KR101492935B1 - 유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로 - Google Patents

유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기발광다이오드의 표시패널 상에 배열된 유기발광다이오드 구동용 트랜지스터들의 문턱전압의 차이에 관계없이 균일한 휘도의 영상을 제공할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 문턱전압 보상 화소회로는, 유기발광다이오드의 구동전류를 발생하는 구동용 트랜지스터; 상기 구동용 트랜지스터에 전달되는 구동전압을 저장하기 위한 커패시터; 이전스캔신호에 의해 턴온되어 상기 커패시터를 제1전원전압으로 초기화시키기 위한 초기화용 트랜지스터; 현재스캔신호에 의해 턴온되어 상기 구동용 트랜지스터를 다이오드로 동작시키는 문턱전압보상용 트랜지스터; 발광신호에 의해 턴온되어 상기 제1전원전압과 상기 구동용 트랜지스터의 일측 단자를 연결하는 제1스위칭 트랜지스터; 상기 발광신호에 의해 턴온되어 상기 구동용 트랜지스터의 타측 단자와 타측단자가 제2전원전압에 접속된 상기 유기발광다이오드의 일측 단자를 연결하는 제2스위칭 트랜지스터; 및 상기 현재스캔신호에 의해 턴온되어 상기 제1스위칭 트랜지스터의 타측단자와 상기 구동용 트랜지스터의 일측 단자의 공통접속점에 데이터전압을 전달하는 제3스위칭 트랜지스터;를 포함한다.

Description

유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로{PIXEL CIRCUIT FOR COMPENSATING THRESHOLD VOLTAGE OF ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 유기발광다이오드(OLED) 표시패널 상에 디스플레이되는 화면의 휘도를 균일하게 하는 기술에 관한 것으로, 특히 유기발광다이오드의 표시패널 상에 배열된 유기발광다이오드 구동용 트랜지스터들의 문턱전압의 차이에 관계없이 균일한 휘도의 영상을 제공할 수 있도록 한 유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로에 관한 것이다.
일반적으로, 유기발광다이오드 표시장치의 표시패널에는 유기발광다이오드를 포함하는 화소가 매트릭스 형태로 배열되어 있고, 각각의 화소는 해당 게이트 라인(스캔라인)에 스캔신호가 공급될 때 데이터라인으로부터 공급되는 데이터신호에 의해 점등되어 빛을 발생한다. 표시패널의 단위화소들에는 고유의 색상(Red, Green, Blue)을 나타내는 유기발광다이오드가 각기 배열되어 있어 이들의 색상조합에 의해 목적한 색상을 나타내게 된다.
도 1은 종래 기술에 의한 유기발광다이오드 표시장치의 화소 구동회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 2개의 트랜지스터와 하나의 커패시터를 포함한다. 즉, 스위칭 트랜지스터(T2), 구동 트랜지스터(T1) 및 커패시터(CST)를 포함한다. 여기서, 상기 스위칭 트랜지스터(T2) 및 구동 트랜지스터(T1)는 P채널 MOS 트랜지스터이다.
도 1을 참조하면, 스위칭 트랜지스터(T2)의 게이트에 "로우" 레벨의 스캔라인신호(또는 게이트신호)(GN)가 공급되면, 이에 의해 상기 스위칭 트랜지스터(T2)가 턴온된다. 이에 따라, 데이터전압(Vdata)이 상기 스위칭 트랜지스터(T2)를 통해 커패시터(CST)에 저장되어 1 프레임 동안 유지된다.
상기 커패시터(CST)에 저장된 상기 데이터전압(Vdata)에 의해 구동 트랜지스터(T1)가 구동되어 상기 구동 트랜지스터(T1)를 통해 유기발광다이오드(OLED)에 아래의 [수학식1]과 같은 구동전류(IOLED)가 흐르게 된다. 따라서, 상기 유기발광다이오드(OLED)는 상기 구동전류(IOLED)에 상응되는 밝기로 점등된다.
Figure 112013038084999-pat00001
여기서, Cox는 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 정전용량,μp는 구동 트랜지스터(T1)에서 정공의 이동도, VTHP_T1은 상기 구동 트랜지스터(T1)의 문턱전압이다.
상기 [수학식 1]에서와 같이, 상기 구동 트랜지스터(T1)의 문턱전압(VTHP_T1)이 변동되면, 그에 상응되게 유기발광다이오드(OLED)의 구동전류(IOLED)가 변화된다.
유기발광다이오드의 표시패널 상에는 매트릭스 형태로 상기 유기발광다이오드(OLED)와 같은 유기발광다이오드가 배열되고, 각각의 유기발광다이오드들은 상기 도 1과 같은 화소 구동회로(10)에 의해 구동된다. 그런데, 각 화소 구동회로(10)에 구비되는 구동트랜지스터들은 제조 공정상의 차이나 환경변화에 의해 각기 다른 문턱전압을 갖게 된다.
이와 같이 종래 기술에 의한 유기발광다이오드 표시장치에서는 각각의 화소 구동회로에 동일한 레벨의 데이터전압을 공급하는 경우 각각의 구동 트랜지스터들의 문턱전압이 상이하여 이에 대한 적절한 보상이 이루어지지 않으면 유기발광다이오드 표시장치의 표시패널 상에 휘도 불균일 현상이 나타나는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유기발광다이오드 표시장치의 표시패널에 배열된 각각의 유기발광다이오드를 구동하기 위한 구동트랜지스터들의 문턱전압이 서로 상이한 것에 관계없이 유기발광다이오드에 항상 일정한 구동전류가 흘러 균일한 휘도의 영상이 디스플레이되도록 하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로는, 유기발광다이오드의 구동전류를 발생하는 구동용 트랜지스터; 상기 구동용 트랜지스터에 전달되는 구동전압을 저장하기 위한 커패시터; 이전스캔신호에 의해 턴온되어 상기 커패시터를 제1전원전압으로 초기화시키기 위한 초기화용 트랜지스터; 현재스캔신호에 의해 턴온되어 상기 구동용 트랜지스터를 다이오드로 동작시키는 문턱전압보상용 트랜지스터; 발광신호에 의해 턴온되어 상기 제1전원전압과 상기 구동용 트랜지스터의 일측 단자를 연결하는 제1스위칭 트랜지스터; 상기 발광신호에 의해 턴온되어 상기 구동용 트랜지스터의 타측 단자와 타측단자가 제2전원전압에 접속된 상기 유기발광다이오드의 일측 단자를 연결하는 제2스위칭 트랜지스터; 및 상기 현재스캔신호에 의해 턴온되어 상기 제1스위칭 트랜지스터의 타측단자와 상기 구동용 트랜지스터의 일측 단자의 공통접속점에 데이터전압을 전달하는 제3스위칭 트랜지스터;를 포함한다.
본 발명은 문턱전압보상용 트랜지스터를 이용하여 유기발광다이오드 표시장치의 표시패널에 배열된 각각의 유기발광다이오드를 구동하기 위한 구동트랜지스터들의 문턱전압을 보상해 줌으로써, 각 구동트랜지스터들의 문턱전압이 서로 상이한 것에 관계없이 모든 유기발광다이오드에 항상 일정한 구동전류가 흘러 균일한 휘도의 영상을 디스플레이할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 유기발광다이오드 표시장치의 화소 구동회로도이다.
도 2는 유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로도이다.
도 3은 도 2의 문턱전압 보상 화소회로에 공급되는 각 신호의 타이밍도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로도이다.
도 2를 참조하면, 게이트에 발광신호(EM)가 공급되는 제1스위칭 트랜지스터(M1)의 일측 단자가 제1전원전압(VDD)에 접속되고 타측 단자는 상기 구동용 트랜지스터(M4)의 일측 단자에 접속된다. 게이트에 발광신호(EM)가 공급되는 제2스위칭 트랜지스터(M2)의 일측 단자가 상기 구동용 트랜지스터(M4)의 타측 단자에 접속되고 타측 단자는 캐소우드가 제2전원전압(VSS)에 접속된 유기발광다이오드(OLED)의 애노드에 접속된다. 게이트에 현재스캔신호(GN)가 공급되는 제3스위칭 트랜지스터(M3)의 일측 단자가 데이터전압(Vdata)의 단자에 접속되고 타측 단자는 상기 제1스위칭 트랜지스터(M1)의 타측단자와 상기 구동용 트랜지스터(M4)의 일측 단자의 접속점에 접속된다. 커패시터(CST)의 일측 단자가 상기 제1전원전압(VDD)에 접속되고 타측 단자는 상기 구동용 트랜지스터(M4)의 게이트에 접속된다. 게이트에 이전스캔신호(GN-1)가 공급되는 초기화용 트랜지스터(M5)의 양측 단자가 상기 커패시터(CST)의 양측 단자에 각기 접속된다. 게이트에 현재스캔신호(GN)가 공급되는 문턱전압보상용 트랜지스터(M6)의 일측 단자가 상기 구동용 트랜지스터(M4)의 게이트에 접속되고 타측 단자는 상기 구동용 트랜지스터(M4)의 타측 단자와 상기 제2스위칭 트랜지스터(M2)의 일측 단자의 공통접속점에 접속된다.
도 2에서 트랜지스터(M1-M6)는 N 채널 모스 트랜지스터를 예로 하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니라, 필요에 따라 다른 트랜지스터로 구현할 수 있다.
도 3은 도 2의 문턱전압 보상 화소회로에 공급되는 현재스캔신호(GN), 이전스캔신호(GN-1) 및 발광신호(EM)의 타이밍도를 나타낸 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 문턱전압 보상회로의 각 구간별 동작을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 초기화 구간(T1)에서는 이전스캔신호(GN-1)가 "하이"로 공급되고, 현재스캔신호(GN) 및 발광신호(EM)는 "로우"로 공급된다. 이에 따라, 초기화용 트랜지스터(M5)가 턴온되고, 제1 내지 제3 스위칭 트랜지스터(M1-M3) 및 문턱전압보상용 트랜지스터(M6)가 턴오프된다.
따라서, 상기 제1전원전압(VDD)이 직접 상기 커패시터(CST)의 일측 단자에 공급되고, 상기 초기화용 트랜지스터(M5)를 통해서는 상기 커패시터(CST)의 타측 단자에 공급된다. 결과적으로, 상기 커패시터(CST)에 저장된 데이터전압(Vdata)과 상기 구동용 트랜지스터(M4)의 문턱전압이 초기화된다.
문턱전압감지 및 데이터기입구간(T2)에서는 현재스캔신호(GN)가 "하이"로 공급되고, 이전스캔신호(GN-1) 및 발광신호(EM)는 "로우"로 공급된다. 이에 따라, 제3스위칭 트랜지스터(M3) 및 문턱전압보상용 트랜지스터(M6)가 턴온되고, 제1스위칭 트랜지스터(M1), 제2스위칭 트랜지스터(M2) 및 초기화용 트랜지스터(M5)가 턴오프된다.
따라서, 구동용 트랜지스터(M4)의 게이트와 타측단자가 상기 문턱전압보상용 트랜지스터(M6)를 통해 연결되어 상기 구동용 트랜지스터(M4)가 다이오드로 동작한다. 이로 인하여, 상기 커패시터(CST)에는 데이터전압(Vdata)과 구동용 트랜지스터(M4)의 문턱전압(VTHN_M4)을 더한 전압(Vdata + VTHN_M4)이 저장된다.
발광구간(T3)에서는 발광신호(EM)가 "하이"로 공급되고, 상기 현재스캔신호(GN) 및 이전스캔신호(GN-1)가 "로우"로 공급된다. 이에 따라, 제1스위칭 트랜지스터(M1) 및 제2스위칭 트랜지스터(M2)가 턴온되고, 상기 제3스위칭 트랜지스터(M3), 초기화용 트랜지스터(M5) 및 문턱전압보상용 트랜지스터(M6)가 턴오프된다.
따라서, 상기 구동용 트랜지스터(M4)의 문턱전압(VTHN_M4)이 보상된 전압 즉, 상기 커패시터(CST)에 저장된 전압(Vdata + VTHN_M4)이 상기 구동용 트랜지스터(M4)의 게이트에 인가되고, 문턱전압보상화소회로(20)는 소스 폴로워 증폭기로 동작하게 된다. 이로 인하여, 임의의 문턱전압보상화소회로(20)의 구동용 트랜지스터(M4)의 문턱전압이 다른 문턱전압보상화소회로의 구동용 트랜지스터의 문턱전압과 상이한 것에 관계없이 상기 구동용 트랜지스터(M4)를 통해 유기발광다이오드(OLED)의 애노드에 공급되는 전압을 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 임의의 문턱전압보상화소회로(20)의 구동용 트랜지스터(M4)의 문턱전압이 다른 문턱전압보상화소회로의 구동용 트랜지스터의 문턱전압과 상이한 것에 관계없이 상기 유기발광다이오드(OLED)의 구동전류가 일정하게 유지되어 균일한 밝기를 유지할 수 있게 된다.
상기 발광구간(T3)에서 상기와 같은 동작에 의하여, 상기 구동용 트랜지스터(M4)의 타측 단자로부터 유기발광다이오드(OLED)에 공급되는 구동전류(IOLED)는 다음의 [수학식2]와 같다.
Figure 112013038084999-pat00002
여기서, Cox는 구동용 트랜지스터(M4)의 게이트의 정전용량, μn는 구동 트랜지스터(M4)에서 전자의 이동도, W는 구동용 트랜지스터(M4)의 채널 폭, L는 구동용 트랜지스터(M4)의 채널 길이, VS_M4는 구동용 트랜지스터(M4)의 소스 전압, VTHN_M4는 구동용 트랜지스터(M4)의 문턱전압이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
M1-M3 : 제1-3스위칭 트랜지스터 M4 : 구동용 트랜지스터
M5 : 초기화용 트랜지스터 M6 : 문턱전압보상용 트랜지스터
OLED : 유기발광다이오드 CST : 커패시터

Claims (7)

  1. 유기발광다이오드의 구동전류를 발생하는 구동용 트랜지스터;
    상기 구동용 트랜지스터에 전달되는 구동전압을 저장하기 위한 커패시터;
    초기화 구간에서 이전스캔신호에 의해 턴온되어 상기 커패시터를 제1전원전압으로 초기화시키기 위한 초기화용 트랜지스터;
    데이터기입 구간에서 현재스캔신호에 의해 턴온되어 상기 구동용 트랜지스터를 다이오드로 동작시키는 문턱전압보상용 트랜지스터;
    발광신호에 의해 턴온되어 상기 제1전원전압과 상기 구동용 트랜지스터의 일측 단자를 연결하는 제1스위칭 트랜지스터;
    상기 발광신호에 의해 턴온되어 상기 구동용 트랜지스터의 타측 단자와 타측단자가 제2전원전압에 접속된 상기 유기발광다이오드의 일측 단자를 연결하는 제2스위칭 트랜지스터; 및
    상기 데이터기입 구간에서 상기 현재스캔신호에 의해 턴온되어 상기 제1스위칭 트랜지스터의 타측단자와 상기 구동용 트랜지스터의 일측 단자의 공통접속점에 데이터전압을 전달하는 제3스위칭 트랜지스터;를 포함하되,
    상기 초기화용 트랜지스터, 상기 문턱전압보상용 트랜지스터 및 상기 제3스위칭 트랜지스터에 의해 상기 커패시터에 상기 데이터전압과 상기 구동용 트랜지스터의 문턱전압을 더한 전압이 저장되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1스위칭 트랜지스터는 일측 단자가 상기 제1전원전압에 접속되고, 타측 단자가 상기 구동용 트랜지스터의 일측 단자에 접속되며, 게이트에 상기 발광신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2스위칭 트랜지스터는 일측 단자가 상기 구동용 트랜지스터의 타측 단자에 접속되고, 타측 단자는 타측 단자가 제2전원전압에 접속된 상기 유기발광다이오드의 일측 단자에 접속되고, 게이트에 상기 발광신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제3스위칭 트랜지스터는 일측 단자가 데이터전압의 단자에 접속되고, 타측 단자가 상기 제1스위칭 트랜지스터의 타측단자와 상기 구동용 트랜지스터의 일측 단자의 접속점에 접속되고, 게이트에 상기 현재스캔신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 커패시터는 일측 단자가 상기 제1전원전압에 접속되고, 타측 단자가 상기 구동용 트랜지스터의 게이트에 접속된 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 초기화용 트랜지스터는 양측 단자가 상기 커패시터의 양측 단자에 각기 접속되고, 게이트에 상기 이전스캔신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 문턱전압보상용 트랜지스터는 일측 단자가 상기 구동용 트랜지스터의 게이트에 접속되고, 타측 단자가 상기 구동용 트랜지스터의 타측 단자와 상기 제2스위칭 트랜지스터의 일측 단자의 공통접속점에 접속되고, 게이트에 상기 현재스캔신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치의 문턱전압 보상 화소회로.
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