CN112002285B - 用于确定和补偿有机发光器件的效率劣化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于确定和补偿有机发光器件的效率劣化的方法。所述方法包括：在每个基于阵列的半导体显示器件的存储器中存储关联性曲线的库，关联性曲线针对应力条件将参考OLED像素的电学运行参数中的变化与效率劣化直接关联起来；对于运行中的半导体显示器件，利用控制器：a)控制读取电路以周期性地测量OLED的电学运行参数，确定电学运行参数从基准值的变化，并且存储变化；b)基于电学运行参数的变化的电流值和先前记录的电学运行参数的变化的值来计算电学运行参数的变化速率；c)利用变化速率来确定OLED的应力条件；d)基于应力条件从所存储的库中选择至关联性曲线；e)基于关联性曲线来确定OLED的效率劣化；以及f)修改像素的编程电压或电流以补偿效率劣化。

Description

用于确定和补偿有机发光器件的效率劣化的方法
本申请是申请日为2015年6月23日、发明名称为“提取有机发光器件的相关曲线的系统和方法”的申请号为201510348819.1的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明大体上涉及使用诸如OLED之类的发光器件的显示器，且更具体地涉及为了补偿发光器件的老化而在此类显示器中提取不同应力条件下的特性相关曲线。
背景技术
相对于常规液晶显示器，有源矩阵有机发光器件(AMOLED)显示器提供了更低的功耗、制造灵活性和更快的刷新速率的优点。与常规液晶显示器相比，AMOLED显示器中不存在背光，这是因为每个像素由独立发光的不同颜色的OLED构成。OLED基于由驱动晶体管提供的电流发光。驱动晶体管通常是薄膜晶体管(TFT)。每个像素的功耗与该像素中产生的光的大小具有直接的关系。
在有机发光二极管器件的运行期间，其遭受劣化，这导致恒定电流下的光输出随着时间减小。OLED器件还遭受电学劣化，这导致恒定偏置电压下的电流随着时间降低。这些劣化基本上是由与OLED上的施加电压的大小和持续时间以及由此在该器件中产生的电流相关的应力引起的。这类劣化由于诸如温度、湿度或氧化剂的存在之类的环境因素的随时间的贡献而混合在一起。薄膜晶体管器件的老化速率也依赖于环境和应力(偏置)。针对先前数次存储的像素历史数据来校准像素，以确定像素上的老化效应，从而可适当地确定像素晶体管和OLED的老化。因此，在显示装置的整个寿命期间需要精确的老化数据。
在一种OLED显示器补偿技术中，提取像素面板的老化(和/或均匀性)并将其作为原始的或经处理的数据存储在查找表中。接着，补偿模块使用所存储的数据来补偿OLED的电学参数和光学参数的任何偏移(例如，OLED运行电压和光学效率的偏移)以及背板的电学和光学参数的任何偏移(例如，TFT的阈值电压偏移)，因而根据所存储的数据和视频内容来修改每个像素的编程电压。补偿模块按照使足够的电流经过OLED以针对每个灰度水平保持相同的亮度水平的方式修改驱动TFT的偏置。换句话说，合适的编程电压适当地抵消了OLED的电学老化和光学老化以及TFT的电学劣化。
在显示器的寿命期间，通过基于电学反馈的测量电路持续地监测并提取背板TFT和OLED器件的电学参数。进一步，根据OLED的电学劣化数据来估计OLED器件的光学老化参数。然而，OLED的光学老化效应也取决于单独像素上的应力条件，且由于应力在像素间变化，所以不能确保精确的补偿，除非确定出适合于具体应力水平的补偿。
因此，对于有源像素上的应力条件，需要有效地提取精确的光学参数和电学参数的特性相关曲线以用于补偿老化效应和其它效应。对于有源像素在显示器的运行期间可能经受的各种应力条件，需要具有各种特性相关曲线。对于基于显示器的有机发光器件中的像素，还需要精确的补偿系统。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种用于确定多个基于阵列的半导体器件中的有机发光器件(OLED)的效率劣化的系统，所述基于阵列的半导体器件具有像素的阵列，且所述像素包括OLED。所述系统确定每个所述基于阵列的半导体器件中的所述OLED的电学运行参数的变化与所述OLED的所述效率劣化之间的关系；使用所述基于阵列的半导体器件之中的被选定的一者的所确定的关系来确定所述OLED的所述效率劣化；并且补偿所述效率劣化
在一个实施方案中，所述基于阵列的半导体器件中的所述OLED的所述电学运行参数的变化与所述OLED的所述效率劣化之间的所述关系是通过使用与每个所述基于阵列的半导体器件相关的测试OLED来确定的。所述测试OLED可位于所相关的所述基于阵列的半导体器件的基板上。所确定的所述关系可以是OLED关联性曲线，所述OLED关联性曲线将来自被选定的基于阵列的半导体器件中的所述测试OLED的OLED电学信号与所述测试OLED的所述效率劣化关联起来。所述关系可以是在制造每个所述基于阵列的半导体器件时或在所述基于阵列的半导体器件的操作期间被确定的。
在一个实施例中，使用OLED关联性曲线的库，所述OLED关联性曲线的库将来自所述基于阵列的半导体器件中的所述测试OLED的所述OLED电学信号与所述基于阵列的半导体器件中的所述测试OLED的所述效率劣化关联起来。所述系统测量被选定的所述基于阵列的半导体器件中的所述测试OLED，识别所述库中的与所述被选定的基于阵列的半导体器件中的所述测试OLED的测量相对应的关联性曲线，以及使用所识别的所述关联性曲线来确定所述测试OLED的老化特性。所识别的所述关联性曲线是所述库中的具有与所测量的测试OLED最接近的老化特性的曲线，且所述系统将所识别的所述关联性曲线的老化特性和所测量的所述测试OLED的老化特性之间的差异与预定阈值进行比较，并且如果所述差异超过所述预定阈值，所述系统计算新的相关性曲线并将所述新的相关性曲线添加到所述库中。如果所述差异小于所述预定阈值，则所述系统使用所识别的所述相关性曲线来补偿包括所测量的所述测试OLED的所述显示器的所述效率劣化。
鉴于参考附图进行的各种实施例的详细描述，本领域技术人员将明白本发明的各方面，其中将在下面给出这些附图的简要。
附图说明
通过参考下面的结合附图进行的说明可以最好地理解本发明。
图1是具有补偿控制的AMOLED显示器系统的框图。
图2是用于基于测量数据来修改特性相关曲线的图1中的参考像素中的一者的电路图。
图3是从有源像素发出的亮度的曲线图，该曲线图反映出可需要不同补偿的随时间的不同水平的应力条件。
图4是不同特性相关曲线的曲线图以及使用预定应力条件来确定补偿的技术的结果的曲线图。
图5是基于预定应力条件下的参考像素组来确定和更新特性相关曲线的过程的流程图。
图6是使用预定的特性相关曲线来补偿显示器上的有源像素的编程电压的过程的流程图。
图7是OLED效率劣化与OLED电压的变化的关联性曲线。
图8是OLED应力历史与应力强度的曲线图。
图9A是不同的应力条件下的OLED电压变化与时间的曲线图。
图9B是不同的应力条件下的OLED电压变化速率与时间的曲线图。
图10是不同的应力条件下的OLED电压变化速率与OLED电压变化的曲线图。
图11是根据诸如OLED电压之类的OLED参数的变化来提取OLED效率劣化的过程的流程图。
图12是OLED电信号和效率劣化的OLED关联性曲线。
图13是从测试器件提取关联性曲线的过程的流程图。
图14是从库中计算关联性曲线的过程的流程图。
虽然本发明易受到各种修改和替代形式，但是在附图中已经通过实例的方式示出了特定实施例并在本文中详细说明。然而，应当理解，本发明并不意图限于所公开的特定形式。相反，本发明覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。
具体实施方式
图1是具有有源矩阵区域或像素阵列102的电子显示器系统100，在该有源矩阵区域或像素阵列102中，以行和列的配置布置有有源像素104的阵列。为方便图示，仅示出了两行和两列。在有源矩阵区域(像素阵列102)的外部是外围区域106，在外围区域106中布置有用于驱动和控制像素阵列102的区域的外围电路。外围电路包括栅极或地址驱动器电路108、源极或数据驱动器电路110、控制器112和可选的电压源(例如，EL_Vdd)驱动器114。控制器112控制栅极驱动器108、源极驱动器110和电压源驱动器114。在控制器112的控制下，栅极驱动器108对地址或选择线SEL[i]、SEL[i+1]等进行操作，其中在像素阵列102中的像素104的每一行中存在一条地址或选择线。在下述像素共用配置中，栅极或地址驱动器电路108还可以可选地对全局选择线GSEL[j]且可选地对/GSEL[j]进行操作，全局选择线GSEL[j]或/GSEL[j]对像素阵列102中的像素104中的多个行(例如，像素104的每两行)进行操作。在控制器112的控制下，源极驱动器电路110对电压数据线Vdata[k]、Vdata[k+1]等进行操作，其中在像素阵列102中的像素104的每一列中存在一条电压数据线。电压数据线向每个像素104运送用于表示像素104中的每个发光器件的亮度的电压编程信息。每个像素104中的存储元件(例如，电容器)存储电压编程信息，直到发光或驱动周期开启发光器件。在控制器112的控制下，可选的电压源驱动器114控制电压源(EL_Vdd)线，其中在像素阵列102中的像素104的每一行中存在一条电压源线。控制器112还连接到存储器118，存储器118用于存储下面将说明的像素104的各种特性相关曲线以及老化参数。存储器118可以是闪速存储器、SRAM、DRAM、它们的组合和/或其它存储器中的一者或更多者。
显示器系统100还可以包括电流源电路，该电流源电路在电流偏置线上提供固定电流。在一些配置中，能够向电流源电路提供参考电流。在这类配置中，电流源控制部控制在电流偏置线上施加偏置电流的时序。在不向电流源电路提供参考电流的配置中，电流源地址驱动器控制在电流偏置线上施加偏置电流的时序。
已知的是，对于显示器系统100中的每个像素104，需要使用用于表示该像素104中的发光器件的亮度的信息来对其编程。帧定义了包括编程周期或阶段以及驱动或发光周期或阶段的时间段，其中在编程周期或阶段期间，使用用于表示亮度的编程电压来编程显示器系统100中的每个像素，并且在驱动或发光周期或阶段期间，每个像素中的每个发光器件被开启以按照与存储在存储元件中的编程电压相对应的亮度发光。因此，帧是组成显示器系统100上所显示的完整的运动图片的许多静态图像中的一个。存在至少两种用于编程和驱动像素的方案：逐行或者逐帧。在逐行编程时，对一行像素进行编程，并接着在对下一行像素进行编程和驱动之前驱动该行像素。在逐帧编程时，首先对显示器系统100中的所有行的像素进行编程，并且逐行地驱动所有帧。任一种方案都可以在每个时段的开始或结束处采用短暂的未对像素进行编程或驱动的垂直消隐时间。
位于像素阵列102外部的组件可以布置像素阵列102周围的外围区域106中，外围区域106与像素阵列102布置在相同的物理基板上。这些组件包括栅极驱动器108、源极驱动器110和可选的电压源控制部114。可替代地，外围区域中的一些组件可以与像素阵列102布置在相同的基板上，而其它组件布置在不同的基板上，或者外围区域中的所有组件可以与像素阵列102布置在不同的基板上。栅极驱动器108、源极驱动器110和电压源控制部114一起构成显示驱动器电路。某些配置中的显示驱动器电路可以包括栅极驱动器108和源极驱动器110但不包括电压源控制部114。
显示器系统100还包括电流源和读取电路120，电流源和读取电路120从数据输出线VD[k]、VD[k+1]等读取输出数据，其中在像素阵列102中的有源像素104的每一列中存在一条数据输出线。成组的可选的参考器件(例如，参考像素)130被制造在外围区域106中并布置在像素阵列102的位于有源像素104外部的边缘上。参考像素130还可以从控制器112接收输入信号，并且可以将数据信号输出到电流源和读取电路120。参考像素130包括驱动晶体管和OLED，但是不是用于显示图像的像素阵列102的一部分。如将在下面所说明，不同组的参考像素130经由来自电流供应电路120的不同电流水平而处于不同的应力条件。由于参考像素130不是像素阵列102的一部分并且因此不显示图像，因此参考像素130可以提供用于表示不同应力条件下的老化效应的数据。虽然图1中仅仅示出了一行和一列的参考像素130，但是应当理解，可以存在任意数目的参考像素。图1所示出的示例中的每个参考像素130被制造成相邻于对应的光传感器132。光传感器132用于确定由对应的参考像素130发出的亮度水平。应当理解，参考器件(例如，参考像素130)可以是独立的器件而不是被制造在具有有源像素104的显示器上。
图2示出了用于图1中的一个示例参考像素130的驱动器电路200的一个示例。参考像素130的驱动器电路200包括驱动晶体管202、有机发光器件(OLED)204、存储电容器206、选择晶体管208和监测晶体管210。电压源212连接到驱动晶体管202。如图2所示，在该示例中，驱动晶体管202是由非晶硅制造的薄膜晶体管。选择线214连接到选择晶体管208以激活驱动器电路200。电压编程输入线216将编程电压施加到驱动晶体管202。监测线218监测OLED 204和/或驱动晶体管202的输出。选择线214连接到选择晶体管208和监测晶体管210。在读取时间期间，选择线214被拉高。可以经由编程电压输入线216来施加编程电压。可以从与监测晶体管210连接的监测线218读取监测电压。可以与像素编程周期并行地发送至选择线214的信号。
可以通过向编程电压输入线216施加恒定电压来以一定的电流水平向参考像素130加应力。如将在下面说明，基于被施加到编程电压输入线216的参考电压从监测线218测量的电压输出允许在参考像素130的运行时间内针对所施加的应力条件确定电学特性数据。可替代地，监测线218和编程电压输入线216可以合并成一条线(即，Data/Mon)，以通过该单条线执行编程和监测这两种功能。光传感器132的输出允许在参考像素130的运行时间内针对应力条件确定光学特性数据。
根据一个示例性实施例，在图1中的显示器系统100中，基于至少一个像素的老化来调节每个像素(或者子像素)的亮度，以在系统的工作寿命(例如，75000小时)期间保持基本均匀的显示。包含显示器系统100的显示器件的非限制性示例包括移动电话、数字相机、个人数字助理(PDA)、计算机、电视机、便携式视频播放器、全球定位系统(GPS)等。
随着有源像素104的OLED材料老化，用于保持OLED中的给定水平的恒定电流所需的电压增大。为了补偿OLED的电学老化，存储器118存储每个有源像素的用于保持恒定电流所需的补偿电压。它还针对不同应力条件存储具有特性相关曲线形式的数据，控制器112使用该数据来确定补偿电压，以修改用于驱动有源像素104的每个OLED的编程电压，从而通过增大OLED的电流并由此补偿OLED的光学老化来合适地显示期望输出水平的亮度。特别地，存储器118存储多个预定义的特性相关曲线或函数，这些预定义的特性相关曲线或函数表示在不同的预定应力条件下运行的OLED的亮度效率的劣化。不同的预定应力条件一般表示有源像素104在像素寿命期间可能遭受的不同类型的应力或运行条件。不同的应力条件可以包括从低到高的不同水平的恒定电流需求、从低到高的恒定亮度需求或者两个以上的应力水平的混合。例如，应力水平在时间的某个百分比中可以是某个电流下的应力水平以及在时间的另一百分比中可以是另一电流下的应力水平。其它应力水平可以是专门的(specialized)应力水平，例如，用于表示显示器系统100上所显示的平均流视频(averagestreaming video)的水平。最初，诸如参考像素130之类的参考器件在不同应力条件下的基准电学特性和基准光学特性被存储在存储器118中。在该示例中，在制造参考器件之后，立即从该参考器件测量该参考器件的基准电学特性和基准光学特性。
可以通过如下方式向成组的参考像素(例如，参考像素130)施加每个这类应力条件：在一个时间段内保持参考像素130中的恒定电流；在一个时间段内保持参考像素130的恒定亮度；和/或在一个时间段内以不同的预定水平和预定间隔改变参考像素中的电流或参考像素的亮度。在参考像素130中产生的电流或亮度水平可以是显示器系统100的特定应用所预期的例如高值、低值、和/或平均值。例如，诸如计算机监视器之类的应用要求高值。类似地，在参考像素中产生电流或亮度水平的时间段可取决于显示器系统100的特定应用。
预期的是，为了在每个预定应力条件下获得相同的老化效应，在显示器系统100的运行期间向不同的参考像素130施加不同的预定应力条件。换句话说，将第一预定应力条件施加到第一组参考像素，将第二预定应力条件施加到第二组参考像素，等等。在该示例中，显示器系统100具有多组参考像素130，这些参考像素在处于像素的低电流值到高电流值的范围内的16个不同的应力条件下被加应力。因此，在该示例中存在16个不同组的参考像素130。当然，可以采用更大或更小数量的应力条件，这取决于诸如补偿的期望精确度、外围区域106中的物理空间、可用的处理能力的量以及用于存储特性相关曲线数据的存储器的量之类的因素。
通过使参考像素或参考像素组连续地经受应力条件，参考像素的组件根据应力条件的运行条件而老化。当在系统100的运行期间将应力条件施加到参考像素时，测量和评估参考像素的电学特性和光学特性，以获得用于确定校正曲线的数据，其中这些校正曲线用于补偿阵列102中的有源像素104的老化。在该示例中，对于每组参考像素130，每小时一次地测量光学特性和电学特性。因此，针对参考像素130的测量特性，更新对应的特性相关曲线。当然，可以在更短的时间段或者更长的时间段内进行这些测量，这取决于老化补偿所期望的精确度。
一般地，OLED 204的亮度与被施加到OLED 204的电流具有直接的线性关系。OLED的光学特性可以被表示为：
L＝O*I
在该公式中，亮度L是基于OLED的特性的系数O乘以电流I的结果。随着OLED 204老化，系数O减小，并且因此在恒定电流值下，亮度减小。因此，在给定电流下测量的亮度可用于针对预定应力条件下在特定时间处确定特定OLED 204的系数O的由老化引起的特性变化。
测量的电学特性表示被提供到驱动晶体管202的电压与由此在OLED 204中产生的电流之间的关系。例如，可以利用电压传感器或诸如图2中的监测晶体管210之类的薄膜晶体管来测量用于实现参考像素的OLED中的恒定电流水平所需的电压的变化。所需的电压一般随着OLED 204和驱动晶体管202老化而增大。所需的电压与输出电流具有幂次律关系，如以下公式所示。
I＝k*(V-e)a
在该公式中，电流I由与输入电压V减去系数e的结果相乘的常数k确定，其中系数e表示驱动晶体管202的电学特性。因此，电压与电流I具有变量a的幂次律关系。随着晶体管202老化，系数e增大，由此，需要更大的电压来产生相同的电流。因此，从参考像素测量的电流可以用于针对被施加到参考像素的应力条件在特定时间处确定特定参考像素的系数e的值。
如上所述，光学特性O表示由光传感器132测量的图2中的参考像素130的OLED 204的亮度与OLED 204中的电流之间的关系。所测量的电学特性e表示所施加的电压与由此产生的电流之间的关系。在将应力条件施加到参考像素时，可通过诸如图1中的光传感器132之类的光传感器来测量参考像素130在恒定电流水平下的亮度相对于基准光学特性的变化。可以从监测线测量电学特性相对于基准电学特性的变化，以确定电流输出。在显示器系统100的运行期间，将应力条件电流水平连续地施加到参考像素130。当期望测量时，移除该应力条件电流，并且激活选择线214。施加参考电压，并从光传感器132的输出获得由此产生的亮度水平，并且从监测线218测量输出电压。将由此获得的数据与先前的光学数据和电学数据进行比较，以针对特定应力条件确定由老化引起的电流输出和亮度输出的变化，并更新该应力条件下的参考像素的特性。使用经更新的特性数据来更新特性相关曲线。
然后，通过使用从参考像素测量的电学特性和光学特性，针对预定应力条件确定随时间的特性相关曲线(或函数)。针对在该应力条件下运行的给定像素，特性相关曲线提供了预期的电学老化和光学劣化之间的可量化关系。更特别地，特性相关曲线上的每个点确定了在对参考像素130进行测量的给定时间处该应力条件下的给定像素的OLED的光学特性和电学特性之间的相关性。然后，对于在与被施加到参考像素130的应力条件相同的应力条件下已经老化的有源像素104，控制器112可以使用该特性来确定适当的补偿电压。在另一个示例中，可以在测量参考像素的OLED的光学特性的同时周期性地从基础OLED器件测量基准光学特性。基础OLED器件不被加应力或者以已知和受控的速率被加应力。这将消除对参考OLED特性的任何环境影响。
由于本领域技术人员已知的制造工艺和其它因素，显示器系统100的每个参考像素130可能不具有均匀的特性，这导致不同的发光性能。在一种技术中，对通过在预定应力条件下由成组的参考像素获得的电学特性的值和亮度特性的值求平均。应力条件对平均像素的影响的更好表达是通过如下方式获得的：向成组的参考像素130加应力条件，并且应用轮询平均(polling averaging)技术以避免在向参考像素加应力条件期间可能出现的缺陷、测量噪声和其它问题。例如，可以通过平均化来去除错误值(例如，由于噪声或失效的参考像素而确定的错误值)。这种技术可以具有必须在那些值被包含在平均化中之前被满足的预定的亮度水平和电学特性。对于给定应力条件下的参考像素，还可以使用额外的统计回归技术向与其它测量值显著不同的电学和光学特性值提供较小权重。
在该示例中，将每个应力条件施加到不同组的参考像素。测量参考像素的光学特性和电学特性，并且采用轮询平均技术和/或统计回归技术来确定与每个应力条件对应的不同特性相关曲线。将不同的特性相关曲线存储在存储器118中。虽然该示例使用参考器件来确定相关曲线，但可以按照诸如根据历史数据或者由制造商预定的方式之类的其它方式来确定相关曲线。
在显示器系统100的运行期间，每组的参考像素130可以经受各自的应力条件，并且可通过控制器112来更新最初被存储在存储器118中的特性相关曲线以反映出从与有源像素104经受相同的外部条件的参考像素130获得的数据。因而，可以基于在显示器系统100的运行期间对参考像素130的电学特性和亮度特性的测量来调整每个有源像素104的特性相关曲线。因此，将每个应力条件下的电学特性和亮度特性存储在存储器118中并在显示器系统100的运行期间对其更新。数据的存储可以是分段线性模型。在该示例中，这种分段线性模型具有16个系数，这16个系数在测量参考像素130的电压和亮度特性时被更新。可替代地，可以通过使用线性回归或者通过将数据存储在存储器118中的查找表中来确定和更新曲线。
产生和存储每个可能应力条件下的特性相关曲线是不切实际的，这是因为将会需要大量的资源(例如，存储器存储、处理能力等)。所公开的显示器系统100通过如下操作克服了这种限制：确定和存储预定的应力条件下的特性相关曲线的离散数，并且随后通过使用线性或非线性算法来组合那些预定义的特性相关曲线以根据每个像素的特定的运行条件合成显示器系统100的每个像素104的补偿因子。如上所述，在该示例中，存在16个不同的预定应力条件的范围，并且因此在存储器118中存储有16个不同的特性相关曲线。
对于每个像素104，显示器系统100分析正被施加到该像素104的应力条件，并且通过使用算法并基于面板像素的预定义的特性相关曲线和所测量的电学老化来确定补偿因子。然后，显示器系统100基于补偿因子向像素提供电压。因此，控制器112确定特定像素104的应力，并且针对特定像素104的应力条件确定最接近的两个预定应力条件以及从在这些预定的应力条件下的参考像素130获得的伴随的特性数据。因此，有源像素104的应力条件落在低的预定应力条件与高的预定应力条件之间。
为了便于公开，通过两个这种预定义的特性相关曲线来描述以下用于对特性相关曲线进行组合的线性和非线性公式的示例；然而，应当理解，在用于组合特性相关曲线的示例性技术中可以利用任何其它数量的预定义特性相关曲线。这两个示例性特性相关曲线包括针对高应力条件确定的第一特性相关曲线和针对低应力条件确定的第二特性相关曲线。
对不同的水平使用不同特性相关曲线的能力能够向经受与被施加到参考像素130的预定应力条件不同的应力条件的有源像素104提供了精确的补偿。图3是示出了有源像素104的随时间的不同应力条件的曲线图，其示出了随时间发出的亮度水平。在第一时间段期间，有源像素的亮度由迹线302表示，迹线302示出了亮度在300与500尼特(cd/cm2)之间。因此，在迹线302期间被施加到有源像素的应力条件相对较高。在第二时间段中，有源像素的亮度由迹线304表示，迹线304示出了亮度在300与100尼特之间。因此，在迹线304期间的应力条件低于第一时间段的应力条件，并且在此期间的像素的老化效应不同于高应力条件下的老化效应。在第三时间段中，有源像素的亮度由迹线306表示，迹线306示出了亮度在100与0尼特之间。在该时段期间的应力条件低于第二时间段的应力条件。在第四时间段中，有源像素的亮度由迹线308表示，迹线308示出了向基于400与500尼特之间的较高亮度的较高应力条件的返回。
对于每个有源像素104的具体应力条件，有限数量的参考像素130以及对应的有限数量的应力条件可要求使用平均或连续(移动)平均。对于每个像素，具体应力条件可以被映射为来自多个参考像素130的特性相关曲线的线性组合。预定应力条件下的两个特性曲线的组合能够对出现在这些应力条件之间的所有应力条件进行精确的补偿。例如，高和低应力条件下的两个参考特性相关曲线能够为具有处于这两个参考曲线之间的应力条件的有源像素确定接近的特性相关曲线。控制器112使用加权移动平均算法(weighted movingaverage algorithm)来组合被存储在存储器118中的第一和第二参考特性相关曲线。有源像素在某个时间处的应力条件St(ti)可以被表示为：
St(ti)＝(St(ti-1)*kavg+L(ti))/(kavg+1)
在该公式中，St(ti-1)是在先前时间处的应力条件，kavg是移动平均常数。L(ti)是有源像素在该某个时间处的测量亮度，其可以通过如下公式确定：
Figure BDA0002631134870000131
在该公式中，Lpeak是显示器系统100的设计容许的最高亮度。变量g(ti)是在测量时的灰度，gpeak是使用的最高灰度值(例如，255)，且γ是伽马常数。使用预定的高和低应力条件的特性相关曲线的加权移动平均算法可以经由以下公式来确定补偿因子Kcomp：
Kcomp＝Khighfhigh(ΔI)+Klowflow(ΔI)
在该公式中，fhigh是与高预定应力条件的特性相关曲线相对应的第一函数，并且flow是与低预定应力条件的特性相关曲线相对应的第二函数。ΔI是在固定电压输入下OLED中的电流的变化，其示出了在特定时间处测量的由老化效应引起的变化(电学劣化)。应当理解，电流的变化可以被替换为固定电流下的电压的变化ΔV。Khigh是被分配给高应力条件的特性相关曲线的加权变量，并且Klow是被分配给低应力条件的特性相关曲线的权重。可以根据以下公式来确定加权变量Khigh和Klow：
Khigh＝St(ti)/Lhigh
Klow＝1-Khigh
这里，Lhigh是与高应力条件相关的亮度。
在运行期间的任何时间处的有源像素中的电压或者电流的变化表示电学特性，而作为高或低应力条件的函数的一部分的电流变化表示光学特性。在该示例中，将高应力条件下的亮度、峰值亮度和平均补偿因子(两个特性相关曲线之间的差的函数)Kavg存储在存储器118中，以用于确定每个有源像素的补偿因子。将附加变量存储在存储器118中，附加变量包括但不限于显示器系统100容许的最大亮度的灰度值(例如，灰度值255)。另外，可以根据将应力条件施加到参考像素期间获得的数据来凭经验地确定平均补偿因子Kavg。
因而，可以调整显示器系统100中的任何像素104的光学劣化和电学老化之间的关系，以避免与由不同的应力条件引起的特性相关曲线的差别(divergence)相关的误差。所存储的特性相关曲线的数量还可以被最小化到如下数量，该数量确保平均技术对于所要求的补偿水平来说是足够精确的。
补偿因子Kcomp可以用于通过调节有源像素的编程电压来补偿OLED光效率老化。另一个用于针对有源像素上的应力条件确定适当的补偿因子的技术可以被称为动态移动平均(dynamic moving averaging)。动态移动平均技术包括：在显示器系统100的寿命期间改变移动平均系数Kavg，以对不同的预定应力条件下的两个特性相关曲线之间的差别进行补偿，从而防止显示器输出的畸变。随着有源像素的OLED老化，不同应力条件下的两个特性相关曲线之间的差别增大。因此，在显示器系统100的寿命期间可以增大Kavg，以避免具有落在两个预定应力条件之间的应力条件的有源像素的两个曲线之间的急剧过渡。可以使用所测量的电流变化ΔI来调节Kavg值，以提高用于确定补偿因子的算法的性能。
在另一个用于提高补偿处理的性能的技术(被称为基于事件的移动平均)中，在每个老化阶段之后使系统复位。该技术进一步提高了对每个有源像素104的OLED的特性相关曲线的提取。在每个老化阶段之后(或者在用户开启或者关闭显示器系统100之后)复位显示器系统100。在该示例中，通过如下公式来确定补偿因子Kcomp：
Kcomp＝Kcomp_evt+Khigh(fhigh(ΔI)-fhigh(ΔIevt))+Klow(flow(ΔI)-flow(ΔIevt))
在该公式中，Kcomp_evt是在先前时间处计算的补偿因子，并且ΔIevt是在固定电压下在先前时间期间的OLED电流的变化。如同其它补偿确定技术一样，电流的变化可以被替换为固定电流下的OLED电压的变化。
图4是示出了基于不同技术的不同特性相关曲线的曲线图400。曲线图400比较了光学补偿百分比的变化和用于产生给定电流所需的有源像素的OLED的电压的变化。如曲线图400所示，在用于反映有源像素老化的电压的更大的变化处，高应力预定特性相关曲线402从低应力预定特性相关曲线404偏离。成组的点406表示通过移动平均(movingaveraging)技术并根据预定特性相关曲线402和404在不同的电压变化处确定的用于有源像素的电流补偿的校正曲线。随着用于反映老化的电压的变化增大，校正曲线406的过渡在低应力特性相关曲线404和高应力特性相关曲线402之间具有急剧过渡。成组的点408表示通过动态移动平均(dynamic moving averaging)技术确定的特性相关曲线。成组的点410表示通过基于事件的移动平均(event-based moving averaging)技术确定的补偿因子。基于OLED特性，可以使用上述技术中的一种技术来提高对OLED效率劣化的补偿。
如上所述，测量第一组样本像素的电学特性。例如，可以通过与每个像素连接的薄膜晶体管(TFT)来测量第一组样本像素中的每个像素的电学特性。可替代地，例如，可以通过为第一组的样本像素中的每个像素设置的光传感器来测量光学特性(例如，亮度)。可以根据一个以上的像素的电压的漂移来提取每个像素的亮度所要求的变化量。这可以通过用于确定被提供到像素的电压或者电流的漂移和/或该像素中的发光材料的亮度之间的相关性的一系列计算来实现。
可以通过诸如图1中的控制器112的处理器件或者其它此类器件之类的处理器件来执行上述用于提取特性相关曲线以补偿阵列中的像素的老化的方法，对于计算机、软件和网络领域的技术人员来说能够理解的是，可以据如本文中描述和示出的教导而经过编程的一个以上的通用计算机系统、微处理器、数字信号处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程逻辑器件(FPLD)、现场可编程门阵列(FPGA)等方便地实现上述处理器件。
另外，两个以上的计算系统或器件可以代替本文中描述的控制器中的任何一个。因此，如需要，还能够实现诸如冗余、复制等之类的分布式处理的原理和优点，以增加本文中描述的控制器的稳健性和性能。
可以通过机器可读指令来执行用于补偿老化方法的示例特性相关曲线的操作。在这些示例中，机器可读指令包括由如下装置执行的算法：(a)处理器、(b)控制器、和/或(c)一个以上的其它合适的处理器件。算法可以被实施为诸如闪存存储器、CD-ROM、软盘、硬盘驱动、数字视频(多用途)盘(DVD)之类的有形介质或者其它存储器件上存储的软件，但是本领域技术人员将容易理解，整个算法和/或其部分能够可替代地由除处理器以外的器件执行和/或以公知的方式被实施为固件或专用硬件(例如，它可以由专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程逻辑器件(FPLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、离散的逻辑等来实施)。例如，用于补偿老化方法的特性相关曲线的组成部分的任一者或全部能够由软件、硬件和/或固件来实施。此外，可以手动地实施所描绘的机器可读指令的一些或全部。
图5是用于确定和更新显示器系统(例如，图1中的显示器系统100)的特性相关曲线的过程的流程图。选择应力条件，以提供用于对有源像素的应力条件的范围进行关联的充分的基准(500)。然后，为每个应力条件选择一组参考像素(502)。然后，在每个应力条件处对与该应力条件相对应的每个组的参考像素加应力，并且存储基准的光学特性和电学特性(504)。以周期性间隔测量并记录每个组中的每个像素的亮度水平(506)。然后，通过对每个应力条件下的像素组中的每个像素的所测量的亮度求平均来确定亮度特性(508)。确定每组中的每个像素的电学特性(510)。确定组中的每个像素的平均值，以确定平均电学特性(512)。然后，使用每组的平均亮度特性和平均电学特性来更新对应的预定应力条件下的特性相关曲线(514)。一旦确定和更新相关曲线，控制器可以使用经更新的特性相关曲线来补偿经受不同应力条件的有源像素的老化效应。
参考图6，示出了使用如在图5中的过程中获得的用于显示器系统100的适当的预定特性相关曲线来确定给定时刻处的有源像素的补偿因子的过程的流程图。基于最高亮度和编程电压来确定有源像素发出的亮度(600)。基于先前的应力条件、所确定的亮度以及平均补偿因子测量特定有源像素的应力条件(602)。从存储器读取适当的预定应力特性相关曲线(604)。在该示例中，两个特性相关曲线对应于预定应力条件，其中，有源像素的所测量的应力条件落在这些预定应力条件之间。然后，控制器112通过使用从有源像素测量的电流或电压变化并根据每个预定应力条件来确定系数(606)。然后，控制器确定修改后的系数，以计算补偿电压并将其添加到有源像素的编程电压(608)。将所确定的应力条件存储在存储器中(610)。然后，控制器112存储新的补偿因子，然后可以在测量参考像素130之后的每个帧时段期间采用该新的补偿因子来修改有源像素的编程电压(612)。
能够基于OLED电学变化与效率劣化之间的关联性曲线(例如，图7中的关联性曲线)来计算OLED效率劣化。这里，检测OLED电学参数的变化，并使用这个值来从曲线提取效率劣化。接着，可相应地调节像素电流，以补偿劣化。主要挑战在于，关联性曲线是应力条件的函数。因此，为了实现更精确的补偿，一种需要就是考虑不同应力条件的影响。在一种方法中，使用每个像素(像素组)的应力条件在不同的关联性曲线之中进行选择，以针对每个具体情形提取适当的效率损失。现在，将描述多个用于确定应力条件的方法。
首先，可以创建每个像素(像素组)的应力历史。简单地，应力历史可以是应力条件的移动平均。为了提高计算精确度，可以使用加权的应力历史。这里，如在图8中描述的示例中，每个应力的影响可具有基于应力强度或周期的不同权重。例如，在OLED关联性曲线的选择方面，低强度应力的影响小。因此，可以使用在小强度下具有小权重的曲线，例如图8中的曲线。还可以使用子采样(sub-sampling)来计算应力历史，以降低存储器传递活动(memorytransfer activity)。在一种情况下，可以假定应力历史在时间上是低频的。在这种情况下，不需要对每帧的像素条件进行采样。可以基于内容帧速率(content frame rate)修改不同应用的采样速率。这里，在每个帧期间，仅选择少量的像素来获得更新的应力历史。
在另一种情况下，可以假定应力历史在空间上是低频的。在这种情况下，不需要对所有像素进行采样。这里，使用像素子集来计算应力历史，并接着可以使用插值技术来计算所有像素的应力历史。
在另一种情况下，可以组合时间上的低采样速率和空间上的低采样速率。
在一些情况下，可能不能包含应力历史所需的存储器和计算模块。这里，如图9A和9B所示，可以使用OLED电学参数的变化速率来提取应力条件。图9A示出在低、中和高应力条件下的ΔVOLED随时间的变化，且9B示出了相同应力条件下的变化速率与时间的相关性。
如图10所示，可以将电学参数的变化速率用作应力条件的指示器。例如，如图10所示，针对不同应力条件，可以对基于电学参数变化的电学参数变化速率进行建模，或者通过实验来提取。还可使用变化速率来基于所测量的变化与电学参数变化速率的比较提取应力条件。这里，使用为电学参数的变化和变化速率建立的函数。可替代地，可以使用应力条件、关联性曲线和所测量的变化参数。
图11是用于基于OLED电学参数的变化和变化速率的测量来补偿OLED效率劣化的过程的流程图。在这个过程中，在步骤1101中提取OLED参数(例如，OLED电压)的变化，并接着在步骤1102中基于先前提取的值来计算OLED参数的变化速率。接着，步骤1103使用参数的变化和变化速率来识别应力条件。最后，步骤1104根据应力条件、所测量的参数和关联性曲线来计算效率劣化。
如图12所描述，能够通过使用OLED电学变化(电流或电压)和效率劣化的关联性曲线来补偿OLED效率劣化。由于工艺差异的原因，关联性曲线可能变化。在一个实施例中，可在每个显示器中使用测试OLED，且在制造之后或显示操作期间提取每个显示器的曲线。在更小的显示器的情况下，能够将测试OLED器件安置在基板上并用于在制造之后提取曲线。
图13是用于在下线之后、显示操作期间或二者组合中从测试器件中提取关联性曲线的过程的流程图。在这种情况下，存储在工厂中提取的曲线，以用于老化补偿。在显示操作期间，能够使用基于显示器中的测试器件的测量结果的额外数据来更新曲线。然而，由于提取过程可占用时间，所以可以预先测量曲线组，并将这些曲线放置在程序库中。这里，测试器件以预定的老化水平(通常比普通情况高)老化，以在短的时间段内提取一些老化特性(和/或测量它们的电流-电压-亮度IVL)。此后，使用所提取的老化特性来从曲线库中寻找适当的具有类似或接近的老化特性的曲线。
在图13中，在第一步骤1301中将测试器件添加到基板上的显示区域内部或外部。接着，在步骤1302中测量测试器件以提取关联性曲线。在步骤1303中基于所测量的曲线来计算基板上的显示器的关联性曲线。在步骤1304中存储每个显示器的曲线，并接着在步骤1305中使用这些曲线来补偿显示器老化。可替代地，可在步骤1306中在显示操作期间测量测试器件。接着，在步骤1307中基于所测量的结果来更新关联性曲线。必要时在步骤1308中推算曲线，且在步骤1309中基于这些曲线补偿显示器。
下面是用于从库中寻找适当的曲线的过程的一些示例：
(1)选择具有最接近的老化特性(和/或IVL特性)的曲线.
(2)使用库中的具有与测试样本更接近的特性的样本并创建显示器的曲线。这里，可以使用加权平均，在加权平均中，基于它们的老化特性之间的误差来确定每个曲线的权重。
(3)如果库中的最接近的曲线组与测试器件之间的误差大于预定阈值，则能够使用测试器件来创建新的曲线并将它们加入到库中。
图14是用于解决基板之间或基板内的工艺差异的过程的流程图。在第一步骤1401中将测试器件添加到基板上的显示区域内部或外部，或者测试器件可以是显示器自身。接着在步骤1402中测量预定老化水平的测试器件，以提取老化特性和/或测量测试器件的IVL特性。在步骤1403中寻找关联性曲线库中的具有与测试器件最接近的老化或测试特性的样本组。接着，在步骤1404中确定IVL和/或老化特性之间的误差是否小于阈值。如果答案是肯定的，则在步骤1405中使用库中的曲线来计算基板中的显示器的关联性曲线。如果步骤1404中的答案是否定的，则在步骤1406中使用测试器件来提取新的关联性曲线。接着，在步骤1407中，使用这些曲线来计算基板中的显示器的关联性曲线，并在步骤1408中将这些新的曲线添加到库中。
虽然已经示出和描述了本发明的特定实施例、方面和应用，但是应当理解，本发明不限于在本申请中公开的精确的配置和布局，并且在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下各种修改、改变和变化可以根据上述说明而变得明显。
相关申请的交叉参考
本申请要求于2014年6月25日提交的美国专利申请14/314,514的优先权，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。

Claims (8)

1.一种用于确定多个基于阵列的半导体显示器件中的有机发光器件OLED的效率劣化并且补偿所述缺陷的方法，所述基于阵列的半导体显示器件具有像素的阵列，所述像素包括OLED，每个所述基于阵列的半导体显示器件还包括控制器和读取电路，所述方法的特征在于包括：
将关联性曲线的库存储在每个所述基于阵列的半导体显示器件的存储器中，所述关联性曲线针对多个应力条件将一个或多个参考OLED像素的电学运行参数中的变化与所述一个或多个参考OLED像素的所述效率劣化直接关联起来；
对于运行中的每个所述基于阵列的半导体显示器件，利用所述控制器：
a)控制所述读取电路以周期性地测量在所述基于阵列的半导体显示器件的所述像素的至少一个像素中的至少一个OLED的所述电学运行参数，确定所述电学运行参数从基准值的变化，并且将所述变化存储在所述存储器中；
b)基于所述变化的电流值和先前记录的所述变化的一个或多个值来计算所述电学运行参数的变化速率；
c)利用所计算的所述至少一个OLED的所述电学运行参数的所述变化速率来确定所述至少一个OLED的应力条件；
d)基于所确定的所述应力条件从所存储的所述库中选择至少一个关联性曲线；
e)基于所述至少一个关联性曲线来确定所述至少一个OLED的所述效率劣化；以及
f)修改所述像素中的所述至少一个像素的编程电压或电流以补偿所述效率劣化。
2.如权利要求1所述的方法，其中，存储在所述显示器件中的所述关联性曲线的库包括通过所述控制器利用所述显示器的所述读取电路和连接至一个或多个测试OLED的一个或多个光传感器来测量在相应的每个所述基于阵列的半导体显示器件中的所述一个或多个测试OLED而获得的关联性曲线。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个基于阵列的半导体显示器件的所述像素的阵列是从相同的基板中制造的，所述基板还包括一个或多个测试OLED器件，所述方法包括：
利用光学连接至所述一个或多个测试OLED器件的一个或多个光传感器和电学连接至所述一个或多个测试OLED器件的读取电路来获取针对一组不同应力条件的一组关联性曲线，每个所述关联性曲线在所述应力条件中的一个应力条件处将所述一个或多个测试OLED器件的所述电学运行参数的变化和所述一个或多个测试OLED器件的所述效率劣化直接关联起来；以及
将所述一组关联性曲线存储在每个所述基于阵列的半导体显示器的所述关联性曲线的库中。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述一个或多个光传感器被包括在所述一个或多个测试OLED器件内。
5.如权利要求3所述的方法，包括：针对运行中的所述基于阵列的半导体显示器件中的至少一个基于阵列的半导体显示器件，
i)测量包括在所述至少一个基于阵列的半导体显示器件中的测试OLED，
ii)从所述库中识别具有与被测量的所述测试OLED最接近的老化特性的关联性曲线，
iii)将所识别的所述关联性曲线的老化特性和所测量的所述测试OLED的老化特性之间的差异与预定阈值进行比较，以及
iv)在所述差异超过所述阈值时，使用所述测试OLED获得新的关联性曲线，并且更新存储在所述显示器中的所述关联性曲线的库。
6.如权利要求5所述的方法，包括：如果所述差值小于所述阈值，则使用所识别的所述关联性曲线来补偿包括所测量的所述测试OLED的所述显示器的所述效率劣化。
7.如权利要求1所述的方法，其中，在至少一个所述显示器件中的所述控制器将所述变化速率和在步骤a)和b)中确定的所述变化与所存储的值进行比较以确定所述应力条件。
8.如权利要求1所述的方法，其还包括：针对运行中的所述基于阵列的半导体显示器件中的至少一个基于阵列的半导体显示器件，测量包括在所述至少一个基于阵列的半导体显示器件中的测试OLED、生成与所述基于阵列的半导体显示器件中的所述测试OLED的所述测量相对应的关联性曲线，并且用从所述测试OLED的所述测量中生成的所述关联性曲线来更新所述至少一个基于阵列的半导体显示器件中的所述关联性曲线的库。
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