EP1638070B1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Alterungskompensation einer organischen Leuchtdiode - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Alterungskompensation einer organischen Leuchtdiode Download PDF

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EP1638070B1
EP1638070B1 EP05020442A EP05020442A EP1638070B1 EP 1638070 B1 EP1638070 B1 EP 1638070B1 EP 05020442 A EP05020442 A EP 05020442A EP 05020442 A EP05020442 A EP 05020442A EP 1638070 B1 EP1638070 B1 EP 1638070B1
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EP
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current
light
voltage
emitting diode
oled
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EP1638070A3 (de
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Oliver Schneider
Jan Birnstock
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NovaLED GmbH
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NovaLED GmbH
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Publication date
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    • G09G2320/043—Preventing or counteracting the effects of ageing

Definitions

  • the invention relates to a method for aging compensation of an organic light emitting diode (OLED) and a circuit arrangement.
  • OLED organic light emitting diode
  • OLEDs Organic light emitting diodes, so-called OLEDs, are traversed by a forward current in operation in the forward direction and show electroluminescence phenomena. The strength of the electroluminescence is dependent on the size of the forward current.
  • OLEDs usually have the disadvantage that an aging occurs in which the strength of the electroluminescence drops at the same forward current. This aging is accompanied by an increase in the on-resistance of the OLED. Accordingly, a forward voltage that drops across the OLED at the same current behaves. This increases with constant current flow with progressive aging of the OLED. More generally, the characteristic of an OLED changes with progressive aging.
  • the aging of the OLED can be considered as a condition that can give the same state of aging regardless of the type of current previously flowed. A short high current flow leads to the same state as a long low current flow. The same applies to the picture contents displayed on a display. A pixel that has been driven very bright for a short time reaches the same state as a pixel that has been operated at low brightness for a long time. Therefore, with knowledge of the aging state, the control can be corrected accordingly.
  • a display can be formed from many OLEDs which, depending on the information shown, have an individual aging behavior.
  • the display comprises an OLED reference pixel whose voltage drop is determined by means of a measuring circuit.
  • the measuring circuit is connected to an evaluation circuit, which in response to the behavior of the Reference pixels generates a feedback signal.
  • the feedback signal is supplied to the control circuit so that it can compensate for changes in the behavior of the OLED pixels.
  • the document EP 1 318 499 A2 discloses an OLED display having a current source for generating a reference current and a driver transistor for controlling the OLED pixels.
  • the power source generates a current in response to a luminance adjustment signal of the display to adjust the overall luminosity of the display.
  • a method for controlling an OLED display applies voltages to drive OLED pixels of the display.
  • the OLED pixels are individually controlled and the current flowing through them is measured and stored for each pixel. Subsequently, the voltages applied to the OLED pixels are controlled according to the stored current values.
  • the document US 2003/0146888 A1 describes an OLED display, which can be operated in two different modes. In a first mode, the OLED display is operated by means of a constant voltage, while in the second mode, a constant current is used for this purpose.
  • the column drivers of the display matrix are provided with measuring devices. This increases the hardware complexity of the arrangement in considerable extent. How the measurement of the current-voltage characteristics of the pixels takes place is not described and is not obvious to the person skilled in the art.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for the aging compensation of an organic light emitting diode and a circuit arrangement in which the effort, in particular the circuitry complexity, is minimized.
  • the invention includes the idea of storing at least one known current-voltage value pair of the OLED at a time of low aging.
  • the driver transistor is brought from the saturation mode in the linear mode.
  • the current current-voltage value pair of the OLED can be determined and compared with the known current-voltage value pair of the unaged OLED, which is also referred to as desired current-voltage value pair.
  • the control of the OLED is made taking into account the difference between current current-voltage value pair and known current-voltage value pair.
  • the OLED with its driver transistor is inserted into a display matrix in which a plurality of OLEDs are arranged and which is fed via a display supply line, so that the process for aging compensation is carried out in the display matrix.
  • the current parameters of each individual OLED can be determined for the entire display with a single current measuring circuit which measures the current through the supply voltage connection V DD of the display.
  • V DD supply voltage connection
  • the current flowing through that OLED and the associated driver transistor is equal to the current measured by the current sense circuit minus the dark current of the display measured when all the OLEDs are turned off are. This dark current is caused by the leakage currents of the transistors of the matrix.
  • the measured OLED current and the calculated OLED voltage are used to identify the characteristic of the OLED associated with the current state of aging and thus to determine the state of aging.
  • control parameters which were determined taking into account the difference between the current current-voltage value pair and known current-voltage value pair, are stored in a memory until a renewed determination of the aging.
  • different solutions are possible to keep the compensating settings.
  • the storage of the determined values represents a little expensive variant.
  • the supply voltage V DD of the display is lowered so far that the driver transistors no longer operate in saturation mode but in linear mode.
  • all other OLEDs are turned off and the source-drain current I D of the driver transistor of the OLED to be measured is measured via the display supply line.
  • the gate voltage and the measured source-drain current whose source-drain voltage is determined.
  • a forward voltage value of the OLED is calculated.
  • the characteristic change is determined from the comparison of the value pair of current OLED current and current OLED voltage with a desired current-voltage characteristic.
  • the supply voltage V DD is lowered so far that the driver transistor is brought from saturation mode to linear operation.
  • First all OLEDs of the matrix are switched off and a dark current I Doff is measured by the display supply connection.
  • a current I Don is measured, and the difference between I Don and I Doff is used to calculate the source-drain current of the driver transistor I D.
  • the gate voltage and the calculated source-drain current whose source-drain voltage is determined.
  • a forward voltage value of the OLED is calculated.
  • the characteristic change is determined from the comparison of the value pair of current OLED current and current OLED voltage with a desired current-voltage characteristic.
  • a measurement cycle for an OLED then typically consists of a first measurement of the current with all OLEDs switched off and a second measurement in which only the respective OLED is switched on. From the difference so the current is obtained, which has flowed only through this OLED. Leakage currents of the other pixels no longer matter.
  • the source-drain voltage is calculated from the OLED current and the gate voltage at the driver transistor.
  • the voltage applied to the OLED is determined from the difference between the supply voltage and the source-drain voltage in the switched-on state.
  • a multiple application of the method wherein either a change in the gate voltage of the driver transistor, a characteristic section of the OLED characteristic is added and subsequently this characteristic section is used for more precise compensation of aging or changing the supply voltage of the display V DD Characteristic section of the OLED characteristic is recorded and subsequently this characteristic section is used for more precise compensation of aging.
  • the method described can be carried out for each OLED of the display and the current aging state can be stored in a memory.
  • the OLED display for OLED is scanned. This can e.g. be done at intervals or at each power.
  • the stored aging states are then used to compensate for the aging of the OLED, either by analog means, for example via an altered reference voltage from which the control voltage for the respective brightness values is generated, or digitally, by calculating a corrected brightness value.
  • a brightness compensation of the aged OLED and / or a gamma correction adaptation of the matrix can be performed.
  • the circuit arrangement according to the invention provides that a current measurement is connected in the current path.
  • the current measuring circuit is arranged between the connection of the supply voltage V DD and the OLED.
  • the invention can be used for aging compensation in various applications of OLEDs.
  • One possible use is a display matrix, within which a plurality of lighting or display elements are arranged, which consists of the circuit OLED, driver and drive transistor are formed. It is provided that the circuit is arranged several times in rows and columns of a display matrix, wherein all these circuits have a common connection to the supply voltage V DD . To use the method according to the invention it is provided that the current measuring circuit is in the common connection of the circuits to the supply voltage V DD .
  • Two mutually alternative, expedient embodiments of the circuit arrangement are in the spatial arrangement of the current measuring circuit, namely on the one hand in or on the drive circuit or on the substrate of the display matrix.
  • an OLED 1 is in a current path together with the drain-source path of a driver transistor 2 between a supply voltage V DD and ground.
  • the gate of the driver transistor 2 is connected to a drive transistor 3.
  • a data voltage V Data is applied to the data line 4 and a row voltage V Row to the row selection line 5, whereby the driver transistor 2 receives a gate voltage V GS .
  • Fig. 2 represents a section of an OLED display matrix. As an example, two times two OLEDs are shown, with the hatched area simplified for a circuit 6 after FIG. 1 stands. It is shown how the current measuring circuit 7 is integrated in the supply line of the display matrix and measures the total current of the display through all the pixels.
  • the supply voltage V DD is selected so that the driver transistor 2 operates in saturation mode, that is when driving a gate voltage V GS drives a current independent of the OLED voltage through this.
  • Fig. 3 is also the characteristic curve 9 of the OLED 1 in the less-aged state, preferably in the manufacturing state, also referred to above as the known or desired state, and the characteristic curve 10 of the OLED 1 in the aged state.
  • This state represents the current state in the intended aging compensation.
  • a current now sets through the drain-source path of the driver transistor 2 which is equal to the current I D through the OLED 1.
  • This stream is according to Fig. 3 in the aged as well as in the unaged state of the OLED 1 always the same, regardless of the voltage V DS across the transistor. It depends only on the voltage V GS .
  • V DD ⁇ ( V GS ; I D ).
  • V t represents the threshold voltage of the driver transistor 2.
  • V GS V GSmax .
  • V OLED V DD - V DS
  • V OLED V DD - V DS
  • the knowledge of the voltage across the OLED 1 is suitable to determine the current-voltage value pair, ie the operating point 11, which uniquely identifies the associated characteristic curve 10 and thus describes the aging state of the OLED1.
  • the characteristic curve 10 has been shown with the characteristic curve 10 by way of example a characteristic which corresponds to a specific aging state.
  • the measurements can typically only be performed separately for each OLED. In any case, only one current measuring circuit 7 is required for the entire display, but this does not have to be on the matrix, so that the circuit complexity of the matrix is not increased. However, it is also possible to make an average measurement of the current for all pixels at the same time, when all pixels have approximately the same aging state and all driver transistors of a matrix have the same characteristic. Then, with a current measurement for the entire matrix according to the same method as described above, the average aging state of all OLEDs is determined.
  • the threshold voltage of the driver transistor necessary for the calculation of the voltage V DS in linear operation can be determined by measuring the current through the OLED at two different gate voltages in the saturation mode of the transistor.
  • the currents I DSat1 and I Dsat2 are also referred to as I Don1 and I Don2 .
  • a simple and rapid determination of the aging state of the OLED can be carried out. If higher accuracy is needed, this can be done by measuring two or more value pairs per OLED. In this case, either the gate voltage of the driver transistor or the supply voltage V DD is to be changed, whereby in both cases the self-adjusting current I D is changed. For example, an adaptation of the gamma correction can be carried out with the thus measured characteristic section.
  • the disadvantage is the increased expenditure of time, which is why this multi-point method is less frequent.
  • the multipoint method can be used for additional quality enhancement and the simple one-point method for the main compensation.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Alterungskompensation einer organischen Lichtemitterdiode (OLED) und eine Schaltungsanordnung.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Organische Lichtemitterdioden, so genannte OLEDs, werden im Betrieb in Durchlassrichtung von einem Durchlassstrom durchflossen und zeigen dabei Elektrolumineszenzerscheinungen. Die Stärke der Elektrolumineszenz ist dabei abhängig von der Größe des Durchlassstromes.
  • OLEDs haben üblicherweise den Nachteil, dass eine Alterung auftritt, bei der die Stärke der Elektrolumineszenz bei gleichem Durchlassstrom sinkt. Diese Alterung geht einher mit einer Vergrößerung des Durchlasswiderstandes der OLED. Dementsprechend verhält sich eine über der OLED bei gleichem Strom abfallende Durchlassspannung. Diese steigt bei gleichbleibendem Stromfluss mit fortschreitender Alterung der OLED an. Allgemeiner ausgedrückt, verändert sich die Kennlinie einer OLED mit fortschreitender Alterung. Die Alterung der OLED kann als ein Zustand betrachtet werden, der unabhängig von der Art des zuvor geflossenen Stromes den gleichen Alterungszustand ergeben kann. Ein kurzer hoher Stromfluss führt dabei zum selben Zustand wie ein langer geringer Stromfluss. Ebenso verhält es sich mit den Bildinhalten, die auf einem Display angezeigt werden. Ein Pixel, der für kurze Zeit sehr hell getrieben wurde erreicht den selben Zustand wie ein Pixel, der für lange Zeit mit niedriger Helligkeit betrieben wurde. Daher lässt sich bei Kenntnis des Alterungszustands die Ansteuerung entsprechend korrigieren.
  • Ein Display kann aus vielen OLEDs gebildet sein, die in Abhängigkeit von der dargestellten Information, ein individuelles Alterungsverhalten aufweisen.
  • In dem Dokument US 2004/0070558 A1 ist ein OLED-Display aus OLED-Pixeln beschrieben, welche mittels einer Steuerungsschaltung gesteuert werden. Das Display umfaßt einen OLED-Referenzpixel, dessen Spannungsabfall mittels einer Messschaltung ermittelt wird. Die Messschaltung ist mit einer Auswerteschaltung verbunden, welche als Reaktion auf das Verhalten des Referenzpixels ein Rückkopplungssignal erzeugt. Das Rückkopplungssignal wird der Steuerungsschaltung zugeführt, damit diese Änderungen im Verhalten der OLED-Pixel kompensieren kann.
  • Das Dokument EP 1 318 499 A2 offenbart ein OLED-Display mit einer Stromquelle zur Erzeugung eines Referenzstromes und einem Treibertransistor zum Steuern der OLED-Pixel. In einer Ausführungsform erzeugt die Stromquelle einen Strom in Abhängigkeit von einem Leuchtkraft-Einstellsignal des Displays, um die Gesamtleuchtstärke des Displays einzustellen.
  • Im Dokument US 2003 / 0122813 A1 wird ein Verfahren zur Steuerung eines OLED-Displays offenbart. Bei dem Verfahren werden Spannungen zum Ansteuern von OLED-Pixeln des Displays angelegt. Um die Leuchtkraftänderung der einzelnen OLED-Pixel zu kompensieren, werden die OLED-Pixel einzeln angesteuert und der durch sie fließende Strom für jeden Pixel gemessen und gespeichert. Anschließend werden die an den OLED-Pixeln anliegenden Spannungen entsprechend den gespeicherten Stromwerten gesteuert.
  • Das Dokument US 2003 / 0146888 A1 beschreibt ein OLED-Display, welches in zwei unterschiedlichen Moden betrieben werden kann. In einem ersten Modus wird das OLED-Display mittels einer konstanten Spannung betrieben, während im zweiten Modus ein konstanter Strom hierzu verwendet wird.
  • In dem Dokument DE 100 09 204 A1 wird ein Verfahren zur Ansteuerung von aktiv adressierten OLED-Displays beschrieben, bei dem die Strom-Spannungskennlinien der Bildpunkte gemessen werden. Die Daten der Strom-Spannungs-Kennlinie werden in einen Speicher geschrieben. Weichen die Strom-Spannungs-Kennlinien von der Ideal-Kennlinie ab, so wird die im Bildspeicher abgelegte Bildinformation entsprechend manipuliert, damit auf dem Display trotz der Alterung einzelner Bildpunkte die gleiche Helligkeit erscheint.
  • In dem Dokument US 6,414,661 B1 wird ein Verfahren zur Kompensation für Langzeitänderungen in der Lichtemissionseffizienz einer einzelnen organischen Leuchtdiode in einem organischen Leuchtdiodendisplay beschrieben.
  • Zur Messung der Strom-Spannungs-Kennlinien sind die Spaltentreiber der Display-Matrix mit Messeinrichtungen versehen. Dabei erhöht sich der Hardware-Aufwand der Anordnung in erheblichem Maße. Wie die Messung der Strom-Spannungs-Kennlinien der Bildpunkte erfolgt, wird nicht beschrieben und ist für den Fachmann nicht offensichtlich.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Alterungskompensation einer organischen Lichtemitterdiode und eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei denen der Aufwand, insbesondere der schaltungstechnische Aufwand, minimiert wird.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch 1 sowie eine Schaltungsanordnung nach dem unabhängigen Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
  • Die Erfindung umfaßt den Gedanken, zumindest ein bekanntes Strom-Spannungs-Wertepaar der OLED zu einem Zeitpunkt geringer Alterung zu speichern. Während eines Messzyklus wird der Treibertransistor von dem Sättigungsbetrieb in den Linearbetrieb gebracht. Im Linearbetrieb kann das aktuelle Strom-Spannungs-Wertepaar der OLED ermittelt und mit dem bekannten Strom-Spannungs-Wertepaar der ungealterten OLED, welches auch als Soll-Strom-Spannungs-Wertepaar bezeichnet wird, verglichen werden. Danach wird die Ansteuerung der OLED unter Berücksichtigung der Differenz aus aktuellem Strom-Spannungs-Wertepaar und bekanntem Strom-Spannungs-Wertepaar vorgenommen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die OLED mit ihrem Treibertransistor in eine Displaymatrix, in der mehrere OLEDs angeordnet sind und die über eine Displayversorgungsleitung gespeist wird, eingesetzt ist, so dass das Verfahren zur Alterungskompensation in der Displaymatrix ausgeführt wird.
  • Mittels der bekannten Kennlinie des Treibertransistors können mit einer einzigen Strommessschaltung, welche den Strom durch den Versorgungsspannungsanschluss VDD des Displays misst, für das gesamte Display die aktuellen Parameter jeder einzelnen OLED ermittelt werden. Wird nur eine einzige OLED in der Displaymatrix eingeschaltet, ist der Strom, der durch diese OLED und den dazugehörigen Treibertransistor fließt, gleich dem mit der Strommessschaltung gemessenen Strom abzüglich des Dunkelstroms des Displays, der gemessen wird, wenn alle OLEDs abgeschaltet sind. Dieser Dunkelstrom wird durch die Leckströme der Transistoren der Matrix hervorgerufen. Über den gemessenen OLED-Strom und die berechnete OLED-Spannung ist die dem aktuellen Alterungszustand zugehörige Kennlinie der OLED zu identifizieren und damit der Alterungszustand zu ermitteln.
  • Es ist bekannt, welche Auswirkungen der Alterungszustand auf die Funktion der OLED hat, beispielsweise in welcher Größe eine Leuchtdichteverringerung liegt. Weiterhin sind die Maßnahmen bekannt, die zu einer Kompensation führen. Diese können in einer Tabelle beispielsweise in einem Displaycontroller abgelegt sein und entsprechend abgerufen und eingestellt werden.
  • Bei dem Verfahren kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Ansteuerparameter, die unter Berücksichtigung der Differenz aus aktuellem Strom-Spannungs-Wertepaar und bekanntem Strom-Spannungs-Wertepaar ermittelt wurden, in einem Speicher bis zu einer erneuten Ermittelung der Alterung gespeichert werden. Grundsätzlich sind verschiedene Lösungen möglich, die kompensierenden Einstellungen zu halten. Die Speicherung der ermittelten Werte stellt dabei jedoch eine wenig aufwändige Variante dar.
  • Eine Ausführung des Verfahrens dient dazu, in einem zusätzlichen Verfahrensschritt die Schwellspannung der Treibertransistoren zu bestimmen, wenn diese nicht bekannt ist. Dabei ist vorgesehen, dass
    • in einem Messzyklus alle OLEDs der Matrix abgeschaltet werden und
    • der Gesamtstrom IDoff der Matrix durch die Displayversorgungsleitung gemessen wird,
    • nachfolgend außer einem zu messenden Paar aus einer der OLEDs und ihrem zugehörigen Treibertransistor alle anderen entsprechenden Paare abgeschaltet werden,
    • zwei Messungen des Stromes im Sättigungsbetrieb des Treibertransistors, IDon1 und IDon2, bei zwei verschiedenen Gatespannungen UGS1 und UGS2 durchgeführt werden, und
    • aus den Strömen IDoff, IDon1 und IDon2 und den Gatespannungen UGS1 und UGS2 die Schwellspannung des Treibertransistors berechnet wird.
  • In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Versorgungsspannung VDD des Displays so weit abgesenkt wird, dass die Treibertransistoren nicht mehr im Sättigungsbetrieb sondern im Linearbetrieb arbeiten. Außer der zu messenden OLED werden dann alle anderen OLEDs abgeschaltet und der Source-Drain-Strom ID des Treibertransistors der zu messenden OLED wird über die Displayversorgungsleitung gemessen. Mittels der Kennlinie des Treibertransistors, der Gatespannung und dem gemessenen Source-Drain-Strom wird dessen Source-Drain-Spannung bestimmt. Aus der Differenz zwischen Versorgungsspannung und der berechneten Source-Drain-Spannung wird ein Durchlassspannungswert der OLED errechnet. Schließlich wird die Kennlinienveränderung aus dem Vergleich des Wertepaars aktueller OLED-Strom und aktueller OLED-Spannung mit einer Soll-Strom-Spannungs-Kennlinie ermittelt.
  • Alternativ ist in einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass wiederum die Versorgungsspannung VDD so weit abgesenkt wird, dass der Treibertransistor vom Sättigungsbetrieb in den Linearbetrieb gebracht wird. Zunächst werden alle OLEDs der Matrix abgeschaltet und ein Dunkelstrom IDoff durch den Displayversorgungsanschluss gemessen. Nachfolgend wird nur die zu messende OLED angeschaltet und ein Strom IDon gemessen und aus der Differenz von IDon und IDoff der Source-Drain-Strom des Treibertransistors ID berechnet. Mittels der Kennlinie des Treibertransistors, der Gatespannung und dem berechneten Source-Drain-Strom wird dessen Source-Drain-Spannung bestimmt. Aus der Differenz zwischen Versorgungsspannung und der berechneten Source-Drain-Spannung wird ein Durchlassspannungswert der OLED errechnet. Schließlich wird die Kennlinienveränderung aus dem Vergleich des Wertepaars aktueller OLED-Strom und aktueller OLED-Spannung mit einer Soll-Strom-Spannungs-Kennlinie ermittelt.
  • Ein Messzyklus für eine OLED besteht dann typischerweise aus einer ersten Messung des Stromes mit allen OLEDs abgeschaltet und einer zweiten Messung bei der nur die jeweilige OLED eingeschaltet ist. Aus der Differenz wird so der Strom erhalten, welcher nur durch diese OLED geflossen ist. Leckströme der anderen Pixel spielen keine Rolle mehr.
  • Mittels der Kennlinie des Treibertransistors wird aus dem OLED-Strom und der Gatespannung am Treibertransistor dessen Source-Drain-Spannung errechnet.
  • Aus der Differenz zwischen Versorgungsspannung und Source-Drain-Spannung im eingeschalteten Zustand wird die an der OLED anliegende Spannung ermittelt.
  • Aus dem Wertepaar aus aktuellem OLED-Strom und aktueller OLED-Spannung und der bekannten initialen OLED-Kennlinie lässt sich die Spannungserhöhung und damit der Alterungszustand der OLED bestimmen.
  • In einer Weiterbildung des Verfahrens ist ein mehrfaches Anwenden des Verfahrens vorgesehen, wobei entweder unter Veränderung der Gatespannung des Treibertransistors ein Kennlinienteilstück der OLED-Kennlinie aufgenommen wird und nachfolgend dieses Kennlinienteilstück zur präziseren Kompensation der Alterung herangezogen wird oder unter Veränderung der Versorgungsspannung des Displays VDD ein Kennlinienteilstück der OLED-Kennlinie aufgenommen wird und nachfolgend dieses Kennlinienteilstück zur präziseren Kompensation der Alterung herangezogen wird.
  • Das beschriebene Verfahren kann für jede OLED des Displays ausgeführt und der aktuelle Alterungszustand in einem Speicher abgelegt werden. Dabei wird das Display OLED für OLED gescannt. Dies kann z.B. in Zeitabständen oder auch bei jedem Einschalten erfolgen.
  • Die gespeicherten Alterungszustände werden dann benutzt um, entweder auf analogem Weg, zum Beispiel über eine veränderte Referenzspannung aus der die Steuerspannung für die jeweiligen Helligkeitswerte generiert wird, oder auf digitalem Weg, durch Berechnen eines korrigierten Helligkeitswertes, die Alterung der OLED zu kompensieren. Somit kann eine Helligkeitskompensation der gealterten OLED und / oder eine Gammakorrekturanpassung der Matrix durchgeführt werden.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sieht vor, dass eine Strommessung in den Strompfad geschalten ist. Mittels dieser Strommessschaltung kann in einfacher Weise das oben erläuterte Verfahren durchgeführt werden.
  • In einer Ausführung der Schaltungsanordnung ist vorgesehen, dass die Strommessschaltung zwischen dem Anschluss der Versorgungsspannung VDD und der OLED angeordnet ist.
  • Die Erfindung kann zur Alterungskompensation in verschiedensten Anwendungen von OLEDs eingesetzt werden. Eine Einsatzmöglichkeit stellt eine Displaymatrix dar, innerhalb der eine Vielzahl von Leucht- oder Anzeigeelementen angeordnet sind, die durch die Schaltung, bestehend aus OLED, Treiber- und Ansteuerungstransistor gebildet werden. Hierbei ist vorgesehen, dass die Schaltung mehrfach in Reihen und Spalten einer Displaymatrix angeordnet ist, wobei alle diese Schaltungen eine gemeinsame Verbindung zu der Versorgungsspannung VDD aufweisen. Zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass die Strommessschaltung in der gemeinsamen Verbindung der Schaltungen zur Versorgungsspannung VDD liegt.
  • Zwei zueinander alternative, zweckmäßige Ausführungsformen der Schaltungsanordnung bestehen in der räumlichen Anordnung der Strommessschaltung, nämlich zum einen in oder an der Ansteuerschaltung oder auf dem Substrat der Displaymatrix.
    • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    eine Schaltungsanordnung einer OLED als Pixel in einer Displaymatrix mit einem Treibertransistor;
    Fig. 2
    vereinfachte Darstellung einer Pixelmatrix mit Strommessschaltung;
    Fig. 3
    eine Kennlinie eines Treibertransistors im Sättigungsbetrieb;
    Fig. 4
    eine Darstellung der Veränderung der Leuchtstärke und der Spannung der OLED über die Zeit; und
    Fig. 5
    eine Kennlinie eines Treibertransistors im linearen Betrieb.
  • Wie in Fig. 1 dargestellt, liegt eine OLED 1 in einem Strompfad gemeinsam mit der Drain-Source-Strecke eines Treibertransistors 2 zwischen einer Versorgungsspannung VDD und Masse. Das Gate des Treibertransistors 2 ist mit einem Ansteuertransistor 3 verbunden. Bei Auswahl des Pixels in dem Display, das durch die OLED 1 gebildet wird, liegt an der Datenleitung 4 eine Datenspannung VData und an der Reihenauswahlleitung 5 eine Reihenspannung VRow an, wodurch der Treibertransistor 2 eine Gatespannung VGS erhält.
  • Fig. 2 stellt einen Ausschnitt aus einer OLED-Displaymatrix dar. Exemplarisch sind zwei mal zwei OLEDs dargestellt, wobei der schraffierte Bereich vereinfacht für eine Schaltung 6 nach Fig. 1 steht. Es ist gezeigt, wie die Strommessschaltung 7 in die Versorgungsleitung der Displaymatrix integriert ist und den Gesamtstrom des Displays durch alle Pixel misst.
  • Wie in Fig. 3 dargestellt, ist im Normalbetrieb die Versorgungsspannung VDD so gewählt, dass der Treibertransistor 2 im Sättigungsbetrieb arbeitet, also bei Anlegen einer Gatespannung VGS einen von der OLED-Spannung unabhängigen Strom durch diese treibt.
  • In Fig. 3 ist auch die Kennlinie 9 der OLED 1 im wenig gealterten Zustand, vorzugsweise im Herstellungszustand, vorstehend auch als bekannter oder Soll-Zustand bezeichnet, sowie die Kennlinie 10 der OLED 1 im gealterten Zustand dargestellt. Dieser Zustand stellt bei der beabsichtigten Alterungskompensation den aktuellen Zustand dar. Bei der Durchsteuerung des Treibertransistors 2 stellt sich nun ein Strom durch die Drain-Source-Strecke des Treibertransistors 2 ein, der gleich dem Strom ID durch die OLED 1 ist. Dieser Strom ist gemäß Fig. 3 im gealterten wie im ungealterten Zustand der OLED 1 stets gleich, unabhängig von der Spannung VDS über dem Transistor. Er ist nur von der Spannung VGS abhängig.
  • Wie in Fig. 4 dargestellt, hat es sich gezeigt, dass mit zunehmender Alterung der OLED 1 bei gleichem Strom die Helligkeit sinkt und die Spannung über der OLED VOLED steigt. Daraus resultieren die beiden unterschiedlichen Kennlinien 9 und 10. So wird es möglich, mit Hilfe der Kennlinien 9 und 10 auf den Alterungszustand der OLED 1 zu schließen.
  • Zur Ermittlung dieses Alterungszustandes wird nunmehr die Versorgungsspannung VDD so eingestellt, dass der Treibertransistor 2 im linearen Bereich arbeitet, das heißt, dass eine Abhängigkeit der Spannung VDS von dem Strom ID besteht, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Es gilt somit VDS = ƒ(VGS ; ID ). Der lineare Bereich des Transistors wird erreicht, wenn VGS ≥ VDS + Vt gilt, wobei Vt die Schwellspannung des Treibertransistors 2 darstellt.
  • Um sicher im linearen Bereich zu arbeiten, wird VGS entsprechend der schaltungstechnischen Möglichkeiten größtmöglich gewählt, d. h. VGS = VGSmax. Dann wird die Versorgungsspannung VDD so eingestellt, dass der Treibertransistor 2 außerhalb seines Sättigungsbereiches liegt, d. h. VDD < VDSsat + VOLED , wobei VDSsat=VGS-Vt die Sättigungsspannung des Treibertransistors 2 bei gegebener Gatespannung darstellt.
  • Mit der Beziehung VOLED = VDD - VDS lässt sich nunmehr die Spannung über der OLED 1 und damit ihr Alterungszustand bestimmen. Hierzu wird der Strom ID gemessen und aus den bekannten Werten der Versorgungsspannung, der Gatespannung und der Transistorparameter die Spannung VDS berechnet. Dies wiederum wird benutzt um den Spannungswert VOLED zu bestimmen.
  • Die Kenntnis der Spannung über der OLED 1 ist geeignet, das Strom-Spannungs-Wertepaar, d.h. den Arbeitspunkt 11 zu ermitteln, der die ihm zugehörige Kennlinie 10 eindeutig identifiziert und somit die dem Alterungszustand der OLED1 beschreibt. In Fig. 3 und Fig. 5 wurde mit der Kennlinie 10 beispielhaft eine Kennlinie gezeigt, die einem bestimmten Alterungszustand entspricht.
  • Um den Einfluss von Leckströmen in der Displaymatrix zu eliminieren, benötigt man zwei Messungen mit der gleichen niedrigen Versorgungsspannung VDD. Einmal wird eine Strommessung des Stromes IDoff vorgenommen, wenn alle Pixel abgeschaltet sind. Dann erfolgt eine Messung des Stromes IDon mit einem Pixel auf VGSmax. Die Differenz ergibt den Strom durch die OLED 1 IDon - IDoff = UD . In einer Aktivmatrix mit sehr niedrigen Off-Strömen kann die Messung des Off-Stromes IDoff auch entfallen. Ein Vergleich des sich einstellenden ID mit dem gespeicherten Wert im ungealterten Zustand der OLED 1 lässt dann den Schluss auf den Alterungszustand zu.
  • Die Messungen können typischerweise nur für jede OLED gesondert durchgeführt werden. In jedem Falle wird nur eine Strommessschaltung 7 für das gesamte Display benötigt, die sich jedoch nicht auf der Matrix befinden muss, so dass sich der schaltungstechnische Aufwand der Matrix nicht erhöht. Es ist jedoch auch möglich, eine Durchschnittsmessung des Stromes für alle Pixel gleichzeitig vorzunehmen, wenn alle Pixel etwa den gleichen Alterungszustand aufweisen und alle Treibertransistoren einer Matrix die gleiche Kennlinie aufweisen. Dann wird mit einer Strommessung für die gesamte Matrix nach dem gleichen Verfahren, wie oben beschrieben, der durchschnittliche Alterungszustand aller OLEDs ermittelt.
  • Die für die Berechnung der Spannung VDS im Linearbetrieb nötige Schwellspannung des Treibertransistors lässt sich bestimmen, indem der Strom durch die OLED bei zwei verschiedenen Gatespannungen im Sättigungsbetrieb des Transistors gemessen wird. Der Strom im Sättigungsbetrieb berechnet sich nach der Formel: I D ⁢ Sat = k 2 ⁢ V G ⁢ S − V t 2
    Figure imgb0001
  • Die Messung von IDSat1, dem Strom durch den Treibertransistor mit der Gatespannung VGS1, erfolgt bei VGS1=VGS und die von IDSat2, dem Strom mit einer zweiten Gatespannung VGS2, bei VGS2=VGS+□VGS. Die Schwellspannung berechnet sich dann zu: V t = Δ ⁢ V G ⁢ S 1 − I D ⁢ Sat ⁢ 2 I D ⁢ Sat ⁢ 1 + V G ⁢ S .
    Figure imgb0002
  • Damit besteht auch die Möglichkeit der Alterungsbestimmung der OLEDs mit veränderten Schwellspannungen der Treibertransistoren, welche durch Alterung dieser auftreten. Zusätzlich können Parameterschwankungen der Transistoren ausgeglichen werden.
  • Im Weiteren werden die Ströme IDSat1 und IDsat2 auch IDon1 und IDon2 bezeichnet.
  • Durch Messung eines Strom-Spannungs-Wertepaares pro OLED lässt sich eine einfache und schnelle Bestimmung des Alterungszustandes der OLED durchführen. Wenn eine höhere Genauigkeit benötigt wird, kann dies durch Messung von zwei oder mehr Wertepaaren pro OLED geschehen. Dabei ist entweder die Gate-Spannung des Treibertransistors oder die Versorgungsspannung VDD zu verändern, wodurch in beiden Fällen der sich einstellende Strom ID mit verändert wird. Mit dem so gemessenen Kennlinienteilstück kann z.B. eine Anpassung der Gammakorrektur vorgenommen werden. Nachteilig wirkt sich der erhöhte Zeitaufwand aus, weswegen dieses Mehrpunktverfahren weniger häufig auszuführen ist. Da sich die Alterung der OLEDs aber stärker auf den Helligkeitseindruck des Displays und die Gleichmäßigkeit von diesem auswirkt als auf den Gammaeindruck, kann das Mehrpunktverfahren zur zusätzlichen Qualitätssteigerung und das simple Einpunktverfahren zur hauptsächlichen Kompensation verwendet werden.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Alterungskompensation einer organischen Lichtemitterdiode (OLED), die aus einer Versorgungsspannung gespeist und über einen in einem Sättigungsbetrieb betriebenen Treibertransistor geschaltet wird, mittels einer Ansteuerung der Lichtemitterdiode, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    - Speichern zumindest eines Soll-Strom-Spannungs-Wertepaares einer Soll-Strom-Spannungs-Kennlinie der Lichtemitterdiode,
    - Überführen des Treibertransistors während eines Messzyklus aus dem Sättigungsbetrieb in einen Linearbetrieb,
    - Messen eines Stromwertes für den Strom durch die Lichtemitterdiode mittels einer Strommessschaltung in dem Messzyklus,
    - Ermitteln mindestens eines aktuellen Strom-Spannungs-Wertepaares einer aktuellen Strom-Spannungs-Kennlinie der Lichtemitterdiode mittels des gemessenen Stromwertes,
    - Vergleichen des mindestens einen aktuellen Strom-Spannungs-Wertepaares der Lichtemitterdiode mit dem Soll-Strom-Spannungs-Wertepaar der Lichtemitterdiode und
    - Erzeugen von Ansteuerparametern für die Ansteuerung der Lichtemitterdiode in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerparameter in einem Speicher bis zu einer erneuten Ermittelung der Alterung gespeichert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Alterungskompensation in einem Display mit einer Matrix von mehreren Lichtemitterdioden (OLEDs) ausgeführt wird, wobei
    - während des Messzyklus alle der mehreren Lichtemitterdioden der Matrix abgeschaltet werden,
    - ein Gesamtstrom IDoff der Matrix durch eine Displayversorgungsleitung gemessen wird,
    - nachfolgend eine zu messende der mehreren Lichtemitterdioden und ein zugehöriger Treibertransistor angeschaltet werden,
    - für die zu messende Lichtemitterdiode und den zugehörigen Treibertransistor zwei Messungen des Stromes im Sättigungsbetrieb des Treibertransistors, IDon1 und IDon2, bei zwei verschiedenen Gatespannungen UGS1, UGS2 durchgeführt werden, und
    - aus dem Gesamtstrom IDoff, den Strömen IDon1, IDon2 und den Gatespannungen UGS1, UGS2 eine Schwellspannung des zugehörigen Treibertransistors für die zu messende Lichtemitterdiode berechnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Alterungskompensation in einem Display mit einer Matrix von mehreren Lichtemitterdioden (OLEDs) ausgeführt wird, wobei
    - eine Versorgungsspannung VDD so weit abgesenkt wird, dass die Treibertransistoren der mehreren Lichtemitterdioden vom Sättigungsbetrieb in den Linearbetrieb überführt werden,
    - zunächst alle der mehreren Lichtemitterdioden abgeschaltet werden,
    - nachfolgend eine zu messende der mehreren Lichtemitterdioden angeschaltet wird und für einen zugehörigen Treibertransistor der zu messenden Lichtemitterdiode der Source-Drain-Strom IDonlinear durch die Displayversorgungsleitung gemessen wird,
    - mittels der Kennlinie des zugehörigen Treibertransistors, der Gatespannung und des gemessenen Source-Drain-Stroms die Source-Drain-Spannung des zugehörigen Treibertransistors für die zu messende Lichtemitterdiode bestimmt wird,
    - aus der Differenz zwischen der Versorgungsspannung und der berechneten Source-Drain-Spannung ein Durchlassspannungswert für die zu messende Lichtemitterdiode errechnet wird und
    - eine Kennlinienveränderung aus dem Vergleich des Soll-Strom-Spannungs-Wertepaares mit dem aktuellen Strom-Spannungs-Wertepaar für die zu messende Lichtemitterdiode ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abschalten der mehreren Lichtemitterdioden ein Dunkelstrom IDofflinear durch die Displayversorgungsleitung gemessen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch mehrfaches Anwenden des Verfahrens unter Veränderung der Gatespannung des zugehörigen Treibertransistors ein Kennlinienteilstück der OLED-Kennlinie aufgenommen wird und nachfolgend dieses Kennlinienteilstück zur präziseren Kompensation der Alterung herangezogen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch mehrfaches Anwenden des Verfahrens unter Veränderung der Versorgungsspannung VDD ein Kennlinienteilstück der OLED-Kennlinie aufgenommen wird und nachfolgend dieses Kennlinienteilstück zur präziseren Kompensation der Alterung herangezogen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Alterungskompensation bei jedem Einschalten durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Ansteuerung eine Helligkeitskompensation der Lichtemitterdiode durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7 oder einem der Ansprüche 8 und 9 soweit rückbezogen auf Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Ansteuerung eine Gammakorrekturanpassung der mehreren Lichtemitterdioden der Matrix durchgeführt wird.
  11. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einer Schaltung, aufweisend eine Lichtemitterdiode (OLED), die gemeinsam mit einer Drain-Source-Strecke eines Treibertransistors, dessen Gate mit einem Ansteuertransistor verbunden ist, in einem Strompfad zwischen einer Versorgungsspannung VDD und Masse geschalten ist und mit einer Ansteuerschaltung, die mit der Schaltung, diese ansteuernd, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strommessschaltung (7) in den Strompfad geschalten ist.
  12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessschaltung (7) zwischen einem Anschluss der Versorgungsspannung VDD und der Lichtemitterdiode (1) angeordnet ist.
  13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (6) mehrfach in Reihen und Spalten einer Displaymatrix angeordnet ist, wobei alle Schaltungen (6) eine gemeinsame Verbindung zu der Versorgungsspannung VDD aufweisen und dass die Strommessschaltung (7) in der gemeinsamen Verbindung der Schaltungen (6) zur Versorgungsspannung VDD liegt.
  14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessschaltung räumlich in oder an der Ansteuerschaltung angeordnet ist.
  15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessschaltung räumlich auf einem Substrat der Displaymatrix angeordnet ist.
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