DE102008024126A1 - Verfahren und Treiber zum Ansteuern einer Passivmatrix-OLED-Anzeige - Google Patents

Verfahren und Treiber zum Ansteuern einer Passivmatrix-OLED-Anzeige Download PDF

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Passivmatrix-OLED-Anzeige (1) mit in Matrixform angeordneten OLEDs (2) beschrieben, wobei die Spalten zur Ansteuerung einer OLED (2) mit einer Stromquelle (3) verbunden und die Zeilen wiederholend nacheinander für die Dauer der Zeilenadressierzeit (tROW) geschaltet werden. Die Helligker adressierten Zeile liegenden Pixels wird durch die innerhalb der Zeilenadressierzeit (tROW) liegenden Anschaltzeit (tINJ) und die Amplitude des Spaltenstroms (IINJ) beeinflusst. Um eine energieeffiziente Ansteuerung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Helligkeit (L) des Pixels abhängig von einer während der Anschaltzeit (tINJ) des Spaltenstroms (IINJ) umgesetzten Ladungsmende (QLUM_INJ) und von einer während einer Nachleuchtzeit (tZ) aus der Kapazität (CP) der OLEDs (2) gespeisten Ladungsmenge (QLum_Z) gesteuert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Passivmatrix-OLED-Anzeige mit in Matrixform angeordneten OLEDs, wobei die Spalten einzeln oder gegebenenfalls auch mehrere oder alle Spalten gleichzeitig zur Ansteuerung einer OLED mit einer Stromquelle verbunden beziehungsweise mit Spannung beaufschlagt und die Zeilen wiederholend nacheinander für die Dauer der Zeilenadressierzeit geschaltet beziehungsweise adressiert werden, so dass die OLEDs an den Schnittpunkten der Spalten mit den geschalteten Zeilen bestromt werden und leuchten. Durch Adressierung der Zeilen werden bei in den Spalten anliegender Spannung zur Bestromung der in dieser Spalte angeordneten OLED die Zeilen also nacheinander gescannt. Dabei wird die sich aus der an der OLED umgesetzten Ladung ergebende Helligkeit eines im Schnittpunkt einer Spalte mit einer adressierten Zeile liegenden Pixels durch die innerhalb der Zeilenadressierzeit liegende Anschaltzeit und die Amplitude des Spaltenstroms beeinflusst. Durch den Spaltenstrom werden insbesondere auch die Kapazitäten aller OLEDs der Spalte geladen, unabhängig davon, ob die OLEDs gerade angesteuert werden.
  • Das gesamte Display kann aus einer oder mehreren, nebeneinander parallel betriebenen Anzeigen aufgebaut sein, die sich beispielsweise räumlich ergänzen. In der Notation der Anmeldung werden als Spalten die mit Strom beaufschlagten Reihen und als Zeilen die nacheinander geschalteten beziehungsweise adressierten Reihen angesehen, unabhängig von einer möglichen horizontalen und vertikalen Ausrichtung von Spalten und/oder Zeilen. Die Begriffe Spalten und Zeilen sind also durch die vorstehende Funktion definiert. In einer typischen Anwendung bilden die Spalten die Anode und die Zeilen die Kathode der Passivmatrix-OLED-Anzeige.
  • Die intrinsischen Kapazitäten einer OLED sind in einer Passivmatrix-Anzeige miteinander gekoppelt. Bei dem Ein- und Ausschalten der OLED (organische licht emittierende Dioden; organic light emitting diode) wird die Kapazität jeweils mit auf- bzw. entladen. Daher produzieren diese Kapazitäten in einer Passivmatrix-Anzeige entsprechend den verwendeten Treiberschemata für ihre Ansteuerung eine vergleichsweise hohe Verlustleistung. Die Verlustleistung steigt quadratisch mit der Anzahl der Zeilen. Dieses Problem führt dazu, dass Passivmatrix-OLED-Anzeigen in hochwertigen Anwendungen nur zögerlich eingesetzt werden, da diese Anwendungen die vergleichsweise große Verlustleistung nicht tolerieren.
  • Da die Kapazitäten der OLEDs miteinander gekoppelt sind, kann es durch die kapazitive Kopplung auch zu einem ungewollten Aufleuchten passiver, d. h. nicht angesteuerter Pixel kommen, sofern dies nicht durch ein geeignetes Treiberschema vermieden wird. Dieser Fall der ungewollten Ansteuerung wird auch als Übersprechung oder ”Crosstalk” bezeichnet.
  • Um den ungewünschten Crosstalk zu vermeiden, werden in einem herkömmlichen Treiberschema alle Zeilenanschlüsse mit einem festen Potential verbunden, im aktiven bzw. adressierten Fall eines Pixels mit der Masse und im passiven bzw. nicht-adressierten Fall mit einer höheren Spannung. Die Spalten werden bei jeder Ansteuerung meist zuerst mit einer positiven Spannung vorgeladen (Precharge). Anschließend werden die Spaltenanschlüsse je nach Helligkeit der Pixel auf der adressierten Zeile bestromt. Nachdem die vorgesehene Helligkeit erreicht ist, werden die Spaltenanschlüsse mit einer geringen Spannung beaufschlagt (meist mit der Masse verbunden), so dass die Kapazitäten entladen werden und die OLEDs der jeweiligen Pixel nicht zu einem Crosstalk beitragen. Eine derartige Passivmatrix-OLED-Anzeige ist in der US 6,351,255 B1 beschrieben.
  • Da bei jeder Adressierung die Kapazitäten aller OLEDs aufgeladen und nach der Ansteuerung der Zeile wieder entladen werden, wird ein Großteil der zur Ansteuerung aufgewandten Energie vergeudet und der Wirkungsgrad der Anzeige sinkt. Zudem erwärmt diese Verlustleistung den Treiberchip und die Anzeige, wobei die gesamte Verlustleistung unter Umständen so hoch wird, dass sie nicht mehr abgeführt werden kann und sich die Anzeige selbst erwärmt. Dadurch sinkt auch die Lebensdauer der Anzeige, die stark mit steigender Temperatur abnimmt. Dieses Problem erhöht sich mit der Anzahl der adressierten Zeilen in der Anzeige, da die Anzahl der Adressierungen in einer Frame-Periode, in welcher alle Pixel der Anzeige einmal angesteuert werden, proportional zu der Zeilenanzahl ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine energieeffizientere Möglichkeit zum Ansteuern einer Passivmatrix-OLED-Anzeige sowie einer entsprechende Anzeige selbst vorzusehen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Helligkeit des Pixels abhängig von einer während der Anschaltzeit des Spaltenstroms erzeugten Ladungsmenge und von einer während einer Nachleuchtzeit aus der Kapazität der OLED gespeisten Ladungsmenge gesteuert wird. Damit wird der Effekt genutzt, dass die aufgeladenen Kapazitäten der OLEDs einer Spalte ihre Energie durch die OLED Licht emittierend abbauen und somit in Nutzenergie umwandeln. Während der Nachleuchtzeit ist keine Stromeinprägung in die Spalte vorgesehen. Die zuvor in die Aufladung der Kapazitäten gesteckte Energie wird also zurückgewonnen, da die Entladung der Kapazitäten der OLED größtenteils in Licht umgesetzt wird.
  • Dies kann einfacherweise dadurch erreicht werden, dass die Spalte während der Nachleuchtzeit potentialfrei geschaltet wird, d. h. beispielsweise ein Spalten schalter in einem offenen Zustand bleibt. In diesem Zustand kann die in den Kapazitäten gespeicherte Ladung nicht als Verlustleistung durch einen Stromfluss im Treiberchip abgebaut werden.
  • Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, wenn die Helligkeit eines Pixels durch Einstellen der an der OLED in Lichtladung umgesetzten Ladungsmenge erfolgt. Dies kann vorzugsweise durch Einstellen der Dauer der Anschaltzeit und der Nachleuchtzeit erfolgen. Grundsätzlich könnte eine Berechnung der Anschaltzeit und der Nachleuchtzeit in einem Treiber stattfinden, in dem das Verfahren zur Ansteuerung der Passivmatrix-OLED-Anzeige implementiert ist. Aufgrund der Komplexität und Nichtlinearität der erreichten Helligkeit in Abhängigkeit von der Ladungsmenge und der hohen Ansteuergeschwindigkeit bei der Umsetzung bewegter Bilder kann die Dauer der Anschaltzeiten in Abhängigkeit von der gewünschten Helligkeit jedoch einfacher in Lookup-Tabellen gespeichert und durch eine geeignete Interpolation bestimmt werden. Besonders vorteilhaft ist es, für fertigungsbedingte Toleranzen gegebenenfalls Parameter für die in den Lookup-Tabellen gespeicherten Daten vorzusehen.
  • Konkret können in der Lookup-Tabelle Werte für die während der Anschaltzeit des Spaltenstrom erzeugte und in Lichtladung umgesetzte Ladungsmenge und für die während der Nachleuchtzeit in Lichtladung umgesetzte Ladungsmenge und deren Summe für verschiedene Anschaltzeiten und Nachleuchtzeiten hinterlegt sein. Unter Verwendung dieser Werte können dann die Anschaltzeit und die Nachleuchtzeit gewonnen werden.
  • Auch ist es möglich, die Zeilenadressierzeit erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Helligkeit aufeinanderfolgend angesteuerter Zeilen zu variieren. Dazu kann vorzugsweise eine Adressierzeitverlängerung vorgesehen werden, wenn auf ein sehr hell angesteuertes Pixel das nachfolgend angesteuerte Pixel nur eine geringe Helligkeit aufweist. In diesem Fall kann die verlängerte Zeilenad ressierzeit zur Entladung des hellen Pixels verwendet werden. Allerdings muss die Adressierzeitverlängerung im Rahmen der Frame-Zeit, in welcher jedes Pixel der Anzeige einmal angesteuert ist, wieder eingespart werden, da die Gesamtansteuerzeit für die Anzeige in der Regel nicht verlängert werden soll.
  • Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, die Reihenfolge der adressierten Zeilen zu variieren. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, dass die Unterschiede in der Helligkeit der Pixel der nacheinander angesteuerten Zeilen minimiert werden, um eine Variation der Zeilenadressierzeiten oder eine nachfolgend erläuterte zwangsweise Entladung zu vermeiden.
  • Eine externe Entladung der Kapazitäten kann notwendig werden, wenn die in den Kapazitäten der einzelnen OLEDs gespeicherte Energie größer ist als die während der nächsten Zeilenadressierung benötigte Energie. In diesem Fall kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, dass eine während der Zeilenadressierzeit überschüssige Ladungsmenge vorzugsweise auf eine Schwellenspannung entladen wird, welche einer an der OLED anliegenden Spannung entspricht, bei der durch die OLED kein Licht emittiert wird. Diese Schwellenspannung kann display- und betriebsspezifisch gewählt werden, wobei zur Vermeidung der Zwangsentladung wie vorbeschrieben auch die Reihenfolge der adressierten Zeilen variiert werden kann. Die Entladung der überschüssigen Ladung bei auf das Niveau der Schwellenspannung trägt bei Verfahren und Displays bzw. zur Ansteuerung der Displays eingerichteten Treibern auch unabhängig von dem Vorsehen der vorbeschrieben Nachleuchtzeit zu einer geringeren Verlustleistung und damit den beschriebenen Vorteilen bei. Ferner ergibt sich unmittelbar nach der Adressierung eine kürzere Aufladezeit der Kapazitäten, so dass während der Ansteuerzeit mehr Zeit für das Leuchten der einzelnen OLED übrig bleibt. Daher stellt dieses Merkmal auch einen eigenständigen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar, losgelöst von der Verwertung der kapazitiv gespeicherten Ladung während der Nachleuchtzeit.
  • Erfindungsgemäß kann die Schwellenspannung, welche der Spannung entspricht, mit der eine Kapazität der OLED vorgeladen ist, ohne dass die OLED Licht emittiert, während des laufenden Ansteuerbetriebs der Passivmatrix-OLED-Anzeige bestimmt werden, beispielsweise durch Aufbringen eines definierten Stromimpulses und einer langen Wartezeit, bis die Spannung auf die Schwellenspannung abgesunken ist. Diese Schwellenspannung kann dann beispielsweise an einem Mikroprozessor erfasst und mittels eines in den Mikroprozessor integrierten Analog-Digital-Wandlers digitalisiert werden.
  • Um die Akkumulierung von Fehlern bei der erfindungsgemäß für die Vorgabe der Helligkeit eines Pixels herangezogenen Ladungsmenge, die an der OLED umgesetzt wird, zu verhindern, können die Ladungszustände der Kapazitäten der OLEDs nach einer vorgegebenen Periode, die zeitlich fix definiert oder an das Eintreten bestimmter Bedingungen geknüpft sein kann, beispielsweise auf die Schwellenspannung zurückgesetzt werden. Alternativ ist natürlich auch eine vollständige Entladung der Kapazitäten der OLEDs möglich. Durch diese Entladung auf einen definierten Zustand kann die Treibersteuerung wieder mit den tatsächlichen Ladungszuständen in der Anzeige in Übereinstimmung gebracht werden.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform können die Kapazitäten der OLEDs nach jeder Adressierung einer Zeile nicht vollständig, aber bis auf die Schwellenspannung entladen werden. Hierdurch kann erreicht werden, dass weniger Parameter für die Lookup-Tabellen vorgesehen werden müssen und vor jeder Adressierung ein definierter Ladungszustand in der Anzeige herrscht. Die Verlustleistung wird trotzdem signifikant reduziert, da keine vollständige Entladung der Kapazitäten der einzelnen OLEDs erfolgt.
  • Um eine genauere Bestimmung der zur Verfügung stehenden Ladung zu ermöglichen, kann in einer Spalte vorzugsweise vor, während oder nach jeder Ansteuerung die Spaltenspannung gemessen und bei einer Ladungsbilanz der in Lichtladung umgesetzten und/oder der gespeicherten Ladungsmenge berücksichtigt werden. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn die Spaltenspannung nicht vor jeder Ansteuerung auf eine bestimmte Spannung gesetzt und ggf. überschüssige Ladung vorher entladen wird. Allerdings bietet sich auch in dem letzten Fall eine Messung der Spaltenspannung zu Kontrollzwecken an.
  • Um eine insgesamt schnellere Ansteuerung der einzelnen Pixel in der Anzeige zu erreichen, kann zu Beginn der Zeilenadressierzeit für die Dauer einer Vorladezeit eine Vorladung mit vorzugsweise erhöhtem Ladestrom erfolgen. Dieses Precharge dient der Versorgung der parasitären Kapazitäten bis zur Erreichung einer höheren OLED-Spannung, ab der die OLED nennenswert Licht erzeugt.
  • Für eine effektive Ansteuerung der Anzeige kann es sinnvoll sein, insbesondere mehrere Zeilen, ggf. aber auch mehrere Spalten gleichzeitig anzusteuern.
  • Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Treiber zum Ansteuern einer Passivmatrix-OLED-Anzeige mit in Matrixform angeordneten OLEDs, wobei die Spalten einzeln oder gegebenenfalls auch mehrere oder alle Spalten gleichzeitig zur Ansteuerung der OLEDs einen Schalter zum Verbinden mit einer Stromquelle beziehungsweise zum Beaufschlagen einer Spannung sowie vorzugsweise zum Verbinden mit einer Referenzspannung und die Zeilen einen Schalter zur Verbindung mit Masse und einem Referenzpotential für ein wiederholend nacheinander für die Dauer der Zeilenadressierzeit erfolgendes Adressieren aufweisen. Die Treiber sind dazu eingerichtet, die Helligkeit eines im Schnittpunkt einer Spalte mit einer adressierten Zeile liegenden Pixels durch die innerhalb der Zeilenadressierzeit liegenden Anschaltzeit und die Amplitude des Spaltenstroms zu beeinflussen. Erfindungsgemäß ist der Treiber ferner dazu einge richtet, die Helligkeit des Pixels abhängig von einer während der Anschaltzeit des Spaltenstroms erzeugten Ladungsmenge und von einer während einer Nachleuchtzeit aus der Kapazität der OLEDs gespeisten Ladungsmenge zu steuern. Ferner kann der Treiber auch zur Durchführung des zuvor und nachfolgend beschriebenen Verfahrens oder einzelner Verfahrensschritte hiervor eingerichtet sein.
  • Schließlich bezieht sich die Erfindung auch auf eine Passivmatrix-OLED-Anzeige mit in Matrixform angeordneten OLEDs, wobei die Spalten der Matrix zur Ansteuerung der OLED einen Schalter zum Verbinden mit einer Stromquelle sowie vorzugsweise zum Verbinden mit einer Referenzspannung und die Zeilen der Matrix einen Schalter zur Verbindung mit Masse und einem Referenzpotential für ein wiederholend nacheinander für die Dauer der Zeilenadressierzeit erfolgendes Adressieren aufweisen. Ferner ist in der Anzeige ein Treiber vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, die Helligkeit eines im Schnittpunkt einer Spalte mit einer adressierten Zeile liegenden Pixels durch die innerhalb der Zeilenadressierzeit liegende Anschaltzeit und die Amplitude des Spaltenstroms zu beeinflussen, wobei die Helligkeit des Pixels abhängig von einer während der Anschaltzeit des Spaltenstroms erzeugten Ladungsmenge und von während der Nachleuchtzeit aus der Kapazität der OLEDs gespeisten Ladungsmenge eingestellt wird. Diese erfindungsgemäße Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens beziehungsweise des vorgeschlagenen Treibers für eine Passivmatrix-OLED-Anzeige führt zu einer deutlich verringerten Verlustleistung der Anzeige und damit zu einer geringeren Wärme und erhöhten Lebensdauer der Anzeige.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Ge genstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Ersatzschaltplan für eine Passivmatrix-OLED-Anzeige mit Ansteueranschlüssen;
  • 2 ein Ersatzschaltbild einer OLED;
  • 3 eine Spalte der Anzeige während der Anschaltzeit;
  • 4 eine Spalte der Anzeige während der Nachleuchtzeit;
  • 5 das Zeitverhalten von Spaltenstrom und Spaltenspannung einer OLED während der Zeilenadressierzeit;
  • 6 eine Spalte der Anzeige bei Abschluss der Zeilenadressierzeit;
  • 7 eine Spalte der Anzeige beim Adressieren der nachfolgenden Zeile;
  • 8 das Endladen der Kapazitäten der OLEDs nach der Zeilenadressierzeit;
  • 9 das Zeitverhalten der Spaltenspannung und des Spaltenstroms bei der Entladung;
  • 10 das Zeitverhalten von Spaltenstrom und Spaltenspannung einer OLED während der Zeilenadressierzeit;
  • 11 ein Verfahren zur Bestimmung der Schwellenspannung;
  • 12 den Vergleich der Spaltenspannung und des OLED-Stromes für verschiedene Treiberschemata;
  • 13 einen Vergleich der Luminanz in Abhängigkeit von der Pulsweite für die Treiberschemata gemäß 12;
  • 14 die Spaltenspannung und den OLED-Strom im Zusammenhang mit einer Vorladung.
  • 1 stellt schematisch eine Passivmatrix-OLED-Anzeige 1 mit m Spalten C1 bis Cm und n Zeilen R1 bis Rn dar. Das gesamte Display kann mehrere der in 1 dargestellten Anzeigen 1 aufweisen, die parallel betrieben werden. Alternativ kann das Display natürlich auch aus einer einzigen Anzeige 1 bestehen.
  • An den Schnittpunkten der Spalten C und der Zeilen R befinden sich jeweils OLEDs 2, die durch eine als Konstantstromquelle ausgebildete Stromgquelle 3 der Spalte mit Strom beaufschlagt werden können. Dazu wird ein zugehöriger Spaltenschalter 4 geschlossen. Die jeweils adressierte Zeile (in dargestelltem Beispiel Ri) wird mit Masse verbunden. Die nicht angesteuerten Zeilen werden dagegen über einen Zeilenschalter 5 auf ein gemeinsames Potential VCOM gelegt. Um die Verlustleistung der OLED-Leckströme zu minimieren, kann diesen Potential erfindungsgemäß der Flussspannung der OLEDs entsprechen.
  • 2 stellt nun ein einfaches Modell für ein OLED-Pixel dar. Der durch Pfeile dargestellte Injektionsstrom IINJ teilt sich auf in zwei Strompfade, nämlich einen Kapazitätsstrom ICAP in eine Parallelkapazität CP der OLED (nachfolgend auch einfach Kapazität genannt), in der Ladung gespeichert wird, und einen der ei gentlichen OLED-Diode zugeführten Diodenstrom IOLED , der in der Diode einen dem Diodenstrom proportionalen Photonenstrom, d. h. Licht, erzeugt.
  • In erster Näherung ist das erzeugte Licht Lum(t) proportional zu dem Diodenstrom IOLED. Die Integration des Photonenstroms dieses Pixel in Photonen entspricht in etwa der in der OLED umgesetzten Ladung QLUM. Das vom Auge wahrgenommenen Licht ist deswegen bei einer genügend hohen Framerate proportional zu QLUM. ∫Lum(t)·dt ∝ ∫IOLED(t)·dt = QLum
  • Da es kein negatives Licht gibt, ist die Photonenladung bzw. das Licht Lum(t) immer positiv. Die Photonenladung Lum(t) wird als Null betrachtet, wenn sie in einer gewissen Periode (Frame-Periode) klein ist gegenüber der Photonenladung eines hell erleuchteten Pixels, so dass dieses Pixel mit der geringen Photonenladung in einer Anzeige nicht wahrgenommen wird. Die elektrische Spannung an der Kapazität wird in diesem Fall als Schwellenspannung VTH der OLED bezeichnet, wobei der Diodenstrom IOLED ab dieser Schwellenspannung mit der Spannung an der Kapazität korreliert.
  • Die Ansteuerung, die in der Regel von einem Treiberchip vorgenommen wird, kann nur den gesamten Strom, d. h. den Injektionsstrom IINJ, einprägen. Dieser ist die Summe des Kapazitätsstroms ICAP und des Diodenstroms IOLED. Die eingeprägte Ladung ist folglich die Summe der kapazitiv gespeicherten Ladung und der Photonenladung: IINJ = ICAP + IOLED
  • Der Injektionsstrom IINJ und der Kapazitätsstrom ICAP können im Gegensatz zu dem immer positiven Diodenstrom IOLED sowohl positiv als auch negativ sein. Ein negativer Injektionsstrom IINJ bedeutet, dass das Potential der Spalte im Display (Anode) abgesenkt wird. Ein negativer Kapazitätsstrom ICAP bedeutet, dass die zuvor aufgeladene Kapazität der Diode entladen wird. So kann auch bei abgeschalteten Injektionsstrom IINJ immer noch ein Diodenstrom IOLED fließen, da die Kapazität der Dioden entladen wird.
  • Diesen Effekt macht sich die Erfindung zu Nutze, welche die gewünschte Helligkeit L des Pixels, die proportional zu der Photonenladung Lum(t) in einer Frame-Periode ist, einstellt und dabei die kapazitiv gespeicherte Ladung beziehungsweise Energie in Licht umwandelt.
  • Unter Zugrundelegung des zuvor beschriebenen Ersatzschaltbildes einer OLED bedeutet die in 1 dargestellte Schaltung, dass jede Spalte C von anderen Spalten C kapazitiv entkoppelt wird. Zugleich sind alle Kapazitäten CP der Dioden 2 in dieser einen Spalte C effektiv kurzgeschlossen. In Folge der kapazitiven Entkopplung der verschiedenen Spalten wird in weiteren Figuren jeweils nur eine angesteuerte Spalte stellvertretend für alle Spalten dargestellt.
  • Bei einem geschlossenen Spaltenschalter 4 fließt, wie in 3 dargestellt, ein Injektionsstrom IINJ in diese Spalte C ein. Im statischen Zustand fließt der Strom durch die adressierten OLEDs 2, da die nicht adressierten OLEDs 2 aufgrund des hohen gemeinsamen Potentials Vcom eine viel kleinere Spannung aufweisen und entsprechend der Charakteristik der OLEDs 2 nicht bzw. nicht nennenswert leiten und somit kein Licht produzieren. Die an diesen nicht adressierten OLEDs anliegende Spannung ist also kleiner als eine Schwellenspannung VTH, welche die Grenze zu einem Leuchten der OLED 2 definiert.
  • Bei nicht stationären, transienten Vorgängen spielen die Kapazitäten CP der OLEDs jedoch eine große Rolle. Um eine OLED in den leitenden und damit leuchtenden Zustand zu bringen, muss die Spannung an der OLED erhöht werden. Das bedeutet die Aufladung aller Kapazitäten CP in der Spalte einschließlich aller nicht adressierten OLEDs. Die Ströme fließen dabei wie in 3 durch Pfeile in den Strompfaden dargestellt. Die Aufladung der Kapazitäten CP verschlingt gerade bei größeren Anzeigen 1 mit hoher Zeilenanzahl eine erhebliche Ladung beziehungsweise Energie, ohne unmittelbar die gewünschte Nutzleistung (Licht) zu erbringen. So wird gerade für einen kurzen Lichtpuls ein erheblicher Teil der Zeit und der eingeprägten Ladung für die Aufladung der Kapazitäten der in der Spalte angeordneten Dioden (OLED 2) verbraucht. Da der Strom auch in die Spannungsquelle Vcom hineinfließt wird die Ladung auch dort gespeichert, zum Beispiel von der Ausgangskapazität der Spannungsquelle.
  • Diese in den Kapazitäten CP der OLEDs 2 und der Spannungsquelle Vcom hinein geflossene Ladung beziehungsweise Energie ist gespeichert. Sobald kein Strom mehr in die Spalte C eingeprägt wird, wird bei üblichen Treiberverfahren der Spaltenanschluss mit einem festen Potential (meistens Masse) verbunden. Die Kapazitäten werden dadurch entladen und die gespeicherte Energie in Schaltern des Treiberchips vernichtet, wodurch Wärme erzeugt wird. Diesen Vorgang nennt man auch ”Discharge”.
  • Nach der Adressierung haben alle Zeilen- und Spalten an den Schaltern 4, 5 ein definiertes Potential, d. h. alle Kapazitäten CP sind mit einer fest definierten Spannung beaufschlagt. Diese Spannung muss unterhalb der Schwellenspannung VTH liegen, damit keine der Dioden 2 leitet und Licht produziert. Bei der Adressierung der nächsten Zeilen müssen die Kapazitäten CP edoch wieder aufgeladen werden.
  • Dieser zuvor geschilderte Ablauf des Discharge soll bei der vorliegenden Erfindung weitestgehend vermieden werden. Dazu wird die in den Kapazitäten CP der Dioden 2 gespeicherte Ladung so verwendet, dass sie nicht durch Schalter in dem Treiberchip, sondern durch die OLED 2 entladen wird, wie in 4 dargestellt. Während der Zeilenadressierzeit tROW wird der Spaltenschalter 4 nach einer Anschaltzeit tINJ geöffnet so dass der Spaltenanschluss offen steht beziehungsweise ”floatet”. Die Einschaltdauer des Spaltenschalters 4 wird nun nicht nur von der gewünschten Helligkeit und der Amplitude des Injektionsstroms IINJ bestimmt, wie im Stand der Technik, sondern auch von dem Ladezustand der Kapazität CP in der OLED 2 vor der Adressierung. Ferner hängt er von der Dauer ab, welche das durch die OLED 2 angesteuerte Pixel von der Kapazität CP der Dioden 2 gespeist wird und damit nachleuchtet. Diese Zeit wird als Nachleuchtzeit tZ bezeichnet.
  • Wie bereits erläutert, wird die Lichtladung QLUM durch die nachfolgende Gleichung bestimmt:
    Figure 00140001
    wobei trow die Zeilenadressierzeit ist. Die zum Erreichen dieser Lichtladung QLUM (beziehungsweise der gewünschten Pixelhelligkeit) einzuprägende Ladung QINJ ergibt sich aus QINJ = ΔQCAP + QLUM = QCAP_i+1 – QCAP_i + QLUM,wobei ΔQCAP die Differenz der kapazitiv gespeicherten Ladung der Zeile i + 1 und der Zeile i ist. Die kapazitive Ladung ist definiert durch QCAP = n·CP·VCOL .
  • Diese einzuprägende Ladung QINJ wird durch den Injektionsstrom IINJ während der Anschaltzeit tINJ zur Verfügung gestellt. QINJ = IINJ·tINJ
  • Die Ladung QINJ wird durch die Treiberschaltung eingeprägt, wozu üblicherweise eine Pulsweitmodulation Verwendung findet.
  • Die kapazitiv gespeicherte Ladung zu Beginn und zu Ende einer Zeilenandressierung muss nicht gleich sein. Beispielsweise können mehr Photonen abgegeben werden als Ladungen, die eingeprägt sind, wenn die am Ende der Adressierung kapazitiv gespeicherte Ladungen QCAP geringer ausfällt als zu Beginn der Adressierung. ΔQCAP = QCAP_i+1 – QCAP_i
  • In erster Näherung ist die kapazitiv gespeicherte Ladung proportional zu der Spaltenspannung und der Anzahl der Dioden mit ihren Einzelkapazitäten CP.
  • Die Höhe des aktuellen Diodenstroms IOLED korelliert also mit der Spaltenspannung VCOL und der kapazitiv gespeicherten Ladung QCAP , an deren Stelle auch die Spannung an den Kapazitäten als Zustandsvariable für die Berechnung verwendet werden könnte.
  • Bei einem pulsweitenmodulierten Betrieb wird die Konstantstromquelle 3 mit konstanter Stromamplitude verwendet, wobei die Dauer der Strompulse je nach gewünschter Helligkeit variabel ist. Die gewünschte Helligkeit wird im Stand der Technik dann so gesteuert, dass die Einschaltdauer des Spaltenschalters 4 der gewünschten Helligkeit entspricht. Da die Helligkeiten auf einer Zeile unterschiedlich sein kann und selten dem Maximalwert entspricht, gibt es für die meisten Pixel auf einer adressierten Zeile eine Phase, in denen kein Strom eingeprägt wird.
  • In 5 wird der zeitliche Verlauf des eingeprägten Stroms beziehungsweise Injektionsstroms IINJ, der Spaltenspannung VCOL und des für das Leuchten der Diode 2 verwendeten Diodenstroms IOLED dargestellt, welcher dem Licht proportional ist. Die gesamte Zeilenadressierzeit tROW wird in eine Anschaltzeit tINJ und eine Nachleuchtzeit tZ eingeteilt.
  • In der ersten Phase tINJ wird Strom beziehungsweise Ladung auf der Spaltenseite durch den Treiber eingeprägt. Alle Kapazitäten CP dieser Spalte werden zunächst geladen. Der eingeprägte Strom IINJ fließt also sowohl in die Kapazitäten CP der Dioden als auch in die Diode selbst, um eine Leuchtwirkung zu erzielen. Mit der Zeit steigt die Spaltenspannung VCOL an der Diode zusammen mit dem Diodenstrom IOLED an. Die Spaltenspannung VCOL wird im Laufe der Zeit annähernd konstant und der eingeprägte Strom IINJ entspricht nach Aufladung der Kapazitäten im Wesentlichen dem reinen Diodenstrom IOLED , sobald die Kapazitäten CP ihre maximale stationäre Spannung erreichen.
  • In der zweiten Phase tZ wird die Stromquelle 3 durch Öffnen des Spaltenschalters 4 abgeschaltet, so dass der Spaltenanschluss in einem offenen Zustand verbleibt. Dies bewirkt, dass die in der ersten Phase tINJ aufgeladenen Kapazitäten CP der Dioden 2 in der geschalteten Spalte nun über den Diodenstrom IOLED wieder entladen werden. Die Spaltenspannung VCOL sinkt ebenso wie der Diodenstrom IOLED. Obwohl kein externer Strom eingeprägt wird, wird in dieser Phase also gleichwohl Licht generiert. Die Ladung, die nun auch aus der gemeinsamen Spannungsquelle VCOM fließt, wurde wie bereits beschrieben in der ers ten Phase zugeführt. So kann die in der ersten Phase hinein geflossene Ladung, die nicht unmittelbar in Licht umgewandelt wurde, jedoch gespeichert bleibt, in der zweiten Phase in Licht umgewandelt werden, um so die Nutzleistung zu erhöhen.
  • Wenn die Helligkeit des aktuell angesteuerten Pixels nur klein ist, erreichen die Spaltenspannung VCOL und der Lichtstrom IOLED durch die Diode nicht den stationären Zustand, so dass die Verläufe unter Umständen nicht das in 5 dargestellte Plateau aufweisen.
  • Die erfindungsgemäß auch beanspruchte Treiberschaltung (Steuerung) entscheidet über die Höhe der während der Zeilenadressierung tROW einzuprägenden Ladung QINJ, die sowohl von der gewünschten Helligkeit des Pixels als auch von den Ladezuständen der Kapazitäten CP der Dioden 2 vor und nach der Adressierung abhängt. Wie bereits erwähnt, müssen die Ladezustände der Kapazitäten CP respektive die Spaltenspannung VCOL vor und nach der Adressierung nicht gleich sein. Ihre Höhe kann erfindungsgemäß auch gezielt gesteuert werden. So soll zum Beispiel die in den Kapazitäten CP verbleibende Ladung gering oder hoch sein, wenn das zeitlich nachfolgend angesteuerte Pixel dunkel oder hell ist.
  • Aufgrund des vorbeschriebenen Steuerprinzips des Treibers ist die Kapazität CP der jeweils adressierten OLED 2 am Ende der Adressierung jedoch so hoch geladen, dass die über die Kapazität CP anliegende Spannung oberhalb oder zumindest auf der Schwellenspannung VTH der Diode liegt.
  • Nach der Adressierung wird der Zeilenschalter 5, der während der Adressierung einer Zeile auf Masse geschaltet war, auch an das gemeinsame Potential VCOM angeschaltet, wie in 6 dargestellt. Dies bewirkt, dass die Kapazität CP der gerade adressierten Diode 2 entladen wird. Diese Ladung wird gleichmäßig auf die Kapazitäten CP der anderen Dioden 2 in der Spalte verteilt und hierdurch die Spaltenspannung VCOL leicht erhöht.
  • Es folgt nun die Adressierung der nächsten Zeile, indem der Schalter 5 der als nächstes anzusteuernden Zeile auf Masse umgeschaltet wird, wie in 7 für die Zeile Ri+1 dargestellt. Die Kapazität CP des nun adressierten Pixels mit der Diode 2 wird wie vorbeschrieben aufgeladen, während alle Kapazitäten CP der übrigen Dioden 2 entladen werden. Die Spaltenspannung VCOL fällt auf die Höhe zurück, in der sie am Ende der Adressierung der vorherigen Zeile lag.
  • Die in den 6 und 7 dargestellten Schaltvorgänge können in beliebiger zeitlicher Abfolge erfolgen. So kann anders als zuvor dargestellt beispielsweise auch erst der Zeilenschalter 5 der nachfolgend angeschlossenen Zeile geöffnet (d. h. an Masse angeschlossen) werden, bevor der Zeilenschalter 5 der zuvor angesteuerten Zeile geschlossen (d. h. an das gemeinsame Potential VCOM angeschlossen) wird. Die Umschaltung kann auch gleichzeitig stattfinden.
  • Da nach dem Öffnen des Zeilenschalters 5 der nächsten Zeile die an dieser OLED 2 anliegende Spannung durch Laden der Kapazität CP aus den Kapazitäten CP der übrigen Dioden 2 der Spalte erzeugt wird, ist die Spaltenspannung VCOL an der nun adressierten Diode oberhalb oder in etwa der Größenordnung der Schwellenspannung VTH, so dass eine Vorladung nicht erforderlich ist. Die Umladeverluste sind unabhängig von der Anzahl der Zeilen in der Anzeige 1 klein.
  • Da bei der vorliegenden Erfindung in dem Steuerschema nur in Ausnahmefällen eine Entladung (Discharge) am Ende der Adressierung einer Zeile notwendig ist, kann die Verlustleistung insgesamt sehr gering gehalten werden.
  • Erfindungsgemäß ist es daher möglich, die Dauer des Nachleuchtens von der aktuellen Adressierungszeit und der Helligkeit des Pixels der als nächstes angesteuerten Zeile abhängig zu machen.
  • In einem konventionellen Verfahren ist die Zeilenadressierzeit tROW konstant und wird von der Frame-Periode abzüglich einer Precharge- und Discharge-Zeit gleichmäßig auf alle bzw. alle aktivierten Zeilen aufgeteilt. Ferner sind Verfahren bekannt, bei denen die Zeilenadressierzeit gleichmäßig auf die Maxima aller Zeilen aufgeteilt wird. Dies wird auch als FSLA (Flattened Singleline Addressing) bezeichnet.
  • Im Rahmen dieser Erfindung gilt für die Zeilenadressierzeit tROW entsprechend 5: tROW = tINJ + tZ
  • Die minimale Zeit für tZ ist also proportional zu tZ ∝ (2B – 1 – Lij)oder tZ ∝ (Max(Li1, Li2, ... Lim) – Lij)wobei Lij die gewünschte Helligkeit des Pixels il in der Zeile i und der Spalte j ist. Im Falle einer konstanten Zeilenadressierzeit ergibt sich die Nachleuchtzeit tZ aus der ersten der beiden vorstehenden Formeln, wobei B die Bitzahl der Grau stufe (beispielsweise 8) ist. Die untere der beiden Formeln stellt die Nachleuchtzeit tZ im Falle des Flattened Singleline Addressing (FSLA) dar.
  • Natürlich kann die Zeit tZ auch länger gewählt werden, sei es konstant für alle Zeiten oder variabel je nach Erfordernis. Da die Erhöhung der Nachleuchtzeit tZ zwangsläufig die Dauer der Stromeinprägung reduziert (oder die Frame-Periode verlängert) und die Stromamplitude erhöht, soll die Erhöhung der Nachleuchtzeit tZ nur dann vorgenommen werden, wenn dies im Rahmen der Nutzung der kapazitiven Ladung sinnvoll ist. Ein solcher Fall tritt ein, wenn die Helligkeit des aktuellen Pixels sehr groß (beispielsweise maximal) ist, während die Helligkeit des nachfolgenden Pixels sehr klein (im Grenzfall 0) ist. Die Behandlung eines solchen Falls wird noch beschrieben.
  • Hierzu soll nachfolgend zunächst die Ladungsbilanz des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgestellt werden.
  • Die als Photonenladung eingespeiste Lichtladung, die während der Einprägung des Injektions- beziehungsweise Spaltenstroms IINJ entsteht, ist eine Funktion der Anschaltzeit tINJ, des Injektionsstroms IINJ und der Ladung der Parallelkapazität QCAP, welche die Ladung in den Kapazitäten CP der betroffenen Spalte vor Adressierung der Zeile I ist. QLUM_INJ = fINJ(QCAP_i, IINJ, tINJ)
  • Nach der Einprägung des Injektionsstroms IINJ verbleibt in den Kapazitäten die folgende Ladung QCAP_iZ = QCAP_i + IINJ·tINJ – QLUM_INJ
  • Die integrierte Helligkeit, die in der Nachleuchtzeit tZ entsteht, ist gegeben durch QLUM_Z = fZ(QCAP_iZ, tZ),wobei sich die Gesamthelligkeit, die aus dem adressierten Pixel emittiert ist, durch QLUM = QLUM_INJ + QLUM_Z = fINJ(QCAP_i, IINJ, tINJ) + fZ(QCAP_iZ, tZ) = f(QCAP_i, IINJ, tINJ, tZ)ergibt. Dabei sind QLUM_INJ die während der Anschaltzeit und QLUM_Z während der Nachleuchtzeit emittierte Ladung. Letztere steigt mit Länge der Nachleuchtzeit tZ.
  • Erfindungsgemäß kann die Nachleuchtzeit tZ noch um eine Adressierzeitverlängerung Δt verlängert werden: tZ = tLSB·Max(di1, di2, ... dim) – tINJ + Δt,wobei in der vorstehenden Formel der erste Summand der Zeilenadressierzeit tROW entspricht. Da durch die Verlängerung der Nachleuchtzeit tZ die Dauer eines Frames insgesamt nicht erhöht werden soll, muss die Adressierzeitverlängerung Δt innerhalb des Frames an anderer Stelle wieder eingespart werden und sollte daher begrenzt sein. Die Dauer der Adressierzeitverlängerung Δt kann nach folgenden Kriterien gewählt werden: QCAP_i+1 = QCAP_iZ – QLUM_Z QCAP_i+1 ≤ Li+1
  • Wenn die Nachleuchtzeit tZ ohnehin groß genug ist, wird die Adressierzeitverlängerung Δt zu Null gewählt. Falls die Helligkeit eines Pixels sehr groß und die Helligkeit des nachfolgend angesteuerten Pixels sehr klein ist, kann dagegen eine vergleichsweise große Adressierzeitverlängerung Δt erforderlich sein. Dabei sollte die Adressierzeitverlängerung Δt so begrenzt werden, dass die folgende Gleichung näherungsweise erfüllt ist:
    Figure 00220001
    wobei der Parameter 1/2 willkürlich gewählt ist und durch eine andere Zahl zwischen 0 und 1 ersetzt werden kann. Die kleinere Zahl für die Adressierzeitverlängerung Δt aus den vorstehenden Formeln wird verwendet, sofern nicht eine feste Adressierzeitverlängerung Δt gewählt wird.
  • Die verbliebene Ladung ist nach wie vor durch QCAP_i+1 = QCAP_iZ – QLUM_Z bestimmt und kann gegen die in QCAP_i+1 ≤ Li+1 aufgestellte Bedingung verstoßen. In diesem Fall ist eine erzwungene Entladung erforderlich.
  • Hierzu wird der Entladungsschalter 6 geschlossen, um die Kapazitäten CP der in der Spalte vorhandenen Dioden 2 zu entladen. Dabei wird das Spaltenpotential allerdings nicht auf Null bzw. Masse abgesenkt, wie im Stand der Technik, sondern lediglich auf die Schwellenspannung VTH der OLEDs. Die Entladung der Kapazitäten CP ist in 8 dargestellt.
  • Es ist vorteilhaft, die erzwungene Entladung der Kapazitäten CP während der nachfolgenden Zeilenadressierung zu vollziehen. Wenn die Helligkeit des nachfolgenden Pixels im Extremfall Null ist, wird der Spaltenanschluss mit der nächsten Adressierung, bei welcher der Zeilenschalter 5 für die Zeile Ri+1 auf Masse geschaltet wird, auf die Schwellenspannung VTH entladen. Sonst wird eine Nachleuchtzeit tZ für die Zeile i + 1 nach der Adressierung der Zeile i + 1 abgewartet, bis die folgende Gleichung gültig wird QLUM_Z(i + 1) = fZ(QCAP_i+1, tZ_i+1) = Li+1 wonach die gewünschte Helligkeit des Pixels in der angesteuerten Spalte und der adressierten Ziele i + 1 der während der Nachleuchtzeit emittierten Lichtladung QLUM_Z entspricht. Wenn also die gewünschte Helligkeit L in der Nachleuchtzeit tZ der Zeile i + 1 erreicht ist, wird der Spaltenanschluss auf die Schwellenspannung VTH abgesenkt.
  • Damit wird die kapazitätsgespeicherte Ladung QCAP zunächst maximal ausgenutzt. Die erzwungene Entladung findet dann während der Adressierung der nächsten Zeile statt, so dass keine Extrazeit benötigt wird. In 9 werden das zeitliche Verhalten der Spaltenspannung beziehungsweise Diodenspannung VCOL und des Diodenstroms IOLED dargestellt. Nach der Entladung ist der Ladezustand der Spaltenspannung VCOL dann genau VCOL = VTH
  • Da durch die erzwungene Entladung an sich unerwünschte Verluste entstehen, soll diese soweit möglich vermieden werden. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Reihenfolge der adressierten Zeilen nicht zwangsläufig ihrer geometrischen Anordnung folgend, sondern variabel zu wählen. Da eine erzwungene Entladung in der Regel dann erforderlich ist, wenn das vorhergehende Pixel sehr hell und das nachfolgende Pixel sehr dunkel sind und bei einer umgekehrten Reihenfolge eines zuerst dunklen und danach hellen Pixels eine erzwungene Entladung nicht notwendig wäre, kann die Reihenfolge der adressierten Pixel so gestaltet werden, dass die Gesamtzahl der erzwungenen Ladungen minimal ist. Hierzu können erfindungsgemäß eine bestimmte Anzahl nachfolgender Adressierungen in dem Speicherchip berücksichtigt werden.
  • Da, wie 5 zeigt, der Diodenstrom IOLED nicht konstant ist, ist das emittierte Licht auch nicht linear proportional zu der Anschaltzeit tINJ, welche die Dauer des eingeprägten Stromes IINJ bestimmt. Die Helligkeit hängt vielmehr auch von der Dauer der Nachleuchtung in der Nachleuchtzeit tZ ab. Die Phase der Nachleuchtung ist so lang, wie die Zeilenadressierzeit tROW abzüglich der Anschaltzeit tINJ. Während die Zeilenadressierzeit tROW für alle Pixel auf einer Zeile gleich ist, ist die Dauer für die Nachleuchtung tZ von Pixel zu Pixel und Spalte zu Spalte verschieden. Folglich sind die Zustände der Kapazitäten CP in jeder Spalte verschieden. Die Dauer der Stromeinprägung tINJ muss zudem den Anfangszustand mit berücksichtigen. Hierzu bestehen grundsätzlich drei Möglichkeiten für den Treiber, die Anzeige 1 zu steuern. Erstens kann die eingeprägte Ladung QINJ üblicherweise mit einer konstanten Stromamplitude und einer variablen Pulsweise variiert werden. Zweitens wird eine Nachleuchtzeit tZ vorgesehen, in der alle Kapazitäten CP mit einem hochohmigen Spaltentreiber lichtemittierend entladen werden. Drittens kann eine erzwungene Entladung der Spalte auf die Schwellenspannung VTH der OLED erfolgen.
  • Bei allen diesen Möglichkeiten ist darauf zu achten, dass die gewünschte Helligkeit L des entsprechenden Pixels erreicht wird und zugleich die Kapazitäten CP der Dioden 2 am Ende der Adressierung auf den bzw. unter den geforderten Ladezustand für die Helligkeit des nächsten zu adressierenden Pixels nachzuleuchten bzw. zu entladen.
  • Die dem emittierten Licht äquivalente Lichtladung QLUM ist eine Funktion des Ladezustands der Parallelkapazität QCAP, der Amplitude des Injektionsstroms IINJ, der Anschaltzeit tINJ, welche die Dauer der Stromeinprägung bestimmt, und die Nachleuchtzeit tZ: QLUM = f(QCAP_i, IINJ, tINJ, tZ) = Li
  • Die verbliebene Ladung nach der Adressierung ist dann QCAP_i+1 = QCAP_i + QINJ – QLUM.
  • Die erfindungsgemäße Steuerung für Passivmatrix-OLED-Anzeigen 1 stellt die Ladungen entsprechend ein, wobei die Stellgröße die Anschaltzeit tINJ und die Zeilenadressierzeit tROW sind, die in einem Treiberchip genau, einfach und hochauflösend eingestellt werden können. Die Nachleuchtzeit tZ ergibt sich dann durch Subtraktion der Anschaltzeit tINJ von der Zeilenadressierzeit tROW.
  • Die die Helligkeit L bestimmende Funktion für die Lichtladung ist jedoch nicht linear und hängt auch von der Diodenkapazität CP und der Gleitstromcharakteristik der OLED ab, die für jede Anzeige individuell, aber annähernd konstant sind. Für jeden Anzeigentyp gibt es somit eine spezifische Funktion mit einem eigenen mehrdimensionalen Verlauf. Eine Berechnung der Anschaltzeiten tINJ und der Nachleuchtzeiten tZ ist aufgrund der Nichtlinearität und der Komplexität der Berechnung daher in Speicherchips üblicher Rechenleistung nur schwer zu erreichen.
  • Diese Abhängigkeit kann jedoch im Vorfeld durch eine Vermessung der Anzeige 1 beziehungsweise eine Simulation ermittelt und als Lookup-Tabelle in dem Treiber, beispielsweise einem Speicher des Treiberchips, abgespeichert werden. Dadurch ist eine lineare Umsetzung der gewünschten Helligkeit trotz der hohen Kapazität möglich.
  • Für den Fall, dass die Helligkeit des nachfolgend zu adressierenden Pixels groß ist, ist es zweckmäßig, die Phase des Nachleuchtens, d. h. die Nachleuchtzeit tZ, vor der Einprägung des Stroms zu starten, wie in 10 dargestellt. Auch in diesem Fall kann von einem ”Nachleuchten” gesprochen werden, da die übrig gebliebene Ladung der vorherigen Adressierung nun nachleuchtet. Der Vorteil liegt darin, dass am Ende der Zeilenadressierzeit tROW die Kapazitäten CP der Dioden hochgeladen sind, bevor die nächste Zeile mit einem hellen Pixel adressiert wird. So kann das nächste Pixel schnell mit der Erzeugung des Lichtes beginnen. Die hierfür benötigte Zeit wird minimiert. Das emittierte Licht ist in diesem Fall eine andere, nicht lineare Funktion; QLUM_Z = fZ(QCAP_i, tZ) QCAP_iZ = QCAP_i – QLUM_Z QLUM_INJ = fINJ(QCAP_iZ, IINJ, tINJ) QLUM = QLUM_Z + QLUM_INJ = g(QCAP_i, tZ, IINJ, tINJ) = Li
  • Auch diese Abhängigkeit kann als Lookup-Tabelle umgesetzt sein, so dass bei vorgegebener Stromamplitude, gewünschter Helligkeit und letztem Ladezustand der Parallelkapazität und gewählte Dauer der Nachleuchtzeit die Dauer der Stromeinprägung tINJ entnommen werden kann. Die zuvor angegebende Ladungserhaltung gilt weiter.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann die Nachleuchtzeit tZ auf zwei Phasen aufgeteilt werden, d. h. zu erst findet eine Entladung, dann eine Stromeinprägung und abschließend noch eine zweite Entladung statt.
  • Da die Lookup-Tabellen viele Eingangsvariablen haben, kann insgesamt ein großer Speicherbedarf erforderlich werden. Dieser kann durch eine lineare Approximation und Ausdünnung der Lookup-Tabellen deutlich reduziert werden, wenn nur wenige Stützpunkte für eine Eingangsvariable gewählt werden und die Zwischengrößen durch Interpolation zu berechnen sind.
  • In den bisherigen Betrachtungen wurde der Diodenstrom IOLED aller nicht adressierten Pixel vernachlässigt. In der Realität fließt jedoch ein entsprechender Strom, der je nach Qualität der OLEDs in der Regel klein ist. Ist allerdings die Anzahl der Zeilen der Anzeige 1 groß, muss der Leckstrom unter Umständen in der Ladungsbilanz berücksichtigt werden, wie nachfolgend ersichtlich: QINJ = QCAP_i+1 – QCAP_i + QLUM + (n – 1)·ILeck·tROW,wobei der Leckstrom ILeck der Strom durch eine nicht adressierte Diode ist.
  • Dieser kann in Abhängigkeit von dem gemeinsamen Potential VCOM positiv oder negativ sein. Die Höhe des Stroms hängt auch von der Höhe der Spannung ab, d. h. vor allem der Höhe des gemeinsamen Potentials VCOM . Dieser Strom ist überwiegend ein Leckstrom. Der Lichtstromanteil IOLED, der auf einer Ladungsrekombination basiert, ist klein.
  • Folglich soll das gemeinsame Potential VCOM so ausgelegt werden, dass es ungefähr so groß ist, wie die Spaltenspannung VCOL, d. h. der typische Mittelwert der Spaltenspannung. Hierdurch wird der Leckstrom ILeck minimiert und geht gegen Null, so dass der Leckstrom ILeck in diesem Fall auch nicht zu berücksichtigen ist. Ansonsten müsste der letzte Term der vorstehenden Formel in die Ladungsbilanz aufgenommen werden. Auch der Leckstrom kann als fester Wert geschätzt oder einer einfachen Lookup-Tabelle in Abhängigkeit des gemeinsamen Potentials VCOM und/oder der Stromamplitude IINJ entnommen werden.
  • Die Schwellenspannung VTH ist eine empfindliche Größe und kann selbst bei gleichem Typ von Anzeige zu Anzeige schwanken. Sie hängt insbesondere auch von der aktuellen Temperatur der Anzeige 1 ab. Daher ist es sinnvoll, in regelmäßigen Abständen den aktuellen Wert der Schwellenspannung VTH zu bestimmen.
  • Ein erster Wert kann bei Einschalten der Anzeige bestimmt werden. Dies ist in 11 dargestellt. Dazu wird ein Pixel adressiert und ein definierter Strompuls eingeprägt. Die gesamte Ladung ist so groß zu wählen, dass das adressierte Pixel kurz aufleuchtet. Nach dem Strompuls wird eine lange Wartezeit eingehalten, während der die Spannung VCOL der Spalte auf die Schwellenspannung VTH absinkt. Die Höhe der Spannung kann dann zum Beispiel mit einem Analog-Digital-Wandler, der in einen Treiberchip mit integriert sein kann, bestimmt werden. Das Ergebnis wird als Stellenspannung VTH festgesetzt und der Wert für die Entladungs-Spannungsquelle eingestellt.
  • Da sich die Temperatur der Anzeige 1 im Betrieb ändert, kann eine fortlaufende Bestimmung der Schwellenspannung VTH sinnvoll sein. Beispielsweise kann die Schwellenspannung VTH in jedem Frame einmal bestimmt werden. Dazu kann einer Zeile eine künstliche Wartezeit hinzugefügt und eine Spaltenspannung VCOL einer Spalte, die zuvor keiner erzwungenen Entladungen unterzogen wur de, gemessen werden. Prinzipiell ist es möglich, die Häufigkeit der Aktualisierung der Schwellenspannung VTH einzustellen und zu erhöhen oder zu reduzieren. Ebenso kann bei einer Aktualisierung ein anderes Pixel gemessen werden, um systematische Fehler beispielsweise durch den Defekt eines speziellen Pixels zu vermeiden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern einer Passivmatrix-OLED-Anzeige 1 dieser Erfindung basiert auf der Bestimmung der Ladung QLUM (Lichtladung). Im Laufe der Zeit können sich Fehler bei der Bestimmung der Lichtladung QLUM akkumulieren, d. h. die Diskrepanz zwischen der berechneten und der tatsächlichen Ladung für die Einprägung und Produktion von Licht kann steigen. Dies kann zu die Darstellungsqualität der Anzeige 1 mindernden Qualitätseinbußen führen, wenn die Diskrepanz zu groß wird. Diskrepanzen kleiner als beispielsweise 1% werden dagegen in der Regel nicht wahrgenommen.
  • Da die Lichtladung QLUM fortwährend berechnet und weitergereicht wird, besteht die Gefahr, dass dieser Fehler sich akkumuliert und sichtbar wird. In diesem Fall ist ein regelmäßiges Reset der Steuerung hilfreich. Dies kann beispielsweise einmal pro Frame erfolgen, indem sämtliche Spaltenspannungen VCOL nach Ablauf eines Frames, d. h. einem vollständigen Ansteuerzyklus für die Anzeige 1, auf die Schwellenspannung VTH eingestellt werden. Kürzere oder längere Zeitabstände sind natürlich auch möglich.
  • Eine weitere Fehlerquelle sind fertigungsbedingte Schwankungen der Displayeigenschaften, wie die Größe der Diodenkapazität CP oder die Gleichspannungseigenschaften. Hieraus resultierende Fehler können durch einen Abgleich bei der Fertigung mittels Quotienten für die Lookup-Tabelle beseitigt oder minimiert werden.
  • Da die Ladekapazität bzw. der Ladezustand QCAP mit der Spannung VCOL korreliert ist, kann auch eine Messung der Spaltenspannung VCOL wertvolle Informationen im Hinblick auf den Ladezustand liefern. Die Abweichung zwischen der Berechnung mittels einer Lookup-Tabelle und der Messung der Spaltenspannung VCOL impliziert auch eine Abweichung der Kapazität CP und der Gleichspannungseigenschaften der OLED. Die Ursache dafür liegt unter anderem in der Fertigungsschwankung, aber auch in der Betriebstemperatur. Die Messwerte der Spaltenspannung VCOL können daher in die Berechnungen mit einbezogen werden, so dass die Steuerung der Anzeige hierdurch insgesamt genauer wird.
  • Da eine Lookup-Tabelle mit vielen Eingangsvariablen aufwendig zu erstellen und zu implementieren ist, kann das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung findende Treiberschema so vereinfacht werden, dass nach der Adressierung einer Zeile die Spalten auf die Schwellenspannung VTH entladen werden. Hier besteht zwar der Nachteil, dass nun mehr Verlustleistung entsteht. Der Vorteilt liegt jedoch darin, dass der Ladezustand vor der Adressierung einer neuen Zeile jeweils konstant und definiert ist. Das erfindungsgemäße Nachleuchten in der Nachleuchtzeit tZ findet weiterhin Anwendung und außerdem wird die Spaltspannung VCOL lediglich auf die Schwellenspannung VTH, nicht jedoch auf Null entladen. Daher bringt auch ein solches Verfahren gegenüber dem Stand der Technik immer noch eine erhebliche Einsparung des Leistungsverbrauchs.
  • Bei einem konventionellen Singleline-Addressing (SLA), mit einer konstanten Zeilenadressierzeit vereinfacht die Abhängigkeit weiter. In diesem Fall hat die Formel QLUM = f(QCAP_i, IINJ, tINJ, tZ) = Li nur noch zwei Eingangsvariablen, nämlich die gewünschte Pixel-Helligkeit L und die Stromamplitude IINJ, die der globalen Helligkeit des Displays entspricht.
  • In 12 sind der Verlauf der Spaltenspannungen VCOL an einer Diode 2 und die Diodenströme IOLED für ein konventionelles SLA-Treiberschema mit individuellem Zuschalten der Pixel auf Massepotential am Ende der aktiven Zeit (Stand der Technik, Fall a) sowie deren Optimierung durch die Einführung des Hochohmigen Spaltenzustands in der Nachleuchtzeit (Fall b) und eines Entladespannungspegels auf die Schwellenspannung VTH der OLEDs (Fall c) dargestellt. Bei gleicher eingeprägter Ladung proportional der Anschaltzeit tINJ und damit eingeprägter Energie nimmt das Integral über den Diodenstrom IOLED und somit die erzeugte Lichtmenge zu.
  • Infolge der gleichbleibenden Bedingungen der konstanten Zeilenadressierzeit und der konstanten Anfangsladung vereinfacht sich die Ermittlung der erforderlichen Injektionszeiten tINJ erheblich, um eine lineare Helligkeitsabbildung zu realisieren (Gamma Korrektur).
  • Der direkte Vergleich der erreichten Luminostäten ist in 13 dargestellt, in der die erzielte Helligkeit als Funktion der Anschaltzeit (Pulsweite) des eingeprägten Stroms für die drei vorerwähnten Treiberschemata aufgetragen ist.
  • Für jeden diskreten Helligkeitswert wird eine entsprechende Anschaltzeit tINJ entnommen, um eine lineare Helligkeitserzeugung zu gewährleisten. Das erfindungsgemäße Treiberschema lässt sich sehr gut mit dem in der DE 10 2005 063 159 beschriebenen Ansteuerung kombinieren, wobei weitere Lookup-Tabellen für Zwei- und Mehrzeilenadressierung erforderlich werden. Die Zeilenadressierzeit tROW ist nun nicht mehr konstant, sondern variabel.
  • Da zu Beginn der Adressierung der Injektionsstrom IINJ überwiegend in die parasitären Kapazitäten fließt und somit kein Licht erzeugt, muss auch für die kleinste Helligkeit eine ausreichende Injektionszeit (Anschaltzeit tINJ) spendiert werden. Demzufolge wird die Zeilenadressierzeit tROW durch die Linearisierung verlängert.
  • So würde die Reduktion der Stromamplitude durch die variablen Zeilenadressierzeiten kürzer, was jedoch den Vorteilen des hier vorgeschlagenen Verfahrens entgegen wirken würde. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in der Zeilenadressierzeit tROW eine Vorladezeit tPRE vorzusehen (Precharge-Phase), die der eigentlichen Anschaltzeit tINJ vorangeht. Dies ist in 14 dargestellt.
  • Dabei werden die OLEDs mit einem kurzen Stromimpuls mit größerer Amplitude während der Vorladezeit tPRE gespeist, so dass die parasitären Kapazitäten CP der OLEDs 2 schneller geladen werden und das Licht mit geringerer Verzögerung erzeugt werden kann. Die Precharge-Dauer tPRE ist so dimensioniert, dass in dieser Phase nur minimales Licht erzeugt wird. Hierzu wird sichergestellt, dass die erzeugte Lichtmenge die kleinste einstellbare Helligkeit nicht überschreitet.
  • Das stromgesteuerte Vorladen lässt sich insbesondere im Rahmen der Multi-Line-Adressierung, wie sie in der DE 10 2005 063 153 beschrieben ist, gut implementieren, da in diesem Fall höhere Anodenströme ohnehin sichergestellt werden müssen. Das Vorladen kann natürlich auch mit definierter Spannung und einer definierten Dauer eingestellt werden.
  • Die Vorlade-Phase tPRE und die Stromeinprägungsphase tINJ entfallen natürlich, wenn die Pixel dunkel sind. Die Vorladezeit tPRE und der Vorladestrom IPRE können so gewählt werden, dass die dabei erzeugte Helligkeit L kleiner ist als das 1,5-fache des kleinsten Helligkeitswertes. Der Vorteil des Vorladens ist, dass die erforderliche Zeilenadressierzeit tROW insgesamt kleiner wird, so dass bei variablen Zeilenadressierzeiten die Stromamplitude möglichst stark reduziert werden kann.
  • Insgesamt wird durch das Einführen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Nachleuchtezeit die Energieeffizienz von Passivmatrix-OLED-Anzeigen erheblich vergrößert.
    • 1
    Anzeige
    2
    Diode, OLED
    3
    Konstantstromquelle
    4
    Spaltenschalter
    5
    Zeilenschalter
    6
    Entladungsschalter
    VCOM
    gemeinsames Potential
    VTH
    Schwellenspannung
    IINJ
    Injektionsstrom
    ICAP
    Kapazitätsstrom
    IOLED
    Diodenstrom
    IPRE
    Vorladestrom
    CCAP
    Parallelkapazität
    QLUM
    Lichtladung
    QINJ
    eingeprägte Ladung
    Lum(t)
    Licht
    tINJ
    Anschaltzeit
    tZ
    Nachleuchtzeit
    Δt
    Adressierzeitverlängerung
    tROW
    Zeilenadressierzeit
    tPRE
    Vorladezeit
    QCAP
    kapazitiv gespeicherten Ladung
    CP
    Diodenkapazität
    VCOL
    Spaltenspannung
    L
    Helligkeit, Luminosität
    ILeck
    Leckstrom
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (16)

  1. Verfahren zum Ansteuern einer Passivmatrix-OLED-Anzeige (1) mit in Matrixform angeordneten OLEDs (2), wobei die Spalten zur Ansteuerung einer OLED (2) mit einer Stromquelle (3) verbunden und die Zeilen wiederholend nacheinander für die Dauer der Zeilenadressierzeit (tROW) geschaltet werden, wobei die Helligkeit (L) eines im Schnittpunkt einer Spalte mit einer adressierten Zeile liegenden Pixels durch die innerhalb der Zeilenadressierzeit (tROW) liegenden Anschaltzeit (tINJ) und die Amplitude des Spaltenstroms (IINJ) beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeit (L) des Pixels abhängig von einer während der Anschaltzeit (tINJ) des Spaltenstroms (IINJ) umgesetzten Ladungsmenge (QLUM_INJ) und von einer während einer Nachleuchtzeit (tZ) aus der Kapazität (CP) der OLED's (2) gespeisten Ladungsmenge (QLum_Z) gesteuert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalte während der Nachtleuchtzeit (tZ) potentialfrei geschaltet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der an der OLED (2) umgesetzten Ladungsmenge (QLUM) durch Einstellen der Dauer der Anschaltzeit (tINJ) und der Nachleuchtzeit (tZ) erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Werte für die während der Anschaltzeit (tINJ) des Spaltenstrom (IINJ) erzeugte und in Lichtladung umgesetzte Ladungsmenge (QLUM_INJ) und für die während der Nachleuchtzeit (tZ) in Lichtladung umgesetzte Ladungsmenge (QLum_Z) und/oder deren Summe (QLUM) für verschiedene An schaltzeiten (tINJ), Nachleuchtzeiten (tZ), Stromamplituden (IINJ) und/oder Ladezustände (QCAP, VCOL) in einer Lookup-Tabelle hinterlegt sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der an der OLED (2) umgesetzten Ladungsmenge (QLUM) die in der Kapazität der OLEDs (2) vor der Adressierung gespeicherte Ladungsmenge (QCAP) berücksichtigt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeilenadressierzeit (tROW) in Abhängigkeit von der Helligkeit (L) aufeinanderfolgend angesteuerter Zeilen variiert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenfolge der adressierten Zeilen variiert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine während einer Zeilenadressierzeit (tROW) überschüssige Ladungsmenge (QCAP) entladen wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwellenspannung (VTH) während des laufenden Ansteuerbetriebs der Passivmatrix-OLED-Anzeige (1) bestimmt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung (QCAP) der Kapazitäten (CP) der OLEDs (2) nach einer vorgegebenen Periode zurückgesetzt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder Adressierung einer Zeile die Kapazitäten (CP) der OLEDs (2) auf die Schwellenspannung (VTH) entladen werden.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Spalte die Spaltenspannung (VCOL) gemessen und bei einer Ladungsbilanz der in Lichtladung umgesetzten (QLUM) und/oder der gespeicherten Ladungsmenge (QCAP) berücksichtigt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn der Zeilenadressierzeit (tROW) für die Dauer einer Vorladezeit (tPRE) eine Vorladung erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zeilen und/oder Spalten der Anzeige gleichzeitig angesteuert werden.
  15. Treiber zum Ansteuern einer Passivmatrix-OLED-Anzeige (1) mit in Matrixform angeordneten OLEDs (2), wobei die Spalten zur Ansteuerung der OLED (2) einen Schalter (4, 6) zum Verbinden mit einer Stromquelle (3) sowie vorzugweise zum Verbinden mit einer Referenzspannung (VTH) und die Zeilen einen Schalter (5) zur Verbindung mit Masse und einem Referenzpotential (VCOM) für ein wiederholend nacheinander für die Dauer der Zeilenadressierzeit (tROW) erfolgendes Adressieren aufweisen, wobei der Treiber dazu eingerichtet ist, die Helligkeit (L) eines im Schnittpunkt einer Spalte mit einer adressierten Zeile liegenden Pixels durch die innerhalb der Zeilenadressierzeit (tROW) liegende Anschaltzeit (tINJ) und die Amplidude des Spaltenstroms (IINJ) zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber dazu eingerichtet ist, die Helligkeit (L) des Pixels abhängig von einer während der Anschaltzeit (tINJ) des Spaltenstroms (IINJ) umgesetzten Ladungsmenge (QLUM_INJ) und von einer während einer Nachleuchtzeit (tZ) aus der Kapazität (CP) der OLED's (2) gespeisten Ladungsmenge (QLum_Z) zu steuern.
  16. Passivmatrix-OLED-Anzeige mit in Matrixform angeordneten OLEDs (2), wobei die Spalten der Matrix zur Ansteuerung der OLEDs (2) einen Schalter (4, 6) zum Verbinden mit einer Stromquelle (3) sowie vorzugweise zum Verbinden mit einer Referenzspannung (VTH) und die Zeilen der Matrix einen Schalter (5) zur Verbindung mit Masse und einem Referenzpotential (VCOM) für ein wiederholend nacheinander für die Dauer der Zeilenadressierzeit (tROW) erfolgendes Adressieren aufweisen, und mit einem Treiber, der dazu eingerichtet ist, die Helligkeit (L) eines im Schnittpunkt einer Spalte mit einer adressierten Zeile liegenden Pixels durch die innerhalb der Zeilenadressierzeit (tROW) liegende Anschaltzeit (tINJ) und die Amplitude des Spaltenstroms (IINJ) zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber dazu eingerichtet ist, die Helligkeit (L) des Pixels abhängig von einer während der Anschaltzeit (tINJ) das Spaltenstroms (IINJ) umgesetzten Ladungsmenge (QLUM_INJ) und von einer während einer Nachleuchtzeit (tZ) aus der Kapazität (CP) der OLED's (2) gespeisten Ladungsmenge (QLum_Z) zu steuern.
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