화소회로 HSPICE 시뮬레이션 및 결과분석

III. 본문

3.3 화소회로 HSPICE 시뮬레이션 및 결과분석

이전 절에서모델링된싱글게이트TFT, 더블게이트TFT 및micro- LED를 바탕으로그림7(a)와같은화소회로를구성하였다. 시뮬레이션

툴은HSPICE를사용하였으며,본회로를동작하기위해적용된상세구

동전압및TFT size는표1과 같다. SCAN3신호는세로 해상도에 따라 순차적으로데이터전압을기입하기때문에, micro-LED하나의모듈해

상도270 × 480을갖는화소어레이의타이밍도를설정하고,이의중간인

135번째화소를기준으로화소시뮬레이션을진행하였다.

본화소회로의PWM구동을통한계조표현능력을확인하기위하여,

그림15(a)과 같이1프레임동안서로다른PWM데이터전압을 인가했

을때micro-LED의전류를표현하였다. CCG부에서공급하는전류는약 27μA이며,일정한전류를공급하면서PWM데이터전압을통해micro- LED의발광시간을조절할수있음을확인하였다.그림15(b)는1프레임

동안 PWM 데이터 전압에 따른 micro-LED의 평균전류 와 발광시간을

비교한결과이다. micro-LED의평균전류는1프레임동안micro-LED에 흐르는전류의평균을,발광시간은miro-LED의공급전류의50%에해당 하는13.5μA를기준으로micro-LED에흐르는전류가증가하는시간과 감소하는시간의차로산정하였다. PWM데이터전압에따라micro-LED 의발광시간을선형적으로조절할수있고,이에따라micro-LED의평균 전류또한선형적으로조절할수있음을알수있다.따라서본화소회로를 통해PWM데이터을조절함으로써전계조에걸친micro-LED휘도표현 이가능함을확인했다.

그림 16(a)는 본 화소회로의 문턱전압 보상 능력을 확인하기 위해

노드 및소스노드 전압의각 단계별transient waveform을 나타낸 그래 프이다. (2)VT H 보상 단계가 끝나면서 T1, T6의 VGS에 각문턱전압이 센싱되고,문턱전압이±1 V변함에따라T6의VGS각각+0.99 V, -0.99 V 만큼차이남을확인할수있다. 이후(5) 발광단계에서도T1, T6의VT H

는변화된문턱전압을그대로유지하고있어micro-LED가발광하는동 안성공적으로문턱전압을보상할수있음을알수있다.그림16(b)는본 화소회로와문턱전압보상이적용되지않은PWM 4T2C회로(그림 3)의 오차율을데이터전압별로비교한결과이다.문턱전압을보상하는정도 인오차율은아래와같이식(3.5)으로표현할수있다.

Error Rate(%) =

|I∆V_{T H}=0V−I∆V_{T H}=±1V| I∆V_{T H}=0V

×100(%) (3.5)

그림16(b)를통해문턱전압보상이없는4T2C회로의경우문턱전

압변화에따라CCG전류및 발광시간의편차가 발생하여 최대94%의 오차율이발생하나,제안된10T3C화소회로는최대4%대로문턱전압의 변화를성공적으로억제함을확인할수있다.이는게이트바이어스 스트 레스및소자편차등으로발생할수있는패널내휘도편차를줄여균일한 휘도를얻을수있음을 의미한다.

표1:제안된회로의시뮬레이션을 위한파라미터

Parameter Value

VDD 20 V

VSS 0 V

VREF1 8 V

VREF2 3 V

VCCG 14V

VDATA 0 V ∼ 8.5 V

VSWEEP 0 V ∼ 8.5 V

SCAN1, SCAN2, SCAN3[N], EM -11 V ∼ 15 V

C

_CCG

0.3 pF

C

_{PW M}

0.2 pF

C

_{SW EEP}

0.1 pF

Parameter Size

W/L of T1 50 μ m/ 5 μ m

W/L of T5 30 μ m/ 5 μ m

W/L of T6 15 μ m/ 5 μ m

W/L of T2 ∼ T4, T7 ∼ T10 5 μ m/ 5 μ m

그림 15: 제안된 회로의 PWM 동작 시뮬레이션 결과, (a) 1 프레임 내 PWM데이터전압에따른micro-LED전류비교, (b) PWM데이터전압에 따른평균전류및 발광시간비교.

그림16:제안된회로의문턱전압보상능력비교(a)문턱전압변동에따

른보상능력비교, (b) 문턱전압변동에따른제안된회로와미보상회로