KR100761130B1

KR100761130B1 - 전계발광소자 및 그 구동방법

Info

Publication number: KR100761130B1
Application number: KR1020060025473A
Authority: KR
Inventors: 김성중; 김홍규
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-09-21

Abstract

본 발명은 전계발광소자 및 그 구동방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전계발광소자는, 스캔라인에 인가된 하이(High) 신호에 의해 발광부가 꺼지고, 로우(Low) 신호에 의해 발광부가 켜지도록 발광부의 일단이 스캔라인에 접속되어 있다. 여기서, 전원전압과 발광부 사이에 형성된 제1박막트랜지스터부는 하이 신호에 의해 게이트 단과 드레인 단이 숏트되는 다이오드 커넥션이 되어 발광부의 발광이 멈추게 된다.

전계발광소자, 구동방법, 픽셀회로

Description

전계발광소자 및 그 구동방법{Light Emitting Diode and Method for Driving Light Emitting Diode and the same}

도 1은 일반적인 유기전계발광소자를 설명하기 위한 도면.

도 2는 종래 능동매트릭스형 유기전계발광소자의 픽셀회로도.

도 3은 본 발명에 따른 전계발광소자의 픽셀회로도.

도 4는 본 발명에 따른 전계발광소자의 구동방법을 나타낸 순서도.

도 5와 도 6은 도 4의 구동방법을 설명하기 위한 픽셀회로도.

도 7과 도 8은 도 4의 구동 파형을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

Scan[n] : 스캔라인 DATA[m] : 데이터라인

T1 : 제1박막트랜지스터 T2 : 제2박막트랜지스터

T3 : 제3박막트랜지스터 Cst : 커패시터

OLED : 발광부 VDD : 전원전압

본 발명은 전계발광소자 및 그 구동방법에 관한 것이다.

유기전계발광소자는 전자(election) 주입전극(cathode)과 정공(hole) 주입전극(anode)으로부터 각각 전자와 정공을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자와 정공이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기 상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.

유기전계발광소자는 구동방식에 따라 수동매트릭스형 유기전계발광소자(Passive Matrix Organic Emitting Light Diode: PMOELD)와 능동매트릭스형 유기전계발광소자(Active Matrix Organic Organic Emitting Light Diode : AMOELD)로 구분된다. 이러한 유기전계발광소자는 일반적으로 N× M 개의 유기발광셀에 전압구동 혹은 전류구동 방식 등을 이용하여 영상을 표현하게 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 유기발광 표시장치를 설명한다.

도 1은 일반적인 유기전계발광소자를 설명하기 위한 도면이다.

일반적인 유기발광셀 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 애노드(ITO), 유기박막, 캐소드(Metal)의 구조를 가지고 있다.

유기박막은 전자와 정공의 발광효율을 향상시키기 위해 발광층(EML : emitting layer), 전자수송층(ETL : Electron Transport Layer) 및 정공수송층(HTL : Hole Transport Layer)을 포함한 다층구조로 이루어지고, 또한 별도의 전자주입층(EIL : Electron Injecting Layer)과 정공주입층(HIL : Hole Injecting Layer)을 포함하고 있다.

이와 같이 이루어지는 유기발광셀은 어드레싱(addressing) 방식에 따라 양극과 음극을 직교하도록 형성하고 라인을 선택하여 구동하는 수동매트릭스(passive matrix) 방식과, TFT와 커패시터를 각 ITO 화소전극에 접속하여 콘덴서 용량에 의해 전압을 유지하여 구동하는 능동매트릭스(active matrix) 방식으로 구분할 수 있으며, 구동회로에서 인가되는 신호의 형태(전압 또는 전류)에 따라 전압인가 방식과 전류인가 방식으로 구분할 수 있다.

도 2는 종래 능동매트릭스형 유기전계발광소자의 픽셀회로도를 나타낸다.

이와 같은 픽셀회로(100)는 유기발광소자(OLED)에 TFT를 이용하여 구동하기 위한 회로로써, N× M 개의 픽셀 중 하나를 대표적으로 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 유기발광소자(OLED)에 구동 트랜지스터(Mb)가 연결되어 발광에 필요한 전류를 공급한다.

구동 트랜지스터(Mb)의 전류량은 스위칭 트랜지스터(Ma)를 통해 인가되는 데이터 전압에 의해 제어되도록 되어 있다. 이때 인가된 전압을 일정기간 유지하기 위한 커패시터(C)가 구동 트랜지스터(Mb)의 소스와 게이트 사이에 연결되어 있다.

스위칭 트랜지스터(Ma)의 게이트에는 n번째 선택신호라인(Select[n])이 연결되어 있으며, 소스 측에는 데이터라인(Data[m])이 연결되어있다.

이와 같은 구조의 픽셀회로(100) 동작은, 선택신호라인(Select[n])과 연결된 스위칭 트랜지스터(Ma)의 게이트에 인가된 선택신호에 의해 스위칭 트랜지스터(Ma)가 턴온 되면, 데이터라인(Data[m])을 통해 데이터 전압이 구동 트랜지스터(Mb)의 게이트(노드A)에 인가된다. 그리고 게이트에 인가된 데이터 전압에 대응하여 전원 전압(VDD)과 연결된 구동 트랜지스터(Mb)를 통해 유기발광소자(OLED)로 전류가 흐르게 되어 발광이 이루어진다.

앞서 설명한 바와 같은 구조를 갖는 유기발광소자 및 이의 종래 구동방법은, 트랜지스터의 문턱 전압 편차 및 전류 이동도의 편차로 인해 픽셀과 픽셀 간의 휘도가 달라져 화면의 균일도(uniformity)가 떨어지는 문제가 있다.

또한, a-Si TFT를 사용한 능동형 유기전계발광 표시장치 패널의 경우, 도시되어 있지는 않지만, a-Si TFT의 특성을 보상하기 위해 4T1C 또는 5T2C 등의 구조로 회로적 보상을 하지만, a-Si TFT의 사이즈가 크기 때문에 한정된 화소 면적 내에 구성할 수 있는 TFT의 개수, 구동 라인 수에 제약이 따르는 문제가 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전류 구동형 전계발광소자를 포함하는 패널을 이용한 디스플레이의 화소 구조 및 그의 구동방법을 통해 화면의 균일도를 향상시키는데 그 목적이 있다. 더불어, a-TFT를 이용한 AMOLED 패널 제작의 문제점 중 하나인 한정된 화소 면적 내에서 설계가 가능하며, 균일도를 향상시킬 수 있는 화소 구조를 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전계발광소자는, 일단이 제1스캔라인에 연결된 발광부; 전원전압과 발광부의 타단 사이에 형성된 제1박막트랜지스터부; 전원전압과 제1박막트랜지스터부의 게이트 사이에 형성되며 제2스캔라인에 게이트가 연결된 제2박막트랜지스터부; 제1박막트랜지스터부와 접속된 발광부의 타 단과 데이터라인 사이에 형성되며 제3스캔라인에 게이트가 연결된 제3박막트랜지스터부; 및 제2박막트랜지스터부에 일단이 연결되어 있고 제1박막트랜지스터부와 발광부의 타단에 공통으로 연결된 커패시터를 포함한다.

여기서, 제1박막트랜지스터부, 제2박막트랜지스터부 및 제3박막트랜지스터부는 N-타입 모스트랜지스터이다.

여기서, 제1스캔라인, 제2스캔라인 및 제3스캔라인은 동일한 스캔신호가 인가되는 동일한 스캔라인이다.

여기서, 발광부는 유기물로 형성된 유기발광다이오드이다.

여기서, 발광부의 일단은 캐소드이고 타단은 애노드이다.

한편, 본 발명에 따른 전계발광소자의 구동방법은, 스캔라인에 제1신호를 인가하여 제2박막트랜지스터부와 제3박막트랜지스터부를 턴온시키며, 데이터라인에 화소 휘도에 따른 구동전류를 인가하여 제1박막트랜지스터부를 턴온시키고 구동전류에 해당하는 전압이 커패시터에 저장되는 데이터 저장단계와; 스캔라인에 제2신호를 인가하여 제2박막트랜지스터부와 제3박막트랜지스터부를 턴오프시키며, 커패시터에 저장된 데이터에 의해 제1박막트랜지스터가 턴온되어 발광부를 발광시키는 발광부 구동단계를 포함한다.

여기서, 제1신호는 전기적 하이(High) 신호이고, 제2신호는 전기적 로우(Low) 신호이다.

여기서, 데이터 저장단계에 의해 발광부의 캐소드에 높은 전압이 걸리게 되어 발광부에 전류가 흐르지 않게 되고, 제1박막트랜지스터부와 제3박막트랜지스터 부를 통해 데이터라인 쪽으로 전원전압의 전류가 흐르게 되는 것이다.

여기서, 데이터 저장단계에서는 프리차징 전압이 데이터라인으로 공급되고 커패시터와 발광부가 연결된 단자에 프리차징 전압이 충전되면, 발광부의 캐소드에 높은 전압이 걸리게 되어 발광부에 전류가 흐르지 않는 것이다.

여기서, 프리차징 전압은 제1박막트랜지스터의 문턱전압에 해당하는 전압과 같은 일정 전압이다.

여기서, 프리차징 전압은 각 발광 휘도에 따라 다양하게 인가되는 데이터 전압이다.

여기서, 데이터 저장단계는 하나의 스캔시간(One Scan Time) 동안에 일어나는 단계이며, 발광부 구동단계는 스캔시간 이후에 일어나는 단계이다.

여기서, 발광부는 유기물로 형성된 유기발광다이오드이다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

<전계발광소자>

도 3은 본 발명에 따른 전계발광소자의 픽셀회로도를 나타낸다.

도시된 바와 같이 픽셀회로(200)는, 하나의 픽셀이 전원전압(VDD), 데이터라인(DATA[m])및 스캔라인(Scan[n])에 3개의 박막트랜지스터와 1개의 커패시터로 구성된 3T1C 구조를 갖는다.

유기발광다이오드로 형성된 발광부(OLED)는 그 일단이 스캔라인(Scan[n])에 연결되어 있고, 제1박막트랜지스터부(T1)는 전원전압(VDD)과 발광부(OLED)의 타단 사이에 형성되어 있다. 여기서, 발광부(OLED)의 일단은 캐소드이고, 타단은 애노드이다. 제2박막트랜지스터부(T2)는 전원전압(VDD)과 제1박막트랜지스터부(T1)의 게이트 사이에 형성되며 스캔라인(Scan[n])에 게이트가 연결되어 있다. 또한 제3박막트랜지스터부(T3)는 제1박막트랜지스터부(T1)와 접속된 발광부(OLED)의 타단과 데이터라인(DATA[m]) 사이에 형성되며 스캔라인(Scan[n])에 게이트가 연결되어 있다. 그리고 커패시터(Cst)는 제2박막트랜지스터부(T2)에 일단이 연결되어 있고 제1박막트랜지스터부(T1)와 발광부(OLED)의 타단에 공통으로 연결되어 있다.

제1박막트랜지스터부(T1), 제2박막트랜지스터부(T2) 및 제3박막트랜지스터부(T3)는 N-타입 모스트랜지스터이고, 도면에 도시된 각각의 박막트랜지스터부(T1,T2,T3)는 a-Si으로 형성된 것을 일례로 나타낸다.

여기서, 발광부(OLED)는 스캔라인(Scan[n])에 인가된 신호가 하이(High) 일 때는 꺼지고, 로우(Low) 일 때 켜지게 되며 스캔라인(Scan[n])은 라인별로 분리 형성되어 있다. 자세하게는, 발광부(OLED)의 캐소드가 스캔라인(Scan[n])에 전기적으로 연결되어 있고, 또한 제2박막트랜지스터부(T2)와 제3박막트랜지스터부(T3)가 스캔라인(Scan[n])에 연결되어 있다. 여기서, 스캔라인(Scan[n])에 인가된 신호가 하이(High)가 되면 제2 및 제3박막트랜지스터부(T2,T3)가 턴온되며 제1박막트랜지스터부(T1)이 턴온 되게 된다. 스캔라인(Scan[n])에 인가된 하이(High) 신호는 제1박막트랜지스터부(T1)를 통해 인가된 전원전압(VDD)보다 높게 형성되어 있기 때문에 발광부(OLED)는 스캔라인(Scan[n])에 로우(Low) 신호가 인가되어야 발광을 하게 된다.

여기서, 스캔라인(Scan[n])에 인가된 하이(High) 신호에 의해 전원전압(VDD)에 연결된 제2박막트랜지스터부(T2)와 제3박막트랜지스터부(T3)는 데이터라인(DATA[m])으로부터 공급된 데이터신호를 커패시터(Cst)에 저장할 수 있게 된다. 이에 따라, 제1박막트랜지스터부(T1)는 커패시터(Cst)에 의해 게이트/소스 간의 전압(Vgs)에 해당하는 전류를 발광부(OLED)에 공급하게 되어 한 프레임 동안 발광할 수 있게 된다. 또한 스캔라인(Scan[n])에 인가된 하이(High) 신호에 의해 발광부(OLED)의 애노드 보다 캐소드 쪽에 높은 역전압이 인가되게 되어 발광부(OLED)의 애노드와 캐소드 간에 전류가 미세하게 흐르는 현상을 저지할 수도 있게 된다.

앞서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 픽셀회로(200)는, 하나의 스캔라인(Scan[n])및 데이터라인(DATA[m])에 의해 구동되며 제2박막트랜지스터부(T2)와 제3박막트랜지스터부(T3)에 의해 일정한 전류를 얻을 수 있어 제1박막트랜지스터부(T1)의 문턱 전압 및 이동도의 편차를 보상하여 화질을 개선할 수 있게 된다.

<전계발광소자의 구동방법>

도 4는 본 발명에 따른 전계발광소자의 구동방법을 나타낸 순서도 이고, 도 5와 도 6은 도 4의 구동방법을 설명하기 위한 픽셀회로도이고, 도 7과 도 8은 도 4의 구동 파형을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 전계발광소자의 구동방법은, 데이터 저장단계(S502)와 발 광부 구동단계(S504)로 이루어지는데, 데이터 저장단계(S502)는 하나의 스캔시간(One Scan Time) 동안에 일어나는 단계이며, 발광부 구동단계(S504)는 스캔시간 이후에 일어나는 단계이다. 덧붙여, 데이터 저장단계(S502)에서는 프리차징 전류/전압(S503)을 인가하지 않거나 인가할 수 있게 되어 있다.

프리차징 전류 또는 전압을 인가하지 않을 경우, 도 7에 도시된 바와 같은 구동 파형으로 구동되고, 프리차징 전류 또는 전압을 인가할 경우, 도 8에 도시된 바와 같은 구동 파형으로 구동된다.

여기서, 전계발광소자의 픽셀회로는 도 3을 참조한다. 또한, 제1박막트랜지스터부(T1), 제2박막트랜지스터부(T2) 및 제3박막트랜지스터부(T3)는 N-타입 모스트랜지스터이고, 도면에 도시된 각각의 박막트랜지스터부(T1,T2,T3)는 a-Si으로 형성된 것을 일례로 나타낸 것임을 참조한다.

먼저, 데이터 저장단계(S502)는 스캔라인(Scan[n])에 제1신호를 인가하여 제2박막트랜지스터부(T2)와 제3박막트랜지스터부(T3)를 턴온시키며, 데이터라인(DATA[m])에 화소 휘도에 따른 구동전류를 인가하여 제1박막트랜지스터부(T1)를 턴온시키고 구동전류에 해당하는 전압이 커패시터(Cst)에 저장되는 단계이다.

제1신호는 전기적 하이(High) 신호로써, 제1신호가 인가되면 제2 및 제3박막트랜지스터부(T2,T3)가 턴온되어, 데이터라인(DATA[m])을 통해 화소 휘도에 따른 구동 전류가 제3박막트랜지스터부(T3)를 통해 제1박막트랜지스터부(T1)를 구동하게 된다. 이때, 커패시터(Cst)의 양단에는 구동 전류에 해당하는 게이트/소스 간의 전압(Vgs)이 형성되며, 발광부(OLED)는 발광을 멈추게 된다.

도 5를 참조하여 부가설명을 하면, 제1박막트랜지스터부(T1)의 게이트 단자와 드레인 단자가 쇼트(Short) 되어 다이오드 커넥션을 형성한다.

이때, 프리차징 전류/전압을 인가하지 않았을 경우, 발광부(OLED)의 캐소드에는 높은 역전압이 걸리게 되어 발광부(OLED)에 전류가 흐르지 않게 되고, 제1박막트랜지스터부(T1)와 제3박막트랜지스터부(T3)를 통해 데이터라인(DATA[m]) 쪽으로 전원전압이 흐르게 된다.

그러나 프리차징 전류/전압(S503)이 인가되었을 경우, 프리차징 전압이 데이터라인(DATA[m])으로 공급되어 커패시터(Cst)와 발광부(OLED)가 연결된 단자에 프리차징 전압이 충전된다. 이때, 발광부(OLED)의 캐소드에 높은 전압이 걸리게 되어 발광부(OLED)에 전류가 흐르지 않게 된다.

여기서, 프리차징 전류/전압(S503)은 제1박막트랜지스터부(T1)의 문턱전압에 해당하는 전압과 같은 일정 전압이며 각 발광 휘도에 따라 다양하게 인가되는 데이터 전류 또는 전압이고, 프리차징에 의해 제1박막트랜지스터부(T1)의 문턱 전압 및 이동도의 편차를 보상할 수 있게 된다.

이후, 발광부 구동단계(S504)는, 스캔라인(Scan[n])에 제2신호를 인가하여 제2박막트랜지스터부(T2)와 제3박막트랜지스터부(T3)를 턴오프시키며, 커패시터(Cst)에 저장된 데이터에 의해 제1박막트랜지스터(T1)가 턴온되어 발광부(OLED)를 발광시키는 단계이다.

제2신호는 전기적 로우(Low) 신호로써, 제2신호가 인가되면 제2 및 제3박막트랜지스터부(T2,T3)는 턴오프 되고, 커패시터(Cst)는 제1박막트랜지스터부(T1)의 게이트/소스 간의 전압(Vgs)을 형성하여 한 프레임(frame) 동안 발광부(OLED)의 발광을 유지할 수 있도록 한다. 도 6을 참조한다.

위와 같은 구동방법은, 스캔라인(Scan[n])에 인가된 신호에 의해 발광부(OLED)의 발광여부를 선택할 수 있게 되며, 데이터 저장단계(S502)에서 입력된 프리차징 전류/전압(S503)에 의해 제1박막트랜지스터부(T1)의 문턱 전압 및 이동도의 편차를 보상할 수 있어 균일한 디스플레이를 구현할 수 있게 된다.

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

위에서 설명한 실시 예들에서는, 발광부의 일단과 제2 및 제3박막트랜지스터부가 동일한 스캔라인에 연결되어 있어 동일한 스캔신호에 의해 구동을 하지만, 발광부의 일단과 제2 및 제3박막트랜지스터부에 각각의 스캔라인을 구비하여 동일한 스캔신호를 개별입력하도록 구성할 수도 있게 된다. 예를 들면, 발광부의 일단에 제1스캔라인을 형성하고, 제2박막트랜지스터부에 제2스캔라인을 형성하며, 제3박막트랜지스터부에 제3스캔라인을 형성하여도 본 발명을 달성할 수 있다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 전류 구동형 전계발광소자를 포함하는 패널을 이용한 디스플레이의 화소 구조 및 그의 구동방법을 통해 화면의 균일도를 향상시키고, 더불어 a-TFT를 이용한 AMOLED 패널 제작의 문제점 중 하나인 한정된 화소 면적 내에서 설계가 가능하며, 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

일단이 제1스캔라인에 연결된 발광부;

전원전압과 상기 발광부의 타단 사이에 형성된 제1박막트랜지스터부;

상기 전원전압과 상기 제1박막트랜지스터부의 게이트 사이에 형성되며 제2스캔라인에 게이트가 연결된 제2박막트랜지스터부;

상기 제1박막트랜지스터부와 접속된 상기 발광부의 타단과 데이터라인 사이에 형성되며 제3스캔라인에 게이트가 연결된 제3박막트랜지스터부; 및

상기 제2박막트랜지스터부에 일단이 연결되어 있고 상기 제1박막트랜지스터부와 상기 발광부의 타단에 공통으로 연결된 커패시터를 포함하는 전계발광소자.
제1항에 있어서,

상기 제1박막트랜지스터부, 상기 제2박막트랜지스터부 및 상기 제3박막트랜지스터부는 N-타입 모스트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
제1항에 있어서,

상기 제1스캔라인, 제2스캔라인 및 제3스캔라인은 동일한 스캔신호가 인가되는 동일 스캔라인인 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
제1항에 있어서,

상기 발광부는 유기물로 형성된 유기발광다이오드인 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
제4항에 있어서,

상기 발광부의 일단은 캐소드이고 타단은 애노드인 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
스캔라인에 제1신호를 인가하여 제2박막트랜지스터부와 제3박막트랜지스터부를 턴온시키며, 데이터라인에 화소 휘도에 따른 구동전류를 인가하여 제1박막트랜지스터부를 턴온시키고 상기 구동전류에 해당하는 전압이 커패시터에 저장되는 데이터 저장단계와;

상기 스캔라인에 제2신호를 인가하여 상기 제2박막트랜지스터부와 제3박막트랜지스터부를 턴오프시키며, 상기 커패시터에 저장된 데이터에 의해 상기 제1박막트랜지스터가 턴온되어 발광부를 발광시키는 발광부 구동단계를 포함하는 전계발광소자의 구동방법.
제6항에 있어서,

상기 제1신호는 전기적 하이(High) 신호이고, 상기 제2신호는 전기적 로우(Low) 신호인 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 구동방법.
제6항에 있어서,

상기 데이터 저장단계에 의해 상기 발광부의 캐소드에 높은 전압이 걸리게 되어 상기 발광부에 전류가 흐르지 않게 되고, 상기 제1박막트랜지스터부와 상기 제3박막트랜지스터부를 통해 상기 데이터라인 쪽으로 전원전압이 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 구동방법.
제6항에 있어서,

상기 데이터 저장단계에서는 임의에 프리차징 전류 또는 전압이 상기 데이터라인으로 공급되고 상기 커패시터와 상기 발광부가 연결된 단자에 상기 프리차징 전류 또는 전압이 충전되면, 상기 발광부의 캐소드에 높은 전압이 걸리게 되어 상기 발광부에 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 구동방법.
제9항에 있어서,

상기 프리차징 전압은 제1박막트랜지스터의 문턱전압에 해당하는 전압과 같은 일정 전압인 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 구동방법.
제9항에 있어서,

상기 프리차징 전압은 각 발광 휘도에 따라 다양하게 인가되는 데이터 전압인 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 구동방법.
제6항에 있어서,

상기 데이터 저장단계는 하나의 스캔시간(One Scan Time) 동안에 일어나는 단계이며, 상기 발광부 구동단계는 상기 스캔시간 이후에 일어나는 단계인 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 구동방법.
제6항에 있어서,

상기 발광부는 유기물로 형성된 유기발광다이오드인 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 구동방법.