KR100801375B1 - 유기 ｅｌ 소자 및 이의 구동방법 - Google Patents

유기 ｅｌ 소자 및 이의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동 TFT의 문턱전압이 쉬프트되는 현상을 최소화하고 문턱전압이 보상된 디지털 영상 데이터를 소스 드라이버에 공급함으로써 화소 간 휘도 불균일 문제를 해소하고 대면적의 패널을 용이하게 구현할 수 있는 유기 EL 소자 및 이의 구동방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 유기 EL 소자의 구동방법은 상기 스캔 라인으로부터 입력되는 스캔 신호 및 상기 제 2 신호 라인으로부터 입력되는 제 2 제어 신호는 하이 상태로 인가하고 상기 제 1 신호 라인으로부터 입력되는 제 1 제어 신호는 로우 상태로 인가하여, 상기 제 1 TFT를 턴-온시켜 상기 캐패시터(C)에 데이터 전압을 저장하는 제 1 단계와, 상기 스캔 신호와 제 1 제어 신호는 로우 상태, 제 2 제어 신호는 하이 상태로 인가하여 제 1 TFT는 턴-오프시키고 제 2 TFT는 턴-온시켜 상기 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 제 2 단계와, 상기 스캔 신호와 제 2 제어 신호는 로우 상태, 상기 제 1 제어 신호는 하이 상태로 인가하여 제 3 및 제 4 TFT를 턴-온시켜 상기 제 2 TFT의 문턱 전압이 상기 제 4 TFT를 거쳐 상기 센싱 라인에 전달되는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 ＥＬ 소자 및 이의 구동방법{Organic electro-luminescent display panel and driving method for the same}
도 1은 종래 기술에 따른 액티브 매트릭스형 유기 EL 소자의 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 액티브 매트릭스형 유기 EL 소자의 단위 구동 회로의 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 단위 구동 회로의 회로도.
도 4는 도 3의 회로 동작을 설명하기 위한 타이밍도.
도 5a 내지 도 5d는 도 4의 각 구간(t1, t2, t3, t4)에 상응하는 도 3의 회로 동작을 나타낸 회로도.
도 6은 <t3> 구간에서 제 2 TFT의 문턱 전압이 센싱되는 것을 나타낸 참고도.
도 7은 본 발명에 따른 유기 EL 소자에 의한 문턱전압 센싱 동작을 세가지 그레이 스케일에 대해 시뮬레이션한 참고도.
도 8은 종래 기술에 따른 유기 EL 소자의 문턱전압 쉬프트 현상을 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 유기 EL 소자에서 역전압을 인가하여 문턱전압 쉬프 트 현상이 완화되는 것을 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 제어부의 블록 구성도.
본 발명은 유기 EL 소자 및 이의 구동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구동 TFT의 문턱전압이 쉬프트되는 현상을 최소화하고 문턱전압이 보상된 디지털 영상 데이터를 소스 드라이버에 공급함으로써 화소 간 휘도 불균일 문제를 해소하고 대면적의 패널을 용이하게 구현할 수 있는 유기 EL 소자 및 이의 구동방법에 관한 것이다.
현재, 평판표시장치로서 액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display)가 주로 사용되고 있으나 액정표시장치는 별도의 광원을 필요로 하는 수광소자로서 밝기, 시야각 및 대면적화 등에 한계가 있다. 이에, 최근에는 자기발광, 저전압구동, 경량박형, 광시야각 및 빠른 응답속도 등의 장점을 갖고 있는 전계발광소자(Electro-luminescent display)의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 전계발광소자는 발광층(emitter layer)의 물질에 따라 무기 EL(Electro-Luminescent) 소자와 유기 EL 소자로 구분된다. 이 중에서, 유기 EL 소자는 무기 EL 소자에 비해 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 갖고 있다.
이러한 유기 EL 소자는 액티브 매트릭스(Active matrix) 또는 패시브 매트릭 스(Passive matrix)의 형태로 배열된 화소에 데이터 신호를 기입하여 유기발광다이오드의 발광하는 빛의 밝기를 조절하여 화상정보를 표시한다. 이를 위해 유기 EL 소자에는 영상을 표시하는 화소, 상기 화소를 구동하기 위한 구동회로가 구비되는데, 유기 EL 소자의 구조 및 동작을 보다 세부적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이 종래의 일반적인 액티브 매트릭스형 유기 EL 소자는 복수개의 스캔 라인(SL1, SL2, ··, SLn) 및 데이터 라인(DL1, DL2, ··, DLn)이 수직 교차되어 복수의 화소 영역이 정의되고 각각의 화소 영역에는 단위 구동회로가 구비되는 구조를 갖는다.
상기 각각의 단위 구동회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 스위칭 트랜지스터(T1), 구동 TFT(T2) 및 캐패시터(C)로 구성된다. 상기 스위칭 TFT는 스캔 라인과 데이터 라인 및 구동 TFT에 접속되고, 상기 구동 TFT는 전압 공급라인(Vdd) 및 유기발광다이오드(OLED) 사이에 접속되며, 상기 캐패시터(C)는 구동 TFT(T2)와 스위칭 TFT(T1) 사이인 노드(N)와 전압 공급라인(Vdd) 사이에 접속된다.
이와 같은 구성을 갖는 유기 EL 소자에 있어서, 스캔 라인에 하이(high) 상태의 스캔 신호가 인가되면 스위칭 TFT(T1)가 턴-온(turn on) 된다. 스위칭 TFT(T1)가 턴-온되면 데이터 라인으로부터 공급되는 데이터 전압이 노드(N)를 경유하여 캐패시터(C)에 저장된다. 상기 캐패시터(C)는 저장된 데이터 전압을 1 프레임 시간(frame time) 동안 홀딩(holding)시키며, 스캔 라인에 로우(low) 신호가 인가되어 스위칭 TFT(T1)가 턴-오프(turn off) 되면 저장된 데이터 전압을 구동 TFT(T2)에 공급하여 구동 TFT를 턴-온시킨다. 이에 따라, 유기발광다이오드(OLED) 는 전압 공급라인(Vdd)과 기저 전압(GND) 간의 전압차에 의해 턴-온되고 상기 전압 공급라인(Vdd)으로부터 공급되는 전류량에 비례하여 발광하게 된다.
종래의 유기 EL 소자에 있어서, 각각의 화소 영역에는 단위 구동회로가 구비되고 단위 구동회로는 스위칭 TFT(T1), 구동 TFT(T2) 및 캐패시터(C)로 구성되어, 각각의 화소에 구비되어 있는 유기발광다이오드(OLED)를 선택적으로 발광시키는 구조를 갖고 있다. 그런데, 종래의 단위 구동회로에 있어서 상기 구동 TFT(T2)의 문턱전압(threshold voltage)이 도 8에 도시한 바와 같이 시간의 흐름에 따라 증가하는 이른바, 문턱전압의 쉬프트(shift) 현상이 발생한다. 구동 TFT(T2)의 문턱전압이 변화하게 되면 유기발광다이오드(OLED)에 인가되는 전류값이 변화하게 되어 시간이 지날수록 발광하는 빛의 양이 줄어들게 된다.
또한, 각각의 화소에 입력되는 데이터 전압의 크기가 다르기 때문에 문턱전압이 쉬프트(shift)되는 크기가 서로 다르게 된다. 이로 인해, 동일한 계조(gray scale)를 표시하고자 하더라도 서로 다른 밝기가 출력되어 휘도가 불균일해지는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 구동 TFT의 문턱전압이 쉬프트되는 현상을 최소화하고 문턱전압이 보상된 디지털 영상 데이터를 소스 드라이버에 공급함으로써 화소 간 휘도 불균일 문제를 해소하고 대면적의 패널을 용이하게 구현할 수 있는 유기 EL 소자 및 이의 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 EL 소자는 일정 간격을 두고 수직 교차, 배치되는 복수개의 스캔 라인 및 데이터 라인에 의해 복수개의 단위 화소 영역이 정의되고 각각의 단위 화소 영역에 화소 및 단위 구동 회로가 구비되는 유기 EL 소자에 있어서, 상기 단위 구동 회로는, 제 1 TFT 내지 제 5 TFT와, 스캔 라인, 데이터 라인, 제 1 신호 라인, 제 2 신호 라인 및 센싱 라인을 포함하여 구성되며, 상기 제 1 TFT의 게이트 단자는 상기 스캔 라인과 연결되고, 상기 제 1 TFT의 제 1 단자는 상기 데이터 라인과 단락되며, 상기 제 2 TFT의 게이트 단자는 상기 제 1 TFT의 제 2 단자와 연결되고, 상기 제 2 TFT의 제 2 단자는 유기발광다이오드(OLED)와 연결되며, 상기 제 1 TFT의 제 2 단자와 제 2 TFT의 게이트 단자 사이에는 노드(N)가 구비되고 상기 노드(N)는 캐패시터(C)와 연결되며, 상기 제 3 TFT 및 제 4 TFT의 게이트 단자는 상기 제 1 신호 라인과 연결되고, 상기 제 5 TFT의 게이트 단자는 제 2 신호 라인과 연결되며, 상기 제 3 TFT의 제 2 단자는 상기 노드(N)와 접속되고, 상기 제 3 TFT의 제 1 단자는 제 4 TFT의 제 1 단자와 연결되며, 상기 제 4 TFT의 제 2 단자는 상기 센싱 라인과 단락되며, 상기 제 5 TFT의 제 1 단자는 전압 공급라인(Vdd)과 연결되고, 상기 제 5 TFT의 제 2 단자는 상기 제 2 TFT의 제 1 단자와 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 EL 소자의 구동방법은 상기 스캔 라인으로부터 입력되 는 스캔 신호 및 상기 제 2 신호 라인으로부터 입력되는 제 2 제어 신호는 하이 상태로 인가하고 상기 제 1 신호 라인으로부터 입력되는 제 1 제어 신호는 로우 상태로 인가하여, 상기 제 1 TFT를 턴-온시켜 상기 캐패시터(C)에 데이터 전압을 저장하는 제 1 단계와, 상기 스캔 신호와 제 1 제어 신호는 로우 상태, 제 2 제어 신호는 하이 상태로 인가하여 제 1 TFT는 턴-오프시키고 제 2 TFT는 턴-온시켜 상기 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 제 2 단계와, 상기 스캔 신호와 제 2 제어 신호는 로우 상태, 상기 제 1 제어 신호는 하이 상태로 인가하여 제 3 및 제 4 TFT를 턴-온시켜 상기 제 2 TFT의 문턱 전압이 상기 제 4 TFT를 거쳐 상기 센싱 라인에 전달되는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따르면, 단위 구동 회로를 구성하는 구동 TFT의 문턱전압을 주기적으로 센싱하고 센싱된 문턱전압을 이전에 센싱된 문턱전압과 비교하여 차이값을 디지털 영상 데이터에 적용함으로써 소스 드라이버에 인가되는 디지털 영상 데이터의 문턱전압을 적절히 보상할 수 있게 된다. 또한, 디스플레이 오프 상태에서 구동 TFT의 게이트 단자에 역전압을 인가시킴으로써 문턱전압의 쉬프트 현상을 완화시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 유기 EL 소자 및 이의 구동방법을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 유기 EL 소자는 수직 방향으로 일정 간격을 두고 배치되는 복수개의 스캔 라인과, 수평 방향으로 일정 간격을 두고 배치되는 복수개의 데이터 라인을 구비한다. 상기 게이트 라인과 데이터 라인들은 수직 교차되며, 수직 교차되는 스캔 라인과 데이터 라인에 의해 복수개의 단위 화소 영역이 정의된다. 또한, 상기 각각의 단위 화소 영역에는 화소 및 단위 구동 회로가 구비되며 상기 화소는 상기 단위 구동 회로의 동작에 의해 선택적으로 온/오프(on/off)된다.
이하에서는, 단위 화소 영역을 구성하는 화소 및 단위 구동 회로를 중심으로 본 발명에 따른 유기 EL 소자를 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 단위 화소 영역의 회로도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 단위 화소 영역의 회로는 기본적으로, 서로 수직 교차하는 스캔 라인(SL)과 데이터 라인(DL)을 구비하며 또한, 상기 스캔 라인(SL)으로부터 공급되는 스캔 신호에 의해 선택적으로 온/오프되는 제 1 TFT(T1)와 상기 데이터 라인(DL)으로부터 공급되는 데이터 신호에 의해 구동되는 제 2 TFT(T2)을 구비한다. 상기 제 1 TFT(T1)와 제 2 TFT(T2)은 각각 종래 기술에서 언급한 스위칭 TFT와 구동 TFT에 상응하는 역할을 수행한다.
상기의 구성 요소 이외에 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 단위 화소 영역의 회로에는 3개의 TFT 및 3개의 라인이 더 구비된다. 여기서, 상기 3개의 TFT는 제 3 TFT(T3), 제 4 TFT(T4) 및 제 5 TFT(T5)이고, 상기 3개의 라인은 제 1 신호 라인, 제 2 신호 라인 및 센싱 라인이다. 또한, 상기 제 1, 제 2 신호 라인 및 센싱 라인 이외에 유기발광다이오드(OLED)에 전원을 공급하는 전압 공급라인(Vdd)이 상기 데이터 라인의 개수에 상응하는 만큼 구비된다. Y
상기 제 1 내지 제 5 TFT 및 상기 5개의 라인(스캔 라인, 데이터 라인, 제 1 및 제 2 신호 라인, 센싱 라인)의 배치 관계를 세부적으로 살펴보면 다음과 같다. 참고로, 상기 5개의 각각의 트랜지스터는 소스 단자 및 드레인 단자를 구비하는데 이를 제 1 단자, 제 2 단자로 명명하고, 제 1 단자가 소스 단자 또는 드레인 단자 중 어느 하나일 경우 제 2 단자는 나머지 단자를 의미하는 것으로 정의하기로 한다. 또한, 상기 5개의 트랜지스터는 n형 트랜지스터 또는 p형 트랜지스터로 구성될 수 있는데, 이하의 설명에서는 n형 트랜지스터로 구성되는 것을 중심으로 기술하기로 한다.
먼저, 전술한 바와 같이 상기 제 1 TFT(T1)는 상기 스캔 라인(SL)으로부터 공급되는 스캔 신호에 의해 선택적으로 온/오프되며, 상기 제 2 TFT(T2)는 상기 데이터 라인(DL)으로부터 공급되는 데이터 신호에 의해 구동되는데, 이를 구현하기 위해 제 1 TFT(T1)의 게이트 단자는 상기 스캔 라인과 연결되고, 상기 제 1 TFT(T1)의 제 1 단자는 상기 데이터 라인과 단락(short)된다. 또한, 상기 제 2 TFT(T2)의 게이트 단자는 상기 제 1 TFT(T1)의 제 2 단자와 연결되어 상기 데이터 라인으로부터 전송되는 데이터 신호를 선택적으로 공급받는다.
상기 제 1 TFT(T1)의 제 2 단자와 제 2 TFT의 게이트 단자 사이에는 노드(N)가 구비되며, 상기 노드(N)는 캐패시터(C)와 연결된다. 또한, 상기 제 2 TFT(T2)의 제 2 단자는 유기발광다이오드(OLED)와 연결된다.
한편, 제 3 및 제 4 TFT(T3, T4)의 게이트 단자는 제 1 신호 라인과 연결되고, 상기 제 5 TFT(T5)의 게이트 단자는 제 2 신호 라인과 연결된다. 상기 제 3 TFT(T3)의 제 2 단자는 상기 노드(N)와 접속되고, 상기 제 3 TFT(T3)의 제 1 단자 는 제 4 TFT(T4)의 제 1 단자와 연결되며 제 4 TFT(T4)의 제 2 단자는 상기 센싱 라인과 단락된다. 상기 제 5 TFT(T5)의 제 1 단자는 전압 공급라인(Vdd)과 연결되며 제 5 TFT(T5)의 제 2 단자는 제 2 TFT(T2)의 제 1 단자와 연결된다. 이 때, 상기 제 5 TFT(T5)의 제 2 단자와 제 2 TFT의 제 1 단자 사이의 도선은 상기 제 3 TFT(T3)의 제 1 단자와 제 4 TFT(T4)의 제 1 단자 사이의 도선과 단락되어 있다. 여기서, 상기 센싱 라인은 각 데이터 라인마다 구비되고 각 데이터 라인에 연결되는 단위 화소에 공통으로 연결된다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 단위 구동 회로의 동작을 도 4 및 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 4는 도 3의 회로 동작을 설명하기 위한 타이밍도로서, 도 4의 타이밍도는 시계열적으로 t1, t2, t3, t4의 구간으로 구분할 수 있으며 이하에서는 각 구간별로 회로 동작을 설명하기로 한다. 도 5a 내지 도 5d는 도 4의 각 구간(t1, t2, t3, t4)에 상응하는 도 3의 회로 동작을 나타낸 회로도이고, 도 6은 <t3> 구간에서 제 2 TFT의 문턱 전압이 센싱되는 것을 나타낸 참고도이다. 참고로, 상기 도 5a 내지 도 5d에서 실선 부분은 전류가 흐르는 영역을 나타낸 것이고 점선 부분은 전류가 흐르지 않는 부분을 나타낸 것이다.
먼저, <t1> 구간은 충전 구간으로서 상기 스캔 라인으로부터 입력되는 스캔 신호는 하이(high) 상태로 인가되고 상기 제 1 신호 라인 및 제 2 신호 라인으로부터 각각 입력되는 제 1 제어 신호, 제 2 제어 신호는 로우(low) 상태로 인가된다. 상기 스캔 신호가 하이 상태임에 따라 상기 제 1 TFT는 턴-온(turn on)되고 상기 제 1 TFT가 턴-온됨으로 인해 상기 데이터 라인으로부터 공급되는 데이터 전압이 상기 노드(N)를 경유하여 상기 캐패시터(C)에 저장된다. 이 때, 제 2 제어 신호가 로우 상태임에 따라 제 5 TFT는 턴-오프되어 상기 전압 공급라인(Vdd)으로부터 상기 유기발광다이오드(OLED)로 전류가 공급되지 않는다.
다음으로, <t2> 구간은 발광 구간으로서 스캔 신호와 제 1 제어 신호는 로우 상태, 제 2 제어 신호는 하이 상태로 인가된다. 스캔 신호가 로우 상태임에 따라 제 1 TFT(T1)은 턴-오프되고 이에 따라, 상기 캐패시터(C)로의 전압 공급은 중단된다. 반면, 상기 캐패시터(C)에 저장된 전압이 제 2 TFT(T2)의 게이트 단자에 인가되어 제 2 TFT가 턴-온된다. 이와 동시에, 제 5 TFT의 게이트 단자에는 하이 상태의 제 2 제어 신호가 인가됨에 따라 제 5 TFT가 턴-온된다. 이와 같이, 제 2 TFT 및 제 5 TFT가 모두 턴-온됨으로 인해 상기 전압 공급라인(Vdd)으로부터 상기 유기발광다이오드(OLED)에 전류가 공급되고 이에 따라 유기발광다이오드(OLED)가 발광하게 된다.
다음으로, <t3> 구간은 제 2 TFT의 문턱전압(threshold voltage)을 센싱하는 구간으로서 스캔 신호와 제 2 제어 신호는 로우 상태, 제 1 제어 신호는 하이 상태로 인가된다. 제 1 제어 신호가 하이 상태로 인가됨에 따라 제 3 및 제 4 TFT(T3, T4)가 모두 턴-온된다. 제 4 TFT(T4)가 턴-온됨으로 인해 제 4 TFT의 제 2 단자는 상기 센싱 라인과 전기적으로 연결되며 이에 따라, 상기 노드(N)의 전압이 제 3 및 제 4 TFT를 거쳐 상기 센싱 라인으로 전달된다. 여기서, 상기 노드에서 센싱되는 전압은 제 2 TFT(T2)의 게이트 전압(Vg)에 상응하는 것으로서, 상기 노드(N)에서 센싱되는 전압으로부터 제 2 TFT의 문턱전압(Vth)을 알 수 있게 된다.
상기 문턱전압 센싱 과정의 원리를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 상기 센싱 라인 자체에는 기생 캐패시턴스(Cp)가 존재하기 때문에 상기 <t3> 구간의 초기에는 상기 센싱 라인으로부터 상기 제 2 TFT(T2)로 전류가 공급되어 공통 캐소드를 통해 통과된다. 이 때, 상기 제 2 TFT(T2)는 상기 캐패시터(C)에 잔류되어 있는 전압에 의해 턴-온을 유지하고 있는 상태이다.
이와 같이 상기 센싱 라인으로부터 공통 캐소드로 전류가 일정 시간 이상 흐르게 되면 상기 노드(N)는 전압 공급라인(Vdd)으로부터 분리되어 있기 때문에 기생 캐패시턴스(Cp)와 캐패시터(C)의 전하들이 빠져나가기 때문에 상기 노드(N)의 전압은 점차 떨어지게 된다(도 6의 (a)의 참조). 상기 노드(N)의 전압은 제 2 TFT(T2)의 게이트 전압을 의미하므로 상기 노드(N)의 전압이 제 2 TFT의 문턱전압(Vth)보다 낮은 값으로 떨어지게 되면 상기 제 2 TFT는 턴-오프되고 이에 따라, 상기 센싱 라인으로부터 공통 캐소드로 더 이상 전류가 흐르지 않게 된다. 상기 센싱 라인으로부터 공통 캐소드로 전류가 흐르지 않게 된다는 것은 상기 노드(N)의 전압이 일정하게 유지함(도 6의 (b) 참조)을 의미하며, 이 때 일정하게 유지되는 노드(N)의 전압이 제 2 TFT의 문턱전압(Vth)이 된다. 참고로, 도 7은 본 발명에 따른 유기 EL 소자에 의한 문턱전압 센싱 동작을 세가지 그레이 스케일에 대해 시뮬레이션한 참고도로서, 도 7에 도시한 바와 같이 문턱전압 센싱 구간 즉, <t3> 구간에서 노드(N)의 전압 시간에 따라 떨어지고 소정 시간이 경과한 후에는 노드(N)의 전압이 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
상기 노드(N)에서 센싱된 전압 즉, 제 2 TFT(T2)의 문턱전압(Vth)은 상기 센싱 라인을 거쳐 소스 드라이버(Source driver)로 전달되며 최종적으로 제어부에 입력된다. 상기 제어부는 입력된 문턱전압값에 대해 소정의 문턱전압 보상과정을 진행하여 보상된 문턱전압값을 산출하는데, 상기 제어부에 의한 문턱전압 보상과정은 후술하여 상세히 설명하기로 한다.
한편, 상기 <t3> 구간을 진행함에 있어서, 상기 센싱 라인 자체에 기생 캐패시턴스(Cp)가 존재하는데 센싱 라인의 기생 캐패시턴스는 노드(N)의 캐패시턴스보다 크기 때문에 상기 캐패시터(C)의 전압이 센싱 라인의 전압에 가깝게 변하게 된다. 이에 따라, 센싱 라인의 전하(charge)가 상기 캐패시터(C)에 전달되어 유기발광다이오드(OLED)가 불필요하게 발광하게 된다. 예를 들어 설명하면, 블랙(B)에 상응하는 데이터 신호가 인가되는 경우 유기발광다이오드가 발광되지 않아야 하나, 센싱 라인의 기생 캐패시턴스에 의해 상기 캐패시터(C)에 전하가 유입되고 이로 인해 유기발광다이오드가 발광하게 되는 것이다. 이와 같은 현상은 유기 EL 소자의 명암비(contrast ration)를 저하시키는 요인으로 작용하게 된다. 이와 같은 현상을 방지하기 위해서 상기 <t3> 구간을 진행함에 있어서, 해당 단위 화소 영역의 데이터 라인에 인가되는 데이터 전압에 상응하는 전압을 상기 센싱 라인에 인가해 주는 것이 바람직하다.
이상의 <t1> 내지 <t3>의 일련의 과정은 1 프레임 타임을 의미하며, 1 프레임 타임 내에서 상기 <t3>의 센싱 과정이 진행된다. 그런데, 상기와 같은 문턱전압 센싱은 매 프레임 타임마다 진행될 필요는 없다. 그 이유는 도 8에 도시한 바와 같 이 문턱전압의 쉬프트(shift) 현상이 실시간으로 보상해주어야 할 만큼 빠르게 일어나지 않기 때문이다. 따라서, 상기 문턱전압의 센싱은 유기 EL 소자의 전체 데이터 라인의 개수에 1 프레임 타임을 곱한 시간에 한 번 꼴로 진행하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 <t1> 내지 <t3> 구간이 진행된 상태에서 역전압(negative bias) 인가 과정 즉, <t4> 구간이 진행된다. 그런데, 상기 <t4> 구간은 상기 <t1> 내지 <t4> 구간이 완료된 상태에서 진행되나 상기 <t1> 내지 <t3> 구간과 시계열적으로 직접적으로 연결되지는 않는다. 상기 <t1> 내지 <t3> 구간은 1 프레임 타임 내에서 연속적으로 진행되나, 상기 <t4> 구간은 상기 <t3> 구간의 종료와는 무관하게 디스플레이 오프(display-off)된 시간에 진행되기 때문이다. 여기서, 디스플레이 오프(display-off) 상태란 스캔 라인에 스캔 신호가 공급되지 않고 데이터 라인에 영상 신호가 인가되지 않는 상태 즉, 화면이 꺼진 상태를 의미한다.
이와 같은 전제 하에서 상기 <t4> 구간을 살펴보면 다음과 같다. <t4> 구간은 데이터 라인에 역전압을 인가하는 구간으로서 스캔 신호와 제 1 제어 신호는 하이 상태, 제 2 제어 신호는 로우 상태로 인가된다. 여기서, 상기 스캔 신호와 제 1 제어 신호가 하이 상태로 인가된다는 것은 <t4>의 구간이 스캔 신호와 영상 신호가 인가되지 않는 디스플레이 오프된 상태임을 고려할 때 모순적인 상황일 수 있으나, 상기 스캔 신호와 제 1 제어 신호가 하이 상태이라 함은 데이터 라인에 인가되는 전압 신호에 비교하여 상대적으로 하이 상태임을 의미한다. 예를 들어, 데이터 라인에 인가되는 전압 신호가 -20V 이고, 스캔 신호와 제 1 제어 신호가 -6V 인 경우 상기 스캔 신호와 제 1 제어 신호는 상기 데이터 라인에 인가되는 전압 신호에 비해 하이 상태라 할 수 있다.
이와 같이, 스캔 라인에 하이 상태의 전압 신호가 인가됨에 따라 제 1 TFT(T1)은 턴-온되고 이에 따라, 상기 캐패시터(C)에는 상기 데이터 라인으로부터 인가되는 역전압이 저장된다. 상기 데이터 라인을 통해 공급되는 역전압은 문턱전압의 쉬프트 정도에 따라 다양하게 적용할 수 있는데 본 발명의 실시예에서는 -5V ∼ -20V를 제시한다.
상기 <t4> 구간을 통해, 디스플레이 오프 상태에서 데이터 라인에 역전압을 인가하게 되면 도 9에 도시한 바와 같이 <t4> 구간을 진행하지 않는 경우에 대비하여 문턱전압의 쉬프트 현상을 완화할 수 있게 된다.
한편, 상기 <t4> 구간을 통해 문턱전압이 쉬프트되는 현상을 일정 부분 완화시킬 수 있으나, 문턱전압의 쉬프트 현상을 근본적으로 해결할 수는 없다. 이에, 본 발명에서는 상기 <t3> 구간을 통해 센싱된 문턱전압에 대한 보상 과정을 제시하고자 한다.
전술한 바와 같이, 센싱 라인으로부터 센싱된 제 2 TFT의 문턱전압은 센싱 라인 및 소스 드라이버를 거쳐 최종적으로 제어부(도 10의 100)로 전달되고 상기 제어부에서 소정의 문턱전압 보상 과정이 진행된다. 이하에서는, 상기 제어부의 구성 및 이를 통한 문턱전압 보상 과정을 상세히 설명하기로 한다.
상기 제어부(100)는 도 10에 도시한 바와 같이 ADC(Analog-Digital Converter)(106), 문턱전압 저장부, 영상 데이터 저장부(103), 감마 기준전압 생성 부(102), 타이밍 콘트롤러(104) 및 영상 제어부(101)의 조합으로 이루어진다.
상기 ADC(106)는 소스 드라이버로부터 공급되는 제 2 TFT의 문턱전압값을 디지털 문턱전압값으로 변환하는 역할을 한다. 여기서, 상기 소스 드라이버로부터 공급되는 제 2 TFT의 문턱전압값은 특정 프레임 타임에서 상기 센싱 라인으로부터 전달된 제 2 TFT의 문턱전압값이다. 상기 문턱전압 저장부(105)는 상기 ADC(106)로부터 제 2 TFT의 문턱전압값을 전달받아 저장하는 역할을 수행한다. 상기 문턱전압 저장부(105)는 다수의 프레임 버퍼로 구성될 수 있으며 특정 프레임마다 센싱된 문턱전압은 상기 각각의 프레임 버퍼 내에 저장될 수 있다.
상기 영상 데이터 저장부(103)는 디지털 영상 데이터를 저장하고 상기 영상 제어부(101)의 제어 하에 상기 디지털 영상 데이터를 상기 감마 기준전압 생성부(102)에 전달하는 역할을 수행한다. 상기 감마 기준전압 생성부(102)는 상기 영상 데이터 저장부(103)의 디지털 영상 데이터와 전원 공급부(도시하지 않음)로부터 공급되는 최대 및 최소 전압을 이용하여 감마 기준전압을 생성하는 역할을 한다.
상기 영상 제어부(101)는 상기 문턱전압 저장부(105)에 저장되어 있는 문턱전압 즉, 상기 소스 드라이버로부터 새로 입력된 문턱전압(이하, 신규 문턱전압)과 이전에 저장되어 있는 문턱전압(이하, 기준 문턱전압)을 비교하여 신규 문턱전압과 기준 문턱전압 사이의 차이값을 추출하는 역할을 한다. 또한, 상기 영상 제어부(101)는 상기 추출된 문턱전압 차이값과 상기 감마 기준전압 생성부(102)로부터 전달받은 감마 기준전압을 상기 영상 데이터 저장부(103)의 디지털 영상 데이터에 적용하여 상기 타이밍 콘트롤러(104)에 전달하는 역할을 수행한다.
상기 타이밍 콘트롤러(104)는 상기 영상 제어부(101)로부터 공급된 디지털 영상 데이터 즉, 문턱전압 차이값 및 감마 기준전압이 적용된 디지털 영상 데이터를 타이밍 신호에 맞추어 상기 소스 드라이버에 공급하는 역할을 한다.
이상의 구성을 갖는 상기 제어부(100)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 센싱 라인에 의해 센싱된 제 2 TFT의 문턱전압이 상기 소스 드라이버를 거쳐 상기 제어부(100)의 ADC(106)에 전달된다. 상기 ADC(106)는 해당 문턱전압값을 디지털 문턱전압값으로 변환시키고 변환된 디지털 문턱전압값은 상기 문턱전압 저장부(105)에 저장된다.
한편, 상기 감마 기준전압 생성부(102)는 상기 영상 데이터 저장부(103)에 저장되어 있는 디지털 영상 데이터와 전원 공급부로부터 공급되는 최대 및 최소 전압을 이용하여 감마 기준전압을 생성한다.
이와 같은 상태에서, 상기 영상 제어부(101)는 신규 문턱전압과 기준 문턱전압 사이의 차이값 및 상기 감마 기준전압을 상기 영상 데이터 저장부(103)의 디지털 영상 데이터에 적용한다. 이를 통해 해당 디지털 영상 데이터의 문턱전압이 보상된다. 이어, 문턱전압이 보상된 디지털 영상 데이터는 타이밍 신호에 따라 상기 타이밍 콘트롤러(104)를 통해 상기 소스 드라이버로 공급된다.
본 발명에 따른 유기 EL 소자 및 이의 구동방법은 다음과 같은 효과가 있다.
단위 구동 회로를 구성하는 구동 TFT의 문턱전압을 주기적으로 센싱하고 센 싱된 문턱전압을 이전에 센싱된 문턱전압과 비교하여 차이값을 디지털 영상 데이터에 적용함으로써 소스 드라이버에 인가되는 디지털 영상 데이터의 문턱전압을 적절히 보상할 수 있게 된다. 또한, 디스플레이 오프 상태에서 구동 TFT의 게이트 단자에 역전압을 인가시킴으로써 문턱전압의 쉬프트 현상을 완화시킬 수 있게 된다.
이와 같이 문턱전압을 적절히 보상하고 문턱전압의 쉬프트 현상을 최소화할 수 있음에 따라 대형 패널의 구현이 용이하게 된다.

Claims (13)

  1. 일정 간격을 두고 수직 교차, 배치되는 복수개의 스캔 라인 및 데이터 라인에 의해 복수개의 단위 화소 영역이 정의되고 각각의 단위 화소 영역에 화소 및 단위 구동 회로가 구비되는 유기 EL 소자에 있어서,
    상기 단위 구동 회로는, 제 1 TFT 내지 제 5 TFT와, 스캔 라인, 데이터 라인, 제 1 신호 라인, 제 2 신호 라인 및 센싱 라인을 포함하여 구성되며,
    상기 제 1 TFT의 게이트 단자는 상기 스캔 라인과 연결되고, 상기 제 1 TFT의 제 1 단자는 상기 데이터 라인과 단락되며,
    상기 제 2 TFT의 게이트 단자는 상기 제 1 TFT의 제 2 단자와 연결되고, 상기 제 2 TFT의 제 2 단자는 유기발광다이오드(OLED)와 연결되며,
    상기 제 1 TFT의 제 2 단자와 제 2 TFT의 게이트 단자 사이에는 노드(N)가 구비되고 상기 노드(N)는 캐패시터(C)와 연결되며,
    상기 제 3 TFT 및 제 4 TFT의 게이트 단자는 상기 제 1 신호 라인과 연결되고, 상기 제 5 TFT의 게이트 단자는 제 2 신호 라인과 연결되며,
    상기 제 3 TFT의 제 2 단자는 상기 노드(N)와 접속되고, 상기 제 3 TFT의 제 1 단자는 제 4 TFT의 제 1 단자와 연결되며, 상기 제 4 TFT의 제 2 단자는 상기 센싱 라인과 단락되며,
    상기 제 5 TFT의 제 1 단자는 전압 공급라인(Vdd)과 연결되고, 상기 제 5 TFT의 제 2 단자는 상기 제 2 TFT의 제 1 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 유 기 EL 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 5 TFT의 제 2 단자와 제 2 TFT의 제 1 단자 사이의 도선은 상기 제 3 TFT의 제 1 단자와 제 4 TFT의 제 1 단자 사이의 도선과 단락된 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 센싱 라인은 각 데이터 라인에 연결되는 화소에 공통으로 연결, 배치되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 TFT 내지 제 5 TFT는 n형 트랜지스터 또는 p형 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 센싱 라인으로부터 상기 제 2 TFT의 문턱전압을 소스 드라이버를 거쳐 입력받아 해당 제 2 TFT의 문턱전압을 이용하여 문턱전압이 보상된 디지털 영상 데이터를 상기 소스 드라이버로 공급하는 역할을 수행하는 제어부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 센싱 라인으로부터 상기 소스 드라이버를 거쳐 전달된 상기 제 2 TFT의 문턱전압값을 디지털 문턱전압값으로 변환하는 ADC(Analog-Digital Converter)와,
    상기 ADC에 의해 변환된 디지털 문턱전압값을 일정 시간 간격으로 저장하는 문턱전압 저장부와,
    디지털 영상 데이터를 저장하는 영상 데이터 저장부와,
    상기 영상 데이터 저장부의 디지털 영상 데이터를 이용하여 감마 기준전압을 생성하는 감마 기준전압 생성부와,
    상기 문턱전압 저장부에 새로 입력되는 문턱전압과 기 저장되어 있는 문턱전압 사이의 차이값을 추출하고, 해당 문턱전압 차이값과 상기 감마 기준전압 생성부에 의해 생성된 감마 기준전압을 상기 영상 데이터 저장부의 디지털 영상 데이터에 적용하여 문턱전압이 보상된 디지털 영상 데이터를 생성하는 영상 제어부와,
    상기 영상 제어부로부터 문턱전압이 보상된 디지털 영상 데이터를 전달받아 타이밍 신호에 따라 해당 디지털 영상 데이터를 상기 소스 드라이버에 공급하는 역할을 수행하는 타이밍 콘트롤러를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  7. 제 1 항의 유기 EL 소자의 구동방법에 있어서,
    상기 스캔 라인으로부터 입력되는 스캔 신호 및 상기 제 2 신호 라인으로부터 입력되는 제 2 제어 신호는 하이 상태로 인가하고 상기 제 1 신호 라인으로부터 입력되는 제 1 제어 신호는 로우 상태로 인가하여, 상기 제 1 TFT를 턴-온시켜 상기 캐패시터(C)에 데이터 전압을 저장하는 제 1 단계와,
    상기 스캔 신호와 제 1 제어 신호는 로우 상태, 제 2 제어 신호는 하이 상태로 인가하여 제 1 TFT는 턴-오프시키고 제 2 TFT는 턴-온시켜 상기 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 제 2 단계와,
    상기 스캔 신호와 제 2 제어 신호는 로우 상태, 상기 제 1 제어 신호는 하이 상태로 인가하여 제 3 및 제 4 TFT를 턴-온시켜 상기 제 2 TFT의 문턱 전압이 상기 제 4 TFT를 거쳐 상기 센싱 라인에 전달되는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 구동방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 TFT의 문턱 전압이 상기 센싱 라인에 전달되는 제 3 단계는,
    상기 센싱 라인의 기생 캐패시턴스에 의해 상기 센싱 라인으로부터 상기 제 2 TFT로 전류가 흐름과 동시에 상기 노드(N)의 전압이 떨어지는 제 1 과정과,
    상기 노드(N)의 전압이 상기 제 2 TFT의 문턱 전압에 상응하는 값으로 떨어지고, 해당 제 2 TFT의 문턱 전압에 상응하는 값으로 떨어진 상기 노드(N)의 전압 이 상기 센싱 라인에 전달되는 제 2 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 구동방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 3 단계의 진행 초기에, 해당 단위 구동 회로의 데이터 라인에 인가되는 데이터 신호에 상응하는 전압을 상기 센싱 라인에 인가하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 구동방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 디스플레이 오프 상태에서,
    상기 스캔 신호와 제 1 제어 신호는 하이 상태, 상기 제 2 제어 신호는 로우 상태로 인가하고 상기 데이터 라인에 역전압을 인가하여 상기 캐패시터(C)에 역전압을 저장시키는 제 4 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 구동방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 스캔 신호는 역전압이며, 상기 데이터 라인에 인가되는 역전압에 비해 상대적으로 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 구동방법.
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