KR20010096759A - 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로 - Google Patents

Abstract

유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로를 제공하기 위한 것으로서, 스위칭 제어부에 의해 입력 전압을 제어하여 입력된 입력 전압과 소정의 기준 전압의 전위차 만큼 전하를 축적하는 충전부와, 스위칭 제어에 따라 선택적으로 입력 전압 또는 충전부의 전압을 인가하여 전류를 조절하는 2개 이상의 저전압을 가지는 소자로 구성된 구동부와, 구동부에 흐르는 전류에 의해 빛을 발광하는 유기 발광 소자와, 구동부의 양 끝단에 전압을 인가하여 구동부에 흐르는 전류를 제어하고 유기 발광 소자의 휘도를 조절하는 전원부로 구성되며, 2 개 이상의 저전압을 가지는 소자를 직렬로 연결하여 상기 소자들과 유기 발광 소자에 적당히 전압을 분배하여 소자의 파손을 막을 수 있고, 고전압용 소자를 사용한 효과를 낼 수 있는 동시에 전원부에 인가되는 전압의 범위가 넓어지기 때문에 유기 발광 소자에 전류가 많이 흘려 주어 유기 발광 소자의 휘도를 높일 수 있다.

Description

유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로{Active Current Drive Circuit of Organic Light Emitting Device}

본 발명은 유기 EL 패널의 전류 구동 회로에 관한 것으로, 특히 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로에 관한 것이다.

최근 기존의 브라운관을 대체하는 디스플레이 개념이 비약적으로 발전하고있으며, 크기와 효용성 면에서도 다양한 형태의 평판 디스플레이가 나오고 있다. 또한 집적화된 FET(field emitting tracsistor)와의 조합으로 집적소자와 유사한 디스플레이도 개발되어 몸에 지닐 수 있는 HMD(Head Mount Display)와 같이 소형화된 화면도 구현되고 있다. 이러한 소형화와 더불어 천연색에 가까운 색을 제어할 수 있는 기술이 보다 요구되기 때문에 집적화와 더불어 그 분해능 또한 개발의 성공 여부를 가늠하는 관건으로 등장하였다.

실리콘 공정에서 집적도를 높이기 위해서는 저전압에서 구동되는 FET와 더불어 고전압을 사용하는 외부 소자의 인터페이스는 경제성과 저전압 소자를 사용한 전류 구동을 할 필요가 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 유기 발광 소자(OLED)의 구동 회로도이다.

Q1은 게이트 입력용으로 쓰는 스위칭 FET로서 스위칭에 따라 Q2게이트에 전압을 인가하여 Q2를 온 또는 오프시켜 전도 경로를 열었다 닫았다 해서 Q2의 입력을 조절한다. Q1이 온되었을 때, 소오스(S2)에서 드레인(D2)으로 어느 정도의 전류가 흘러 OLED에 걸리는 전압이 3.5V∼7.0V 사이의 값을 가지면 OLED가 동작하여 빛을 발하는 동시에, C1 커패시터는와의 차 전압만큼 전하를 축적한다.

따라서 C1 커패시터는 상기 Q1이 온되었을 때 축적된 전하를 Q1이 오프되었을 때도 그대로 보존해서 Q2에 걸리는 게이트 전압()을 그대로 유지하여 Q2를 온시킬 수 있는 전압을 제공한다. 즉, Q2 는 게이트 전압()에 따라 Q2의 소오스(S2)와 드레인(D2) 사이에 흐르는 전류를 제어한다. Q2의 작동점에서 동작할수 있도록 Q2와 OLED에 상기 제어된 전류가 흘러 전압 분배를 한다.

이를 Q2의 온과 오프의 관점에서 생각을 해 본다면, Q2가 온되었을 때는 Q2의 소오스(S2)와 드레인(D2) 사이의 전압은 낮아지고, OLED에 걸리는 전압이 증가해서 전류가 증가한다.

Q2가 오프되었을 때는 Q2의 소오스(S2)와 드레인(D2) 사이에+전압의 거의 대부분이 걸리게 되어, OLED에는 거의 전압이 걸리지 않게 된다. 이때,+로 OLED의 작동 영역인 3.5V∼7.0V를 제어하려면 Q2가 오프되었을 때 3.5V 공정 트랜지스터인 경우 상기 Q2 소자가 파괴된다.

도 2 는 클램프 다이오드가 부착된 기본적인 OLED 엑티브 구동 회로도이다.

도 1 에 도시된 바와 같이 Q2가 오프되었을 때 트랜지스터 Q2의 파손 문제를 해결하기 위해, Q2의 드레인(D2)을 -0.7V 이하로 내려가지 않도록 다이오드 역할을 하는 드레인(D3)과 게이트(G3)가 연결된 Q3를 Q2의 드레인(D2)에 클램프 시켜준다.

의 전압이 2.6V이고, 트랜지스터 Q2가 3.3V에서 동작 가능하다고 가정한다. 그러면 Q2가 오프시 Q2에 걸리는 전압이 3.3V 이상이 걸리지 않도록 Q2의 드레인(D2) 전압을 -0.7V 이하로 내려가지 않도록 고정시켜야 한다. 즉, Q3는 Q2의 드레인(D2) 부분이 -0.7V 이하로 내려갈 때 Q3의 소오스(S3)와 드레인(D3)을 도통시켜줌으로써 Q2의 드레인을 -0.7V이하로 내려가지 않게 한다.

Q2가 온시에, 즉 Q2의 드레인(D2)이 양의 전위로 올라갈 때는 Q3의 드레인(D3)과 소오스(S3)가 역방향 전압이 인가되어 Q3쪽으로 전류가 흐르지 않고OLED도 발광을 하지 않게 된다.

이를 OLED 입장에서 생각한다면, Q2 드레인(D2) 전위가 -0.7V보다 클 때에 즉, Q2가 온시에는 OLED에 걸리는 전압이 높아서 전류가 많이 흐르고 OLED가 발광을 한다. 그리고 Q2 드레인(D2) 전위가 -0.7V보다 적게 될 시점에, 즉 Q2가 오프되어 파손되기 전에 Q3를 도통시키고 -0.7V에 클램프 시킨다. 그러면 OLED에 걸리는 전압이-0.7V 로 줄어들어 OLED에 걸리는 전압이 낮아져 전류가 적게 흐르고 OLED가 발광을 하지 않는다.

이때,-0.7V가 OLED가 발광하기 시작하는 3.5V 보다 크다면 Q2가 오프가 되었을 때에도 빛이 나오게 된다. 따라서를 4.2V 보다 크게 해서는 안된다.가 4.2V 인 경우, Q2가 완전히 온이 되었을 때 Q2의 드레인(D2)의 전위가 양의 값으로 상승해서, 예를 들어 2.8V로 올라가면 합계 7V의 전압이 OLED에 걸리게 된다. 그리고, Q2의 드레인(D2) 소오스(S2) 간에 기본적으로 1.0V 정도가 걸리면 트랜지스터 Q2의 소오스(S2)에 3.8V가 걸리고, Q2가 오프시 클램프 다이오드에 의해 D2가 -0.7V가 되어 Q2 양단에는 4.5V가 걸리게 된다. 이는 3.3V 저전압을 갖는 트랜지스터를 쓰는데 한계를 준다.

따라서 클램프 다이오드 역할을 하는 Q3를 달았을 경우에는 트랜지스터가 파손되지 않기 위해와전압의 범위가 한정이 되게 된다.

이상에서 설명한 종래 기술에 따른 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 트랜지스터가 오프되어 유기 발광 소자가 발광하지 않을 때, 트랜지스터 양단에 걸리는 전압이 크게 되어 저전압을 가지는 트랜지스터가 파괴되므로 고전압용 소자를 사용해야 하는 문제점이 있다.

둘째, 트랜지스터가 오프될 때 트랜지스터에 걸리는 전압을 일정하게 해주어 트랜지스터가 파괴되지 않음과 동시에 유기 발광 소자가 발광하지 않도록 하기 위해 회로에 인가되는 전압의 범위가 한정되는 문제점이 있다.

셋째, 상기 회로의 전압의 범위가 한정됨으로써 트랜지스터가 온시에 유기 발광 소자에 걸리는 전압이 작기 때문에 휘도의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, OLED가 발광하지 않을 때 트랜지스터의 하한치 전압을 고정시켜 트랜지스터를 보호함과 동시에 저전압용 트랜지스터 여러 개를 직렬로 연결하여 유기 발광 소자가 동작하지 않기 위해 회로에 인가하는 전압의 범위를 크게 하는 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 유기 발광 소자(OLED)의 구동 회로도

도 2 는 종래 기술에 따른 클램프 다이오드가 부착된 기본적인 유기 발광 소자(OLED)의 엑티브 구동 회로도

도 3a 및 도 3b 는 저전압을 갖는 트랜지스터를 이용한 유기 발광 소자(OLED)의 엑티브 구동 회로를 위한 기본 개념 도식도

도 4 는 도 3a 및 도 3b 의 기본 개념을 회로로 구현한 유기 발광 소자(OLED)의 엑티브 구동 회로도

도 5 는 4 개의 FET 소자를 사용하여가 낮아진 경우의 유기 발광 소자(OLED)의 엑티브 구동 회로도

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로의 특징은 입력 전압을 제어하는 스위칭 제어부와, 상기 스위칭 제어부에 의해 입력된 입력 전압과 소정의 기준 전압의 전위차 만큼 전하를 축적하는 충전부와, 상기 스위칭 제어에 따라 선택적으로 입력 전압 또는 충전부의 전압을 인가하여 전류를 조절하는 2개 이상의 소자로 구성된 구동부와, 상기 구동부에 흐르는 전류에 의해 빛을 발광하는 유기 발광 소자와, 상기 구동부의 양 끝단에 전압을 인가하여 상기 구동부에 흐르는 전류를 제어하고 상기 유기 발광 소자의 휘도를 조절하는 제 1 전원부를 포함하여 구성되는데 있다.

상기 구동부의 소자들은 서로 포화 특성이 다르고 상기 전원부 사이에 직렬로 연결되고, 상기 유기 발광 소자는 상기 전원부 사이에 상기 구동부의 소자들과 직렬로 연결되어, 상기 구동부의 소자들과 상기 유기 발광 소자는 상기 제 1 전원부에 의해 공급된 전압을 분배한다.

상기 스위칭 제어부에 직접 연결된 상기 구동부에 있는 소자의 하단에는 상기 소자의 하한치 전압을 제한하는 소자를 더 포함하여 구성되고, 상기 소자는 클램프 다이오드 또는 FET 중 어느 하나로 구성된다.

그리고, 상기 충전부는 상기 스위칭 제어부가 오프되었을 때에 구동부의 각각의 소자에 전압을 인가해 주는 2개 이상의 커패시터와, 상기 커패시터 중 마지막 단에 상기 기준 전압을 공급하는 제 2 전원부로 구성된다.

상기 커패시터는 구동부의 소자들이 동일하게 스위칭 되도록 상기 각각의 소자의 특성 및 상기 구동부의 입력 전압에 따라 결정되고, 상기 스위칭 제어부와 상기 구동부의 소자들은 CMOSFET(field effect transistor)로 구성된다.

본 발명의 특징에 따른 작용은 종래의 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로에 저전압을 가지는 트랜지스터를 더 추가하는 구성으로, 상기 저전압을 가지는 다수 개의 트랜지스터를 직렬로 유기 발광 소자와 연결하여 상기 유기 발광 소자가 발광하지 않을 때 트랜지스터에 걸리는 전압을 줄여 트랜지스터의 파손을 방지함과 동시에, 제한된 전압의 범위를 넓힐 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 저전압 공정에 의해 제작된 트랜지스터에 고전압이 걸리지 않도록 하는 기본 개념에 대한 도식도이다.

OLED와 같이 비교적 높은 전압에서 작동하는 발광 소자를 3.3V용으로 제작된 FET와의 인터페이스에 관한 회로를 개념적으로 도식한 도면이다.

에 걸리는 전압을 2.6V로 하고 다이오드에 의해 저항 r1 하단에는 -0.7V로 다이오드 D1에 의해 클램프 되어 있고,전압은 7.OV이라고 하자. 따라서 도 3a 에 도시된 바와 같이 r1에는 3.3V의 전압이 걸리게 되며, 저항 r2는 OLED와 합하여 6.3V의 전압이 걸리게 된다.

이를 저항 관점에서 본다면 OLED의 저항과 r2의 저항값의 비에 의해 나누어져 전압이 걸리게 되며, 이때 도 3a 및 도 3b 와 같이 r2에 걸리는 전압을 OLED가 온 및 오프되더라도 3.3V를 넘기지 않도록 하는 것이 주요 개념의 출발점이다.

먼저 도 3a 에 도시된 바와 같이 r1에 걸리는 전압은 3.3V로 고정되고, r2 값을 작게 줄이면 OLED의 벌크 저항이 크기 때문에 대부분의 전압이 OLED에 걸리게 되어 OLED는 발광을 하게 된다.

그리고, 도 3b 에 도시된 바와 같이 r1에 걸리는 전압은 3.3V로 고정되고, r2의 값을 큰 저항인 R로 증가시켜 OLED가 오프되어 발광하지 않도록 OLED의 벌크 저항에 근접하는 값을 취하면, 저항 R에 걸리는 전압과 OLED에 걸리는 전압이 적당하게 분배된다. 이때 OLED에 걸리는 전압은 빛이 나오기 시작하는직전의 값을 사용하여 OLED를 오프시킬 수 있는 최대한의 높은 전위차가 OLED에 걸리도록 저항 R을 조절하여 맞추어 준다. 이와 같은 기본 아이디어를 사용하여 저항 R에 걸리는 전압이 3.3V 보다 작게 걸리도록 만든다.

도 4 는 도 3a 및 도 3b 의 기본 개념을 회로로 구현한 도식도이다.

도 3a 및 도 3b 에 도시된 저항 r1을 Q2로 구현하고, r2 및 저항 R을 p-MOS인 Q4로 구현을 하고, C2를 덧붙이고 음의 전압인 -를 인가한다.

가 Q1을 온시켜가 전압치로 들어가고 있을 때, Q4의 게이트에는와 -사이의 값을 가지게 된다. C1과 C2 값의 비와 인가된에 따라 Q4의 게이트(G4) 전압은 조정된다. C1과 C2의 값의 비에 따라 게이트 전압(G4)을 조정하면, Q2의 온과 오프 상황에 따라 Q4도 같이 온과 오프 경향을 따라가게 되며, 이를 저항의 관점에서 본다면 저항의 감소 및 증가로 나타나게 될 것이다.

Q2가 온되었을 때, Q2의 드레인(D2)의 전위는 +2.6V 전위쪽으로 이동하게 되며, 이에 따라 Q4 게이트(G4)와 소오스(S4) 사이의 전위차가 나게 되어 Q4도 같이 온이 된다. 따라서 Q4의 드레인(D4)은 양의 값으로 상승하게 되어 OLED 자체에 걸리는 전위를 최대의 세기로 발광할 수 있도록 충분한 전압을 걸어줄 수 있게 된다.

Q2가 오프되었을 때, Q2 드레인(D2)의 전위는 낮아지게 되어 Q3로 클램프된 -0.7V까지 떨어지게 되며, 이때 Q4의 게이트(G4)-소오스(S4) 전위는 Q2의 경우와 마찬가지로 오프 상태에 근접하게 된다.

오프에 근접한 Q4를 도 3b 에 도시된 바와 같은 큰 저항 R로 바꾸어 생각할 수 있다. Q4의 오프에 가까운 저항 R을 OLED의 발광 직전의 문턱의 저항에 유사하게 맞추어 주어 저항 분배에 의해 Q4에 걸리는 전압을 3.3V이하로 맞추어 Q4가 파손되는 것을 방지한다. 그 결과 Q2 와 Q4 가 오프될 때 Q4가 파손되지 않고, OLED도 발광하지 않게 된다.

도 5 는 캐소드의 전위인가 보다 낮아진 경우에 대한 저전압 트랜지스터 구동회로의 예이다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 도 4 에 도시된 바와 같은 전압분배 저항 트랜지스터인 Q4를 Q4와, Q5 및 Q6로 직렬 연결하고 적절히 커패시턴스 값도 설정해 준다.가 Q1을 온시켜가 전압치로 들어가고 있을 때, Q4와, Q5 및 Q6의 게이트는와 -사이의 값을 가지게 된다. C1, C2, C3, C4 값의 비와 인가된에 따라 Q4의 게이트(G4) 전압이 조정된다. 게이트 전압(G4)을 조정하면, Q2의 온과 오프 상황에 따라 Q4, Q5, Q6도 같이 온과 오프 경향을 따라가게 되며, 이를 저항의 관점에서 본다면 저항의 감소 및 증가로 나타난다. Q2가 온될 때 Q4, Q5, Q6도 같이 온이 되어 저항이 감소하게 되고, Q2가 오프될 때 Q4, Q5, Q6도 같이 오프가 되어 저항이 증가하게 된다.

즉, Q4, Q5, Q6를 저항으로 간주하여 볼 수 있다. 트랜지스터 Q4 만 존재하는 도 4 에 도시된 바와 같이, Q2가 오프로 가까이 가고 OLED가 작동하지 않을 때, 트랜지스터 Q4가 손상되지 않을 정도의 최대치의 전압에 상응하는 트랜지스터를 사용해야 한다. 그 만큼 파괴되지 않을 정도의 전압을 가지는 트랜지스터를 사용해야 한다.

반면에 Q2가 오프로 가까이 가고 OLED가 작동하지 않을 때, Q4, Q5, Q6와 같이 저전압을 가지는 트랜지스터를 직렬로 다수 개를 연결함으로써, OLED가 작동하지 않을 만큼의 제한된 전압의 범위를 넓힐 수 있다.

그리고, 오프시에 높은 전압을 가지는 트랜지스터를 동일하게 사용할 경우보다 트랜지스터의 개수를 적게 사용했을 때 보다 다수 개를 직렬로 연결하여 사용하면 제한된 전압 범위를 넓힐 수 있다.

따라서 도 2 에 도시된 바와 같은 제한된 작동영역에 대해 보다 높은 전압범위로써 전류구동을 하여 OLED를 구동한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 OLED 엑티브 전류 구동 회로 는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 클램프 다이오드와 트랜지스터를 사용하여 트랜지스터와 OLED에 적당히 전압 분배하여 인가되는 전압의 범위가 넓어지는 효과를 가진다.

둘째, 클램프 다이오드와 다수 개의 저전압을 가지는 트랜지스터를 직렬로 연결하여 상기 다수 개의 트랜지스터와 유기 발광 소자에 적당히 전압 분배하기 때문에 고전압용 트랜지스터를 사용한 효과를 낼 수 있는 동시에 인가되는 전압의 범위가 넓어지는 효과가 있다.

셋째, 상기 다수 개의 저전압용 트랜지스터를 직렬로 연결하여 전압의 범위가 넓어지기 때문에 유기 발광 소자에 전류가 많이 흘러 유기 발광 소자의 휘도를 높게하는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (10)

1. 입력 전압을 제어하는 스위칭 제어부와,

   상기 스위칭 제어부에 의해 입력된 입력 전압과 소정의 기준 전압의 전위차 만큼 전하를 축적하는 충전부와,

   상기 스위칭 제어에 따라 선택적으로 입력 전압 또는 충전부의 전압을 인가하여 전류를 조절하는 2개 이상의 소자로 구성된 구동부와,

   상기 구동부에 흐르는 전류에 의해 빛을 발광하는 유기 발광 소자와,

   상기 구동부의 양 끝단에 전압을 인가하여 상기 구동부에 흐르는 전류를 제어하고 상기 유기 발광 소자의 휘도를 조절하는 제 1 전원부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동부의 소자들은 서로 포화 특성이 다르고 상기 제 1 전원부 사이에 직렬로 연결됨을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 상기 제 1 전원부 사이에 상기 구동부의 소자들과 직렬로 연결됨을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 구동부의 소자들과 유기 발광 소자는 상기 제 1 전원부에 의해 공급된 전압을 분배함을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 제어부에 직접 연결된 상기 구동부에 있는 소자의 하단에는 상기 소자의 하한치 전압을 제한하는 소자를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 소자는 클램프 다이오드 또는 FET 중 어느 하나임을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 충전부는

   상기 스위칭 제어부가 오프되었을 때에 구동부의 각각의 소자에 전압을 인가해 주는 2개 이상의 커패시터와,

   상기 커패시터 중 마지막 단에 상기 기준 전압을 공급하는 제 2 전원부로 구성됨을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 커패시터는 구동부의 소자들이 동일하게 스위칭 되도록 상기 각각의 소자의 특성 및 상기 구동부의 입력 전압에 따라 결정함을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 구동부의 소자들은 CMOSFET(field effect transistor)임을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로.
10. 1 항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는 CMOSFET 임을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 엑티브 전류 구동 회로.