DE102015209517A1

DE102015209517A1 - System und Verfahren zum Extrahieren von Korrelationskurven für eine organische Leuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE102015209517A1
Application number: DE102015209517.7A
Authority: DE
Inventors: Gholamreza Chaji
Original assignee: Ignis Innovation Inc
Current assignee: Ignis Innovation Inc
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2015-12-17
Also published as: CN105097872A; CN110729214B; CN105097872B; CN110729214A

Abstract

Ein System zum Bestimmen der Effizienzdegradation einer organischen Leuchtvorrichtung (Organic Light Emitting Device, OLED) in einem Array-basierten Halbleiterbauelement, das ein Array von Pixeln aufweist, die OLEDs enthalten. Das System bestimmt die Beziehung zwischen Veränderungen eines elektrischen Betriebsparameters der OLEDs und der Effizienzdegradation der OLEDs für mindestens einen Belastungsbedingung; misst eine Veränderung des elektrischen Betriebsparameters der OLEDs; bestimmt die Belastungsbedingung mindestens eines Pixels oder einer Gruppe von Pixeln in dem Halbleiterbauelement; und verwendet die bestimmte Beziehung und die bestimmte Belastungsbedingung zum Bestimmen der Effizienzdegradation der OLEDs entsprechend der gemessenen Veränderung des elektrischen Betriebsparameters der OLEDs.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 14/286,711, eingereicht am 21. Mai 2015, deren Inhalt hiermit in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein Displays, die mit lichtaussendenden Bauelementen arbeiten, wie zum Beispiel OLEDs, und betrifft insbesondere das Extrahieren von Kennkorrelationskurven unter verschiedenen Belastungsbedingungen in solchen Anzeigen zum Kompensieren des Alters der lichtaussendenden Bauelemente.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Active Matrix Organic Light Emitting Device(„AMOLED”)-Displays bieten die Vorteile eines niedrigeren Energieverbrauchs, der Fertigungsflexibilität und einer schnelleren Wiederholungsrate im Vergleich zu herkömmlichen Flüssigkristalldisplays. Im Gegensatz zu herkömmlichen Flüssigkristalldisplays gibt es in einem AMOLED-Display keine Hinterleuchtung, da jedes Pixel aus verschiedenfarbigen OLEDs besteht, die Licht unabhängig aussenden. Die OLEDs geben Licht auf der Basis von Strom aus, der durch einen Ansteuertransistor zugeführt wird. Der Ansteuertransistor ist in der Regel ein Dünnschichttransistor (Thin Film Transistor, TFT). Die in jedem Pixel verbrauchte Leistung steht in direktem Zusammenhang mit der Größenordnung des in diesem Pixel erzeugten Lichts.
Während des Betriebes einer organischen Leuchtdiode degradiert diese, wodurch die Lichtabgabe bei einem konstanten Strom im Lauf der Zeit abnimmt. Das OLED-Bauelement erfährt außerdem eine elektrische Degradation, was zur Folge hat, dass der Strom bei einer konstanten Vorspannung im Lauf der Zeit sinkt. Diese Degradationen werden in erster Linie durch Belastungen verursacht, die zur Größenordnung und Dauer der an das OLED angelegten Spannung und dem resultierenden Strom, der durch das Bauelement fließt, in Beziehung stehen. Solche Degradationen werden im Lauf der Zeit durch Einflüsse von Umgebungsfaktoren wie zum Beispiel Temperatur, Luftfeuchte oder das Vorhandensein von Oxidanzien noch verstärkt. Die Alterungsrate der Dünnschichttransistor-Bauelemente ist ebenfalls umgebungs- und belastungs(vorspannungs)-abhängig. Die Alterung des Ansteuertransistors und des OLED können durch Kalibrierung des Pixels anhand gespeicherter historischer Daten aus dem Pixel zu früheren Zeiten korrekt bestimmt werden, um die Alterungsauswirkungen auf das Pixel zu bestimmen. Präzise Alterungsdaten werden darum während der gesamten Lebensdauer des Display-Bauelements benötigt.
Bei einer Kompensationstechnik für OLED-Displays wird die Alterung (und/oder Gleichmäßigkeit) eines Paneels aus Pixeln extrahiert und in Nachschlagetabellen als rohe oder verarbeitete Daten gespeichert. Dann verwendet ein Kompensationsmodul die gespeicherten Daten zum Kompensieren jeglicher Verschiebungen bei elektrischen und optischen Parametern des OLED (zum Beispiel die Verschiebung bei der OLED-Betriebsspannung und der optischen Effizienz) und der Backplane (zum Beispiel die Schwellenspannungsverschiebung des TFT), wodurch die Programmierspannung jedes Pixels entsprechend den gespeicherten Daten und den Videoinhalten modifiziert wird. Das Kompensationsmodul modifiziert die Vorspannung des ansteuernden TFT in einer Weise, dass das OLED genügend Strom durchlässt, um den gleichen Leuchtdichtepegel für jeden Grauskalapegel aufrecht zu erhalten. Oder anders ausgedrückt: Eine korrekte Programmierspannung gleicht das elektrische und optische Altern des OLED sowie die elektrische Degradation des TFT aus.
Die elektrischen Parameter der Backplane-TFTs und OLEDs werden während der gesamten Lebensdauer des Displays kontinuierlich durch auf elektrischen Rückmeldungen basierende Messungsschaltkreise überwacht und extrahiert. Des Weiteren werden die optischen Alterungsparameter der OLEDs anhand der elektrischen Degradationsdaten des OLED geschätzt. Jedoch ist der optische Alterungseffekt der OLEDs auch von den Belastungsbedingungen abhängig, denen die einzelnen Pixel ausgesetzt sind, und da die Belastungen von Pixel zu Pixel variieren, kann eine präzise Kompensation nur gewährleistet werden, wenn eine Kompensation bestimmt wird, die speziell an ein konkretes Belastungsniveau angepasst ist.
Es besteht darum Bedarf an einer effizienten Extraktion von Kennkorrelationskurven der optischen und elektrischen Parameter, die für Belastungsbedingungen auf aktive Pixel präzise sind, um die Effekte des Alters und andere Effekte zu kompensieren. Es besteht außerdem Bedarf an einer Vielzahl verschiedener Kennkorrelationskurven für eine Vielzahl verschiedener Belastungsbedingungen, denen die aktiven Pixel während des Betriebes des Displays ausgesetzt sein können. Es besteht des Weiteren Bedarf an präzisen Kompensationssystemen für Pixel in einem auf organischen Leuchtvorrichtungen basierenden Display.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform wird ein System zum Bestimmen der Effizienzdegradation einer organischen Leuchtvorrichtung (Organic Light Emitting Device, OLED) in einem Array-basierten Halbleiterbauelement bereitgestellt, das ein Array von Pixeln aufweist, die OLEDs enthalten. Das System bestimmt die Beziehung zwischen Veränderungen eines elektrischen Betriebsparameters der OLEDs und der Effizienzdegradation der OLEDs für mindestens eine Belastungsbedingung; misst eine Veränderung des elektrischen Betriebsparameters der OLEDs; bestimmt die Belastungsbedingung mindestens eines Pixels oder einer Gruppe von Pixeln in dem Halbleiterbauelement; und verwendet die bestimmte Beziehung und die bestimmte Belastungsbedingung zum Bestimmen der Effizienzdegradation der OLEDs entsprechend der gemessenen Veränderung des elektrischen Betriebsparameters der OLEDs.
In einer Implementierung wird die bestimmte Belastungsbedingung verwendet, um die bestimmte Beziehung auszuwählen, die zum Bestimmen der Effizienzdegradation der OLEDs entsprechend der gemessenen Veränderung des elektrischen Betriebsparameters, zum Beispiel der OLED-Spannung, der OLEDs verwendet wird. Die Belastungsbedingung der OLEDs kann anhand des Belastungsverlaufs der OLEDs bestimmt werden, wie zum Beispiel eines gleitenden Mittelwertes der Belastungsbedingungen, denen die OLEDs ausgesetzt sind, oder anhand der Rate der Veränderung des elektrischen Betriebsparameters der OLEDs im Lauf der Zeit als eine Funktion der Belastungen, denen die OLEDs ausgesetzt sind.
Weitere Aspekte der Erfindung werden für den Durchschnittsfachmann aus der detaillierten Beschreibung verschiedener Ausführungsformen ersichtlich, die unter Bezug auf die Zeichnungen gegeben wird, die nun kurz beschrieben werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann am besten unter Bezug auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden werden.
1 ist ein Schaubild eines AMOLED-Displaysystems mit Kompensationssteuerung;
2 ist ein Schaltbild eines der Referenzpixel in 1 zum Modifizieren von Kennkorrelationskurven auf der Basis der gemessenen Daten;
3 ist ein Kurvendiagramm der Leuchtdichte, die von einem aktiven Pixel ausgesendet wird, das die verschiedenen Niveaus von Belastungsbedingungen im Lauf der Zeit widerspiegelt, die eine unterschiedliche Kompensation erfordern können;
4 ist ein Schaubild der Verläufe verschiedener Kennkorrelationskurven und der Ergebnisse von Techniken des Verwendens zuvor festgelegter Belastungsbedingungen zum Bestimmen der Kompensation;
5 ist ein Flussdiagramm des Prozesses des Bestimmens und Aktualisierens von Kennkorrelationskurven auf der Basis von Gruppen von Referenzpixeln unter zuvor festgelegten Belastungsbedingungen; und
6 ist ein Flussdiagramm des Prozesses des Kompensierens der Programmierspannungen aktiver Pixel auf einem Display unter Verwendung zuvor festgelegter Kennkorrelationskurven.
7 ist eine Interdependenzkurve der OLED-Effizienzdegradation im Verhältnis zu Veränderungen der OLED-Spannung.
8 ist ein Kurvendiagramm des OLED-Belastungsverlaufs im Verhältnis zur Belastungsintensität.
9A ist ein Kurvendiagramm der Veränderung der OLED-Spannung im Verhältnis zur Zeit für verschiedene Belastungsbedingungen.
9B ist ein Kurvendiagramm der Rate der Veränderung der OLED-Spannung im Verhältnis zur Zeit für verschiedene Belastungsbedingungen.
10 ist ein Kurvendiagramm der Rate der Veränderung der OLED-Spannung im Verhältnis zur Veränderung der OLED-Spannung für verschiedene Belastungsbedingungen.
11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Extrahieren der OLED-Effizienzdegradation aus Veränderungen eines OLED-Parameters wie zum Beispiel der OLED-Spannung.
Obgleich sich die Erfindung für verschiedene Modifizierungen und alternative Formen anbietet, wurden konkrete Ausführungsformen beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden im vorliegenden Text ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die konkret offenbarten Formen beschränkt werden darf. Vielmehr soll die Erfindung alle Modifizierungen, Äquivalente und Alternativen umfassen, die unter das Wesen und den Schutzumfang der Erfindung fallen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 ist ein elektronisches Displaysystem 100, das einen Aktivmatrixbereich oder ein Pixelarray 102 aufweist, in dem ein Array aus aktiven Pixeln 104 in einer Reihen- und Spaltenkonfiguration angeordnet ist. Zur Vereinfachung der Veranschaulichung sind nur zwei Reihen und Spalten gezeigt. Außerhalb des Aktivmatrixbereichs, also des Pixelarrays 102, befindet sich ein Peripheriebereich 106, wo periphere Schaltungen zum Ansteuern und Steuern des Bereichs des Pixelarrays 102 angeordnet sind. Die peripheren Schaltungen enthalten einen Gate- oder Adressenansteuerkreis 108, einen Quellen- oder Datenansteuerkreis 110, eine Steuereinheit 112 und einen optionalen Versorgungsspannungs(zum Beispiel EL_Vdd)-Treiber 114. Die Steuereinheit 112 steuert die Gate-, Quellen- und Versorgungsspannungstreiber 108, 110, 114. Der Gate-Treiber 108 arbeitet unter der Steuerung der Steuereinheit 112 auf Adressen- oder Auswahlleitungen SEL[i], SEL[i + 1] und so weiter, eine für jede Reihe von Pixeln 104 in dem Pixelarray 102. In Pixelgemeinschaftsnutzungskonfigurationen, wie unten beschrieben, kann der Gate- oder Adressenansteuerkreis 108 optional auch auf globalen Auswahlleitungen GSEL[j] und optional /GSEL[j] arbeiten, die auf mehreren Reihen von Pixeln 104 in dem Pixelarray 102, wie zum Beispiel jeder zweiten Reihe von Pixeln 104, arbeiten. Der Quellenansteuerkreis 110 arbeitet unter der Steuerung der Steuereinheit 112 auf Spannungsdatenleitungen Vdata[k], Vdata[k + 1] und so weiter, eine für jede Spalte von Pixeln 104 in dem Pixelarray 102. Die Spannungsdatenleitungen transportieren Spannungsprogrammierungsinformationen zu jedem Pixel 104, die die Helligkeit jeder Leuchtvorrichtung in dem Pixel 104 anzeigen. Ein Speicherelement, wie zum Beispiel ein Kondensator, in jedem Pixel 104 speichert die Spannungsprogrammierungsinformationen, bis ein Emissions- oder Ansteuerzyklus die Leuchtvorrichtung einschaltet. Der optionale Versorgungsspannungstreiber 114 steuert unter der Steuerung der Steuereinheit 112 eine Versorgungsspannungs(EL_Vdd)-Leitung, eine für jede Reihe von Pixels 104 in dem Pixelarray 102. Die Steuereinheit 112 ist außerdem mit einem Speicher 118 gekoppelt, der verschiedene Kennkorrelationskurven und Alterungsparameter der Pixel 104 speichert, wie unten noch erläutert wird. Der Speicher 118 kann eines oder mehrere von einem Flash-Speicher, einem SRAM, einem DRAM, Kombinationen davon und/oder dergleichen sein.
Das Displaysystem 100 kann auch einen Stromquellenschaltkreis enthalten, der einen festen Strom auf Stromvorspannungsleitungen zuführt. In einigen Konfigurationen kann dem Stromquellenschaltkreis ein Referenzstrom zugeführt werden. In solchen Konfigurationen steuert eine Stromquellensteuerung das Timing des Anlegens eines Vorspannungsstroms an die Stromvorspannungsleitungen. In Konfigurationen, in denen der Referenzstrom dem Stromquellenschaltkreis nicht zugeführt wird, steuert ein Stromquellenadressentreiber das Timing des Anlegens eines Vorspannungsstroms an die Stromvorspannungsleitungen.
Bekanntlich muss jedes Pixel 104 in dem Displaysystem 100 mit Informationen programmiert werden, die die Helligkeit der Leuchtvorrichtung in dem Pixel 104 anzeigen. Ein Vollbild definiert den Zeitraum, der einen Programmierungszyklus oder eine Programmierungsphase enthält, während dem bzw. der jedes einzelne Pixel in dem Displaysystem 100 mit einer Programmierspannung programmiert wird, die eine Helligkeit anzeigt, und einen Ansteuerungs- oder Emissionszyklus oder eine Ansteuerungs- oder Emissionsphase enthält, während dem bzw. der jede Leuchtvorrichtung in jedem Pixel eingeschaltet wird, um Licht mit einer Helligkeit auszusenden, die der in einem Speicherelement gespeicherten Programmierspannung entspricht. Ein Vollbild ist somit eines von vielen Standbildern, aus denen sich ein komplettes bewegtes Bild zusammensetzt, das auf dem Displaysystem 100 angezeigt wird. Es gibt mindestens zwei Regimes zum Programmieren und Ansteuern der Pixel: Reihe-für-Reihe oder Vollbild-für-Vollbild. Bei der Reihe-für-Reihe-Programmierung wird eine Reihe von Pixeln programmiert und dann angesteuert, bevor die nächste Reihe von Pixeln programmiert und angesteuert wird. Bei der Vollbild-für-Vollbild-Programmierung werden zuerst alle Reihen von Pixeln in dem Displaysystem 100 programmiert, und alle Vollbilder werden Reihe für Reihe angesteuert. Jedes Regime kann eine kurze vertikale Austastzeit am Anfang oder am Ende jedes Zeitraums verwenden, während der die Pixel weder programmiert noch angesteuert werden.
Die außerhalb des Pixelarrays 102 befindlichen Komponenten können in einem Peripheriebereich 106 um das Pixelarray 102 herum auf demselben physischen Substrat angeordnet sein, auf dem das Pixelarray 102 angeordnet ist. Diese Komponenten enthalten den Gate-Treiber 108, den Quellentreiber 110 und die optionale Versorgungsspannungssteuerung 114. Alternativ können einige der Komponenten in dem Peripheriebereich auf demselben Substrat wie das Pixelarray 102 angeordnet sein, während andere Komponenten auf einem anderen Substrat angeordnet sind, oder alle Komponenten im Peripheriebereich können auf einem Substrat angeordnet sein, das ein anderes Substrat ist als das, auf dem das Pixelarray 102 angeordnet ist. Zusammen bilden der Gate-Treiber 108, der Quellentreiber 110 und die Versorgungsspannungssteuerung 114 einen Displayansteuerkreis. Der Displayansteuerkreis kann in einigen Konfigurationen den Gate-Treiber 108 und den Quellentreiber 110 enthalten, aber nicht die Versorgungsspannungssteuerung 114.
Das Displaysystem 100 enthält des Weiteren einen Stromversorgungs- und Auslesekreis 120, der Ausgabedaten von Datenausgabeleitungen VD[k], VD[k + 1] und so weiter liest, eine für jede Spalte aktiver Pixel 104 in dem Pixelarray 102. Ein Satz optionaler Referenzbauelemente, wie zum Beispiel Referenzpixel 130, wird am Rand des Pixelarrays 102 außerhalb der aktiven Pixel 104 im Peripheriebereich 106 hergestellt. Die Referenzpixel 130 können auch Eingangssignale von der Steuereinheit 112 empfangen und können Datensignale an den Stromversorgungs- und Auslesekreis 120 ausgeben. Die Referenzpixel 130 enthalten den Ansteuertransistor und ein OLED, aber sind nicht Teil des Pixelarrays 102, das Bilder anzeigt. Wie unten noch erläutert wird, werden verschiedene Gruppen von Referenzpixeln 130 mittels verschiedener Strompegel aus dem Stromversorgungskreiskreis 120 verschiedenen Belastungsbedingungen ausgesetzt. Weil die Referenzpixel 130 nicht Teil des Pixelarrays 102 sind und somit keine Bilder anzeigen, können die Referenzpixel 130 Daten bereitstellen, die die Auswirkungen des Alters bei verschiedenen Belastungsbedingungen anzeigen. Obgleich in 1 nur eine einzige Reihe und eine einzige Spalte von Referenzpixeln 130 gezeigt sind, versteht es sich, dass jede beliebige Anzahl von Referenzpixeln vorhanden sein kann. Jedes der Referenzpixel 130 in dem in 1 gezeigten Beispiel wird neben einem entsprechenden Fotosensor 132 hergestellt. Der Fotosensor 132 wird zum Bestimmen des Leuchtdichtepegels verwendet, der durch das entsprechende Referenzpixel 130 ausgesendet wird. Es versteht sich, dass die Referenzbauelemente, wie zum Beispiel die Referenzpixel 130, ein eigenständiges Bauelement sein können, anstatt auf dem Display mit den aktiven Pixeln 104 hergestellt zu werden.
2 zeigt ein Beispiel eines Ansteuerkreises 200 für eines der beispielhaften Referenzpixel 130 in 1. Der Ansteuerkreis 200 des Referenzpixels 130 enthält einen Ansteuertransistor 202, eine organische Leuchtvorrichtung („OLED”) 204, einen Speicherkondensator 206, einen Auswahltransistor 208 und einen Überwachungstransistor 210. Eine Spannungsquelle 212 ist mit dem Ansteuertransistor 202 gekoppelt. Wie in 2 gezeigt, ist der Ansteuertransistor 202 in diesem Beispiel ein Dünnschichttransistor, der aus amorphem Silizium besteht. Eine Auswahlleitung 214 ist mit dem Auswahltransistor 208 gekoppelt, um den Ansteuerkreis 200 zu aktivieren. Eine Spannungsprogrammierungseingabeleitung 216 ermöglicht das Anlegen einer Programmierspannung an den Ansteuertransistor 202. Eine Überwachungsleitung 218 erlaubt das Überwachen der Ausgangssignale des OLED 204 und/oder des Ansteuertransistors 202. Die Auswahlleitung 214 ist mit dem Auswahltransistor 208 und dem Überwachungstransistor 210 gekoppelt. Während der Auslesezeit wird die Auswahlleitung 214 „high” gezogen. Eine Programmierspannung kann über die Programmierspannungseingabeleitung 216 angelegt werden. Eine Überwachungsspannung kann aus der Überwachungsleitung 218 gelesen werden, die mit dem Überwachungstransistor 210 gekoppelt ist. Das Signal zu der Auswahlleitung 214 kann parallel mit dem Pixelprogrammierungszyklus gesendet werden.
Das Referenzpixel 130 kann mit einem bestimmten Strompegel belastet werden, indem man eine konstante Spannung an die Programmierspannungseingabeleitung 216 anlegt. Wie unten noch erläutert wird, erlaubt die Spannungsausgabe, die aus der Überwachungsleitung 218 auf der Basis einer an die Programmierspannungseingabeleitung 216 angelegten Referenzspannung gemessen wird, die Bestimmung elektrischer Kenndaten für die angelegten Belastungsbedingungen über die Betriebszeit des Referenzpixels 130. Alternativ können die Überwachungsleitung 218 und die Programmierspannungseingabeleitung 216 zu einer einzigen Leitung (d. h. Daten/Überw) zusammengelegt werden, um sowohl die Programmierungs- als auch die Überwachungsfunktionen über diese einzelne Leitung auszuführen. Das Ausgangssignal des Fotosensors 132 erlaubt die Bestimmung optischer Kenndaten für Belastungsbedingungen über die Betriebszeit für das Referenzpixel 130.
Das Displaysystem 100 in 1, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, in der die Helligkeit jedes Pixels (oder Subpixels) auf der Basis der Alterung mindestens eines der Pixel justiert wird, um eine im Wesentlichen gleichmäßige Anzeige über die Betriebslebensdauer des Systems (zum Beispiel 75.000 Stunden) beizubehalten. Zu nicht-einschränkenden Beispielen von Display-Bauelementen, die das Displaysystem 100 enthalten, gehören ein Mobiltelefon, eine Digitalkamera, ein Personal Digital Assistant (PDA), ein Computer, ein Fernsehgerät, ein tragbarer Videoplayer, ein Globalen Positioning System (GPS) usw.
Wenn das OLED-Material eines aktiven Pixels 104 altert, steigt die Spannung, die erforderlich ist, um einen konstanten Strom für einen bestimmten Pegel durch das OLED hindurch beizubehalten. Zum Kompensieren der elektrischen Alterung der OLEDs speichert der Speicher 118 die erforderliche Kompensationsspannung jedes aktiven Pixels, um einen konstanten Strom aufrecht zu erhalten. Er speichert auch Daten in Form von Kennkorrelationskurven für verschiedene Belastungsbedingungen, die durch die Steuereinheit 112 dafür verwendet werden, Kompensationsspannungen zu bestimmen, um die Programmierspannungen zu modifizieren, um jedes OLED der aktiven Pixel 104 so anzusteuern, dass ein gewünschter Ausgabepegel der Leuchtdichte korrekt angezeigt wird, indem der Strom des OLEDs erhöht wird, um die optische Alterung des OLEDs zu kompensieren. Insbesondere speichert der Speicher 118 mehrere zuvor festgelegte Kennkorrelationskurven oder -funktionen, die die Degradation der Leuchtdichteeffizienz für OLEDs darstellen, die unter verschiedenen zuvor festgelegten Belastungsbedingungen arbeiten. Die verschiedenen zuvor festgelegten Belastungsbedingungen stellen allgemein verschiedene Arten von Belastungen oder Betriebsbedingungen dar, denen ein aktives Pixel 104 während der Lebensdauer des Pixels ausgesetzt sein kann. Zu verschiedenen Belastungsbedingungen können konstante Stromanforderungen auf verschiedenen Pegeln von „low” zu „high”, konstante Leuchtdichteanforderungen von „low” zu „high” oder eine Mischung aus zwei oder mehr Belastungsniveaus gehören. Zum Beispiel können die Belastungsniveaus bei einem bestimmten Strom über einen gewissen Prozentsatz der Zeit auftreten, und ein weiterer Strompegel über einen anderen Prozentsatz der Zeit. Andere Belastungsniveaus können spezialisiert sein, wie zum Beispiel ein Niveau, das ein durchschnittliches Streaming-Video darstellt, das auf dem Displaysystem 100 angezeigt wird. Zunächst werden die als Ausgangsbasis dienenden elektrischen und optischen Kennlinien der Referenzbauelemente, wie zum Beispiel die Referenzpixel 130, bei verschiedenen Belastungsbedingungen im Speicher 118 gespeichert. In diesem Beispiel werden die als Ausgangsbasis dienende optische Kennlinie und die als Ausgangsbasis dienende elektrische Kennlinie des Referenzbauelements aus dem Referenzbauelement sofort nach der Herstellung des Referenzbauelements gemessen.
Jede solche Belastungsbedingung kann an eine Gruppe von Referenzpixeln, wie zum Beispiel die Referenzpixel 130, angelegt werden, indem ein konstanter Strom durch den Referenzpixel 130 über einen Zeitraum beibehalten wird, eine konstante Leuchtdichte des Referenzpixels 130 über einen Zeitraum beibehalten wird und/oder der Strom durch das Referenzpixel oder die Leuchtdichte des Referenzpixels bei verschiedenen zuvor festgelegten Pegeln und zuvor festgelegten Intervallen über einen Zeitraum variiert wird. Der oder die in dem Referenzpixel 130 generierten Strom- oder Leuchtdichtepegel können zum Beispiel hohe Werte, niedrige Werte und/oder durchschnittliche Werte sein, die für die konkrete Anwendung erwartet wird, für die das Displaysystem 100 gedacht ist. Zum Beispiel erfordern Anwendungen wie zum Beispiel ein Computermonitor hohe Werte. Gleichermaßen können der oder die Zeiträume, über die der oder die Strom- oder Leuchtdichtepegel in dem Referenzpixel erzeugt werden, von der konkreten Anwendung abhängen, für die das Displaysystem 100 vorgesehen ist.
Es wird in Betracht gezogen, dass die verschiedenen zuvor festgelegten Belastungsbedingungen an verschiedene Referenzpixel 130 während des Betriebes des Displaysystems 100 angelegt werden, um Alterungseffekte unter jeder der zuvor festgelegten Belastungsbedingungen zu replizieren. Oder anders ausgedrückt: Eine erste zuvor festgelegte Belastungsbedingung wird an einen ersten Satz Referenzpixel angelegt, eine zweite zuvor festgelegte Belastungsbedingung wird an einen zweiten Satz Referenzpixel angelegt, und so weiter. In diesem Beispiel hat das Displaysystem 100 Gruppen von Referenzpixeln 130, die unter 16 verschiedenen Belastungsbedingungen belastet werden, die von einem niedrigen Stromwert bis zu einem hohen Stromwert für die Pixel reichen. Es gibt somit 16 verschiedene Gruppen von Referenzpixeln 130 in diesem Beispiel. Natürlich können auch größere oder kleinere Anzahlen von Belastungsbedingungen je nach den Faktoren angelegt werden, wie zum Beispiel die gewünschte Genauigkeit der Kompensation, der physische Platz im Peripheriebereich 106, der Betrag der verfügbaren Verarbeitungsleistung und die Menge an Speicher zum Speichern der Kennkorrelationskurvendaten.
Indem man ein Referenzpixel oder eine Gruppe von Referenzpixeln kontinuierlich einer Belastungsbedingung aussetzt, werden die Komponenten des Referenzpixels entsprechend den Betriebsbedingungen der Belastungsbedingung gealtert. Wenn die Belastungsbedingung während des Betriebes des Systems 100 an das Referenzpixel angelegt wird, so werden die elektrischen und optischen Kennlinien des Referenzpixels gemessen und ausgewertet, um Daten zum Bestimmen von Korrekturkurven für die Kompensation der Alterung in dem aktiven Pixel 104 in dem Array 102 zu bestimmen. In diesem Beispiel werden die optischen Kennlinien und elektrischen Kennlinien einmal pro Stunde für jede Gruppe von Referenzpixeln 130 gemessen. Die entsprechenden Kennkorrelationskurven werden darum für die gemessenen Kennlinien der Referenzpixel 130 aktualisiert. Natürlich können diese Messungen je nach der Genauigkeit, die für die Alterungskompensation gewünscht wird, auch in kürzeren Zeiträumen oder für längere Zeiträume vorgenommen werden.
Allgemein hat die Leuchtdichte der OLED 204 eine direkte lineare Beziehung zu dem an das OLED 204 angelegten Strom. Die optische Kennlinie eines OLEDs kann ausgedrückt werden als: L = O·I In dieser Gleichung ist die Leuchtdichte L ein Resultat eines Koeffizienten O auf der Basis der Eigenschaften des OLEDs, multipliziert mit dem Strom I. In dem Maße, wie das OLED 204 altert, nimmt der Koeffizient O ab, und darum nimmt die Leuchtdichte für einen konstanten Stromwert ab. Die gemessene Leuchtdichte bei einem bestimmten Strom kann darum zum Bestimmen der Kennlinienveränderung des Koeffizienten O infolge von Alterung für ein bestimmtes OLED 204 zu einer bestimmten Zeit für eine zuvor festgelegte Belastungsbedingung verwendet werden.
Die gemessene elektrische Kennlinie stellt die Beziehung zwischen der dem Ansteuertransistor 202 zugeführten Spannung und dem resultierenden Strom durch das OLED 204 dar. Zum Beispiel kann die Veränderung der Spannung, die erforderlich ist, um einen konstanten Strompegel durch das OLED des Referenzpixels zu erreichen, mit einem Spannungssensor oder Dünnschichttransistor gemessen werden, wie zum Beispiel dem Überwachungstransistor 210 in 2. Die erforderliche Spannung steigt allgemein in dem Maße, wie das OLED 204 und der Ansteuertransistor 202 altern. Die erforderliche Spannung hat eine Leistungsgesetzbeziehung zu dem Ausgangsstrom, wie in der folgenden Gleichung gezeigt: I = k·(V – e)^a In dieser Gleichung wird der Strom durch eine Konstante k bestimmt, multipliziert mit der Eingangsspannung V, minus einem Koeffizienten e, der die elektrische Kennlinie des Ansteuertransistors 202 darstellt. Die Spannung hat darum eine Leistungsgesetzbeziehung durch die Variable a zu dem Strom I. In dem Maße, wie der Transistor 202 altert, steigt der Koeffizient e, wodurch eine höhere Spannung benötigt wird, um den gleichen Strom zu erzeugen. Der gemessene Strom von dem Referenzpixel kann darum dafür verwendet werden, den Wert des Koeffizienten e für ein bestimmtes Referenzpixel zu einer bestimmten Zeit für die an das Referenzpixel angelegte Belastungsbedingung zu bestimmen.
Wie oben erläutert, stellt die optische Kennlinie O die Beziehung zwischen der durch das OLED 204 generierten Leuchtdichte des Referenzpixels 130 gemäß Messung durch den Fotosensor 132 und dem Strom durch das OLED 204 in 2 dar. Die gemessene elektrische Kennlinie e stellt die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem resultierenden Strom dar. Die Veränderung der Leuchtdichte des Referenzpixels 130 bei einem konstanten Strompegel im Vergleich zu einer als Ausgangsbasis dienenden optischen Kennlinie kann durch einen Fotosensor, wie zum Beispiel den Fotosensor 132 in 1, gemessen werden, wenn die Belastungsbedingung an das Referenzpixel angelegt wird. Die Veränderung der elektrischen Kennlinie e im Vergleich zu einer als Ausgangsbasis dienenden elektrischen Kennlinie kann aus der Überwachungsleitung gemessen werden, um die Stromabgabe zu bestimmen. Während des Betriebes des Displaysystems 100 wird der Belastungsbedingungsstrompegel kontinuierlich an das Referenzpixel 130 angelegt. Wenn eine Messung gewünscht wird, so wird der Belastungsbedingungsstrom fortgenommen, und die Auswahlleitung 214 wird aktiviert. Eine Referenzspannung wird angelegt, und der resultierende Leuchtdichtepegel wird am Ausgang des Fotosensors 132 abgenommen, und die Ausgangsspannung wird aus der Überwachungsleitung 218 gemessen. Die resultierenden Daten werden mit früheren optischen und elektrischen Daten verglichen, um Veränderungen bei der Strom- und Leuchtdichteausgabe für eine konkrete Belastungsbedingung anhand der Alterung zu bestimmen, um die Kennlinie des Referenzpixels bei der Belastungsbedingung zu aktualisieren. Die aktualisierten Kennliniendaten werden zum Aktualisieren der Kennkorrelationskurve verwendet.
Dann wird unter Verwendung der aus dem Referenzpixel gemessenen elektrischen und optischen Kennlinien eine Kennkorrelationskurve (oder -funktion) für die zuvor festgelegte Belastungsbedingung im Lauf der Zeit bestimmt. Die Kennkorrelationskurve stellt eine quantifizierbare Beziehung zwischen der optischen Degradation und der elektrischen Alterung, die für ein bestimmtes Pixel erwartet werden, das unter der Belastungsbedingung arbeitet, bereit. Insbesondere bestimmt jeder Punkt auf der Kennkorrelationskurve die Korrelation zwischen den elektrischen und optischen Kennlinien eines OLED eines bestimmten Pixels unter der Belastungsbedingung zu einer bestimmten Zeit, wo Messungen aus dem Referenzpixel 130 abgenommen werden. Die Kennlinien können dann durch die Steuereinheit 112 verwendet werden, um entsprechende Kompensationsspannungen für aktive Pixel 104 zu bestimmen, die unter den gleichen Belastungsbedingungen gealtert wurden, die an die Referenzpixel 130 angelegt wurden. In einem weiteren Beispiel kann die als Ausgangsbasis dienende optische Kennlinie periodisch an einem Basis-OLED-Bauelement zur selben Zeit gemessen werden, zu der die optische Kennlinie des OLEDs des Referenzpixels gemessen wird. Das Basis-OLED-Bauelement wird entweder nicht belastet oder wird mit einer bekannten und kontrollierten Rate belastet. Dies beseitigt jegliche Umgebungseinflüsse auf die Referenz-OLED-Kennlinie.
Aufgrund von Fertigungsprozessen und anderer dem Fachmann bekannter Faktoren kann es sein, dass nicht jedes Referenzpixel 130 des Displaysystems 100 gleichmäßige Kennlinien hat, was unterschiedliche Abstrahlungsleistungen zur Folge hat. Eine Technik besteht darin, die Werte für die elektrischen Kennlinien und die Werte der Leuchtdichtekennlinien, die durch einen Satz Referenzpixel unter einer zuvor festgelegten Belastungsbedingung erhalten wurden, zu mitteln. Eine bessere Darstellung der Auswirkung der Belastungsbedingung auf ein durchschnittliches Pixel erhält man durch Anwenden der Belastungsbedingung auf einen Satz der Referenzpixel 130 und Anwenden einer Abfrage-Mittelwertbildungs-Technik, um Defekte, Messrauschen und andere Probleme zu vermeiden, die während der Einwirkung der Belastungsbedingung auf die Referenzpixel auftreten können. Zum Beispiel können fehlerhafte Werte, wie zum Beispiel jene, die aufgrund von Rauschen oder eines toten Referenzpixels bestimmt werden, aus der Mittelwertbildung herausgenommen werden. Eine solche Technik kann zuvor festgelegte Pegel der Leuchtdichte und elektrische Kennlinien haben, die erfüllt sein müssen, bevor diese Werte in die Mittelwertbildung aufgenommen werden. Es können auch zusätzliche statistische Regressionstechniken verwendet werden, um weniger Gewicht auf elektrische und optische Kennlinienwerte zu legen, die sich signifikant von den anderen gemessenen Werten für die Referenzpixel unter einer bestimmten Belastungsbedingung unterscheiden.
In diesem Beispiel wird jede der Belastungsbedingungen an einen anderen Satz Referenzpixel angelegt. Die optischen und elektrischen Kennlinien der Referenzpixel werden gemessen, und eine Abfrage-Mittelwertbildungs-Technik und/oder eine statistische Regressionstechnik werden angewendet, um verschiedene Kennkorrelationskurven zu bestimmen, die jeder der Belastungsbedingungen entsprechen. Die verschiedenen Kennkorrelationskurven werden in dem Speicher 118 gespeichert. Obgleich dieses Beispiel Referenzbauelemente zum Bestimmen der Korrelationskurven verwendet, können die Korrelationskurven auch auf andere Weise bestimmt werden, wie zum Beispiel anhand historischer Daten oder durch vorherige Festlegung durch einen Hersteller.
Während des Betriebes des Displaysystems 100 kann jede Gruppe der Referenzpixel 130 den jeweiligen Belastungsbedingungen ausgesetzt werden, und die Kennkorrelationskurven, die zunächst im Speicher 118 gespeichert wurden, können durch die Steuereinheit 112 aktualisiert werden, um Daten widerzuspiegeln, die von den Referenzpixeln 130 entnommen wurden, die den gleichen externen Bedingungen wie die aktiven Pixel 104 ausgesetzt sind. Die Kennkorrelationskurven können somit für jedes der aktiven Pixel 104 auf der Basis von Messungen abgestimmt werden, die für die elektrischen und Leuchtdichtekennlinien der Referenzpixel 130 während des Betriebes des Displaysystems 100 vorgenommen wurden. Die elektrischen und Leuchtdichtekennlinien für jede Belastungsbedingung werden darum im Speicher 118 gespeichert und während des Betriebes des Displaysystems 100 aktualisiert. Die Speicherung der Daten kann in einem stückweisen linearen Modell erfolgen. In diesem Beispiel hat ein solches stückweises lineares Modell 16 Koeffizienten, die aktualisiert werden, wenn die Referenzpixel 130 für Spannungs- und Leuchtdichtekennlinien gemessen werden. Alternativ kann eine Kurve unter Verwendung einer linearen Regression oder durch Speichern von Daten in einer Nachschlagetabelle im Speicher 118 bestimmt und aktualisiert werden.
Das Generieren und Speichern einer Kennkorrelationskurve für jede mögliche Belastungsbedingung wäre aufgrund der großen Menge an Ressourcen (zum Beispiel Speicherplatz, Verarbeitungsleistung usw.), die dafür benötigt werden würden, nicht durchführbar. Das offenbarte Displaysystem 100 überwindet solche Beschränkungen durch Bestimmen und Speichern einer diskreten Anzahl von Kennkorrelationskurven bei zuvor festgelegten Belastungsbedingungen und anschließendes Kombinieren dieser zuvor festgelegten Kennkorrelationskurven unter Verwendung eines oder mehrerer linearer oder nicht-linearer Algorithmen zum Synthetisieren eines Kompensationsfaktors für jedes Pixel 104 des Displaysystems 100 je nach der konkreten Betriebsbedingung jedes Pixels. Wie oben erläutert, gibt es in diesem Beispiel eine Reihe von 16 verschiedenen zuvor festgelegten Belastungsbedingungen und darum 16 verschiedene Kennkorrelationskurven, die im Speicher 118 gespeichert sind.
Für jedes Pixel 104 analysiert das Displaysystem 100 die Belastungsbedingung, die an das Pixel 104 angelegt wird, und bestimmt einen Kompensationsfaktor unter Verwendung eines Algorithmus auf der Basis der zuvor festgelegte Kennkorrelationskurven und der gemessenen elektrischen Alterung der Paneelpixel. Das Displaysystem 100 legt dann eine Spannung an das Pixel auf der Basis des Kompensationsfaktors an. Die Steuereinheit 112 bestimmt darum die Belastung eines konkreten Pixels 104 und bestimmt die nächstliegenden zwei zuvor festgelegten Belastungsbedingungen und zugehörigen Kennliniendaten, die aus dem Referenzpixel 130 bei diesen zuvor festgelegten Belastungsbedingungen erhalten wurden, für die Belastungsbedingung des konkreten Pixels 104. Die Belastungsbedingung des aktiven Pixels 104 fällt darum zwischen eine niedrige zuvor festgelegte Belastungsbedingung und eine hohe zuvor festgelegte Belastungsbedingung.
Die folgenden Beispiele linearer und nicht-linearer Gleichungen für das Kombinieren von Kennkorrelationskurven werden zur Vereinfachung der Offenbarung anhand zweier solcher zuvor festgelegter Kennkorrelationskurven beschrieben; jedoch versteht es sich, dass jede beliebige andere Anzahl zuvor festgelegter Kennkorrelationskurven in den beispielhaften Techniken zum Kombinieren der Kennkorrelationskurven verwendet werden kann. Die zwei beispielhaften Kennkorrelationskurven enthalten eine erste Kennkorrelationskurve, die für eine hohe Belastungsbedingung bestimmt wurde, und eine zweite Kennkorrelationskurve, die für eine niedrige Belastungsbedingung bestimmt wurde.
Die Fähigkeit zur Verwendung verschiedener Kennkorrelationskurven über verschiedene Pegel erlaubt eine präzise Kompensation für aktive Pixel 104, die anderen Belastungsbedingungen ausgesetzt werden als die zuvor festgelegten Belastungsbedingungen, die an die Referenzpixel 130 angelegt werden. 3 ist ein Kurvendiagramm, das verschiedene Belastungsbedingungen im Lauf der Zeit für ein aktives Pixel 104 zeigt, das ausgesendete Leuchtdichtepegel im Lauf der Zeit zeigt. Während eines ersten Zeitraums ist die Leuchtdichte des aktiven Pixels durch die Spur 302 dargestellt, die zeigt, dass die Leuchtdichte zwischen 300 und 500 nits (cd/cm²) liegt. Die Belastungsbedingung, die an das aktive Pixel während der Spur 302 angelegt wird, ist darum relativ hoch. In einem zweiten Zeitraum ist die Leuchtdichte des aktiven Pixels durch eine Spur 304 dargestellt, die zeigt, dass die Leuchtdichte zwischen 300 und 100 nits liegt. Die Belastungsbedingung während der Spur 304 ist darum niedriger als die des ersten Zeitraums, und die Altersauswirkungen des Pixels während dieser Zeit unterscheiden sich von der höheren Belastungsbedingung. In einem dritten Zeitraum ist die Leuchtdichte des aktiven Pixels durch eine Spur 306 dargestellt, die zeigt, dass die Leuchtdichte zwischen 100 und 0 nits liegt. Die Belastungsbedingung während dieses Zeitraums ist niedriger als die des zweiten Zeitraums. In einem vierten Zeitraum ist die Leuchtdichte des aktiven Pixels durch eine Spur 308 dargestellt, die eine Rückkehr zu einer höheren Belastungsbedingung auf der Basis einer höheren Leuchtdichte zwischen 400 und 500 nits zeigt.
Die begrenzte Anzahl von Referenzpixeln 130 und die entsprechenden begrenzten Anzahlen von Belastungsbedingungen können die Verwendung einer Mittelwertbildung oder einer kontinuierlichen (gleitenden) Mittelwertbildung für die spezielle Belastungsbedingung jedes aktiven Pixels 104 erfordern. Die speziellen Belastungsbedingungen können für jedes Pixel als eine lineare Kombination von Kennkorrelationskurven aus verschiedenen Referenzpixeln 130 abgebildet werden. Die Kombinationen zweier Kennlinienkurven bei zuvor festgelegten Belastungsbedingungen erlauben eine präzise Kompensation für alle Belastungsbedingungen, die zwischen solchen Belastungsbedingungen auftreten. Zum Beispiel erlauben die zwei Referenzkennkorrelationskurven für hohe und niedrige Belastungsbedingungen eine nahe Kennkorrelationskurve für ein aktives Pixel, das eine Belastungsbedingung zwischen den zwei zu bestimmenden Referenzkurven hat. Die erste und die zweite Referenzkennkorrelationskurve, die im Speicher 118 gespeichert sind, werden durch die Steuereinheit 112 unter Verwendung eines gewichteten gleitenden Mittelwertalgorithmus kombiniert. Eine Belastungsbedingung bei einer bestimmten Zeit St(t_i) für ein aktives Pixel kann dargestellt werden durch: St(t_i) = (St(t_i-1)·k_avg + L(t_i))/(k_avg + 1) In dieser Gleichung ist St(t_i-1) die Belastungsbedingung zu einer früheren Zeit, k_avg ist eine gleitende Mittelwertkonstante. L(t_i) ist die gemessene Leuchtdichte des aktiven Pixels zu der betreffenden Zeit, die bestimmt werden kann durch:
In dieser Gleichung ist L_peak die höchste Leuchtdichte, die die technische Bemessung des Displaysystems 100 zulässt. Die Variable g(t_i) ist die Grauskala zur Zeit der Messung, g_peak ist der höchste Grauskalawert der Verwendung (zum Beispiel 255), und γ ist eine gamma-Konstante. Ein gewichteter gleitender Mittelwertalgorithmus, der die Kennkorrelationskurven der zuvor festgelegten hohen und niedrigen Belastungsbedingungen verwendet, kann den Kompensationsfaktor K_comp über die folgende Gleichung bestimmen: K_comp = K_highf_high(ΔI) + K_lowf_low(ΔI) In dieser Gleichung ist f_high die erste Funktion, die der Kennkorrelationskurve für eine hohe zuvor festgelegte Belastungsbedingung entspricht, und f_low ist die zweite Funktion, die der Kennkorrelationskurve für eine niedrige zuvor festgelegte Belastungsbedingung entspricht. ΔI ist die Veränderung des Stroms in dem OLED für einen festen Spannungseingang, was die Veränderung (elektrische Degradation) aufgrund von Alterungseffekten zeigt, die zu einer bestimmten Zeit gemessen wurden. Es versteht sich, dass die Veränderung des Stroms durch eine Veränderung der Spannung ΔV für einen festen Strom ersetzt werden kann. K_high ist die gewichtete Variable, die der Kennkorrelationskurve für die hohe Belastungsbedingung zugewiesen ist, und K_low ist das Gewicht, das der Kennkorrelationskurve für die niedrige Belastungsbedingung zugewiesen ist. Die gewichteten Variablen K_high und K_low können anhand der folgenden Gleichungen bestimmt werden: K_high = St(t_i)/L_high K_low = 1 – K_high wobei L_high die Leuchtdichte ist, die dem hohen Belastungsbedingung zugewiesen war.
Die Veränderung der Spannung oder des Stroms in dem aktiven Pixel zu jeder Zeit während des Betriebes stellt die elektrische Kennlinie dar, während die Veränderung des Stroms als Teil der Funktion für die hohe oder niedrige Belastungsbedingung die optische Kennlinie darstellt. In diesem Beispiel werden die Leuchtdichte bei der hohen Belastungsbedingung, die Spitzenleuchtdichte und der durchschnittliche Kompensationsfaktor (Differenzfunktion zwischen den zwei Kennkorrelationskurven) K_avg im Speicher 118 gespeichert, um die Kompensationsfaktoren für jedes der aktiven Pixel zu bestimmen. Zusätzliche Variablen werden im Speicher 118 gespeichert, einschließlich beispielsweise des Grauskalawertes für die maximale Leuchtdichte, die für das Displaysystem 100 zulässig ist (zum Beispiel ein Grauskalawert von 255). Außerdem kann der durchschnittliche Kompensationsfaktor K_avg empirisch aus den Daten bestimmt werden, die während des Anlegens von Belastungsbedingungen an die Referenzpixel erhalten wurden.
Insofern kann die Beziehung zwischen der optischen Degradation und der elektrischen Alterung jedes Pixels 104 in dem Displaysystem 100 abgestimmt werden, um Fehler zu vermeiden, die mit Divergenz in den Kennkorrelationskurven aufgrund unterschiedlicher Belastungsbedingungen einhergehen. Die Anzahl der gespeicherten Kennkorrelationskurven kann ebenfalls auf eine Anzahl minimiert werden, die die Konfidenz bietet, dass die Mittelwertbildungs-Technik für die erforderlichen Kompensationsgrade hinreichend präzise ist.
Der Kompensationsfaktor K_comp kann für die Kompensation der Alterung der optischen Effizienz des OLEDs verwendet werden, um Programmierspannungen für das aktive Pixel zu justieren. Eine weitere Technik zum Bestimmen des entsprechenden Kompensationsfaktors für eine Belastungsbedingung auf ein aktives Pixel kann als dynamische gleitende Mittelwertbildung (Dynamic Moving Averaging) bezeichnet werden. Die Technik der dynamischen gleitenden Mittelwertbildung beinhaltet das Ändern des gleitenden Mittelwert-Koeffizienten K_avg während der Lebensdauer des Displaysystems 100 zum Kompensieren der Divergenz in zwei Kennkorrelationskurven bei verschiedenen zuvor festgelegten Belastungsbedingungen, um Verzerrungen bei der Displayausgabe zu verhindern. Wenn die OLEDs der aktiven Pixel alter, nimmt die Divergenz zwischen zwei Kennkorrelationskurven bei verschiedenen Belastungsbedingungen zu. Somit kann K_avg während der Lebensdauer des Displaysystems 100 vergrößert werden, um einen scharfen Übergang zwischen den zwei Kurven für ein aktives Pixel zu vermeiden, das eine Belastungsbedingung hat, die zwischen die zwei zuvor festgelegten Belastungsbedingungen fällt. Die gemessene Veränderung des Stroms, ΔI, kann dafür verwendet werden, den K_avg-Wert zu justieren, um die Leistung des Algorithmus zum Bestimmen des Kompensationsfaktors zu verbessern.
Eine weitere Technik zum Verbessern der Leistung des Kompensationsprozesses, die als Ereignis-basierte gleitende Mittelwertbildung (Event-Based Moving Averaging) bezeichnet wird, besteht darin, das System nach jedem Alterungsschritt zurückzusetzen. Diese Technik verbessert des Weiteren die Extraktion der Kennkorrelationskurven für die OLEDs eines jeden der aktiven Pixel 104. Das Displaysystem 100 wird nach jedem Alterungsschritt zurückgesetzt (oder nachdem ein Nutzer das Displaysystem 100 ein- oder ausschaltet). In diesem Beispiel wird der Kompensationsfaktor K_comp bestimmt durch: K_comp = K_{comp_evt} + K_high(f_high(ΔI) – f_high(ΔI_evt)) + K_low(f_low(ΔI) – f_low(ΔI_evt)) In dieser Gleichung ist K_{comp_evt} der Kompensationsfaktor, der zu einer früheren Zeit berechnet wurde, und ΔI_evt ist die Veränderung des OLED-Stroms während der früheren Zeit bei einer festen Spannung. Wie bei der anderen Kompensationsbestimmungstechnik kann die Veränderung des Stroms durch die Veränderung einer OLED-Spannungsveränderung bei einem festen Strom ersetzt werden.
4 ist ein Kurvendiagramm 400, das die verschiedenen Kennkorrelationskurven auf der Basis der verschiedenen Techniken zeigt. Das Kurvendiagramm 400 vergleicht die Veränderung des Prozentsatzes der optischen Kompensation und die Veränderung der Spannung des OLEDs des aktiven Pixels, die erforderlich ist, um einen bestimmten Strom zu erzeugen. Wie in dem Kurvendiagramm 400 gezeigt, divergiert eine zuvor festgelegte Hochbelastungs-Kennkorrelationskurve 402 von einer zuvor festgelegten Niedrigbelastungs-Kennkorrelationskurve 404 bei größeren Veränderungen der Spannung, was eine Alterung eines aktiven Pixels widerspiegelt. Ein Satz Punkte 406 stellt die Korrekturkurve dar, die durch die gleitende Mittelwert-Technik anhand der zuvor festgelegten Kennkorrelationskurven 402 und 404 für die Stromkompensation eines aktiven Pixels bei verschiedenen Veränderungen der Spannung bestimmt wurde. Wenn die Veränderung der Spannung zunimmt, was eine Alterung widerspiegelt, so hat der Übergang der Korrekturkurve 406 einen scharfen Übergang zwischen der niedrigen Kennkorrelationskurve 404 und der hohen Kennkorrelationskurve 402. Ein Satz Punkte 408 stellt die Kennkorrelationskurve dar, die durch die dynamische gleitende Mittelwertbildungs-Technik bestimmt wurde. Ein Satz Punkte 410 stellt die Kompensationsfaktoren dar, die durch die Ereignis-basierte gleitende Mittelwertbildungs-Technik bestimmt wurde. Auf der Basis des OLED-Verhaltens kann eine der oben genannten Techniken zum Verbessern der Kompensation der OLED-Effizienzdegradation verwendet werden.
Wie oben erläutert, wird eine elektrische Kennlinie eines ersten Satzes von Abtastpixeln gemessen. Zum Beispiel kann die elektrische Kennlinie eines jeden des ersten Satzes von Abtastpixeln durch einen Dünnschichttransistor (TFT) gemessen werden, der mit jedem Pixel verbunden ist. Alternativ kann zum Beispiel eine optische Kennlinie (zum Beispiel Leuchtdichte) durch einen Fotosensor gemessen werden, der für jeden des ersten Satzes von Abtastpixeln vorgesehen ist. Der Betrag der Veränderung, die in der Helligkeit jedes Pixels erforderlich ist, kann aus der Verschiebung der Spannung eines oder mehrer der Pixel extrahiert werden. Dies kann durch eine Reihe von Berechnungen zum Bestimmen der Korrelation zwischen Verschiebungen der Spannung oder des Strom, die bzw. der einem Pixel zugeführt wird, und/oder der Helligkeit des lichtaussendenden Materials in diesem Pixel implementiert werden.
Die oben beschriebenen Verfahren zum Extrahieren von Kennkorrelationskurven zum Kompensieren der Alterung der Pixel in dem Array können durch eine Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, wie zum Beispiel die Steuereinheit 112 in 1 oder eine andere derartige Vorrichtung, die zweckmäßigerweise unter Verwendung eines oder mehrerer Allzweck-Computersysteme, Mikroprozessoren, digitaler Signalprozessoren, Mikrocontroller, anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC), programmierbarer Logikbausteine (PLD), feldprogrammierbarer Logikbausteine (FPLD), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (FPGA) und dergleichen implementiert werden können, die gemäß den im vorliegenden Text beschriebenen und veranschaulichten Lehren programmiert sind, wie dem Fachmann auf dem Gebiet der Computer-, Software- und Vernetzungstechnik einleuchtet.
Außerdem können zwei oder mehr Computersysteme oder -vorrichtungen an die Stelle eines jeden der im vorliegenden Text beschriebenen Steuereinheiten treten. Dementsprechend können Prinzipien und Vorteile einer dezentralen Verarbeitung, wie zum Beispiel Redundanz, Replikation und dergleichen, ebenfalls nach Bedarf implementiert werden, um die Fehlertoleranz und Leistung von im vorliegenden Text beschriebenen Steuereinheiten zu erhöhen.
Die Funktionsweise der beispielhaften Kennkorrelationskurven für Alterungskompensationsverfahren können durch maschinenlesbare Instruktionen ausgeführt werden. In diesen Beispielen umfassen die maschinenlesbaren Instruktionen einen Algorithmus zur Ausführung durch: (a) einen Prozessor, (b) eine Steuereinheit und/oder (c) eine oder mehrere sonstige geeignete Verarbeitungsvorrichtungen. Der Algorithmus kann in Software verkörpert sein, die auf greifbaren Medien gespeichert ist, wie zum Beispiel einem Flash-Speicher, einer CD-ROM, einer Floppydisk, einer Festplatte, einer Digital Video (Versatile) Disk (DVD) oder einer anderen Speichervorrichtung; aber dem Durchschnittsfachmann ist ohne Weiteres klar, dass der gesamte Algorithmus und/oder Teile davon alternativ auch durch eine andere Vorrichtung als einen Prozessor ausgeführt werden könnten und/oder in Firmware oder dedizierter Hardware in einer allgemein bekannten Weise verkörpert sein könnten (zum Beispiel kann er durch einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen programmierbaren Logikbaustein (PLD), einen feldprogrammierbaren Logikbaustein (FPLD), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), diskrete Logik usw. implementiert werden). Zum Beispiel könnten jegliche oder alle der Komponenten der Kennkorrelationskurven für Alterungskompensationsverfahren durch Software, Hardware und/oder Firmware implementiert werden. Es können auch einige oder alle der dargestellten maschinenlesbaren Instruktionen manuell implementiert werden.
5 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Bestimmen und Aktualisieren der Kennkorrelationskurven für ein Displaysystem, wie zum Beispiel das Displaysystem 100 in 1. Es wird eine Auswahl von Belastungsbedingungen getroffen, um genügend Ausgangsbasen zum Korrelieren der Reihe von Belastungsbedingungen für die aktiven Pixel zu haben (500). Dann wird eine Gruppe von Referenzpixeln für jede der Belastungsbedingungen ausgewählt (502). Die Referenzpixel für jede der Gruppen, die jeder der Belastungsbedingungen entsprechen, werden dann bei der entsprechenden Belastungsbedingung belastet, und als Ausgangsbasis dienende optische und elektrische Kennlinien werden gespeichert (504). In periodischen Intervallen werden die Leuchtdichtepegel für jedes Pixel in jeder der Gruppen gemessen und aufgezeichnet (506). Dann wird die Leuchtdichtenkennlinie durch Mittelwertbildung der gemessenen Leuchtdichte für jedes Pixel in der Gruppe der Pixel für jede der Belastungsbedingungen bestimmt (508). Die elektrischen Kennlinien für jedes der Pixel in jeder der Gruppen werden bestimmt (510). Der Mittelwert jedes Pixels in der Gruppe wird bestimmt, um die durchschnittliche elektrische Kennlinie zu bestimmen (512). Die durchschnittliche Leuchtdichtenkennlinie und die durchschnittliche elektrische Kennlinie für jede Gruppe werden dann dafür verwendet, die Kennkorrelationskurve für die entsprechende zuvor festgelegte Belastungsbedingung zu aktualisieren (514). Sobald die Korrelationskurven bestimmt und aktualisiert wurden, kann die Steuereinheit die aktualisierten Kennkorrelationskurven zum Kompensieren der Alterungsauswirkungen für aktive Pixel verwenden, die verschiedenen Belastungsbedingungen unterliegen.
Wenden wir uns 6 zu, wo ein Flussdiagramm für einen Prozess des Verwendens geeigneter zuvor festgelegter Kennkorrelationskurven für ein Displaysystem 100, die in dem Prozess in 5 erhalten wurden, veranschaulicht ist, um den Kompensationsfaktor für ein aktives Pixel zu einer bestimmten Zeit zu bestimmen. Die durch das aktive Pixel ausgesendete Leuchtdichte wird auf der Basis der höchsten Leuchtdichte und der Programmierspannung bestimmt (600). Eine Belastungsbedingung wird für ein spezielles aktives Pixel auf der Basis der früheren Belastungsbedingung, der bestimmten Leuchtdichte und des durchschnittlichen Kompensationsfaktors gemessen (602). Die entsprechenden zuvor festgelegten Belastungskennkorrelationskurven werden aus dem Speicher gelesen (604). In diesem Beispiel entsprechen die zwei Kennkorrelationskurven zuvor festgelegten Belastungsbedingungen, zwischen die die gemessene Belastungsbedingung des aktiven Pixels fällt. Die Steuereinheit 112 bestimmt dann die Koeffizienten aus jeder der zuvor festgelegten Belastungsbedingungen unter Verwendung der gemessenen Strom- oder Spannungsveränderung aus dem aktiven Pixel (606). Die Steuereinheit bestimmt dann einen modifizierten Koeffizienten, um eine Kompensationsspannung zu berechnen, die der Programmierspannung zu dem aktiven Pixel hinzuzufügen ist (608). Die bestimmte Belastungsbedingung wird im Speicher gespeichert (610). Die Steuereinheit 112 speichert dann den neuen Kompensationsfaktor, der dann angewendet werden kann, um die Programmierspannungen zu dem aktiven Pixel während jedes Vollbildzeitraums nach den Messungen der Referenzpixel 130 zu modifizieren (612).
Die OLED-Effizienzdegradation kann auf der Basis einer Interdependenzkurve auf der Basis elektrischer Veränderungen im OLED im Verhältnis zur Effizienzdegradation berechnet werden, wie zum Beispiel der Interdependenzkurve in 7. Hier wird die Veränderung des elektrischen OLED-Parameters detektiert, und dieser Wert wird verwendet, um die Effizienzdegradation aus der Kurve zu extrahieren. Der Pixelstrom kann dann entsprechend justiert werden, um die Degradation zu kompensieren. Die wichtigste Herausforderung besteht darin, dass die Interdependenzkurve eine Funktion der Belastungsbedingungen ist. Um also eine präzisere Kompensation zu erreichen, muss man den Effekt verschiedener Belastungsbedingungen berücksichtigen. Ein Verfahren ist, die Belastungsbedingung jedes Pixels (oder einer Gruppe von Pixeln) zu verwenden, um unter verschiedenen Interdependenzkurven auszuwählen, um für jeden konkreten Fall die richtige verlorene Effizienz zu extrahieren. Es werden nun verschiedene Verfahren zum Bestimmen der Belastungsbedingung beschrieben.
Zuerst kann man einen Belastungsverlauf für jedes Pixel (oder jede Gruppe von Pixeln) erstellen. Der Belastungsverlauf kann einfach ein gleitender Mittelwert der Belastungsbedingungen sein. Um die Berechnungsgenauigkeit zu verbessern, kann ein gewichteter Belastungsverlauf verwendet werden. Hier kann die Auswirkung jeder Belastung auf der Basis der Belastungsintensität oder des Belastungszeitraums ein anderes Gewicht haben als in dem in 8 gezeigten Beispiel. Zum Beispiel ist die Auswirkung von gering-intensiven Belastungen auf die Auswahl der OLED-Interdependenzkurve geringer. Darum kann eine Kurve, die ein geringeres Gewicht für eine geringe Intensität hat, verwendet werden, wie zum Beispiel die Kurve in 8. Es kann auch eine Unterabtastung verwendet werden, um den Belastungsverlauf zu berechnen, um die Speichertransferaktivitäten zu reduzieren. In einem Fall kann man annehmen, dass der Belastungsverlauf von geringer Frequenz in der Zeit ist. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit, die Pixelbedingungen für jedes Vollbild abzutasten. Die Abtastrate kann für verschiedene Anwendungen auf der Basis der Inhaltsvollbildrate modifiziert werden. Hier können während jedes Vollbildes nur einige wenige Pixel ausgewählt werden, um einen aktualisierten Belastungsverlauf zu erhalten.
In einem anderen Fall kann man annehmen, dass der Belastungsverlauf von geringer Frequenz im Raum ist. In diesem Fall ist es nicht notwendig, alle Pixel abzutasten. Hier wird eine Teilmenge von Pixeln verwendet, um den Belastungsverlauf zu berechnen, und dann kann eine Interpolationstechnik verwendet werden, um den Belastungsverlauf für alle Pixel zu berechnen.
In einem anderen Fall kann man die niedrigen Abtastraten in der Zeit und im Raum kombinieren.
In einigen Fällen ist es unter Umständen nicht möglich, den Speicher- und Berechnungsblock, der für den Belastungsverlauf benötigt wird, aufzunehmen. Hier kann die Rate der Veränderung des elektrischen OLED-Parameters verwendet werden, um die Belastungsbedingungen zu extrahieren, wie in den 9A und 9B gezeigt. 9A veranschaulicht die Veränderung von ΔV_OLED im Lauf der Zeit für niedrige, mittlere und hohe Belastungsbedingungen, und 9B veranschaulicht die Rate der Veränderung im Verhältnis zur Zeit für die gleichen drei Belastungsbedingungen.
Wie in 10 veranschaulicht, kann die Rate der Veränderung des elektrischen Parameters als ein Indikator der Belastungsbedingungen verwendet werden. Zum Beispiel kann die Rate der Veränderung des elektrischen Parameters auf der Basis der Veränderung des elektrischen Parameters für verschiedene Belastungsbedingungen modelliert oder experimentell extrahiert werden, wie in 10 gezeigt. Die Rate der Veränderung kann auch dafür verwendet werden, die Belastungsbedingung auf der Basis eines Vergleichs der gemessenen Veränderung und der Rate der Veränderung des elektrischen Parameters zu extrahieren. Hier wird die Funktion verwendet, die für Veränderung und Rate der Veränderung des elektrischen Parameters entwickelt wurde. Alternativ können die Belastungsbedingung, Interdependenzkurven und ein gemessener veränderter Parameter verwendet werden.
11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Kompensieren der OLED-Effizienzdegradation auf der Basis des Messens der Veränderung und Rate der Veränderung des elektrischen Parameters des OLEDs. In diesem Verfahren wird die Veränderung des OLED-Parameters (zum Beispiel der OLED-Spannung) in Schritt 1101 extrahiert, und dann wird die Rate der Veränderung des OLED-Parameters auf der Basis früher extrahierter Werte in Schritt 1102 berechnet. Schritt 1103 verwendet dann die Rate der Veränderung und die Veränderung des Parameters zum Identifizieren der Belastungsbedingung. Schließlich berechnet Schritt 1104 die Effizienzdegradation aus der Belastungsbedingung, den gemessenen Parameter und Interdependenzkurven.
Obgleich konkrete Ausführungsformen, Aspekte und Anwendungen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf den genauen Aufbau und die genauen Zusammensetzungen beschränkt ist, die im vorliegenden Text offenbart sind, und dass verschiedene Modifizierungen, Änderungen und Variationen aus den obigen Beschreibungen ersichtlich sein können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert sind. abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Effizienzdegradation einer organischen Leuchtvorrichtung (Organic Light Emitting Device, OLED) in einem Array-basierten Halbleiterbauelement, das ein Array von Pixeln aufweist, die OLEDs enthalten, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen der Beziehung zwischen Veränderungen eines elektrischen Betriebsparameters der OLEDs und der Effizienzdegradation der OLEDs für mindestens eine Belastung in dem elektrischen Betriebsparameter der OLEDs, Bestimmen der Belastungsbedingung mindestens eines Pixels oder einer Gruppe von Pixeln in dem Halbleiterbauelement, und unter Verwendung der bestimmten Beziehung und der bestimmten Belastungsbedingung, Bestimmen der Effizienzdegradation der OLEDs entsprechend der gemessenen Veränderung des elektrischen Betriebsparameters der OLEDs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die bestimmte Belastungsbedingung dafür verwendet wird, die bestimmte Beziehung auszuwählen, die zum Bestimmen der Effizienzdegradation der OLEDs entsprechend der gemessenen Veränderung des elektrischen Betriebsparameters der OLEDs verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der elektrische Betriebsparameter die OLED-Spannung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Belastungsbedingung der OLEDs aus dem Belastungsverlauf der OLEDs bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Belastungsverlauf ein gleitender Mittelwert der Belastungsbedingungen ist, denen die OLEDs ausgesetzt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Belastungsbedingung der OLEDs anhand der Rate der Veränderung des elektrischen Betriebsparameters der OLEDs im Lauf der Zeit als eine Funktion der Belastung, der die OLEDs ausgesetzt sind, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beziehung zwischen Veränderungen eines elektrischen Betriebsparameters der OLEDs und der Effizienzdegradation der OLEDs für verschiedene Belastungsbedingungen bestimmt wird.