헤드 마운티드 디스플레이는 그래픽 처리 장치, 정보 통신 기술의 발달과 맞물려 큰 성장세를 보이고 있었다. 그러던 중 강력한 전염성의 COVID 19이 세계적으로 대유행하게 되었다. 이로 인해 화상 회의, 화상 수업 등 비대면 사회생활이 일상이 되었고, COVID 19 이후의 생활에 대한 논의가 활발해졌다. 이는 증강 현실, 가상 현실을 구현하기 위한 기기인 헤드 마운티드 디스플레이의 수요 증가로 이어졌다. 따라서 헤드 ...
헤드 마운티드 디스플레이는 그래픽 처리 장치, 정보 통신 기술의 발달과 맞물려 큰 성장세를 보이고 있었다. 그러던 중 강력한 전염성의 COVID 19이 세계적으로 대유행하게 되었다. 이로 인해 화상 회의, 화상 수업 등 비대면 사회생활이 일상이 되었고, COVID 19 이후의 생활에 대한 논의가 활발해졌다. 이는 증강 현실, 가상 현실을 구현하기 위한 기기인 헤드 마운티드 디스플레이의 수요 증가로 이어졌다. 따라서 헤드 마운트 디스플레이의 필수 부품인 마이크로디스플레이에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다.
차세대 마이크로디스플레이 중 하나인 올레도스는 단일 실리콘 기판에 상보형 금속 산화 반도체 회로를 형성한 올레드다. 이는 저온으로 형성되는 박막 트랜지스터보다 작은 화소 간 간격을 갖는다. 따라서 작은 크기에 높은 해상도를 구현해야 하는 마이크로디스플레이에 적합하다. 올레도스의 자발광 특성 또한 경량화, 소형화에서 이점을 가진다.
하지만 올레드이기에 사용에 따른 열화 문제, 구동 트랜지스터의 문턱 전압 불균일 문제, 전원 전압 하강 문제를 해결해야 한다. 이에 더불어 올레도스 마이크로디스플레이는 작은 크기로 인해 작은 전류 변화에도 밝기가 민감하게 변화하는 특성이 있다. 이는 계조 표현 시에 미세한 전압 조정을 필요로 해 구동에 부담을 준다. 또한 금속 산화물전계 효과 반도체에서 발생하는 기판 효과로 인해 문턱 전압이 변화할 가능성도 있다. 따라서 기판 효과의 영향을 받지 않으면서 올레드의 문제들을 보상하고 구동 전압 범위를 늘려줄 수 있는 회로가 필요하다.
본 논문에서는 위의 목적에 부합하는 올레도스 화소 보상 회로 두 가지와 각각에 대응하는 구동 알고리즘을 제안한다. 첫 번째 화소 보상 회로는 두 개의 저장 축전기를 이용해 구동 전압 범위를 늘렸고, 기판 효과를 방지하기 위해 구동 트랜지스터의 바디를 소스에 연결했다. 이 회로를 이용해 0.234V에 불과했던 구동 전압 범위를 2.3V까지 늘렸다. 동시에 문턱 전압 차이로 인해 발생하는 구동 전류오류를 평균 22.76%에서 평균 0.69%로 줄였다. 두 번째 화소 보상 회로도 두 개의 저장 축전기를 이용해 구동 전압 범위를 늘렸다. 두 번째 회로는 구동 트랜지스터의 소스와 바디 모두 전원 전압에 연결해 기판 효과를 방지했다. 해당 회로를 이용해 구동 전압 범위를 0.284V에서 2.39V로 늘렸고, 구동 전류 오류는 평균 22.35%에서 평균 0.53% 로 줄였다. 두 회로의 오류 수치 모두 1%를 웃도는 기존 회로들의 반 정도로 월등한 성능을 보인다. 구동 전압 범위 또한 2V를 넘는 좋은 성능을 보이고있다.
헤드 마운티드 디스플레이는 그래픽 처리 장치, 정보 통신 기술의 발달과 맞물려 큰 성장세를 보이고 있었다. 그러던 중 강력한 전염성의 COVID 19이 세계적으로 대유행하게 되었다. 이로 인해 화상 회의, 화상 수업 등 비대면 사회생활이 일상이 되었고, COVID 19 이후의 생활에 대한 논의가 활발해졌다. 이는 증강 현실, 가상 현실을 구현하기 위한 기기인 헤드 마운티드 디스플레이의 수요 증가로 이어졌다. 따라서 헤드 마운트 디스플레이의 필수 부품인 마이크로디스플레이에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다.
차세대 마이크로디스플레이 중 하나인 올레도스는 단일 실리콘 기판에 상보형 금속 산화 반도체 회로를 형성한 올레드다. 이는 저온으로 형성되는 박막 트랜지스터보다 작은 화소 간 간격을 갖는다. 따라서 작은 크기에 높은 해상도를 구현해야 하는 마이크로디스플레이에 적합하다. 올레도스의 자발광 특성 또한 경량화, 소형화에서 이점을 가진다.
하지만 올레드이기에 사용에 따른 열화 문제, 구동 트랜지스터의 문턱 전압 불균일 문제, 전원 전압 하강 문제를 해결해야 한다. 이에 더불어 올레도스 마이크로디스플레이는 작은 크기로 인해 작은 전류 변화에도 밝기가 민감하게 변화하는 특성이 있다. 이는 계조 표현 시에 미세한 전압 조정을 필요로 해 구동에 부담을 준다. 또한 금속 산화물 전계 효과 반도체에서 발생하는 기판 효과로 인해 문턱 전압이 변화할 가능성도 있다. 따라서 기판 효과의 영향을 받지 않으면서 올레드의 문제들을 보상하고 구동 전압 범위를 늘려줄 수 있는 회로가 필요하다.
본 논문에서는 위의 목적에 부합하는 올레도스 화소 보상 회로 두 가지와 각각에 대응하는 구동 알고리즘을 제안한다. 첫 번째 화소 보상 회로는 두 개의 저장 축전기를 이용해 구동 전압 범위를 늘렸고, 기판 효과를 방지하기 위해 구동 트랜지스터의 바디를 소스에 연결했다. 이 회로를 이용해 0.234V에 불과했던 구동 전압 범위를 2.3V까지 늘렸다. 동시에 문턱 전압 차이로 인해 발생하는 구동 전류오류를 평균 22.76%에서 평균 0.69%로 줄였다. 두 번째 화소 보상 회로도 두 개의 저장 축전기를 이용해 구동 전압 범위를 늘렸다. 두 번째 회로는 구동 트랜지스터의 소스와 바디 모두 전원 전압에 연결해 기판 효과를 방지했다. 해당 회로를 이용해 구동 전압 범위를 0.284V에서 2.39V로 늘렸고, 구동 전류 오류는 평균 22.35%에서 평균 0.53% 로 줄였다. 두 회로의 오류 수치 모두 1%를 웃도는 기존 회로들의 반 정도로 월등한 성능을 보인다. 구동 전압 범위 또한 2V를 넘는 좋은 성능을 보이고있다.
Head mounted display (HMD), a display device to implement augmented reality and virtual reality, was showing rapid growth in tandem with the progress of graphic processing unit and development in information technology. Then global epidemic of COVID-19 occurred. Contactless life, such as visual conf...
Head mounted display (HMD), a display device to implement augmented reality and virtual reality, was showing rapid growth in tandem with the progress of graphic processing unit and development in information technology. Then global epidemic of COVID-19 occurred. Contactless life, such as visual conference and virtual class, has become our daily life due to this highly contagious virus. The changes in life lead to increase in demand on HMD. Consequently, researches on microdisplay for HMD also are actively progressed.
Organic light emitting diode on silicon (OLEDoS), a variation of OLED, is one of next generation microdisplay. OLEDoS uses complementary metal oxide semiconductor (CMOS) circuit on single silicon substrate as backplane. Small pixel pitch of CMOS process helps microdisplay having high resolution. Self-emission becomes advantage for miniaturization and light-weight as well.
However, OLEDoS inherits issues in OLED including threshold voltage (Vth) non-uniformity in driving transistor, IR voltage drop at supply voltage and OLED efficiency degradation. Further, luminance of OLEDoS microdisplay sensitively reacts to small movement in data voltage. This feature puts a burden on driving as it requires fine data voltage adjustment for gray level expression. Also, body effect in metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) can shift Vth. Therefore, pixel circuit to compensate for OLED issues and expand data voltage range while not affected by body effect is needed.
This thesis proposes two OLEDoS pixel compensation circuits and corresponding driving algorithms for each. First OLEDoS pixel circuit extends data voltage range with capacitance coupling between two storage capacitors. Driving transistor in this circuit has its body self-biased to its source to block Vth shift from body effect. Consequently, the circuit extends data voltage range from 0.234V to 2.3V. OLED emission current deviation error is reduced from 27.37% to 0.91% , both in maximum. Second pixel circuit extends data voltage range with same strategy. In the circuit, body and source of driving transistor both are connected to power supply voltage to avoid body effect with less space. The second circuit results in data voltage range extension from 0.284V to 2.39V and emission current error reduction from maximum 27.35% to maximum 0.61%. Both circuits outperform the preceding circuit models whose error exceed 1%. Driving voltage range above 2V is also a superior performance.
Head mounted display (HMD), a display device to implement augmented reality and virtual reality, was showing rapid growth in tandem with the progress of graphic processing unit and development in information technology. Then global epidemic of COVID-19 occurred. Contactless life, such as visual conference and virtual class, has become our daily life due to this highly contagious virus. The changes in life lead to increase in demand on HMD. Consequently, researches on microdisplay for HMD also are actively progressed.
Organic light emitting diode on silicon (OLEDoS), a variation of OLED, is one of next generation microdisplay. OLEDoS uses complementary metal oxide semiconductor (CMOS) circuit on single silicon substrate as backplane. Small pixel pitch of CMOS process helps microdisplay having high resolution. Self-emission becomes advantage for miniaturization and light-weight as well.
However, OLEDoS inherits issues in OLED including threshold voltage (Vth) non-uniformity in driving transistor, IR voltage drop at supply voltage and OLED efficiency degradation. Further, luminance of OLEDoS microdisplay sensitively reacts to small movement in data voltage. This feature puts a burden on driving as it requires fine data voltage adjustment for gray level expression. Also, body effect in metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) can shift Vth. Therefore, pixel circuit to compensate for OLED issues and expand data voltage range while not affected by body effect is needed.
This thesis proposes two OLEDoS pixel compensation circuits and corresponding driving algorithms for each. First OLEDoS pixel circuit extends data voltage range with capacitance coupling between two storage capacitors. Driving transistor in this circuit has its body self-biased to its source to block Vth shift from body effect. Consequently, the circuit extends data voltage range from 0.234V to 2.3V. OLED emission current deviation error is reduced from 27.37% to 0.91% , both in maximum. Second pixel circuit extends data voltage range with same strategy. In the circuit, body and source of driving transistor both are connected to power supply voltage to avoid body effect with less space. The second circuit results in data voltage range extension from 0.284V to 2.39V and emission current error reduction from maximum 27.35% to maximum 0.61%. Both circuits outperform the preceding circuit models whose error exceed 1%. Driving voltage range above 2V is also a superior performance.
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