가면서 보여줌으로써 영상을 시간적으로 분할하여 3차원 효과를 낸다. 이 방식은 패시브 방식 대비 깜빡거림이나 크로스토크에는 취약하나 해상도를 2차원 영상과 동일한 수준으로 유지할 수 있어 고화질을 표현하기에 유리하다. AMOLED 는 빠른 응답속도와 넓은 시야각 덕분에 LCD 대비 크로스토크가 적고 화질이 우수하여 액티브 방식의 스테레오스코픽 3차원 디스플레이를 구현하기에 적합하다. 이러한 AMOLED 를 이용한 3차원 디스플레이 구동방식 중 순차발광 방식은 라인별로 프로그래밍이 끝난 후 순차적으로 발광하는 방식으로 3차원 영상을 구현하기 위해 좌안 영상과 우안 영상을 번갈아 가면서 보여줄 때는 두 영상간의 겹침으로 인한 크로스토크를 최소화하기 위해 구동속도를 높이고 프레임 중간에 비발광구간을 넣어줘야 한다. 반면 동시발광 방식은 한 프레임의 프로그래밍이 모두 끝난 후 동시에 발광하는 방식으로 비발광영역인 프로그래밍 구간을 이용하여 크로스토크를 최소화할 수는 있으나 짧은 발광시간으로 인하여 플리커가 발생하기 쉽고 소비전류가 높아지며 OLED 의 수명도 짧아지는 문제가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제들을 극복하고 우수한 특성의 액티브 방식 스테레오스코픽 3차원 AMOLED 디스플레이를 구현하기 위해 새로운 구동방식과 이를 구현하기 위한 픽셀 구조를 제안하였다. 제안된 구동방식은 한쪽 눈을 위한 영상이 발광되는 동안 반대편 눈을 위한 영상을 프로그래밍함으로써 발광시간 뿐만 아니라 프로그래밍시간도 늘릴 수 있다. 이를 통해 발광시간간의 간격을 줄여 플리커를 저감시킬 수 있고 발광시간이 늘어난만큼 소비전류는 줄이고 OLED 의 수명은 늘리 수 있다. 픽셀 구조는 10개의 TFT 와 2개의 캐패시터를 이용한 10T-2C 구조, 7개의 TFT 와 3개의 캐패시터를 이용한 7T-3C 구조, 7개의 TFT 와 2개의 캐패시터를 이용한 7T-2C 구조, 이렇게 총 세가지를 제안했는데 그 중 7T-2C 구조는 구동 TFT 의 부정합 문제를 극복하면서도 문턱전압 편차나 VDD-IR 전압 강하에 대한 보상능력이 제일 뛰어나다. 또한 두 스토리지 캐패시터의 용량 비율에 따라 데이터 전압의 범위를 넓힐 수 있고 다른 구조들에 비해 간단한 구조와 제어신호 덕분에 높은 개구율을 달성할 수 있다. 50인치 Full HD 해상도 조건으로 픽셀을 설계해 본 결과 개구율은 58.49% 임을 확인하였으며 시뮬레이션 결과 7T-2C 구조의 보상 능력은 구동 TFT 의 편차가 ±1.00 V 일때 -0.82% ~ +0.90% 의 발광전류 오차율을 가졌고 최상위 계조 구현시 전원단의 전압강하로 인한 발광전류의 최대 오차율은 -1.35% 였다.