KR101658037B1 - 능동형 디스플레이 장치의 구동 방법 - Google Patents

능동형 디스플레이 장치의 구동 방법 Download PDF

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Abstract

능동형 디스플레이 구동 방법이 개시된다. 개시된 능동형 디스플레이 장치의 구동방법은, 각 화소를 충전하기 이전에 상기 화소에 연결된 스위칭 트랜지스터에 음의 바이어스 전압을 인가하여 상기 스위칭 트랜지스터의 문턱전압을 회복시키는 단계를 포함한다. 상기 음의 바이어스 전압은 상기 스위칭 트랜지스터의 드레인 전극에 인가된다.

Description

능동형 디스플레이 장치의 구동 방법{Method of driving active display device}
전기적 신뢰성이 향상된 능동형 표시 장치의 구동 방법이 개시된다.
능동형 디스플레이 장치는 각 화소에 대한 동작을 제어하는 스위칭 트랜지스터를 포함한다. 일반적으로 널리 사용되는 디스플레이용 스위칭 트랜지스터로는 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFF)가 있다. 예를 들어, 하나의 화소 내에는 적어도 하나의 박막 트랜지스터가 포함되어 있다. 이러한 박막 트랜지스터는 채널 물질로 사용되는 반도체 물질의 종류에 따라 실리콘-TFT, 산화물 TFT, 유기 TFT 등으로 구분될 수 있다. 최근에는 스위칭 속도가 빠른 산화물 TFT가 스위칭 소자로서 많이 사용되는 추세이다.
각 화소에 연결된 박막 트랜지스터(스위칭 트랜지스터)의 채널에 특정 시간 동안 전류가 흐르도록 하여 원하는 전압이 화소부에 충전되도록 한다. 충전 시간이 지나면 박막 트랜지스터의 채널을 오프(Off)시켜 충전된 화소 전압을 유지시킨다. 능동 매트릭스형 유기발광 디스플레이 장치(active matrix organic light emitting display; AMOLED)를 기준으로 설명하면, 박막 트랜지스터가 ON 되어 있는 시간은 구동 주파수와 해상도에 의해 결정된다. 만약 풀 HD(Full HD)급의 해상도를 갖는 120Hz 구동인 경우, 하나의 박막 트랜지스터가 ON 되어 있는 시간은 1/120/1080=7.7㎲가 된다. 그리고, 한 주기 내(1/120=8.3ms)의 나머지 시간 동안 박막 트랜지스터는 오프된 상태로 있다. 따라서, 능동형 디스플레이 장치에서 박막 트랜지스터는 대부분의 시간을 오프된 상태로 유지된다.
비정질 실리콘 박막 트랜지스터나 산화물 반도체 박막 트랜지스터는 대부분 n-type 반도체 특성을 갖기 때문에, 박막 트랜지스터를 오프시키기 위해서는 음의 게이트 전압이 가해지게 된다. 따라서, 능동형 디스플레이 장치에서 오프된 상태로 머물러 있는 박막 트랜지스터에는 음의 게이트 전압이 지속적으로 인가된다. 그런데, 음의 게이트 전압이 박막 트랜지스터에 일정 시간 지속적으로 인가되면, 음의 방향으로 문턱 전압이 이동하게 된다. 그 결과, 음의 게이트 전압이 인가된 상태에서 누설 전류가 증가할 수 있다. 이러한 문턱 전압의 이동은 빛이 스위칭 트랜지스터로 입사되는 조건에서 더욱 심화될 수 있다. 이렇게 누설 전류가 증가하게 되면, 능동형 디스플레이 장치에서 화질의 열화를 초래할 수 있다.
전기적 신뢰성이 향상된 능동형 디스플레이 장치의 구동방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 능동형 디스플레이 장치의 구동방법은:
각 화소를 충전하기 이전에 상기 화소에 연결된 스위칭 트랜지스터에 음의 바이어스 전압을 인가하여 상기 스위칭 트랜지스터의 문턱전압을 회복시키는 단계를 포함한다.
상기 음의 바이어스 전압은 상기 스위칭 트랜지스터의 드레인 전극에 인가된다.
하나의 프레임에서, 화소 충전 시간을 제외한 나머지 시간 동안, 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트 라인에 음의 게이트 전압이 인가될 수 있다.
상기 음의 바이어스 전압은 대략 -20V 일 수 있다.
상기 화소 충전시 상기 음의 바이어스 전압 인가후 상기 스위칭 트랜지스터에 양의 데이터 전압이 인가된다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 화소 충전시 상기 음의 데이터 전압인가 및 상기 양의 데이터 전압 인가는 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트에 하나의 펄스 전압이 인가된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 화소 충전시 상기 음의 바이어스 전압은 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트에 제1 펄스전압을 인가시 수행되고, 상기 양의 데이터 전압인가는 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트에 제2 펄스전압을 인가시 수행된다.
상기 능동형 디스플레이 장치는 능동형 유기 발광 다이오드일 수 있다.
다른 실시예에 따른 능동형 디스플레이 장치의 구동방법은:
각 화소에 연결된 스위칭 트랜지스터에 음의 바이어스 전압을 인가하여 상기 스위칭 트랜지스터의 문턱전압을 회복시키는 단계; 및
상기 스위칭 트랜지스터에 양의 데이터 전압을 인가하여 상기 화소를 충전시키는 단계;를 포함한다.
개시된 능동형 디스플레이 장치의 구동방법에 따르면, 각 화소에 연결된 스위칭 트랜지스터의 드레인 전극에 음의 바이어스 전압을 인가하여 상기 박막 트랜지스터의 문턱전압을 회복시킬 수 있다. 따라서, 전기적 신뢰성이 향상된 스위칭 트랜지스터가 제공될 수 있으며, 능동형 디스플레이 장치의 수명이 증가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실싱예에 따른 능동형 디스플레이 장치의 구동방법이 적용되는 능동형 디스플레이 장치의 개략적 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 각 화소의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 디스플레이 장치의 구동방법의 타이밍도이다.
도 4는 프로그래밍 주기에 양의 충전전압만을 인가하는 종래의 구동방법에 따른 스위칭 트랜지스터의 I-V 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 구동방법에 따라서 드레인 바이어스 전압을 인가하여 스위칭 트랜지스터의 문턱전압이 회복되는 것을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동방법을 보여주는 타이밍도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 능동형 디스플레이 장치의 구동방법이 적용되는 능동형 디스플레이 장치(100)의 개략적 구조를 보여주는 도면이다.
디스플레이 장치(100)는 제어부(110), 데이터 구동부(120), 주사 구동부(130) 및 복수의 화소들(140)을 포함한다. 복수의 화소들(140)은 도 1에 도시된 바와 같이, N x M 행렬 형태로 배열될 수 있다.
제어부(110)는 RGB 데이터(Data), 데이터 구동부 제어 신호(DCS) 등을 생성하여 데이터 구동부(120)에 출력하고, 주사 구동부 제어 신호(SCS) 등을 생성하여 주사 구동부(130)에 출력한다.
데이터 구동부(120)는 RGB 데이터(Data)로부터 데이터 신호(Dm)를 생성하여, 복수의 데이터 라인(Dm)을 통해서 복수의 화소들(140)에 출력한다. 참조번호 Dm은 편의상 데이터 신호 및 데이터 라인을 가리킨다. 데이터 구동부(120)는 감마 필터, 디지털-아날로그 변환 회로 등을 이용하여 RGB 데이터(Data)로부터 데이터 신호(Dm)를 생성할 수 있다. 데이터 신호(Dm)는 한 스캔 주기 동안, 같은 행에 위치한 복수의 화소들에 각각 출력될 수 있다. 또한, 데이터 신호(Dm)를 전달하는 복수의 데이터 선들(Dm) 각각은 같은 열에 위치한 복수의 화소들에 연결될 수 있다. 데이터 구동부(120)는 게이트 구동부로도 칭한다.
주사 구동부(130)는 주사구동부 제어신호(SCS)로부터 주사 신호(Sn)를 생성하여, 복수의 화소들(140)로 출력한다. 주사 신호(Sn)를 전달하는 각각의 주사선(Sn)은 같은 행에 위치한 복수의 화소들에 연결될 수 있다. 참조번호 Sn은 편의상 주사 신호 및 주사 라인을 가리킨다. 주사 신호(Sn)는 행을 단위로 순차적으로 구동될 수 있다. 주사 구동부(130)는 게이트 구동부로도 칭한다.
복수의 화소들(140) 각각(Pnm)은 발광 소자(OLED) 및 발광 소자(OLED)를 구동하기 위한 화소 회로를 포함할 수 있다. 복수의 화소들(140) 각각에는 제1 전원 전압(VDD) 및 제2 전원 전압(VSS)이 인가될 수 있다. 각 화소(140)는 스위칭 트랜지스터(또는 주사 트랜지스터로 칭한다)를 포함한다. 주사 신호(Sn)는 스위칭 트랜지스터의 게이트 전극으로 인가된다.
도 2는 도 1의 각 화소(200)의 회로도이다. 도 2의 회로도는 능동형 유기발광다이오드의 회로도이다.
각 화소(200)는 화소 회로(210) 및 발광 소자(OLED)를 포함한다. 화소회로(210)는 구동 트랜지스터(T1), 스위칭 트랜지스터(T2) 및 저장 커패시터(Cst)를 포함한다.
구동 트랜지스터(T1)는 제1 전원 전압(VDD)에 연결된 제1 전극(드레인 전극) 및 발광 소자(OLED)에 연결된 제2 전극(소스 전극)을 구비한다.
스위칭 트랜지스터(T2)는 주사 신호(Sn)가 인가되는 게이트 전극, 데이터 신호(Dm)를 전달하는 데이터 선에 연결된 제1 전극(드레인 전극)과, 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 연결된 제2 전극(소스 전극)을 구비한다.
저장 커패시터(Cst)는 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 구동 트랜지스터의 제2 전극 사이에 연결된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 디스플레이 장치의 구동방법의 타이밍도를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 주사 신호(Sn)는 각 프레임의 프로그래밍 주기(A 및 C)에 대략 20V 전압을 인가하며, 이에 따라 스위칭 트랜지스터(T2)가 턴온된다. 스위칭 트랜지스터(T2)가 턴온된 동안, 데이터 신호(Dm)가 스위칭 트랜지스터(T2)의 제1전극으로 입력된다. 데이터 신호(Dm)로 스위칭 트랜지스터(T2)의 문턱전압을 회복시키는 음의 바이어스 전압이 인가된 후, 이어서 저장 커패시터(Cst)에 충전되는 양의 데이터 전압이 인가된다. 음의 전압은 -20V 일 수 있다. 양의 전압은 영상 데이터 신호에 따라 가변될 수 있다.
프로그래밍 주기(A) 동안, 스위칭 트랜지스터(T2)는 턴온되며, 데이터 신호(Dm)를 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전극 및 저장 커패시터(Cst)에 입력한다. 저장 커패시터(Cst)는 프로그래밍 구간(A) 동안, 데이터 신호(Dm)로서 나중에 입력되는 양의 데이터 전압을 저장한다. 구동 트랜지스터(T1)는 데이터 신호(Dm)가 게이트 전극으로 인가되면, 데이터 신호(Dm)에 대응되는 구동 전류(IOLED)를 생성하여 발광 소자(OLED)로 출력한다.
주기(B) 동안, 스위칭 트랜지스터(T2)는 턴 오프된다. 스위칭 트랜지스터(T2)를 턴 오프 상태로 하기 위해서 스위칭 트랜지스터(T2)의 게이트로 주사 라인(Sn)을 통해서 음의 게이트 전압(예컨대 -8V)이 인가될 수 있다. 구동 트랜지스터(T1)는 저장 커패시터(Cst)에 저장된 데이터 신호(Dm)를 이용하여 계속해서 구동 전류(IOLED)를 생성하여 발광 소자(OLED)로 출력한다.
도 4는 프로그래밍 주기에 양의 충전전압만을 인가하는 종래의 구동방법에 따른 스위칭 트랜지스터의 I-V 특성을 보여주는 그래프이다. 스위칭 트랜지스터의 네거티브 바이어스 스트레스를 위해 게이트에 -20V 전압이 인가되었으며, 광학 스트레스를 주기 위해서 8000 cd 광을 조사하였다.
도 4를 참조하면, 스위칭 트랜지스터의 턴오프 시간 동안 음의 바이어스 전압, 예컨대 -20V 전압의 인가시간이 증가함에 따라 문턱전압이 음의 방향으로 이동되는 것을 보여준다.
도 5는 본 발명의 구동방법에 따라서 문턱전압을 드레인 바이어스 전압을 인가함에 따라 문턱전압이 회복되는 것을 보여주는 그래프이다. 게이트 전압은 20V 를 인가하였으며, 드레인 전압은 -20V 를 인가하였다. 광학 스트레스를 주기 위해서 8000cd 광을 조사하였다. 스트레스 인가시간은 500㎲ 였다.
도 5를 참조하면, 각 화소에 연결된 스위칭 트랜지스터의 프로그래밍시 제1전극(드레인 전극)에 음의 바이어스 전압을 인가함으로써 문턱전압이 회복되는 것을 알 수 있다.
종래에는 스위칭 트랜지스터로 복수의 트랜지스터를 사용함으로써 교대로 각 스위칭 트랜지스터의 게이트에 바이어스 전압을 인가하였으나, 이러한 종래 방법은 복수의 스위칭 트랜지스터를 필요로 하는 데 비하여, 본 발명에서는 하나의 스위칭 트랜지스터를 사용하여 스위칭 트랜지스터의 문턱전압의 음의 방향으로 이동된 것을 회복하는 방법을 제공한다.
따라서, 스위칭 소자의 전기적 신뢰성이 향상되고, 그 결과 능동형 디스플레이 장치의 수명이 증가할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동방법을 보여주는 타이밍도이다. 도 1 내지 도 2의 실시예의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 프로그래밍 주기(A)에서 주사 신호(Sn)로 제1 펄스전압(PS1) 및 제2 펄스전압(PS2)가 공급된다. 제1 펄스전압(PS1)이 공급되면, 스위칭 트랜지스터(T2)는 턴온된다.
제1 펄스전압(PS1)이 인가되는 동안, 데이터 신호(Dm)로부터 스위칭 트랜지스터(T2)의 드레인 전극에 -20V 바이어스 전압이 인가된다. 이에 따라 스위칭 트랜지스터(T2)의 문턱전압의 왜곡이 회복된다.
제2 펄스전압(PS2)이 인가되는 동안, 데이터 신호(Dm)로부터 스위칭 트랜지스터(T2)의 드레인 전극에 양의 데이터 전압이 인가된다. 이에 따라 스위칭 트랜지스터(T2)를 통과한 데이터 전압은 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전극 및 저장 커패시터(Cst)로 입력된다. 저장 커패시터(Cst)는 프로그래밍 주기(A) 동안, 데이터 신호(Dm)로서 나중에 입력되는 양의 데이터 전압을 저장한다. 구동 트랜지스터(T1)는 데이터 신호(Dm)가 게이트 전극으로 인가되면, 데이터 신호(Dm)에 대응되는 구동 전류(IOLED)를 생성하여 발광 소자(OLED)로 출력한다.
주기(B) 동안, 스위칭 트랜지스터(T2)는 턴 오프된다. 스위칭 트랜지스터(T2)를 턴 오프 상태로 하기 위해서 스위칭 트랜지스터(T2)의 게이트로 주사 라인(Sn)을 통해서 음의 게이트 전압(예컨대 -8V)이 인가될 수 있다. 구동 트랜지스터(T1)는 저장 커패시터(Cst)에 저장된 데이터 신호(Dm)를 이용하여 계속해서 구동 전류(IOLED)를 생성하여 발광 소자(OLED)로 출력한다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 능동형 디스플레이 장치의 구동 방법에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

Claims (15)

  1. 복수의 화소 각각에 연결되는 스위칭 트랜지스터의 게이트 전극에 제1 펄스 전압을 인가하여 상기 스위칭 트랜지스터를 턴온하는 단계;
    상기 제1 펄스 전압이 인가되는 동안 상기 스위칭 트랜지스터의 드레인 전극에 음의 바이어스 전압을 인가하여 상기 스위칭 트랜지스터의 문턱전압을 회복시키는 단계; 및
    상기 게이트 전극에 제2 펄스 전압이 인가되는 동안 상기 드레인 전극에 양의 바이어스 전압을 인가하는 단계;
    를 포함하는 능동형 디스플레이 장치의 구동 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    하나의 프레임 내에서, 상기 제1 펄스 전압 및 상기 제2 펄스 전압이 인가되지 않는 시간 동안, 상기 게이트 전극에 음의 게이트 전압이 인가되는 구동 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 음의 바이어스 전압은 -20V 인 구동 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 능동형 디스플레이 장치는 능동형 유기 발광 다이오드인 구동방법.
  9. 복수의 화소 각각에 연결되는 스위칭 트랜지스터의 게이트 전극에 제1 펄스 전압을 인가하여 상기 스위칭 트랜지스터를 턴온하는 단계;
    상기 제1 펄스 전압이 인가되는 동안 상기 스위칭 트랜지스터의 드레인 전극에 음의 바이어스 전압을 인가하여 상기 스위칭 트랜지스터의 문턱전압을 회복시키는 단계; 및
    상기 게이트 전극에 제2 펄스 전압이 인가되는 동안 상기 드레인 전극에 양의 바이어스 전압을 인가하여 상기 복수의 화소를 충전시키는 단계;
    를 포함하는 능동형 디스플레이 장치의 구동 방법.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    하나의 프레임 내에서, 상기 제1 펄스 전압 및 상기 제2 펄스 전압이 인가되지 않는 시간 동안, 상기 게이트 전극에 음의 게이트 전압이 인가되는 구동 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 음의 바이어스 전압은 -20V 인 구동 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 능동형 디스플레이 장치는 능동형 유기발광 다이오드인 구동방법.
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