부산대학교 도서관

본 학위 논문은 능동형 유기 발광 디스플레이 (AMOLED)에 필요한 각종 구동기술 및 AMOLED구동 기판상의 박막 트랜지스터 특성에 기인하는 휘도 불균일 문제를 해결하기 위한 다양한 보상회로 기술 및 근본적 해결을 위한 새로운 Backplane 기술 개발과 그를 바탕으로 한 실제 디스플레이 제작, 평가에 이르는 제반 기술에 관한 연구이다. 부가적으로, 본 학위 논문에서는 최근 성공적인 AMOLED제품의 시장진입에도 불구하고 TFT-LCD와 견주어 기술적 차이가 존재하는 고해상도 AMOLED 구현을 위한 새로운 기술적 접근을 제시하였다. 연구의 첫 단계로써, OLED발광 및 구동원리에 대한 이해를 토대로 수동형 OLED와 TFT-LCD와의 차이점을 이해하고 고성능/고화질 AMOLED가 되기 위한 OLED 발광소자와 구동기판의 핵심 요구 인자를 고찰하였다.이후, AMOLED용 Backplane에 대한 연구를 구체적으로 수행하였다. Eximer 레이저 결정화 방식 (ELC)의 Backplane에서는 레이저 에너지의 시간적, 공간적 불균일 문제가 제작된TFT 소자의 특성변화를 야기하며, 이는 전류구동을 근본으로 하는AMOLED 디스플레이에서 인접한 화소간 및 패널 전체의 위치에 따라 휘도의 불균일을 일으킴을 확인하였다. 저계조 휘도를 표현하기 위한 요구전류 수준에서 TFT 전류변동 정도는, 측정된 영역 7.5㎜ (150㎛ 간격, 50개 TFT) 내에서 약 30% 수준이었으며 인접한 TFT 소자간의 전류차이는 최대 20%까지 발생하여 2 Transistor 1 Capacitor 형태의 화소 구조에서는 해당 전류차이만큼의 휘도 불균일을 나타내며, 이러한 불균일은 Lot간, Glass간에도 편차가 발생하여 ELC 기반의 2T1C 구조의 AMOLED구동방식으로는 높은 화상품위 및 생산 수율을 얻기가 난해함을 확인하였다. 이를 극복하기 위한 방법으로, 전류 안정적인 특성을 가지면서도 보다 균일한 TFT 특성을 갖는 새로운Backplane을 개발하는 접근방식 혹은, TFT 소자의 불균일을 회로적으로 보상하는 ‘보상회로 기술’로 접근하는 방식이 있다.본 논문에서는 첫번째로 AMOLED용 다양한 구동 및 보상기술에 대해서 분류하고 각각의 기술을 기반으로 한 Proto-type들을 제작하여 그 성능을 확인하였다. TFT의 Output 특성곡선에서 비교적 균일한 선형영역을 이용한 Digital 구동방식 디스플레이에서는 Eximer 레이저 결정화 기술을 적용한 Backplane을 이용하였음에도 매우 우수한 휘도 균일도를 확보할 수 있었다. 그러나, 해당 구동방식은 OLED발광소자의 열화를 상대적으로 가속시키는 단점과 color breaking, false contour, flickering과 같은 화질 문제를 안고 있으며, 아직은 고해상도, 대면적 AMOLED 구동기술로는 한계점을 가지고 있다.전압보상 방식 AMOLED는 Driver-IC 설계 등의 측면에서 TFT-LCD와 가장 높은 유사성과 가격 경쟁력을 가진 보상방식이나 까다로운 공정관리 능력과 이를 통한 화상품위 확보가 어려운 과제임을 확인하였다. 전류구동 방식 AMOLED는 전류량이 많은 높은 계조에서의 TFT 불균일 보상능력은 뛰어났으나, 반대로 저계조에서는 충전능력의 문제로 인하여 만족할 만한 화상품질을 얻기가 어려웠다. 본 연구에서는, 전류보상 구동기술에서 2가지의 새로운 구동방식을 제안하고, Proto-type 을 설계, 제작하여 그 성능을 확인하였다. 제안방식은 기본적으로 Driver-IC의 출력 채널수를 저감하기 위한 것으로, 2:1 De-multiplexing 방식과 Vertically-aligned R-G-B 화소 배열 방식을 제안하였다. 부가적으로 Pre-charge 기법과 전기적 Floating 기법을 적용하여 전류구동 AMOLED 의 충전특성 및 화질성능을 대폭 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.그 동안, 레이저 결정화 기술의 대안으로 고상결정화 기술 (SPC: Solid Phase Crystallization)이 연구되어 왔으며, 본 논문에서는 전통적인 Furnace 형태의 열처리 방식 혹은 Ni과 같이 촉매제를 사용하지 않고, 결정화를 위한 높은 열적 균일도를 가진 공정 및 장비기술을 적용하는 새로운 결정화 기술인 A-SPC (Advanced-SPC) 기술을 개발하여, 해당 기술로 구현된 TFT 소자의 기본특성과 신뢰성을 평가하였다. 이동도, Hysteresis, Off 영역 누설전류 측면에서는 Eximer 레이저 결정화 대비 다소 열세이나 균일도 측면에서 매우 높은 특성을 확보할 수 있었으며, 해당 소자의 기본특성으로 패널 내 집적회로 구현 또한 가능함을 확인하였다. 나아가, 새로운 전압보상 화소 구조를 제안하였고, 제안된 5T1C화소 구조와 신결정화 기술인 A-SPC TFT를 기반으로 한 3”WqVGA AMOLED와 15”HD TV AMOLED Proto-type 을 각각 성공적으로 제작, 평가하여 해당기술이 소형에서부터 중대형 AMOLED 에 이르기까지 확대 적용될 수 있음을 확인하였다. 마지막으로, 고해상도 AMOLED디스플레이를 구현할 수 있는 새로운 화소 설계 기법을 제안하고 Proto-type을 제작, 평가하여 그 가능성을 확인하였다. 제안된 구현방식은 현존하는 유기발광 재료의 증착을 위한 Shadow Mask 제조기술을 이용하면서도 기존 대비 4배만큼의 높은 화소 밀도를 가진 디스플레이를 구현할 수 있는 기술이다. 이는 보다 높은 고해상도 AMOLED구현 및 개구율 향상을 통한 OLED 수명향상, Shadow Mask에 기인한 수율 저하를 극복할 수 있는 기술로 활용할 수 있다. 제작된 229-ppi 4.3”WVGA Proto-type 평가를 통하여, 만족할 수준의 화상품질과 Text가독성을 확인할 수 있었다. 본 학위 논문을 제출하면서, AMOLED 디스플레이 산업이 보다 크고 넓게 성장하기 위해 보다 적극적으로, 지속적으로 연구해야 할 Backplane 및 구동기술과 관련된 몇몇 과제를 몇몇 언급하고자 한다.최근 AMOLED 제품이 소형 평판 디스플레이 시장에는 성공적으로 진입하였으나, 궁극적으로 TV 시장으로의 빠른 진입이 요구된다. 이를 위해서는 기본특성 및 균일도, 그리고 전류안정성, 전압 Bias안정성 등과 같은 기술적 요구에 대한 부합과 더불어 가격 경쟁력을 모두 만족하는 대면적용 Backplane 기술 개발이 시급히 요구된다. 최근 Oxide-TFT나 mC-Si에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 것이 대표적인 부분이나, 아직은 그 기술적 완성도가 높지 않은 상황으로 보다 시급한 능동적인 연구가 요구된다.구동기술과 관련된 측면에서는, 현재까지 제품화에 적용된 보상기술은 전압보상 방식을 주로 사용하고 있으며, 이 방식은Driving TFT 자신의 문턱전압을 Sampling한 이후 해당 Data를 기입하는 Programming 단계로 구성된다. 대면적화, 응답속도 개선을 위한 고속구동, 3D display와 같이 큰 Load와 높은 Frame rate을 요구하는 AMOLED Display로의 확대 대응을 위해서는 전압보상 방식으로는 구동의 어려움이 예상된다. 따라서, 본 연구에서 다루어지고 기술적 진보는 있었으나, 기술적 완성을 이루지 못한 전류구동방식이나 패널 외부보상 방식 등에 대한 새로운 시각에서의 연구 및 고찰이 필요할 것으로 판단된다.