유기발광다이오드 표시소자 및 그 구동방법 document_id A220623017740

본 발명은 유기발광다이오드 표시소자 및 그 구동방법에 관한 것으로 특히, 데이터라인 충전시간을 단축하여 화질 균일도를 개선하고 잔상 문제를 해결하여 표시품질을 높일 수 있는 유기발광다이오드 표시소자에 관한 것이다. 최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라 한다), 전계 방출 표시장치 (Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하 "PDP"라 한다) 및 전계발광소자(Electroluminescence Device) 등이 있다. 이들 중에 PDP는 구조와 제조공정이 단순하기 때문에 경박단소하면서도 대화면화에 가장 유리한 표시장치로 주목받고 있지만 발광효율과 휘도가 낮고 소비전력이 큰 단점이 있다. 스위칭 소자로 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT"라 한다)가 적용된 액티브 매트릭스 LCD는 반도체공정을 이용하기 때문에 대화면화에 어려움이 있지만 노트북 컴퓨터의 표시소자로 주로 이용되면서 수요가 늘고 있다. 이에 비하여, 전계발광소자는 발광층의 재료에 따라 무기 전계발광소자와 유기발광다이오드소자로 대별되며 스스로 발광하는 자발광소자로서 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다. 유기발광다이오드소자는 도 1과 같이 유리기판 상에 투명도전성물질로 이루어진 애노드전극을 포함하고, 그 위에 순차적으로 적층된 유기 화합물층 및 도전성 금속으로 된 캐소드전극을 포함한다. 유기 화합물층은 정공주입층(Hole Injection layer), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer)을 포함한다. 애노드전극과 캐소드전극에 구동전압이 인가되면 정공주입층 내의 정공과 전자주입층 내의 전자는 각각 발광층 쪽으로 진행하여 발광층을 여기시키고, 그 결과 발광층이 가시광을 발산하게 한다. 이렇게 발광층으로부터 발생되는 가시광으로 화상 또는 영상을 표시하게 된다. 이와 같은 유기발광다이오드소자는 패씨브 매트릭스(passive matrix) 방식 또는, 스위칭소자로써 TFT를 이용하는 액티브 매트릭스(active matrix) 방식의 표시소자로 응용되고 있다. 패씨브 매트릭스 방식은 애노드전극과 캐소드전극을 직교하여 그 전극들에 인가되는 전류에 따라 발광셀을 선택하는데 비하여, 액티브 매트릭스 방식은 능동소자인 TFT를 선택적으로 턴-온시켜 발광셀을 선택하고 스토리지 커패시터(Storgage Capacitor)에 유지되는 전압으로 발광셀의 발광을 유지한다. 도 2는 종래의 액티브 맥트릭스 방식의 유기발광다이오드 표시소자를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 하나의 화소를 등가적으로 나타내는 회로도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 유기발광다이오드 표시소자는 게이트 라인들(GL)과 데이터 라인들(DL)의 교차부마다 배열된 화소들(22)을 포함하는 유기발광다이오드 표시패널(16)과, 게이트 라인들(GL)을 구동하기 위한 게이트 구동회로(18)와, 데이터 라인들(DL)을 구동하기 위한 데이터 구동회로(20)와, 게이트 구동회로(18) 및 데이터 구동회로(20)를 제어하기 위한 타이밍 콘트롤러(24)를 구비한다. 타이밍 콘트롤러(24)는 데이터 구동회로(20) 및 게이트 구동회로(18)를 제어한다. 이를 위하여, 타이밍 콘트롤러(24)는 각종 제어신호들을 데이터 구동회로(20) 및 게이트 구동회로(18)로 공급한다. 그리고, 타이밍 콘트롤러(24)는 데이터를 재정렬하여 데이터 구동회로(20)로 공급한다. 게이트 구동회로(18)는 타이밍 콘트롤러(24)로부터의 제어신호에 응답하여 게이트 라인들(GL)에 순차적으로 게이트신호를 공급한다. 여기서, 게이트신호는 1수평기간(1H)의 폭을 갖도록 공급된다. 데이터 구동회로(20)는 타이밍 콘트롤러(24)의 제어에 의하여 비디오신호를 데이터 라인들(DL)로 공급한다. 이때, 데이터 구동회로(20)는 게이트신호가 공급되는 1수평기간(1H)동안 1수평라인분의 비디오신호를 데이터 라인들(DL)로 공급한다. 화소들(22)은 데이터 라인들(DL)로 공급되는 비디오신호(즉, 전류신호)에 대응되는 빛을 발광함으로써 비디오신호에 대응하는 화상을 표시한다. 이를 위하여, 화소들(22) 각각은 도 3과 같이 데이터 라인(DL)과 게이트 라인들(GL) 각각으로부터 공급되는 구동신호에 따라 유기발광다이오드소자(OLED)를 구동시키기 위한 유기발광다이오드소자 구동회로(30)와, 유기발광다이오드소자 구동회로(30)와 기저전압원(GND) 사이에 접속되는 유기발광다이오드소자(OLED)를 구비한다. 유기발광다이오드소자 구동회로(30)는 고전위 구동전압원(VDD)과 유기발광다이오드소자(OLED) 사이에 접속된 제1 구동 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT"라 함)(T1)와, 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL) 사이에 접속된 제1 스위칭 TFT(T3)와, 제1 스위칭 TFT(T3)와 고전위 구동전압원(VDD) 사이에 접속되어 제1 구동 TFT(T1)와 전류미러 회로를 형성하는 제2 구동 TFT(T2)와, 게이트라인(GL)과 제2 구동 TFT(T2) 사이에 접속되는 제2 스위칭 TFT(T4)와, 제1 및 제2 구동 TFT(T1,T2) 사이의 노드와 고전위 구동전압원(VDD) 사이에 접속된 스토리지 캐패시터(Cst)를 구비한다. 여기서, TFT들은 P 타입 전자 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET, Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이다. 제1 구동 TFT(T1)의 게이트단자는 제2 구동 TFT(T2)의 게이트단자에 접속되고, 소오스단자는 고전위 구동전압원(VDD)에 접속된다. 그리고, 제1 구동 TFT(T1)의 드레인단자는 유기발광다이오드소자(OLED)에 접속된다. 제2 구동 TFT(T2)의 소오스단자는 고전위 구동전압원(VDD)에 접속되고, 드레인단자는 제1 스위칭 TFT(T3)의 드레인단자와 제2 스위칭 TFT(T4)의 소오스단자에 접속된다. 제1 스위칭 TFT(T3)의 소오스단자는 데이터 라인(DL)에 접속되고, 게이트단자는 게이트 라인(GL)에 접속된다. 제2 스위칭 TFT(T4)의 드레인단자는 제1 및 제2 구동 TFT(T1,T2)의 게이트단자 및 스토리지 캐패시터(Cst)에 접속된다. 그리고, 제 2스위칭 TFT(T4)의 게이트단자는 게이트 라인(GL)에 접속된다. 여기서, 제1 및 제2 구동 TFT(T1,T2)는 전류미러를 형성하도록 접속된다. 따라서, 제1 및 제2 구동 TFT(T1,T2)가 동일한 채널폭을 갖는다고 가정하면 제1 및 제2 구동 TFT(T1,T2)에 흐르는 전류양은 동일하게 설정된다. 이와 같은 유기발광다이오드소자 구동회로(30)의 동작과정을 설명하면, 먼저 수평라인을 이루는 게이트 라인(GL)으로부터 게이트신호가 공급된다. 게이트신호가 공급되면 제1 및 제2 스위칭 TFT(T3,T4)가 턴-온된다. 제1 및 제2 스위칭 TFT(T3,T4)가 턴-온되면 데이터 라인(DL)으로부터의 비디오신호가 제1 및 제2 스위칭 TFT(T3,T4)를 경유하여 제1 및 제2 구동 TFT(T1,T2)의 게이트단자로 공급된다. 이때, 비디오신호를 공급받은 제1 및 제2 구동 TFT(T1,T2)가 턴-온된다. 여기서, 제1 구동 TFT(T1)는 자신의 게이트단자에 공급되는 비디오신호에 따라 자신의 소오스단자(즉, VDD)로부터 드레인단자로 흐르는 전류를 조절하여 유기발광다이오드소자(OLED)로 공급함으로써 유기발광다이오드소자(OLED)에서 비디오신호에 대응되는 밝기의 빛이 발광되도록 제어한다. 이와 동시에 제2 구동 TFT(T2)는 고전위 구동전압원(VDD)으로부터 공급되는 전류(id)를 제1 스위칭 TFT(T3)를 경유하여 데이터 라인(DL)으로 공급한다. 여기서, 제1 및 제2 구동 TFT(T1,T2)가 전류미러 회로를 형성하기 때문에 제1 및 제2 구동 TFT(T1,T2)에는 동일한 전류가 흐르게 된다. 한편, 스토리지 캐패시터(Cst)는 제2 구동 TFT(T2)로 흐르는 전류(id)량에 대응되도록 고전위 구동전압원(VDD)으로부터의 전압을 저장한다. 그리고, 스토리지 캐패시터(Cst)는 게이트신호가 오프로 전환되어 제1 및 제2 스위칭 TFT(T3,T4)가 턴-오프될 때 자신에게 저장된 전압을 이용하여 제1 구동 TFT(T1)를 턴-온시킴으로써 유기발광다이오드소자(OLED)로 비디오신호에 대응되는 전류가 공급되도록 한다. 그런데, 이와 같이 전류 구동방식에 따라 구동되는 종래 유기발광다이오드 표시소자에서는 저계조 구동시, 즉 낮은 데이터 전류에 의해 구동될 때 데이터 라인에 존재하는 기생용량의 영향에 의해 데이터 라인에 대한 충전특성이 나빠져 충전 시간이 매우 길어지는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해, 종래 유기발광다이오드 표시소자는 유기발광다이오드소자 구동회로(30)에서 데이터 전류(Id)를 데이터 전압(Vp)으로 변환하는 함수 f1과, 데이터 전압(Vp)을 유기발광다이오드(OLED)소자 전류(Iel)로 변환하는 함수 f2는 선형적으로 비례한다는 가정에 의해 T2/T1 의 비례상수로 전류 스케일링(Scaling)이 가능하도록 구현된다. 그러나, 종래 유기발광다이오드 표시소자에서 T2, T1 사이의 비례관계가 TFT 불균일 또는 TFT 열화에 의하여 화소간에 차이가 발생하면 화질이 저하되는 문제점이 있다. 아울러 종래 유기발광다이오드 표시소자는 계조에 관계없이 동일한 배율로 업스케일링 함으로써, 상대적으로 높은 비율로 업스케일링되어야 할 저계조에서는 충분한 데이터라인 충전을 위한 최소치의 전류에도 미달되는 경우가 발생될 수 있는 반면, 상대적으로 낮은 비율로 업스케일링 되어야 할 고계조에서는 이로 인해 구동 TFT의 바이어스 스트레스가 증가하는 문제점이 있다.