능동 구동형 디스플레이에서는 각 부화소별로 TFT와 커패시터가 설치되어서 TFT는 화소간 상호 간섭 방지를 위한 스위치 역할, 커패시터는 한 프레임 동안 신호를 인가하기 위한 전원 역할을 합니다. LCD의 경우에는 스위치역할만 하는 1개의 TFT와 커패시터로 능동 구동이 가능하였지만, OLED는 전류 구동형이므로 화소 선택을 위한 스위칭 TFT와 전류 조절을 위한 구동 TFT, 2개의 TFT가 기본이 되죠. 즉, 기본적으로 OLED의 화소 내에 있는 세 개의 부화소들 각각에는 최소 두 개의 TFT와 한 개의 SC가 필수적으로 필요하며, 따라서 OLED의 화소수보다 최소 6배 이상으로 많은 TFT들이 백플레인 위에 만들어지고 있습니다. 물론 전류 안정화, 배선 길이에 따른 전압 강하 보상 등을 위하여 TFT들의 개수는 추가됩니다. OLED의 화소 회로를 설명함에 있어서 지금부터는 LTPS-TFT를 대상으로 합니다.
2개의 TFT와 1개의 커패시터, 즉 2T + 1C 회로의 경우, 스위칭 TFT에 스캔 전압이 인가되면, 대기 중이던 데이터 전압이 스위칭 TFT를 통과하여 구동 TFT의 게이트에 걸리게 되죠. 스캔 전압이 다음 라인으로 이동하여도 충전된 커패시터에 의해 게이트 전압은 계속 인가되며, 이로 인하여 구동 TFT를 통과하는 전류도 지속적으로 OLED로 흐릅니다. 다만, 스캔 전압이 커패시터 전압으로 전환되는 순간에 일부 전압 강하가 일어나며, 이러한 과도 현상들은 전류에도 물론 영향을 미치게 되죠. 또한 TFT의 문턱 전압이 변하거나, OLED 소재의 열화로 OLED 전류가 감소할 경우에도 TFT의 출력 특성과 OLED의 전류-전압 특성이 서로간의 영향으로 변하게 됩니다.
예를 들어, LTPS-TFT의 결정화 과정에는 주로 엑시머 레이저 어닐링(Excimer Laser Annealing, ELA)이 적용됩니다. 이 경우, TFT가 결정립(grain boundary)에 어떻게 위치하느냐에 따라서, 전기적인 특성, 특히 문턱 전압이 달라지게 되죠. 따라서 문턱 전압의 편차를 보상하는 등의 방법을 통하여 TFT의 특성 편차를 보상하여야 하며, 이는 화소 회로의 중요한 역할입니다. 이와 함께 화면이 커지고 배선 길이가 길어지면서 배선을 따라 흐르는 전류(I), 그리고 저항(R) 성분으로 인한 IR 전압 강하의 보상도 역시 필요하게 되죠. 문턱 전압의 변화나 OLED의 열화에 무관하게 OLED에서는 항상 원하는 밝기와 색의 빛이 얻어지려면 화소 회로는 물론, 패널 외부의 회로에서도 다양한 보상회로들을 필요로 하게 됩니다.
먼저, TFT는 주로 n-채널보다는 p-채널 TFT를 사용합니다. n-채널 TFT를 사용할 경우, 전공 대비 빠른 전자 이동도로 인해 스위칭 속도가 빠르다는 장점도 있지만, 데이타 데이터 전압(VDATA)이 구동 TFT의 게이트-소스간의 전압(VGS)과 OLED 양극과 음극간의 전압(VOLED)으로 나뉘어서 걸리게 되죠. 이 경우, OLED의 동작 시간이 경과하면서 OLED 전류(IOLED)가 감소하게 되어 TFT의 VGS도 감소하며, 따라서 VOLED도 영향을 받고, 이로 인하여 IOLED가 계속 영향을 받아 잔상(image sticking) 등의 문제가 발생할 우려가 있습니다. 반면에 p-채널 TFT를 사용할 경우, VDATA가 VGS에만 고스란히 전달됩니다. 따라서, OLED의 전류-전압 특성이 변하더라도, 전류는 VGS에 의해 결정되므로 IOLED는 일정하게 유지가 됩니다.
# 참고로 하고 있는 여러 자료들의 제공에 감사를 표하며, 계속 업그레이드 됩니다.
# 의견과 조언, 수정과 요청은 늘 환영합니다. 댓글이나 전자메일로~ bkju@korea.ac.kr
# 저작자, 본 사이트를 반드시 표시, 비영리적으로만 사용할 수 있고, 내용 변경은 금지합니다.
# 더! 생각해보기
a. OLED (부)화소의 회로는 기본적으로 어떻게 구성이 되어 어떤 역할을 할까
b. (부)화소의 TFT 수가 기본 두 개에서 자꾸 늘어가는 이유는 무얼까
c. 몇몇 화소 회로의 일례를 들고 작동 방식을 이해하여보자
'공부와 생각들 > 디스플레이 공부' 카테고리의 다른 글
| 4-29) OLED, 백플레인, TFT, a-Si TFT (32) | 2019.11.27 |
|---|---|
| 4-28) OLED, 백플레인, TFT (59) | 2019.11.26 |
| 4-26) OLED, 백플레인 (61) | 2019.11.20 |
| 쉬어가기) 동문서답 (1) | 2019.11.20 |
| 4-25) OLED, 특성 측정과 이해, 그리고 (34) | 2019.11.19 |