본 연구를 통해서 대 면적, 고 휘도AMOLED 응용에 적합한 화소 회로와 이에 대한 구동 방식을 제안하였다. 균일도는 다소 떨어지지만 안정성이 뛰어난 저온 다결정 실리론(LTPS) 박막 트랜지스터(TFT)를 기반으로 설계했다. 영상 화소의 균일도를 향상시키기 위해, 화소 TFT의 $V_{TH}$와 이동도 편차를 함께 보상할 수 있도록 했다. 기존의 이동도 보상 회로가 갖는 문제점을 극복하여 대 면적 패널에 적합하도록 했고, 동영상 특성을 개선하기 위해 black data insertion 방식을 도입하였다. 이동도 보상 시 휘도가 떨어지는 문제를 개선하기 위해, 패널이 두 가지 보상 모드에서 동작할 수 있도록 하였다. 화소 회로를 제어하기 위한 스캔 구동 회로를 최적화하여, 이를 통해서 보정 모드를 쉽게 제어할 수 있었다. 최종 구동 타이밍은 여유 있는 마진으로 안정적인 동작이 가능하다. 14.1" WXGA top emission AMOLED 패널에 대해 설계했으며, 이동도 보상 시간을 1us로 했을 때 패널의 불균일도는 5% 이하로 예측되었다.
본 연구를 통해서 대 면적, 고 휘도 AMOLED 응용에 적합한 화소 회로와 이에 대한 구동 방식을 제안하였다. 균일도는 다소 떨어지지만 안정성이 뛰어난 저온 다결정 실리론(LTPS) 박막 트랜지스터(TFT)를 기반으로 설계했다. 영상 화소의 균일도를 향상시키기 위해, 화소 TFT의 $V_{TH}$와 이동도 편차를 함께 보상할 수 있도록 했다. 기존의 이동도 보상 회로가 갖는 문제점을 극복하여 대 면적 패널에 적합하도록 했고, 동영상 특성을 개선하기 위해 black data insertion 방식을 도입하였다. 이동도 보상 시 휘도가 떨어지는 문제를 개선하기 위해, 패널이 두 가지 보상 모드에서 동작할 수 있도록 하였다. 화소 회로를 제어하기 위한 스캔 구동 회로를 최적화하여, 이를 통해서 보정 모드를 쉽게 제어할 수 있었다. 최종 구동 타이밍은 여유 있는 마진으로 안정적인 동작이 가능하다. 14.1" WXGA top emission AMOLED 패널에 대해 설계했으며, 이동도 보상 시간을 1us로 했을 때 패널의 불균일도는 5% 이하로 예측되었다.
We proposed a new pixel circuit and driving method for the large-area, high-luminance AMOLED applications in this study. We designed with the low-temperature poly-silicon(LTPS) thin film transistors(TFTs) that has poor uniformity but stable characteristic. To improve the uniformity of an image, the ...
We proposed a new pixel circuit and driving method for the large-area, high-luminance AMOLED applications in this study. We designed with the low-temperature poly-silicon(LTPS) thin film transistors(TFTs) that has poor uniformity but stable characteristic. To improve the uniformity of an image, the threshold voltage($V_{TH}$) and the mobility of the TFTs can be compensated together. The proposed method overcomes the previous methods for mobility compensation, and that is profitable for large-area applications. Black data insertion was introduced to improve the characteristics for moving images. AMOLED panel can operate in two compensation mode, so the luminance degradation by mobility compensation can be released. The scan driver for controlling the pixel circuits were optimized, and the compensation mode can be controlled simply by that. Final driving signal has large timing margin, and the panel operates stably. The pixel circuit was designed for 14.1" WXGA top-emission ANGLED panel. The non-uniformity of the designed panel was estimated under 5% for the mobility compensation time of 1us.
We proposed a new pixel circuit and driving method for the large-area, high-luminance AMOLED applications in this study. We designed with the low-temperature poly-silicon(LTPS) thin film transistors(TFTs) that has poor uniformity but stable characteristic. To improve the uniformity of an image, the threshold voltage($V_{TH}$) and the mobility of the TFTs can be compensated together. The proposed method overcomes the previous methods for mobility compensation, and that is profitable for large-area applications. Black data insertion was introduced to improve the characteristics for moving images. AMOLED panel can operate in two compensation mode, so the luminance degradation by mobility compensation can be released. The scan driver for controlling the pixel circuits were optimized, and the compensation mode can be controlled simply by that. Final driving signal has large timing margin, and the panel operates stably. The pixel circuit was designed for 14.1" WXGA top-emission ANGLED panel. The non-uniformity of the designed panel was estimated under 5% for the mobility compensation time of 1us.
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문제 정의
이에 반해, LTPS TFT는 상대적으로 안정성이 높고 이동도가 높지만, 그레인 경계의 불규칙성으로 인해 Vth와 이동도 특성에 대한 픽셀 간 편차가 크다. 본 연구에서는 LTPS TFT를 이용하여 AMOLED 패널을 설계했고, Vth와 이동도를 동시에 보상할 수 있는 최적의 회로를 제안하였다.
제안 방법
화면 전체를 밝게 할 경우에 대한 최대 휘도는 狈 nit이며, 이를 위해서 B/G/B 픽셀은 각각 140/290/45 nit의 휘도를 가져야 한다. OLED와 LTPS TFT의 특성을 고려하여 각 전원의 전압 레벨을 설정했고, 패널의 동작 속도는 60 Hz 이다. 그림 8(b)의 타이밍은 표 1을 기준으로 설정한 것이며, OP 신호를 조정하여 이동도 보상 시간을 제어할 수 있다.
기존 방법에서 오는 문제를 완화하고, 대면적 및 고휘도 응용에 적합하도록 새로운 픽셀 구조와 구동 방식을 제안하였다. 그림 5와 6에 각각 픽 셀 구조와 이에 대한 타이밍도를 나타내었다.
화소 TFT의 픽셀 간 편차를 보정하기 위해서 Vth 보상과 이동도 보상이 가능하도록 설계했다. 기존의 이동도 보상 회로가 갖는 문제점을 극복하고 대 면적 패널에 적합하도록 하였다. 더불어, 동영상 특성을 개선하기 위한 black data insertion 방식을 도입하여, 구동 타이밍을 보다 안정적으로 제어할 수 있었다.
대 면적, 고 휘도 AMOLED 응용에 적합한 픽셀 회로와 구동 방식을 제안하고 검증했다. LTPS TFT를 기반으로 한 top emission 방식에 적합하며, 영상 구현 시높은 균일도를 얻을 수 있다.
또한, ELVDD와 데이터 전송선을 구동하기 위한 회로가 필요 없고, 구동 타이밍에 대한 마진이 높기 때문에 대 면적 응용에 적합하다. 더불어 black data insertion 방법을 적용하여, 동영상 특성을 개선하도록 했다.
따라서 전체 화소의 일부만 동작시키는 경우에는 영상의 균일도를 다소 손해 보더라도 휘도를 높여야만 한다. 제안하는 방법은 Vth와 이동도를 함께 보상할 수 있을 뿐만 아니라, 휘도를 높이기 위해 Vth 보상만 가능하도록 동작할 수 있다.
제안하는 방법은 제어 신호를 간단히 변경하여 두 가지 모드로 보상이 가능하며, 기존 방법과는 달리 고 휘도 영상에 대해 대응이 가능하다. 또한, ELVDD와 데이터 전송선을 구동하기 위한 회로가 필요 없고, 구동 타이밍에 대한 마진이 높기 때문에 대 면적 응용에 적합하다.
픽셀 보상회로의 성능을 검증하기 위해 표 1에 제시한 소자 특성으로 HSPICE 시뮬레이션을 수행하였다. 이 때, TFT의 Vth 편차와 이동도 편차는 각각 ±0.
블록도를 나타낸 것이다. 픽셀 회로의 이차원 배열이 디스플레이 영역을 결정하며, 픽셀 제어 신호의 RC 지연을 최소화하기 위해서 배열 양 옆으로 스캔 구동 회로를 각각 하나 씩 두었다. Top emission 방식으로서, OLED 소자는 TFT 회로 위에 있으며 위쪽으로 발광한다.
LTPS TFT를 기반으로 한 top emission 방식에 적합하며, 영상 구현 시높은 균일도를 얻을 수 있다. 화소 TFT의 픽셀 간 편차를 보정하기 위해서 Vth 보상과 이동도 보상이 가능하도록 설계했다. 기존의 이동도 보상 회로가 갖는 문제점을 극복하고 대 면적 패널에 적합하도록 하였다.
대상 데이터
AMOLED 패널을 설계하기 위해서 top 게이트 구조의 1-poly 1-metal LTPS TFT 공정을 사용했다. TFT 의 최소 게이트 길이는 4um이며, 표 1에 패널 설계에 필요한 주요 파라미터를 요약했다.
TFT 의 최소 게이트 길이는 4um이며, 표 1에 패널 설계에 필요한 주요 파라미터를 요약했다. 화면 전체를 밝게 할 경우에 대한 최대 휘도는 狈 nit이며, 이를 위해서 B/G/B 픽셀은 각각 140/290/45 nit의 휘도를 가져야 한다.
그림 5와 6에 각각 픽 셀 구조와 이에 대한 타이밍도를 나타내었다. 총 다섯 개의 N-type TFT 와 한 개의 캐패시터로 구성되며, 이 중에서 Ml이 전류 구동을 위한 TFT이다. 픽셀 구조가 다소 복잡하지만 top emission 방식에서는 거의 문제가 되지 않으며, 간단한 NMOS 공정으로 구현이 가능하다.
성능/효과
구동 방식을 제안하고 검증했다. LTPS TFT를 기반으로 한 top emission 방식에 적합하며, 영상 구현 시높은 균일도를 얻을 수 있다. 화소 TFT의 픽셀 간 편차를 보정하기 위해서 Vth 보상과 이동도 보상이 가능하도록 설계했다.
패널의 불균일도를 나타내었다. 가장 문제가 심각한 blue 픽셀에 대한 결과이며, green과 red 픽셀도 동일한 경향을 보인다. 이동도 보상 시간이 길어질 수록패널의 불균일도는 점점 개선되지만, 픽셀의 최대 전류가 감소하는 문제가 있으며, 이에 따라 패널의 휘도도 같이 감소한다.
기존의 이동도 보상 회로가 갖는 문제점을 극복하고 대 면적 패널에 적합하도록 하였다. 더불어, 동영상 특성을 개선하기 위한 black data insertion 방식을 도입하여, 구동 타이밍을 보다 안정적으로 제어할 수 있었다. 이동도 보상 과정에서 휘도가 낮아지는 문제점을 해결하기 위해서, 고 휘도를 위한 조건에서는 Vth 보상만 가능하도록 했으며, 이러한 보상 모드는 간단한 제어신호를 통해 변경이 가능하다.
즉, OLED의 빛이 TFT를 통과하는 bottom emission 구조에 적합하다. 또한, Vth와 이동도 보상이 가능하므로, LTPS TFT를 기반으로 하는 AMOLED 패널에 적합하다. 그러나 ELVDD는 행 단위로 순차적인 구동을 해야 하므로, 이를 위해 추가적인 회로가 필요하다.
후속연구
영상에 대해 대응이 가능하다. 또한, ELVDD와 데이터 전송선을 구동하기 위한 회로가 필요 없고, 구동 타이밍에 대한 마진이 높기 때문에 대 면적 응용에 적합하다. 더불어 black data insertion 방법을 적용하여, 동영상 특성을 개선하도록 했다.
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