구동 TFT 및 OLED 열화 편차를 위한

Abstract

능동 유기 발광 표시 장치(AMOLEDs)는 얇고 시야각 제약이 없으며 빠른 응답속도 그리고 자발광 특성과 같은 장점으로 인해 차세대 텔레비전 제품군에 적합한 디스플레이로 주목 받고 있다. 그러나 시장에서 경쟁력 있는 고화질의 디스플레이가 되기 위해서는 아직도 해결해야 할 문제점들이 여전히 남아있다. 현재의 문제점들 가운데 우선적으로 해결해야 하는 두 가지 문제점 즉, 화소를 구성하는 구동(driving) 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)의 전기적 특성의 편차로 인한 휘도의 불균일 문제, 그리고 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED)의 시간에 따른 열화로 인해 발생하는 잔상 문제를 본 논문에서는 다루고자 한다. 언급된 문제들을 해결하기 위해 현재까지 많은 방법들이 제안되어왔다. 그 중에서 전압 프로그래밍에 의한 방식은 화소 내부에 보상용 캐패시터(Capacitor)를 이용하여 구동 TFTs의 문턱전압은 보상하지만, 이동도를 보상하지 못하는 단점이 있고 전류 프로그래밍에 의한 방식은 구동 TFTs의 문턱전압과 이동도를 모두 보상할 수 있지만, 저계조에서 요구되는 긴 충전 시간으로 인해 대형 및 고해상도 패널을 구동할 수 없다는 제약을 받는다. 트랜스임피던스 피드백 방식은 구동 TFTs의 문턱전압과 이동도를 모두 보상하고 저계조에서도 빠른 충전을 하는 장점이 있지만, 시간에 따른 OLEDs의 열화의 차이를 보상하지 못하며 화소를 구성하는 회로와 구동 방식이 다소 복잡한 단점이 여전이 존재한다. 최근에 새롭게 등장한 외부 메모리를 이용하여 비디오 데이터를 변조하는 방식은 구동 TFTs와 OLEDs의 전기적 특성 편차를 미리 외부 메모리에 저장하여 앞서 언급된 문제들을 모두 해결할 수 있다. 하지만, 현재까지 제시된 비디오 데이터를 변조하는 방식은 디스플레이가 동작하기 전에 외부에서 구동TFTs와 OLEDs의 전기적 특성을 센싱하기 위한 시간이 필요하기 때문에 센싱 시간 동안 사용자가 기다려야 하고 OLEDs의 경우에는 시간이 지남에 따라 디스플레이의 턴온(turn-on) 시간을 이용하여 반복적으로 센싱 해야 하는 불편함이 존재한다. 본 논문에서는 장시간 연속으로 사용되는 텔레비전 제품군에 적합한 방식으로 구동 TFTs의 문턱전압과 이동도 그리고 OLEDs의 시간에 따른 열화를 디스플레이가 동작하는 동안에 실시간으로 센싱 하여 외부 메모리에 저장하고 저장 된 값을 이용하여 비디오 데이터를 조정하는 방법으로 제시된 문제들을 해결하는 새로운 방식을 제안한다. 제안된 방식을 검증하기 위해 FPGA(Field Programmable Gate Array)을 이용하여 데이터 조정을 위한 타이밍 제어 보드(Timing Control Board; TCON B/D)를 PCB(Printed Circuit Board)제작을 통해 구현 하고 또한, 제안된 화소 구동을 위해 OLED 화소(Pixel) 구조를 설계하고 설계된 화소 회로를 hspice을 이용한 시뮬레이션을 통해 동작을 1차 검증하였고 실제 동작을 확인하기 위해 14인치 HD(1366×768)급 OLED패널을 제작하였다. 제작된 패널의 구동 및 보상을 위해 프레임 타임(Frame time)을 발광구간(emission time)과 DFI(Dark Frame Insertion)구간으로 구성 하였다. 구동 TFT의 문턱전압과 이동도 는 발광이 없는 DFI(Dark Frame Insertion)구간을, OLED의 열화는 발광구간 통해 외부에서 각각 센싱(sensing)하여 PCB상에 있는 ADC을 통해 외부 메모리에 저장하였다. ADC간 편차를 없애기 위해 R,G,B 화소 각각에 대하여 1개씩 총 3개의 ADC을 사용하였고 효과적인 센싱을 위해 패널에 8-bit 디코더(decoder)를 집적하여 순차적으로 각 화소의 전기적 특성을 센싱 하였다. 메모리는 전원의 턴 오프(turn off)을 대비한 데이터 저장을 위해서는 플래쉬 메모리(flash memory)를 사용하고 빠른 연산을 위해서 SRAM(Static Random Access Memory)를 사용하였다. 구현된 패널과 구동 시스템의 검증을 위해 디스플레이 되는 화면의 보상 전후의 휘도(luminance)를 각각 측정하여 보상 전후의 휘도 에러(error) 값을 비교하였다. 실험결과 보상 전후의 휘도 에러가 92.1%에서 1.0%로 감소하는 것을 통해 보상 효과를 확인하였다.; Active matrix organic light emitting diode (AMOLED) displays are suitable for television (TV) applications due to their advantages such as thin form factor, viewing angle free, fast response time, and self-emissive type. However, there are two major drawbacks in AMOLED displays for high image quality. One is nonuniform luminance due to electrical characteristic variations of driving TFTs in pixels. The other is image sticking due to differential aging of organic light emitting diodes (OLEDs). To solve these problems, many driving methods have been proposed. Voltage programming methods could compensate threshold voltage variation of driving TFTs using compensation capacitor in pixel but could not compensate mobility variation of driving TFTs. Current programming methods could compensate both threshold voltage and mobility variations of driving TFTs, but suffered by long charging time in low gray levels. Transimpedance feedback method could compensate both threshold voltage and mobility variation of driving TFTs and fast charging advantage even in the low gray levels, but could not compensate differential aging of OLEDs and the pixel structure and driving method are too complex. Video date modulation methods using external memory could solve all of previously mentioned problems by storing electrical characteristic variations of driving TFTs and OLEDs. However, video data modulation methods required external sensing time before display operation, so user should wait during sensing operation. Because OLEDs are aged as they are used, the sensing operation should be performed repeatedly during turn-on time of the display system, so user would be very uncomfortable to wait time during sensing operation. In this paper, a new real time video data adjusting method is proposed. The proposed method could sense and compensate threshold voltage and mobility variation of driving TFTs and differential aging of OLEDs during display operation, so user doesn’t have to wait time for sensing operation. The proposed real time adjusting method is suitable for TV application because TV usually displays for a long time without turning off. Proposed driving method is verified by 14.1-inch high definition (HD) resolution AMOLED panel. Experimental results show that the luminance error is improved from 92.1% to 1.0% when the proposed adjusting method is used. The proposed method is demonstrated on 14.1-inch AMOLED display panel.