CN102379002A - 显示装置中的光感测 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制OLED显示器的方法，该方法包括：提供OLED器件和控制器；测量和传递在分布在显示区域上的光电传感器阵列上入射的环境光和OLED发射光的量以测量入射光；利用至少一个校准图像来操作OLED像素，并且响应于第一次测得的入射光而形成OLED补偿图；接收第二次入射光测量结果并形成环境照明图；接收并补偿图像，利用补偿图像驱动OLED像素；接收第三次入射光测量结果，并且形成大区域平均值和小区域平均值；以及将大区域平均值和小区域平均值与预定判据相比较，并且确定一个或者更多个光遮挡或者光反射的位置。

Description

显示装置中的光感测
技术领域
本发明涉及在具有用于控制像素阵列的分布式的、独立的小芯片的基板的显示装置中控制光学传感器阵列的方法。
背景技术
平板显示装置与计算装置相结合地广泛用于便携式装置和诸如电视机的娱乐装置。这种显示器通常采用分布在基板上的多个像素来显示图像。各个像素均包含若干个不同颜色的发光元件(通称为子像素)，这些发光元件通常发射红光、绿光和蓝光，以表现各图像元素。如在本文中所使用的那样，不区分像素和子像素并且将它们称为单个发光元件。已知多种平板显示器技术，例如，等离子体显示器、液晶显示器和发光二极管(LED)显示器。
包含形成发光元件的发光材料薄膜的发光二极管(LED)在平板显示装置中具有许多优点，并可以用于光学系统。2002年5月7日授予Tang等人的美国专利No.6,384,529示出了一种包括有机LED发光元件的阵列的有机LED(OLED)彩色显示器。另选地，可以采用无机材料，无机材料可以包括多晶半导体基体中的磷光晶体或量子点。还可以采用其他的有机或无机材料薄膜来控制对发光薄膜材料的电荷注入、电荷传输或电荷阻断，这在本领域中均是已知的。这些材料被布置在电极之间的基板上并且具有封装覆盖层或封装覆盖片。当电流通过发光材料时，像素发光。所发射的光的频率取决于使用的材料的性质。在这种显示器中，光可以穿过基板(底部发射体)或穿过封装覆盖物(顶部发射体)而被发出或穿过这二者被发出。
LED装置可包括被构图的发光层，其中，在图案中采用了不同材料，以在电流流过这些材料时发射不同颜色的光。另选地，如在Cok的题为“Stacked OLED Displayhaving Improved Efficiency”的美国专利6,987,355中教导的那样，LED装置可采用单一发光层(例如，白光发射体)和用于形成全彩色显示的滤色器。而且，例如，如Cok等人在题为“Color OLED Display with Improved Power Efficiency”的美国专利6,919,681中教导的那样，已知采用不包括滤色器的白色子像素。已经教授了一种设计，该设计采用未构图的白色发射体与包括红色滤色器、绿色滤色器和蓝色滤色器的四色像素和子像素以及不滤光的白色子像素来提高装置的效率(例如参见2007年6月12日授予Miller等人的美国专利7,230,594)。
OLED显示装置承受着由于有机材料随时间和使用的老化而导致的效率和光输出的损耗。这种老化通常是对流过有机材料的累积电流的反应。已知很多种补偿OLED显示器的老化的方法，这些方法包括测量有机材料层的电阻、累积流过OLED材料的累积电流的记录以及采用光电传感器来测量有机层的实际光输出，例如在美国专利6,995,519、美国专利7,161,566、美国专利申请10/962,020、美国专利6,320,325和美国专利7,321,348中描述的那样。
总体上，发光型显示装置(如OLED显示器)的图像质量受到明亮的环境照明的影响。在这种情况下，显示器显得褪色并且缺少颜色饱和度。在一定程度上，这个问题可以通过检测环境照明水平并接着调整显示器的亮度来得到补偿。例如，在暗环境中，显示器可以相对地不明亮，而在亮环境中，显示器可以相对地明亮，从而在暗环境中节省能量并且在亮环境中提高图像质量，例如在美国专利7,026,597、美国专利6,975,008和美国专利7,271,378中教导的那样。
而且，在现有技术中，已知通过采用触摸屏来以显示器获得用户的反馈。可以使用多种技术来实现触摸屏，例如电阻式触摸屏、电容式触摸屏或者电感式触摸屏(例如参见美国专利7,081,888)。其它触摸屏采用光学传感器并依靠环境光的遮挡或者所发射的光的反射来指示触摸(例如美国专利7,042,444和美国专利7,230,608)。
很多年来，例如在电视机中或者个人数字助理中，已经在现有技术中使用了外置于显示器的光学传感器。控制器感测来自外部传感器的反馈以调整显示器的亮度。光学传感器还被用于与单独像素关联的有源矩阵电路中，并且例如在如美国专利6,489,631中描述的那样被用于补偿OLED像素老化和如美国专利5,831,693中描述的那样被用于LCD装置中。Park等人在题为“A touch-sensitive display with embeddedhydrogenated amorphous-silicon photodetector arrays”(信息显示学会期刊，2008年11月16日)的文章中描述了一种具有嵌入式光电传感器阵列的LCD。对于有源矩阵背板而言，在像素电路中设置光电传感器将把所采用的可用技术限制为薄膜材料技术。已知非晶硅随着时间的过去而变得不稳定，而低温多晶硅仅可以得到小的尺寸并且已知其具有不均匀的问题。因为薄膜器件要求大型晶体管，所以得到的电路自身很大并且能够限制OLED装置的孔径比。信噪比也能够被限制，特别是随着阵列尺寸的增加。
在LCD应用中，不存在需要补偿的有机材料老化。此外，透射型LCD采用背光，该背光不一定将光电传感器阵列暴露于所发射的光中。因此，对于如OLED的需要材料老化补偿的发光型显示器来说，LCD设计并不适用。
在OLED显示器中，光学传感器可与发光元件紧密集成，例如如美国专利6,933,532公开的那样。美国专利6,717,560描述分布在基板上并与发光像素混杂在一起的光纤传感器以提供近场图像拍摄装置。然而，由于电路通常采用限制显示器分辨率并具有有限性能的薄膜晶体管，从这种有源矩阵电路向外部控制器传递反馈很困难。
如上所述可以在OLED显示器中采用光学传感器以补偿OLED老化、补偿环境照明、提供触摸屏或者近场图像扫描。这些应用中的每一种都被分开来描述。在提供全部这些特征的装置中，可以针对这些应用中的每一种的光学测量采用单独的传感器以避免混淆。然而，此方式可能很昂贵、冗余且浪费，要求单独的传感器和支持电路。因此，存在着对改进的光学感测方法的需要，该方法采样更少的光学传感器并同时提供环境照明补偿、老化补偿、近场图像扫描以及光学触摸屏功能。
发明内容
根据本发明，提供一种用于控制OLED显示器的方法，所述OLED显示器具有基板和在所述基板上形成的、形成显示区域并具有电极的OLED像素阵列以及控制器，所述控制器用于执行以下步骤：
a)测量并传递在分布在所述显示区域上的光电传感器阵列上入射的环境光和OLED发射光的量以测量入射光；
b)利用至少一个校准图像来操作所述OLED像素，并且响应于第一次测得的入射光而形成OLED补偿图；
c)接收第二次入射光测量结果，从所述第二入射光测量结果中减去从所述OLED像素发射的任何光并形成环境照明图；
d)接收图像，利用所述OLED补偿图和所述环境照明图来补偿所述图像，并且利用所述补偿图像来驱动所述OLED像素；
e)接收第三入射光测量结果，从该入射光测量结果中减去所述OLED补偿图，形成大区域平均值和小区域平均值；以及
f)将所述大区域平均值和所述小区域平均值与预定判据进行比较，并且确定一个或者更多个光遮挡或者光反射的位置。
优点
本发明提供了针对OLED显示装置中的环境照明补偿、老化补偿、近场图像扫描和光学触摸屏功能而采用的光电传感器阵列的集成方法。
附图说明
图1是例示根据本发明的实施方式的方法的流程图；
图2A是例示根据本发明的实施方式的方法的一部分的流程图；
图2B是例示根据本发明的实施方式的另选方法的一部分的流程图；
图3A是例示根据本发明的实施方式的方法的一部分的流程图；
图3B是例示根据本发明的另选实施方式的方法的一部分的流程图；
图4是例示根据本发明的实施方式的方法的一部分的流程图；
图5A是例示根据本发明的实施方式的扫描操作的流程图；
图5B是例示根据本发明的另一实施方式的多颜色扫描操作的流程图；
图6是具有像素阵列、小芯片阵列和实现根据本发明的上述流程图的控制器的显示装置的示意图；
图7是根据本发明的实施方式的具有小芯片、像素和光电传感器的底部发射体显示装置的部分横截面图；
图8是根据本发明的实施方式的具有小芯片、像素和光电传感器的顶部发射体显示装置的部分横截面图；
图9是根据本发明的实施方式的与多个像素相连接的小芯片的示意图；
图10是根据本发明的实施方式的具有不透明部分的小芯片的底部发射体显示装置的部分横截面图；以及
图11是根据本发明的实施方式的小芯片内的电路的示意图。
因为附图中各个层和元件的尺寸相差很大，所以附图不按比例绘制。
具体实施方式
图1包括由图6中示出的外部控制器60实施的用于控制OLED显示器的方法。在本发明的一个实施方式中，该方法包括：提供500基板、在该基板上形成的用于形成显示区域并具有电极的OLED像素阵列。分布在显示区域和支持电路上的光电传感器阵列测量并传递在光电传感器上入射的环境光和发射的OLED光。接着，利用至少一个校准图像来驱动505OLED像素，做出510第一次入射光测量并且将测量结果传递到外部控制器，并且形成515OLED补偿图。这些步骤最初可以在制造过程中完成(例如，作为校准过程的一部分)。如果在OLED上进行的话，该初始OLED补偿图可以提供显示不均匀性校正并且包括工厂烧入(burn-in)的任何效果。OLED校准图像可以包括单个图像或者可以包括一系列图像。
总体上，OLED补偿图是指一组函数(通常，每个像素一个)，该函数以期望的像素亮度作为输入并且以补偿后的像素亮度作为输出，当通过图像处理链硬件和软件发送该补偿后的像素亮度时，该补偿后的像素亮度将显示期望的像素亮度。例如，针对各个像素的OLED补偿图可以是像素的标称亮度效率除以该像素的亮度效率的当前估计值之比。光电传感器测量将包括对显示器外部的来自远场光源的光和近场显示器反射的光的响应(可以存储在环境照明图中)，并且光电传感器测量还可以包括对从显示器内部发射的并通过内部反射到达光电传感器的光的响应。为了形成OLED补偿图，光电传感器测量应当通过首先减去在环境照明图中存储的针对各个光电传感器的估计的环境光贡献而被校正。
OLED校准图像可以包括均匀的平场图像或者可以包括一系列单独图像，例如，每个图像可以规定仅从光发射体的子集或者仅从一个光发射体发光。另外，可以在多个亮度水平驱动各个发射体。例如，可以采用一组从暗到亮的亮度水平的一系列平场图像。当完成光电传感器测量时，可以形成515OLED补偿图。注意，该补偿图可以包括不同亮度水平或者不同条件(例如温度)情况下的多个图。该OLED补偿图可以用于形成对要在OLED装置上显示的图像的校正。例如，如果平场图像实际上不均匀地显示(存在明亮或暗淡的斑点或者线条)，则可以相应地处理图像以补偿不均匀性，从而按期望的那样在显示器上呈现图像。例如，如果存在暗斑，则可以对图像进行处理以使那些暗斑变得较亮。例如，如果存在亮斑，则可以对图像进行处理以使那些亮斑变得较暗。OLED显示器中的这种不均匀性可能由于有机材料淀积不均匀或者由于有源矩阵显示器的晶体管特性的不均匀性导致。随着时间的过去和使用的增加，不均匀性可以改变，可以改变OLED补偿图以匹配显示器特性。
第二个步骤可以在形成OLED补偿图之前、之后或同时进行，在该第二步骤中，根据对OLED像素的控制，做出520第二次入射光测量，并且可以采用该第二次入射光测量结果来形成525环境照明图。该环境照明图是被光电传感器记录的落在显示器表面上的环境光的记录。总体上，来自周围环境和OLED发射体二者的光入射到光电传感器上。可以对环境照明图进行分析以确定所估计的平均环境光的单个代表值(例如，对未被猜测发生触摸的区域中的环境照明图值求平均值)，以确定526环境补偿参数，可以采用该环境补偿参数来处理要显示的图像。例如，如果平均环境照明高，则可以使要在OLED显示器上显示的图像更亮以改进图像的外观。如果平均环境照明低，则可以使要在OLED显示器上显示的图像更暗淡以节省电力或者使得图像观察环境更适于观看者。
在第三步骤中，可以接收530要显示的图像，利用OLED补偿图来补偿535OLED中的不均匀性和老化，利用环境照明图来补偿540环境照明，并且进行显示545。
在第四步骤中，分析环境照明图以确定发生触摸的区域。进行550第三次入射光测量，并且处理第三次入射光测量以形成555环境照明图(例如，减去任何显示的图像和环境照明)。接着，可以确定558整体环境补偿。在本发明的另选实施方式中，为了入射光测量而关闭OLED像素，使得对内部反射和发射的光的校正变得不必要(或者减去零或者非常小的值)。
下面描述确定触摸位置的示例过程。可以按期望的那样对获得的图像进行归一化。接着，处理归一化后的图像以形成560大区域平均值并形成565小区域平均值。大区域平均值表示显示器上的比要在其中确定触摸位置的区域大得多的区域上的环境照明。小区域平均值表示具有触摸检测的大约预期尺寸的区域。比较570大区域平均值与小区域平均值，并且确定575并发送一个或更多个光遮挡或者光反射的位置。检测和分析环境照明图中的变化以确定触摸的很多其它方式可以被采用。每一次形成555环境照明图，就基于触摸区域之外的环境照明图的值来确定558并更新用于控制环境补偿的参数。
可以针对多个图像和多个触摸测试重复580该过程。由于重复这个接收图像、补偿图像、显示图像和检测触摸的过程，可以先执行步骤530到545或先执行步骤550到575，也就是说，步骤530到545可以在步骤550到575之后执行。周期性地(例如每秒)，通过重复步骤520和525，能够可选地形成590新的环境照明图。另选地，新的环境照明图可以作为执行触摸感测的过程的一部分而被创建。
可以在必要时更新环境照明图(例如，每秒)。在本发明的多个实施方式中，可以足够频繁的更新环境照明图以适应物理位置或照明或触摸周期的变化。
可以将光电传感器设置在被安装在基板上的显示区域中的一个或更多个小芯片中。
可以周期性地更新585OLED补偿图以校正OLED老化或者校正工作条件的变化(例如，温度)。例如，每当打开或者关闭显示器，或者在预定时间，或者在预定使用量之后，通过重复步骤505到515以形成新的OLED补偿图，OLED显示器可以被重新校准。当形成连续的OLED补偿图以重新校准显示器时，可以采用如下所述的图2A或者图2B例示的方法。
图1中描述的总体步骤可以在本发明的各个实施方式中按照不同方式实现。例如，参照图2A，可以采用步骤505到525的另选步骤。可以关闭100AOLED像素(例如1帧时间)，并且测量110光电传感器值。可以采用这些测量结果以形成120环境照明图。由于这是在OLED被关闭的情况下完成的，因此将不存在OLED发射的光的近场反射或者OLED发射光的反射对光电传感器信号的贡献。总体上，环境照明图是针对显示器内的任何OLED发射或反射而校正的光电传感器测量结果。
OLED发射体和光电传感器二者都非常快速地工作，也就是说比视频序列中一般帧时间快得多。因此，这些步骤可以在单个帧周期中执行或者在单个帧周期的一部分内进行，降低操作对于用户的可见性。
可以在OLED显示器上显示130一个或更多个OLED校准图像并且测量140光电传感器。这些测量表示周围环境的光和OLED像素发射的光二者的入射光。接着，减去150环境照明图，仅留下OLED像素发射的光，接着使用该光来形成160OLED补偿图。如果采用多个校准图像，则可以利用环境照明图对每个图像的测量进行校正。如果需要，则可以针对每个校准图像采用单独的环境照明图。这种校准过程可以在显示器被顾客使用或者采用时执行。
在图2B中示出的根据本发明的实施方式的另选方法中，可以将OLED置于100B黑暗中，使得不存在环境照明。接着，由于已知环境照明为零，因此可以进行步骤130到160以更少误差地形成OLED补偿图。因此，不需要形成环境照明图。优选地在容易提供对显示装置环境的控制的制造设施执行此过程。另选地，可以采用环境照明图来检测暗环境并接着执行图2B的过程。
参照图3A和图3B，可以操作显示器以向观看者显示图像。如图3A所示，首先输入200A图像，接着使用OLED补偿图和环境照明图来补偿210该图像，并且显示220该图像。接着，测量230光电传感器，从OLED图像中减去240测量的分量，并且形成250环境照明图。可以使用环境照明图来确定260环境补偿水平，接着可以应用该环境补偿水平以针对环境照明来补偿270图像，并且显示280补偿后的图像。在另选实施方式中，参照图3B，可以首先关闭200B OLED像素，测量230光电传感器，并且接着采用光电传感器测量结果来形成250环境照明图。由于OLED被关闭，因此不需要从光电传感器测量结果中减去OLED像素对光电传感器测量的贡献。根据环境照明图，可以确定260环境补偿。接着，可以输入200A图像(或者可以在任何之前的步骤输入该图像)，利用OLED补偿图和环境照明图来补偿210该图像，利用环境照明图来补偿270该图像，并且显示280该图像。
图4示出了根据本发明的实施方式的确定触摸的方法的示例。可以测量300光电传感器并减去310OLED对图像的贡献。另选地，可以在OLED被关闭的同时进行测量(例如在步骤200B)。在形成环境照明图之后，可以按照期望来处理320该图(例如，将环境照明图归一化为标准亮度、范围和灰阶曲线)。针对显示器上的关注位置(可能在整个显示器上或者仅在显示器的部分上)形成330大区域平均值并形成340小区域平均值(按照任何顺序)。比较350各个区域的相应值。具体地，可以针对小区域平均值采用形状检测和边缘检测算法，以检测具有与触摸工具(例如，触笔或者手指)的形状和大小相似的光遮挡或者光反射。从大区域平均值的背景中区分这些形状。如果检测到形状并且形状清楚得足够超过360预定阈值，则可以确定270形状(触摸)的位置。应注意的是，可以同时确定多个触摸。
可以以至少以两种方式来确定触摸。在一种方法中，环境照明图包含指示一个或者更多个触摸的形状和大小的暗斑(比周围大区域平均环境更暗)。然而，如果装置工作在黑暗中或者如果周围环境自然地提供这种暗斑(例如阴影)，则该方法是有问题的。在另选实施方式中，OLED像素可以发射光，所发射的光被触摸工具(例如触笔或者手指)反射，从而在环境照明图中提供亮斑。在一个这样的设计中，例如，可以通过显示正常图像并同时使用光电传感器感测光来形成亮斑。
在另一实施方式中，当显示器的被触摸部分较暗时(例如，显示了暗图像或者暗图像的一部分)，显示器可以优选地显示图像以照亮触摸工具并检测来自该触摸工具的相对亮的反射。触摸感测仅在照明时完成并且用于相比于背景环境光增加触摸信号。照明图像例如可以是整个图像或者图像的一部分上的平场。如果使用图像的一部分，则该图像的剩余部分可以是正常期望输出的图像。可以选择图像的一部分作为预期、猜想或者期望发生触摸的区域。照明图像可以非常短暂以避免打扰观看者(例如一个视频帧)。另选地，可以远小于一帧时间显示该照明图像，并且该帧时间的剩余部分可以用于显示正常期望输出的图像。
在本发明的另一实施方式中，可以调整在帧时间的剩余部分中显示的图像，使得在该帧时间中发射的光的总量与原来期望的图像值匹配。例如，如果期望图像的两个像素分别显示码值150和200，则对于帧周期来说，可以将照明曝光量100显示帧周期的十分之一，并且在该时间内进行光电传感器测量。对于帧周期的剩余部分，按照码值155来驱动一个像素并且按码值211驱动另一个像素(假定观看者对该部分线性响应)。由于观看者的眼睛把在整个帧时间内发射的光结合为一体，因此将检测不到帧周期内的亮度的变化。在第二个示例中，期望图像的两个像素在帧周期内分别显示码值50和75。同样，可以将照明曝光量100显示帧周期的十分之一，并且在该时间并进行光电传感器测量。针对帧周期的剩余部分，按照码值44驱动一个像素并且按照码值72驱动另一个像素。仅在期望的像素发光小于10的情况下，发光差异才是有必要的。在该情况下，可以采用更短的间隔(小于帧周期的十分之一)或者更暗淡的平场(小于100)，或者可以忽略发光差异。
背板中的小芯片可以控制和协调OLED对图像的照亮和对光电传感器信号的捕获。OLED发光响应特性快速得足以对微秒信号做出响应，并且小芯片中的CMOS电路可以提供这种控制信号。在CMOS小芯片内，可以在相似的短和精确的时间周期中对光传感器积分，并且可以在小芯片内局部放大积累的光电荷以防止暗电流噪声主导图像。对具有优异的迁移率的晶体硅小芯片的使用使得能够使用提供高水平的复杂信号控制、获取和处理的精细且密集的集成电路结构。因而，这种能力提供了显示器内的高水平的功能。
在本发明的又一个实施方式中，可以对照明图像进行暂时编码以避免任何瞬时环境影响，诸如可能由于周围环境的可变照明而出现的瞬时环境影响(例如荧光中的60Hz闪烁)。通过按照各种持续时间、亮度和频率重复多次平场测试，测得的光电传感器结果可以去除任何这种干扰因素。此外，如果有必要进一步确认，则可以照亮像素的子集以仅测试显示器的用于触摸的部分，。
在本发明的再一个实施方式中，可以采用发光触笔以使光电传感器曝光以指示触摸。
在本发明的再一个实施方式中，OLED显示器可以用于扫描近场图像，例如被放置在显示器上方或者布置在显示器附近的文档。参照图5A，将一物体放置600在显示器上方。该显示器显示610平场白色图像。光电传感器测量620从该物体反射并入射在光电传感器上的白光，并且测量结果被用于形成630黑白图像。参照图5B，可以使用不同颜色的平场将过程重复多次(针对多颜色显示器)。在此情况下，将物体设置700在显示器上方，显示710红色平场，测量720入射在光电传感器上的红光并且存储730测量结果，显示740绿色平场，测量750入射在光电传感器上的绿光并且存储760测量结果，显示770蓝色平场，测量780入射在光电传感器上的蓝光并且存储790测量结果。接着，可以将三色图像组合800以形成该物体的多颜色图像。可以重复图5B的步骤以包括如参照图5A描述的白色平场，并且可以处理多颜色图像以包括响应于白色场而测量的入射光。还可以使该物体暴露于例如黄色、青色和品红色的合成颜色(secondary color)，并且由光电传感器阵列来测量响应。
参照图6，通过使用外部控制器60，可以在OLED显示器中实现图1至图5B的流程图中示出的本发明的方法。控制器60在本领域已知并且可以包括具有适当程序的微处理器、现场可编程门阵列或者专用集成电路。OLED显示器包括：基板10；在基板10上形成的OLED像素30的阵列30；位于基板10上的小芯片20的阵列，每个小芯片20均与两个或者更多个OLED像素30的至少一个电极相连接，每个小芯片20均包括暴露于环境照明和从至少一个OLED像素30发射的光的独立可访问的光电传感器26和用于测量和传递在光电传感器26上入射的光的量的电路；以及外部控制器60，其利用小芯片20的阵列来控制OLED像素30并接收光电传感器入射光测量结果。
参照图11，在本发明的一个实施方式中，控制器60包括接收图像信号70的OLED补偿电路81。接着，使用电路83针对环境照明来校正OLED补偿的信号。开关93确定控制器功能(下面更详细描述)。驱动电路80利用至少一个校准图像(例如存储在存储器84中)通过在总线42上传送的信号用来操作OLED像素。开关93可以是逻辑开关或者状态机。
电路82从总线44上传送的信号中接收第一入射光测量结果。可以利用电路86针对入射光测量结果中包括的内部反射的OLED发光来校正入射光测量结果。确定图像输出和得到的环境照明图并例如将它们存储在存储器88中。采用环境照明图以电路90确定触摸，输出触摸信号96。环境照明图还可以通过扫描器而被采用，并且输出扫描信号98。当使用电路90确定了触摸时，可以使用电路92更新环境照明图以提供针对触摸工具校正的环境照明图并且存储在存储器89中。校正后的环境照明图可以用于以电路94计算环境光补偿，接着驱动环境补偿电路83。如果有必要照明，还可以采用触摸信号电路以电路91确定照明图像。
在电路95中利用入射光测量结果来更新OLED补偿图，并且可以将OLED补偿图存储在存储器97中以由COLED补偿电路采用。
上面在一个实施方式中就电路描述了控制器60。然而，如计算领域中已知的，还可以采用状态机或存储有程序的计算装置来实现控制器60。
控制器60接收用于在OLED显示器上显示的输入图像信号70并且通过总线42传递到小芯片阵列，并且通过信号线44从光电传感器阵列接收信号。
参照图7，在小芯片20和OLED像素结构的更详细侧视图中，基板10具有粘接在基板10上的小芯片20。小芯片20包括用于驱动像素30的电路22并且在表面上形成有连接焊盘24。连接焊盘与形成有一个或更多个发光有机材料层14的第一电极12相连接。第二电极16形成在一个或更多个发光有机材料层14上。OLED结构可以是顶部发光型或者底部发光型，基板可以是透明的或者不透明的，第一电极12或者透明或者反射，并且第二电极16或者反射或者透明以与第一电极12互补。光电传感器26位于小芯片20中。构图的电介质层18位于基板上以使基板表面和小芯片20平坦，并且提供对连接焊盘24的通道并且提供从发射的光1、3和环境光2到光电传感器的光路。
图7是本发明的底部发射体的实施方式。图8例示了顶部发射体设计并且例示了用于向光电传感器提供激励的发光触笔5。
图9例示了具有多个连接焊盘的用于驱动像素30的单个小芯片20。光电传感器26与控制和通信电路22一起形成在小芯片20中。连接到连接焊盘24的总线40、42、44辅助通信和控制。图10例示了位于用于驱动OLED像素的电路和基板之间的不透明层25A或者位于用于驱动OLED像素的电路和OLED像素之间的不透明层25B的用途。这样的层可以由金属或者黑底材料(例如，黑色树脂或者黑色金属氧化物)形成。
为了帮助控制显示器的各种模式，控制器可以包括用于独立于光电传感器测量和通信地控制OLED像素亮度的开关93，该开关93具有操作位置、校准位置、扫描位置和基线位置。该开关可以是逻辑开关，例如数字状态机，其提供了对输入敏感的数字电路并且提供表示开关状态的输出控制信号。
已经完成并评估了采用小芯片的有源矩阵OLED显示装置。小芯片上的光敏电路已经展现出对环境光的光敏感性。通过使用手指遮挡环境光并且增加反射的OLED发射的光，展示了小芯片和OLED显示器的触摸灵敏性。测试显示了高水平的灵敏性、均匀性和稳定性。此外，设计可以调整比例为大的基板尺寸。晶体硅基板小芯片内设计的光电传感器非常小并且可以在小芯片中包括用于改善信号和噪声的附加电路。对于阵列中的光电传感器的数量没有限制，并且可以限制串扰。可以避免昂贵的支持芯片(A/D转换器、电荷放大器、行缓冲器等)。此外，多触摸功能是固有的，并且所讨论的各种功能容易控制并且可以提供令人满意的功能性能。
每个小芯片20均可以包括用于控制通过连接焊盘24与小芯片20连接的像素30的电路22。电路22可以包括存储元件，该存储元件存储表示在一行或一列中与小芯片20相连接的各个像素30的期望亮度的值，小芯片20使用该值来控制第一电极或者第二电极来激活像素30发光。小芯片20可以通过总线42连接到外部控制器60。总线42可以是串行、并行或者点对点总线并且可以是数字的或者模拟的。总线42连接到小芯片以提供来自控制器60的信号。可以采用超过一条单独连接到一个或者更多个控制器60的总线42。总线42可以提供多种信号，包括定时(例如，时钟)信号、数据信号、选择信号、电力连接或者接地连接。信号可以是模拟的或者数字的，例如数字地址或者数字值。模拟数据值可以作为电荷而被提供。存储元件可以是数字的(例如包括触发器)或者模拟的(例如包括用于存储电荷的电容器)。
控制器60可以被实现为小芯片并且被固定到基板10。控制器60可以位于基板10的外围，或者可以设置在基板10外部并且包括常规的集成电路。
根据本发明的各种实施方式，可以按照多种方式来构造小芯片20，例如，使用沿小芯片20的长度维度的一行或者两行连接焊盘24。互联总线42可以由多种材料形成并且使用在装置基板上进行淀积的各种方法。例如，互联总线42可以是沉淀或者溅射的例如铝或者铝合金的金属。或者，互连总线42可以由凝固的导电墨水或者金属氧化物制成。在一个有成本优势的实施方式中，互联总线42被形成单个层。
本发明对采用大装置基板(例如，玻璃、塑料、或者金属薄片)的多像素装置的实施方式特别有用，其中，多个小芯片20在装置基板10上按照规则排列方式布置。每个小芯片20均可以根据小芯片20中的电路并响应于控制信号来控制在装置基板10上形成的多个像素30。单独的像素组或者多个像素组可以设置在倾斜的元件上，可以组装这些元件以形成整个显示器。
根据本发明，小芯片20在基板10上提供分布式像素控制元件。小芯片20与装置基板10相比是相对小的集成电路并且包括电路22，电路22包括在独立基板28上形成的导线、连接焊盘、诸如电阻器或电容器的无源部件、或者诸如晶体管或者二极管的有源部件。小芯片20与显示器基板10分开地制造并且接着应用于显示器基板10。优选地使用制造半导体器件的已知工艺，使用硅晶片或者绝缘体上硅(SOI)晶片来制造小芯片20。在接合到装置基板10之前，分离出各个小芯片20。因此各个小芯片20的晶体基部可以被认为是与装置基板10分离的基板28并且被布置有小芯片电路22。多个小芯片20因此具有与装置基板10分离并且彼此分离的对应的多个基板28。具体地，独立基板28与形成有像素30的基板10分离，并且独立的小芯片基板28的面积合起来比装置基板10小。小芯片20可以具有晶体基板28以提供比例如在薄膜非晶硅器件或者多晶硅器件中形成的部件性能更高的有源部件。小芯片20可以具有优选的100μm或者更小的厚度，并且更优选地具有20μm或者更小的厚度。这有助于在小芯片20上形成有粘性和平坦化材料18，接着可以使用常规的旋涂技术来施敷。根据本发明的一个实施方式，在晶体硅基板上形成的小芯片20被以几何阵列排列并且被以粘性或平坦化材料粘接到装置基板(例如，10)。采用小芯片20的表面上的连接焊盘24将各个小芯片20连接到信号导线、电力总线和OLED电极(16、12)以驱动像素30。小芯片20可以控制至少4个像素30。
由于小芯片20形成为半导体基板，因此可以使用现代光刻工具来形成小芯片的电路。利用这种工具，很容易获得0.5微米或者更小的特征尺寸。例如，现代半导体加工线可以实现90nm或者45nm的线宽，并且可以在制造本发明的小芯片中采用。然而，小芯片20还需要连接焊盘24，以在被组装到显示器基板10上时电连接到小芯片上的配线层。基于显示器基板10上使用的光刻工具的特征尺寸(例如，5μm)和小芯片20与配线层的对准(例如，+/-5μm)来确定连接焊盘24的尺寸。因此，连接焊盘24例如可以是15μm宽，焊盘之间间隔5μm。这意味着焊盘将总体上明显大于在小芯片20上形成的晶体管电路。
焊盘通常可以形成为小芯片上的晶体管上的金属化层。期望制造具有尽可能小的表面面积的小芯片以使制造成本更低。
通过采用具有独立基板(例如包括晶体硅)的、具有比直接形成在基板(例如，非晶或者多晶硅)上的电路更高性能的电路的小芯片，提供具有更高性能的装置。由于晶体硅不仅具有更高的性能而且具有更小的有源元件(例如，晶体管)，因此大大地减小了电路尺寸。还可以使用微电子机械系统(MEMS)结构来形成有用的小芯片，例如，Yoon、Lee、Yang和Jang在“A novel use of MEMS switches in driving AMOLED”(信息显示学会技术论文文摘，2008年，34，第13页)中所描述的。
装置基板10可以包括形成在利用本领域中已知的光刻技术构图的平坦化层(例如树脂)上的玻璃和通过沉淀或者溅射如铝或者银的金属或者合金而制成的配线层。可以使用集成电路工业中已完善的现有技术来形成小芯片20。
本发明可以在具有多像素架构的装置中采用。具体地，本发明可以利用有机或者无机的LED装置实现，并且在信息显示装置中特别有用。优选实施方式中，本发明在在由小分子或者聚合物OLED(如在1988年9月6日授予Tang等人的美国专利No.4,769,292和1991年10月29日授予VanSlyke等人的美国专利No.5,061,569中公开的，但不限于此)构成的平板OLED装置中采用。可以采用无机装置，该无机装置例如采用形成在多晶半导体基体中的量子点(例如，如在Kahen的美国公开No.2007/0057263中所教导的)并采用有机电荷控制层或无机电荷控制层，或者可以采用混合的有机/无机装置。有机发光显示器或无机发光显示器的许多组合和变型可以用来制造这种装置，包括具有顶部发射体构造或底部发射体构造的有源矩阵显示器。
部件列表
1     发射的光束
2     环境光束
3     发射的光束
5     发光触笔
10    基板
12    第一电极
14    发光有机材料层
16    第二电极
18    平坦化层
20    小芯片
22    电路
24    连接焊盘
25A、25B    不透明层
26    光电传感器
28    小芯片基板
30    像素
40、42、44    总线信号
60    控制器
70    输入的图像信号
80    驱动电路
81    OLED补偿电路
82    接收电路
83    环境补偿电路
84    存储器电路
86    发光校正电路
88    环境照明图存储器
89    校正后的环境照明图存储器
90    触摸检测电路
91    照明电路
92    校正环境照明电路
93      开关
94      确定单元
95      OLED补偿更新电路
96      触摸信号
97      OLED补偿图存储器
98      扫描信号
100A    关闭OLED步骤
100B    在黑暗中确定OLED位置步骤
110     光电传感器测量步骤
120     形成环境照明图步骤
130     显示OLED校准步骤
140     光电传感器测量步骤
150     减去环境光步骤
160     形成OLED补偿图步骤
200A    输入图像步骤
200B    关闭OLED步骤
210     OLED和环境补偿图像步骤
220     显示图像步骤
230     光电传感器测量步骤
240     减去OLED图像步骤
250     形成环境照明图步骤
260     确定环境补偿步骤
270     环境补偿图像步骤
280     显示图像步骤
300     光电传感器测量步骤
310     减去图像步骤
320     归一化环境照明图步骤
330     形成大区域平均值步骤
340     形成小区域平均值步骤
350    比较步骤
360    确定步骤
370    定位步骤
500    提供OLED步骤
505    显示OLED校准图像步骤
510    光电传感器测量步骤
515    形成OLED补偿图步骤
520    光电传感器测量步骤
525    形成环境照明图步骤
526    确定环境补偿步骤
530    接收图像步骤
535    针对OLED补偿图像步骤
540    针对环境补偿图像步骤
545    显示补偿后的图像步骤
550    光电传感器测量步骤
555    形成环境照明图步骤
558    确定环境补偿步骤
560    形成大区域平均值步骤
565    形成小区域平均值步骤
570    比较步骤
575    确定触摸步骤
580    重复步骤
585    重复步骤
590    重复步骤
600    放置物体
610    显示平场白色图像
620    测量光电传感器
630    形成图像
700    放置物体
710    显示平场红色
720    测量光电传感器
730    存储红场
740    显示平场绿色
750    测量光电传感器
760    存储绿场
770    显示平场蓝色
780    测量光电传感器
790    存储蓝场
800    组合红场、绿场和蓝场

Claims (16)

1.一种用于控制OLED显示器的方法，所述OLED显示器具有基板和形成在所述基板上的、形成显示区域并具有电极的OLED像素阵列以及控制器，所述控制器用于执行以下步骤：
a)测量并传递在分布在所述显示区域上的光电传感器阵列上入射的环境光和OLED发射光的量以测量入射光；
b)利用至少一个校准图像来操作所述OLED像素，并且响应于第一次测得的入射光而形成OLED补偿图；
c)接收第二次入射光测量结果，从所述第二次入射光测量结果中减去从所述OLED像素发射的任何光，并且形成环境照明图；
d)接收图像，利用所述OLED补偿图和所述环境照明图来补偿所述图像，并且利用所述补偿图像驱动所述OLED像素；
e)接收第三次入射光测量结果，从该次入射光测量结果中减去所述OLED补偿图，形成大区域平均值和小区域平均值；以及
f)将所述大区域平均值和所述小区域平均值与预定判据相比较，并且确定一个或者更多个光遮挡或者光反射的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：在被安装在所述基板上的所述显示区域中的一个或更多个小芯片中提供光电传感器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)包括：显示平场，反复地操作单独的OLED像素并且在每次反复中利用各个光电传感器来测量入射光，或者按照多个OLED像素亮度水平来驱动所述OLED像素。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)包括：当所述OLED显示器处于暗环境中时，形成所述OLED补偿图。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)包括：关闭所述OLED像素，第一次测量入射光，形成环境照明图，显示所述OLED校准图像，第二次测量入射光，并且从所述第二次入射光测量结果中减去所述环境照明图。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤c)包括：接收图像，利用所述OLED补偿图来补偿所述图像以形成补偿图像，显示所述补偿图像，测量入射光，并且从测得的入射光中减去所述补偿图像。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤c)包括：关闭所述OLED像素并且测量入射光。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述小区域平均值小于所述大区域平均值，并且环境光被用于检测由工具造成的光遮挡。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述小区域平均值大于所述大区域平均值，并且该方法还包括检测从工具反射的OLED发射光。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述OLED发射光是在所述显示器的至少一部分上显示的图像或者平场图像。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述平场图像在少于一帧周期的时段内显示，并且在所述帧周期的剩余部分内显示的图像被调整为使得整个帧周期的发光与所述图像需要的发光相同。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述平场图像在多个单独时间被显示。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述多个单独时间是指不同持续时间，或者按照不同亮度水平，或者按照不同频度。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤f)包括：确定多个位置。
15.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：利用白色平场、红色平场、绿色平场或者蓝色平场来驱动所述OLED，将物体设置在所述显示器附近，测量从所述物体反射的入射光，并且处理测量结果以形成所述物体的图像。
16.根据权利要求15所述的方法，该方法还包括：利用不同颜色的平场图像反复地驱动所述OLED以形成彩色图像。
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