KR100901778B1 - 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로 및 그의 구동방법 - Google Patents

능동형 유기발광다이오드 픽셀회로 및 그의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로에 관한 것으로서, 특히 실시간으로 구동 트랜지스터의 문턱전압을 보상하는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로 및 그의 구동방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로는 전원단으로부터 구동전압을 전달하는 제 1 트랜지스터; 제 1 트랜지스터로부터 전달되는 전류를 상기 유기발광다이오드에 인가하는 제 2 트랜지스터; 상기 전원단과 상기 제 1 트랜지스터의 게이트를 연결하는 제 3 트랜지스터; 상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 제 1 전극이 연결된 제 1 커패시터; 상기 제 1 커패시터의 제 2 전극과 상기 제 1 트랜지스터의 소스를 연결하는 제 4 트랜지스터; 제 1 전극이 상기 제 1 커패시터의 제 2 전극에 연결된 제 2 커패시터; 및 상기 데이터신호를 상기 제 2 커패시터의 제 2 전극에 인가하는 제 5 트랜지스터로 구성된다. 본 발명은 매 라인마다 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 저장하여 실시간 보상함으로써 문턱 전압의 변화 및 불균일성에 상관없이 입력된 데이터신호에 따른 일정한 전류가 유기발광다이오드에 인가되도록 제어할 수 있다.
능동형 유기발광다이오드, AMOLED, 픽셀회로, 문턱전압 보상

Description

능동형 유기발광다이오드 픽셀회로 및 그의 구동방법{Active Matrix Organic Light-emitting Diode Pixel Circuit And Operating Method thereof}
본 발명은 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로에 관한 것으로서, 특히 실시간으로 구동 트랜지스터의 문턱전압을 보상하는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로 및 그의 구동방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-079-02, 과제명: 투명전자 소자를 이용한 스마트 창].
일반적으로, 유기전계발광 디스플레이는 형광성 유기화합물을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 자발광형 디스플레이로서, NxM 개의 유기발광셀들을 전압구동 혹은 전류구동하여 영상을 표현할 수 있도록 되어 있다. 유기발광셀을 구동하는 방식에는 수동형 매트릭스(passive matrix) 방식과 TFT를 이용한 능동형 매트릭스(active matrix) 방식이 있다. 수동형 매트릭스 방식은 양극과 음극을 직 교하도록 형성하고 라인을 선택하여 구동하는데 비해, 능동형 매트릭스 방식은 TFT와 콘덴서를 각 ITO 화소전극에 접속하여 콘덴서 용량에 의해 전압을 유지하도록 하는 구동방식이다.
도 1a는 종래의 능동형 유기발광다이오드 픽셀 회로의 구성을 나타내는 도면이고, 도 1b는 도 1a의 능동형 유기발광다이오드 픽셀 회로의 구동을 위한 타이밍도이다.
도 1a를 참조하면, 제 2 트랜지스터(T2)는 전원단(VDD) 및 유기발광다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode)에 연결되어 유기발광다이오드의 발광을 위한 전류를 공급하고, 제 2 트랜지스터(T2)의 전류량은 제 1 트랜지스터(T1)를 통해 제 2 트랜지스터(T2)의 게이트로 인가되는 전압에 의해 제어된다. 이 때, 인가되는 전압을 일정기간 유지하기 위한 커패시터(C1)가 제 2 트랜지스터(T2)의 게이트 및 접지단 사이에 연결되어 있고, 제 1 트랜지스터(T1)의 게이트에는 n번째 스캔신호선(Scan[n])이 연결되어 있으며, 제 1 트랜지스터(T1)의 드레인에는 n번째 데이터신호선(Data[n])이 연결되어 있다.
도 1b를 참조하여 상기 픽셀 회로의 동작을 살펴보면, 스캔신호선(Scan[n])을 통해 인가되는 스캔신호에 의해 제 1 트랜지스터(T1)가 턴온되고, 데이터신호선(Data[n])을 통해 입력되는 데이터 신호의 전압이 제 1 트랜지스터(T1)를 통해 제 2 트랜지스터(T2)의 게이트에 인가된다. 이에 따라, 제 2 트랜지스터(T2)가 턴온되고, 제 2 트랜지스터(T2)를 통해 전류가 흘러 유기발광다이오드가 발광한다.
이와 동시에, 데이터 신호의 전압은 커패시터(C1)에 저장되어 제 1 트랜지스터(T1)이 턴오프된 후에도 한 프레임 시간 동안 유기발광다이오드에 전류가 공급될 수 있도록 한다. 유기발광다이오드의 발광량은 제 2 트랜지스터(T2)를 통해 흐르는 전류에 비례하며, 상기 전류량은 이하 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112008013559690-pat00001
여기서, IT2은 제 2 트랜지스터(T2)를 통해 흐르는 전류량, β는 제 2 트랜지스터(T2)의 전기 전도도, VGS , T2는 제 2 트랜지스터(T2)의 게이트 소스 전압, VTH , T2는 제 2 트랜지스터(T2)의 문턱전압(Threshold Voltage), VDATA는 데이터 신호의 전압, VOLED는 유기발광다이오드에 의해 강하되는 전압을 나타내는 값이다.
이러한 구조를 가지는 종래의 능동형 유기발광다이오드 픽셀 회로에 있어서, 구동 트랜지스터인 제 2 트랜지스터(T2)의 문턱전압은 시간이 지남에 따라 변화되거나 공정상 이유로 패널의 화소마다 각각 다르게 결정될 수 있다. 이로 인해, 종래의 능동형 유기발광다이오드 픽셀 회로를 사용하는 디스플레이 장치는 같은 계 조(Gray Scale)에 해당하는 데이터 신호를 기입하여도 문턱 전압의 변화 및 불균일성에 의해 화소마다 다른 밝기의 빛을 방사하는 등의 문제점이 있어 고화질의 디스플레이를 구현하기 어렵다는 단점이 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 구동 트랜지스터의 문턱전압에 영향을 받지 않고 데이터 신호에 비례하여 일정한 밝기의 빛을 방사할 수 있는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로 및 그의 구동방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은 전원단으로부터 구동전압을 전달하는 제 1 트랜지스터; 제 1 트랜지스터로부터 전달되는 전류를 상기 유기발광다이오드에 인가하는 제 2 트랜지스터; 상기 전원단과 상기 제 1 트랜지스터의 게이트를 연결하는 제 3 트랜지스터; 상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 제 1 전극이 연결된 제 1 커패시터; 상기 제 1 커패시터의 제 2 전극과 상기 제 1 트랜지스터의 소스를 연결하는 제 4 트랜지스터; 제 1 전극이 상기 제 1 커패시터의 제 2 전극에 연결된 제 2 커패시터; 및 상기 데이터신호를 상기 제 2 커패시터의 제 2 전극에 인가하는 제 5 트랜지스터를 포함하는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로를 제공한다.
본 발명은 매 라인마다 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 저장하여 실시간 보상함으로써 문턱 전압의 변화 및 불균일성에 상관없이 입력된 데이터신호에 따른 일정한 전류가 유기발광다이오드에 인가되도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 구동 트랜지스터의 문턱 전압의 불규칙성을 효과적으로 보상함으로써, 안정적인 품질을 보장하는 고화질의 디스플레이를 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로는 5개의 NMOS 트랜지스터(N1,N2,N3,N4,N5) 및 2개의 커패시터(C1,C2)를 포함한다. 제 1 트랜지스터(N1)는 드레인 및 소스가 각각 전원단(VDD) 및 제 2 트랜지스터(N2)의 드레인에 연결되어 게이트가 연결된 노드 A의 전압에 따라 전원단(VDD)으로부터 유기발광다이오드(OLED)를 구동하기 위한 전류를 제 2 트랜지스터(N2)에 전달한다. 제 2 트랜지스터(N2)는 게이트에 에미션신호선(em)이 연결되고, 드레인 및 소스가 각각 제 1 트랜지스터(N1)의 소스 및 유기발광다이오드(OLED)에 연결되어, 에미션신호에 따라 제 1 트랜지스터(N1)로부터 전달되는 전류를 유기발광다이오드(OLED)에 인가한다.
제 3 트랜지스터(N3)는 스캔신호선(scan)에 게이트가 연결되고 소스 및 드레인이 각각 제 1 트랜지스터(N1)의 게이트(노드 A) 및 전원단(VDD)에 연결되며, 문턱전압 저장 구간(VTH Storing Period)에서 제 5 트랜지스터(N5)와 함께 턴온되어 제 1 커패시터(C1)에 제 1 트랜지스터(N1)의 문턱전압이 저장되도록 한다. 제 4 트 랜지스터(N4)는 스위치신호선(sw)에 게이트가 연결되고, 소스 및 드레인이 각각 제 1 트랜지스터(N1)의 소스 및 제 1 커패시터(C1)에 연결되어 스위치신호에 따라 제 1 트랜지스터(N1)의 게이트 및 소스가 제 1 커패시터(C1)를 통해 연결되도록 한다. 제 5 트랜지스터(N5)는 스캔신호선(scan)에 게이트가 연결되고, 소스 및 드레인이 각각 데이터신호선(data) 및 제 2 커패시터(C2)에 연결되어 회로에 데이터 신호를 전달한다.
제 1 커패시터(C1)는 제 1 트랜지스터(N1)의 게이트 및 제 4 트랜지스터(N4)의 드레인 사이에 위치하고, 에미션 구간(Emission Period)에서 제 1 트랜지스터(N1)의 게이트 및 소스 간의 전압차를 프로그램 구간(Programming Period)에서 설정된 전압으로 유지하는 역할을 한다. 제 2 커패시터(C2)는 제 1 커패시터(C1) 및 제 5 트랜지스터(N5)의 드레인 사이에 위치하여, 프로그램 구간(Programming Period)에서 제 1 커패시터(C1)와의 전압분배를 통해 제 1 커패시터(C1)에 저장되는 전압을 조정하는 역할을 한다. 유기발광다이오드(OLED)는 제 2 트랜지스터(N2)의 소스 및 접지단 사이에 위치하여 제 1 트랜지스터(N1) 및 제 2 트랜지스터(N2)를 통해 흐르는 전류에 따라 발광한다.
도 3a는 도 2의 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로의 구동을 위한 타이밍도이고, 도 3b 내지 3e는 도 3a의 타이밍도에 따라 도 2의 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로의 연결 상태를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 초기화 구간(Initializing Period)에서 스캔신호(scan), 스위치신호(sw) 및 에미션신호(em)가 하이(HIGH)가 됨에 따라 제 1 트랜 지스터(N1), 제 2 트랜지스터(N2), 제 3 트랜지스터(N3), 제 4 트랜지스터(N4) 및 제 5 트랜지스터(N5)가 턴온된다. 이에 따라, 제 1 트랜지스터(N1)의 게이트와 연결된 노드 A의 전위는 전원단(VDD)을 통해 인가되는 구동전압(VDD)으로 초기화된다. 이와 동시에, 제 4 트랜지스터(N4)를 통해 초기 전압(VH)을 갖는 데이터신호(data)가 인가된다.
도 3c를 참조하면, 문턱전압 저장 구간(VTH Storing Period)에서 스캔신호(scan) 및 스위치신호(sw)는 하이(HIGH)로 유지되고 에미션신호(em)는 로우(LOW)가 됨에 따라 초기화 구간과 비교하여 제 2 트랜지스터(N2)만 턴오프된다. 이에 따라, 노드 D의 전위가 점차 증가하여 VDD-VTH , N1이 되면 제 1 트랜지스터(N1)의 게이트 소스 전압(VGS , N1), 즉 노드 A의 전위에서 노드 D의 전위를 뺀 값이 제 1 트랜지스터(N1)의 문턱전압(VTH,N1)과 같게 된다. 여기서, VDD는 전원단에 의해 인가되는 구동전압을 의미한다. 제 1 트랜지스터(N1)의 게이트 소스 전압(VGS , N1)이 문턱전압까지 감소함에 따라 제 1 트랜지스터(N1)는 턴오프되고, 노드 C는 노드 D와 같은 전위를 갖는 바 노드 A 및 노드 C의 사이에 위치하는 제 1 커패시터(C1)에 제 1 트랜지스터(N1)의 문턱전압(VTH,N1)이 저장된다. 이 때, 데이터신호(data)의 전압은 초기 전압(VH)을 유지한다.
도 3d를 참조하면, 프로그램 구간(Programming Period)에서 스위치신호(sw)가 로우가 됨에 따라 제 4 트랜지스터(N4)가 턴오프된다. 이와 동시에, 제 5 트랜 지스터(N5)를 통해 인가되는 데이터신호(data)의 전압이 초기 전압(VH)에서 입력 데이터 전압(VDATA)으로 변경된다. 여기서, 입력 데이터 전압(VDATA)은 초기 전압(VH)보다 낮은 전위를 갖는다. 이에 따라, 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)의 커플링에 의해 데이터신호(data)의 변경에 따른 전압차이(VH-VDATA)가 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2) 간에 분배되고, 제 1 커패시터(C1)는 문턱전압 저장 구간(VTH Storing Period)을 통하여 저장된 제 1 트랜지스터(N1)의 문턱전압(VTH , N1)에 더하여 상기 분배된 전압를 저장한다. 따라서, 노드 C는 구동전압(VDD)으로부터 제 1 커패시터(C1)에 저장된 전압만큼 강하된 전위를 갖는 바 노드 C의 전위는 다음의 수학식 2와 같이 계산된다.
Figure 112008013559690-pat00002
여기서, VC는 노드 C의 전위, VC1은 제 1 커래시터에 저장된 전압, VTH , N1은 제 1 트랜지스터(N1)의 문턱전압, C1은 제 1 커패시터의 커패시턴스, C2는 제 2 커패시터의 커패시턴스, VH는 데이터신호의 초기 전압, VDATA는 데이터 신호의 입력 데이터 전압을 나타내는 값이다.
도 3e를 참조하면, 에미션 구간(Emission Period)에서 스캔신호(scan)가 로우가 되어 제 3 트랜지스터(N3) 및 제 5 트랜지스터(N5)는 턴오프되고, 스위치신 호(sw) 및 에미션신호(em)에 의해 제 4 트랜지스터(N4) 및 제 2 트랜지스터(N2)가 턴온된다. 이에 따라, 제 2 커패시터(C2)에 연결된 노드 B는 플로팅되고, 전원단(VDD)으로부터 제 1 트랜지스터(N1) 및 제 2 트랜지스터(N2)를 통해 흐르는 전류에 의해 유기발광다이오드(OLED)가 발광한다. 이 때, 제 1 트랜지스터(N1)의 게이트 소스 전압(VGS , N1)은 제 1 커패시터(C1)에 저장된 전압과 같은 값을 가지는 바 다음의 수학식 3과 같이 계산된다.
Figure 112008013559690-pat00003
따라서, 제 1 트랜지스터(N1)를 통해 흐르는 전류량은 다음의 수학식 4와 같이 계산된다.
Figure 112008013559690-pat00004
Figure 112008013559690-pat00005
이러한 과정을 통해 본 발명의 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로는 매 프레임마다 문턱전압 저장 구간 및 프로그램 구간을 통해 제 1 트랜지스터(N1)의 게이트 소스 전압에서 문턱전압을 보상함으로써, 제 1 트랜지스터(N1)를 통해 흐르는 전류량을 문턱전압과 관계없이 데이터 신호의 전압에 따라 결정할 수 있다. 따라 서, 본 발명의 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로는 문턱전압의 변화 및 불균일성과 상관없이 유기발광다이오드(OLED)의 발광량을 데이터신호에 따라 정확하게 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1a는 종래의 능동형 유기발광다이오드 픽셀 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1b는 도 1a의 능동형 유기발광다이오드 픽셀 회로의 구동을 위한 타이밍도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3a는 도 2의 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로의 구동을 위한 타이밍도이다.
도 3b 내지 3e는 도 3a의 타이밍도에 따라 도 2의 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로의 연결 상태를 나타내는 도면이다.

Claims (10)

  1. 스캔신호 및 데이터신호에 따라 유기발광다이오드를 구동하는 픽셀회로에 있어서,
    전원단으로부터 구동전압을 전달하는 제 1 트랜지스터;
    제 1 트랜지스터로부터 전달되는 전류를 상기 유기발광다이오드에 인가하는 제 2 트랜지스터;
    상기 전원단과 상기 제 1 트랜지스터의 게이트를 연결하는 제 3 트랜지스터;
    상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 제 1 전극이 연결된 제 1 커패시터;
    상기 제 1 커패시터의 제 2 전극과 상기 제 1 트랜지스터의 소스를 연결하는 제 4 트랜지스터;
    제 1 전극이 상기 제 1 커패시터의 제 2 전극에 연결된 제 2 커패시터; 및
    상기 데이터신호를 상기 제 2 커패시터의 제 2 전극에 인가하는 제 5 트랜지스터
    를 포함하는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 상기 제 3 트랜지스터, 상기 제 4 트랜지스터 및 상기 제 5 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터인 능동형 유기발광다 이오드 픽셀회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터는 에미션신호에 따라 상기 제 1 트랜지스터로부터 전달되는 전류를 상기 유기발광다이오드에 인가하는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 트랜지스터 및 상기 제 4 트랜지스터는 각각 스캔신호 및 스위치신호에 따라 턴온되어 상기 제 1 커패시터에 상기 제 1 트랜지스터의 문턱전압을 저장하는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 커패시터는 상기 유기발광다이오드가 발광하는 동안 상기 제 1 트랜지스터의 게이트 및 소스 간의 전압차를 유지하는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 커패시터 및 상기 제 2 커패시터는 상기 데이터신호의 변경에 따른 전압차를 분배하여 저장하는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터의 게이트는 에미션신호선에 연결되고, 상기 제 3 트랜지스터의 게이트 및 상기 제 5 트랜지스터의 게이트는 스캔신호선에 연결되고, 상기 제 4 트랜지스터의 게이트는 스위치신호선에 연결되는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로.
  8. 제 1 항의 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로를 구동하는 방법에 있어서,
    (a) 스캔신호, 스위치신호 및 에미션신호를 하이로 설정하여 제 1 트랜지스터의 게이트에 연결된 노드의 전압을 초기화하는 단계;
    (b) 상기 에미션신호를 로우(LOW)로 변경하여 제 1 커패시터에 상기 제 1 트랜지스터의 문턱전압을 저장하는 단계;
    (c) 스위치신호를 로우로 변경하고 데이터신호의 전압을 변경하여 상기 제 1 커패시터에 저장되는 전압을 설정하는 단계; 및
    (d) 상기 제 1 트랜지스터의 게이트 및 소스의 사이에 상기 설정된 전압을 인가하여 상기 에미션신호에 따라 유기발광다이오드를 발광시키는 단계
    를 포함하는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로의 구동방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 단계 (d)는 상기 제 1 커패시터를 이용하여 상기 제 1 트랜지스터의 게이트 및 소스의 사이에 인가되는 전압을 유지하는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로의 구동방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 상기 데이터신호의 전압 변경에 따라 발생하는 상기 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터 간의 전압분배를 통해 상기 제 1 커패시터에 저장되는 전압을 설정하는 능동형 유기발광다이오드 픽셀회로의 구동방법.
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