KR102045546B1 - 화소, 이를 포함하는 표시 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

화소, 이를 포함하는 표시 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화소, 이를 포함하는 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 표시 장치는, 복수의 주사선 중 대응하는 주사선, 복수의 데이터선 중 대응하는 데이터선과 접속되는 화소를 복수 개 포함하는 표시부, 순차적으로 상기 화소 각각에 대응하는 주사 신호를 생성하여 전달하는 주사 구동부, 한 프레임 동안 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 생성하여 전달하는 데이터 구동부, 상기 화소 각각에 제1 전원전압을 인가하는 제1 전원전압 구동부, 상기 화소 각각에 제2 전원전압을 인가하는 제2 전원전압 구동부, 및 상기 주사 구동부, 데이터 구동부, 제1 전원전압 구동부, 및 제2 전원전압 구동부의 동작을 제어하는 신호 제어부를 포함하고, 상기 한 프레임 중 상기 데이터 전압이 전달되는 기간을 제외한 나머지 기간 동안 상기 복수의 데이터선을 통해 소정의 기준 전압이 인가된다.

Description

화소, 이를 포함하는 표시 장치 및 그 구동 방법{PIXEL, DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 화소, 이를 포함하는 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
최근 들어 표시 패널이 대형화 및 경량화되고, 3차원 입체 영상이 구현되도록 표시 장치의 고집적화 및 고정밀도가 요구되는 추세에 대응하여, 정확하고 선명한 영상을 표시함에 있어 표시 장치의 안정적인 구동 방법이 개발되고 있다.
특히 대형화된 표시 패널을 포함하는 표시 장치이거나 3차원 입체 영상의 구동을 위해서 고속 프레임 구동이 필요한데, 이러한 고속 구동 방식에 의하면 데이터 전압의 초기화, 구동 트랜지스터의 문턱 전압의 보상, 데이터 기입, 및 발광이 이루어지는 각 기간이 충분히 확보되지 않아 정확한 휘도의 영상을 구현하는 데 어려움이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 화소 회로의 구조, 구동 방식, 휘도 보상의 면에서 다양한 연구와 개발이 이루어지고 있으나, 화소 회로 구조가 복잡해지고 휘도 보상이나 구동 방식에 따라서는 소비전력이 상승할 수 있어 생산 원가가 증가하고 휘도 불균일은 개선되지 않는 역효과가 발생할 수 있다.
그리고, 복잡한 회로 구조와 신호 연결 배선으로 인해 구동 방법이 복잡해서 화소의 안정적인 구동을 저해하고, 개구율의 감소를 초래하는 문제가 있다.
따라서, 대형 표시 패널 또는 고해상도 표시 패널의 화소 개구율 확보 및 성능을 유지하면서도, 화소 회로와 배선 구조가 간단한 화소와 이를 포함하는 표시 장치, 및 각 구동 단계의 기간이 충분히 확보되고 안정적으로 구동할 수 있는 표시 장치의 구동 방법의 개발이 요구된다.
본 발명의 실시 예를 통해 해결하려는 과제는 표시 패널의 대형화, 고해상도, 및 입체 영상 표시의 요구에 적합하고, 충분히 개구율을 확보할 수 있는 화소를 제공함에 있다.
그리고, 화소 개구율의 확보와 성능을 유지하면서도 간단한 구조를 가지는 화소를 포함하여 안정적인 발광 구동을 통해 선명하고 신뢰성 있는 표시 품질을 제공하는 표시 장치를 제안하고자 한다.
또한, 표시 장치의 각 구동 단계를 진행하는 기간을 충분히 확보함으로써, 데이터의 기입이나 발광 시간을 충분하게 유지하고, 안정적으로 각 구동 단계를 수행할 수 있는 표시 장치의 구동 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치는 복수의 주사선 중 대응하는 주사선, 복수의 데이터선 중 대응하는 데이터선과 접속되는 화소를 복수 개 포함하는 표시부, 상기 복수의 주사선에 순차적으로 상기 화소 각각에 대응하는 주사 신호를 생성하여 전달하는 주사 구동부, 한 프레임 동안 상기 복수의 데이터선에 대응하는 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 생성하여 전달하는 데이터 구동부, 상기 화소 각각에 제1 전원전압을 인가하는 제1 전원전압 구동부, 상기 화소 각각에 제2 전원전압을 인가하는 제2 전원전압 구동부, 및 상기 주사 구동부, 데이터 구동부, 제1 전원전압 구동부, 및 제2 전원전압 구동부의 동작을 제어하는 신호 제어부를 포함한다. 그리고 상기 한 프레임 중 상기 데이터 전압이 전달되는 기간을 제외한 나머지 기간 동안 상기 복수의 데이터선을 통해 소정의 기준 전압이 인가된다.
이때 상기 소정의 기준 전압의 전압값은 상기 데이터 전압의 전압 범위 내에서 결정될 수 있다.
그리고 상기 소정의 기준 전압의 전압값은 상기 데이터 전압의 전압 범위 중 최대 전압값과 최소 전압값은 중간값일 수 있다.
상기 한 프레임은, 상기 화소 각각에 기입된 이전 프레임의 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 초기화하는 제1 기간, 상기 화소 각각의 구동 트랜지스터의 문턱전압을 보상하는 제2 기간, 상기 화소 각각에 순차적으로 상기 대응하는 주사 신호를 전달하여 활성화하고, 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 전달하는 제3 기간, 및 상기 화소 각각에 전달된 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 상기 복수의 화소가 동시에 발광하는 제4 기간을 포함한다. 이때 상기 소정의 기준 전압은 상기 제1 기간, 제2 기간, 및 제4 기간에 인가된다.
상기 제1 전원전압 구동부와 상기 제2 전원전압 구동부는, 상기 한 프레임 중 상기 화소 각각에 기입된 이전 프레임의 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 초기화하는 초기화 기간과 상기 화소 각각에 전달된 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 상기 복수의 화소가 동시에 발광하는 발광 기간 동안, 서로 다른 레벨의 전압값으로 설정된 상기 제1 전원전압과 상기 제2 전원전압을 인가할 수 있다.
상기 제1 전원전압 구동부는, 상기 한 프레임 중 상기 화소 각각에 기입된 이전 프레임의 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 초기화하는 초기화 기간 동안, 상기 제2 전원전압의 전압 레벨보다 낮은 전압값으로 설정된 상기 제1 전원전압을 인가할 수 있다.
특히 상기 제1 전원전압은 상기 데이터 전압의 전압 범위 중 최소 전압값보다 낮은 레벨의 전압값으로 설정될 수 있으나 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
또한 상기 제2 전원전압 구동부는, 상기 한 프레임 중 상기 화소 각각에 전달된 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 상기 복수의 화소가 동시에 발광하는 발광 기간 동안, 상기 제1 전원전압의 전압 레벨보다 낮은 전압값 또는 접지전위로 설정된 상기 제2 전원전압을 인가할 수 있다.
상기 제2 전원전압은 상기 한 프레임 중 상기 발광 기간을 제외한 나머지 기간 동안 상기 데이터 전압의 전압 범위 중 최대 전압값보다 높은 레벨의 전압값으로 설정되어 인가될 수 있다.
상기 제1 전원전압 및 상기 제2 전원전압은 상기 표시부에 포함된 상기 복수의 화소에 대하여 동시에 일괄적으로 제공될 수 있다.
한편 상기 주사 구동부는, 한 프레임 중 소정의 기간 동안 상기 복수의 주사선에 순차적으로 상기 화소 각각에 대응하는 주사 신호를 인가하고, 상기 소정의 기간을 제외한 나머지 기간 동안 상기 복수의 주사선에 대해 동시에 대응하는 주사 신호를 인가한다.
상기 소정의 기간을 제외한 나머지 기간 중 상기 화소 각각에 포함된 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하는 구간 동안, 상기 복수의 주사선에 대해 동시에 인가되는 주사 신호의 전압 레벨은 상기 화소 각각에 포함된 스위칭 소자를 턴 온 시키는 전압 레벨일 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 화소는, 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 발광하여 영상을 표시하는 유기 발광 다이오드, 주사선을 통해 인가되는 주사 신호에 응답하여 데이터선을 통해 인가되는 상기 데이터 전압을 제1 노드에 전달하는 스위칭 트랜지스터, 상기 제1 노드에 연결되는 일전극 및 제2 노드에 연결되는 타전극을 포함하는 제1 커패시터, 상기 제2 노드에 연결되는 일전극 및 제1 전원전압 공급원에 연결되는 타전극을 포함하는 제2 커패시터, 상기 제2 노드에 연결된 게이트 전극, 상기 제1 전원전압 공급원에 연결된 소스 전극, 및 제3 노드에 연결된 드레인 전극을 포함하고, 상기 데이터 전압에 대응하는 구동 전류를 상기 유기 발광 다이오드에 흐르게 하는 구동 트랜지스터, 및 상기 주사선에 연결된 게이트 전극, 상기 제3 노드에 연결된 소스 전극, 및 상기 제2 노드에 연결된 드레인 전극을 포함하고, 상기 주사선을 통해 인가되는 상기 주사 신호에 응답하여 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극과 드레인 전극을 다이오드 연결하는 보상 트랜지스터를 포함한다.
상기 화소는 상기 제2 노드에 연결되는 일전극 및 상기 주사선에 연결되는 타전극을 포함하는 부스트 커패시터를 추가로 더 구비할 수 있다.
상기 부스트 커패시터는 상기 주사선을 통해 인가되는 상기 주사 신호에 응답하여 상기 제2 노드의 전압값을 변동시킨다.
한 프레임 중 상기 스위칭 트랜지스터가 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 전달하는 기간을 제외한 나머지 기간 동안 상기 데이터선을 통해 소정의 기준 전압이 인가될 수 있다.
한 프레임 중 상기 화소에 기입된 이전 프레임의 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 초기화하는 초기화 기간과 상기 화소에 전달된 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 상기 유기 발광 다이오드가 발광하는 발광 기간 동안, 상기 제1 전원전압 공급원에서 인가되는 제1 전원전압과, 상기 유기 발광 다이오드의 캐소드 전극으로 인가되는 제2 전원전압은 서로 다른 레벨의 전압값으로 설정될 수 있다.
상기 초기화 기간 동안 상기 제1 전원전압은 상기 제2 전원전압보다 낮은 레벨의 전압값으로 설정된다.
상기 제1 전원전압은 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압의 전압 범위 중 최소 전압값보다 낮은 레벨의 전압값을 가질 수 있다.
상기 발광 기간 동안 상기 제2 전원전압은 상기 제1 전원전압보다 낮은 레벨의 전압값 또는 접지 전위값으로 설정될 수 있다.
상기 제2 전원전압은, 한 프레임 중 상기 발광 기간을 제외한 나머지 기간 동안, 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압의 전압 범위 중 최대 전압값보다 높은 레벨의 전압값을 유지할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치의 구동 방법은, 표시부를 구성하는 복수의 화소 전체에 기 설정된 전압 레벨을 가지는 제1 전원전압, 제2 전원전압, 주사 신호, 및 화소 각각에 대응하는 데이터선을 통해 전달되는 소정의 기준 전압을 동시에 인가하여 상기 화소 각각에 기입된 이전 프레임의 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 초기화하는 제1 단계, 상기 복수의 화소 전체에 기 설정된 전압 레벨을 가지는 제1 전원전압, 제2 전원전압, 주사 신호, 및 상기 대응하는 데이터선을 통해 전달되는 상기 기준 전압을 동시에 인가하여 상기 화소 각각의 구동 트랜지스터의 문턱전압을 보상하는 제2 단계, 상기 표시부의 각 주사선에 연결된 화소 각각에 대해 순차적으로 주사 신호를 인가하고, 상기 주사 신호에 응답하여 상기 화소 각각에 대응하는 데이터선을 통해 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 인가하는 제3 단계, 및 상기 복수의 화소 전체에 기 설정된 전압 레벨을 가지는 제1 전원전압, 제2 전원전압, 주사 신호, 및 상기 대응하는 데이터선을 통해 전달되는 상기 기준 전압을 동시에 인가하여 상기 제3 단계에서 인가된 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 상기 복수의 화소 전체가 동시에 발광하는 제4 단계를 포함한다. 이때 상기 기준 전압은 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압의 전압 범위 내에서 결정된다.
상기 기준 전압은 상기 데이터 전압의 전압 범위 중 최대 전압값과 최소 전압값은 중간값일 수 있으나 반드시 이러한 실시 예에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1 단계의 제1 전원전압과 제2 전원전압의 기 설정된 전압값은 서로 다른 레벨의 전압값일 수 있다.
상기 제1 전원전압은 상기 제2 전원전압보다 낮은 레벨의 전압으로 설정될 수 있다.
상기 제1 전원전압은 상기 데이터 전압의 전압 범위 중 최소 전압값보다 낮은 레벨의 전압값으로 설정된다.
상기 제2 단계에서, 상기 제1 전원전압과 상기 제2 전원전압은 동일한 레벨의 전압값으로 설정되고, 상기 주사 신호는 화소에 포함된 스위칭 소자를 턴 온 시키는 레벨의 전압으로 인가된다.
상기 제4 단계에서, 상기 제1 전원전압과 상기 제2 전원전압은 서로 다른 레벨의 전압값으로 설정되고, 상기 주사 신호는 화소에 포함된 스위칭 소자를 턴 오프 시키는 레벨의 전압으로 인가된다. 이때 상기 제2 전원전압은 상기 제1 전원전압보다 낮은 레벨의 전압으로 설정될 수 있다.
본 발명에 따르면 대형화, 고해상도, 및 입체 영상 구현이 가능하도록 충분히 화소의 개구율을 확보할 수 있고, 선명하고 고품질의 표시 화면을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 구동 방식에 의하면, 영상 구현에 있어 각 구동 단계의 기간을 충분히 확보할 수 있어 안정적인 구동이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치의 구동 동작을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화소의 구조를 나타낸 회로도.
도 4는 도 3에 도시된 화소의 구동 타이밍도.
도 5 내지 도 8은 도 2의 구동 동작 각각에 따른 화소의 구동을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 화소의 구조를 나타낸 회로도.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 표시 장치는 표시부(10), 주사 구동부(20), 데이터 구동부(30), 신호 제어부(40), 제1 전원전압 구동부(50), 및 제2 전원전압 구동부(60)를 구비한다.
도 1의 실시 예에 따른 표시부(10)는 복수의 주사선(S1 내지 Sn) 및 복수의 데이터선(D1 내지 Dm)이 서로 교차하는 영역에 구비되어 대응하는 주사선 및 대응하는 데이터선에 각각 접속되는 복수의 화소(70)를 포함한다.
복수의 화소(70)는 제1 전원전압(ELVDD) 구동부(50) 및 제2 전원전압(ELVSS) 구동부(60)를 통해 외부 전원으로부터 제1 전원전압(ELVDD) 및 제2 전원전압(ELVSS)을 공급받는다. 상기 제1 전원전압(ELVDD) 구동부(50) 및 제2 전원전압(ELVSS) 구동부(60)는 각각 제1 전원전압(ELVDD)과 제2 전원전압(ELVSS)이 한 프레임의 기간 동안 서로 다른 레벨의 전압값으로 표시부(10)의 각 화소(10)에 인가되도록 조정할 수 있다. 상기 제1 전원전압(ELVDD) 구동부(50) 및 제2 전원전압(ELVSS) 구동부(60)는 별개로 구성할 수 있으나, 다른 실시 예로써 외부 전원으로부터 제1 전원전압(ELVDD)과 제2 전원전압(ELVSS)의 전압 레벨을 조정하여 각각 전달하는 하나의 전원 구동부로 구성될 수 있다.
상기 제1 전원전압(ELVDD) 구동부(50) 및 제2 전원전압(ELVSS) 구동부(60)는 신호 제어부(40)에 의해 동작이 제어된다. 구체적으로 본 발명의 실시 예에 따른 구동 단계에 따라 신호 제어부(40)는 소정의 전원 구동 제어 신호를 생성하여 상기 제1 전원전압(ELVDD) 구동부(50) 및 제2 전원전압(ELVSS) 구동부(60)에 전달하고, 상기 제1 전원전압(ELVDD) 및 제2 전원전압(ELVSS)이 하이 레벨 또는 로우 레벨의 전압값으로 인가되게 한다.
주사 구동부(20)는 복수의 주사선(S1-Sn)에 연결되고, 주사 제어 신호(CONT2)에 따라 복수의 주사 신호(scan(1)-scan(n))를 생성하여 대응하는 주사선에 전달한다. 주사 제어 신호(CONT2)는 본 발명의 표시 장치의 구동 방법에 따른 구동 단계 중 문턱전압 보상 기간과 데이터 기입 기간 동안 표시부(10)에 포함된 복수의 화소 각각에 화소 라인별로 대응하는 주사 신호를 전달할 수 있도록 제어한다.
데이터 구동부(30)는 복수의 데이터선(D1-Dm)에 연결되고, 데이터 구동 제어 신호(CONT1)에 따라 외부로부터 전달된 영상 신호(DATA1)를 처리한 영상 데이터 신호(DATA2)를 복수의 데이터선(D1-Dm) 중 대응하는 데이터선에 전달한다. 상기 영상 데이터 신호(DATA2)는 소정의 전압 범위를 가진다. 일례로 0 내지 6V일 수 있다.
신호 제어부(40)는 표시 장치의 주사 구동부(20), 데이터 구동부(30), 제1 전원전압(ELVDD) 구동부(50), 및 제2 전원전압(ELVSS) 구동부(60)의 동작을 제어하는 소정의 구동 제어 신호를 생성하여 각 구성 수단에 전달한다.
즉, 신호 제어부(40)는 데이터 구동부(30)의 동작을 제어하는 데이터 구동 제어 신호(CONT1)를 생성하여 데이터 구동부(30)에 전달하고, 주사 구동부(20)의 동작을 제어하는 주사 구동 제어 신호(CONT2)를 생성하여 주사 구동부(20)에 전달하고, 제1 전원전압(ELVDD) 구동부(50)에서 공급하는 제1 전원전압(ELVDD)의 전압 레벨을 조정하게 하는 제1 전원 제어 신호(CONT3)를 생성하여 전달하며, 제2 전원전압(ELVSS) 구동부(60)에서 공급하는 제2 전원전압(ELVSS)의 전압 레벨을 조정하게 하는 제2 전원 제어 신호(CONT4)를 생성하여 전달한다.
상기 데이터 구동 제어 신호(CONT1)과 주사 구동 제어 신호(CONT2)는 표시부에 포함된 복수의 화소 각각으로 전달되는 대응하는 영상 데이터 신호 및 대응하는 주사 신호의 순차적인 전달 시점을 제어하는 신호이다. 그리고 상기 제1 전원 제어 신호(CONT3)와 제2 전원 제어 신호(CONT4)는 각각 제1 전원전압 구동부와 제2 전원전압 구동부를 통해 표시부에 공급되는 제1 전원전압(ELVDD)과 제2 전원전압(ELVSS)의 구동 단계에 따른 전압값의 레벨을 조정하는 신호이다. 구체적인 표시 장치의 구동 단계에 따른 전압값의 레벨 조정은 이하의 도면에서 후술하기로 한다.
또한 신호 제어부(40)는 외부로부터 입력되는 영상 신호(DATA1) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호를 수신한다. 영상 신호(DATA1)는 표시부(10)의 화소 각각의 휘도(luminance) 정보를 담고 있으며 휘도는 정해진 수효, 예를 들어 1024(=210), 256(=28) 또는 64(=26)개의 계조(gray)를 가지고 있다. 신호 제어부(40)는 영상 신호(DATA1)에 포함된 휘도 정보 데이터에 대한 영상 처리 과정을 수행하고, 보상된 영상 데이터 신호(DATA2)를 데이터 구동부(30)에 전달한다.
신호 제어부(40)에 전달되는 입력 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다.
신호 제어부(40)는 입력되는 영상 신호(DATA1)와 상기 입력 제어 신호를 기초로 입력 영상 신호(DATA1)를 표시부(10) 및 데이터 구동부(30)의 동작 조건에 맞게 적절히 영상 처리한다.
영상 신호(DATA1)는 외부 입력 신호를 각 프레임 단위로 구분하고 해당 프레임에 대응하는 영상 신호로 처리된 신호이다. 그리고 표시부에 대한 전체 주사 시간이 데이터 기입 시간으로서 거의 한 프레임(60Hz)에 가까운 시간 동안 일어날 수 있다. 그러므로 수직 동기 신호(Vsync)는 한 프레임에 가까운 주사 시간마다 전달될 수 있다. 또한 수평 동기 신호(Hsync)는 한 프레임 기간 중 주사 구간인 데이터 기입 기간에 따라 결정되는 주파수로서, 데이터 기입 기간 동안 전체 화소를 화소 라인을 따라 활성화시키기 위하여 필요한 주파수로 설정될 수 있다. 메인 클록 신호(MCLK)는 외부 입력 신호 안에 포함된 기본 주파수를 가지는 클록 신호이거나, 적절한 전처리에 의해 생성된 클록 신호 중 하나일 수 있다.
도 1의 실시 예에 따른 표시 장치와 같이, 표시부(10)에 포함된 복수의 화소에 연결되는 신호선 또는 전압 배선을 간략하게 하기 위하여 복수의 화소(70) 구조를 간단하게 개선하여야 한다. 즉, 도 1의 블록도를 참조하면, 복수의 화소 각각에 연결된 신호선은 대응하는 주사선과 대응하는 데이터선을 기본적으로 포함하고 있고, 전원 구동부에 연결된 전압 배선 역시 간략한데, 본 발명은 이를 위해서 화소 구조를 개선한 것이다. 일반적으로 표시 장치의 대형화, 고해상도를 위하여 데이터 구동 방식과 영상의 보상 처리를 위하여 화소의 구성 회로 소자에 연결된 신호 배선들이 많아지고 복잡해지므로 화소의 구동 방법이 복잡해질 뿐만 아니라 개구율의 감소를 초래하게 된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치와 이에 포함된 화소 구조는 구동 방식을 간단하게 구분하고 그에 따른 기능과 역할을 수행할 수 있도록 구조적으로 간략하게 개선한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치의 구동 방식의 동작을 설명한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 표시 장치는 표시부의 각 화소에 순차적으로 기입된 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 따라 각 화소의 유기 발광 소자가 프레임 단위로 동시에 발광하여 영상을 표시하는 동시 발광(Simultaneous Emission) 방식으로 구동된다.
도 2에 도시된 바와 같이 동시 발광 방식에 따르면 한 프레임의 기간은, 전체 화소 각각에 복수의 데이터 신호가 전달 및 기입(programming)되는 주사 기간 및 전체 화소에 데이터 신호 기입이 완료된 후 전체 화소 각각이 기입된 데이터 신호 각각에 따라 발광하는 발광 기간을 포함한다.
즉, 종래의 순차 발광 방식의 경우 각 주사 라인 별로 데이터 신호가 순차적으로 입력되고 곧이어 발광도 순차적으로 수행되는 것이나, 본 발명의 실시 예에서는 상기 데이터 신호 입력은 순차적으로 수행되지만, 발광은 데이터 신호 입력이 완료된 후 전체적으로 일괄 수행되는 것이다.
구체적으로 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 구동 단계는 크게 화소 내의 유기 발광 다이오드의 구동 전압을 초기화하는 초기화 단계(a), 상기 유기 발광 다이오드의 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하는 문턱 전압 보상 단계(b), 표시 장치의 표시부의 복수의 화소 각각을 활성화 시키기 위하여 주사 신호가 순차적으로 전달되고 그에 따라 활성화된 화소 각각에 데이터 신호가 전달되는 데이터 기입 단계(c), 표시 장치의 표시부의 모든 화소들 각각의 유기 발광 다이오드가 상기 전달된 데이터 신호에 대응하여 발광하는 발광 단계(d)로 나뉜다.
상기 데이터 기입 단계(c)(이하, 주사 단계라고도 지칭할 수 있음)는 각 주사선 별로 순차적으로 진행되나, 나머지 초기화 단계(a), 문턱 전압 보상 단계(b), 및 발광 단계(d)는 도시된 바와 같이 표시부(10) 전체에서 동시에 일괄적으로 수행된다.
도 2에 표시된 구동 단계는 본 발명을 구현하는 하나의 예시적인 구동 방법을 나타내는 것이며, 이러한 구동 과정에 반드시 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라서는 상기 발광 단계(d) 이후에 표시부 전체의 발광을 중지시키는 발광 오프 단계(e)가 더 포함될 수 있다.
또한 다른 실시 예에 따라서는, 초기화 단계(a)와 문턱 전압 보상 단계(b), 및 문턱 전압 보상 단계(b)와 데이터 기입 단계(c) 사이에 추가적인 영상 데이터 신호의 보상 처리 과정이나, 혹은 화소의 구조적 특징에 따라 추가될 수 있는 구동 과정이 더 포함될 수 있다.
여기서, 상기 초기화 단계(a)는 표시부(10)의 각 화소(70)의 유기 발광 다이오드에 인가된 구동 전압을 초기화하는 단계이다. 즉, 유기 발광 다이오드의 애노드 전극 전압을 일정 수준 이하의 낮은 전압 레벨로 낮추는 과정인데, 이러한 초기화 과정은 다양할 수 있으며 특별히 한정되는 것은 아니다.
만일 유기 발광 다이오드의 캐소드 전극이 일정한 전압으로 고정되어 있으면, 예시적으로 초기화 단계는 유기 발광 다이오드의 애노드 전극 전압을 0V 전압으로 설정하는 기간이다. 본 발명의 실시 예에서는 초기화 단계(a) 중 발생하는 누설 전류를 차단하기 위해서 유기 발광 다이오드의 캐소드 전극의 전압을 상기 예시한 0V 보다 높은 전압으로 설정할 수 있다.
또한 상기 문턱 전압 보상 단계(b)는 상기 각 화소(70)에 구비된 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하는 단계이다.
표시부의 각 화소에 포함된 구동 트랜지스터는 동일한 표시부 내에 구비되더라도 제조 공법, 제조 환경, 물질적 특성 등의 다양한 원인에 의해 구동 트랜지스터의 문턱 전압의 편차를 가지게 된다. 그러한 구동 트랜지스터의 문턱 전압 산포는 표시부에서 영상을 표시할 때 동일한 데이터 전압이 전달되더라도 정확한 계조 표현을 하지 못하게 되어 화질의 품질 저하를 가져오게 된다. 이를 위하여 각 화소에서 영상 데이터 신호에 따른 구동 전류로 영상을 표시할 때 각 구동 트랜지스터 간의 문턱 전압의 편차가 구동 전류량에 영향을 미치지 않도록 보상하는 과정을 거쳐야 한다.
구동 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하기 위한 다양한 실시 형태를 가질 수 있으나 본 발명의 실시 예에서는 표시부의 모든 화소에 인가되는 복수의 주사 신호를 동시에 일괄적으로 소정의 전압 레벨로 인가하고 그로 인해 구조적으로 화소의 구동 트랜지스터의 문턱 전압의 편차를 보상할 수 있다.
다음으로 데이터 기입 단계(c)는 순차적으로 주사선 별로 대응하는 주사 신호가 화소 각각에 전달되면서 화소를 활성화 시킨 후 대응하는 데이터선을 통해 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 인가하는 단계이다. 이때 각 화소에 전달되는 주사 신호는 각각 소정의 전압 레벨로 전달된다.
그리고 이 과정은 표시부 전체에서 화소 라인을 따라 순차적으로 진행된다.
그래서 발광 단계(d)에서 각 화소에 모두 기입되어 소정의 전압값으로 저장된 데이터 전압에 따른 구동 전류에 대응하여 각 화소의 유기 발광 다이오드가 동시에 발광한다. 유기 발광 다이오드는 구동 전류의 흐름에 따라 자체적으로 발광하는 자발광 소자이다.
이와 같은 본 발명의 실시 예에 의하여 표시부에 포함된 화소가 모두 동시에 발광하는 구동 방식의 경우, 각각의 단계((a) 내지 (d)단계)가 시간적으로 명확하게 분리되므로, 각 화소(70)에 구비되는 보상 회로의 트랜지스터 및 이를 제어하는 신호선의 수를 줄일 수 있고 표시 장치의 회로 구조를 간략하게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화소(70)의 구조를 나타낸 회로도이고, 도 3의 화소에 대한 구동 방법은 도 4에 도시된 구동 타이밍도를 이용하여 설명하고자 한다.
도 3의 화소(70)는 도 1에 도시된 표시 장치의 표시부(10)에 포함된 복수의 화소 중 n번째 주사선(Sn)과 m번째 데이터선(Dm)이 교차된 영역에 구비된 화소이다.
화소(70)는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)와, 유기 발광 다이오드(OLED)로 전류를 공급하기 위한 구동 회로를 구비한다. 상기 구동 회로는 제1 트랜지스터(M1), 제2 트랜지스터(M2), 제3 트랜지스터(M3), 저장 커패시터(Cst), 및 보상 커패시터(Cth)를 포함한다.
상기 화소는 도 1에서 알 수 있듯이, 화소에 각각 연결된 전원 배선을 통해 제1 전원전압 구동부(50)와 제2 전원전압 구동부(60)에 각각 연결된다. 구체적으로 상기 구동 회로는 제1 전원전압 구동부(50)에 연결되고, 유기 발광 다이오드(OLED)의 캐소드 전극은 제2 전원전압 구동부(60)에 연결된다.
유기 발광 다이오드(OLED)는 구동 회로로부터 공급되는 전류에 대응하여 소정 휘도의 빛을 생성한다.
구체적으로 상기 구동 회로에 포함되는 화소의 회로 소자의 연결은 다음과 같다.
먼저 제1 트랜지스터(M1)는 제2 노드(N2)에 연결된 게이트 전극, 제1 전원전압(ELVDD) 구동부에 연결된 소스 전극, 및 제3 노드(N3)에 연결된 드레인 전극을 포함한다. 제1 트랜지스터(M1)는 도 4의 구동 타이밍도에서 한 프레임 중 데이터 기입 기간(Tc)에 전달되는 데이터 신호(Data(t))에 따른 구동 전류를 유기 발광 다이오드(OLED)에 전달함으로써 유기 발광 다이오드(OLED)가 빛을 방출하여 영상을 표시하게 한다.
제2 트랜지스터(M2)는 화소(70)에 연결된 대응하는 n번째 주사선(Sn)에 연결된 게이트 전극, 화소(70)에 연결된 대응하는 m번째 데이터선(Dm)에 연결된 소스 전극, 및 제1 노드(N1)에 연결된 드레인 전극을 포함한다. 제2 트랜지스터(M2)는 도 4의 구동 타이밍도에서 한 프레임 중 데이터 기입 기간(Tc)에 주사선(Sn)을 통해 전달되는 대응하는 주사 신호에 응답하여 상기 대응하는 데이터 신호(Data(t))에 따른 데이터 전압을 제1 노드(N1)에 전달한다.
제3 트랜지스터(M3)는 화소(70)에 연결된 대응하는 n번째 주사선(Sn)에 연결된 게이트 전극, 제3 노드(N3)에 연결된 제1 전극, 및 제2 노드(N2)에 연결된 제2 전극을 포함한다. 제3 트랜지스터(M3)는 도 4의 구동 타이밍도에서 한 프레임 중 문턱전압 보상 기간(Tb) 동안 주사선(Sn)을 통해 전달되는 대응하는 주사 신호에 응답하여 제1 트랜지스터(M1)를 다이오드 연결한다. 그래서 제2 노드(N2)에 제1 트랜지스터의 문턱 전압(Vth)이 인가되도록 한다.
저장 커패시터(Cst)는 제2 노드(N2)에 연결된 일전극 및 제1 전원전압(ELVDD) 구동부에 연결된 타전극을 포함한다. 저장 커패시터(Cst)는 양 전극에 걸리는 전압차에 따른 전압을 저장하는데, 도 4의 구동 타이밍도의 한 프레임 동안 각 구동 단계에서 양 전극에 인가되는 전압값에 대응하는 전압으로 충전되고 이를 소정의 기간 동안 유지한다. 특히 상기 한 프레임 중 데이터 기입 기간(Tc) 동안 저장 커패시터(Cst)의 일 전극에 인가되는 데이터 신호에 따른 전압을 저장하여 제1 트랜지스터(M1)가 유기 발광 다이오드(OLED)에 대응하는 구동 전류를 흘리게 될 때까지 유지한다.
보상 커패시터(Cth)는 제1 노드(N1)에 연결된 일전극 및 제2 노드(N2)에 연결된 타전극을 포함한다. 보상 커패시터(Cth)는 상기 일전극 및 타전극에 인가되는 전압의 차이에 따른 전압값을 저장하고 이를 유지한다. 도 4의 구동 타이밍도의 한 프레임 동안 각 구동 단계에서 양 전극에 각각 인가되는 전압값에 대응하는 전압으로 충전되고 이를 소정의 기간 동안 유지하는데, 특히 문턱전압 보상 기간(Tb) 동안 제2 노드(N2)에 인가된 제1 트랜지스터(M1)의 문턱 전압(Vth)에 따라 대응하는 전압값으로 충전되고 이를 유지한다.
도 4의 구동 타이밍도에 개시된 한 프레임의 구동 기간별로 화소의 구동 과정을 도 5 내지 도 8의 도면을 이용하여 설명하기로 한다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동 방법에서 한 프레임은 초기화 기간(Ta), 문턱전압 보상 기간(Tb), 데이터 기입 기간(Tc), 및 발광 기간(Td)으로 구성될 수 있다.
그리고, 도 4의 구동 타이밍도는 도 3에 개시된 화소(70)를 예시적으로 상정하여 도 3의 화소에 인가되는 신호와 구동 전원 전압 레벨을 표시한 것이지만, 데이터 기입 기간(Tc)을 제외한 나머지 기간에 표시되는 신호의 전압 레벨과 구동 전원 전압 레벨, 및 전압 레벨 제어 시점과 전압 레벨 유지 기간은 전체 화소에서 동일하다.
먼저 한 프레임 기간 중 초기화 기간(Ta) 동안의 화소 구동 과정은 도 5의 회로도에 나타내었다.
초기화 기간(Ta)이 시작되는 시점부터 시점 t1에 이르는 기간 동안 제1 전원전압(ELVDD)는 전원 배선을 통해 제1 전원전압 구동부(50)로부터 저전압으로 조절된 전압값으로 화소(70)에 인가된다. 상기 저전압의 전압 레벨은 특별히 제한되지 않으나, 도 4의 예시와 같이 0V 내지 -3V의 저전위 전압값이거나 그라운드 전압값의 수준일 수 있다.
상기 도 1의 표시 장치에 관한 블록도를 참조하면, 제1 전원전압(ELVDD) 구동부(50)에 연결된 전원 배선은 표시부(10)의 모든 화소에 연결되어 있으므로 초기화 기간(Ta) 동안 전압 레벨이 조정된 제1 전원전압(ELVDD)은 표시부(10)의 모든 화소에 동일하게 인가됨을 알 수 있다.
제1 전원전압 구동부(50)로부터 인가되는 제1 전원전압(ELVDD)의 전위가 소정의 값으로 충분히 낮아지면, 이전 프레임에서 저장 커패시터(Cst)에 충전되어 있던 이전 프레임의 대응하는 데이터 전압이 방전된다. 그러면서 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극 전압이 낮아지게 되어 제1 트랜지스터(M1)가 턴 온 되며, 유기 발광 다이오드(OLED)의 애노드 전극 전압을 초기화시킨다. 도 5의 회로도와 같이 전류 경로가 유기 발광 다이오드(OLED)에서 제1 전원전압(ELVDD) 쪽으로 형성되면서 유기 발광 다이오드(OLED)의 이전 프레임에서의 구동 전압을 초기화시키게 된다.
만일 이전 프레임에서 인가되는 전체 화소에 대응하는 데이터 전압이 블랙 데이터 전압인 경우라면, 유기 발광 다이오드(OLED)의 구동 전압은 이미 이전 프레임에서 초기화 전압으로 유지되고 있다고 볼 수 있으므로 초기화 기간(Ta) 동안의 제1 전원전압(ELVDD)의 전압 레벨 조정은 생략될 수도 있다.
다음으로 문턱전압 보상 기간(Tb)인 시점 t1 내지 시점 t2 동안 화소(70)에 대응하는 주사선(Sn)을 통해 대응하는 주사 신호(scan(n))가 로우 레벨 전압으로 전달된다. 상기 로우 레벨 전압은 화소를 구성하는 트랜지스터인 PMOS 트랜지스터를 턴 온 시킬 수 있는 게이트 온 전압이다. 만일 화소를 구성하는 트랜지스터가 NMOS 트랜지스터인 경우라면 도 4의 구동 타이밍에서 게이트 온 전압 레벨은 반대 극성이 될 수 있다.
도 4의 구동 타이밍도에서 복수의 주사 신호 중 n번째 주사선을 통해 화소(70)에 전달되는 n번째 주사 신호(scan(n))의 전압 레벨을 표시하였으나, 이는 표시부(10)에 포함된 전체 화소에 전달되는 모든 주사 신호의 전압 레벨이다. 즉, 상기 문턱전압 보상 기간(Tb) 동안 표시부의 전체 화소에 전달되는 주사 신호들이 로우 레벨 전압으로 전달된다.
그러면, 도 6에서 보는 바와 같이, 주사 신호에 의해 제2 트랜지스터(M2)와 제3 트랜지스터(M3)가 턴 온 된다.
제2 트랜지스터(M2)가 턴 온 됨으로써 화소(70)에 대응하여 연결된 데이터선(Dm)을 통해 소정의 기준 전압(Vref)을 인가받는다. 이때 상기 소정의 기준 전압(Vref)의 전압값은 특별히 제한되지 않으나, 도 4에 예시된 바와 같이 데이터 신호의 전압 범위 내에서 가변될 수 있다. 즉, 데이터 신호의 전압 범위가 0V 내지 6V 사이에서 결정되는 경우라면, 상기 기준 전압(Vref)는 상기 0V 내지 6V의 전압 범위에서 가변될 수 있고, 특히 데이터 신호의 전압 범위의 중간값으로 결정될 수 있다. 도 4에서의 기준 전압(Vref)은 3V가 되고, 이러한 기준 전압(Vref)이 문턱전압 보상 기간(Tb) 동안 턴 온 된 제2 트랜지스터(M2)를 통해서 제1 노드(N1)에 인가될 수 있다. 따라서, 문턱전압 보상 기간(Tb) 동안 제1 노드(N1)의 전압 Va는 기준 전압(Vref), 즉 3V 일 수 있다(Va=Vref=3V).
문턱전압 보상 기간(Tb) 동안 제3 트랜지스터(M3)가 턴 온 됨으로써, 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극과 드레인 전극을 다이오드 연결한다. 이로써 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3)가 연결된다.
또한 문턱전압 보상 기간(Tb)이 개시되는 시점 t1에 제1 전원전압(ELVDD)의 전압 레벨이 조정되어서 하이 레벨로 상승된다. 도 4의 실시 예에서 상기 제1 전원전압(ELVDD)은 -3V에서 12V로 상승된다. 본 발명의 실시 예에 따른 구동 과정에서 문턱전압 보상 기간(Tb) 이후의 기간 동안 제1 전원전압(ELVDD)의 전압 레벨은 하이 상태로 유지될 수 있다.
그러면 하이 상태로 상승된 제1 전원전압(ELVDD)의 전압 레벨로 인하여 도 6에서 보는 바와 같이 제1 전원전압(ELVDD)의 공급원에서 제3 노드(N3) 방향으로 전류가 흐르게 되고, 제3 트랜지스터(M3)의 턴 온으로 인해 제3 노드(N3)에 인가된 전압이 제2 노드(N2)에 전달된다. 따라서, 문턱전압 보상 기간(Tb)에 제2 노드(N2)에 인가되는 전압 Vb는 하이 레벨로 상승되어 인가된 제1 전원전압(ELVDD)과 제1 트랜지스터의 문턱 전압(Vth)과의 합이 될 수 있다(Vb=ELVDD+Vth).
시점 t2 내지 시점 t5의 기간은 데이터 기입 기간(Tc)이다. 이 기간은 표시부(10)에 포함된 복수의 화소 각각에 순차적으로 화소 라인을 따라 연결된 주사선을 통해 대응하는 주사 신호가 순차적으로 전달되는 주사 기간이다.
도 4의 타이밍도에서는 n번째 주사선에 연결된 화소(70)에 인가되는 n번째 주사 신호(scan(n))만을 도시하였다.
화소(70)으로 대응하는 주사선을 통해 전달되는 n번째 주사 신호(scan(n))가 시점 t4 내지 시점 t5의 기간 동안 게이트 온 전압 레벨인 로우 레벨 전압으로 전달된다. 그러면, 도 7에 도시된 바와 같이 제2 트랜지스터(M2)와 제3 트랜지스터(M3)가 턴 온 된다.
데이터 기입 기간(Tc)에 턴 온 된 제2 트랜지스터(M2)는 화소(70)에 연결된 데이터선(Dm)을 통해 해당 프레임에 대응하는 소정의 데이터 신호에 따른 전압(Data(t))을 인가받아 제1 노드(N1)에 전달한다.
데이터 기입 기간(Tc) 동안 화소 라인에 대응되는 주사선을 따라 순차적으로 전달되는 주사 신호에 대응하여 화소 라인별로 포함된 복수의 화소가 활성화됨으로써 각각 대응하는 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 인가받게 된다. 상술한 바와 같이 도 4의 실시 예에서 데이터 신호의 전압 범위는 0V 내지 6V 이므로 이러한 데이터 전압 범위 내에서 복수의 화소는 각 화소 라인별로 순차적으로 활성화 된 후 대응하는 데이터 신호에 따른 전압을 전달받는다.
도 4의 실시 예에 따르면 데이터 기입 기간(Tc) 동안 제1 노드(N1)에 인가되는 전압 Va는 문턱전압 보상 기간(Tb)의 3V(기준전압)에서 각 화소에 대응하는 데이터 전압값(Vdata)으로 변한다. 그러면 문턱전압 보상 기간(Tb)에서 데이터 기입 기간(Tc)을 거치면서 제1 노드(N1) 전압 Va는 ΔV(ΔV=3V-Vdata)으로 변하기 때문에 보상 커패시터(Cth)의 커플링 효과로 인해 제2 노드(N2)에 인가되는 전압 Vb 역시 변한다. 구체적으로 문턱전압 보상 기간(Tb)의 제2 노드 전압값(ELVDD+Vth)에서 상기 변화된 제1 노드(N1)의 전압값 ΔV와 저장 커패시터(Cst) 및 보상 커패시터(Cth)의 용량 비에 대응하는 다음의 전압값으로 변한다.
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여기서, 상기 C1은 저장 커패시터(Cst)의 커패시턴스이고, 상기 C2는 의 보상 커패시터(Cth)의 커패시턴스이다.
각 화소에서 저장 커패시터(Cst)와 보상 커패시터(Cth)는 양 전극에 인가되는 전압값의 차이만큼 소정의 기간 동안 저장하게 되는데, 본 발명의 각 구동 과정에 대응하여 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)에 각각 인가되는 전압값을 소정의 기간 동안 유지하는 역할을 한다.
한편, 상기 데이터 기입 기간(Tc) 동안 복수의 화소 각각에 대응하는 데이터 신호에 따른 전압(Vdata)이 인가되고 난 뒤, 시점 t5에서 제2 전원전압(ELVSS)의 전압값이 로우 레벨 전압으로 조정되어 인가된다.
시점 t5 내지 시점 t6 기간 동안 상기 제2 전원전압(ELVSS)을 공급하는 제2 전원전압 구동부(60)에서 로우 레벨 전압값으로 조정하여 표시부(10)의 각 화소에 연결된 전원 배선을 통해 전달한다.
시점 t5 내지 시점 t6 기간은 표시부(10)에 포함된 전체 화소가 대응하는 데이터 전압에 따른 구동 전류로 한꺼번에 동시에 발광하는 발광 기간(Td)으로서, 제2 전원전압(ELVSS)은 발광 기간(Td)을 제외한 나머지 구동 기간 동안 하이 레벨 상태를 유지한다.
상기 로우 레벨 전압으로 전달되는 제2 전원전압(ELVSS)의 전압값은 그라운드 전압값 또는 0V 이하의 전압값일 수 있다.
표시부(10)의 모든 화소의 제2 전원전압(ELVSS)이 시점 t5에 동시에 로우 레벨 전압으로 쉬프트되면 데이터 기입 기간(Tc) 동안 저장 커패시터(Cst)와 보상 커패시터(Cth)에 의해 유지되었던 데이터 신호에 대응하는 전압에 따른 구동 전류가 유기 발광 다이오드(OLED)에 흐르게 된다. 즉, 도 8과 같이 제1 전원전압(ELVDD)의 공급원에서 제2 전원전압(ELVSS)의 공급원 방향으로 소정의 데이터 신호에 대응하는 구동 전류의 경로가 생성되고, 유기 발광 다이오드(OLED)가 상기 구동 전류에 대응하는 빛을 방출하여 영상을 표시하게 된다.
이때 상기 구동 전류(Ioled)는 다음의 수식과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112012092783691-pat00002
Figure 112012092783691-pat00003
Figure 112012092783691-pat00004
여기서, k는 각 화소의 구동 트랜지스터의 특성에 따라 결정되는 파라미터이다.
그리고 Vgs는 각 화소의 구동 트랜지스터의 게이트-소스 간 전압차이고, Vg는 구동 트랜지스터의 게이트 전극 전압, Vs는 구동 트랜지스터의 소스 전극 전압을 의미한다.
또한, α 는 상기 수학식 1에서 반영된 문턱전압 보상 기간(Tb) 동안의 커플링 효과에 의한 제2 노드(N2)의 전압 변화량(
Figure 112012092783691-pat00005
)을 가리킨다. 그래서, kp는
Figure 112012092783691-pat00006
의 값으로 결정된다.
상기 수학식 2를 참조하여 알 수 있듯이, 소정의 데이터 신호에 대응하는 구동 전류(Ioled)는 구동 트랜지스터의 문턱전압(Vth)가 수식에 의해 소거됨으로써 각 화소의 구동 트랜지스터의 문턱 전압 편차가 있어도 이러한 편차가 보상된 구동 전류량으로 영상이 표시된다. 아울러, 최종적으로 계산된 구동 전류량은
Figure 112012092783691-pat00007
의 값을 가지므로, 문턱전압 보상 기간(Tb) 동안 데이터선을 통해 인가된 기준 전압(Vref)과 대응하는 데이터 신호에 따른 데이터 전압(Vdata)에 따라 영향을 받는 것을 알 수 있다.
한편, 발광 기간(Td) 동안 대응하는 데이터선을 통해 표시부(10)의 복수의 화소 각각에 기준 전압(Vref)이 지속적으로 제공된다. 따라서, 발광 기간 동안의 누설 전류의 발생을 줄일 수 있다.
본 발명에서는 문턱전압 보상 기간(Tb) 동안 데이터의 기준 전압(Vref)을 데이터 신호의 전압 범위 내에서 가변된 값으로 설정한다. 특히 데이터 신호의 전압 범위의 중간 전압값(상기 예에서 3V로 설정함)으로 기준 전압을 결정함으로써, 데이터 전압의 충전 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 아울러 데이터 신호의 전압 범위의 중간 전압값으로 기준 전압을 설정하면 영상 표시할 때 구동 전류량의 산술에서 표시 패널의 대형화로부터 유발될 수 있는 IR DROP 현상에 의해 데이터 전압값이 변동하는 것을 방지할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 실시 예와 같은 화소 구조와 구동 방식에 의하면 표시 장치의 표시부 전체에서 문턱전압 보상 기간에 데이터 신호의 전압 범위의 중간값을 인가함으로써 데이터 기입 속도를 빠르게 향상시킬 수 있고, 정확한 영상 데이터 신호에 따른 휘도로 발광할 수 있도록 표시 품질이 개선될 수 있다.
또한 일반적인 기존의 표시 장치와 화소 구조는 전원 배선과 제어 신호선들이 복잡하게 설계되는 구조이므로 구동 과정이 복잡하고 화소 개구율이 확보되지 않는데 비하여, 본 발명의 실시 예에 따른 표시 장치와 화소 구조는 간략한 구성과 배선 구조를 통해 이러한 문제점을 개선할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 화소의 구조를 나타낸 회로도이다. 도 9를 참조하면, 상기 도 3의 실시 예에 따른 화소 구조와 동일한 구조이나, 제3 트랜지스터(M30)의 게이트 전극과 제2 전극 사이에 부스트 커패시터(Cboost)를 더 포함한 구조이다.
즉, 도 9의 화소(70')는 상기 도 3의 화소와 마찬가지로 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)와, 유기 발광 다이오드(OLED)로 전류를 공급하기 위한 구동 회로로서, 제1 트랜지스터(M10), 제2 트랜지스터(M20), 제3 트랜지스터(M30), 저장 커패시터(Cst), 보상 커패시터(Cth)를 포함한다. 그러나, 도 9의 화소는, 제3 트랜지스터(M30)의 제2 전극이 연결된 제2 노드(N20)에 연결된 일전극, 및 제3 트랜지스터(M30)의 게이트 전극이 연결된 해당 화소(70')에 대응하는 n번째 주사선(Sn)에 연결된 타전극을 포함하는 부스트 커패시터(Cboost)를 더 구비한다.
도 9의 화소의 구동 과정은 상기 도 3의 화소의 구동 과정과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 도 9의 화소는 주사 신호(scan(n))를 전달하는 주사선에 연결된 부스트 커패시터(Cboost)를 더 포함함으로써, 데이터 기입 기간(Tc)이 종료된 이후에 주사 신호의 전압 레벨의 상승에 따라 구동 트랜지스터인 제1 트랜지스터(M10)의 게이트 전극 전압, 즉 제2 노드(N20) 전압을 소정의 전압만큼 상승시킬 수 있다. 상기 소정의 전압값은 제2 노드(N20)에 연결된 커패시터(Cst, Cth, Cboost)의 용량 비에따라서 결정된다. 그럴 경우 대응하는 데이터선(Dm)을 통해 전달된 데이터 신호의 계조 전압이 저계조 전압 범위에 속할 경우, 블랙 영상을 표시함에 있어 상기 소폭 상승된 제2 노드(N20)의 전압값으로 인해 데이터 전압이 빠르게 충전될 수 있다.
도 9의 실시 예에 따른 화소 구조인 경우, 대응하는 데이터선(Dm)을 통해 전달되는 영상 데이터 신호(Data(t))의 계조 전압은 부스트 커패시터(Cboost)의 이러한 부스팅 효과를 고려하여 조정될 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.
10: 표시부 20: 주사 구동부
30: 데이터 구동부 40: 신호 제어부
50: 제1 전원전압 구동부 60: 제2 전원전압 구동부
70, 70' : 화소

Claims (32)

  1. 복수의 주사선 중 대응하는 주사선, 복수의 데이터선 중 대응하는 데이터선과 접속되는 화소를 복수 개 포함하는 표시부 - 상기 화소는 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 발광하여 영상을 표시하는 유기 발광 다이오드, 상기 주사선을 통해 인가되는 주사 신호에 응답하여 데이터선을 통해 인가되는 상기 데이터 전압을 제1 노드에 전달하는 스위칭 트랜지스터, 상기 제1 노드에 연결되는 일전극 및 제2 노드에 연결되는 타전극을 포함하는 제1 커패시터, 상기 제2 노드에 연결되는 일전극 및 제1 전원전압 공급원에 연결되는 타전극을 포함하는 제2 커패시터, 상기 제2 노드에 연결된 게이트 전극, 상기 제1 전원전압 공급원에 연결된 소스 전극, 및 제3 노드에 연결된 드레인 전극을 포함하고, 상기 데이터 전압에 대응하는 구동 전류를 상기 유기 발광 다이오드에 흐르게 하는 구동 트랜지스터, 및 상기 주사선에 연결된 게이트 전극, 상기 제3 노드에 연결된 소스 전극, 및 상기 제2 노드에 연결된 드레인 전극을 포함하고, 상기 주사선을 통해 인가되는 상기 주사 신호에 응답하여 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극과 드레인 전극을 다이오드 연결하는 보상 트랜지스터, 및 상기 제2 노드에 연결되는 일전극 및 상기 주사선에 연결되는 타전극을 포함하는 부스트 커패시터를 포함함 - ,
    상기 복수의 주사선에 순차적으로 상기 화소 각각에 대응하는 주사 신호를 생성하여 전달하는 주사 구동부,
    한 프레임 동안 상기 복수의 데이터선에 대응하는 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 생성하여 전달하는 데이터 구동부,
    상기 화소 각각에 제1 전원전압을 인가하는 제1 전원전압 구동부,
    상기 화소 각각에 제2 전원전압을 인가하는 제2 전원전압 구동부, 및
    상기 주사 구동부, 데이터 구동부, 제1 전원전압 구동부, 및 제2 전원전압 구동부의 동작을 제어하는 신호 제어부를 포함하고,
    상기 한 프레임 중 상기 데이터 전압이 전달되는 기간을 제외한 나머지 기간 동안 상기 복수의 데이터선을 통해 소정의 기준 전압이 인가되고,
    상기 소정의 기준 전압의 전압값은 상기 데이터 전압의 전압 범위 중 최대 전압값과 최소 전압값의 중간값인,
    표시 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 한 프레임은,
    상기 화소 각각에 기입된 이전 프레임의 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 초기화하는 제1 기간,
    상기 화소 각각의 구동 트랜지스터의 문턱전압을 보상하는 제2 기간,
    상기 화소 각각에 순차적으로 상기 대응하는 주사 신호를 전달하여 활성화하고, 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 전달하는 제3 기간, 및
    상기 화소 각각에 전달된 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 상기 복수의 화소가 동시에 발광하는 제4 기간을 포함하고,
    상기 소정의 기준 전압은 상기 제1 기간, 제2 기간, 및 제4 기간에 인가되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전원전압 구동부와 상기 제2 전원전압 구동부는,
    상기 한 프레임 중 상기 화소 각각에 기입된 이전 프레임의 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 초기화하는 초기화 기간과 상기 화소 각각에 전달된 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 상기 복수의 화소가 동시에 발광하는 발광 기간 동안, 서로 다른 레벨의 전압값으로 설정된 상기 제1 전원전압과 상기 제2 전원전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전원전압 구동부는,
    상기 한 프레임 중 상기 화소 각각에 기입된 이전 프레임의 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 초기화하는 초기화 기간 동안, 상기 제2 전원전압의 전압 레벨보다 낮은 전압값으로 설정된 상기 제1 전원전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 전원전압은 상기 데이터 전압의 전압 범위 중 최소 전압값보다 낮은 레벨의 전압값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 전원전압 구동부는,
    상기 한 프레임 중 상기 화소 각각에 전달된 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 상기 복수의 화소가 동시에 발광하는 발광 기간 동안, 상기 제1 전원전압의 전압 레벨보다 낮은 전압값 또는 접지전위로 설정된 상기 제2 전원전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제2 전원전압은 상기 한 프레임 중 상기 발광 기간을 제외한 나머지 기간 동안 상기 데이터 전압의 전압 범위 중 최대 전압값보다 높은 레벨의 전압값으로 설정되어 인가되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전원전압 및 상기 제2 전원전압은 상기 표시부에 포함된 상기 복수의 화소에 대하여 동시에 일괄적으로 제공되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 주사 구동부는, 한 프레임 중 소정의 기간 동안 상기 복수의 주사선에 순차적으로 상기 화소 각각에 대응하는 주사 신호를 인가하고, 상기 소정의 기간을 제외한 나머지 기간 동안 상기 복수의 주사선에 대해 동시에 대응하는 주사 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 소정의 기간을 제외한 나머지 기간 중 상기 화소 각각에 포함된 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하는 구간 동안, 상기 복수의 주사선에 대해 동시에 인가되는 주사 신호의 전압 레벨은 상기 화소 각각에 포함된 스위칭 소자를 턴 온 시키는 전압 레벨인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  13. 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 발광하여 영상을 표시하는 유기 발광 다이오드,
    주사선을 통해 인가되는 주사 신호에 응답하여 데이터선을 통해 인가되는 상기 데이터 전압을 제1 노드에 전달하는 스위칭 트랜지스터,
    상기 제1 노드에 연결되는 일전극 및 제2 노드에 연결되는 타전극을 포함하는 제1 커패시터,
    상기 제2 노드에 연결되는 일전극 및 제1 전원전압 공급원에 연결되는 타전극을 포함하는 제2 커패시터,
    상기 제2 노드에 연결된 게이트 전극, 상기 제1 전원전압 공급원에 연결된 소스 전극, 및 제3 노드에 연결된 드레인 전극을 포함하고, 상기 데이터 전압에 대응하는 구동 전류를 상기 유기 발광 다이오드에 흐르게 하는 구동 트랜지스터,
    상기 주사선에 연결된 게이트 전극, 상기 제3 노드에 연결된 소스 전극, 및 상기 제2 노드에 연결된 드레인 전극을 포함하고, 상기 주사선을 통해 인가되는 상기 주사 신호에 응답하여 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극과 드레인 전극을 다이오드 연결하는 보상 트랜지스터, 및
    상기 제2 노드에 연결되는 일전극 및 상기 주사선에 연결되는 타전극을 포함하는 부스트 커패시터
    를 포함하고,
    한 프레임 중 상기 스위칭 트랜지스터가 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 전달하는 기간을 제외한 나머지 기간 동안 상기 데이터선을 통해 소정의 기준 전압이 인가되며,
    상기 소정의 기준 전압은 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압의 전압 범위 중 최대 전압값과 최소 전압값의 중간 전압값인,
    화소.
  14. 삭제
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 부스트 커패시터는 상기 주사선을 통해 인가되는 상기 주사 신호에 응답하여 상기 제2 노드의 전압값을 변동시키는 것을 특징으로 하는 화소.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 13항에 있어서,
    한 프레임 중 상기 화소에 기입된 이전 프레임의 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 초기화하는 초기화 기간과 상기 화소에 전달된 상기 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 상기 유기 발광 다이오드가 발광하는 발광 기간 동안,
    상기 제1 전원전압 공급원에서 인가되는 제1 전원전압과, 상기 유기 발광 다이오드의 캐소드 전극으로 인가되는 제2 전원전압은 서로 다른 레벨의 전압값으로 설정된 것을 특징으로 하는 화소.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 초기화 기간 동안 상기 제1 전원전압은 상기 제2 전원전압보다 낮은 레벨의 전압값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 화소.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 제1 전원전압은 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압의 전압 범위 중 최소 전압값보다 낮은 레벨의 전압값을 가지는 것을 특징으로 하는 화소.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 발광 기간 동안 상기 제2 전원전압은 상기 제1 전원전압보다 낮은 레벨의 전압값 또는 접지 전위값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 화소.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 제2 전원전압은, 한 프레임 중 상기 발광 기간을 제외한 나머지 기간 동안, 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압의 전압 범위 중 최대 전압값보다 높은 레벨의 전압값을 유지하는 것을 특징으로 하는 화소.
  24. 표시부를 구성하는 복수의 화소 전체에 기 설정된 전압 레벨을 가지는 제1 전원전압, 제2 전원전압, 주사 신호, 및 화소 각각에 대응하는 데이터선을 통해 전달되는 소정의 기준 전압을 동시에 인가하여 상기 화소 각각에 기입된 이전 프레임의 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 초기화하는 제1 단계 - 상기 화소는 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 발광하여 영상을 표시하는 유기 발광 다이오드, 주사선을 통해 인가되는 주사 신호에 응답하여 데이터선을 통해 인가되는 상기 데이터 전압을 제1 노드에 전달하는 스위칭 트랜지스터, 상기 제1 노드에 연결되는 일전극 및 제2 노드에 연결되는 타전극을 포함하는 제1 커패시터, 상기 제2 노드에 연결되는 일전극 및 제1 전원전압 공급원에 연결되는 타전극을 포함하는 제2 커패시터, 상기 제2 노드에 연결된 게이트 전극, 상기 제1 전원전압 공급원에 연결된 소스 전극, 및 제3 노드에 연결된 드레인 전극을 포함하고, 상기 데이터 전압에 대응하는 구동 전류를 상기 유기 발광 다이오드에 흐르게 하는 구동 트랜지스터, 및 상기 주사선에 연결된 게이트 전극, 상기 제3 노드에 연결된 소스 전극, 및 상기 제2 노드에 연결된 드레인 전극을 포함하고, 상기 주사선을 통해 인가되는 상기 주사 신호에 응답하여 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극과 드레인 전극을 다이오드 연결하는 보상 트랜지스터, 및 상기 제2 노드에 연결되는 일전극 및 상기 주사선에 연결되는 타전극을 포함하는 부스트 커패시터를 포함함 - ,
    상기 복수의 화소 전체에 기 설정된 전압 레벨을 가지는 제1 전원전압, 제2 전원전압, 주사 신호, 및 상기 대응하는 데이터선을 통해 전달되는 상기 기준 전압을 동시에 인가하여 상기 화소 각각의 구동 트랜지스터의 문턱전압을 보상하는 제2 단계,
    상기 표시부의 각 주사선에 연결된 화소 각각에 대해 순차적으로 주사 신호를 인가하고, 상기 주사 신호에 응답하여 상기 화소 각각에 대응하는 데이터선을 통해 영상 데이터 신호에 따른 데이터 전압을 인가하는 제3 단계, 및
    상기 복수의 화소 전체에 기 설정된 전압 레벨을 가지는 제1 전원전압, 제2 전원전압, 주사 신호, 및 상기 대응하는 데이터선을 통해 전달되는 상기 기준 전압을 동시에 인가하여 상기 제3 단계에서 인가된 데이터 전압에 대응하는 구동 전류에 따라 상기 복수의 화소 전체가 동시에 발광하는 제4 단계를 포함하고,
    상기 기준 전압은 상기 데이터 전압의 전압 범위 중 최대 전압값과 최소 전압값의 중간값인,
    표시 장치의 구동 방법.
  25. 삭제
  26. 제 24항에 있어서,
    상기 제1 단계의 제1 전원전압과 제2 전원전압의 기 설정된 전압값은 서로 다른 레벨의 전압값인 것을 특징으로 하는 표시 장치의 구동 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 제1 전원전압은 상기 제2 전원전압보다 낮은 레벨의 전압으로 설정되는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 구동 방법.
  28. 제 26항에 있어서,
    상기 제1 전원전압은 상기 데이터 전압의 전압 범위 중 최소 전압값보다 낮은 레벨의 전압값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 구동 방법.
  29. 제 24항에 있어서,
    상기 제2 단계에서, 상기 제1 전원전압과 상기 제2 전원전압은 동일한 레벨의 전압값으로 설정되고, 상기 주사 신호는 화소에 포함된 스위칭 소자를 턴 온 시키는 레벨의 전압으로 인가되는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 구동 방법.
  30. 제 24항에 있어서,
    상기 제4 단계에서, 상기 제1 전원전압과 상기 제2 전원전압은 서로 다른 레벨의 전압값으로 설정되고, 상기 주사 신호는 화소에 포함된 스위칭 소자를 턴 오프 시키는 레벨의 전압으로 인가되는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 구동 방법.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 제2 전원전압은 상기 제1 전원전압보다 낮은 레벨의 전압으로 설정되는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 구동 방법.
  32. 제 24항에 있어서,
    상기 제2 전원전압은 상기 제4 단계를 제외한 나머지 단계에서 상기 데이터 전압의 전압 범위 중 최대 전압값보다 높은 레벨의 전압값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 구동 방법.
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