KR20010001282A - 전기발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전류미러를 구비한 전기발광소자에 관한 것으로, 통상의 전기발광소자의 구조에 전류미러를 추가로 설치하여 화소셀 간의 스위칭소자의 문턱전압의 불균일을 방지하기 위하여, 게이트라인과, 상기 게이트라인에 절연되도록 교차하는 데이터라인과, 상기 게이트라인에 게이트가 연결되어 게이트 신호에 의하여 임의의 화소를 선택하는 제 1 TFT와, 상기 제 1 TFT에 의하여 선택된 임의의 화소셀에 상기 데이터라인으로부터 데이터신호를 받아 출력하도록 제 2 TFT와 제 3 TFT를 구비하도록 구성되는 전류미러부와, 상기 전류미러부의 제 2 TFT의 드레인에 연결되어 상기 전류미러부로부터 출력되는 신호로 구동되는 EL다이오드를 구비하는 전기발광소자를 제공하며, 대면적 기판에 형성되는 다수개의 화소셀에 있어서, TFT간 문턱전압의 불균일성으로 인한 휘도 불균일을 해소함으로써, EL부에 흐르는 구동전류를 전체 화소셀에 걸쳐 균일하게 하여 대면적 화면의 휘도를 균일하게 할 수 있다.

Description

전기발광소자{ElectroLuminescent Display}
본 발명은 전기발광소자(ElectroLuminescent Display; ELD)에 관한 것으로 특히, 전류미러(current mirror)를 구비한 ELD에 관한 것이다.
ELD는 외부에서 전자와 홀을 주입하고, 전자와 홀의 재결합 및 여기분자를 생성하고, 이 여기분자의 발광을 이용하는 소자인데, 백라이트(backlight)를 필요로 하지 않아서 패널의 두께를 박형화할 수 있고, 전력소비량을 상대적으로 낮출 수 있기 때문에 차세대 디스플레이로 관심이 집중되고 있다.
능동형 ELD는 다수개의 게이트라인과 데이타라인이 교차하여 다수개의 화소셀을 형성하고 있고, 각각의 화소셀에는 파우어공급라인이 데이타라인과 동일방향으로 배열되는 구조를 가지고 있다. 그리고, 각각의 화소셀은 스위칭소자 예를 들어, TFT를 하나 이상 구비하고, 스토리지 캐패시터 및 EL부를 구비하고 있다.
두 개의 TFT를 사용하는 ELD의 경우에는 EL 여기신호와 주사신호를 구별하여 사용할 수 있다는 특징이 있다. EL부는 논리TFT에 의하여 선택되어지고, EL부의 여기파우어는 다른 TFT의 파우어에 의하여 조절된다. 스토리지 캐패시터는 선택된 셀의 EL부의 여기파우어가 유지될 수 있도록 하는 기능을 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 ELD의 개략적인 등가회로도를 나타낸 것이다.
다수개의 게이트라인(G1, G2, …… )과 다수개의 데이타라인(D1, D2, …… )이 교차하여 다수개의 화소셀영역을 정의하고 있다.
게이트라인(G1, G2, …… )과 데이터라인(D1, D2, …… )의 교차부에는 제 1 TFT(M1)가 전기적으로 연결되어 있다. 제 1 TFT(M1)의 드레인에는 보조용량(CSTO)과 제 2 TFT(M2)의 게이트가 병렬로 연결되어 있다. 그리고 제 2 TFT(M2)의 드레인에는 발광소자인 EL 다이오드(EL)가 연결되어 있다.
게이트라인(G1, G2, …… )의 일단에는 게이트 구동부(도면미표시)가 연결되어 각각의 게이트라인에 적절한 주사신호를 보내주도록 되어 있고, 데이터라인(D1, D2, …… )의 일단에는 데이터 구동부(도면미표시)가 연결되어 각각의 데이터라인에 EL 다이오드(EL)를 구동시키기 위한 데이터 전압을 보내주도록 되어 있다.
상술된 ELD의 작동을 설명하면 다음과 같다.
해당 화소셀이 선택되어지도록 제 1 게이트라인(G1)을 턴온(turn on)시킨 후에, 제 1 데이터라인(D1)으로부터 데이터신호인 소정의 전압을 제 1 TFT(M1)을 통하여 A 절점(A)에 인가시킨 후에 제 1 게이트라인(G1)을 턴오프(turn off)시킨다.
제 1 게이트라인(G1)이 다시 선택될때까지 보조용량(CSTO)이 A 절점(A)의 전압을 유지하며, 그 기간동안 드라이빙 스위칭소자인 제 2 TFT(M2)는 계속 EL부(EL)에 일정한 전류를 공급하여 발광을 하도록 한다.
보통 드라이빙 스위칭소자는 포화(saturation)영역에서 구동을 한다.
이 때, 드라이빙 스위칭소자에 흐르는 구동전류 I는,
에 의해서 결정된다.
여기서, μn는 전계이동도, Co는 게이트절연막의 용량, W는 채널의 폭, L는 채널의 길이, VGS는 게이트와 소오스간의 전압, VTH는 문턱전압을 나타낸다.
그런데 상술된 종래 기술에 따른 ELD에서는 화면이 커지게 되면, 대면적 기판에 형성된 각각의 화소셀 영역에 형성된 TFT간의 문턱전압 크기의 편차가 심해진다. 이는 TFT를 구성하는 실리콘 박막의 특성이 화소셀 전체에 걸쳐 불균일해지는데 기인한다. 특히, 다결정 실리콘 박막트랜지스터를 스위칭소자로 사용하는 경우에는 기판 전면에 걸쳐 균일한 실리콘 그레인을 가지는 다결정 실리콘 박막을 형성하는 것이 어렵기 때문에 TFT간 문턱전압의 불균일은 더욱 심해진다. 이러한 이유로, 제 2 TFT에 동일한 VGS를 인가하더라도 문턱전압(VTH)이 각 화소셀마다 달라지게 된다. 그 결과, 각 화소셀의 스위칭소자에 의해 구동되는 EL부 각각은 서로 다른 크기의 전류가 흐르게 되어 기판 전체 화면에 있어서 휘도가 불균일해지는 문제가 발생한다.
본 발명은 종래 기술에 따른 문제를 해결하는 ELD를 제공하고자 한다.
본 발명은 통상의 ELD 구조에서 전류미러(current mirror)를 추가로 설치하여 화소셀 간의 스위칭소자의 VTH가 불균일하더라도 각각의 EL부에는 균일한 구동전류를 공급하여 화면 전체의 휘도가 균일해지는 ELD를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 게이트라인과, 상기 게이트라인에 절연되도록 교차하는 데이터라인과, 상기 게이트라인에 게이트가 연결되어 게이트 신호에 의하여 임의의 화소를 선택하는 제 1 TFT와, 상기 제 1 TFT에 의하여 선택된 임의의 화소셀에 상기 데이터라인으로부터 데이터신호를 받아 출력하도록 제 2 TFT와 제 3 TFT를 구비하도록 구성되는 전류미러부와, 상기 전류미러부의 제 2 TFT의 드레인에 연결되어 상기 전류미러부로부터 출력되는 신호로 구동되는 EL다이오드를 구비하는 전기발광소자를 제공한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기발광소자의 개략적인 등가회로도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기발광소자의 개략적인 등가회로도
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기발광소자의 개략적인 등가회로도
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기발광소자의 개략적인 등가회로도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 ELD의 개략적인 회로도를 나타낸 것이다. 본 발명에 의하여 구현된 ELD는 통상의 ELD 구조에서 전류미러를 추가한 구성을 가진다.
다수개의 게이트라인(G1, G2, …… )과 다수개의 데이타라인(D1, D2, …… )이 교차하여 다수개의 화소셀영역을 정의하고 있다.
게이트라인(G1, G2, …… )과 데이터라인(D1, D2, …… )의 교차부에는 제 1 TFT(T1)가 전기적으로 연결되어 있다. 제 1 TFT(T1)의 소오스에는 보조용량(CSTO)과 제 2 TFT(T2)의 게이트가 병렬로 연결되어 있다. 그리고 제 2 TFT(T2)의 드레인에는 발광소자인 EL 다이오드(EL)가 연결되어 있다. 여기까지의 구조는 종래의 ELD의 구조(도 1에 보임)와 동일하다고 할 수 있다.
본 발명에서는 데이터라인과 유기EL부(EL) 사이에 전류미러를 연결하는데, 전류미러는 유기EL부(EL)를 구동시키는 제 2 TFT(T2)를 일 구성성분으로 구비하고 있다. 제 2 TFT(T2)를 구비하는 전류미러는 제 1 TFT(T1)의 드레인에 게이트가 연결되고, 자신의 게이트와 드레인이 접속되도록 구성되는 제 3 TFT(T3)를 더 구비한다.
도면이 보여주는 제 1, 제 2 및 제 3 TFT는 데이터라인에 제 3 TFT(T3)의 드레인이 병렬연결되고, 제 3 TFT(T3)의 드레인이 제 3 TFT(T3)의 게이트에 접속되고, 제 3 TFT(T3)의 게이트에 제 1 TFT(T1)의 드레인이 연결되고, 제 1 TFT(T1)의 소오스에 제 2 TFT(T2)의 게이트가 연결되도록 구성되어 있다.
전류미러의 구성부분인 제 2 TFT(T2)와 제 3 TFT(T3)는 모두 포화영역에 있으므로, 드라이빙 스위칭소자에 흐르는 구동전류 I는,
가 된다.
즉, EL부를 구동시키는 구동스위칭소자인 제 3 TFT(T3)와 제 2 TFT(T2)로 구성되는 전류미러에 입력되는 전류 "I0"는 제 3 TFT(T3)와 제 2 TFT(T2)의 문턱전압의 크기에 영향을 받지 않는 전류 "I"를 출력한다.
따라서, 본 발명에 따른 ELD에서는 각각의 화소셀에 균일한 데이터 전류를 공급하게 되고, 그 결과로 각 화소셀에 있는 발광다이오드인 EL부에 흐르는 전류 "I"를 전체 화소셀에 걸쳐 균일하게 공급할 수 있다. 즉, 대면적 기판의 넓은 영역에 걸쳐서 각 화소셀 영역에 있는 스위칭소자의 문턱전압에 편차가 있다 하더라도, 발광다이오드인 EL부에 흐르는 전류는 "IO" 의해 정확히 제어할 수 있다.
전류 구동부에서 소정의 전류를 흘러보낼 경우에 각각의 화소셀의 TFT의 문턱전압이 다르다 하더라도, 발광다이오드인 EL부에 흐르는 전류에 영향을 주지 않는다. 따라서, 전 화소에 걸쳐 다이오드에 균일한 전류가 흐르게 되고, 그에 따라 다이오드의 발광이 균일하게 되고, 전체 화소셀영역에 걸쳐 균일한 휘도를 가지는 ELD를 제조할 수 있다.
본 발명에서는 게이트라인(G1, G2, …… )에 연결되되, 제 1 TFT(T1)의 게이트와는 공통으로 연결되는 게이트, 제 3 TFT의 소오스에 연결되는 드레인 및 데이터라인에 연결되는 소오스를 가지는 제 4 TFT(T4)를 더 구비한다.
그래서, 게이트라인의 게이트신호에 의해 제 1 TFT(T1)와 제 4 TFT(T4)가 동시에 구동된다. 따라서, 게이트신호에 의해 선택된 화소셀에만 제 4 TFT(T4)가 턴온되어 데이터신호가 선택된 화소셀에만 입력될 수 있도록 구성됨으로써, 화소셀영역 간 독립적 운영이 가능하도록 구성되어 있다.
게이트라인(G1, G2, …… )의 일단에는 게이트 구동부(도면미표시)가 연결되어 각각의 게이트라인에 적절한 주사신호를 보내주도록 되어 있고, 데이터라인(D1, D2, …… )의 일단에는 데이터 구동부(도면미표시)가 연결되어 각각의 데이터라인에 EL 다이오드(EL)를 구동시키기 위한 데이터 신호를 보내주도록 되어 있다.
보통의 데이터 구동부는 전압원으로 모델링이 가능하지만, 본 발명의 실시예에 따른 ELD에서는 전류미러를 사용하고 있으므로, 이의 작동을 위하여 휘도에 따라 전류를 구동할 수 있는 전류원이 필요하다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 ELD에서는 전류를 데이터라인에 공급하도록 하는 전류원으로서의 데이터 구동부를 마련한다.
상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 ELD의 작동을 설명하면 다음과 같다.
게이트 구동부(도면미표시)에 의하여 임의의 게이트라인 예를 들어, 제 1 게이트라인(G1)에 게이트 전압이 인가되고, 인가된 전압은 선택된 게이트라인(G1)에 걸린 제 1 TFT(T1)와 제 4 TFT(T4)를 동시에 턴온(turn on)시킨다. 그리고, 데이터 구동부(도면미표시)로부터 데이터라인을 걸쳐 전달된 데이터신호는 게이트신호에 의하여 이미 턴온된 제 4 TFT(T4)를 통하여 선택된 화소셀에 입력된다. 제 4 TFT(T4)에 의하여 선택된 화소셀에 인가된 데이터신호는 A 절점(A)에 인가된 후에, 게이트라인(G1)을 턴오프(turn off)시킨다. 이 때, 제 1 TFT(T1)과 제 4 TFT(T4)는 동시에 턴오프된다.
제 1 게이트라인(G1)이 다시 선택될때까지 보조용량(CSTO)이 A 절점(A)의 전압을 유지하며, 그 기간동안 드라이빙 스위칭소자인 제 2 TFT(T2)는 계속 EL부(EL)에 일정한 전류를 공급하여 발광을 하도록 한다. 이 때, 제 3 TFT(T3)와 제 2 TFT(T2)를 구비하는 전류미러에 의하여 제 2 TFT(T2)에 연결된 EL부(EL)에 흐르는 전류는 제 3 TFT(T3)에 인입된 초기의 데이터 전류에 의해 조절된다. 따라서, 전류미러에 의하여 각각의 화소셀영역에 인입된 데이터신호는 각각의 화소셀에 있는 TFT의 문턱전압의 크기에 영향을 받지 않고, 각 화소셀의 EL부(EL)에 균일한 값으로 흘러서 EL부(EL)를 구동시킨다.
대면적의 전체 화소셀에 있어서, 각 화소셀에 형성된 TFT의 문턱전압의 크기가 불균일하더라도 각 화소셀에 인입된 데이터 전류는 각 EL부에 인입되어 EL부를 구동시키므로, 각 화소셀은 동일한 휘도를 가지게 된다. 따라서, 화소간 휘도 불균일성을 해소할 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 ELD의 등가회로도이다.
EL부(EL)를 구동시키기 위한 구동 TFT인 제 2 TFT(T2)와 다른 TFT인 제 3 TFT(T3)를 구비하는 전류미러에 있어서, 제 3 TFT(T3)의 드레인과 게이트를 이어주는 부분에 게이트신호에 의하여 화소셀영역을 선택하는 선택 TFT인 제 1 TFT(T1)를 연결하도록 구성되어 있다. 그 이외의 다른 구성 부분은 본 발명의 제 1 실시예에 보인 구조와 동일하다.
도면이 보여주는 제 1, 제 2 및 제 3 TFT는 데이터라인에 제 3 TFT(T3)의 드레인이 병렬연결되고, 제 3 TFT(T3)의 드레인에 제 1 TFT(T1)의 드레인이 연결되고, 제 1 TFT(T1)의 소오스에 제 3 TFT(T3)의 게이트가 연결되고, 제 3 TFT(T3)의 게이트에 제 2 TFT(T2)의 게이트가 연결되도록 구성되어 있다.
상기 구조의 경우에도 선택 TFT인 제 1 TFT(T1)에 의해 하나의 화소셀이 선택되어지고 전류 드라이버에서 전류를 해당 화소셀에 흘러보내게 되면, 전류미러에 의하여 전류가 구동 TFT인 제 2 TFT(T2)에 흐르게 되고 구동 TFT(T2)에 의하여 EL부(EL)가 발광된다. 본 발명의 제 1 실시예와 작동과 효과가 동일하다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 ELD의 개략적인 등가회로도이다.
EL부(EL)를 구동시키기 위한 구동 TFT(T2)인 제 2 TFT(T2)와 다른 TFT인 제 3 TFT(T3)를 구비하는 전류미러에 있어서, 제 3 TFT(T3)와 제 4 TFT(T4)의 사이에 선택 TFT인 제 1 TFT(T1)를 연결하고, 제 1 TFT(T1)의 드레인을 제 3 TFT(T3)의 게이트에 접속시키도록 구성되어 있다. 그 이외의 다른 구성 부분은 본 발명의 제 1 실시예에 보인 구조와 동일하다.
도면이 보여주는 제 1, 제 2 및 제 3 TFT는 데이터라인에 제 1 TFT(T1)의 드레인이 병렬연결되고, 제 1 TFT(T1)의 소오스에 제 3 TFT(T3)의 드레인이 연결되고, 제 1 TFT(T1)의 드레인이 제 3 TFT(T3)의 게이트에 접속되고, 제 3 TFT(T3)의 게이트에 제 2 TFT(T2)의 게이트가 연결되도록 구성되어 있다.
상기 구조의 경우에도 선택 TFT인 제 1 TFT(T1)에 의해 하나의 화소셀이 선택되어지고, 전류 구동부에서 전류를 해당 화소셀에 흘러보내게 되면, 전류미러에 의하여 전류가 구동 TFT인 제 2 TFT(T2)에 흐르게 되고 제 2 TFT(T2)에 의하여 EL부(EL)가 발광된다. 본 발명의 제 1 실시예와 작동과 효과가 동일하다.
상술한 본 발명의 실시예들에서는 PMOS(도면에 보임)들로 구성되는 ELD 구조를 제시하였지만, 동일한 구조에서 PMOS 대신에 NMOS로의 대체가 물론 가능하다.
본 발명은 제시된 실시예 뿐만이 아니라, 첨부된 특허청구범위 및 언급한 상술부분을 통하여 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 동업자에 의하여 다양한 방식으로 적용될 수 있다.
본 발명은 대면적 기판에 형성되는 다수개의 화소셀에 있어서, TFT간 문턱전압의 불균일성으로 인한 휘도 불균일을 해소하기 위한 것으로, 종전의 ELD 구조에서 전류미러를 데이터라인과 EL부 사이에 설치함으로써, EL부에 흐르는 구동전류를 전체 화소셀에 걸쳐 균일하게 하여 대면적 화면의 휘도를 균일하게 할 수 있다.

Claims (8)

  1. 게이트라인과,
    상기 게이트라인에 교차하는 데이터라인과,
    상기 게이트라인에 게이트가 연결되어 게이트 신호에 의하여 임의의 화소를 선택하는 제 1 TFT와,
    상기 제 1 TFT에 의하여 선택된 임의의 화소셀에 상기 데이터라인으로부터 데이터신호를 받아 출력하도록 제 2 TFT와 제 3 TFT를 구비하도록 구성되는 전류미러부와,
    상기 전류미러부의 제 2 TFT의 드레인에 연결되어 상기 전류미러부로부터 출력되는 신호로 구동되는 EL다이오드를 구비하는 전기발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터라인의 일단에는 데이터 구동부가 연결되어 있고, 상기 데이터 구동부는 전류 구동원인 전기발광소자.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 TFT의 구성은,
    상기 데이터라인에 상기 제 3 TFT의 드레인이 병렬연결되고,
    상기 제 3 TFT의 드레인에 상기 제 3 TFT의 게이트가 접속되고,
    상기 제 3 TFT의 게이트에 상기 제 1 TFT의 드레인이 연결되고,
    상기 제 1 TFT의 소오스에 상기 제 2 TFT의 게이트가 연결되도록 구성되는 전기발광소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 게이트라인에 게이트가 상기 제 1 TFT의 게이트와 공통으로 연결되고, 상기 데이터라인과 상기 제 3 TFT가 연결되는 부분에 위치하는 제 4 TFT를 더 포함하는 전기발광소자.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 TFT의 구성은,
    상기 데이터라인에 상기 제 3 TFT의 드레인이 병렬연결되고,
    상기 제 3 TFT의 드레인에 상기 제 1 TFT의 드레인이 연결되고,
    상기 제 1 TFT의 소오스에 상기 제 3 TFT의 게이트가 연결되고,
    상기 제 3 TFT의 게이트에 상기 제 2 TFT의 게이트가 연결되도록 구성되는 전기발광소자.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 게이트라인에 게이트가 상기 제 1 TFT의 게이트와 공통으로 연결되고,
    상기 데이터라인과 상기 제 3 TFT가 연결되는 부분에 위치하되, 상기 제 3 TFT의 드레인과 상기 제 1 TFT의 드레인을 연결하는 절점에 소오스가 연결되는 제 4 TFT를 더 포함하는 전기발광소자.
  7. 청구항 2에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 TFT의 구성은,
    상기 데이터라인에 제 1 TFT의 드레인이 병렬연결되고,
    상기 제 1 TFT의 소오스에 상기 제 3 TFT의 드레인이 연결되고,
    상기 제 1 TFT의 드레인에 상기 제 3 TFT의 게이트가 접속되고,
    상기 제 3 TFT의 게이트에 상기 제 2 TFT의 게이트에 연결되도록 구성되는 전기발광소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 게이트라인에 게이트가 상기 제 1 TFT의 게이트와 공통으로 연결되고,
    상기 데이터라인과 상기 제 1 TFT가 연결되는 부분에 위치하는 제 4 TFT를 더 포함하는 전기발광소자.
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