CN105047129A - 结构及低频不一致性补偿 - Google Patents
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Abstract
用于补偿显示器面板中的固态设备阵列中的不一致性的系统在所述面板中显示图像,并针对所述结构不一致性的每个区域,提取所述面板上的基于面板的结构不一致性的图案的输出。接着,基于所提取的输出的值,量化所述结构不一致性,并且改变至所述显示器面板的输入信号以补偿所述结构不一致性。通过应用图案来提取低频不一致性,并获取所述图案的图像,由此补偿随机不一致性。通过生成用于所述显示器中的像素的值,将所述图像的区域和分辨率调整成匹配所述面板,并接着基于所生成的值补偿所述低频不一致性。
Description
技术领域
本申请大体上涉及诸如用于监测显示器的选择参数的值并补偿显示器中的不一致性的有源矩阵有机发光二极管显示器之类的显示器。
背景技术
可以通过如下发光设备的阵列来制造显示器,这些发光设备均由单独的具有晶体管的电路(例如,像素电路)控制,其中晶体管用于选择性地对这些电路进行控制以使用显示信息对电路进行编程并根据显示信息进行发光。在这些显示器中可包含被制造在基板上的薄膜晶体管(TFT)。TFT易于在整个显示器面板上及随着显示器老化的时间表现出不一致性。可以向这些显示器应用补偿技术以实现整个显示器上的图像一致性并应对显示器在显示器老化时的劣化。
在一些用于向显示器提供补偿以应对整个显示器面板上及随时间的变化的方案中,利用监视系统测量与像素电路的老化(即,劣化)和/或制造相关的时间依赖性参数。接着,使用所测量的信息来通知像素电路的随后编程,以确保通过对编程作出的调整来应对任何所测量的劣化。这类所监测的像素电路可能需要使用额外的晶体管和/或线路以选择性地将像素电路连接到监测系统并用于提供信息的读取。不期望地,额外的晶体管和/或线路的加入可能降低像素间距(即,像素密度)。
发明内容
根据一个实施例,提供了一种用于补偿显示器面板中的固态设备阵列中的结构不一致性的系统。所述系统在所述面板中显示图像,并针对所述结构不一致性的每个区域,提取所述面板上的基于所述面板的所述结构不一致性的图案的输出。接着,基于所提取的输出,量化所述不一致性,并改变至所述显示器面板的输入信号以补偿所述不一致性。
在一个实施中,使用与所述结构不一致性的匹配图案相关的图像传感器来进行所述提取。可通过改变所述输入信号来在多个响应点处改变所述不一致性,且可使用这些响应点来插值所述显示器面板的整体响应曲线。接着,使用所述响应曲线来生成补偿图像。
在另一实施中,针对所述图案的选择区域插入黑色值,以减小光学串扰的影响。
根据另一实施例,提供了一种用于补偿显示器面板中的固态设备阵列中的随机不一致性的系统。所述系统通过应用图案来提取所述面板上的低频不一致性,并获取所述图案的图像。通过生成用于所述显示器中的像素的值将所述图像的区域和分辨率调整成匹配所述面板,并接着基于所生成的值补偿所述面板上的所述低频不一致性。
根据又一实施例,提供了一种用于补偿显示器面板中的固态设备阵列中的不一致性的系统。所述在所述面板的输入-输出特性中生成目标点,通过使用结构不一致性的匹配图案的光学测量来提取所述结构不一致性,补偿所述结构不一致性,通过应用平场并提取所述图案来提取低频不一致性,并补偿所述低频不一致性。
对于本领域普通技术人员来说,通过参照附图(下面将给出它们的简要说明)所作出的各种实施例和/或方面的详细说明,本发明的前述和其它方面和实施例将变得显然。
附图说明
在阅读了下面的详细说明及参照附图,本发明的前述及其它优点将变得明显。
图1是用于在监测单独像素的劣化并向其提供补偿的同时对OLED显示器进行驱动的系统的示例性构造的框图。
图2A是示例性像素电路构造的电路图。
图2B是图2A所示的像素的第一示例性操作周期的时序图。
图2C是图2A所示的像素的第二示例性操作周期的时序图。
图3是另一示例性像素电路构造的电路图。
图4是用于在监测单独像素的劣化并向其提供补偿的同时对使用共用读出电路的OLED显示器进行驱动的系统的变形构造的框图。
图5是由来自同一行中的相邻的像素组的两个不同读出电路进行的测量的示例。
图6是包括集成的太阳能电池和半透明OLED层的有源矩阵显示器的剖面图。
图7是图6的集成设备和参考设备的电流效率与电流密度的曲线图。
图8是在黑暗环境中的太阳能电池在OLED层的照射以及在OLED层和环境光的照射下,图6的集成设备的电流效率与电压的曲线图。
图9是图6的作为光学触摸屏的集成设备的示意图。
图10是在黑暗环境中的太阳能电池在OLED层的照射下,图6的集成设备在触摸和没有触摸时的电流效率与电压的曲线图。
图11A是不具有补偿的AMOLED面板的图像。
图11B是具有像素内补偿(in-pixelcompensation)的AMOLED面板的图像。
图11C是具有额外的外部校准的AMOLED面板的图像。
图12是结构及低频补偿处理的流程图。
虽然本发明包含各种变形和替代形式,但附图通过示例的方式给出了具体的实施例,并在本文中详细说明。然而,应当理解,本发明不限于这里所揭示的特定形式。而且,本发明旨在覆罩落入由所附的权利要求中限定的发明精神和范围内的所有的变形、等同物和替代形式。
具体实施方式
图1是示例性显示器系统50的示意图。显示器系统50包括地址驱动器8、数据驱动器4、控制器2、存储器6、电压源14和显示器面板20。显示器面板20包括布置成行和列的像素10的阵列。每个像素10是可单独编程的,并发出具有可单独编程的照度值的光。控制器2接收数字数据,该数字数据表示要被显示在显示器面板20上的信息。控制器2向数据驱动器4发送信号32并向地址驱动器8发送调度信号34,以驱动显示器面板20中的像素10并使其显示所表示的信息。因而,与显示器面板20相关的多个像素10包括适于根据由控制器2接收的输入数字数据来动态地显示信息的显示器阵列(显示器屏幕)。例如,显示器屏幕可以根据由控制器2接收的视频数据流来显示视频信息。电压源14可以提供恒定的功率电压或可以是由来自控制器2的信号控制的可调整电压源。显示器系统50还可包含电流源(source)或电流汇(sink)中的特征,以向显示器面板20中的像素10提供偏置电流,以由此减小像素10的编程时间。
出于图示的目的,图1中图示的显示器系统50在显示器面板20中仅具有4个像素10。应当理解,可使用具有包括相似像素(例如,像素10)的阵列的显示器屏幕来实施显示器系统50,且显示器屏幕不限于特定行数和列数的像素。例如,可使用具有多个行和列的像素的显示器屏幕来实施显示器系统50,且这些像素在移动设备、监视器类设备和/或投影设备的显示器中是常用的像素。
每个像素10包括驱动电路(像素电路),该驱动电路通常包括驱动晶体管和发光设备。在下文中,像素10可以指像素电路。可选地,发光设备可以是有机发光二极管(OLED),但本发明的实施适用于具有其它电致发光设备(包括电流驱动型发光设备)的像素电路。可选地,像素10中的驱动晶体管可以是n型或p型非晶硅薄膜晶体管,但本发明的实施不限于包括特定极性的晶体管的像素电路或不仅限于具有薄膜晶体管的像素电路。像素电路还可包括存储电容器以用于存储编程信息并且使像素电路在被寻址之后驱动发光设备。因而,显示器面板20可以是有源矩阵显示器阵列。
如图1所示,被图示为显示器面板20中的左上像素的像素10连接到选择线24i、电源线26i、数据线22j和监测线28j。还可包括读取线以用于控制到监测线的连接。在一个实施中,电压源14还可向像素10提供第二电源线。例如,每个像素可连接到被充电有Vdd的第一电源线26和与Vss连接的第二电源线27,且像素电路10可位于第一和第二电源线之间,以在像素电路的发射阶段期间便于驱动两个电源线之间的电流。显示器面板20中的左上像素10可对应于显示器面板20的第i行第j列的像素。类似地,显示器面板20中的右上像素10表示第i行第m列,左下像素10表示第n行第j列,且右下像素10表示第n行第m列。每个像素10连接到合适的选择线(例如,选择线24i和24n)、电源线(例如,电源线26i和26n)、数据线(例如,数据线22j和22m)和监测线(例如,监测线28j和28m)。注意,本发明的各个方面适用于具有额外连接(例如,与额外的选择线的连接)的像素,并适用于具有更少连接(例如,缺少与监测线的连接)的像素。
参照显示器面板20中所示的左上像素10,选择线24i由地址驱动器8提供,且例如能够用于通过激活开关或晶体管来启动像素10的编程操作,以允许数据线22j对像素10进行编程。数据线22j将来自数据驱动器4的编程信息传输到像素10。例如,数据线22j用于向像素10施加编程电压或编程电流,以便对像素10进行编程以使其发出期望的照度量。由数据驱动器4经由数据线22j提供的编程电压(或编程电流)是适于使像素10根据由控制器2接收的数字数据发出期望照度量的光的电压(或电流)。在像素10的编程操作期间,可将编程电压(或编程电流)施加到像素10,以对像素10内的存储设备(例如,存储电容器)充电,由此使像素10能够在编程操作之后的发射操作期间发射具有期望照度量的光。例如,可在编程操作期间对像素10中的存储设备充电,以在发射操作期间向驱动晶体管的栅极或源极端子中的一者或多者施加电压,由此使驱动晶体管根据存储设备上存储的电压在发光设备中传输电流。
通常,在像素10中,在像素10的发射操作期间由驱动晶体管在发光设备中传输的驱动电流是由第一电源线26i提供的电流,且被抽取到第二电源线27i。第一电源线26i和第二电源线27i连接到电压源14。第一电源线26i可提供正电压(例如,在电路设计中通常被称为“Vdd”的电压),且第二电源线27i可提供负电压(例如,在电路设计中通常被称为“Vss”的电压)。在电源线中的一者或另一者(例如,电源线27i)被固定成接地电压或另一参考电压的情况下能够实现本发明的实施。
显示器系统50还包括监测系统12。再次参照显示器面板20中的左上像素10,监测线28j将像素10连接到监测系统12。监测系统12可与数据驱动器4集成在一起,或可以是分离的单独系统。特别地,监测系统12可被可选择地实施为用于在监测操作期间监测数据线22j的电流和/或电压,且可完全省略监测线28j。另外,显示器系统50可被实施为不具有监测系统12或监测线28j。监测线28j允许监测系统12测量与像素10有关的电流或电压,并由此提取用于表示像素10的劣化的信息。例如,监测系统12可经由监测线28j提取在像素10的驱动晶体管中流动的电流,并由此基于所测量的电流并基于在测量期间施加到驱动晶体管上的电压来确定驱动晶体管的阈值电压或其偏移。
监测系统12还可以提取发光设备的操作电压(例如,在发光设备进行操作以发光时,发光设备两端的电压)。接着,监测系统12可将信号32提供至控制器2和/或存储器6,以允许显示器系统50将所提取的劣化信息存储在存储器6中。在像素10的随后的编程和/或发射操作期间,控制器2经由存储器信号36从存储器6中获取劣化信息,且接着控制器2在像素10的随后的编程和/或发射操作期间对所提取的劣化信息进行补偿。例如,一旦提取了劣化信息,经由数据线22j被传输到像素10的编程信息可在像素10的随后的编程操作期间被适当地调整,使得像素10发射具有与像素10的劣化无关的期望照度量的光。在示例中,可通过适当地增加被施加到像素10的编程电压来补偿像素10中的驱动晶体管的阈值电压的增加。
图2A是像素110的示例性驱动电路的电路图。图2A所示的驱动电路用于校准、编程和驱动像素110,且包括驱动体晶体管112以用于在有机发光二极管(OLED)114中传输驱动电流。OLED114根据穿过OLED114中的电流发射光,且能够被电流驱动型发光设备代替。OLED114具有固有电容量COLED。可在通过参照图1描述的显示器系统50的显示器面板20中使用像素110。
像素110的驱动电路还包括存储电容器116和开关晶体管118。像素110连接到选择线SEL、电压源线Vdd、数据线Vdata、和监测线MON。根据驱动晶体管112的栅极端子和源极端子之间的栅极-源极电压(Vgs),驱动晶体管112从电压源线Vdd抽取电流。例如,在驱动晶体管112的饱和模式下,经过驱动晶体管112的电流由Ids=β(Vgs-Vt)2给出,这里β是取决于驱动晶体管112的器件特性的参数,Ids是从驱动晶体管112的漏极端子至源极端子的电流,且Vt是驱动晶体管112的阈值电压。
在像素110中,存储电容器116连接至驱动晶体管112的栅极端子和源极端子之间。存储电容器116具有第一端子和第二端子,第一端子为方便起见被称为栅极侧端子,且第二端子为方便起见被称为源极侧端子。存储电容器116的栅极侧端子连接到驱动晶体管112的栅极端子。存储电容器116的源极侧端子电连接到驱动晶体管112的源极端子。因而,驱动晶体管112的栅极-源极电压Vgs也就是在存储电容器116上充电的电压。如在下面进一步讨论,存储电容器116由此能够在像素110的发射阶段期间保持驱动晶体管112两端的驱动电压。
驱动晶体管112的漏极端子连接到电压源线Vdd,且驱动晶体管112的源极端子(1)连接到OLED114的阳极端子并且(2)经由读取晶体管119连接到监测线MON。OLED114的阴极端子可接地或可选择地连接到第二电压源线(例如如图1所示的电源线Vss)。因而,OLED114与驱动晶体管112的电流路径串联连接。一旦OLED114的阳极端子和阴极端子之间的电压降达到OLED114的操作电压(VOLED),OLED114根据流经OLED114的电流的大小发射光。即,当阳极端子上的电压与阴极端子上的电压之间的差值大于操作电压VOLED,OLED114开启并发射光。当阳极-阴极电压小于VOLED,在OLED114中不会流过电流。
开关晶体管118根据选择线SEL进行操作(例如,当选择线SEL上的电压处于高电平时,开关晶体管118开启,且当选择线SEL上的电压处于低电平时,开关晶体管关闭)。当开启时,开关晶体管118将节点A(驱动晶体管112的栅极端子和存储电容器116的栅极侧端子)电连接到数据线Vdata。
读取晶体管119根据读取线RD进行操作(例如,当读取线RD上的电压处于高电平时,读取晶体管119开启,且当读取线RD上的电压处于低电平时,读取晶体管119关闭)。当开启时,读取晶体管119将节点B(驱动晶体管112的源极端子、存储电容器116的源极侧端子和OLED114的阳极)电连接到监测线MON。
图2B是图2A所示的像素110的示例性操作周期的时序图。在第一周期150期间,线SEL和线RD为高,因此相应的晶体管118和119开启。开关晶体管118将来自数据线Vdata的电压Vd1施加到节点A,电压Vd1的电平足以开启驱动晶体管112。读取晶体管119将来自监测线MON的电压Vb施加到节点B,电压Vb的电平使OLED114关闭。于是,栅极-源极电压Vgs与VOLED(Vd1-Vb-Vds3,这里Vds3是读取晶体管119两端的电压降)无关。在周期150结束时,线SEL和线RD变为低,从而关闭晶体管118和119。
在第二周期154期间,线SEL为低以关闭开关晶体管119,且驱动晶体管112被电容器116在节点A处上的电荷开启。读取线RD上的电压变高以开启读取晶体管119,并由此允许经由监测线MON进行驱动晶体管的电流的第一采样,与此同时OLED114关闭。监测线MON上的电压为Vref,Vref的电平可与前一周期中的电压Vb的电平相同。
在第三周期158期间,选择线SEL上的电压为高以开启开关晶体管118,且读取线RD上的电压为低以关闭读取晶体管119。因而,驱动晶体管112的栅极被充电至数据线Vdata的电压Vd2,且驱动晶体管112的源极被OLED114设定成VOLED。接着,驱动晶体管112的栅极-源极电压Vgs是VOLED的函数(Vgs=Vd2-VOLED)。
在第四周期162期间,选择线SLE上的电压为低以关闭开关晶体管118,且驱动晶体管112被电容器116在节点A处上的电荷开启。读取线RD上的电压为高以开启读取晶体管119,且经由监测线MON进行驱动晶体管112的电流的第二采样。
如果驱动电流的第一采样和第二采样不同,则对线Vdata上的电压Vd2进行调整,改变编程电压Vd2,且重复采样操作和调整操作,直到驱动电流的第二采样等于第一采样。当驱动电流的两个采样相同时,两个栅极-源极电压也应当相同,这意味着:VOLED=Vd2-Vgs=Vd2-(Vd1-Vb-Vds3)=Vd2-Vd1+Vb+Vds3。
在某个操作时间(t)之后,VOLED在时间0和时间t之间的变化是ΔVOLED=VOLED(t)-VOLED(0)=Vd2(t)-Vd2(0)。因而,可以使用两个编程电压Vd2(t)和Vd2(0)来提取OLED的电压。
图2C是如2A所示的像素110的另一组示例性操作周期的变形时序图,以用于采取驱动电流的单次读取并将该值与已知的参考值进行比较。例如,参考值可以由控制器获取的驱动电流的期望值,以用于补偿驱动晶体管112在老化时的劣化。OLED的电压VOLED是通过在两种方法(受VOLED影响的方法和不受VOLED影响的方法)中使用固定电压对像素进行编程时测量像素电流之间的差值来提取的。因此,可使用这个差值和像素的电流-电压特性来提取VOLED。
在图2C中的示例性时序图的第一周期200期间,选择线SEL为高以开启开关晶体管118,且读取线RD为低以关闭读取晶体管119。数据线Vdata经由开关晶体管118向节点A提供电压Vd2。在第二周期201期间,选择线SEL为低以关闭开关晶体管118,且读取线RD为高以开启读取晶体管119。监测线MON经由读取晶体管119向节点B提供电压Vref,同时经由读取晶体管119和监测线MON进行驱动电流的值的读取。将该读取值与驱动电流的已知值相比较,且如果读取值和驱动电流的参考值不同,则使用电压Vd2的调整值重复周期200和201。重复该过程,直到读取值和驱动电流的参考值大体上相同,并接着可使用Vd2的调整值来确定VOLED。
图3是两个像素110a和110b的电路图,这两个像素与图2A所示的像素相类似但被改变成共用公共监测线MON,且同时仍允许针对每个像素分别对驱动电流和OLED电压进行单独测量。两个像素110a和110b位于同一行,但位于不同列,且这两列共用同一监测线MON。使用有效电压仅对被选择以进行测量的像素进行编程,且同时在测量周期期间,另一像素被编程以关闭驱动晶体管112。因而,一个像素的驱动晶体管将不对另一像素的电流测量产生影响。
图4图示了使用读取电路(ROC)300的驱动系统,读取电路300被多列的像素共用,且同时允许针对每个单独像素10对驱动电流和OLED电压进行单独测量。尽管图4仅示出了四列,但应当理解,普通显示器包含更多的列。使用多个读取电路,且每个读取电路共用多个列,使得读取电路的数量明显小于列的数量。使用有效电压仅对在任何给定时间被选择以进行测量的像素进行编程,同时对共用同一栅极信号的所有其他像素而言,使用使各个驱动晶体管关闭的电压对这些像素进行编程。因此,其他像素的驱动晶体管将不会对所选像素的电流测量产生影响。而且,当使用所选像素的驱动电流来测量OLED电压时,OLED电压的测量也与其他像素的驱动晶体管无关。
当使用多个读取电路时,使用多个校准电平来使读取电路等同。然而,通常在用于测量多个列的读取电路之间存在不一致性,且这些不一致性可在任意给定的行上测量的数据中导致梯级(step)。在图5所示的这类梯级的一个示例中,通过第一读取电路对列1-10进行测量1a-1j,且通过第二读取电路对列11-20进行测量2a-2j。可以看到,在通过不同的读取电路对相邻的列10和11进行的测量1j和2a之间存在显著的梯级。为了调整由第一读取电路在所选择行中进行的第一组测量之中的最后一个测量与由第二读取电路在相同行中进行的相邻的第二组测量之中的第一个测量之间的这种不一致性,可通过在如下控制器中对测量进行处理来进行边缘调整(edgeadjustment),该控制器连接到读取电路且被编程为:
(1)确定由第一读取电路测量的参数值(例如,图5中的值1a-1j)的曲线拟合,
(2)根据由第一读取电路测量的值的曲线拟合,确定第二组中的第一个像素的参数的第一个值2a',
(3)根据由第二读取电路测量的值,确定第二组中的第一个像素的测量参数的第二个值2a,
(4)确定第二组中的第一个像素的第一个值和第二个值之间的差值(2a'-2a)或“delta值”,以及
(5)基于第二组中的第一像素的第一个值和第二个值之间的差值,调整由第二读取电路测量的第二组像素的其余参数2b-2j的值。
可对每个行单独地执行上述调整技术,或者可基于所选数量的行创建平均行。接着,基于平均行计算delta值,且基于平均行的delta值来调整所有行。
另一技术以如下方式来设计面板:可使用两个读取电路来测量两个读取电路之间的边界列。接着,可基于由两个读取电路针对边界列测量的值之间的差值来调整每个读取电路中的像素值。
如果变化不太大,可使用普通曲线拟合(或低通滤波器)对行进行平滑化并接着基于真正的行与生成的曲线之间的差值来调整像素。可基于平均行针对所有行执行这个过程,或者如上所述地针对每个行独立地执行这个过程。
在测量之前可使用单个参考源(或经校准的源)在外部校正读取电路以调整每个ROC。参考源可以是外部电流源或被在外部校准的一个或多个像素。另一选择为:使用单个测量读取电路来测量多个与每个读取电路连接的采样像素,并接着基于原始测量与由单个测量读取电路测量的测量值之间的差值来调整所有读取电路。
图6图示了显示器系统,该显示器系统包括与太阳电池板211集成在一起的半透明OLED层,太阳电池板211通过空气隙212与OLED层分离。OLED层210包括布置成X-Y矩阵的多个像素,其中X-Y矩阵组合有与不同行和列的像素连接的编程线、驱动线和控制线。周边密封剂213(例如,环氧树脂)将两个层210和211保持在相对于彼此的期望位置。OLED层10具有玻璃基板214,太阳电池板211具有玻璃罩215,且密封剂213结合到基板214和罩215的相对表面,以形成集成结构。
OLED层210包括与玻璃基板214相邻的大致透明的阳极220(例如铟锡氧化物(ITO))、结合到阳极220的后表面的有机半导体堆层221以及结合到221的后表面的阴极222。阴极222由透明或半透明的材料(例如,薄的银(Ag))制成,以允许光穿过OLED层210而到达太阳电池板211。(OLED中的阳极220和半导体堆层221通常至少是半透明的,但先前的OLED中的阴极经常是不透明的且有时甚至是吸收光的以使OLED对环境光的反射最小化。
如图6中的右侧箭头所示,向后穿过OLED层210的光继续穿过空气隙212和太阳能电池211的玻璃罩215,从而到达太阳能电池中的n型半导体层230和p型半导体层231之间的结。穿过玻璃罩215的光能被半导体层230和231转换成电能,从而在成对的输出端子232和233之间产生输出电压。在太阳能行业中,可在层230和231中使用的并用于将光转换成电能的各种材料以及材料特点是熟知的。正输出端子232通过与n型半导体层230的前表面连接的前部电极234连接到层230(例如,铜酞青)。负输出端子233通过与p型半导体层231的后表面连接的后部电极235而连接到层231(例如,3,4,9,10-苝四甲酸二苯并咪唑)。
一个或多个开关可连接到端子232和233以允许太阳能面板211可控地连接到(1)诸如可充电电池或一个或多个电容器之类的电能存储设备,或者连接到(2)使用诸如触摸屏之类的太阳能面板以检测用户在何时或在何处触摸显示器的前部的系统。
在图6的图示实施例中,太阳能面板211用于通过形成整个显示器的封装的后壁来形成OLED层210的封装的一部分。具体地,太阳能电池阵列的玻璃罩215形成OLED层的封装的后壁,单个玻璃基板214形成前壁,且周边密封剂213形成侧壁。
合适的半透明OLED层210的一个示例包括如下材料:
阳极220
ITO(100nm)
半导体堆层221
空穴传输层--N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯胺(NBP)(70nm)
发射层--8-羟基喹啉铝(Alq3):10-(2-苯并噻唑基)-1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氢-1H,5H,11H,[1]苯丙吡喃酮基[6,7,8-ij]喹嗪-11-酮(C545T)(99%:1%)(30nm)
电子传输层--Alq3(40nm)
电子注入层--4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(Bphen):(Cs2CO3)(9:1)(10nm)
半透明阴极222
MoO3:NPB(1:1)(20nm)
Ag(14nm)
MoO3:NPB(1:1)(20nm)
使用商用太阳能面板的集成设备中的上述OLED层的性能与如下参考设备进行了比较,该参考设备是具有完全相同的半导体堆层以及金属阴极(Mg/Ag)的OLED。参考设备由于金属阴极的反射而具有非常高的反射率;相反,集成设备的反射率非常低。具有透明电极的集成设备的反射率远低于(具有金属电极的)参考设备和装备有圆偏振器(circularpolarizer)的参考设备的反射率。
图7示出了具有透明电极的集成设备以及参考设备的电流效率-电流密度特性。在200A/m2的电流密度处,具有透明电极的集成设备的电流效率为5.88cd/A,其是参考设备的电流效率(7.1cd/A)的82.8%。具有圆偏振器的参考设备的电流效率仅为参考设备的电流效率的60%。入射的环境光以及OLED内部照明的一部分被集成设备转换成有用的电能,而没被浪费。
对于上述集成设备和参考设备这二者,使用真空热蒸镀法在涂覆ITO的玻璃基板上以的速率在低于5×10-6Torr的压力下顺序沉积所有的材料。使用丙酮和异丙醇清洗基板,在烤箱中进行干燥,并最后在使用前通过UV臭氧处理来进行清洗。在集成设备中,太阳能面板是商用的三洋能源(SanyoEnergy)AM-1456CA非晶硅太阳能电池,其具有6μA的短路电流和2.4V的输出电压。通过将定制切割的太阳能电池用作OLED层的封装玻璃来制造集成设备。
通过使用岛津(Shimadzu)UV-2501PCUV-可见分光光度计来测量设备的光学反射率。使用安捷伦(Agilent)415C半导体参数分析仪和由美能达(Minolta)色度计预校准的硅光电二极管来测量设备的电流密度(J)-照度(L)-电压(V)特性。环境光是室内光,且在室温下执行测试。将制造的设备的性能彼此进行比较,并将它们与装备有圆偏振器的参考设备进行比较。
图8示出了太阳能面板在如下条件下的电流-电压(I-V)特性:(1)黑暗、(2)OLED的照射以及(3)环境光和以20mA/cm2的OLED的照射。太阳能电池的暗电流表现出良好的二极管特性。当太阳能电池处于以20mA/cm2的电流密度的OLED的照射下,太阳能电池表现出-0.16μA的短路电流(Isc)、1.6V的开路电压(Voc)和0.31的填充系数(FF)。最大的转换电能为0.08μW,这证明了集成设备能够回收利用一部分内部OLED照明能量。当太阳能电池处于环境光和顶部OLED的照射下,太阳能电池表现出-7.63μA的短路电流(Isc)、2.79V的开路电压(Voc)和0.65的填充系数(FF)。在这种情况下,最大的转换电能为13.8μW。增加的电能来自入射的环境光。
总体来看,与参考设备相比,集成设备表现出更高的电流效率,且进一步回收利用了入射的环境光和顶部OLED的内部照明的能量,这体现了显著的低功耗显示器系统。
常规的触摸显示器将触摸面板堆叠在LCD或AMOLED显示器的顶部。触摸面板降低了触摸面板下方的显示器的照度输出并增加了额外的制造成本。上述集成设备能够充当光学触摸屏幕而不存在任何额外的面板或费用。不同于先前的需要额外的IR-LED和传感器的光学触摸屏幕,本文描述的集成设备利用来自顶部OLED的内部照明作为光学信号,且太阳能电池被用作光学传感器。由于OLED具有非常优良的照度一致性,所以发射的光均匀地散布在设备表面以及太阳能面板的表面上。当手指或其它物体触摸显示器的前表面时,发射的光的一部分被物体反射回设备且被反射到太阳能面板上,这改变了太阳能面板的电输出。该系统能够检测电输出的这种变化,由此检测触摸。这种光学触摸系统的好处在于其对任何物体(干手指、湿手指、带手套的手指、触笔、钢笔等)有效,这是因为触摸的检测是基于光学反射的而不是基于触摸面板的反射率、电容量或电阻值的变化。
图9是图6的被用作触摸屏幕的集成设备的示意图。为了允许太阳能电池对到达电池的前部的显著量的光进行转换,前部电极234被间隔开以获得大量的开口区域,到达的光通过开口区域而到达前部半导体层230。图9中图示的电极图案具有所有的沿X方向延伸的前部电极234和所有的沿Y方向延伸的后部电极235。或者,一个电极可被图案化在两个方向上。额外的选项是添加被金属覆盖的高壁迹线(tallwalltrace),使得它们能够连接到OLED透明电极以进一步减小电阻值。另一选项是使用充当光学胶的透明材料填充OLED层10与玻璃罩215之间的气隙212,以用于更好的透光性。
当显示器的前部在特定位置被用于反射或改变到达太阳能面板的光量的手指240(图9)或其它物体触摸或阻挡时,能够检测太阳能面板的电输出的最终变化。电极234和235都单独地连接到触摸屏幕控制器电路,该触摸屏幕控制器电路用于监测各个电极的电流电平和/或不同的成对电极之间的电压电平,并分析这些电流和/或电压电平的每个变化的引发位置。触摸屏幕控制器电路在触摸屏幕行业是熟知的,且能够快速和准确地读取引起正被监测的电极电流和/或电压的变化的“触摸”的精确位置。只要显示器是有源的,触摸屏幕电路就可以是有源的,或者接近开关(proximityswitch)可用于仅在显示器的前表面被触摸时激活触摸屏幕电路。
太阳能面板在用于触摸屏幕的同时还也可以用于成像。可通过使用显示器的不同像素以针对压缩感测(compressivesensing)提供不同的亮度水平,使用算法来拍摄多个图像。
图10是在顶部OLED层的照射下,太阳能面板在触摸和没有触摸时的归一化电流Isc-电压Voc特性的曲线图。当集成设备的前部被触摸时,太阳能电池的Isc和Voc分别从-0.16μA变化到-0.87μA和从1.6V变化到2.46V。由于这种技术是基于照射背景和例如由手指尖反射的光之间的对比度,所以环境光对系统的触摸灵敏度产生影响。图10中的Isc或Voc的变化相对较小,但通过提高太阳能电池效率并改变OLED的半透明阴极的厚度以控制背景照明的量,能够进一步提高对比度。通常,更薄的半透明OLED阴极将有利于照度效率并降低了环境光反射率;然而其对触摸屏幕的对比度产生不利影响。
在变形实施例中,使用不同的OLED和/或环境亮度水平来校准太阳能面板,且将各个值存储在查找表(LUT)中。对显示器表面的触摸改变了堆层结构的光学特性,且能够基于OLED照度和环境光从LUT中获取每个电池的期望值。接着,可以读取来自太阳能电池的输出电压或电流,且基于期望值和测量值之间的差值来生成配置文件(profile)。可以使用预定义的库或字典将所生成的配置文件转译成不同的手势指令或触摸功能。
在另一变形实施例中,每个太阳能电池单元表示像素或子像素,且使用处于不同颜色的光源将太阳能电池校作为更小的单元(像素分辨率)进行校准。每个太阳能电池单元可表示像素或子像素的群集。使用处于不同颜色和不同亮度水平的参考光源以及LUT中存储的值或用于形成函数的值,将太阳能电池作为更小的单元(像素分辨率)进行校准。能够基于显示器的使用在显示器寿命期间由用户或者以预定时间间隔重复校准测量。使用LUT中存储的值对输入视频信号的校准能够补偿不一致性和老化。在测量每个太阳能电池单元的值并将各个值存储在LUT中的同时,可应用不同的灰阶。
每个太阳能电池单元能够表示像素或子像素。能够使用处于不同颜色和不同亮度水平的参考光源以及LUT中存储的值或用于形成函数的值将太阳能电池作为更小的单元(像素分辨率)进行校准。在测量每个太阳能电池单元的值并接着使用LUT中存储的值校准输入视频信号以补偿不一致性和老化的同时,可应用不同的灰阶。能够基于显示器的使用在显示器寿命期间由用户或者以预定时间间隔重复校准测量。
或者,每个太阳能电池单元能够表示像素或子像素,使用处于不同颜色和不同亮度水平的参考光源以及LUT中存储的值或用于形成函数的值将太阳能电池作为更小的单元(像素分辨率)进行校准,接着向每个群集应用不同的图案(例如,如美国专利申请公开号2011/0227964中描述的方式生成的图案,在这里通过引用的方式将该申请的全部合并到本文中)并测量每个太阳能电池单元的值。美国专利申请公开号2011/0227964中描述的函数和方法可用于提取群集中的每个像素的不一致性/老化,且最终值被存储在LUT中。接着,可使用LUT中存储的值来校准输入水平信号以补偿不一致性和老化。能够基于显示器的使用在显示器寿命期间由用户或者以预定时间间隔重复测量。
太阳能面板也能够用于显示器的初始一致性校准。OLED面板的一个主要问题是不一致性。不一致性的常见原因是制造工艺和使用期间的差异性老化。虽然像素间补偿能够提供显示器的一致性,但使用这种技术获得的有限补偿水平对于一些显示器来说是不足的,由此降低了产率。在集成OLED/太阳能面板的情况下,太阳能面板的输出电流能够用于检测和校正显示器的不一致性。具体地,经校准的成像能够用于确定处于不同电平的每个像素的照度。在AMOLED显示器上已经测试了这种理论,且图11示出了(A)没有补偿、(B)像素内补偿和(C)额外的外部补偿的情况下的AMOLED面板的一致性图像。图11(C)高亮显示了外部补偿的效果,该外部补偿增加了对更高水平的让渡(一些波纹起因于相机和显示器空间分辨率之间的干扰)。这里,首先使用外部源对太阳能面板进行校准,并接着使用从面板提取的结果对面板进行校准。
从前面的说明能够看出,集成显示器能够用于提供如下AMOLED显示器,该AMOLED显示器在没有采用任何额外层(偏振器)的情况下具有低的环境光反射率,通过回收利用电能而具有低的功耗,且在不使用额外的触摸面板、LED源或传感器的情况下具有如同光学触摸屏幕的功能。而且,太阳能面板的输出能够用于检测和校正OLED面板的不一致性。通过仔细地选择太阳能电池并调整OLED的半透明阴极,能够极大地提高该显示器系统的性能。
诸如有源矩阵有机发光(AMOLED)显示器之类的阵列式固态设备趋向于结构和/或随机不一致性。诸如驱动部件、制造过程、机械结构或其它之类的多个不同原因可导致结构不一致性。例如,信号在面板中的布线(routing)可导致不同的延迟和电阻性压降。因此,它能够导致不一致性图案(non-uniformitypattern)。
在由驱动器引起的结构不一致性的一个示例中,当由处于面板的边缘导致选择(地址线),且这些选择(地址线)被分布到不同的行或列时,可经历不同的延迟。尽管能够通过以不同的图案化调整迹线宽度来使一些线路匹配延迟,但由于可用于布线的有限面积而使得精确度是有限的。
在由驱动器引起的结构不一致性的另一示例中,用于提取像素不一致性的测量单元不能精确地匹配。因此,所测量的数据在测量单元之间具有偏移(或增益)差异。
在由制造引起的结构不一致性的示例中,图案化可产生重复图案(特别地,如果使用分步重复图案(step-and-repeatpattern)的话。这里,使用更小的掩模,但该掩模在基板上移动以对具有相同图案的整个区域进行图案化)。
在由制造引起的结构不一致性的另一示例中,诸如激光退火之类的材料显影工艺能够在工艺的定向上产生重复图案。
机械结构不一致性的示例是由设备的共形结构(conformalstructure)引起的机械应力的影响。
另外,随机不一致性可包括低频或高频图案(loworhighfrequencypattern)。这里,低频图案被视为全局不一致性,且高频图案被成为局部不一致性。
发明概括
诸如有源矩阵OLED(AMOLED)显示器之类的阵列结构型固态设备趋向于由驱动器、制造工艺和/或物理条件引起的结构不一致性。驱动器结构不一致性的示例可以是在一个阵列设备(面板)中使用的不同驱动器之间的不匹配。这些驱动器将向面板提供信号或从面板抽取信号以进行补偿。例如,在AMOLED面板中使用多个测量单元来提取面板的电气不一致性。接着,使用数据来补偿不一致性。工艺步骤可引起制造不一致性。在一种情况下,在图案化时的分步重复工艺可导致面板上的结构不一致性。而且,诸如由封装导致的机械应力可引起结构不一致性。
在一个实施例中,在面板中显示一些图像(例如,基于结构不一致性的平场或图案);针对结构不一致性的每个区域,使用与结构不一致性的匹配图案相关的图像/光学传感器来提取面板上的图案的输出。例如,如果不一致性是由驱动器(或测量单元)引起的垂直条带,则提取每个条带的值。使用这些值来量化不一致性,并通过改变输入信号来补偿它们。
在本发明的另一方面,在面板上显示一些图像(例如,基于结构不一致性的平场或图案);且针对结构不一致性的每个区域,使用与结构不一致性的匹配图案相关的图像/光学传感器来提取面板上的图案的输出。例如,如果不一致性是由驱动器(或测量单元)引起的垂直条带,则提取每个条带的值。使用这些值来量化不一致性,并通过改变输入信号来在多个响应点处补偿它们。接着,使用这些响应点来插值(或曲线拟合)像素的整个响应曲线。接着,针对每个输入信号,使用响应曲线来生成补偿图像。
在本发明的另一方面,可以针对结构图案中的一些区域,插入黑色值(blackvalue)(或不同值),以消除光学串扰。
例如,如果面板具有垂直条带,则可以将奇数条带替换为黑色值,并将其它的替换为期望值。在这种情况下,显著降低了串扰的影响。
在另一示例中,在具有2D(二维)图案形状的结构不一致性的情况下,可以使用棋盘方法(checkerboardapproach)。或者,使用期望值对一个区域进行编程,且使用不同值(例如,黑色值)对所有周围区域进行编程。
这可以应用到任意图案;可使用多于两个的不同值来使图案中的区域差异化。
例如,如果图案太小(例如,垂直或水平条带非常窄或者棋盘格非常窄),可使用不同的值(例如,黑色值)对多于一个的相邻区域进行编程。
在另一实施例中,通过应用图案(平场)来提取面板上的低频不一致性,获取面板的图像;对图像进行校正以消除诸如视场或其它因素之类的非理想性;并且,通过为显示器中的每个像素生成数据,将其区域和分辨率调整成匹配面板;并且,使用这些值来补偿面板上的低频不一致性。
在理想条件下,在补偿(像素内或外部补偿)之后,一致性应当处于期望的规格内。
对于外部补偿,通过系统获得的每个测量产生在针对每一个子像素生成指定的输出电流(或电压)时所需的电压(或电流)。接着,使用这些值生成整个面板的补偿值或生成显示器的输出响应的点的值。因而,在应用补偿值以生成平场之后,显示器应当产生优异的一致响应。然而,事实上,多个因素可导致不完美的响应。例如,测量电路之间的校准不匹配可人为地在每个测量中导致寄生垂直条带。或者,面板上的与面板中的非理想性相关的负荷效应可引入被称为“门条带(gatebands)”的更暗或更亮的水平波纹。
光学校正的两种应用为(1)结构不一致性校正和(2)全局不一致性校正。
由测量单元引起的结构不一致性
这里,说明了用于固定由测量单元引起的结构不一致性的过程,但应当理解,可以将该过程改变成用于补偿其他结构不一致性。
在多个不同操作点处测量面板之后,基于测量生成经补偿的图案(例如,平场图像)。
将光学测量设备(例如相机)调整成用于最大差异检测的合适曝光。在垂直(或水平)条带的情况下,可使用两个模板(template)。第一模板关闭偶数条带,且第二模板关闭奇数条带。以此方式,能够容易地检测区域,且针对每个区域确定平均差。一旦获取图像,计算平均差。如上所述,每个测量应当具有一致的响应。因而,目标在于向整个测量应用如下倒数。
这里,Mraw是原始测量,且LM是光学测量的照度差异。
图12是用于原始面板的结构和低频补偿过程的流程图。在面板的输入-输出特性中,外部测量路径生成目标点。接着,通过使用不一致性的匹配图案的光学测量来提取结构不一致性。使用这些测量来编程结构不一致性。通过应用平场并提取图案来提取低频不一致性,并补偿低频不一致性。图12中的像素内补偿路径选择用于补偿的目标点,且接着遵循针对外部测量路径所描述的相同步骤。
下面是详细过程的一个示例:
1.设置光学测量设备(例如,相机)
将光学测量设备(OMD)调整成尽可能的平直。将光学测量设备上的内部水平与靠着透镜的前表面垂直地保持的水平结合使用。固定OMD的位置。
2.设置面板
应当将面板定位在相机的框架的中央。这可以通过使用诸如探视器之类的格网线(如果可用的话)来完成。在一种方法中,可使用物理水平来核查面板的对准。而且,可针对面板使用预调整的拱架。这里,对于进行测量的面板,它们与拱架对准。拱架可具有一些物理标记,使得面板能够抵靠着标记或与它们对准。另外,在显示器中显示出的一些对准图案可用于通过基于OMD(其可以与主OMD相同)的输出和对准图案进行移动或旋转来对准面板。而且,可使用对准图案的测量图像来预处理由OMD获取的真正的测量图像,以进行非一致性补正。
3.拍摄模板图像
生成两个模板文件,其中一个模板文件掩蔽所有的偶数条带,且另一模板文件掩蔽所有的奇数条带。使用这些模板文件来生成模板图像以用于提取测量结构不一致性数据。可将这些掩模(mask)直接应用到基于外部测量数据生成的目标补偿图像。现在,能够将最终的文件显示为仅所选择的子像素(例如,白色)是启用的。由于这种情况下的条带是等宽的,所以应当调整OMD设定,使得在最终的图像中,明亮区域的像素宽度大约等于黑暗区域的像素宽度。每个面板变化需要一个图片。对于二者,应当使用相同的OMD设定。
4.拍摄曲线拟合点
虽然能够直接从上面的两个图像中提取校正数据,但在本发明的另一实施例中,获取显示器的输出响应中的每个目标点的图像。这里,首先基于电测量数据来补偿目标点。使用步骤2中描述的相同的OMD设定和调整。通过实验发现,通过在白色中提取差异并将其应用到所有颜色,在降低图像数量和所需的数据处理量的同时给出了良好的最终结果。相机和面板的位置在步骤3和4中应当保持固定。
5.图像校正
为了产生最优的校正,应当针对由OMD引入的伪影(artifact)对模板图像和曲线拟合点均进行校正。例如,通过使用由OMD规定的参数并使用标准方法来应用这些参数,对图像失真和色像差进行校正。于是,针对每个曲线拟合点,能够直接使从OMD获得的图像与在电测量数据中看到的缺陷匹配。
对于模板图像,首先对掩模区域的边缘处的边界进行延迟校正(de-skewing),并接着使用阈值对它们进行削剪。于是,每个最终的边缘是平滑的,这防止了下方图像中的相邻细节泄露。例如,正被应用掩模的下方图像可具有与黑暗区域相邻的明亮区域。随着明亮区域的OMD读取可泄露到黑暗区域的边缘,所应用的掩模的粗糙边缘可在后面的阶段中引入不精确性。
6.求出图像坐标
这里,可使用对准标记图像来识别与显示器像素相关的图像坐标。由于在已知的显示器像素索引中示出了对准,所以现在可将图像粗略地削剪面板区域。这减小了后续步骤中所需的数据处理量。
7.生成模板图像掩模
在这种情况下,使用目标点图像来提取不一致性;且将两个图案化图像用作掩模。可使用步骤6中的粗略削剪来仅对模板图像的包含面板的部分进行处理。在这些模板图像中的亮度高于阈值的情况下,将像素设定成1(或其它值),且在亮度低于阈值的情况下,将像素设定成零。在这种情况下,图案图像将变成黑白条带。可使用这些条带来识别目标点图像中的条带的边界。
8.将生成的模板应用到曲线拟合点
通过使用图案化图像或目标点图像,利用数据/图像处理工具(例如,MATLAB)基于OMD输出生成用于每个条带的值。针对异常值(通常,2σ-3σ),对每个区域的测量照度值进行校正并求平均值。
9.应用和调整校正因数
通过使用总面板平均值和每个条带的平均值,能够针对每种颜色使每个条带缩放固定的增益并将其应用到原始文件,由此校正了所生成的目标点。通过生成具有增益因数范围的文件来确定每个水平的每种颜色所需的增益,并将它们显示在面板上。
在电测量值是每个像素所需的用于提供固定电流的灰阶的情况下,目标点是测量数据,尽管可应用一些补偿来补偿非理想性中的一些。
低频不一致性校正
尽管能够将低频补偿应用到原始目标点或原始目标,但一旦针对面板完成上述其它的结构和高频补偿过程时,一般应用低频一致性补偿校正。下面是详细过程的一个示例。
1.拍摄结构非一致性补偿目标点
针对每个补偿目标点,获得每个子像素(或组合)的图像。对于两个目标点,这将产生总共8个图像。接着,调整MOD的曝光,使得直方图峰值约为20%左右。针对不同的MOD设备和设定,这个值可以是不同的。为了进行调整,目标图像被显示成仅一个子像素是开启的。接着,使用系统的设定以给定的水平单独地获取每个剩余颜色的图像。然而,可以针对每个子像素使用不同的设定。
2.求出角坐标
可以应用与先前相同的处理通过使用对准标记来求出图像和显示器像素之间的匹配坐标。而且,日高显示器未移动,则可以使用与前一设定相同的坐标。
3.校正图像
通过使用步骤2中求出的坐标,能够将图像调整成使得最终的图像匹配显示器的矩形分辨率(rectangleresolution)。为了产生最佳的校正,应当针对由OMD引入的伪影对模板图像和曲线拟合点均进行校正。通过使用由OMD规定的参数并使用标准方法来应用这些参数,对图像失真和色像差进行校正。如有必要,可使用投影变换(projectivetransform)或其它标准方法来使图像成为正方形。一旦成为正方形,可对分辨率矩形缩放以匹配面板的分辨率。于是,针对每个曲线拟合点,能够直接使从OMD获得的图像与在电测量数据中看到的缺陷匹配。
4.应用和调整校正因数
能够使用在步骤3中生成的图像来调整目标点,以用于全局不一致性校正。这里,在一种方法中,缩放所提取的图像并将它们添加到目标点。在另一方法中,可使所提取的图像缩放某个因数,并接着通过所改变的图像来缩放目标图像。
为了在上述任一方法中提取校正因数,可以在面板中的一些点处使用传感器,并改变因数,直到传感器的读数变化处于规格内。在另一方法中,可使用目视检查来找出修正因数。在这两种情况下,如果设定和面板特性没有变化,则其他面板可以重复使用修正因数。
虽然图示和说明了本发明的特定实施例和应用,但应当理解本发明不限于本文披露的精确结构和组成,且在不偏离随附的权利要求所限定的发明精神和范围的情况下,上述说明涵盖了各种变形、变化和改变。
Claims (7)
1.一种用于补偿显示器面板中的固态设备阵列中的结构不一致性的方法,所述方法包括:
在所述面板中显示图像,
针对所述结构不一致性的每个区域,提取所述面板上的基于所述面板的结构不一致性的图案的输出,
基于所提取的输出的值,定量所述不一致性,以及
改变至所述显示器面板的输入信号,以补偿所述不一致性。
2.如权利要求1所述的方法,其中,使用与所述结构不一致性的匹配图案相关的图像传感器来进行所述提取。
3.如权利要求2所述的方法,其中,所述图像传感器是光学传感器。
4.如权利要求1所述的方法,其中,通过改变所述输入信号来在多个响应点处改变所述不一致性,且改变所述不一致性包括使用这些响应点来插值所述显示器面板的整体响应曲线并使用所述响应曲线来生成补偿图像。
5.如权利要求1所述的方法,其中,针对所述图案的选择区域插入黑色值,以减小光学串扰的影响。
6.一种用于补偿显示器面板中的固态设备阵列的随机不一致性的方法,所述方法包括:
通过应用图案来提取所述面板上的低频不一致性,
获取所述图案的图像,
通过生成用于所述显示器中的像素的值,将所述图像的区域和分辨率调整成匹配所述面板,以及
基于所生成的值补偿所述面板上的低频不一致性。
7.一种用于补偿显示器面板中的固态设备阵列的不一致性的方法,所述方法包括:
在所述面板的输入-输出特性中生成目标点,
通过使用结构不一致性的匹配图案的光学测量来提取所述结构不一致性,
补偿所述结构不一致性,
通过应用平场并提取所述图案来提取低频不一致性,以及
补偿所述低频不一致性。
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