a-Si 대면적 고해상도 패널을 위한 새로운 AMOLED 구동 방식

Abstract

유기발광다이오드 (OLED: Organic Light-Emitting Diode) 디스플레이는 가볍고 (light-weight), 얇으며 (thin), 낮은 소비 전력 (low power)으로 구동할 수 있다. 또한, 박막트랜지스터 (TFT: Thin-Film Transistor) 액정 디스플레이 (LCD: Liquid Crystal Display)나 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP: Plasma Display Panel)에 비해 응답속도 (response time)가 빠르다. 그리고, 자체 발광 특성으로 인해 높은 대비비 (contrast ratio)와 넓은 시야각 (viewing angle) 및 좋은 시인성 (viewability)을 가지며, 높은 휘도 (luminance)를 낼 수 있어, 차세대 평판 디스플레이로 각광 받고 있다. 유기발광다이오드 디스플레이는 어드레싱 (addressing) 방식에 따라서, 수동 매트릭스 (PM: Passive Matrix) 방식과 능동 매트릭스 (AM: Active Matrix) 방식으로 구분할 수 있다. 수동 매트릭스 방식은 박막트랜지스터 (TFT: Thin-Film Transistor)와 같은 능동 소자(active circuit element)를 사용하지 않아 구조가 간단하다. 하지만, 수동 매트릭스 방식은 대면적 (large-size) 고해상도 (high-resolution) 패널 (panel)에 적용했을 때, 구동 (driving)에 필요한 소비 전력이 크기 때문에, 능동 매트릭스 방식이 유리하다. 비정질 실리콘 (a-Si: amorphous silicon) 박막트랜지스터를 이용해서 능동 매트릭스 유기발광다이오드 (AMOLED: Active Matrix OLED) 디스플레이를 만드는 경우, 박막트랜지스터 액정 디스플레이 제조 공정과 상당 부분에서 호환이 되고, 다결정 실리콘 (poly-Si: poly-crystal silicon) 박막트랜지스터보다 제조 공정이 간단한 장점이 있다. 유기발광다이오드 디스플레이에서 계조 (gray scale)를 표현 방식에는 시분할 (temporal dithering) 방식과 공간분할 (spatial dithering) 방식 및 진폭 변조 (AM: Amplitude Modulation) 방식이 있다. 시분할 방식과 공간분할 방식은 아직 여러 가지 문제점을 해결하지 못했기 때문에 실제 적용에 어려움이 있다. 진폭 변조 방식을 사용한 화소 (pixel) 구조는 구동 회로에서 화소에 전달되는 데이터의 전기적인 형태에 따라서, 전압 기입형 화소 구조와 전류 기입형 화소 구조로 구분할 수 있다. 전압 기입형 (voltage programmed) 화소 구조는 고속 데이터 기입이 (program) 가능하지만, 비정질 실리콘 박막트랜지스터의 특성 열화 (degradation) 때문에 화소간 휘도의 편차가 생긴다. 이를 보상하기 위해서 대부분의 전압 기입형 화소 구조에서 다이오드 접속 (diode-connection)을 이용한 문턱 전압 보상 방법을 사용한다. 하지만, 이 방법은 비정질 실리콘 박막트랜지스터의 열악한 전기적 특성 때문에 보상 정도가 미비하다. 전류 기입형 (current programmed) 화소 구조는 전압 기입형 화소 구조와 비교하였을 때, 박막트랜지스터의 전기적 특성 열화에 대해서 상대적으로 둔감하다. 그러나, 대면적 패널의 신호선 (signal line)에 존재하는 기생 커패시턴스 (parasitic capacitance)가 상당히 크기 때문에 데이터 기입 속도가 매우 느리다. 한편, 유기발광다이오드는 화소에 인가되는 스트레스 (stress) 조건에 따라서 열화가 진행되는 정도가 다르므로, 화소간 휘도 편차가 생긴다. 따라서, 구동 회로는 박막트랜지스터와 유기발광다이오드의 열화를 동시에 보상해야 한다. 본 논문에서는 전압 기입형 화소의 빠른 데이터 기입 속도와 전류 기입형 화소의 정확성을 동시에 가지는 화소 구조 및 구동 방식을 제안 하였다. 제안한 구조를 적용함으로써 박막트랜지스터의 특성 열화에 둔감하게 유기발광다이오드에 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 이와 함께, 유기발광다이오드의 물리적 열화 모델과 참조표 (LUT: Look-Up Table)를 이용해서 유기발광다이오드의 열화를 보상하는 방식의 구동 회로 구조를 제안하였다. 또한, 제안한 구조는 화소의 구동과 열화에 대한 보상을 독립적으로 수행하기 때문에, 필요한 경우에만 보상 회로를 동작 시킬 수 있다. 마지막으로, HSPICE 모의 실험을 통해서 제안한 화소 구조 및 구동 방식이 대면적 고해상도 유기발광다이오드 디스플레이에 적용이 가능함을 검증하였다.; The organic light-emitting diode (OLED) display has the many advantages of implementing high-resolution and large-size panel due to the light weight, thin form factor, low power consumption, and the fast response time compared to liquid crystal displays (LCDs) and plasma display panels (PDPs). Moreover, by the virtue of the self-emission, the OLED display has the features such as the high contrast-ratio, wide viewing angle, good viewability, and high brightness. Methods for driving the OLED display can be categorized into passive matrix OLEDs (PMOLEDs) and active matrix OLEDs (AMOLEDs) by the addressing type. PMOLEDs, which do not need active circuit elements such as TFTs, have simple structure. However, AMOLEDs are more suitable than PMOLEDs in large-size and high-resolution applications because PMOLEDs require the high power consumption for driving. Fabricating an AMOLED display using amorphous silicon (a-Si) TFTs, many parts of the fabrication process for the AMOLED display are compatible with those of the fabrication process for the AMLCD display. And, the fabrication process of a-Si TFTs is simpler than that of poly-Si TFTs. To express the gray scale, there are three main methods. They are a method for the temporal dithering, a method for the spatial dithering, and a method for the amplitude modulation (AM). The method for the AM is preferred in large-size and high-resolution AMOLED display because the other methods have some problems which have not yet solved. By the way, Pixel circuits adopting methods for the AM in the AMOLED display can be categorized into voltage programmed pixel circuits and current programmed pixel circuits. Voltage programmed pixel circuits are capable of programming fast. However, if there is not proper compensation techniques which cancel the degradation of electrical characteristics of TFTs, the brightness of each pixel may fluctuate. A diode-connection scheme, which compensates the shift of the threshold voltage, is usually adopted in voltage programmed pixel circuits. In general, it shows an inaccuracy due to poor electrical characteristics of a-Si TFTs. Current programmed pixel circuits are insensitive to the shift of the threshold voltage in relative to voltage programmed pixel circuits but the speed of programming is really slow because of a large parasitic capacitance of signal lines, which is inevitable in large size panel. For the degradation of the OLEDs in a pixel differs from those of other pixels according to the stress condition, the degradation of the OLEDs results in the variation of the brightness even if there is not the degradation in electrical characteristics of TFTs. Therefore, the driving circuit should compensate both degradations of the OLEDs and TFTs In this paper, a new pixel structure with a new driving scheme, which has the merits of the high speed in voltage programmed pixel circuits and the high accuracy in current programmed pixel circuits simultaneously, is proposed. The proposed pixel structure can control the amount of current to the OLEDs insensitively to the degradation of electrical characteristics of TFTs. Also, the proposed pixel structure can compensate the degradation of the OLED material by a LUT-based compensation scheme. Because driving pixels and compensating degradations are separated in the proposed driving scheme, the compensation can be performed only when it is necessary. Finally, the feasibility of implementation of high-resolution and large-size panel using the proposed pixel structure with the driving scheme was verified by HSPICE simulation.