JP2014510296A - エレクトロルミネッセント装置のマルチレベルドライブ色度シフト補償 - Google Patents

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Abstract

いずれも電流密度に対応する輝度及び色度を有するエレクトロルミネッセント(EL)発光体の色度シフトの補償が実行される。受信された指定輝度及び選択された色度に基づいて、異なる黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度が選択され、各電流密度は、他の2つの電流密度において放射される光から測色的に識別可能な放射光に対応する。指定輝度及び選択された色度を生成するための、選択された放射時間のそれぞれのパーセンテージが電流密度ごとに計算される。選択された放射時間中のEL発光体の積分光出力が指定輝度及び選択された色度から測色的に識別不可能なように、放射時間の計算されたそれぞれのパーセンテージにわたってEL発光体に電流密度が与えられる。

Description

本発明は、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイのような固体エレクトロルミネッセント(EL)装置に関し、詳細には、そのような装置における発光体の色度シフトの補償に関する。
[関連出願の相互参照]
2008年8月14日に出願され、米国特許出願公開第2010/0039030号として公開されたWinter他による「OLED device with embedded chip driving」と題する本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第12/191,478号、2008年11月17日に出願され、米国特許出願公開第2010/0123649号として公開されたHamer他による「Compensated drive signal for electroluminescent display」と題する本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第12/272,222号、及びWhiteによる「Electroluminescent device aging compensation with multilevel drive」と題する本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第13/017,749号が引用され、いずれの開示も引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
加法色デジタル画像ディスプレイ装置が既知であり、陰極線管、液晶変調器、及び有機発光ダイオード(OLED)等の固体発光体といった種々の技術に基づく。固体ランプのような装置も製造されている。一般的な加法色ディスプレイ装置では、ピクセルが赤色サブピクセル、緑色サブピクセル及び青色サブピクセルを含む。これらのサブピクセルは、色域を画定する原色に対応する。これら3つのサブピクセルのそれぞれからの照明を加法混色することによって、すなわち、人間の視覚系の統合能力によって、広範な色を達成することができる。1つの技術では、電磁スペクトルの所望の部分においてエネルギーを放射するようにドープされた有機材料を使用して、OLEDを用いて色を直接生成することができるか、又は代替的には、広帯域放射(見かけ上白色の)OLEDを、カラーフィルタを用いて減衰させることにより、赤色、緑色及び青色を達成することができる。
赤色、緑色及び青色のサブピクセルとともに、白色、又は概ね白色のサブピクセルを用いて、電力効率又は経時的な輝度(発光)安定性を改善することができる。電力効率又は輝度安定性を改善するための他の可能性は、黄色サブピクセルのような1つ又は2つ以上の追加の非白色サブピクセルを使用することを含む。しかしながら、カラーディスプレイ装置上に表示することになる画像及び他のデータは通常、3つのチャネル、すなわち、標準(例えば、sRGB)又は特定(例えば、被測定CRT燐光体)の原色のセットに対応する3つの信号を有するチャネルにおいて記憶又は送信される。それゆえ、3チャネルディスプレイ装置において用いられる3つのサブピクセルではなく、ピクセル当たり4つのサブピクセルを有するディスプレイ上で使用するために、入力画像データが変換されなければならない。
CMYK印刷の分野では、下色除去又は灰色成分(要素)置換として知られる、RGBからCMYKへの、より具体的にはCMYからCMYKへの変換が行われる。その最も基本的な原理では、これらの変換は、CMY値の或る部分を減算し、その量をK値に加算する。これらの方法は画像構造制限によって複雑になる。なぜなら、画像構造制限は通常、不連続色調系(非連続階調法)を伴うためである。しかしながら、減法CMYK画像の白色は、印刷される基板によって決定されるので、これらの方法は、色を処理することに関して依然として相対的に簡単である。更なる原色が、色に関してディスプレイシステムの白色点と異なる場合には、連続色調加法色システムにおいて類似のアルゴリズムを適用しようと試みると、カラーエラーが生じることになる。
シーケンシャルフィールドカラー投影システムの分野では、赤色、緑色及び青色の原色と組み合わせて白色原色を使用することが知られている。白色を投影して、赤色、緑色及び青色の原色によって与えられる明るさを増大させ、それより、投射される色の一部又は全ての彩度を本質的に低減する。特許文献1においてMorgan他によって提案された方法は、赤色、緑色及び青色の強度の最小値に基づいて白色原色の強度を計算し、その後、スケーリングによって、変更後の赤色、緑色及び青色の強度を計算する手法を教示している。しかしながら、スケーリングは、全ての色の場合に、白色を追加する際に失われた彩度の全てを復元することはできない。この方法には減算ステップがないので、少なくとも幾つかの色では確実に誤差が生じる。さらに、Morganの開示は、白色原色が、色に関してディスプレイ装置の望ましい白色点と異なる場合に生じる問題を記述しているが、その問題を十分に解決していない。その方法は、平均の実効的な白色点を単に受け入れており、実質的に、白色原色の選択を装置の白色点周囲の狭い範囲に制限する。
赤色、緑色、青色及び白色のピクセルを有するカラー液晶ディスプレイを駆動するための類似の手法が、Lee他によって記述される(非特許文献1)。Lee他は、白色信号を赤色信号、緑色信号及び青色信号の最小値として計算し、その後、輝度を高めることを優先させる目的で、赤色信号、緑色信号及び青色信号をスケーリングして、全てではないが、或る量のカラーエラーを補正する。Lee他の方法は、Morganの方法と同様に色が不正確であるという難点がある。
強誘電体液晶ディスプレイの分野では、特許文献2においてTaniokaによって別の方法が提案されている。Taniokaの方法は、よく知られているCMYK手法に類似したアルゴリズムに従い、R信号、G信号及びB信号の最小値をW信号に割り当て、R信号、G信号及びB信号のそれぞれからその値を減算する。空間的なアーティファクトを回避するために、その方法は、最小信号に適用される可変スケールファクターを教示しており、そのスケールファクターを適用する結果として、低い輝度レベルにおいて色が滑らかに移行するようになる。その方法はCMYKアルゴリズムと類似であるので、上記で言及された同じ問題、すなわち、ディスプレイ白色点の色と異なる色を有する白色ピクセルがカラーエラーを引き起こすことになるという難点がある。
いずれの開示も引用することにより本明細書の一部をなすものとする、米国特許第6,885,380号におけるPrimerano他、及び本発明の譲受人に譲受された米国特許第6,897,876号におけるMurdoch他は、3色入力信号(R,G,B)を4色出力信号(R,G,B,W)に変換する方法を記述しており、その方法は、白色ピクセルがディスプレイの白色点の色と異なる色を有する場合でもカラーエラーを引き起こさない。有用ではあるが、これらの方法は、発光体の色、特にW発光体の色(この場合は白色)が一定であると仮定する。
特許文献3においてLee他によって記述されているように、白色発光OLEDの色は制御電圧とともに変化する可能性がある。言い換えると、白色発光OLEDの色は放射の強度によって異なる可能性がある。この問題はOLED又はELディスプレイ内の白色サブピクセルに影響を及ぼす可能性がある。また、その問題は、単一の非常に大きな白色サブピクセルを含むと考えることができるOLED又はELランプにも影響を及ぼす可能性がある。幾つかの他の方法、例えば、特許文献1におけるMorgan他、特許文献4におけるChoi他、特許文献5におけるInoue他、特許文献6におけるvan Mourik他、特許文献7におけるChang他及び特許文献8におけるBaekが3つの色入力信号を4つの色出力信号に変換する問題に取り組んできたが、これらの方法は、色が変化する白色発光体を調整することはできない。Leeの方法は色が変化する白色発光体を調整することはできるが、3つの色信号から4つの色信号に変換した後に補正に適用するために1組の6つの係数を必要とする。この方法は計算量及び記憶量が多く、大きなディスプレイにおいて実施するには時間がかかり、困難である。その方法のためのデータ収集は手動による調整を必要とするので、時間及び労力を要する可能性がある。その方法はスペクトルデータの収集を必要とし、スペクトルデータの収集は測色測定に比べて複雑であり、時間がかかる。さらに、その方法は、数学的には、所望のRGB色と等価なRGBW色との間の測色的な一致を与えない。
その開示が引用することにより本明細書の一部をなすものとする、2007年4月13日に出願されたHamer等による「Method for input-signal transformation for RGBW displays」と題する、本発明の譲受人に譲渡された同時係属の米国特許出願公開第2008/0252797号は、RGBをRGBWに変換するための方法を記述している。ただし、Wは、駆動レベルとともに変化する色を有する。
Ashdown他による特許文献9は、PWM駆動信号にAM変調を重ね合わせることによるRGB LEDのフィードバック制御を記述している。しかしながら、AM変調は、色度又は輝度の制御を与えない。AM変調は、単一の光センサーによって感知されるときに、R、G及びBチャネルを区別する役割のみを果たす。
Kinoshitaによる特許文献10は、EL発光体の電流密度及びデューティーサイクルを独立して調整し、輝度を一定に保ちながら色度を変更することを記述している。しかしながら、この方式は、EL発光体が自然に生成することができる色度のみに制限される。これは、所望の色度がEL発光体の色度軌跡上に存在しない場合があるフルカラーディスプレイの場合に十分ではない。
米国特許第6,453,067号明細書 米国特許第5,929,843号明細書 米国特許出願公開第2006/0262053号明細書 米国特許出願公開第2004/0222999号明細書 米国特許出願公開第2005/0285828号明細書 国際公開第2006/077554号 米国特許出願公開第2006/0187155号明細書 米国特許出願公開第2006/0256054号明細書 米国特許出願公開第2009/0189530号明細書 米国特許出願公開第2008/0185971号明細書
「TFT−LCD with RGBW Color System」(SID 03 Digest,pp.1212‐1215)
それゆえ、単色又は多色EL装置又はディスプレイ内のEL発光体の色度シフトを補償するための改善された方法が必要とされている。
本発明の一態様によれば、エレクトロルミネッセント(EL)発光体の色度シフトを補償するための方法であって、
a)電流を受信し、いずれも該電流の電流密度に対応する輝度及び色度を有する光を放射するための前記EL発光体を配設することと、
b)前記EL発光体に電気的に接続され、該EL発光体に前記電流を与えるための駆動回路を配設することと、
c)指定輝度を受信するとともに、前記EL発光体のための色度を選択することと、
d)前記指定輝度及び選択された色度に基づいて、異なる黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度を選択することであって、
i)選択された黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度において、前記放射された光は、それぞれ黒輝度、第1の輝度及び第2の輝度、並びにそれぞれ黒色度、第1の色度及び第2の色度を有し、
ii)前記各黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度のそれぞれの輝度は他の2つの輝度から測色的に識別可能であるか、又は前記各黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度のそれぞれの色度は、他の2つの色度から測色的に識別可能であり、
iii)前記黒輝度は選択された視感度しきい値未満であり、前記第1の輝度及び前記第2の輝度は該選択された視感度しきい値以上であることと、
e)前記指定輝度と、前記選択された色度と、前記黒輝度及び前記黒色度、前記第1の輝度及び前記第1の色度並びに前記第2の輝度及び前記第2の色度と、を用いて、選択された放射時間のそれぞれ黒パーセンテージ、第1のパーセンテージ及び第2のパーセンテージを計算することであって、該黒パーセンテージ、該第1のパーセンテージ及び該第2のパーセンテージの合計は100%以下であることと、
f)前記駆動回路に前記黒パーセンテージ、前記第1のパーセンテージ及び前記第2のパーセンテージを与えることであって、それにより、前記駆動回路は前記EL発光体に、前記選択された放射時間のそれぞれ前記黒パーセンテージ、前記第1のパーセンテージ及び前記第2のパーセンテージにわたって前記黒電流密度、前記第1の電流密度及び前記第2の電流密度を与え、その結果、前記選択された放射時間中の前記EL発光体の積分光出力が、前記指定輝度及び前記選択された色度とはそれぞれ測色的に識別不可能な出力輝度及び出力色度を有し、それにより、前記EL発光体の前記色度シフトが補償されることと、を含む、エレクトロルミネッセント発光体の色度シフトを補償するための方法が提供される。
本発明の別の態様によれば、エレクトロルミネッセント(EL)発光体の色度シフトを補償するための方法であって、
a)電流を受信し、いずれも該電流の電流密度に対応する輝度及び色度を有する光を放射するための前記EL発光体を配設することと、
b)前記EL発光体に電気的に接続され、該EL発光体に前記電流を与えるための駆動回路を配設することと、
c)指定輝度を受信するとともに、前記EL発光体のための色度を選択することと、
d)前記指定輝度及び前記選択された色度に基づいて、異なる黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度及び第3の電流密度を選択することであって、
i)前記選択された黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度及び第3の電流密度において、前記放射された光は、それぞれ黒輝度、第1の輝度、第2の輝度及び第3の輝度、並びにそれぞれ黒色度、第1の色度、第2の色度及び第3の色度を有し、
ii)前記各黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度及び第3の電流密度のそれぞれの輝度は他の3つの輝度から測色的に識別可能であるか、又は前記各黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度及び第3の電流密度のそれぞれの色度は、他の3つの色度から測色的に識別可能であり、
iii)前記黒輝度は選択された視感度しきい値未満であり、前記第1の輝度、前記第2の輝度及び前記第3の輝度は該選択された視感度しきい値以上であることと、
e)前記指定輝度と、前記選択された色度と、前記黒輝度及び前記黒色度、前記第1の輝度及び前記第1の色度、前記第2の輝度及び前記第2の色度並びに第3の輝度及び第3の色度と、を用いて、選択された放射時間のそれぞれ黒パーセンテージ、第1のパーセンテージ、第2のパーセンテージ及び第3のパーセンテージを計算することであって、該黒パーセンテージ、該第1のパーセンテージ、該第2のパーセンテージ及び該第3のパーセンテージの合計は100%以下であることと、
f)前記駆動回路に前記黒パーセンテージ、前記第1のパーセンテージ、前記第2のパーセンテージ及び前記第3のパーセンテージを与えることであって、それにより、前記駆動回路は前記EL発光体に、前記選択された放射時間のそれぞれ前記黒パーセンテージ、前記第1のパーセンテージ、前記第2のパーセンテージ及び前記第3のパーセンテージにわたって前記黒電流密度、前記第1の電流密度、前記第2の電流密度及び前記第3の電流密度を与え、その結果、前記選択された放射時間中の前記EL発光体の積分光出力が、前記指定輝度及び前記選択された色度とはそれぞれ測色的に識別不可能な出力輝度及び出力色度を有し、それにより、前記EL発光体の前記色度シフトが補償されることと、を含む、エレクトロルミネッセント発光体の色度シフトを補償するための方法が提供される。
本発明の別の態様によれば、エレクトロルミネッセント(EL)発光体の色度シフトを補償するための方法であって、
a)装置面を有するディスプレイ基板を配設することと、
b)電流を受信し、いずれも該電流の電流密度に対応する輝度及び色度を有する光を放射するための前記EL発光体を配設することであって、前記EL発光体は前記ディスプレイ基板の前記装置面上に配置されることと、
c)前記ディスプレイ基板とは異なり、かつ独立しているチップレット基板を有する集積回路チップレットを配設することであって、該チップレットは、前記EL発光体に前記電流を与えるために前記EL発光体に電気的に接続される駆動回路を含み、該チップレットは前記ディスプレイ基板の前記装置面上に位置し、かつ該装置面に固定されることと、
d)指定輝度を受信するとともに、前記EL発光体のための色度を選択することと、
e)前記指定輝度及び選択された色度に基づいて、異なる黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度を選択することであって、
i)選択された黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度において、前記放射された光はそれぞれ黒輝度、第1の輝度及び第2の輝度、並びにそれぞれ黒色度、第1の色度及び第2の色度を有し、
ii)前記各黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度のそれぞれの輝度は他の2つの輝度から測色的に識別可能であるか、又は前記各黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度のそれぞれの色度は、他の2つの色度から測色的に識別可能であり、
iii)前記黒輝度は選択された視感度しきい値未満であり、前記第1の輝度及び前記第2の輝度は該選択された視感度しきい値以上であることと、
f)前記指定輝度と、前記選択された色度と、前記黒輝度及び前記黒色度、前記第1の輝度及び前記第1の色度並びに前記第2の輝度及び前記第2の色度と、を用いて、選択された放射時間のそれぞれ黒パーセンテージ、第1のパーセンテージ及び第2のパーセンテージを計算することであって、該黒パーセンテージ、該第1のパーセンテージ及び該第2のパーセンテージの合計は100%以下であることと、
g)前記駆動回路に前記黒パーセンテージ、前記第1のパーセンテージ及び前記第2のパーセンテージを与えることであって、それにより、前記駆動回路は前記EL発光体に、前記選択された放射時間のそれぞれ前記黒パーセンテージ、前記第1のパーセンテージ及び前記第2のパーセンテージにわたって前記黒電流密度、前記第1の電流密度及び前記第2の電流密度を与え、その結果、前記選択された放射時間中の前記EL発光体の積分光出力が、前記指定輝度及び前記選択された色度とはそれぞれ測色的に識別不可能な出力輝度及び出力色度を有し、それにより、前記EL発光体の前記色度シフトが補償されることと、を含む、エレクトロルミネッセント発光体の色度シフトを補償するための方法が提供される。
本発明の利点は、広範なルックアップテーブルを必要とすることなく、装置内の有機材料の色度シフトを補償するEL装置である。本発明の更なる利点は、ELランプのような単色のEL発光体のみを有するEL装置の色度シフト補償を提供できることである。これまで望ましくないと見なされてきた、電流密度とともに色度が変化することを生産的に利用することが、本発明の重要な特徴である。本発明によれば、色度と独立して輝度を調整できるようになる。幾つかの実施形態では、従来のデジタル駆動方式よりも小さいビット深度を用いることができる。本発明によれば、有利なことに、特定のEL発光体の色度軌跡から外れて存在する色を再現できるようになる。
経時変化前及び後のEL発光体の特性を示す例示的な色度図である。 経時変化前及び後のEL発光体の特性を示す例示的な輝度プロット図である。 単一のEL発光体の原色を示す例示的な色度図である。 単一のEL発光体の原色を示す例示的な輝度プロット図である。 種々の実施形態による駆動波形のプロット図である。 種々の実施形態による駆動波形のプロット図である。 種々の実施形態による、EL発光体の色度シフトを補償する方法の一実施形態の流れ図である。 一実施形態による基板及びチップレットの側面図である。 一実施形態による駆動回路の回路図である。 種々の実施形態で有用なELサブピクセル及び関連する回路の一実施形態の回路図である。 ELランプの一実施形態の回路図である。 一実施形態によるELディスプレイの平面図である。
図9は、一実施形態によるELディスプレイ10の平面図である。ELディスプレイ10は、行及び列に配列され、種々の色を放射する複数のELサブピクセル60のアレイを有する。サブピクセル60rは概ね赤色の光を放射し、サブピクセル60gは緑色を放射し、サブピクセル60bは青色を放射し、サブピクセル60wは、黄色又は白色のような広帯域の光を放射する。「広帯域の光」は、赤色、緑色又は青色よりも広いスペクトル帯域幅を有する光、例えば、赤色、緑色又は青色の半値全幅(FWHM)よりも大きなFWHMを有する光を意味する。隣接するRGBWサブピクセル、60r、60g、60b、60wは合わせてピクセル15を構成する。
ELディスプレイ10は複数の行選択線20を含み、ELサブピクセル60の各行が対応する選択線20を有する。ELディスプレイ10は更に複数のデータ線35を含み、ELサブピクセル60の各列が、関連付けられる読出し用のデータ線35を有する。各サブピクセル60はEL発光体50を含む(図7)。各サブピクセルはデータ線35のそれぞれのデータ線に、かつ選択線20のそれぞれの選択線に接続される(明確にするために、図9には、これらの接続の全てが示されるわけではない)。用語「行」及び「列」はELディスプレイ10のいかなる特定の向きも要求しないことに留意されたい。
図1Aは、EL発光体50(図7)の特性を示す例示的なCIE1931x−y色度図を示す。EL発光体50は、ELディスプレイ10又はELランプのようなEL装置において具現することができる。EL発光体50は、電流を受信し、いずれも電流密度(J)に対応する輝度(図1BではYで表される)及び色度(x、y)を有する光を、EL発光体50を通して放射する。曲線100は、電流密度が変化する際のEL発光体50の色度を示す。EL発光体50は、黄色又は白色発光体のような広帯域発光体であることが好ましい。曲線100、130(図1A、図1B、図2A、図2B)上の電流密度の増加方向は、その上の矢印によって示される。
各曲線上の3つの異なる電流密度を用いて、通常のRGB色域に類似の色域を形成することができる。色域101は、曲線100からの3つの電流密度を使用する。色域101内の任意の色度をEL発光体50によって再現することができる。
図1Bは、曲線130において、電流密度の関数としてのEL発光体50の輝度を示す例示的なプロットである。色域101は、3つの原色の輝度が互いに大きく異なることができるという点で、従来のRGB色域とは異なることができる。そのような状況では、色域101によって再現することができる輝度は必ずしも黒色まで連続して下方に延在するのではなく、一般的に黒輝度を含む。ここで示されるように、色域101は、黒輝度132と、黒輝度を含まない輝度範囲112とを含む。幾つかの実施形態では、色域101は、黒色から、選択されたピーク輝度まで連続的に広がる。縦座標上に色域110の輝度範囲112が示される。色域101の輝度範囲112は、黒輝度132を含まない、その色域内で再現可能である最も高い色の輝度と最も低い色の輝度との間の範囲である(黒輝度は、できる限り光を生成しないように、好ましくは合わせて0.05ニト以下となるように、3つ全ての原色を設定することによって、任意の色域において常に再現可能である)。輝度及び色度の両方における色域101内の色は、下記に示すようにEL発光体50のみを使用して再現することができる。電流密度が変化する際にEL発光体50が受ける輝度及び色度の変動が大きいほど、色域101が大きくなる可能性がある。
図2Aは色度(x、y)図であり、図2Bは、色域101の原色を形成する曲線100及び130上の特定の点を示す、電流密度対輝度のプロットである。選択された黒電流密度136、第1の電流密度137、第2の電流密度138及び第3の電流密度139の場合の点が示される。後に更に説明されるように、EL発光体50の指定された使用経過時間に基づいて、電流密度が選択される。EL発光体50が黒電流密度136を有する電流で駆動されるとき、放射される光は、黒色度102(図2A)及び黒輝度132(図2B)にある色度を有する。ここで「色度」は、合わせて考慮される色度座標x及びyを指すことに留意されたい。第1の電流密度137では、放射される光は第1の色度103及び第1の輝度133にある。第2の電流密度138では、放射される光は第2の色度104及び第2の輝度134にある。第3の電流密度139では、放射される光は第3の色度105及び第3の輝度135にある。この例では、黒点はY=0及び(x,y)=(0,0)において示されるが、それは必要ではない。ディスプレイシステムによっては、黒レベルは0よりも大きな輝度、例えば、0.05ニトを有し、それゆえ、0以外の色度も有する。
幾つかの実施形態では、黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度のみが用いられる。例えば、ライン108(図2A)は、第1の電流密度137及び第2の電流密度138を用いて生成可能である色度空間内の点を示す。そのライン+黒色度102(黒電流密度136)は、狭く限られた輝度の色域ではあるが、3つの電流密度を用いて生成可能な色域(黒色度102への点線によって示される)を定義する。他の実施形態では、黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度及び第3の電流密度が用いられ、色域101の全体が生成可能である。
以下では、用語「原色」は特定の電流密度(例えば、136)において生成される輝度(例えば、132)及び色度(例えば、102)を指している。例えば、「第1の原色」は、第1の電流密度137における電流を用いて駆動されるときに、EL発光体50によって生成される第1の輝度133及び第1の色度103を指している。黒電流密度136におけるディスプレイの黒点は「黒原色」と呼ばれる。これは、当該技術分野における「原色」の従来の意味に対応するが、異なる原色として異なるEL発光体を使用するだけでなく、異なる原色として同じEL発光体50の複数の電流密度を使用できるように、その定義を拡張する。「原色の輝度」のような表現は、黒原色、第1の原色、第2の原色、そして実施形態によっては第3の原色のそれぞれの輝度、すなわち、黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度、及びオプションで第3の電流密度においてEL発光体50によって生成されるそれぞれの輝度を指している。
各原色はその輝度又は色度のいずれかにおいて他の原色とは異なる。すなわち、2つの原色は厳密に同じ輝度及び色度を生成しない。これが色域を与える。同じ色度を有するが、異なる輝度を有することができる原色もあれば、同じ輝度を有するが、異なる色度を有することができる原色もあれば、異なる輝度及び色度を有することができる原色もある。具体的には、各黒電流密度136、第1の電流密度137、第2の電流密度138及び第3の電流密度139のそれぞれの輝度(132、133、134、135)は測色的に他の輝度と異なるか、又は各黒電流密度136、第1の電流密度137、第2の電流密度138及び第3の電流密度139のそれぞれ色度(102、103、104、105)は測色的に他の色度と異なる。黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度のみを用いる実施形態では、3つの色度がそれぞれ測色的に他の2つと異なるか、又は3つの輝度がそれぞれ他の2つと異なる。黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度及び第3の電流密度を用いる実施形態では、4つの色度がそれぞれ測色的に他の3つと異なるか、又は4つの輝度がそれぞれ測色的に他の3つと異なる。
「異なる」原色及び「測色的に識別可能である」原色は、視覚的に分離された原色であり、すなわち、少なくとも1の丁度可知差異(JND)だけ離れた原色である。例えば、それらの原色は1976CIELAB Lスケール上にプロットすることができ、少なくとも1ΔEだけ分離された任意の2つの原色が測色的に識別可能である。識別可能な色度は、CIE1976u’v’図上でΔ(u’,v’)≧0.004478を有する点として測定することもできる(Raymond L. Lee「Mie Theory, Airy Theory, and the Natural Rainbow」(Appl. Opt. 37(9), 1506-1519 (1998))の1512ページに記載されるMacAdam JND、この開示は引用することにより本明細書の一部をなすものとする)。ただし、Δ(u’,v’)はCIE1976u’v’図上の2点間のユークリッド距離である。2つの色又は原色が測色的に識別可能であるか否かを判断する他の方法も、色彩科学の技術分野において既知である。
黒輝度132は、選択された視感度しきい値129よりも小さく、第1の輝度133、第2の輝度134及び第3の輝度135は、選択された視感度しきい値129以上である。視感度しきい値129は、人間の視覚系の限界に基づいて選択される。例えば、視感度しきい値129は、0.06ニト又は0.5ニトとすることができる。視感度しきい値129は、ディスプレイピーク輝度、ディスプレイダイナミックレンジ及びディスプレイ特性(例えば、周囲コントラスト比及び表面処理)に基づいて選択することができる。本明細書において記述される色域の数学的処理が従来のRGB色域の数学的処理に対応するように、黒輝度132は視感度しきい値129未満である。標準的な原色マトリックス又は燐光体マトリックス(「pmat」)を用いるとき、0の強度は、ユーザーが感知するものに輝度も色度も追加しない。種々の実施形態において、この処理における0の強度は黒電流密度136に対応することができる。黒輝度132は視感度しきい値129未満であるので、黒輝度132及び黒色度102は、ユーザーが感知するものに知覚可能な明るさも色も追加せず、0の輝度は予想通りに挙動する。視感度しきい値129未満である黒輝度132を与えるために、黒電流密度136は、選択されたしきい値電流密度(図示せず)、例えば、0.02mA/cm未満にすることができる。
色域101を用いて色を生成するために、指定輝度が受信され、EL発光体50のための色度が選択される。一実施形態では、装置の量産を開始する前に色度が選択され、装置は、装置上の種々のEL発光体50から望まれる放射に対応する一連の指定輝度を受信する。これ以降「Y」で表される、指定輝度は、例えば、上記で引用された米国特許第6,885,380号及び米国特許第6,897,876号において示されるような、当該技術分野において既知であるような入力RGBコード値から計算することができる。例えば、3つ1組の(R,G,B)コード値が受信されるとき、YはR、G、Bコード値に対応する輝度の最小値に等しく設定することができる。放射時間308(図3A)、例えば、16 2/3ms(1/60s)のようなフレーム時間が選択される。
選択された放射時間308のそれぞれ黒のパーセンテージ、第1のパーセンテージ、第2のパーセンテージ、そして実施形態によっては第3のパーセンテージは、指定輝度、選択された色度、並びに黒輝度及び黒色度、第1の輝度及び第1の色度、第2の輝度及び第2の色度、そしてオプションで第3の輝度及び第3の色度を用いて計算される。黒のパーセンテージの、第1のパーセンテージの、第2のパーセンテージの、そしてオプションで第3のパーセンテージの合計は100%以下である。計算されたパーセンテージは、それぞれの原色の強度[0,1]である。1つのEL発光体50のみが用いられており、それゆえ、時分割多重化が用いられるので、強度は合計で1以下になる(パーセンテージは100%以下になる)。黒原色、第1の原色及び第2の原色のみを用いる幾つかの実施形態では、黒のパーセンテージ、第1のパーセンテージ及び第2のパーセンテージは合計で100%になることができる。第3の原色も用いる幾つかの実施形態では、黒のパーセンテージ、第1のパーセンテージ、第2のパーセンテージ及び第3のパーセンテージが合計で100%になることができる。
黒のパーセンテージ、第1のパーセンテージ、第2のパーセンテージ、そしてオプションで第3のパーセンテージは駆動回路700(図6〜図8)に与えられ、それにより、駆動回路は選択された放射時間308のそれぞれ黒のパーセンテージ、第1のパーセンテージ、第2のパーセンテージ、そしてオプションで第3のパーセンテージを得るための黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度、そしてオプションで第3の電流密度をEL発光体50に与え、その結果、選択された放射時間308中のEL発光体50の積分光出力は、指定輝度及び選択された色度とそれぞれ測色的に識別不可能な、すなわち、1JND未満の出力輝度及び出力色度を有し、それにより、EL発光体50の色度シフトが補償される。上記のように、幾つかの実施形態では、黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度のみが駆動回路700によって与えられ、他は与えられない。他の実施形態では、黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度及び第3の電流密度のみが駆動回路700によって与えられ、他は与えられない。
指定輝度及び選択された色度(後に説明される)に基づいて、原色の黒電流密度136、第1の電流密度137、第2の電流密度138及びオプションで第3の電流密度139が選択されると、原色の対応する輝度及び色度を用いて、指定輝度及び選択された色度を生成するために用いられることになる原色のパーセンテージを計算する。第3の電流密度139を使用しない実施形態では、仮想的な第3の原色を用いて、3原色系を形成する。仮想的な第3の原色は、両方向において無限に延長される、第1の色度103と第2の色度104との間のライン上に存在しない色度を有するように選択することができる。仮想的な第3の原色の輝度は恣意的に選択することができる。例えば、点125の色度及び第3の輝度135を仮想的な第3の原色として選択することができる。
第1の輝度及び第1の色度、第2の輝度及び第2の色度並びに第3の輝度及び第3の色度を用いて原色マトリックス(「pmat」)が形成される。原色の輝度及び色度は、式1のように、原色のXYZ三刺激値に変換される(例えば、CIE 15:2004, 3rd. ed., ISBN 3-901-906-33-9, pg. 15, Eq. 7.3の逆を用いる)。
Figure 2014510296
ただし、第1の原色、第2の原色又は第3の原色の場合にそれぞれp=1、2又は3である。第3の電流密度139が使用されていない場合には、x、y、Yのために仮想的な第3の原色が利用される。その後、3つの原色のXYZ三刺激値が、式2に従ってpmatの形に変形される。
Figure 2014510296
従来のRGB色域系とは異なり、このpmatは白色点及び正規化を有しない。(1,0,0)、(0,1,0)又は(0,0,1)の強度によって生成される三刺激値は、単に原色の輝度及び色度に対応する三刺激値であり、輝度のスケーリングされたバージョンには対応しない。従来のpmatは、「Prediction of display colorimetry from digital video signals」(J. Imaging Tech, 13, 103-108, 1987)においてW. T. Hartmann及びT.E. Maddenによって記述されており、その開示は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
その後、上記の式1を用いて、指定輝度及び指定色度から指定三刺激値を計算し、X、Y、Zを生成する。その後、3つの原色のための強度が式3を用いて計算される。
Figure 2014510296
従来の系と同様に、範囲[0,1]の外側の任意の強度Iは再現不可能である。第3の電流密度139を用いない実施形態では、仮想的な第3の原色が使用されているので、Iの実質的に0でない任意の値(例えば、[−0.01,0.01]の外側にある値)が再現不可能な色を示す。3つの原色の強度Iは、上記で論じられたように、EL発光体50の3つの原色の強度であり、EL装置上のR、G及びB発光体の強度ではないことに留意されたい。
、I及びIはそれぞれ駆動回路700に与えられる第1のパーセンテージ、第2のパーセンテージ及び第3のパーセンテージである。EL発光体50を駆動して、それぞれのIによって規定される放射時間t308のパーセンテージにわたって第1の電流密度、第2の電流密度及びオプションで第3の電流密度において光を放射する。ΣIは1(100%)である必要はない。1未満である場合には、放射時間308の残り時間t、又はt未満の時間にわたって黒電流密度を与えることができる。ただし、tは式4に従って計算される。
Figure 2014510296
このようにして、EL発光体50の測定された使用経過時間に基づいて選択された黒電流密度136、第1の電流密度137、第2の電流密度138及びオプションで第3の電流密度139を用いて、指定された色が生成される。その結果として、選択された色度において、選択された異なる原色を用いて指定された色を生成することができる。これにより、EL発光体50の色度シフトを、電流密度を用いて補償できるようになる。それらの原色は、EL発光体50の指定された輝度及びオプションで選択された色度を、選択された黒電流密度136、第1の電流密度137、第2の電流密度138及びオプションで第3の電流密度139にマッピングするルックアップテーブルを用いて選択することができる。EL装置は種々の選択された色度のための種々のルックアップテーブルを含むことができ、その場合、各テーブルは指定輝度を選択された電流密度にマッピングする。種々の実施形態において、4つ以上の原色が用いられる。pmatは3×4以上に拡張され、白色置換のような他の変換を用いて、Iを計算する。種々の実施形態で有用なそのような技法の一例が、上記で引用された米国特許第6,885,380号において与えられる。
図3Aを参照すると、種々の駆動波形を用いて、放射時間308の対応するパーセンテージにわたってEL発光体50に原色の電流密度を与えることができる。横座標は、所与の放射期間[0,t)にわたる時間を示し、縦座標は、例えば、mA/cm単位の電流密度を示す。
実線波形310は3つの原色+黒を用いる駆動波形である。放射時間308の開始時に、第1の電流密度137が与えられる。時間301において、第2の電流密度138が与えられる。時間302において、第3の電流密度139が与えられる。時間303において、黒電流密度136が与えられる。ここで、ΣI<1であり、具体的には、ΣIは時間303に等しい。幾つかの実施形態では、全体として単一の輝度を用いて色を生成するのではなく、異なる非0の輝度を合成して所望の輝度を生成することができるので、波形310のような波形は、従来のデジタル駆動の場合であれば必要とされたビット深度よりも小さいビット深度で所望の色を提供する。例えば、デジタル駆動システムでは、非常に短い時間に非常に高い輝度が放射されるので、低輝度の色は非常に大きなビット深度を必要とする。短い時間は放射時間のごく一部であるが、それを表すのに多数のビットを必要とする。種々の実施形態において、輝度が低いほど長い時間をかけて放射され、放射時間に占める割合が大きくなるので、必要するビット数が少なくなる(2分の1は1ビットを必要とし、4分の1は2ビット、8分の1は3ビット等になるので、最小時間スライスを8分の1から4分の1に増やすと、1ビット節約される)。
破線波形320は、波形310と同様の駆動波形であるが、電流密度間にランプを有することが異なっている。波形320のためのI値は、EL発光体50に与えられる電流密度が対応する選択された電流密度において概ね安定している(例えば、±5%以内にある)時間である。例えば、波形320上のIは時間305−時間304に等しい。しかしながら、波形310のためのIは、時間302−時間301に等しい。放射時間のうちの或る時間がランプ、例えば、時間305から時間306によって占有されるので、ここで、黒電流密度136は、式4のt未満の時間にわたって与えられる。具体的には、黒のパーセンテージ、第1のパーセンテージ及び第2のパーセンテージの合計は100%未満であり、駆動電流700は、EL発光体50への連続した電流密度間に電流ランプを与える。ランプは、線形、二次、対数、指数、正弦波又は他の形状とすることができる。ランプの実際の電流は理想的な値に対して±10%だけ変化することができる。正弦波ランプは、電流密度レベル間に適合するように縮小された正弦波の部分、例えば、[−π/2,π/2]のθに対するsin(θ)の部分である。例えば、時間302(t302)を中心にした時間305(t305)から時間306(t306)までの、第2の電流密度138(J)から第3の電流密度139(J)までの正弦波ランプの電流密度J(t)は、式5を用いて計算することができる。
Figure 2014510296
ランプ、具体的には、正弦波ランプは、電流密度間に、より円滑な移行を与え、電流密度が変化するときの誘導性キックを低減する。一実施形態では、ランプの直接制御は与えられない。1つの電流密度と別の電流密度との間において、一定の印加電圧下で容量性負荷が充電されるときに、指数ランプを含む移行期間が存在する。別の実施形態では、一定の印加電圧下で容量性負荷が充電されるときの移行期間は線形ランプを含む。
図3Bは代替の波形330を示す。波形310及び320は、それぞれ途切れない期間にわたって黒電流密度136、第1の電流密度137、第2の電流密度138及び第3の電流密度139(又は第3の電流密度139が使用されない実施形態では、黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度)をそれぞれ与える。しかしながら、波形330は、各電流密度の期間Iを複数のセグメントに、例えば、2つのセグメントに分割する。全時間Iは波形310と同じである(そして、その合計は依然として時間303である)が、それぞれ半分に分割され、それらの半分が時間的に分離される。これは、視認者の目がディスプレイ上を動くときの動的偽輪郭の発生を低減することができ、フリッカーを低減することができる。この場合、黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度、そしてオプションで第3の電流密度は、放射時間308内の複数の別々の各時間セグメントにわたって与えられる。
幾つかの実施形態では、輝度範囲112(図1B)は、装置が正確に応答すべきである指定輝度の全範囲を含まない。輝度範囲112の外側において、種々の波形を用いることができる。例えば、当該技術分野において既知であるように、選択された電流密度における標準的なDC動作又はPWM動作を用いて、選択された色度に最も近い曲線100上の色度、又は別の色度において、指定輝度を与えることができる。代替的には、2つの原色(3つではない)を用いることができ、それにより、3つ全ての原色を用いるときに利用できるのとは異なる輝度において、原色を選択できるようになる。
指定輝度及び選択された色度(これ以降、「xyY」)に基づいて、異なる黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度及びオプションで第3の電流密度が選択される。これを果たす1つの方法は、量産前にEL発光体50を特徴付けることである。種々の電流密度におけるW発光体の輝度及び色度の測定に基づいて、xyYごとに適切な原色を選択することができる。しかしながら、電流密度及び強度の分解能(すなわち、ドライバービット深度)に通常課せられる制約を考えると、特定の指定された輝度(例えば、図2Aの点125)において、選択された色度を必ずしも正確に再現できるとは限らない。上記のように、選択された放射時間308中にEL発光体50の積分光出力が、指定輝度及び選択された色度とそれぞれ同一ではないが、測色的に識別不可能である出力輝度及び出力色度を有することで十分である。一例では、点125は、I=[0.5,0.4,0.75]を必要とする。2ビットシステムでは、0.4は入手可能な強度ではない。0、0.25、0.5、0.75及び1.0のみが入手可能である。しかしながら、I=[0.5,0.4,0.75]及びI’=[0.5,0.5,0.75](0.4を強制的に再現可能な強度0.5にする)に対応する三刺激値間の差が1JND未満である場合には、再現値I’は所望の再現値Iと測色的に識別不可能であるので、EL装置のユーザーにとって容認可能である。種々の電流密度におけるEL発光体50の輝度及び色度とともに、強度及び電流密度のビット深度を考慮して、使用経過時間ごとに適切な原色を選択すべきである。1−Dルックアップテーブル又は2−Dルックアップテーブルを使用することができる。
EL発光体50の測定された使用経過時間に基づいて、異なる黒電流密度136、第1の電流密度137、第2の電流密度138及びオプションで第3の電流密度139を以下のように選択することができる。任意の数の点の輝度及び色度が受信され、それらの点は、任意の使用経過時間におけるEL発光体50の電流密度掃引に沿って測定される。これらの点の組み合わせの数は、電流密度をEL発光体50に供給することができる分解能によって決定される。例えば、2つの2ビット電流供給源の場合、電流密度の16通りの取り得る組み合わせを利用することができる。試しに1組の試験強度も選択される。試験強度の数は、それらの強度の分解能、すなわち、放射時間308をどれほど細かく細分できるかによって決定される。取り得るpmatごとに、それらの試験強度のためのそれぞれの試験三刺激値が計算される。その後、それらの試験三刺激値から、試験CIELAB値が計算される。
その後、1組の目標指定輝度が選択される。目標指定輝度ごとに、全体試験CIELAB値と、選択された色度における目標指定輝度との間のCIELABΔEが計算される。その目標指定輝度のための強度として、最も小さなΔEを有する強度組み合わせが選択され、ΔEが記録される。選択時にΔEを重み付けして、例えば、輝度誤差を色度誤差よりも重く、又はその逆に重み付けすることができる。さらに、ΔE>1JND(例えば、>1.0又は>2.0)を有する任意の試験CIELAB値(及び対応する試験強度)は、その結果が選択された色度における所望の輝度と測色的に識別不可能であるので、検討対象から除外することができる。その代わりに、又はそれに加えて、選択された色度の1JNDu’v’内にない任意の試験三刺激値に対応する試験強度を除外することができる。電流密度の特定の組み合わせの(除外されない)試験強度に対して記録されたΔE値が、例えば、平均及び最大ΔEをとることによって組み合わせられる。その後、試験強度に対して所望のΔE特性を有する組み合わせが、使用する1組の原色として選択される。例えば、最も小さなmax(ΔE)又はrms(ΔE)を有する組み合わせを選択することができる。
この方法は、指定輝度を得るために使用されることになる単一の黒原色電流密度、第1の原色電流密度、第2の原色電流密度、そしてオプションで第3の原色電流密度を選択する。代替的には、異なる指定輝度又は指定輝度範囲に対して異なる原色を選択することができる。その選択は製造時に実行することができ、EL装置(例えば、ELディスプレイ10)内に記憶することができるか、又はEL装置の動作中に実行することができる。
代表的なOLED発光体の測定データから、選択される原色が計算された。この例は、3ビット強度、及び約4ビットの電流密度を用いて計算された。この例の場合の再現可能な輝度範囲は約0ニト〜10840ニトである。色度軌跡は表1において与えられる測定点を通過する。
Figure 2014510296
色域101のためのpmatは以下の通りである(スケーリングなし;ニト単位の輝度)
Figure 2014510296
このpmatを用いて、上記のようにI値を計算することができる。
例えば、有効数字4桁では、色域101において、強度(0.2857,0.1429,0)は、(x,y)=(0.2936,0.3040)(CCT=8154Kを有する中間色)、又は(u’,v’)=(0.1938,0.4514)において約1958ニトを生成する。この点は、上記の表1内の隣接する点の各対間の軌跡の線形補間において、最も近い点からΔxy=0.0002171だけ離れている。2つの最も近い点は(0.2937,0.3047)及び(0.2919,0.3003)であり、その間の線上で(0.2936,0.3040)に最も近い点は、(0.2934,0.3040)である。この例の場合、Δxyは小さいが、0ではないので、特定のEL発光体の色度軌跡から外れて存在する色を、本明細書において記述されるように、その発光体を用いて再現できることを実証する。任意の特定の発光体の場合のΔxyの値、及び再現される色は、軌跡の形状及び選択される色によって決まる。例えば、半円の軌跡は、その軌跡の中心にある点に対して、その軌跡の半径に等しいΔxyを有する。
図4は、種々の実施形態による、エレクトロルミネッセント(EL)発光体50の色度シフトを補償するための方法の一実施形態の流れ図である。EL発光体50及び駆動回路700が配設される(ステップ520)。指定色、すなわち、指定輝度及び指定色度が、例えば、当該技術分野において既知であるようなプロセッサ又は画像処理コントローラー集積回路から受信される(ステップ525)。上記のように、xyYに基づいて電流密度が選択される(ステップ530)。原色のパーセンテージ(強度)が上記のように計算される(ステップ540)。最後に、個々の強度における電流密度を用いてEL発光体50が駆動される(オンタイム)(ステップ545)。
EL装置は種々の技術を用いて種々の装置基板上で実現することができる。例えば、ELディスプレイは、ガラス、プラスチック又は鋼箔ディスプレイ基板上にアモルファスシリコン(a−Si)又は低温ポリシリコン(LTPS)を用いて実現することができる。一実施形態では、EL装置はチップレットを用いて実現され、チップレットは装置基板上に分配される制御素子である。チップレットは、装置基板に比べて相対的に小さな集積回路であり、独立したチップレット基板上に形成される、ワイヤと、接続パッドと、抵抗器又はコンデンサーのような受動構成要素と、トランジスタ又はダイオードのような能動構成要素と、を含む回路を含む。チップレット、及びチップレットを準備するために用いられるプロセスに関する詳細を、例えば、米国特許第6,879,098号、同第7,557,367号、同第7,622,367号、米国特許出願公開第2007/0032089号、同第2009/0199960号、及び同第2010/0123268号において見いだすことでき、それら全ての開示が、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
図5はチップレットを用いるEL装置の一実施形態の側面図を示す。装置基板400はガラス、プラスチック、金属箔又は当該技術分野において既知である他の基板タイプとすることができる。装置基板400は装置面401を有し、その上に、EL発光体50が配置される。EL装置がディスプレイの場合、装置基板400はディスプレイ基板である。装置基板400とは異なり、かつ独立しているチップレット基板411を有する集積回路チップレット410が、装置基板400の装置面401上に配置され、固定される。チップレット410は、例えば、スピンコーティングされた接着剤を用いて装置基板に固定することができる。チップレット410は、EL発光体50に電流を与えるためにEL発光体50に電気的に接続される駆動回路700(図6)を含む。また、チップレット410は接続パッド412も含み、接続パッドは金属とすることができる。平坦化層402がチップレット410を覆うが、パッド412上に開口部又はビアを有する。金属層403がビアにおいてパッド412と接触し、チップレット410内の駆動回路700からEL発光体50まで電流を搬送する。1つのチップレット410は、1つ又は複数のEL発光体50に電流を与えることができ、1つ又は複数の駆動回路700を含むことができる。各駆動回路700は、1つ又は複数のEL発光体50に電流を与えることができる。
図6は、一実施形態による、EL発光体50に電流を与えるためにEL発光体50に電気的に接続されるチップレット410内の駆動回路700を示す。駆動回路700は、EL発光体50に電流を供給するための駆動トランジスタ70を含む。駆動トランジスタ70のゲートはマルチプレクサ(mux)710に接続される。Mux710は、アナログバッファー715a、715b及び715cの出力に接続される3つの入力を有する。各バッファーの入力は、駆動トランジスタ70のゲート電圧を保持するためのそれぞれのコンデンサー716a、716b及び716cに接続され、それらのコンデンサーは、例えば、黒電流密度136、第1の電流密度137及び第2の電流密度138に対応する。電圧は、従来のサンプルアンドホールド回路(図示せず)によってコンデンサーに蓄積することができる。mux710のセレクター入力はコンパレーター730a、730b、730cの出力に接続される。各コンパレーターは、ランニングカウンター720からの出力を、それぞれのレジスタ735a、735b、735cに記憶された単数又は複数のトリガー値と比較する。カウンターの値が特定の電流密度のための正確な範囲内にあるとき、対応するコンパレーターによって、muxは対応するゲート電圧を駆動トランジスタ70に送り、対応する電流密度をEL発光体50に与える。
例えば、8ビットカウンターが、放射期間[0,t)において256回までカウントすることができ、0において開始し、t−t/256において255に達し、tにおいてロールオーバーして0に戻る。カウンター値が、0〜レジスタ735aに記憶された値−1であるとき、コンパレーター730aはTRUEを出力することができ、他のコンパレーターはFALSEを出力し、それにより、mux710はコンデンサー716aからの値を駆動トランジスタ70のゲートに送る。レジスタ735aの値〜レジスタ735bの値−1では、コンパレーター730bがTRUEを出力し、他のコンパレーターがFALSEを出力することができ、レジスタ735bの値〜レジスタ735cの値では、コンパレーター730cがTRUEを出力し、他のコンパレーターがFALSEを出力することができる。破線矢印によって示されるように、コンパレーター730a、730b及び730cは互いに通信し、次のコンパレーターがTRUEを出力すべきである時点を指示することができる。これは、種々の実施形態とともに利用することができる数多くの可能な駆動回路のうちの1つである。図7及び図8は2つの他の駆動回路を示しており、他の構成も当業者には明らかになるであろう。例えば、複数の駆動トランジスタを用いることができ、その出力をEL発光体50に対して多重化することができる。他の実施形態では、駆動回路700は、LTPS又はアモルファスシリコンバックプレーン上に薄膜トランジスタ(TFT)を用いて実装することができる。
図5を再び参照すると、チップレット410は、装置基板400とは別に製造され、その後、ディスプレイ基板400に取り付けられる。チップレット410は、半導体装置を製造するための既知の工程を用いて、シリコン又はシリコンオンインシュレーター(SOI)ウェハーを用いて製造されることが好ましい。各チップレット410は、その後、装置基板400に取り付けられる前に分離される。それゆえ、各チップレット410の結晶性基部は、装置基板400とは別の基板411と見なすことができ、チップレットの回路部がその上に配置される。それゆえ、複数のチップレット410は、装置基板400とは別であり、かつ互いに別である対応する複数のチップレット基板411を有する。詳細には、独立したチップレット基板411は、その上にピクセルが形成される基板400とは別であり、独立したチップレット基板411の面積は、合わせても、装置基板400より小さい。チップレット410は、例えば、薄膜アモルファスシリコン装置又は多結晶シリコン装置において見られる能動構成要素よりも、高い性能の能動構成要素を提供する結晶基板411を有することができる。チップレット410は100μm以下の厚みを有することができることが好ましく、20μm以下であることが更に好ましい。これは、従来のスピンコーティング技法を用いてチップレット410上に平坦化層402を形成するのを容易にする。一実施形態によれば、結晶シリコン基板411上に形成されるチップレット410は、幾何学的なアレイに配列され、接着剤又は平坦化材料を用いて装置基板400に接着される。チップレット410の表面上の接続パッド412を用いて、各チップレット410を信号ワイヤ、電力バス及び行電極又は列電極に接続し、ピクセル(例えば、金属層403)を駆動する。幾つかの実施形態では、チップレット410は少なくとも4つのEL発光体50を制御することができる。
チップレット410は半導体基板内に形成されるので、チップレット410の回路部は、最新のリソグラフィツールを用いて形成することができる。そのようなツールによれば、0.5ミクロン以下の機構サイズを容易に手に入れることができる。例えば、最新の半導体製造ラインは、90nm又は45nmの線幅を達成することができ、チップレット410を作製する際に用いることができる。しかしながら、チップレット410は、装置基板400上に組み付けられると、チップレット410上に設けられた金属層403への電気的接続を作製するための接続パッド412も必要とする。接続パッド412のサイズは、ディスプレイ基板400上で用いられるリソグラフィツールの機構サイズ(例えば、5μm)、及び金属層403上の任意のパターニングされた特徴に対するチップレット410の位置合わせ(例えば、±5μm)に基づく。それゆえ、接続パッド412は、例えば、15μm幅にすることができ、パッド412間に5μmの間隔をあけることができる。したがって、パッド412は一般的に、チップレット410内に形成されるトランジスタ回路部よりも著しく大きくなる。
パッド412は一般的に、トランジスタを覆う、チップレット410上のメタライゼーション層内に形成することができる。製造コストを下げることができるように、できる限り小さな表面積を有するチップレット410を作製することが望ましい。
装置基板400(例えば、アモルファスシリコン又は多結晶シリコン)上に直接形成される回路よりも高い性能の回路部を有する独立した基板411(例えば、結晶シリコンを含む)を備えるチップレット410を利用することによって、より高い性能を有するEL装置が提供される。結晶シリコンは、より高い性能を有するだけでなく、はるかに小さな能動素子(例えば、トランジスタ)も有するので、回路部サイズははるかに小さくなる。例えば、Yoon、Lee、Yang及びJang著「A novel use of MEMS switches in driving AMOLED」(Digest of Technical Papers of the Society for Information Display, 2008, 3.4, p.13)において記述されているように、微小電気機械(MEMS)構造を用いて有用なチップレット410を形成することもできる。
装置基板400はガラスを含むことができ、当該技術分野において知られているフォトリソグラフィ技法を用いてパターニングされた平坦化層402(例えば、樹脂)上に形成された、蒸着又はスパッタリングされる金属又は金属合金、例えば、アルミニウム又は銀から、単数又は複数の金属層403を作製することができる。チップレット410は、集積回路業界において十分に確立されている従来の技法を用いて形成することができる。
エレクトロルミネッセント(EL)装置はELディスプレイ及びELランプを含む。本発明はいずれにも適用可能であり、最初にELディスプレイを参照しながら論じられる。
図7は、ELディスプレイ10(図9)上の種々の実施形態で有用なELサブピクセル及び関連する回路部の一実施形態の回路図を示す。図9において、ELサブピクセル60は、EL発光体50と、駆動トランジスタ70と、コンデンサー75と、選択トランジスタ90と、を含む。図7に移ると、駆動トランジスタ70は、EL発光体50に電流を与えるためにEL発光体50に電気的に接続される駆動回路700の一部である。トランジスタはそれぞれ第1の電極と、第2の電極と、ゲート電極と、を有する。第1の電圧源140が駆動トランジスタ70の第1の電極に接続される。接続されるとは、複数の素子が直接接続されるか、又は別の構成要素、例えば、スイッチ、ダイオード、若しくは別のトランジスタを介して接続されることを意味する。駆動トランジスタ70の第2の電極は、EL発光体50の第1の電極に接続され、EL発光体50の第2の電極には第2の電圧源150が接続される。選択トランジスタ90は、当該技術分野において既知であるように、データ線35を駆動トランジスタ70のゲート電極に接続し、データ線35から駆動トランジスタ70にデータを選択的に与える。各行選択線20が、ELサブピクセル60の対応する行内の選択トランジスタ90のゲート電極に接続される。
補償器191が、入力線85上で指定輝度及び選択された色度を受信する。補償器191は、指定輝度及び選択された色度を用いて、原色の電流密度を選択し、指定輝度及び指定色度並びに選択された電流密度を用いて、パーセンテージIを計算する。その後、補償器は、選択された電流密度及び計算されたパーセンテージに対応する情報を制御線95上に与える。ソースドライバー155がその情報を受信し、データ線35上に駆動トランジスタ制御波形を生成する。駆動トランジスタ制御波形は、駆動トランジスタが図3A及び図3Bに示されるような電流密度波形を生成するのに必要なゲート電圧を含む。補償器191は、CPU、FPGA若しくはASIC、PLD、又はPALとすることができる。
一実施形態では、駆動トランジスタ制御波形は、黒色、第1の原色及び第2の原色に対応する放射時間のパーセンテージのための第1のゲート電圧、第2のゲート電圧及び黒色ゲート電圧を順番に含む。こうして、補償器191は、表示プロセス中に、補償済みデータを与えることができる。当該技術分野において既知であるように、指定輝度及び指定色度は、タイミングコントローラー(図示せず)によって与えることができる。指定輝度及び指定色度は、入力コード値に対応することができる。入力コード値はデジタル又はアナログとすることができ、指示された輝度に対して線形又は非線形とすることができる。アナログである場合には、入力コード値は電圧、電流又はパルス幅変調された波形とすることができる。選択された色度における指定輝度に対して予め選択された原色が用いられる場合には、又は選択された色度及び指定輝度又は指定輝度範囲を原色にマッピングするテーブルが用いられる場合には、補償器191は、オプションで、原色自体のような、原色を選択する際に用いられる情報を記憶するためのメモリ195に接続することができる。メモリ195は、フラッシュ又はEEPROMのような不揮発性記憶装置、又はSRAMのような揮発性記憶装置とすることができる。
ソースドライバー155は、デジタル/アナログコンバーター又はプログラマブル電圧源、プログラマブル電流源若しくはパルス幅変調電圧(「デジタルドライブ」)若しくは電流ドライバー、又は当該技術分野において既知である別のタイプのソースドライバーを含むことができる。ただし、EL発光体50に、電流密度波形、例えば、図3A及び図3Bを印加させることができるものとする。本実施形態において、駆動回路700は、ソースドライバー155と、選択トランジスタ90と、駆動トランジスタ70と、それら3つの部品と対応する制御線との間の接続と、を含む。
一実施形態では、EL装置の量産前に、1つ又は複数の代表的な装置を特徴付けて、指定輝度及び選択された色度を対応する選択された黒電流密度136、第1の電流密度137、第2の電流密度138及びオプションで第3の電流密度139にマッピングする製品モデルを生成することができる。2つ以上の生産モデルを作製することができる。例えば、装置の異なる領域ごとに、異なる製品モデルを有することができる。製品モデルは、ルックアップテーブルに記憶することができるか、又はアルゴリズムとして用いることができる。これらのモデルは組み合わせることができるか、スプライン当てはめのような統計技術分野において既知である回帰技法によって、モデル間の境界を平滑化することができる。補償器191は、例えば、メモリ195内に、製品モデル(複数の場合もある)を記憶することができる。
図8は、ELランプにおいて有用な代替の実施形態を示す。EL発光体50A及び50Bは直列に配置され、電流源501によって電流を供給される。駆動回路700が、EL発光体に制御線95上の信号に対応する電流を与えるために、各EL発光体50A、50Bに電気的に接続される電流源501を含む。補償器191からの補償済みコード値が電圧ではなく、電流を表すことを除いて、上記の補償が実行される。この実施形態は、単一のEL発光体にも適用することができる。また、EL発光体50A、50Bは、定電流ではなく、定電圧によって駆動することもできる。補償器191、メモリ195、入力線85及び制御線95は図7において上記で示された通りである。
好ましい実施形態では、EL装置は、限定はしないが、米国特許第4,769,292号及び同第5,061,569号において開示されるような、小分子又はポリマーOLEDから構成される有機発光ダイオード(OLED)を含む。有機発光材料の数多くの組み合わせ及び変形を用いて、そのような装置を作製することができる。図7を参照すると、EL発光体50がOLED発光体であるとき、ELサブピクセル60はOLEDサブピクセルである。無機EL装置、例えば、多結晶半導体マトリックス内に形成される量子ドット(例えば、米国特許出願公開第2007/0057263号において教示され、その開示は引用することにより本明細書の一部をなすものとする)、及び有機若しくは無機電荷制御層を利用する装置、又はハイブリッド有機/無機装置も利用することができる。
トランジスタ70、80及び90は、アモルファスシリコン(a−Si)トランジスタ、低温ポリシリコン(LTPS)トランジスタ、酸化亜鉛トランジスタ、又は当該技術分野において既知である他のトランジスタタイプとすることができる。それらのトランジスタは、Nチャネル、Pチャネル又は任意の組み合わせとすることができる。OLEDは非反転構造(図示される)又は反転構造とすることができ、反転構造の場合、EL発光体50は第1の電圧源140と駆動トランジスタ70との間に接続される。
本発明は、本発明の或る特定の好ましい実施形態を特に参照しながら詳細に説明されてきたが、本発明の趣旨及び範囲内で実施形態の結合、変形及び変更を実施できることが理解されよう。
10 ELディスプレイ
15 ピクセル
20 選択線
35 データ線
50、50A、50B EL発光体
60 ELサブピクセル
70 駆動トランジスタ
75 コンデンサー
85 入力線
90 選択トランジスタ
95 制御線
100 曲線
101 色域
102 黒色度
103 第1の色度
104 第2の色度
105 第3の色度
108 ライン
112 輝度範囲
125 点
129 視感度しきい値
130 曲線
132 黒輝度
133 第1の輝度
134 第2の輝度
135 第3の輝度
136 黒電流密度
137 第1の電流密度
138 第2の電流密度
139 第3の電流密度
140 第1の電圧源
150 第2の電圧源
155 ソースドライバー
191 補償器
195 メモリ
301、302、303、304、305、306 時間
308 放射時間
310 波形
320 波形
330 波形
400 装置基板
401 装置面
402 平坦化層
403 金属層
410 チップレット
411 チップレット基板
412 パッド
501 電流源
520 ステップ
525 ステップ
530 ステップ
540 ステップ
545 ステップ
700 駆動回路
710 マルチプレクサ(mux)
715a、715b、715c バッファー
716a、716b、716c コンデンサー
720 カウンター
730a、730b、730c コンパレーター
735a、735b、735c レジスタ

Claims (20)

  1. エレクトロルミネッセント(EL)発光体の色度シフトを補償するための方法であって、
    a)電流を受信し、いずれも該電流の電流密度に対応する輝度及び色度を有する光を放射するための前記EL発光体を配設することと、
    b)前記EL発光体に電気的に接続され、該EL発光体に前記電流を与えるための駆動回路を配設することと、
    c)指定輝度を受信するとともに、前記EL発光体のための色度を選択することと、
    d)前記指定輝度及び選択された色度に基づいて、異なる黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度を選択することであって、
    i)選択された黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度において、放射された光は、それぞれ黒輝度、第1の輝度及び第2の輝度、並びにそれぞれ黒色度、第1の色度及び第2の色度を有し、
    ii)前記各黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度のそれぞれの輝度は他の2つの輝度から測色的に識別可能であるか、又は前記各黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度のそれぞれの色度は、他の2つの色度から測色的に識別可能であり、
    iii)前記黒輝度は選択された視感度しきい値未満であり、前記第1の輝度及び前記第2の輝度は該選択された視感度しきい値以上であることと、
    e)前記指定輝度と、前記選択された色度と、前記黒輝度及び前記黒色度、前記第1の輝度及び前記第1の色度並びに前記第2の輝度及び前記第2の色度と、を用いて、選択された放射時間のそれぞれ黒パーセンテージ、第1のパーセンテージ及び第2のパーセンテージを計算することであって、該黒パーセンテージ、該第1のパーセンテージ及び該第2のパーセンテージの合計は100%以下であることと、
    f)前記駆動回路に前記黒パーセンテージ、前記第1のパーセンテージ及び前記第2のパーセンテージを与えることであって、それにより、前記駆動回路は前記EL発光体に、前記選択された放射時間のそれぞれ前記黒パーセンテージ、前記第1のパーセンテージ及び前記第2のパーセンテージにわたって前記黒電流密度、前記第1の電流密度及び前記第2の電流密度を与え、その結果、前記選択された放射時間中の前記EL発光体の積分光出力が、前記指定輝度及び前記選択された色度とはそれぞれ測色的に識別不可能な出力輝度及び出力色度を有し、それにより、前記EL発光体の前記色度シフトが補償されることと、を含む、エレクトロルミネッセント発光体の色度シフトを補償するための方法。
  2. 前記駆動回路は前記黒電流密度、前記第1の電流密度及び前記第2の電流密度のみを与える、請求項1に記載の方法。
  3. 前記EL発光体は広帯域発光体である、請求項1に記載の方法。
  4. 前記黒電流密度は0.02mA/cm未満である、請求項1に記載の方法。
  5. ステップdは、前記指定輝度及び前記選択された色度を前記選択された黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度にマッピングするルックアップテーブルを設けることを更に含む、請求項1に記載の方法。
  6. 前記黒のパーセンテージ、前記第1のパーセンテージ及び前記第2のパーセンテージの前記合計は100%に等しい、請求項1に記載の方法。
  7. 前記駆動回路はそれぞれ途切れない期間にわたって前記黒電流密度、前記第1の電流密度及び前記第2の電流密度をそれぞれ与える、請求項6に記載の方法。
  8. 前記黒のパーセンテージ、前記第1のパーセンテージ及び前記第2のパーセンテージの前記合計は100%未満であり、前記駆動回路は、連続した電流密度間において電流ランプを前記EL発光体に与える、請求項1に記載の方法。
  9. 前記電流ランプは正弦波である、請求項8に記載の方法。
  10. 前記EL発光体は有機発光ダイオード(OLED)発光体である、請求項1に記載の方法。
  11. エレクトロルミネッセント(EL)発光体の色度シフトを補償するための方法であって、
    a)電流を受信し、いずれも該電流の電流密度に対応する輝度及び色度を有する光を放射するための前記EL発光体を配設することと、
    b)前記EL発光体に電気的に接続され、該EL発光体に前記電流を与えるための駆動回路を配設することと、
    c)指定輝度を受信するとともに、前記EL発光体のための色度を選択することと、
    d)前記指定輝度及び選択された色度に基づいて、異なる黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度及び第3の電流密度を選択することであって、
    i)選択された黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度及び第3の電流密度において、放射された光は、それぞれ黒輝度、第1の輝度、第2の輝度及び第3の輝度、並びにそれぞれ黒色度、第1の色度、第2の色度及び第3の色度を有し、
    ii)前記各黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度及び第3の電流密度のそれぞれの輝度は他の3つの輝度から測色的に識別可能であるか、又は前記各黒電流密度、第1の電流密度、第2の電流密度及び第3の電流密度のそれぞれの色度は、他の3つの色度から測色的に識別可能であり、
    iii)前記黒輝度は選択された視感度しきい値未満であり、前記第1の輝度、前記第2の輝度及び前記第3の輝度は該選択された視感度しきい値以上であることと、
    e)前記指定輝度と、前記選択された色度と、前記黒輝度及び前記黒色度、前記第1の輝度及び前記第1の色度、前記第2の輝度及び前記第2の色度並びに第3の輝度及び第3の色度と、を用いて、選択された放射時間のそれぞれ黒パーセンテージ、第1のパーセンテージ、第2のパーセンテージ及び第3のパーセンテージを計算することであって、該黒パーセンテージ、該第1のパーセンテージ、該第2のパーセンテージ及び該第3のパーセンテージの合計は100%以下であることと、
    f)前記駆動回路に前記黒パーセンテージ、前記第1のパーセンテージ、前記第2のパーセンテージ及び前記第3のパーセンテージを与えることであって、それにより、前記駆動回路は前記EL発光体に、前記選択された放射時間のそれぞれ前記黒パーセンテージ、前記第1のパーセンテージ、前記第2のパーセンテージ及び前記第3のパーセンテージにわたって前記黒電流密度、前記第1の電流密度、前記第2の電流密度及び前記第3の電流密度を与え、その結果、前記選択された放射時間中の前記EL発光体の積分光出力が、前記指定輝度及び前記選択された色度とはそれぞれ測色的に識別不可能な出力輝度及び出力色度を有し、それにより、前記EL発光体の前記色度シフトが補償されることと、を含む、エレクトロルミネッセント発光体の色度シフトを補償するための方法。
  12. 前記黒のパーセンテージ、前記第1のパーセンテージ、前記第2のパーセンテージ及び前記第3のパーセンテージの前記合計は100%に等しい、請求項11に記載の方法。
  13. 前記駆動回路はそれぞれ途切れない期間にわたって前記黒電流密度、前記第1の電流密度、前記第2の電流密度及び前記第3の電流密度をそれぞれ与える、請求項12に記載の方法。
  14. 前記駆動回路は前記黒電流密度、前記第1の電流密度、前記第2の電流密度及び前記第3の電流密度のみを与える、請求項12に記載の方法。
  15. エレクトロルミネッセント(EL)発光体の色度シフトを補償するための方法であって、
    a)装置面を有するディスプレイ基板を配設することと、
    b)電流を受信し、いずれも該電流の電流密度に対応する輝度及び色度を有する光を放射するための前記EL発光体を配設することであって、前記EL発光体は前記ディスプレイ基板の前記装置面上に配置されることと、
    c)前記ディスプレイ基板とは異なり、かつ独立しているチップレット基板を有する集積回路チップレットを配設することであって、該チップレットは、前記EL発光体に前記電流を与えるために前記EL発光体に電気的に接続される駆動回路を含み、該チップレットは前記ディスプレイ基板の前記装置面上に位置し、かつ該装置面に固定されることと、
    d)指定輝度を受信するとともに、前記EL発光体のための色度を選択することと、
    e)前記指定輝度及び前記選択された色度に基づいて、異なる黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度を選択することであって、
    i)前記選択された黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度において、前記放射された光はそれぞれ黒輝度、第1の輝度及び第2の輝度、並びにそれぞれ黒色度、第1の色度及び第2の色度を有し、
    ii)前記各黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度のそれぞれの輝度は他の2つの輝度から測色的に識別可能であるか、又は前記各黒電流密度、第1の電流密度及び第2の電流密度のそれぞれの色度は、他の2つの色度から測色的に識別可能であり、
    iii)前記黒輝度は選択された視感度しきい値未満であり、前記第1の輝度及び前記第2の輝度は該選択された視感度しきい値以上であることと、
    f)前記指定輝度と、前記選択された色度と、前記黒輝度及び前記黒色度、前記第1の輝度及び前記第1の色度並びに前記第2の輝度及び前記第2の色度と、を用いて、選択された放射時間のそれぞれ黒パーセンテージ、第1のパーセンテージ及び第2のパーセンテージを計算することであって、該黒パーセンテージ、該第1のパーセンテージ及び該第2のパーセンテージの合計は100%以下であることと、
    g)前記駆動回路に前記黒パーセンテージ、前記第1のパーセンテージ及び前記第2のパーセンテージを与えることであって、それにより、前記駆動回路は前記EL発光体に、前記選択された放射時間のそれぞれ前記黒パーセンテージ、前記第1のパーセンテージ及び前記第2のパーセンテージにわたって前記黒電流密度、前記第1の電流密度及び前記第2の電流密度を与え、その結果、前記選択された放射時間中の前記EL発光体の積分光出力が、前記指定輝度及び前記選択された色度とはそれぞれ測色的に識別不可能な出力輝度及び出力色度を有し、それにより、前記EL発光体の前記色度シフトが補償されることと、を含む、エレクトロルミネッセント発光体の色度シフトを補償するための方法。
  16. 前記黒のパーセンテージ、前記第1のパーセンテージ及び前記第2のパーセンテージの前記合計は100%に等しい、請求項15に記載の方法。
  17. 前記駆動回路はそれぞれ途切れない期間にわたって前記黒電流密度、前記第1の電流密度及び前記第2の電流密度をそれぞれ与える、請求項16に記載の方法。
  18. 前記黒のパーセンテージ、前記第1のパーセンテージ及び前記第2のパーセンテージの前記合計は100%未満であり、前記駆動回路は、連続した電流密度間において電流ランプを前記EL発光体に与える、請求項17に記載の方法。
  19. 前記電流ランプは正弦波である、請求項18に記載の方法。
  20. 前記EL発光体は有機発光ダイオード(OLED)発光体である、請求項15に記載の方法。
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