KR102628633B1 - 기판 효과를 제거한 OLEDoS 화소 보상 회로 및 그 제어 방법 - Google Patents

기판 효과를 제거한 OLEDoS 화소 보상 회로 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 효과를 제거하기 위한 OLED 화소 보상 회로에 관한 것으로, 본 발명에 따른 화소 보상 회로는 6개의 트랜지스터와 2개의 축전지를 이용하여 OLED를 구동하는 구동 트랜지스터의 소스 전압과 바디 전압을 모두 고정함으로써 기판 효과로 인한 오차를 제거하고 더 정확한 화소 보상 결과를 제시할 수 있는 효과가 있다.

Description

기판 효과를 제거한 OLEDoS 화소 보상 회로 및 그 제어 방법{OLEDoS PIXEL COMPENSATION CIRCUIT REMOVING BODY EFFECT AND METHOD THEREOF}
본 발명은 OLED 구동을 위한 화소 회로에 관한 것이다.
OLED를 구동하기 위한 일반적인 화소 보상 회로는 4개의 트랜지스터와 2개의 축전지로 구성된다. 도 1은 이러한 일반적인 화소 보상 회로의 예를 나타낸다. 여기 사용된 트랜지스터는 모두 P형 트랜지스터이다.
OLED 구동은 세 단계로 이루어지는데, 문턱전압을 감지하고, 정보를 전달하여 발광하는 단계로 이루어진다.
문턱전압 감지단계에서는 T4가 꺼져 OLED가 꺼지고 T1, T3가 켜짐으로써 소스(source)와 게이트(gate)의 전압 차이가 문턱전압으로 설정되어 축전지 C1, C2에 저장된다.
정보전달 단계에서는 T3도 꺼지고 T1만 켜짐으로써 DATA가 T1을 통해 C1에 전달된다. 전달된 전압 정보는 C1과 C2에 나누어 저장된다.
발광 단계에서는 T1이 꺼지고 T4만 켜져서 ELVDD로부터 OLED까지 전류가 흐르게 되고 따라서 OLED가 발광하게 된다.
그런데 문턱전압 감지 단계에서 T2의 소스-바디(body) 사이의 전압과 발광 단계에서의 T2의 소스-바디 사이의 전압이 달라지게 되는데, 이는 T2의 소스 전압이 달라지기 때문이다. 따라서 기판 효과 때문에 T2의 각 단계별 문턱전압이 달라지게 되고 OLED 구동 전류에도 오차가 발생하여 영상이 출력되는 문제가 있다.
본 발명의 발명자들은 이러한 종래 기술의 OLED 구동 회로의 문제점을 해결하기 위해 연구 노력해 왔다. 구동 트랜지스터의 소스 전압을 고정하여 기판 효과를 제거함으로써 OLED 구동 전류의 오차를 줄이고 더 정확한 보상이 가능한 OLED 구동 회로 및 그 제어방법을 제공하기 위해 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 기판 효과를 제거하여 OLED 구동 전류의 오차를 줄인 OLED 화소 보상 회로 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명에 따른 OLED 화소 보상 회로는,
OLED 소자; 제2 노드에 연결된 게이트 전극에 인가되는 데이터 신호 전압에 의해 상기 OLED 소자를 구동하고, 전원 전압과 제3 노드 사이를 연결하는 구동 트랜지스터; 현재 스캔 신호(SCAN[n])에 의해 스위칭되고, 입력되는 데이터 신호 전압을 제1 노드에 연결된 제2 축전지에 전달하는 제1 트랜지스터; 보상 신호에 의해 스위칭되고, 기준 전압을 상기 제1 노드에 연결된 제2 축전지에 전달하는 제2 트랜지스터; 상기 현재 스캔 신호보다 두 타이밍 이전의 스캔 신호(SCAN[n-2])에 의해 스위칭되고, 상기 기준 전압을 제1 축전지와 상기 제2 축전지 사이의 제2 노드에 전달하는 제3 트랜지스터; 상기 현제 스킨 신호보다 한 타이밍 이전의 스캔 신호(SCAN[n-1])에 의해 스위칭되고, 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하는 제4 트랜지스터; 발광 신호에 의해 스위칭되고, 일단이 접지와 연결된 OLED 소자의 타단과 상기 제3 노드 사이를 연결하는 제5 트랜지스터; 상기 전원 전압과 상기 제2 노드 사이에 연결된 제1 축전지; 및 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결된 제2 축전지;를 포함한다.
상기 제1 내지 제5 트랜지스터 및 구동 트랜지스터는 P형 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
상기 OLED 소자는 OLEDoS(OLED on Silicon)인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 내지 제5 트랜지스터 및 상기 구동 트랜지스터의 바디(body)는 상기 전원 전압에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 OLED 화소 보상 회로의 제어 방법은,
(a) 상기 제2 트랜지스터와 제3 트랜지스터를 켜고(Turn-on) 나머지 트랜지스터들을 끄는(Turn-off) 초기화 단계; (b) 상기 제2 트랜지스터는 켜진 상태를 유지하고 상기 제4 트랜지스터를 켜고 나머지 트랜지스터들은 끄는 문턱전압 감지 단계; (c) 상기 제1 트랜지스터만 켜고 나머지 트랜지스터들은 끄는 정보 입력 단계; 및 (d) 상기 제5 트랜지스터만 켜고 상기 제1 내지 제4 트랜지스터들은 끄고, 상기 구동 트랜지스터는 상기 제2 노드의 전압에 의해 스위칭되어 상기 OLED 소자를 구동하는 발광 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면 구동 트랜지스터의 소스 전압과 바디 전압을 모두 고정함으로써 기판 효과로 인한 오차가 발생하지 않고 보다 정확한 화소 보상 결과를 제시할 수 있는 효과가 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 종래 기술의 화소 보상 회로의 예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 화소 보상 회로의 구조도이다.
도 3 내지 6은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 화소 보상 회로의 타이밍별 동작을 나타낸다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 화소 보상 회로의 효과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 화소 보상 회로의 제어 방법의 흐름도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다.
도 2는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 화소 보상 회로의 구조도이다.
본 발명에 따른 화소 보상 회로는 기판 효과를 제거하기 위해 6개의 트랜지스터와 2개의 축전지로 구성된다. 본 발명에 사용되는 트랜지스터는 모두 P형 트랜지스터일 수 있다. 또한 발광 소자인 OLED는 OLEDoS(OLED on Silicon)일 수 있다.
발광 소자인 OLED 소자를 구동하기 위한 구동 트랜지스터(TD)는 전원 전압(VDD)을 OLED에 전달하며 제2 노드(N2)가 게이트 전극에 연결되어 데이터(DATA) 전압에 의해 스위칭된다. 이를 위해 구동 트랜지스터(TD)는 전원 전압(VDD)과 제3 노드(N3) 사이를 연결한다. 구동 트랜지스터(TD)는 게이트(gate)와 소스(source) 사이의 전압 차를 이용하여 OLED에 흐르는 전류를 조정한다.
제1 트랜지스터(T1)는 현재 스캔 신호(SCAN[n])에 의해 스위칭되며 데이터 전압(DATA)을 제1 노드(N1)에 연결된 제2 축전지(C2)로 전달한다.
제2 트랜지스터(T2)는 보상 신호(COMP[n])에 의해 스위칭되며 기준 전압(Vref)을 제1 노드(N1)에 연결된 제2 축전지(C2)로 전달한다.
제3 트랜지스터(T3)는 현재 스캔 신호(SCAN[n])보다 두 타이밍 이전의 스캔 신호(SCAN[n-2])에 의해 스위칭되고 기준 전압(Vref)을 제1 축전지(C2)와 제2 축전지(C1) 사이의 제2 노드(N2)로 전달한다.
제4 트랜지스터(T4)는 현재 스캔 신호(SCAN[n])보다 한 타이밍 이전의 스캔 신호(SCAN[n-1])에 의해 스위칭되고 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이를 연결한다.
제5 트랜지스터(T5)는 발광 신호(EM[n])에 의해 스위칭되고 접지(GND)에 일단이 연결된 OLED 소자의 타단과 제3 노드(N3) 사이를 연결한다.
제1 축전지(C1)는 전원 전압(VDD)과 제2 노드(N2) 사이를 연결한다.
제2 축전지(C2)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이를 연결한다.
본 발명의 화소 보상 회로에 포함된 모든 트랜지스터들은 바디(Body)가 모두 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 화소 보상 회로는 초기화, 문턱전압 감지, 정보입력, 발광의 4단계에 걸쳐 구동될 수 있다.
도 3 내지 6은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 화소 보상 회로의 타이밍별 동작을 나타낸다.
4단계는 한 프레임 타임(frame time)에 이루어지는데, 초기화, 문턱전압 감지, 정보입력 단계는 각각 한 라인 타임(line time) 동안 이루어지고 발광 단계는 한 프레임 타임에서 세 라인 타임을 뺀 나머지 시간에 이루어진다.
도 3은 초기화 단계의 각 트랜지스터의 온오프 상태와 제어 신호들의 타이밍을 나타낸다.
도 3의 (b)에서 보상 신호(COMP[n])와 두 타이밍 이전 스캔신호(SCAN[n-2])만 0이므로 제2 트랜지스터(T2)와 제3 트랜지스터(T3)만 켜지게 된다.
따라서 기준 전압(Vref) 신호가 제2 트랜지스터(T2)를 통해 제2 축전지(C2)에 전달되고, 제3 트랜지스터(T3)를 통해 제1 축전지(C1)에 전달되어 저장된다. 제1 축전지(C1)의 양단은 전원 전압(VDD)과 기준 전압(Vref)이 인가되고, 제2 축전지(C2)의 양단에는 기준 전압(Vref)이 인가되므로 두 축전지는 모두 저장되어있던 내용이 지워지고 초기화된다.
다음 도 4는 문턱 전압 감지 단계의 각 트랜지스터의 온오프 상태와 제어 신호들의 타이밍을 나타낸다.
도 4의 (b)에서 보상 신호(COMP[n])는 여전히 0이고 한 타이밍 이전 스캔 신호(SCAN[n-1])이 0이므로 제2 트랜지스터(T2)와 제4 트랜지스터(T4)가 켜지게 된다.
제4 트랜지스터(T4)에 의해 제4 트랜지스터(T4)와 연결된 구동 트랜지스터(TD)의 게이트와 소스를 따라 구동 트랜지스터(TD)의 게이트 전압은 VDD-Vth,TD 에 이르게 된다.
이때 제1 축전지(C1)와 제2 축전지(C2)에 충전된 제1 전하량(Q1)은 다음 식으로 구할 수 있다.
Q1 = C1(Vth,TD) + C2(VDD+Vth,TD-Vref)
다음 도 5는 정보 입력 단계의 각 트랜지스터의 온오프 상태와 제어 신호들의 타이밍을 나타낸다.
현재 스캔 신호(SCAN[n])만 0이므로 제1 트랜지스터(T1)만 켜진다. 따라서 OLED 소자가 표현할 정보를 담은 데이터 전압()이 제2 축전지(C2)로 전달된다.
제2 축전지(C2)로 전달된 데이터 전압()은 구동 트랜지스터(TD)의 게이트 전압을 변화시킨다. 구동 트랜지스터(TD)의 변화한 게이트 전압을 Vx라 하면 제1 축전지(C1)와 제2 축전지(C2)에 충전된 변화된 전하량인 제2 전하량(Q2)은 다음 식으로 구할 수 있다.
Q1 = C1(Vx-VDD) + C2(Vx-VDATA)
전하량 보존 법칙에 따라 제1 전하량(Q1)과 제2 전하량(Q2)은 같다(Q1=Q2). 따라서 구동 트랜지스터(TD)의 게이트 전압 Vx는 다음과 같이 구할 수 있다.
마지막으로 도 6은 발광 단계의 각 트랜지스터의 온오프 상태와 제어 신호들의 타이밍을 나타낸다.
발광 신호(EM[n])만 0이므로 제5 트랜지스터(T5)를 제외한 다른 트랜지스터들은 꺼지게 되고 전원 전압(VDD)으로부터 OLED 소자로 전류가 흐르므로 OLED가 켜진다.
이때 OLED에 흐르는 전류는 구동 트랜지스터(TD)의 소스-드레인 전류와 같고 이는 다음 식과 같다.
여기에 구동 트랜지스터(TD)의 게이트 전압인 Vx를 대입해 정리하면 다음 식을 얻을 수 있다.
결과적으로 위 식으로 구한 전류에 의해 OLED가 발광하게 되는 것이다. 여기서 데이터 전압()에 기준 전압(Vref)이 더해져 있고 가 곱해져 있음을 확인할 수 있다. 따라서 두 값을 조절하면 출력 OLED 전류() 대비 입력 정보 전압()의 범위를 조정할 수 있다. 제2 축전지(C2) 대비 제1 축전지(C1)의 정전용량을 키울수록 같은 크기의 전류 변화에 대응하는 전압 범위가 넓어진다. 또한 기준 전압(Vref)은 입력 전압-출력 전류 반응 곡선을 평행 이동시킴으로써 원하는 부분을 사용할 수 있게 해준다.
본 발명에 따르면 OLED 출력 전류에서 구동 트랜지스터(TD)의 문턱전압(Vth)의 효과를 제거함으로써 기판 효과를 없앨 수 있다. 종래 기술과 달리 구동 트랜지스터(TD)의 소스 전압이 고정되어 있기 때문이다.
또한 본 발명에 따르면 전원 및 문턱전압의 불균일 문제로 인한 효과도 제거할 수 있다. 위에서 구한 OLED 구동전류의 식에는 전원전압() 및 문턱전압()이 나타나 있지 않음을 볼 수 있다. 따라서 전원전압과 문턱전압이 불균일 하더라도 OLED 구동전류에는 영향을 미치지 않아 휘도에 반영되지 않으므로 균일도를 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 화소 보상 회로의 효과를 나타낸다.
도 7은 OLED의 256 계조를 표현하기 위한 정보 전압의 범위를 나타낸다.
종래 기술은 256계조를 표현하기 위한 정보 전압의 범위가 0.284볼트에 불과하다. 즉 정보 전압의 작은 오류에도 계조가 크게 달라질 수 있는 것이다.
반면, 본 발명에 따른 정보 전압의 범위는 2.5볼트로 종래 기술에 비해 9배에 가까운 범위를 가진다. 따라서 정보 전압의 오류에도 불구하고 종래기술에 비해 훨씬 정확한 계조를 표현할 수 있는 장점이 있다.
도 8은 발광 전류와 문턱 전압의 변화에 따른 오차율을 나타낸다.
트랜지스터 제조 공정 과정에서 트랜지스터의 문턱 전압 편차가 발생할 수밖에 없다. 따라서 이러한 편차를 보상하지 않으면 영상에 결함이 발생한다.
도 8은 문턱 전압 보상을 확인하기 위해 문턱 전압을 +10mV, -10mV 변화를 주어 테스트한 결과로 도 8의 (a)는 종래기술, 도 8의 (b)는 본 발명에 따른 결과를 나타낸다.
종래 발명에서는 계조 변화에 따라 양방향으로 20%가 넘는 오차를 보여주는 반면, 본 발명에 따르면 0.5% 정도로 종래기술에 비해 1/40에 불과한 오차율을 보여주므로 보상이 잘 되고 있음을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 화소 보상 회로의 제어 방법을 다시 한 번 정리한 흐름도이다.
본 발명의 도 2에 나타난 OLED 화소 보상 회로를 제어하는 방법은 네 단계로 이루어진다.
우선 초기화 단계(S10)에서는 보상 신호(COMP[n])와 두 타이밍 이전의 스캔 신호(SCAN[n-2])를 0으로 한다.
제2 트랜지스터(T2)와 제3 트랜지스터(T3)가 켜지므로 제1 축전지(C1)와 제2 축전지(C2)가 초기화된다.
다음 문턱전압 감지 단계(S20)에서는 보상 신호(COMP[n])를 0으로 유지하고 두 타이밍 이전의 스캔 신호(SCAN[n-2])는 1로 바꾸고 한 타이밍 이전의 스캔 신호(SCAN[n-1])를 0으로 한다.
이에 의해 제4 트랜지스터(T4)가 켜지고, 제4 트랜지스터(T4)와 연결된 구동 트랜지스터(TD)의 게이트 전압이 설정된다. 또한 구동 트랜지스터(TD)의 문턱 전압에 의해 제1 축전지(C1)와 제2 축전지(C3)가 충전된다.
다음 정보 입력 단계(S30)에서는 현재 스캔 신호(SCAN[n])만 0이 되므로 제1 트랜지스터(T1)만 켜져서 데이터 전압()이 제2 축전지(C2)로 전달되고, 이는 구동 트랜지스터(TD)의 게이트 전압을 변화시킨다.
마지막으로 발광 단계(S40)에서는 발광 신호(EM[n])만 0이므로 제5 트랜지스터(T5)만 켜진다.
제5 트랜지스터(T5)가 켜짐으로 해서 전원 전압(VDD)으로부터 OLED 소자로 전류가 흘러 OLED가 켜지게 된다. 이때 OLED를 구동하는 전류는 구동 트랜지스터(TD)의 소스-드레인 전류이다. 이 전류는 기준 전압(Vref)과 축전지들의 영향을 받으므로 기준 전압(Vref)과 제1 축전지(C1), 제2 축전지(C2)의 정전용량을 조절하여 OLED 구동 전류를 제어할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 OLED 화소 보상 회로 및 그 제어방법에 따르면 구동 트랜지스터의 소스 전압과 바디 전압을 모두 고정함으로써 기판 효과로 인한 오차가 발생하지 않고 따라서 더 정확한 화소 보상이 가능한 장점이 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (5)

  1. OLEDoS 소자;
    제2 노드에 연결된 게이트 전극에 인가되는 데이터 신호 전압에 의해 상기 OLEDoS 소자를 구동하고, 전원 전압과 제3 노드 사이를 연결하는 구동 트랜지스터;
    현재 스캔 신호(SCAN[n])에 의해 스위칭되고, 입력되는 데이터 신호 전압을 제1 노드에 연결된 제2 축전지에 전달하는 제1 트랜지스터;
    보상 신호에 의해 스위칭되고, 기준 전압을 상기 제1 노드에 연결된 제2 축전지에 전달하는 제2 트랜지스터;
    상기 현재 스캔 신호보다 두 타이밍 이전의 스캔 신호(SCAN[n-2])에 의해 스위칭되고, 상기 기준 전압을 제1 축전지와 상기 제2 축전지 사이의 제2 노드에 전달하는 제3 트랜지스터;
    상기 현재 스캔 신호보다 한 타이밍 이전의 스캔 신호(SCAN[n-1])에 의해 스위칭되고, 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하는 제4 트랜지스터;
    발광 신호에 의해 스위칭되고, 일단이 접지와 연결된 OLEDoS 소자의 타단과 상기 제3 노드 사이를 연결하는 제5 트랜지스터;
    상기 전원 전압과 상기 제2 노드의 상기 구동 트랜지스터의 게이트 사이에 연결된 제1 축전지; 및
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결된 제2 축전지;를 포함하며,
    상기 제1 내지 제5 트랜지스터 및 구동 트랜지스터는 P형 트랜지스터를 사용함과 아울러 각각의 바디(body)가 상기 전원 전압에 연결되되,
    초기화 단계에서 기준 전압이 상기 제2 트랜지스터를 통해 상기 제2 축전지에 공급되고, 제3 트랜지스터를 통해 상기 제1 축전지에 공급되어 상기 제1 축전지와 상기 제2 축전지에 기준 전압이 저장되어 초기화되며,
    상기 구동 트랜지스터의 게이트 전압(Vx)는 아래의 수학식 1로 정의되고, OLEDoS 소자의 구동 전류(IOLED)는 아래의 수학식 2로 정의되는 것을 특징으로 하는, OLEDoS 화소 보상 회로.
    [수학식 1]

    [수학식 2]

    수학식 1과 2에서, C1, C2는 각각 제1축전지와 제2축전지의 커패시턴스, VDATA는 데이터 신호 전압, VDD는 전원 전압, Vth,TD 는 문턱전압, Vref는 기준전압, IO는 초기 전류, ηVT 는 열전압
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