KR20030014778A - 유기전기발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 능동행렬 유기전기발광소자에 관한 것이다.
능동행렬 유기전기발광소자에서, 박막 트랜지스터의 온 전류는 데이터 배선의 신호지연으로 인해, 데이터 패드부와 인접한 영역에서 데이터 패드부의 반대쪽으로 갈수록 작아지게 된다. 따라서, 데이터 패드부에서 멀어질수록 휘도가 감소되는 문제가 발생한다.
본 발명에 따른 능동행렬 유기전기발광소자에서는 데이터 신호가 인가되는 데이터 패드부와 인접한 영역에서 데이터 패드부의 반대쪽으로 갈수록 박막 트랜지스터의 채널 폭과 채널 길이 비가 커지도록 하여, 박막 트랜지스터의 온 전류를 균일하게 한다. 따라서, 모든 영역에서 균일한 휘도를 가지는 능동행렬 유기전기발광소자를 제공할 수 있다.

Description

유기전기발광소자{organic electroluminescence display}
본 발명은 유기전기발광소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 능동행렬 유기전기발광소자에 관한 것이다.
현재 텔레비전이나 모니터와 같은 디스플레이 장치에는 음극선관(cathode ray tube : CRT)이 주된 장치로 이용되고 있으나, 이는 무게와 부피가 크고 구동전압이 높은 문제가 있다. 이에 따라, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었으며, 액정 표시 장치(liquid crystal display)와 플라즈마 표시 장치(plasma display panel), 전계 방출 표시 장치(field emission display), 그리고 전기 발광 표시 장치(또는 전기발광소자라고도 함 : electroluminescence display(ELD))와 같은 다양한 평판 표시 장치가 연구 및 개발되고 있다.
이중 전기발광소자는, 형광체에 일정 이상의 전기장이 걸리면 빛이 발생하는 전기발광(electroluminescence : EL) 현상을 이용한 표시 소자로서, 캐리어들의 여기를 일으키는 소스(source)에 따라 무기(inorganic)전기발광소자와 유기전기발광소자(organic electroluminescence display : OELD 또는 유기 ELD)로 나눌 수 있다.
이중, 유기전기발광소자가 청색을 비롯한 가시광선의 모든 영역의 빛이 나오므로 천연색 표시 소자로서 주목받고 있으며, 이는 높은 휘도와 낮은 동작전압과 같은 장점도 가진다. 게다가, 자체 발광이므로 명암대비(contrast ratio)가 크고 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 공정이 간단하여 환경 오염이 비교적 적다. 또한, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고 시야각의 제한이 없으며, 저온에서도 안정적이고 직류 5 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
이러한 유기전기발광소자는 구조가 무기전기발광소자와 비슷하지만, 발광원리는 전자와 정공의 재결합에 의한 발광으로 이루어지므로 유기 발광다이오드 (organic light emitting diode : OLED 또는 유기 LED)라고 부르기도 한다. 따라서, 이하에서는 유기 LED라고 칭하기로 한다.
최근, 다수의 화소를 매트릭스 형태로 배열하고 각 화소에 스위칭 소자를 연결한 능동행렬(active matrix) 형태가 평판 표시 장치에 널리 이용되는데, 이를 유기전기발광소자에 적용한 능동행렬 유기 LED에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 능동행렬 유기 LED를 도시한 평면도로서, 도시한 바와 같이 능동행렬 유기 LED(10)는 화상을 표시하는 표시영역(11)과, 상기 표시영역(11) 가장자리의 비표시영역(12)으로 이루어진다.
표시영역(11)에는 화소(23)가 매트릭스 형태로 배열되어 있는데, 화소(23)는 다수의 게이트 배선(21)과 데이터 배선(22)이 교차하여 정의하는 화소 영역에 위치한다. 한 화소는 발광 다이오드(도시하지 않음)와 박막 트랜지스터(도시하지 않음)를 각각 포함한다. 비표시영역(12)에는 외부의 구동회로(도시하지 않음)에서 생성된 신호를 표시영역(11)의 박막 트랜지스터에 인가하기 위한 게이트 패드부(13) 및 데이터 패드부(14)가 각각 형성되어 있다.
이러한 능동행렬 유기 LED의 한 화소 구조에 대한 일례를 도 2에 도시하였는데, 여기서는 한 화소에 박막 트랜지스터와 발광 다이오드를 각각 하나씩 포함한다.
도시한 바와 같이, 능동행렬 유기 LED의 한 화소는 게이트 배선(21) 및 데이터 배선(22)과 연결되어 있는 박막 트랜지스터(23)와, 박막 트랜지스터(23)로부터 신호를 전달받는 발광 다이오드(24)로 이루어진다. 따라서, 게이트 배선(21)의 신호에 의해 박막 트랜지스터(23)가 온(on) 되었을 때, 데이터 배선(22)의 신호가 발광 다이오드(24)에 인가되어 빛이 발생한다.
이때의 박막 트랜지스터 구조를 도 3에 도시하였는데, 도시한 바와 같이 박막 트랜지스터는 게이트 전극(31)과 소스 및 드레인 전극(33, 34), 그리고 채널(CH)이 형성되는 액티브층(32)으로 이루어진다. 여기서, 도 3의 L은 채널(CH)의 길이를 나타내며, W는 채널(CH)의 폭을 나타낸다.
이러한 박막 트랜지스터의 게이트 전극(31)에 신호가 인가되어 박막 트랜지스터가 온이 되었을 때, 채널(CH)을 통해 소스 및 드레인 전극(33, 34) 사이에 흐르는 전류(Ion)는
로 표현된다.
여기서, μeff는 전계효과 이동도, Cg는 단위면적당 게이트의 정전 용량, Vg는 게이트 전극에 인가된 전압, 그리고 Vth는 문턱전압을 나타낸다.
이 온 전류(Ion)는 데이터 배선(도 1 및 도 2의 22)을 통해 전달되는 데이터 신호에 의한 것으로서, 데이터 패드부(도 1의 14)로부터 인가되므로 데이터 배선(22)의 신호지연으로 인해, 도 1의 B 영역에 위치하는 박막 트랜지스터(도 1의 23)의 온 전류(Ion)는 A 영역에 위치하는 박막 트랜지스터(23)의 온 전류(Ion)에 비해 작아지게 된다.
따라서, 데이터 패드부(14)와 인접한 A 영역에서 데이터 패드부(14)의 반대쪽에 위치하는 B 영역으로 갈수록 휘도가 감소되는 문제가 발생한다.
또한, 최근에는 표시 장치의 고정세화가 요구됨에 따라 배선의 폭이 작아지게 되어, 배선의 저항이 더 커지게 되므로 신호지연에 의한 영역별 휘도 차이가 더욱 크게 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 균일한 휘도를 가지는 능동행렬 유기 LED를 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 능동행렬 유기전기발광소자를 도시한 평면도.
도 2는 종래의 능동행렬 유기전기발광소자의 한 화소 구조에 대한 일례를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 박막 트랜지스터 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 능동행렬 유기전기발광소자를 도시한 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 능동행렬 유기전기발광소자의 한 화소 구조를 도시한 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 능동행렬 유기전기발광소자의 박막 트랜지스터 구조를 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 능동행렬 유기 LED110 : 기판
120 : 표시영역121 : 게이트 배선
122 : 데이터 배선123 : 화소
124 : 공급선130 : 비표시영역
131 : 게이트 패드부132 : 데이터 패드부
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 능동행렬 유기 LED에서는 화상의 표시영역과 비표시영역으로 정의되는 기판의 표시영역에 교차하여 화소 영역을 정의하는 다수의 게이트 배선과 데이터 배선이 형성되어 있고, 화소 영역에는 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결된 박막 트랜지스터와 발광 다이오드를 적어도 하나 이상 포함하는 화소가 위치한다. 다음, 비표시영역에는 게이트 배선 및 데이터 배선에 각각 신호를 인가하기 위한 게이트 패드부 및 데이터 패드부가 위치한다. 여기서, 데이터 패드부에 인접한 제 1 박막 트랜지스터보다 데이터 패드부의 반대쪽에 위치하는 제 2 박막 트랜지스터의 채널 폭과 길이 비(채널 폭/채널 길이)가 더 큰 것이 바람직하다.
이때, 제 2 박막 트랜지스터의 채널 길이가 제 1 박막 트랜지스터의 채널 길이보다 작을 수 있으며, 또는 제 2 박막 트랜지스터의 채널 폭이 제 1 박막 트랜지스터의 채널 폭보다 클 수도 있다.
한편, 본 발명에서 화소는 데이터 신호 및 게이트 신호에 의해 동작하는 스위칭 박막 트랜지스터와, 스위칭 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 드라이빙 박막 트랜지스터, 드라이빙 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 발광 다이오드, 그리고 스위칭 박막 트랜지스터 및 드라이빙 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 스토리지 캐패시터를 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 능동행렬 유기 LED에서는 데이터 신호가 인가되는 데이터 패드부와 인접한 영역에서 데이터 패드부의 반대쪽으로 갈수록 박막 트랜지스터의 채널 폭과 채널 길이 비가 커지도록 하여, 박막 트랜지스터의 온 전류를 균일하게 한다. 따라서, 모든 영역에서 균일한 휘도를 가지는 능동행렬 유기 LED를 제공할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 능동행렬 유기 LED에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 능동행렬 유기 LED의 평면도로서, 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 능동행렬 유기 LED(100)는 기판(110) 상의 영역이 화상이 표현되는 표시영역(120)과, 표시영역(120) 가장자리의 비표시영역(130)으로 정의된다.
표시영역(120)에는 가로 방향으로 연장된 다수의 게이트 배선(121)과 세로 방향으로 연장된 다수의 데이터 배선(122)이 형성되어 있다. 게이트 배선(121)과 데이터 배선(122)이 교차하여 정의되는 영역에는 게이트 배선(121) 및 데이터 배선(122)에 연결된 화소(123)가 위치하며, 화소(123)는 화상신호가 전달되는 공급선(supply line)(124)과도 연결되어 있다.
다음, 비표시영역(130)에는 표시영역(120)의 게이트 배선(121)과 데이터 배선(122), 그리고 공급선(124)에 각각 신호를 인가하기 위한 게이트 패드부(131)와 데이터 패드부(132) 및 공급선 패드부(133)가 형성되어 있다.
이러한 능동행렬 유기 LED의 한 화소는 발광 다이오드와 적어도 하나 이상의박막 트랜지스터를 포함하는데, 본 발명에서는 박막 트랜지스터를 두 개 포함한 경우에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 능동행렬 유기 LED의 한 화소 구조를 도시한 것으로서, 도시한 바와 같이 화소(도 4의 123)는 스위칭 박막 트랜지스터(125)와 드라이빙 박막 트랜지스터(126), 스토리지 캐패시터(127), 그리고 발광 다이오드(128)로 이루어진다. 여기서, 스위칭 박막 트랜지스터(125)의 게이트 전극은 게이트 배선(121)과 연결되고, 소스 전극은 데이터 배선(122)과 연결되어 있으며, 드레인 전극은 드라이빙 박막 트랜지스터(126)의 게이트 전극과 연결되어 있다. 다음, 드라이빙 박막 트랜지스터(126)의 소스 전극은 발광 다이오드(128)의 애노드(anode)와, 그리고 드라이빙 박막 트랜지스터(126)의 드레인 전극은 공급선(124)과 각각 연결되어 있다. 발광 다이오드(128)의 캐소드(cathode)는 접지되어 있으며, 스토리지 캐패시터(127)의 일 전극은 스위칭 박막 트랜지스터(125)의 드레인 전극 및 드라이빙 박막 트랜지스터(126)의 게이트 전극과 연결되고, 스토리지 캐패시터(127)의 타 전극은 드라이빙 박막 트랜지스터(126)의 드레인 전극 및 공급선(124)과 연결되어 있다.
게이트 배선(121)의 신호에 의해 스위칭 박막 트랜지스터(125)가 동작하여 데이터 배선(122)의 신호가 드라이빙 박막 트랜지스터(126)에 전달되고, 이 신호에 의해 드라이빙 박막 트랜지스터(126)가 동작함으로써 공급선(124)의 화상신호 Vdd가 발광 다이오드(128)에 전달되어, 발광 다이오드(128)에서 빛이 나오게 된다. 이때, 스토리지 캐패시터(127)는 드라이빙 박막 트랜지스터(126)의 킥백전압(kick-back voltage)을 감소시키는 역할을 한다.
본 발명에서는 한 화소에 박막 트랜지스터가 두 개 포함된 경우에 대해 설명하였는데, 한 화소에 박막 트랜지스터를 네 개 포함하도록 하여 화질을 균일도를 높일 수도 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 도 4의 데이터 패드부(132)에서 인가된 데이터 신호는 데이터 배선(122)의 저항에 의해 신호 지연이 발생하게 하여, 데이터 패드부(132)와 인접한 C 영역에서 데이터 패드부(132)의 반대쪽 즉, 데이터 패드부(132)에서 먼 D 영역으로 갈수록 스위칭 박막 트랜지스터(125)의 온 전류(Ion) 사이에 차이가 발생한다. 다시 말하면, D 영역에 위치하는 박막 트랜지스터의 온 전류(Ion)가 C 영역에 위치하는 박막 트랜지스터의 온 전류(Ion)에 비해 더 작은 값을 가진다. 이에 따라, C 영역에서 D 영역으로 갈수록 스위칭 박막 트랜지스터(125)의 충전(charging) 능력이 저하되게 된다.
박막 트랜지스터의 온 전류(Ion)는 앞서 언급한 식과 같이 표현되는데, 여기서 각 박막 트랜지스터는 동일한 공정에 의해 형성되고 동일한 구동 조건에 의해 동작하므로, 박막 트랜지스터의 채널 폭(W)과 길이(L)를 변화시킴으로써 C 영역과 D 영역에서의 박막 트랜지스터의 온 전류(Ion)를 동일하게 할 수 있다.
또한, 드라이빙 박막 트랜지스터(126)도 공급선 패드부(133)에서 멀어질수록 배선 저항에 의해 전압강하가 일어나게 된다. 이에 따라 C 영역에서 D 영역으로 갈수록 발광 다이오드(128)에 전달되는 화상 신호가 저하되어 휘도가 불균일한 문제가 있다.
따라서, 드라이빙 박막 트랜지스터의 채널 폭(W)과 길이(L)를 변화시킴으로써 전압 강하를 보상하여 휘도 불균일을 감소시킬 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 능동행렬 유기 LED의 박막 트랜지스터 구조에 대해 도 6 및 도 7에 각각 도시하였는데, 도 6은 도 4의 C 영역에 위치하는 박막 트랜지스터를 도시한 것이고, 도 7은 도 4의 D 영역에 위치하는 박막 트랜지스터를 도시한 것이다. 이때, 박막 트랜지스터는 스위칭 박막 트랜지스터일 수 있고, 또는 드라이빙 박막 트랜지스터일 수도 있으며, 둘 다일 수도 있다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터(140, 150)는 게이트 전극(141, 151)과 소스 전극(143, 153) 및 드레인 전극(144, 154), 그리고 채널(CH1, CH2)이 형성되는 액티브층(142, 152)으로 각각 이루어진다. 여기서, L1과 L2는 각각 제 1 및 제 2 박막 트랜지스터의 채널(CH1, CH2) 길이를 나타내는 것으로서, 소스 전극(143, 153)과 드레인 전극(144, 154) 사이의 거리에 해당하며, W1과 W2는 각각 제 1 및 제 2 박막 트랜지스터의 채널(CH1, CH2) 폭을 나타내는 것으로서, 소스 전극(143, 153) 또는 드레인 전극(144, 154)의 폭에 해당한다.
이때, D 영역에 위치하는 박막 트랜지스터(150)의 채널 폭(W2)은 C 영역에 위치하는 박막 트랜지스터(140)의 채널 폭(W1) 보다 더 크며, 채널 길이 L2는 L1보다 더 작다.
따라서, 채널 폭과 길이 비 W2/L2가 W1/L1에 비해 더 크므로 D 영역의 박막 트랜지스터(140)의 온 전류(Ion)를 증가시킬 수 있다. 이때, W2/L2와 W1/L1은 박막트랜지스터의 온 전류(Ion)가 C와 D 영역에서 동일하게 되도록 하는 것이 좋다.
여기서는 채널 폭과 길이를 모두 변화시켜 박막 트랜지스터의 온 전류를 조절하였으나, 어느 하나만을 변화시켜 조절할 수도 있다. 즉, L2와 L1은 동일하게 하고 W2를 W1보다 크게 하거나, W2와 W1은 동일하게 하고 L2를 L1보다 작게 할 수도 있다.
한편, 본 발명에서는 C 영역과 D 영역의 박막 트랜지스터에 대해서만 설명하였으나, 신호지연은 데이터 패드부(132)에서 멀어질수록 커지므로, 박막 트랜지스터의 채널 폭과 길이 비(W/L)를 데이터 패드부(132)에 인접한 C 영역에서 데이터 패드부(132)의 반대쪽 D 영역으로 갈수록 점진적으로(gradual) 커지도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에서는 데이터 신호가 인가되는 데이터 패드부와 인접한 영역에서 데이터 패드부의 반대쪽으로 갈수록 박막 트랜지스터의 채널 폭과 채널 길이 비를 커지게 하여, 박막 트랜지스터의 온 전류를 균일하도록 함으로써, 모든 영역에서 균일한 휘도를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
본 발명에 따른 능동행렬 유기 LED에서는 데이터 신호가 인가되는 데이터 패드부와 인접한 영역에서 데이터 패드부의 반대쪽으로 갈수록 박막 트랜지스터의 채널 폭과 채널 길이 비가 커지도록 하여, 박막 트랜지스터의 온 전류를 균일하게 한다. 따라서, 모든 영역에서 균일한 휘도를 가지는 능동행렬 유기 LED를 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 화상의 표시영역과 비표시영역으로 정의되는 기판;
    상기 표시영역에 형성되고, 교차하여 화소 영역을 정의하는 다수의 게이트 배선과 데이터 배선;
    상기 화소 영역에 위치하고, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결된 박막 트랜지스터와 발광 다이오드를 적어도 하나 이상 포함하는 화소;
    상기 비표시영역에 위치하고, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선에 각각 신호를 인가하기 위한 게이트 패드부 및 데이터 패드부
    를 포함하며,
    상기 데이터 패드부에 인접한 제 1 박막 트랜지스터보다 상기 데이터 패드부의 반대쪽에 위치하는 제 2 박막 트랜지스터의 채널 폭과 길이 비(채널 폭/채널 길이)가 더 큰 것을 특징으로 하는 능동행렬 유기 전기발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 박막 트랜지스터의 채널 길이가 상기 제 1 박막 트랜지스터의 채널 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 능동행렬 유기 전기발광소자.
  3. 제 1 항과 제 2 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 박막 트랜지스터의 채널 폭은 상기 제 1 박막 트랜지스터의 채널 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 능동행렬 유기 전기발광소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 화소는 상기 데이터 신호 및 상기 게이트 신호에 의해 동작하는 스위칭 박막 트랜지스터와;
    상기 스위칭 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 드라이빙 박막 트랜지스터;
    상기 드라이빙 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 발광 다이오드;
    상기 스위칭 박막 트랜지스터 및 드라이빙 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 스토리지 캐패시터
    를 포함하는 유기전기발광소자.
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