KR100737376B1 - 문턱전압 보상 회로를 포함하는 픽셀 구동 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 문턱전압 보상 회로를 포함하는 픽셀 구동 회로에 관한 것이다. 본 발명의 픽셀 구동 회로는 입력된 전류 데이터가 통과하는 다이오드 연결 형태의 제1 트랜지스터와, 제1 트랜지스터에 흐르는 전류 데이터를 복사하는 제2 트랜지스터와, 제2 트랜지스터에 직렬 연결되는 제3 트랜지스터와, 전원전압단과 제3 트랜지스터 간에 다이오드 연결되는 제4 트랜지스터, 그리고 전원전압단에 연결되며 제3 트랜지스터에 흐르는 전류 데이터를 복사하여 발광소자에 공급하는 구동 트랜지스터를 포함한다. 본 발명의 픽셀 구동 회로는 각 픽셀을 구동하는 구동 트랜지스터의 문턱전압을 보상하므로 인가되는 전류 데이터 정보에 따른 픽셀의 밝기 균일성을 일정하게 유지할 수 있다.
전류 구동형, OLED, 픽셀 구동회로, 문턱전압 보상, 전류미러. 디멀티플렉서

Description

문턱전압 보상 회로를 포함하는 픽셀 구동 회로{Pixel driver circuit with threshold voltage compensation circuit}
도 1은 종래 기술의 픽셀 구동 회로의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 구동 회로를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 구동 회로를 상세히 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 픽셀 구동 회로에서 게이트 구동부를 공유하는 구조의 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
MS : 게이트 선택(gate select) 트랜지스터
M1 : 다이오드 연결형태(diode connected type)의 제1 트랜지스터
Mb1, Mb2, …, Mbn : 픽셀 선택(pixel select) 트랜지스터
M2 : 제2 트랜지스터
M3, M4 : 문턱전압 보상회로(threshold voltage compensation circuit)
Select input : 디멀티플렉서(demultiplexer) 입력신호
a1, a2, a3, …, an : 디멀티플렉서 선택신호
b1, b2, b3, …, bn : 디멀티플렉서 출력신호
본 발명은 디스플레이(display)의 픽셀을 구동하기 위한 픽셀 구동 회로(pixel driver circuit)에 관한 것으로, 특히 문턱전압 보상 회로를 포함하는 픽셀 구동 회로에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이는 매트릭스(matrix), 하니컴(honeycomb) 등의 형태로 배열된 복수의 픽셀을 통해 화상을 표시한다. 각 픽셀은 전압 또는 전류 기입형 픽셀 구동 회로에 의해 구동된다. 전류 기입형 픽셀 구동 회로를 이용하는 디스플레이에서는 공급되는 전류에 따라 픽셀에서의 밝기가 달라진다.
도 1은 일반적인 전류 기입형 픽셀 구동 회로를 나타낸다. 도 1의 픽셀 구동 회로에서 게이트 라인(gate line)이 하이 레벨 또는 액티브 레벨 상태가 되면, MOS 회로 즉 픽셀 구동 회로는 온(on) 동작하고, 이 픽셀 구동 회로를 통해 전류 데이터(current data)가 구동 트랜지스터(M)를 통해 이동하여 유기발광소자(OLED)를 구동하게 된다.
전술한 종래의 픽셀 구동 회로는 단순하고 간단하지만 각각의 픽셀에서 구동 트랜지스터(M)의 문턱전압이 변화함으로써 발생하는 문제점은 해결할 수 없으며, 그 결과가 디스플레이에 그대로 반영되어 좋지 않은 화질을 나타내게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 종래의 픽셀 구동 회로의 가장 큰 문제점인 각 픽셀의 구동 트랜지스터의 물리적 부정합(mismatch)을 해결하기 위한 것으로 각 픽셀을 구동하는 트랜지스터의 문턱전압(threshold voltage)의 불일치를 보상하기 위하여 문턱전압 보상회로(compensation circuit)를 첨가한 픽셀 구동 회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 입력된 전류 데이터가 통과하는 다이오드 연결 형태의 제1 트랜지스터; 제1 트랜지스터에 흐르는 전류 데이터를 복사하는 제2 트랜지스터; 제2 트랜지스터에 직렬 연결되는 제3 트랜지스터; 전원전압단과 제3 트랜지스터 간에 다이오드 연결되는 제4 트랜지스터; 및 전원전압단에 연결되며 제3 트랜지스터에 흐르는 전류 데이터를 복사하여 발광소자에 공급하는 구동 트랜지스터를 구비하는 픽셀 구동 회로가 제공된다.
바람직하게, 픽셀 구동 회로는 제1 트랜지스터에 직렬 연결되며 게이트 선택 신호에 응답하여 입력된 전류 데이터를 통과시키는 게이트 선택 트랜지스터를 추가적으로 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 게이트 선택 신호에 응답하여 입력된 전류 데이터를 통과시키는 게이트 선택 트랜지스터와, 게이트 선택 트랜지스터에 다이오드 연결되는 제1 트랜지스터를 구비한 게이트 구동부; 및 게이트 구동부를 공유하는 복수의 픽셀 구동부를 포함하되, 상기 각 픽셀 구동부는, 제1 트랜지스터에 흐 르는 전류를 복사하는 제2 트랜지스터; 제2 트랜지스터에 직렬 연결되는 제3 트랜지스터; 전원전압단과 제3 트랜지스터 간에 다이오드 연결되는 제4 트랜지스터; 및 전원전압단에 연결되며 제3 트랜지스터에 흐르는 전류를 복사하여 발광소자에 공급하는 구동 트랜지스터를 구비하는 픽셀 구동 회로가 제공된다.
바람직하게, 픽셀 구동 회로는 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터 간에 연결되며 각 픽셀을 선택하는 디멀티플렉서의 출력 신호에 각각 응답하여 온 동작하는 복수의 픽셀 선택 트랜지스터를 추가적으로 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 충분히 이해하도록 하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 구동 회로를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
본 발명은 일반적으로 전류 기입형 픽셀 구동 회로에서 발생하는 문턱전압의 불일치(mismatch)를 문턱전압 보상회로를 통하여 보상하는 방법을 제시한다. 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에서는 디스플레이 장치의 데이터 드라이버 내의 디지털-아날로그 변환기(DAC) 등에서 공급되는 전류 데이터 신호 즉 DAC 데이터가 제1 트랜지스터(T1)를 통하여 들어오고 제1 트랜지스터(T1)에 전류미러(current mirror) 형태로 결합된 제2 트랜지스터(미도시)를 통해 DAC 데이터에 상응하는 전류 데이터가 복사된 후, 다시 제3 트랜지스터(T2)에 흐르는 전류 데이터가 구동 트랜지스터(T3)에 복사되어 유기발광소자(OLED)를 구동하도록 구성된 전류 기입형 픽셀 구동 회로를 이용한다.
전술한 픽셀 구동 회로에서 픽셀 구동을 위한 구동 트랜지스터(T3)의 문턱전압은 각 픽셀마다 조금씩 다르다. 따라서 픽셀 구동 회로의 구동 트랜지스터(T3)에서 전류 데이터를 받아서 픽셀을 구동할 때 구동 전류에 미세한 차이를 보이게 된다. 따라서 본 발명에서는 전술한 픽셀 구동 회로의 구조상의 문제점을 보완하기 위해서 전류 데이터 신호가 전류미러 형태의 픽셀 구동 회로를 통과하기 전에 먼저 문턱전압 보상 회로(10)를 통과하게 하는 구조를 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 구동 회로를 상세히 나타내는 회로도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 구동 회로는 게이트 선택 라인을 통해 전달되는 게이트 선택 신호에 응답하여 온 동작하며 DAC 데이터 즉 전류 데이터(Idata)를 전달하는 게이트 선택 트랜지스터(MS)와, 게이트 선택 트랜지스터(MS)의 소오스에 다이오드 연결되는 제1 트랜지스터(M1)와, 제1 트랜지스터(M1)에 전류미러 형태로 연결되며 제1 트랜지스터(M1)에 흐르는 전류 데이터(Idata)를 복사하는 제2 트랜지스터(M2)와, 제2 트랜지스터(M2)에 직렬 연결되고 구동 트랜지스터(M5)와 전류미러 형태로 연결되는 제3 트랜지스터(M3)와, 전원전압단(VDD)과 제3 트랜지스터(M3) 간에 직렬로 다이오드 연결되는 제4 트랜지스터(M4)와, 전원전압단(VDD)과 유기발광소자(OLED) 간에 연결되며 유기발광소자(OLED)에 전류 데이터(Idata)를 공급하는 구동 트랜지스터(M5)를 구비한다. 제1 및 제2 트랜지스터(M1, M2)의 게이트에는 소정 전압(V1)이 걸리는 공통 노드가 연결되며, 제1 및 제2 트랜지스터(M1, M2)와 유기발광소자(OLED)의 일전극에는 그라운드 또는 전술한 전원전압단(VDD)보다 낮은 전위의 또 다른 전원전압단(VSS)이 연결된다.
본 실시예의 픽셀 구동 회로는 도 2의 픽셀 구동 회로의 문턱전압 보상 회로(10)를 상세히 나타낼 뿐만 아니라 게이트 선택 트랜지스터(MS)를 추가적으로 포함하며, 기본적으로 게이트 구동부(12)와 픽셀 구동부로 구성된다.
또한 본 실시예의 픽셀 구동 회로에서 게이트 선택 트랜지스터(MS)와 제1 트랜지스터(M1)는 게이트 선택 신호에 응답하여 픽셀을 선택하고, 선택된 픽셀에 DAC 데이터를 전달하는 게이트 구동부(12)로써 기능한다. 그리고 유기발광소자(OLED)를 직접 구동하는 구동 트랜지스터(M5)에 전류미러 형태로 연결된 제3 트랜지스터(M3)와 이 제3 트랜지스터(M3)의 소오스와 전원전압단(VDD) 간에 다이오드 연결되는 제4 트랜지스터(M4)는 구동 트랜지스터(M5)의 문턱전압을 보상하는 문턱전압 보상부(14)로써 기능한다.
전술한 픽셀 구동 회로에서 구동 트랜지스터의 문턱전압 보상 과정을 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 MOS 트랜지스터에 흐르는 전류(I)는 아래의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112006044179881-pat00001
여기서, W는 MOS 트랜지스터의 채널 폭, L은 MOS 트랜지스터의 채널 길이, VGS는 MOS 트랜지스터의 소오스-게이트 전압, 및 Vth는 MOS 트랜지스터의 문턱전압이다.
따라서 도 3의 픽셀 구동 회로에서의 구동 트랜지스터(M5)에 흐르는 전류 데이터(I5)는 아래의 수학식 2와 같이 전개된다.
Figure 112006044179881-pat00002
단, K 상수, W5/L5은 제5 트랜지스터의 크기, VGS는 제5 트랜지스터의 게이트-소오스 전압, Vth5는 제5 트랜지스터(M5)의 문턱전압, VDD는 픽셀의 전원전압, V2는 제2 및 제3 트랜지스터(M2, M3) 사이의 노드 전압, V3은 제3 및 제4 트랜지스터(M3, M4) 사이의 노드 전압, 그리고 Vth3은 제3 트랜지스터(M3)의 문턱전압이다.
그리고 수학식 2의 ΔV를 전개하면 수학식 3과 같다.
Figure 112006044179881-pat00003
여기서, KM3은 상수, WM3/LM3은 제3 트랜지스터의 크기, 그리고 Idata는 제3 트랜지스터에 흐르는 전류 데이터를 나타낸다.
수학식 3의 결과를 수학식 2에 대입하여 전개하면 구동 트랜지스터에 흐르는 전류 데이터(I5)는 수학식 4와 같다.
Figure 112006044179881-pat00004
여기서, KM3, KM4 및 KM5는 상수, WM3/LM3, WM4/LM4 및 WM5/LM5는 제3, 제4 및 구동 트랜지스터의 크기, 그리고 Idata는 제3 트랜지스터에 흐르는 전류 데이터를 나타낸다.
위의 수학식 4에서 보는 바와 같이, 구동 트랜지스터(M5)에 흐르는 전류 데이터(Idata)는 문턱전압 항목(threshold voltage part)이 상쇄된 형태가 된다. 즉, 전류 데이터(Idata)는 구동 트랜지스터(M5)의 문턱전압에 무관하게 구동 트랜지스터(M5)를 통하여 유기발광소자(OLED)에 공급될 수 있다. 따라서 각 픽셀의 구동 트랜지스터의 문턱전압의 변화에 의한 픽셀 밝기의 불균일성을 해소할 수 있다.
본 발명의 문턱전압 보상 회로의 효과적인 적용을 위하여 문턱전압 보상에 관여하는 트랜지스터들(M3, M4, M5)의 문턱전압과 기타 물성적 조건들 즉 설계값을 동일하게 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 전술한 트랜지스터들(M3, M4, M5)의 크기(W/L)를 실질적으로 같게 하거나 거의 유사하게 하며 레이아웃(layout)을 할 때도 가장 인접한 위치에 위치시키는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서는 픽셀 구동 회로를 통해 전달되는 전류 데이터(Idata)를 일시적으로 저장하여 구동 트랜지스터(M5)를 구동하는 역할을 하는 커패시터(capacitor)로써 구동 트랜지스터(M5)의 소오스-게이트 기생 커패시터(source-gate parasitic capacitor: Csg)를 이용한다. 물론, 전술한 커패시터는 도 4에 도시한 바와 같이 별도의 커패시터(capacitor: Cs)로 구현될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 픽셀 구동 회로에서 게이트 구동부를 공유하는 구조의 회로도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 구동 회로는 각 픽셀(18a, 18b, …, 18n)의 픽셀 구동부에 DAC 데이터(Idata)를 전달할 것인가를 결정하는 게이트 선택 트랜지스터(MS)와, 게이트 선택 트랜지스터(MS)와 연결된 다이오드 연결형태(diode connected type)의 제1 트랜지스터(M1)와, 제1 트랜지스터(M1)과 연결된 픽셀 선택 트랜지스터(Mb1, Mb2, …, Mbn)와, 각 픽셀 구동부에서 제1 트랜지스터(M1)와 전류미러 형태로 결합되는 제2 트랜지스터(M2)와, 문턱전압을 보상하며 구동 트랜지스터(M5)에 DAC 데이터(Idata)를 전달하는 제3 및 제4 트랜지스터(M3, M4)와, 각 픽셀(18a, 18b, …, 18n)을 직접 구동하는 구동 트랜지스터(M5)와, 구동 트랜지스터(M5)에 전달된 DAC 데이터(Idata)를 저장하여 구동 트랜 지스터(M5)를 소정시간 동안 구동시키는 커패시터(Cs), 그리고 픽셀 선택 트랜지스터(Mb1, Mb2, …, Mbn)의 선택을 위한 출력 신호(b1, b2, …, bn)를 발생하는 디멀티플렉서(16)를 포함한다.
커패시터(Cs)는 구동 트랜지스터(M5)의 소오스-게이트의 기생 커패시터(source-gate parasitic capacitance: Csg)로 대체할 수 있다. 디멀티플렉서(16)는 입력 신호(select input)와 선택 신호(a1, a2, a3, …, an)의 비트 조합에 의해 출력 신호(b1, b2, …, bn) 중 하나를 출력한다. 출력 신호(b1, b2, …, bn)는 각 픽셀(18a, 18b, …, 18n)에 선택적으로 전류 데이터 신호를 전달하기 위한 제어 신호 예컨대 디스플레이의 소오스 선택 신호에 대응된다.
본 실시예에 따른 픽셀 구동 회로는 도 3에서 설명한 기본 구조를 바탕으로 디멀티플렉서(demultiplexer)를 추가하고 또한 각 픽셀에 픽셀 선택 트랜지스터(Mb1, Mb2, …, Mbn)를 추가하여 각 픽셀 구동부가 게이트 구동부(12a)를 공통으로 공유하는 구조를 갖는다.
본 실시예의 픽셀 구동 회로의 공유 구조는 다이오드 연결 형태의 제1 트랜지스터(M1)가 각 픽셀에 공유되므로 각각의 픽셀을 구동할 때 제1 트랜지스터(M1)의 공정상의 부정합(mismatch)의 문제를 해결할 수 있다. 즉, 제1 트랜지스터(M1)을 공유하면 각각의 픽셀 간에 반도체 공정(semiconductor process)상에서 발생하는 제1 트랜지스터(M1)의 변화를 상쇄할 수 있다.
본 발명은 픽셀 구동 회로에서 일반적으로 발생하는 문턱전압의 불일치로 발생하는 구동 트랜지스터의 전류 비선형성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명은 픽셀 구동회로에 문턱전압 보상회로를 첨가하여 일반적으로 디스플레이(display) 픽셀(pixel)에서 발생하는 픽셀구동 트랜지스터의 문턱전압에 불균일성에 의한 문제를 해결할 수 있다. 또한 디멀티플렉서(demultiplexer) 기능을 이용하여 트랜지스터를 공유함으로 트랜지스터의 개수를 줄일 수 있고 인접 픽셀간의 트랜지스터의 불균일성도 해결이 가능하다.

Claims (6)

  1. 입력된 전류 데이터가 통과하는 다이오드 연결 형태의 제1 트랜지스터;
    상기 제1 트랜지스터에 흐르는 전류 데이터를 복사하는 제2 트랜지스터;
    상기 제2 트랜지스터에 직렬 연결되는 제3 트랜지스터;
    전원전압단과 상기 제3 트랜지스터 간에 다이오드 연결되는 제4 트랜지스터; 및
    상기 전원전압단에 연결되며 상기 제3 트랜지스터에 흐르는 전류 데이터를 복사하여 발광소자에 공급하는 구동 트랜지스터를 구비하는 픽셀 구동 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 트랜지스터에 직렬 연결되며 게이트 선택 신호에 응답하여 상기 입력된 전류 데이터를 통과시키는 게이트 선택 트랜지스터를 추가적으로 포함하는 픽셀 구동 회로.
  3. 게이트 선택 신호에 응답하여 입력된 전류 데이터를 통과시키는 게이트 선택 트랜지스터, 및 상기 게이트 선택 트랜지스터에 다이오드 연결되는 제1 트랜지스터를 구비한 게이트 구동부; 및
    상기 게이트 구동부를 공유하는 복수의 픽셀 구동부를 포함하되, 상기 각 픽셀 구동부는,
    상기 제1 트랜지스터에 흐르는 전류를 복사하는 제2 트랜지스터;
    상기 제2 트랜지스터에 직렬 연결되는 제3 트랜지스터;
    전원전압단과 상기 제3 트랜지스터 간에 다이오드 연결되는 제4 트랜지스터; 및
    상기 전원전압단에 연결되며 상기 제3 트랜지스터에 흐르는 전류를 복사하여 발광소자에 공급하는 구동 트랜지스터를 구비하는 픽셀 구동 회로.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터 간에 연결되며 각 픽셀을 선택하는 디멀티플렉서의 출력 신호에 각각 응답하여 온 동작하는 복수의 픽셀 선택 트랜지스터를 추가적으로 포함하는 픽셀 구동 회로.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3, 제4 및 제5 트랜지스터는 동일한 설계값을 가지는 픽셀 구동 회로.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 트랜지스터의 소오스-게이트 간에 연결되는 커패시터 또는 기생 커패시터를 추가적으로 포함하는 픽셀 구동 회로.
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