KR20200036999A - 전류 센싱 장치와 그를 포함한 유기발광 표시장치 - Google Patents

전류 센싱 장치와 그를 포함한 유기발광 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전류 센싱 장치는 픽셀들의 픽셀 전류를 센싱하기 위한 복수의 센싱 유닛들을 구비한다. 상기 센싱 유닛들 각각은, 반전 입력단자와 출력단자 사이에 접속된 피드백 커패시터와 제1 기준전압이 입력되는 비반전 입력단자를 구비하며, 상기 반전 입력단자에서 유출되는 싱크 전류에 대응되게 상기 출력단자의 출력 전압을 변화시키는 전류 적분기; 및 상기 픽셀 전류가 흐르는 센싱 라인과 상기 전류 적분기 사이에 접속되며, 상기 픽셀 전류를 미러링하여 상기 픽셀 전류보다 큰 상기 싱크 전류를 상기 전류 적분기의 상기 반전 입력단자에 전달하는 전류 전달부를 포함한다.

Description

전류 센싱 장치와 그를 포함한 유기발광 표시장치{Current Sensing Device And Organic Light Emitting Display Device Including The Same}
본 발명은 유기발광 표시장치에 관한 것으로, 특히 전류 센싱 장치와 그를 포함한 유기발광 표시장치에 관한 것이다.
액티브 매트릭스 타입의 유기발광 표시장치는 스스로 발광하는 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함하며, 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.
유기발광 표시장치는 OLED를 각각 포함한 픽셀들을 매트릭스 형태로 배열하고 영상 데이터의 계조에 따라 픽셀들의 휘도를 조절한다. 픽셀들 각각은 게이트전극과 소스전극 사이에 걸리는 전압에 따라 OLED에 흐르는 구동전류를 제어하는 구동 소자 즉, 구동 TFT(Thin Film Transistor)를 포함한다. OLED와 구동 TFT는 온도나 열화에 의해 그 구동 특성이 변한다. OLED 및/또는 구동 TFT의 구동 특성이 픽셀들마다 달라지면 동일한 영상 데이터를 기입하더라도 픽셀들 간 휘도가 달라지므로 원하는 영상 구현이 어렵다.
OLED 또는 구동 TFT에 대한 구동 특성 변화를 보상하기 위해 외부 보상 기술이 알려져 있다. 외부 보상 기술은 OLED나 구동 TFT의 구동 특성 변화를 센싱하고, 그 센싱 결과를 기초로 영상 데이터를 변조하는 것이다.
유기발광 표시장치는 OLED나 구동 TFT의 구동 특성 변화에 대응되는 픽셀 전류를 센싱하기 위해 전류 적분기를 사용하고 있다. 전류 적분기는 센싱 채널마다 연결되므로, 유기발광 표시장치에는 다수의 전류 적분기들이 구비될 수 있다. 전류 적분기는 저전류 및 고속 센싱이 가능하여 센싱 시간을 줄이는 데 유리하지만 노이즈에 취약한 단점이 있다. 노이즈는 전류 적분기의 비 반전 입력단자에 인가되는 기준전압의 변동과, 전류 적분기의 반전 입력단자에 연결되는 센싱 라인들 간 노이즈 소스 차이 등으로 인해 생긴다.
전류 적분기들 간에 센싱 타임과 출력 전압을 일정하게 하기 위해 전류 적분기에 포함된 피드백 커패시터의 용량은 작게 설계된다. 피드백 커패시터의 용량이 작으면 센싱 라인의 기생 용량으로 인해 기준전압에 혼입된 노이즈가 쉽게 증폭된다. 전류 적분기에서 증폭된 노이즈는 적분값에 반영되기 때문에, 픽셀 전류에 대한 센싱 결과를 왜곡시킬 수 있다. 센싱 성능이 저하되면, OLED 및/또는 구동 TFT의 구동 특성이 정확히 센싱 및 보상될 수 없다.
따라서, 본 발명은 노이즈에 의한 센싱 결과 왜곡을 최소화할 수 있는 전류 센싱 장치와 그를 포함한 유기발광 표시장치를 제공한다.
본 발명의 전류 센싱 장치는 픽셀들의 픽셀 전류를 센싱하기 위한 복수의 센싱 유닛들을 구비한다. 상기 센싱 유닛들 각각은, 반전 입력단자와 출력단자 사이에 접속된 피드백 커패시터와 제1 기준전압이 입력되는 비반전 입력단자를 구비하며, 상기 반전 입력단자에서 유출되는 싱크 전류에 대응되게 상기 출력단자의 출력 전압을 변화시키는 전류 적분기; 및 상기 픽셀 전류가 흐르는 센싱 라인과 상기 전류 적분기 사이에 접속되며, 상기 픽셀 전류를 미러링하여 상기 픽셀 전류보다 큰 상기 싱크 전류를 상기 전류 적분기의 상기 반전 입력단자에 전달하는 전류 전달부를 포함한다.
본 발명은 센싱 라인과 전류 적분기 사이에 전류 전달부를 접속시킴으로써, 전류 적분기의 증폭비로 작용하는 기생 용량 성분을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명은 저전류를 센싱함에도 불구하고 전류 전달부에서의 미러링을 통해 전류 적분기로 증폭된 싱크 전류를 전달할 수 있으며, 이에 따라 전류 적분기 내에 큰 용량의 피드백 커패시터를 설계할 수 있어, 저전류 센싱에서 가장 이슈가 되는 노이즈 문제를 해결할 수 있다.
나아가, 본 발명은 센싱 라인과 전류 전달부 사이에 접속된 전류 버퍼를 더 구비하여, 전류 버퍼의 기준 전압으로 픽셀의 소스노드 전압이 변하지 않도록 일정하게 고정시킴으로써, 픽셀의 구동소자에 정전류가 흐를 수 있도록 하여 센싱의 정확도를 높일 수 있다.
더 나아가, 본 발명은 전류 버퍼의 출력단자를 센싱 라인에 직접 연결하는 버퍼 스위치를 전류 버퍼에 포함시켜, 픽셀의 소스 노드를 전류 버퍼의 기준전압으로 리셋시키는 데 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 표시장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 전류 센싱 장치가 포함된 데이터 구동회로와 픽셀 어레이의 일 접속 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 픽셀 어레이를 구성하는 픽셀들의 일 접속 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 픽셀 어레이를 구성하는 픽셀들의 다른 접속 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 전류 센싱 장치를 구현하기 위한 일 센싱 유닛의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 전류 센싱 장치를 구현하기 위한 다른 센싱 유닛의 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 전류 적분기로 전하 소싱(charge sourcing)할 때의 전류 적분기 출력 파형을 보여주는 도면이다.
도 8은 전류 적분기로부터 전하 싱킹(charge sinking)할 때의 전류 적분기 출력 파형을 보여주는 도면이다.
본 명세서의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 명세서는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하며, 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 명세서가 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 ' ~ 만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, ' ~ 상에', ' ~ 상부에', ' ~ 하부에', ' ~ 옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용될 수 있으나, 이 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 명세서의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 실질적으로 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 표시패널의 기판 상에 형성되는 픽셀 회로와 게이트 구동부는 n 타입 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 구조의 TFT로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않고 p 타입 MOSFET 구조의 TFT로 구현될 수도 있다. TFT는 게이트(gate), 소스(source) 및 드레인(drain)을 포함한 3 전극 소자이다. 소스는 캐리어(carrier)를 트랜지스터에 공급하는 전극이다. TFT 내에서 캐리어는 소스로부터 흐르기 시작한다. 드레인은 TFT에서 캐리어가 외부로 나가는 전극이다. 즉, MOSFET에서의 캐리어의 흐름은 소스로부터 드레인으로 흐른다. n 타입 TFT (NMOS)의 경우, 캐리어가 전자(electron)이기 때문에 소스에서 드레인으로 전자가 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 낮은 전압을 가진다. n 타입 TFT에서 전자가 소스로부터 드레인 쪽으로 흐르기 때문에 전류의 방향은 드레인으로부터 소스 쪽으로 흐른다. 이에 반해, p 타입 TFT(PMOS)의 경우, 캐리어가 정공(hole)이기 때문에 소스로부터 드레인으로 정공이 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 높다. p 타입 TFT에서 정공이 소스로부터 드레인 쪽으로 흐르기 때문에 전류가 소스로부터 드레인 쪽으로 흐른다. MOSFET의 소스와 드레인은 고정된 것이 아니라는 것에 주의하여야 한다. 예컨대, MOSFET의 소스와 드레인은 인가 전압에 따라 변경될 수 있다. 따라서, 본 명세서의 실시예에 대한 설명에서는 소스와 드레인 중 어느 하나를 제1 전극, 소스와 드레인 중 나머지 하나를 제2 전극으로 기술한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 실시예에서, 표시장치는 유기발광 물질을 포함한 유기발광 표시장치를 중심으로 설명한다. 하지만, 본 명세서의 기술적 사상은 유기발광 표시장치에 국한되지 않고, 무기발광 물질을 포함한 무기발광 표시장치에 적용될 수 있음에 주의하여야 한다.
이하의 설명에서, 본 명세서와 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 표시장치를 보여주는 도면이다. 도 2는 본 발명의 전류 센싱 장치가 포함된 데이터 구동회로와 픽셀 어레이의 일 접속 구성을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 3 및 도 4는 픽셀 어레이를 구성하는 픽셀들의 다양한 접속 구성을 보여주는 도면들이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 표시패널(10), 타이밍 콘트롤러(11), 데이터 구동회로(12), 게이트 구동회로(13)를 포함할 수 있다. 데이터 구동회로(12)는 본 발명의 실시예에 따른 전류 센싱 장치(122)를 포함한다.
표시패널(10)에는 다수의 데이터라인들(14) 및 센싱라인들(16)과, 다수의 게이트라인들(15)이 교차되고, 이 교차영역마다 센싱용 픽셀들(P)이 매트릭스 형태로 배치되어 픽셀 어레이를 구성한다. 게이트라인들(15)은, 도 4에서와 같이 스캔 제어신호(SCAN)가 공급되는 다수의 제1 게이트라인들(15A)과, 센싱 제어신호(SEN)가 공급되는 다수의 제2 게이트라인들(15B)을 포함할 수 있다. 다만, 스캔 제어신호(SCAN)와 센싱 제어신호(SEN)가 동위상을 가질 때, 제1 및 제2 게이트라인들(15A,15B)은 도 3에서와 같이 하나의 게이트라인(15)으로 단일화될 수 있다.
각 픽셀(P)은 데이터라인들(14) 중 어느 하나에, 센싱라인들(16) 중 어느 하나에, 게이트라인들(15) 중 어느 하나에 접속될 수 있다. 픽셀 어레이를 구성하는 픽셀들(P)은 적색을 표시하기 위한 적색 픽셀, 녹색을 표시하기 위한 녹색 픽셀, 청색을 표시하기 위한 청색 픽셀, 및 백색을 표시하기 위한 백색 픽셀을 포함할 수 있다. 적색 픽셀, 녹색 픽셀, 청색 픽셀, 및 백색 픽셀을 포함한 4개의 픽셀들이 하나의 픽셀 유닛(UPXL)을 구성할 수 있다. 다만 픽셀 유닛(UPXL)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 동일한 픽셀 유닛(UPXL)을 구성하는 복수의 픽셀들(P)은 하나의 센싱라인(16)을 공유할 수 있다. 다만, 도면에 도시되어 있지 않지만 동일한 픽셀 유닛(UPXL)을 구성하는 복수의 픽셀들(P)이 서로 다른 센싱라인들에 독립적으로 연결될 수도 있다. 픽셀(P) 각각은 도시하지 않은 전원생성부로부터 고전위 픽셀전압(EVDD)과 저전위 픽셀전압(EVSS)을 공급받는다.
본 발명의 픽셀(P)은 도 3 및 도 4에서와 같이 OLED, 구동 TFT(DT), 스토리지 커패시터(Cst), 제1 스위치 TFT(ST1), 및 제2 스위치 TFT(ST2)를 구비할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. TFT들은 P 타입으로 구현되거나 또는, N 타입으로 구현되거나 또는, P 타입과 N 타입이 혼용된 하이브리드 타입으로 구현될 수 있다. 또한, TFT의 반도체층은, 아몰포스 실리콘 또는, 폴리 실리콘 또는, 산화물을 포함할 수 있다.
OLED는 발광소자이다. OLED는 소스노드(Ns)에 접속된 애노드전극과, 저전위 픽셀전압(EVSS)의 입력단에 접속된 캐소드전극과, 애노드전극과 캐소드전극 사이에 위치하는 유기화합물층을 포함한다. 유기 화합물층은 정공주입층(Hole Injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer, EIL)을 포함할 수 있다.
구동 TFT(DT)는 게이트-소스 간 전압(이하, Vgs라 함)에 따라 OLED에 입력되는 구동 TFT(DT)의 소스-드레인 간 전류(이하, Ids라 함)의 크기를 제어하는 구동소자이다. 구동 TFT(DT)는 게이트노드(Ng)에 접속된 게이트전극, 고전위 픽셀전압(EVDD)의 입력단에 접속된 드레인전극, 및 소스노드(Ns)에 접속된 소스전극을 구비한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 게이트노드(Ng)와 소스노드(Ns) 사이에 접속되어 구동 TFT(DT)의 Vgs를 일정 기간 동안 유지시킨다. 제1 스위치 TFT(ST1)는 스캔 제어신호(SCAN)에 따라 데이터라인(14)과 게이트노드(Ng) 간의 전기적 접속을 스위칭한다. 제1 스위치 TFT(ST1)는 제1 게이트라인(15A)에 접속된 게이트전극, 데이터라인(14)에 접속된 제1 전극, 및 게이트노드(Ng)에 접속된 제2 전극을 구비한다. 제2 스위치 TFT(ST2)는 센싱 제어신호(SEN)에 따라 소스노드(Ns)와 센싱 라인(16) 간의 전기적 접속을 스위칭한다. 제2 스위치 TFT(ST2)는 제2 게이트라인(15B)에 접속된 게이트전극, 센싱 라인(16)에 접속된 제1 전극, 및 소스노드(Ns)에 접속된 제2 전극을 구비한다.
한편, 제1 게이트라인(15A)과 제2 게이트라인(15B)은 하나의 게이트라인(15)으로 단일화될 수 있다(도 3 참조). 이 경우, 스캔 제어신호(SCAN)와 센싱 제어신호(SEN)는 동위상을 가질 수 있다.
이러한 픽셀 어레이를 갖는 유기발광 표시장치는 외부 보상 기술을 채용한다. 외부 보상 기술은 픽셀들에 구비된 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함) 및/또는 구동 TFT(Thin Film Transistor)의 구동 특성을 센싱하고 그 센싱값에 따라 입력 영상 데이터를 보정하는 기술이다. OLED의 구동 특성은 OLED의 동작점 전압을 의미한다. 구동 TFT의 구동 특성은 구동 TFT의 문턱전압과 구동 TFT의 전자 이동도를 의미한다.
본 발명의 유기발광 표시장치는 영상 표시 동작과 외부 보상 동작을 수행한다. 외부 보상 동작은 영상 표시 동작 중의 수직 블랭크 기간에서 수행되거나, 또는 영상 표시가 시작되기 전의 파워 온 시퀀스 기간에서 수행되거나, 또는 영상 표시가 끝난 후의 파워 오프 시퀀스 기간에서 수행될 수 있다. 수직 블랭크 기간은 영상 데이터가 기입되지 않는 기간으로서, 1 프레임분의 영상 데이터가 기입되는 수직 액티브 구간들 사이마다 배치된다. 파워 온 시퀀스 기간은 구동 전원이 온 된 후부터 영상이 표시될 때까지의 기간을 의미한다. 파워 오프 시퀀스 기간은 영상 표시가 끝난 후부터 구동 전원이 오프 될 때까지의 기간을 의미한다.
타이밍 콘트롤러(11)는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 도트클럭신호(DCLK) 및 데이터 인에이블신호(DE) 등의 타이밍 신호들에 기초하여 데이터 구동회로(12)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 제어신호(DDC)와, 게이트 구동회로(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어신호(GDC)를 생성한다. 타이밍 콘트롤러(11)는 영상 표시가 수행되는 기간과 외부 보상이 수행되는 기간을 시간적으로 분리하고, 영상 표시를 위한 제어신호들(DDC,GDC)과 외부 보상을 위한 제어신호들(DDC,GDC)을 서로 다르게 생성할 수 있다.
게이트 제어신호(GDC)는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC) 등을 포함한다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 첫 번째 스캔 신호를 발생하는 게이트 스테이지에 인가되어 첫 번째 스캔 신호가 발생되도록 그 게이트 스테이지를 제어한다. 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 게이트 스테이지들에 공통으로 입력되는 클럭신호로써 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트시키기 위한 클럭신호이다.
데이터 제어신호(DDC)는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동회로(12)의 데이터 샘플링 시작 타이밍을 제어한다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 소스 드라이브 IC들 각각에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭신호이다. 소스 출력 인에이블신호(SOE)는 데이터 구동회로(12)의 출력 타이밍을 제어한다. 데이터 제어신호(DDC)는 데이터 구동회로(12)에 포함된 전류 센싱 장치(122)의 동작을 제어하기 위한 제반 신호들을 포함한다.
타이밍 콘트롤러(11)는 데이터 구동회로(12)로부터 외부 보상 동작에 따른 디지털 센싱값(SD)을 입력 받는다. 타이밍 콘트롤러(11)는 디지털 센싱값(SD)을 기초로 입력 영상 데이터(DATA)를 보정하여 픽셀들(P) 간 구동 TFT의 열화 편차를 보상하거나, 또는 픽셀들(P) 간 OLED의 열화 편차를 보상할 수 있다. 타이밍 콘트롤러(11)는 영상 표시를 위한 동작 기간에서 상기 보정된 디지털 영상 데이터(DATA)를 데이터 구동회로(12)에 전송한다.
데이터 구동회로(12)는 적어도 하나 이상의 소스 드라이버 IC(Intergrated Circuit)를 포함한다. 이 소스 드라이버 IC는 래치 어레이(미도시)와, 각 데이터라인(14)에 연결된 다수의 디지털-아날로그 컨버터들(121) (이하, DAC)과, 센싱 채널을 통해 각 센싱라인(16)에 연결된 전류 센싱 장치(122)를 구비한다. 전류 센싱 장치(122)는 다수의 센싱 유닛들(SU)을 포함한다.
래치 어레이는 데이터 제어신호(DDC)를 기반으로 타이밍 콘트롤러(11)로부터 입력되는 디지털 영상 데이터(DATA)를 래치하여 DAC에 공급한다. DAC는 영상 표시 동작시 타이밍 콘트롤러(11)로부터 입력되는 디지털 영상 데이터(DATA)를 영상 표시용 데이터전압으로 변환하여 데이터라인들(14)에 공급할 수 있다. DAC는 외부 보상 동작시 일정 레벨의 센싱용 데이터전압을 생성하여 데이터라인들(14)에 공급할 수 있다.
센싱 유닛들(SU) 각각은 센싱 라인(16)을 통해 입력되는 픽셀 전류를 디지털 센싱값(SD)을 변환하는 역할을 한다. 센싱 유닛들(SU) 각각은 전류 적분기를 포함한 전류 센싱형으로 구현될 수 있다. 센싱 유닛들(SU) 각각은 전류 적분기에서 생기는 노이즈 증폭을 방지하기 위해 전류 전달부를 포함한다. 전류 전달부는 센싱 라인(16)과 전류 적분기 간의 전기적 접속을 분리하여 전류 적분기의 제1 기준전압에 혼입된 노이즈의 증폭을 막는다. 또한, 센싱 유닛들(SU) 각각은 센싱 라인(16)과 전류 전달부 사이에 접속된 전류 버퍼를 더 포함한다. 전류 버퍼는 외부 보상 동작시 해당 픽셀(P)에 포함된 구동소자에 정전류가 흐를 수 있도록 하기 위해, 제2 기준전압을 해당 픽셀(P)의 소스 노드(Ns)에 인가한다. 전류 센싱 장치를 구성하는 센싱 유닛들(SU)에 대해서는 도 5 내지 도 8을 참조하여 상세히 후술한다.
게이트 구동회로(13)는 게이트 제어신호(GDC)를 기반으로 영상 표시 동작, 외부 보상 동작에 맞게 스캔 제어신호(SCAN)를 생성한 후, 제1 게이트라인들(15A)에 공급한다. 게이트 구동회로(13)는 게이트 제어신호(GDC)를 기반으로 영상 표시 동작, 외부 보상 동작에 맞게 센싱 제어신호(SEN)를 생성한 후, 제2 게이트라인들(15B)에 공급한다. 한편, 게이트 구동회로(13)는 게이트 제어신호(GDC)를 기반으로 영상 표시 동작, 외부 보상 동작에 맞게 동일 위상의 스캔 제어신호(SCAN)와 센싱 제어신호(SEN)를 생성한 후, 게이트라인들(15)에 공급할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 전류 센싱 장치를 구현하기 위한 일 센싱 유닛의 구성을 보여준다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 전류 센싱 장치를 구성하는 일 센싱 유닛(SU)은 전류 적분기(CI)와 전류 전달부(CCVE)를 포함한다.
전류 적분기(CI)는 반전 입력단자(-), 비반전 입력단자(+), 출력단자를 갖는 적분기 앰프(AMP1)을 구비한다. 적분기 앰프(AMP1)의 반전 입력단자(-)와 출력단자 사이에는 피드백 커패시터(Cfb)가 접속되고, 적분기 앰프(AMP1)의 비반전 입력단자(+)에는 제1 기준전압(VR1)이 입력된다. 적분기 앰프(AMP1)의 반전 입력단자(-)와 출력단자 사이에는 적분기 스위치(RST-CI)가 더 접속된다. 적분기 스위치(RST-CI)는 피드백 커패시터(Cfb)를 방전시켜 초기화하는 역할을 한다. 전류 전달부(CCVE)에 의해, 적분기 앰프(AMP1)의 반전 입력단자(-)에서 싱크 전류(K*Ipix)가 유출된다. 적분기 앰프(AMP1)의 출력단자에 걸리는 출력 전압(Vout)은 싱크 전류(K*Ipix)에 대응되게 변한다. 즉, 적분기 앰프(AMP1)의 출력단자에 걸리는 출력 전압(Vout)은 적분기 앰프(AMP1)의 반전 입력단자(-)에서 유출되는 싱크 전류(K*Ipix)에 의해, 제1 기준전압(VR1)을 기준으로 상승하는 방향으로 변한다. 이렇게 출력 전압(Vout)을 제1 기준전압(VR1)을 기준으로 상승하는 방향으로 설계하면, 센싱 레인지(Sensing Range)를 넓게 확보할 수 있는 등 여러 장점이 있다. 이에 대해서는 도 8을 통해 부연 설명한다.
전류 전달부(CCVE)는 픽셀 전류(Ipix)가 흐르는 센싱 라인(16)과 전류 적분기(CI) 사이에 접속된다. 전류 전달부(CCVE)가 없다고 가정하면, 제1 기준전압(VR1)에 혼입된 노이즈(VR1_noise)에 따른 출력전압 노이즈(Vout_noise)는 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Vout_noise=(1+Cline/Cfb)*VR1_noise
수학식 1에서, 'Cline'은 센싱 라인에 존재하는 기생 용량으로서, 피드백 커패시터(Cfb)의 용량보다 훨씬 크다. 구체적으로 설명하면, C*V=I*t 식에 의해, 피드백 커패시터 용량*출력전압=입력전류*센싱 타임이 되는데, 센싱 타임과 피드백 커패시터 용량을 설정하고 입력전류에 따라 출력전압이 바뀌는 것을 통해 픽셀 전류를 측정할 수 있다. 고해상도, 고정세 표시장치의 경우 픽셀 전류의 크기가 매우 작기 때문에, 센싱 타임과 출력전압을 일정하게 설정하기 위해서는 피드백 커패시터 용량을 줄여야 한다. 따라서, 전류 전달부(CCVE)가 없는 경우 제1 기준전압(VR1)에 혼입된 노이즈(VR1_noise)는 커패시턴스 비율(Cline/Cfb)에 따라 증폭될 수밖에 없다. 이렇게 증폭된 노이즈(VR1_noise) 때문에, 픽셀 전류(Ipix)는 정확히 센싱될 수 없다.
전류 전달부(CCVE)는 센싱 라인(16)과 전류 적분기(CI) 간의 전기적 접속을 분리하여 제1 기준전압(VR1)에 혼입된 노이즈의 증폭을 막는다. 이 경우, 제1 기준전압(VR1)에 혼입된 노이즈(VR1_noise)에 따른 출력전압 노이즈(Vout_noise)는 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Vout_noise=(1+0/Cfb)*VR1_noise=VR1_noise
수학식 2에서와 같이, 출력전압 노이즈(Vout_noise)는 제1 기준전압(VR1)에 혼입된 노이즈(VR1_noise)보다 더 커지지 않는다.
또한, 전류 전달부(CCVE)는 센싱 라인(16)을 통해 들어오는 패널 노이즈 성분도 전류 적분기(CI)에 유입되지 않도록 막아주는 역할도 한다.
전류 전달부(CCVE)는 픽셀 전류(Ipix)를 미러링(mirroring)하여 픽셀 전류(Ipix)보다 크거나 또는 같은 싱크 전류(K*Ipix)를 전류 적분기(CI)의 반전 입력단자(-)에 전달한다. 전류 전달부(CCVE)는 전류 미러링을 위해 제1 미러 트랜지스터(M1)과 제2 미러 트랜지스터(M2)를 포함한다. 제1 미러 트랜지스터(M1)의 게이트전극과 제1 전극은 픽셀 전류(Ipix)가 인가되는 공유 노드(Nx)에 접속되고, 제1 미러 트랜지스터(M1)의 제2 전극은 기저 전압원(GND)에 접속된다. 제2 미러 트랜지스터(M2)의 게이트 전극은 공유 노드(Nx)에 접속되고, 제2 미러 트랜지스터(M2)의 제1 전극은 전류 적분기(CI)의 반전 입력단자(-)에 접속되고, 제2 미러 트랜지스터(M2)의 제2 전극은 기저 전압원(GND)에 접속된다. 공유 노드(Nx)에 픽셀 전류(Ipix)가 인가되면, 픽셀 전류(Ipix)가 제1 미러 트랜지스터(M1)를 통해 기저 전압원(GND)으로 싱크된다. 이때, 전류 미러링에 의해, 싱크 전류(K*Ipix)가 제2 미러 트랜지스터(M2)를 통해 기저 전압원(GND)으로 싱크된다. 싱크 전류(K*Ipix)는 픽셀 전류(Ipix)와 같거나 혹은 다를 수 있다. 싱크 전류(K*Ipix)는 픽셀 전류(Ipix)보다 크거나 또는 작을 수 있다. 싱크 전류(K*Ipix)가 픽셀 전류(Ipix)보다 큰 경우, 제2 미러 트랜지스터(M2)의 채널 용량(채널폭/채널길이)은 제1 미러 트랜지스터(M1)의 채널 용량보다 크게 설계될 수 있다. 다만, 싱크 전류(K*Ipix)가 픽셀 전류(Ipix)와 동일한 경우, 제2 미러 트랜지스터(M2)의 채널 용량(채널폭/채널길이)은 제1 미러 트랜지스터(M1)의 채널 용량과 실질적으로 동일하게 설계될 수 있다. 또한, 싱크 전류(K*Ipix)가 픽셀 전류(Ipix)보다 작은 경우, 제2 미러 트랜지스터(M2)의 채널 용량(채널폭/채널길이)은 제1 미러 트랜지스터(M1)의 채널 용량보다 작게 설계될 수도 있다
전류 전달부(CCVE)가 픽셀 전류(Ipix)보다 큰 싱크 전류(K*Ipix)를 전류 적분기(CI)의 반전 입력단자(-)에 전달하는 경우, 전류 적분기(CI)의 피드백 커패시터 용량이 줄어들 필요가 없다. 다시 말해, 전류 적분기(CI)는 같은 센싱 타임과 출력전압을 가지면서도 큰 피드백 커패시터 용량을 가질 수 있어, 저 전류 센싱에서 가장 이슈가 되는 노이즈 문제를 해결할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 전류 센싱 장치를 구성하는 일 센싱 유닛(SU)은 센싱 라인(16)과 전류 전달부(CCVE) 사이에 접속된 전류 버퍼(CBUF)를 더 포함한다.
전류 버퍼(CBUF)는 제2 기준전압(VR2)을 픽셀 전류(Ipix)가 흐르는 픽셀(P)에 인가하여, 픽셀(P)의 소스노드(Ns) 전압이 변하지 않도록 일정하게 고정시킴으로써, 픽셀(P)의 구동소자(DT)에 정전류(Static Current)가 흐를 수 있도록 한다. 전류 버퍼(CBUF)는 버퍼 앰프(AMP2)와 버퍼 트랜지스터(T1)를 포함한다.
버퍼 앰프(AMP2)의 반전 입력단자(-)는 센싱 라인(16)에 접속되고, 버퍼 앰프(AMP2)의 비반전 입력단자(+)에는 제2 기준전압(VR2)이 입력된다. 버퍼 앰프(AMP2)의 출력단자는 버퍼 트랜지스터(T1)에 접속된다. 버퍼 트랜지스터(T1)의 게이트전극은 버퍼 앰프(AMP2)의의 출력단자에 접속되고, 버퍼 트랜지스터(T1)의 제1 전극은 센싱 라인(16)에 접속되고, 버퍼 트랜지스터(T1)의 제2 전극은 전류 전달부(CCVE)의 공유 노드(Nx)에 접속된다.
전류 버퍼(CBUF)는 센싱 라인(16)으로부터 입력된 픽셀 전류(Ipix)를 신호 감쇄없이 전류 전달부(CCVE)에 전달한다. 전류 전달부(CCVE)에서의 전류 증폭(싱크 전류(K*Ipix)가 픽셀 전류(Ipix)보다 큰 경우)이 정확히 이뤄질 수 있도록, 버퍼 앰프(AMP2)의 제2 기준전압(VR2)은 전류 적분기(CI)의 제1 기준전압(VR1)과 설계 오차를 포함하여 실질적으로 동일하게 설정될 수 있다. 다만, 전류 전달부(CCVE)에서 단순 미러링(싱크 전류(K*Ipix)가 픽셀 전류(Ipix)와 동일한 경우)을 하는 경우에는 제1 기준전압(VR1)과 제2 기준전압(VR2)이 동일하게 설정될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 전류 센싱 장치를 구현하기 위한 다른 센싱 유닛의 구성을 보여준다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 전류 센싱 장치를 구성하는 다른 센싱 유닛(SU)은 전류 적분기(CI)와 전류 전달부(CCVE)를 포함하며, 전류 버퍼(CBUF)를 더 포함할 수 있다.
도 6의 전류 적분기(CI)와 전류 전달부(CCVE)는 도 5에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 그리고, 도 6의 전류 버퍼(CBUF)는 버퍼 스위치(RST-BUF)를 더 포함하는 것을 제외하고, 도 5에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다.
버퍼 스위치(RST-BUF)는 센싱 라인(16)과 버퍼 앰프(AMP2)의 출력 단자 사이에 접속된다. 버퍼 스위치(RST-BUF)는 픽셀(P)의 소스 노드(Ns)를 제2 기준전압(VR2)으로 리셋시키는 타이밍에 동기하여 턴 온 된다.
버퍼 앰프(AMP2)는 가상 그라운드(Virtual Ground) 동작을 통해 픽셀(P)의 소스 노드(Ns)에 제2 기준전압(VR2)을 인가한다. 이 경우, 센싱 라인(Cline)의 기생 용량이 크기 때문에, 픽셀(P)의 소스 노드(Ns)가 제2 기준전압(VR2)으로 리셋되는 데 소요되는 시간이 크다. 버퍼 스위치(RST-BUF)는 픽셀(P)의 소스 노드(Ns)를 제2 기준전압(VR2)으로 리셋시키는 데 소요되는 시간을 줄이는 역할을 한다.
도 7은 전류 적분기로 전하 소싱(charge sourcing)할 때의 전류 적분기 출력 파형을 보여준다. 그리고, 도 8은 전류 적분기로부터 전하 싱킹(charge sinking)할 때의 전류 적분기 출력 파형을 보여준다.
소비전력을 낮추고 효율 증가를 위해서 낮은 동작점 전압(문턱 전압)을 갖는 발광 소자(OLED)가 유기발광 표시장치에 사용되고 있다. 센싱 라인(16)에 전류 적분기(CI)가 직접 연결된 기존의 센싱 유닛의 경우, 전류 적분기(CI)의 제1 기준전압(VR1)으로 픽셀(P)의 소스 노드(Ns)를 리셋시킨 후, 픽셀(P)의 구동소자(DT)에 흐르는 픽셀 전류를 센싱한다. 여기서, 만약 소스 노드(Ns)의 전압이 발광 소자(OLED)의 동작점 전압보다 높으면 센싱하고자 하는 픽셀 전류가 발광 소자(OLED)로 대부분 흘러 센싱이 불가능해진다. 이를 피하기 위해서는 전류 적분기(CI)의 제1 기준전압(VR1)이 발광 소자(OLED)의 동작점 전압보다 더 낮게 설정되어야 한다. 이때, 기존의 센싱 유닛은 도 7과 같이 전하 소싱(charge sourcing) 방식, 즉 전류 적분기의 반전 입력단자로 유입되는 픽셀 전류를 센싱하는 방식을 취하므로, 출력전압(Vout)이 제1 기준전압(VR1)을 기준으로 하강하는 방향으로 변하고, 그 결과 센싱 레인지가 좁다. 센싱 레인지가 좁으면 정확한 센싱이 어렵다.
이에 반해, 본 발명의 센싱 유닛(SU)은 도 8과 같이 전하 싱킹(charge sinking) 방식, 즉 전류 적분기(CI)의 반전 입력단자(-)에서 유출되는 싱크 전류를 센싱하는 방식을 취하므로, 출력전압(Vout)이 제1 기준전압(VR1)을 기준으로 상승하는 방향으로 변하고, 그 결과 센싱 레인지가 넓다. 다시 말해, 본 발명은 발광 소자(OLED)의 동작점 전압을 고려하여 제1 기준전압(VR1)이 낮게 설정되더라도, 넓은 센싱 레인지를 확보할 수 있다. 센싱 레인지가 넓으면 센싱 레인지의 경계 부근에서 센싱값이 세츄레이션(Saturation)되는 것을 방지할 수 있으며, 센싱의 정확도를 높이기 용이하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 센싱 라인과 전류 적분기 사이에 전류 전달부를 접속시킴으로써, 전류 적분기의 증폭비로 작용하는 기생 용량 성분을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명은 저전류를 센싱함에도 불구하고 전류 전달부에서의 미러링을 통해 전류 적분기로 증폭된 싱크 전류를 전달할 수 있으며, 이에 따라 전류 적분기 내에 큰 용량의 피드백 커패시터를 설계할 수 있어, 저전류 센싱에서 가장 이슈가 되는 노이즈 문제를 해결할 수 있다.
나아가, 본 발명은 센싱 라인과 전류 전달부 사이에 접속된 전류 버퍼를 더 구비하여, 전류 버퍼의 기준 전압으로 픽셀의 소스노드 전압이 변하지 않도록 일정하게 고정시킴으로써, 픽셀의 구동소자에 정전류가 흐를 수 있도록 하여 센싱의 정확도를 높일 수 있다.
더 나아가, 본 발명은 전류 버퍼의 출력단자를 센싱 라인에 직접 연결하는 버퍼 스위치를 전류 버퍼에 포함시켜, 픽셀의 소스 노드를 전류 버퍼의 기준전압으로 리셋시키는 데 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 : 표시패널 11 : 타이밍 콘트롤러
12 : 데이터 구동회로 13 : 게이트 구동회로
14 : 데이터라인 16 : 센싱 라인
15 : 게이트라인 122 : 전류 센싱 장치

Claims (10)

  1. 픽셀들의 픽셀 전류를 센싱하기 위한 복수의 센싱 유닛들을 구비하고,
    상기 센싱 유닛들 각각은,
    반전 입력단자와 출력단자 사이에 접속된 피드백 커패시터와 제1 기준전압이 입력되는 비반전 입력단자를 구비하며, 상기 반전 입력단자에서 유출되는 싱크 전류에 대응되게 상기 출력단자의 출력 전압을 변화시키는 전류 적분기; 및
    상기 픽셀 전류가 흐르는 센싱 라인과 상기 전류 적분기 사이에 접속되며, 상기 싱크 전류를 상기 전류 적분기의 상기 반전 입력단자에 전달하는 전류 전달부를 포함하는 전류 센싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 전달부는 상기 센싱 라인과 상기 전류 적분기 간의 전기적 접속을 분리하는 전류 센싱 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반전 입력단자에서 유출되는 싱크 전류에 의해, 상기 출력 전압은 상기 제1 기준전압을 기준으로 상승하는 전류 센싱 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 전달부는,
    상기 픽셀 전류가 인가되는 공유 노드에 게이트전극과 제1 전극이 접속되고 기저 전압원에 제2 전극이 접속된 제1 미러 트랜지스터; 및
    상기 공유 노드에 게이트전극이 접속되고, 상기 전류 적분기의 상기 반전 입력단자에 제1 전극이 접속되며, 상기 기저 전압원에 제2 전극이 접속된 제2 미러 트랜지스터를 포함한 전류 센싱 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 싱크 전류는 상기 픽셀 전류보다 크고,
    상기 제2 미러 트랜지스터의 채널 용량은 상기 제1 미러 트랜지스터의 채널 용량보다 큰 전류 센싱 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 센싱 유닛들 각각은,
    상기 센싱 라인과 상기 전류 전달부 사이에 접속된 전류 버퍼를 더 포함하고,
    상기 전류 버퍼는,
    상기 센싱 라인에 접속된 버퍼용 반전 입력단자와, 제2 기준전압이 입력되는 버퍼용 비반전 입력단자와, 버퍼용 출력단자를 갖는 버퍼 앰프; 및
    상기 버퍼용 출력단자에 게이트전극이 접속되고, 상기 센싱 라인에 제1 전극이 접속되고, 상기 전류 전달부에 제2 전극이 접속된 버퍼 트랜지스터를 갖는 전류 센싱 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전류 버퍼는,
    상기 제2 기준전압을 상기 픽셀 전류가 흐르는 픽셀에 인가하여, 상기 픽셀에 포함된 구동소자에 정전류가 흐를 수 있도록 하는 전류 센싱 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전류 버퍼는,
    상기 버퍼용 반전 입력단자와 상기 버퍼용 출력단자 사이에 접속된 버퍼용 리셋 스위치를 더 포함한 전류 센싱 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 기준전압과 상기 제2 기준전압은 동일한 전류 센싱 장치.
  10. 다수의 픽셀들과 상기 픽셀들에 연결된 센싱 라인들이 구비된 표시패널;
    상기 센싱 라인들을 통해 상기 픽셀들의 픽셀 전류를 센싱하는 청구항 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항의 센싱 유닛들; 및
    상기 센싱 유닛들로부터 입력되는 디지털 센싱값을 기초로 상기 표시패널에 기입될 디지털 영상 데이터를 보상하는 타이밍 콘트롤러를 구비하는 유기발광 표시장치.
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