10. OLED의 구조 (3) - 회로구조

OLED의 구조 세번째 시간입니다. 지난 번 두시간동안에 우리는 OLED의 단면적 구조인 다층구조, 그리고 평면적 구조인 픽셀구조에 대하여 알아보았습니다. 지난번 포스팅까지 읽어보신분들은 어느정도 OLED소자구조에 대해 대략적으로는 이해가 되셧으리라 믿습니다.(아니라면 질문을 해주세요!!) 

 

이번 시간에는 단일 OLED 발광소자가 아닌 동적인 이미지를 표현하기 위한 OLED 디스플레이의 구동회로의 간단한 구조를 알아봄으로써 어떻게 불이 켜졌다 꺼지는지 최대한 간단하고 쉬운 예로 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

 

OLED발광소자에 전기를 공급해봅시다!!

<사진1. 면적이 다른 OLED 소자의 전류 공급방법>

 

 

우리는 지난 두번의 포스팅을 통해 발광소자가 어떠한 구조를 가지는지, 이 작은 디스플레이 화면에 눈에 보이지도 않는 픽셀들이 한개한개 어떻게 화면을 구성하는지에 대해 알아보았습니다. 발광소자를 제작하고 또 효율적으로 시각정보를 제공하기 위해서 화소들을 배치를 완료했다면, 이제 전기를 공급하고 드디어 빛을 내보도록 합시다.

 

위 사진1.의 왼쪽은 백색 발광을 하는 큰 면적을 가지는 조명샘플에 전기를 공급하는 장변입니다. 1개의 단일 화소(?)라고 불릴 수도 있는 조명샘플은 발광면적이 눈에 크게 들어올만큼 크기 때문에 우리가 학창시절 전기 실험시간에 사용하던 악어이빨이라 불리는 실험용 전기 공급 집게로 조명 샘플의 양극과 음극을 각 각 연결하고 전압을 전원공급기를 통해 인가해주면 조명샘플이 갖고 있는 전기광학적 특성에 맞게 빛을 발하게 됩니다.

 

이렇게 큰 OLED 소자는 물리적으로 전극을 연결에서 전기를 가해주면 모든 문제가 해결되나 사진1.오른쪽에 보이는것과 같이 디스플레이 화면 한개를 이루는 화소들에는 어떻게 전기를 공급해야 할까요? 점하나의 크기는 um(마이크로미터, 10E-6m)단위 크기로 도저히 제 생각에는 악어이빨을 물릴 수가 없습니다. 그렇다면 어떻게 전기를 공급할 수 있을 것인지 AMOLED를 예를 들어 살펴보도록 하겠습니다.

(*PM(Passive Matrix)과 AM(Active Matrix)은 구동방식에서 차이가 크고 현재 접할 수 있는 대부분의 OLED가 AM방식이므로 AM 즉, AMOLED 아몰레드라 불리는 방식을 기준으로 설명하도록 하겠습니다.

 

 

 

<사진2. OLED 디스플레이 녹색 화소의 확대 구조>

 

 

위 사진2.는 OLED 디스플레이 화소 한개를 확대시켜놓은 모습입니다. 물론 상세한 구조는 사진2.와 많이 다르고 실제 양산 제품들은 전면발광이기 때문에 기본적인 설계 또한 많이 다르지만 구동원리에 대해 설명드리기 위해 핵심적인 구성요소들만 표현하였습니다. 일단 사진2.를 보시면 이해를 쉽게 하기 위하여 일반적으로 통용되는 용어를 사용하지 않고 역할의 의미를 부여하기 위한 이름으로 표현하였습니다. 실제 용어는 다음과 같습니다.

 

메인전기 공급선 : Data line

신호 공급선 : Scan line

스위치 : TFT(Thin Film Transistor)

저장고 : Capacitance

 

라고 불리우며, 각 각의 구성요소들이 어떠한 역할을 하고 어떻게 구동되게 되는지 아래 그림을 보면서 이해를 깊게해보도록 합시다.

<사진3. OLED 구동방법>

 

 

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*구동방법 설명

 

1. 메인전기 공급선에 전압이 인가되어 전류가 흐르기 시작한다. 이 때 스위치1에 전기가 들어가지만(하늘색으로 채워짐) 이 스위치1은 신호공급선에 의해 전류를 공급받아야지만 작동하므로 하늘색으로 표시된 대기상태로 신호공급선에서 전기가 들어올때까지 대기를 하게된다.
   
   
2. 신호공급선에 의해 스위치1에 전류가 공급되면 스위치1은 비로소 작동하여 전류가 흐를 수 있게되고(이 이유때문에 스위치라고 표현하였음.) 스위치2로 전류를 보내주며 이와 동시에 저장고에 전하(전자들)을 채워두게 된다. 또한 스위치2가 작동하여 녹색 OLED 발광소자에 전류를 공급하게 되므로 소자가 발광하게 된다.
   
   
3. 다른 이미지를 표현하기 위해 이 해당 픽셀의 발광을 종료하기 위해 신호공급선에 전류 공급을 끊게 되지만, 저장고에 저장되어 있던 전하들에 의해 일정 시간동안은 그대로 발광상태를 유지하게 된다. 저장고의 전하가 모두 소진되면 녹색 OLED 또한 완전히 발광을 멈추고 꺼지게 된다.
   
   *여기서 일정시간 발광상태를 유지하는 이유는 실제로 신호공급선에 전압이 인가되는 시간은 고해상도로 디스플레이를 만들수록 매우 짧게 된다. 그런데 이 짧은 시간 동안만 OLED 소자가 발광되면 우리 눈에서는 우리가 원하는 이미지로 보이는 것이 아닌 번쩍번쩍 밝기가 들쑥날쑥 눈이 아파서 도저히 쳐다볼 수가 없는 디스플레이가 되기 때문이다.
   
   
4. 메인 전기 공급선이 다음 오른쪽 적색 소자를 키기위해 라인을 옮겨갔으므로, 신호공급선에 전류가 흐르더라도 녹색 소자는 켜지지 않게 된다. 위 1에서 3번까지의 과정이 적색 OLED소자에서도 차례로 일어나며 적색 OLED 소자가 발광된다.

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AMOLED, 아몰레드는 위와 같은 방식으로 화면의 필요한 화소를 켰다 껏다를 반복하며 이미지를 구현하게 됩니다. 각 화소의 크기는 갤럭시S6기준으로 대략 30um 정도 되므로 머리카락 두께인 60um에 절반밖에 되지 않는 작은 점입니다.

 

그러나 이 작은 화소한개에 스위치2개, 저장고 1개가(실제 양산품 회로는 스위치가 4~6개 저장고가 1~2개)가 들어가므로 이러한 회로 설계에 얼마나 많은 노력이 필요하며 이를 실제 제품으로 제작하기 위한 공정은 얼마나 높은 기술력과 노하우가 필요할지 생각하면 정말 까마득해 지는 것 같습니다.

 

이번 시간에는 회로구조의 설명외에도 간단한 OLED 구동에 관해서 설명을 조금 넣어보았습니다. 아직 구조적으로도 다뤄야할 내용이 많지만 OLED의 전체적인 구조를 이해하는데는 이 정도 수준이면 어느정도 커버가 될 듯 싶습니다. 세부적인 구조와 구동 방법등은 조금씩 주제를 넓혀가며 하나씩 알아보도록 하겠습니다.

 

다음글도 기대해 주세요!!