[논문]광 검출기가 장착된 OLED 조명 시스템

신동균; 박종운; 서화일

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In lighting system where several large-area organic light-emitting diode (OLED) lighting panels are involved, panel aging may appear differently from each other, resulting in a falling-off in lighting quality. To achieve uniform light output across large-area OLED lighting panels, we have employed a...

In lighting system where several large-area organic light-emitting diode (OLED) lighting panels are involved, panel aging may appear differently from each other, resulting in a falling-off in lighting quality. To achieve uniform light output across large-area OLED lighting panels, we have employed an optical feedback circuit. Light output from each OLED panel is monitored by the optical feedback circuit that consists of a photodiode, I-V converter, 10-bit analogdigital converter (ADC), and comparator. A photodiode generates current by detecting OLED light from one side of the glass substrate (i.e., edge emission). Namely, the target luminance from the emission area (bottom emission) of OLED panels is monitored by current generated from the photodiode mounted on a glass edge. To this end, we need to establish a mapping table between the ADC value and the luminance of bottom emission. The reference ADC value corresponds to the target luminance of OLED panels. If the ADC value is lower or higher than the reference one (i.e., when the luminance of OLED panel is lower or higher than its target luminance), a micro controller unit (MCU) adjusts the pulse width modulation (PWM) used for the control of the power supplied to OLED panels in such a way that the ADC value obtained from optical feedback is the same as the reference one. As such, the target luminance of each individual OLED panel is unchanged. With the optical feedback circuit included in the lighting system, we have observed only 2% difference in relative intensity of neighboring OLED panels.

주제어

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문제 정의

본 논문에서는 optical monitoring circuit을 통한 OLED 조명 타일 간의 휘도 편차 보상에 관해 연구하였다. 포토다이오드를 비롯한 외부 회로와 MCU를 이용한 자동 제어를 통해 휘도 편차를 1.
이를 위해서는 광 검출기를 이용한 광 모니터링 회로(optical monitoring circuit)가 필요하다. 이 기술은 OLED 디스플레이에서 픽셀 간 휘도 차이를 보상하기 위해 제안되었다. 실리콘 광 검출기 (photodetector (PD)) 상에 투명 OLED 픽셀을 제작하거나[8] low-temperature poly silicon(LTPS)의 active matrix 내부에 a-Si photodetector를 구현하여[9] optical feedback 신호를 생성한다.
이 논문에서는 OLED 조명 타일의 휘도 감소를 감지하여 조명 타일 간 휘도 차이를 보상할 수 있는 optical monitoring circuit를 갖는 OLED 조명 시스템을 구현하였다. 이러한 구동 방식을 통해 OLED 조명 타일 간 휘도 편차를 2% 이내로 제어할 수 있었다.

가설 설정

두 개의 패널을 준비한 이유는 optical feedback 시스템을 구현하고 이를 확인하기 위해 정상 패널과 에이징된 대조군 패널이 필요하기 때문이다. 40 lm/W 백색 OLED 조명 타일(LG4S1, LG Chem., Ltd.) 2개를 준비해 하나의 타일은 그대로 사용하고 다른 하나의 타일에는 발광영역과 포토다이오드 수광부에 가시광선 투과율 70%인 필름 (NEXT 70/90, (주)넥스트필름)을 붙여 에이징된 (휘도 감소된) 상태를 가정했다. 즉, 같은 전원 입력(6.

제안 방법

OLED 조명 타일의 구동 범위 내에서 가장 어두울 때 ADC 레지스터값이 0x00, 가장 밝을 때 0xFF가 되도록 포토다이오드의 위치를 조정한다. 변환된 현재 OLED의 휘도에 대한 ADC 데이터를 미리 입력해둔 기준 ADC 데이터와 비교연산 한다. 연산을 통해 현재의 ADC 값이 기준 ADC 값보다 큰지, 혹은 작은지를 판단한다.
Table 1은 여러 구동방식의 OLED panel aging에 따른 특성 변화를 보여준다. 이를 위해 두 개의 같은 OLED 패널 (LG6S1, LG Chem., Ltd.)를 준비한 후 한 개의 패널에 대해 구동 조건별로 240시간 에이징을 진행하였다. 서론에서 언급한 대로 정전압 (7V) 구동방식은 전류가 감소하여 휘도가 390 nit (3,010 nit → 2,620 nit) 정도 급격히 감소하였다.

성능/효과

첫째, 단일 픽셀에서의 휘도가 매우 낮아서(1,000nit 이하) 감지 신호가 매우 약하다. 둘째, 각각의 픽셀에 대한 calibration이 매우 복잡하다. 또한, photodetector가 디스플레이 패널 edge 영역 전체에 걸쳐 다수 필요하다.
서론에서 언급한 대로 정전압 (7V) 구동방식은 전류가 감소하여 휘도가 390 nit (3,010 nit → 2,620 nit) 정도 급격히 감소하였다. 정전류 (200mA) 구동방식은 휘도 감소(180nit)를 대폭 줄일 수 있었으나 전류 스트레스 때문에 휘도 감소가 나타났다. 3,000 nit의 휘도를 유지하기 위해 전압과 전류를 모두 제어한 경우 전류와 전압이 모두 증가함을 알 수 있다.
하지만 OLED 디스플레이에 적용된 optical feedback system은 몇 가지 기술적 이슈가 있다. 첫째, 단일 픽셀에서의 휘도가 매우 낮아서(1,000nit 이하) 감지 신호가 매우 약하다. 둘째, 각각의 픽셀에 대한 calibration이 매우 복잡하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	평판 OLED 조명의 장점은?	OLED (organic light-emitting diode) 기술은 full color 평판 디스플레이와 고효율 조명분야에서 많은 주목을 받고 있다[1-3]. 특히 평판 OLED 조명은 고효율, 높은 연색 지수, 낮은 구동전압, 면 발광, 유연성, 투명성 등 여러 장점이 있다[4,5]. 하지만 투명 전극의 높은 저항 때문에 조명 타일의 크기를 늘리는데 한계가 있다.
	정전압 구동 방식의 문제점은?	기존 정전압 구동 (constant voltage (CV) driving) 방식은 시간에 지남에 따라 OLED 패널 내부로 흐르는 전류가 줄어들어 휘도가 급격히 감소하는 문제를 보인다. 한편, 정전류 구동 (constant current (CC) driving) 방식은 일정 전류가 주입되기 때문에 휘도 감소를 대폭 줄일 수 있으나 전류 스트레스 때문에 발생 하는 휘도 감소는 막을 수 없다.
	OLED 디스플레이에 적용된 optical feedback system의 기술적 이슈는?	하지만 OLED 디스플레이에 적용된 optical feedback system은 몇 가지 기술적 이슈가 있다. 첫째, 단일 픽셀에서의 휘도가 매우 낮아서(1,000nit 이하) 감지 신호가 매우 약하다. 둘째, 각각의 픽셀에 대한 calibration이 매우 복잡하다. 또한, photodetector가 디스플레이 패널 edge 영역 전체에 걸쳐 다수 필요하다. 하지만 OLED 디스플레이와 달리 OLED 조명에서는 이러한 기술적 이슈가 없다.

참고문헌 (11)

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Toshitaka Nakamura, Naoto Tsutsumi, Noriyuki Juni, and Hironaka Fujii, "Thin-film waveguiding mode light extraction in organic electroluminescent device using high refractive index substrate," J. Appl. Phys. Vol. 97, 054505, 2005

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