능동 매트릭스 전광 디스플레이 전력 소비 감소 방법,캐리어, 디스플레이 드라이버, 드라이버용 제어기 및 능동매트릭스 ＯＬＥＤ 디스플레이

OLED를 이용하여 제조된 디스플레이는 LCD 및 다른 평판 기술에 비하여 많은 장점을 제공한다. 이들은 (LCD 에 비하여) 밝고, 컬러풀하고, 신속하게 전환되며, 넓은 시야각을 제공하고, 다양한 기판상에 쉽고 값싸게 제조된다. 유기(여기서는 유기금속(organometallic)을 포함한다) LED는 채용되는 물질에 의존하는 색 범위 내에서, 폴리머, 소분자(small molecule) 및 덴드리머(dendrimer)를 포함하는 물질을 이용하여 제조될 수 있다. 폴리머 기반 유기 LED의 예는 WO 90/13148, WO 95/06400 및 WO 99/48160에 설명되어 있다. 덴드리머 기반 물질의 예는 WO 99/21935 및 WO 02/067343에 설명되어 있다. 또한 소위 소분자 기반 장치의 예는 US 4,539,507에 설명되어 있다. 통상의 OLED 장치는 2 층의 유기 물질을 포함하는데, 하나는 발광 폴리머(LEP), 올리고머(oligomer) 또는 발광 저 분자량 물질 등의 발광 물질 층이고, 다른 하나는 폴리티오펜 유도체 또는 폴리아닐린 유도체 등의 홀 트랜스포팅 (hole transporting) 물질 층이다. 유기 LED는 픽셀 매트릭스 내 기판 상에 증착되어 단색 또는 다색 픽셀 디스플레이(pixellated display)를 형성할 수 있다. 다색 디스플레이는 적색, 녹색 및 청색 발광 픽셀의 그룹을 이용하여 구성될 수 있다. 소위 능동 매트릭스(AM) 디스플레이는 각 픽셀과 관련된 메모리 소자, 통상 저장 커패시터 및 트랜지스터를 갖는 반면, 수동 매트릭스 디스플레이는 그러한 메모리 소자를 갖지 않고 대신 안정된 이미지의 인상을 주기 위해 반복적으로 스캔된다. 폴리머 및 소분자 능동 매트릭스 디스플레이 드라이버의 예는 WO 99/42983 및 EP 0,717,446A 에서 각각 볼 수 있다. 도 1a는 그러한 예시적 OLED 능동 매트릭스 픽셀 회로(150)를 도시한다. 회로(150)는 디스플레이의 각 픽셀에 대해 제공되며, 그라운드(152), Vss(154), 행 선택(124) 및 열 데이터(126) 버스바(busbar)가 제공되어 픽셀들을 상호접속한다. 그러므로 각 픽셀은 전력 및 그라운드 접속을 갖고, 픽셀의 각 행은 공통 행 선택 라인(124)를 가지며, 픽셀의 각 열은 공통 데이터 라인(126)을 갖는다. 각 픽셀은 그라운드와 전력 라인(152 및 154) 사이에 드라이버 트랜지스터(158)와 직렬로 접속된 유기 LED(152)를 갖는다. 드라이버 트랜지스터(158)의 게이트 접속(159)은 저장 커패시터(120)에 결합되고, 제어 트랜지스터(122)는 게이트(159)를 행 선택 라인(124)의 제어 하에서 열 데이터 라인(126)에 결합한다. 트랜지스터(122)는, 행 선택 라인(124)이 활성화되면 열 데이터 라인(126)을 게이트(159)와 커패시터(120)에 접속하는 박막 필드 효과 트랜지스터(FET)이다. 그러므로, 스위치(122)가 켜지면 열 데이터 라인(126) 상의 전압이 커패시터(120)에 저장될 수 있다. 드라이버 트랜지스터(158)로의 게이트 접속과 "오프" 상태 스위치 트랜지스터(122)의 상대적으로 높은 임피던스 때문에, 이 전압은 적어도 프레임 리프레쉬 주기 동안은 커패시터 상에서 유지된다. 드라이버 트랜지스터(158)는 통상 FET 트랜지스터이고, 트랜지스터의 게이트 전압에서 문턱 전압을 뺀 값에 의존하는 (드레인-소스) 전류를 통과시킨다. 그러므로 게이트 노드(159)에서의 전압이 OLED(152)를 통한 전류를 제어하고, 그에 따라 OLED의 휘도(brightness)를 제어한다. 도 1의 전압 제어 회로(voltage-controlled circuit)는 다양한 단점이 있으며, 이들을 해결하는 몇 가지 방안이 본 출원인의 WO03/038790에 설명되어 있다. WO03/038790에서 발췌한 도 1b 는 이들 문제를 해결하는 전류 제어 픽셀 드라이버 회로(160)의 예를 도시한다. 이 회로에서는, 기준 전류 싱크(162)를 이용하여 OLED 드라이버 트랜지스터(158)에 대한 드레인-소스 전류를 설정하고 이 드레인-소스 전류에 대해 요구되는 드라이버 트랜지스터 게이트 전압을 기억시킴으로써 OLED(152)를 통한 전류가 설정된다. 그러므로 OLED(152)의 휘도는 기준 전류 싱크(162)로 흘러들어가는 전류, Icol에 의해 결정되며, 이 전류는 조정 가능하고 어드레싱되고 있는 픽셀에 대해 요구되는 바에 따라 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 추가적인 스위칭 트랜지스터(164)가 구동 트랜지스터(158)과 OLED(152)사이에 접속된다. 일반적으로 각각의 데이터 라인에 하나의 전류 싱크(162)가 제공된다. 이들 예로부터, 능동 매트릭스 픽셀 회로는 일반적으로 전광(electroluminescent) 디스플레이 소자와 직렬로 박막 (드라이버) 트랜지스터(TFT)를 포함함을 알 수 있다. 이제 도 2a를 참조하면, 이는 능동 매트릭스 픽셀 회로의 FET TFT 드라이버 트랜지스터에 대한 드레인 특성(200)을 도시한다. 각각 특정 게이트-소스 전압에 대한 드레인-소스 전압과 FET의 드레인 전류의 변화를 도시하는 곡선(202, 204, 206, 208)의 세트가 도시된다. 커브는 초기의 비선형 부분 후에는 실질적으로 편평해지고, FET는 소위, 포화(saturation) 영역에서 동작한다. 게이트-소스 전압을 증가시키면, 포화 드레인 전류가 증가한다. 문턱 게이트-소스 전압 VT 이하에서, 드레인 전류는 실질적으로 0 이다. 통상적인 VT 값은 1V 에서 6V 사이이다. 대체로 FET는 전압 제어 전류 리미터(voltage-controlled current limiter)로 동작한다. 도 2b는 통상의 능동 매트릭스 픽셀 회로의 구동 부분(240)을 도시한다. PMOS 구동 FET(242)가 접지 라인(248)과 음 전력 라인 Vss(246)의 사이에 유기 발광 다이오드(244)와 직렬로 접속된다. 도 2b의 회로로부터, 주어진 OLED 구동 전류에 대해, Vss가 클수록 드라이버 트랜지스터(242)에서의 과잉 (소비) 전력 소실(dissipation)이 크다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러므로 이 과잉 소실 전력을 감소시키기 위해 가능한 한 Vss를 감소시키는 것이 바람직하다. 그러나 그래프 220으로부터, 점선(230)으로 표시된 바와 같이 Vss가 더 이상 감소될 수 없는 한계가 있음을 알 수 있으며, 이 한계는 최대 가용 Vgs 및 필요 OLED 구동 전압에 의해 정해진다. 능동 매트릭스 드라이버에서 다수의 요인이 AM OLED 디스플레이의 공급 전력을 주어진 시간에 필요한 것보다 더 증가시키는데 기여한다. 원칙적으로 공급 전력은 최고 전압 OLED를 구동하는데 필요한 것(폴리머에 대해 ~4V, 소분자 및 형광 시스템에 대해 ~7V) 보다 ~0.5V 만 높으면 족하다. 그러나 실제로는 공급이 구동 TFT를 포화 상태로 유지하기에 충분하여야 하고, 시간에 따른 OLED 문턱 전압의 증가를 다루기에 충분한 오버헤드를 보유하므로, 공급 전압은 소분자에 대해 14V 정도로 높아진다. 이 초과 전압이 완전히 구동 TFT에 넘겨져서 전력 소비를 증가시키고(주어진 예에서는 2배), 필드 감소 강화와 발열 모두에 의해 TFT에 스트레스를 준다. WO03/107313에서 이들 문제점을 다루는 몇 가지 기술을 설명한 바 있다.