KR100810505B1 - 디스플레이장치 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이장치 및 그 구동방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디스플레이장치는 절연기판과; 상기 절연기판 상에 형성되어 있으며 반도체층을 갖는 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터와; 상기 구동 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 있는 제1전극과; 상기 제1전극 상에 형성되어 있는 발광층과; 상기 발광층에 소정 레벨의 공통전압을 인가하는 제2전극과; 상기 스위칭 트랜지스터에 제1전압 내지 제2 전압 범위의 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동부를 포함하고, 상기 제1전압, 상기 제2전압 및 상기 공통전압은 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
[수학식1] 제1전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 블랙전압
[수학식2]제2전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 화이트 전압
이에 의해 명확한 계조가 표시되는 디스플레이장치 및 그 구동방법이 제공된다.

Description

디스플레이장치 및 그 구동방법{DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD OF THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이장치의 화소에 대한 등가회로도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이장치의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이장치의 유기발광층에 인가되는 전류 및 전압을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이장치의 제어블럭도이고,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이장치의 전압 생성을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이장치의 샤시와 컨트롤 보드의 결합을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 디스플레이장치의 간략 회로도를 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 디스플레이장치의 구동방법을 설명하기 위한 제어흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 절연기판 121 : 반도체층
141 : 제1절연막 142 : 제2절연막
151 : 게이트 전극 161, 171 : 컬러필터층
180 : 유기발광층 190 : 공통전극
200 : 전원공급부 201 : 제1접지단
202 : 네거티브단 300 : 컨트롤 보드
301 : 기준전원단 302 : 제2접지단
310 : 데이터 구동부 320 : 게이트 구동부
330 : 레귤레이터 340 : 체결부
400 : 샤시
본 발명은 디스플레이장치 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리 실리콘을 포함하는 디스플레이장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
최근 기존의 브라운관을 대체하여 액정표시장치와 유기전계발광장치(OLED)와 같은 평판표시장치(flat panel display)가 많이 사용되고 있다.
유기전계발광장치는 전자와 정공을 공급받아 빛을 발광하는 유기발광층을 포함하며, 저전압 구동, 경량 박형, 광시야각 그리고 고속응답 등의 장점으로 인하 여 각광 받고 있다. 유기전계발광장치 역시 박막트랜지스터를 포함하며, 유기발광층의 발광강도는 박막트랜지스터에 연결된 화소전극으로부터 공급받는 정공량에 의해 결정된다.
박막트랜지스터에 포함되는 반도체층은 비정질 실리콘(a-Si) 또는 비정질 실리콘을 결정화한 폴리 실리콘로 이루어질 수 있다. 폴리 실리콘으로 박막트랜지스터를 제조하는 경우, 이동도가 우수하기 때문에 구동회로를 기판 상에 실장할 수 있으며, 대면적 고밀도 집적이 가능하고, 박막트랜지스터를 작게 설계할 수 있기 때문에 개구율에 유리한 장점이 있다.
한편, 반도체층은 박막트랜지스터의 품질에 큰 영향을 주며, 이는 유기전계발광장치의 표시품질과 직결된다. 만약 반도체층의 특성을 고려한 전압이 인가되지 않는 경우 적절한 계조를 표현할 수 없는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 명확한 계조가 표시되는 디스플레이장치 및 그 구동방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 절연기판과; 상기 절연기판 상에 형성되어 있으며 반도체층을 갖는 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터와; 상기 구동 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 있는 제1전극과; 상기 제1전극 상에 형성되어 있는 발광층과; 상기 발광층에 소정 레벨의 공통전압을 인가하는 제2전극과; 상기 스위칭 트랜지스터에 제1전압 내지 제2 전압 범위의 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동 부를 포함하고, 상기 제1전압, 상기 제2전압 및 상기 공통전압은 다음 식을 만족하는 디스플레이장치에 의하여 달성된다.
[수학식 1]
제1전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 블랙전압
[수학식2]
제2전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 화이트 전압
(블랙전압= 제일 낮은 계조를 표현하기 위한 구동 트랜지스터의 게이트-소스 전압(VGS), 화이트 전압= 제일 높은 계조를 표현하기 위한 구동 트랜지스터의 게이트-소스 전압(VGS))
한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 실리콘과 불소를 포함하는 반도체층을 갖는 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터와, 상기 구동 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 있는 제1전극과, 상기 제1전극 상에 형성되어 있는 발광층과, 상기 발광층에 소정 레벨의 공통전압을 인가하는 제2전극이 형성되어 있는 표시패널을 마련하는 단계와; 상기 구동 트랜지스터의 게이트-소스전압(Vgs)에 대한 드레인-소스 전류(Ids)로부터 블랙전압 및 화이트 전압의 범위를 검출하는 전압검출단계와; 다음 식을 만족하도록 상기 스위칭 트랜지스터에 인가되는 제1전압 내지 제2전압 범위의 데이터 전압 및 상기 공통전압을 설정하는 전압설정단계와;
[수학식 1] 제1전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 블랙전압
[수학식 2] 제2전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 화이트 전압
(블랙전압= 제일 낮은 계조를 표현하기 위한 구동 트랜지스터의 게이트-소스 전압(VGS), 화이트 전압= 제일 높은 계조를 표현하기 위한 구동 트랜지스터의 게이트-소스 전압(VGS))
설정된 상기 제1전압, 상기 제2전압 및 상기 공통전압을 상기 표시패널에 인가하는 전압인가단계를 포함하는 디스플레이장치의 구동방법에 의해서도 달성될 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 설명한다.
여러 실시예에 있어서 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하였으며, 동일한 구성요소에 대하여는 제1실시예에서 대표적으로 설명하고 다른 실시예에서는 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이장치의 화소에 대한 등가회로도이다.
하나의 화소에는 복수의 신호선이 마련되어 있다. 신호선은 주사신호를 전달하는 게이트선, 데이터 신호를 전달하는 데이터선 그리고 구동 전압을 전달하는 구동 전압선을 포함한다. 데이터선과 구동 전압선은 서로 인접하여 나란히 배치되어 있으며, 게이트선은 데이터선 및 구동 전압선과 수직을 이루며 연장되어 있다.
각 화소는 유기발광층(LD), 스위칭 트랜지스터(Tsw), 구동 트랜지스터(Tdr), 축전기(C)를 포함한다.
스위칭 트랜지스터(Tsw)는 게이트 전극에 해당하는 제어 단자, 드레인 전극에 해당하는 입력 단자 및 소스 전극에 해당하는 출력 단자를 가지며, 제어 단자는 게이트선에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선에 연결되어 있으며, 출력 단자는 구동 트랜지스터(Tdr)의 제어 단자인 게이트 전극에 연결되어 있다. 스위칭 트랜지스터(Tsw)는 게이트선에 인가되는 주사 신호에 따라 데이터선에 인가되는 데이터 전압을 구동 트랜지스터(Tdr)에 전달한다.
구동 트랜지스터(Tdr) 또한 제어 단자, 입력 단자 및 출력단자를 가지며, 제어단자는 스위칭 트랜지스터(Tsw)에 연결되어 있고, 입력 단자는 구동 전압선에 연결되어 있으며, 출력 단자는 유기발광층(light diode layer; LD)에 연결되어 있다.
유기발광층(LD)은 구동 트랜지스터(Tdr)의 출력 단자에 연결되는 애노드(anode)와 공통전압(Vcom)에 연결되어 있는 캐소드(cathode)를 가진다. 유기 발광층(LD)은 구동 트랜지스터(Tdr)의 출력 전류(IDS)에 따라 세기를 달리하여 발광함으로써 영상을 표시한다. 구동 트랜지스터(Tdr)의 출력 전류(IDS)는 제어 단자와 출력 단자 사이에 걸리는 게이트-소스 전압(VGS)에 따라 그 크기가 달라진다. 유기발광층(LD)이 고유의 문턱전압(threshold voltage; Vth)을 가지지 때문에 게이트-소스 전압(VGS)은 공통전압(Vcom) 및 문턱전압(Vth)을 고려하여 조절되어야 한다. 게 이트-소스 전압(VGS)이 적정 범위로 형성되어야 유기발광층(LD)에 의하여 낮은 계조인 블랙부터 높은 계조인 화이트가 표현될 수 있다. 이하 본 발명에서는 제일 낮은 계조인 블랙을 표현하기 위한 게이트-소스 전압(VGS)을 블랙전압으로, 제일 높은 계조인 화이트를 표현하기 위한 게이트-소스 전압(VGS)을 화이트 전압으로 정의한다.
축전기(C)는 구동 트랜지스터(Tdr)의 제어 단자와 입력단자 사이에 연결되어 있다. 축전기(C)는 구동 트랜지스터(Tdr)의 제어 단자에 입력되는 데이터 전압을 충전하고 유지한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이장치의 단면도로서, 도2를 참조하여 본 실시예에 따른 디스플레이장치가 포함하고 있는 표시패널(1)을 자세히 살펴보면 다음과 같다. 도 2에서는 구동 트랜지스터(Tdr)만 도시하였으며, 스위칭 트랜지스터(Tsw)는 도시하지 않았다.
유리, 석영, 세라믹 또는 플라스틱 등의 절연성 재질을 포함하여 만들어진 절연기판(110) 상에 버퍼층(111)이 형성되어 있다. 버퍼층(111)은 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어질 수 있으며, 반도체층(121)의 결정화 과정에서 절연기판(110)의 불순물이 반도체층(121)에 유입되는 것을 방지한다.
버퍼층(111) 상에는 폴리실리콘을 포함하는 반도체층(121)이 형성되어 있다. 반도체층(121) 상에는 반도체층(121)을 중심으로 양 편으로 나누어진 저항접촉 층(122)이 형성되어 있다. 저항접촉층(122) 사이의 반도체층(121)은 채널영역을 이루며, 채널영역의 반도체층(121) 상부의 계면(Ⅰ)에는 불소가 포함되어 있다. 채널영역의 반도체층(121)은 저항접촉층(122) 하부의 반도체층(121)에 비해 두께가 작다. 저항 접촉층(122)은 n형 불순물이 고농도 도핑된 n+ 폴리 실리콘으로 이루어져 있다.
반도체층(121) 및 저항 접촉층(122)는 비정질 실리콘 반도체층 및 비정질 실리콘 저항접촉층을 패터닝한 후, 열을 가해 결정화시켜 형성한다. 결정화를 통하여 비정질 실리콘 반도체층 및 비정질 실리콘 저항접촉층의 비정질 실리콘은 모두 폴리 실리콘으로 변화한다. 결정화 방법으로는 고상결정화 방법, 레이저 결정화, 급속열처리 방법 등을 사용할 수 있다.
고상결정화(Solid Phase Crystallization; SPC)는 600℃이하의 저온에서 장시간 열처리하여 결정입자가 큰 폴리실리콘을 얻는 방법으로 가장 오래되고 직접적인 결정화 방법이다. 증착된 물질은 비결정 물질이나 폴리 실리콘이 될 수 있다. 폴리 실리콘으로 큰 결정을 얻기 위하여 실리콘 이온 또는 게르마늄 이온 착상 후 막을 비결정화 한 다음에 600℃ 이하에서 장시간 열처리 할 수도 있다. 레이저 결정화는 엑시머 레이저 어닐링(excimer laser annealing) 및 순차적 측면 고상화(sequential lateral solidification) 등 레이저를 이용하여 폴리실리콘을 얻는 방법이다. 급속 열처리 방법은 저온에서 비정질 실리콘 증착 후 표면을 빛으로 급속하게 열처리하여 결정화하는 방법이다.
채널영역의 저항접촉층(122)을 식각하여 양쪽으로 분리시키고, 양쪽의 저항접촉층(122) 사이의 반도체층(121)을 노출시키는 과정에서 반도체층(121)의 일부도 식각되어, 채널영역의 반도체층(121)은 저항접촉층(122) 하부의 반도체층(121)보다 두께가 작아진다. 이러한 저항접촉층(122)의 식각은 플라즈마를 이용하여 수행되는데, 플라즈마에 의해 채널영역의 반도체층(121)의 표면이 손상된다. 즉, 실리콘-실리콘 결합, 실리콘-수소 결합이 파괴되어 비결합 사이트를 가지는 불안정한 실리콘 원자가 생기며, 비정질화도 발생한다. 불안정한 실리콘 원자는 여러 오염요인에 의해 불순물과 결합하거나 불안정한 상태 그대로 남아 박막트랜지스터의 성능, 안정성 및 신뢰성을 저하시킨다.
이러한 불안정한 실리콘 원자를 제거하기 위해 본 실시예에 따른 디스플레장치는 노출된 반도체층(121)을 산처리한다. 산처리는 노출된 반도체층(121)을 플루오르화 수소산(hydrofluoric acid)에 디핑하여 수행된다. 플루오르화 수소산의 농도는 0.001부피% 내지 10부피%일 수 있으며, 처리 시간은 수십초 내지 수십분일 수 있다. 플루오르화 수소산의 농도가 0.0001부피%보다 작으면 처리시간이 과도하게 소요되며, 플루오르화 수소산의 농도가 10부피%보다 크면 절연기판(110) 등이 손상될 수 있다. 산처리의 효율을 증가시키기 위해 상압 이상에서 산처리를 수행하거나, 온도를 상온 이상으로 올린 상태에서 산처리를 수행할 수 있다. 산처리에 의해 노출된 반도체층(121) 표면은 폴리싱되며, 표면의 불안정하거나 비정질화된 실리콘 원자가 식각되어 제거된다.
양편으로 나누어진 저항접촉층(122) 상에는 각각 소스 전극(131)과 드레인 전극(132)이 형성되어 있다. 소스 전극(131)과 드레인 전극(132)은 동시에 형성되며, 금속 단일층 또는 금속 다중층일 수 있다.
드레인 전극(131), 소스 전극(132) 및 반도체층(121) 상에는 제1절연막(141)이 형성되어 있다. 제1절연막(141)은 실리콘 질화물(SiNx)등으로 이루어질 수 있다.
채널영역에 대응하는 제1절연막(141) 상에는 게이트 전극(151)이 형성되어 있다. 게이트 전극(151)은 금속 단일층 또는 금속 다중층일 수 있다.
구동 트랜지스터(Tdr)가 형성되어 있지 않으며, 화소를 정의하는 제1절연막(141)의 상부에는 상이한 색상의 컬러필터층(161, 162)이 형성되어 있다. 각 화소에 대응되는 컬러필터층(161, 162)은 적색, 녹색 및 청색과 같은 상이한 색상이 순차적으로 반복된다.
게이트 전극(151), 컬러필터층(161, 162) 및 제1절연막(141) 상에는 제2절연막(142)이 형성되어 있다. 제2절연막(142)은 평탄화층이라고도 하며, 유기물로 이루어질 수 있다. 유기물로는 유기물로는 BCB(benzocyclobutene) 계열, 올레핀 계열, 아크릴 수지(acrylic resin)계열, 폴리 이미드(polyimide)계열, 불소수지 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
제2절연막(142)의 상부에는 투명전극인 화소전극(171)이 형성되어 있다. 화소전극(171)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명한 도전물질로 이루어져 있다. 제1절연막(141)과 제2절연막(142)에는 소스 전극(132)을 노출시키는 접촉구(143)가 형성되어 있으며, 화소전극(171)은 접촉구(143)를 통해 소스 전극(132)과 전기적으로 연결되어 있다. 화소전극(171)은 양극(anode)이라고도 불리며 유기발광층(182)에 정공을 공급한다.
인접한 화소전극(171) 간에는 격벽(173)이 형성되어 있다. 격벽(173)은 화소전극(171) 간을 구분하여 화소영역을 정의한다. 격벽(173)은 아크릴 수지, 폴리이미드 수지 등의 내열성, 내용매성이 있는 감광물질이나 SiO2, TiO2와 같은 무기재료로 이루어질 수 있으며 유기층과 무기층의 2층 구조도 가능하다.
격벽(173)이 가리지 않은 화소전극(171) 상에는 유기층(180)이 형성되어 있다. 유기층(180)은 정공주입층(181, hole injecting layer)과 유기발광층(182, organic light emitting layer)으로 이루어져 있다. 정공주입층(181)은 강한 형광을 가진 아민(amine)유도체, 예를 들면 트리페닐디아민 유도체, 스티릴 아민 유도체, 방향족 축합환을 가지는 아민 유도체를 사용할 수 있다.
도시하지는 않았지만 유기층(180)은 정공주입층(181)과 유기발광층(182) 사이에 정공수송층을, 유기발광층(182)의 상부에 전자수송층 및/또는 전자주입층을 더 포함할 수도 있다.
유기발광층(182)은 백색을 발광하는 저분자 물질로서 오픈 마스크를 사용하여 증착된다. 유기발광층(182)로부터 발광된 빛은 컬러필터층(161, 162)을 통과하면서 적색, 녹색 및 청색의 빛으로 출사된다.
격벽(173) 및 유기 발광층(182)의 상부에는 공통전극(190)이 위치한다. 공통전극(190)은 음극(cathode)이라고도 불리며 유기발광층(182)에 전자를 공급한다. 공통전극(190)은 칼슘층과 반사금속층으로 적층되어 구성될 수 있다. 이 때 유기층(180)에 가까운 측에는 일함수가 낮은 것을 배치하는 것이 바람직하다. 반사금속층으로는 알루미늄이나 은과 같은 불투명한 금속이 사용될 수 있다.
화소전극(171)에서 전달된 정공과 공통전극(190)에서 전달된 전자는 유기발광층(182)에서 결합하여 여기자(exciton)가 된 후, 여기자의 비활성화 과정에서 빛을 발생시킨다.
공통전극(190)을 알루미늄, 은과 같은 불투명한 재질로 만들 경우 유기층(180)에서 발광된 빛은 절연기판(110) 방향으로 출사되며 이를 바텀 에미션(bottom emission) 방식이라 한다.
도시하지는 않았지만 표시패널(1)은 공통전극(190)의 보호를 위한 보호층, 유기발광층(172)으로의 수분 및 공기 침투를 방지하기 위한 봉지부재를 더 포함할 수 있다. 봉지부재는 밀봉수지와 밀봉캔으로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이장치의 유기발광층에 인가되는 전류 및 전압을 설명하기 위한 도면이다. 그래프의 x축은 구동 트랜지스터(Tdr)의 게이트-소스전압(VGS)이고, y축은 게이트-소스 전압(VGS)에 대한 구동 트랜지스 터(Tdr)의 출력 전류(IDS)를 도시한 것이다. 제1곡선(A)는 통상적인 구동 트랜지스터(Tdr)의 특성을 도시한 것이고, 제2곡선(B)은 본 실시예에와 같이, 반도체층(121)에 플루오르화 수소산을 포함하는 구동 트랜지스터(Tdr)의 특성을 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 유기발광층(182)을 통하여 낮은 계조인 블랙에부터 높은 계조인 화이트까지 표현되기 위하여 구동 트랜지스터(Tdr)의 출력 전류(IDS)는 약 1E-11 내지 1E-10(A)에서 1E-06 내지 1E-05(A)까지의(제1전류범위(I') 범위를 가져야 한다. 또한, 유기발광층(182)의 문턱전압 즉, 유기발광층(182)에 의한 전압강하는 약 2.5 내지 3.5V 정도이며, 구동 트랜지스터(Tdr)의 게이트-소스전압(VGS)은 공통전극(190)에 인가되는 공통전압에서 유기발광층(182)에 의한 약 2.5 내지 3.5V을 고려한 값으로 설정된다. 스위칭 트랜지스터(Tsw)에는 소정 범위의 데이터 전압이 인가되며, 스위칭 트랜지스터(Tsw)에 인가되는 데이터 전압은 구동 트랜지스터(Tdr)의 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압(VG)으로 간주될 수 있다. 블랙을 표시하기 위하여 스위칭 트랜지스터(Tsw)에 인가되는 가장 낮은 데이터 전압을 제1전압, 화이트를 표시하기 위하여 스위칭 트랜지스터(Tsw)에 인가되는 가장 높은 데이터 전압을 제2전압으로 정의하는 경우, 제1전압 및 제2전압은 공통전압, 블랙전압 및 화이트 전압의 관계는 다음과 같다. 유기발광층(182)에 의한 전압강하를 상수로 간주할 경우, 블랙전압 및 화이트 전압은 제1전압 및 제2전압은 공통전압에 따라 변경되는 것을 알 수 있다.
[수학식1]
제1전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 블랙전압
[수학식2]
제2전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 화이트 전압
다시 도3으로 돌아가서, 플루오르화 수소산을 포함하지 않는 구동 트랜지스터(Tdr)의 경우, 제1전류범위(I')에 따른 게이트-소스전압(VGS)은 약 -3내지 10V의 범위(제1전압범위(V')를 갖는다. 가장 낮은 -3V가 블랙전압이 되고, 10V가 화이트 전압이 된다. 즉, 플루오르화 수소산을 포함하지 않는 구동 트랜지스터(Tdr)의 경우 적절한 계조가 표현되기 위하여 게이트-소스전압(VGS)은 제1전압구간(V')을 만족하면 된다. 이때 만약, 공통전극(190)이 접지단에 연결되어 공통전압이 0V이고, 유기발광층(182)에 의한 전압강하가 3V인 것으로 가정한다면, 제1전압은 0V, 제2전압은 약 13V가 된다. 또한, 구동전압은 공통전압보다 약 10V이상 큰 포지티브 전압이 인가된다.
반면, 반도체층(121)이 플루오르화 수소산을 포함하게 되면 구동 트랜지스터(Tdr)의 특성이 변하여 제2곡선(B)과 같이 전류-전압 곡선이 왼쪽으로 시프트된 다. 즉, 기존의 제1전압구간(V1)에 따라 구동 트랜지스터(Tdr)를 구동 시킨다면, 구동 트랜지스터(Tdr)에 흐르는 전류는 약 1E-08 내지 1E-04(A)(제2전류범위(I")가 된다. 도시된 바와 같이, 가장 낮은 전류값(1E-08(A))이 제1전류구간(I')의 최저 전류값(1E-11 내지 1E-10(A))을 초과하기 때문에 제2전류구간(I")으로는 본 실시예에 따른 디스플레이장치에 적절한 블랙을 표현할 수 없는 문제점이 발생한다. 이러한 경우, 플루오르화 수소산을 포함하는 구동 트랜지스터(Tdr)의 출력 전류(IDS)가 제1전류구간(I')을 만족하도록 구동 트랜지스터(Tdr)의 게이트-소스전압(VGS)을 제2전압구간(V")으로 변경시켜야 한다. 제2전압구간(V")의 블랙전압은 약 -15 내지 -10 정도이고, 화이트 전압은 약 -3 내지 5V의 범위를 갖는다.
이하, 기존의 공통전압을 0V로 유지하면서 제1전압 및 제2전압을 구동 트랜지스터(Tdr)의 특성에 대응하여 변경하는 방법, 보다 구체적으로 데이터 전압으로 네거티브 전압을 인가하는 방법을 제시한다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이장치의 제어블럭도이고, 도 5는 본 실시예에 따른 전압 생성을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 실시예에 따른 디스플레이장치의 샤시와 컨트롤 보드의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 디스플레이장치는 표시패널(1)과, 표시패널(1)을 제어하기 위한 각종 신호가 형성되는 컨트롤 보드(300) 및 표시패널(1)과 컨트롤 보드(300)에 전원을 공급하는 전원 공급부(200)를 포함한다.
컨트롤 보드(300)는 타이밍 컨트롤러(미도시), 데이터 구동부(310), 게이트 구동부(320)를 포함하는 각종 신호 발생부를 포함하고 있으며, 이러한 구성요소는 컨트롤 보드(300) 상에 소정의 회로패턴(300a)을 형성하고 있다. 데이터 구동부(310)는 타이밍 컨트롤러로부터 출력된 영상신호에 기초하여 최종적으로 데이터선에 인가될 데이터 전압(Vdata)을 생성하며, 게이트 구동부(320)는 게이트선에 인가될 게이트 온 전압(Von) 및 게이트 오프 전압(Voff)을 생성한다. 데이터 구동부(310) 및 게이트 구동부(320)는 컨트롤 보드(300)가 포함하고 있는 레귤레이터(330)에 의하여 소정 레벨의 원시 전원을 공급 받아 데이터 전압(Vdata), 게이트 온 전압(Von) 및 게이트 오프 전압(Voff)을 생성한다.
전원공급부(200)는 컨트롤 보드(300)에 기준 전원을 공급하고, 표시패널(1)에 소정 레벨의 공통전압(Vcom) 및 구동전압(Vdd)을 공급한다. 본 실시예에 따른 공통전압(Vcom)은 상술한 바와 같이 0V이며, 0V보다 낮은 네거티브 전압으로 설정될 수도 있다. 구동전압(Vdd)은 공통전압 보다 약 10V정도 높은 포지티브 전압이다. 전원공급부(200)에서 생성된 공통전압(Vcom) 및 구동전압(Vdd)은 통상적으로 표시패널(1)에 직접적으로 인가되며, 컨트롤 보드(300)를 거쳐 인가된다 하여도 대부분 컨트롤 보드(300)를 경유(through pass)할 뿐, 컨트롤 보드(300)의 레귤레이터(330)에 의하여 생성되지는 않는다.
컨트롤 보드(300)는 기준 전원단(301) 및 접지단(302)을 통하여 전원 공급부(200)와 연결되어 있다. 기준 전원단(301)은 전원공급부(200)의 접지단(201)과 연결되어 있으며, 컨트롤 보드(300)의 접지단(302)는 전원 공급부200)의 네거티브 단(202)과 각각 연결되어 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 전원공급부(200)과 컨트롤 보드(300)의 접지단(201, 302)은 서로 연결되어 있지 않으며 접지단(201, 302)의 레벨이 상이하다. 통상적으로 컨트롤 보드(300)는 도5의 (a)와 같이, 0V의 접지단에 연결되어 있으며 전원공급부(200)로부터 약 5V정도의 전원을 공급 받는다. 레귤레이터(330)는 5V의 전원을 접지단에 대하여 약 3.3V 차이가 나는 전압으로 레귤레이팅하여 출력한다. 이렇게 레귤레이터(330)를 통하여 출력된 3.3V의 전원은 데이터 구동부(310) 및 게이트 구동부(320)에 입력되어 원시전원으로 사용된다.
본 실시예에 따를 경우, 컨트롤 보드(300)의 기준 전원단(301)은 전원공급부(200)의 접지단(201)과 연결되어 있기 때문에 컨트롤 보드(300)는 기준전원으로 약 0 V의 전원을 공급 받으며, 접지단(302)은 약 -7V 정도의 네거티브 전압을 출력하는 네거티브단(202)과 연결되어 있기 때문에 레귤레이터(330)는 -7V에 대하여 약 3.3V 정도 차이 나는 -3.7을 원시전원으로 출력한다(b). 다시 말하면, 본 실시예에 따를 경우, 컨트롤 보드(300)는 전압레벨의 기준을 제공하던 접지단(302)의 레벨이 0V에서 -7V로 강하되었기 때문에 컨트롤 보드(300)에서 생성되는 모든 전압의 레벨은 -7V정도씩 강하된다. 네거티브단(202)으로 출력되는 네거티브 전압은 구동 트랜지스터(Tdr)의 게이트-소스전압(VGS)에 따라 상이하게 조절될 수 있으며, 본 실시예에 따를 경우 약 -11.5 내지 -6V 범위를 갖는 것이 바람직하다.
기준레벨이 되는 전압이 약 7V정도 감소하였기 때문에 기존의 게이트 온 전압(Von)이 20V였다면 3V, 게이트 오프 전압(Voff)이 -7V였다면 -14V로, 데이터 전 압(Vdata)의 범위가 0 내지 13V였다면 -7 내지 6V로 강하된다. 즉, 공통전압(0V)에 대하여 제1전압은 -7V로, 제2전압은 6V가 된다.
본 실시예와 같이, 공통전압이 0V이고, 구동 트랜지스터(Tdr)의 게이트-소스전압(VGS)이 약 -13 내지 3V의 범위를 갖는 다면 데이터 구동부(310)에서 출력되는 데이터 전압은 네거티브 전압이 되어야 한다. 하지만, 네거티브 전압을 생성하는 데이터 구동부의 개발이 용이하지 않거나 제조 비용 상의 이유 등으로 마련할 수 없는 경우, 본 실시예와 같이 컨트롤 보드(300)의 접지단(302)에 네거티브 전압을 인가함으로써 공통전압(0V) 대비 네거티브 전압을 생성할 수 있는 장점이 있다.
다른 실시예에 따르면 네거티브 전압을 생성할 수 있는 데이터 구동부를 마련하여 -7 내지 6V의 범위를 갖는 데이터 전압을 생성할 수 도 있다.
도 6과 같이, 통상적으로 컨트롤 보드(300)는 표시패널(1)을 지지, 보호하는 샤시(400)에 연결되며, 절연 물질을 포함하는 샤시(400)는 접지단의 역할을 한다. 본 실시예에 따를 경우, 샤시(400)의 접지 레벨과 컨트롤 보드(300)의 접지 레벨이 상이하므로 정전기 발생 또는 전기적 간섭을 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 컨트롤 보드(300)에 형성되어 있는 회로패턴(300a)은 샤시(400)와 연결되는 체결부(340)와 절연되고, 체결부(340)는 도시되어 있는 스크류 등을 통하여 전원공급부(200)의 접지단(201)과 연결된다. 즉, 체결부(340)와 샤시(400)의 접지 레벨이 동일하므로 전기적 간섭은 방지되고, 체결부(340)와 회로패턴(300a) 간은 플로팅 상태가 되므로 전기적으로 절연된다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 디스플레이장치의 간략 회로도를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따를 경우, 데이터 전압을 조절하는 제1실시예와는 달리 기존의 데이터 전압의 범위(0 내지 13V)에서 공통전압을 조절함으로써 블랙 및 화이트 전압을 구현한다.
도시되어 있는 바와 같이, 전원공급부(200)는 구동전압(Vdd)으로 17V를, 공통전압(Vcom)으로 7V를 출력한다. 즉, 전원공급부(200)는 공통전압(Vcom) 및 구동전압(Vdd)으로 모두 포지티브 전압을 출력하며, 디스플레이장치는 공통전극(190)과 전원공급부(200) 사이에 연결되어 있는 저항(R1)을 더 포함한다. 전원공급부(200)는 포지티브 전압을 출력하기 위하여 구동전압선 및 공통전극에 연결되어 있는 다이오드를 포함하고 있는데, 두 개의 전압 모두가 포지티브 전압이기 때문에 저항(R1)을 구비하지 않으면 구동 트랜지스터(Tdr)로 전류가 흐를 수 없다. 따라서, 디스플레이장치는 공통전극(190)과 전원공급부(200) 사이에 연결되어 있는 저항(R1)을 통하여 구동전압으로부터 공통전극(190) 방향으로 전류가 흐를 수 있게 하고, 공통전극(190)으로 흐른 전류를 방전시킨다.
도 8은 본 발명에 따른 디스플레이장치의 구동방법을 설명하기 위한 제어흐름도이다. 도8을 참조하여 본 실시예에 따른 구동방법을 정리하면 다음과 같다.
우선, 실리콘과 불소를 포함하는 반도체층(121)을 갖는 스위칭 트랜지스터(Tsw) 및 구동 트랜지스터(Tdr)와, 구동 트랜지스터(Tdr)와 전기적으로 연결되어 있는 화소전극(171)과, 화소전극(171) 상에 형성되어 있는 유기 발광층(182)과, 유기 발광층(182)에 공통전압을 인가하는 공통전극이 형성되어 있는 표시패널(1)을 마련한다(S10).
그런 다음, 구동 트랜지스터(Tdr)의 게이트-소스전압(Vgs)에 대한 드레인-소스 전류(Ids)로부터 블랙전압 및 화이트 전압의 범위를 검출한다(S20). 본 실시예에 따를 경우, 블랙전압은 약 -15 내지 10V 이고, 화이트 전압은 3 내지 5V이다.
블랙전압 및 화이트 전압을 만족하는 제1전압 내지 제2전압의 범위와, 공통전압을 설정한다(S30).
제1전압 내지 제2전압 범위의 데이터 전압 및 공통전압의 관계는 다음 식과 같으며, 본 실시예에 따를 경우, 유기 발광층(182)의 의한 전압강하는 약 2.5 내지 3.5V이다.
[수학식 1]
제1전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 블랙전압
[수학식2]
제2전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 화이트 전압
상기와 같은 관계식을 통하여 공통전압을 0V이하로 설정하는 경우, 데이터 전압의 제1전압은 네거티브 전압이 되며, 반대로 제1 전압이 포지티브 전압인 경우, 공통전압은 포지티브 전압이 된다.
다음으로, 설정된 제1전압, 상기 제2전압 및 공통전압(Vcom)을 표시패널(1)에 인가한다(S40).
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 명확한 계조가 표시되는 디스플레이장치 및 그 구동방법이 제공된다.

Claims (18)

  1. 절연기판과;
    상기 절연기판 상에 형성되어 있으며 반도체층을 갖는 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터와;
    상기 구동 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 있는 제1전극과;
    상기 제1전극 상에 형성되어 있는 발광층과;
    상기 발광층에 소정 레벨의 공통전압을 인가하는 제2전극과;
    상기 스위칭 트랜지스터에 제1전압 내지 제2 전압 범위의 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동부를 포함하고,
    상기 제1전압, 상기 제2전압 및 상기 공통전압은 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
    [수학식 1]
    제1전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 블랙전압
    [수학식2]
    제2전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 화이트 전압
    (블랙전압= 제일 낮은 계조를 표현하기 위한 구동 트랜지스터의 게이트-소스 전압(VGS), 화이트 전압= 제일 높은 계조를 표현하기 위한 구동 트랜지스터의 게이트-소스 전압(VGS))
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은 실리콘 및 불소를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치
  3. 제2항에 있어서,
    상기 블랙전압은 -15 내지 -10V인 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 화이트 전압은 3 내지 5V인 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발광층에 의한 전압강하는 2.5 내지 3V인 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공통전압은 0V 이하 인 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 데이터 구동부가 실장되어 있으며, 상기 절연기판에 연결되어 있는 컨트롤 보드와;
    네거티브 전압을 출력하는 네거티브단을 포함하며, 상기 컨트롤 보드에 전원을 공급하는 전원공급부를 더 포함하고,
    상기 전원공급부의 접지단은 상기 컨트롤 보드의 기준전원단과 연결되며, 상기 네거티브단은 상기 컨트롤 보드의 접지단에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 네거티브단은 -11.5 내지 -6V의 네거티브 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 절연기판을 수용하는 샤시를 더 포함하고,
    상기 컨트롤 보드는 상기 샤시와 연결되는 체결부를 더 포함하며,
    상기 체결부는 상기 전원공급부의 접지단과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤 보드 상에는 소정의 회로패턴이 형성되어 있으며,
    상기 체결부는 상기 회로패턴과 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 데이터 구동부는 네거티브 데이터 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 제2전극에 상기 공통전압을 공급하고, 상기 구동 트랜지스터에 구동전압을 공급하는 전원공급부를 더 포함하고,
    상기 구동전압 및 상기 공통전압이 0V이상인 경우, 상기 제2전극과 상기 전원공급부 사이에 연결되어 있는 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 반도체층은 폴리 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  14. 실리콘과 불소를 포함하는 반도체층을 갖는 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터와, 상기 구동 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 있는 제1전극과, 상기 제1전극 상에 형성되어 있는 발광층과, 상기 발광층에 소정 레벨의 공통전압을 인가하는 제2전극이 형성되어 있는 표시패널을 마련하는 단계와;
    상기 구동 트랜지스터의 게이트-소스전압(Vgs)에 대한 드레인-소스 전류(Ids)로부터 블랙전압 및 화이트 전압의 범위를 검출하는 전압검출단계와;
    다음 식을 만족하도록 상기 스위칭 트랜지스터에 인가되는 제1전압 내지 제2전압 범위의 데이터 전압 및 상기 공통전압을 설정하는 전압설정단계와;
    [수학식 1]
    제1전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 블랙전압
    [수학식2]
    제2전압 - 공통전압 - 발광층에 의한 전압강하 = 화이트 전압
    (블랙전압= 제일 낮은 계조를 표현하기 위한 구동 트랜지스터의 게이트-소스 전압(VGS), 화이트 전압= 제일 높은 계조를 표현하기 위한 구동 트랜지스터의 게이트-소스 전압(VGS))
    설정된 상기 제1전압, 상기 제2전압 및 상기 공통전압을 상기 표시패널에 인가하는 전압인가단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치의 구동방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 블랙전압은 -15 내지 -10V, 상기 화이트 전압은 3 내지 5V로 검출되고, 상기 발광층에 의한 전압강하가 2.5 내지 3V인 경우, 상기 공통전압은 0V 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치의 구동방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 디스플레이장치는 상기 표시패널에 연결되어 있으며 소정의 회로패턴을 포함하는 컨트롤 보드와, 네거티브 전압을 출력하는 네거티브단을 포함하며 상기 컨트롤 보드에 전원을 공급하는 전원공급부를 더 포함하며,
    상기 전압인가단계는 상기 전원공급부의 접지단과 상기 컨트롤 보드의 기준전원단을 연결하고, 상기 네거티브단을 상기 컨트롤 보드의 접지단에 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치의 구동방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 네거티브단은 -11.5 내지 -6V의 네거티브 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치의 구동방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 디스플레이장치는 상기 표시패널을 수용하는 샤시를 더 포함하고,
    상기 컨트롤 보드는 상기 샤시와 연결되며, 상기 회로패턴과 절연되어 있는 체결부를 더 포함하고,
    상기 체결부를 상기 전원공급부의 접지단과 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치의 구동방법.
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