KR101719481B1 - 유기 발광장치 및 구동방법 - Google Patents

유기 발광장치 및 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치의 구동방법은 게이트 라인에 공급되는 스캔 신호가 온(On)되고 EM 라인에 공급되는 EM 신호가 오프(Off)되는 프로그래밍 구간에, 제1 노드와 제2 노드 사이에 형성된 스토리지 커패시터에 데이터 전압을 충전시키는 단계; 상기 게이트 라인에 공급되는 스캔 신호 및 EM 라인에 공급되는 EM 신호가 오프(Off)되는 플로팅 구간에, 드라이빙 TFT의 게이트와 소스 간에 형성된 가변 커패시터가 캡 온(cap On)되는 단계; 상기 드라이빙 TFT가 다이오드 커넥션 상태에서 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 게이트 사이에 형성된 스위칭 TFT에 채널이 형성되는 단계; 및 상기 채널을 통해 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 연결된 제3 노드로부터 상기 드라이빙 TFT의 게이트와 연결된 제2 노드로 구동 전압(VDD)에 따른 전류가 유입되어 상기 드라이빙 TFT의 문턱 전압(Vth)을 보상시키는 단계;를 포함한다.

Description

유기 발광장치 및 구동방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 유기 발광장치에 관한 것으로, 구체적으로 드라이빙 TFT의 열화를 방지하여 표시 품질을 향상시킬 수 있는 유기 발광장치와 이의 구동방법에 관한 것이다.
최근에 들어 발광효율, 휘도, 시야각이 뛰어나며 응답속도가 빠른 발광 표시장치가 주목 받고 있다. 평판표시장치로서 현재까지는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)가 널리 이용되었지만, 액정표시장치는 별도의 광원으로 백라이트가 필요하고, 밝기, 명암비 및 시야각 등에서 기술적 한계가 있다. 이에, 자체발광이 가능하여 별도의 광원이 필요하지 않고, 밝기, 명암비 및 시야각 등에서 상대적으로 우수한 유기 발광장치(Organic Light Emitting Device)에 대한 관심이 증대되고 있다.
유기 발광장치는, 전자(electron)를 주입하는 음극(cathode)과 정공(hole)을 주입하는 양극(anode) 사이에 발광층이 형성된 구조로서, 음극에서 발생된 전자 및 양극에서 발생된 정공이 발광층 내부로 주입되면 주입된 전자 및 정공이 결합하여 액시톤(exciton)이 생성되고, 생성된 액시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 떨어지면서 발광을 일으킴으로써 화상을 표시하는 표시장치이다.
이와 같은 유기 발광장치는 구동방식에 따라 수동 매트릭스(Passive Matrix) 방식과 능동 매트릭스(Active Matrix) 방식으로 나눌 수 있다.
상기 수동 매트릭스 방식은 별도의 박막 트랜지스터(thin film transistor, 이하 'TFT'라 함)를 구비하지 않으면서 매트릭스 형태로 화소가 배열된 구성으로서, 주사선의 순차적 구동에 의해 각각의 화소를 구동하기 때문에 라인이 많아질수록 더 높은 전압과 전류를 순간적으로 인가해주어야 한다. 따라서, 소비전력이 높아지게 되고 해상도 면에서도 한계가 있다.
반면에, 상기 능동 매트릭스 방식은 매트릭스 형태로 배열된 화소 각각에 TFT가 형성된 구성으로서, TFT의 스위칭 구동과 스토리지 커패시터(Cst)의 전압 충전에 의해 각각의 화소를 구동하기 때문에, 소비전력이 낮고 해상도 면에서도 수동 매트릭스 방식과 대비하여 이점이 있다. 따라서, 고해상도 및 대면적을 요구하는 표시소자에는 능동 매트릭스 방식의 유기 발광소자가 적합하다.
이하에서는, 도면을 참조로 종래 기술에 따른 능동 매트릭스 방식의 유기 발광장치에 대해서 설명하기로 한다. 참고로, 이하 본 명세서에서는 '능동 매트릭스 방식의 유기 발광장치'를 간략하게 '유기 발광장치'로 칭하도록 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 유기 발광장치의 화소를 나타내는 회로도이다. 도 1에서는 유기 발광장치의 전체 화소 중 하나의 화소를 도시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 유기 발광장치는, 게이트 라인(10, 또는 스캔 라인), 데이터 라인(20), 구동 전원 라인(30, VDD), 복수의 TFT(T1, T2), 커패시터(C), 및 유기 발광 다이오드(OLED)를 포함하여 이루어진다.
상기 게이트 라인(10)은 게이트 신호(scan)가 인가되는 배선이고, 상기 데이터 라인(20)은 데이터 신호(data)가 인가되는 배선으로서, 게이트 라인(10)과 데이터 라인(20)은 서로 교차 배열되어 있다.
상기 구동 전원 라인(30)은 구동 전압(VDD)이 인가되는 배선으로서, 상기 데이터 라인(20)과 나란히 배열되어 있다.
상기 복수의 TFT(T1, T2)는 스위칭 소자인 제1 TFT(T1) 및 구동 소자인 제2 TFT(T2)를 포함하여 이루어진다.
상기 커패시터(C)는 인가되는 데이터 전압을 일정 기간 동안 유지시키는 역할을 하는 것으로서, 상기 제2 TFT(T2)의 소스와 게이트 사이에 연결되어 있다.
상기 유기 발광 다이오드(OLED)는 상기 제2 TFT(T2)의 드레인과 그라운드(GND) 사이에 연결되어 있으며, 발광을 일으켜 화상을 표시하는 역할을 한다.
도 2는 종래에 따른 유기 발광장치의 구동 타이밍을 나타내는 도면이다.
도1 및 도 2를 하면, 게이트 라인(10)으로 게이트 신호(scan)를 인가하여 제1 TFT(T1)가 온(on) 상태가 되도록 하면, 데이터 라인(20)을 통해 인가되는 데이터 전압(Vdata)이 제2 TFT(T2)의 게이트(A 노드)에 인가된다. 그러면, 상기 게이트(A 노드)에 인가되는 데이터 전압(Vdata)에 대응하여 상기 제2 TFT(T2)를 통해 유기 발광 다이오드(OLED)에 전류가 흘러 발광이 이루어지게 된다.
그러나, 이와 같은 종래 기술에 따른 유기 발광장치는 상기 유기 발광 다이오드(OLED)에 인가되는 구동 전류의 크기를 드라이빙 TFT인 제2 TFT(T2)를 통해 제어하게 되는데, 발광이 지속적으로 이루어지면서 드라이빙 TFT인 제2 TFT(T2)가 열화되어 문턱 전압(Vth)이 변화되는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 개선하기 위해, TFT 또는 커패시터(Cap)를 추가로 형성시킨(예로서, 5TR 1Cap 구조, 5TR 2Cap 구조 6TR 1Cap 구조) 유기 발광장치가 제안되었다.
그러나, TFT와 커패시터(Cap)를 추가시킨 구조에서도 드라이빙 TFT의 열화에 따른 문턱 전압(Vth) 편차의 문제점의 여전히 있고, 문턱 전압 편차를 보상하기 위해 센싱(sensing) 구간에서 검출한 드라이빙 TFT의 문턱 전압(VDD + Vth)의 센싱율이 발광(emission) 구간에서 감소하는 문제점이 있다.
이로 인해, 발광 구간에서 문턱 전압의 편차 보상이 능력이 떨어져 결과적으로 유기 발광 다이오드(OLED)의 수명이 줄어들고, 발광 효율의 저하로 인해 유기 발광장치의 표시품질이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 드라이빙 TFT의 열화에 따른 문턱 전압(Vth)의 편차를 개선할 수 있는 유기 발광장치와 이의 구동방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 문턱 전압의 센싱율을 높여 문턱 전압의 편차 및 균일도를 개선할 수 있는 유기 발광장치와 이의 구동방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 발광 구간에서 문턱 전압의 편차 보상 능력을 향상시킬 수 있는 유기 발광장치와 이의 구동방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 유기 발광장치의 표시품질을 향상시키는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 유기 발광장치의 수명을 증가시키는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치는 제1 방향으로 이격되어 배열된 게이트 라인 및 EM 라인; 상기 게이트 라인 및 EM 라인과 교차 배열된 데이터 라인; 상기 데이터 라인과 나란히 배열된 기준 전원 라인 및 구동 전원 라인; 상기 게이트 라인, EM 라인, 데이터 라인, 기준 전원 라인, 구동 전원 라인과 개별적으로 연결되는 복수의 스위칭 TFT 및 드라이빙 TFT; 상기 복수의 스위칭 TFT 중 하나의 스위칭 TFT를 사이에 두고 상기 드라이빙 TFT와 연결되어 발광하는 유기 발광 다이오드; 상기 복수의 스위칭 TFT 중 제1 TFT의 드레인과 상기 드라이빙 TFT의 게이트 간의 제1 노드와 제2 노드 사이에 형성된 스토리지 커패시터; 및 상기 드라이빙 TFT의 게이트와 소스 간에 형성된 가변 커패시터;를 포함하고, 상기 가변 커패시터는 상기 게이트 라인에 공급되는 스캔 신호 및 상기 EM 라인에 공급되는 EM 신호가 오프(Off)되는 플로팅 구간에 캡 온되어 상기 제2 노드의 전압을 일정 전압으로 유지시키고, 상기 드라이빙 TFT의 문턱 전압(Vth)을 보상시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치의 가변 커패시터는 상기 드라이빙 TFT의 게이트와 소스 간에 형성되는 전압(Vgs)이 구동 전압(VDD) + 문턱 전압(|Vth|) 이상인 경우에 캡 온(cap On)되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치의 가변 커패시터는 상기 드라이빙 TFT의 게이트와 소스 간에 형성되는 전압(Vgs)이 구동 전압(VDD) + 문턱 전압(Vth) 미만인 경우에 캡 오프(cap Off)되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치의 구동방법은 게이트 라인에 공급되는 스캔 신호가 온(On)되고 EM 라인에 공급되는 EM 신호가 오프(Off)되는 프로그래밍 구간에, 제1 노드와 제2 노드 사이에 형성된 스토리지 커패시터에 데이터 전압을 충전시키는 단계; 상기 게이트 라인에 공급되는 스캔 신호 및 EM 라인에 공급되는 EM 신호가 오프(Off)되는 플로팅 구간에, 드라이빙 TFT의 게이트와 소스 간에 형성된 가변 커패시터가 캡 온(cap On)되는 단계; 상기 드라이빙 TFT가 다이오드 커넥션 상태에서 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 게이트 사이에 형성된 스위칭 TFT에 채널이 형성되는 단계; 및 상기 채널을 통해 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 연결된 제3 노드로부터 상기 드라이빙 TFT의 게이트와 연결된 제2 노드로 구동 전압(VDD)에 따른 전류가 유입되어 상기 드라이빙 TFT의 문턱 전압(Vth)을 보상시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치의 구동방법은 상기 플로팅 구간에서, 상기 가변 커패시터의 캡 온(cap On)에 의해 구동 전원 라인으로부터 공급되는 구동 전압(VDD)의 드랍이 보상되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치의 구동방법은 발광 구간에서, 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 유기 발광 다이오드(OLED) 사이에 형성된 스위칭 TFT가 상기 EM 신호에 의해 턴온 되고, 프로그래밍 구간에 스토리지 커패시터에 충전되어 상기 제2 노드로 전달된 전하와 상기 플로팅 구간에 보상된 전압을 통해 상기 유기 발광 다이오드의 발광이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 따른 본 발명은 드라이빙 TFT의 열화에 따른 문턱 전압(Vth)의 편차를 개선하고, 문턱 전압의 센싱율 높일 수 있다.
실시 예에 따른 본 발명은 발광 구간에서 드라이빙 TFT의 문턱 전압의 보상 능력을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따른 본 발명은 콘트라스트를 높여 유기 발광장치의 표시품질을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따른 본 발명은 드라이빙 TFT의 문턱 전압의 편차를 보상시키면서도 데이터 전압의 레인지를 줄여 구동 효율성을 높일 수 있다.
실시 예에 따른 본 발명은 드라이빙 TFT의 문턱 전압의 보상율을 높이고, 구동 전압(VDD)의 드랍을 줄여 유기 발광장치의 수명을 증가시킬 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 특징 및 효과들 이외에도 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 효과들이 새롭게 파악 될 수도 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 유기 발광장치의 화소를 나타내는 회로도.
도 2는 종래 기술에 따른 유기 발광장치의 구동 타이밍을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치의 화소를 나타내는 회로도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치의 구동 타이밍을 나타내는 도면.
도 5 내지 도 8은 도 4의 구동 타이밍에 따른 유기 발광장치의 구동방법을 나타내는 도면.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치와 이의 구동방법의 효과를 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치와 이의 구동방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치의 화소를 나타내는 회로도이다. 도 3에서는 유기 발광장치의 전체 화소 중 하나의 화소를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치는 게이트 라인(102, scan), EM 라인(104), 데이터 라인(106), 구동 전원 라인(108, VDD), 기준 전원 라인(109), 복수의 TFT(ST1 ~ ST5, DT1), 복수의 커패시터(Cst1, Cst2), 및 유기 발광 다이오드(OLED)를 포함하여 이루어진다.
상기 게이트 라인(102)은 스캔 신호가 인가되는 배선으로서, 게이트 라인(102)에 인가되는 스캔 신호를 통해 제1 TFT(110), 제3 TFT(130), 제5 TFT(130)를 구동시킨다.
상기 데이터 라인(106)은 드라이빙 TFT(160)를 구동시키기 위한 데이터 전압(Vdata)을 제1 노드(a node)에 인가되는 배선으로서, 데이터 라인(106)은 화소 내에서 게이트 라인(102) 및 EM 라인(104)과 교차하도록 배열되어 있다.
여기서, 상기 제1 노드(a node)는 제1 스위칭 TFT(110)의 드레인과 제2 스위칭 TFT(120)의 드레인 사이에 형성되고, 스토리지 커패시터(170)의 일측 단자와 접속된다.
상기 EM 라인(104)은 발광 신호(EM)가 인가되는 배선으로서, 상기 발광 신호(EM)를 통해 제2 TFT(120), 제4 TFT(102)를 구동시킨다. 여기서, EM 라인(104)은 화소 내에서 게이트 라인(102)과 나란히 배열되어 있다.
기준 전원 라인(109) 및 구동 전원 라인(108, VDD)은 각각 기준 전압(Vref) 및 구동 전압(VDD)이 인가되는 배선으로서, 화소 내에서 데이터 라인(106)과 나란히 배열되어 있다.
복수의 TFT(ST1 ~ ST5, D1)는 제1 내지 제6 TFT(110 ~ 160)로 구성되며, 이하, 제1 내지 제5 TFT(110 ~ 150)를 스위칭 TFT, 제6 TFT(160)를 드라이빙 TFT로 약칭하기로 한다. 여기서, 복수의 TFT(110 ~ 160)는 PMOS로 형성될 수 있다.
제1 스위칭 TFT(110)는 게이트 라인(102)으로부터 인가되는 스캔 신호에 따라 스위칭되어 데이터 전압(Vdata)을 제1 노드(a node)로 공급한다.
제2 스위칭 TFT(120)는 EM 라인(104)으로부터 인가되는 발광 신호(EM)에 따라 스위칭되어, 기준 전원 라인(109)에 인가되는 기준 전압(Vref)을 제1 노드(a node)로 공급한다. 즉, 기준 전압(Vref)을 스토리지 커패시터(170)의 일측 단자에 공급한다.
제3 스위칭 TFT(130)는 게이트 라인(102)으로부터 인가되는 스캔 신호에 따라 스위칭되어, 후술되는 드라이빙 TFT(160)를 다이오드 커넥션 시킨다. 이때, 드라이빙 TFT(160)는 구동 전원 라인(108)으로부터의 구동 전원(VDD)을 제3 노드(mdtd node)로 공급한다.
즉, 제3 스위칭 TFT(130)는 드라이빙 TFT(160)가 다이오드 커넥션되고 제4 스위칭 TFT(140)가 오프 구동될 때 구동 전원 라인(108)로부터의 구동 전압(VDD)을 제2 노드(b node)에 공급하게 된다.
이때, 제3 노드(mdtd node)에 공급된 구동 전원(VDD)은 제3 스위칭 TFT(130)를 경유하여 제2 노드(b node)에 공급되어 제2 노드(b node)의 전압을 드라이빙 TFT(160)의 문턱 전압(Vth)으로 높인다.
여기서, 제3 스위칭 TFT(130)의 소스 및 드라이빙 TFT(160)의 드레인은 제3 노드(mdtd node)에 접속되고, 제3 스위칭 TFT(130)의 드레인은 제2 노드(b node)에 접속된다.
제4 스위칭 TFT(140)는 EM 라인(104)에 인가되는 발광 신호(EM)에 따라 스위칭되어, 구동 전류를 유기 발광 다이오드(OLED)에 공급한다.
여기서, 제4 스위칭 TFT(140)의 소스는 상기 제3 노드(mdtd node)에 접속되고, 드레인은 유기 발광 다이오드(190, OLED)에 접속된다.
제5 스위칭 TFT(150)는 게이트 라인(102)으로부터의 스캔 신호에 따라 스위칭되어, 기준 전원 라인(109)으로부터의 기준 전압(Vref)을 제4 스위칭 TFT(140)의 드레인과 유기 발광 다이오드(OLED) 사이에 형성된 제4 노드(c node)에 공급한다.
여기서, 상기 제5 스위칭 TFT(150)는 1 프레임 기간 중 초기화 기간에 유기 발광 다이오드(OLED)를 초기화 시키는 역할을 한다.
상기 스토리지 커패시터(170) 및 가변 커패시터(180)는 드라이빙 TFT(160)의 게이트 전압 즉, 드라이빙 TFT(160)의 문턱 전압(Vth)를 일정 기간 동안 유지시키는 역할을 한다.
스토리지 커패시터(170)는 제1 노드(a node)와 제2 노드(b node) 사이에 형성된다. 이러한, 스토리지 커패시터(170)의 일측 단자는 제1 노드(a node)에 접속되고, 타측 단자는 제2 노드(b node)에 접속된다.
스토리지 커패시터(170)는 가변 커패시터(180)와의 커플링에 의해 문턱 전압(Vth)이 보상된 데이터 전압(Vdata)을 제2 노드(b node) 즉, 드라이빙 TFT(160)의 게이트에 공급한다.
가변 커패시터(180)는 제2 노드(b node)와 구동 전압(VDD) 사이 즉, 드라이빙 TFT(160)의 게이트와 소스 사이에 형성된다. 이러한, 가변 커패시터(180)의 일측 단자는 구동 전원 라인(108)과 접속되고, 타측 단자는 스토리지 커패시터(170)의 타측 단자와 드라이빙 TFT(160)의 게이트 사이에 형성된 제2 노드(b node)에 접속된다.
가변 커패시터(180)는 초기화 기간 이후 스캔 신호의 오프(off) 시, 캡(cap)이 형성되어 상기 제2 노드(b node)의 전압이 급격하게 상승 또는 하강하는 것을 방지시키고 일정 전압으로 유지(holding)되도록 한다.
이러한, 가변 커패시터(180)는 후술되는 드라이빙 TFT(160)의 게이트와 소스 간에 형성되는 전압(Vgs)이 구동 전압(VDD) + 문턱 전압(Vth) 이상인 경우에 캡(cap)이 형성되다. 한편, 구동 전압(VDD) + 문턱 전압(Vth) 미만인 경우에는 가변 커패시터(180)의 캡(cap)이 형성이 형성되지 않는다. 즉, 가변 커패시터(180)는 인가되는 전압에 따라 캡(cap)이 가변적으로 형성(variable capacitance)된다.
여기서, 가변 커패시터(180)는 액티브층과 게이트 메탈 사이에 절연층을 개재하는 구조로 형성될 수 있고, 게이트 메탈과 소스/드레인 메탈 사이에 절연층을 개재하는 구조로도 형성될 수 있다.
복수의 TFT(110 ~ 160)가 P 타입(P type)인 경우에 가변 커패시터(180)는 게이트 메탈과 소스 메탈 사이에 절연층이 개재된 구조로 형성될 수 있다. 한편, 복수의 TFT(110 ~ 160)가 N 타입(N type)인 경우에 가변 커패시터(180)는 게이트 메탈과 드레인 메탈 사이에 절연층이 개재된 구조로 형성될 수 있다.
유기 발광 다이오드(190, OLED)는 상기 제4 스위칭 TFT(140)의 턴-온에 의해 공급되는 구동 전류를 통해 발광하고, 유기 발광장치는 각 화소에 형성된 유기 발광 다이오드(190, OLED)의 발광을 이용하여 화상을 구현하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치의 구동 타이밍을 나타내는 도면이고, 도 5 내지 도 8은 도 4의 구동 타이밍에 따른 유기 발광장치의 구동방법을 나타내는 도면이다. 이하, 도 4 내지 도 8을 결부하여 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치의 구동방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유기 발광장치는 1 프레임 기간을 복수의 구간으로 나누어 유기 발광 다이오드(190, OLED)의 발광을 제어한다.
제1 구간(①)은 초기화(Initializing) 구간으로, EM 라인(104)의 발광 신호(EM)가 공급(On)되어 제2 스위칭 TFT(120) 및 제4 스위칭 TFT(140)가 턴-온된다.
이때, 게이트 라인(120)의 스캔 신호(scan)는 초기 일정 기간 동안에는 공급되지 않다가, 이후 초기화 기간에 스캔 신호(scan)가 공급(On)되어 제1 스위칭 TFT(110), 제3 스위칭 TFT(130) 및 제5 스위칭 TFT(150)가 턴-온된다.
발광 신호(EM) 및 스캔 신호(scan)가 공급되어 제1 스위칭 TFT 내지 제5 스위칭 TFT(110 ~ 150)가 턴온 되면, 기준 전원 라인(109)으로부터의 기준 전압(Vref)이 제4 스위칭 TFT(140)의 드레인과 유기 발광 다이오드(OLED) 사이에 형성된 제4 노드(c node)에 공급된다. 이를 통해, 이전 프레임 기간에 유기 발광 다이오드(OLED)에 형성되어 있던 전압을 초기화(reset) 시킨다.
즉, 초기화 구간에서 EM 라인(104)으로 발광 신호(EM)가 인가되어 제4 스위칭 TFT(140)가 턴-온 상태가 되기 때문에, 제2 노드(b node)의 전압이 제4 노드(c node)로 빠지게 된다.
제2 구간(②)은 프로그래밍(programming) 및 센싱(sensing) 구간으로, 유기 발광 다이오드(190)의 발광을 위한 구동 전압을 화소에 프로그래밍하고, 드라이빙 TFT(160)의 문턱 전압(Vth)을 센싱 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 게이트 라인(102)으로 스캔 신호(scan)를 공급하는 상태를 유지하여, 제1 스위칭 TFT(110), 제3 스위칭 TFT(130) 및 제5 스위칭 TFT(150)의 온(On) 상태가 유지되도록 한다. 다만, EM 라인(104)의 발광 신호(EM)를 차단(Off)하여 제2 스위칭 TFT(120) 및 제4 스위칭 TFT(140)는 오프(Off) 상태가 되도록 한다.
이때, 제1 스위칭 TFT(110)가 온(On) 상태가 되어 제1 노드(a node)에는 데이터 전압(Vdata)이 공급된다. 또한, 드라이빙 TFT(160)가 다이오드 커넥션 되고 제3 스위칭 TFT(130)가 온(On) 상태가 되어, 제2 노드(b node) 전압은 드라이빙 TFT(160)의 문턱 전압(Vth)으로 높아진다.
즉, 제1 스위칭 TFT(110) 및 제3 스위칭 TFT(130)가 온(On) 상태가 되면서, 드라이빙 TFT(160)의 게이트와 소스 간의 전압(Vgs)이 구동 전압(VDD) + 문턱 전압(Vth)으로 형성되어 가변 커패시터(180)의 캡(cap)이 형성된다.
제2 노드(b node)에 가변 커패시터(180)에 의한 전압 분배가 이루어져 제2 노드(b node) 전압을 문턱 전압(Vth)으로 높이게 된다. 이때, 게이트와 소스 간의 전압(Vgs)을 이용하여 문턱 전압(Vth)을 센싱할 수 있다.
제3 구간(③)은 플로팅(floating) 구간으로, 데이터 전압(Vdata)을 유지(holding)시키고, 문턱 전압(Vth)을 보상시키는 구간이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 발광 신호(EM) 및 스캔 신호(scan)가 오프(Off)되어 스토리지 커패시터(170) 및 가변 커패시터(180)에 의해 제2 노드(b node)의 전압이 유지됨과 아울러, 문턱 전압(Vth)이 보상된다.
도 6을 참조하면, 스캔 신호(scan)가 오프(Off) 즉, 하이(high) 신호가 인가되어 제3 스위칭 TFT(130)가 오프되면, 제3 스위칭 TFT(130)의 플로팅(floating) 상태에서 제3 스위칭 TFT(130)의 게이트에 인가되는 전압이 로우(low)에서 하이(high)로 변화됨으로 인해, 제2 노드(b node) 및 제3 노드(mdtd node)의 전압도 로우에서 하이로 변화되게 된다.
스캔 신호가 하이로 인가(Off) 시, 제2 노드(b node)의 전압이 구동 전압(Vdd) + 문턱 전압(|Vth|) 보다 높은 경우, 제2 노드(b node)와 구동 전압(VDD) 사이 즉, 드라이빙 TFT(160)의 게이트 소스 간에 가변 커패시터(180)의 캡이 형성(On)되어 제2 노드(b node)의 전압이 급격하게 상승 또는 하강하는 것을 방지하고, 일정 전압이 유지(holding)되도록 한다.
이때, 드라이빙 TFT(160)의 다이오드 커넥션 상태에서, 드라이빙 TFT(160)의 다이오드 커넥션의 끝단에 위치한 제3 노드(mdtd node)의 전압이 제2 노드(b node)의 전압보다 높아지게 되어 제3 스위칭 TFT(130)의 소스에서 드레인으로 채널이 형성된다.
제3 스위칭 TFT(130)의 소스에서 드레인으로 채널이 형성되면, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제3 노드(mdtd node)로부터 제2 노드(b node)로 전류(i)가 흐르게 되어, 제2 노드(b node)에는 데이터 전압(Vdata)에 따른 전하(Q)에 상기 전류(i)에 따른 전하(?Q)가 더해지게 된다. 이에 따라, 드라이빙 TFT(160)의 문턱 전압(Vth)이 보상되고, 이후 발광 구간에서 데이터 전압(Vdata)의 전달율이 향상되게 된다.
이어서, 제4 구간(④)은 발광 구간으로, EM 라인(104)으로 발광 신호(EM)가 인가되어 제2 스위칭 TFT(120) 및 제4 스위칭 TFT(140)가 온(On) 상태가 된다.
이때, 제2 스위칭 TFT(120)가 온(On)되어 제1 노드(a node)에 기준 전압(Vref)이 공급되면, 기준 전압(Vref)과 데이터 전압(Vdata)의 차이의 전압(Vref-Vdata)과 스토리지 커패시터(170)의 전하가 제2 노드(b node)로 전달되고, 제4 스위칭 TFT(140)가 온(On) 상태가 되어 유기 발광 다이오드(190)가 발광하게 된다. 제4 구간(발광 구간)에는 가변 커패시터(180)가 플로팅 되어 캡이 오프(Off) 상태가 된다.
여기서, 상술한 제3 구간(③)에서 제3 노드(mdtd node)에서 제2 노드(b node)로 유입된 전류(i)에 의해 드라이빙 TFT(160)의 문턱 전압(Vth)의 보상이 높아져 유기 발광 다이오드(190)의 발광 효율이 향상되게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치의 화소에서 가변 커패시터(180)가 없을 경우, 스토리지 커패시터(170)에 의해 구동 전압(VDD)이 드랍(drop)이 일정부분 보상될 수 있다.
하지만, 상술한 제2 구간(센싱 구간)에서 검출한 드라이빙 TFT(160)의 문턱 전압(VDD + Vth)이 발광 구간에서 센싱율이 감소되는 문제점이 발생될 수 있다.
여기서, 문턱 전압의 센싱율은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010069478245-pat00001
도 9를 참조하면, 드라이빙 TFT(160)의 다이오드 커넥션을 통해서 제2 노드(b node)에 저장된 문턱 전압(Vth)의 센싱율 즉, 상술한 센싱 구간에서의 문턱 전압(Vth)의 센싱율은 100% 미만이다.
또한, 상술한 제3 구간(③)에서 플로팅 상태인 제1 노드(a node), 제2 노드(b node) 및 제3 노드(mdtd node)가 상호 캡 커플링 되어 제3 스위칭 TFT(130)이 전압이 스캔 신호 전압 이상으로 상승(≥ scan V)하게 된다.
이때, 제2 노드(b node)의 전압이 제3 노드(mdtd node) 보다 상대적으로 크게 증가되어 제2 노드(b node)로부터 제3 노드(mdtd node)로 누설 전류(i)가 흐르게 된다. 이에 따라, 문턱 전압(Vth)의 센싱율 및 문턱 전압(Vth)의 보상 능력이 떨어지게 된다.
아울러, TFT 자체의 캡(cap)이나 기생 캡(cap) 등에 의해 구동 전압(VDD)의 보상율은 100% 미만이 되게 된다. 문턱 전압(Vth)의 센싱율이 더 낮아질 경우에는 문턱 전압(Vth)의 센싱 및 보상에 심각한 문제가 초래된다.
결과적으로 제2 노드(b node)로부터 제3 노드(mdtd node)로 흐르는 누설 전류(i)만큼 문턱 전압(Vth)의 보상율이 낮아지고, 제4 구간(발광 구간)에서 유기 발광 다이오드(190, OLED)의 발광 효율이 낮아지게 된다.
이와 대비하여 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치는 제2 노드(b node)와 구동 전압(VDD) 간에 상술한 가변 커패시터(180)의 캡(cap)이 가변 적으로 형성(제3 구간에는 cap On, 제4 구간에는 cap Off)되어 구동 전압(VDD)의 드랍에 대한 보상율을 100% 이상으로 향상시킬 수 있다.
한편, 데이터 전압(Vdata)이 제1 노드(a node)에서 제2 노드(b node)로 전달될 때, 화소 내의 전체 커패시터 용량만큼 데이터 전압의 레인지(range)를 감소시킬 수 있다.
본 발명에서는 발광 구간에서 제1 노드(a node)에서 제2 노드(b node)로 데이터 전압(Vdata)이 전달될 때, 상기 가변 커패시터(180)의 캡(cap)이 오프(Off)되어 화소 내의 전체 커패시터 용량을 감소시킨다. 따라서, 발광 구간에서 제1 노드(a node)에서 제2 노드(b node)로 전달되는 데이터 전압(Vdata)의 전달율을 높여, 유기 발광 다이오드(190, OLED)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 11은 문턱 전압(Vth)의 쉬프트(shift)에 따른 발광 구간에서 유기 발광 다이오드(190, OLED)에 흐르는 전류의 평균 비율을 도시하고 있다.
도 11을 참조하면, 종래 기술의 유기 발광장치는 드라이빙 TFT의 문턱 전압(Vth)이 쉬프트(Vth 편차 발생) 됨에 따라, 유기 발광 다이오드(OLED)에 흐르는 전류의 편차가 증가하게 된다.
이와 대비하여, 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광 장치는 상술한 가변 커패시터(180)의 캡(cap)을 가변적으로 형성(variable cap)시킴으로, 문턱 전압(Vth)의 보상율을 높일 수 있고, 문턱 전압(Vth)의 쉬프트에 따른 유기 발광 다이오드(OLED)에 흐르는 전류의 편차가 개선되는 것을 확인할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광 장치는 데이터 전압(Vdata)의 전달율을 높여, 데이터 전압의 레인지(data range)를 감소시킬 수 있다. 아울러, 저 계조에서 보상능력이 향상되어 표시 화면이 명암비(contrast)를 향상시킬 수 있다.
상술한 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광장치에서, 복수의 TFT(110 ~ 160)가 PMOS인 것을 기준으로 설명하였지만, 본 발명에 따른 유기 발광장치는 복수의 TFT(110 ~ 160)가 NMOS인 경우도 포함한다. 아울러, 유기 발광 다이오드(190, OLED)가 광을 상부로 방출하는 방식(Top emission) 및 광을 하부로 방출하는 방식(Bottom emission) 모두를 포함한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당 업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
102: 게이트 라인 104: EM 라인
106: 데이터 라인 108: 구동 전원 라인
109: 기준 전원 라인 110 ~ 150: 스위칭 TFT
160: 드라이빙 TFT 170: 스토리지: 커패시터
180: 가변 커패시터 190: 유기 발광 다이오드(OLED)

Claims (13)

  1. 제1 방향으로 이격되어 배열된 게이트 라인 및 EM 라인;
    상기 게이트 라인 및 EM 라인과 교차 배열된 데이터 라인;
    상기 데이터 라인과 나란히 배열된 기준 전원 라인 및 구동 전원 라인;
    상기 게이트 라인, EM 라인, 데이터 라인, 기준 전원 라인, 구동 전원 라인과 개별적으로 연결되는 복수의 스위칭 TFT 및 드라이빙 TFT;
    상기 복수의 스위칭 TFT 중 하나의 스위칭 TFT를 사이에 두고 상기 드라이빙 TFT와 연결되어 발광하는 유기 발광 다이오드;
    상기 복수의 스위칭 TFT 중 제1 TFT의 드레인과 상기 드라이빙 TFT의 게이트 간의 제1 노드와 제2 노드 사이에 형성된 스토리지 커패시터; 및
    상기 드라이빙 TFT의 게이트와 소스 간에 형성된 가변 커패시터;를 포함하고,
    상기 가변 커패시터는 상기 게이트 라인에 공급되는 스캔 신호 및 상기 EM 라인에 공급되는 EM 신호가 오프(Off)되는 플로팅 구간에 캡 온되어 상기 제2 노드의 전압을 일정 전압으로 유지시키고, 상기 드라이빙 TFT의 문턱 전압(Vth)을 보상시키는 것을 특징으로 하는 유기 발광장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 커패시터의 캡은
    상기 드라이빙 TFT의 게이트와 소스 간에 형성되는 전압(Vgs)에 따라 가변적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가변 커패시터는
    상기 드라이빙 TFT의 게이트와 소스 간에 형성되는 전압(Vgs)이 구동 전압(VDD) + 문턱 전압(|Vth|) 이상인 경우에 캡 온(cap On)되는 것을 특징으로 하는 유기 발광장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 가변 커패시터는
    상기 드라이빙 TFT의 게이트와 소스 간에 형성되는 전압(Vgs)이 구동 전압(VDD) + 문턱 전압(Vth) 미만인 경우에 캡 오프(cap Off)되는 것을 특징으로 하는 유기 발광장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 가변 커패시터는
    상기 게이트 라인에 공급되는 스캔 신호가 오프되고 상기 EM 라인에 공급되는 EM 신호가 온되는 발광 구간에 캡 오프되는 것을 특징으로 하는 유기 발광장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 커패시터의 일측 단자는 상기 구동 전원 라인에 연결되고, 타측 단자는 상기 제2 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 유기 발광장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 커패시터는
    액티브층과 게이트 메탈 사이에 절연층이 개재되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 커패시터는
    게이트 메탈과 소스/드레인 메탈 사이에 절연층이 개재되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    복수의 스위칭 TFT 및 드라이빙 TFT는 PMOS 또는 NMOS 인 것을 특징으로 하는 유기 발광장치.
  10. 게이트 라인에 공급되는 스캔 신호가 온(On)되고 EM 라인에 공급되는 EM 신호가 오프(Off)되는 프로그래밍 구간에, 제1 노드와 제2 노드 사이에 형성된 스토리지 커패시터에 데이터 전압을 충전시키는 단계;
    상기 게이트 라인에 공급되는 스캔 신호 및 EM 라인에 공급되는 EM 신호가 오프(Off)되는 플로팅 구간에, 드라이빙 TFT의 게이트와 소스 간에 형성된 가변 커패시터가 캡 온(cap On)되는 단계;
    상기 드라이빙 TFT가 다이오드 커넥션 상태에서 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 게이트 사이에 형성된 스위칭 TFT에 채널이 형성되는 단계; 및
    상기 채널을 통해 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 연결된 제3 노드로부터 상기 드라이빙 TFT의 게이트와 연결된 제2 노드로 구동 전압(VDD)에 따른 전류가 유입되어 상기 드라이빙 TFT의 문턱 전압(Vth)을 보상시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광장치의 구동방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플로팅 구간에서, 상기 가변 커패시터의 캡 온(cap On)에 의해 구동 전원 라인으로부터 공급되는 구동 전압(VDD)의 드랍이 보상되는 것을 특징으로 하는 유기 발광장치의 구동방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 스캔 신호는 오프 상태가 유지되고 상기 EM 신호가 온(On)되는 발광 구간에서, 가변 커패시터가 캡 오프(cap Off)되는 것을 특징으로 하는 유기 발광장치의 구동방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 발광 구간에서,
    상기 드라이빙 TFT의 드레인과 유기 발광 다이오드(OLED) 사이에 형성된 스위칭 TFT가 상기 EM 신호에 의해 턴온 되고, 프로그래밍 구간에 스토리지 커패시터에 충전되어 상기 제2 노드로 전달된 전하와 상기 플로팅 구간에 보상된 전압을 통해 상기 유기 발광 다이오드의 발광이 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 발광장치의 구동방법.
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