EP2564383A1 - Pixelschaltung für ein aktiv-matrix oled-display - Google Patents

Pixelschaltung für ein aktiv-matrix oled-display

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EP2564383A1
EP2564383A1 EP11738944A EP11738944A EP2564383A1 EP 2564383 A1 EP2564383 A1 EP 2564383A1 EP 11738944 A EP11738944 A EP 11738944A EP 11738944 A EP11738944 A EP 11738944A EP 2564383 A1 EP2564383 A1 EP 2564383A1
Authority
EP
European Patent Office
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transistor
organic light
circuit
voltage
driver
Prior art date
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Application number
EP11738944A
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English (en)
French (fr)
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EP2564383B1 (de
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Daniel Kreye
Thomas Presberger
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Publication of EP2564383B1 publication Critical patent/EP2564383B1/de
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    • G09G3/3208—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED]
    • G09G3/3275—Details of drivers for data electrodes
    • G09G3/3291—Details of drivers for data electrodes in which the data driver supplies a variable data voltage for setting the current through, or the voltage across, the light-emitting elements

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for arranged in a two-dimensional matrix organic light-emitting diodes.
  • Microdisplays ie very small displays with screen diagonals of less than or equal to 20 mm, offer the possibility of displaying image and video information in a high-resolution and user-specific manner, ie for one or more users only. Areas of application of microdisplays are in the area of near-to-eye applications (applications with displays close to the Eye). These are, for example, video glasses that can be connected to mobile multimedia devices (smartphones or mobile audio and video players). These video glasses can be used for mobile TV, video presentation or presentation of Internet content. In addition, microdisplays in digital photo and / or video cameras can be used as a high-resolution electronic viewfinder.
  • microdisplay turns into a see through optic
  • Glasses mounted. Through these glasses the user sees the real environment and via the microdisplay additional information in form of pictures, texts, graphics etc. can be superimposed on this image of the real environment. This can, for example, in the maintenance of complicated systems and machines for Einblen-. be used for installation instructions or instructions. In aerospace engineering, pilots can display the display of various gauges. In medicine, the data of important devices can be additionally displayed for surgeons. In addition, versatile applications in the military field are conceivable.
  • Picoprojectors ie very small projectors that project picture and video content onto a flat surface and make it visible to multiple users.
  • Such projectors with microdisplays can also used in the measurement technique for the projection of defined patterns on a surface to be examined and the subsequent optical detection of the 3-D structure of this surface.
  • OLEDs should be able to address all these applications with a display.
  • the aim is to provide high-resolution image information with brightness that can be set over several orders of magnitude
  • the light-modulating displays include LCOS (Liquid Crystal on Silicon) and MOEMS-based microdisplays. These technologies require additional external illumination, which increases the complexity, size, and weight of the overall system, but at the same time only limited contrast (typically ⁇
  • OLED microdisplays are currently equipped with monochrome or broadband (white) emitters.
  • white emitters For colored OLED microdisplays, the display primary colors are often realized by a white emitter and the additional application of a color filter.
  • Each organic light emitting diode as pixel is controlled by its own integrated electronic circuit.
  • This pixel circuit is designed so that it is writable with the image information in the form of an electrical voltage or a current.
  • the image information is stored in the circuit associated with the organic light emitting diode and this circuit drives the OLED with an electric current or a voltage corresponding to the stored image information.
  • Gray value of the image information to be displayed is.
  • This analog electrical current is converted to an analog voltage and stored by means of a capacitor.
  • the stored electrical voltage is converted into an electrical current corresponding to the image information.
  • This current affects the respective organic light emitting diode.
  • the brightness is set by the size of the electric current flowing through the organic light emitting diode (analogue value). Gray values / gradations of the brightness are realized by a correspondingly lower electric current.
  • An electrical voltage can be stored in a capacitor.
  • the electrical voltage is converted in the respective organic light emitting diode associated circuit in an electric current.
  • This current affects the brightness with which electromagnetic radiation is emitted by the organic light emitting diode.
  • the brightness is set by the size of the electric current flowing through the organic light emitting diode (analogue value).
  • the gray scale representation is realized as under 1.).
  • Programming the circuit for an organic light emitting diode can be done with an analog electrical voltage and storage of the voltage ⁇ a capacitor can be achieved.
  • the organic light emitting diode can be operated with the stored electrical voltage or a voltage corresponding in size to this stored voltage.
  • the brightness is adjusted by the size of the voltage applied to the organic light emitting diode.
  • Gray values / gradations can be realized by a correspondingly lower electrical voltage.
  • the programming of the circuit of organic light emitting diodes can be done with digital electrical voltages and storage of these digital voltages / states on capacitors.
  • the number of capacitors corresponds to the bit width of the image information for one pixel (usually 5, 6 or 8 bits).
  • the LED is driven by a time-pulsed electric current of constant magnitude.
  • the number of pulses per image sequence corresponds to the bit width of the image information.
  • the length of the pulses depends on the significance of the bits.
  • the electric current is switched on or off by the organic light-emitting diode for the corresponding pulse duration.
  • the brightness of the emitted radiation can be adjusted by the magnitude of the electrical current flowing through the organic light emitting diode. Gray values / gradations are made by pulse width modulation of the electric current. The dynamic range of the electric current flowing through the organic light-emitting diode and the maximum voltage drop across the OLED are thereby
  • microdisplays with organic light-emitting diodes for all these concepts is limited to low ( ⁇ 200 Cd / m 2 ) to medium brightnesses (up to 5000 Cd / m 2 ), ie to the fields of application with the information representation for a single person and applications close to the Eye.
  • the field of application is limited by the maximum displayable brightness of such microdisplays. The brightness depends on the efficiency and voltage requirements of the organic light emitting diodes and the electric current and. Voltage driver capability of the circuit.
  • OLED microdisplays The field of application of currently available OLED microdisplays is limited to unidirectional, image rendering microdisplays. According to DE 10 2006 030 541 A1, use is also possible in bidirectional microdisplays, ie microdisplays with an image display functionality and an image recording function. onality or optical detection function feasible.
  • the object of the invention is a circuit arrangement for driving in a two-dimensional
  • each organic light emitting diode by means of a memory circuit, a sense amplifier and a driver circuit is individually controlled.
  • the driver circuit is at least three in
  • This reference voltage can be supplied directly from the entire circuit for the display with the organic light-emitting diodes or externally fed. It determines the maximum brightness of the electromagnetic radiation emitted by the organic light emitting diodes and can be set differently for each of the primary colors of the emitted light of the display.
  • the drains of the two transistors forming the switch are connected to the source of the output transistor whose gate is connected to ground potential or supplied with a negative electrical voltage.
  • the output transistor for each organic light emitting diode is disposed in a separate, electrically isolated well of a substrate. The connection of the well and the source of the output transistor are connected to each other.
  • the transistor connected with its source to the transistor acting as a driver should be a PMOS transistor and the transistor whose gate is connected to the gate of the second series-connected transistor and common to the output of the readout amplifier should be N OS transistors be .
  • Circuit arrangement are formed as a CMOS circuit on a semiconducting substrate.
  • a further transistor between the transistor acting as a driver and the one transistor can also be arranged in series. This can be designed as a PMOS transistor.
  • the gate acting as a driver transistor, may be connected to ground potential, so that this transistor may also form a switch of the driver circuit.
  • the driver circuit operates as an electrical voltage source for the organic light emitting diode.
  • the circuit arrangement for each individual organic light-emitting diode can be produced in an integrated realization as a CMOS circuit on a very small area. It enables a high resolution of the display.
  • the maximum brightness of the image can be set over several orders of magnitude from ⁇ 100 Cd / m 2 to well over 10000 Cd / m 2 .
  • the circuit arrangement for the use of displays for project applications and for applications in very bright environment (outdoors in clear skies, aircraft cockpit, etc.) as well as very dark environment (night, closed by daylight rooms, etc.) is suitable.
  • the representation of gray levels or colors can be realized via pulse width modulation, so that the linearity of the input image signal to the displayed image is not affected when the maximum brightness is changed.
  • the image information can be stored digitally in each circuit arrangement assigned to an organic light-emitting diode.
  • the resolution per color and pixel depends on the realization and can typically be 6 or 8 bits, but also more.
  • the voltage driver capability is the maximum permissible electrical voltage difference across the emitting organic light source. diode between the electrical voltage across the organic light emitting diode in the maximum controlled state (highest brightness value) and the electrical voltage across the organic light emitting diode in the dark state (lowest brightness value).
  • FIG. 1 shows a principle cross section through a microdisplay with organic light emitting diodes
  • Figure 2 in schematic form, a block diagram of a control for two-dimensional arranged in a matrix organic light-emitting diodes
  • Figure 3 in schematic form a matrix arrangement of organic light-emitting diodes, the electromagnetic Emit radiation with different wavelengths, ie different red, green and blue colors;
  • FIG. 4 shows, in a schematic form, a matrix arrangement of organic light-emitting diodes which emit electromagnetic radiation having different wavelengths, that is to say different red, green, blue and white colors;
  • Figure 5 is a block diagram of an example of a circuit arrangement according to the invention for each eight-bit storable image information in which are used for a storage capacitors in the memory circuit;
  • Figure 6 is a block diagram of an example of a circuit arrangement according to the invention for each eight bit storable image information, are used in the storage circuit for storing transistors;
  • FIG. 7 shows a schematic arrangement for an activation and storage of image information of individual organic light-emitting diodes
  • FIG. 8 shows a schematic arrangement for a further possibility for controlling and storing image information of individual organic light-emitting diodes
  • FIG. 9 shows time profiles of the electrical operating voltages of the driver circuit during a readout of the memory circuit
  • Figure 10 shows an example of the formation of a driver circuit
  • FIG. 11 shows another example of a driver circuit which can be used in the invention.
  • Microdisplays with organic light-emitting diodes 5 are preferably constructed such that they include light-emitting organic layers (OLED) on the top metal plane of a CMOS substrate, with an electric current flow. These can be individually locally, i. As so-called pixels, are activated by 5 electric current through the organic light emitting diode 5 via an electrode of the organic light emitting diode 5 flows locally. Below the electrode, active and passive ones may be present in a matrix-like pixel cell arrangement
  • FIG. 1 shows the principle cross-section through an OLED microdisplay.
  • the individual memories for organic light-emitting diodes 5, which are arranged in rows and columns, are described by a corresponding circuit, as shown in FIG.
  • the image input data is received by an electronic control unit. This routes the data to the column driver Next, which caches the image data for a picture line.
  • the line to be described is then selected via a row driver and described with the image data buffered in the column driver. According to this principle, all lines of the matrix arrangement are sequentially programmed with their corresponding image content. Subsequently, the description of the image data of the first line for the subsequent image is started.
  • the transmission of the image data from the controller to the column driver, the intermediate storage in the column driver and the programming of the matrix is usually realized with digital signals.
  • Each pixel cell may be subdivided into subpixel cells, each subpixel cell being responsible for storing and displaying a primary color of the display.
  • the arrangement of the primary colors can be realized as shown in FIG. 3 and FIG. But there are also other realizations conceivable.
  • Each of these subpixel cells represents a single organic light emitting diode 5, which is separate
  • each circuit arrangement for the activation of each organic light-emitting diode (subpixel cell) 5 is composed of three circuit parts. These are a memory circuit (pixel memory) 10, a sense amplifier (20) and the actual driver circuit 30 for the individual organic light emitting diodes (5). consists of as many memory cells as the color depth (in bits) of the respective color requires. Usually these are 5, 6 or 8 memory cells or bit color depth.
  • FIG. 5 schematically shows the memory circuit 10 for a single organic light-emitting diode 5 or a sub-pixel cell.
  • the individual memory cells of the memory circuit 10 each consist of a capacitor and two switches, which can be realized as transistors. For miniaturization, the capacitor can also be implemented as a transistor with short-circuited drain and source, as shown in FIG.
  • the data and programming lines have been combined so that for each individual organic light-emitting diode 5 two data lines
  • LEDs 5, each with eight bits of color depth which is shown in FIG.
  • the arrangement for a pixel cell with four organic light emitting diodes 5, each with six bit color depth, is shown in FIG.
  • the squares are the memories, the corresponding programming line (eg: WO) and the corresponding readout line (eg: E0) being indicated for the memory circuit 10.
  • the sense amplifier 20 is used, which according to FIG. 5 is present for each organic light-emitting diode 5.
  • the readout amplifier 20 in this example consists of two negative feedback
  • Inverters 21 and 22 which can be separated via two switch-forming transistors 23 and 24 from the electrical operating voltage supply (VSS and LVDD). Furthermore, the inputs and outputs of these inverters 21 and 22 are via two transistors 25 and 26 as
  • Switch activation with the signal Pre
  • Vpre pre-chargeable an electrical voltage Vpre pre-chargeable.
  • the readout of the image information can thereby graphically illustrated, as shown in Figure 9, in three Phasenerfol-. These are the pre-charge phase (precharge), the charge phase (load) and the Emittierphase (Emit).
  • the inverters 21 and 22 are disconnected from the operating voltage lines (LVDD and VSS). Thereafter, the nodes V Sense i n 27 and V Se nseout 28 are precharged to the electrical voltage V Pre .
  • the memory circuit 10 to be read is activated via the corresponding switch (Emit), whereby the electrical voltage at node V Sen 27 is either raised in the direction LVDD (with stored high value) or lowered in the direction VSS (at low value).
  • the readout tilts Amplifier 20 depending on the memory value in one of the two stable states, so that at the output V sen seout the negated signal from the previously read memory circuit 10 is applied and the stored value in the memory circuit 10 can be renewed simultaneously.
  • the output of readout amplifier 20 activates driver circuit 30 for organic light emitting diode 5 and electromagnetic radiation (light) is emitted.
  • Each bit memory is read out one after the other and the content displayed accordingly.
  • the duration of the Emittierphase is different lengths.
  • the actual image information is reconstructed by temporal integration of the emitted light in the eye of the beholder.
  • the memory circuit 10 and the readout amplifier 20 of an organic light-emitting diode 5 consist exclusively of low-voltage transistors (N OS and PMOS transistors) and require two operating voltage lines LVDD and VSS.
  • the third part of the entire organic light emitting diode circuit 5, the driver circuit 30, is shown in FIG. 10 in an exemplary embodiment.
  • the driver circuit 30 consists of two low-voltage PMOS transistors M Drive 1 and M Sw i 2, a low-voltage NMOS transistor M NSw i 3 and only one middle or
  • High-voltage PMOS transistor M MV 4 with a separate Tub connection requires only the operating voltage lines LVDD and VSS and a common supply for the cathode voltage V Ka method of the organic light emitting diodes 5 for the entire display.
  • the peculiarity of this driver circuit 30 is the fact that V a method may be more negative than VSS (ground).
  • FIG. 11 shows a second variant of a driver circuit 30 which can be used in accordance with the invention.
  • an additional switch M G ff is formed with a further transistor 7, which is designed as a low-voltage PMOS transistor, and for switching off the respective organic light-emitting diode 5 can be used.
  • the further transistor 7 is also in
  • the entire display can be deactivated without losing stored image information.
  • This deactivation function can be used, for example, if additional optical sensors (not shown) are integrated on the microdisplay chip and these are optically decoupled from the microdisplay (and the emitted light of the organic light-emitting diodes), as described in DE 10 2006 030 541 AI is described.
  • optical sensors may e.g. Be cameras.
  • V Dr i ve in connected to V. Sens e out of the readout amplifier 20 can be distinguished for two modes of operation of the entire circuit arrangement. If the electrical input voltage signal is switched to VSS (Low), the driver circuit 30 is activated. In this case, the transistor M NS "i 3 is high and the transistor Swi 2 is conducting and an electric current I OLED can pass from LVDD through the transistors M Dr ve 1, M SWI 2 and M M V 4 into the organic light emitting diode 5 flow. The size of the electric current depends on the electrical voltage
  • V Dr iv e can be set over several decades.
  • the linearity of the image representation is not affected, because the representation of color gradations / gray levels over the previously described
  • Pulse width modulation can be realized.
  • the driver circuit 30 When the input voltage signal is switched to LVDD (High), the driver circuit 30 is disabled. In this case, the transistor M Swi 2 has a high impedance and the transistor M NSw i 3 is electrically conductive.
  • the transistor M NSWI 3 switches the node V SMV to VSS and protects the actual current source transistor M DriV e 1 and the transistor M Sw i 2 from electrical overvoltages (in this case voltages less than VSS).
  • electrical overvoltages in this case voltages less than VSS.
  • V anode - V Kat hode The voltage difference over the organic light-emitting diode 5 (V anode - V Kat hode) is so small ner than the 5 electrical voltage applied to the organic light emitting diode in electric current river, because the electric voltage V An0 de voltage V Ka Thode approaches.
  • a special case for operation is when the electrical voltage V Dr ve is switched to VSS.
  • the transistor Dr i ve 1 operates as a switch and the driver circuit 30 operates as a voltage source for the organic
  • the driver circuit 30 can therefore be used both as an electrical current and as a voltage source.
  • the driver circuit 30 can drive a maximum electrical voltage difference across the organic light emitting diode 5, ranging from 0 volts in the off state to (LVDD - V Ka method) in the on state. In doing so, the electrical voltage may
  • Transistor M MV 4 be.
  • CMOS technology and the corresponding medium-voltage / high-voltage option
  • a voltage swing of 5 V up to 15 V at the organic light-emitting diode 5 can thus be realized from the switched-on state.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für in einer zweidimensionalen Matrix angeordnete organische Leuchtdioden. Sie kann insbesondere bei Mikrodisplays angewendet werden. Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitgehende Beeinflussung der Helligkeit, der von den organischen Leuchtdioden emittierten elektromagnetischen Strahlung zu ermöglichen. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist jede organische Leuchtdiode (5) mittels einer Speicherschaltung (10), einem Ausleseverstärker (20) und einer Treiberschaltung (30) ansteuerbar. Die Treiberschaltung ist mit mindestens drei in Reihe geschalteten Transistoren (1-3) und einem weiteren Ausgangstransistor (4), dessen Drain an die Anode der jeweiligen organischen Leuchtdiode angeschlossen ist, gebildet. Dabei ist der als Treiber fungierende Transistor (1) an seiner Source mit einer konstanten elektrischen Betriebsspannung LVDD und seinem Gate mit einer weiteren ebenfalls konstanten elektrischen Betriebsspannung VDrive beaufschlagt. Das Drain des ersten Transistors (1) ist an die Source des nachfolgend zu ihm in Reihe geschalteten Transistors (2) angeschlossen. Die beiden Gates der nachfolgend in Reihe geschalteten Transistoren (2, 3), die einen Schalter bilden, sind an den Ausgang des Ausleseverstärkers angeschlossen und mit dessen elektrischer Ausgangsspannung VSenseOut beaufschlagt. Die Drains der beiden den Schalter bildenden Transistoren sind an die Source des Ausgangstransistors (4), dessen Gate an Massepotential angeschlossen oder mit negativer Spannung beaufschlagt ist, angeschlossen.

Description

PIXELSCHALTUNG FÜR EIN AKTIV-MATRIX OLED-DISPLAY
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für in einer zweidimensionalen Matrix angeordnete organische Leuchtdioden.
Eine ständig wachsende Zahl von Informationssystemen und Umgebungseinflüssen liefert dem Menschen angeforderte und nichtangeforderte Informationen. Zunehmende Bedeutung hat dabei die mobile Informationsdarstellung. Mikrodisplays, d.h. sehr kleine Displays mit Bilddiagonalen kleiner gleich 20 mm, bieten dabei die Möglichkeit Bild- und Videoinformationen hochauflö- · send und nutzerspezifisch, d.h. für ausschließlich einen oder mehrere Benutzer darzustellen. Anwendungsgebiete von Mikrodisplays sind im Bereich der Near- to-Eye-Anwendungen (Anwendungen mit Displays nahe dem Auge) zu sehen. Das sind zum Beispiel Videobrillen, die an mobile Multimediageräte (Smartphones oder mobile Audio- und Videoabspielgeräte) angeschlossen werden können. Diese Videobrillen können für mobiles Fernsehen, Videodarstellung oder Darstellung von Internetinhalten genutzt werden. Darüber hinaus können Mikrodisplays in digitalen Foto- und/oder Videokameras als hochauflösender elektronischer Sucher eingesetzt werden.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Augmented Rea- lity (Erweiterte Realität) . Für diese Anwendungen wird das Mikrodisplay in eine See Through-Optik
(Brille) montiert. Durch diese Brille sieht der Nutzer die reale Umwelt und über das Mikrodisplay können diesem Bild der realen Umwelt zusätzliche Informationen in Form von Bildern, Texten, Grafiken usw. überlagert werden. Dies kann zum Beispiel bei der Wartung von komplizierten Anlagen und Maschinen zur Einblen- . dung von Montagehinweisen oder Anweisungen genutzt werden. In der Luft- und Raumfahrttechnik kann Piloten die Anzeige verschiedener Messinstrumente eingeblendet werden. In der Medizin können für Chirurgen die Daten wichtiger Geräte zusätzlich dargestellt werden. Darüber hinaus sind vielseitige Anwendungen im militärischen Bereich denkbar.
Weitere Anwendungen von Mikrodisplays sind
Picoproj ektoren, d.h. sehr kleine Projektoren, die Bild- und Videoinhalte auf eine plane Oberfläche projizieren und für mehrere Benutzer sichtbar darstellen. Solche Projektoren mit Mikrodisplays können auch in der Messtechnik zur Projektion definierter Muster auf eine zu untersuchende Oberfläche und der anschließenden optischen Erfassung der 3-D Struktur dieser Oberfläche genutzt werden.
Insbesondere für die Projektions- und See-Through- Anwendungen sind sehr hohe Helligkeiten notwendig
(>10000 Cd/m2). Für die Multimediaanwendungen bzw. Videobrillen sind im Gegensatz dazu vergleichsweise geringe Helligkeiten (< 150 Cd/m2) notwendig. Für Mikrodisplays auf Basis organischer Leuchtdioden
(OLEDs) sollte die Möglichkeit bestehen, mit einem Display all diese Anwendungen zu adressieren. Dabei sollen hochaufgelöste Bildinformationen mit einer über mehrere Größenordnungen einstellbaren Helligkeit
(von <100 Cd/m2 bis über 10000 Cd/m2) dargestellt werden können. Dafür ist eine Erweiterung des elektrischen Strom- und Spannungsbereiches, den eine solche Schaltung ansteuern können muss, erforderlich.
Gegenwärtig sind verschiedene Mikrodisplay- Technologien verfügbar. Dabei kann in lichtmodulierende (nicht emittierende) Technologien und licht emittierende Technologien unterschieden werden.
Zu den licht-modulierenden Displays zählen LCOS (Liquid Crystal on Silicon) und MOEMS-basierende Mikrodisplays. Diese Technologien verlangen eine zusätzliche externe Beleuchtung, welche die Komplexität, die Größe und das Gewicht des Gesamtsystems erhöhen, aber gleichzeitig nur begrenzten Kontrast (typisch <
1:100) bieten. Auf der Basis organischer Leuchtdioden (Organic Light emitting diodes, OLED) können neuartige selbst emittierende Flachdisplays mit vielen Vorteilen verwirk- licht werden. Dazu gehören die mögliche großflächige
Abscheidung, die selbstleuchtenden Eigenschaften, die sehr dünne und leistungsarme Displays ermöglichen und die potentiell hohe Effizienz solcher Displays. OLED- Mikrodisplays sind gegenwärtig mit monochromen oder breitbandigen (weißen) - Emittern ausgestattet. Für farbige OLED-Mikrodisplays werden die Displayprimärfarben häufig durch einen weißen Emitter und dem zusätzlichen Aufbringen eines Farbfilters realisiert .
Alle genannten Technologien sind mit aktiven und passiven Bauelementen (Transistoren und Kondensatoren) asugebildet. Jede Organische Leuchtdiode als Pixel (Bildpunkt) wird dabei durch eine eigene integrierte elektronische Schaltung angesteuert. Diese Pixelschaltung ist dabei so ausgeführt, dass sie mit der Bildinformation in Form einer elektrischen Spannung oder eines Stromes beschreibbar ist. Die Bildinformation wird in der der organischen Leuchtdiode zugeord- neten Schaltung gespeichert und diese Schaltung treibt die OLED mit einem elektrischen Strom oder einer Spannung, die der gespeicherten Bildinformation entspricht . Gegenwärtig sind dabei folgende Konzepte realisiert:
1. Programmierung der jeweiligen Schaltung einer or- ganischen Leuchtdiode mit einem analogen elektrischen Strom, dessen Größe proportional zum
Grauwert der darzustellenden Bildinformation ist. Dieser analoge elektrische Strom wird in eine analoge Spannung umgewandelt und mittels eines Kondensators gespeichert. Die gespeicherte elektrische Spannung wird in einen der Bildinformation entsprechenden elektrischen Strom umgewandelt. Dieser Strom beeinflusst die jeweilige organische Leuchtdiode. Die Helligkeit wird dabei durch die Größe des elektrischen Stromes, der durch die organische Leuchtdiode (Analogwert) fließt, eingestellt. Grauwerte/Abstufungen der Helligkeit werden durch einen entsprechend geringeren elektrischen Strom realisiert.
Eine elektrische Spannung kann in einem Kondensator gespeichert werden. Die elektrische Spannung wird dabei in der der jeweiligen organischen Leuchtdiode zugeordneten Schaltung in einen elektrischen Strom umgewandelt. Dieser Strom beeinflusst die Helligkeit mit der elektromagnetische Strahlung von der organischen Leuchtdiode emittiert wird. Die Helligkeit wird dabei durch die Größe des elektrischen Stroms, der durch die organische Leuchtdiode fließt (Analogwert) , eingestellt. Die Grauwertdarstellung ist dabei wie unter 1.) realisiert.
Eine Programmierung der Schaltung für eine organische Leuchtdiode kann mit einer analogen elektrischen Spannung und Speicherung der Spannung auf β einem Kondensator erreicht werden. Die organische Leuchtdiode kann mit der gespeicherten elektrischen Spannung bzw. einer Spannung, die in ihrer Größe dieser gespeicherten Spannung entspricht, betrieben werden. Die Helligkeit wird durch die Größe der an die organische Leuchtdiode angelegten elektrischen Spannung eingestellt. Grauwerte/Abstufungen können durch eine entsprechend geringere elektrische Spannung realisiert werden. Die Programmierung der Schaltung von organischen Leuchtdioden kann mit digitalen elektrischen Spannungen und Speicherung dieser digitalen Spannungen/Zustände auf Kondensatoren erfolgen. Die Anzahl der Kondensatoren entspricht der Bitbreite der Bildinformation für einen Bildpunkt (üblicherweise 5, 6 oder 8 Bit) . Die organische
Leuchtdiode wird mit einem zeitlich gepulsten elektrischen Strom konstanter Größe angesteuert. Die Anzahl der Pulse pro Bildsequenz entspricht dabei der Bitbreite der Bildinformation. Die Länge der Pulse ist dabei von der Wertigkeit der Bits abhängig. In Abhängigkeit des digitalen Zu- stands der einzelnen Speicherkondensatoren einer einer organischen Leuchtdiode zugeordneten Schaltung, wird der elektrische Strom durch die organische Leuchtdiode für die entsprechende Pulsdauer an- oder aus geschaltet. Die Helligkeit der emittierten Strahlung kann durch die Größe des durch die organische Leuchtdiode fließenden elektrischen Stroms eingestellt werden. Grauwerte/Abstufungen werden durch Pulsweitenmodulation des elektrischen Stroms beeinflusst. Der Dynami bereich des durch die organische Leuchtdiode fließenden elektrischen Stromes und der maximal Spannungsabfall über der OLED sind dabei be-
Der Einsatzbereich von Mikrodisplays mit organischen Leuchtdioden ist für all diese Konzepte auf geringe (< 200 Cd/m2) bis mittlere Helligkeiten (bis 5000 Cd/m2) beschränkt, d.h. auf die Anwendungsgebiete mit der Informationsdarstellung für eine einzelne Person und Anwendungen nahe dem Auge. Der Einsatzbereich ist durch die maximal darstellbare Helligkeit solcher Mikrodisplays begrenzt. Die Helligkeit hängt von Effizienz und Spannungsbedarf der organischen Leuchtdioden und der elektrischen Strom- und. Spannungstreiberfähigkeit der Schaltung ab.
Es sind keine Lösungen bekannt, bei. denen Mikrodisplays mit organischen Leuchtdioden für Projektionsanwendungen und See-through-Anwendungen mit hohen maximalen Helligkeiten (> 10000 Cd/m2) genutzt werden und mit einer entsprechenden den organischen Leuchtdioden zugeordneten Schaltungen angesteuert werden.
Das Einsatzgebiet der gegenwärtig verfügbaren OLED- Mikrodisplays ist auf unidirektionale, bildwiedergebende Mikrodisplays beschränkt. Nach der DE 10 2006 030 541 AI ist auch ein Einsatz in bidirektionalen Mikrodisplays, d.h. Mikrodisplays mit einer Bilddarstellungsfunktionalität und einer Bildaufnahmefunkti- onalität bzw. optischen Detektionsfunktion realisierbar .
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanord- nung zur Ansteuerung von in einer zweidimensionalen
Matrix angeordneten organischen Leuchtdioden als bildgebende Elemente anzugeben, mit der eine weitgehende Beeinflussung der Helligkeit, der von den organischen Leuchtdioden emittierten elektromagnetischen Strahlung möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Schaltungsanordnung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und ei- terbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden .
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für in einer zweidimensionalen Matrix angeordnete organische
Leuchtdioden, ist jede organische Leuchtdiode mittels einer Speicherschaltung, einem Ausleseverstärker und einer Treiberschaltung einzeln ansteuerbar. Die Treiberschaltung ist dabei mit mindestens drei in
Reihe geschalteten Transistoren und einem weiteren Ausgangstransistor, dessen Drain an die Anode der jeweiligen organischen Leuchtdiode angeschlossen ist, gebildet. Dabei wird der als eigentlicher Treiber fungierende Transistor an seiner Source mit einer konstanten elektrischen Betriebsspannung LVDD und seinem Gate mit einer weiteren ebenfalls konstanten elektrischen Betriebsspannung VDriVe beaufschlagt. Das Drain dieses Transistors ist an die Source des nachfolgend zu ihm in Reihe geschalteten Transistors und die beiden Gates der nachfolgend in der Reihenschaltung angeordneten Transistoren, die einen Schalter bilden, an den Ausgang des Ausleseverstärkers angeschlossen und mit dessen elektrischer Ausgangsspannung VsenSeout beaufschlagt . Die elektrische Spannung Vori e ist dabei eine einstellbare analoge, zeitlich konstante Referenzspannung. Diese elektrische Spannung hat einen Wert, der zwischen der elektrischen Betriebsspannung LVDD und Masse liegt. Diese Referenzspannung kann unmittelbar von der Gesamtschaltung für das Display mit den organischen Leuchtdioden geliefert oder auch extern eingespeist werden. Sie bestimmt die Maximalhelligkeit der von den organischen Leuchtdioden emittierten elektromagnetischen Strahlung und kann für jede der Primärfarben des emittierten Lichts des Displays unterschiedlich eingestellt werden.
Die Drains der beiden den Schalter bildenden Transis toren sind an die Source des Ausgangstransistors, dessen Gate an Massepotential angeschlossen oder mit negativer elektrischer Spannung beaufschlagt ist, an geschlossen. Der Ausgangstransistor für jede organische Leuchtdiode ist in einer separaten, elektrisch isolierten Wanne eines Substrates angeordnet. Dabei sind der Anschluss der Wanne und die Source des Ausgangstransistors miteinander verbunden. Der Transistor, der mit seiner Source mit dem als Treiber fungierenden Transistor verbunden ist, sollte ein PMOS-Transistor und der Transistor dessen Gate mit dem Gate des zweiten in Reihe geschalteten Transistors und gemeinsam an den Ausgang des Ausleseverstärkers angeschlossen ist, sollten N OS-Transistoren sein .
Vorteilhaft ist es, wenn sämtliche Elemente der
Schaltungsanordnung als CMOS-Schaltung auf einem halbleitenden Substrat ausgebildet sind.
Für eine mögliche Abschaltung ohne einen Verlust vorab gespeicherter Bildinformationen kann in der Treiberschaltung ein weiterer Transistor zwischen dem als Treiber fungierenden Transistor und dem einen Transistor ebenfalls in Reihe geschaltet angeordnet werden. Dieser kann als PMOS-Transistor ausgebildet sein.
An die Kathode der jeweiligen organischen Leuchtdioden kann eine elektrische Spannung angelegt sein, die kleiner als die elektrische Spannung, die an die Source des zweiten in Reihe geschalteten Transistors, der den Schalter bildet, und das Gate des mit der Anode der organischen Leuchtdiode verbundenen Ausgangstransistors ist.
Das Gate, des als Treiber fungierenden Transistors, kann an Massepotential angeschlossen sein, so dass dieser Transistor ebenfalls einen Schalter der Treiberschaltung bilden kann. In diesem Betriebsmodus arbeitet die Treiberschaltung als elektrische Spannungsquelle für die organische Leuchtdiode.
Die Schaltungsanordnung für jede einzelne organische Leuchtdiode kann in einer integrierten Realisierung als CMOS-Schaltung auf sehr kleiner Fläche herstellt werden. Sie ermöglicht eine hohe Auflösung des Displays. Die Maximalhelligkeit des Bildes (Vollausschlag) ist dabei über mehrere Größenordnungen ein- stellbar von <100 Cd/m2 bis weit über 10000 Cd/m2.
Damit ist die Schaltungsanordnung für den Einsatz von Displays für Projektsanwendungen und für Anwendungen in sehr heller Umgebung (Aussenbereich bei klarem Himmel, Flugzeugcockpit etc.) als auch sehr dunkler Umgebung (Nacht, vom Tageslicht abgeschlossene Räume etc.) geeignet. Die Darstellung von Graustufen bzw. Farben kann über Pulsweitenmodulation realisiert werden, so dass die Linearität von Eingangsbildsignal zu dargestelltem Bild bei Änderung der Maximalhelligkeit nicht beeinflusst wird. Die Bildinformation kann digital in jeder einer organischen Leuchtdiode zugeordneten Schaltungsanordnung gespeichert werden. Die Auflösung pro Farbe und Pixel ist abhängig von der Realisierung und kann typisch 6 oder 8 Bit, aber auch mehr betragen.
Günstig ist es, nur eine einzelnen Transistor als Treiber mit erweitertem Spannungsbereich/ Spannungsfestigkeit (Hochvolttransistor bzw. Mittelvolttran- sistor) einzusetzen.. Die Spannungstreiberfähigkeit ist hier die maximal zulässige elektrische Spannungsdifferenz über der emittierenden organischen Leucht- diode zwischen der elektrischen Spannung über der organischen Leuchtdiode im maximal ausgesteuerten Zustand (höchster Helligkeitswert) und der elektrischen Spannung über der organischen Leuchtdiode im Dunkel- zustand (geringster Helligkeitswert) .
Zu berücksichtigende Parameter können dabei die:
• einstellbare Stromtreiberfähigkeit der Treiberschaltung über mehrere Größenordnungen des elekt- rischen Stromes (10er Potenzen) ohne Beeinflussung der Linearität;
• Möglichkeit der Abschaltung des gesamten Displays für eine definierte Zeitperiode ohne Veränderung des für jede einzelne organische Leuchtdio- de gespeicherten Bildinhaltes sein.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 einen Prinzipquerschnitt durch ein Mikro- display mit organischen Leuchtdioden;
Figur 2 in schematischer Form, ein Blockschaltbild einer Ansteuerung für zweidimensional in einer Matrix angeordnete organische Leuchtdioden;
Figur 3 in schematischer Form eine Matrixanordnung von organischen Leuchtdioden, die elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen, also unterschiedlicher roter, grüner und blauer Farbe emittieren;
Figur 4 in schematischer Form eine Matrixanordnung von organischen Leuchtdioden, die elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen, also unterschiedlicher roter, grüner, blauer und weißer Farbe emittieren;
Figur 5 ein Blockschaltbild eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für mit jeweil acht Bit speicherbaren Bildinformationen, bei der fü eine Speicherung Kondensatoren in der Speicherschaltung eingesetzt sind;
Figur 6 ein Blockschaltbild eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für mit jeweil acht Bit speicherbaren Bildinformationen, bei der fü eine Speicherung Transistoren in der Speicherschaltung eingesetzt sind;
Figur 7 eine schematische Anordnung für eine Ansteue rung und Speicherung von Bildinformationen einzelner organischer Leuchtdioden;
Figur 8 eine schematische Anordnung für eine weitere Möglichkeit zur Ansteuerung und Speicherung von Bildinformationen einzelner organischer Leuchtdioden Figur 9 zeitliche Verläufe der elektrischen Betriebsspannungen der Treiberschaltung bei einem Auslesen der Speicherschaltung;
Figur 10 ein Beispiel für die Ausbildung einer Treiberschaltung und
Figur 11 ein weiteres Beispiel für eine bei der Erfindung einsetzbaren Treiberschaltung.
Mikrodisplays mit organischen Leuchtdioden 5 sind bevorzugt so aufgebaut, dass sie auf der Top-Metall- Ebene eines CMOS-Substrates, bei elektrischem Strom- fluss lichtemittierende organische Schichten (OLED) beinhalten. Diese können einzeln lokal, d.h. als so genannte Pixel, aktiviert werden, indem über eine Elektrode der organischen Leuchtdiode 5 elektrischer Strom lokal durch die organische Leuchtdiode 5 fließt. Unterhalb der Elektrode können sich in einer matrixhaften Pixelzellanordnung aktive und passive
Bauelemente (i.d.R. Transistoren und Kondensatoren), die die Steuerung jeder einzelnen organischen Leuchtdiode 5 übernehmen, befinden. In Figur 1 ist der Prinzipquerschnitt durch ein OLED-Mikrodisplay darge- stellt.
Die einzelnen Speicher für organischen Leuchtdioden 5, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, werden durch eine entsprechende Schaltung, wie in Figur 2 gezeigt, beschrieben. Dabei werden die Bildeingangsdaten durch ein elektronisches Steuerwerk entgegengenommen. Dieses leitet die Daten an den Spaltentreiber weiter, der die Bilddaten für eine Bildzeile zwischenspeichert. Über einen Zeilentreiber wird anschließend die zu beschreibende Zeile ausgewählt und mit den im Spaltentreiber zwischengespeicherten Bild- daten beschrieben. Nach diesem Prinzip werden sequentiell alle Zeilen der Matrixanordnung mit ihrem entsprechenden Bildinhalt programmiert. Anschließend wird mit dem Beschreiben der Bilddaten der ersten Zeile für das nachfolgende Bild begonnen.
Die Übertragung der Bilddaten vom Steuerwerk zum Spaltentreiber, der Zwischenspeicherung im Spaltentreiber und das Programmieren der Matrix wird üblicherweise mit digitalen Signalen realisiert.
Jede Pixelzelle kann in Subpixelzellen unterteilt sein, wobei jede Subpixelzelle zur Speicherung und Darstellung einer Primärfarbe des Displays zuständig ist. Die Anordnung der Primärfarben kann, wie in Fi- gur 3 und Figur 4 dargestellt, realisiert werden. Es sind aber auch noch andere Realisierungen denkbar. Jede dieser Subpixelzellen stellt dabei eine einzelne organische Leuchtdiode 5 dar, die gesondert
ansteuerbar sein soll.
Jede Schaltungsanordnung für die Ansteuerung jeder organische Leuchtdiode (Subpixelzelle) 5 setzt sich dabei aus drei Schaltungsteilen zusammen. Dies sind eine Speicherschaltung (Pixelspeicher) 10, ein Ausle- severstärker (Sense Amplifier)- 20 und die eigentlichen Treiberschaltung 30 für die einzelnen organischen Leuchtdioden 5. Die Speicherschaltung 10 be- steht aus so vielen Speicherzellen, wie dies die Farbtiefe (in Bit) der jeweiligen Farbe erfordert. Üblicherweise sind dies 5, 6 oder 8 Speicherzellen bzw. Bit Farbtiefe. In Figur 5 ist die Speicherschal- tung 10 für eine einzelne organische Leuchtdiode 5 bzw. eine Subpixelzelle schematisch dargestellt. Die einzelnen Speicherzellen der Speicherschaltung 10 bestehen dabei jeweils aus einem Kondensator und zwei Schaltern, die als Transistoren realisiert sein kön- nen. Für eine Miniaturisierung kann der Kondensator auch als Transistor mit kurzgeschlossenem Drain und Source umgesetzt werden, wie dies in Figur 6 dargestellt ist. Außerdem wurden die Daten- und Programmierleitungen so zusammengefasst, dass für jede ein- zelne organische Leuchtdiode 5 zwei Datenleitungen
(Data<0> und Data<l> in Figur 5 und vier Schreib-/ Programmierleitungen (Write<0> bis Write<3>) verwendet werden. Damit können für jede organische Leuchtdiode 5 jeweils zwei Speicherzellen parallel be- schrieben werden und das Beschreiben einer Bildzeile unterteilt sich für die angegebene Anordnung mit acht Bit Pixelspeicher in vier Programmierphasen, in denen über die Programmierleitungen aktiviert jeweils zwei Speicherzellen beschrieben werden.
Die Anordnung der Speicherschaltungen 10 sowie der entsprechenden Daten- und Programmierleitungen für eine Pixelzelle bestehend aus drei organischen
Leuchtdioden 5, zu je acht Bit Farbtiefe, was in Fi- gur 7 dargestellt ist. Die Anordnung für eine Pixelzelle mit vier organischen Leuchtdioden 5 zu je sechs Bit Farbtiefe ist in Figur 8 dargestellt. Die schraf- fierten Rechtecke stellen dabei die Speicher dar, wobei die entsprechende Programmierleitung (z.B.: WO) und die entsprechende Ausleseleitung (z.B.: E0) für die Speicherschaltung 10 angegeben sind.
Um die gespeicherten Bildinformationen auszulesen, wird der Ausleseverstärker (Sense Amplifier) 20 verwendet, der nach Figur 5 für jede organische Leuchtdiode 5 vorhanden ist. Der Ausleseverstärker 20 be- steht bei diesem Beispiel aus zwei gegengekoppelten
Invertern 21 und 22, die über zwei schalterbildende Transistoren 23 und 24 von der elektrischen Betriebsspannungszufuhr (VSS und LVDD) getrennt werden können. Weiterhin sind die Ein- bzw. Ausgänge dieser In- verter 21 und 22 über zwei Transistoren 25 und 26 als
Schalter (Aktivierung mit dem Signal Pre) mit einer elektrischen Spannung Vpre vorladbar. Das Auslesen der Bildinformation kann dabei, wie in Figur 9 gezeigt, grafisch veranschaulicht, in drei Phasenerfol- gen. Dies sind die Vorlade-Phase (Precharge), die Ladephase (Load) und die Emittierphase (Emit) . Zunächst werden die Inverter 21 und 22 von den Betriebsspannungsleitungen getrennt (LVDD und VSS) . Danach werden die Knoten VSensein 27 und VSenseout 28 auf die elektri- sehe Spannung VPre vorgeladen. Anschließend wird die auszulesende Speicherschaltung 10 über den entsprechenden Schalter (Emit) aktiviert, wodurch die elektrische Spannung am Knoten VSensein 27 entweder Richtung LVDD (bei gespeichertem High-Wert) angehoben oder in Richtung VSS (bei Low-Wert) abgesenkt wird. Durch Zuschalten der elektrischen Betriebsspannung an den gegengekoppelten Invertern 21 und 22 kippt der Auslese- Verstärker 20 je nach Speicherwert in einen der beiden stabilen Zustände, so dass am Ausgang Vsenseout das negierte Signal aus der vorher ausgelesenen Speicherschaltung 10 anliegt und der gespeicherte Wert in der Speicherschaltung 10 gleichzeitig erneuert werden kann.
Der Ausgang des Ausleseverstärkers 20 aktiviert die Treiberschaltung30 für die organische Leuchtdiode 5 und elektromagnetische Strahlung (Licht) wird emittiert. Pro Bildzyklus werden dabei alle Bitspeicher nacheinander ausgelesen und der Inhalt entsprechend dargestellt. Je nach Wertigkeit des entsprechenden Bits ist die Zeitdauer der Emittierphase unterschiedlich lang. Dadurch wird ein pulsweitenmoduliertes bildgebendes Verfahren realisiert. Die eigentliche Bildinformation wird durch zeitliche Integration des ausgesendeten Lichts im Auge des Betrachters rekonstruiert.
Die Speicherschaltung 10 und der Ausleseverstärker 20 einer organischen Leuchtdiode 5 bestehen ausschließlich aus Niedervolttransistoren (N OS- und PMOS- Transistoren) und benötigen zwei Betriebsspannungsleitungen LVDD und VSS. Der dritte Teil der gesamten Schaltungsanordnung für eine organische Leuchtdiode 5, die Treiberschaltung 30 ist in Figur 10 in einer beispielhaften Ausführung dargestellt. Die Treiberschaltung 30 besteht aus zwei Niedervolt-PMOS- Transistoren MDrive 1 und MSwi 2, einem Niedervolt-NMOS- Transistor MNSwi 3 und nur einem Mittel- oder
Hochvolt-PMOS-Transistor MMV 4 mit einem separaten Wannenanschluss . Die Treiberschaltung 30 benötigt nur die Betriebspannungsleitungen LVDD und VSS sowie eine gemeinsame Zuführung für die Kathodenspannung VKathode der organischen Leuchtdioden 5 für das gesamte Dis- play. Die Besonderheit für diese Treiberschaltung 30 ist die Tatsache, dass Vathode negativer als VSS (Masse) sein kann.
Figur 11 zeigt ein zweite Variante für eine bei der Erfindung einsetzbare Treiberschaltung 30. Dabei wird ein zusätzlicher Schalter MGoff mit einem weiteren Transistor 7, der als Niedervolt-PMOS-Transistor) ausgebildet ist, und für die Abschaltung der jeweiligen organischen Leuchtdiode 5 verwendet werden kann, eingesetzt. Der weitere Transistor 7 ist ebenfall in
Reihe geschaltet.
Über diese Transistoren 7 kann das gesamte Display deaktiviert werden, ohne dass gespeicherte Bildinfor- mationen verloren gehen. Diese Deaktivierungsfunktion kann beispielsweise genutzt werden, wenn auf dem Mik- rodisplaychip zusätzlich optische Sensoren (nicht dargestellt) integriert werden und diese optisch vom Mikrodisplay (und dem ausgesendetem Licht der organi- sehen Leuchtdioden) entkoppelt werden sollen, wie dies in DE 10 2006 030 541 AI beschrieben ist. solche optischen Sensoren können z.B. Kameras sein.
Je nach elektrischem Eingangsspannungssignal VDrivein (verbunden mit VSenseout des Ausleseverstärkers) 20 kann für zwei Betriebsmodi der gesamten Schaltungsanordnung unterschieden werden. Ist das elektrische Eingangsspannungssignal auf VSS geschaltet (Low) , ist die Treiberschaltung 30 aktiviert. In diesem Fall ist der Transistor MNS„i 3 ho- chohmig und der Transistor Swi 2 leitend und ein elektrischer Strom IOLED kann von LVDD durch die Transistoren MDrive 1, MSWI 2 und MMV 4 in die organische Leuchtdiode 5 fließen. Die Größe des elektrischen Stromes hängt dabei von der elektrischen Spannung
VDrive ab und kann über mehrere Dekaden eingestellt werden. Dabei wird die Linearität der Bilddarstellung nicht beeinflusst, da die Darstellung von Farbabstufungen/Graustufen über die vorab beschriebene
Pulsweitenmodulation realisiert werden kann.
Ist das Eingangsspannungssignal auf LVDD geschaltet (High), ist die Treiberschaltung 30 deaktiviert. In diesem Fall ist der Transistor MSwi 2 hochohmig und der Transistor MNSwi 3 elektrisch leitend. Der Tran- sistor MNSWI 3 schaltet den Knoten VSMV auf VSS und schützt den eigentlichen Stromquellentransistor MDriVe 1 und den Transistor MSwi 2 vor elektrischen Überspannungen (in diesem Fall Spannungen kleiner als VSS) . Damit kann durch den Transistor MMV 4 (hochohmig) nur ein sehr geringer elektrischer Leckstrom fließen und der elektrische Strom durch die organische Leuchtdiode 5 wird so klein, dass diese nicht mehr leuchtet. Die elektrische Spannungsdifferenz über der organischen Leuchtdiode 5 (VAnode - VKathode ) wird damit klei- ner, als die an der organischen Leuchtdiode 5 anliegende elektrische Spannung, bei elektrischem Strom- fluss, weil sich die elektrische Spannung VAn0de der Spannung VKathode annähert .
Ein Sonderfall für den Betrieb liegt vor, wenn die elektrische Spannung VDr ve auf VSS geschaltet wird.
In diesem Fall operiert der Transistor Drive 1 als Schalter und die Treiberschaltung 30 arbeitet als elektrische Spannungsquelle für die organische
Leuchtdiode 5, die im eingeschalteten Zustand die elektrische Spannung LVDD bereitstellt. Die Treiberschaltung 30 kann also demnach sowohl als elektrische Strom- als auch als Spannungsquelle genutzt werden.
Die Treiberschaltung 30 kann eine maximale elektri- sehe Spannungsdifferenz an der organischen Leuchtdiode 5 ansteuern, die von 0 Volt im ausgeschalteten Zustand bis zu (LVDD - VKathode ) im eingeschalteten Zustand reicht. Dabei darf die elektrische Spannung
V athode (kleiner 0 Volt) vom Betrag her maximal so groß, wie die zulässige Drain-Source-Spannung des
Transistors MMV 4 sein. Je nach Wahl der CMOS- Technologie (und der entsprechenden Mittelvolt- /Hochvoltoption) kann damit ein Spannungshub von 5 V bis zu 15 V an der organischen Leuchtdiode 5 vom ein- zum ausgeschalteten Zustand realisiert werden.

Claims

FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT...e.V.
118PCT 0126
Patentansprüche
Schaltungsanordnung für in einer zweidimensionalen Matrix angeordnete organische Leuchtdioden, bei der jede organische Leuchtdiode (5) mittels einer Speicherschaltung (10), einem Ausleseverstärker (20) und einer Treiberschaltung (30) ansteuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (30) mit mindestens drei in Reihe geschalteten Transistoren (1, 2 und 3) und einem weiteren Ausgangstransistor (4) dessen Drain an die Anode der jeweiligen organischen Leuchtdiode (5) angeschlossen ist, gebildet ist und dabei der als Treiber fungierende Transistor (1) an seiner Source mit einer konstanten elektrischen Betriebsspannung LVDD und seinem Gate mit einer weiteren ebenfalls konstanten elektrischen Betriebsspannung VDrive beaufschlagt ist; dabei das Drain des Transistors (1) an die Source des nachfolgend zu ihm in Reihe geschalteten Transistors (2) und die beiden Gates der Transistoren (2 und 3) , die einen Schalter bilden, an den Ausgang des Ausleseverstärkers (20) angeschlossen und mit dessen elektrischer Ausgangsspannung Vsenseout beaufschlagt sind; und
die Drains der beiden den Schalter bildenden Transistoren (2 und 3) an die Source des Ausgangstransistors (4), dessen Gate an Massepotential angeschlossen oder mit negativer elektrischer Spannung beaufschlagt ist, angeschlossen sind. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Transistor (2) der mit seiner Source mit dem als Treiber fungierenden Transistor (1) verbunden ist, ein PMOS- Transistor und der Transistor (3) dessen Gate mit dem Gate des Transistors (2) gemeinsam an den Ausgang des Ausleseverstärkers (20) angeschlossen ist, ein NMOS-Transistor ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Elemente der Schaltungsanordnung als CMOS-Schaltung auf einem halbleitenden Substrat ausgebildet sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschaltung der Treiberschaltung (30) ein weite rer Transistor (7) zwischen dem als Treiber fun gierenden Transistor (1) und dem einen Transistor (2) in Reihe geschaltet angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der weitere Transistor (7) als PMOS-Transistor ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Kathode der organischen Leuchtdioden (5) ei ne elektrische Spannung angelegt ist, die kleiner als die elektrische Spannung, die an die Source des Transistors (3) und das Gate des mit der Anode der organischen Leuchtdiode (5) verbundenen Ausgangstransistors (4) ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gate des als Treiber fungierenden Transistors (1) an Massepotential angeschlossen ist und die ser Transistor (1) einen Schalter der Treiberschaltung (30) bildet.
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