평판 디스플레이의 분야 중 하나인 마이크로 디스플레이는 캠코더뷰 파인더, 프로젝터를 내장한 휴대폰, 헤드 ...
평판 디스플레이의 분야 중 하나인 마이크로 디스플레이는 캠코더뷰 파인더, 프로젝터를 내장한 휴대폰, 헤드 마운트 디스플레이 같은 작은 광학 장치에 사용된다. 마이크로 디스플레이를 위한 디스플레이 기술에는 digital light processing (DLP), liquid crystal on silicon (LCoS), organic light-emitting diode-on-silicon (OLEDoS) 가 있다. OLEDoS는 단결정 실리콘 웨이퍼를 backplane으로 하고 OLED를 증착하여 마이크로 디스플레이를 구현한다. 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용한 CMOS 공정은 poly-Si 나 a-Si 를 사용한 TFT 공정보다 더욱 미세한 패턴 공정을 가능하기 때문에 마이크로 디스플레이 같이 수십 μm2 크기의 작은 화소 사이즈를 집적할 수 있다. 뿐만 아니라 데이터 드라이버, 게이트 드라이버 와 여러 가지 기능을 가진 회로를 한 칩 안에 집적 할 수 있다. 그러므로, CMOS공정을 이용하여 마이크로 디스플레이를 구현 할 수 있다. OLEDoS 마이크로 디스플레이는 높은 광학 특성, 얇은 두께, 적은 파워 소모의 장점을 가지고 있다. 그러나 OLEDoS 마이크로 디스플레이를 구현하는데 있어서 여러 가지 제약이 있다. 먼저 화소 사이즈는 수십 μm2 크기로 매우 작기 때문에 화소 구조는 간단해야 하다. 더군다나 화소 사이즈가 매우 작고 OLED의 밝기는 OLED에 흐르는 전류 밀도에 비례하기 때문에 발광 전류는 수 nA 이하가 된다. 그러므로 마이크로 디스플레이를 위한 OLEDoS 화소 구조는 작은 전류를 정밀하게 제어 할 수 있어야 한다. 하지만 MOSFET의 이동도가 너무 크고 화소 사이즈가 매우 작기 때문에 수 nA의 전류를 컨트롤 하는 것은 어렵다. 또한 저전압 소자의 breakdown을 방지 하기 위하여 과전압 방지 회로가 필요하다. OLED의 구동 전압은 CMOS 소자의 동작 전압 보다 높기 때문이다. 그러므로 OLEDoS 화소 구조에는 반드시 과전압 보호 회로가 필요하다. 위에서 언급한 기술적인 문제를 해결하기 위해서, 작은 전류 크기를 제어 할 수 있고 높은 전압을 보호 할 수 있는 ‘디지털 구동 방법을 위한 펄스 폭 모듈레이션 방식’, ‘전류 구동 방법을 위한 다이오드 커넥션 로드를 사용한 source follower 구조’를 제안하였다.
평판 디스플레이의 분야 중 하나인 마이크로 디스플레이는 캠코더 뷰 파인더, 프로젝터를 내장한 휴대폰, 헤드 마운트 디스플레이 같은 작은 광학 장치에 사용된다. 마이크로 디스플레이를 위한 디스플레이 기술에는 digital light processing (DLP), liquid crystal on silicon (LCoS), organic light-emitting diode-on-silicon (OLEDoS) 가 있다. OLEDoS는 단결정 실리콘 웨이퍼를 backplane으로 하고 OLED를 증착하여 마이크로 디스플레이를 구현한다. 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용한 CMOS 공정은 poly-Si 나 a-Si 를 사용한 TFT 공정보다 더욱 미세한 패턴 공정을 가능하기 때문에 마이크로 디스플레이 같이 수십 μm2 크기의 작은 화소 사이즈를 집적할 수 있다. 뿐만 아니라 데이터 드라이버, 게이트 드라이버 와 여러 가지 기능을 가진 회로를 한 칩 안에 집적 할 수 있다. 그러므로, CMOS공정을 이용하여 마이크로 디스플레이를 구현 할 수 있다. OLEDoS 마이크로 디스플레이는 높은 광학 특성, 얇은 두께, 적은 파워 소모의 장점을 가지고 있다. 그러나 OLEDoS 마이크로 디스플레이를 구현하는데 있어서 여러 가지 제약이 있다. 먼저 화소 사이즈는 수십 μm2 크기로 매우 작기 때문에 화소 구조는 간단해야 하다. 더군다나 화소 사이즈가 매우 작고 OLED의 밝기는 OLED에 흐르는 전류 밀도에 비례하기 때문에 발광 전류는 수 nA 이하가 된다. 그러므로 마이크로 디스플레이를 위한 OLEDoS 화소 구조는 작은 전류를 정밀하게 제어 할 수 있어야 한다. 하지만 MOSFET의 이동도가 너무 크고 화소 사이즈가 매우 작기 때문에 수 nA의 전류를 컨트롤 하는 것은 어렵다. 또한 저전압 소자의 breakdown을 방지 하기 위하여 과전압 방지 회로가 필요하다. OLED의 구동 전압은 CMOS 소자의 동작 전압 보다 높기 때문이다. 그러므로 OLEDoS 화소 구조에는 반드시 과전압 보호 회로가 필요하다. 위에서 언급한 기술적인 문제를 해결하기 위해서, 작은 전류 크기를 제어 할 수 있고 높은 전압을 보호 할 수 있는 ‘디지털 구동 방법을 위한 펄스 폭 모듈레이션 방식’, ‘전류 구동 방법을 위한 다이오드 커넥션 로드를 사용한 source follower 구조’를 제안하였다.
Microdisplays, which are components of flat-panel displays (FPDs), can be used in small optical devices, such as viewfinders for camcorders, projectors for cellular phones, and head-mount displays (HMDs). There are several display technologies for microdisplays, such as digital light processing (DLP...
Microdisplays, which are components of flat-panel displays (FPDs), can be used in small optical devices, such as viewfinders for camcorders, projectors for cellular phones, and head-mount displays (HMDs). There are several display technologies for microdisplays, such as digital light processing (DLP), liquid crystal on silicon (LCoS), and organic light-emitting diode-on-silicon (OLEDoS). The OLEDoS displays, which use a single crystalline silicon wafer as a backplane technology, have been proposed for the realization of microdisplays with organic light-emitting diode (OLED) displays. As the devices using the standard CMOS process are much smaller than those using the thin-film transistor (TFT) process, pixel circuits using the standard CMOS process can be integrated into small pixels, usually several tens of μm2. In addition, the driving circuits are integrated on a silicon wafer using the standard CMOS process. Therefore, OLEDoS displays can be realized using the standard CMOS process technology for microdisplays. OLEDoS has many advantages, such as high optical performance, thinness, and low power consumption. There are critical constraints, however, to the realization of the OLEDoS pixel structure for microdisplays. As OLEDoS’s pixels are very small (several tens of μm2), the OLEDoS pixel structure is very simple. Moreover, because such pixel structure is very small and the OLED luminance is proportional to the OLED current density, the OLED emission current level is less than several nA. Therefore, the OLEDoS pixel structure for microdisplays can accurately control the low-level current. It is difficult to control the several-nA current because the metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) mobility is very high and the pixels are very small. In addition, an overvoltage protection circuit is required to prevent the breakdown of the low-voltage transistors in a pixel circuit because the operating voltage of OLED is higher than that of the CMOS transistor. Therefore, the OLEDoS pixel structure for microdisplays must have an overvoltage protection circuit. To resolve the aforementioned technical issues, in this thesis, an OLEDoS pixel structure is proposed to control the low-level current on the small pixels with the use of a high-voltage protection circuit. This thesis proposes pulse width modulation (PWM) for digital driving method and a source follower with a diode-connected transistor load for current driving method, respectively.
Microdisplays, which are components of flat-panel displays (FPDs), can be used in small optical devices, such as viewfinders for camcorders, projectors for cellular phones, and head-mount displays (HMDs). There are several display technologies for microdisplays, such as digital light processing (DLP), liquid crystal on silicon (LCoS), and organic light-emitting diode-on-silicon (OLEDoS). The OLEDoS displays, which use a single crystalline silicon wafer as a backplane technology, have been proposed for the realization of microdisplays with organic light-emitting diode (OLED) displays. As the devices using the standard CMOS process are much smaller than those using the thin-film transistor (TFT) process, pixel circuits using the standard CMOS process can be integrated into small pixels, usually several tens of μm2. In addition, the driving circuits are integrated on a silicon wafer using the standard CMOS process. Therefore, OLEDoS displays can be realized using the standard CMOS process technology for microdisplays. OLEDoS has many advantages, such as high optical performance, thinness, and low power consumption. There are critical constraints, however, to the realization of the OLEDoS pixel structure for microdisplays. As OLEDoS’s pixels are very small (several tens of μm2), the OLEDoS pixel structure is very simple. Moreover, because such pixel structure is very small and the OLED luminance is proportional to the OLED current density, the OLED emission current level is less than several nA. Therefore, the OLEDoS pixel structure for microdisplays can accurately control the low-level current. It is difficult to control the several-nA current because the metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) mobility is very high and the pixels are very small. In addition, an overvoltage protection circuit is required to prevent the breakdown of the low-voltage transistors in a pixel circuit because the operating voltage of OLED is higher than that of the CMOS transistor. Therefore, the OLEDoS pixel structure for microdisplays must have an overvoltage protection circuit. To resolve the aforementioned technical issues, in this thesis, an OLEDoS pixel structure is proposed to control the low-level current on the small pixels with the use of a high-voltage protection circuit. This thesis proposes pulse width modulation (PWM) for digital driving method and a source follower with a diode-connected transistor load for current driving method, respectively.
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