DE60100732T2

DE60100732T2 - Flachdisplay mit Leuchtdichte-Rückkopplung

Info

Publication number: DE60100732T2
Application number: DE60100732T
Authority: DE
Inventors: Ronald S. Rochester Cok; Ching W. Rochester Tang
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Global OLED Technology LLC
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: EP1194013B1; JP2002162934A; DE60100732D1; US7064733B2; KR20020025785A; CN1196095C; JP2012198575A; CN1347074A; JP5525012B2; US20040032382A1; KR100816176B1; JP2012235138A; EP1194013A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiter-Flachdisplays und insbesondere auf Displays dieser Art mit Mitteln zum Optimieren der Leuchtdichte der einzelnen Pixel im Display durch Nutzung von den einzelnen Pixeln optisch rückgekoppelter Information.
Organische Licht emittierende Halbleiter-Bilddisplays (OLEDs) sind als hochwertige digitale Flachdisplays von großem Interesse. Zum Erzeugen von Licht verwenden diese Displays Strom, der dünne Filme aus organischem Material passiert. Die Farbe des emittierten Lichts und die Effizienz der Energieumwandlung von Strom zu Licht sind abhängig von der Zusammensetzung des organischen Dünnfilm-Materials. Außerdem können die Displays mit ausschließlich transparenten Materialien hergestellt werden, was die Integration anderer optischer Elemente über und unter einem OLED-Display erleichtert. Ein solches System ist in US-A-5 776 623, erteilt am 7. Juli 1998 an Hung et al., beschrieben.
OLED-Materialien reagieren auch auf elektromagnetische Strahlung und können bei entsprechender Vorspannung innerhalb einer elektrischen Schaltung einen Strom in Abhängigkeit vom Umgebungslicht erzeugen. Zum Beispiel beschreibt US-A-5 845 845, erteilt am 27. Juli 27 1999 an Wei et al., ein System, das mittels eines organischen elektro-lumineszenten Bauelements Licht sowohl emittiert als auch erfasst. Zwar können Licht emittierende, transparente organische Materialien Licht nur in einem begrenzten Frequenzbereich emittieren, es besteht aber die Möglichkeit, die OLED-Struktur durch andere absorbierende Materialien so zu erweitern, dass sie ein sehr breites Spektrum absorbiert und photoelektrisch auf das Vorhandensein von Licht reagiert. Andere Vorrichtungen und Materialien, etwa Silizium-Photodioden, sprechen ebenfalls photoelektrisch auf Licht an.
Die Lichtleistung von OLED-Bauelementen nimmt oft im Laufe des Betriebes wegen der Instabilität der organischen Materialien beträchtlich ab. Diese Instabilität kann durch Alterung, Temperaturänderungen, Feuchtigkeit oder andere Umweltbelastungen bedingt sein.
Dabei wird Lichtleistung definiert als Verhältnis der Lichtabgabe in Candela-Einheiten pro Quadratmeter zu dem die OLED passierenden Strom in Ampere pro Quadratmeter. Ein Nachlassen der OLED-Lichtleistung bedeutet daher, dass mit der Zeit immer mehr Strom durch die OLED fließen muss, um dieselbe Leuchtdichte zu erreichen.
Außerdem ist die Steuerung des Stroms in Displays problematisch, insbesondere im Vergleich zur Steuerung der Spannung; sie erfordert mehr Schaltungsaufwand und erhöht dadurch die Komplexität der Hilfselektronik in dem Display.
Es wurde bereits versucht, bestimmte Displaysysteme so zu optimieren, dass einige der vorstehend beschriebenen Probleme überwunden werden. Zum Beispiel beschreibt US-A-5 216 504, erteilt am 1. Juni 1993 an Webb et al., ein digitales Steuergerät in einem Video-Monitor für die durch menschlichen Eingriff oder automatische Computersteuerung erfolgende Kalibrierung oder sonstige Optimierung des Displays.
Bei manchen Systemen sind benutzergesteuerte Steuerungsmechanismen integriert, die einen flexibleren Betrieb oder einen optimalen Einsatz unter sich verändernden Bedingungen ermöglichen sollen. Zum Beispiel sind in CRT- und LCD-Displays häufig Helligkeits- und Kontraststeuerungen vorhanden. Diese Steuerungen können auf Information von dem Bauelement selbst unter Verwendung eines Referenzpixels im Display basieren. US-A-5 157 525, erteilt am 20. Oktober 1992 an Eaton et al., beschreibt den Einsatz eines Referenzpixels mit einer besonderen Steuerung für die Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Wertes für Kontrast oder absolute Helligkeit unter Verwendung einer mit einem LCD-Referenzelement arbeitenden Rückkopplung. Die Rückkopplungs-Information wird bestimmt durch Messen der mittleren Transmissivität des LCD-Materials mittels eines Lichtdetektors. US-A-5 910 792, erteilt am 8. Juni 1999 an Hansen et al., vergleicht durch eine Widerstandsschicht fließenden Strom mit Strom einer Stromquelle, um eine Rückführ-Kompensation für temperaturbedingte Helligkeitsveränderungen zu erhalten. Ein Problem bei diesen Lösungsversuchen besteht darin, dass die Rückkopplung nicht direkt auf die Emissivität der Pixel selbst reagiert und auch Probleme mit unterschiedlichen Pixeltypen (z. B. Farben) innerhalb eines Displays nicht löst. Außerdem ist es bekannt, Displays mittels externer Sensoren zu kalibrieren, die die Lichtabgabe des Displays messen und eine Kalibriertabelle für das Gerät aufbauen; s. zum Beispiel US-A-5 371 537, erteilt am 6. Dezember 1994 an Bohan et al.
Diese Lösung weist das Problem auf, dass der Sensor das Display während des Kalibrierens verdunkelt und keinen Echtzeitbetrieb ermöglicht.
US-A-5 831 693 zeigt ein LCD-Display mit aktiver Matrix, bei dem ein Sensor auf dem Display angeordnet ist, der Hintergrundlicht des Displays erfasst und auf einen vorbestimmten Pegel regelt. WO A 94 10794 zeigt ein LCD-Projektionsdisplay mit Sensoren zum Erfassen eines schwarzen und eines weißen Pixels und zum Anpassen der Verstärkung des Videoverstärkers entsprechend den gemessenen Schwarz- und Weißpegeln. JP A 08 334746 zeigt ein LCD-Display mit einem externen Sensor zum Erfassen der Lichtabgabe des Displays, wobei das Signal des Sensors als negatives Rückführsignal verwendet wird, um Änderungen der Lichtabgabe des Displays durch Temperaturänderungen zu verhindern.
Es besteht daher ein Bedarf an einem verbesserten Erfassungsverfahren für die Lichtemission und einer verbesserten Steuerung eines Licht emittierenden Displays.
Erfindungsgemäß wird dieser Bedarf erfüllt durch die Bereitstellung eines Bilddisplays mit einem Substrat, einem auf dem Substrat ausgebildeten Lichtemitter und einem auf dem Substrat ausgebildeten und mit dem Lichtemitter optisch direkt gekoppelten Lichtsensor.
Die Vorteile dieser Erfindung liegen in einem Licht emittierenden digitalen Bilddisplay mit verbesserter Leistung. Durch die Kombination von Lichterfassungsmöglichkeiten mit einer Rückkopplungslogik zur Steuerung der Betriebsmerkmale der Emitter können sowohl eine verbesserte Lebensdauer als auch verbesserte Helligkeit, gleichmäßige Leuchtstärke und ein verbesserter Stromverbrauch erreicht werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
l ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Displays mit Rückkopplungs- und Steuerschaltungen;
2 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Displays;
3 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Displays;
4 eine Querschnittsansicht einer anderen alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Displays;
5 ein Diagramm, das die Emission und Absorption von Licht in einem erfindungsgemäßen Display darstellt;
6 ein Diagramm, das die Emission und Absorption von Licht in einem alternativen erfindungsgemäßen Display darstellt;
7 ein Diagramm des erfindungsgemäßen Displays mit analogen Korrekturschaltungen;
8 ein Diagramm des erfindungsgemäßen Displays mit digitalen Korrekturschaltungen;
9 ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Berechnung von Korrekturwerten;
10 ein Diagramm einer analogen Schaltung, das die erfindungsgemäße Berechnung von Korrekturwerten darstellt; und
11 ein Schaltbild einer an sich bekannten, Licht emittierenden LED.
Die Erfindung richtet sich auf ein Halbleiter-Display mit adressierbaren, Licht emittierenden Pixeln, das die bekannten Probleme durch Verwendung eines oder mehrerer optischer Detektoren überwindet, welche auf dem Display integriert und mit den Lichtemittern des Displays optisch direkt gekoppelt sind. Die optischen Detektoren erzeugen einen Strom in Abhängigkeit von dem von den Lichtemittern emittierten Licht. Der Strom wird dann als Rückkopplungsmechanismus zur Steuerung des Stroms verwendet, der zur Erzielung der gewünschten Lichtabgabe die Licht emittierenden Pixel passiert.
Das Gerät arbeitet wir folgt: Ein in 1 dargestelltes Display-System 10 weist ein Display 12 mit einer Rückkopplungs-Steuerung 14 und einer das Display treibenden Steuerung 16 auf. Bei der Steuerung 16 kann es sich, wie dargestellt, um eine analoge Steuerung oder um einen Computer mit einem Speicher 18 für Befehle und Daten einer Zentraleinheit 20 handeln. Die Steuerung schreibt Daten mittels der durch die Signale 22, 24 bzw. 26 dargestellten Daten-, Adress- und Steuersignale in besondere Display-Elemente. Die Adresszeilen werden durch Demultiplexer 28 decodiert. Ein durch den/die Lichtsensoren) im Display erzeugtes Rückführsignal 30 wird der Rückkopplungsschaltung 14 zugeführt, verarbeitet, und das so erhaltene Signal 32 wird der Steuerung zugeführt. Die Licht emittierenden Pixel im Display werden über die Leitung 34 mit Strom versorgt und sind mit der Vdd-Leitung 100 in 12 verbunden. 12 zeigt eine bekannte, einfache Licht emittierende LED-Schaltung, bei der eine Vdd-Stromleitung 100 einer LED 102 Strom über einen Treiber-Transistor 104 zuführt. Der Treiber-Transistor 104 reagiert auf im Kondensator 106 gespeicherte Ladung, die vom Transistor 108 als Reaktion auf ein auf den Daten- und Auswahlleitungen 22 bzw. 110 anliegendes Signal hinterlegt wird. Das auf der Auswahlleitung 110 anliegende Signal wird in herkömmlicher Weise aus auf den Adress- und Steuerleitungen 24 bzw. 26 anliegenden Signalen erzeugt.
Der/die Lichtsensoren) ist/sind so aufgebaut, dass optisch gekoppelte, auf Licht reagierende Materialien angrenzend an ein Display angeordnet werden, wie dies in 2, 3 und 4 dargestellt ist. In diesen Zeichnungen ist eine Licht emittierende Schicht 44 optisch mit einer Lichtsensor-Schicht 50 gekoppelt. Jede dieser Schichten weist auf beiden Seiten Elektroden auf, die Licht emittierende Schicht Elektroden 42 und 46, die Lichtsensor-Schicht Elektroden 48 und 52. Diese Elemente werden auf ein Substrat 40 aufgebracht und durch eine Abdeckung 54 gekapselt. Die physische Anordnung der Licht emittierenden Schicht bezüglich der Lichtsensor-Schicht kann je nach dem Herstellungsverfahren, der Auswahl der Materialien und Schaltungsauslegung variieren.
In 2 sind die Licht emittierenden Materialien zwischen den Lichtsensor-Materialien 50 und dem Substrat 40 dargestellt. 3 zeigt die Licht emittierende Schicht 44 neben der Lichtsensor-Schicht 50. In 4 befinden sich die Lichtsensor-Materialien zwischen der Licht emittierenden Schicht 44 und dem Substrat 40 und bedecken in diesem Fall nur einen Teil der Licht emittierenden Schicht. Entweder das Substrat 40 oder die Abdeckung 54 müssen transparent sein, damit das von der Licht emittierenden Schicht kommende Licht sichtbar wird. Aus demselben Grunde müssen auch etwaige Elektroden transparent sein, die das Licht passieren muss. Transparente Elektroden können aus Indiumzinnoxid hergestellt werden und sind dem Fachmann bekannt. Die nicht transparente Schicht 40 oder 54 kann zur Maximierung der Lichtausbeute reflektierend sein.
Das Licht emittierende Material kann in der Praxis aus mehreren Hilfsschichten bestehen, zum Beispiel einer Lochtransportschicht und einer emittierenden Schicht, wobei alle diese Schichten als eine Schicht 44 dargestellt sind. Wie dem Fachmann bekannt ist, ist das Licht emittierende Material pixelförmig in getrennte Licht emittierende Bereiche unterteilt, und die Elektroden dienen dazu, die einzelnen Pixel durch Verbindung von Pixelreihen und Pixelspalten zu adressieren. Mittels der verschiedenen Elektroden werden die Pixel ausgewählt und anhand des Inputs der Signalleitungen 22, 24 und 26 in 1 Informationen in die Pixel geschrieben.
Auch das Lichtsensor-Material kann aus mehreren Schichten bestehen. Die Elektroden 48 und 52 liefern das Rückführsignal 30 in 1. Dabei ist zu beachten, dass in 2 das Lichtsensor-Material 50 und die Elektroden 48 und 52 durch gestrichelte Linien unterteilt sind, wodurch eine Unterteilung in getrennt adressierbare Komponenten angedeutet ist. Wie später noch deutlich wird, beschreibt die Erfindung ein Gerät mit einer für die Pixel gemeinsamen oder jeweils getrennten Lichtsensor-Schicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Licht emittierenden Materialien 44 aus organischen LED-Materialien. Die Abdeckung 54 kann zum Beispiel aus einer emaillierten Stahlplatte, Kunststoff oder Gas bestehen. Die Lichtsensor-Materialien 50 können aus Halbleitermaterialien, deren Aufbringung und Verarbeitung mit den Displayelementen kompatibel ist, etwa herkömmlichem kristallinem Silizium, Polysilizium oder amorphen Siliziummaterialien bestehen. Auch die Verwendung anderer kompatibler Lichtsensor-Materialien ist möglich; zum Beispiel kann die Schicht 50 aus organischen Materialien bestehen, die derart zwischen Elektroden 48 und 52 angeordnet sind, dass sie auf Licht ansprechen.
Je nach dem eingesetzten Fertigungsverfahren kann es vorzuziehen sein, die Lichtsensor-Schichten zuerst herzustellen. Außerdem kann eine zusätzliche transparente, elektrisch isolie rende Schicht, etwa Glas, zwischen den Elektroden 46 und 48 in 2 und den Elektroden 42 und 52 in 4 wünschenswert sein. Alternativ können je nach Art und Polarität der an die Licht emittierenden und die Lichtsensor-Schichten übermittelten Signale die beiden aneinander angrenzenden Elektrodenschichten zu einer Schicht kombiniert sein. In jedem Fall erleichtert ein integrierter Prozess die Fertigung und verbessert die Robustheit des gesamten Bauelements.
Wie in der 2 entsprechenden vereinfachten 5 zu erkennen ist, werden die Licht emittierenden Materialien 44 aktiviert, wenn über die Kontakte 42 und 46 Strom zugeführt wird. Ein Teil des von den Licht emittierenden Materialien 44 abgegebenen Lichts 60 wird ausgestrahlt; ein weiterer Teil des Lichts wird direkt vom Lichtsensor-Material absorbiert. Außerdem kann Licht vom Substrat 40 oder der Abdeckung 54 des Displays reflektiert werden, durch die Licht emittierenden Materialien 44 zurückgeführt und von den Lichtsensor-Materialien 50 absorbiert werden. Der resultierende Strom wird mittels der Elektroden 48 und 52 gesammelt. Der/die Lichtsensoren) ist/sind ferner durch die gesamte innere Reflexion (in Abhängigkeit von dem Winkel, in dem das Licht zum Beispiel als Lichtstrahl 62 emittiert wurde) oder durch die Reflexion von der Schnittstelle zwischen der Frontplatte und der Emissionsschicht (zum Beispiel als Lichtstrahl 64) oder durch die Reflexion von der Schnittstelle zwischen der Frontplatte und der Luft (zum Beispiel als Lichtstrahl 66) oder über einen beliebigen anderen optischen Kopplungsmechanismus mit den Lichtemttern gekoppelt. Die (in 4 nicht dargestellten) Elektroden dienen auch als Reflexions-Mechanismus.
Auch Umgebungslicht 70 kann durch die Licht emittierenden Schichten, das Substrat oder die Abdeckung hindurch in das Lichtsensor-Materials 50 eintreten. Das optisch eingekoppelte Licht und das Umgebungslicht werden dann vom Lichtsensor-Material 50 absorbiert und erzeugen einen von der erfassten Leuchtdichte abhängigen Strom. Dieser Strom ergibt dann das Rückführsignal 30 in 1. 6 zeigt eine ähnliche Anordnung wie 4. Dabei ist jedoch zu beachten, dass in diesem Fall das Licht entweder durch das Substrat 40 oder die Abdeckung 54 emittiert werden kann, je nachdem, welche dieser Schichten transparent ist.
Die einzelnen Pixel im Display werden in der dem Fachmann bekannten Weise durch Adress-Signale ausgewählt. Desgleichen können die einzelnen Lichtsensor-Elemente mit jeweils denselben oder unterschiedlichen Adress-Signalen ausgewählt werden. Zum Beispiel verwen den herkömmliche Displays, Speichergeräte oder Abbildungsgeräte, etwa CCDs, alle ähnliche Techniken. Die Lichtsensor-Elemente können (ebenso wie die Display-Pixelelemente) einzeln oder in Gruppen ausgewählt werden. Gruppen der Lichtsensor-Elemente können entweder physisch oder logisch so miteinander verbunden werden, dass sie ein Maß für das über große Bereiche einfallende Licht liefern und damit sowohl die Spezifität der Information als auch den Bedarf an Hilfslogik und Zusammenschaltungsmaßnahmen verringern (dies ist in 2 gestrichelt dargestellt). Im Extremfall können die Lichtsensor-Elemente in einem großen Element zusammengefasst werden, dessen Strom das optisch eingekoppelte Licht des Displays insgesamt repräsentiert.
Der von den Lichtsensor-Elementen erfasste Strom kann zur Rückkopplung des erfassten Lichts genutzt werden. Allgemein gesagt, wird der erzeugte Strom mit einem von vornherein bekannten, mit der gewünschten Leuchtdichte erzeugten Strom (Referenzwert) verglichen. Dann wird der die Display-Materialien treibende Strom so lange erhöht oder abgesenkt, bis der von der Lichtsensor-Schicht kommende Strom dem gewünschten Strom entspricht. Bei Eintritt dieses Zustandes befindet sich das von den Lichtemttern erzeugte Licht auf dem gewünschten Pegel. Dabei ist zu beachten, dass die Lichtemitter sich im Laufe der Zeit verschlechtern, an Effizienz einbüßen und weniger Licht emittieren, so dass der resultierende photoelektrische Strom abnimmt und als Ausgleich für die verringerte Lichtabgabe der Treiberstrom sich erhöht.
Digitale Bilddisplays emittieren im Allgemeinen Licht in unterschiedlichen Helligkeitsstufen, normalerweise 256 oder 1024 Stufen (8 Bit oder 10 Bit bei einem herkömmlichen binären digitalen Computersystem). Jeder Stufe ist eine bestimmte Strommenge zugeordnet, die zur Erzeugung der entsprechenden Helligkeit erforderlich ist, und für jeden Display-Helligkeitspegel kann ein Referenzpegel erzeugt werden, wodurch die gewünschte Lichtabgabe für jeden Helligkeitspegel sehr genau gesteuert werden kann. Diese Referenzwerte können auch etwaige Unregelmäßigkeiten in der Helligkeits-/Leistungskurve bestimmter Licht emittierenden Display-Materialien ausgleichen. Die Referenzwerte können aus verschiedenen Quellen, einem Verhaltensmodell des Emitters, Messungen an einem beispielhaften Display oder aus früheren Erfahrungen mit ähnlichen Displays abgeleitet werden.
Zum Erzeugen von Licht unterschiedlicher Farben werden unterschiedliche Display-Materialien verwendet, die unterschiedliche Leistungs- und Alterungs-Merkmale aufweisen können. Ebenso wie für jeden Helligkeitspegel ein bestimmter Referenzwert vorhanden sein kann, kann auch jede Farbe kalibriert werden. Bei einem Lichtsensor-Element mit nur einer Rückkopplung kann für jede Farbe ein geeigneter Referenzwert dadurch gemessen werden, dass man jeweils nur eine Farbe gleichzeitig aktiviert. Bei digitaler Ausführung erfolgt die Farbund Helligkeits-Kalibrierung einfach mittels einer Lookup-Tabelle mit 256 × 3 Einträgen (bei einem 8-Bit-System mit drei Farben), einer auf dem Gebiet sehr üblichen Technik. Wenn Lichtsensor-Elemente einer Untergruppe von Pixeln zugeordnet sind, muss dieser Untergruppe ein Rückkopplungs-Korrekturmechanismus (zum Beispiel eine Lookup-Tabelle) zugeordnet sein.
Mindestens zwei bevorzugte Mechanismen sorgen für die Rückkopplungs-Steuerung. Beim ersten, in 7 dargestellten Mechanismus wird der Rückführstrom 30 des Displays von der Rückführschaltung 14 zu einem Rückführsignal 32 zusammengefasst. Dieses Signal wird dann von der Steuerung 16 mit einem Standardsignal verglichen, das die gewünschte Lichtleistung des Displays repräsentiert. Die Spannung des Vdd-Signals 34 wird dann so lange erhöht oder abgesenkt, bis der gewünschte Leuchtdichte- und Rückführstrom erreicht ist. In diesem Fall wird das Signal 34 durch die Steuerung 16 gesteuert und kann mittels einer analogen Schaltung, etwa einer Spannungsregelung 80, geregelt werden. Im einfachsten Fall kann auch der Vergleich durch einen Operationsverstärker 82 erfolgen, der entweder auf einen die optimale Betriebsspannung eines beispielhaften Bauelements repräsentierenden Festwert oder auf einen anderen, nach anderen Kriterien ausgewählten Wert eingestellt sein kann.
Das Rückführsignal kann in unterschiedlicher Weise zusammengefasst werden. Im einfachsten Fall wird für jeden Helligkeitswert ein Wert erzeugt, der die Leuchtdichte des Displays für jeden Grauskalenpegel, den das Display emittieren kann, repräsentiert. Wenn die Helligkeit der erwarteten Helligkeit des Displays entspricht, ist keine Veränderung nötig. Wenn das Display wegen gealterter Materialien oder aus anderen Gründen nicht die richtige Lichtmenge emittiert, können die Datenwerte so modifiziert werden, dass das Display veranlasst wird, mehr Licht zu emittieren. Gemäß 8 kann diese Modifizierung durch Verwendung einer Lookup-Tabelle 84, einer sehr bekannten Technik, erfolgen.
Die Kompensationssignale sollten den Pixelelementen entsprechen, deren Rückführsignale sie repräsentieren. Wenn nur ein Signal die Leistung des gesamten Geräts repräsentiert, kann jeder Datenwert durch einen Festwert angepasst werden. Wenn für jeden Helligkeitspegel ein eigener Rückführwert ermittelt wird, kann der jedem Helligkeitspegel entsprechende Datenwert angepasst werden. Wenn für jede Farbe ein eigener Rückführwert ermittelt wird, kann jede Farbe um einen Festwert angepasst werden. Diese verschiedenen Datenwerte können je nach der erhaltenen Rückkopplung auf vielerlei Weise kombiniert werden. Außerdem können Rückwerte für Pixel auch in Abhängigkeit von ihrer Adresse im Display und nicht nur nach ihrem Helligkeitspegel ermittelt werden. Dabei könnte für jedes Pixel eine eigene Tabelle vorgesehen sein, die seine Leistung entsprechend anpasst. Dabei ist jedoch zu beachten, dass der Umfang dieser Tabellen rasch zunimmt. Wenn keine Lookup-Tabellen erwünscht sind, können auch das gewünschte Verhalten abbildende Gleichungen für die Berechnung der Korrektur eingesetzt werden. Diese Lösung reduziert den Speicherbedarf, kann sich aber nachteilig auf die Schnelligkeit auswirken. Derartige Lookup-Tabellen und Berechnungsverfahren sind dem Fachmann bekannt und in vielen computergesteuerten Systemen standardmäßig im Einsatz. Generell kann die Rückkopplungs-Korrektur entweder kontinuierlich oder periodisch, während des Betriebes oder während einer Boot- oder Setup-Zeit, erfolgen. Einzige Voraussetzung ist, dass die Messung des Rückführwerts erfolgen muss, wenn das Display einen bekannten Helligkeitswert aufweist.
Zu beachten ist, dass die Erfindung die Steuerung von Display-Materialien mittels Stromreglern unnötig macht und das Display stattdessen mittels Spannungsregelung treiben kann, wodurch die Steuerelektronik vereinfacht und mögliche Leistungsveränderungen der Display-Materialien ausgeglichen werden können.
Wichtig ist, sich klarzumachen, dass die Lichtsensor-Materialien sowohl einer optischen Einkopplung von Displaylicht als auch Umgebungslicht ausgesetzt sind. Für diese Situation muss eine angemessene Kompensation vorgesehen werden. Der einfachste Mechanismus, richtig zwischen Umgebungslicht und Displaylicht zu unterscheiden, besteht darin, den Umgebungslichtstrom zuerst zu messen. Dies erfolgt einfach dadurch, dass man an die Licht emittierenden Pixel einen Null-Strom anlegt, so dass die Pixel kein Licht emittieren. Ein etwaiger photoelektrischer Reststrom ist dann auf Umgebungslicht-Einstrahlung zurückzuführen, und ein etwaiger Referenzvergleich muss zur Anpassung um diesen Reststrom führen.
Die Referenzstrom-Anpassung kann während des Anlaufens des Displays oder periodisch während des Betriebes des Displays erfolgen.
Die Referenzwert-Anpassung kann auch dazu eingesetzt werden, etwaige Änderungen der Umgebungsbedingungen automatisch auszugleichen. Bei Betrachtung in einer dunklen Umgebung (geringe Umgebungslicht-Einstrahlung) braucht ein Display nicht so hell zu sein wie bei Betrachtung in einer helleren Umgebung (höhere Umgebungslicht-Einstrahlung). Wird die Lichtabgabe des Displays periodisch neu kalibriert, bleibt zwischen dem Umgebungslicht und dem abgegebenen Licht des Displays eine feste Differenz auch dann bestehen, wenn sich das Umgebungslicht verändert. Dies kann wiederum die Lebensdauer des Displays dadurch verlängern, dass eine unnötige Helligkeit des Displays in einer dunklen Umgebung verringert und die Sichtbarkeit des Displays in einer hellen Umgebung verbessert wird. Wenn die Helligkeits-Kompensation auf Basis der Pixeladresse erfolgt, können sogar verschiedene Teile des Displays in unterschiedlicher Weise korrigiert werden, wenn Geräte zum Beispiel teilweise beschattet sind.
Das Flussdiagramm in 9 zeigt ein einfaches Verfahren zum Berechnen des Lookup-Tabellenwerts für die einzelnen Helligkeitspegel. Zunächst wird das Gerät bei 120 eingeschaltet und so eingestellt, dass es bei 122 ein leeres (schwarzes) Bild bzw. einen leeren Bildschirm anzeigt. Bei 124 wird der Rückführstrom gemessen und repräsentiert das Umgebungslicht. Dann lässt man bei 126 das Display alle Helligkeits-Leistungspegel durchlaufen und misst bei 128 den Rückführstrom für jeden Pegel (Iststrom). Der Rückführstrom repräsentiert die Summe aus Umgebungslicht und emittiertem Licht bei einem gegebenen Helligkeitspegel. Der Iststromwert wird dann bei 130 von dem Sollstrom (Referenzwert), der dem gewünschten Lichtpegel plus dem Umgebungsstrom entspricht, subtrahiert, so dass man einen Korrekturstrom erhält. Dieser Korrekturstrom wird dem Referenzwert hinzuaddiert, und die Summe wird bei 132 in einen entsprechenden Helligkeitspegel umgewandelt und bei 134 als gemessener Ausgangs-Helligkeitspegel in die Tabelle eingestellt. Anschließend wird das Display bei 136 mit den korrigierten Helligkeitspegeln betrieben. Wenn das Umgebungslicht gleich Null und der Istwert gleich dem Referenzwert ist, entspricht der Tabellenwert dem Referenzwert, d. h. der Tabellenwert ist gleich dem idealen Wert, und eine Korrektur erfolgt nicht (die Tabellen-Ausgabe entspricht der Tabellen-Eingabe). Die folgende Gleichung beschreibt die Berechnung, wobei die Funktion F die Umwandlung eines gemessenen Stromwerts in den entsprechenden Helligkeitspegel i repräsentiert. Ti = F(REFSTROMi + (REFSTROMi + UMGEBUNGSSTROM – ISTSTROMi))
Diese Berechnung kann mittels der Steuerschaltung 12 und ihrer Komponenten 18 und 20 erfolgen.
Bei Einsatz des Spannungsreglers und Verwendung nur eines Rückführwertes kann die gesamte Korrekturberechnung mit Hilfe analoger Komponenten (zum Beispiel Operationsverstärkern und eines Spannungsreglers gemäß 7) erfolgen. In 10 ist dies detaillierter dargestellt. Der Istwert 32 wird von der Summe des idealen Referenzwerts 90 und des Umgebungslichtwerts 92 subtrahiert und als Korrektureingabe zur Nennspannung verwendet, auf die der Spannungsregler eingestellt ist. Diese analogen Berechnungstechniken und -geräte sind dem Fachmann bekannt. Wenn eine Kompensation für Umgebungslicht erwünscht ist, muss der Wert zunächst, wie vorstehend beschrieben, mit Hilfe der Steuerung 16 gesammelt und gespeichert werden. Sowohl bei digitaler als auch bei analoger Korrektur kann die Berechnung auch iterativ durch aufeinanderfolgende Messungen der Korrekturwerte erfolgen. In diesem Fall werden die Messungen mit den jeweils bestehenden Korrekturwerten durchgeführt, und es wird eine Differenz zum Korrekturwert berechnet und angewandt.
Es ist auch möglich, den Lichtsensor-Bereich innerhalb der Display-Elemente auf nur eine Pixel-Teilgruppe zu beschränken. Dadurch wird die für die Rückführung erforderliche logische Infrastruktur reduziert, dies bedeutet aber auch, dass Korrekturen für einen Teil des Displays gleichermaßen auch auf andere Teile anwendbar sind.
Die Rückführschaltungen können direkt auf demselben Substrat integriert sein wie das Display oder können getrennt vom Display implementiert werden. Generell können durch die direkte Integration der Schaltungen mit dem Display eine höhere Leistung und bessere Genauigkeit erreicht werden, aber unter Umständen ist diese Integration nicht bei allen Displays erwünscht. (Zum Beispiel können die Pixel-Technologie und der Fertigungsprozess die Integration von Schaltungsanordnungen und Logik verbieten.) Die Erfindung ist bei Displays sowohl mit aktiver als auch mit passiver Matrix einsetzbar.
Organische Licht emittierende Elektroden (OLEDs) mit kleinmolekularen, polymeren OLEDs, wie sie zum Beispiel in US-A-4 769 292, erteilt am 6. September 1988 an Tang et al., und US-A-5 061 569, erteilt am 29. Oktober 1991 an VanSlyke et al., beschrieben werden, bieten eine technische Plattform für den Aufbau eines geeigneten Displays. Für den Fachmann dürften vielerlei Kombinationen und Abwandlungen von OLED-Materialien naheliegend sein, die für die Herstellung derartiger Geräte eingesetzt werden können und von dieser Erfindung abgedeckt sind.
Mit der vorliegenden Erfindung werden hochintegrierte, kleine und leichte optische Rückkopplungsmittel für Licht emittierende Displays bereitgestellt. Diese Rückkopplung kann die Lebensdauer des Geräts verlängern, seinen Stromverbrauch senken und seine Flexibilität im Einsatz verbessern.

Claims

Licht emittierendes Bilddisplay mit einem Substrat, einer Anordnung von auf dem Substrat ausgebildeten adressierbaren, Licht emittierenden Dioden (LEDs), und mit einer Treiberschaltung zum Treiben der LEDs zum Ausstrahlen von Licht in einem bildweisen Muster, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Lichtsensoren, die auf dem Substrat ausgebildet und optisch direkt mit den LEDs in der Anordnung gekoppelt sind, um von den LEDs ausgestrahltes Licht zu erfassen und in Abhängigkeit davon ein Rückführsignal zu erzeugen, und durch eine auf das Rückführsignal ansprechende Rückkopplungsschaltung zum Steuern der Treiberschaltung, um die gewünschte Lichtleistung für jeden Helligkeitspegel des Displays zu steuern.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat transparent ist und die Lichtemitter Licht durch das transparente Substrat ausstrahlen.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine transparente Deckschicht das Bilddisplay umschließt und die Lichtemitter Licht durch die transparente Deckschicht ausstrahlen.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsensoren organische Lichtleiter sind.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsensoren aus Siliciummaterial bestehen.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter organische LEDs sind.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter optisch transparent sind.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsensoren optisch transparent sind.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung aus Lichtemttern und der eine Lichtsensor oder die mehreren Lichtsensoren auf dem Substrat einander benachbart angeordnet sind.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter zwischen einem oder mehreren Lichtsensoren und dem Substrat angeordnet sind.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Lichtsensor oder die mehreren Lichtsensoren zwischen den Lichtemttern und dem Substrat angeordnet ist bzw. sind.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Lichtsensor oder die mehreren Lichtsensoren mittels eines optisch transparenten Materials von den Lichtemttern beabstandet angeordnet ist bzw. sind.
Bilddisplay nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch transparente Material elektrisch isolierend ist.
Bilddisplay nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch transparente Material elektrisch leitfähig ist.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsschaltung das Rückführsignal mit einem Referenzsignal vergleicht, um einen modifizierten Signalwert zu erzeugen, welcher der Treiberschaltung zuführbar ist, um den Ausgang der Lichtemitter zu modifizieren.
Bilddisplay nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein separates Referenzsignal für jeden der vom Lichtemitter erzeugten unterschiedlichen Helligkeitspegel verwendbar ist.
Bilddisplay nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter Emitter umfassen, die verschiedenfarbiges Licht ausstrahlen, und dass ein separates Referenzsignal für jeden der verschiedenfarbigen Lichtemitter verwendbar ist.
Bilddisplay nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsschaltung ein einzelnes Rückführsignal erzeugt und dass die Treiberschaltung eine Spannung modifiziert, die zum Betreiben der Lichtemitter in Abhängigkeit vom Rückführsignal verwendbar ist.
Bilddisplay nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsschaltung für jeden Lichtemitter ein separates Rückführsignal erzeugt.
Bilddisplay nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsschaltung auf dem Substrat integriert ist.
Bilddisplay nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung eine Lookup-Tabelle aufweist, die die modifizierten Signalwerte enthält.
Bilddisplay nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter Emitter aufweisen, die verschiedenfarbiges Licht ausstrahlen, und dass die Treiberschaltung eine Lookup-Tabelle für jede Farbe enthält.
Bilddisplay nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter Emitter aufweisen, die Licht in verschiedenen Helligkeitsstufen ausstrahlen, und dass die Lookup-Tabelle einen Signalwert für jede Helligkeitsstufe enthält.
Bilddisplay nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Display Mittel zum Ausgleichen von Umgebungslicht umfasst, welches den Lichtsensor bzw. die Lichtsensoren erreicht.
Bilddisplay nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung Mittel zum periodischen Aktualisieren der Lookup-Tabelle umfasst.
Bilddisplay nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsschaltung die Signalwerte in der Lookup-Tabelle modifiziert.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Display einen einzelnen Lichtsensor aufweist, der von jedem der Lichtemitter ausgestrahltes Licht erfasst.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Display eine Vielzahl von Lichtsensoren aufweist, von denen jeder derart angeordnet ist, dass er von einer separaten Gruppe von Lichtemttern ausgestrahltes Licht erfasst.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Display einen Lichtsensor für jeden Lichtemitter aufweist, der derart angeordnet ist, dass er vom Lichtemitter ausgestrahltes Licht erfasst.
Bilddisplay nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Lichtsensor oder die mehreren Lichtsensoren auf dem Substrat ausgebildet ist bzw. sind.