KR102515737B1 - 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시장치에 관한 것으로서, 데이터 라인과 센싱 라인에 연결된 픽셀; 게이트 전극으로 입력되는 멀티플렉서 클럭신호에 따라 데이터 드라이버의 데이터 채널과 데이터 라인을 상호 연결하는 멀티플렉서 TFT; 멀티플렉서 센싱신호에 따라 상기 데이터 라인과 센싱 라인을 상호 연결하는 스위칭 TFT; 상기 센싱 라인을 통해 상기 멀티플렉서 TFT의 문턱전압의 변화를 감지하는 센싱 유닛을 포함하고, 상기 멀티플렉서 TFT의 문턱전압의 변화에 따라 상기 멀티플렉서 클럭신호의 레벨이 가변된다.

Description

표시장치{Display Device}
본 발명은 표시장치에 관한 것이다.
표시장치는 소형화 및 경량화에 유리한 장점으로 인해서 데스크탑 컴퓨터의 모니터뿐만 아니라, 노트북컴퓨터, PDA 등의 휴대용 컴퓨터나 휴대 전화 단말기 등에 폭넓게 이용되고 있다.
표시장치 중 액티브 매트릭스 타입(active matrix type)의 유기발광 표시장치는 스스로 발광하는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함하며, 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있어 폭넓게 이용되고 있다.
유기발광 표시장치는 매트릭스 형태로 배열된 OLED 픽셀들을 포함하고 영상 데이터의 계조에 따라 픽셀들의 휘도를 조절한다. 픽셀들 각각은 게이트-소스 간 전압에 따라 OLED에 흐르는 구동전류를 제어하는 구동 TFT(Thin Film Transistor)와, 구동 TFT의 게이트-소트 간 전압을 프로그래밍하기 위한 하나 이상의 스위치 TFT를 포함한다. 또한, 데이터 구동회로(12)의 영상데이터 출력 채널 수보다 더 많은 수의 데이터 라인으로 영상데이터를 시분할 출력하기 위해 구비되는 멀티플렉서 회로에도 다수개의 TFT가 내장된다.
표시장치에 포함된 TFT(Thin Film Transistor)들은 문턱 전압, 이동도 등과 같은 전기적 특성이 각각 설정된 설계값에 따라 동작하는 것이 바람직하다. 그러나, TFT 소자는 구동 시간이 길어질수록 게이트-바이어스 스트레스(Gate-Bias Stress) 등의 이유로 각 TFT의 문턱전압이 달라질 수 있다.
멀티플렉서 회로에 포함된 TFT의 문턱전압 변화는 멀티플렉서 회로의 성능을 저하시키고, 결과적으로 데이터 전압의 충전율을 감소시켜 화면상에 세로 줄(Dim)이 발생하는 등의 화질 불량을 초래하게 된다.
본 발명은 멀티플렉서 회로의 성능 저하로 인해 화질이 저하되는 것을 방지하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시장치는, 데이터 라인과 센싱 라인에 연결된 픽셀; 게이트 전극으로 입력되는 멀티플렉서 클럭신호에 따라 데이터 드라이버의 데이터 채널과 데이터 라인을 상호 연결하는 멀티플렉서 TFT; 멀티플렉서 센싱신호에 따라 상기 데이터 라인과 센싱 라인을 상호 연결하는 스위칭 TFT; 및 상기 센싱 라인을 통해 상기 멀티플렉서 TFT의 문턱전압의 변화를 감지하는 센싱 유닛을 포함하고, 상기 멀티플렉서 TFT의 문턱전압의 변화에 따라 상기 멀티플렉서 클럭신호의 레벨이 가변된다.
본 발명의 실시예에 따른 표시장치는, 영상 데이터를 출력하는 데이터 채널을 갖는 데이터 구동회로(12); 데이터 라인 및 센싱 라인에 연결된 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이; 멀티플렉서 클럭신호에 따라 동작하는 멀티플렉서 TFT를 포함하여 상기 데이터 채널로부터 출력되는 상기 영상 데이터를 상기 데이터 라인으로 전달하는 멀티플렉서 회로; 멀티플렉서 센싱신호에 따라 상기 멀티플렉서 TFT의 데이터 라인과 픽셀의 센싱 라인을 상호 연결하는 스위칭부; 및 상기 센싱 라인을 통해 상기 멀티플렉서 TFT의 문턱전압의 변화를 감지하는 센싱 유닛을 포함한다.
본 발명의 표시장치는 멀티플렉서 회로에 포함된 TFT의 문턱전압 변화로 인해 화면상에 세로 줄(Dim)이 발생하는 등의 화질 저하를 방지하는 효과가 있다.
본 발명의 표시장치는 멀티플렉서 회로에 포함된 TFT의 문턱전압을 센싱하여 멀티플렉서 TFT의 게이트 전극으로 입력되는 클럭 전압을 가변함으로써 멀티플렉서 TFT의 열화를 보상할 수 있다. 이에, 멀티플렉서 TFT의 열화로 인해 영상 데이터의 충전율이 감소하는 것을 방지함으로써 특정 데이터 라인의 휘도가 감소하여 화면상에 세로 줄(Dim)이 발생하는 등의 화질 불량을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 표시패널의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 멀티플렉서 회로의 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 4는 도 2의 센싱 블록의 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명의 표시장치의 픽셀전압 센싱 원리를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 표시장치에서 멀티플렉서 센싱 원리를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 센싱유닛의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 멀티플렉서 센싱 시 구동 파형을 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 시뮬레이션 결과를 보여 주는 도면들이다.
본 명세서의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 명세서는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하며, 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 명세서가 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 ' ~ 만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, ' ~ 상에', ' ~ 상부에', ' ~ 하부에', ' ~ 옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용될 수 있으나, 이 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 명세서의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 실질적으로 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 표시패널의 기판 상에 형성되는 픽셀 회로와 게이트 구동부는 n 타입 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 구조의 TFT로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않고 p 타입 MOSFET 구조의 TFT로 구현될 수도 있다. TFT는 게이트(gate), 소스(source) 및 드레인(drain)을 포함한 3 전극 소자이다. 소스는 캐리어(carrier)를 트랜지스터에 공급하는 전극이다. TFT 내에서 캐리어는 소스로부터 흐르기 시작한다. 드레인은 TFT에서 캐리어가 외부로 나가는 전극이다. 즉, MOSFET에서의 캐리어의 흐름은 소스로부터 드레인으로 흐른다. n 타입 TFT (NMOS)의 경우, 캐리어가 전자(electron)이기 때문에 소스에서 드레인으로 전자가 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 낮은 전압을 가진다. n 타입 TFT에서 전자가 소스로부터 드레인 쪽으로 흐르기 때문에 전류의 방향은 드레인으로부터 소스 쪽으로 흐른다. 이에 반해, p 타입 TFT(PMOS)의 경우, 캐리어가 정공(hole)이기 때문에 소스로부터 드레인으로 정공이 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 높다. p 타입 TFT에서 정공이 소스로부터 드레인 쪽으로 흐르기 때문에 전류가 소스로부터 드레인 쪽으로 흐른다. MOSFET의 소스와 드레인은 고정된 것이 아니라는 것에 주의하여야 한다. 예컨대, MOSFET의 소스와 드레인은 인가 전압에 따라 변경될 수 있다. 따라서, 본 명세서의 실시예에 대한 설명에서는 소스와 드레인 중 어느 하나를 제1 전극, 소스와 드레인 중 나머지 하나를 제2 전극으로 기술한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 실시예에서, 표시장치는 유기발광 물질을 포함한 유기발광 표시장치를 중심으로 설명한다. 하지만, 본 명세서의 기술적 사상은 유기발광 표시장치에 국한되지 않고, 무기발광 물질을 포함한 무기발광 표시장치에 적용될 수 있음에 주의하여야 한다.
이하의 설명에서, 본 명세서와 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치는 픽셀(PXL)들이 형성된 표시패널(10)과, 채널(14)을 영상 데이터를 출력하는 데이터 구동회로(12)와, 게이트 라인들(15)을 구동시키기 위한 게이트 구동회로(13)와, 데이터 구동회로(12) 및 게이트 구동회로(13)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 콘트롤러(11)를 구비한다.
표시패널(10)에는 픽셀(PXL)들이 매트릭스 형태로 배치된다. 동일 수평라인 상에 배치된 픽셀(PXL)들은 하나의 픽셀 어레이를 이룬다. 픽셀(PXL)들은 고전위 및 저전위 구동전압(EVDD, EVSS)과 기준 전압(Vref)을 공통으로 공급받을 수 있다.
픽셀(PXL)들은 OLED를 포함할 수 있다. 자발광 소자인 OLED는 애노드전극 및 캐소드전극과, 이들 사이에 형성된 유기 화합물층을 포함한다. 픽셀(PXL)들 각각은 적색 픽셀, 녹색 픽셀, 청색 픽셀, 및 백색 픽셀 중 어느 하나일 수 있다. 적색 픽셀, 녹색 픽셀, 청색 픽셀, 및 백색 픽셀은 컬러 구현을 위하여 하나의 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 단위 픽셀에서 구현되는 컬러는 적색 픽셀, 녹색 픽셀, 청색 픽셀, 및 백색 픽셀의 발광 비율에 따라 결정될 수 있다. 한편, 단위 픽셀에서 백색 픽셀은 생략될 수 있다. 본 발명의 픽셀(PXL)들은 구동 TFT의 전기적 특성을 센싱할 수 있는 회로 구조를 가질 수 있다. 픽셀(PXL)들의 회로 구성은 다양한 변형이 가능하다. 예컨대, 픽셀(PXL)들은 OLED와 구동 TFT(DT) 이외에, 적어도 2개의 스위치 TFT와 적어도 1개의 스토리지 커패시터를 포함할 수 있다. 픽셀(P)을 구성하는 TFT들은 p 타입으로 구현되거나 또는, n 타입으로 구현되거나, 또는 p 타입과 n 타입이 혼용된 하이브리드 타입으로 구현될 수 있다. 또한, 픽셀(P)을 구성하는 TFT들의 반도체층은, 아몰포스 실리콘 또는, 폴리 실리콘 또는, 산화물을 포함할 수 있다.
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 신호들에 기초하여 데이터 구동회로(12)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 제어신호(DDC)와, 게이트 구동회로(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어신호(GDC)를 발생한다.
게이트 구동회로(13)는 게이트 제어신호(GDC)를 기반으로 스캔신호와 에미션신호를 생성할 수 있다. 게이트 구동회로(13)는 스캔신호를 생성하는 스캔 구동부와 에미션 신호를 생성하는 에미션 구동부를 포함할 수 있다. 스캔 구동부와 에미션 구동부는 픽셀(PXL) 구조에 따라 다양한 변형이 가능하다
데이터 구동회로(12)는 데이터 제어신호(DDC)를 기반으로 타이밍 콘트롤러(11)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 데이터 전압(VD)으로 변환하여 출력 채널(14)을 통해 출력한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 구동회로(12)는 센싱 구동 시 타이밍 콘트롤러(11)로부터 인가되는 데이터타이밍 제어신호(DDC)에 따라 멀티플렉서 TFT의 열화, 예컨대, 멀티플렉서 TFT의 문턱전압을 감지하기 위한 센싱용 데이터전압을 생성하여 공급할 수 있다. 데이터 구동회로(12)는 멀티플렉서 TFT에 대한 센싱전압을 입력받아 멀티플렉서 TFT의 문턱전압을 센싱할 수 있다.
여기서, 타이밍 콘트롤러(11)는 센싱 구동과 디스플레이 구동을 정해진 제어 시퀀스에 따라 시간적으로 분리할 수 있다. 디스플레이 구동 시 타이밍 콘트롤러(11)는 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(10)의 해상도에 맞게 재정렬하여 데이터 구동회로(12)에 공급할 수 있다. 센싱 구동은 표시패널(10) 내의 멀티플렉서 TFT의 열화를 센싱하고 그에 따른 보상값을 업데이트하기 위한 구동을 포함할 수 있다. 또한, 구동 TFT, OLED의 열화 등을 센싱하고 보상하기 위한 구동을 더 포함하는 것도 가능하다. 타이밍 콘트롤러(11)의 제어 동작에 따라 멀티플렉서 TFT의 열화를 감지하기 위한 센싱 구동은 디스플레이 구동이 끝난 후의 파워 오프 시퀀스 기간에서 수행될 수 있다. 또한, 시스템 전원이 인가되고 있는 도중에 표시장치의 화면만 꺼진 상태, 예컨대, 대기모드, 슬립모드, 저전력모드 등에서 수행되는 것도 가능하다. 타이밍 콘트롤러(11)는 센싱구동을 통해 멀티플렉서 TFT의 문턱전압을 센싱하고, 센싱 결과에 따라 멀티플렉서 TFT의 게이트 전극으로 입력되는 멀티플렉서 클럭신호의 레벨을 가변한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 표시패널(10)의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 멀티플렉서 회로(20)의 실시예를 나타낸 회로도이며, 도 4는 도 2의 센싱부(30)의 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 2를 참조하면, 표시패널(10)은 픽셀 어레이(Pixel array)가 형성된 표시영역(AA)과, 데이터 구동회로(12)에서 출력된 영상 데이터를 시분할 출력하는 멀티플렉서 회로(20)와, 데이터 라인(DL)과 해당 픽셀(PXL)의 센싱 라인(SL)을 상호 연결하는 스위칭부(30)를 포함할 수 있다.
표시영역(AA)에는 수평방향으로 배열된 k(k는 자연수) 개의 게이트 라인들(15)과 수직방향으로 배열된 j(j는 자연수)개의 데이터 라인들(DL1 내지 DLj) 및 j개의 센싱 라인(SL1 내지 SLj)과, 이들 교차점에 배열된 j*k개의 픽셀(PXL)들이 포함될 수 있다. 즉, (N, M)번째 픽셀(PXL)은 제M 게이트라인, 제N 데이터 라인(DLN) 및 제M 센싱 라인(SLM)과 연결된다. 센싱 라인(SL)은 표시패널의 디스플레이 구동 시 각 픽셀(PXL)에 기준전압(Vref)을 인가하는 데 사용될 수 있으며, 센싱 구동 시에는 센싱 라인(SL)에 연결된 소자의 센싱값을 출력하는 데 사용될 수 있다. 이러한, 센싱 라인(SL)은 2개 이상의 복수의 픽셀(PXL)들이 하나의 센싱 라인(SL)을 공유하도록 구성하는 것도 가능하다. j*k개의 픽셀(PXL)들은 적색 영상을 표시하기 위한 다수의 R 픽셀들과, 녹색 영상을 표시하기 위한 다수의 G 픽셀들과, 그리고 청색 영상을 표시하기 위한 다수의 B 픽셀들로 구분될 수 있다.
데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(11)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 RGB 아날로그 데이터 전압으로 변환하여 n개의 출력채널(DC1 내지 DCn)을 통해 멀티플렉서 회로(20)에 공급한다. 데이터 구동회로(12)는 한 수평라인의 픽셀(PXL)들(j개의 픽셀)에 해당하는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 RGB 아날로그 데이터 전압 신호로 변환하고, 한 수평라인 분의 j개의 영상 데이터들을 이보다 더 작은 수로 구성된 n개의 출력채널(DC1 내지 DCn)을 통해 출력한다.
여기서, 데이터 구동회로(12)는 멀티플렉서 회로(20)를 통해 j개의 영상 데이터들을 한 수평기간(1 Horizontal period) 동안 세 번에 나누어 순차적으로 출력한다. 예컨대, 데이터 구동회로(12)는 j개의 영상 데이터들 중 R 영상 데이터들을 그 수평기간 중 첫 번째 기간 동안 n개의 출력채널(DC1 내지 DCn)을 통해 동시에 출력한 후, 이어서 그 j 개의 영상 데이터들 중 G 영상 데이터들을 그 수평기간 중 두 번째 기간 동안 n개의 출력채널(DC1 내지 DCn)을 통해 동시에 출력한 후, 다음으로 그 j개의 영상데이터들 중 G 영상 데이터들을 그 수평기간 중 세 번째 기간 동안 n개의 출력채널(DC1 내지 DCn)을 통해 동시에 출력한다.
멀티플렉서 회로(20)는 n개의 출력채널(DC1 내지 DCn)로 출력된 아날로그 데이터 전압을 j개의 데이터 라인들(DL1 내지 DLj)로 전달한다.
도 3을 참조하면, 멀티플렉서 회로(20)는 외부로부터 입력되는 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK, CLK1 내지 CLK3)에 따라 데이터 구동회로(12)로부터의 j개의 영상 데이터들을 시분할하여 출력하고, 그리고 그 시분할된 영상 데이터들을 다수의 데이터 라인들(DL1 내지 DLj)로 순차적으로 공급한다. 이를 위해, 멀티플렉서 회로(20)는, 제1 내지 제3 멀티플렉서 클럭신호(CLK1 내지 CLK3)에 따라 순차적으로 턴-온되는 제1 내지 제3 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT1, Mux_TFT2, Mux_TFT3)을 포함한다.
제1 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT1)는 제1 멀티플렉서 클럭신호(CLK1)에 따라 데이터 구동회로(12)로부터의 R 영상 데이터(VR1)를 R 픽셀로 공급하고, 제2 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT2)는 제2 멀티플렉서 클럭신호(CLK2)에 따라 데이터 구동회로(12)로부터의 G 영상 데이터(VG1)를 G 픽셀로 공급하며, 제3 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT3)는 제3 멀티플렉서 클럭신호(CLK3)에 따라 데이터 구동회로(12)로부터의 B 영상 데이터(VB1)를 B 픽셀로 공급한다.
제1 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT1)의 게이트 전극은 제1 멀티플렉서 클럭신호(CLK1)가 인가되는 신호라인에 접속되고, 드레인 전극은 데이터 구동회로(12)의 제1 데이터채널(DC1)에 접속되며, 소스 전극은 제1 데이터 라인(DL1)에 접속된다.
제2 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT2)의 게이트 전극은 제2 멀티플렉서 클럭신호(CLK2)가 인가되는 신호라인에 접속되고, 드레인 전극은 데이터 구동회로(12)의 제1 데이터채널(DC1)에 접속되며, 소스 전극은 제2 데이터 라인(DL2)에 접속된다.
제3 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT3)의 게이트 전극은 제3 멀티플렉서 클럭신호(CLK3)가 인가되는 신호라인에 접속되고, 드레인 전극은 데이터 구동회로(12)의 제1 데이터채널(DC1)에 접속되며, 소스 전극은 제3 데이터 라인(DL3)에 접속된다.
도 3에 나타나지 않았지만, 멀티플렉서 회로(20)는, 전술된 제1 내지 제3 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT1, Mux_TFT2, Mux_TFT3)들 외에도, 나머지 출력채널들(DC2 내지 DCn) 각각에 접속된 또 다른 다수의 제1 내지 제3 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT1, Mux_TFT2, Mux_TFT3)들을 더 포함하고, 그 또 다른 제1 내지 제3 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT1, Mux_TFT2, Mux_TFT3)들 역시 전술된 제1 데이터채널(DC1)에 접속된 제1 내지 제3 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT1, Mux_TFT2, Mux_TFT3)들과 동일한 방식으로 해당 출력채널과 해당 데이터 라인들 사이에 접속된다. 한편, 멀티플렉서 회로(20)에 포함된 모든 제1 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT1)들은 이들이 연결된 출력채널에 관계없이 모두 제1 멀티플렉서 클럭신호(CLK1)를 공통으로 공급받는다. 또한, 모든 제2 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT2)들은 제2 멀티플렉서 클럭신호(CLK2)를 공통으로 공급받고, 모든 제3 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT3)들은 제3 멀티플렉서 클럭신호(CLK3)를 공통으로 공급받는다.
스위칭부(30)는 멀티플렉서 센싱신호(Mux_sen)에 따라 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT)의 데이터 라인(DL1)과 픽셀(PXL)의 센싱 라인(SL1)을 상호 연결한다.
도 4를 참조하면, 스위칭부(30)는 센싱신호(Mux_sen) 입력 시 턴온 동작하여 데이터 라인(DL1)과 센싱 라인(SL1)을 상호 연결할 수 있다.
이를 위해, 스위칭부(30)는 센싱신호(Mux_sen)에 따라 턴온 동작하여 데이터 라인(DL1)과 센싱 라인(SL1)을 상호 연결하는 스위칭 TFT(SW1, SW2, SW3)을 포함한다. 스위칭 TFT(SW1, SW2, SW3)의 게이트 전극은 센싱신호(Mux_sen)가 인가되는 신호라인에 접속되고, 드레인 전극(혹은 소스 전극)은 데이터 라인(DL1)에 접속되며, 소스 전극(혹은 데이터전극)은 센싱 라인(SL1)에 접속된다. 스위칭부(30)에 포함된 모든 스위칭 TFT(SW)들은 이들이 연결된 모두 센싱신호(Mux_sen)를 공통으로 공급받는다.
도 5는 본 발명의 표시장치의 픽셀(PXL) 센싱 원리를 보여주는 도면이고 도 6은 본 발명의 표시장치에서 멀티플렉서 센싱 원리를 보여주는 도면이다.
본 실시예에서 각 픽셀(PXL)은 OLED, 구동 TFT(Thin Film Transistor)(DT), 스토리지 커패시터(Cst), 제1 TFT, 및 제2 TFT를 포함하며, 제1 TFT는 제1스캔신호(SCAN1)를 입력받고 제2 TFT는 제2스캔신호(SCAN2)를 입력받는다.
OLED는 소스 노드(Ns)에 접속된 애노드전극과, 저전위 픽셀전원(EVSS)의 입력단에 접속된 캐소드전극을 포함한다. 구동 TFT(DR)는 게이트 노드의 전압(Vg)과 소스 노드의 전압(Vs)의 전압차에 따라 OLED에 흐르는 구동 전류를 제어한다. 구동 TFT(DR)는 게이트 노드에 접속된 게이트 전극, 고전위 픽셀전원(EVDD)의 입력단에 접속된 제1 전극, 및 소스 노드에 접속된 제2 전극을 구비한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 게이트 노드와 소스 노드 사이에 접속되어 구동 TFT(DR)의 게이트-소스 간 전압을 저장한다.
도 5를 참조하면, 픽셀(PXL)의 특성을 감지하는 경우, 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)는 턴온되고 스위칭부(30)에 포함된 스위칭 TFT(SW)는 오프 된다. 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)와 스위칭 TFT(SW)의 온/오프 동작은 타이밍 콘트롤러(11)에서 공급되는 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK) 및 멀티플렉서 센싱신호(Mux_sen)에 의해 제어될 수 있다.
픽셀(PXL)의 특성을 감지하는 경우, 픽셀(PXL) 내의 제1 TFT와 제2 TFT가 턴온된다. 데이터 구동회로(12)는 데이터 라인(DL1)을 통해 픽셀(PXL)에 픽셀 데이터(VD_PXL)를 공급하고 센싱 라인(SL1)으로 출력된 픽셀 감지신호(VS_PXL)를 입력받아 해당 픽셀(PXL)의 전기적 특성을 감지할 수 있다.
도 6를 참조하면, 멀티플렉서의 특성을 감지하는 경우, 픽셀(PXL) 내의 제1 TFT와 제2 TFT는 오프되어 픽셀(PXL)은 데이터 라인(DL1) 및 센싱 라인(SL1)과 전기적으로 분리되고 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)와 스위칭 TFT(SW)는 턴온된다.
스위칭 TFT(SW)가 턴온되면 데이터 라인(DL1)과 센싱 라인(SL1)이 상호 연결된다. 이에, 데이터 구동회로(12)에서 출력된 멀티플렉서 데이터(VD_MUX)가 멀티플렉서 TFT(Mux TFT) 및 데이터 라인(DL1)을 경유하여 센싱 라인(SL1)에서 출력되는 경로가 형성될 수 있다.
멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 게이트 전극에는 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)를 공급하고, 드레인 전극에는 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱 전압을 셍싱하기 위한 데이터인 멀티플렉서 데이터(VD_MUX)를 공급하여 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)를 소스 팔로워(Source Follower) 방법으로 동작시킨 후 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 소스전압을 센싱 라인(SL1)으로 센싱 전압(VS_MUX)으로 입력 받음으로써, 센싱 전압(VS_MUX)을 기초로 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)의 변화를 감지할 수 있다.
스위칭 TFT(SW)는 1개 이상 최대 데이터 라인의 개수만큼 구비될 수 있다. 스위칭 TFT(SW)의 수가 많을수록 많은 수의 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)을 감지하는 것이 가능하므로 상대적으로 센싱 정확도를 높일 수 있다. 그러나, 센싱 대상 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 개수가 증가할수록 처리시간도 증가하고 회로의 복잡도도 증가할 수 있다. 이에, 전체 데이터 라인의 개수에 따라 일정 개수의 데이터 라인을 단위로 스위칭 TFT(SW)를 마련하는 것이 바람직하다. 예컨대, 4개~8개 정도의 스위칭 TFT(SW)가 마련될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 센싱유닛(SU)의 구성을 도시한 도면이다.
센싱유닛(SU)은 픽셀(PXL)이 오프되어 데이터 라인(DL1) 및 센싱 라인(SL1)과 전기적으로 분리된 상태에서, 데이터 라인(DL1)에 멀티플렉서 데이터(VD_MUX)을 공급하여 멀티플렉서 TFT(Mux TFT) 및 데이터 라인(DL1)을 경유하여 센싱 라인(SL1)으로 출력되는 센싱 전압(VS_MUX)을 센싱한다.
센싱유닛(SU)은 초기화 스위치(SPRE1), 센싱 스위치(SPRE2)와 ADC를 포함할 수 있다.
초기화 스위치(SPRE1)는 초기화 기간에 초기화전압(Vpre)의 입력단과 센싱 라인(SL1)을 연결하고, 센싱 스위치(SPRE2)는 센싱 기간에 ADC와 센싱 라인(SL1)이 연결되도록 스위칭 동작한다.
초기화 기간에 초기화 스위치(SPRE1)가 초기화전압(Vpre)의 입력단과 센싱 라인(SL1)을 연결하면, 초기화 전원(Vpre)이 센싱 라인(SL1) 및 데이터 라인(DL1)을 통해 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 소스 전극에 연결된다. 이에, 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 소스 전극의 전압이 초기화될 수 있다.
센싱 스위치(SPRE2)가 ADC와 센싱 라인(SL1)을 연결하면, ADC는 멀티플렉서 TFT(Mux TFT) 및 데이터 라인(DL1)을 경유하여 센싱 라인(SL1)으로 출력되는 센싱 전압(VS_MUX)을 디지털 데이터로 변환할 수 있다.
센싱 전압(VS_MUX)은 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)에 따라 변동하므로, 센싱 전압(VS_MUX)을 통해 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)의 변화를 감지할 수 있다.
이러한 센싱유닛(SU)의 구성은 전술한 실시예에 한정되지 아니하며, 센싱 라인(SL)에서 출력되는 센싱 전압(VS_MUX)을 감지할 수 있는 다양한 형태의 센싱 회로가 적용될 수 있다.
한편, 사용 시간이 경과함에 따라 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 열화는 심화되어 영상 데이터의 충전율 감소를 초래한다. 이에, 본 발명은 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)의 변화에 따라 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 게이트 전극으로 입력되는 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)의 레벨을 가변함으로써 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 열화를 보상한다. 이를 위해, 타이밍 콘트롤러(11)는 센싱유닛(SU)을 통해 감지된 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)의 변화에 따라 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 게이트 전극으로 입력되는 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)의 레벨을 가변하여 제공할 수 있다.
레벨이 조정된 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)는 동일한 클럭라인을 공유하는 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)에 동일하게 적용된다. 예컨대, 제1 멀티플렉서 클럭신호(CLK1)는 멀티플렉서 회로(20) 내의 모든 제1 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT1)에 입력되고, 제2 멀티플렉서 클럭신호(CLK2)는 멀티플렉서 회로(20) 내의 모든 제2 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT2)에 입력되며, 제3 멀티플렉서 클럭신호(CLK3)는 멀티플렉서 회로(20) 내의 모든 제3 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT3)에 입력된다. 따라서, 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)의 레벨은 동일 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)를 입력받는 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)들 중 가장 열화가 심한 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)을 보상할 수 있도록 설정된다.
도 8은 본 발명의 멀티플렉서 센싱 시 구동 파형을 보여주는 도면이다. 도 8의 구동 파형은 픽셀 어레이(AA), 멀티플렉서 회로(20), 스위칭부(30)가 모두 N-type TFT로 구성된 경우를 예시한 것으로서, 하이 레벨이 온 레벨이고 로우 레벨이 오프 레벨이다.
멀티플렉서 센싱기간은 초기화 기간(initial) 및 센싱 기간(sensing)을 포함할 수 있다.
멀티플렉서 센싱기간 동안 제1스캔신호(SCAN1) 및 제2스캔신호(SCAN2)는 로우 레벨로 인가된다. 이에, 멀티플렉서 센싱기간에서 픽셀(PXL) 내의 제1 TFT와 제2 TFT는 오프상태로 유지되므로, 픽셀(PXL)은 데이터 라인(DL1) 및 센싱 라인(SL1)과 전기적으로 분리된 상태를 유지할 수 있다.
멀티플렉서 센싱기간 동안 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK) 및 멀티플렉서 센싱신호(Mux_sen)는 하이 레벨로 인가된다. 이에, 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)와 스위칭 TFT(SW)는 턴온상태로 유지된다. 스위칭 TFT(SW)가 턴온되면 데이터 라인(DL1)과 센싱 라인(SL1)이 상호 연결된다. 이에, 데이터 구동회로(12)에서 출력된 멀티플렉서 데이터(VD_MUX)가 멀티플렉서 TFT(Mux TFT) 및 데이터 라인(DL1)을 경유하여 센싱 라인(SL1)에서 출력되는 경로가 형성될 수 있다.
멀티플렉서 센싱기간 중 초기화 기간(initial)에는 초기화 스위치 신호(S_spre1)가 온 레벨인 하이 레벨로 인가된다. 이에, 초기화 스위치(SPRE1)는 초기화전압(Vpre)의 입력단과 센싱 라인(SL1)이 연결되도록 스위칭 동작한다. 초기화전압(Vpre)의 입력단과 센싱 라인(SL1)이 연결되면, 초기화 전원(Vpre)이 센싱 라인(SL1) 및 데이터 라인(DL1)을 통해 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 소스 전극에 연결된다. 이에, 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 소스 전극의 전압이 초기화되어 센싱 전압(VS_MUX)은 초기화전압(Vpre)으로 감지된다.
멀티플렉서 센싱기간 중 센싱 기간(sensing)에는 센싱 스위치 신호(S_spre2)가 온 레벨인 하이 레벨로 인가된다. 이에, 센싱 스위치(SPRE2)는 ADC와 센싱 라인(SL1)이 연결되도록 스위칭 동작한다. 이에, 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)는 소스 팔로워(Source Follower) 방법으로 동작하여 센싱 전압(VS_MUX)이 점차적으로 증가한다. 센싱 전압(VS_MUX)은 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 게이트 전극으로 입력되는 전압, 즉, 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)의 전압과 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)의 차분(Vs=Vg-Vth)까지 증가될 수 있다. 따라서, 센싱 전압(VS_MUX)에 기초하여 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)을 감지할 수 있다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 시뮬레이션 결과를 보여 주는 도면들이다.
도 9를 참조하면, 표시패널이 9.7" QXGA 60Hz Portrait Panel인 경우, 본 발명의 실시예에 따라 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압을 감지하는 시뮬레이션 조건은, 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 스펙이 1000u/6u이고, 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)의 전압은 12V(최소 전압), 멀티플렉서 데이터(VD_MUX)은 16V(최대 전압)로 설정될 수 있다.
도 10은 상기의 조건으로 시뮬레이션했을 때의 결과 그래프이고 도 11은 도 10의 결과를 표로 정리한 것이다.
도 10은 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압 변화량이 -1V, 0V, 1V, 2V일 경우 멀티플렉서 데이터(VD_MUX)를 통해 감지된 센싱 전압(VS_MUX)을 그래프로 나타낸 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 센싱기간 동안 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)가 소스 팔로워(Source Follower) 방법으로 동작하므로 센싱 전압(VS_MUX)은 일전 전압까지는 점차적으로 증가한다. 도 10의 그래프를 표로 정리하면 도 11과 같다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압 변화량이 -1V, 0V, 1V, 2V일 경우 각각 멀티플렉서 데이터(VD_MUX)를 통해 감지된 Vth 센싱값에 기초하여 산출된 문턱전압 변화량(-0.999, 0, 0.999, 1.998)이 거의 일치됨을 알 수 있다.
도 12는 상기 시뮬레이션 결과에 따라, 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압 변화량에 따라 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 게이트 전극으로 입력되는 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)의 레벨을 가변하는 경우, 멀티플렉서 TFT(Mux_TFT)의 충전율(Charging Ratio)을 시뮬레이션한 결과 그래프이다. 그래프의 가로축은 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 PBTS(Positive Bias Temperature Stress) 전압, 즉 바이어스나 온도 스트레스에 따른 Vth값을 나타낸다. 세로축은 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 게이트 전극(MUX VGH)의 전압을 나타낸다. 그래프에서 동일한 색상으로 표시된 영역은 동일한 충전율(Charging Ratio)를 갖는 다는 것을 의미하고 충전율이 높을 수록 진하게 표시되어 있다. 그래프를 통해 알 수 있듯이, PBTS가 증가한 만큼 게이트 전극(MUX VGH)의 전압 즉, 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)의 레벨을 증가시킬 때 이전과 동일한 충전율을 확보할 수 있다.
예컨대, 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)의 레벨이 20V인 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압 변화량 센싱값이 2V로 측정된 경우, 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)의 레벨을 22V(20V+2V)로 조정하여야 동일한 충전율을 유지할 수 있다.
도 13은 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth) 감지결과를 그래프로 도시한 것으로서, 가로축은 Mux Channel이고 세로축은 문턱전압(Vth)을 나타낸다. 그래프에 도시된 바와 같이, 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)은 1.4V 내지 1.7V 범위를 갖는 것으로 센싱되었다. 한편, 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)을 TFT inline에서 실측한 결과 1.63V로 측정되었다. 즉, 실제 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)을 측정한 값(1.63V)과 본 발명의 센싱방법에 따라 센싱된 문턱전압(Vth)(1.4V 내지 1.7V)은 유사한 것으로 밝혀졌다.
이상의 시뮬레이션을 통해, 본 발명의 센싱방법에 따라 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)을 센싱하는 것이 가능하고, 센싱 결과에 기초하여 문턱전압(Vth)의 변동량만큼 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)의 레벨을 조정하면 이전과 같은 수준의 충전율을 확보할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 픽셀(PXL)의 구동이 오프된 상태에서 데이터 라인(DL)과 센싱 라인(SL)을 상호 연결하고 데이터 라인에 멀티플렉서 데이터(VD_MUX)를 공급한 센싱 전압(VS_MUX)을 센싱하는 방식으로 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)을 센싱한다. 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 문턱전압(Vth)이 변동된 것으로 확인된 경우, 문턱전압(Vth)의 변동량만큼 멀티플렉서 클럭신호(Mux_CLK)의 레벨을 증가시켜 멀티플렉서 TFT(Mux TFT)의 열화를 보상할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 명세서의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 : 표시패널 11 : 타이밍 콘트롤러
12 : 데이터 구동회로(12) 13 : 게이트 구동부

Claims (10)

  1. 데이터 라인과 센싱 라인에 연결된 픽셀;
    게이트 전극으로 입력되는 멀티플렉서 클럭신호에 따라 데이터 드라이버의 데이터 채널과 데이터 라인을 상호 연결하는 멀티플렉서 TFT;
    멀티플렉서 센싱신호에 따라 상기 데이터 라인과 센싱 라인을 상호 연결하는 스위칭 TFT; 및
    상기 센싱 라인을 통해 상기 멀티플렉서 TFT의 문턱전압의 변화를 감지하는 센싱 유닛을 포함하고,
    상기 멀티플렉서 TFT의 문턱전압의 변화에 따라 상기 멀티플렉서 클럭신호의 레벨이 가변되고,
    상기 스위칭 TFT는 상기 픽셀이 상기 데이터 라인 및 상기 센싱 라인과 전기적으로 분리된 상태에서, 상기 멀티플렉서 TFT 및 상기 데이터 라인을 경유하여 상기 센싱 라인으로 센싱 전압이 출력되도록 턴-온되는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 TFT는 일정 개수의 데이터 라인을 단위로 구비되는 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 멀티플렉서 TFT의 문턱전압의 변화에 따라 상기 멀티플렉서 클럭신호의 레벨을 가변하는 타이밍 콘트롤러를 더 포함하는 표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 타이밍 콘트롤러는,
    적어도 둘 이상의 멀티플렉서 TFT의 문턱전압의 센싱값에 기초하여 상기 멀티플렉서 클럭신호의 레벨을 가변하는 표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 타이밍 콘트롤러는,
    적어도 둘 이상의 멀티플렉서 TFT의 문턱전압의 센싱값 중 가장 큰 변화량을 갖는 문턱전압에 기초하여 상기 멀티플렉서 클럭신호의 레벨을 가변하는 표시장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 타이밍 콘트롤러는,
    적어도 둘 이상의 멀티플렉서 TFT의 문턱전압의 센싱값의 평균값에 기초하여 상기 멀티플렉서 클럭신호의 레벨을 가변하는 표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센싱유닛은,
    상기 멀티플렉서 센싱신호에 따라 상기 데이터 라인과 상기 센싱 라인이 상호 연결되면, 초기화 전원(Vpre)의 입력단과 상기 센싱 라인이 연결되도록 스위칭 동작하는 초기화 스위치를 포함하는 표시장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센싱유닛은,
    기설정된 기간 이후에 상기 초기화 전원(Vpre)의 입력단과의 연결을 해제한 후 상기 센싱 라인이 ADC와 연결되도록 스위칭 동작하는 센싱 스위치를 포함하는 표시장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 멀티플렉서 TFT는,
    상기 데이터 채널과 연결되는 드레인 전극, 상기 데이터 라인과 연결되는 소스 전극을 포함하는 표시장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 멀티플렉서 TFT는,
    상기 게이트 전극으로 상기 멀티플렉서 클럭신호를 입력받고 상기 드레인 전극으로 멀티플렉서 데이터전압을 입력받아 소스 팔로워(Source Follower) 방법으로 동작하는 표시장치.
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