KR102462834B1 - 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전류 센싱 방식에 의해 유기발광 다이오드의 열화를 정확히 센싱할 수 있도록 하기 위한 방법에 관한 것으로, 센싱 라인의 기생 커패시턴스가 크면 센싱 가능한 전압 수준으로 전류를 인입하는 데 많은 시간이 소요되며, 기생 커패시턴스의 크기가 센싱 라인들 간에 달라 정확한 센싱값의 획득이 어렵다는 등의 전압 센싱 방식의 문제점 해결을 위해 제안되었다.
이와 같은 본 발명은, EVDD 전압을 OLED의 열화 센싱에 적합한 최적의 전압으로 하향 조정함으로써, OLED의 열화에 따른 애노드 전압의 변화에 무관하게 OLED 커패시터의 축적 전하량만으로 OLED의 열화를 센싱할 수 있어, OLED의 열화 정보에 대한 신속하고 정확한 센싱이 가능하다는 등의 장점을 제공할 수 있다.

Description

유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법{METHOD FOR SENSING DEGRADATION OF ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전류 센싱 방식에 의해 유기발광 다이오드의 열화를 정확히 센싱할 수 있도록 하기 위한 방법과 이를 이용한 유기발광 표시 장치에 관한 것이다.
액티브 매트리스 타입의 유기발광 표시 장치는 스스로 발광하는 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode; 이하 'OLED'라 함)를 포함하며, 응답속도가 빠르고 발광 효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.
자발광 소자인 OLED는 애노드 전극 및 캐소드 전극과 이들 사이에 형성된 유기 화합물층(HIL, HTL, EML, ETL, EIL)을 포함한다. 유기 화합물층은 정공 주입층(Hole Injection Layer; HIL), 정공 수송층(Hole Transport Layer; HTL), 발광층(Emission Layer; EML), 전자 수송층(Electron Transport Layer; ETL) 및 전자 주입층(Electron Injection Layer; EIL)으로 이루어진다. 애노드 전극과 캐소드 전극에 구동 전압이 인가되면 정공 수송층(HTL)을 통과한 정공과 전자 수송층(ETL)을 통과한 전자가 발광층(EML)으로 이동되어 여기자를 형성하고, 그 결과 발광층(EML)이 가시광을 발광하게 된다.
유기발광 표시 장치는 OLED를 각각 포함한 픽셀들을 매트릭스 형태로 배열하고, 비디오 데이터의 계조에 따라 픽셀들의 휘도를 조절한다. 픽셀들 각각은 자신의 게이트 전극과 소스 전극 사이에 걸리는 전압(Vgs)에 따라 OLED에 흐르는 구동 전류를 제어하는 구동 TFT(Thin Film Transistor)를 포함하며, 이러한 구동 전류에 비례하는 OLED의 발광량으로 표시 계조(휘도)를 조절한다.
통상 OLED는 발광 시간이 경과함에 따라서 OLED의 동작점 전압(문턱 전압)이 증가하고 발광 효율이 감소하는 열화 특성이 있다. 각 픽셀의 OLED에 인가되는 전류 누적치는 해당 픽셀에서 구현된 계조 누적치에 비례하므로, 이와 같은 OLED 열화 정도는 픽셀마다 달라질 수 있다.
이러한 픽셀들 간 OLED 열화 편차는 휘도 편차를 야기하고, 이것이 심화되면 영상 고착화(Image Sticking) 현상이 발생될 수 있다.
OLED 열화를 보상하기 위해 OLED 열화를 센싱한 후, 이 센싱값을 기초로 외부 회로에서 비디오 데이터를 변조하는 다양한 보상 방식이 제안된 바 있다. 이러한 종래의 보상 방식에서, 데이터 구동회로는 센싱 라인을 통해 각 픽셀로부터 센싱 전압을 직접 입력받고, 이 센싱 전압을 디지털 센싱값으로 변환한 후 타이밍 콘트롤러에 전송한다.
타이밍 콘트롤러는 디지털 센싱값을 기초로 디지털 비디오 데이터를 변조하여 OLED의 열화 편차를 보상한다.
그런데, 이와 같은 종래의 열화 보상 방식은 다음과 같은 문제점을 갖는다.
종래 보상 방식은 OLED의 열화 정도를 센싱하기 위해 전압 센싱 방식을 취하였다. 즉, 종래 보상 방식은 OLED 애노드 전압을 센싱 라인의 기생 퍼캐시터에 저장한 후, 이 저장 전압을 센싱한다. 이때, 센싱 라인의 기생 커패시턴스는 수백 내지 수천 ㎊으로 매우 크기 때문에 센싱에 소요되는 시간이 길어질 수밖에 없다.
다시 말해, 센싱 라인의 기생 커패시턴스가 크면 센싱 가능한 전압 수준으로 전류를 인입하는 데 많은 시간이 소요되며, 이러한 문제는 고계조 센싱보다 저계조 센싱에서 더욱 심해진다.
또한, 센싱 라인의 기생 커패시턴스는 인접한 데이터 라인의 영향 등에 의한 표시패널의 설계 조건 등에 따라 그 크기가 변동될 수 있다. 이렇게 기생 커패시턴스의 크기가 센싱 라인들 간에 달라지면 정확한 센싱값의 획득이 어렵다는 등의 문제가 있다.
본 발명은 유기발광 다이오드의 열화를 센싱함에 있어, 구동 TFT의 전류 대신 EVDD 정전압을 이용할 수 있도록 하는 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은, 유기발광 다이오드의 열화에 따른 구동 TFT(DT) 소스 노드(source node)의 전위 변화를 배제한 채 OLED 기생 커패시턴스(capacitance)의 변화 값만을 이용해 센싱을 수행하도록 함으로써, 유기발광 다이오드의 열화 정도를 정확하게 센싱할 수 있도록 하는 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 전류 센싱 방식에 의해 유기발광 다이오드의 열화를 정확히 센싱할 수 있도록 하기 위한 방법과 이를 이용한 유기발광 표시 장치에 관한 것으로, 센싱 라인의 기생 커패시턴스가 크면 센싱 가능한 전압 수준으로 전류를 인입하는 데 많은 시간이 소요되며, 기생 커패시턴스의 크기가 센싱 라인들 간에 달라 정확한 센싱값의 획득이 어렵다는 등의 전압 센싱 방식의 문제점 해결을 위해 제안되었다.
이와 같은 본 발명은, OLED의 애노드 전압으로 EVDD 정전압을 인가시킨 상태에서 OLED 애노드 전압의 변화에 무관하게 OLED 커패시터(Coled)의 충전 전하량만으로 OLED의 열화를 센싱할 수 있도록 하는 구성을 갖는다.
이에 따라, 본 발명은 OLED의 열화 정보에 대한 신속하고 정확한 센싱이 가능하다는 등의 장점을 제공할 수 있다.
본 발명은 저전류 및 고속 센싱을 구현하여 센싱 시간을 줄이고 센싱의 정확도를 높이기 위해 전류 센싱 방식을 채용한다. 이러한 전류 센싱 방식의 일환으로, 본 발명은 데이터 구동회로 내에 적어도 하나 이상의 센싱 유닛을 설치하고, 센싱 대상 픽셀의 OLED에 구동 전류가 흐를 때 그 OLED의 기생 커패시터에 축적되는 전하량을 센싱 유닛을 통해 센싱하도록 구성될 수 있다.
특히, 이 과정에서, EVDD 정전압을 OLED의 애노드 전압으로 공급함으로써, OLED의 열화에 따른 애노드 전압의 변화에 무관하게 OLED 커패시터의 충전 전하량만으로 OLED의 열화를 센싱할 수 있어, OLED의 열화 정보에 대한 신속하고 정확한 센싱이 가능하도록 한다는 등의 장점이 있다.
도 1은 전류 센싱 방식에 의한 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법을 설명하기 위한 구동 타이밍도이다.
도 2는 구동 TFT의 출력 곡선 및 열화에 따른 OLED의 동작점 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 전류 센싱 방식에 의한 유기발광 다이오드의 열화 센싱 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 도 4에 적용되는 열화 센싱 방법을 설명하기 위한 구동 타이밍도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 4에 따른 열화 센싱 과정을 순차적으로 나타낸 설명도이다.
도 7은 도 4에 따른 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법이 적용된 유기발광 표시 장치를 나타낸 설명도이다.
도 8은 도 7에 있어 센싱 라인과 픽셀 사이의 접속 관계를 설명하기 위한 예시도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 전류 센싱 방식에 의한 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법을 설명하기 위한 구동 타이밍도이고, 도 2는 구동 TFT의 출력 곡선 및 열화에 따른 OLED의 동작점 변화를 설명하기 위한 그래프이며, 도 3은 전류 센싱 방식에 의한 유기발광 다이오드의 열화 센싱 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
먼저 도 1을 참조하면, 유기발광 다이오드의 열화 센싱 과정은 초기화 구간(Initial), 부스팅 구간(Boosting) 및 센싱 구간(Sensing) 구간 등을 포함함을 확인할 수 있다.
초기화 구간(Initial)에서 스캔 제어 신호(SCAN) 및 센싱 제어 신호(SENSE)가 온(ON) 레벨로 인가되고, 이에 따라 구동 TFT의 게이트 노드에는 데이터 전압(Vdata)이, 소스 노드에는 초기화 전압(Vpre)이 인가된다.
부스팅 구간(Boosting)에서는 스캔 제어 신호(SCAN) 및 센싱 제어 신호(SENSE)가 오프(OFF) 레벨로 인가되며, 이에 따라 구동 TFT의 게이트 노드 및 소스 노드가 플로팅 되어, 구동 TFT의 드레인-소스 간 전류(Ids)가 유기소자(OLED)에 인가된다. 이와 같은 구동 TFT의 드레인-소스 간 전류(Ids)에 의해 소스 노드의 전위는 부스팅되고, 소스 노드와 전기적으로 커플링 되어 있는 게이트 노드도 부스팅된다.
소스 노드의 전위가 유기발광 다이오드(OLED)의 동작점 전압보다 높아지면 OLED가 턴 온(turn on) 된다. OLED가 턴 온 될 때 소스 노드의 전위는 OLED의 열화 정도에 따라 달라지고, 이에 대응되어 게이트 노드의 전위 또한 달라지게 된다.
즉, 도 2를 참조하면, OLED의 열화 정도에 따라 동작점이 달라지게 됨으로써(동작점1 → 동작점2), 이에 따라 구동 TFT의 소스 노드의 전위(Vanode)가 Vanode1에서 Vanode2로 달라짐을 확인할 수 있다. 다시 말해, 부스팅 구간(Boosting)에서 구동 TFT에 흐르는 전류에 의해 소스 노드 전압(Vanode)이 동작점을 찾아가게 되면, 부스팅 구간(Boosting) 이후 OLED 커패시턴스(Coled)의 충전 전하량(Q)은 구동 TFT에서 흐르는 전류(DR Current)와 OLED의 I-V 곡선(curve)에 의해 결정된다. 따라서, 센싱 구간(Sensing)을 통해 OLED 커패시턴스(Coled)의 충전 전하량(Q) 변화를 센싱함으로써 OLED의 열화 정도를 센싱하는 것이 가능할 수 있을 것으로 판단된다.
하지만, 도 3을 참조하면, OLED의 열화로 인해 I-V 곡선이 a에서 b로 변화하는 경우, OLED의 열화에 따른 전압(Voled)의 변화는 전체 전하량(Q=CV)을 증가시키지만, 커패시턴스(Coled)의 변화는 반대로 전하량을 감소시킴을 확인할 수 있다.
다시 말해, OLED의 열화에 따른 전압(Voled) 및 커패시턴스(Coled)의 변화가 서로 상충됨으로 인해, OLED 커패시턴스(Coled)의 충전 전하량(Q) 변화 센싱을 통한 OLED 열화 정도의 센싱 방식은 정확성을 담보할 수 없다는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 이상과 같은 문제점의 해결을 통해, OLED 커패시턴스(Coled)의 충전 전하량(Q)을 이용한 전류 측정 방식을 이용하되, 측정 정확성을 보다 향상시킬 수 있도록 하는 새로운 방안을 제안하고자 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법을 설명하기 위한 회로도이고, 도 5는 도 4에 적용되는 열화 센싱 방법을 설명하기 위한 구동 타이밍도이며, 도 6은 도 4에 따른 열화 센싱 과정을 순차적으로 나타낸 설명도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드(OLED)의 열화 센싱 방법은, 픽셀(410)과, 픽셀(410)의 OLED 커패시터(Coled)에 충전되는 픽셀 전류(Ipixel)를 센싱하고, 이에 대응되는 센싱 전압(Vsen)을 출력하는 전류 적분기(420) 등의 구성을 통해 제공 가능함을 확인할 수 있다.
각 픽셀(410)은 OLED, 구동 TFT(DT), 스토리지 커패시터(Cst), 제1 스위치 TFT(ST1) 및 제2 스위치 TFT(ST2) 등을 구비할 수 있다.
OLED는 제2 노드(N2)에 접속된 애노드 전극과 저전위 구동 전압(EVSS)의 입력단에 접속된 캐소드 전극, 애노드 전극 및 캐소드 전극의 사이에 위치하는 유기 화합물층 등을 포함한다.
애노드 전극, 캐소드 전극, 그리고 그들 사이에 존재하는 다수의 절연막들에 의해 OLED에는 기생 커패시터(OLED 커패시터(Coled))가 생성된다.
구동 TFT(DT)는 게이트-소스 간 전압(Vgs)에 따라 OLED에 입력되는 전류량을 제어한다. 구동 TFT는 제1 노드(N1)에 접속된 게이트 전극, 고전위 구동 전압(EVDD)의 입력단에 접속된 드레인 전극 및 제2 노드(N2)에 접속된 소스 전극 등 구비한다.
스토리지 커패시터(Cst)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 접속된다.
제1 스위치 TFT(ST1)는 스캔 제어 신호(SCAN)에 응답하여 데이터 라인 상의 데이터 전압(Vdata)을 제1 노드(N1)에 인가한다. 제1 스위치 TFT(ST1)는 게이트 라인에 접속된 게이트 전극, 데이터 라인에 접속된 드레인 전극 및 제1 노드(N1)에 접속된 소스 전극 등을 구비한다.
제2 스위치 TFT(ST2)는 센싱 제어 신호(SEN)에 응답하여 제2 노드(N2)와 센싱 라인 간의 전류 흐름을 스위칭 한다. 제2 스위치 TFT(ST2) 또한 게이트 라인에 접속된 게이트 전극을 구비하며, 센싱 라인(Sensing Line)에 접속된 드레인 전극 및 제2 노드(N2)에 접속된 소스 전극 등을 구비한다.
여기서, 도 4의 실시예에는 스캔 제어 신호(SCAN)와 센싱 제어 신호(SENSE)가 단일의 게이트 라인을 이용해 제1 스위치 TFT(ST1) 및 제2 스위치 TFT(ST2)로 각각 공급되는 구성만이 개시되어 있으나, 스캔 제어 신호(SCAN)와 센싱 제어 신호(SENSE)가 상호 이격된 별개의 신호 라인을 통해 각각의 스위치 TFT(ST1, ST2)에 공급되도록 하는 등의 구성 또한 제공 가능할 수 있음은 당연하다.
픽셀(410)에 접속되는 전류 적분기(420) 등을 포함하여 센싱 유닛(Sensing Unit)이 구성될 수 있음은 도면에 도시된 바와 같으며, 이때, 전류 적분기(420)를 대신하여 전류 비교기 등을 포함하는 센싱 유닛이 제공되는 것도 가능할 수 있다.
전류 적분기(420)는 픽셀(410)로부터 유입되는 픽셀 전류 (Ipixel)를 적분하여 센싱 전압(Vsen)을 생성한다. 전류 적분기(420)가 센싱 라인(Sensing Line)을 통해 픽셀 전류(Ipixel), 즉, 픽셀(410)의 OLED 커패시터(Coled)에 충전된 전하를 입력받는 반전 입력단자(-), 기준 전압(Vpre)을 입력받는 비반전 입력단자(+) 및 출력 단자를 포함하는 앰프(AMP)와, 앰프(AMP)의 반전 입력단자(-)와 출력단자 사이에 접속되는 피드백(feedback) 커패시터(Cfb) 및 피드백 커패시터(Cfb)의 양단에 접속되는 리셋 스위치(RST) 등을 포함할 수 있음은 도면에 도시된 바와 같다.
상세히 도시하지는 않았으나, 본 발명의 실시예에 적용되는 센싱 유닛은, 전류 적분기(420)의 앰프(AMP)로부터 출력되는 센싱 전압(Vsen)을 샘플링 하여 샘플링 커패시터에 저장하는 샘플링 스위치, 샘플링 커패시터에 저장된 센싱 전압(Vsen)을 아날로그-디지털 컨버터(ADC)에 전달하기 위한 홀딩 스위치 등을 포함할 수 있다.
이 경우, ADC는 데이터 구동부 내에 구비될 수 있으며, 데이터 구동부는 아날로그 센싱값을 디지털 처리하여 타이밍 콘트롤러(T-CON)로 전송하도록 구성될 수 있다.
도 4 내지 도 6을 전체적으로 참조하면, 초기화 구간(Initial, 도 6의 (a))에서는 스캔 제어 신호(SCAN)와 센싱 제어 신호(SENSE)의 활성화를 통해 제1 스위치 TFT(ST1) 및 제2 스위치 TFT(ST2)를 온(ON)시킴으로써, 구동 TFT(DT)의 게이트 노드(N1)와 소스 노드(N2)에 각각 데이터 전압(Vdata)과 기준 전압(Vpre)을 인가한다. 즉, 전류 적분기(420)의 리셋 스위치(RST)가 턴 온(turn on)됨으로 인해 앰프(AMP)는 이득이 1인 유닛 게인 버퍼로 동작하며, 앰프(AMP)의 입력 단자들(+, -)과 출력 단자 및 센싱 라인(Sensing Line)은 모두 기준 전압(Vpre)으로 초기화 된다.
이와 같은 초기화 구간(Initial, 도 6의 (a))에서 EVDD 전원은 OLED 열화를 센싱하기 위한 최적의 전압으로 하향 조정될 수 있다.
다시 말해, 본 발명은 OLED의 애노드 전압이 OLED의 열화 정도와 무관하게 일정한 값을 유지하도록 하는 구성을 제공하며, 이를 위해 OLED의 애노드 전압으로 EVDD 정전압을 인가하는 구성을 제공할 수 있다. 따라서, EVDD 전압을 OLED의 구동 전압 수준으로 하향 조정함으로써, 이후의 과정에서 구동 TFT(DT)의 소스 노드의 부스팅이 제한적으로 발생되도록 설정될 수 있다.
도 5 및 도 6은 통상 24V의 EVDD 전압이 10V로 조정되는 경우를 예시하고 있는데, 이러한 EVDD 전원의 하향 조정은 스캔 제어 신호(SCAN)와 센싱 제어 신호(SENSE)의 활성화 구간 동안 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이와 같은 구성만으로 한정되는 것은 아니며, EVDD 전원의 하향 조정이 초기화 구간 이전의 임의의 구간에서 이루어는 등의 구성을 갖는 것도 가능할 수 있다. 다시 말해, 스캔 제어 신호(SCAN)와 센싱 제어 신호(SENSE)의 활성화 이전 비활성화 구간에서 EVDD전원의 하향 조정이 미리 이루어지더라도 무방할 수 있다.
이때, 인가되는 데이터 전압(Vdata)은, EVDD 전압이 소스 노드(N2)에 충분히 전달될 수 있도록 높은 전압(가령, 14V)인 것이 좋다.
부스팅 구간(Boosting, 도 6의 (b))에서는 제1 스위치 TFT(ST1) 및 제2 스위치 TFT(ST2)의 오프(OFF)가 이루어진다. 제1 스위치 TFT(ST1) 및 제2 스위치 TFT(ST2)가 오프(OFF) 되면, 소스 노드(N2)의 전압(Vanode)은 구동 TFT(DT)에 흐르는 전류에 의해 EVDD 전압과 같아지게 된다.
즉, 구동 TFT(DT)에 흐르는 전류(Ids)에 의해 소스 노드(N2)에 부스팅이 발생되지만, EVDD 전압이 OLED의 구동 전압 수준으로 이미 하향 조정되었기 때문에, 소스 노드(N2)의 전압은 EVDD 전압 이상으로 상승할 수는 없게 된다.
다시 말해, 구동 TFT(DT)의 게이트 노드(N1) 및 소스 노드(N2)가 플로팅되고 구동 TFT(DT)의 드레인-소스 간 전류(Ids)가 OLED에 인가되면, 이러한 구동 TFT(DT)의 드레인-소스 간 전류(Ids)에 의해 소스 노드(N2)의 전위는 부스팅되고, 소스 노드(N2)와 전기적으로 커플링 되어 있는 게이트 노드(N1) 또한 부스팅이 발생됨은 앞서 설명한 바와 같다. 하지만, 소스 노드(N2)의 전압이 OLED 구동 전압 수준으로 조정된 EVDD 전압과 동일한 수준에서 유지되므로, 게이트 노드(N1)의 전압 또한 이에 대응되는 수준에서 유지될 수 있다.
즉, 소스 노드(N2) 전압(Vanode)은 OLED의 열화 정도에 관계 없이 일정한 수준을 유지할 수 있으며, 따라서, OLED 커패시터(Coled)의 커패시턴스 변화에 따라 충전된 전하량이 달라지게 된다(Q=CV).
이후, 센싱 구간(Sensing, 도 6의 (c))을 통해 다시 제1 스위치 TFT(ST1) 및 제2 스위치 TFT(ST2)를 온(ON) 시킨다. 그리고, 데이터 전압(Vdata)으로는 블랙 데이터(black data; 가령, 0.5V)를 인가하여 구동 TFT(DT)를 오프(OFF) 시킨다.
그러면, 제1 스위치 TFT(ST1) 및 제2 스위치 TFT(ST2)의 온(ON) 이후 OLED 커패시터(Coled)에 충전된 전하가 제2 스위치 TFT(ST2)를 통해 센싱 유닛의 피드백 커패시터(Cfb)에 충전됨으로써, 전류 센싱 방식을 이용한 OLED의 열화 센싱의 모든 과정이 마무리 된다. 센싱 유닛이 전류 적분기의 앰프(AMP)로부터 출력되는 센싱 전압(Vsen)을 샘플링 커패시터에 저장하고, 이와 같은 센싱 전압(Vsen)이 데이터 구동부의 아날로그-디지털 컨버터(ADC)로 전달됨은 앞서 설명한 바 있다.
도 7은 도 4에 따른 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법이 적용된 유기발광 표시 장치를 나타낸 설명도이고, 도 8은 도 7에 있어 센싱 라인과 픽셀 사이의 접속 관계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 표시 장치는 표시패널(710), 타이밍 콘트롤러(720), 데이터 구동회로(730), 게이트 구동회로(740) 및 메모리(750) 등을 구비함을 확인할 수 있다.
표시패널(710)에는 다수의 데이터 라인들(DL) 및 센싱 라인들(SL)과 다수의 게이트 라인들(GL)이 교차되고, 이 교차 영역마다 픽셀들(P)이 매트릭스 형태로 배치된다.
픽셀들(P)은 도 8의 (a) 및 (b)와 같이 서로 수평으로 이웃한 백색 표시용 W 픽셀, 적색 표시용 R 픽셀, 녹색 표시용 G 픽셀, 청색 표시용 B 픽셀을 포함할 수 있다. 각각의 픽셀(P)은 데이터 라인들(DL) 중 어느 하나에, 센싱 라인들(SL) 중 어느 하나에, 그리고 게이트 라인들(GL) 중 어느 하나에 접속된다.
각 픽셀(P)은 게이트 라인(GL)을 통해 입력되는 게이트 펄스에 응답하여, 데이터 라인(DL)과 전기적으로 연결되어 데이터 라인(DL)으로부터 데이터 전압을 입력받고, 센싱 라인(SL)을 통해 센싱 신호를 출력한다.
센싱 라인(SL)은 도 2a와 같이 수평으로 이웃한 각 픽셀에 서로 독립적으로 접속될 수 있다. 예컨데, 수평으로 이웃한 W 픽셀, R 픽셀, G 픽셀, B 픽셀 각각이 서로 다른 센싱 라인(SL)에 접속될 수 있다.
한편, 센싱 라인(SL)은 표시패널(710)에서 개구율이 용이하게 확보되도록 도 2b와 같이 수평으로 이웃한 적어도 2개 이상의 픽셀들에 공통으로 접속될 수도 있다. 예컨데, 수평으로 서로 이웃한 W 픽셀, R 픽셀, G 픽셀, B 픽셀이 서로 동일한 센싱 라인(SL)을 공유할 수 있다. 이 경우, 센싱 라인(SL)은 유닛 픽셀(U; R 픽셀, W 픽셀, G 픽셀, B 픽셀을 포함)마다 하나씩 할당되는 것이 바람직할 수 있다.
픽셀(P) 전원 공급부(미도시)로부터 고전위 구동 전압(EVDD)과 저전위 구동전압(EVSS)을 공급받는다. 각각의 픽셀(P)이 외부 보상을 위해 OLED, 구동 TFT(DT), 제1 및 제2 스위치 TFT(ST1, ST2) 및 스토리지 커패시터(Cst) 등을 포함할 수 있음은 앞서 살펴본 바와 같다.
픽셀(P)을 구성하는 TFT들은 p 타입으로 구현되거나 또는 n 타입으로 구현될 수 있다. 또한, 픽셀(P)을 구성하는 TFT들의 반도체층은 아몰포스 실리콘 또는 폴리 실리콘이나 산화물을 포함할 수 있다.
각각의 픽셀(P)은 화상 구현을 위한 노멀(normal) 구동시와, 센싱값 획득을 위한 센싱(sensing) 구동시에 서로 다르게 동작할 수 있다. 즉, 센싱 구동은 노멀 구동에 앞서 소정 시간 동안 수행되거나, 또는, 노멀 구동 중의 수직 블랭크 기간들에서 수행될 수 있다.
노멀 구동은 타이밍 콘트롤러(720)의 제어 하에 데이터 구동회로(730)와 게이트 구동회로(740)의 일 동작으로 이루어질 수 있다. 센싱 구동은 타이밍 콘트롤러(720)의 제어 하에 데이터 구동회로(730)와 게이트 구동회로(740)의 다른 동작으로 이루어질 수 있다.
센싱 구동에 따른 센싱 결과를 기반으로 편차 보상을 위한 보상 데이터를 도출하는 동작과, 보상 데이터를 이용하여 디지털 비디오 데이터를 변조하는 동작 등은 타이밍 콘트롤러(720)에 의해 수행될 수 있다.
데이터 구동회로(730)는 적어도 하나 이상의 데이터 드라이버 IC(SDIC)를 포함한다. 데이터 드라이버 IC에는 각 데이터 라인(DL)에 연결된 다수의 디지털-아날로그 컨버터(DAC)들과, 센싱 채널들을 통해 센싱 라인들(SL)에 연결된 다수의 센싱 유닛들이 포함될 수 있다.
데이터 드라이버 IC의 DAC는 노멀 구동시 타이밍 콘트롤러(720)로부터 인가되는 데이터 타이밍 제어 신호(DDC)에 따라 디지털 비디오 데이터(RGB)를 화상 구현용 데이터 전압으로 변환하여 데이터 라인들(DL)에 공급한다.
한편, 데이터 드라이버 IC의 DAC는 센싱 구동시 타이밍 콘트롤러(720)로부터 인가되는 데이터 타이밍 제어 신호(DDC)에 따라 센싱용 데이터 전압을 생성하여 데이터 라인들(DL)에 공급한다.
데이터 드라이버 IC의 각 센싱 유닛들은 센싱 대상 픽셀(P)의 전류 정보(구동 전류에 대응하여 센싱 대상 픽셀(P)의 OLED 커패시터(Coled)에 축적되는 전하량)를 센싱한다. 각 센싱 유닛들이 전류 적분기 또는 전류 비교기를 포함하여 구현될 수 있음에 대해서는 앞서 설명한 바 있다.
각 센싱 유닛들이 전류 적분기를 포함하여 구현되는 경우, 데이터 드라이버 IC에는 센싱 유닛들의 출력단에 연결된 아날로그-디지털 컨버터(ADC)가 더 구비될 수 있다. 데이터 드라이버 IC는 아날로그 센싱값을 디지털 처리하여 타이밍 콘트롤러(720)에 전송한다.
게이트 구동회로(740)는 노멀 구동시 게이트 제어 신호(GDC)를 기반으로 화상 표시용 게이트 펄스를 생성한 후, 행 순차 방식으로 게이트 라인들(GL)에 이를 순차 공급한다.
게이트 구동회로(740)는 센싱 구동 시 게이트 제어 신호(GDC)를 기반으로 센싱용 게이트 펄스를 생성한 후, 행 순차 방식으로 게이트 라인들(GL)에 이를 순차 공급한다.
센싱용 게이트 펄스는 화상 표시용 게이트 펄스에 비해 온 펄스 구간이 넓을 수 있다. 센싱용 게이트 펄스의 온 펄스 구간은 1 라인 센싱 온 타임에 대응되며, 여기서 1 라인 센싱 온 타임이란 1행 픽셀 라인의 픽셀들을 동시에 센싱하는 데 할애되는 스캔 시간을 의미한다.
게이트 펄스는 스캔 제어 신호(SCAN)와 센싱 제어 신호(SENSE)를 포함할 수 있다. 스캔 제어 신호(SCAN)와 센싱 제어 신호(SENSE)가 동일하게 구현되거나, 또는, 각각의 개별 신호로 구현될 수 있음에 대해서는 전술한 바 있다.
스캔 제어 신호(SCAN)와 센싱 제어 신호(SENSE)가 동일하게 구현될 때, 스캔 제어 신호(SCAN)와 센싱 제어 신호(SENSE)는 단일한 신호 형태로 동일한 게이트 라인(GL)을 통해 각 픽셀(P)에 인가될 수 있으며, 신호 배선수를 줄일 수 있다는 등의 효과를 제공할 수 있다.
반면, 스캔 제어 신호(SCAN)와 센싱 제어 신호(SENSE)가 서로 다르게 구현될 때, 스캔 제어 신호와 센싱 제어 신호는 서로 다른 게이트 라인을 통해 각 픽셀(P)에 인가될 수 있다.
타이밍 콘트롤러(720)는 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 도트 클럭 신호(DLCK) 및 데이터 인에이블 신호(DE) 등의 타이밍 신호들에 기초하여, 데이터 구동회로(730)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 제어 신호(DDC)와, 게이트 구동회로(740)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어 신호(GDC) 등을 생성한다.
타이밍 콘트롤러(720)는 소정의 참조 신호(구동 전원 인에이블 신호, 수직 동기 신호, 데이터 인에이블 신호 등)를 기반으로 노멀 구동과 센싱 구동을 구분하고, 각 구동에 맞게 데이터 제어 신호(DDC)와 게이트 제어 신호(GDC)를 생성한다.
아울러, 타이밍 콘트롤러(720)는 노멀 구동과 센싱 구동에 맞게 각 센싱 유닛들의 내부 스위치들을 동작시키기 위해 관련 스위칭 제어 신호들을 더 생성할 수 있다.
타이밍 콘트롤러(720)는 센싱 구동시 센싱용 데이터 전압에 대응되는 디지털 데이터를 데이터 구동회로(730)에 전송할 수 있다. 타이밍 콘트롤러(720)는 센싱 구동시 데이터 구동회로(730)로부터 전송되는 센싱 데이터(SD)를 기반으로 각 픽셀(P)의 OLED 열화를 검출하고, 픽셀들(P) 간 열화 편차를 보상할 수 있는 보상 데이터를 메모리(750)에 저장할 수 있다.
타이밍 콘트롤러(720)는 노멀 구동시 메모리(750)에 저장된 보상 데이터를 참조로 화상 구현을 위한 디지털 비디오 데이터(RGB)를 변조한 후 이를 데이터 구동회로(730)에 전송한다.
여기서, 본 발명은, 센싱 구동이 초기화 구간(Initial), 부스팅 구간(Boosting) 및 센싱 구간(Sensing)으로 구분되는 구성을 제공할 수 있다.
초기화 구간(Initial)에서는 스캔 제어 신호(SCAN)와 센싱 제어 신호(SENSE)의 활성화를 통해 제1 스위치 TFT(ST1) 및 제2 스위치 TFT(ST2)를 온(ON)시킴으로써, 구동 TFT(DT)의 게이트 노드(N1)와 소스 노드(N2)에 각각 데이터 전압(Vdata)과 기준 전압(Vpre)을 인가의 인가가 이루어진다.
또한, 초기화 구간(Initial) 중 EVDD 전압을, OLED 열화를 센싱하기 위한 최적의 전압인 OLED 구동 전압 수준으로 하향 조정할 수 있다. 따라서, 이와 같은 조정 전압값은 각각의 표시 패널의 다양한 환경과 조건 등에 대응되도록 설정된 실험값 등에 의해 결정되는 것이 바람직할 수 있다. 단, 이와 같은 EVDD 전압의 하향 조정이 반드시 초기화 구간에서만 이루어지도록 한정되지 아니함에 대해서는 앞서 설명한 바 있다.
부스팅 구간(Boosting)에서는 제1 스위치 TFT(ST1) 및 제2 스위치 TFT(ST2)가 오프(OFF) 되고, 소스 노드(N2)의 전압(Vanode)이 구동 TFT(DT)에 흐르는 전류(Ids)에 의해, OLED의 열화 정도와 무관하게 EVDD 전압과 동일한 수준을 유지할 수 있다.
즉, 구동 TFT(DT)의 드레인-소스 간 전류(Ids)에 의해 소스 노드(N2)의 전위 및 게이트 노드(N1)의 전위가 부스팅 되지만, 소스 노드(N2)의 전압이EVDD 전압과 동일한 수준에서 더 이상의 부스팅이 발생되지 않기 때문에, 소스 노드(N2)의 전위는 OLED의 열화 정도에 상관없이 변화하지 않으며, 게이트 노드(N1)의 전위 또한 이에 대응하여 변화하지 않게 된다.
즉, 소스 노드(N2) 전압인 OLED의 애노드 전압(Vanode)은 OLED의 열화 정도에 관계 없이 동일한 수준을 유지하고, 다만, OLED 커패시터(Coled)의 커패시턴스 변화에 따라 충전된 전하량이 달라지게 된다(Q=CV).
센싱 구간(Sensing)에서는, 제1 스위치 TFT(ST1) 및 제2 스위치 TFT(ST2)를 온(ON) 시키고, 데이터 전압(Vdata)으로는 블랙 데이터(black data) 수준의 낮은 전압을 인가하여 구동 TFT(DT)를 오프(OFF) 시킬 수 있으며, OLED 커패시터(Coled)에 충전된 전하를 제2 스위치 TFT(ST2)를 통해 센싱 유닛의 피드백 커패시터(Cfb)에 충전시킴으로써, 전류 센싱 방식을 이용한 OLED의 열화 센싱을 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은, 저전류 및 고속 센싱을 구현하여 센싱 시간을 줄이고 센싱의 정확도를 높이기 위해 전류 센싱 방식을 채용한다. 이러한 전류 센싱 방식의 일환으로, 본 발명이 데이터 구동회로 내에 적어도 하나 이상의 센싱 유닛을 설치하고, 센싱 대상 픽셀의 OLED에 구동 전류가 흐를 때, OLED의 애노드 전압이 정전압으로 유지되는 상태에서 해당 OLED의 기생 커패시터에 축적되는 전하량을 센싱 유닛을 통해 센싱하도록 구성될 수 있음에 대해서는 전술한 바 있다.
특히, 이 과정에서, 본 발명은 EVDD 전압을 열화 센싱을 위한, OLED 구동 전압 수준의 적절한 전압값으로 하향 조정함으로써, OLED의 열화에 따른 애노드 전압의 변화에 무관하게 OLED 커패시터의 충전 전하량만으로 OLED의 열화를 센싱할 수 있어, OLED의 열화 정보에 대한 정확한 센싱이 가능하도록 한다는 등의 장점을 제공할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
710: 표시 패널
720: 타이밍 콘트롤러
730: 데이터 구동 회로
740: 게이트 구동 회로
750: 메모리

Claims (5)

  1. OLED, 상기 OLED의 발광량을 제어하는 구동 TFT를 각각 포함하는 다수의 픽셀들, 센싱 라인을 통해 상기 픽셀들 중 적어도 어느 하나에 연결된 센싱 유닛을 포함하는 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법에 있어서,
    (a) 상기 구동 TFT의 게이트 노드에 데이터 전압을 인가하고 상기 구동 TFT의 소스 노드에 초기화 전압을 인가하여 상기 구동 TFT를 턴 온(turn on) 시키는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)를 통해 턴 온 된 구동 TFT의 드레인 노드를 통해 상기 OLED의 구동 전압을 참고해 설정된 정전압이 인가되는 단계;
    (c) 상기 구동 TFT의 전류(Ids)에 의해 상기 구동 TFT의 소스 노드 전압이 상기 정전압 수준으로 부스팅되어 유지되고, 상기 OLED가 턴 온 되는 단계; 및
    (d) 상기 단계 (c)를 통해 상기 OLED의 기생 커패시터(Coled)에 축전된 전하량 정보가 상기 센싱 라인을 통해 상기 센싱 유닛으로 전달되는 단계;를 포함하고,
    상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계는 초기화 구간으로서, 상기 데이터 전압은 상기 정전압보다 높은 레벨로 상기 구동 TFT의 게이트 노드에 인가되고, 상기 정전압은 상기 데이터 전압보다 낮은 레벨로 상기 구동 TFT의 드레인 노드에 인가되는 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (b)의 정전압은, 상기 구동 TFT의 드레인 노드와 연결되는 고전위 구동 전압(EVDD)을 이용해 생성되는 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각각의 픽셀들은, 데이터 라인과 상기 구동 TFT의 게이트 전극 사이에 접속되며 스캔 제어 신호에 따라 스위칭 되는 제1 스위치 TFT;
    상기 센싱 라인과 상기 구동 TFT의 소스 전극 사이에 접속되며 센싱 제어 신호에 따라 스위칭 되는 제2 스위치 TFT; 및
    상기 구동 TFT의 게이트 전극과 소스 전극 사이에 접속된 스토리지 커패시터;를 구비하고,
    상기 스캔 제어 신호와 상기 센싱 제어 신호는 서로 동일하게 구현되거나 또는 서로 다르게 구현되는 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단계 (b)의 정전압은, 상기 스캔 제어 신호와 상기 센싱 제어 신호의 활성화 구간 또는 활성화 이전 구간부터 상기 구동 TFT의 드레인 노드를 통해 인가되는 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 단계 (d)는, 상기 제1 스위치 TFT 및 제2 스위치 TFT를 온(ON) 시키고, 데이터 전압(Vdata)으로 블랙 데이터(black data)를 인가하여 상기 구동 TFT를 오프(OFF) 시키는 과정; 및
    상기 OLED 기생 커패시터(Coled)에 축적된 전하를 상기 제2 스위치 TFT를 통해 상기 센싱 유닛의 피드백 커패시터(Cfb)에 충전시키고, 이를 이용해 센싱 전압을 생성하는 과정;을 포함하는 유기발광 다이오드의 열화 센싱 방법.
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