US 20140125717 A1 AMOLED compensation pixel circuit 3T1C of SONY

US 20140125717 A1 AMOLED compensation  pixel circuit 3T1C of SONY

계속되는 SONY의 유사한 발명과 회로를 검토하게 되었다.
SONY는 좋은 화소회를 많이 발명하여 특허를 보유하고 있으며 검토할 가치는 충분히 있기 때문이다.

아래는 공개된 3T1C 회로이다.

3T1C회로로써 앞에서 검토한 회로들과 유사점이 많이 있기도 하다.

동작 차트를 보자

타이밍도를 보면서 동작을 보면 아래와 같은 동작을 함을 알수 있다.

(1) 기존 발광
(2) T3 ANODE CLEAR
(3) Vofs 전압 가함
(4) T1 열림
(5) T3 OFF 및 Vth 보상
(6) Vsig 전압  + mobilty 보상
(7) 신규 발광

(1) 기존발광

기존의 데이터를 갖고 발광하는 단계입니다. VG-VS 전압에 따라서 Ids가 결정되고 그 전류에 따라서 EL이 발광하는 상태입니다.

(2)  T3 ANODE CLEAR

T3가 켜지면서 S node가 Vss로 낮아지고 동시에 VCC에서 오는 전류도 같이 VSS로 흘러가 버립니다. 이 동작은 마치 A node Clear 와 같으며 또한 VCC OFF와 동일한 효과를 가져옵니다. 다만 VCC와 VSS가 short나는듯이 전류가 많이 흘러 소량의 소비전력의 증가는 어쩔수 없을것으로 보입니다. 다만 TR 1개를 줄이는 효과가 있으니 좋은 아이디어입니다.

(3) Vofs 전압 가함

데이터 배선에 Vofs 전압을 가합니다.

(4) T1 열림

T1이 열리면서 G node에 Vofs를 가합니다.

(5) T3 OFF 및 Vth 보상

S node에 VSS를 가하던 T3를 오프시키면서 동시에 Vth 보상이 시작됩니다.
자주 보셨던 그림이죠?

(6) Vsig 전압  + mobilty 보상

Vth 가 충분한 시간동안 이루어지면 곧바로 실제 원하는 데이터인 Vsig를 가합니다. 이때 항상동일했지만 S node에는 T2의 mobility에 따라서 전압 상승도가 다르게 되고 이때 mobility가 보상되는 동작을 합니다.

(7) 신규 발광

T1이 이제는 꺼지면서 다시 새로운 데이터 값이 써진 Ids를 보내게 됩니다.

이로써 동작들을 정리하였습니다.





그러나 본 특허에서는 후반부에 Vth를 나누어서 하는 방법을 추가로 제시하였습니다.

실제로 SONY의 특허에는 이렇게 Vth보상을 여러시간동안 나누어서하는 특허가 많습니다. 아무래도 1H라는 시간이 해상도에 따라서 짧아지고 그 짧아진 시간동안 S node전압이 충분히 Vofs-Vth 전압까지 오지 못하는 경우가 발생할수 있습니다. 그러므로 그러한 한계를 극복하기 위해서 여러번 나누어서 Vth를 보상하는 방법을 사용합니다.

위의 타이밍 차트에서 보듯이 T1이 켜지면서 G node에 Vofs를 가하면서 Vth 보상을 하다가 잠깐 T1을 끄고 데이터 배선이 Vsig가 됩니다. 그러나 이때는 T1을 끄죠 그 Vsig은 아마 전 라인의 데이터인것 같습니다. 그 전 데이터를 쓰고 다시 T1을 켜고 Vofs를 가하여 충분한 Vth를 보상한후 Vsig를  넣어서 보상을 마치고 종료를 하는 것을 볼수 있습니다.

데이터 배선에 데이터와 Vofs를 계속 전환 해야 하기 때문에,
고해상도로 갈수록 data charging에 불리 하지 않을까 걱정됩니다.


더 자세한 특허 명세서는 아래의 LINK를 보시면 됩니다.
GOOGLE PATENT LINK

US 8325176 B2 SONY 5T1C AMOLED vth mobility COMPENSTAION CIRCUIT of SONY

US 8325176 B2
SONY 5T1C AMOLED Vth and Mobility COMPENSATION PIXEL CIRCUIT
SONY 5T1C AMOLED 문턱전압 및 이동도 보상 픽셀 회로

본 발명은 아래에서 설명한 SONY의 2T1C회로를 TR을 추가하여 거의 동일한 동작을 하지만 신호값이 흔들리지 않는 고정 전압으로 할수있도록 제시한 것이다.
본 발명의 추가적 회로에는 TR수를 줄이면서 5T1C와 2T1C사이에 혼합한 사례들이 하나하나 다 정리되어있으므로 혼합하는 방법을 공부하는데 큰 도움이 될것이다.

먼저 아래의 2T1C회로를 보는것이 기본동작 이해에 도움이 된다.
US 7903057 B2 OLED Vth 보상회로 (2T1C 회로)

본 5T1C의 회로는 아래와 같다. 기본적으로 2T1C회로에 3개의 TR을 추가하였다.

TND1, TEL_C, TND2 가 추가되었으며 그 활용은 아래와 같다.

TND1  : ND1 (TDRV의 GATE  NODE)에 기준전압 Vofs를 가할때 사용

TEL_C : TDRV의 Drain Dode에 MAIN POWER인 VCC를 공급하거나 끊을때 사용

TND2 : ND2 (TDRV의 SOURCE NIODE)에 VSS로 CLEAR 시키기 위한 기능

타이밍도는 아래와 같다.

TP(5) -1 : 이전 프레임 화소 동작 구간

TP(5) 0 : VCC OFF

TP(5) 1 : ND1, ND2 초기화

TP(5) 2 : Vth 보상 + VCC ON

TP(5) 3 : VCC OFF

TP(5) 4 : ND1 FLOAT

TP(5) 5 : MOBILITY 보상

TP(5) 6 : DATA WRITING

TP(5) 7 : 본 프레임 화소 동작 구간

이제 이 동작을 시간에 따라서 더 구체적으로 알아보자

○ TP(5) -1 : 이전 프레임 화소 동작 구간

 이전 프레임 데이터가 구동하고 있는 상황이다. ND1, ND2의 전압차이에 따라서 I'ds의 전류가 결정되어 발광하고 있는 상태이다.

○ TP(5) 0 : VCC OFF

 TEL_C전압을 낮추어서 VCC전원을 OFF한다. 

○ TP(5) 1 : ND1, ND2 초기화

TND1, TND2를 켜서 ND1 과 ND2를 초기화 Vofs, Vss로 각각 초기화 시킨다.

ND1은 TDRV의 GATE NODE이고

ND2은 TDRV의 SOURCE NODE이면서 OLED의 ANODE NODE 이다.

앞에서 명시한 2T1C 회로에서는 ND1을 Vofs로 초기화 시키기 위해서 Tsig를 켜서 대신 데이터 배선을 통해서 Vofs 전압을 가하였지만 간단하게 TR과 추가 배선을 이용하여 구성하였다.

또 2T1C 회로에서는 ND2을 Vss로 초기화 시키기 위해서 POWER부를 VDD-->VSS로 SWING하여 TDRV을 통하여 초기화 시켰지만 TND2와 VSS라는 배선을 이용하여 같은 동작을 구성함을 알수있다.

○ Vth 보상전 TND2 OFF

 충분히 ND2가 초기화 되면 TND2를 OFF시킨다.

ND2의 특징은 CEL이라는 OLED 자체 CAP이 있으므로 충분한 시간이 필요하다.

○ Vth 보상 + VCC ON

TND2가 OFF된 후 TEL_C를 ON 시켜 VCC전압을 가하면 ND2가 충분히 낮은 전압으로 셋팅되었다면 TDRV가 켜지면서 ND2로 전류가 흘러들어가 ND2전압은 상승한다.

그 상승의 최대점은 이미 2T1C와 동일하게 Vofs-Vth 까지 이다.

이렇게 말이다...

○ TEL_C OFF 

충분한 시간동안 Vth 보상 동작을 하고 VCC를 끊어주면 C1양단 사이에 걸리는 전압은 TDRV의 문턱전압 Vth가 저장된다.

○ TND1 OFF

TND1 OFF 시켜 지금까지 ND1 node를 Vofs 전압으로 고정시켰던것을 FLoating시켜 다음 동작을 준비합니다.

○ MOBILITY 보상

지금까지 쉬고 있던 Tsig가 켜지면서 동시에 데이터 배선에는 Vcor이라는 mobility 보상용 표준전압이 들어옵니다. 

1) ND1의 전압은 Vofs --> Vcor로 변하게 되고

1) ND2의 전압은 Vofs-Vth -->Vofs-Vth+△Vcor로 추가 전압을 받습니다.

이때 △Vcor 값이 바로 MOBILITY 보상값으로, 

1) TDRV의 MOBILITY가 크면 △Vcor이 커지고, Vgs값은 작아져, Ids는 작아지는 마이너스 피드백이 됩니다.

2) TDRV의 MOBILITY가 작으면 △Vcor이 작아지고, Vgs값은 커져, Ids는 커지는 마이너스 피드백이 됩니다. 즉, 보상이 됩니다.

○ DATA WRITING + MOBILITY 보상

마지막으로 실제 라이팅 하고 싶은 전압을 Vsig을 넣어서 다음 프레임에 동작할 전압을 라이팅 합니다. 이때에도 계속 ND2로 전압이 증가하는 효과가 있으므로 MOBILITY 보상은 계속 된다고 생각하면 됩니다.

○ 그리고 발광

그리고 결국 Tsig이 끊기면서 ND1과 ND2에 저장된 전압에 따라서 Ids가 결정되어 발광합니다.

본 발명은 N TYPE의 보상방식의 거의 BIBLE이라 생각될정도로 잘 정리가 되었고 그 동작이 명확하여 AMOLED의 보상회로를 공부하시려는 분들에게 아주 도움이 많이 되는 특허입니다.

굳이 POWER를 흔들지 않아도 되는 장점.

CAP을 하나로 구성하여 간단한 장점.

CAP이 short 불량 발생해도 자동 암점화 되는 장점.

CEL이 여전히 데이터 라이팅에 관여 하는 장단점.

본 블로그의 내용이 특허의 모든 내용을 담지는 못하였으나, 큰 흐름만 파악하시고 자세한 사항은 아래의 LINK를 통해서 SONY가 공개한 특허의 원문을 잘 파악하시면 되겠습니다.

GOOGLE PATENT LINK : US 8325176 B2 

US 7903057 B2 OLED Vth 보상회로 (2T1C 회로) , AMOLED TFT vth COMPENSATION CIRCUIT of SONY

US 7903057 B2 OLED Vth 보상회로 (2T1C 회로) SONY
AMOLED TFT vth COMPENSATION CIRCUIT (2T1C) SONY

아래는 SONY사가 보유하고 있는 2T1C회로에 대한 것이다. 모두 NMOS로 구성되어 있으며, POWER를 VCC/VSS를 적절하게 스윙하면서, 데이터 배선을 단순히 데이터를 보내는 용도가 아닌 T2에 BIAS를 걸어주는 등 다양한 기능을 넣어서 화소회로의 구조를 최소한 간단하게 만든 것입니다. 또한 TFT Vth보상뿐만 아니라 TFT mobility를 보상하는 동작도 들어가 있습니다.

특허 명세서 동작에 대한 설명이 자세하게 잘 나열되어 있어 OLED회로를 공부하시는 분들에세는 거의 BIBLE로 통하는 회로입니다.
그리고 본 회로로 SONY는 AMOLED를 양산한적도 있는 것으로 보입니다.


아래의 전체적인 타이밍도를 봅시다.

(1) 이전 프레임 EMISSION 

(2) POWER라인 DS가 VSS로 강하

(3) 데이터 라인에 Vofs 신호 가함
(4) T1 WS 스위치 켜짐
(5) 다시 POWER라인 DS가 VDD로 상승
(6) 데이터 라인에 데이터 값 Vsig 신호 가함
(7) T1 WS 스위치가 꺼지면서 일반 구동

의 순서로 이행이 됩니다.

각 순서대로 다시 점검해 보면...

(1) 이전 프레임 EMISSION

T2의 Vgs전압에 따라서 Ids전류가 흐르는 상태입니다. (발광상태)

(2,3) POWER라인 DS가 VSS로 강하 + 데이터 라인에 Vofs 신호 가함

POWER라인 DS가 VSS로 강하되면서 곧  데이터 라인에 Vofs 신호 가해 집니다.
(1)과는 달리 S node의 전압이 Vss보다 높아지기 때문에 Vgs가 바뀌었음을 알수 있습니다. 만일 Gnode전압이 어느정도 전압이 된다면 C1에 저장된 Charge가 T2를 통해서 빠져나가므로 S node 전압이 (충분히) 감소합니다.

(4) T1 WS 스위치 켜짐

T1이 켜지면서 G node에는 Vofs라는 레퍼런스 전압을 가합니다.

(5) 다시 POWER라인 DS가 VDD로 상승  : Vth 저장

G node에 Vofs 전압이 가해진 상태에서 POWER전압이 다시 VCC로 상승하게 되면, S node의 전압이 충분히 낮기 때문에 T2를 통해서 전류가 들어오면서 S node전압이 상승합니다. 그러나 그 상승에는 한계가 있어서 S node 전압이 Vofs-Vth 까지 가게되면 T2가 꺼지면서 더이상 S node 전압이 상승하지 않으면서 C1에는 Vth 전압 차이가 저장됩니다.

주의해서 보아야 할것은 OLED의 OLED 자체 CAP이 있기 때문에 OLED자체 CAP도 채워주면서 C1도 채워준다는 점입니다.

아래는 S node 전압의 변화를 시간에 따라서 다시 정리한 것입니다.

(6) 데이터 라인에 데이터 값 Vsig 신호 가함 : DATA WRITING + MOBILITY 보상

이때 데이터 라인에 실제 라이팅 하고 싶은 Vofs에서 Vsig신호로 바꾸어 줍니다.

순간 G node는 Vofs에서 Vsig신호로 바뀌고
S node는 커플링에 의해서 전압이 상승한다. 이때 전압값을 아래와 같이정리 가능하다.

그 직후  S node에는 T2가 켜진만큼 전류가 유입되어 Snode의 전압이 증가한다. 그런데 이때에 T2의 mobility에 따라서 Snode의 전압 증가량이 차이가 나게 되는데,
T2 mobility가 빠르면 전류가 많아 S node전압이 빨리 증가  --> Vgs 감소 --> Id 전류 감소
T2 mobility가 느리면 전류가 작아 S node전압이 적게 증가  --> Vgs 증가 --> Id 전류증가
이런 반대 Feedback작용으로 mobility를 보상하게 된다.

(7) T1 WS 스위치가 꺼지면서 일반 구동

그리고 T1이 꺼지면서 Vgs에는 Vth보상, DATA값, mobility보상을 모두 한 상태로 구동을 하게 된다.


이로써 간단하게 본 특허의 구동 방법을 알아보았다.
간단하면서도 여러가지 기능들이 들어가있어 아주 멋진 발명이라고 생각된다.
특히 화소회로가 간단하여 OLED의 대량 양산에 유리했을 것이다.

그러나 약간의 단점 및 제약이 따르는데 아래와 같다.

1) 화소회로를 간단하게 되었지만 POWER를 흔들어야 하고 DATA SIGNAL도 빠르게 바꾸어 주면서 Vth보상과 mobility 보상을 짧은 시간동안 다 해주어야 하기 때문에, 고해상도에서는 구현하기에 다른 형태의 난이도가 있다.
  실제로 본 회로를 이용한 제품의 해상도는 960X540 로 그때 당시에도 사이즈 대비 낮은 해상도 였다.

2) POWER를 줄단위로 VDD VSS 전압을 스윙하기 위한 회로가 좌우에 배치되어 있는데 대형으로 가면 그 전압을 스윙하기 위한 많은 TR들이 비 구동영역에 배치 되어야 하는데, 그게 쉽지 않다. 즉, 더 커지는 대형에서는 사용되기 어렵다.

3) 데이터 라이팅시 CEL을 사용하기 때문에 CEL과 C1을 고려하여 설계하여야 하며, RGB별 EL의 CAP이 다르기 때문에 충분히 고려해서 설계하여야 한다. 만일 설께 상황에 따라서 CEL이 충분히 크지 않게 된다면, 라이팅의 용이성을 위해서 CEL을 보조하는 CAP이 필요할수도 있다.


위에서 말한 단점들은 추후 SONY에서 다른 특허로 그 대안을 제시 하였다. 그것 또한 리뷰를 하도록 하겠다.

자세한 사항은 아래의 LINK로 특허의 모든 사항을 알수 있다.
GOOGLE PATENT LINK

자동 타이머 기능을 갖는 스프링쿨러 제작 (DIY) sprinkler or spring cooler + timer DIY

자동 타이머 기능이 있는 스프링 쿨러 제작

옥상이나 텃밭에서 물을 주는 스플링 쿨러를 설치하고
자동으로 시간에 맞추어 뿌려주는 기능이 필요하여 제작하게 되었습니다.


저희 옥상에 설치한 예입니다.

문제는 어떻게 타이머를 이용하여 원하는 시간대에 뿌려줄까요?

일단 전기 신호를 이용하여 물을 닫아주고 열어주는 물 스위치가 필요합니다.

"솔레노이드 밸브"라는 것을 이용하면 됩니다. 

평소에 전기가 특별히 가해주지 않으면 닫혀있다가 필요에 의해서 전압을 걸어주면

열려서 물을 뿌려주는 기능입니다.

220V나 110V 모두 가능하오니 간단하게 통상적으로 사용하는 전압을 사용하면 됩니다.

제가 설치한 모습입니다. 그냥 물호스를 IN OUT 부에 연결하고 전기는 220V 전압을 사용하였습니다.

인터넷 마켓에서 "솔레노이드 밸브"로 검색하시면 됩니다. ^^

제가 구매한 제품의 외형 스펙은 제시해 드립니다.

SOLENOID VALVE

Model : HPW-2130

Volt : AC 220V

Size : 3/8"

www.hyoshin.co.kr

그러면 전기만 원하는 시간에 들어가도록 콘트롤 해주면 되는데 잘 아시겠지만

"타이머 콘센트"를 잘 이용하면 그 문제는 해결됩니다.

인터넷 마켓에서 "타이머 콘센트"로 검색하시면 됩니다. ^^

한번 도전해 보세요!

US 7414599 B2 OLED Vth 보상회로 (6T1C) , AMOLED TFT vth COMPENSATION CIRCUIT

US 7414599 B2 Organic light emitting device pixel circuit and driving method therefor

AMOLED Vth compensation circuit (6T1C)
AMOLED Vth 보상 회로 (6T1C)

삼성SDI가 보유하고 있는 OLED화소 회로로 다이오드 통과 보상방식을 효과적으로 재배치 한것이다.

T31 : MAIN DRIVING TR
T34 : CAP INITIAL
T35 T36 : EMISSION CONTROL TR
T32 : DATA GATE TR
T33 : Vth Compensation TR
C31 : DATA STORAGE CAP


DIODE THROUGH DATA WRITING 방식의 기본방식은 아래와 같다.

Diode의 Anode쪽에는 DATA전압이 걸려있고, Cathode쪽에는 VINIT전압이 걸려있었다고 가정하고 @ T=0 에서,
수 마이크로초가 지난 후에 보면 DATA쪽에서 다이오드를 통과하여 Cst쪽으로 전류가 통과되어 들어가므로 Cathode쪽 전압은 증가하여 충분한 시간이 지난후 DATA-|Vth| 값으로 수렴한다.

만일 T=0 에서 VINIT초기전압이 DATA보다 높으면 DATA전압이 Cathode쪽으로 전압이 전달이 되지 않으므로 VINIT 초기전압은 DATA+|Vth| 보다 충분히 낮아야 함을 알수 있다.

위와 같이 Diode의 Cathode전압은 초기엔 충분히 낮은 VINIT전압이었다가, Data-|Vth|전압으로 수렴하는것으로 생각할 수 있다.

 아래 그림은 Diode를 PMOS TR로 구성한 것이다. (동일한 동작을 한다)

그리고 Diode의 Cathode부를 VINIT로 초기화 하는 것을 TR을 넣어서 동작을 넣고, DATA도 항상 들어오는 것이 아니라 SW TR을 통해서 들어와야 하므로 아래와 같이 구성할수 있다.
즉 SCAN[n-1]에서 VINIT로 초기화 하고 그후 SCAN[n]에서 DATA를 써준다.

아래 그림은 위을 회로를 조금 꼬아보았다. (동일한 회로임)

아래는 위의 동일한 회로에 Diode 접속부를 항상 접속하지 않고 DATA가 써지는 동안 즉 SCAN[n]시간동안만 DIODE 접속이 되도록하기 위해서 TR을 추가하였다. 이러면 기본적으로 데이터를 쓰기전에 VINIT초기화 하고 데이터를 쓸때는 DIODE 통과를 시키는 기본 보상회로의 구성이 완성되었다.

위의 회로를 OLED 를 구동할수 있도록 달아보았다. 데이터가 써지거나 VINIT로 초기화 되는 동안에는 발광하지 않도록 EM신호를 이용하여 발광금지를 하는 2개의 TR을 추가로 구성하였다.

이로써 TR의 Vth를 보상을 하는 OLED Vth 보상회로 및 OLED 구동회로를 기능적으로 하나하나 붙여가면서 거꾸로 생각해(구성해) 보았다. 

TR하나하나 본연의 기능이 있으며, 모두 꼭 필요하다. 

개인적인 생각으로

예상 되는 장점은 

1. 비교적 간단한 동작으로 보상을 이루며 

2. CAP을 1개로만 구성이 가능하다.

3. 발광시 leakage path가 2개로 비교적 적다.

4. EM TR을 이용하여 밝기를 조절할수도 있다.

5. DATA 배선과 DR TR Gate 간 leakage에 의한 cross talk가 없다.

6. CAP short 불량 발생시 자동 암점화 된다.

예상되는 단점은.

1. 비교적 TR 숫자가 많다.

2. Dual Scan이 불가능하다.

3. vinit 배선이 추가로 필요하다

4. scan[N]과 SCAN[N-1] 배선이 동시에 필요하여 SCAN LOAD 부담.

5. ELVDD IR DROP에 대한 보상 동작이 없다.

본 내용은 모두 PATENT를 통해서 공개가 되어있다. 자세한 사항은 아래의 LINK를 따라가서 특허 본문을 참조하면 된다.

US 7414599 B2 PATENT LINK :
KOREA PATENT NO : KR 10-2003-0045610

기술과 창의 그리고 특허 분석에 관하여....

필자는 TRIZ와 창의성을 중심으로 활동을 하였고

공개된 특허를 중심으로 기술이 실제적으로 어떻게 발전하였으며

발명자가 어떤 생각을 하였는지 유추를 통하여

창의적이었던 선배들의 생각하는 패턴과 더 나아가 이런 아이디어를 

추가적으로 내면 어떨까 하는 생각과 논리를 현실을 바탕으로 이어가고자 한다.