KR101491152B1 - 유기발광다이오드 표시장치 - Google Patents

유기발광다이오드 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화질을 향상시키도록 한 유기발광다이오드 표시장치와 그 구동방법에 관한 것이다.
이 유기발광다이오드 표시장치는 직류 레벨의 제1 고전위 구동전압을 발생하는 제1 고전위 구동전압원; 교류 형태의 제2 고전위 구동전압을 발생하는 제2 고전위 구동전압원; 기저 전압을 발생하는 기저 전압원; 상기 제1 고전위 구동전압원과 기저 전압원 사이에 흐르는 전류에 의해 발광되는 유기발광다이오드; 제1 노드에 접속된 게이트전극과 상기 기저 전압원에 접속된 소스전극 간에 인가되는 게이트-소스간 전압에 따라 상기 유기발광다이오드에 흐르는 전류를 제어하는 구동소자; 상기 구동소자와 동일한 바이어스 특성을 가지며, 상기 제1 노드에 접속된 게이트전극과 상기 제2 고전위 구동전압원에 접속된 드레인전극과 제2 노드에 접속된 소스전극을 포함하여 상기 구동소자의 문턱전압 변화를 샘플링하기 위한 샘플링소자; 및 다수의 게이트신호들과 상기 제2 고전위 구동전압에 응답하여, 초기화기간 동안 상기 제1 노드의 전위보다 상기 제2 노드의 전위를 더 낮춰 상기 제1 노드와 제2 노드 간 전압차를 상기 구동 TFT의 문턱전압보다 큰 값으로 초기화한 후, 센싱기간 동안 상기 제1 노드와 제2 노드 간 전압차가 상기 구동 TFT의 문턱전압이 될 때까지 상기 제2 노드의 전위를 상승시켜 상기 구동 TFT의 문턱전압을 센싱한 다음, 프로그래밍기간 동안 상기 제1 노드에 데이터전압을 인가하여 상기 제1 노드와 제2 노드 간 전압차를 상기 데이터전압에 상기 구동 TFT의 문턱전압이 합산된 보상전압 으로 프로그래밍한 후, 발광기간 동안 상기 프로그래밍된 보상전압을 이용하여 상기 구동 TFT을 구동시키는 스위치회로를 구비한다.

Description

유기발광다이오드 표시장치{Organic Light Emitting Diode Display}
본 발명은 유기발광다이오드 표시장치에 관한 것으로 특히, 화질을 향상시키도록 한 유기발광다이오드 표시장치에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들(Flat Panel Display, FPD)이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라 한다), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하 "PDP"라 한다) 및 전계발광소자(Electroluminescence Device) 등이 있다.
PDP는 구조와 제조공정이 단순하기 때문에 경박단소하면서도 대화면화에 가장 유리한 표시장치로 주목받고 있지만 발광효율과 휘도가 낮고 소비전력이 큰 단점이 있다. 스위칭 소자로 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT" 라 함)가 적용된 TFT LCD는 가장 널리 사용되고 있는 평판표시소자이지만 비발광소 자이기 때문에 시야각이 좁고 응답속도가 낮은 문제점이 있다. 이에 비하여, 전계발광소자는 발광층의 재료에 따라 무기발광다이오드 표시장치와 유기발광다이오드 표시장치로 대별되며 특히, 유기발광다이오드 표시장치는 스스로 발광하는 자발광소자를 이용함으로써 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.
유기발광다이오드 표시장치는 도 1과 같이 유기발광다이오드를 가진다. 유기발광다이오드는 애노드전극과 캐소드전극 사이에 형성된 유기 화합물층(HIL, HTL, EML, ETL, EIL)을 구비한다.
유기 화합물층은 정공주입층(Hole Injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer, EIL)을 포함한다.
애노드전극과 캐소드전극에 구동전압이 인가되면 정공수송층(HTL)을 통과한 정공과 전자수송층(ETL)을 통과한 전자가 발광층(EML)으로 이동되어 여기자를 형성하고, 그 결과 발광층(EML)이 가시광을 발생하게 된다.
유기발광다이오드 표시장치는 이와 같은 유기발광다이오드가 포함된 화소를 매트릭스 형태로 배열하고 스캔펄스에 의해 선택된 화소들의 밝기를 비디오 데이터의 계조에 따라 제어한다.
이와 같은 유기발광다이오드 표시장치는 패씨브 매트릭스(passive matrix) 방식과, 스위칭소자로써 TFT를 이용하는 액티브 매트릭스(active matrix) 방식으로 나뉘어진다.
이 중 액티브 매트릭스 방식은 능동소자인 TFT를 선택적으로 턴-온시켜 화소를 선택하고 스토리지 커패시터(Storage Capacitor)에 유지되는 전압으로 화소의 발광을 유지한다.
도 2는 액티브 매트릭스 방식의 유기발광다이오드 표시장치에 있어서 하나의 화소를 등가적으로 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 액티브 매트릭스 방식의 유기발광다이오드 표시장치의 화소는 유기발광다이오드(OLED), 서로 교차하는 데이터라인(DL) 및 게이트라인(GL), 스위치 TFT(SW), 구동 TFT(DR), 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 스위치 TFT(SW)와 구동 TFT(DR)는 N-타입 MOS-FET으로 구현된다.
스위치 TFT(SW)는 게이트라인(GL)으로부터의 스캔펄스에 응답하여 턴-온됨으로써 자신의 소스전극과 드레인전극 사이의 전류패스를 도통시킨다. 이 스위치 TFT(SW)는 온타임기간 동안 데이터라인(DL)으로부터의 데이터전압을 구동 TFT(DR)의 게이트전극과 스토리지 커패시터(Cst)에 인가한다.
구동 TFT(DR)는 자신의 게이트전극과 소스전극 간의 차전압(Vgs)에 따라 유기발광다이오드(OLED)에 흐르는 전류를 제어한다.
스토리지 커패시터(Cst)는 자신의 일측 전극에 인가된 데이터전압을 저장함으로써 구동 TFT(DR)의 게이트전극에 공급되는 전압을 한 프레임기간동안 일정하게 유지시킨다.
유기발광다이오드(OLED)는 도 1과 같은 구조로 구현된다. 이 유기발광다이 오드(OLED)는 구동 TFT(DR)의 소스전극과 저전위 구동전압원(VSS) 사이에 접속된다.
도 2와 같은 화소의 밝기는 아래의 수학식 1과 같이 유기발광다이오드(OLED)에 흐르는 전류에 비례하며, 이 전류는 구동 TFT(DR)의 게이트전압과 소스전압 간 차전압, 구동 TFT(DR)의 문턱전압에 의해 결정된다.
Figure 112008067859108-pat00001
여기서, 'Ioled'는 구동전류, 'k'는 구동 TFT(DR)의 이동도 및 기생용량에 의해 결정되는 상수값, 'Vgs'는 구동 TFT(DR)의 게이트전압(Vg)과 소스전압(Vs) 간의 차전압, 'Vth'는 구동 TFT(DR)의 문턱전압을 각각 의미한다.
수학식 1과 같이, 유기발광다이오드(OLED)의 전류(Ioled)는 구동 TFT(DR)의 문턱전압(Vth)에 크게 영향 받는다.
일반적으로, 유기발광다이오드 표시장치에서 화소들 간 휘도의 불균일성은 상기 문턱전압을 포함한 구동 TFT의 전기적 특성 편차에 기인한다. 화소들 간 구동 TFT의 전기적 특성 편차가 발생하는 원인은 표시패널의 백 플레인(Backplane)에 따라 다르다. LTPS(Low Temperature Poly Silicon) 백 플레인을 사용하는 패널에서는 ELA(Excimer Laser Annealing) 공정에 의한 화소들 간 TFT의 특성 편차가 발생한다. 반면, a-Si(Amorphous Silicon) 백 플레인을 사용하는 패널에서는 공정에 의한 특성 편차는 거의 발생하지 않지만 패널 구동에 따라 진행되는 TFT의 열화 정 도가 화소마다 달라져 결국 화소들 간 TFT의 특성 편차가 발생된다. 패널 구동에 따라 화소들간 TFT의 열화 정도가 다르게 진행하는 이유는, 구동 TFT의 게이트전극에 쌓이는 게이트-바이어스 스트레스(Gate-Bias Stress)에 의한 구동 TFT의 문턱전압 변동이 화소마다 달라지기 때문이다.
이러한 구동 TFT의 전기적 특성 편차로 인해서 유기발광다이오드에 흐르는 전류는 화소마다 달라지게 되는데, 종래 도 2와 같은 유기발광다이오드 표시장치에서 구동 TFT의 문턱전압 편차가 0V ~ 6V 라면 동일한 데이터의 인가시 유기발광다이오드에 흐르는 전류차는 최대 99.8 % 까지 발생되어 화소들 간 휘도의 불균일성이 크게 나타난다.
따라서, 본 발명의 목적은 화소들 간 구동 TFT의 특성 편차를 보상함으로써 화질을 향상시키도록 한 유기발광다이오드 표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치는 일정 레벨의 제1 고전위 구동전압을 발생하는 제1 고전위 구동전압원과 기저 전압원 사이에 흐르는 전류에 의해 발광되는 유기발광다이오드; 제1 노드에 접속된 게이트전극과 상기 기저 전압원에 접속된 소스전극 간에 인가되는 게이트-소스간 전압에 따라 상기 유기발광다이오드에 흐르는 전류를 제어하는 구동소자; 상기 구동소자와 동일한 바이어스 특성을 가지며, 상기 제1 노드에 접속된 게이트전극과 제2 고전위 구동전압원에 접속된 드레인전극과 제2 노드에 접속된 소스전극을 포함하여 상기 구동소자의 문턱전압 변화를 샘플링하기 위한 샘플링소자; 및 스캔라인을 통해 공급되는 스캔신호, 센싱라인을 통해 공급되는 센싱신호 및 에미션라인을 통해 공급되는 에미션신호와 상기 제2 고전위 구동전압원으로부터의 제2 고전위 구동전압에 응답하여, 초기화기간 동안 상기 제1 노드의 전위보다 상기 제2 노드의 전위를 더 낮춰 상기 제1 노드와 제2 노드 간 전압차를 상기 구동 TFT의 문턱전압보다 큰 값으로 초기화한 후, 센싱기간 동안 상기 제1 노드와 제2 노드 간 전압차가 상기 구동 TFT의 문턱전압이 될 때까지 상기 제2 노드의 전위를 상승시켜 상기 구동 TFT의 문턱전압을 센싱한 다음, 프로그래밍기간 동안 상기 제1 노드에 데이터전압을 인가하여 상기 제1 노드와 제2 노드 간 전압차를 상기 데이터전압에 상기 구동 TFT의 문턱전압이 합산된 보상전압으로 프로그래밍한 후, 발광기간 동안 상기 프로그래밍된 보상전압을 이용하여 상기 구동 TFT을 구동시키는 스위치회로를 구비하고; 상기 제2 고전위 구동전압의 전위 레벨은 상기 초기화기간 내에서 제1 전위 레벨로 발생된 후, 상기 제1 전위보다 낮은 제2 전위 레벨로 변동되고, 상기 센싱기간 동안 상기 제1 전위로 회복된 후 상기 프로그래밍기간 및 발광기간에서 상기 제1 전위로 유지되고, 상기 스캔신호는 상기 초기화기간, 센싱기간 및 발광기간에서 로우논리전압으로 인가되고 상기 프로그래밍 기간에서 하이논리전압으로 인가되며,상기 센싱신호는 상기 초기화기간 및 센싱기간에서 하이논리전압으로 인가되고, 상기 프로그래밍기간 및 발광기간에서 로우논리전압으로 인가되며,상기 에미션신호는 상기 초기화기간, 센싱기간 및 프로그래밍기간에서 로우논리전압으로 인가되고, 상기 발광기간에서 하이논리전압으로 인가된다.
본 발명에 따른 유기발광다이오드 표시장치는 구동 TFT의 문턱전압 변동에 의한 화소들 간 유기발광다이오드에 흐르는 전류 편차를 보상해 줄 수 있으므로 종래 2T1C 구조에 비해 비약적인 화질 향상을 기대할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 유기발광다이오드 표시장치는 구동 TFT와 동일한 바이어스 특성을 갖되 그 채널폭이 구동 TFT에 비해 훨씬 작은 샘플링 TFT를 구비하고, 구동 TFT를 구동하는 전원 라인과는 별개의 전원 라인을 이용하여 샘플링 TFT를 교류 구동시킴으로써, 콘트라스트 비의 저하를 가져오는 종래 다이오드 컨넥션을 이용한 센싱방법에 비해 사이드 이펙트없이 구동 TFT의 문턱전압 센싱을 효율적으로 행할 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 유기발광다이오드 표시장치는 스캔신호와는 독립적으로 발생되며, 1 스캔타임에 구애없이 그 폭의 가변이 가능한 센싱신호를 이용하여 초기화를 비롯한 센싱 동작을 수행함으로써, 비정질 실리콘층을 포함하는 구동 TFT의 문턱전압 센싱시 전하 이동도가 낮아 센싱 타이밍이 길어지는 경우 센싱 타임 확보에 매우 유리하다.
이하, 도 3 내지 도 6e를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치를 나타내는 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치는 화소들(P)이 매트릭스 형태로 배열되는 표시패널(10), 및 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(13)를 제어하는 타이밍 콘트롤러(11)를 구비한다.
표시패널(10)에는 다수의 데이터라인(14)들과 다수의 게이트라인들(15a 내지 15c)이 교차되고 화소(P)들이 매트릭스 형태로 배치된다. 화소(P)들 각각은 제1 고전위 구동전압(Vdd1) 및 제2 고전위 구동전압(Vdd2)과 기저전압(Gnd)을 공급받고, 데이터라인(14)과 세 개의 게이트라인들(15a 내지 15c)에 접속된다. 세 개의 게이트라인들(15a 내지 15c)은 각각 스캔라인(15a), 센싱라인(15b), 및 에미션라인(15c)을 지시한다. 제1 고전위 구동전압(Vdd1)은 제1 고전위 구동전압원(VDD1)에 의해 일정한 전위 레벨(직류 레벨)로 발생된다. 제2 고전위 구동전압(Vdd2)은 제2 고전위 구동전압원(VDD2)에 의해 발생되되, 화소(P) 내에 포함된 구동 TFT의 문턱전압이 센싱될 수 있도록 주기적으로 그 전위 레벨이 교류 형태로 가변된다. 기저 전압(Gnd)은 기저 전압원(GND)에 의해 발생된다.
타이밍 콘트롤러(11)는 외부로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(10)의 해상도에 맞게 재정렬하여 데이터 구동회로(12)에 공급한다. 또한, 타이밍 콘트롤러(11)는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 도트클럭신호(DCLK) 및 데이터 인에이블신호(DE) 등의 타이밍 신호들을 기초하여 데이터 구동회로(12)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호(DDC)와, 게이트 구동회로(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호(GDC)를 발생한다.
데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(11)의 제어하에 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 데이터전압(이하, 데이터전압이라 함)으로 변환하여 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 공급한다.
게이트 구동회로(13)는 타이밍 콘트롤러(11)의 제어 하에 스캔신호(SCAN), 센싱신호(SEN) 및 에미션신호(EM)를 발생한다. 스캔신호(SCAN)는 스캔라인(15a)에 공급되고, 센싱신호(SEN)는 센싱라인(15b)에 공급된다. 그리고 에미션신호(EM)는 에미션라인(15c)에 공급된다.
도 4는 도 3에 도시된 화소(P)를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화소(P)는 데이터라인(14)과 세 개의 게이트라인들(15a 내지 15c)의 교차 영역에 형성되는 유기발광다이오드(OLED), 구동 TFT(DR), 샘플링 TFT(SM) 및 스위치회로(Cs)를 구비한다.
유기발광다이오드(OLED)의 애노드 전극은 제1 고전위 구동전압원(VDD1)에 접속되고, 캐소드 전극은 구동 TFT(DR)의 드레인전극에 접속된다. 유기발광다이오드(OLED)는 도 1과 같은 구조를 가지며, 구동 TFT(DR)에 의해 제어되는 구동전류에 의해 발광한다.
구동 TFT(DR)의 게이트전극은 제1 노드(n1)를 통해 샘플링 TFT(SM)의 게이트전극과 스위치회로(Cs)에 공통 접속되고, 구동 TFT(DR)의 드레인전극은 유기발광다이오드(OLED)의 캐소드 전극에 접속되며, 구동 TFT(DR)의 소스전극은 기저 전압원(GND)과 스위치회로(Cs)에 공통 접속된다. 구동 TFT(DR)는 자신의 게이트전극과 소스전극 간 차전압에 따라 유기발광다이오드(OLED)에 흐르는 전류량을 제어한다. 여기서, 구동 TFT(DR)는 N 타입 전자 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET, Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구현된다. 구동 TFT(DR)의 반도체층은 비정질 실리콘층(Amorphous Silicon)을 포함한다.
샘플링 TFT(SM)의 게이트전극은 제1 노드(n1)를 통해 구동 TFT(DR)의 게이트전극과 스위치회로(Cs)에 공통 접속되고, 샘플링 TFT(SM)의 드레인전극은 제2 고전위 구동전압원(VDD2)에 접속되며, 샘플링 TFT(SM)의 소스전극은 제2 노드(n2)를 통해 스위치회로(Cs)에 접속된다. 샘플링 TFT(SM)는 구동 TFT(DR)의 문턱전압 변동분을 샘플링하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 샘플링 TFT(SM)는 구동 TFT(DR)와 거의 동일한 바이어스 특성을 가진다. 즉, 샘플링 TFT(SM)의 게이트전극과 소스전극 간 차전압은 크기는 구동 TFT(DR)의 그것과 거의 동일하며 샘플링 TFT(SM)의 문턱전압의 크기는 구동 TFT(DR)의 그것과 거의 동일하다. 다만, 샘플링 TFT(SM)의 채널폭은 구동 TFT(DR)의 채널폭에 비해 1/n (n은 자연수)만큼 작다. 이는 샘플링 TFT(SM)를 통해 흐르는 전류를 구동 TFT(DR)의 그것에 비해 1/n 만큼 줄여 제2 고전위 구동전압(Vdd2)의 전위 레벨 가변시 제2 노드(n2)의 전위를 빠른 시간내에 원 하는 레벨로 초기화시키기 위함이다. 여기서, 샘플링 TFT(SM)는 N 타입 MOSFET으로 구현된다. 샘플링 TFT(SM)의 반도체층은 비정질 실리콘층(Amorphous Silicon)을 포함한다.
스위치회로(Cs)는 제1 내지 제3 스위치 TFT(SW1 내지 SW3)와 제1 및 제2 스토리지 커패시터(Cst1,Cst2)를 포함한다. 이러한 스위치회로(Cs)는 게이트라인들(15a 내지 15c)로부터의 스캔신호(SCAN), 센싱신호(SEN) 및 에미션신호(EM)와, 제2 고전위 구동전압원(VDD2)로부터의 제2 고전위 구동전압(Vdd2)에 응답하여, 제1 노드(n1)의 전위보다 제2 노드(n2)의 전위를 더 낮춰 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 간 전압차를 구동 TFT(DR)의 문턱전압보다 큰 값으로 초기화한 후, 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 간 전압차가 구동 TFT(DR)의 문턱전압이 될 때까지 제2 노드(n2)의 전위를 상승시켜 구동 TFT(DR)의 문턱전압을 센싱한 다음, 제1 노드(n1)에 데이터전압(Vdata)을 인가하여 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 간 전압차를 데이터전압(Vdata)에 구동 TFT(DR)의 문턱전압이 합산된 보상전압으로 프로그래밍한 후, 프로그래밍된 보상전압을 이용하여 구동 TFT(DR)을 구동시킨다.
이를 위해, 제1 스위치 TFT(SW1)의 게이트전극은 스캔신호(SCAN)가 공급되는 스캔라인(15a)에 접속되고, 제1 스위치 TFT(SW1)의 드레인전극은 데이터라인(14)에 접속되며, 제1 스위치 TFT(SW1)의 소스전극은 제1 노드(n1)에 접속된다. 제1 스위치 TFT(SW1)는 스캔신호(SCAN)에 응답하여 데이터라인(14)과 제1 노드(n1) 사이의 전류 패스를 절환한다.
제2 스위치 TFT(SW2)의 게이트전극은 센싱신호(SEN)가 공급되는 센싱라 인(15b)에 접속되고, 제2 스위치 TFT(SW2)의 드레인전극은 제1 노드(n1)에 접속되며, 제2 스위치 TFT(SW2)의 소스전극은 기저 전압원(GND)에 접속된다. 제2 스위치 TFT(SW2)는 센싱신호(SEN)에 응답하여 제1 노드(n1)와 기저 전압원(GND) 사이의 전류 패스를 절환한다. 여기서, 센싱신호(SEN)는 스캔신호(SCAN)와는 독립적으로 발생된다. 그리고, 초기화를 비롯한 센싱에 필요한 센싱신호(SEN)의 펄스폭 또한 1 스캔타임에 구애없이 자유롭게 가변가능하다. 따라서, 비정질 실리콘층을 포함하는 구동 TFT의 문턱전압 센싱시 전하 이동도가 낮아 센싱 타이밍이 길어지더라도 크게 문제되지 않는다.
제3 스위치 TFT(SW3)의 게이트전극은 에미션신호(EM)가 공급되는 에미션라인(15c)에 접속되고, 제3 스위치 TFT(SW3)의 드레인전극은 제2 노드(n2)에 접속되며, 제3 스위치 TFT(SW3)의 소스전극은 기저 전압원(GND)에 접속된다. 제3 스위치 TFT(SW3)는 에미션신호(EM)에 응답하여 제2 노드(n2)와 기저 전압원(GND) 사이의 전류 패스를 절환한다.
제1 스토리지 커패시터(Cst1)는 그의 일측 전극이 제1 노드(n1)에 접속되고 그의 타측 전극이 제2 노드(n2)에 접속되어 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이에 걸리는 전압을 저장한다. 그리고, 제2 스토리지 커패시터(Cst2)는 그의 일측 전극이 제2 노드(n2)에 접속되고 그이 타측 전극이 기저 전압원(GND)에 접속되어 제2 노드(n2)와 기저 전압원(GND) 사이에 걸리는 전압을 저장한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 화소(P)의 동작을 도 5 및 도 6a 내지 도 6e를 결부하여 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6a를 참조하면, 제1 초기화기간(Ti1) 동안 스캔신호(SCAN)는 로우논리전압으로 발생되어 제1 스위치 TFT(SW1)를 턴 오프시키고, 센싱신호(SEN)는 하이논리전압으로 발생되어 제2 스위치 TFT(SW2)를 턴 온시키며, 에미션신호(EM)는 로우논리전압으로 발생되어 제3 스위치 TFT(SW3)를 턴 오프 시킨다. 제2 고전위 구동전압(Vdd2)은 제1 고전위 구동전압(Vdd1)과 거의 동일한 제1 전위(P1) 레벨로 발생된다.
이에 따라, 제1 노드(n1)의 전위(Vn1)와 제2 노드(n2)의 전위(Vn2)는 기저전압(Gnd) 레벨로 1차 초기화된다.
도 5 및 도 6b를 참조하면, 제2 초기화기간(Ti2) 동안 스캔신호(SCAN)는 로우논리전압으로 유지되어 제1 스위치 TFT(SW1)를 계속해서 턴 오프시키고, 센싱신호(SEN)는 하이논리전압으로 유지되어 제2 스위치 TFT(SW2)를 계속해서 턴 온시키며, 에미션신호(EM)는 로우논리전압으로 유지되어 제3 스위치 TFT(SW3)를 계속해서 턴 오프 시킨다. 제2 고전위 구동전압(Vdd2)의 전위 레벨은 제1 전위(P1)보다 낮은 제2 전위(P2)로 변동된다. 여기서, 제2 전위(P2)는 제1 전위(P1)에 대비하여 구동 TFT(DR)의 최대 문턱전압 변동분보다 큰 변동분(ΔVdd2)만큼 낮은 레벨을 갖는다.
이에 따라, 제1 노드(n1)의 전위(Vn1)는 기저전압(Gnd) 레벨로 유지되어 2차 초기화되는 반면, 제2 노드(n2)의 전위(Vn2)는 제2 전위(P2)로 낮아진 제2 고전위 구동전압(Vdd2)의 영향으로 기저전압(Gnd) 레벨로부터 점차 감소되어 변동분(ΔVdd2)만큼 낮은 레벨로 2차 초기화된다.
도 5 및 도 6c를 참조하면, 센싱기간(Ts) 동안 스캔신호(SCAN)는 로우논리전압으로 유지되어 제1 스위치 TFT(SW1)를 계속해서 턴 오프시키고, 센싱신호(SEN)는 하이논리전압으로 유지되어 제2 스위치 TFT(SW2)를 계속해서 턴 온시키며, 에미션신호(EM)는 로우논리전압으로 유지되어 제3 스위치 TFT(SW3)를 계속해서 턴 오프 시킨다. 제2 고전위 구동전압(Vdd2)의 전위 레벨은 제1 전위(P1)로 회복된다.
이에 따라, 제1 노드(n1)의 전위(Vn1)는 기저전압(Gnd) 레벨로 유지되는 반면, 제2 노드(n2)의 전위(Vn2)는 제1 전위(P1)로 회복된 제2 고전위 구동전압(Vdd2)의 영향으로 2차 초기화 레벨로부터 점차 증가되어 구동 TFT(DR)의 부극성 문턱전압((-)Vth) 레벨로 수렴된다. 센싱된 구동 TFT(DR)의 부극성 문턱전압((-)Vth)은 제1 스토리지 커패시터(Cst1)에 저장된다.
도 5 및 도 6d를 참조하면, 프로그래밍기간(Tp) 동안 스캔신호(SCAN)는 하이논리전압으로 반전되어 제1 스위치 TFT(SW1)를 턴 온시키고, 센싱신호(SEN)는 로우논리전압으로 반전되어 제2 스위치 TFT(SW2)를 턴 오프시키며, 에미션신호(EM)는 로우논리전압으로 유지되어 제3 스위치 TFT(SW3)를 계속해서 턴 오프 시킨다. 제2 고전위 구동전압(Vdd2)의 전위 레벨은 제1 전위(P1)로 유지된다.
이에 따라, 제1 노드(n1)의 전위(Vn1)는 데이터전압(Vdata) 레벨로 상승되고, 제2 노드(n2)의 전위(Vn2)는 제1 스토리지 커패시터(Cst1)와 제2 스토리지 커패시터(Cst2)의 커플링 영향으로 구동 TFT(DR)의 부극성 문턱전압((-)Vth) 레벨로부터 아래의 수학식 2와 같은 커플링 전압(ΔVc)만큼 상승된다.
Figure 112008067859108-pat00002
커플링 전압(ΔVc)은 그 값이 "0" 에 가까울수록 이상적이다. 따라서, 제2 스토리지 커패시터(Cst2)의 용량을 제1 스토리지 커패시터(Cst1)의 용량보다 아주 크게 하면 커플링 전압(ΔVc)의 값을 충분히 낮출 수 있다.
이러한 프로그래밍기간(Tp)을 거치면 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 간 전위차 즉, 구동 TFT의 게이트전극과 소스전극 간 전압차(Vgs)는 아래의 수학식 3과 같이 데이터전압(Vdata)에 구동 TFT(DR)의 문턱전압(Vth)이 합산된 보상전압과 커플링 전압(ΔVc)의 차전압으로 결정된다.
Figure 112008067859108-pat00003
도 5 및 도 6e를 참조하면, 발광기간(Te) 동안 스캔신호(SCAN)는 로우논리전압으로 반전되어 제1 스위치 TFT(SW1)를 턴 오프시키고, 센싱신호(SEN)는 로우논리전압으로 유지되어 제2 스위치 TFT(SW2)를 계속해서 턴 오프시키며, 에미션신호(EM)는 하이논리전압으로 반전되어 제3 스위치 TFT(SW3)를 턴 온 시킨다. 제2 고전위 구동전압(Vdd2)의 전위 레벨은 제1 전위(P1)로 유지된다.
이에 따라, 제2 노드(n2)의 전위(Vn2)는 기저전압(Gnd) 레벨로 수렴되어 유지되고, 제1 노드(n1)의 전위(Vn1)는 제1 스토리지 커패시터(Cst1)와 제2 스토리지 커패시터(Cst2)의 커플링 영향으로 제2 노드(n2)의 전위(Vn2)가 변동된 만큼 변동되어 유지된다. 그리고, 제3 스위치 TFT(SW3)의 턴 온으로 샘플링 TFT(SM) 및 구동 TFT(DR)에는 구동 TFT(DR)의 문턱전압이 보상된 구동전류(Ioled)가 흐르게 된다. 구동 TFT(DR)의 문턱전압이 보상된 구동전류(Ioled)는 아래의 수학식 4와 같다.
Figure 112008067859108-pat00004
여기서, k는 구동 TFT(DR)의 이동도 및 기생용량에 의해 결정되는 상수값을 의미한다.
수학식 4를 통해 알 수 있듯이, 수학식 4에는 구동 TFT(DR)의 문턱전압(Vth) 인자가 포함되어 있지 않으므로, 유기발광다이오드(OLED)에 흐르는 구동전류(Ioled)는 구동 TFT(DR)의 문턱전압(Vth) 변화에는 영향을 전혀 받지 않게 된다. 이에 따라, 화소들 간 구동 TFT(DR)의 문턱전압(Vth) 변화 차이로 인해 야기되던 휘도 불균일 현상은 최소화된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기발광다이오드 표시장치는 구동 TFT의 문턱전압 변동에 의한 화소들 간 유기발광다이오드에 흐르는 전류 편차를 보상해 줄 수 있으므로 종래 2T1C 구조에 비해 비약적인 화질 향상을 기대할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 유기발광다이오드 표시장치는 구동 TFT와 동일한 바이어스 특성을 갖되 그 채널폭이 구동 TFT에 비해 훨씬 작은 샘플링 TFT를 구비하고, 구동 TFT를 구동하는 전원 라인과는 별개의 전원 라인을 이용하여 샘플링 TFT를 교류 구동시킴으로써, 콘트라스트 비의 저하를 가져오는 종래 다이오드 컨넥션을 이용한 센싱방법에 비해 사이드 이펙트없이 구동 TFT의 문턱전압 센싱을 효율적으로 행할 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 유기발광다이오드 표시장치는 스캔신호와는 독립적으로 발생되며, 1 스캔타임에 구애없이 그 폭의 가변이 가능한 센싱신호를 이용하여 초기화를 비롯한 센싱 동작을 수행함으로써, 비정질 실리콘층을 포함하는 구동 TFT의 문턱전압 센싱시 전하 이동도가 낮아 센싱 타이밍이 길어지는 경우 센싱 타임 확보에 매우 유리하다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 TFT가 N 타입 MOSFET으로 구현되는 경우만을 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않고 P 타입 MOSFET에도 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 표시패널이 a-Si 백 플레인으로 구현되는 경우만을 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않고 LTPS 백 플레인에도 적용될 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 일반적인 유기발광다이오드 표시장치의 발광원리를 설명하는 다이어그램을 나타내는 도면.
도 2는 종래 2T1C 구조의 유기발광다이오드 표시장치에 있어서 하나의 화소를 등가적으로 나타내는 회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치를 나타내는 블럭도.
도 4는 도 3에 도시된 화소의 등가회로도.
도 5는 도 4에 도시된 화소에 인가되는 제어신호들과 TFT들의 온/오프 상태를 나타냄과, 아울러 화소 내의 제1 노드와 제2 노드의 전위 변화를 나타내는 파형도.
도 6a는 도 5의 제1 초기화기간(Ti1)에 대한 화소의 등가회로도.
도 6b는 도 5의 제2 초기화기간(Ti2)에 대한 화소의 등가회로도.
도 6c는 도 5의 센싱기간(Ts)에 대한 화소의 등가회로도.
도 6d는 도 5의 프로그래밍기간(Tp)에 대한 화소의 등가회로도.
도 6e는 도 5의 발광기간(Te)에 대한 화소의 등가회로도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 표시패널 11 : 타이밍 콘트롤러
12 : 데이터 구동회로 13 : 게이트 구동회로
14 : 데이터라인 15a : 스캔라인
15b : 센싱라인 15c : 에미션라인
P : 화소 Cs : 스위치회로

Claims (8)

  1. 일정 레벨의 제1 고전위 구동전압을 발생하는 제1 고전위 구동전압원과 기저 전압원 사이에 흐르는 전류에 의해 발광되는 유기발광다이오드;
    제1 노드에 접속된 게이트전극과 상기 기저 전압원에 접속된 소스전극 간에 인가되는 게이트-소스간 전압에 따라 상기 유기발광다이오드에 흐르는 전류를 제어하는 구동소자;
    상기 구동소자와 동일한 바이어스 특성을 가지며, 상기 제1 노드에 접속된 게이트전극과 제2 고전위 구동전압원에 접속된 드레인전극과 제2 노드에 접속된 소스전극을 포함하여 상기 구동소자의 문턱전압 변화를 샘플링하기 위한 샘플링소자; 및
    스캔라인을 통해 공급되는 스캔신호, 센싱라인을 통해 공급되는 센싱신호 및 에미션라인을 통해 공급되는 에미션신호와 상기 제2 고전위 구동전압원으로부터의 제2 고전위 구동전압에 응답하여, 초기화기간 동안 상기 제1 노드의 전위보다 상기 제2 노드의 전위를 더 낮춰 상기 제1 노드와 제2 노드 간 전압차를 상기 구동 TFT의 문턱전압보다 큰 값으로 초기화한 후, 센싱기간 동안 상기 제1 노드와 제2 노드 간 전압차가 상기 구동 TFT의 문턱전압이 될 때까지 상기 제2 노드의 전위를 상승시켜 상기 구동 TFT의 문턱전압을 센싱한 다음, 프로그래밍기간 동안 상기 제1 노드에 데이터전압을 인가하여 상기 제1 노드와 제2 노드 간 전압차를 상기 데이터전압에 상기 구동 TFT의 문턱전압이 합산된 보상전압으로 프로그래밍한 후, 발광기간 동안 상기 프로그래밍된 보상전압을 이용하여 상기 구동 TFT을 구동시키는 스위치회로를 구비하고;
    상기 제2 고전위 구동전압의 전위 레벨은 상기 초기화기간 내에서 제1 전위 레벨로 발생된 후, 상기 제1 전위보다 낮은 제2 전위 레벨로 변동되고, 상기 센싱기간 동안 상기 제1 전위로 회복된 후 상기 프로그래밍기간 및 발광기간에서 상기 제1 전위로 유지되고,
    상기 스캔신호는 상기 초기화기간, 센싱기간 및 발광기간에서 로우논리전압으로 인가되고 상기 프로그래밍 기간에서 하이논리전압으로 인가되며,상기 센싱신호는 상기 초기화기간 및 센싱기간에서 하이논리전압으로 인가되고, 상기 프로그래밍기간 및 발광기간에서 로우논리전압으로 인가되며,상기 에미션신호는 상기 초기화기간, 센싱기간 및 프로그래밍기간에서 로우논리전압으로 인가되고, 상기 발광기간에서 하이논리전압으로 인가되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치회로는,
    상기 스캔신호에 응답하여 상기 데이터전압이 공급되는 데이터라인과 상기 제1 노드 사이의 전류 패스를 절환하는 제1 스위치 TFT;
    상기 센싱신호에 응답하여 상기 제1 노드와 상기 기저 전압원 사이의 전류 패스를 절환하는 제2 스위치 TFT;
    상기 에미션신호에 응답하여 제2 노드(n2)와 기저 전압원(GND) 사이의 전류 패스를 절환하는 제3 스위치 TFT;
    상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 걸리는 전압을 저장하는 제1 스토리지 커패시터; 및
    상기 제2 노드와 상기 기저전압원 사이에 걸리는 전압을 저장하는 제2 스토리지 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치회로는,
    상기 스캔라인에 접속되는 게이트전극, 상기 데이터전압이 공급되는 데이터라인에 접속되는 드레인전극, 및 상기 제1 노드에 접속되는 소스전극을 갖는 제1 스위치 TFT;
    상기 센싱라인에 접속되는 게이트전극, 상기 제1 노드에 접속되는 드레인전극, 및 상기 기저전압원에 접속되는 소스전극을 갖는 제2 스위치 TFT;
    상기 에미션라인에 접속되는 게이트전극, 상기 제2 노드에 접속되는 드레인전극, 및 상기 기저전압원에 접속되는 소스전극을 갖는 제3 스위치 TFT;
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 접속되는 제1 스토리지 커패시터; 및
    상기 제2 노드와 상기 기저전압원 사이에 접속되는 제2 스토리지 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로그래밍기간 동안 상기 제1 노드와 제2 노드 간 전압차는 아래의 수식과 같은 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치.
    Figure 112008067859108-pat00005
    여기서, 'Vn1-Vn2'는 상기 제1 노드와 제2 노드 간 전압차를, 'Vgs'는 상기 구동소자의 게이트-소스간 전압차를, 'Vdata'는 상기 데이터전압을, 'Vth'는 상기 구동소자의 문턱전압을, 'ΔVc'는 상기 제1 및 제2 스토리지 커패시터 간 커플링 영향으로 발생되는 커플링전압을 각각 의미한다.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 발광기간 동안 상기 유기발광다이오드에 흐르는 전류(Ioled)는 아래의 수식과 같은 같은 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치.
    Figure 112008067859108-pat00006
    여기서, 'k'는 상기 구동소자의 이동도 및 기생용량에 의해 결정되는 상수값을 의미한다.
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