KR20220095902A - 발광표시장치 및 이의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상을 표시하는 표시패널; 및 상기 표시패널을 구동하는 구동부를 포함하고, 상기 표시패널은 설정된 온도 조건 이하에서 기존 구동 주파수가 유지되고, 상기 설정된 온도 조건 이상에서 고속 구동과 저속 구동을 교번하도록 구동 주파수가 가변되는 발광표시장치를 제공할 수 있다.

Description

발광표시장치 및 이의 구동방법{Light Emitting Display Device and Driving Method of the same}
본 발명은 발광표시장치 및 이의 구동방법에 관한 것이다.
정보화 기술이 발달함에 따라 사용자와 정보간의 연결 매체인 표시장치의 시장이 커지고 있다. 이에 따라, 발광표시장치(Light Emitting Display Device: LED), 양자점표시장치(Quantum Dot Display Device; QDD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD) 등과 같은 표시장치의 사용이 증가하고 있다.
앞서 설명한 표시장치들은 서브 픽셀들을 포함하는 표시패널, 표시패널을 구동하는 구동 신호를 출력하는 구동부 및 표시패널 또는 구동부에 공급할 전원을 생성하는 전원 공급부 등이 포함된다.
위와 같은 표시장치들은 표시패널에 형성된 서브 픽셀들에 구동 신호 예컨대, 스캔신호 및 데이터신호 등이 공급되면, 선택된 서브 픽셀이 빛을 투과시키거나 빛을 직접 발광을 하게 됨으로써 영상을 표시할 수 있다.
본 발명은 고온 조건에서 보이는 이종 박막 트랜지스터의 상이한 구동 특성과 전류의 변화를 보상하여 표시패널의 수명과 구동 안정성을 향상함은 물론이고 온도 조건에 따른 구동 주파수 및 전압 가변을 통해 소비전력을 절감하는 것이다.
본 발명은 영상을 표시하는 표시패널; 및 표시패널을 구동하는 구동부를 포함하고, 표시패널은 설정된 온도 조건 이하에서 기존 구동 주파수가 유지되고, 설정된 온도 조건 이상에서 고속 구동과 저속 구동을 교번하도록 구동 주파수가 가변되는 발광표시장치를 제공할 수 있다.
표시패널은 N 프레임(N은 1 이상 정수)마다 고속 구동과 저속 구동을 교번할 수 있다. 이 경우, N은 3이하일 수 있다.
구동부 주변의 온도 또는 표시패널의 온도를 센싱하고, 온도정보를 구동부에 전달하는 온도 센서를 더 포함하고, 구동부는 온도정보를 판단하여 상온 조건에 해당하면 기존 구동 주파수를 유지하고, 상온 조건보다 높은 고온 조건에 해당하면 고속 구동과 저속 구동으로 교번하도록 구동 주파수를 가변할 수 있다.
상온 조건은 25 ℃ 이상 70℃ 미만이고, 고온 조건은 70℃ 이상일 수 있다.
구동부는 구동 주파수가 고속에서 저속으로 변경될 때 프레임 기간 동안 주파수 변경을 위한 신호를 출력할 수 있다.
구동부는 구동 주파수가 저속에서 고속으로 변경될 때 프레임과 프레임 사이 기간 동안 주파수 변경을 위한 신호를 출력할 수 있다.
표시패널에 제1전원과 제2전원을 공급하는 전원 공급부를 더 포함하고, 전원 공급부는 고온 조건으로 갈수록 더 낮은 음의전압 레벨로 제2전원을 가변하여 출력할 수 있다.
다른 측면에서 본 발명은 영상을 표시하는 표시패널 및 표시패널을 구동하는 구동부를 포함하는 발광표시장치의 구동방법을 제공할 수 있다. 발광표시장치의 구동방법은 설정된 온도 이상 인지 여부를 판단하고, 설정된 온도 조건 이하이면 기존 구동 주파수를 유지하는 단계; 및 설정된 온도 조건 이상이면 표시패널의 구동 주파수가 고속 구동과 저속 구동으로 교번하도록 가변하는 단계를 포함할 수 있다.
구동부 주변의 온도 또는 표시패널의 온도가 25 ℃ 이상 70℃ 미만이면, 기존 구동 주파수가 유지되고, 구동부 주변의 온도 또는 표시패널의 온도가 70℃ 이상이면, 고속 구동과 저속 구동으로 교번하도록 구동 주파수가 가변될 수 있다.
본 발명은 고온 조건에서 보이는 이종 박막 트랜지스터의 상이한 구동 특성과 전류의 변화를 보상하여 표시패널의 수명과 구동 안정성을 향상함은 물론이고 온도 조건에 따른 구동 주파수 및 전압 가변을 통해 소비전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 발광표시장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 게이트인패널 방식 스캔 구동부와 관련된 장치의 구성 예시도이고, 도 3은 게이트인패널 방식 스캔 구동부의 배치 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광표시장치와 서브 픽셀의 일부를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 발광표시장치의 구동 방식과 관련된 부분을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광표시장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광표시장치의 온도별 구동 조건을 나타낸 도면들이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 발광표시장치를 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10에 도시된 서브 픽셀을 나타낸 예시도이고, 도 12 내지 도 14는 도 10에 도시된 발광표시장치의 구동 방식과 관련된 부분을 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 발광표시장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 16 및 도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 발광표시장치의 온도별 구동 조건을 나타낸 도면들이고, 도 18 및 도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 구동 모드 변경 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 20은 70℃에서 120Hz 구동 시 RGBW 서브 픽셀의 동작 전류 경향성을 나타낸 시뮬레이션 결과이고, 도 21은 70℃에서 1Hz 구동 시 RGBW 서브 픽셀의 동작 전류 경향성을 나타낸 시뮬레이션 결과이고, 도 22는 70℃에서 120Hz와 1Hz 교번 구동 시 RGBW 서브 픽셀의 동작 전류 경향성을 시뮬레이션 결과이다.
본 발명에 따른 표시장치는 텔레비전, 영상 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈시어터, 자동차 전기장치, 스마트폰 등으로 구현될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 표시장치는 발광표시장치(Light Emitting Display Device), 양자점표시장치(Quantum Dot Display Device), 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device) 등으로 구현될 수 있다.
그러나 이하에서는 설명의 편의를 위해 무기 발광다이오드 또는 유기 발광다이오드를 기반으로 빛을 직접 발광하는 발광표시장치를 일례로 한다. 아울러, 이하에서 설명되는 발광표시장치는 n 타입과 p 타입 박막 트랜지스터가 혼합된 구조를 기반으로 표시패널의 서브 픽셀들이 구현되는 것을 일례로 한다.
박막 트랜지스터는 게이트(gate), 소스(source) 및 드레인(drain)을 포함한 3 전극 소자이다. 소스는 캐리어(carrier)를 트랜지스터에 공급하는 전극이다. 박막 트랜지스터 내에서 캐리어는 소스로부터 흐르기 시작한다. 드레인은 박막 트랜지스터에서 캐리어가 외부로 나가는 전극이다. 즉, 박막 트랜지스터에서 캐리어의 흐름은 소스로부터 드레인으로 흐른다.
p 타입 박막 트랜지스터의 경우, 캐리어가 정공(hole)이기 때문에 소스로부터 드레인으로 정공이 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 높다. p 타입 박막 트랜지스터에서 정공이 소스로부터 드레인 쪽으로 흐르기 때문에 전류가 소스로부터 드레인 쪽으로 흐른다. 이와 달리, n 타입 박막 트랜지스터의 경우, 캐리어가 전자(electron)이기 때문에 소스에서 드레인으로 전자가 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 낮은 전압을 가진다. n 타입 박막 트랜지스터에서 전자가 소스로부터 드레인 쪽으로 흐르기 때문에 전류의 방향은 드레인으로부터 소스 쪽으로 흐른다. 그러나 박막 트랜지스터의 소스와 드레인은 인가된 전압에 따라 변경될 수 있다. 이를 반영하여, 이하의 설명에서는 소스와 드레인 중 어느 하나를 제1전극, 소스와 드레인 중 나머지 하나를 제2전극으로 설명한다.
도 1은 발광표시장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 게이트인패널 방식 스캔 구동부와 관련된 장치의 구성 예시도이고, 도 3은 게이트인패널 방식 스캔 구동부의 배치 예시도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 발광표시장치는 영상 공급부(110), 타이밍 제어부(120), 스캔 구동부(130), 데이터 구동부(140), 표시패널(150) 및 전원 공급부(180) 등을 포함할 수 있다.
영상 공급부(110)(또는 호스트시스템)는 외부로부터 공급된 영상 데이터신호 또는 내부 메모리에 저장된 영상 데이터신호와 더불어 각종 구동신호를 출력할 수 있다. 영상 공급부(110)는 데이터신호와 각종 구동신호를 타이밍 제어부(120)에 공급할 수 있다.
타이밍 제어부(120)는 스캔 구동부(130)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(GDC), 데이터 구동부(140)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호(DDC) 및 각종 동기신호(수직 동기신호인 Vsync, 수평 동기신호인 Hsync) 등을 출력할 수 있다. 타이밍 제어부(120)는 데이터 타이밍 제어신호(DDC)와 함께 영상 공급부(110)로부터 공급된 데이터신호(DATA)를 데이터 구동부(140)에 공급할 수 있다. 타이밍 제어부(120)는 IC(Integrated Circuit) 형태로 형성되어 인쇄회로기판 상에 실장될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
전원 공급부(180)는타이밍 제어부(120)의 제어하에 외부로부터 공급되는 전원을 고전위의 제1전원과 저전위의 제2전원 등으로 변환하여 제1전원라인(VDDEL)과 제2전원라인(VSSEL)을 통해 출력할 수 있다. 전원 공급부(180)는 제1전원 및 제2전원뿐만아니라 스캔 구동부(130)의 구동에 필요한 전압(예: 게이트하이전압과 게이트로우전압을 포함하는 게이트전압)이나 데이터 구동부(140)의 구동에 필요한 전압(드레인전압과 하프드레인전압을 포함하는 드레인전압) 등을 생성 및 출력할 수 있다.
데이터 구동부(140)는 타이밍 제어부(120)로부터 공급된 데이터 타이밍 제어신호(DDC) 등에 응답하여 데이터신호(DATA)를 샘플링 및 래치하고 감마 기준전압을 기반으로 디지털 형태의 데이터신호를 아날로그 형태의 데이터전압으로 변환하여 출력할 수 있다. 데이터 구동부(140)는 데이터라인들(DL1~DLn)을 통해 표시패널(150)에 포함된 서브 픽셀들에 데이터전압을 공급할 수 있다. 데이터 구동부(140)는 IC 형태로 형성되어 표시패널(150) 상에 실장되거나 인쇄회로기판 상에 실장될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
표시패널(150)은 적어도 하나의 스캔신호와 데이터전압을 포함하는 구동신호 그리고 제1전원과 제2전원을 포함하는 전원에 대응하여 영상을 표시할 수 있다. 표시패널(150)의 서브 픽셀들은 직접 빛을 발광한다. 표시패널(150)은 유리, 실리콘, 폴리이미드 등 강성 또는 연성을 갖는 기판을 기반으로 제작될 수 있다. 그리고 빛을 발광하는 서브 픽셀들은 적색, 녹색 및 청색을 포함하는 픽셀 또는 적색, 녹색, 청색 및 백색을 포함하는 픽셀로 이루어질 수 있다.
스캔 구동부(130)는 타이밍 제어부(120)로부터 공급된 게이트 타이밍 제어신호(GDC) 등에 응답하여 스캔신호(또는 스캔전압)를 출력할 수 있다. 스캔 구동부(130)는 게이트라인들(GL1~GLm)을 통해 표시패널(150)에 포함된 서브 픽셀들에 적어도 하나의 스캔신호를 공급할 수 있다. 스캔 구동부(130)는 IC 형태로 형성되거나 게이트인패널(Gate In Panel) 방식으로 표시패널(150) 상에 직접 형성될 수 있다.
게이트인패널 방식 스캔 구동부(130)는 시프트 레지스터(131)와 레벨 시프터(135)를 포함할 수 있다. 레벨 시프터(135)는 타이밍 제어부(120)로부터 출력된 신호들을 기반으로 클록신호들(Clks)과 스타트신호(Vst) 등을 하나 이상 생성 및 출력할 수 있다. 클록신호들(Clks)은 2상, 4상, 8상 등 위상이 다른 K(K는 2 이상 정수)상의 형태로 생성 및 출력될 수 있다.
시프트 레지스터(131)는 레벨 시프터(135)로부터 출력된 신호들(Clks, Vst) 등을 기반으로 동작하며 표시패널(150)에 형성된 박막 트랜지스터를 턴온 또는 턴오프할 수 있는 스캔신호들(Scan[1]~Scan[m])을 출력할 수 있다. 시프트 레지스터(131)는 게이트인패널 방식에 의해 표시패널(150)의 상에 박막 형태로 형성된다.
시프트 레지스터(131)는 일반적으로 표시패널(150)의 비표시영역(NA)에 배치될 수 있다. 이때, 시프트 레지스터(131)는 도 3(a)와 같이 표시패널(150)의 좌우측 비표시영역(NA)에 배치되거나 도 3(b)와 같이 표시패널(150)의 상하측 비표시영역(NA)에 배치될 수 있다.
한편, 도 3에서는 표시영역(AA)의 좌우측 또는 상하측에 위치하는 비표시영역(NA)에 제1측 시프트 레지스터(131a)와 제2측 시프트 레지스터(131b)가 배치된 것을 일례로 도시 및 설명하였으나 좌측, 우측, 상측 또는 하측에 하나만 배치될 수도 있다. 또한, 시프트 레지스터(131)는 비표시영역(NA)과 표시영역(AA)에 분할 배치되거나 표시영역(AA) 내에 분산 배치될 수도 있다.
이 밖에, 레벨 시프터(135)는 시프트 레지스터(131)와 달리 독립된 IC 형태로 형성되거나 전원 공급부(180)의 내부에 포함될 수 있다. 하지만, 이는 하나의 예시일 뿐, 발광표시장치의 구현 방식에 따라 타이밍 제어부(120), 스캔 구동부(130), 데이터 구동부(140) 중 하나 이상이 하나의 IC 내에 통합되는 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 그러나, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 타이밍 제어부(120)와 데이터 구동부(140)가 하나의 IC로 통합된 것을 일례로 도시 및 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광표시장치와 서브 픽셀의 일부를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 발광표시장치의 구동 방식과 관련된 부분을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광표시장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광표시장치의 온도별 구동 조건을 나타낸 도면들이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 표시패널(150)은 타이밍 제어부와 데이터 구동부가 하나로 통합된 구동부(160)에 의해 동작하며 영상을 표시할 수 있다. 이를 위해, 구동부(160)는 표시패널(150)의 데이터라인을 통해 데이터전압(Vdata)을 출력함과 더불어 표시패널(150)의 좌측 및 우측 비표시영역에 배치된 시프트 레지스터(131a, 131b)를 구동하기 위한 신호들(SC1, SC2)을 출력할 수 있다. 시프트 레지스터(131a, 131b)를 구동하기 위한 신호들(SC1, SC2)은 홀수(ODD)와 짝수(EVEN) 형태로 구분되어 출력될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
표시패널(150)은 다수의 서브 픽셀들을 포함하는데, 이들 중 하나를 살펴보면 다음과 같다. 하나의 서브 픽셀(SP)은 제1데이터라인(DL1), 제1게이트라인(GL1), 제1전원라인(VDDEL) 및 제2전원라인(VSSEL)에 연결될 수 있다. 제1데이터라인(DL1)은 데이터전압을 전달하는 라인이고, 제1게이트라인(GL1)은 스캔신호를 전달하는 라인이고, 제1전원라인(VDDEL)은 제1전원을 전달하는 라인이고, 제2전원라인(VSSEL)은 제2전원을 전달하는 라인이다.
하나의 서브 픽셀(SP)은 LTPS를 기반으로 형성된 p 타입의 구동 트랜지스터(DT)와 산화물(Oxide)을 기반으로 형성된 n 타입의 스위칭 트랜지스터(TR)가 조합된 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 그리고 구동 트랜지스터(DT)로부터 발생된 구동전류에 대응하여 빛을 발광하는 유기 발광다이오드(OLED) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 발광표시장치는 1 프레임을 120Hz (1Frame = 1/120sec)로 구동하거나, 1 프레임을 60Hz (1Frame = 1/60sec)로 구동하거나, 1 프레임을 24Hz (1Frame = 1/24sec)로 구동하는 등 구동 속도를 다양화할 수 있다.
120Hz와 같은 고속 구동 조건에서는 매 프레임마다 영상을 리프레시할 수 있는 리프레시 프레임(Refresh Frame)을 가질 수 있다. 반면 60Hz 나 24Hz와 같은 저속 구동 조건에서는 N 프레임(N은 1 이상 정수)마다 영상을 리프레시할 수 있고 리프레시 프레임(Refresh Frame) 사이에 애노드 리셋 프레임(Anode Reset Frame)을 가질 수 있다.
애노드 리셋 프레임(Anode Reset Frame)은 서브 프레임(Sub Frame)에 속하며, 해당 프레임에서도 표시패널의 정상적인 영상 표현이 가능하도록 장치를 동작시킬 수 있다. 다만, 애노드 리셋 프레임(Anode Reset Frame)은 저속 구동 조건에서 수행되는 바, 영상의 움직임이 거의 없거나 정지영상을 표시하는 수준에 해당하므로 데이터전압의 출력이 정지된 상태에서 스캔신호의 출력만 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
한편, 본 발명의 제1실시예와 같이 이종의 박막 트랜지스터를 포함하는 서브 픽셀(SP)로 이루어진 표시패널(150)은 고온 구동 조건에서 구동 특성을 향상하기 위해 다음과 같이 동작할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 발광표시장치는 장치에 설정된 온도 이상 인지 여부를 판단(S110)하여, 장치에 설정 온도 이상이 아니면(No), 기존 주파수로 동작할 수 있다(S120). 그러나, 장치에 설정 온도 이상이면(Yes), 현재 구동 주파수를 확인할 수 있다(S130).
현재 구동 주파수가 고속 구동 주파수에 해당하면, 고속 모드에서 저속 모드로 동작하도록 구동 주파수를 변경할 수 있다(S140). 그러나 현재 구동 주파수가 저속 구동 주파수에 해당하면, 저속 모드에서 고속 모드로 동작하도록 구동 주파수를 변경할 수 있다(S150).
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 장치에 설정된 온도 이상 인지 여부를 판단하는 단계(S110)에서의 온도 조건은 상온과 고온으로 나뉠 수 있다. 예컨대, 상온 조건은 25 ℃ 이상 70℃ 미만일 수 있고, 고온 조건은 70℃ 이상일 수 있다.
상온 조건에서는 모든 프레임에서 고속 구동(FFD)할 수 있도록 고속 구동 주파수를 유지할 수 있다. 도 7의 상온 조건과 같이, 첫번째 프레임(1Frame), 두번째 프레임(2Frame), 세번째 프레임(3Frame) 등등 모든 프레임에서 고속 구동(FFD)을 유지하는 예를 참고한다.
고온 조건에서는 적어도 N(N은 1 이상 정수) 프레임마다 고속 구동(FFD)과 저속 구동(SFD)을 교번할 수 있도록 고속 구동 주파수와 저속 구동 주파수로 구동 주파수를 변경할 수 있다. 도 7의 고온 조건과 같이, 첫번째 프레임(1Frame)에서 고속 구동(FFD)을 하고, 두번째 프레임(2Frame)에서 저속 구동(SFD)을 하고, 세번째 프레임(3Frame)에서 고속 구동(FFD)을 하고, 네번째 프레임(4Frame)에서 저속 구동(SFD)을 하는 등 매프레임마다 고속 구동(FFD)과 고속 구동(FFD)을 교번하는 예를 참고한다.
고온 조건에서는 도 8과 같이, 120Hz를 고속 구동 주파수로 사용하고 1Hz를 저속 구동 주파수로 사용할 수 있다. 그리고 120Hz와 1Hz로 1 프레임마다 교번할 수 있다. 또한, 고온 조건에서는 도 9와 같이, 120Hz를 고속 구동 주파수로 사용하고 1Hz를 저속 구동 주파수로 사용할 수 있다. 그리고 120Hz와 1Hz로 2 프레임마다 교번할 수 있다.
한편, 장치가 고온 조건에 있을 때 제1실시예와 같이 고속 구동과 저속 구동으로 구동 주파수를 변경하는 이유와 그 효과에 대한 설명은 이하 제2실시예에서 다룬다. 이하, 제2실시예에서는 제1실시예 대비 달라지거나 구체화된 부분을 위주로 설명한다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 발광표시장치를 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10에 도시된 서브 픽셀을 나타낸 예시도이고, 도 12 내지 도 14는 도 10에 도시된 발광표시장치의 구동 방식과 관련된 부분을 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 발광표시장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 16 및 도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 발광표시장치의 온도별 구동 조건을 나타낸 도면들이고, 도 18 및 도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 구동 모드 변경 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 표시패널(150)은 타이밍 제어부와 데이터 구동부가 하나로 통합된 구동부(160)에 의해 동작하며 영상을 표시할 수 있다. 표시패널(150)은 다수의 서브 픽셀들을 포함하는데, 이들 중 하나를 살펴보면 다음과 같다.
하나의 서브 픽셀(SP)은 제1게이트라인(SN1[n] ~ SN3[n], EM[n]), 제1데이터라인(DL1), 제1전원라인(VDDEL), 제2전원라인(VSSEL), 가변전압라인(VAR) 및 초기화전압라인(VINI)에 연결된 제1 내지 제6트랜지스터(T1 ~ T6), 구동 트랜지스터(DT), 커패시터(CST), 및 유기 발광다이오드(OLED)를 포함할 수 있다. 하나의 제1게이트라인(SN1[n] ~ SN3[n], EM[n])은 제1스캔라인(SN1[n]), 제2스캔라인(SN2[n]), 제3스캔라인(SN3[n]) 및 발광신호라인(EM[n])을 포함할 수 있다.
제2실시예에 따르면, 제1트랜지스터(T1)는 산화물(Oxide)을 기반으로 형성된 n 타입으로 구현될 수 있고, 제2 내지 제6트랜지스터(T2 ~ T6)와 구동 트랜지스터(DT)는 LTPS를 기반으로 형성된 p 타입으로 구현될 수 있다.
제1트랜지스터(T1)는 제1스캔라인(SN1[n])에 게이트전극이 연결되고 구동 트랜지스터(DT)의 게이트전극(또는 제2노드인 N2)에 제1전극이 연결되고 구동 트랜지스터(DT)의 제2전극(또는 제3노드인 N3)에 제2전극이 연결될 수 있다. 제1트랜지스터(T1)는 제1스캔라인(SN1[n])을 통해 인가된 로직하이의 제1스캔신호에 응답하여 턴온될 수 있다. 제1트랜지스터(T1)는 구동 트랜지스터(DT)의 문턱전압 보상을 위해, 구동 트랜지스터(DT)의 게이트전극과 제2전극을 연결하여 다이오드 커넥션 상태로 만드는 역할을 할 수 있다.
제2트랜지스터(T2)는 제2스캔라인(SN2[n])에 게이트전극이 연결되고 제1데이터라인(DL1)에 제1전극이 연결되고 구동 트랜지스터(DT)의 제1전극(또는 제1노드인 N1)에 제2전극이 연결될 수 있다. 제2트랜지스터(T2)는 제2스캔라인(SN2[n])을 통해 인가된 로직로우의 제2스캔신호에 응답하여 턴온될 수 있다. 제2트랜지스터(T2)는 제1트랜지스터(T1)와 함께 커패시터(CST)에 데이터전압을 인가하는 역할을 할 수 있다.
제3트랜지스터(T3)는 발광신호라인(EM[n])에 게이트전극이 연결되고 제1전원라인(VDDEL)에 제1전극이 연결되고 구동 트랜지스터(DT)의 제1전극(또는 제1노드인 N1)에 제2전극이 연결될 수 있다. 제3트랜지스터(T3)는 발광신호라인(EM[n])을 통해 인가된 로직로우의 발광신호에 응답하여 턴온될 수 있다. 제3트랜지스터(T3)는 구동 트랜지스터(DT)의 구동을 위해 제1전원을 제1노드(N1)에 전달하는 역할을 할 수 있다.
제4트랜지스터(T4)는 발광신호라인(EM[n])에 게이트전극이 연결되고 구동 트랜지스터(DT)의 제2전극(또는 제3노드인 N3)에 제1전극이 연결되고 유기 발광다이오드(OLED)의 애노드전극에 제2전극이 연결될 수 있다. 제4트랜지스터(T4)는 발광신호라인(EM[n])을 통해 인가된 로직로우의 발광신호에 응답하여 턴온될 수 있다. 제4트랜지스터(T4)는 유기 발광다이오드(OLED)를 발광시키기 위해 구동 트랜지스터(DT)로부터 발생된 구동전류를 제4노드(N4)(구동전류가 인가되는 노드)에 전달하는 역할을 할 수 있다.
제5트랜지스터(T5)는 제3스캔라인(SN3[n])에 게이트전극이 연결되고 초기화전압라인(VINI)에 제1전극이 연결되고 구동 트랜지스터(DT)의 제2전극(또는 제3노드인 N3)에 제2전극이 연결될 수 있다. 제5트랜지스터(T5)는 제3스캔라인(SN3[n])을 통해 인가된 로직로우의 제3스캔신호에 응답하여 턴온될 수 있다. 제5트랜지스터(T5)는 초기화전압을 기반으로 구동 트랜지스터(DT) 또는 구동 트랜지스터(DT)와 관련된 노드를 초기화하는 역할을 할 수 있다.
제6트랜지스터(T6)는 다음단의 제3스캔라인(SN3[n+1])에 게이트전극이 연결되고 가변전압라인(VAR)에 제1전극이 연결되고 유기 발광다이오드(OLED)의 애노드전극(또는 제4노드인 N4)에 제2전극이 연결될 수 있다. 제6트랜지스터(T6)는 다음단의 제3스캔라인(SN3[n+1])을 통해 인가된 로직로우의 제3스캔신호에 응답하여 턴온될 수 있다. 제6트랜지스터(T6)는 가변전압을 기반으로 유기 발광다이오드(OLED)의 애노드전극을 초기화하는 역할을 할 수 있다. 한편, 제6트랜지스터(T6)가 다른 트랜지스터들과 달리 다음단의 제3스캔라인(SN3[n+1])에 연결된 것을 일례로 하였으나 이는 유기 발광다이오드(OLED)의 애노드전극을 초기화하는 기간에 따라 다른 스캔라인에 연결될 수도 있다.
구동 트랜지스터(DT)는 커패시터(CST)의 타단에 연결된 제2노드(N2)에 게이트전극이 연결되고 제2트랜지스터(T2)의 제2전극 및 제3트랜지스터(T3)의 제2전극에 연결된 제1노드(N1)에 제1전극이 연결되고 제1트랜지스터(T1)의 제2전극, 제5트랜지스터(T5)의 제2전극 및 제4트랜지스터(T4)의 제1전극에 연결된 제3노드(N3)에 제2전극이 연결될 수 있다. 구동 트랜지스터(DT)는 데이터전압에 대응하여 구동전류를 발생하는 역할을 할 수 있다.
커패시터(CST)는 제1전원라인(VDDEL)에 일단이 연결되고 구동 트랜지스터(DT)의 게이트전극(또는 제2노드인 N2)에 타단이 연결될 수 있다. 커패시터(CST)는 데이터전압을 저장하고 저장된 데이터전압을 기반으로 구동 트랜지스터(DT)를 구동하는 역할을 할 수 있다.
유기 발광다이오드(OLED)는 제4트랜지스터(T4)의 제2전극(또는 제4노드인 N4)에 애노드전극이 연결되고 제2전원라인(VSSEL)에 캐소드전극이 연결될 수 있다. 유기 발광다이오드(OLED)는 제4트랜지스터(T4)로부터 전달된 구동전류를 기반으로 빛을 발광하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 제2실시예와 같이 이종의 박막 트랜지스터를 포함하는 서브 픽셀(SP)로 이루어진 표시패널(150)은 고온 구동 조건에서 구동 특성을 향상하기 위해 다음과 같이 구성된 장치를 기반으로 동작할 수 있다.
도 10, 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 구동부(160)는 온도 센서(170)로부터 제공된 온도정보(Temp)를 기반으로 제1제어신호(Scs)와 제2제어신호(Vcs)를 출력할 수 있다.
온도 센서(170)는 장치의 구동 온도 조건을 얻기 위해 구동부(160) 주변의 온도 또는 표시패널(150)의 온도를 센싱할 수 있다. 제1제어신호(Scs)는 제1측 시프트 레지스터(131a)와 제2측 시프트 레지스터(131b)의 구동 주파수를 제어하기 위한 신호일 수 있다. 제2제어신호(Vcs)는 전원 공급부(180)의 출력을 제어하기 위한 신호일 수 있다.
구동부(160)는 온도 판단부(162), 전원 제어부(165) 및 장치 제어부(167) 등을 포함할 수 있다. 온도 판단부(162)는 온도 센서(170)로부터 제공된 온도정보(Temp)를 기반으로 주변 온도가 상온 조건인지 또는 고온 조건인지 등을 판단하고 판단 결과를 전원 제어부(165)와 장치 제어부(167)에 전달하는 역할을 할 수 있다.
장치 제어부(167)는 제1측 시프트 레지스터(131a)와 제2측 시프트 레지스터(131b)의 구동 주파수를 제어하기 위한 제1제어신호(Scs)를 출력하는 역할을 할 수 있다. 장치 제어부(167)는 온도 판단부(162)로부터 전달된 판단 결과에 대응하여 제1측 시프트 레지스터(131a)와 제2측 시프트 레지스터(131b)의 구동 주파수가 변경되도록 제1제어신호(Scs)를 가변할 수 있다.
전원 제어부(165)는 전원 공급부(180)의 출력을 제어하기 위한 제2제어신호(Vcs)를 출력하는 역할을 할 수 있다. 전원 제어부(165)는 온도 판단부(162)로부터 전달된 판단 결과에 대응하여 전원 공급부(180)로부터 출력되는 제1전원(Vddel) 및 제2전원(Vssel) 중 적어도 하나의 레벨이 변경되도록 제2제어신호(Vcs)를 가변할 수 있다.
전원 공급부(180)는 전원 제어부(183)와 전원 생성부(186) 등을 포함할 수 있다. 전원 제어부(183)는 구동부(160)로부터 출력된 제2제어신호(Vcs)를 기반으로 전원 생성부(186)를 제어하는 역할을 할 수 있다. 전원 생성부(186)는 전원 제어부(183)의 제어에 대응하여 제1전원(Vddel) 및 제2전원(Vssel) 중 적어도 하나의 레벨을 가변하여 출력할 수 있다.
전원 공급부(180)는 저온 조건보다 고온 조건으로 갈수록 더 낮은 음의전압 레벨로 제2전원(Vssel)을 가변하여 출력할 수 있다. 이처럼, 고온 조건으로 갈수록 더 낮은 음의전압 레벨로 제2전원(Vssel)을 가변하여 출력하면, 산화물을 기반으로 형성된 트랜지스터가 고온 상태에서 구동할 때 구동 주파수별로 전류 흐름이 달라짐에 따라 전류 강하가 유발되는 현상을 보상할 수 있다.
달리 설명하면, 전원 생성부(186)는 구동부(160) 주변의 온도 변화와 표시패널에 형성된 트랜지스터들의 온도에 따른 구동 특성 변화에 대응하여 제2전원(Vssel)을 가변하여 출력할 수 있다.
한편, 전원 생성부(186)는 제2전원(Vssel) 가변 시 룩업 테이블을 기반으로 할 수 있다. 이 경우, 전원 제어부(183)는 온도 조건별로 상이한 레지스터값을 출력할 수 있고, 전원 생성부(186)는 온도 조건별 상이한 레지스터값을 기반으로 제2전원(Vssel)을 가변하여 출력할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 발광표시장치는 1 프레임을 120Hz (1Frame = 1/120sec)로 구동하거나, 1 프레임을 60Hz (1Frame = 1/60sec)로 구동하거나, 1 프레임을 24Hz (1Frame = 1/24sec)로 구동하는 등 구동 속도를 다양화할 수 있다.
120Hz와 같은 고속 구동 조건에서는 매 프레임마다 영상을 리프레시할 수 있는 리프레시 프레임(Refresh Frame)을 가질 수 있다. 반면, 60Hz 나 24Hz와 같은 저속 구동 조건에서는 N 프레임(N은 1 이상 정수)마다 영상을 리프레시할 수 있고 리프레시 프레임(Refresh Frame) 사이에 애노드 리셋 프레임(Anode Reset Frame)을 가질 수 있다.
애노드 리셋 프레임(Anode Reset Frame)은 서브 프레임(Sub Frame)에 속하며, 해당 프레임에서도 표시패널의 정상적인 영상 표현이 가능하도록 장치를 동작시킬 수 있다. 다만, 애노드 리셋 프레임(Anode Reset Frame)은 저속 구동 조건에서 수행되는 바, 영상의 움직임이 거의 없거나 정지영상을 표시하는 수준에 해당하므로 데이터전압의 출력이 정지된 상태에서 스캔신호의 출력만 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 12 및 도 15에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 발광표시장치는 온도 센서(170) 등이 더 포함되는 바, 온도를 센싱하는 단계(S100)가 선행될 수 있다. 그리고 센싱된 온도가 설정된 온도 이상 인지 여부를 판단(S110)하여, 장치에 설정 온도 이상이 아니면(No), 기존 주파수로 동작할 수 있다(S120). 그러나, 장치에 설정 온도 이상이면(Yes), 현재 구동 주파수를 확인(S130)할 수 있다. 그리고, 현재 구동 주파수가 고속 구동 주파수에 해당하면, 고속 모드에서 저속 모드로 동작하도록 구동 주파수를 변경할 수 있다(S140). 그러나 현재 구동 주파수가 저속 구동 주파수에 해당하면, 저속 모드에서 고속 모드로 동작하도록 구동 주파수를 변경할 수 있다(S150).
도 16에 도시된 바와 같이, 상온 조건에서는 모든 프레임에서 고속 구동(FFD)할 수 있도록 고속 구동 주파수를 유지할 수 있다. 그러나 고온 조건에서는 적어도 N(N은 1 이상 정수) 프레임마다 고속 구동(FFD)과 저속 구동(SFD)을 교번할 수 있도록 고속 구동 주파수와 저속 구동 주파수로 구동 주파수를 변경할 수 있다.
고온 조건에서는 도 17과 같이, 120Hz를 고속 구동 주파수로 사용하고 1Hz를 저속 구동 주파수로 사용할 수 있다. 그리고 120Hz와 1Hz로 1 프레임마다 교번할 수 있다. 그러나 고온 조건에서 수행되는 고속 구동 주파수와 저속 구동 주파수의 교번 주기는 최대 5 프레임을 넘지 않도록 하고 바람직하게는 3 프레임 이하가 적정한데 그 이유를 설명하면 다음과 같다.
고속 구동 주파수와 저속 구동 주파수의 교번 주기가 5 프레임을 넘어서면 고온 조건에서 보이는 이종 박막 트랜지스터의 상이한 구동 특성을 보상하는 효과가 저하될 수 있다. 또한, 고속 구동 주파수와 저속 구동 주파수의 교번 주기가 5 프레임을 넘어서면 구동 주파수 변경에 따른 휘도 변화가 인지될 수 있다.
그러나 고속 구동 주파수와 저속 구동 주파수의 교번 주기가 5 프레임을 넘지 아니하고 3 프레임이나 그 이하가 되면 고온 조건에서 보이는 이종 박막 트랜지스터의 상이한 구동 특성을 보상하는 효과를 발현할 수 있음은 물론이고 구동 주파수 변경에 따른 휘도 변화 인지 문제를 방지할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 고속 모드(FFD Mode)에서 저속 모드(SFD Mode)로 변경되는 경우, 구동 주파수를 변경하기 위한 모드 변경 신호(MCO)는 프레임 기간에 발생될 수 있다. 첫번째 프레임(1 Frame)의 중간에 모드 변경 신호(MCO)가 발생한 다음 구동 주파수가 120Hz의 고속 구동 모드(FFD Mode)에서 1Hz의 저속 구동 모드(SFD Mode)로 변경되는 것이 그 예시이다. 이때, 구동 주파수는 120Hz에서 1Hz로 바로 넘어가는 것이 아니라 일정 주파수 간격으로 점진적인 가변이 이루어질 수 있다. 한편, 프레임 기간이란 영상을 표시하는 기간 또는 영상 표시를 위한 데이터전압 등이 출력되는 기간으로 정의될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 저속 모드(SFD Mode)에서 고속 모드(FFD Mode)로 변경되는 경우, 구동 주파수를 변경하기 위한 모드 변경 신호(MCO)는 프레임과 프레임 사이 기간에 발생될 수 있다. 첫번째 프레임(1 Frame)과 두번째 프레임(2 Frame) 사이에 모드 변경 신호(MCO)가 발생한 다음 구동 주파수가 1Hz의 저속 구동 모드(SFD Mode)에서 120Hz의 고속 구동 모드(FFD Mode)로 변경되는 것이 그 예시이다. 이때, 구동 주파수는 1Hz에서 120Hz로 바로 넘어가는 것이 아니라 일정 주파수 간격으로 점진적인 가변이 이루어질 수 있다. 한편, 프레임과 프레임 사이 기간이란 영상을 비표시하는 기간 또는 영상 표시를 위한 데이터전압 등이 출력되지 않는 기간으로 정의될 수 있다.
도 20은 70℃에서 120Hz 구동 시 RGBW 서브 픽셀의 동작 전류 경향성을 나타낸 시뮬레이션 결과이고, 도 21은 70℃에서 1Hz 구동 시 RGBW 서브 픽셀의 동작 전류 경향성을 나타낸 시뮬레이션 결과이고, 도 22는 70℃에서 120Hz와 1Hz 교번 구동 시 RGBW 서브 픽셀의 동작 전류 경향성을 시뮬레이션 결과이다.
온도 스트레스와 구동 스트레스에 따른 연구 결과에 따르면, 고온 스트레스 환경에서 산화물(Oxide)을 기반으로 형성된 박막 트랜지스터의 영향성이 큰 것으로 나타났다. 그리고 고속 구동 스트레스 환경에서 구동 트랜지스터의 문턱전압 이동에 의한 전류 감소 영향성이 큰 것으로 나타났다. 그리고, 고온 스트레스 및 저속 구동 스트레스 환경에서 구동 트랜지스터 대비 산화물(Oxide)을 기반으로 형성된 박막 트랜지스터의 영향성이 높은 것으로 추정되고, 그 결과 전류가 지속적으로 증가하는 것으로 나타났다.
또한, 연구한 결과에 따르면, 고온 조건에서 보이는 이종 박막 트랜지스터의 상이한 구동 특성은 고속 구동과 저속 구동의 교번으로 보상할 수 있는 것으로 나타났는데 그 이유를 설명하면 다음과 같다.
도 20 및 도 21과 같이, 70℃에서 120Hz로 장치를 구동하면 제2전원라인을 통해 인가되는 전류(I_ELVSS전류)는 감소하는 경향성을 볼 수 있다. 이와 달리, 70℃에서 1Hz로 장치를 구동하면 제2전원라인을 통해 인가되는 전류(I_ELVSS전류)는 증가하는 경향성을 볼 수 있다.
도 22와 같이, 70℃에서 120Hz와 1Hz로 장치를 교번 구동하면 제2전원라인을 통해 인가되는 전류(I_ELVSS전류)의 감소분과 증가분이 서로 상쇄되어 고온 구동 시 유발될 수 있는 전류 강하 문제가 보상되는 경향성을 볼 수 있다. 또한, 70℃에서 120Hz와 1Hz로 장치를 교번 구동하면 휘도 상승 및 하강 문제 또한 보상되는 경향성을 볼 수 있다. 특히, 많은 시간이 흘렀음에도, 제2전원라인을 통해 인가되는 전류(I_ELVSS전류)가 크게 증가하거나 감소하지 않고 거의 1% 정도의 편차로 유지되고 있다는 것을 주목(구동 안정성 향상)한다.
그러므로, 고온 조건에서 보이는 이종 박막 트랜지스터의 상이한 구동 특성은 온도 스트레스와 구동 스트레스에 따른 트랜지스터의 영향성과 전류의 변화 경향성을 토대로 마련된 구동 주파수 교번 방식으로 보상할 수 있음을 알 수 있다.
이상 본 발명은 고온 조건에서 보이는 이종 박막 트랜지스터의 상이한 구동 특성과 전류의 변화를 보상하여 표시패널의 수명과 구동 안정성을 향상함은 물론이고 온도 조건에 따른 구동 주파수 및 전압 가변을 통해 소비전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.
120: 타이밍 제어부 130: 스캔 구동부
140: 데이터 구동부 150: 표시패널
170: 온도 센서 180: 전원 공급부

Claims (10)

  1. 영상을 표시하는 표시패널; 및
    상기 표시패널을 구동하는 구동부를 포함하고,
    상기 표시패널은 설정된 온도 조건 이하에서 기존 구동 주파수가 유지되고, 상기 설정된 온도 조건 이상에서 고속 구동과 저속 구동을 교번하도록 구동 주파수가 가변되는 발광표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표시패널은
    N 프레임(N은 1 이상 정수)마다 상기 고속 구동과 상기 저속 구동을 교번하는 발광표시장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 N은 3 이하인 발광표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동부 주변의 온도 또는 상기 표시패널의 온도를 센싱하고, 온도정보를 상기 구동부에 전달하는 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 구동부는
    상기 온도정보를 판단하여 상온 조건에 해당하면 상기 기존 구동 주파수를 유지하고, 상기 상온 조건보다 높은 고온 조건에 해당하면 상기 고속 구동과 상기 저속 구동으로 교번하도록 구동 주파수를 가변하는 발광표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상온 조건은 25 ℃ 이상 70℃ 미만이고,
    상기 고온 조건은 70℃ 이상인 발광표시장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 구동부는
    상기 구동 주파수가 고속에서 저속으로 변경될 때 프레임 기간 동안 주파수 변경을 위한 신호를 출력하는 발광표시장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 구동부는
    상기 구동 주파수가 저속에서 고속으로 변경될 때 프레임과 프레임 사이 기간 동안 주파수 변경을 위한 신호를 출력하는 발광표시장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 표시패널에 제1전원과 제2전원을 공급하는 전원 공급부를 더 포함하고,
    상기 전원 공급부는 상기 고온 조건으로 갈수록 더 낮은 음의전압 레벨로 상기 제2전원을 가변하여 출력하는 발광표시장치.
  9. 영상을 표시하는 표시패널 및 상기 표시패널을 구동하는 구동부를 포함하는 발광표시장치의 구동방법에 있어서,
    설정된 온도 이상 인지 여부를 판단하고, 상기 설정된 온도 조건 이하이면 기존 구동 주파수를 유지하는 단계; 및
    상기 설정된 온도 조건 이상이면 상기 표시패널의 구동 주파수가 고속 구동과 저속 구동으로 교번하도록 가변하는 단계를 포함하는 발광표시장치의 구동방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구동부 주변의 온도 또는 상기 표시패널의 온도가 25 ℃ 이상 70℃ 미만이면, 상기 기존 구동 주파수가 유지되고,
    상기 구동부 주변의 온도 또는 상기 표시패널의 온도가 70℃ 이상이면, 상기 고속 구동과 상기 저속 구동으로 교번하도록 구동 주파수가 가변되는 발광표시장치의 구동방법.
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