KR20030044567A - 능동 매트릭스 유기 ｅｌ 소자의 구동 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로에 관한 것으로, 문턱 전압(Threshold Voltage)을 다르게 갖는 다채널 트랜지스터를 이용하여 능동 매트릭스(Active Matrix) 형태의 유기 EL(Electroluminescent) 소자의 정확한 계조(Gray Scale) 레벨을 구현하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로에 관한 것이다. 본 발명은 높은 수준의 계조 레벨을 구현하기 위하여 문턱 전압의 크기가 각각 다른 구동 트랜지스터를 복수 개 병렬로 연결하고 데이터 신호의 크기 변화에 따라 구동 트랜지스터의 동작 영역을 각각 제어하여 적은 데이터 신호의 크기 변화로 정확한 수준의 계조 레벨을 구현함으로써 높은 표시 품질을 갖는 패널을 제작할 수 있다.

Description

능동 매트릭스 유기 ＥＬ 소자의 구동 회로{Circuit for driving active matrix organic electroluminescent device}

본 발명은 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 문턱 전압(Threshold Voltage)을 다르게 갖는 다채널 트랜지스터를 이용하여 능동 매트릭스(Active Matrix) 형태의 유기 EL(Electroluminescent) 소자의 정확한 계조(Gray Scale) 레벨을 구현하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로에 관한 것이다.

통상, 평판 디스플레이 장치를 구현하는 일례로 유기 EL 소자가 많이 이용되고 있으며, 최근 유기 EL 소자의 다양한 장점들이 부각되면서 점차적으로 그 채용이 확대되고 있다.

대표적인 종래의 유기 EL 소자의 구동 회로는 도 1과 같으며, 종래의 유기 EL 소자는, 픽셀의 PAM(Pulse Amplitude Modulation; 펄스 진폭 변조) 계조 데이터 신호를 인가하는 데이터 라인과, 픽셀의 수직 스캔 신호를 인가하는 스캔 라인 및 픽셀의 전원 V_dd공급 라인을 구비한다.

또한, 드레인이 상기 데이터 라인과 연결되고 게이트가 상기 스캔 라인과 연결되어 계조 데이터의 전달을 스위칭 제어하는 스위칭 트랜지스터(SW_Tr)가 캐패시터(Cap)와 함께 전원 V_dd공급 라인 사이에 연결된다. 따라서, 상기 데이터 라인으로부터의 데이터 값이 스위칭 트랜지스터(SW_Tr)의 동작에 따라서 상기 캐패시터(Cap)에 저장된다.

그리고, 구동 트랜지스터(DRV_Tr)가 구비되어 게이트에 인가되는 전압에 따라 소스에 연결된 유기 발광 다이오드(OLED; Organic Light Emitting Diode)를 구동시킨다.

상술된 종래 유기 EL 소자의 구동 원리를 살펴보면 다음과 같다.

스캔 신호에 의해 스위칭 트랜지스터(SW_Tr)의 게이트가 턴온되면, 데이터 라인으로부터 데이터 값이 스위칭 트랜지스터(SW_Tr)를 통해 캐패시터(Cap)에 저장된다.

그러면, 상기 캐패시터(Cap)에 저장된 신호 값이 구동 트랜지스터(DRV_Tr)를 턴온시켜 유기 발광 다이오드(OLED)에 흐르는 전류를 제어하여 휘도를 제어하게 된다.

그리고, 스위칭 트랜지스터(SW_Tr)가 턴오프되더라도 캐패시터(Cap)에 저장된 전압 값에 의해 구동 트랜지스터(DRV_Tr)가 구동되기 때문에 다음 화면의 화상 데이터 값이 들어올 때까지 계속적으로 전류가 유기 발광 다이오드(OLED)로 흘러 빛을 발하게 된다.

즉, 데이터에 인가되는 전압을 변화시켜 구동 전류를 변조하는 방법을 사용하고 있다.

이러한 경우에는 정확한 계조 레벨을 구현하기 위하여 데이터 신호의 전압 변화가 매우 작아야 하므로 정확한 계조 구현에 어려움이 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 유기 발광 다이오드에 문턱 전압이 규칙적으로 증가하거나 감소하는 구동 트랜지스터를 복수 개 병렬로 연결하여 정확한 계조 레벨을 구현시키는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 픽셀 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 일실시예의 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 픽셀 회로도.

도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예의 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 픽셀 회로도.

이를 위하여, 본 발명은 픽셀의 펄스 진폭 변조 계조 데이터 신호를 인가하는 데이터 라인과; 픽셀의 스캔 신호를 인가하는 스캔 라인; 및 픽셀의 전원을 공급하는 전원 라인을 구비하여, 드레인으로부터 상기 데이터 라인과 연결되고 게이트로부터 상기 스캔 라인과 연결되어 계조 데이터의 전달을 스위칭 제어하는 스위칭 트랜지스터와; 상기 스위칭 트랜지스터의 소스와 상기 전원 라인 사이에 연결된 저장수단; 및 상기 전원을 공급받고 상기 스위칭 트랜지스터와 상기 저장수단 사이노드의 전위에 의하여 동작되고, 서로 병렬 연결된 문턱 전압이 서로 다른 복수 개의 구동 트랜지스터에 의하여 상기 복수 개의 구동 트랜지스터에 공통으로 연결되어 발광 동작하는 유기 발광 다이오드를 구동시킨다.

또한, 상기 복수 개의 구동 트랜지스터의 문턱 전압은, 첫째 각 트랜지스터의 채널에 도핑되는 도우즈 농도를 서로 다르게 하여 설정하는 방법, 둘째 게이트 절연막의 두께를 서로 다르게 형성시켜서 설정하는 방법, 셋째 게이트 절연막의 재질을 다르게 적용하여 설정하는 방법, 넷째 게이트 전극의 재질을 다르게 적용하여 설정하는 방법 등으로 설정된다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 픽셀 회로도를 나타낸다.

본 발명에 따른 유기 EL 소자에는 픽셀의 PAM 계조 데이터(Data) 신호를 인가하는 데이터 라인(10)과, 픽셀의 스캔 신호(Scan)를 인가하는 스캔 라인(12) 및 픽셀의 전원 V_dd의 공급 라인(14)이 구비된다.

또한, 상기 데이터 라인(10) 및 스캔 라인(12)이 드레인 및 게이트와 연결되어 계조 데이터를 스위칭 제어하는 스위칭 트랜지스터(N1)가 구비되어 있고, 상기 스위칭 트랜지스터(N1)의 소스와 전원 V_dd의 공급 라인(14) 사이에서 계조 데이터 값을 저장하는 캐패시터(C1)가 구비된다.

그리고, 트랜지스터(N1)와 캐패시터(C1) 사이에 형성되는 노드에, 서로 병렬 연결되어 공통으로 유기 발광 다이오드(O1)에 연결되면서 각각의 문턱 전압이 서로 다른 복수 개의 구동 트랜지스터(P1 내지 P4)의 게이트가 연결되고, 이들 트랜지스터(P1 내지 P4)는 전원 V_dd의 공급 라인(14)에 공통으로 연결된다.

여기서 각 트랜지스터(P1 내지 P4)는 문턱 전압이 서로 다르게 구성되며, 문턱 전압은, 첫째 각 트랜지스터의 채널에 도핑되는 도우즈 농도를 서로 다르게 하여 설정하는 방법, 둘째 게이트 절연막의 두께를 서로 다르게 형성시켜서 설정하는 방법, 셋째 게이트 절연막의 재질을 다르게 적용하여 설정하는 방법, 넷째 게이트 전극의 재질을 다르게 적용하여 설정하는 방법 등으로 설정될 수 있고, 각 트랜지스터 (P1 내지 P4)는 이들 방법 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼용하여 구성될 수 있다.

여기에서 도우즈의 도핑 농도를 다르게 설정하는 방법은, 각 구동 트랜지스터의 채널 문턱 전압 조절을 위하여 임플랜테이션 도우즈의 도핑 농도를 다르게 하여 낮은 도핑 레벨에서는 문턱 전압이 낮고 높은 도핑 레벨에서는 문턱 전압이 높아지도록 함으로써 각 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 다르게 설정하는 방법이다.

그리고, 게이트 절연막의 두께를 다르게 설정하는 방법은, 각 구동 트랜지스터의 게이트 절연막의 두께를 2의 정수배(예를 들어, 1000Å, 2000Å, 4000Å, 8000Å)로 증가시켜 두께가 두꺼운 부분의 문턱 전압은 높게, 얇은 부분의 문턱 전압은 낮게 하는 방법이다.

또한, 게이트 절연막의 재질을 다르게 설정하는 방법은, 각 구동 트랜지스터의 게이트 절연막의 재질을 변경시킴으로써 유전 상수 값의 변화를 통해 유전 상수가 큰 재질은 문턱 전압이 낮게, 유전 상수가 작은 재질은 문턱 전압을 높게 하는 방법이다. 절연막의 재질로는 실리콘 산화막, 실리콘질화막, 탄탈륨옥사이드 등이 있다.

그리고, 게이트 전극의 재질을 다르게 설정하는 방법은, 각 구동 트랜지스터의 게이트 전극의 재질을 변경시킴으로써 플랫 밴드(Flat Band)의 변화를 이용하는 방법이다. 게이트 전극 재질로는 세슘, 타이타늄, 몰리브테늄, 텅스텐 등이 될 수 있다. 문턱 전압의 크기는 세슘>타이타늄>몰리브테늄>텅스텐의 순서이다.

이하, 상기의 구성을 갖춘 유기 EL 소자의 동작을 설명하면 다음과 같다.

스캔 신호가 ON으로 인가되어 스위칭 트랜지스터(N1)가 턴온되면 데이터의 신호 높이에 해당하는 PAM 변조 데이터가 캐패시터(C1)에 저장된다.

그러면 상기 캐패시터(C1)에 저장된 전압에 의해서 네 개의 구동 트랜지스터(P1 내지 P4) 중 문턱 전압을 넘어 턴온되는 구동 트랜지스터에 의해 유기 발광 다이오드(O1)가 발광하게 된다.

보다 상세히 설명하면, 트랜지스터는 특성곡선의 선형영역과 포화영역에서 동작하게 되므로, 계조 데이터 신호 자체를 복수 개의 구동 트랜지스터의 문턱 전압의 레벨에서 구현하여, 각각의 구동 트랜지스터의 동작영역인 선형영역과 포화영역을 모두 제어하게 되면, 적은 데이터 신호의 크기 변화로 정확한 수준의 계조 레벨 변화를 구현할 수 있다.

본 발명에 따른 다른 실시예로 도 3은 전류 구동 능력이 약 3배정도 좋은 N 채널 구동 트랜지스터를 이용한 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 픽셀 회로도를 나타낸다.

본 발명에 따른 다른 실시예의 유기 EL 소자에는 픽셀의 PAM 계조 데이터(Data) 신호를 인가하는 데이터 라인(10)과, 픽셀의 스캔 신호(Scan)를 인가하는 스캔 라인(12) 및 픽셀의 전원 V_dd의 공급 라인(14)이 구비된다.

또한, 상기 데이터 라인(10) 및 스캔 라인(12)이 드레인 및 게이트와 연결되어 계조 데이터를 스위칭 제어하는 스위칭 트랜지스터(N6)가 구비되어 있고, 상기 스위칭 트랜지스터(N6)의 소스와 접지 사이에서 계조 데이터 값을 저장하는 캐패시터(C2)가 구비된다.

그리고, 트랜지스터(N6)와 캐패시터(C2) 사이에 형성되는 노드에, 서로 병렬 연결되어 공통으로 유기 발광 다이오드(O2)에 연결되면서 각각의 문턱 전압이 서로 다른 복수 개의 구동 트랜지스터(N2 내지 N5)의 게이트가 연결되고, 이들 트랜지스터(N2 내지 N5)는 접지에 공통으로 연결되어 그 구성과 동작이 도 2와 유사하다.

그러나, 도 2는 유기 발광 다이오드의 애노드에 구동 트랜지스터를 연결하여 캐리어로 정공을 이용하는 유기 EL 소자이고, 도 3은 유기 발광 다이오드의 캐소드에 구동 트랜지스터를 연결하여 캐리어로 전자를 이용하는 유기 EL 소자라는 차이점이 있다.

또한, 도 3에서도 각 트랜지스터(N2 내지 N5)의 문턱 전압은 서로 다르게 구성되며, 그 문턱 전압의 설정 방법은 도 2의 각 트랜지스터(P1 내지 P4)의 문턱 전압 설정 방법과 같다.

문턱 전압이 각각 다른 복수 개의 구동 트랜지스터를 이용하여 데이터의 계조를 상기 복수 개의 구동 트랜지스터의 문턱 전압의 레벨에서 정확히 구현함으로써 높은 표시 품질을 갖는 패널을 제작할 수 있다.

Claims (16)

1. 픽셀의 펄스 진폭 변조 계조 데이터 신호를 인가하는 데이터 라인과;

   픽셀의 스캔 신호를 인가하는 스캔 라인;

   픽셀의 전원을 공급하는 전원 라인;

   드레인으로부터 상기 데이터 라인과 연결되고 게이트로부터 상기 스캔 라인과 연결되어 계조 데이터의 전달을 스위칭 제어하는 스위칭 트랜지스터;

   상기 스위칭 트랜지스터의 소스와 상기 전원 라인 사이에 연결된 저장수단;

   상기 전원을 공급받고 상기 스위칭 트랜지스터와 상기 저장수단 사이 노드의 전위에 의하여 동작되고, 서로 병렬 연결된 문턱 전압이 서로 다른 복수 개의 구동 트랜지스터; 및

   상기 복수 개의 구동 트랜지스터에 공통으로 연결되어 발광 동작하는 유기 발광 다이오드로 구비되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수 개의 구동 트랜지스터는,

   각 구동 트랜지스터의 채널의 임플랜테이션 도우즈의 도핑 농도를 다르게 하여 낮은 도핑 레벨에서는 문턱 전압이 낮고 높은 도핑 레벨에서는 문턱 전압이 높아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수 개의 구동 트랜지스터는,

   각 구동 트랜지스터의 게이트 절연막의 두께를 정수배로 증가시켜 두께가 두꺼운 부분의 문턱 전압은 높게, 얇은 부분의 문턱 전압은 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수 개의 구동 트랜지스터는,

   각 구동 트랜지스터의 게이트 절연막의 재질을 다르게 하여 유전 상수 값의 변화를 통해 유전 상수가 큰 물질은 문턱 전압이 낮게, 유전 상수가 작은 물질은 문턱 전압을 높게 설정되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 게이트 절연막은 그 재질을 실리콘산화막, 실리콘질화막, 탄탈륨옥사이드 중 적어도 하나 이상을 재질로 선택하여 구성됨을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수 개의 구동 트랜지스터는,

   각 구동 트랜지스터의 게이트 전극의 재질을 다르게 하여 플랫 밴드의 변화를 이용하여 문턱 전압이 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 게이트 전극은 그 재질을 세슘, 타이타늄, 몰리브테늄, 텅스텐 중 적어도 하나 이상을 재질로 선택하여 구성됨을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수 개의 구동 트랜지스터는,

   채널의 임플렌테이션 도우즈의 도핑농도와, 게이트 절연막의 두께, 게이트 절연막의 재질, 게이트 전극의 재질 및 채널 폭 중 최소한 둘 이상을 조절하여 문턱 전압이 설정되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
9. 픽셀의 펄스 진폭 변조 계조 데이터 신호를 인가하는 데이터 라인과;

   픽셀의 스캔 신호를 인가하는 스캔 라인;

   픽셀의 전원을 공급하는 전원 라인;

   드레인으로부터 상기 데이터 라인과 연결되고 게이트로부터 상기 스캔 라인과 연결되어 계조 데이터의 전달을 스위칭 제어하는 스위칭 트랜지스터;

   상기 스위칭 트랜지스터의 소스와 접지 사이에 연결된 저장수단;

   접지와 연결되어 상기 스위칭 트랜지스터와 상기 저장수단 사이 노드의 전위에 의하여 동작되고, 서로 병렬 연결된 문턱 전압이 서로 다른 복수 개의 구동 트랜지스터; 및

   상기 복수 개의 구동 트랜지스터에 공통으로 연결되어 발광 동작하는 유기 발광 다이오드로 구비되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 복수 개의 구동 트랜지스터는,

    각 구동 트랜지스터의 채널의 임플랜테이션 도우즈의 도핑 농도를 다르게 하여 낮은 도핑 레벨에서는 문턱 전압이 낮고 높은 도핑 레벨에서는 문턱 전압이 높아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 복수 개의 구동 트랜지스터는,

    각 구동 트랜지스터의 게이트 절연막의 두께를 정수배로 증가시켜 두께가 두꺼운 부분의 문턱 전압은 높게, 얇은 부분의 문턱 전압은 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 복수 개의 구동 트랜지스터는,

    각 구동 트랜지스터의 게이트 절연막의 재질을 다르게 하여 유전 상수 값의 변화를 통해 유전 상수가 큰 물질은 문턱 전압이 낮게, 유전 상수가 작은 물질은 문턱 전압을 높게 설정되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 게이트 절연막은 그 재질을 실리콘산화막, 실리콘질화막, 탄탈륨옥사이드 중 적어도 하나 이상을 재질로 선택하여 구성됨을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
14. 제 9 항에 있어서,

    상기 복수 개의 구동 트랜지스터는,

    각 구동 트랜지스터의 게이트 전극의 재질을 다르게 하여 플랫 밴드의 변화를 이용하여 문턱 전압이 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 게이트 전극은 그 재질을 세슘, 타이타늄, 몰리브테늄, 텅스텐 중 적어도 하나 이상을 재질로 선택하여 구성됨을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.
16. 제 9 항에 있어서,

    상기 복수 개의 구동 트랜지스터는,

    채널의 임플렌테이션 도우즈의 도핑농도와, 게이트 절연막의 두께, 게이트 절연막의 재질, 게이트 전극의 재질 및 채널 폭 중 최소한 둘 이상을 조절하여 문턱 전압이 설정되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 유기 EL 소자의 구동 회로.