(A) compact micro-LED pixel circuit with current mirror-based CCG for mobile displays

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, we propose a new 5T2C pixel circuit for micro light-emitting diode (µLED) mobile displays. The 5T2C circuit is based on low-temperature polycrystalline silicon and metal-oxide (LTPO) thin-film transistor (TFT) technology. The proposed circuit is conducted by two methods; one is current mirror-based constant current generation (CCG) with double-gate a-IGZO TFTs, and the other is digital pulse width modulation (PWM) driving using a stepwise signal. The simulation results show achieving full gray level and a current error rate below 2% under ±0.5 V threshold voltage (VTH) variations of driving transistor and emission transistor. Furthermore, the pixel layout was implemented up to 350 PPI to verify the circuit’s feasibility for mobile display applications.

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 마이크로 발광 다이오드(µLED) 모바일 디스플레이용 새로운 5T2C 픽셀 회로를 제안한다. 이 5T2C 회로는 저온 다결정 실리콘과 금속 산화물 (LTPO) 박막 트랜지스터 (TFT) 기술을 기반으로 한다. 제안된 회로는 두 가지 방식으로 동작하며, 첫 번째는 더블 게이트 a-IGZO TFT를 이용한 전류 미러 기반의 정전류 생성 (CCG) 방식이고, 두 번째는 계단형 (stepwise) 신호를 사용하는 디지털 펄스 폭 변조 (PWM) 구동 방식이다. 시뮬레이션 결과, 구동 트랜지스터와 발광 트랜지스터의 임계전압(VTH) 변동 ±0.5 V 조건에서도 256 계조(full gray level)를 구현하면서 2% 이하의 전류 오차율을 달성하였다. 또한, 회로의 모바일 디스플레이 적용 가능성을 검증하기 위해 350 PPI까지 픽셀 레이아웃을 구현하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Background 4
• 2.1. Stepwise digital PWM 4
• A. PAM vs. PWM 4
• B. Analog PWM 5
• C. Stepwise digital PWM 10
• 2.2. Current mirror-based CCG 12
• 3. Proposed pixel circuit 14
• 3.1. TFT Characteristics 14
• A. LTPO stack-up 14
• B. Transfer curve & modeling 16
• 3.2. Operation 19
• 3.3. Result 23
• A. Circuit parameters 23
• B. Circuit simulations 24
• C. Layout implementation 30
• 4. Conclusion 32
• References 34
• Korean Abstract 36