KR101202039B1 - 유기전계발광표시장치의 화소 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 스캔 라인으로부터의 선택 신호에 응답하여 데이터 라인으로부터의 데이터 신호를 전달하는 제 1 트랜지스터, 스캔 라인으로부터의 선택 신호에 응답하여 음의 전압인 제 1 전원 전압을 전달하는 제 2 트랜지스터, 제 1 및 제 2 트랜지스터로부터 데이터 신호 및 제 1 전원 전압을 전달받아 저장하기 위한 커패시터, 발광 제어 라인으로부터의 제어 신호에 응답하여 커패시터에 제 2 전원 전압을 전달하여, 제 1 전원 전압의 전압 강하를 보상하기 위한 제 3 트랜지스터, 커패시터로부터 전압을 인가받아, 그에 상응하는 구동 전류를 발생시키는 제 4 트랜지스터; 및 제 4 트랜지스터로부터 구동 전류를 인가받아 발광동작을 수행하는 유기발광다이오드를 포함하고, 유기발광다이오드의 애노드는 양의 전압인 제 3 전원 전압에 연결되고, 유기발광다이오드의 캐소드는 제 4 트랜지스터에 연결된 유기전계발광표시장치의 화소 회로를 제공한다.

Description

유기전계발광표시장치의 화소 회로{Pixel Circuit of Organic Light Emitting Display}
도 1은 종래의 유기전계발광표시장치를 도시한 블럭도이다.
도 2는 종래의 유기전계발광표시장치의 화소 회로를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광표시장치의 화소 회로를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광표시장치의 화소 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광표시장치의 화소 회로의 저장단계를 도시한 회로도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광표시장치의 화소 회로의 발광단계를 도시한 회로도이다.
본 발명은 유기전계발광표시장치의 화소 회로에 관한 것이다.
최근, 평판표시장치(FPD: Flat Panel Display)는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display: FED), 유기전계발광표시장치(Organic Light Emitting Device) 등과 같은 여러 가지의 평면형 디스플레이가 실용화되고 있다.
특히, 유기전계발광표시장치는 응답속도가 1ms 이하로서 고속의 응답속도를 가지며, 소비 전력이 낮고 자체 발광이다. 또한, 시야각에 문제가 없어서 장치의 크기에 상관없이 동화상 표시 매체로서 장점이 있다. 또한, 저온 제작이 가능하고, 기존의 반도체 공정 기술을 바탕으로 제조 공정이 간단하므로 향후 차세대 평판 표시 장치로 주목받고 있다.
일반적으로, 유기전계발광표시장치는 형광성 유기 화합물을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 표시장치로서, 행렬 형태로 배열된 N×M개의 유기발광다이오드(OLED)들을 전압 구동(Voltage Programming) 혹은 전류 구동(Current Programming)하여 영상을 표현할 수 있다. 이와 같은 유기전계발광표시장치를 구동하는 방식에는 수동 매트릭스(passive matrix) 방식과 박막 트랜지스터(thin film transistor)를 이용한 능동 매트릭스(active matrix) 방식이 있다. 수동 매트릭스 방식은 양극과 음극을 직교하도록 형성하고 라인을 선택하여 구동하는데 비해, 능동 매트릭스 방식은 박막 트랜지스터를 각 화소 전극에 연결하고 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 연결된 커패시터 용량에 의해 유지된 전압에 따라 구동하는 방식이다.
상기와 같은 유기전계발광표시장치는 발광 다이오드에서 빛이 취출되는 방향 에 따라 전면발광형과 배면발광형으로 나눌 수 있는데, 전면발광형 유기전계발광표시장치의 경우, 발광 효율을 높이기 위하여 인버트 구조의 유기전계발광표시장치(inverted OLED)로 제조할 수 있다.
인버트 구조의 전면 발광형 유기전계발광표시장치는 캐소드, 유기발광층 및 애노드가 순차적으로 적층된 발광 다이오드를 포함하며, 구동을 위한 박막 트랜지스터가 유기발광다이오드의 캐소드에 연결된 구조를 가진다. 따라서, 빛이 취출되는 방향에 투명 전극인 애노드가 위치하기 때문에 투과율이 높아 발광 효율이 높은 장점을 갖는다.
도 1은 종래기술에 따른 유기전계발광표시장치를 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 유기전계발광표시장치는 표시 패널(110), 스캔 구동부(120), 데이터 구동부(130), 제어부(140) 및 전원공급부(150)를 포함한다.
표시 패널(110)은 제 1 방향으로 배열되는 데이터 라인들(D1-Dm)과 제 1 방향과 교차되고 제 2 방향으로 배열되는 스캔 라인들(S1-Sn) 및 데이터 라인들((D1-Dm))과 스캔 라인들(S1-Sn)이 교차하는 화소 영역에 위치하는 화소 회로들(P11-Pnm)을 포함한다.
제어부(140)는 스캔 구동부(120), 데이터 구동부(130) 및 전원공급부(150)에 제어 신호를 출력하고, 전원공급부(150)는 제어부(140)의 구동 제어에 따라 스캔 구동부(120), 데이터 구동부(130) 및 표시 패널(110)의 구동에 필요한 전압을 출력한다.
스캔 구동부(120)는 제어부(140)의 제어신호에 따라 스캔 구동부(120)에 연 결된 스캔 라인들(S1-Sn)에 스캔 신호를 출력한다. 이로써, 스캔 신호(S1-Sn)에 응답하여 표시 패널(110)에 위치한 화소 회로들(P11-Pnm)이 선택된다.
데이터 구동부(130)는 제어부(140)의 제어 신호에 따라, 스캔 구동부(120)에서 출력되는 스캔 신호에 동기되어 데이터 구동부(130)에 연결된 데이터 라인들(D1-Dm)을 통하여 데이터 신호들을 해당 화소 회로들(110)에 인가한다. 따라서, 표시 패널(110)은 데이터 신호들에 대응하여 각 화소 회로들(P1-Pnm)로부터 빛을 발광함으로써 영상이미지를 표시한다.
도 2는 종래기술에 따른 유기전계발광표시장치의 화소 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 화소 회로는 스캔 라인(Sn)으로부터의 스캔 신호에 응답하여 데이터 라인(Dm)으로부터의 데이터 신호를 전달하는 스위칭 트랜지스터(T1), 스위칭 트랜지스터(T1)를 통해 수신되는 데이터 신호를 저장하기 위한 커패시터(Cgs), 커패시터(Cgs)에 저장된 데이터 신호에 따라 구동 전류를 발생하기 위한 구동 트랜지스터(T2), 구동 전류에 따라 발광 동작을 수행하기 위한 유기발광다이오드(OLED)를 포함한다.
여기서, 스위칭 트랜지스터(T1) 및 구동 트랜지스터(T2)는 엔모스(NMOS)로서, 구동 트랜지스터(T2)의 소오스 전극은 음의 전원 라인(VSS)에, 드레인 전극은 유기발광다이오드(OLED)의 캐소드에 연결된다. 또한, 유기발광다이오드(OLED)의 애노드는 양의 전원 라인(VDD)에 연결된다.
상기와 같은 화소 회로를 포함하는 능동 매트릭스 방식의 유기전계발광표시 장치는 유기발광다이오드(OLED)에 흐르는 전류의 양으로서 휘도를 조절하며, 유기발광다이오드(OLED)에 흐르는 전류의 양은 다음 식으로 표현할 수 있다.
Figure 112006046026930-pat00001
따라서, 각 화소 회로의 유기발광다이오드(OLED)에 흐르는 전류의 양은 구동 트랜지스터(T2)의 게이트 전압(Vg), 문턱 전압(Vth) 및 음의 전원 전압(Vss)에 의해 정해진다.
그러나, 각 화소 회로에 전원을 공급하는 음의 전원 라인(VSS)에서 전압 강하(IR Drop)가 일어나기 때문에, 각 화소 회로의 위치에 따라 공급되는 음의 전원 전압(Vss)의 크기가 변화한다. 이는 각 화소 회로의 유기발광다이오드(OLED)에 흐르는 전류의 양을 변화시켜 각 화소별 휘도의 불균일을 발생시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 각 화소 회로에 공급되는 전압을 보상하여 휘도를 균일하게 함으로써, 화면의 품위를 향상시킬 수 있는 유기전계발광표시장치의 화소 회로를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 스캔 라인으로부터의 선택 신호에 응답하여 데이터 라인으로부터의 데이터 신호를 전달하는 제 1 트랜지스터, 스캔 라인으로부터의 선택 신호에 응답하여 음의 전압인 제 1 전원 전압을 전달하 는 제 2 트랜지스터, 제 1 및 제 2 트랜지스터로부터 데이터 신호 및 제 1 전원 전압을 전달받아 저장하기 위한 커패시터, 발광 제어 라인으로부터의 제어 신호에 응답하여 커패시터에 제 2 전원 전압을 전달하여, 제 1 전원 전압의 전압 강하를 보상하기 위한 제 3 트랜지스터, 커패시터로부터 전압을 인가받아, 그에 상응하는 구동 전류를 발생시키는 제 4 트랜지스터; 및 제 4 트랜지스터로부터 구동 전류를 인가받아 발광동작을 수행하는 유기발광다이오드를 포함하고, 유기발광다이오드의 애노드는 양의 전압인 제 3 전원 전압에 연결되고, 유기발광다이오드의 캐소드는 제 4 트랜지스터에 연결된 유기전계발광표시장치의 화소 회로를 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광표시장치의 화소 회로를 도시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화소 회로는, 엔모스(NMOS)인 제 1 내지 제 4 트랜지스터(T1,T2,T3,T4), 커패시터(Cgs) 및 유기발광다이오드(OLED)를 포함한다.
제 1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극은 스캔 라인(Sn)에 연결되며, 그 일단은 데이터 라인(Dm)에 연결된다. 제 1 트랜지스터(T1)의 타단에는 커패시터(Cgs)가 연결되며, 제 1 트랜지스터(T1)는 데이터 라인(Dm)으로부터 커패시터(Cgs)의 일단에 데이터 신호를 전달한다.
제 2 트랜지스터(T2)의 게이트 전극은 제 1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 함께 스캔 라인(Sn)에 연결된다. 제 2 트랜지스터(T2)는 일단이 제 4 트랜지스터(T4)의 게이트 전극에 연결되어 있고, 타단이 음의 전원 라인인 제 1 전원 라인(VSS)에 연결되어 있다. 제 2 트랜지스터(T2)는 스캔 신호에 의해 턴-온되어 커패시터(Cgs)의 타단에 제 1 전원 라인(VSS)으로부터 제 1 전원 전압을 전달한다. 여기서, 제 2 트랜지스터(T2)의 채널 폭/길이(W/L)는 제 1 및 제 3 트랜지스터(T1,T3)의 채널 폭/길이(W/L)보다 작을 수 있다.
커패시터(Cgs)의 양단에는 제 1 트랜지스터(T1)와 제 2 트랜지스터(T2)가 연결된다. 따라서, 커패시터(Cgs)는 제 1 트랜지스터(T1)로부터 인가받은 데이터 신호와 제 2 트랜지스터(T2)로부터 인가받은 제 1 전원 전압의 차에 해당하는 전압을 저장한다. 또한, 커패시터(Cgs)와 제 1 트랜지스터(T1)가 연결된 노드에는 제 3 트랜지스터(T3)가 연결된다.
제 3 트랜지스터(T3)의 게이트 전극은 발광 제어 라인(Emit)에 연결된다. 제 3 트랜지스터(T3)는 발광 제어 라인(Emit)으로부터의 제어 신호에 의하여 제 2 전원 라인(Vsus)으로부터 제 2 전원 전압을 커패시터(Cgs)에 전달한다. 여기서, 제 2 전원 라인((Vsus)에서는 어떠한 전류도 발생하지 않으므로 전압 강하가 발생하지 않는다. 따라서, 각 화소별 커패시터(Cgs)의 일단에 일정한 전압을 인가할 수 있다.
커패시터(Cgs)의 타단에 제 4 트랜지스터(T4)의 게이트 전극이 연결되어, 커 패시터(Cgs)에 저장된 전압에 의하여 제 4 트랜지스터(T4)가 턴-온된다. 제 4 트랜지스터(T4)는 일단에 연결된 제 1 전원 라인(VSS)으로부터 인가받은 전압과 커패시터(Cgs)로부터 인가받은 전압의 차이에 해당하는 구동 전류를 유기발광다이오드(OLED)에 전달한다.
제 4 트랜지스터(T4)로부터 발생한 전류는 유기발광다이오드(OLED)의 캐소드에 인가되며, 유기발광다이오드(OLED)의 애노드에는 양의 전원 전압인 제 3 전원 라인(VDD)이 연결된다. 유기발광다이오드(OLED)는 구동 전류를 인가받아 이에 상응하는 발광 동작을 수행한다.
도 4는 도 3에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광표시장치의 화소 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이며, 도 5 및 도 6은 도 3에 도시한 유기전계발광표시장치의 화소 회로의 저장 구간(Ⅰ) 및 발광 구간(Ⅱ)을 설명하기 위한 회로도들이다.
도 3 내지 5를 참조하면, 저장 구간(Ⅰ)에서, 스캔 라인(Sn)으로부터 "하이 레벨"의 선택 신호가 인가되면, 제 1 트랜지스터(T1)와 제 2 트랜지스터(T2)가 턴-온된다. 이로써, 제 1 트랜지스터(T1)를 통하여 데이터 라인(Dm)으로부터의 데이터 신호(Vdata)가 커패시터(Cgs)의 일단에 전달된다. 이때, 발광 제어 라인(Emit)에는 "로우 레벨"의 제어 신호가 인가된다.
제 2 트랜지스터(T2)가 턴-온되면, 제 2 트랜지스터(T2)의 일단에 연결된 제 1 전원 라인(VSS)으로부터 제 1 전원 전압(Vss)가 커패시터(Cgs)의 타단에 인가된 다. 따라서, 커패시터(Cgs)에는 제 1 전원 전압(Vss)과 데이터 신호(Vdata)의 차이에 해당하는 전압(Vc)이 저장된다. 이때, 노드 "a"에 걸리는 전압은 Vss이며, 커패시터(Cgs)에 저장되는 전압(Vc)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006046026930-pat00002
한편, 제 2 트랜지스터(T2)가 턴-온되면, 제 4 트랜지스터(T4)의 게이트 및 소오스 전극에는 제 1 전원 전압(Vss)이 인가된다. 따라서, 제 4 트랜지스터(T4)는 턴-오프되고, 제 4 트랜지스터(T4)의 게이트-소스 전압이 "0"이 된다. 이로써, 이전 데이터 신호에 의하여 제 4 트랜지스터(T4)에 포획되었던 전하들이 제거되어, 이전 데이터 신호에 의한 잔상 효과를 줄일 수 있다.
또한, 제 2 트랜지스터(T2)의 채널 폭/길이(W/L)는 제 1 또는 제 3 트랜지스터(T,T3)의 채널 폭/길이(W/L)보다 작도록 형성하였기 때문에, 제 2 트랜지스터(T2)의 턴-온시 외부 광에 의해 발생되는 누설 전류를 감소시킬 수 있다. 따라서, 제 2 트랜지스터(T2)의 턴-온시 커패시터(Cgs)에 저장된 전압값이 변화하지 않게 된다.
도 3, 도 4 및 도 6을 참조하면, 발광 구간(Ⅱ)에서, 발광 제어 라인(Emit)으로부터 제 3 트랜지스터(T3)의 게이트 전극에 "하이 레벨"의 제어 신호가 인가되면, 제 3 트랜지스터(T3)의 일단에 연결된 제 2 전원 라인(Vsus)으로부터 커패시 터(Cgs)의 일단에 제 2 전원 전압이 공급된다.
이때, 제 4 트랜지스터(T4)의 게이트 전극과 연결되는 커패시터(Cgs)의 타단, 즉 노드 "a"에 인가되는 전압(Va)은 다음과 같다.
Figure 112006046026930-pat00003
상기와 같은 전압은 제 4 트랜지스터(T4)의 게이트 전극에 전달되고, 제 4 트랜지스터(T4)는 다음과 같은 양의 구동 전류를 발생시킨다.
Figure 112006046026930-pat00004
상기 수학식 4에서, 제 1 전원 전압(Vss)이 상쇄되기 때문에, 유기발광다이오드(OLED)에 공급되는 전류의 양은 데이터 신호와 제 2 전원 라인에 의하여 결정된다. 상술한 바와 같이. 제 2 전원 라인은 각 화소에 일정한 크기의 전압을 공급할 수 있다. 따라서, 제 1 전원 라인(VSS)의 전압 강하로 인한 공급 전압의 불균일의 문제를 해결할 수 있어, 각 화소의 휘도 불균일 문제를 해결할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 각 화소별로 제 1 전원 전압(Vss)을 보상함으로써 제 1 전원 라인(VSS)에서 발생하는 전압 강하의 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명은, 제 1 전원 전압(Vss)을 보상하는 단계에서 구동 트랜지스터(T4)의 게이트 전압을 초기화시키기 때문에, 이전 데이터 신호에 의한 잔상 효과를 방지할 수 있다. 아울러, 본 발명은 제 2 트랜지스터(T2)의 채널 폭/길이(W/L)를 작게 형성하여 누설 전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명을 특정의 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것이 아니고, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 각 화소의 휘도 균일도를 확보하여 화면의 품위가 향상된 인버트 구조의 전면발광형 유기전계발광표시장치를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 스캔 라인으로부터의 선택 신호에 응답하여 데이터 라인으로부터의 데이터 신호를 전달하는 제 1 트랜지스터;
    상기 스캔 라인으로부터의 선택 신호에 응답하여 음의 전압인 제 1 전원 전압을 전달하는 제 2 트랜지스터;
    상기 제 1 트랜지스터로부터 상기 데이터 신호를 일단에 전달받아 저장하고, 상기 제 2 트랜지스터로부터 상기 제 1 전원 전압을 타단에 전달받아 저장하기 위한 커패시터;
    발광 제어 라인으로부터의 제어 신호에 응답하여 상기 커패시터의 일단에 제 2 전원 전압을 전달하여, 상기 제 1 전원 전압의 전압 강하를 보상하기 위한 제 3 트랜지스터;
    상기 커패시터에 저장된 전압을 인가받아, 그에 상응하는 구동 전류를 발생시키는 제 4 트랜지스터; 및
    상기 제 4 트랜지스터로부터 구동 전류를 인가받아 발광동작을 수행하는 유기발광다이오드를 포함하고,
    상기 유기발광다이오드의 애노드는 양의 전압인 제 3 전원 전압에 연결되고, 상기 유기발광다이오드의 캐소드는 상기 제 4 트랜지스터에 연결된 유기전계발광표시장치의 화소 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 트랜지스터는 상기 스캔 라인에 공통 연결되는 유기전계발광표시장치의 화소 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택 신호가 하이 레벨인 구간 동안, 상기 제어 신호는 로우 레벨인 유기전계발광표시장치의 화소 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터의 채널 폭/길이(W/L)는 상기 제 1 또는 제 3 트랜지스터의 채널 폭/길이(W/L)보다 작은 유기전계발광표시장치의 화소 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캔 라인으로부터 하이 레벨의 신호가 인가되면, 상기 커패시터의 양단에는 상기 데이터 신호와 제 1 전원 전압이 인가되고, 상기 제 4 트랜지스터는 턴-오프되는 유기전계발광표시장치의 화소 회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스캔 라인으로부터 로우 레벨의 신호가 인가되고 상기 발광 제어 라인으로부터 하이 레벨의 제어 신호가 인가되면, 상기 커패시터의 일단에 제 2 전원 전압이 인가되어 상기 커패시터의 타단의 전압이 변경되고, 상기 제 4 트랜지스터 는 상기 변경된 전압을 인가받아 구동 전류를 발생시키는 유기전계발광표시장치의 화소 회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 트랜지스터는 엔모스(NMOS)인 유기전계발광표시장치의 화소 회로.
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