JP4990538B2 - 表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は表示装置及びその駆動方法に関する。

一般に、アクティブマトリックス型フラットパネルディスプレイ(能動型平板表示装置)では、複数の画素が行列状に配列され、与えられた輝度情報によって各画素の光強度を制御することにより映像を表示する。このうち、有機発光表示装置は、蛍光性有機物質を電気的に励起発光させて映像を表示する表示装置であって、自発光型であり、消費電力が小さく、視野角が広くて画素の応答速度が速いため、高画質の動映像を表示することが容易である。

有機発光表示装置は、有機発光素子(organic light emittingdiode、OLED)と、これを駆動する薄膜トランジスタ(thin film transistor、TFT)とを備える。この薄膜トランジスタは活性層(activelayer)の種類によって、多結晶シリコン(poly crystalline silicon)薄膜トランジスタや、非晶質シリコン(amorphous silicon)薄膜トランジスタなどに区分される。

非晶質シリコンは、低い温度で薄膜を形成することが可能であり、主に低い融点を有するガラスを基板として使用する表示装置のスイッチング素子の半導体層に多く使用されている。しかし、非晶質シリコン薄膜トランジスタは、低い電子移動度などによって表示素子の大面積化に難しさがある。また、非晶質シリコン薄膜トランジスタは、有機発光素子に持続的に電流を供給することによって、しきい電圧Vthが遷移されて劣化し得る。これは有機発光表示装置の寿命を短縮させる大きな要因になる。

一方で、高い電子移動度を有し、高周波数における特性が良く、漏洩電流が低い多結晶シリコン薄膜トランジスタの利用が期待されている。特に低温多結晶シリコン(low temperature polycrystalline silicon、LTPS)バックプレーン(backplane)を利用すれば、寿命問題の相当部分が解決される。しかし、レーザー結晶化によるレーザーショットの跡は有機発光素子に電流を供給する駆動トランジスタのしきい電圧に偏差をもたらし、そのため画面均一度が低下する。

従って、しきい電圧の偏差を補償して均一な画面を実現するために、現在まで多くの画素回路が提案された。しかし、大部分の画素回路は、薄膜トランジスタ、キャパシタ及び配線を多数有するため、有機発光表示装置の高精細化が困難である。

そこで、本発明が目的とする技術的課題は、しきい電圧の偏差を補償しながらも高精細化を達成できる有機発光表示装置及びその駆動方法を提供することにある。

このような技術的課題を達成するための本発明の一実施形態においては、複数のデータ線と、前記データ線に接続され、トランスミッションゲート信号によってプリチャージ電圧及びデータ電圧を前記データ線に供給する複数のトランスミッションゲートと、前記データ線に接続された複数の画素とを有し、前記各画素は、発光素子と、キャパシタと、前記キャパシタの一端に接続された制御端子、入力端子及び出力端子を有し、前記発光素子が発光するように前記発光素子に駆動電流を供給する駆動トランジスタと、走査信号によって前記駆動トランジスタの前記制御端子と前記出力端子とを電気的に接続するとともに、前記キャパシタの他端を前記データ線に接続する第1スイッチング部と、前記走査信号によって基準電圧を前記キャパシタの前記他端に供給するとともに、前記駆動トランジスタを前記発光素子に接続する第2スイッチング部とを有し、前記第1スイッチング部を動作させて前記プリチャージ電圧及び前記データ電圧を順に前記データ線に供給し、その後、前記第2スイッチング部を動作させて前記基準電圧を前記キャパシタに供給することを特徴とする表示装置を提供する。

さらに、前記第1スイッチング部は、前記走査信号によって前記キャパシタの前記他端を前記データ線に接続する第1スイッチングトランジスタと、前記走査信号によって前記駆動トランジスタの前記制御端子と前記出力端子とを接続する第2スイッチングトランジスタとを有することを特徴とする。

さらに、前記第2スイッチング部は、前記走査信号によって前記キャパシタの前記他端を前記基準電圧に接続する第3スイッチングトランジスタと、前記走査信号によって前記駆動トランジスタの前記出力端子と前記発光素子とを接続する第4スイッチングトランジスタとを有することを特徴とする。

さらに、前記走査信号には、前記第1及び第2スイッチングトランジスタをターンオンさせ、前記第3及び第4スイッチングトランジスタをターンオフさせる低電圧と、前記第1及び第2スイッチングトランジスタをターンオフさせ、前記第3及び第4スイッチングトランジスタをターンオンさせる高電圧とが供給されることを特徴とする。

さらに、前記駆動トランジスタの前記入力端子は駆動電圧に接続されており、前記キャパシタに保持される充電電圧は前記駆動電圧から前記駆動トランジスタのしきい電圧の絶対値及び前記データ電圧を引いた電圧であることを特徴とする。

さらに、前記プリチャージ電圧は前記データ電圧の最大値以上の値であることを特徴とする。

さらに、前記基準電圧は前記データ電圧の最小値以下の値であることを特徴とする。

さらに、前記第1乃至第4スイッチングトランジスタ及び前記駆動トランジスタは多結晶シリコン薄膜トランジスタであることを特徴とする。

さらに、前記第1及び第2スイッチングトランジスタと前記駆動トランジスタはp型薄膜トランジスタであり、前記第3及び第4スイッチングトランジスタはn型薄膜トランジスタであることを特徴とする。

さらに、前記発光素子は有機発光層を有することを特徴とする。

さらに、複数のデータ駆動線と、前記データ駆動線に接続され、前記データ駆動線に前記プリチャージ電圧及び前記データ電圧を供給するデータ駆動部とをさらに有し、前記複数のデータ駆動線の各々は前記複数のトランスミッションゲートにそれぞれ接続されていることを特徴とする。

さらに、前記データ駆動部は前記データ駆動線の各々に前記プリチャージ電圧及び前記データ電圧を順次供給することを特徴とする。

さらに、前記トランスミッションゲートに前記トランスミッションゲート信号を伝達する第1乃至第3トランスミッションゲート信号線と、前記第1乃至第3トランスミッションゲート信号線に前記トランスミッションゲート信号を供給するトランスミッションゲート駆動部とをさらに有し、前記トランスミッションゲートは、第1乃至第3トランスミッションゲート信号線に各々接続されている第1乃至第3トランスミッションゲート集合を含み、前記トランスミッションゲート駆動部は、前記第1乃至第3トランスミッションゲート集合を同時に導通させた後、前記第1乃至第3トランスミッションゲート集合を順次に導通させることを特徴とする。

さらに、前記第1乃至第3トランスミッションゲート集合が同時に導通した後、前記第1スイッチング部が導通することを特徴とする。

さらに、前記第1乃至第3トランスミッションゲート集合が順次に導通した後、前記第2スイッチング部が導通することを特徴とする。

本発明の他の実施形態においては、プリチャージ電圧及びデータ電圧を供給するトランスミッションゲートと、キャパシタと、発光素子と、駆動電圧に接続されている入力端子、前記キャパシタの一端に接続されている制御端子、及び出力端子を有する駆動トランジスタと、走査信号に応答して動作し、前記トランスミッションゲートと前記キャパシタの他端との間に接続されている第1スイッチング素子と、前記走査信号に応答して動作し、前記駆動トランジスタの前記制御端子と前記出力端子との間に接続されている第2スイッチング素子と、前記走査信号に応答して動作し、基準電圧とキャパシタの他端との間に接続されている第3スイッチング素子と、前記走査信号に応答して動作し、前記駆動トランジスタの前記出力端子と前記発光素子との間に接続されている第4スイッチング素子と、を有し、それぞれが時間区間であり、順次定義される第1乃至第3区間のうち、前記第1区間で前記プリチャージ電圧が前記キャパシタの前記他端に印加され、前記第2区間で前記データ電圧が前記キャパシタの前記他端に印加され、前記第3区間で前記基準電圧が前記キャパシタの前記他端に印加されることを特徴とする表示装置が提供される。

さらに、前記第1及び第2区間で前記トランスミッションゲートと前記第1及び第2スイッチング素子がターンオンされ、前記第3区間で前記第3及び第4スイッチング素子がターンオンされることを特徴とする。

さらに、前記第1区間で前記トランスミッションゲートがターンオンされた後、前記第1及び第2スイッチング素子がターンオンされることを特徴とする。

さらに、前記トランスミッションゲートがターンオフされた後、前記第3及び第4スイッチング素子がターンオンされることを特徴とする。

本発明の他の実施形態においては、トランスミッションゲートと、キャパシタと、発光素子と、前記キャパシタに接続されている制御端子、駆動電圧に接続されている第1端子及び第2端子を有する駆動トランジスタとを備えた表示装置の駆動方法であって、前記トランスミッションゲートにプリチャージ電圧及びデータ電圧を順次に印加し、前記トランスミッションゲートと前記キャパシタとを接続し、前記駆動トランジスタの前記制御端子と前記第2端子とを接続し、前記キャパシタに基準電圧を供給し、前記駆動トランジスタの前記第2端子と前記発光素子とを接続することを特徴とする表示装置の駆動方法が提供される。

さらに、前記プリチャージ電圧は前記データ電圧の最大値以上の値であり、前記基準電圧は前記データ電圧の最小値以下の値であることを特徴とする。

さらに、前記トランスミッションゲートに前記プリチャージ電圧を印加した後、前記トランスミッションゲートと前記キャパシタとを接続することを特徴とする。

さらに、前記基準電圧の供給は前記トランスミッションゲートと前記キャパシタとの接続を切り離し、前記発光素子の接続は前記駆動トランジスタの前記制御端子と前記第2端子の接続を切り離すことを特徴とする。

本発明の他の実施形態においては、電流を流すことにより発光する発光素子と、この発光素子にドレイン端子が、駆動電圧にソース端子が接続され、制御端子を有する駆動トランジスタと、キャパシタと、前記キャパシタに前記駆動トランジスタのしきい値電圧及び輝度信号に依存した電圧をいったん蓄積し、その後所定の電圧を前記キャパシタに印加することにより、前記制御端子に前記駆動トランジスタのしきい値電圧に依存した信号を供給する回路とを有することを特徴とする表示装置が提供される。

本発明によれば、4つのスイッチングトランジスタ、一つの駆動トランジスタ、有機発光素子及びキャパシタを備えて、このキャパシタにデータ電圧と駆動トランジスタのしきい電圧に依存する電圧を保存することにより、駆動トランジスタのしきい電圧に偏差があってもこれを補償して均一な映像を表示することができる。

また、3TG駆動方式を適用することにより、データ線の数よりデータ駆動線の数が少なくなり、データ駆動部との接触のためのパッド部の面積が減少するので、表示装置を高精細化することができる。

添付した図面を参照して、本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。

図面において、複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体にわたって類似する部分については同一の図面符号を付した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」ある場合、これは他の部分の「すぐ上に」ある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「すぐ上に」あるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。また、ある部分が他の部分と接続されているとする時、これは他の部分と「直接」接続されている場合だけでなく、他の部分を「介して」接続されている場合も含む。

次に、本発明の実施形態による表示装置及びその駆動方法について、添付した図面を参照して詳細に説明する。

まず、図1乃至図6を参照して、本発明の一実施形態による有機発光表示装置について説明する。

図1は本発明の一実施形態による有機発光表示装置のブロック図であり、図2は本発明の一実施形態による有機発光表示装置の一つの画素に対する等価回路図である。図3は本発明の一実施形態による有機発光表示装置の一つの画素のスイッチングトランジスタと有機発光素子の断面を示した断面図であり、図4は本発明の一実施形態による有機発光表示装置の有機発光素子の概略図である。

図1に示したように、本発明の一実施形態による有機発光表示装置は、表示板300、これに接続された走査駆動部400、データ駆動部500、及びTG駆動部(transmission gate driver)700、並びにこれらを制御する信号制御部600を有する。

表示板300は、等価回路的には、複数の信号線G−G、D−D、S−S、LR、LG、LB、信号線G−G、D−Dに接続されていて、ほぼ行列状に配列された複数の画素、及び信号線 D−D、LR、LG、LBに接続されているトランスミッションゲート部310を有する。

信号線G−G、D−D、S−S、LR、LG、LBは、走査信号を伝達する複数の走査信号線G−G、データ信号を伝達する複数のデータ線D−Dとデータ駆動線S−S、及びトランスミッションゲート信号を伝達するトランスミッションゲート線LR、LG、LBを有する。走査信号線G−G及びトランスミッションゲート線LR、LG、LBは、ほぼ行方向に延在し、互いにほぼ平行に配置されている。データ線D−D及びデータ駆動線S−Sは、ほぼ列方向に延在し、互いにほぼ平行に配置されている。データ線D−Dは、トランスミッションゲート部310を通じてデータ駆動線S−Sに接続されており、3つの線毎に一つに縛られてデータ駆動線S−Sに接続される。ここで、m=3×kである。

トランスミッションゲート部310は、複数組のトランスミッションゲートTGR、TGG、TGB集合を含む。トランスミッションゲートTGR、TGG、TGBの制御端子は各々トランスミッションゲート線LR、LG、LBに接続されており、出力端子はデータ線D−Dに接続されており、各トランスミッションゲートTGR、TGG、TGBの入力端子は互いに接続されてデータ駆動線S−Sに接続されている。トランスミッションゲートTGR、TGG、TGBは、TG駆動部700からのトランスミッションゲート信号によって順次に導通して、データ駆動部500からのデータ電圧をデータ線D−D に伝達する。

図2に示したように、各画素は、有機発光素子OLED、駆動トランジスタQ、キャパシタCST及び4つのスイッチングトランジスタQS1−QS4を有する。

駆動トランジスタQは、ゲート端子ng、ドレイン端子nd及びソース端子nsを有し、各々はキャパシタCST、スイッチングトランジスタQS4及び駆動電圧VDDに接続されている。キャパシタCSTは、駆動トランジスタQとスイッチングトランジスタQS1、QS3の間に接続されており、有機発光素子OLEDのアノードとカソードは、各々スイッチングトランジスタQS4と共通電圧VSSに接続されている。

有機発光素子OLEDは、駆動トランジスタQが供給する電流ILDの大きさによって強さを異にして発光することにより映像を表示し、この電流ILDの大きさは、駆動トランジスタQのゲート端子ngとソース端子nsの間の電圧Vgsの大きさに依存する。

スイッチングトランジスタQS1−QS4は走査信号に応答して動作する。

スイッチングトランジスタQS1は、データ電圧VdataとキャパシタCSTの間に接続されており、スイッチングトランジスタQS2は、駆動トランジスタQのゲート端子ngとドレイン端子ndの間に接続されている。スイッチングトランジスタQS3は、基準電圧VrefとキャパシタCSTの間に接続されており、スイッチングトランジスタQS4は、駆動トランジスタQのドレイン端子ndと有機発光素子OLEDの間に接続されている。

スイッチング及び駆動トランジスタQS1、QS2、Qは多結晶シリコンからなるp型薄膜トランジスタからなり、スイッチングトランジスタQS3、QS4は多結晶シリコンからなるn型薄膜トランジスタからなる。しかし、これらは非晶質シリコンからなる薄膜トランジスタにて形成することもができ、チャネル型を変えてもよい。

以下、このような有機発光表示装置のスイッチングトランジスタQS4と有機発光素子OLEDの構造について説明する。

図3に示したように、透明な絶縁基板110上に酸化ケイ素(SiO)または窒化ケイ素(SiNx)などからなる遮断膜111が形成されている。遮断膜111は多層構造を有することができる。

遮断膜111上には多結晶シリコンなどからなる半導体151が形成されている。

半導体151は、導電性不純物を含有する不純物領域(extrinsic region)と、導電性不純物をほとんど含有しない真性領域(intrinsic region)を含み、不純物領域は、不純物濃度が高い高濃度領域(heavily doped region)と、不純物濃度が低い低濃度領域(lightly doped region)を含む。

真性領域はチャネル領域154を含む。高濃度不純物領域はチャネル領域154を中心に互いに分離されているソース領域153及びドレイン領域155を含む。低濃度不純物領域152は、ソース及びドレイン領域153、155とチャネル領域154の間に位置し、その幅が他の領域より狭い。

ここで、導電性不純物としては、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)などのp型不純物と、リン(P)、砒素(As)などのn型不純物がある。低濃度不純物領域152は、薄膜トランジスタの漏洩電流やパンチスルー(punch through)現象が発生することを防止する。低濃度不純物領域152は、不純物が入っていないオフセット(offset)領域で代替することができ、p型の場合省略することができる。

半導体151上には、窒化ケイ素または酸化ケイ素からなる数十nm厚さのゲート絶縁膜140が形成されている。

ゲート絶縁膜140上には、半導体151のチャネル領域154と重畳するゲート電極124が形成されている。ゲート電極124は、アルミニウム(Al)やアルミニウム合金などアルミニウム系金属、銀(Ag)や銀合金など銀系金属、銅(Cu)や銅合金など銅系金属、モリブデン(Mo)やモリブデン合金などモリブデン系金属、クロム(Cr)、タンタル(Ta)及びチタニウム(Ti)などからなることができる。しかし、ゲート電極124は物理的性質が異なる二つの導電膜(図示せず)を含む多層膜構造を有してもよい。

ゲート電極124の側面は、上部の薄膜がスムースに接続されるように、基板110の表面に対して傾斜している。

ゲート電極124及びゲート絶縁膜140上には、有機物質、プラズマ化学気相成長(plasma enhanced chemical vapor deposition、PECVD)によって形成されるa−Si:C:O、a−Si:O:Fなどの低誘電率絶縁物質、または窒化ケイ素(SiNx)などからなる層間絶縁膜160が形成されている。層間絶縁膜160を構成する物質は、平坦化特性または感光性を有してもよい。

層間絶縁膜160及びゲート絶縁膜140には、ソース及びドレイン領域153、155を各々露出するコンタクトホール(接触孔)163、165が形成されている。

層間絶縁膜160上には、ソース電極173及びドレイン電極175が形成されている。

ソース電極173とドレイン電極175は互いに分離されていて、ゲート電極124を基準に両側に位置する。ソース電極173はコンタクトホール163を通じてソース領域153と接続されており、ドレイン電極175はコンタクトホール165を通じてドレイン領域155と接続されている。

ゲート電極124、ソース電極173及びドレイン電極175は、半導体151と共にスイッチングトランジスタQS4を構成する。

ソース電極173及びドレイン電極175は、モリブデン、クロム、タンタル、チタニウムなどの耐火性金属またはこれらの合金からなることが好ましい。しかし、これらもまたゲート電極124のように抵抗が低い導電膜と接触特性が良い導電膜を含む多層膜構造を有してもよい。

ソース電極173及びドレイン電極175の側面も基板110面に対して傾斜したほうが望ましい。

ソース電極173、ドレイン電極175及び層間絶縁膜160上には、層間絶縁膜160と同一物質からなる層間絶縁膜180が形成されている。層間絶縁膜180には、ドレイン電極175を露出するコンタクトホール185が形成されている。

層間絶縁膜180上には、コンタクトホール185を通じてドレイン電極175と物理的・電気的に接続されている画素電極190が形成されている。画素電極190は、ITO(indium tin oxide)またはIZO(indium zinc oxide)など透明な導電物質やアルミニウムまたは銀合金等の反射性に優れた物質で形成してもよい。

層間絶縁膜180上部には、有機絶縁物質または無機絶縁物質からなって、有機発光セルを分離させるための隔壁360が形成されている。隔壁360は画素電極190周縁を囲んで有機発光層70が満たされる領域を限定している。

隔壁360で囲まれた画素電極190上の領域には有機発光層70が形成されている。

有機発光層70は、図4に示したように、発光層(emitting layer、EML)以外に、電子と正孔の均衡を良くして発光効率を向上させるために、電子輸送層(electron transport layer、ETL)及び正孔輸送層(hole transpor tlayer、HTL)を含む多層構造からなり、また、別途の電子注入層(electron injecting layer、EIL)と正孔注入層(hole injecting layer、HIL)を含むことができる。

隔壁360及び有機発光層70上にはバッファー層380が形成されている。バッファー層380は必要に応じて省略することができる。

バッファー層380上には共通電圧VSSが印加される共通電極270が形成されている。共通電極270はITOまたはIZOなどの透明な導電物質からなっている。もし、画素電極190が透明な場合には、共通電極270はカルシウム(Ca)、バリウム(Ba)、アルミニウム(Al)などを含む金属から構成されてもよい。

不透明な画素電極190と透明な共通電極270は、表示板300の上部方向に映像を表示する前面発光(top emission)方式の有機発光表示装置に適用し、透明な画素電極190と不透明な共通電極270は、表示板300の下方向に映像を表示する背面発光(bottom emission)方式の有機発光表示装置に適用する。

画素電極190、有機発光層70及び共通電極270は、図2に示した有機発光素子OLEDをなし、画素電極190はアノード、共通電極270はカソード、または、画素電極190はカソード、共通電極270はアノードとなる。有機発光素子OLEDは発光層EMLを形成する有機物質によって三原色、例えば、赤色、緑色、青色のうちの一つを固有に表示して、これら三原色の空間的合計によって所望の色相を表示する。ここで、赤色、緑色、青色を各々表示する有機発光素子OLEDを含む画素をR、G、B画素と言い、これらは各々データ線D、D、...、Dm−2、データ線D2、D5、...、Dm−1及びデータ線D3、D6、...、Dに接続されている。

一方、共通電極270の伝導性を補完するために、抵抗が低い金属からなる補助電極(図示せず)を共通電極270とバッファー層380の間、または共通電極270上に形成してもよい。

再び図1を参照すれば、走査駆動部400は、表示板300の走査信号線G−Gに接続され、高電圧Vと低電圧Vの組み合わせからなる走査信号Vg1−Vgnを走査信号線G−Gに各々印加し、複数の集積回路から構成してもよい。高電圧Vは、スイッチングトランジスタQS1、QS2をターンオフさせるが、スイッチングトランジスタQS3、QS4をターンオンさせ、低電圧Vは、スイッチングトランジスタQS1、QS2をターンオンさせるが、スイッチングトランジスタQS3、QS4をターンオフさせる。

TG駆動部700は、表示板300のトランスミッションゲート線LR、LG、LBに接続され、トランスミッションゲート部310のトランスミッションゲートTGR、TGG、TGBを各々導通または遮断するトランスミッションゲート信号VR、VG、VBをトランスミッションゲート線LR、LG、LBに各々印加する。トランスミッションゲート信号VR、VG、VBは、トランスミッションゲートTGR、TGG、TGBを導通させる高電圧Vと、遮断する低電圧Vの組み合わせからなる。

データ駆動部500は、表示板300のデータ駆動線S1−Skに接続され、映像信号を示すデータ電圧Vdataをトランスミッションゲート部310に印加し、複数の集積回路からなることができる。このとき、データ線D−Dの数よりデータ駆動線S−Sの数が少ないので、データ駆動部500との接触のためのパッド部(図示せず)の面積が減少して表示板300を高精細化することができる。

信号制御部600は、走査駆動部400、データ駆動部500及びTG駆動部700などの動作を制御する。

走査駆動部400またはデータ駆動部500は、複数の駆動集積回路チップの形態で表示板300上に搭載され、フレキシブルプリント基板(可撓性印刷回路膜(図示せず))上に搭載されて、TCP(tape carrier package)の形態で表示板300に結合されてもよい。これらとは異なって、走査駆動部400またはデータ駆動部500は表示板300に集積してもよい。TG駆動部700は表示板300に集積されることが好ましい。一方、データ駆動部500と信号制御部600などは、一つの(ワンチップ(one−chip))IC内に集積されて実現されてもよい。このとき、走査駆動部400及びTG駆動部700は、このようなIC内に集積されてもよい。

次に、このような有機発光表示装置の表示動作について、図5乃至図6Bを図1と共に参照して詳細に説明する。

図5は本発明の一実施形態による有機発光表示装置の駆動信号を示したタイミング図の一例であり、図6A及び図6Bは各々充電区間と発光区間における一つの画素に対する等価回路図である。

信号制御部600は、外部のグラフィック制御器(図示せず)から入力映像信号R、G、B及びその表示を制御する入力制御信号、例えば、垂直同期信号Vsync、水平同期信号Hsync、メインクロックMCLK、データイネーブル信号DEなどの供給を受ける。信号制御部600は、入力映像信号R、G、Bと入力制御信号に基づいて映像信号R、G、Bを表示板300の動作条件に合うように適切に処理し、走査制御信号CONT1、データ制御信号CONT2及びトランスミッションゲート制御信号CONT3などを生成した後、走査制御信号CONT1を走査駆動部400に送出し、データ制御信号CONT2と処理した映像信号DATはデータ駆動部500に送出し、トランスミッションゲート制御信号CONT3はTG駆動部700に送出する。

走査制御信号CONT1は、走査信号Vg1−Vgnの走査開始を指示する垂直同期開始信号STVと、高電圧V及び低電圧Vの出力を制御する少なくとも一つのクロック信号などを含む。

データ制御信号CONT2は、一つの画素行のデータ伝送を知らせる水平同期開始信号STHと、データ駆動線S−Sに該当データ電圧の印加を指示するロード信号LOAD及びデータクロック信号HCLKなどを含む。

トランスミッションゲート制御信号CONT3は、垂直同期開始信号STVと、高電圧V及び低電圧Vの出力を制御する少なくとも一つのクロック信号などを含む。

まず、データ駆動部500は、信号制御部600からのデータ制御信号CONT2によって一つの行、例えば、i番目行の画素に対する映像データDATを順次に受信してシフトさせ、プリチャージ電圧Vmax及び各映像データDATに対応するR、G、Bデータ電圧Vdataを各データ駆動線S−Sに順次に印加する。

プリチャージ電圧Vmaxが印加されることによって、充電区間TCまたは1水平周期(または“1H”)[水平同期信号Hsync、データイネーブル信号DEの一周期]区間が始まる。充電区間TCは順次に続いた第1乃至第4充電区間T1−T4に分け、データ駆動部500は第1充電区間T1でプリチャージ電圧Vmaxを印加し、第2乃至第4充電区間T2−T4で各々該当R、G、Bデータ電圧Vdataを印加する。ここで、プリチャージ電圧Vmaxは、データ電圧Vdataの最大値またはその以上の値となる。

TG駆動部700は、第1充電区間T1が始まってから所定時間Δt1が経過すれば、信号制御部600からのトランスミッションゲート制御信号CONT3によってトランスミッションゲート線LR、LG、LBに各々印加されるトランスミッションゲート信号VR、VG、VBの電圧値を全て高電圧Vにし、トランスミッションゲート線LR、LG、LBに各々接続されたトランスミッションゲート部310のトランスミッションゲートTGR、TGG、TGBを導通させる。そのため全データ線D−Dにはプリチャージ電圧Vmaxが印加される。

走査駆動部400は、第1充電区間T1でトランスミッションゲート信号VR、VG、VBが高電圧Vになった後、所定時間Δt2が経過すれば、信号制御部600からの走査制御信号CONT1によって走査信号線Gに印加される走査信号Vgiの電圧値を低電圧Vに作って、走査信号線Gに接続されたスイッチングトランジスタQS1、QS2をターンオンさせ、スイッチングトランジスタQS3、QS4をターンオフさせる。走査駆動部400は、充電区間TCで走査信号Vgiの電圧値を低電圧Vに維持する。

このような状態の画素の等価回路が図6Aに示されている。図6Aに示したように、プリチャージ電圧Vmaxがキャパシタに印加される。また、駆動トランジスタQはダイオード接続され、駆動トランジスタQのゲート端子ngとソース端子nsの間の電圧Vgsが駆動トランジスタQのしきい電圧Vthと同一になる。従って、駆動トランジスタQのゲート端子電圧VngとキャパシタCSTに充電される充電電圧Vは、次の通りである。

ng=VDD−|Vth| ・・・・(数式1)

=VDD−|Vth|−Vmax ・・・・(数式2)

TG駆動部700がトランスミッションゲート信号VR、VG、VBの電圧値を全て低電圧Vにし、所定時間Δt3が経過した後、データ駆動部500がRデータ電圧Vdataを各データ駆動線S−Sに印加することによって、第2充電区間T2が開始する。再び所定時間Δt1が経過すれば、TG駆動部700はトランスミッションゲート信号VRの電圧値を高電圧Vにし、データ駆動線S−Sに印加されているRデータ電圧Vdataが該当データ線D、D、...、Dm−2に印加されるようにする。走査信号Vgiはこの区間T2でも低電圧Vを維持し続けるので、スイッチングトランジスタQS1、QS2はオンの状態を維持し、スイッチングトランジスタQS3、QS4はオフの状態を維持する。

このような状態のR画素は、図6Aに示した画素と同一の等価回路を有する。Rデータ電圧VdataがキャパシタCSTに印加されると、Rデータ電圧Vdataがプリチャージ電圧Vmaxより小さいので、ゲート端子電圧Vngは[数式1]における電圧値より小さい値に変化する。しかし、そのため駆動トランジスタQがターンオンされて、駆動トランジスタQのゲート端子ngとソース端子nsの間には駆動トランジスタQのしきい電圧Vthがかかるようになり、結局、ゲート端子電圧Vngは[数式1]における電圧値を再び有するようになる。この時、キャパシタCSTは、次のような電圧Vで再充電される。これから、キャパシタCSTがデータ電圧Vdataと駆動トランジスタQのしきい電圧Vthに依存する電圧を保存することが分かる。

=VDD−|Vth|−Vdata・・・・(数式3)

TG駆動部700は、トランスミッションゲート信号VRの電圧値を低電圧VにしてトランスミッションゲートTGRを遮断する。そうすると、キャパシタCSTはフローティング状態になり、この充電電圧Vは次のフレームの充電区間TCが開始するまで維持される。

データ駆動部500及びTG駆動部700は、第2充電区間T2と同様に第3及び第4充電区間T3、T4で一つの行のG、B画素に対して同一の動作を行う。そうすると、G、B画素のゲート端子電圧Vngと充電電圧Vも[数式1]と[数式3]に該当する電圧値となる。

このように、充電区間TGで一つの画素行の全データ電圧Vdataが該当画素に充電されれば、走査駆動部400は走査信号Vgiの電圧値を高電圧Vにして、走査信号線Giに接続されたスイッチングトランジスタQS1、QS2をターンオフさせ、スイッチングトランジスタQS3、QS4をターンオンさせる。

これによって、発光区間TEが開始し、このような状態の画素の等価回路を図6Bに示す。

図6Bに示したように、発光区間TEでは基準電圧VrefがキャパシタCSTに印加され、有機発光素子OLEDが駆動トランジスタQに接続される。

フローティング状態にあったキャパシタCSTに基準電圧Vrefが印加され、駆動トランジスタQのゲート端子ngには電流の流れが実質的にないので、ゲート端子電圧Vngは次のように変化し、発光区間TEでこの電圧が維持される。

ng =V+Vref
=VDD−|Vth|−Vdata+Vref・・・・(数式4)

駆動トランジスタQは、駆動トランジスタQのゲート端子ngとソース端子nsの間の電圧Vgsによって制御される出力電流ILDをドレイン端子ndを通じて有機発光素子OLEDに供給する。これにより、有機発光素子OLEDは出力電流ILDの大きさによって強さを異にして発光することで、該当映像を表示する。出力電流ILDは次の通りである。

LD =0.5×k×(|Vgs|−|Vth|)
=0.5×k×(VDD−Vng−|Vth|)
=0.5×k×[VDD−(VDD−|Vth|−Vdata+Vref)−|Vth|]
=0.5×k×(Vdata−Vref・・・・(数式5)

ここで、kは薄膜トランジスタの特性による定数であり、k=μ・CSiNx・W/Lであり、μは電界効果移動度、CSiNxは絶縁層の容量、Wは薄膜トランジスタのチャネル幅、Lは薄膜トランジスタのチャネル長を示す。

[数式5]によれば、発光区間TEでの出力電流ILDはデータ電圧Vdataと基準電圧Vrefによってのみ決定される。従って、出力電流ILDは駆動トランジスタQのしきい電圧Vthに影響を受けないので、各駆動トランジスタQのしきい電圧Vthに偏差があっても均一な映像を表示することができる。ここで、基準電圧Vrefはデータ電圧Vdataの最小値Vmin以下に設定する。

発光区間TEは、次のフレームでi番目行の画素に対する充電区間TCが再び開始するまで持続され、(i+1)番目行の画素に対しても前述した充電区間TC及び発光区間TEでの動作を同一に繰り返す。この時、(i+1)番目行の充電区間TCは、i番目行の充電区間TCが終了しながら開始する。このような方式によって、全画素行に対して順次に区間T1−T4、TEの制御を行い、全画素に該当映像を表示する。

各区間T1−T4、TEの長さ及び所定時間Δt1−Δt3は必要に応じて調整することができる。しかし、データ駆動部500からデータ駆動線S−Sに印加されたプリチャージ電圧Vmax及びデータ電圧Vdataが安定化された後、トランスミッションゲートTGR、TGG、TGBを導通させ、トランスミッションゲートTGR、TGG、TGBを遮断した後、データ電圧Vdataを変動させることが好ましい。

次に、本発明の一実施形態による有機発光表示装置における駆動トランジスタQのしきい電圧Vthの偏差によるシミュレーション結果について、図7を参照して説明する。

図7は本発明の一実施形態による有機発光表示装置の駆動信号及び駆動トランジスタのしきい電圧によるゲート端子電圧と出力電流を示す波形図である。

図7に示した波形図は、駆動トランジスタQのしきい電圧Vthが−1.5V、−2.0V、−2.5V及び−3.0Vである場合のゲート端子電圧Vngと出力電流ILDを示す。シミュレーションはSPICE(simulation program with integrated circuit emphasis)を利用して行った。シミュレーション条件として、高電圧Vは8V、低電圧Vは−5V、プリチャージ電圧Vmaxは4V、データ電圧Vdataは1.5Vとした。このような実験条件下で、各場合にゲート端子ngにはほぼ0.5Vずつ異なる電圧が印加され、そのため有機発光素子OLEDに流れる出力電流ILDは実質的に一定であることが確認できる。

このようなシミュレーション結果は、本発明の実施形態による有機発光表示装置によれば、駆動トランジスタQのしきい電圧Vthに偏差があってもこれを補償することができるということを示している。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるわけではなく、添付した特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の種々の変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。

本発明の一実施形態による有機発光表示装置のブロック図である。 本発明の一実施形態による有機発光表示装置の一つの画素に対する等価回路図である。 本発明の一実施形態による有機発光表示装置の一つの画素のスイッチングトランジスタと有機発光素子の断面を示した断面図である。 本発明の一実施形態による有機発光表示装置の有機発光素子の概略図である。 本発明の一実施形態による有機発光表示装置の駆動信号を示したタイミング図の一例である。 充電区間における一つの画素に対する等価回路図である。 発光区間における一つの画素に対する等価回路図である。 本発明の一実施形態による有機発光表示装置の駆動信号及び駆動トランジスタのしきい電圧によるゲート電圧と出力電流を示す波形図である。

符号の説明

70 有機発光層
110 絶縁基板、
111 遮断膜
124 ゲート電極
140 絶縁膜
151、152−155 半導体
173 ソース電極
175 ドレイン電極、
180 保護膜
163、165、185 コンタクトホール
190 画素電極
230 カラーフィルタ、
270 共通電極
300 表示板、
310 トランスミッションゲート部
400 ゲート駆動部
500 データ駆動部、
600 信号制御部
700 TG駆動部、
160、180 層間絶縁膜
360 隔壁
380 バッファー層

Claims (18)

  1. 複数のデータ線と、
    前記データ線に接続され、トランスミッションゲート信号によってプリチャージ電圧及びデータ電圧を前記データ線に供給する複数のトランスミッションゲートと、
    前記データ線に接続された複数の画素とを有し、
    前記各画素は、
    発光素子と、
    第1の端子と第2の端子を有するキャパシタと、
    前記キャパシタの前記第2の端子に接続された制御端子、駆動電圧が印加される入力端子及び出力端子を有し、前記発光素子が発光するように前記発光素子に駆動電流を供給する駆動トランジスタと、
    走査信号によって前記駆動トランジスタの前記制御端子と前記出力端子とを電気的に接続する第2スイッチングトランジスタと、前記キャパシタの前記第1の端子を前記データ線に接続する第1スイッチングトランジスタとからなる第1スイッチング部と、
    前記走査信号によって基準電圧を前記キャパシタの前記第1の端子に供給する第3スイッチングトランジスタと、前記駆動トランジスタの前記出力端子を前記発光素子に接続する第4スイッチングトランジスタとからなる第2スイッチング部とを有し、
    前記第1スイッチング部がターンオンし、前記第2スイッチング部がターンオフすることにより,前記プリチャージ電圧及び前記データ電圧を順に前記キャパシタの前記第1の端子に印加し、前記第2スイッチング部がターンオンし、前記第1スイッチング部がターンオフすることにより,前記基準電圧を前記キャパシタの第2の端子に供給し,前記発光素子に前記駆動電流を供給する
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 前記走査信号には、
    前記第1及び第2スイッチングトランジスタをターンオンさせ、前記第3及び第4スイッチングトランジスタをターンオフさせる低電圧と、
    前記第1及び第2スイッチングトランジスタをターンオフさせ、前記第3及び第4スイッチングトランジスタをターンオンさせる高電圧とが供給されることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記駆動トランジスタの前記入力端子は駆動電圧に接続されており、前記キャパシタに保持される充電電圧は前記駆動電圧から前記駆動トランジスタのしきい電圧の絶対値及び前記データ電圧を引いた電圧であることを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
  4. 前記プリチャージ電圧は前記データ電圧の最大値以上の値であることを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記基準電圧は前記データ電圧の最小値以下の値であることを特徴とする請求項4に記載の表示装置。
  6. 前記第1乃至第4スイッチングトランジスタ及び前記駆動トランジスタは多結晶シリコン薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  7. 前記第1及び第2スイッチングトランジスタと前記駆動トランジスタはp型薄膜トランジスタであり、前記第3及び第4スイッチングトランジスタはn型薄膜トランジスタである
    ことを特徴とする請求項6に記載の表示装置。
  8. 前記発光素子は有機発光層を有することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  9. 複数のデータ駆動線と、
    前記データ駆動線に接続され、前記データ駆動線に前記プリチャージ電圧及び前記データ
    電圧を供給するデータ駆動部とをさらに有し、
    前記複数のデータ駆動線の各々は前記複数のトランスミッションゲートにそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  10. 前記データ駆動部は前記データ駆動線の各々に前記プリチャージ電圧及び前記データ電圧
    を順次供給することを特徴とする請求項9に記載の表示装置。
  11. 前記トランスミッションゲートに前記トランスミッションゲート信号を伝達する第1乃至第3トランスミッションゲート信号線と、
    前記第1乃至第3トランスミッションゲート信号線に前記トランスミッションゲート信号を供給するトランスミッションゲート駆動部とをさらに有し、
    前記トランスミッションゲートは、第1乃至第3トランスミッションゲート信号線に各々接続されている第1乃至第3トランスミッションゲート集合を含み、前記トランスミッションゲート駆動部は、前記第1乃至第3トランスミッションゲート集合を同時に導通させて、前記プリチャージ電圧を前記複数のデータ線に同時に印加した後、前記第1乃至第3トランスミッションゲート集合を順次に導通させて、前記データ電圧を前記データ線に順次に印加することを特徴と
    する請求項10に記載の表示装置。
  12. 前記第1乃至第3トランスミッションゲート集合が同時に導通するとき、前記第1スイッチング部が導通することを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
  13. 前記第1乃至第3トランスミッションゲート集合が順次に導通した後、前記第2スイッチング部が導通することを特徴とする請求項12に記載の表示装置。
  14. プリチャージ電圧及びデータ電圧を供給するトランスミッションゲートと、
    第1の端子と第2の端子を有するキャパシタと、
    発光素子と、
    駆動電圧が印加される入力端子、前記キャパシタの前記第2の端子に接続されている制御端子、及び出力端子を有する駆動トランジスタと、
    走査信号に応答して動作し、前記トランスミッションゲートと前記キャパシタの前記第1の端子との間に接続されている第1スイッチング素子と、
    前記走査信号に応答して動作し、前記駆動トランジスタの前記制御端子と前記出力端子との間に接続されている第2スイッチング素子と、
    前記走査信号に応答して動作し、基準電圧とキャパシタの前記第1の端子との間に接続されている第3スイッチング素子と、
    前記走査信号に応答して動作し、前記駆動トランジスタの前記出力端子と前記発光素子との間に接続されている第4スイッチング素子と、
    を有し、
    それぞれが時間区間であり、順次定義される第1乃至第3区間のうち、
    前記第1及び第2区間で前記トランスミッションゲートと前記第1及び第2スイッチング素子がターンオンされ、第3及び第4スイッチング素子がターンオフされ、前記第3区間で前記第3及び第4スイッチング素子がターンオンされ、前記第1及び第2スイッチング素子がターンオフすることにより、
    前記第1区間で前記プリチャージ電圧が前記キャパシタの前記第1の端子に印加され、
    前記第2区間で前記データ電圧が前記キャパシタの前記第1の端子に印加され、
    前記第3区間で前記基準電圧が前記キャパシタの前記第1の端子に印加される
    ことを特徴とする表示装置。
  15. トランスミッションゲートと、第1の端子と第2の端子とを有するキャパシタと、発光素子と、前記キャパシタの前記第2の端子に接続されている制御端子、駆動電圧が印加される入力端子及び出力端子を有する駆動トランジスタとを備えた表示装置の駆動方法であって、
    前記トランスミッションゲートにプリチャージ電圧及びデータ電圧を順次に印加し、
    前記トランスミッションゲートに前記プリチャージ電圧及び前記データ電圧を順次に印加するとき、前記トランスミッションゲートと前記キャパシタの前記第1の端子とを接続し、
    前記トランスミッションゲートに前記プリチャージ電圧及び前記データ電圧を順次に印加するとき、前記駆動トランジスタの前記制御端子と前記出力端子とを接続し、
    前記トランスミッションゲートに前記データ電圧を順次に印加した後、前記キャパシタの前記第1の端子に基準電圧を供給し、
    前記駆動トランジスタの前記出力端子と前記発光素子とを接続する
    ことを特徴とする表示装置の駆動方法。
  16. 前記プリチャージ電圧は前記データ電圧の最大値以上の値であり、前記基準電圧は前記データ電圧の最小値以下の値であることを特徴とする請求項15に記載の表示装置の駆動方
    法。
  17. 前記トランスミッションゲートに前記プリチャージ電圧を印加した後、前記トランスミッションゲートと前記キャパシタとを接続することを特徴とする請求項16に記載の表示装置の駆動方法。
  18. 前記基準電圧の供給は前記トランスミッションゲートと前記キャパシタの前記第1の端子との接続を切り離し、前記発光素子の接続は前記駆動トランジスタの前記制御端子と前記出力端子の接続を
    切り離すことを特徴とする請求項17に記載の表示装置の駆動方法。
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