TFT-LCD의 전기적 특성 분석을 위한 이미지 시뮬레이션에 관한 연구

Transcription

1 工學碩士學位請求論文 TFT-LCD의전기적특성분석을위한이미지시뮬레이션에관한연구 A Study on Image Simulation for Electrical Characteristics Analysis of TFT-LCD 2006 年 2 月 仁荷大學校 大學院 電氣工學科 정찬용

2 工學碩士學位請求論文 TFT-LCD의전기적특성분석을위한이미지시뮬레이션에관한연구 A Study on Image Simulation for Electrical Characteristics Analysis of TFT-LCD 2006 年 2 月 指導敎授元太映 이論文을碩士學位論文으로認定함. 仁荷大學校 大學院 電氣工學科 정찬용

3 이論文을鄭纂鎔의碩士學位論文으로認定 함 年 2 月 主審 副審 委員

4 요 약 TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) 의패널사이즈가점점더커짐에따라패널내에포함되는저항과캐패시터는패널설계에있어서무시할수없는중요한요소가되었고특정액정의모드에관계없이패널전체의전기적특성에대한정확한예측이요구되고있다. 따라서, 본연구에서는패널내의저항, LC(Liquid crystal) 커패시턴스, storage 및기생커패시턴스로인하여발생하는게이트라인의신호지연및왜곡 (distortion) 현상과화소에인가되는화소전압 (pixel voltage) 의 kick-back 효과를분석한다. 특히, 전압에따라변화되는 LC 커패시턴스를고려함으로써, 보다정확한패널특성을분석할수있으며, 커플링커패시턴스가화소전압에미치는영향도분석이가능하다. 또한, 패널의회로시뮬레이션을통하여얻어지는화소전압의실효치를이용하여패널에서구현되는이미지의 flickers, shading, grayscale error, crosstalk 등의효과를확인하였다. 본시뮬레이션방법을통하여구현된이미지는실제제조된패널에서예측할수있는화질의다양한해석을가능하게한다. - i -

5 Abstract As the size of TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) panel gets larger, resistance and capacitance in the panel are more important for panel design, and regardless modes of LC(liquid crystal), the exact prediction of electrical characteristics is required. In this study, we therefore analyze the signal delay of gate line induced by resistance, LC, storage, and parasitic capacitance in the panel, and also kick-back effects of pixel voltage. Especially, by considering voltage-dependent LC capacitance, analysis of the panel can be more exact, the change of pixel voltage by coupling capacitor can be expected. Using RMS (root mean square) voltages which are obtained through circuit simulation, we also confirmed flickers, shading, grayscale error and crosstalk of displayed image on the panel. The implemented image using the proposed method can expect for various analysis of viewable phenomenon on practical panel. - ii -

6 목 차 요약 ⅰ Abstract ⅱ 그림목차 ⅴ 표목차 ⅶ 1. 서론 1 2. TFT-LCD 의구성파라미터및구동원리 TFT-LCD 패널의구성파라미터의특성 TFT-LCD 패널에서의화소인가전압의감소 TFT-LCD 패널에서의광학적특성곡선 TFT-LCD 패널에서의 RC 지연및화질특성 TFT-LCD 패널의구동원리 TFT-LCD 패널의등가회로구성 단위화소의등가회로모델 액정커패시턴스의모델링 이미지시뮬레이션 이미지시뮬레이션의흐름 이미지시뮬레이션을위한등가회로구성 게이트및데이터인가신호의설계및이미지변환 23 - iii -

7 5. 시뮬레이션결과및논의 MVA모드액정패널의시뮬레이션조건 SVGA급패널의 RC 지연과킥백전압의분석 SVGA급패널의 crosstalk 분석 SVGA급패널의화질특성분석 결론 참고문헌 41 - iv -

8 그림목차 그림 1-1. 대면적고해상도 TFT-LCD 패널의 RC 지연에대한개념도 2 그림 2-1. V-T 곡선및 gamma 곡선의개념도 9 그림 3-1. 일반적인 TN모드의레이아웃과등가회로 13 그림 3-2. 이웃하는배선과기생커패시턴스를고려한등가회로모델 14 그림 3-3. (a) 기생커패시턴스를고려했을경우와 (b) 고려하지않은경우의화소에인가된전압비교 15 그림 3-4 (a) 전반전구동방식, (b) 열반전구동방식, (c) 점반전구동방식에서의데이터와화소전압 16 그림 3-5. (a) 종속전압커패시턴스를고려했을경우와 (b) 고려하지않은경우의화소에인가된전압의비교 17 그림 4-1. 이미지시뮬레이션의흐름도 18 그림 4-2. MVA모드의 (a) 레이아웃과 (b) 등가회로 20 그림 4-3. MVA모드의단위화소에대한액정커패시턴스 21 그림 4-4. 시뮬레이션에사용된이미지 23 그림 4-5. MVA모드셀의 gamma 곡선 24 그림 4-6. MVA모드셀의 V-T 곡선 24 그림 4-7. 화소전극에인가된킥백전압 25 그림 4-8. 열반전모드입력신호의개략도 27 그림 5-1. 액정커패시턴스의넷리스트표기형식 28 그림 5-2. 이미지시뮬레이션에사용된입력신호 29 그림 5-3. 게이트배선저항이 10 Ω인패널의마지막화소에인가된게이트인가신호 30 - v -

9 그림 5-4. (a) 원본이미지와이미지시뮬레이션을수행한결과로서나타난 (b) 게이트저항이 1.6 Ω인패널의이미지, (c) 게이트저항이 10 Ω인패널의이미지에나타난 crosstalk 현상 33 그림 5-5. 게이트배선저항이 1.6 Ω인패널과 10 Ω인패널의 gray scale error 비교 34 그림 5-6. (a) 원본이미지, 게이트저항이 (b)1.6 Ω인패널의이미지, (c)10 Ω인이미지에나타난 shading과 gray scale error 현상 37 그림 5-7. 게이트저항이 (a)1.6 Ω인패널과 (b)10 Ω인패널의홀수프레임과짝수프레임간의 gray level 전압차이에대한 gray scale map 39 - vi -

10 표목차 표 2-1. TFT-LCD의해상도별화소수및화면비 5 표 4-1. MVA모드의단위화소에대한커패시턴스 21 표 4-2. a-si TFT의모델파라미터 22 표 5-1. 게이트배선저항의크기가패널의홀수프레임과짝수프레임의화소수에따른킥백전압 31 - vii -

11 1. 서론 전자제품과사람의인터페이스역할을담당하는디스플레이는크게 CRT(Cathode Ray Tube) 와 FPD(Flat Panel Display) 로분류할수있다. 이중 FPD는경량 박형의장점으로최근급속한성장세를보이고있는데그중 LCD는세계 FPD 시장의약 90% 이상을점유하고있으며, 산업영역을휴대폰용등의소형분야뿐만아니라벽걸이 TV와같은대형시장까지지속적으로확장을하고있는핵심분야이다. 이중각화소에공급되는전압을조절하는스위치로서박막트랜지스터를사용하는 TFT-LCD는라인간섭에의한 Crosstalk가적고, 응답속도가빠른등여러장점이있기때문에폭넓게사용이되고있는디스플레이다. TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) 는주로데스크탑컴퓨터및노트북모니터용으로사용되어왔고, 최근에는 TV 응용분야에서 CRT(Cathode Ray Tube) 및 PDP(Plasma Display Panel) 과경쟁하고있다 [1]. 이러한용도의디스플레이에서는패널의크기가커짐으로인해서, LCD 패널의제조비용또한증가하고있는추세이다. 특히, 30인치이상의대형 TFT-LCD 패널은대면적 고해상도를구현하는추세에따라행선택시간 (row-line selection time) 이감소하게되어, 프레임주파수가 60Hz일때 QXGA의행선택기간은약 10μsec에불과하고 QUXGA의행선택시간은 7μsec에도미치지못하는문제점이있다. 더욱이, 그림 1-1에도시한바와같이고해상도구현에따른행선택시간은감소하는데반하여, 게이트및데이터라인의커패시턴스의증가로충전시간은오히려증가하게되어각화소가요구되는전압까지충분히충전되지못함으로써원하는색을제대로표현하지못하게되는문제점이있다

12 그림 1-1. 대면적고해상도 TFT-LCD 패널의 RC 지연에대한개념도. 상기에언급된대형 TFT-LCD 의문제점을해결하는가장근본적인 방법은데이터배선을낮은비저항을갖는물질로대체하는방법이나, 공 정변경에따른여러가지문제점있다. 따라서, 주어진공정조건하에서 최대한의해상도를구현할수있을뿐아니라, 기존공정을최대한이용 함으로써가격경쟁력을가질수있는구동기술에대한연구가이루어지 고있다. 즉, 데이터라인의충전시간부족을해결하기위한다양한방 식의구동기법에대한회로해석방법이제공되어야한다. 이와같은 TFT-LCD의전기적특성에대한정확한예측은공정상에서불필요한비용을절감하는데있어서더욱중요하게되었다 [2]. 실제로 TFT-LCD의대형화는픽셀크기를증가시키고이에따른 flickers, shading, crosstalk 및 gray scale error 등의문제점이발생하게되었다 [3]. 따라서, 본연구에서는이와같은소형반투과형 TFT-LCD 패널및 30인치이상의대형 TFT-LCD 패널의개발에있어서가장큰문제점으로인식되고있는 RC- 지연으로인한영상신호전달의문제점을해결하기위한수단을제공하는것을목적으로한다

13 본연구에서는 3차원액정시뮬레이터인 TechWiz LCD를사용하여 TFT-LCD의광학적특성에대해시뮬레이션을수행하였고, 저항및커패시턴스를추출하였다. 또한, 단위화소를포함한패널의전기적특성의해석을위하여 SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) 를사용하였다. 또한, 이미지변환작업을위하여실제 C++ 기반의프로그램을구현하였다. 이미패널의 RC 지연을계산하기위한많은연구들이진행되어왔지만, RC 지연, 등가회로구성, 구동방법에의해서패널의해상도에미치는영향을실제로보여주는전산모사연구는진행되지않았다. 기존의연구는단일화소에전송선을연결한형태의회로에서신호지연에따른화소전압의왜곡현상을분석하거나, TFT의특성및화소의광투과특성에중점을두었다. 이와같은연구는단순히수치상으로나타나는결과로서실제패널에구현되는화상의색상및채도등의가시적인현상은확인할수없다는단점이있다. 따라서, 본연구에서는단위화소의광해석결과와화소구조로부터추출된저항, 커패시턴스및 TFT를이용하여실제패널의등가회로를구성하고패널의전기적인특성을해석하는동시에실제패널에구현되는이미지를시뮬레이션하였다. 또한, 시뮬레이션시간및 PC의메모리를고려하여블록단위의이미지시뮬레이션을실시하였다. 후술하는제2장에서는 TFT-LCD의구동원리및특성에관하여설명하고, 이어서제3장에서는단위화소의등가회로를구성하기위한저항, 캐패시터및 TFT 파라미터의추출방법과새로운등가회로모델에대해설명을한다. 또한, 제4장에서는 TFT-LCD의전기적특성을해석하기위한이미지시뮬레이션방법에대하여설명을하고, 제5장에서는본프로그램과다른시뮬레이터를함께이용한시뮬레이션및결과에대하여설명한다

14 2. TFT-LCD 패널의구성파라미터및구동원리 2-1. TFT-LCD 패널의구성파라미터의특성 TFT-LCD 패널에서 Active Matrix 구동법은화소마다 TFT를달아비선택기간동안에는화소를격리하여선택기간동안에화소에걸어준전압을유지한다. 이러한구동법은화소전압을쉽게조절할수있어천연색을표시할수있고, 프레임응답 (frame reponse) 이거의없기때문에동화상을구현이용이하다. TFT-LCD는 60 frame/sec의속도로화면이재조정되므로하나의게이트 (gate) 주사선에할당되는시간은해상도가증가하면감소하여 HDTV급 TFT-LCD의경우대략 16 µs에불과하다. LCD의해상도별주사선의수와선택시간을나타낸표 2-1에서와같이 TFT-LCD의해상도가증가되면상대적으로짧은게이트배선의선택시간동안 TFT에서채널을통한전류가충분히흘러 TFT의액정커패시턴스와축적커패시턴스를인가된데이터 (data) 전압까지충전하거나방전시켜야한다. TFT의채널을통한전류를향상하기위해서는채널의 W/L(width/length) 비를증가시켜야한다. 그러나, 공정상의설계규칙 (design rule) 에의해 TFT의채널길이는최적화되어야한다. 따라서 W/L의결정은 TFT의제조공정능력과최소선폭등을고려하여결정하여야한다. 채널의폭을너무크게설계하면 TFT의게이트전극과화소전극에연결된드레인 (drain) 전극사이의기생커패시턴스가증가하는문제점과 TFT의크기가커져개구율 (aperture ratio) 이감소되는문제점이있다. 그러므로 TFT의 W/L 비와크기를결정하는데있어서여러가지파라미터를고려하여야한다

15 표 2-1. TFT-LCD 의해상도별화소수및화면비 TFT-LCD의화면크기와해상도가증가하면신호배선의시정수증가와 TFT의 On 시간감소로 TFT의성능을향상시켜주지않거나적절한구동방식을적용하지않는다면 LCD의화질특성이떨어진다. 대형 TV의경우, 게이트신호배선길이는증가하고화소의크기가커짐에따라게이트라인에종속되는커패시턴스의크기도증가하며이에따라시정수가증가하게된다. 높은해상도가되면 TFT의 On 시간은상대적으로줄어들기때문에배선저항이충분히작지않으면 RC 지연이증가하여게이트신호입력에서먼쪽의 TFT에서는충분한 On 전류가흐르지않아액정셀의충전율이떨어지는문제점이발생하게된다. 즉, LCD 화면전체를단색으로표시할경우우측방향으로액정에가해지는해당색상을표시하는화소전압이다르게되어 shading 현상이발생한다 [4]. 패널의배선으로사용하게될재료가결정되면패널설계를함에있어서배선의두께와선 - 5 -

16 폭을결정해야한다. 게이트배선저항을감소시키기위하여배선두께를너무크게하면게이트배선위의박막과단차 (step coverage) 가떨어져불량이발생할수있고배선폭을증가시키면공통전극과의커패시턴스가증가하여 RC 시정수가증가하고화소의개구율이감소하기때문에배선의두께와선폭은시뮬레이션을통하여최적화되어야만한다 [5]. 이와같이패널을설계하기위하여단위화소에대한구조적, 전기적시뮬레이션이선행되어야한다 TFT-LCD 패널에서의화소인가전압의감소 TFT-LCD에서는액정분자의전기화학적반응을막기위하여직류전압으로화소를동작시키지않고교류전압을이용하여구동시킨다. 이때문에공통전극전압을기준으로데이터신호전압을한프레임마다반전시켜야한다. 첫번째프레임에서인가된액정전압과동일한크기의액정전압이그다음프레임에서도똑같이인가되기위해서는 TFT 및게이트배선에의한기생커패시턴스에의한킥백 (kickback) 전압을고려하여데이터및공통전극전압을인가하여야만한다. 각각의프레임동안에화소에걸리는실효전압을고려하기위해서는프레임이바뀔때마다화소에인가되는데이터전압의평균값보다낮은전압을인가하는전압보상 (Voltage offset) 을해주어야만한다. 여기서킥백전압은공통전극전압보다높은데이터전압이인가될때와낮은데이터전압이인가되었을경우에는그값이각각다르다. 따라서, 각프레임마다적절한전압보상을해주어야만한다는점을주의해야한다. 적절한전압보상이없다면각각의프레임에서인가되는 gray level 전압의오차가발생하여 flickers가나타나게되어 V-T 특성이바뀌고잔상이발생하게된다. TFT의동작상태에따라채널영역의커패시턴스값이달라지기때문에게이트라인과공통 - 6 -

17 전극사이의커패시턴스는 TFT 의상태에따라다른값을가진다. 또한, 인가되는전압에따라변화하는액정커패시턴스는데이터전압에따라 그값이달라지므로킥백전압은다음과같이나타낼수있다 [6]. V' p = V' p + V PG1 + V PD1 + V PG2 + V PD2 (2-1) 식 (2-1) 에서 V p 는단위화소의전체킥백전압을나타낸다. 여기서, V p 는 TFT에의한킥백전압, V PG1는첫번째게이트배선과의킥백 전압, V PD1 는첫번째데이터배선과의킥백전압, V PG2 는두번째 게이트배선과의킥백전압, V PD2 는두번째데이터배선과의킥백전압 을나타낸다. C on LC 은 TFT 가켜졌을때의액정커패시턴스값이고 C off LC 는 TFT 가꺼졌을때의액정커패시턴스값이다. 그리고, C on ST 와 C off ST 도액정 커패시턴스와마찬가지로 TFT 가켜졌을때와꺼졌을때의저장커패시턴 스값이다. 패널설계에따라달라질수있지만, 일반적으로저장커패시 턴스는상수값을가지게된다. C g 는 TFT 의채널커패시턴스를나타내며, C PG1 는첫번째게이트배선과화소전극사이에존재하는기생커패시 턴스이고 C PG2 는두번째게이트배선과화소전극사이에존재하는기생 커패시턴스이다. 또한, C PD1 는첫번째데이터배선과화소전극사이에 존재하는기생커패시턴스이고, C PD2 는두번째데이터배선과화소전극 사이에존재하는기생커패시턴스이다. V com 은공통전극에인가된전압, V com 는화소전극에인가된전압, V GH 는게이트인가신호의최대전압을 나타낸다

18 V' p = ( C on LC- C off LC+ C on ST- C off LC) (V com -V p )+ 1 2 C g (V GH -V p ) ( C on LC+ C on ST+C GP1 +C GP2 +C DP2 ) (2-2) V' PG1 = ((C gd +C GP1 ) V G ( C on LC+ C on ST+C GP1 +C GP2 +C DP2 ) (2-3) V' PD1 = C DP1 V D1 (t) ( C on LC+ C on ST+C GP1 +C GP2 +C DP2 ) (2-4) V' PG2 = C GP2 V G2 (t) ( C on LC+ C on ST+C GP1 +C GP2 +C DP2 ) (2-5) V' PD2 = C DP2 V D2 (t) ( C on LC+ C on ST+C GP1 +C GP2 +C DP2 ) (2-6) 식 (2-2), (2-3), (2-4), (2-5), (2-6) 에서, V G 는게이트인가신호의최대전압과최소전압의차이를, V G2 (t ) 는시간 t초에서의두번째게이트배선에인가된전압, V D1 (t ) 는시간 t초에서의첫번째데이터배선에인가된전압, V D2 (t ) 는시간 t초에서의두번째데이터배선에인가 된전압을나타낸다. 이와같이각각의게이트배선, 데이터배선과화소전극사이에존재하는커패시턴스및인가되는전압에의해변화하는액정커패시턴스에의한전체킥백전압을구할수있다

19 2-3. TFT-LCD 패널에서의광학적특성곡선 LCD의액정은광을투과시키는스위치와같은역할을한다. 이러한액정을거동시키기위해화소전극에전압을인가하게되고인가된전압은결국광투과율을결정하게된다. 따라서광투과율과인가된전압과의관계를통해광투과곡선 (V-T curve) 을얻을수가있다. 그림 2-1에서와같이 V-T 곡선특성에는비선형구간이있기때문에선형특성의 gray level 표시를위해서는각 gray level 특성이선형성을가지도록적절한데이터전압의인가가필요하다. 그림 2-1. V-T 곡선및 gamma 곡선의개념도 V-T 곡선의 gray level 전압의등간격을유지하기위하여 gray level 에대한광투과율의관계를나타내주는그래프를 gamma 곡선이라고한다. 일반적으로인간의시각은어두운환경에서는밝기차를쉽게구분하도록되어있지만밝은환경에서는밝기차를잘구분하지못하는특성을가지고있다. 이를고려하여 gamma 곡선은적절한 gamma 값을가지도록선택되어져야한다. 이러한작업을 gamma correction이라고하며 - 9 -

20 LCD 구동회로에서 gray level 전압을조절하여데이터구동드라이버 (driver) 에공급하여수행할수도있고화상데이터를소프트웨어로처리 하여수행할수도있다 [7] TFT-LCD 패널에서의 RC 지연및화질특성 LCD TV시장의추세가대면적화, 고화질화로되어감에따라패널설계를할때 RC 지연에대한중요성이더욱절실해지고있다. RC 지연은게이트라인과데이터라인의재료, 길이, 폭, 두께와픽셀및공통전극간의거리등의요인들에의해결정이된다. 공정상의기술적인문제와생산단가등을고려하여배선의설계는최적화시키고있는추세이다. 현재고화질특성구현을위해게이트라인에인가되는신호의선택시간이감소됨으로인해액정커패시턴스와저장커패시턴스 (storage capacitance) 의충전시간및 TFT의성능을고려하여패널의구동이용이하도록설계가되어야만한다. 패널의화질을구분하는요소로서 crosstalk, shading, flickers, gray scale error 등이있다. crosstalk은주위의화소에인가된신호에의해실제원하는전압이본화소에인가되지못하고다른 gray level 전압값을가져서광투과량의오차가발생하는현상이다. 사람의시각특성상 2% 이하에서는육안으로이러한현상을감지하는것이어려운것으로알려져있다. 발생원인은 TFT의누설전류, 게이트와드레인사이의기생커패시턴스, 소스와드레인사이의기생커패시턴스, 공통전극전압의왜곡 (distortion), RC 지연에의한충전시간부족등이다. shading 현상은제 2-1에서설명한바와같이 RC 지연에의해게이트라인에인가되는신호의선택시간이감소함에따라화소에전하가충분히충전되는시간이짧아지게되어전압감소가발생하여나타나는현상이다. 이는 gray scale

21 error와유사한발생원인을가진다. 또한, flickers는킥백전압의비대칭성으로인해서발생한다. 즉, 공통전압을기준으로했을경우, 액정에인가되는양의전압과음의전압사이에차이가있을때발생하게되고, 이러한원인으로서 TFT의 off 상태에서의킥백전압변화, 액정의화학반응에의해발생하는저항성분, RC 지연에의한화소전압감소등이있다 TFT-LCD 패널의구동원리 TFT-LCD는 AM(Active Matrix) 구동법을사용한다. AM 구동법은화소마다스위치인 TFT를달아비선택기간동안에는화소를격리하여선택기간동안에화소전극에걸어준전압을유지한다. 각화소에있는 TFT 의게이트는게이트배선에, 소스는데이터배선에, 드레인은화소전극에연결되어있다. 선택기간에는게이트배선에연결된 TFT의게이트에데이터인가신호보다높은전압, 즉게이트인가신호의최대전압이걸려 TFT가켜지게되고데이터인가신호가화소전극에인가되고인가전압은액정을거동시킨다. 비선택기간에는게이트배선에연결된 TFT의게이트에데이터인가신호보다낮은전압이걸려 TFT는꺼지게되고선택기간동안에액정에축적된전하가방전된다. 화소전극과공통전극사이의액정에걸린실효전압을조절하면편광판을지나선편광된빛이액정을지나면서편광상태가변하고, 편광된빛을다시편광판이선평광을시켜화소의밝기정보를표시한다. 선택기간과비선택기간을더한시간이한프레임이되며, 60 Hz의경우한프레임의시간은 16.7 ms가된다. 비선택기간동안에화소전극에걸어준전압이유지되도록액정커패시턴스에저장커패시턴스를더해준다. 저장커패시턴스의용량이커질수록킥백전압이감소되지만, 화소의개구율이나빠지는특성이있다

22 3. TFT-LCD 패널의등가회로구성 3-1. 단위화소의등가회로모델링 일반적인 TN모드의레이아웃과등가회로모델이그림 3-1에나타나있다. 기본적으로등가회로는 TFT, 게이트와데이터저항, 액정커패시턴스, 저장커패시턴스로구성이된다. 본논문에서사용된액정커패시턴스, 저장커패시턴스및기생커패시턴스는 3차원액정시뮬레이터인 TechWiz LCD를이용하여추출되었다. 저항의경우수식에의한계산에의해구해졌으며, 단위게이트저항과데이터저항을구하는식은다음과같다. R g =ρ L g T g W g (3-1) R d =ρ L d T d W d (3-2) L g 와 L d 는각각한화소의게이트와데이터배선의길이이고, T g 와 T d 는배선의두께이며, W g 와 W d 는배선의폭을나타낸다. 게이트와데이터저항은배선의형태를고려하여면적을계산하기쉬운도형으로나누어계산을하였다. 배선의재료는 AlNd, Cr을사용하였고비저항 (ρ) 은각각 5.0, 10.0, 30.0 [Ω cm 10-6 ] 이다. AlNd는비저항값이 Cr에비해 6 배가작다. 배선의재료가패널에어떤영향을끼치는가를비교하기위해현재 TFT-LCD 패널에일반적으로사용되는재료인 AlNd와비저항값이가장큰 Cr를사용하였다. 그러나액정저항은그크기가기가 (Giga) 단위이므로본논문에서는고려하지않았다 [8]

23 그림 3-1. 일반적인 TN 모드의레이아웃과등가회로 실제등가회로를구성함에있어서기본적인저항및커패시턴스이외에도다른기생파라미터를고려해야한다. 그림 3-1의레이아웃구조에서볼수있듯이하나의단위화소주변에는 TFT를구동하기위한게이트및데이터배선이있을뿐만아니라이웃하는게이트및데이터배선도같이존재하게된다. 이웃하는배선을고려하여모델링한등가회로가그림 3-2에나타나있다. 각각의배선과전극들사이에서발생하는기생커패시턴스를고려한등가회로모델은화소의전기적특성을보다정확하게해석하는데있어서반드시필요하다

24 그림 3-2. 이웃하는배선과기생커패시턴스를고려한등가회로모델 본논문에서사용된등가회로에서는기본적인저항및커패시턴스, TFT 이외에게이트배선의기생커패시턴스인 Cgp1, Cgs, Cgc, Cgp2 등이있고데이터배선의기생커패시턴스인 Cdc1, Cdp1, Cdp2, Cdc2 등이있으며, 게이트와데이터배선사이에발생하는 Cgd 가존재한다. 이러한커패시턴스는킥백전압, RC 지연, crosstalk, 충전시간등에영향을끼친다. 그림 3-3은기생커패시턴스를고려했을경우와그렇지않은경우에대한화소전압의비교를나타내고있다. 화소전극에걸린전체커패시턴스용량이증가함에따라전압감소도다소커진것을알수가있다. 또한, 이러한기생파라미터들이데이터신호의반전 (inversion) 방식에따라끼치는영향을그림 3-4에나타내었다

25 (a) (b) 그림 3-3. (a) 기생커패시턴스를고려했을경우와 (b) 고려하지않은경우의화 소에인가된전압비교 (a) (b)

26 (c) 그림 3-4. (a) 전반전구동방식, (b) 열반전구동방식, (c) 점반전구동방식에 서의데이터와화소전압 그림 3-4는본연구에서제안한등가회로모델을이용하여 2 2 패널을구성하여세가지구동방식을이용하여시뮬레이션을수행한결과이다. 그림 3-4(a) 에서는전반전 (frame inversion) 구동방식을이용하여회로해석을한결과이다. 화소에인가된전압이데이터신호가반전되면서약간의감소현상이나타났다. 이것은데이터와화소전극사이에존재하는기생커패시턴스 C gp1 과 C gp2 에의해서나타나는현상이다. 이러한두개의커패시턴스는공통전극전압보다높은데이터전압을충전하고공통전극전압보다낮은데이터전압이인가되었을경우방전을하게되는데, 이때커패시터의용량이클수록전압감소의폭은더커지게된다. 이러한전압감소는 gray level 전압의잘못된값을화소에인가하게되는것이므로화질이전체적으로더어둡게되거나더밝게나타나게되는원인이된다. 이러한문제점을개선하기위하여열반전 (column line inversion), 행반전 (row line inversion), 점반전 (dot inversion) 등의구동방식이사용되게된다. 그림 3-4의 (b) 와 (c) 에각각열반전과점반전구동방식에의한결과를나타내었다. 화소에인가된전압은전반전구동방식에의한결과와는다르게전압감소현상이발생하지않았다

27 3-2. 액정커패시턴스의모델링액정의디렉터 (director) 들은외부에서인가된전압에의해서변화를일으킨다. 그리고디렉터들은액정의유전율의변화를가져오고결국액정커패시턴스에영향을끼치게된다 [9]. 즉, 액정커패시턴스는외부에서인가된전압에의해변화하는종속전압 (voltage-dependent) 커패시턴스이다. 이러한커패시턴스를 SPICE 시뮬레이터를통해회로해석을하려면적절한모델링이필요하다. 따라서, 본논문에서는일차원선형 (piecewise linear) 모델을사용하였다. 일반적인회로시뮬레이션의경우, 이러한종속전압커패시턴스를사용하지않고상수값을가진커패시턴스를사용하고있다. 그러나, 정확한시뮬레이션결과를얻기위해서는종속전압커패시턴스를사용해야한다. 그림 3-5에서는종속전압커패시턴스를사용해서화소전압을시뮬레이션한결과와그렇지않은경우의결과를비교하여나타내었다. (a) (b) 그림 3-5. (a) 종속전압커패시턴스를고려했을경우와 (b) 고려하지않은경우 의화소에인가된전압의비교

28 4. 이미지시뮬레이션 4-1. 이미지시뮬레이션의흐름 이미지시뮬레이션에서시뮬레이션을수행하고자하는이미지로부터패널의회로해석에의해생성된이미지로변환하는과정에대한흐름도를그림 4-1에나타내었다. 이미지시뮬레이션을하기위해서는우선공정조건과순서를고려하여단위화소에대한레이아웃을설계한다. 그림 4-1. 이미지시뮬레이션의흐름도

29 액정시뮬레이터를이용하여설계한레이아웃구조에대한시뮬레이션을수행하여저항및커패시턴스를추출하고광투과특성곡선을추출한다. 추출된저항과커패시턴스를이용하여단위화소에대한등가회로를생성하고광투과특성해석의결과로부터얻어진 V-T 곡선과 gamma 곡선을이용하여시뮬레이션을수행하고자하는이미지로부터 gray level 전압을추출한다. 생성된등가회로로부터킥백전압을계산하고, 이렇게계산된킥백전압과 gray level 전압을이용하여데이터인가신호를생성하게된다. 게이트인가신호는패널의해상도가결정되면 TFT의특성을고려하여설계된다. 설계된게이트와데이터인가신호는패널의입력신호가되며, 단위화소의등가회로는반복나열을통해패널의회로에대한 SPICE 넷리스트 (netlist) 를구성하게된다. 여기서, 패널전체의넷리스트는컴퓨터계산시간과저장메모리를고려하여여러개의블록으로나뉘어사용될수있다. 일반적으로게이트배선의신호지연에대한영향을알아보기위한연구에서는데이터배선을 lumped model을사용하여간소화하기도한다. 생성된넷리스트는 SPICE를통해회로시뮬레이션을수행하는데사용되고결과로서화소전극의실효전압이추출된다. 마지막으로추출된실효전압은다시 V-T 곡선과 gamma 곡선을통해이미지로변환된다

30 4-2. 이미지시뮬레이션을위한등가회로구성 패널의이미지시뮬레이션을위해사용된단위화소의레이아웃구조 와등가회로를그림 4-2 에도시하였다. (a) (b) 그림 4-2. MVA 모드의 (a) 레이아웃과 (b) 등가회로 그림 4-2(a) 에나타낸 MVA모드의레이아웃구조에서단위화소의크기는가로 88 µm, 세로 264 µm이다. 패널의해상도가 SVGA( ) 급인경우, 패널의크기는 10.4 인치가된다. 액정시뮬레이터를이용하여그림 4-2(a) 의레이아웃구조로부터추출된저항및커패시턴스로구성된등가회로가그림 4-2(b) 에도시되어있다. 제3-1에서설명한등가회로와비교해보면일부커패시턴스가제외되어있다. 시뮬레이션을위한컴퓨터

31 의계산속도를고려하여 pf이하의커패시턴스는무시하였다. 그림 4-2의레이아웃구조로부터추출된커패시턴스를표 4-1에나타내었다. 게이트배선저항 R G 는제3-1의식 (3-1) 에의해서재료가 AlNd와 Cr을사용하여계산한결과는각각 1.6 Ω과 10 Ω이었다. 또한, 데이터배선저항은식 (3-2) 을이용하여계산하였으며, R D 는각각 4.8 Ω과 28.2 Ω이었다. 종속전압커패시턴스로인액정커패시턴스를그림 4-3에도시하였다. 표 4-1. MVA 모드의단위화소에대한커패시턴스 그림 4-3. MVA 모드의단위화소에대한액정커패시턴스

32 액정커패시턴스는 0 V에서 7 V까지의범위에서 0.5 V단위로계산되었다. TFT는 a-si(amorphous silicon) 을사용하였고, a-si TFT의 W/L은 16 µm/4 µm이며, 휴렛패커드 (Hewlett-Packard) 의 level 40 모델을사용하였다. 사용된 a-si TFT의 level 40 모델파라미터는표 4-2에나타내었다 [10]. 표 4-2. a-si TFT 의모델파라미터 L 4 µm T REF 1.5 W 16 µm C GSO ff µ cm 2 /V s C GDO ff V TO V C SC µf/m φ 1.25 V R D 5097 Ω N FS cm 2 R S 5097 Ω V sat 10 6 m/s f 1 MHz θ mv 1 D EFF 2.15 η µ τ 164 ns T µm F EFF 0.5 T 2 0 χ ψ ν 0 g Ω -1 t vst 100 ms

33 4-3. 게이트및데이터인가신호의설계및이미지변환이미지시뮬레이션에사용된이미지가그림 4-4에나타내었다. 그림 4-4의이미지는해상도가 SVGA급 ( ) 이고 bmp파일형식으로되어있으며, R, G, B 각각이 256 gray level을가지고있다. 그림 4-4. 시뮬레이션에사용된이미지 이이미지로부터 gray level 전압을얻기위하여 bmp파일형식으로되어있는이미지의각화소로부터 R, G, B의 gray level 정보를추출해야한다. gray level 정보가추출되면, gamma 곡선을이용하여각 gray level 에따른상대적인광투과량을구한다. 구해진광투과량은다시 V-T 곡선을통해각각의광투과량에해당되는전압으로변환된다. 이러한과정을통해패널의입력신호를설계할때사용되는 gray level 전압이구해진다. 그림 4-5와그림 4-6에이미지시뮬레이션에사용된 MVA모드셀 (cell) 의 gamma 곡선과 V-T 곡선을각각도시하였다

34 그림 4-5. MVA 모드셀의 gamma 곡선 그림 4-6. MVA 모드셀의 V-T 곡선

35 그림 4-5에서는 1.0, 2.0, 2.1, 2.2의 gamma 값을가진 4개의그래프가도시되어있다. 본논문에서는 gamma 값이 2.0인그래프를이용하여시뮬레이션을수행하였다. 그림 4-6에도시한그림에서는 R, G, B 각각의파장에따른 V-T 광투과특성이다른것을볼수가있는데, 이러한특성을고려하여 R, G, B 각각에대한 gray level 전압을구해야한다. 단위화소에대한등가회로를가지고회로시뮬레이션을시행한후 TFT가켜졌을때와꺼졌을때에화소전극에인가된전압의차이인킥백전압을구할수가있다. 그림 4-7에 SPICE 시뮬레이션을수행하여구한킥백전압을도시하였다. 이렇게구해진킥백전압은공통전극전압을설정하기위하여사용한다. Gate signal Data signal Pixel voltage Kick-back Voltage 그림 4-7. 화소전극에인가된킥백전압

36 게이트인가신호의선택시간은식 (4-1) 에의해서구해질수있다. T g = 1 f Frame N row (4-1) 여기서, T g 는게이트인가신호의선택시간이고, f Frame 는프레임의주파수이며, N row 는행방향의화소의개수이다. 프레임의주파수가 60 Hz 이고해상도가 이므로식 (3-1) 에의해서계산하면게이트인가신호의선택시간은약 27.8 µs가된다. 이것은또한데이터신호에서사용하는하나의 gray level 전압을인가하는시간이기도하다. 그러나, RC 지연에의한폴링 (falling) 시간을고려하여게이트인가신호에서실제선택시간은 27.8 µs보다작은값을가지게된다. 앞에서설명한바와같이, 계산된 gray level 전압및킥백전압, 패널의해상도, TFT의성능을고려하여게이트와데이터인가신호및공통전극전압을설계한다. 열반전 (column line inversion) 모드의입력신호에대한개략도를그림 4-8에도시하였다. 한프레임의주파수는 60 Hz로정하였고, 이에따른시간은 16.7 ms이다. 게이트인가신호의라이징시간과폴링시간은이상적으로 1 µs로설정하였고, 선택시간은폴링시간을고려하여 µs로설정하였으며, 크기는최대 27 V, 최소 -6 V로설정하였다. 데이터인가전압에서하나의 gray level 전압을나타내는시간은 27.8 µs로설정하였고, 최대 13 V, 최소 0 V의범위내에서 gray level 전압을사용하도록설정하였다. 공통전극전압은킥백전압을고려하여 5.5 V로설정하였다

37 그림 4-8. 열반전모드입력신호의개략도 입력신호와등가회로를사용하여패널의 SPICE 넷리스트를구성한 후회로시뮬레이션을통해서화소전극에인가되는실효전압을얻을수가 있으며, 실효전압 V rms 을구하는식은다음과같다. V rms = 1 t F t F (V p -V 2 com) dt 0 (4-2) 여기서, t F 는한프레임에대한시간이고, V p 는화소전극에인가된 전압이며, V com 은공통전극전압이다. 화소전극의실효전압은식 (4-2) 을 이용하여쉽게구할수있다

38 5. 시뮬레이션결과및논의 5-1. MVA모드액정패널의시뮬레이션조건 제4장에서설명한바와같이, 시뮬레이션에사용된패널의해상도는 SVGA급이고단위화소의크기는가로 88 µm, 세로 264 µm로서패널의면적은 10.4인치다. 구동방식은열반전구동방식을사용하였고, 게이트인가신호의최대전압은 27 V, 최소전압은 -6 V이며, 데이터인가신호의범위는 0 V에서 13 V까지이다. 킥백전압은약 0.8 V로서공통전극전 압은 5.5 V 로인가하였고, 공통전극전압의보상전압은데이터인가신 호에중첩하여인가하였다. 액정커패시턴스의종속전압모델에대한 SPICE 넷리스트표기형식을그림 5-1 에나타내었다. 그림 5-1. 액정커패시턴스의넷리스트표기형식

39 컴퓨터계산시간을고려하여패널의한행을하나의블록으로정하였고, 총 600개의넷리스트파일을생성시켰다. 패널에대한넷리스트의블록화를위해서데이터배선에걸린저항및커패시턴스는 lumped 모델을사용하였다. 커패시턴스의경우, TFT가꺼졌을때의데이터배선에걸린모든커패시턴스를고려하였다. 데이터인가신호는이웃하는게이트와데이터배선의영향을고려하여최소조건으로설계하였다. 패널의입력신호를그림 5-2에도시하였다. 그림 5-2. 이미지시뮬레이션에사용된입력신호

40 5-2. SVGA급패널의 RC 지연과킥백전압의분석게이트배선의 RC 지연을알아보기위해화소의수를 300개단위로하여각각의화소에인가되는게이트인가신호를구하였다. RC 지연을고려한게이트인가신호를그림 5-3에도시하였다. 그림 5-3은게이트배선저항이 10 Ω인패널의게이트인가신호를나타낸다. 마지막화소에인가된게이트인가신호의 RC 지연은 3.2 µs이었다. 이러한 RC 지연은킥백전압, 화소의충전시간등에영향을끼친다. 그림 5-3. 게이트배선저항이 10 Ω 인패널의마지막화소에인가된게이트 인가신호 제4-3에서설명한바와같이게이트인가신호의선택시간은 µs이고, 화소의개수가증가함에따라변화하는킥백전압을표 5-1에나타내었다. 표 5-1에나타난바와같이저항이큰패널일수록킥백전압의변화가커짐을알수가있다. 비록킥백전압의크기가변화하는정도가대략 8~25 mv 정도지만 1 gray level 전압의크기가 5~10 mv인점을감안하면킥백전압이패널에끼치는영향은크다고할수가있다. 또한, 킥

41 백전압의홀수프레임과짝수프레임에서의비대칭적인값의변화로인해 flicker 현상이발생할수도있다. 킥백전압으로인해발생하는패널의화 질특성에대한시뮬레이션결과를제 5-3 과제 5-4 에서논의하겠다. 표 5-1. 게이트배선저항의크기가다른패널의홀수프레임과짝수프 레임의화소수에따른킥백전압 화소 킥백전압 (1.6 Ω) 킥백전압 (10 Ω) 홀수프레임짝수프레임홀수프레임짝수프레임 300 번째 V V V V 600 번째 V V V V 900 번째 V V V V 1200 번째 V V V V 1500 번째 V V V V 1800 번째 V V V V 2100 번째 V V V V 2400 번째 V V V V

42 5-3. SVGA급패널의 crosstalk 분석 crosstalk은주위의화소에본화소사이에존재하는기생커패시턴스에의해인접하는데이터배선으로인가된신호의영향을받아서원하는전압이본화소에인가되지않을때발생하며, 발생원인은 TFT의누설전류, 게이트배선의 RC 지연, TFT의게이트와드레인사이의커패시턴스, 데이터배선과데이터배선사이에존재하는기생커패시턴스, 공통전극전압의왜곡등이있다. crosstalk 현상을분석하기위하여저항에의해발생하는 crosstalk 현상에대해이미지시뮬레이션을수행하였다. 그림 5-4는 crosstalk에대한이미지시뮬레이션결과이다. 그림 5-4(a), 그림 5-4(b) 및그림 5-4(c) 에나타낸이미지는각각시뮬레이션에사용된원본이미지, 게이트배선저항이 1.6 Ω인패널, 게이트배선저항이 10 Ω인패널에대한시뮬레이션을수행한이미지의일부분을확대한것이다. 그림 5-4(b) 의이미지를그림 5-4(a) 의이미지와비교했을경우, 전체적으로약간의색상변화만나타났다. 그러나, 그림 5-4(c) 의경우, 열방향의색상이다소원본이미지와는많은차이를나타냈다. 이것은게이트저항이클경우, crosstalk을발생시킨다는것을증명한다. crosstalk으로인해서화소에인가되는 gray level 전압에오차가발생하며, 그오차는저항의크기에비례함을알수있다. 색상변화가세로방향으로나타나는이유는데이터인가신호의구동방식이열반전방식을사용하기때문에 n번째인가되는신호와 n+1번째인가되는신호가공통전극을기준으로하면전압의극성이반대가됨에따라열방향의 gray level 전압의차이가나타나는것이다. 이러한 crosstalk을 vertical line crosstalk이라고한다. vertical line crosstalk을줄이기위한구동방식으로는행반전 (row line inversion) 과점반전 (dot inversion) 방식이있다

43 (a) (b) (c) 그림 5-4. (a) 원본이미지와이미지시뮬레이션을수행한결과로서나타난 (b) 게이트저항이 1.6 Ω 인패널의이미지, (c) 게이트저항이 10 Ω 인 패널의이미지에나타난 crosstalk 현상

44 5-4. SVGA급패널의화질특성분석시뮬레이션을통해패널의 gray scale error, shading, flickers 등의화질특성을분석하였다. 그림 5-5는게이트배선저항이 1.6 Ω인패널과게이트배선저항이 10 Ω인패널의이미지시뮬레이션결과로나타난 gray scale error를비교한것이다. Gray scale error는원본이미지에서추출한 gray level 전압과시뮬레이션을통해계산된화소전극의실효전압간의상대오차로서나타내었다. 게이트배선저항이 1.6 Ω인패널의 gray scale error는 1% 미만으로서 gray level 전압은큰변화가없었다. 그림 5-5. 게이트배선저항이 1.6 Ω 인패널과게이트배선저항이 10 Ω 인 패널의 gray scale error 비교

45 반면에, 게이트배선저항이 10 Ω인패널의 gray scale error는화소의수가증가함에따라점차증가하다가화소의수가약 1400개가되는지점에서일정하게유지되는경향을보이고있다. 이것은화소수가증가함에따라큰게이트배선저항을가진패널의 RC 지연이커지므로인해 gray level 전압에영향을끼치는것을나타낸다. 또한, 그림 5-5에의그래프에서나타난곡선의크기변동은 crosstalk 현상을나타낸다. 이와같이그림 5-4에나타낸이미지는 gray scale error에도영향을받는다는것을간접적으로알수가있다. RC 지연에의한디스플레이화질에관련된 shading과 gray scale error 현상을그림 5-6에나타내었다. 그림 5-6(a), 그림 5-6(b) 및그림 5-6(c) 에나타낸이미지는각각시뮬레이션에사용된원본이미지, 게이트배선저항이 1.6 Ω인패널, 게이트배선저항이 10 Ω인패널에대한시뮬레이션을수행한이미지를나타낸다. 그림 5-6(b) 의경우, 원본이미지와비교했을경우, 색상이나명도에있어서차이가거의나타나지않았다. 반면에, 그림 5-6(c) 의경우에는이미지의우측방향으로, 즉화소수가증가할수록색상이나명도의변화가시각적으로관찰할수있을정도로점차크게나타났다. 색상의경우, gray scale error로인해원본이미지와는다른색상을나타내는것을확인할수있고, 명도의경우에는전체적인색상조합을고려하면정확하게그차이를구분하는것은불가능하지만개략적으로색상이어둡게나타나는것은확인할수있다. gamma 곡선에서등간격이아닌사람의시각특성을고려하여 gray level을추출하였기때문에밝은부분에서는색상이나명도의차이를확인하기힘들지만어두운부분에서는확인이잘된다. 다시말해서, 밝은부분에서의 gray level 전압의간격은어두운부분에서의 gray level 전압의간격보다약 2~3배가크기때문에시뮬레이션을수행한이미지의밝

46 은부분보다어두운부분에서 shading 과 gray scale error 를잘확인할수 가있다. (a) (b)

47 (c) 그림 5-6. (a) 원본이미지, 게이트저항이 (b)1.6 Ω 인패널의이미지, (c)10 Ω 인패널의이미지에나타난 shading 과 gray scale error 현상 시간변화에따른화소전압은불규칙적이어서모든화소들의화소전압의실효값을구한후, 홀수와짝수프레임 (frame) 간에 gray level 전압차이를통해패널의 flicker 현상을확인할수있다. 또한, 홀수프레임과짝수프레임에대한이미지시뮬레이션을실시한후, 시뮬레이션으로부터각각의프레임에대한이미지를얻어서애니메이션을통해 flicker 현상을시각적으로확인할수도있다. 게이트저항이 1.6 Ω인패널과 10 Ω인패널의홀수프레임과짝수프레임과의 gray level 전압차이에대한 gray scale map을그림 5-7(a) 과그림 5-7(b) 에각각도시하였다. 그림 5-7에서어두운색깔일수록프레임간의 gray level 전압차이가작고밝은색깔일수록 gray level 전압차이가크다는것을나타낸다. 그림에서보는바와같이게이트배선저항이 1.6 Ω인패널의경우, 홀수프레임과짝수

48 프레임의 gray level 전압의차이가거의없지만, 게이트배선저항이 10 Ω인패널의경우에는홀수프레임과짝수프레임과의 gray level 전압차이가화소의수가증가함에따라점점커지는것을알수있다. 홀수프레임과짝수프레임간의 gray level 전압차이는 TFT-LCD 패널의 flicker를유발시킨다. 이와같이 gray level 전압의분포를통해 flicker 현상이홀수프레임과짝수프레임의화소전압의비대칭성으로인해발생한다는것을확인할수있었다. 실제로홀수프레임과짝수프레임에대한시뮬레이션을수행한결과로나온이미지들을가지고애니메이션을실시하였다. 시각적으로밝은부분에서는 flicker 현상이뚜렷하게확인되지않지만, 어두운부분에서는 flicker 현상을확인할수있었다. 어두운부분에서 flicker 현상이잘관찰되는이유는어두운부분의 gray level 전압간격이밝은부분의 gray level 전압간격보다 2~3배가높기때문이다

49 (a) (b) 그림 5-7. 게이트저항이 (a)1.6 Ω 인패널과 (b)10 Ω 인패널의홀수프레임과 짝수프레임간의 gray level 전압차이에대한 gray scale map

50 6. 결론 본논문에서는 TFT-LCD 패널을해석하는새로운방법인이미지시뮬레이션을수행하였다. 이방법은 TFT-LCD 패널의모든화소를포함하여각각의전기적특성을분석할수있었고, 시각적인이미지의출력이가능하였다. 특히, 패널의등가회로는정확한회로시뮬레이션을위해서이웃하는게이트와데이터배선을고려하였고, 종속전압의특성을지닌액정커패시턴스모델을사용하였다. 게이트배선저항이 1.6 Ω인패널의경우, gray scale의 1 % 미만의오차를나타내었고, crosstalk, flickers 및 shading 현상은거의나타나지않았다. 반면에게이트배선저항이 10 Ω 인 SVGA급패널의경우에는화소의개수가증가함에따라 gray scale의오차가최대 2.6 % 까지나타났으며, 시뮬레이션이수행된이미지의우측부분에서 flickers 현상이발생하였다. 또한, shading 현상도발생하였으며, vertical line crosstalk 현상이게이트배선저항이 10 Ω인패널의경우, 1.6 Ω인패널의경우보다훨씬뚜렷하게나타난것을확인할수있었다. 따라서, 패널의화질특성을개선하기위해서는배선의설계를최적화하여저항과커패시턴스의영향을최소화시켜야만한다. 이와같이이미지시뮬레이션을통해 SVGA급 TFT-LCD 패널의디스플레이화질에나타날수있는 crosstalk, flickers, shading 및 gray scale error를확인할수있었다. 정확한 SPICE 파라미터가제공된다면이미지시뮬레이션방법은어떠한액정모드에상관없이모든 TFT-LCD 패널의시뮬레이션에사용될수있을것으로예상된다. 그러나, 더정확한이미지시뮬레이션을위해서는 TFT의파라미터에대한분석도동반되어야할것이다. 추후에는액정커패시턴스의인가전압의의한특성뿐만아니라시간에따른커패시턴스의변화도고려한커패시터를모델을개발하여 TFT-LCD 패널의동화상특성분석에대한연구도진행되어야할것이다

51 7. 참고문헌 [1] P. Semenza, "FPD Market Analysis and Forecaster", IMID 01 special session, p.41, [2] J. H. Park, J. H. Jeon, K. Y. Choi, B. K. Baek, J. Y. Lee and J. Souk, "a-si TFT Model in H-Spice Simulation Fitted to the Dynamic Operation", SID Dig., pp , [3] Y. Kancemori, "10.4 inch diagonal color TFT-LCDs without residual images", SID Dig., p.408, [4] S. Kawai, M. Takagi and T. Kodama, "Amorphous-silicon thin-film transistors for liquid-crystal display panel", SID Dig., p.219, [5] Y. Uchida, S. Tani, S. Tsukiyama and I. Shirakawa, "Parasitic Capacitance Modeling for TFT Liquid Crystal Displays", ESSDERC 2003, pp , [6] Y. Zhu, M. Li, J. Yuan, C. Liu, B. Yang and D. Shen, "Simulation of Pixel Voltage Error for a-si TFT LCD Regarding the Change in LC Pixel Capacitance", IEEE Tran. on Electron Devices, Vol. 48(2), pp , [7] B. D. Choi and O. K. Kwon, "Line Time Extension Driving Method for a-si TFT-LCDs and Its Application to High Definition Televisions", IEEE Trans. on Consumer Electronics, Vol. 50(1), pp.33-38, [8] K. Kusafuka, H. Shimizu and S. Kimura, "Driving method for gate-delay compensation of TFT/LCD", IBM J. Res. Develop, Vol

52 42(3), pp , [9] Z. H. Ling et al., "Computer simulation of LC director pattern profile in nematic LC cells and its electro-optic characters", Chin. J. Liquid Cryst., Vol. 1, p.17, [10] Hitoshi Aoki, "Dynamic Characterization of a-si TFT-LCD Pixels", IEEE Tran. on Electron Devices, Vol. 43(1), pp.31-39,