[논문]n-채널 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 문턱전압 변동 보상을 위한 전압 기입 AMOLED 화소회로

정훈주

doi:10.13067/jkiecs.2013.8.2.207

n-채널 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 문턱전압 변동 보상을 위한 전압 기입 AMOLED 화소회로
A Voltage Programming AMOLED Pixel Circuit Compensating Threshold Voltage Variation of n-channel Poly-Si TFTs 원문보기 논문타임라인

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.8 no.2, 2013년, pp.207 - 212

초록
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본 논문에서는 n-채널 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 문턱전압 변동을 보상할 수 있는 전압 기입 AMOLED 화소회로를 제안하였다. 제안한 6T1C 화소회로는 5개의 스위칭 박막 트랜지스터, 1개의 OLED 구동 박막 트랜지스터 및 1개의 정전용량으로 구성되어 있다. SmartSpice 시뮬레이션 결과, 구동 트랜지스터의 문턱전압이 ${\pm}0.33$ V 변동시 최대 OLED 전류의 오차율은 7.05 %이고 Vdata = 5.75 V에서 OLED 양극 전압 오차율은 0.07 %로 제안한 6T1C 화소회로가 구동 트랜지스터의 문턱전압 변동에도 균일한 OLED 전류를 공급함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A novel pixel circuit that uses only n-type low-temperature polycrystalline silicon (poly-Si) thin-film transistors (LTPS-TFTs) to compensate the threshold voltage variation of a OLED driving TFT is proposed. The proposed 6T1C pixel circuit consists of 5 switching TFTs, 1 OLED driving TFT and 1 capacitor. When the threshold voltage of driving TFT varies by ${\pm}0.33$ V, Smartspice simulation results show that the maximum error rate of OLED current is 7.05 % and the error rate of anode voltage of OLED is 0.07 % at Vdata = 5.75 V. Thus, the proposed 6T1C pixel circuit can realize uniform output current with high immunity to the threshold voltage variation of poly-Si TFT.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

OLED 디스플레이에서 구동 트랜지스터의 문턱전압 변동에 따른 휘도 불균일 문제를 개선하기 위해 새로운 전압 기입 AMOLED 화소회로를 제안하였다. 제안한 화소회로는 6개의 n-채널 트랜지스터와 1개의 정전용량으로 구성되었으며 초기화 구간, 데이터 기입 구간, 발광 구간으로 동작이 이루어진다.
다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 사용한 AMOLED 화소회로는 n-채널 화소회로 및 p-채널 화소회로가 있지만, 오직 n-채널 소자만 존재하는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터와 산화물 박막 트랜지스터에도 확대 적용할 수 있게 본 논문에서는 n-채널 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 문턱전압 변동을 보상할 수 있는 새로운 전압 기입 AMOLED 화소회로를 제안하였고 Smartspice 시뮬레이션을 통해 그 성능을 평가하였다.

제안 방법

제안한 6T1C 화소회로는 초기화 구간, 데이터 기입 구간 및 발광 구간으로 나누어 동작한다. 첫 번째 구간인 초기화 구간은 G_N-1 신호가 “HIGH”인 구간으로 스위치 T1, T2, T4 및 T5는 모두 “OFF”가 되고 스위치 T6만 “ON”이 되어 정전용량(C_ST)을 초기화한다.

대상 데이터

OLED 양극에 인가되는 전압이 변동하면 그 결과로 OLED 전류도 변동하게 된다. 구동 트랜지스터의 문턱전압 변동이 OLED 전류 변동에 미치는 영향을 평가하기 위해 그림 6과 같이 문턱전압 변동시 데이터 전압 대 OLED에 흐르는 전류를 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과 구동 트랜지스터의 문턱전압이 변화하면 OLED에 흐르는 전류도 많이 변동함을 확인할 수 있었다.
이런 문제점을 해결하기 위해 그림 2와 같은 새로운 전압 기입 AMOLED 화소회로를 제안하였다. 제안한 화소회로는 6개의 박막 트랜지스터와 1개의 정전용량으로 구성된 6T1C 화소 구조이다.

데이터처리

제안한 6T1C 화소회로의 동작 및 성능을 평가하기 위해 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 모델이 지원되는 실바코(SILVACO)사의 SmartSpice를 이용하여 시뮬레이션을 실시하였다. AMOLED 화소회로를 시뮬레이션하기 위해 먼저 그림 4와 같이 OLED 소자를 n-채널 소자와 정전용량으로 모델링하여[8] n-채널 소자의 모델 파라미터를 정하였다. 그리고 n-채널 저온 다결정 박막 트랜지스터의 문턱전압은 2.
AMOLED 화소회로를 시뮬레이션하기 위해 먼저 그림 4와 같이 OLED 소자를 n-채널 소자와 정전용량으로 모델링하여[8] n-채널 소자의 모델 파라미터를 정하였다. 그리고 n-채널 저온 다결정 박막 트랜지스터의 문턱전압은 2.0 V를 기준으로 ±0.33 V 변동을 주었고[11] 게이트 ON 시간은 Full HD 해상도 구동이 가능한 12 us로 하여 화소회로의 성능을 평가하였다.
제안한 6T1C 화소회로의 동작 및 성능을 평가하기 위해 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 모델이 지원되는 실바코(SILVACO)사의 SmartSpice를 이용하여 시뮬레이션을 실시하였다. AMOLED 화소회로를 시뮬레이션하기 위해 먼저 그림 4와 같이 OLED 소자를 n-채널 소자와 정전용량으로 모델링하여[8] n-채널 소자의 모델 파라미터를 정하였다.

성능/효과

제안한 화소회로는 6개의 n-채널 트랜지스터와 1개의 정전용량으로 구성되었으며 초기화 구간, 데이터 기입 구간, 발광 구간으로 동작이 이루어진다. SmartSpice 시뮬레이션을 통해 제안한 6T1C 화소회로의 성능을 평가한 결과, 구동 트랜지스터의 문턱전압이 ±0.33 V 변동시 OLED 양극의 전압 변동은 3.910V 에서 - 0.06 % 및 0.07 %의 아주 작은 오차만 발생하였고 V_data = 3V에서 최대 OLED 전류의 오차율이 7.05 %였으며 데이터 전압이 상승함에 따라 OLED 전류의 오차율은 감소하였다. 제안한 6T1C 화소회로는 구동 트랜지스터의 문턱전압 변동을 잘 보상하고 화소회로가 모두 n-채널소자를 사용하였기 때문에 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 기술뿐만 아니라 n-채널 소자만 제작 가능한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 혹은 산화물 박막 트랜지스터 기술에도 충분히 적용 가능한 화소회로이다.
그림 8은 제안한 6T1C 화소회로에서 문턱전압 변동시 데이터 전압 대 OLED에 흐르는 전류를 시뮬레이션하였다. 구동 트랜지스터의 문턱전압 변동에도 OLED 양극 전압 변동이 매우 적어 OLED에 흐르는 전류의 변동도 매우 적게 나타났다.
그림 9는 제안한 6T1C 화소회로에서 문턱전압 변동시 데이터 전압 대 OLED 전류 오차율의 절대치를 나타내었다. 구동 트랜지스터의 문턱전압이 ±0.33 V로 변동할 때 V_data = 3 V 에서 최대 오차율이 7.05%였으며 데이터 전압이 상승함에 따라 OLED 전류 오차율이 점점 감소함을 알 수 있다. 제안한 6T1C 화소회로에서는 구동 트랜지스터의 문턱전압이 ±0.
그림 7 (b)에서 (1), (2) 구간에는 스위치 T1, T5가 OFF 되어 OLED 소자에 전류가 흐르지 않게 되어 OLED 양극 전압은 OLED 소자의 턴온 전압이 되고 (1), (2) 구간 이후인 발광 구간에는 구동 트랜지스터의 게이트 전압에 의해 OLED의 양극 전압이 결정된다. 구동 트랜지스터의 문턱전압이 1.67 V, 2.00 V, 2.33 V 로 ±0.33 V로 변동할 때 OLED의 양극의 전압은 각각 3.908 V, 3.910 V, 3.913 V로 변동하여 OLED 양극 전압 오차율은 -0.06% 및 0.07%로 아주 작은 오차만 발생하였다.
구동 트랜지스터의 문턱전압 변동이 OLED 전류 변동에 미치는 영향을 평가하기 위해 그림 6과 같이 문턱전압 변동시 데이터 전압 대 OLED에 흐르는 전류를 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과 구동 트랜지스터의 문턱전압이 변화하면 OLED에 흐르는 전류도 많이 변동함을 확인할 수 있었다.
05 %였으며 데이터 전압이 상승함에 따라 OLED 전류의 오차율은 감소하였다. 제안한 6T1C 화소회로는 구동 트랜지스터의 문턱전압 변동을 잘 보상하고 화소회로가 모두 n-채널소자를 사용하였기 때문에 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 기술뿐만 아니라 n-채널 소자만 제작 가능한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 혹은 산화물 박막 트랜지스터 기술에도 충분히 적용 가능한 화소회로이다.
05%였으며 데이터 전압이 상승함에 따라 OLED 전류 오차율이 점점 감소함을 알 수 있다. 제안한 6T1C 화소회로에서는 구동 트랜지스터의 문턱전압이 ±0.33 V로 변동하더라도 데이터 전압에 따른 OLED에 흐르는 전류가 매우 균일하여 구동 트랜지스터의 문턱전압 변동을 잘 보상함을 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있었다.
OLED 디스플레이에서 구동 트랜지스터의 문턱전압 변동에 따른 휘도 불균일 문제를 개선하기 위해 새로운 전압 기입 AMOLED 화소회로를 제안하였다. 제안한 화소회로는 6개의 n-채널 트랜지스터와 1개의 정전용량으로 구성되었으며 초기화 구간, 데이터 기입 구간, 발광 구간으로 동작이 이루어진다. SmartSpice 시뮬레이션을 통해 제안한 6T1C 화소회로의 성능을 평가한 결과, 구동 트랜지스터의 문턱전압이 ±0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 위치에 따라 다른 이유는 무엇인가?	다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 엑시머 레이저를 사용하여 비정질 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 결정화하기 때문에 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 위치에 따라 다르다. 이로 인해 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 적용한 AMOLED 패널은 위치에 따라 휘도가 불균일한 고질적 불량이 발생된다[6, 7].
	2T1C 화소회로는 어떤 문제점을 갖는가?	정전용량에 저장된 전압은 구동 트랜지스터(T1)의 게이트에 인가되어 OLED 양극의 전압을 결정하며 이에 따라 OLED 전류가 흐른다. 만약 구동 박막 트랜지스터의 문턱전압이 변동하면 OLED 양극의 전압도 따라 변동하여 동일 데이터 전압을 인가했음에도 불구하고 다른 OLED 전류가 흐르게 되어 휘도 불균일이 발생하는 문제점을 가지고 있다[11]. 이런 문제점을 해결하기 위해 그림 2와 같은 새로운 전압 기입 AMOLED 화소회로를 제안하였다.
	AMOLED 디스플레이는 화소에 OLED 전류를 제어하기 위해 화소 내에 어떤 것이 사용될 수 있는가?	AMOLED 디스플레이는 화소에 OLED 전류를 제어하기 위해 화소 내에 구동 트랜지스터가 존재하며 비정질 실리콘 박막 트랜지스터[8], 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터[9], 산화물 박막 트랜지스터[10] 등이 사용될 수 있다. 다른 박막 트랜지스터에 비해 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 전류 구동 능력이 좋고 신뢰성이 우수하여 현재 판매되고 있는 소형 AMOLED 제품에는 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터가 사용되고 있다.

참고문헌 (11)
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김범준, "사용자 위주 IPTV 서비스 품질 측정 소프트웨어 개발", 한국전자통신학회논문지, 5권, 3호, pp. 269-274, 2010.

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미디어, 통신, 인터넷 등 각 영역별로 구축한 네트워크, 단말기, 콘텐츠들을 수평적으로 융합하는 IT 컨버전스(IT convergence)가 이루어지고 있다[1].
나성훈, 신현식, "고품질의 IPTV 서비스를 위한 주요기술에 대한 고찰", 한국전자통신학회논문지, 4권, 4호, pp. 253-258, 2009.

원문보기 상세보기 타임라인에서 보기
김인경, 박원준, "디지털 융합미디어에 대한 수용자 인지가 사용의도에 미치는 영향", 한국전자통신학회논문지, 6권, 3호, pp. 363-369, 2011.

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조승일, 김종찬, 반경진, 김응곤, "깊이지도를 이용한 3D 파노라마 생성에 관한 연구", 한국전자통신학회논문지, 6권, 6호, pp. 831-838, 2011.

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최근에는 3차원 가상환경을 구현하여 사용자의 몰입감을 높일 수 있는 3D 디스플레이[4]와 소형 경량화가 용이한 유기물 재료를 활용한 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode ; OLED)[5]를 사용한 OLED 디스플레이에 대한 관심이 점점 높아지고 있다.
이붕주, "공정압력 및 기판바이어스 인가유무에 따른 PMMA 플라즈마중합박막의 전기적 특성", 한국전자통신학회논문지, 6권, 5호, pp. 697-702, 2011.

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최근에는 3차원 가상환경을 구현하여 사용자의 몰입감을 높일 수 있는 3D 디스플레이[4]와 소형 경량화가 용이한 유기물 재료를 활용한 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode ; OLED)[5]를 사용한 OLED 디스플레이에 대한 관심이 점점 높아지고 있다.
Soon-Kwang Hong, Du-Hwan Oh, Seok-Hee Jeong, Young-Ju Park, Byeong-Koo Kim, Yong-Min Ha, and Jin Jang, "Source Driver Channel Reduction Schemes Employing Corresponding Pixel Alignments for Current Programming Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode Displays", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 47, No. 3, pp. 1901-1905, 2008.

상세보기
James L. Sanford and Frank R. Libsch, "TFT AMOLED pixel circuits and driving methods", SID 03 Digest, pp. 10-13, 2003.
Y. He, R. Hattori, and J. Kanicki, "Current- Source a.Si:H Thin-Film Transistor Circuit for Active-Matrix Organic Light-Emitting Displays", IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, Vol. 21, No. 12, pp. 590-592, 2000.

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AMOLED 디스플레이는 화소에 OLED 전류를 제어하기 위해 화소 내에 구동 트랜지스터가 존재하며 비정질 실리콘 박막 트랜지스터[8], 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터[9], 산화물 박막 트랜지스터[10] 등이 사용될 수 있다.

AMOLED 화소회로를 시뮬레이션하기 위해 먼저 그림 4와 같이 OLED 소자를 n-채널 소자와 정전용량으로 모델링하여[8] n-채널 소자의 모델 파라미터를 정하였다.
Tohru Saitoh, Tomohiko Oda, Arinobu Kanegae, Yoshiharu Hidaka and Kazunori Komori, "Backplane Process Technology for AMOLEDs with Bottom-Gate TFTs and Laser Annealing", SID 2012 Digest, pp. 191-194, 2012.

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AMOLED 디스플레이는 화소에 OLED 전류를 제어하기 위해 화소 내에 구동 트랜지스터가 존재하며 비정질 실리콘 박막 트랜지스터[8], 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터[9], 산화물 박막 트랜지스터[10] 등이 사용될 수 있다.
Toru Tanabe, Seiko Amano, Hiroyuki Miyake, Akio Suzuki, Ryu Komatsu, Jun Koyama, Shunpei Yamazaki, Kenichi Okazaki, Masahiro Katayama, Hiroshi Matsukizono, Yohsuke Kanhhzaki and Takuya Matsuo, "New Threshold Voltage Compensation Pixel Circuits in 13.5-inch Quad Full High Definition OLED Display of Crystalline In-Ga-Zn-Oxide FETs", SID 2012 Digest, pp. 88-91, 2012.

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AMOLED 디스플레이는 화소에 OLED 전류를 제어하기 위해 화소 내에 구동 트랜지스터가 존재하며 비정질 실리콘 박막 트랜지스터[8], 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터[9], 산화물 박막 트랜지스터[10] 등이 사용될 수 있다.
C. L. Fan, Y. Y. Lin, B. S. Lin, J. Y. Chang, C. L. Fan and H. C. Chang, "New Pixel Circuit Compensating Poly-si TFT Thresholdvoltage Shift for a Driving AMOLED", Journal of the Korean Physical Society, Vol. 56, No. 4, pp. 1185-1189, 2010.

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만약 구동 박막 트랜지스터의 문턱전압이 변동하면 OLED 양극의 전압도 따라 변동하여 동일 데이터 전압을 인가했음에도 불구하고 다른 OLED 전류가 흐르게 되어 휘도 불균일이 발생하는 문제점을 가지고 있다[11].

그리고 n-채널 저온 다결정 박막 트랜지스터의 문턱전압은 2.0 V를 기준으로 ±0.33 V 변동을 주었고[11] 게이트 ON 시간은 Full HD 해상도 구동이 가능한 12 us로 하여 화소회로의 성능을 평가하였다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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