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KR102680695B1 - 표시 장치 - Google Patents

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KR102680695B1
KR102680695B1 KR1020190176803A KR20190176803A KR102680695B1 KR 102680695 B1 KR102680695 B1 KR 102680695B1 KR 1020190176803 A KR1020190176803 A KR 1020190176803A KR 20190176803 A KR20190176803 A KR 20190176803A KR 102680695 B1 KR102680695 B1 KR 102680695B1
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홍석현
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김선윤
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Abstract

표시 장치는, 데이터 라인, 센싱 라인 및 게이트 라인에 연결되고, 발광 소자와 발광 소자에 흐르는 전류를 제어하는 구동 소자를 포함하는, 픽셀 복수 개가 배치되는 표시 패널; 데이터 라인과 센싱 라인을 통해 각각 데이터 전압과 기준 전압을 픽셀에 공급하고 센싱 라인을 통해 센싱 전압을 센싱 하여 센싱 데이터를 출력하기 위한 데이터 구동 회로; 게이트 라인을 통해 데이터 전압에 동기하여 스캔 신호를 공급하기 위한 게이트 구동 회로; 및 데이터 구동 회로와 게이트 구동 회로를 제어하여 입력 영상 데이터를 표시 패널을 통해 출력하고 센싱 데이터를 이용하여 데이터 전압을 변경하기 위한 타이밍 컨트롤러를 포함한다. 타이밍 컨트롤러는, 데이터 구동 회로와 게이트 구동 회로를 제어하여, 구동 소자를 턴-오프 시킨 상태에서 발광 소자에 연결되는 구동 소자의 제1 전극에 센싱 라인을 통해 기준 전압을 공급하고 제1 시간이 경과할 때 제1 전극에 연결된 센싱 라인의 전위를 제1 센싱 전압으로 센싱 하여 제1 센싱 데이터를 얻을 수 있다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
이 명세서는 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 OLED의 미세한 단락을 검출하는 표시 장치에 관한 것이다.
평판 표시 장치에는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 발광 표시장치(Electroluminescence Display), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display, FED), 양자점 표시 장치(Quantum Dot Display Panel: QD) 등이 있다. 전계 발광 표시 장치는 발광층의 재료에 따라 무기 발광 표시 장치와 유기 발광 표시 장치로 나뉘어진다. 유기 발광 표시 장치의 픽셀들은 스스로 발광하는 발광 소자인 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 포함하여 이를 발광시켜 영상을 표시한다.
OLED를 포함하는 액티브 매트릭스 타입의 유기 발광 표시 패널은, 응답 속도가 빠르고 발광 효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.
유기 발광 표시 장치는, OLED와 구동 트랜지스터를 포함하는 픽셀들을 매트릭스 형태로 배열하고, 비디오 데이터의 계조에 따라 픽셀에서 구현되는 영상의 휘도를 조절한다. 구동 트랜지스터는 자신의 게이트 전극과 소스 전극 사이에 걸리는 전압에 따라 OLED에 흐르는 구동 전류를 제어한다. 구동 전류에 따라 OLED의 발광량이 결정되며, OLED의 발광량에 따라 영상의 휘도가 결정된다.
표시 패널을 제작하는 공정은 증착 공정과 수리 공정 등을 포함한다. 증착 공정은 기판에 도전층, 금속층, 절연층 등을 증착하여 전극을 포함하는 소자, 전원 라인, 신호 라인 등의 구조물을 형성하는 공정이고, 수리 공정은 검사 공정에서 발견된 불량을 복구하거나 불량이 존재하는 서브 픽셀을 암점화하는 공정이다.
표시 패널을 제작하는 공정에서 발생하는 불량은 수리 공정을 통해 복구할 수 있지만, 표시 패널을 제작하는 공정에서 유입된 작은 이물질이 구조적으로 취약한 부분과 결합하여 불량이 서서히 진행하는 진행성 불량은 검사 공정에서 발견하기 어렵다.
이 명세서에 개시된 실시예는 이러한 상황을 감안한 것으로, 이 명세서의 목적은 표시 패널에 포함된 픽셀에 진행하는 불량을 검출하는 방법을 제공하는 데 있다.
이 명세서의 구체적인 목적은, 픽셀에 포함된 OLED의 애노드와 캐소드 사이에 미세 단락을 검출하는 방법을 제공하는 데 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치는, 데이터 라인, 센싱 라인 및 게이트 라인에 연결되고, 발광 소자와 발광 소자에 흐르는 전류를 제어하는 구동 소자를 포함하는, 픽셀 복수 개가 배치되는 표시 패널; 데이터 라인과 센싱 라인을 통해 각각 데이터 전압과 기준 전압을 픽셀에 공급하고 센싱 라인을 통해 센싱 전압을 센싱 하여 센싱 데이터를 출력하기 위한 데이터 구동 회로; 게이트 라인을 통해 데이터 전압에 동기하여 스캔 신호를 공급하기 위한 게이트 구동 회로; 및 데이터 구동 회로와 게이트 구동 회로를 제어하여 입력 영상 데이터를 표시 패널을 통해 출력하고 센싱 데이터를 이용하여 데이터 전압을 변경하기 위한 타이밍 컨트롤러를 포함한다.
타이밍 컨트롤러는, 데이터 구동 회로와 게이트 구동 회로를 제어하여, 구동 소자를 턴-오프 시킨 상태에서 발광 소자에 연결되는 구동 소자의 제1 전극에 센싱 라인을 통해 기준 전압을 공급하고 제1 시간이 경과할 때 제1 전극에 연결된 센싱 라인의 전위를 제1 센싱 전압으로 센싱 하여 제1 센싱 데이터를 얻는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예에 따른 표시 장치에 포함된 픽셀 특성을 센싱 하는 방법은, 데이터 라인에 블랙 데이터 전압을 공급하여 픽셀에 포함되는 발광 소자에 연결되는 구동 소자를 턴-오프 시킨 상태에서 구동 소자의 제1 전극에 연결된 센싱 라인을 통해 기준 전압을 공급하는 단계; 및 제1 전극에 기준 전압을 공급하는 것을 중지한 후 제1 시간 경과할 때, 제1 전극에 연결된 센싱 라인의 전위를 제1 센싱 데이터로 출력하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
외부 보상 방식으로 픽셀의 특성을 센싱 할 때 구동 트랜지스터의 문턱 전압의 이동과 OLED의 애노드-캐소드 단락을 서로 구분할 수 있게 된다. 또한, 표시 패널을 출하 후에 발생하는 진행성 불량을 검출할 수 있게 되어 불량이 검출되는 픽셀을 보상할 수 있게 되고, 이에 따라 불량 픽셀이 눈에 띄지 않도록 하여 사용자 만족도를 높일 수 있게 된다.
도 1은 서브픽셀의 특성을 센싱 하는 외부 보상 회로와 서브픽셀의 연결을 도시한 것이고,
도 2는 서브픽셀에 포함된 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 센싱 하는 것과 관련된 신호들의 타이밍을 도시한 것이고,
도 3은 불량 픽셀을 판단하는 근거가 되는 외부 보상 회로의 센싱 데이터 레벨을 도시한 것이고,
도 4는 서브픽셀에 포함된 OLED에 단락이 발생하지 않을 때 구동 트랜지스터의 소스 전극이 플로팅 되는 상황을 도시한 것이고,
도 5는 서브픽셀에 포함된 OLED의 애노드와 캐소드에 미세한 단락이 발생할 때 전류 경로가 발생하는 상황을 도시한 것이고,
도 6은 OLED의 애노드-캐소드 단락을 센싱 하기 위한 제어 신호와 센싱 전압을 도시한 것이고,
도 7은 OLED의 단락을 센싱 하는 유기 발광 표시 장치를 기능 블록으로 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 이 명세서 내용과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 불필요하게 내용 이해를 흐리게 하거나 방해할 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
픽셀의 특성을 센싱 하는 외부 보상 동작은 영상 표시 동작 중의 버티컬 블랭크 구간에서 수행되거나, 영상 표시가 시작되기 전의 파워 온 시퀀스 동안에 수행되거나, 또는 영상 표시가 끝난 후 파워 오프 시퀀스 동안에 수행될 수 있다. 버티컬 블랭크 구간은 영상 표시를 위한 데이터 전압이 픽셀에 기입되지 않는 구간으로서, 1 프레임의 데이터 신호가 기입되는 버티컬 액티브 구간들 사이마다 배치된다. 파워 온 시퀀스는 장치를 구동하기 위해 전원이 턴-온 된 후부터 영상이 표시될 때까지의 수행되는 동작을 의미하고, 파워 오프 시퀀스는 영상 표시가 끝난 후부터 전원이 턴-오프 될 때까지의 수행되는 동작을 의미한다.
이러한 외부 보상 동작은, 구동 트랜지스터를 소스 팔로워(Source Follower) 방식으로 동작시킨 후 센싱 라인의 커패시터에 저장되는 전압(구동 트랜지스터의 소스 노드 전압)을 센싱 한다. 외부 보상은, 구동 트랜지스터의 문턱 전압 편차를 보상하기 위해, 구동 트랜지스터의 소스 노드 전위가 포화될 때, 즉 구동 트랜지스터의 드레인-소스 전류(Ids)가 제로가 될 때의 소스 노드의 전압을 센싱 한다.
이하에서 경우에 따라 픽셀은 서브픽셀을 가리킬 수 있다.
도 1은 서브픽셀의 특성을 센싱 하는 외부 보상 회로와 서브픽셀의 연결을 도시한 것이고, 도 2는 서브픽셀에 포함된 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 센싱 하는 것과 관련된 신호들의 타이밍을 도시한 것이다.
외부 보상이 적용되는 서브픽셀(SP)은 구동 소자인 구동 트랜지스터(DT), 발광 소자인 유기 발광 다이오드(OLED), 스토리지 커패시터(Cst), 제1 스위칭 트랜지스터(ST1) 및 제2 스위칭 트랜지스터(ST2)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1의 서브픽셀은, 3T1C 구조이지만, 보상 회로가 추가되는 경우 3T2C, 4T2C, 5T1C, 6T2C 등으로 구성될 수도 있다.
서브픽셀(SP)을 구성하는 트랜지스터들은 p 타입으로 구현되거나 또는, n 타입으로 구현되거나, 또는 p 타입과 n 타입이 혼용된 하이브리드 타입으로 구현될 수 있다. 또한, 서브픽셀(SP)을 구성하는 트랜지스터들의 반도체층은, 아몰포스 실리콘 또는, 폴리 실리콘 또는, 산화물을 포함할 수 있다.
OLED는 구동 트랜지스터가 생성하는 픽셀 전류에 따라 발광한다. OLED는 제2 노드(N2)에 접속된 애노드 전극, 저전위 전원 전압(EVSS)의 입력단에 접속된 캐소드 전극, 및 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 위치하는 유기 화합물층을 포함한다.
구동 트랜지스터(DT)는 게이트-소스 사이 전압(Vgs)에 따라 OLED에 입력되는 픽셀 전류를 제어한다. 구동 트랜지스터(DT)는, 게이트 전극은 제1 노드(N1)에 연결되고, 제1 전극과 제2 전극 중 하나는 고전위 전원 전압(EVDD)의 입력단에 연결되고 다른 하나는 제2 노드(N2)에 연결되는데, 구동 트랜지스터(DT)의 소스 전극이 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다.
스토리지 커패시터(Cst)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 접속된다.
제1 스위칭 트랜지스터(ST1)는 스캔 신호(SCAN)에 응답하여 DAC를 거쳐 데이터 라인(14A)에 공급되는 데이터 전압(Vdata)을 제1 노드(N1)에 인가한다. 데이터 전압(Vdata)은, 디스플레이 구동 때는 입력 영상 데이터에 대응하는 전압이고, 센스 구동 때는 구동 트랜지스터(DT)를 턴-온 시킬 센싱용 데이터 전압(Vdata)과 구동 트랜지스터(DT)를 턴-오프 시킬 블랙 데이터 전압(Vblack)이 될 수 있다.
제1 스위칭 트랜지스터(ST1)는, 게이트 전극은 제1 게이트 라인(15A)에 접속되고, 제1 전극과 제2 전극 중 하나는 데이터 라인(14A)에 접속되고 다른 하나는 제1 노드(N1)에 접속된다.
제2 스위칭 트랜지스터(ST2)는 센스 신호(SENS)에 응답하여 제2 노드(N2)와 센싱 라인(14B) 사이 전류 흐름을 스위칭 한다. 제2 스위칭 트랜지스터(ST2)는, 게이트 전극은 제2 게이트 라인(15B)에 접속되고, 제1 전극과 제2 전극 중 하나는 센싱 라인(14B)에 접속되고 다른 하나는 제2 노드(N2)에 접속된다.
스캔 신호(SCAN)와 센스 신호(SENS)는 동작 타이밍이 서로 다를 수도 있고, 동작 타이밍이 서로 같을 수 있는데, 동작 타이밍이 서로 같은 경우 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(ST1, ST2)는 같은 게이트 라인(15)에 연결될 수 있다.
서브픽셀의 특성을 센싱 하는 센싱부는, 센싱 라인(14B)에 기준 전압(Vref)을 공급하고 제2 노드(N2)의 전압을 센싱 라인(14B)을 통해 검출하여 센싱 데이터(SD)로 출력하기 위한 구성으로, 데이터 구동 회로에 포함될 수 있다.
센싱부는, 센싱 라인(14B)에 충전된 제2 노드(N2)의 전압을 센싱 데이터(SD)로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및 센싱 라인(14B)에 기준 전압(Vref)을 공급하기 위한 제1 스위치(SW1)와 센싱 라인(14B)을 ADC에 연결하기 위한 제2 스위치(SW2)를 포함하는 센싱 유닛을 포함하여 구성될 수 있다.
센싱 유닛은 센싱 라인(14B)마다 마련되고, ADC는 복수 개의 센싱 유닛에 하나씩 연결될 수 있다.
센싱 라인(14B)에는 기생하는 센싱 라인 커패시터(Csl)가 마련되어 제2 노드(N2)의 전압 또는 기준 전압(Vref)을 저장할 수 있다.
제1 스위치(SW1)는 충전 제어 신호(PRE)에 대응하여 동작하고, 제2 스위치(SW2)는 샘플링 제어 신호(SAM)에 대응하여 동작한다.
센싱 데이터(SD)는, 서브픽셀(SP)의 특성, 즉 서브픽셀(SP)에 포함된 구동 트랜지스터의 특성과 OLED의 특성을 포함하는 데이터로, 타이밍 컨트롤러가 이를 근거로 서브픽셀에 공급되는 데이터 전압을 보상하기 위한 보상 값을 생성하도록 타이밍 컨트롤러에 공급될 수 있다.
서브픽셀(SP)의 특성을 외부 보상 방식으로 센싱 하는 센스 동작은 서브픽셀을 초기화하는 제1 기간(t1), 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압을 센싱 하기 위한 제2 기간(t2) 및 구동 트랜지스터(DT)를 턴-오프 시키고 다음 단계로 넘어가기 위한 변환 기간에 해당하는 제3 기간(t3)으로 구성될 수 있다.
도 2에서 스캔 신호(SCAN)와 센스 신호(SENS)는 동기하여 같은 타이밍으로 동작한다.
제1 기간(t1) 초기에, 데이터 라인(14A)에 구동 트랜지스터(DT)를 턴-온 시킬 센싱용 데이터 전압(Vdata)이 공급되고, 스캔 신호(SCAN)는 턴-오프 레벨에서 턴-온 레벨로 바뀌어 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(ST1, ST2)가 턴-온 되어, 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극인 제1 노드(N1)는 센싱용 데이터 전압(Vdata)이 되고, 구동 트랜지스터(DT)가 턴-온 된다.
제1 기간(t1)의 중간에, 충전 제어 신호(PRE)가 턴-오프 레벨에서 턴-온 레벨로 바뀌어 제1 스위치(SW1)가 턴-온 되어 센싱 라인(14B)이 기준 전압(Vref)으로 충전되고, 턴-온 상태의 제2 스위칭 트랜지스터(ST2)를 거쳐 구동 트랜지스터(DT)의 소스 전극인 제2 노드(N2)가 기준 전압(Vref)이 된다.
제2 기간(t2)에, 데이터 라인(14A)에는 구동 트랜지스터(DT)를 턴-온 시킬 센싱용 데이터 전압(Vdata)이 계속 공급되고, 충전 제어 신호(PRE)가 턴-온 레벨에서 턴-오프 레벨로 바뀌어 센싱 라인(14B)에 기준 전압(Vref)이 공급되지 않는다. 대신, 턴-온 상태의 구동 트랜지스터(DT)에 전류가 흐르면서 제2 노드(N2)의 전위가 기준 전압(Vref)으로부터 상승하는데, 제2 노드(N2)의 전위는 게이트 전극인 제1 노드(N1)의 센싱용 데이터 전압(Vdata)보다 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압(Vth)만큼 낮은 전압(Vdata-Vth)이 될 때까지 상승한다.
제2 기간(t2)이 종료할 때 또는 제3 기간(t3)이 시작할 때 샘플링 제어 신호(SAM)가 잠깐 턴-온 되어 센싱 라인(14B)의 커패시터(Csl)에 저장된 전압(Vsen), 즉 (Vdata-Vth)을 ADC에 공급하고 ADC는 이를 센싱 데이터(SD)로 변환한다. 센싱 데이터(SD)가 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압(Vth)을 반영한 데이터를 출력하기 때문에, 타이밍 컨트롤러는 이를 근거로 해당 서브픽셀에 공급할 영상 데이터의 데이터 전압을 보상할 수 있다.
제3 기간(t3)에는, 데이터 라인(14A)에는 구동 트랜지스터(DT)를 턴-오프 시킬 블랙 데이터 전압(Vblack)이 공급되고 제1 노드(N1)가 블랙 데이터 전압(Vblack)으로 바뀌어 구동 트랜지스터(DT)가 턴-오프 된다. 또한, 제3 기간(t3) 중간에 스캔 신호(SCAN)가 턴-오프 레벨로 바뀌어 제2 노드(N2)는 플로팅 상태가 되어 제2 기간(t2) 때의 전압을 그대로 유지한다.
도 3은 불량 픽셀을 판단하는 근거가 되는 외부 보상 회로의 출력 데이터 레벨을 도시한 것이다.
도 2에서 보듯이, 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압을 센싱 하는 제2 기간(t2)에 구동 트랜지스터(DT)가 턴-온 되고 이에 따라 전류가 흘러 제2 노드(N2)의 전압이 상승하여 센싱용 데이터 전압(Vdata)에서 문턱 전압(Vth)을 뺀 값까지 증가한다.
표시 장치는, 센싱 데이터(SD)의 값을 근거로 해당 서브픽셀이 불량인지 불량이 아닌지 판단하는데, 예를 들어 10비트로 출력되는 센싱 데이터(SD)가 0 내지 1023 범위 중에서, 예를 들어 50 이하이거나 700 이상일 때 불량 픽셀로 간주한다. 이에 표시 장치는, 해당 서브픽셀이 발광하지 않도록, 디스플레이 구동 때 해당 서브픽셀에 블랙 데이터(Vblack)를 공급하여 구동 트랜지스터를 턴-온 시키지 않을 수 있다. 또는, 표시 장치는, 해당 서브픽셀 부근의 정상 픽셀의 보상 데이터를 참조하여 해당 서브픽셀에 인가되는 데이터 전압을 보상할 수도 있다.
반면, 표시 장치는, 10비트로 출력되는 센싱 데이터(SD)가 소정의 정상 범위, 예를 들어 50과 700 범위의 값을 출력하면, 정상 픽셀로 간주하여 디스플레이 구동 때 센싱 데이터(SD)를 근거로 데이터 전압을 보상하여 해당 서브픽셀을 구동한다.
한편, 제조 공정에 이물질이 끼거나 문제가 발생하여 OLED의 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 미세한 쇼트(또는 단락)가 생길 수 있고, OLED의 미세한 단락에 의해 센싱 데이터(SD)가 영향을 받아 센싱 데이터(SD)의 출력 값이 일정 범위에서 증가할 수 있다.
하지만, 센싱 데이터(SD)의 출력이 앞서 언급한 정상 범위에 속할 때, 이러한 값이 온전히 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압(Vth)이 변한 것을 반영한 것인지 아니면 OLED에 미세 단락이 발생하여 센싱 데이터(SD)의 출력에 영향을 끼친 것을 더 포함하는지 구별할 수가 없다.
OLED에 미세 단락이 발생하여 센싱 데이터(SD)의 출력에 영향을 미치고 있는 상태에서, 센싱 데이터(SD)를 그대로 반영하여 데이터 전압을 보상하면, 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압(Vth)을 정확하게 보상하지 못하게 되어, 정확한 휘도 제어를 할 수 없게 된다.
도 4는 서브픽셀에 포함된 OLED에 단락이 발생하지 않을 때 구동 트랜지스터의 소스 전극이 플로팅 되는 상황을 도시한 것이고, 도 5는 서브픽셀에 포함된 OLED의 애노드와 캐소드에 미세한 단락이 발생할 때 전류 경로가 발생하는 상황을 도시한 것이다.
정상적인 OLED, 즉 OLED의 애노드 전극과 캐소드 전극이 단락이 없는 경우, 구동 트랜지스터(DT)를 턴-온 시키지 않고 제2 스위칭 트랜지스터(ST2)를 턴-온 시켜 제2 노드(N2)를 기준 전압(Vref)으로 초기화한 상태에서 그대로 소정 시간 그대로 방치하면, 센싱 라인(14B)과 제2 노드(N2)가 같은 전위를 유지하여 전류 경로가 형성되지 않는다.
즉, 구동 트랜지스터(DT)도 턴-오프 상태이고 기준 전압(Vref)이 저전위 전원 전압(EVSS)보다 낮기 때문에 OLED도 오프 상태로, 구동 트랜지스터(DT)의 소스 전극인 제2 노드(N2)와 센싱 라인(14B)은 플로팅 상태가 되어 전압이 바뀌지 않는다.
따라서, 도 4에 도시한 것과 같이, 기준 전압(Vref)이 예를 들어 0V일 때, 센싱 라인(14B)의 센싱 전압(Vsen)은 소정 시간이 경과하더라도 초기 센싱 전압(Vsen_ini)인 0V를 그대로 유지한다.
제2 노드(N2)에 기준 전압(Vref)을 공급하기 위해 제2 스위칭 트랜지스터(ST2)를 턴-온 시키면, 센스 신호(SENS)와 동기되는 스캔 신호(SCAN)에 의해 동작하는 제1 스위칭 트랜지스터(ST1)도 턴-온 되어, 데이터 라인(14A)의 데이터 전압이 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극인 제1 노드(N1)에 공급된다. 이 때 구동 트랜지스터(DT)를 턴-오프 시키기 위해서는 데이터 라인(14A)에 블랙 데이터 전압(Vblack)을 공급해야 한다.
반면, 도 5와 같이, OLED의 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 미세한 단락이 있어 예를 들어 수십 MΩ의 저항으로 애노드 전극과 캐소드 전극이 연결되어 단락 전류(Short current)가 생성되고, 구동 트랜지스터(DT)가 턴-오프 되더라도 기준 전압(Vref)보다 높은 저전위 전원 전압(EVSS)의 입력단으로부터 OLED의 저항을 거쳐 제2 노드(N2)와 센싱 라인(14B)으로 이어지는 전류 경로가 형성되어, 센싱 라인(14B)에 형성된 커패시터(Csl)에 전하가 쌓이게 된다.
이러한 상태로 소정 시간이 경과하면, 센싱 라인(14B)의 센싱 전압(Vsen)은 상승하여 0V인 초기 센싱 전압(Vsen_ini)보다 커지게 된다.
이와 같이, 구동 트랜지스터(DT)를 턴-오프 시키고 구동 트랜지스터(DT)의 소스 전극 또는 OLED의 애노드 전극을 초기화한 상태에서 소정 시간 동안 소스 전극에 연결된 센싱 라인(14B)의 센싱 전압(Vsen)을 센싱 하면 OLED의 애노드 전극과 캐소드 전극의 단락 여부를 확인할 수 있다.
따라서, 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압(Vth)을 센싱 하기에 앞서 구동 트랜지스터(DT)를 턴-오프 시킨 상태에서 OLED의 애노드 전극의 전압 변화를 센싱 함으로써 OLED의 애노드 전극과 캐소드 전극의 미세 단락 여부를 센싱 할 수 있는데, OLED의 애노드 전극에 연결된 센싱 라인(14B)의 센싱 전압(Vsen)이 바뀌면 OLED에 단락이 있는 것으로 판단하여 해당 픽셀을 불량 처리하고 센싱 라인(14B)의 센싱 전압(Vsen)에 변화가 없으면 해당 픽셀이 정상이라고 판단할 수 있다.
도 6은 OLED의 애노드-캐소드 단락을 센싱 하기 위한 제어 신호와 센싱 전압을 도시한 것이다.
서브픽셀(SP)의 특성, 즉 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압(Vth)과 OLED의 미세 단락 여부를 외부 보상 방식으로 함께 센싱 하는 센스 동작은 서브픽셀을 초기화하는 제1 기간(t1), OLED의 단락 여부를 센싱 하기 위한 제2 기간(t2), 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압을 센싱 하기 위한 제3 기간(t3) 및 구동 트랜지스터(DT)를 턴-오프 시키고 다음 단계로 넘어가기 위한 변환 기간에 해당하는 제4 기간(t4)으로 구성될 수 있다.
제1 기간(t1) 초기에, 데이터 라인(14A)에 구동 트랜지스터(DT)를 턴-오프 시킬 블랙 데이터 전압(Vblack)이 공급되고, 스캔 신호(SCAN)는 턴-오프 레벨에서 턴-온 레벨로 바뀌어 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(ST1, ST2)가 턴-온 되어, 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극인 제1 노드(N1)는 블랙 데이터 전압(Vblack)이 되고, 구동 트랜지스터(DT)가 턴-오프 된다.
제1 기간(t1)의 중간에, 충전 제어 신호(PRE)가 턴-오프 레벨에서 턴-온 레벨로 바뀌어 제1 스위치(SW1)가 턴-온 되어 센싱 라인(14B)이 기준 전압(Vref)으로 충전되고, 턴-온 상태의 제2 스위칭 트랜지스터(ST2)를 거쳐 구동 트랜지스터(DT)의 소스 전극인 제2 노드(N2)가 기준 전압(Vref)이 된다.
충전 제어 신호(PRE)와 스캔 신호(SCAN)가 거의 동시에 턴-오프 레벨에서 턴-온 레벨로 바뀌어도 큰 문제는 없기 때문에, 충전 제어 신호(PRE)도 제1 기간(t1)의 초기에 턴-온 레벨로 바뀔 수 있다.
제2 기간(t2)에, 데이터 라인(14A)에는 구동 트랜지스터(DT)를 턴-오프 시킬 블랙 데이터 전압(Vblack)이 계속 공급되고, 충전 제어 신호(PRE)가 턴-온 레벨에서 턴-오프 레벨로 바뀌어 센싱 라인(14B)에 기준 전압(Vref)이 공급되지 않는다.
OLED의 애노드 전극에 공급되는 기준 전압(Vref)이 캐소드 전극에 공급되는 저전위 전원 전압(EVSS)보다 낮기 때문에, 정상적인 OLED(Normal OLED)는 켜지지 않고 전류가 흐르지 않는다. 이 경우, 애노드 전극이나 제2 스위칭 트랜지스터(ST2)를 통해 연결되는 센싱 라인(14B)은 플로팅 된 상태이기 때문에, 센싱 라인(14B) 또는 제2 노드(N2)의 전위는 제2 기간(t2)에 초기에 설정된 기준 전압(Vref)에서 바뀌지 않는다.
하지만, OLED에 미세 단락이 있어서, 애노드 전극과 캐소드 전극이 크지만 무한대가 아니라 소정 값의 저항 성분, 예를 들어 수십 MΩ의 저항으로 연결되면(Abnormal OLED), 높은 전위의 캐소드 전극에서 낮은 전위의 애노드 전극으로 흐르는 전류 경로가 형성된다.
이 경우, OLED의 캐소드 전극에서 애노드 전극으로 흐르는 전류에 의해 OLED의 애노드 전극에 제2 스위칭 트랜지스터(ST2)를 통해 연결되는 센싱 라인(14B)의 센싱 라인 커패시터(Csl)에는 전하가 쌓이고 센싱 라인(14B)의 센싱 전압(Vsen)이 증가한다.
제2 기간(t2)의 후반에, 샘플링 제어 신호(SAM)가 잠깐 턴-온 되어 센싱 라인(14B)의 커패시터(Csl)에 저장된 센싱 전압(Vsen)을 ADC에 공급하고 ADC는 이를 OLED에 대한 센싱 데이터(SD)로 변환한다.
이때, 센싱 전압(Vsen)이 기준 전압(Vref)과 같다면 제2 노드(N2)에 전류가 공급되지 않는 것을 가리키고, OLED의 애노드 전극과 캐소드 전극이 단락되지 않고 OLED가 정상인 것을 의미한다.
하지만, 센싱 전압(Vsen)이 기준 전압(Vref)과 같지 않고 상승했다면 제2 노드(N2)에 전류가 공급되고 있는 것을 가리키고, 구동 트랜지스터(DT)는 턴-오프 되었으므로 OLED로부터 전류가 흐르는 것을 의미한다.
즉, OLED의 애노드 전극과 캐소드 전극이 미세하게 단락되어 전위가 더 높은 OLED의 캐소드 전극으로부터 애노드 전극으로 전류가 흘러 그 전하가 센싱 라인(14B)의 커패시터(Csl)에 쌓이는 것, 다시 말해 OLED에 불량이 발생한 것을 의미한다.
제2 기간(t2) 때 센싱 된 센싱 데이터(SD)를 전송 받은 타이밍 컨트롤러는, 센싱 데이터(SD)가 기준 전압(Vref)인 0V에 해당하면 정상적인 OLED로 판별하지만, 센싱 데이터(SD)가 0V보다 높은 값에 해당하면 OLED에 단락이 발생하여 해당 픽셀이 불량이라고 판단하고, 디스플레이 구동 때 해당 픽셀에 대해 불량 픽셀 처리할 수 있는데, 예를 들어 해당 픽셀을 발광시키지 않도록 블랙 데이터 전압(Vblack)을 공급하거나 또는 이웃하는 정상 픽셀의 보상 데이터를 이용하여 해당 픽셀에 인가될 데이터 전압을 보상할 수도 있다.
센싱 라인(14B)에 형성되는 센싱 라인 커패시터(Csl)가 300pF이고, 저전위 전원 전압(EVSS)이 6.5V이고, 기준 전압(Vref)이 0V이고, OLED의 애노드 전극과 캐소드 전극 사이 저항이 10MΩ일 때, 제2 노드(N2)나 센싱 라인(14B)에는 전류가 6.5V/10MΩ=0.65uA 흐르고, 센싱 라인(14B)의 센싱 전압(Vsen)을 기준 전압(Vref)인 0V에서 1V까지 상승시키는 데 걸리는 시간은 300pF/0.65uA=462usec가 된다.
종래 전압 센싱 방법으로 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압(Vth)을 센싱 할 때 센싱 라인(14B)을 충전하는 데 약 40msec가 소요되는 것에 비해 약 1%의 시간이 증가하는 것에 불과하다. 따라서, OLED의 단락 불량을 검출하는 데 추가되는 시간은 미미하다고 할 수 있다.
제3 기간(t3)에는, 스캔 신호(SCAN)를 턴-온 레벨로 유지한 상태에서 데이터 라인(14A)에 구동 트랜지스터(DT)를 턴-온 시킬 센싱용 데이터 전압(Vdata)를 공급하고, 턴-온 상태의 제1 스위칭 트랜지스터(ST1)를 통해 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극에 센싱용 데이터 전압(Vdata)이 공급되어 제1 노드(N1)가 센싱용 데이터 전압(Vdata)이 되고 구동 트랜지스터(DT)가 턴-온 된다.
이에 따라 구동 트랜지스터(DT)에 전류가 흐르면서 소스 전극인 제2 노드(N2)의 전위가 상승하는데, 제2 노드(N2)의 전위는 게이트 전극인 제1 노드(N1)의 센싱용 데이터 전압(Vdata)보다 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압(Vth)만큼 낮은 전압(Vdata-Vth)이 될 때까지 상승한다.
제3 기간(t3)이 종료할 때 또는 제4 기간(t4)이 시작할 때 샘플링 제어 신호(SAM)가 다시 잠깐 턴-온 되어 센싱 라인(14B)의 커패시터(Csl)에 저장된 전압(Vsen), 즉 (Vdata-Vth)을 ADC에 공급하고 ADC는 이를 센싱 데이터(SD)로 변환한다. 센싱 데이터(SD)가 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압(Vth)을 반영한 데이터를 출력하기 때문에, 타이밍 컨트롤러는 이를 근거로 해당 픽셀에 공급할 영상 데이터의 데이터 전압을 보상할 수 있다.
제4 기간(t4)에는, 데이터 라인(14A)에는 구동 트랜지스터(DT)를 턴-오프 시킬 블랙 데이터 전압(Vblack)이 다시 공급되고 제1 노드(N1)가 블랙 데이터 전압(Vblack)으로 바뀌어 구동 트랜지스터(DT)가 턴-오프 된다. 또한, 제4 기간(t4) 중간에 스캔 신호(SCAN)가 턴-오프 레벨로 바뀌어 제2 노드(N)는 플로팅 상태가 되어 제3 기간(t3) 때의 전압을 그대로 유지한다.
이와 같이 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압(Vth)을 측정하기에 앞서 구동 트랜지스터(DT)를 턴-오프 시켜 구동 트랜지스터(DT)의 소스 전극(또는 OLED의 애노드 전극)을 플로팅 시킨 상태에서 소스 전극의 전위 변화를 센싱 하여 OLED의 단락 여부를 판단할 수 있다.
도 7은 OLED의 단락을 센싱 하는 유기 발광 표시 장치를 기능 블록으로 도시한 것이다.
구동 트랜지스터의 문턱 전압을 센싱 하여 보상하기 위한 외부 보상 동작을 구현하는 유기 발광 표시 장치는, 표시 패널(10), 타이밍 컨트롤러(11), 데이터 구동 회로(12) 및 게이트 구동 회로(13)를 구비할 수 있다.
도 7의 타이밍 컨트롤러(11), 데이터 구동 회로(12) 및 게이트 구동 회로(13)는 전체 또는 일부가 드라이브 IC 내에 일체화될 수 있고, 데이터 구동 회로(12)와 게이트 구동 회로(13)를 병합하여 하나의 구동 회로로 구성할 수도 있다.
표시 패널(10)에서 입력 영상이 표현되는 화면에는 열(Column) 방향(또는 수직 방향 또는 제2 방향)으로 배열되는 다수의 데이터 라인들(14A)과 센싱 라인들(14B) 및 행(Row) 방향(또는 수평 방향 또는 제1 방향)으로 배열되는 다수의 게이트 라인들(15A, 15B)이 교차하고, 교차 영역마다 픽셀들(PXL)이 매트릭스 형태로 배치되어 픽셀 어레이를 형성한다.
게이트 라인(15A, 15B)은, 데이터 라인(14A)에 공급되는 데이터 전압(Vdata)을 픽셀에 인가하고, 센싱 라인(14B)에 공급되는 기준 전압(Vref)을 픽셀에 인가하고, 픽셀의 특성 신호를 센싱 라인(14B)을 통해 데이터 구동 회로(12)에 공급하기 위한 스캔 신호(SCAN)와 센스 신호(SENS)를 픽셀들에 공급한다. 스캔 신호(SCAN)와 센스 신호(SENS)가 동기되어 같은 타이밍에 동작하는 경우, 하나의 픽셀에는 하나의 게이트 라인(15)만이 연결될 수 있다.
해상도의 기준이 되는 단위 픽셀(Unit Pixel)은, 레드 컬러를 위한 R 서브픽셀, 그린 컬러를 위한 G 서브픽셀, 블루 컬러를 위한 B 서브픽셀 및 화이트 컬러를 위한 W 서브픽셀로 구성되거나 또는 R 서브픽셀, G 서브픽셀 및 B 서브픽셀로 구성 수 있다.
표시 패널(10)은, 고전위 전원 전압(또는 픽셀 구동 전압)을 픽셀들(PXL)에 공급하기 위한 제1 전원 라인(EVDD)과 저전위 전원 전압을 픽셀들(PXL)에 공급하기 위한 제2 전원 라인(EVSS) 등을 더 포함할 수 있다. 제1/제2 전원 라인은 도시하지 않은 전원부에 연결된다. 제2 전원 라인은 다수 개의 픽셀들(PXL)을 덮는 투명 전극 형태로 형성될 수도 있다.
표시 패널(10)의 픽셀 어레이 위에 터치 센서들이 배치될 수 있다. 터치 입력은 별도의 터치 센서들을 이용하여 센싱 되거나 픽셀들을 통해 센싱 될 수 있다. 터치 센서들은 온-셀(On-cell type) 또는 애드 온 타입(Add on type)으로 표시 패널(PXL)의 화면(AA) 위에 배치되거나 픽셀 어레이에 내장되는 인-셀(In-cell type) 터치 센서들로 구현될 수 있다.
픽셀 어레이에서, 같은 수평 라인에 배치되는 픽셀들(PXL)은 데이터 라인들(14A) 중 어느 하나, 게이트 라인들(15) 중 어느 하나에 접속되어 픽셀 라인(또는 표시 라인)을 형성한다.
픽셀(PXL)은, 게이트 라인(15)을 통해 인가되는 스캔 신호(SCAN)에 응답하여 데이터 라인(14A)과 전기적으로 연결되어 데이터 전압을 입력 받고 데이터 전압에 상응하는 전류로 OLED를 발광시킨다. 같은 픽셀 라인에 배치된 픽셀들(PXL) 중에서 같은 게이트 라인(15)에 연결되는 픽셀들은 해당 게이트 라인으로부터 인가되는 스캔 신호에 따라 동시에 동작한다.
픽셀(PXL)은, 전원부(미도시)로부터 고전위 전원 전압(EVDD)과 저전위 전원 전압(EVSS)을 공급 받는다. 픽셀(PXL)은 구동 시간 경과 및/또는 패널 온도 등과 환경 조건에 따라 변하는 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압(Vth)을 센싱 하는데 적합한 회로 구조를 가질 수 있다. 픽셀(PXL) 회로의 구성은 다양한 변형이 가능한데, 예를 들어 픽셀(PXL)은 발광 소자와 구동 소자 이외에, 복수의 스위치 소자들과 적어도 하나 이상의 스토리지 커패시터를 포함할 수 있다.
전원부는, 직류-직류 변환기(DC-DC Converter)를 이용하여, 호스트로부터 제공되는 직류 입력 전압을 조정하여 데이터 구동 회로(12)와 게이트 구동 회로(13)의 동작에 필요한 게이트 온 전압, 게이트 오프 전압 등을 생성하고, 또한 픽셀 어레이의 구동에 필요한 고전위 전원 전압(EVDD), 저전위 전원 전압(EVSS), 기준 전압(Vref) 등을 생성한다.
호스트 시스템은 모바일 기기, 웨어러블 기기 및 가상/증강 현실 기기 등에서 AP(Application Processor)가 될 수 있다. 또는, 호스트 시스템은 텔레비전 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, 개인용 컴퓨터, 및 홈 시어터 시스템 등의 메인 보드일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
타이밍 컨트롤러(11)는 센스 구동과 디스플레이 구동을 정해진 제어 시퀀스에 따라 시간적으로 분리할 수 있다. 여기서, 센스 구동은 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 센싱 하고 그에 따른 보상 값을 갱신하기 위한 구동이고, 디스플레이 구동은 보상 값이 반영된 영상 데이터(DATA)를 표시 패널(10)에 기입하여 영상을 재현하는 구동이다.
또한, 센스 구동은 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 센싱 할 때 발광 소자인 OLED의 단락 여부를 센싱 하여 센싱 데이터(SD)를 출력하고, 타이밍 컨트롤러(11)는 이를 근거로 해당 픽셀에 포함된 OLED의 불량 여부를 판단하고, 불량이라 판단하면 디스플레이 구동 때 해당 픽셀에 대해 불량 픽셀 처리할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(11)의 제어에 따라, 센스 구동은 디스플레이 구동이 시작되기 전의 파워 온 시퀀스, 디스플레이 구동이 끝난 후 파워 오프 시퀀스 또는 버티컬 액티브 기간의 사이에 있는 버티컬 블랭크 기간에서 수행될 수 있다. 파워 온 시퀀스는 시스템 전원이 인가된 후부터 화면이 켜지기 전까지의 동작을 수행하는 기간 의미하고, 파워 오프 시퀀스는 화면이 꺼진 후 시스템 전원이 해제될 때까지 동작을 수행하는 기간을 의미한다.
센스 구동은 시스템 전원이 인가되고 있는 도중에 표시 장치의 화면만 꺼진 상태, 예컨대, 대기 모드, 슬립 모드, 저전력 모드 등에서 수행될 수도 있다. 타이밍 컨트롤러(11)는 미리 정해진 감지 프로세스에 따라 대기 모드, 슬립 모드, 저전력 모드 등을 감지하고, 센스 구동에 필요한 동작들을 제어할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(11)는 호스트 시스템으로부터 전달되는 영상 데이터(DATA)를 데이터 구동 회로(12)에 공급한다. 타이밍 컨트롤러(11)는 호스트 시스템으로부터 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 도트 클럭(DCLK) 등의 타이밍 신호를 입력 받아 데이터 구동 회로(12)와 게이트 구동 회로(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호들을 생성한다. 제어 신호들은 게이트 구동 회로(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어 신호(GCS)와 데이터 구동 회로(12)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 제어 신호(DCS)를 포함한다.
타이밍 컨트롤러(11)는 디스플레이 구동을 위한 제어 신호(DCS, GCS)와 센스 구동을 위한 제어 신호(DCS, GCS)를 서로 다르게 생성할 수도 있다.
타이밍 컨트롤러(11)는, 센스 구동 때, OLED의 단락 여부를 가리키는 제1 센싱 데이터(SD1)와 구동 트랜지스터의 문턱 전압에 대한 제2 센싱 데이터(SD2)를 데이터 구동 회로(12)로부터 입력 받고, 제1 센싱 데이터(SD1)를 근거로 OLED의 단락 여부를 판단하고, 또한 제2 센싱 데이터(SD2)를 기반으로 구동 트랜지스터의 문턱 전압의 열화에 따른 휘도 편차를 보상할 수 있는 보상 값을 계산하여 메모리(미도시)에 저장할 수 있다.
메모리에 저장되는 보상 값은 센스 동작이 반복될 때마다 업데이트 될 수 있고, 그에 따라 시간이 경과함에 따라 바뀌는 구동 트랜지스터의 문턱 전압 특성 편차를 용이하게 보상할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(11)는 디스플레이 구동 때 메모리로부터 보상 값을 읽고, 이를 기초로 입력 영상 데이터(DATA)를 보정하여 데이터 구동 회로(12)에 공급한다.
타이밍 컨트롤러(11)는, 제1 센싱 데이터(SD1)가 소정 기준 값 이상으로 입력되면, OLED의 애노드 전극과 캐소드 전극이 미세하게 단락되어 해당 픽셀에 불량이 발생했다고 판단하고, 디스플레이 구동 때 해당 픽셀에 대해 불량 픽셀 처리할 수 있는데, 예를 들어 해당 픽셀에 영상 데이터 대신 블랙 데이터를 제공하여 해당 픽셀을 발광시키지 않거나 또는 이웃하는 정상 픽셀의 보상 데이터를 이용하여 해당 픽셀에 인가될 데이터 전압을 보상할 수 있다.
데이터 구동 회로(12)는, 적어도 하나 이상의 소스 드라이브 IC를 포함할 수 있다. 소스 드라이브 IC는 데이터 라인(14A)에 연결되는 다수의 데이터 구동부를 포함한다.
디스플레이 구동 때, 소스 드라이브 IC의 데이터 구동부는, 데이터 제어 신호(DCS)를 기반으로, 타이밍 컨트롤러(11)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(DATA)를 샘플링 하고 래치 하여 병렬 데이터로 바꾸고, 래치 된 디지털 데이터를 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 통해 감마 초기화 전압에 따라 아날로그 데이터 전압으로 변환하고, 데이터 전압을 출력 채널과 데이터 라인들(14A)을 거쳐 픽셀들에 공급한다. 데이터 전압은 픽셀이 표현할 계조에 대응되는 값일 수 있다.
센스 구동 때, 데이터 구동부는, 데이터 제어 신호(DCS)에 따라 센싱용 데이터 전압과 블랙 데이터 전압을 생성하여 데이터 라인들(14A)에 공급할 수 있다.
센싱용 데이터 전압은 구동 소자인 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 인가되어 구동 트랜지스터를 턴-온 시키는 전압(즉, 픽셀 전류를 설정하기 위한 전압)이고, 블랙 데이터 전압은 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 인가되어 구동 트랜지스터를 턴-오프 시키는 전압(즉, 픽셀 전류를 차단하기 위한 전압)이다.
센싱용 데이터 전압과 블랙 데이터 전압은 센싱 대상이 되는 서브픽셀에 도 6을 참조하여 설명한 순서대로 인가되는데, 센스 구동 기간을 구성하는 제1, 제2 기간 및 제4 기간에 블랙 데이터 전압이 공급되고, 제3 기간에 센싱용 데이터 전압이 공급된다.
소스 드라이브 IC는 센싱 라인(14B)에 연결되는 다수의 센싱 유닛과 센싱 유닛이 센싱 한 센싱 전압을 센싱 데이터로 변환하는 ADC를 포함하는 센싱부를 포함한다.
각 센싱 유닛(SU)은, 센싱 라인(14B)에 연결되고, 제2 스위치(SW2)를 통해 ADC에 선택적으로 연결될 수 있다. 각 센싱 유닛은 전류 적분기를 포함하는 전류 센싱 방식 또는 전압 센싱 방식으로 구현될 수 있는데, 도 1의 센싱 유닛은 전압 센싱 방식에 해당한다. 전류 센싱 방식은 낮은 전류 센싱에 적합하지만 노이즈에 민감하여 반복 센싱이 필요하고, 전압 센싱 방식은 낮은 전류를 센싱 하기는 어렵지만 노이즈에 민감하지 않아, 서로 장단점이 있다.
ADC는 각 센싱 유닛으로부터 입력되는 센싱 전압(Vsen)을 센싱 데이터(SD)로 변환하여 타이밍 컨트롤러(11)에 출력할 수 있다.
소스 드라이브 IC는, 센스 구동 때, 데이터 제어 신호(DCS)에 따라 센싱부의 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)의 동작을 제어할 충전 제어 신호(PRE)와 샘플링 제어 신호(SAM)를 도 6과 같이 생성하여 센싱부에 공급할 수 있다.
즉, 소스 드라이브 IC는, 센스 구동 때, 제1 기간(t1)에 충전 제어 신호(PRE)를 턴-온 레벨의 펄스 형태로 공급하여 제1 스위치(SW1)를 턴-온 시켜 센싱 라인(14B)을 기준 전압(Vref)으로 충전시키고, 제2 기간(t2)의 후반에 샘플링 제어 신호(SAM)를 턴-온 레벨의 짧은 펄스 형태로 공급하여 제2 스위치(SW2)를 턴-온 시켜 센싱 라인(14B)에 충전된, OLED의 단락 여부를 반영하는 센싱 전압(Vsen)을 ADC가 센싱 데이터(SD)로 변환할 수 있게 하고, 제3 기간(t3)의 후반 또는 제4 기간(t4)의 초반에 샘플링 제어 신호(SAM)를 턴-온 레벨의 짧은 펄스 형태로 공급하여 제2 스위치(SW2)를 턴-온 시켜 센싱 라인(14B)에 충전된, 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압(Vth)을 반영한 센싱 전압(Vsen)을 ADC가 센싱 데이터(SD)로 변환할 수 있게 한다.
게이트 구동 회로(13)는, 시프트 레지스터, 시프트 레지스터의 출력 신호를 픽셀에 포함된 트랜지스터의 구동에 적합한 스윙 폭으로 변환하기 위한 레벨 시프터 및 출력 버퍼 등을 각각 포함하는 다수의 게이트 드라이브 집적 회로들로 구성될 수 있다. 또는, 게이트 구동 회로(13)는 GIP(Gate Drive IC in Panel) 방식으로 표시 패널(10)의 하부 기판에 직접 형성될 수도 있다. GIP 방식의 경우, 레벨 시프터는 PCB(Printed Circuit Board) 위에 실장되고, 시프트 레지스터는 표시 패널(10)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 스캔 신호는 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압 사이에서 스윙 한다.
게이트 구동 회로(13)는, 디스플레이 구동 때, 게이트 제어 신호(GCS)를 기반으로 디스플레이용 스캔 신호를 행 순차 방식으로 생성하여 픽셀 라인마다 연결된 게이트 라인(15)에 순차적으로 제공한다. 디스플레이용 스캔 신호는 데이터 라인(14A)의 데이터 전압의 공급에 동기되어 게이트 라인(15)에 공급된다.
게이트 구동 회로(13)는, 센스 구동 때, 게이트 제어 신호(GCS)를 기반으로 도 6에 도시한 센싱용 스캔 신호(SCAN, SENS)를 생성하여 게이트 라인(15)에 제공할 수 있는데, 센싱용 스캔 신호는 제1 내지 제4 기간(t1-t4) 동안 턴-온 레벨로 공급되어 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(ST1, ST2)를 턴-온 시키고, 제4 기간(t4)의 후반에 턴-오프 레벨로 바뀌어 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(ST1, ST2)를 턴-오프 시킬 수 있다.
제1 내지 제4 기간(t1-t4) 동안, 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(ST1, ST2)가 턴-온 되어 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극인 제1 노드(N1)는 데이터 라인(14A)에 연결되고 제2 노드(N2)는 센싱 라인(14B)에 연결된다. OLED의 단락 여부를 센싱 하는 제2 기간(t2) 동안, 구동 트랜지스터(DT)가 턴-오프 되어야 하므로, 데이터 라인(14A)에는 블랙 데이터 전압(Vblack)이 공급되어야 하고, 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압을 센싱 하는 제3 기간(t3) 동안 구동 트랜지스터(DT)가 턴-온 되어야 하므로, 데이터 라인(14A)에는 센싱용 데이터 전압(Vdata)이 공급되어야 한다.
따라서, 외부 보상 방식으로 픽셀에 포함된 구동 트랜지스터의 문턱 전압을 센싱 하는 과정에 발광 소자인 OLED의 단락 여부를 센싱 하여, 픽셀의 불량 여부를 판단하고, 불량으로 판정된 픽셀을 발광시키지 않거나 이웃 정상 픽셀을 이용하여 보상하게 되어, 불량 픽셀이 사용자 눈에 띄지 않게 할 수 있다.
명세서에 기재된 표시 장치는 아래와 같이 설명될 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치는, 데이터 라인, 센싱 라인 및 게이트 라인에 연결되고, 발광 소자와 발광 소자에 흐르는 전류를 제어하는 구동 소자를 포함하는, 픽셀 복수 개가 배치되는 표시 패널; 데이터 라인과 센싱 라인을 통해 각각 데이터 전압과 기준 전압을 픽셀에 공급하고 센싱 라인을 통해 센싱 전압을 센싱 하여 센싱 데이터를 출력하기 위한 데이터 구동 회로; 게이트 라인을 통해 데이터 전압에 동기하여 스캔 신호를 공급하기 위한 게이트 구동 회로; 및 데이터 구동 회로와 게이트 구동 회로를 제어하여 입력 영상 데이터를 표시 패널을 통해 출력하고 센싱 데이터를 이용하여 데이터 전압을 변경하기 위한 타이밍 컨트롤러를 포함한다.
타이밍 컨트롤러는, 데이터 구동 회로와 게이트 구동 회로를 제어하여, 구동 소자를 턴-오프 시킨 상태에서 발광 소자에 연결되는 구동 소자의 제1 전극에 센싱 라인을 통해 기준 전압을 공급하고 제1 시간이 경과할 때 제1 전극에 연결된 센싱 라인의 전위를 제1 센싱 전압으로 센싱 하여 제1 센싱 데이터를 얻는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 타이밍 컨트롤러는 데이터 라인을 통해 구동 소자의 게이트 전극에 블랙 데이터 전압을 공급하여 구동 소자를 턴-오프 시킬 수 있다.
일 실시예에서, 타이밍 컨트롤러는, 제1 픽셀에서 입력되는 제1 센싱 데이터가 기준 값 이상일 때, 제1 픽셀을 불량 픽셀 처리할 수 있다.
일 실시예에서, 타이밍 컨트롤러는, 제1 센싱 전압을 센싱 한 이후 구동 소자를 턴-온 시키고 제2 시간이 경과할 때, 제1 전극에 연결된 센싱 라인의 전위를 제2 센싱 전압으로 센싱 하여 제2 센싱 데이터를 얻을 수 있다.
일 실시예에서, 타이밍 컨트롤러는 데이터 라인을 통해 구동 소자의 게이트 전극에 센싱용 데이터 전압을 공급하여 구동 소자를 턴-온 시킬 수 있다.
일 실시예에서, 타이밍 컨트롤러는 제1 픽셀에서 입력되는 제2 센싱 데이터를 근거로 입력 영상 데이터에 대응하여 제1 픽셀에 공급될 데이터 전압을 보상할 수 있다.
일 실시예에서, 픽셀은, 고전위 전원 전압을 공급 받는 제2 전극을 포함하는 구동 소자; 스캔 신호에 따라 동작하여 데이터 라인과 구동 소자의 게이트 전극을 연결하기 위한 제1 스위칭 트랜지스터; 스캔 신호에 따라 동작하여 센싱 라인과 구동 소자의 제1 전극을 연결하기 위한 제2 스위칭 트랜지스터; 구동 소자의 제1 전극에 연결되는 애노드 전극과 저전위 전원 전압을 공급받는 캐소드 전극을 포함하는 발광 소자; 및 게이트 전극과 제1 전극을 게이트 전극에 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다.
데이터 구동 회로는, 센싱 라인에 기준 전압의 공급 여부를 제어하기 위한 제1 스위치; 센싱 라인의 전압을 센싱 데이터로 변환하여 출력하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC); 및 센싱 라인과 ADC의 연결을 제어하기 위한 제2 스위치를 포함하여 구성되는 센싱부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 타이밍 컨트롤러는, 제1 기간에, 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시키고, 데이터 라인에 블랙 데이터 전압을 공급하여 구동 소자를 턴-오프 시키고, 제1 스위치를 턴-온 시켜 기준 전압을 센싱 라인을 통해 제1 전극에 공급하고, 제1 기간 이후 제2 기간에, 제1 스위치를 턴-오프 시키고 제1 시간 경과 후 제2 스위치를 턴-온 시키고 ADC를 동작시켜 센싱 라인의 제1 센싱 전압으로부터 제1 센싱 데이터를 얻을 수 있다.
일 실시예에서, 타이밍 컨트롤러는, 제2 기간 이후 제3 기간에, 제2 스위치를 턴-오프 시키고, 데이터 라인에 센싱용 데이터 전압을 공급하여 구동 소자를 턴-온 시키고, 제2 시간 경과 후 제2 스위치를 턴-온 시키고 ADC를 동작시켜 센싱 라인의 제2 센싱 전압으로부터 제2 센싱 데이터를 얻을 수 있다.
일 실시예에서, 저전위 전원 전압이 기준 전압보다 높을 수 있다.
다른 실시예에 따른 표시 장치에 포함된 픽셀 특성을 센싱 하는 방법은, 데이터 라인에 블랙 데이터 전압을 공급하여 픽셀에 포함되는 발광 소자에 연결되는 구동 소자를 턴-오프 시킨 상태에서 구동 소자의 제1 전극에 연결된 센싱 라인을 통해 기준 전압을 공급하는 단계; 및 제1 전극에 기준 전압을 공급하는 것을 중지한 후 제1 시간 경과할 때, 제1 전극에 연결된 센싱 라인의 전위를 제1 센싱 데이터로 출력하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 픽셀 특성을 센싱 하는 방법은, 데이터 라인에 센싱용 데이터 전압을 공급하여 구동 소자를 턴-온 시킨 상태에서 센싱 라인의 전위를 제2 센싱 데이터로 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 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: 표시 패널 11: 타이밍 컨트롤러
12: 데이터 구동 회로 13: 게이트 구동 회로
14: 데이터 라인 15: 게이트 라인

Claims (12)

  1. 데이터 라인, 센싱 라인 및 게이트 라인에 연결되고, 발광 소자와 상기 발광 소자에 흐르는 전류를 제어하는 구동 소자를 포함하는, 픽셀 복수 개가 배치되는 표시 패널;
    상기 데이터 라인과 상기 센싱 라인을 통해 각각 데이터 전압과 기준 전압을 상기 픽셀에 공급하고 상기 센싱 라인을 통해 센싱 전압을 센싱 하여 센싱 데이터를 출력하기 위한 데이터 구동 회로;
    상기 게이트 라인을 통해 상기 데이터 전압에 동기하여 스캔 신호를 공급하기 위한 게이트 구동 회로; 및
    상기 데이터 구동 회로와 게이트 구동 회로를 제어하여 입력 영상 데이터를 상기 표시 패널을 통해 출력하고 상기 센싱 데이터를 이용하여 상기 데이터 전압을 변경하기 위한 타이밍 컨트롤러를 포함하고,
    상기 타이밍 컨트롤러는, 상기 데이터 구동 회로와 게이트 구동 회로를 제어하여, 상기 구동 소자를 턴-오프 시킨 상태에서 상기 발광 소자에 연결되는 구동 소자의 제1 전극에 상기 센싱 라인을 통해 상기 기준 전압을 공급하고 제1 시간이 경과할 때 상기 제1 전극에 연결된 상기 센싱 라인의 전위를 제1 센싱 전압으로 센싱 하여 제1 센싱 데이터를 얻고,
    상기 타이밍 컨트롤러는, 제1 픽셀에서 입력되는 제1 센싱 데이터가 기준 값 이상일 때, 상기 제1 픽셀을 불량 픽셀 처리하고,
    상기 타이밍 컨트롤러는, 상기 제1 센싱 전압을 센싱 한 이후 상기 구동 소자를 턴-온 시키고 제2 시간이 경과할 때, 상기 제1 전극에 연결된 상기 센싱 라인의 전위를 제2 센싱 전압으로 센싱 하여 제2 센싱 데이터를 얻고,
    상기 기준 전압은 상기 발광 소자의 오프 전압인 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 타이밍 컨트롤러는 상기 데이터 라인을 통해 상기 구동 소자의 게이트 전극에 블랙 데이터 전압을 공급하여 상기 구동 소자를 턴-오프 시키는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 타이밍 컨트롤러는 상기 데이터 라인을 통해 상기 구동 소자의 게이트 전극에 센싱용 데이터 전압을 공급하여 상기 구동 소자를 턴-온 시키는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 타이밍 컨트롤러는, 제1 픽셀에서 입력되는 제2 센싱 데이터를 근거로 상기 입력 영상 데이터에 대응하여 상기 제1 픽셀에 공급될 데이터 전압을 보상하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 픽셀은,
    고전위 전원 전압을 공급 받는 제2 전극을 포함하는 상기 구동 소자;
    상기 스캔 신호에 따라 동작하여 상기 데이터 라인과 상기 구동 소자의 게이트 전극을 연결하기 위한 제1 스위칭 트랜지스터;
    상기 스캔 신호에 따라 동작하여 상기 센싱 라인과 상기 구동 소자의 제1 전극을 연결하기 위한 제2 스위칭 트랜지스터;
    상기 구동 소자의 제1 전극에 연결되는 애노드 전극과 저전위 전원 전압을 공급받는 캐소드 전극을 포함하는 상기 발광 소자; 및
    상기 게이트 전극과 제1 전극을 게이트 전극에 연결되는 커패시터를 포함하고,
    상기 데이터 구동 회로는,
    상기 센싱 라인에 상기 기준 전압의 공급 여부를 제어하기 위한 제1 스위치;
    상기 센싱 라인의 전압을 센싱 데이터로 변환하여 출력하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC); 및
    상기 센싱 라인과 상기 ADC의 연결을 제어하기 위한 제2 스위치를 포함하여 구성되는 센싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 타이밍 컨트롤러는,
    제1 기간에, 상기 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시키고, 상기 데이터 라인에 블랙 데이터 전압을 공급하여 상기 구동 소자를 턴-오프 시키고, 상기 제1 스위치를 턴-온 시켜 상기 기준 전압을 상기 센싱 라인을 통해 상기 제1 전극에 공급하고,
    상기 제1 기간 이후 제2 기간에, 상기 제1 스위치를 턴-오프 시키고 상기 제1 시간 경과 후 상기 제2 스위치를 턴-온 시키고 상기 ADC를 동작시켜 상기 센싱 라인의 상기 제1 센싱 전압으로부터 제1 센싱 데이터를 얻는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 타이밍 컨트롤러는,
    상기 제2 기간 이후 제3 기간에, 상기 제2 스위치를 턴-오프 시키고, 상기 데이터 라인에 센싱용 데이터 전압을 공급하여 상기 구동 소자를 턴-온 시키고, 상기 제2 시간 경과 후 상기 제2 스위치를 턴-온 시키고 상기 ADC를 동작시켜 상기 센싱 라인의 상기 제2 센싱 전압으로부터 상기 제2 센싱 데이터를 얻는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 저전위 전원 전압이 상기 기준 전압보다 높은 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  11. 데이터 라인에 블랙 데이터 전압을 공급하여 픽셀에 포함되는 발광 소자에 연결되는 구동 소자를 턴-오프 시킨 상태에서 상기 구동 소자의 제1 전극에 연결된 센싱 라인을 통해 기준 전압을 공급하는 단계; 및
    상기 제1 전극에 상기 기준 전압을 공급하는 것을 중지한 후 제1 시간 경과할 때, 상기 제1 전극에 연결된 상기 센싱 라인의 전위를 제1 센싱 데이터로 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 데이터 라인에 센싱용 데이터 전압을 공급하여 상기 구동 소자를 턴-온 시킨 상태에서 상기 센싱 라인의 전위를 제2 센싱 데이터로 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 기준 전압은 상기 발광 소자의 오프 전압인 표시 장치에 포함된 픽셀 특성을 센싱 하는 방법.
  12. 삭제
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