7T1C 픽셀 회로란?

디스플레이 기술이 발전하면서 고해상도, 저전력, 빠른 응답 속도를 요구하는 시장의 니즈가 커지고 있다. 특히 OLED 및 MicroLED 디스플레이에서는 픽셀 구동 회로의 효율성이 매우 중요한 요소로 작용한다. 그중에서도 7T1C(7 Transistor 1 Capacitor) 픽셀 회로는 고성능 디스플레이를 구현하기 위한 핵심 기술 중 하나로 주목받고 있다. 이번 글에서는 7T1C 픽셀 회로의 동작 원리, 기존 회로와의 차이점, 장단점, 그리고 실제 적용 사례에 대해 살펴본다.

 

1. 7T1C 픽셀 회로란?

7T1C 픽셀 회로는 7개의 트랜지스터(TFT)와 1개의 커패시터로 구성된 픽셀 구동 방식이다. 주로 AMOLED 디스플레이에서 전류 구동형 픽셀을 컨트롤하기 위해 사용된다. 기존 2T1C, 5T1C 구조보다 더 정교한 전류 제어가 가능하며, 화면 균일성(Uniformity)과 수명을 향상시키는 데 유리하다.

7T1C의 주요 역할

• 데이터 저장: 커패시터가 특정 전압을 유지하여 픽셀을 일정 시간 동안 안정적으로 구동한다.
• 전류 구동: TFT가 전류를 제어하여 OLED의 발광 강도를 조절한다.
• 보상 기능: 트랜지스터 특성 차이에 따른 전류 편차를 보정하여 균일한 화질을 유지한다.

2. 기존 픽셀 회로와 7T1C의 차이점

(1) 2T1C 회로 vs. 7T1C 회로

2T1C는 가장 기본적인 픽셀 구동 방식으로, 하나의 선택 TFT와 하나의 구동 TFT로 구성된다. 하지만 이 방식은 TFT의 문턱 전압(Threshold Voltage) 변화에 취약하여 장기적인 화질 유지가 어렵다.

비교 항목2T1C7T1C

	2T1C	7T1C
트랜지스터 개수	2개	7개
커패시터 개수	1개	1개
문턱 전압 보정	불가능	가능
화질 균일성	낮음	높음
전류 제어 정밀도	낮음	높음

(2) 5T1C 회로 vs. 7T1C 회로

5T1C 회로는 2T1C의 한계를 극복하기 위해 개발되었으며, 문턱 전압 보상 기능이 추가되었다. 하지만 여전히 고해상도 패널에서는 정확한 전류 제어가 어렵고, 휘도 편차가 발생할 가능성이 있다. 반면, 7T1C 회로는 더욱 정밀한 보정을 수행할 수 있어 프리미엄 디스플레이에 적합하다.

 

3. 7T1C 픽셀 회로의 동작 원리

7T1C 회로는 픽셀의 데이터 쓰기(Write), 저장(Storage), 발광(Emission), 보상(Compensation) 단계를 통해 동작한다.

1️⃣ 데이터 쓰기 (Write)

• 신호선(Data Line)에서 픽셀의 트랜지스터로 전압을 인가하여 구동 TFT의 게이트에 신호를 전달한다.
• 선택 TFT가 활성화되면서 커패시터가 전압을 저장하며, 이 전압이 픽셀의 밝기를 결정하는 기준이 된다.
• 전압이 정확하게 전달되도록 데이터 드라이버 회로에서 보정이 이루어지며, 이를 통해 문턱 전압 변동과 같은 문제를 최소화한다.
• 신호 전달 과정에서 발생할 수 있는 RC 지연(RC Delay)과 전압 강하를 방지하기 위해, 저저항 신호선과 최적화된 TFT 배치가 중요하다.

2️⃣ 전압 저장 (Storage)

• 선택 TFT가 꺼진 후에도 커패시터가 전압을 유지하여, 일정 시간 동안 픽셀의 상태를 유지한다.
• 저장된 전압은 다음 프레임이 갱신될 때까지 픽셀을 일정한 밝기로 유지하는 역할을 한다.
• 이 과정에서 커패시터의 누설 전류(Leakage Current)가 최소화되어야 하며, 이를 위해 고품질의 유전체(Dielectric) 재료가 사용된다.
• 일부 설계에서는 보조 전압(Compensation Voltage)을 활용하여 장시간 동안 전압 강하를 방지하고 정확한 구동을 유지한다.

3️⃣ 발광 (Emission)

• 저장된 전압을 바탕으로 구동 TFT가 OLED에 전류를 공급하여 발광한다.
• 구동 TFT가 활성화되면서 OLED 소자의 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 간에 전류가 흐르게 되고, 이 과정에서 유기 발광층(EML, Emissive Layer)에서 전자가 정공(Hole)과 재결합하여 빛을 방출한다.
• 이때, 발광 강도는 인가된 전압과 구동 전류의 크기에 따라 결정되며, 이를 정밀하게 제어함으로써 균일한 휘도를 유지할 수 있다.
• 전류 공급이 일정하게 유지되지 않으면 휘도 편차(Brightness Non-Uniformity)나 번인(Burn-in) 문제가 발생할 수 있어, 7T1C 회로는 이를 보정하기 위한 설계를 포함하고 있다.
• 또한, 고해상도 및 고주사율 디스플레이에서는 빠른 응답 속도를 위해 구동 TFT의 스위칭 속도와 전압 강하를 최소화하는 기술이 적용된다.

4️⃣ 보상 (Compensation)

• TFT의 문턱 전압 변화로 인해 발생하는 픽셀 간 밝기 차이를 보정하여 균일한 화질을 유지한다.
• 이는 장시간 사용 시 발생하는 화질 열화를 방지하고, 픽셀의 수명을 연장하는 데 기여한다.
• 보상 회로는 구동 TFT의 문턱 전압 변화를 감지하고, 저장된 기준 전압과 비교하여 적절한 전압을 보정하는 방식으로 동작한다.
• 이 과정에서 캘리브레이션(Calibration) 기술이 적용되며, 고해상도 및 HDR 디스플레이에서는 더욱 정밀한 보정 알고리즘이 필요하다.
• 특히, LTPO(Low-Temperature Polycrystalline Oxide) TFT와 결합될 경우, 가변 주사율 환경에서도 안정적인 휘도 제어가 가능하다.

4. 7T1C 회로의 장점과 단점

✅ 장점

✔ 고해상도 구현 가능 → 균일한 전류 공급으로 픽셀 간 휘도 편차 최소화 ✔ 문턱 전압 변화 보정 → 장기간 사용해도 화질 유지 가능 ✔ 저전력 설계 가능 → 불필요한 전력 소모 최소화

❌ 단점

✖ 회로가 복잡함 → 제조 공정이 증가하여 비용 상승 ✖ 공간 차지 증가 → 고집적 회로 설계 필요

 

5. 7T1C 픽셀 회로의 실제 적용 사례

현재 프리미엄 스마트폰, 고급 OLED 패널, AR/VR 디스플레이 등에서 7T1C 회로가 연구되고 있으며, 특히 HDR(High Dynamic Range) 구현을 위한 정밀 전류 제어 기술로 주목받고 있다. 또한, MicroLED 디스플레이에서도 저전력 고효율 구동을 위해 적용 가능성이 높다.

 

7T1C 픽셀 회로는 OLED 및 차세대 디스플레이 기술에서 필수적인 픽셀 구동 방식 중 하나로 자리 잡고 있다. 기존 2T1C, 5T1C 회로보다 정밀한 전류 제어가 가능하며, 휘도 균일성 및 문턱 전압 보상 기능을 통해 고품질 디스플레이 구현이 가능하다. 다만, 제조 공정이 복잡해지는 단점이 있어 비용 문제를 해결하는 것이 향후 기술 발전의 중요한 과제가 될 것이다.

앞으로 7T1C 회로의 발전 방향은 8T1C, 10T2C등으로 고집적 회로 및 저주사율(1Hz~10Hz) 구동을 위한 Oxide 소자 적용등이 있다.