KR100952111B1 - 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(ｏｌｅｄ)의 화소회로, 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(ｏｌｅｄ)의 화소회로, 이를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

투명 절연 기판에 형성된 광감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로는 데이터 라인을 통해 전달된 화상 신호의 전압에 대응되는 전류에 기초하여 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 유기발광다이오드(OLED) 화소부와, 제1 제어 신호에 응답하여 순방향 바이어스시 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부에 순방향 바이어스 전압을 제공하고 역방향 바이어스시 광누설전류를 흘리는 수광소자와, 센싱 모드 동작시 제2 제어 신호에 응답하여 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부로부터 상기 데이터 라인으로 리드 아웃 동작을 수행하는 제1 스위칭부를 포함한다. 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로 자체가 리드아웃 회로 기능을 수행하도록 구현할 경우 기존의 AMOLED 화소에 추가되는 소자의 개수를 줄일 수 있다.
화소, AMOLED, 광감지, 센싱, 센서

Description

광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(ＯＬＥＤ)의 화소 회로, 이를 포함하는 디스플레이 장치{Organic Light Emitting Diode Pixel Circuit having Optical Sensing Function, And Display Device having Pixel Circuit}
본 발명은 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로, 이를 포함하는 광감지 기능을 가지는 디스플레이 장치의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자기기의 수요가 증가함에 따라 휴대용 전자기기에 디스플레이 이외의 다양한 기능을 포함시키기 위한 노력이 계속되고 있다. 그 중 외부의 빛이나 디스플레이 자체의 빛을 감지하는 광 센서를 이용하여 다양한 기능을 구현하기 위한 연구가 진행되고 있다.
대표적으로 디스플레이 주변의 빛을 감지하여 디스플레이의 밝기를 조절하는 주변광 감지 회로, 디스플레이 주변의 빛이나 디스플레이 자체의 빛을 이용하여 손으로 가려진 부분을 감지하는 터치 패널 회로, 디스플레이 자체의 빛을 문서에 반사시켜 이를 감지하는 광 스캐너 등에서 다기능 디스플레이를 위해 광 센서를 사용하고 있다.
광 센서에서 빛 신호를 받아 전기 신호로 전환 시켜 주는 것은 포토 다이오드 같은 수광 소자이며, 최근 유리기판상 별도의 필름 없이 터치 패널 기능이나 이미지 스캐너, 스타일러스 기능을 구현하기 위해 수광 소자를 사용하는 기술들에 관한 연구와 개발이 진행되고 있다.
도 1은 종래의 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 화소 회로의 회로도이다. 도 2는 도 1의 AMOLED 화소 회로의 동작 타이밍도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 AMOLED 화소 회로는 OLED 발광 소자, 5개의 트랜지스터(T1, T2, T3, T4, T5), 및 2개의 커패시터(C1, C2)를 포함한다.
n-1번재 스캔 라인 신호 scan[n-1]이 'low'로 선택되면 T3와 T2가 턴온되어 T1은 다이오드 연결 구조의 형태를 갖게 되어 C2의 오른쪽 노드의 전압이 VDD-Vth,T1으로 충전되고 왼쪽 노드의 전압은 VDD로 충전되어 C2는 Vth,T1를 저장하게 된다. 이후 n번째 스캔 라인 신호 scan[n]이 'low'로 선택되면 T5가 턴온되어 데이터 라인을 통해 전달되는 화상 신호의 전압이 C2의 왼쪽 노드로 인가된다. 동시에 C2의 커플링 효과에 의해 T1의 게이트 노드 전압도 VDD-Vth,T1-ΔV로 변하여 문턱전압 편차를 보상시켜 전류원 T1이 구동된다.
상기 전류원으로 동작하는 구동 트랜지스터의 문턱 전압등의 특성 변화는 AMOLED 패널의 밝기와 균일도에 영향을 준다. 따라서, 종래의 AMOLED 화소 회로에서는 OLED 발광 소자에 전류를 흘려주어 OLED 발광 소자를 발광시키는 구동 트랜지스터 T1의 문턱전압 편차를 보상하기 위하여 추가적인 회로 소자를 사용한다.
AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 화소 회로를 폴리 실 리콘(poly-Si) TFT(Thin Film Transistor)를 이용하여 제작할 경우, poly-Si TFT의 특성을 보상하는 회로로 인하여 AMOLED 화소 회로를 구성하는 TFT와 커패시터(capacitor) 개수가 AMLCD(Active Matrix Liquid Crystal Display) 화소 회로에 비하여 많아진다. 따라서, AMOLED 화소 회로안에 별도의 TFT와 제어 신호선을 추가하여 소스 폴로어(source follower)같은 리드아웃(readout) 회로를 포함하는 화소 회로를 구성하는 것은 집적도나 개구율에 있어서 매우 큰 부담이 된다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 AMOLED 화소 회로에 추가되는 소자의 개수를 줄일 수 있는 광감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 화소 회로를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 스캔 라인과 데이터 라인에 결합된 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로는 상기 데이터 라인을 통해 전달된 화상 신호의 전압에 대응되는 전류에 기초하여 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 유기발광다이오드(OLED) 화소부와, 제1 제어 신호에 응답하여 순방향 바이어스시 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부에 순방향 바이어스 전압을 제공하고 역방향 바이어스시 광누설전류를 흘리는 수광소자와, 센싱 모드 동작시 제2 제어 신호에 응답하여 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부로부터 상기 데이터 라인으로 리드 아웃 동작을 수행하는 제1 스위칭부를 포함한다. 상기 화소 회로는 상기 센싱 모드로 동작시 제4 제어 신호에 응답하여 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부와 상기 수광 소자간을 전기적으로 연결시키는 제2 스위칭부를 더 포함할 수 있다. 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부는 유기발광다이오드(OLED)와, 상기 데이터 라인을 통해 제공된 화상 신호의 전압에 대응되 는 전류를 상기 유기발광다이오드(OLED)에 제공하여 상기 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 구동 트랜지스터와, 제1 스캔 라인 신호에 응답하여 상기 화상 신호의 전압을 상기 구동 트랜지스터의 제어 전극으로 제공하는 제1 스위칭 소자와, 제2 스캔 라인 신호에 응답하여 상기 구동 트랜지스터를 다이오드 연결 구조로 동작시키는 제2 스위칭 소자와, 상기 화상 신호의 전압을 저장하는 제1 커패시터와, 상기 화상 신호의 전압을 커플링 효과에 의해 상기 구동 트랜지스터의 제어 전극으로 제공하는 제2 커패시터와, 상기 구동 트랜지스터와 상기 유기발광다이오드(OLED) 사이에 결합되어 제3 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제3 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 상기 센싱 모드 동작시 제3 제어 신호를 액티브 상태로 유지하여 상기 제3 스위칭 소자를 오프시켜 상기 유기발광다이오드(OLED)의 발광을 차단할 수 있다. 상기 제1 스위칭부, 상기 제2 스위칭부, 상기 제1 스위칭 소자, 상기 제2 스위칭 소자, 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 구동 트랜지스터는 P-타입(type) TFT(Thin Film Transistor)이고, 상기 수광 소자는 p-i-m(p-intrinsic-metal) 다이오드가 될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 스캔 라인과 데이터 라인에 결합된 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로는 제1 전원 전압에 결합된 유기발광다이오드(OLED)와, 상기 데이터 라인에 결합하여 제1 스캔 라인 신호에 응답하여 상기 데이터 라인을 통해 제공된 화상 신호의 전압을 제공하는 제1 스위칭 소자와, 일단이 상기 제1 스위칭 소자와 제2 전원 전압에 결합하여 상기 화상 신호의 전압을 저장하는 제1 커패시터와, 일단이 상기 제1 커패시터의 일단에 결합된 제2 커패시터와, 제어 전극이 상기 제2 커패시터의 타단과 결합되고, 제1 전극이 상기 제2 전원 전압과 결합되어 상기 데이터 라인을 통해 제공된 상기 화상 신호의 전압에 대응되는 전류를 상기 유기발광다이오드(OLED)에 제공하여 상기 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 구동 트랜지스터와, 상기 구동 트랜지스터의 제어 전극과 상기 구동 트랜지스터의 제2 전극에 결합되어 상기 제2 스캔 라인 신호에 응답하여 상기 구동 트랜지스터를 다이오드 연결 구조로 동작시키는 제2 스위칭 소자와, 상기 구동 트랜지스터의 제2 전극과 상기 유기발광다이오드(OLED) 사이에 결합되어 제3 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제3 스위칭 소자와, 제1 제어 신호에 응답하여 순방향 바이어스 또는 역방향 역방향 바이어스되는 수광소자와, 상기 데이터 라인과 상기 구동 트랜지스터의 제2 전극에 결합되어, 센싱 모드 동작시 제2 제어 신호에 응답하여 리드 아웃 동작을 수행하는 제1 스위칭부와, 상기 제2 커패시터의 타단과 상기 수광 소자간에 결합되어 센싱 모드로 동작시 제4 제어 신호에 응답하여 턴온 상태를 유지하는 제 2 스위칭부를 포함한다. 상기 제1 스위칭부, 상기 제2 스위칭부, 상기 제1 스위칭 소자, 상기 제2 스위칭 소자, 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 구동 트랜지스터는 P-타입(type) TFT(Thin Film Transistor)이고, 상기 수광 소자는 p-i-m(p-intrinsic-metal) 다이오드가 될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 광 감지 기능을 가지는 디스플레이 장치는 스캔 라인 신호를 전달하는 스캔 라인과, 화상 신호를 전달하는 데이터 라인과, 상기 스캔 라인을 구동하기 위한 스캔 라인 신 호를 생성하는 스캔 구동부와, 상기 데이터 라인을 구동하기 위한 데이터 구동부와, 상기 스캔 라인 및 상기 데이터 라인에 전기적으로 결합되어 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로를 포함하되, 상기 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로는 상기 데이터 라인을 통해 전달된 화상 신호의 전압에 대응되는 전류에 기초하여 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 유기발광다이오드(OLED) 화소부와, 제1 제어 신호에 응답하여 순방향 바이어스시 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부에 순방향 바이어스 전압을 제공하고 역방향 바이어스시 광누설전류를 흘리는 수광소자와, 센싱 모드 동작시 제2 제어 신호에 응답하여 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부로부터 상기 데이터 라인으로 리드 아웃 동작을 수행하는 제1 스위칭부를 포함한다. 상기 광 감지 기능을 가지는 디스플레이 장치는 상기 센싱 모드로 동작시 제4 제어 신호에 응답하여 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부와 상기 수광 소자간을 전기적으로 연결시키는 제2 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 기존의 AMOLED 화소에 추가되는 소자의 개수를 최소로 하여 화소 회로 자체가 리드아웃 회로 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 이미지 스캐너 또는 터치 스크린등과 같은 센싱 기능을 갖는 AMOLED 응용 분야에 적용할 수 있다.
또한, 화소 회로의 트랜지스터들을 모두 p-타입(type) TFT로 구현하고, 센싱 화소 회로의 수광 소자를 p-i-m(p-intrinsic-metal) 다이오드로 구현함으로써 공정 비용을 줄일 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이 해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 광감지 기능을 가지는 화소 회로를 나타낸다. 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 광감지 기능을 가지는 평판 표시 장치를 나타낸 블록도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광감지 기능을 가지는 평판 표시 장치는 스캔 구동부(200), 데이터 구동부(300), 타이밍 제어부(400) 및 화소부(500)를 포함한다.
타이밍 제어부(400)는 스캔 제어 신호를 생성하여 스캔 구동부(200)를 제어하고, 데이터 제어 신호를 생성하여 데이터 구동부(300)를 제어한다.
스캔 구동부(200)는 복수의 스캔 라인들 중 적어도 하나를 선택하기 위한 복수의 스캔 라인 신호(scan1, ..., scan N), 센싱 동작을 제어하기 위한 복수의 제어 신호(em1, read1, Vref1, ..., em N, read N, Vref N)을 화소부(500)로 제공한다.
데이터 구동부(300)는 화상 신호를 복수의 데이터 라인들(data1, data2, ..., data M-1, data M)을 통해 화소부(500)로 제공한다.
화소부(500)는 복수의 화소 회로(100)로 구성된다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 광감지 기능을 가지는 평판 표시 장치의 OLED(Organic Light Emitting Diode) 화소부를 구성하는 N X M 개의 화소(pixel)들 중 하나를 대표적으로 도시한 것이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광감지 기능을 가지는 화소 회로(100)는 수광 소자(10), 제1 스위칭부(30), 제2 스위칭부(20), 유기발광다이오드(OLED) 화소부(40)를 포함한다.
유기발광다이오드(OLED) 화소부(40)는 4개의 트랜지스터(P1, P2, P3, P4), 2개의 커패시터(C1 및 C2), OLED셀(E)로 이루어진다. 유기발광다이오드(OLED) 화소 부(40)의 트랜지스터는 P-타입 TFT(Thin Film Transistor)로 구현할 수 있다.
제1 스위칭 소자(30)는 제어 신호 read에 응답하여 턴온되어 센싱 모드에서 리드아웃(readout) 동작을 수행하도록 한다. 구체적으로, 제1 스위칭 소자(20)는 제어 신호 read가'low'로 될 경우 턴온되어 센싱 모드에서 리드아웃(readout) 동작을 수행하도록 한다. 제1 스위칭 소자(30)는 트랜지스터 P6로 구현될 수 있다. 제1 스위칭 소자(30)는 예를 들어 p-타입(type) TFT(Thin Film Transistor)로 구현할 수 있다.
제2 스위칭부(20)는 센싱 모드로 동작시 제어 신호 int에 응답하여 턴온 상태를 유지하여 유기발광다이오드(OLED) 화소부(40)와 수광 소자(10)간을 전기적으로 연결시킨다. 제2 스위칭 소자(20)는 트랜지스터 P5로 구현될 수 있다. 제2 스위칭 소자(20)는 예를 들어 p-타입(type) TFT(Thin Film Transistor)로 구현할 수 있다.
수광 소자(10)는 다이오드 D로 이루어질 수 있다.
공정 비용을 줄이기 위해 화소 회로(100)의 트랜지스터들은 p-타입(type) TFT로 구현할 수 있다. 또한, 공정 비용을 줄이기 위해 화소 회로(100)의 다이오드 D는 p-i-m (p-intrinsic-metal) 다이오드로 구현할 수 있다.
화소 회로(100)는 R(Red) OLED 화소, G(Green) OLED 화소, B(Blue) OLED 화소 별로 단위 픽셀 마다 하나씩 형성될 있다. 화소 회로(100)는 투명 절연 기판에 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5는 도 3a의 화소 회로가 디스플레이 모드로 동작하는 경우를 설 명하기 위한 개념도이고, 도 6 내지 도 8은 도 3a의 화소 회로가 센싱 모드로 동작하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다. 도 9a는 도 3a의 화소 회로의 디스플레이 모드 및 센싱 모드 동작을 나타내는 타이밍도이다.
이하, 도 3a, 도 4 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 화소 회로의 동작을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화소 회로가 디스플레이 모드로 동작시에는, 먼저, n-1 번째 스캔 라인 신호가'low', 제어 신호 em이 'high', 제어 신호 int가 'low', 제어 신호 Vref이 'high'가 되면 도 4에 도시된 바와 같이 트랜지스터 P5가 턴온되고, P2가 턴온되어 구동 트랜지스터 P1이 다이오드 연결된다.
그 다음, n번째 스캔 라인이 'low'가되고, n-1 번째 스캔 라인 신호가'high', 제어 신호 em이 'high', 제어 신호 int가 'high'가 되면, 도 5에 도시된 바와 같이 트랜지스터 P3가 턴온되어 데이터 라인을 통하여 화상 신호에 상응하는 전압이 커패시터 C1의 일측에 인가되고, 화상 신호에 상응하는 전압이 커패시터 C1을 거쳐 트랜지스터 P1의 게이트에 인가된다. 이후, n 번째 스캔 라인 신호가 'high'가 되고 제어 신호 em이 'low'가 되면 스위칭 트랜지스터 P3가 턴오프되고 스위칭 트랜지스터 P4가 턴온되며 커패시터 C1에 충전된 전압이 구동 트랜지스터 P1의 게이트에 인가되어 구동 트랜지스터 P1의 소오스로부터 드레인으로 상기 게이트로 인가된 전압에 대응하는 전류가 흐르게 된다. 구동 트랜지스터 P1에 흐르는 전류와 동일한 순방향의 전류가 유기발광다이오드(OLED)에 흐르고, 상기 전류에 대응하는 세기의 빛이 발광(emission)하게 된다.
제어 신호 em가 'high'인 상태에서는 스위칭 트랜지스터 P4가 턴오프되어 유기발광다이오드(OLED)에 전류가 흐르지 않으므로 유기발광다이오드(OLED)에서 빛이 발광하지 못한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화소 회로가 센싱 모드로 동작시에는, 초기에 n 번째 스캔 라인 신호 scan[n]이 'high', n-1번째 스캔 라인 신호 scan[n-1]이 'low'로 선택되고, 제어 신호 em이 'low', Vref가 'high'로 상승하면, 도 6에 도시된 바와 같이, p-i-m 다이오드의 순방향 바이어스에 의해 V(Vref-VON,p-i-m)가 C1의 왼쪽 노드 N2로 인가되고, 트랜지스터 P2가 턴온되어 다이오드 연결 구조가 되어 커패시터 C1의 오른쪽 노드 N1은 VDD-Vth,P1으로 충전된다. 디스플레이 모드로 동작할 경우과 마찬가지로 커패시터 C2는 VREF-(VDD-Vth,P1)의 전압을 저장한다.
이후 제어 신호 Vref는 'low' 전압으로 변경되어 p-i-m 다이오드 D에 역방향 바이어스를 인가한다. n 번째 스캔 라인 신호 scan[n]이 'low'로 선택되면 도 7에 도시된 바와 같이 트랜지스터 P3가 턴온되어 전류원인 트랜지스터 P1의 기준 전류를 기입하기 위한 전압이 데이터 라인으로부터 인가된다. 커패시터 C1의 커플링 효과에 의하여 구동 트랜지스터 P1의 게이트 노드 전압도 낮아지게 되고, 상기 게이트 노드 전압에 의하여 트랜지스터 P1에 흐르는 전류가 기준 전류가 된다.
p-i-m 다이오드 D에 역방향 바이어스가 인가된 상태에서, 축적 구간(Integration period) 동안 p-i-m 다이오드 D에 흐르는 광 누설 전류에 의하여 커패시터 C1의 왼쪽 노드 N2 전압이 방전되고 오른쪽 노드 N1 전압도 마찬가지로 커패시터 C1의 커플링 효과에 의하여 감소된다. 상기 감소되는 전압의 크기는 외부의 빛의 세기와 축적 시간(integration time), 커패시터 C2의 크기에 의해 결정될 수 있다.
이후 한 프레임 시간 정도 지난 후 n-3 번째 스캔라인 신호 scan[n-3]이 'low'로 선택되면 제어 신호 int도 'low'로 선택되어 도 8에 굵은 실선으로 표시한 바와 같이 트랜지스터 P1, P6를 거쳐 데이터 라인(리드아웃 라인)을 통하여 리드아웃(readout) 동작을 수행한다. p-i-m 다이오드 D의 광 누설 전류에 의하여 감소되는 전압에 따라 트랜지스터 P1에 흐르는 기준 전류는 반대로 증가하여 데이터 라인을 통해 외부 회로로 흐르게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 화소 회로가 센싱 모드로 동작시에는 제어 신호em을 하이(high)로 유지하여 트랜지스터 P4를 오프 상태로 유지시킨다.
센싱 모드에서는 본 발명의 일실시예에 따른 화소 회로는 이미지 스캐너 동작을 수행한다. 평판 표시 패널 표면상에 놓인 문서에서 반사된 빛의 세기(intensity)는 상기 문서 상의 이미지의 그레이 레벨(gray level)에 의해 결정된다. 화소 회로는 상기 반사된 빛의 세기를 검출한다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 화소 회로는 광 방출(light emission)을 통한 디스플레이 동작뿐만 아니라 동시에 반사된 광을 검출하는 센싱 동작을 수행할 수 있다.
도 10은 도 3a의 화소 회로의 각 스캔 라인별로 수행되는 디스플레이 동작 및 센싱 동작을 나타낸 개념도이다. 이하, n번째 스캔 라인이 짝수 번째 스캔 라인이라고 가정한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 짝수 번째 스캔 라인(..., scan [n+2], scan [n], scan [n-2], ...)이 센싱 동작을 수행하며, 홀수 번째 스캔 라인(..., scan [n+1], scan [n-1], scan [n-3], ...)이 디스플레이를 위한 발광 동작을 수행한다.
즉, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 화소 회로는 홀수번째 수평 라인 상의 화소는 가장 강한 빛으로 발광을 하고 짝수번째 수평 라인 상의 화소는 센싱 동작을 수행하여 스캐너 동작을 수행할 수 있다. 또는 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 화소 회로는 투명 절연 기판상에 형성되어 홀수번째 수평 라인 상의 화소는 디스플레이 동작을 수행하고, 짝수번째 수평 라인 상의 화소는 센싱 동작을 수행함으로써 모바일 전자 기기의 터치 스크린으로 사용할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, n번째 스캔 라인에 연결된 화소 회로는 도 6에 도시된 구동 트랜지스터 P1의 문턱 전압(Vth) 보상(Vth compensation), 도 7에 도시된 리셋(Reset) 동작, 도 8에 도시된 집적(integration) 및 리드아웃 동작을 순차적으로 수행한다.
센싱 모드에서 도 7의 리셋 동작 또는 리드아웃 동작을 수행하는 경우 데이터 라인을 사용하므로, 도 8에 도시된 바와 같이 센싱모드로 동작하는 짝수번째 스캔라인에 연결된 화소가 리셋 동작 또는 리드아웃 동작(도 8의 B 블록)을 수행하는 경우에는 디스플레이 모드로 동작하는 홀수번째 스캔 라인에 연결된 화소가 데이터 라인에 데이터를 기입하는 도 8의 A 블록(data addressing)과 같은 동작을 하지 못하도록 설계하는 것이 바람직하다.
본 발명의 화소 회로는 도 3a와 같이 PMOS 트랜지스터로 구현할 수도 있고, NMOS 트랜지스터로도 구현할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화소 회로를 나타낸다. 도 3b는 화소 회로를 NMOS 트랜지스터를 이용하여 구현한 예를 나타낸 회로도이다. 화소 회로를 NMOS 트랜지스터를 이용하여 구현할 경우 수광 소자로는 p-i-m 다이오드 또는 p-i-n 다이오드가 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 화소 회로는 구동 트랜지스터 N1의 문턱 전압 편차를 보상하기 위하여 스캔 라인 [n-1]이 'high'로 될 경우 트랜지스터 N2가 턴온되어 다이오드 연결 구조를 가진다.
스위칭 트랜지스터 N6는 제어 신호 read가'high'로 될 경우 턴온되어 센싱 모드에서 리드아웃(readout) 동작을 수행하도록 한다.
도 9b는 도 3b의 NMOS 트랜지스터로 구현된 화소 회로의 디스플레이 모드 및 센싱 모드 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 9b의 NMOS 트랜지스터로 구현된 화소 회로의 디스플레이 모드 동작 및 센싱 모드 동작은 scan[n], scan[n-1], 제어 신로 int, read, em, Vref의 하이 또는 로우의 전압 상태가 도 9a의 화소 회로의 동작 타이밍도에서와 반대로 되는 점을 빼고는 그 동작은 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 화소 회로는 R(Red), G(Green), B(Blue) 각 서브 픽셀(sub-pixel) 마다 하나씩 형성하거나 또는 R, G 및 B로 이루어진 유닛 픽셀(unit-pixel) 마다 하나씩 형성할 수 있다.
도 3c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화소 회로를 나타내는 회로도이 다.
도 3c는 R, G 및 B로 이루어진 유닛 픽셀(unit-pixel)에 대해 한개의 화소 회로가 형성된 예를 나타낸다.
도 3c를 참조하면, R, G 및 B 화소에 공통적으로 사용되는 한개의 p-i-m 다이오드를 이용하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 화소 회로를 구현할 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3a의 화소 회로의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 화소 회로의 센싱 출력 전류를 세로축으로, 광 누설 전류(IPIM)를 가로축으로 나타내었다.
도 11 및 도 12는 설계된 AMOLED 화소의 화소 회로의 동작을 검증하기 위하여 p-i-m 다이오드에 흐르는 광 누설 전류를 0.6, 2.6, 12.0, 52.0 pA로 변화시켜가면서 도 3a의 화소 회로에 대해 광 누설 전류에 따른 센싱 출력 전류를 시뮬레이션하여 구한 결과이다.
도 11을 참조하면, 전류원인 트랜지스터 P1의 문턱 전압이
Figure 112008023209671-pat00001
0.7 Volt, 이동도가
Figure 112008023209671-pat00002
10 % 씩 각각 변하여도 72 nA이내의 오차를 갖고 0.35 내지 1.33 μA의 출력 전류 범위를 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
도 12를 참조하면, 전류원인 트랜지스터 P1의 문턱 전압이
Figure 112008023209671-pat00003
0.7 Volt, 이동도가
Figure 112008023209671-pat00004
20 % 씩 각각 변하여도 196 nA이내의 오차를 갖고 0.35 ~ 1.42 μA의 출력 전류 범위를 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 성능 검증을 통하여 본 발명의 실시예들에 따른 화소 회로는 추가되는 소자의 개수를 최소로 하여 화소 회로 자체가 리드아웃 회로 기능을 수행함으로써 센싱 기능을 갖는 AMOLED 응용 분야에 적용할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 화소 회로는 OLED 화소를 가지는 이미지 스캐너에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 화소 회로는 OLED 화소를 가지는 이미지 스캐너 또는 OLED 화소를 가지는 터치 스크린에 적용할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 종래의 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 화소 회로의 회로도이다.
도 2는 도 1의 AMOLED 화소 회로의 동작 타이밍도이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 광감지 기능을 가지는 화소 회로를 나타낸다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화소 회로를 나타낸다.
도 3c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화소 회로를 나타내는 회로도이다.
도 4 및 도 5는 도 3a의 화소 회로가 디스플레이 모드로 동작하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6 내지 도 8은 도 3a의 화소 회로가 센싱 모드로 동작하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9a는 도 3a의 화소 회로의 디스플레이 모드 및 센싱 모드 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 9b는 도 3b의 NMOS 트랜지스터로 구현된 화소 회로의 디스플레이 모드 및 센싱 모드 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 10은 도 3a의 화소 회로의 각 스캔 라인별로 수행되는 디스플레이 동작 및 센싱 동작을 나타낸 개념도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3a의 화소 회로의 시뮬레이 션 결과를 나타낸 그래프이다. 화소 회로의 센싱 출력 전류를 세로축으로, 광 누설 전류(IPIM)를 가로축으로 나타내었다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 광감지 기능을 가지는 평판 표시 장치를 나타낸 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 수광 소자 20: 제2 스위칭부
30: 제1 스위칭부 40: 유기발광다이오드(OLED) 화소부

Claims (11)

  1. 스캔 라인과 데이터 라인에 결합된 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로에 있어서,
    상기 데이터 라인을 통해 전달된 화상 신호의 전압에 대응되는 전류에 기초하여 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 유기발광다이오드(OLED) 화소부;
    제1 제어 신호에 응답하여 순방향 바이어스시 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부에 순방향 바이어스 전압을 제공하고 역방향 바이어스시 광누설전류를 흘리는 수광소자; 및
    센싱 모드 동작시 제2 제어 신호에 응답하여 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부로부터 상기 데이터 라인으로 리드 아웃 동작을 수행하는 제1 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센싱 모드로 동작시 제4 제어 신호에 응답하여 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부와 상기 수광 소자간을 전기적으로 연결시키는 제2 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부는
    제1 전원 전압에 결합된 유기발광다이오드(OLED);
    상기 데이터 라인을 통해 제공된 화상 신호의 전압에 대응되는 전류를 상기 유기발광다이오드(OLED)에 제공하여 상기 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 구동 트랜지스터;
    제1 스캔 라인 및 상기 데이터 라인에 연결되고, 제1 스캔 라인 신호에 응답하여 상기 데이터 라인을 통해 제공된 화상 신호의 전압을 제공하는 제1 스위칭 소자;
    일단이 상기 제1 스위칭 소자에 연결되고 타단이 상기 구동 트랜지스터의 소오스 및 제2 전원 전압에 연결되어, 상기 제1 스위칭 소자로부터 제공되는 상기 화상 신호의 전압을 저장하는 제1 커패시터;
    일단이 상기 제1 스위칭 소자와 연결된 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되고 타단이 상기 구동 트랜지스터의 제어 전극에 연결되어 상기 화상 신호의 전압을 커플링 효과에 의해 상기 구동 트랜지스터의 제어 전극으로 제공하는 제2 커패시터;
    제2 스캔 라인 및 상기 구동 트랜지스터의 제어 전극에 연결되고, 제2 스캔 라인 신호에 응답하여 상기 구동 트랜지스터를 다이오드 연결 구조로 동작시키는 제2 스위칭 소자; 및
    상기 구동 트랜지스터와 상기 유기발광다이오드(OLED) 사이에 결합되어 제3 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제3 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 센싱 모드 동작시 제3 제어 신호를 액티브 상태로 유지하여 상기 제3 스위칭 소자를 오프시켜 상기 유기발광다이오드(OLED)의 발광을 차단하는 것을 특징으로 하는 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 스위칭부, 상기 제2 스위칭부, 상기 제1 스위칭 소자, 상기 제2 스위칭 소자, 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 구동 트랜지스터는 P-타입(type) TFT(Thin Film Transistor)이고, 상기 수광 소자는 p-i-m(p-intrinsic-metal) 다이오드인 것을 특징으로 하는 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로.
  6. 스캔 라인과 데이터 라인에 결합된 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로에 있어서,
    제1 전원 전압에 결합된 유기발광다이오드(OLED);
    상기 데이터 라인에 결합하여 제1 스캔 라인 신호에 응답하여 상기 데이터 라인을 통해 제공된 화상 신호의 전압을 제공하는 제1 스위칭 소자;
    일단이 상기 제1 스위칭 소자와 제2 전원 전압에 결합하여 상기 화상 신호의 전압을 저장하는 제1 커패시터;
    일단이 상기 제1 커패시터의 일단에 결합된 제2 커패시터; 및
    제어 전극이 상기 제2 커패시터의 타단과 결합되고, 제1 전극이 상기 제2 전원 전압과 결합되어 상기 데이터 라인을 통해 제공된 상기 화상 신호의 전압에 대응되는 전류를 상기 유기발광다이오드(OLED)에 제공하여 상기 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 구동 트랜지스터;
    상기 구동 트랜지스터의 제어 전극과 상기 구동 트랜지스터의 제2 전극에 결합되어 제2 스캔 라인 신호에 응답하여 상기 구동 트랜지스터를 다이오드 연결 구조로 동작시키는 제2 스위칭 소자;
    상기 구동 트랜지스터의 제2 전극과 상기 유기발광다이오드(OLED) 사이에 결합되어 제3 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제3 스위칭 소자;
    제1 제어 신호에 응답하여 순방향 바이어스 또는 역방향 역방향 바이어스되는 수광소자;
    상기 데이터 라인과 상기 구동 트랜지스터의 제2 전극에 결합되어, 센싱 모드 동작시 제2 제어 신호에 응답하여 리드 아웃 동작을 수행하는 제1 스위칭부; 및
    상기 제2 커패시터의 타단과 상기 수광 소자간에 결합되어 센싱 모드로 동작시 제4 제어 신호에 응답하여 턴온 상태를 유지하는 제 2 스위칭부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 스위칭부, 상기 제2 스위칭부, 상기 제1 스위칭 소자, 상기 제2 스위칭 소자, 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 구동 트랜지스터는 P-타입(type) TFT(Thin Film Transistor)이고, 상기 수광 소자는 p-i-m(p-intrinsic-metal) 다이오드인 것을 특징으로 하는 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로.
  8. 스캔 라인 신호를 전달하는 스캔 라인;
    화상 신호를 전달하는 데이터 라인;
    상기 스캔 라인을 구동하기 위한 스캔 라인 신호를 생성하는 스캔 구동부;
    상기 데이터 라인을 구동하기 위한 데이터 구동부; 및
    상기 스캔 라인 및 상기 데이터 라인에 전기적으로 결합되어 광 감지 기능을 가지는 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로를 포함하되, 상기 유기발광다이오드(OLED)의 화소 회로는
    상기 데이터 라인을 통해 전달된 화상 신호의 전압에 대응되는 전류에 기초하여 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 유기발광다이오드(OLED) 화소부;
    제1 제어 신호에 응답하여 순방향 바이어스시 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부에 순방향 바이어스 전압을 제공하고 역방향 바이어스시 광누설전류를 흘리는 수광소자; 및
    센싱 모드 동작시 제2 제어 신호에 응답하여 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부로부터 상기 데이터 라인으로 리드 아웃 동작을 수행하는 제1 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 감지 기능을 가지는 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 센싱 모드로 동작시 제4 제어 신호에 응답하여 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부와 상기 수광 소자간을 전기적으로 연결시키는 제2 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 감지 기능을 가지는 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유기발광다이오드(OLED) 화소부는
    제1 전원 전압에 결합된 유기발광다이오드(OLED);
    상기 데이터 라인을 통해 제공된 화상 신호의 전압에 대응되는 전류를 상기 유기발광다이오드(OLED)에 제공하여 상기 유기발광다이오드(OLED)를 발광시키는 구동 트랜지스터;
    제1 스캔 라인 및 상기 데이터 라인에 연결되고, 제1 스캔 라인 신호에 응답하여 상기 데이터 라인을 통해 제공된 화상 신호의 전압을 제공하는 제1 스위칭 소자;
    일단이 상기 제1 스위칭 소자에 연결되고 타단이 상기 구동 트랜지스터의 소오스 및 제2 전원 전압에 연결되어, 상기 제1 스위칭 소자로부터 제공되는 상기 화상 신호의 전압을 저장하는 제1 커패시터;
    일단이 상기 제1 스위칭 소자와 연결된 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되고 타단이 상기 구동 트랜지스터의 제어 전극에 연결되어 상기 화상 신호의 전압을 커플링 효과에 의해 상기 구동 트랜지스터의 제어 전극으로 제공하는 제2 커패시터;
    제2 스캔 라인 및 상기 구동 트랜지스터의 제어 전극에 연결되고, 제2 스캔 라인 신호에 응답하여 상기 구동 트랜지스터를 다이오드 연결 구조로 동작시키는 제2 스위칭 소자; 및
    상기 구동 트랜지스터와 상기 유기발광다이오드(OLED) 사이에 결합되어 제3 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제3 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 감지 기능을 가지는 광 감지 기능을 가지는 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 스위칭부, 상기 제2 스위칭부, 상기 제1 스위칭 소자, 상기 제2 스위칭 소자, 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 구동 트랜지스터는 P-타입(type) TFT(Thin Film Transistor)이고, 상기 수광 소자는 p-i-m(p-intrinsic-metal) 다이오드인 것을 특징으로 하는 광 감지 기능을 가지는 디스플레이 장치.
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