7T1C 픽셀 회로 동작 설명

7T1C 회로는 고유한 특성 덕분에 디스플레이 기술에서 주로 사용되는 회로 중 하나입니다. 이 회로는 주로 유기 발광 다이오드(OLED) 및 퀀텀닷 디스플레이(QLED)와 같은 고해상도 디스플레이에서의 픽셀 조작을 제어하는 데 중요한 역할을 합니다. 7T1C 회로는 "7T(트랜지스터) 1C(커패시터)" 구성으로, 기본적으로 7개의 트랜지스터와 1개의 커패시터로 구성됩니다. 이 회로의 주요 목적은 높은 품질의 이미지나 비디오 출력에서 픽셀의 상태를 정확하게 제어하고 유지하는 것입니다.

 

 

7T1C 회로의 기본 동작 설명

 

1️⃣ No.1

트렌지스터 T4가 턴온되면서 N2(node2)를 초기화시켜 준다. 

N2가 늘 동일한 전압에서 Data가 챠징 될 수 있도록 하는 역할을 하게 된다. 

주기적으로 커패시터의 전하를 초기화하여 픽셀이 새로운 데이터 상태로 갱신될 수 있도록 합니다.

 

트렌지스터 T7이 턴온되면서 N4(node4)를 초기화시켜 준다.

매 Frame 마다 OLED Anode가 늘 동일한 전압에서 시작할 수 있도록 해줌으로써 전 Frmae의 잔류 전하의 영향을 방지한다. 위 회로도에서는 Vinit 전압을 같이 사용하지만 목적에 따라서 N2, N4의 이니셜 전압(초기화 전압)은 별개로 사용하기도 한다. 왜냐하면 사용 Band에 따라 Data 전압 변동 범위와 OLED Anode 전압의 변동 범위가 달라지기 때문이다.

 

2️⃣ No.2

T2, T3, T5 가 턴온 되면서 Data 전압이 N2로 챠징 된다.

T2는 Vinit 전압에 의해 턴온이 된 상태에서 Data - Vth 전압까지 높아지게 되며 이후 턴오프된다.

T2는 드라이빙 TR로 픽셀 회로에서 가장 큰 TR이며 N2 전압 차이에 따라 전류차이가 커진다.

이는 픽셀간 차이로 얼룩 등으로 나타난다.

픽셀간 가장 큰 특성 차이를 보이는 T2 TR을 보상해주기 위해 Data는 T2 TR을 지나서 N2로 챠징 되게 된다.

Data-Vth에서 Data는 모든 픽셀에 동일하게 공급되지만 Vth는 각 픽셀마다 달라 다르게 보상된다.

Vth가 클 경우 N2 전압은 낮아지게 되어 Emission 할 때 ELVDD에서 ELVSS로 전류가 많이 흐르게 되며

Vth가 작을 경우 N2 전압이 높아지게 되어 Emission 할 때 ELVDD에서 ELVSS로 전류가 작게 흐르게 된다.

Vth가 큰 TR의 경우 동일 Gate 전압에서 전류가 작게 흐르고 Vth가 작은 TR의 경우 전류가 많이 흐르게 된다.

N2전압의 안정성은 Initial 전압, Data 챠징 인가시간, 캐패시터 크기 등에 의해 좌우된다.

 

3️⃣ No.3

모든 TR을 OFF 함으로써 N2 Node는 Floating되게 된다.

C1 캐패시터가 ELVDD와 N2 사이에서 전압을 Hold 해주는 역할을 하여 Data가 1 Frame 동안 유지 될 수 있다.

T4, T5 TR의 리퀴지 커런트가 픽셀 휘도를 유지하는 주요 특성이 된다.

 

4️⃣ No.4

발광영역으로 회로 동작 구간 중 가장 긴 시간을 동작한다.

ELVDD → OLED → ELVSS로 전류가 흐르게 되고 전류량은 T2(Driving TR)의 N2 node 전압에 의해서 결정 되게 된다.

전류가 많이 흐를 경우 OLED가 밝게 발광하게 되며 전류가 작게 흐를 경우 어둡게 발광한다.

 

• 전류와 수명: OLED 디스플레이는 전류에 의해 발광합니다. 전류가 지나치게 많이 흐를 경우 유기 발광층이 빨리 열화 되어 디스플레이의 수명이 짧아질 수 있습니다. 따라서, 지나치게 높은 전류가 OLED의 발광 성능을 떨어뜨리고, 결과적으로 수명을 단축시킵니다. 반대로, 너무 낮은 전류는 충분한 밝기를 제공하지 못할 수 있습니다.
• 전류 밀도: OLED에서 각 픽셀이 발광하는 방식은 전류 밀도에 따라 달라집니다. 전류 밀도가 높을수록 발광 효율은 떨어지고, OLED의 수명이 줄어듭니다. 일반적으로 OLED 제조사는 발광 효율과 수명 균형을 맞추기 위해 전류 밀도를 조절합니다.
• 패널 밝기와 수명: 높은 밝기로 디스플레이를 구동할 때 전류 소모가 커지므로 OLED 패널의 수명이 줄어듭니다. 따라서 제조사는 일반적으로 일정 수준의 밝기에서 효율적으로 작동하도록 설계합니다.

 

5️⃣ No.5

모든 TR을 off 함으로써 1 Frame을 끝내게 된다.

No.1으로 다시 순환 함으로써 Frame이 연결되어 동작 되게 된다.

 

※ T2의 Gate 전압은 Vinit과 Data 전압에 의해 결정되며 그 외 다른 TR들은 GIP에서 만들어진 신호를 받아서 동작하게 된다.

GIP(Gate In Panel)는 디스플레이 기술, 특히 TFT-LCD와 OLED와 같은 평면 디스플레이 패널에서 사용되는 기술입니다. 간단히 말하면, GIP는 디스플레이 패널 내에서 각 픽셀의 전기적 제어를 담당하는 회로를 패널에 통합한 기술입니다.

 

GIP의 주요 개념

- 기본 동작 원리:

전통적인 TFT-LCD 패널에서는 외부 회로와 연결된 "드라이버 IC"가 각 픽셀의 스위치를 제어하여 이미지를 표시합니다.

GIP는 이 드라이버 IC를 디스플레이 패널 자체에 통합하여, 외부 회로의 필요성을 줄이고, 더욱 컴팩트하고 효율적인 설계를 가능하게 합니다.

- 주요 장점:

소형화: GIP를 사용하면 외부 회로가 필요 없어져 디스플레이의 두께를 얇게 만들 수 있습니다.

전력 효율성: 외부 회로가 줄어들어, 전체 시스템의 전력 소모를 줄일 수 있습니다.

성능 향상: 패널 내에서 직접 제어가 이루어지므로 응답 속도나 제어 정밀도가 향상될 수 있습니다.