利用参考子像素的电致发光器件老化补偿的制作方法
专利名称：利用参考子像素的电致发光器件老化补偿的制作方法
技术领域：
本发明涉及如有机发光二极管(OLED)器件的固态电致发光(EL)器件，更具体地涉及对电致发光器件部件的老化进行补偿的此类器件。
背景技术：
电致发光(EL)器件已被熟知好几年了并且最近被用于商业显示器件和照明器件。此类器件采用有源矩阵和无源矩阵两者的控制方案并且采用多个子像素。在有源矩阵控制方案中，每个子像素包含EL发射器以及驱动电流经过该EL发射器的驱动晶体管。在ー些实施方式中，如显示器中，子像素位于EL器件的照明区域中、对于每个子像素以行和列地址被设置为ニ维阵列、并且具有与子像素相关联的各数据值。不同顔色的子像素，如红、緑、蓝和白，被分组形成像素。在其他的实施方式中，如灯中，EL子像素位于EL器件的照明区域中并且串联地电连接以一起发光。EL子像素可为任意大小，例如，从0. 120mm2到1.0mm2。可由包括可涂覆的无机发光二极管、量子点和有机发光二极管(OLED)的各种发射器技术来制造EL器件。EL器件使电流穿过有机材料的薄膜来发光。发出的光的颜色以及从电流到光的能量转换效率由有机薄膜材料的组分決定。不同的有机材料发出不同顔色的光。然而，随着器件的使用，器件中的有机材料老化并且发光时效率较低。这样減少了器件的使用寿命。不同的有机材料会按不同的速率老化，从而造成差色老化并且器件的白点随着器件的使用而变化。另外，每个单独的像素会按不同于其他像素的速率老化，从而导致器件的不均匀性。材料老化的速率与流过器件的电流量有关，因此与已从器件中发出的光的量有关。已描述了补偿这种老化效应的多种技木。然而，许多这些技术都需要照明区域中的电路来测量每个EL发射器的特性。这样会减少孔径比以及EL发射器面积与支持电路面积的比率，从而需要増加的电流密度来保持亮度，因此减少了使用寿命。此外，这些技术需要在生产之前进行耗费时间的代表性器件測量以确定典型的老化曲线(profile)。在美国专利申请公开号2008/0210847中Hente等人描述了ー种使用一个或更多个额外的EL发射器的ー种OLED照明器件(固态光或SSL)，所述ー个或更多个额外的EL发 射器位于照明区域之外以作为每个子像素的測量与之比较的參考。这一方案没有在照明过程中(当灯亮的时候)使用參考区域，这样參考就可一直用来代表EL器件的初始的、未老化的状态。然而，这一方案需要必须在制造时就确定的固定的器件特性。此外，因为这一方案测量的是电压或电容，所以它不能直接感测由EL发射器效率的变化或者由EL发射器发出的光的色度的变化而引起的光输出的变化。在美国专利号7，321，348中Cok等人教导了一种带有在照明区域(測量其电压来确定老化)之外的參考像素的EL显示器。在这一方案中，当EL显示器被激活时(即对于观看者或用户产生了光，如当打开灯或电视时)，例如用数据值的估计平均来驱动參考像素。这样，參考像素就表示了显示器的性能。然后基于參考像素的測量电压对整个显示器进行补偿。然而，这一方案并未补偿由邻近的子像素的不同老化而引起的不均匀性，也没有补偿色度变化。在美国专利申请公开号2008/0048951中Naugler, Jr.等人教导了一种补偿的方 案，这种补偿依赖于在生产开始前在实验室中确定老化曲线以及在毎次生产中将那些老化曲线存储在存储器中。然而，因为这一方案使用了在制造之前获取的曲线，所以它不能补偿个别面板之间的曲线差异，也不能补偿由设备的老化、エ艺改变、或材料改变而引起的所制造的显示器的平均特性的长期变化。在美国专利号7，064，733中Cok等人教导了ー种包括一个或更多个用于检测照明区域中的子像素的输出的光电传感器的EL显示器。然而，这一方案会减少孔径比并且减少如上所述的使用寿命。 因此，对于补偿在EL器件中的EL发射器的老化的改进方法存在一种持续需要，这种方法在不会减小孔径比或使用寿命并且不需要在生产之前的大量测量的情况下，可校正包括色度变化的不同老化并且校正制造的许多EL器件之内和之间的差异。
发明内容
本发明提供了ー种电致发光(EL)器件，该EL器件包括a)照明区域，其具有一个或更多个主EL发射器；b)參考区域，其具有參考EL发射器；c )參考驱动器电路，其用于使所述參考EL发射器在所述EL器件为活动(active )时发光；d)传感器，其用于检测由所述參考EL发射器发出的光；e)测量单元，其用于在所述參考EL发射器发光时检测所述參考EL发射器的老化相关电參数；以及f)控制器，其用于接收对所述照明区域中的每个主EL发射器的输入信号，利用检测到的光和所述老化相关电參数根据每个输入信号来形成校正后的输入信号，并且将校正后的输入信号施加到所述照明区域中的各个主EL发射器上。本发明的有益效果是通过测量主EL发射器和參考EL发射器的电特性，即使是存在制造差异的情况下，依然可针对每个子像素来精确补偿器件中的有机材料的老化的ー种OLED器件。通过在整个OLED器件中并入多个參考EL发射器，可辨别有机材料的空间差异，从而能够在整个OLED器件上进行精确的补偿。本发明可补偿色度变化以及效率损失。它不需要生产前测量，也不会减小孔径比或使用寿命。
图IA是可用于实现本发明的电致发光(EL)器件的实施方式的示意图；图IB是可用于实现本发明的EL器件的另ー实施方式的示意图；图2A是不出随着时间推移的归一化光输出的EL发射器的图表；图2B是根据本发明的实施方式的数据流图；图3是可用于实现本发明的照明区域中的EL子像素及其相关电路的实施方式的示意图；图4是可用于实现本发明的照明区域中的EL子像素及其相关电路的另ー个实施方式的示意图； 图5是可用于实现本发明的參考区域的一个实施方式的示意图；图6是可用于实现本发明的參考区域的另ー个实施方式的示意图；图7是示出EL效率与EL电压的变化之间的代表性关系的图；图8是示出EL效率与EL子像素电流的变化之间的代表性关系的图；图9是示出EL效率与EL发射器色度的变化之间的代表性关系的图；图10是可用于实现本发明的參考区域的实施方式的示意图；图11是根据本发明的实施方式的数据流图。
具体实施例方式图IA示出了可用于补偿EL发射器50的老化的电致发光(EL)器件10。EL器件10可以是有源矩阵EL显示器或可编程的有源矩阵EL灯或其他的光源。EL器件10包括照明区域110，该照明区域包含以行和列布置的主子像素60的矩阵，每个主子像素60都具有主EL发射器50、驱动晶体管70和选择晶体管90，并且每个主子像素都连接到第一电压源140和第二电压源150。每行的主子像素60连接到选择线20，每列的主子像素60连接到数据线35。选择线由选通驱动器13来控制，而数据线由源驱动器155来控制。像素65包括多个EL子像素60，如红、绿和蓝子像素，或者红、绿、蓝和白子像素。像素65可按四方形、条状、三角形或在本领域中皆知的其他像素排列模式来布置。注意“行”和“列”并没有意指EL器件10的任何特定方位。EL器件10还可包括參考区域100，该參考区域100包括按照与主EL发射器50相同的方式构造的參考EL发射器51。就大小和组成而言，参考EL发射器51优选地与所有主EL发射器50相同。优选地通过将测试电流提供给參考EL发射器51来使其发光。传感器53检测由參考EL发射器51发出的光，并且测量单元170在參考EL发射器50发光时检测參考EL发射器50的老化相关电參数。老化相关电參数可以是电流或电压。在本公开中，“衰退数据”是指随着參考EL发射器51老化由传感器53检测到的光，连同參考EL发射器51的运作时间以及老化相关电參数。将在下文中參考图2A、图7和图8进ー步讨论衰退数据。參考区域100用于提供与照明区域110中的主子像素60的退化有关的数据。以不同于驱动主子像素60的方式来驱动參考EL发射器51，优选地以高于主子像素60的最高电流密度的电流密度来对其进行驱动。来自參考EL发射器51的数据并不直接与任何主子像素60的退化程度相关联。每个主子像素60的特性被測量并且与来自參考EL发射器51的数据一起用于执行补偿。EL器件10包括控制器190，该控制器可使用本领域中皆知的通用的处理器或专用集成电路来实现。控制器190接收与照明区域110中的每个主EL发射器50对应的输入信号。每个输入信号都控制对应的主EL发射器的各自发射电平。该控制器还从传感器53接收与测量的光相对应的信号并且从测量单元170接收与测量的老化相关电參数相对应的信号。控制器190使用与所检测的光和电參数相对应的信号来形成与每个输入信号对应的校正后的输入信号，并且使用本领域公知的源驱动器11和选通驱动器13来将校正后的输入信号施加给照明区域110中的各个主EL发射器。当EL器件10是活动时，例如当用户打开采用EL器件10的电视机时，或者当EL器件是非活动时，例如当关掉该电视机时，參考驱动器电路15可使參考EL发射器51发光。可以在EL器件10活动或EL器件10非活动的任意间都进行測量。EL器件10可还包括定时器192，如电池供电的日历时钟或本领域中公知的相关电 路、或者555定时器或逻辑定时器。也可由控制器190来执行定时器192的功能。当EL器件10是活动时定时器190运行，并且以该定时器所确定的间隔来进行參考EL发射器51的測量。这样有利地減少了待收集的数据量，同时保持了高质量的补偿。回到图1B，该图示出了可用于实现本发明的电致发光(EL)器件的另ー实施方式的示意图。EL器件10包括如上所述的控制器190以及多个參考区域100a、100c。參考区域IOOa包括多个參考EL发射器51a、51b ;用于使各个參考EL发射器51a、51b发光的多个对应的參考驱动器电路15a、15b ;用于检测由各个參考EL发射器51a、51b发出的光的多个对应的传感器53a、53b ；以及当各个EL发射器发光时用于检测它们各自的老化相关电參数的多个对应的测量单元170a、170b。该控制器使用所述多个检测到的光和老化相关电參数中的一个或更多个根据每个输入信号来形成校正后的输入信号。如图所示，该控制器从传感器53a、53b以及从测量单元170a、170b接收测量信息(实线)。EL器件10还包括第二參考区域100c，该第二參考区域具有如上述的參考EL发射器51c、參考驱动器电路15c、传感器53c和测量单元170c。EL器件10可包括任何数量的參考区域100，在此出于例示的目的仅示出了两个。可由控制器190或各个參考驱动器电路15来选择每个參考EL发射器51的驱动条件。该控制器可向每个參考驱动器电路(如15a、15b)提供控制信号(虚线)，以使參考驱动器电路(15a、15b)按选定条件来驱动參考EL发射器(51a、51b)。无论是只有一个还是多于ー个的參考EL发射器51，这都是可行的。另选地，參考驱动器电路15可包括带有由面板上的电阻分压器设定的固定电压的M0SFET，这样只要向EL器件10加电就可按选定电流来驱动參考EL发射器51。在电子领域中这样的或其他的偏压技术是公知的。EL器件10可还包括温度测量单元58，其用于测量參考EL发射器51a发光时与參考EL发射器51a的温度有关温度參数。然后控制器使用所测量的温度參数来形成校正后的输入信号。温度测量单元58还可测量參考EL发射器51b的温度。可为EL器件10的每个參考区域100或每个參考EL子像素51设置ー个温度测量单元58。 当EL器件10处于热平衡时可有利地进行參考EL发射器(如51a、51b)的測量。这样有利地減少了由EL器件10的局部发热所引起的结构测量噪声。当EL器件10不活动一段时间之后变活动时，其可能处于热平衡。控制器190还可使用来自多个温度测量单元58(安置在EL器件10周围的多个点)的测量值来确定EL器件10处于热平衡。如果所有的测量值都在彼此的如5%之内，则该器件可能处于热平衡。控制器190还可通过分析输入信号来确定EL器件10处于热平衡。如果在一段时间(如I分钟)内所有的输入信号都在彼此的如5%之内，则该器件可能处于热平衡。图2A示出了对代表性的EL器件，具体是OLED器件的衰退数据。横坐标是以小时为单位的恒定电流下的工作时间，纵坐标是归一化的光输出，I. O是初始光输出。工作曲线1000a、1000b、IOOOc分别示出对10、20和40mA/cm2恒定电流密度的测量数据。这三个水平表示OLED器件所遇到的范围。如图所示，随着OLED老化，对于给定电流其输出的光越来越少。衰退曲线1010示出了对80mA/cm2恒定电流密度的推断数据。这ー电流密度高于OLED器件中通常遇到的电流密度。在给定时间量之后，OLED沿衰退曲线1010的老化程度大于沿任何工作曲线1000a、1000b、IOOOc的老化程度(0LED具有更低的归ー化光输出)。因此，參考EL发射器51的老化行为可用来代表主EL发射器50的老化行为。为了提供这ー特征，返回參考图1A，參考驱动器电路15使參考EL发射器51在不同的时间以測量水平和衰退水平两个水平来发光。例如，衰退水平可以是80mA/cm2，而测量水平可以是40mA/cm2。衰退水平优选地高于测量水平。此外，衰退水平优选地高于由输入信号命令的各发射水平的最大 值。然后当參考EL发射器51在測量水平发光时进行该发射器的測量。这样有利地允许在代表主EL发射器50所遇到的水平的那些水平进行测量，从而減少了代表性风险。同样还有利地允许參考EL发射器的快速老化，从而可以从參考EL发射器51获得适合用于任何主EL发射器50的老化数据。在另ー个实施方式中，參考驱动器电路使參考EL发射器在多个测量水平上连续地发光，并且当參考EL发射器在每个测量水平上发光时进行參考EL发射器的各个测量。这样有利地提供了与输入信号所命令的各种发射水平相关联的数据。图2B示出了根据本发明实施方式的经过EL器件10的部件的数据的流程图。为清晰起见，仅示出了ー个主EL发射器，但是也可使用多个主EL发射器。在此实施方式中，控制器被设置为形成校正后的输入信号252，该校正后的输入信号补偿了由于老化而弓I起的主EL发射器50的效率损失。通过本领域中公知的图像处理电子设备或其他结构来提供输入信号251。控制器190根据输入信号251形成校正后的输入信号252以补偿主EL发射器50的老化。校正后的输入信号252被提供给EL子像素60 (图1A)中的主EL发射器50以使主EL发射器50发出与校正后的输入信号252相对应的光。EL器件10可还包括存储器195，该存储器用于存储检测到的光測量值以及对应的老化相关电參数测量值，并且控制器可使用存储在该存储器中的这些值来形成校正后的输入信号。存储器195可以是如闪存或EEPROM的非易失性存储器，或者是如SRAM的易失性存储器。姆个输入信号251以及姆个相应的校正后的输入信号252都对应于单个EL子像素60及其主EL发射器50。控制器190使用由參考区域100中的测量单元170所检测的參考EL发射器51 (图1A)的老化相关电參数来产生每个校正后的输入信号252。它使用来自參考EL发射器51的由传感器53检测到的光。当对多个EL子像素60计算校正后的输入信号时使用这两个值。如下面所述，控制器还对每个主EL发射器50使用来自那个主EL发射器50的由检测器250测量的老化相关电參数的各測量值。也就是说，来自一个參考EL发射器51的衰退数据被用于补偿多个主EL发射器50的老化。这样有利地降低了 EL器件10的复杂性和存储需求，并且利用了 EL器件10上的所有主EL发射器50的物理属性的基本相似性。通过使用在參考区域中测量的衰退数据和来自每个主EL发射器50的老化相关电參数测量值对每个主EL发射器50形成校正后的输入信号252，校正后的输入信号252适于补偿由老化引起的每个主EL发射器50的效率损失，S卩补偿对给定电流的光输出的減少。校正后的输入信号252对应于经过主EL发射器50的高于输入信号251的电流。主EL发射器50老化得越厉害并且其效率越低，与校正后的输入信号252相对应的电流和与输入信号251相对应的电流的比率就越高。如本领域中所公知的，可由定时控制器(未示出)来提供输入信号251。输入信号251和校正后的输入信号252可以是数字的或模拟的并且可以关于主EL发射器50所指令 的亮度是线性的或非线性的。如果是模拟的，则它们可以是电压、电流或脉宽调制波形。如果是数字的，则它们可以是例如8位代码值、10位线性强度、或带有变化占空比的脉冲串。图3和图4示出了照明区域110 (图1A)中的EL子像素60的两个实施方式以及根据本发明不同实施方式的对应检测器250。图3示出了可用于实现本发明的EL子像素60以及相关电路的一个实施方式的示意图。EL子像素60包括主EL发射器60、驱动晶体管70、电容器75、读出晶体管80以及选择晶体管90。每个晶体管都具有第一电极、第二电极和栅极。第一电压源140连接到驱动晶体管70的第一电极。连接是指这些元件直接连接或者经由如开关、ニ极管、另ー个晶体管等的另ー个部件来连接。驱动晶体管70的第二电极连接到EL发射器50的第一电极，并且第二电压源150连接到EL发射器50的第二电极。如本领域中皆知的，选择晶体管90将数据线35连接到晶体管70的栅极，以选择性地将来自数据线35的数据提供给驱动晶体管70。行选择线20连接到读出晶体管80和选择晶体管90的栅极。读出晶体管80的第一电极连接到驱动晶体管70的第二电极并且还连接到EL发射器50的第一电极。读出线30连接到读出晶体管80的第二电极。读出线30将读出电压提供给检测器250，该检测器测量读出电压以提供表示EL子像素60的特性的状态信号。检测器250可包括模拟-数字转换器。如上所述来自检测器250的数据被提供给控制器190。控制器190将校正后的输入信号252 (图2B)提供给源驱动器155，该源驱动器进而将对应数据提供给EL子像素60。因此，当EL器件10活动时，控制器190可提供补偿数据。控制器190还可在EL子像素60的測量期间将预定的数据值提供给数据线35。由检测器250测量的读出电压可等于在读出晶体管80的第二电极上的电压，或者可以是该电压的函数。例如，读出电压测量值可以是读出晶体管80的第二电极上的电压减去读出晶体管80的漏源电压。数字数据可以用作状态信号，或者如下面所述可由控制器190来计算该状态信号。状态信号表示EL子像素60中的驱动晶体管和EL发射器的特性。源驱动器155可包括数字-摸拟转换器或可编程的电压源、可编程的电流源、或者脉宽调制电压(“数字驱动”)或电流驱动器、或者本领域中公知的另ー类型的源驱动器。图4示出了可用于实现本发明的EL子像素及相关电路的另ー个实施方式的示意图。EL子像素60包括如上所述的主EL发射器60、驱动晶体管70、电容器75、以及选择晶体管90。此实施方式不包括读出晶体管。第一电压源140、第二电压源150、数据线35和行选择线20如上所述。可包括电阻器和感测放大器(未示出)、霍尔效应传感器、或在本领域中公知的其他电流测量电路的电流测量単元165c測量经过EL发射器50的电流并且将电流測量值提供给可包括模拟-数字转换器的检测器250。如上所述来自检测器250的数据被提供给控制器190。控制器190将校正后的输入信号252 (图2B)提供给源驱动器155，该源驱动器进而将对应数据提供给EL子像素60。因此，当EL器件10活动时，控制器190可提供补偿数据。控制器190还可在EL子像素60的測量期间将预定的数据值提供给数据线35。电流测量单元165c可位于EL器件10之上或之外。可对单个子像素或同时对任何数量的子像素来测量电流。图5和图6示出了根据本发明不同实施方式的參考区域100的两个实施方式。图5示出了參考区域100中的电路的实施方式。參考区域100包括EL发射器50，该EL发射器具有与照明区域110 (图1A)中相同的EL材料。受控电流源驱动电流经过EL发射器50。受控电流源120所提供的电流量由控制器190经由控制线95所提供的信号来決定。电压测量単元160经由读出线96測量EL发射器50两端的电压VEL，并且将所測量的电压经由測量数据线97a发送到处理单元190。在电压测量的同吋，由传感器53中的光电ニ极管55来测量EL发射器50的光输出。经由ニ极管供电线57将偏置电压56 (Vdiode)提供给光电ニ极管55。可由本领域中公知的传统的DAC、电压源或信号驱动器来提供偏置电压56。由电流测量单元165a来测量经过光电ニ极管55的电流,该电流测量单元可包括电阻器和感测放大器(未示出)、霍尔效应传感器、或在本领域中公知的其他电流测量电路。该光电ニ极管电流可被通到第二电压源150 (如图所示)或另一地线。所测量的电流经由測量数据线97b被发送到处理单元190。处理单元190将随着时间的推移而得到的測量值存储在存储器195中并且追踪随着时间的推移这些测量值的变化。通过调整受控电流源120连续地提供多个电流水平并且当受控电流源120提供每个连续电流水平时进行对应的电压和光输出的測量，可在不止ー个水平上重复如上所述的驱动和测量的处理。这样允许了在不同的驱动条件下表征EL发射器50的退化。光电ニ极管55可集成到器件背板电子设备中，在这种情况下其可位于參考区域100中或者设置在器件背板外。參见图6，在另ー个实施方式中，參考区域100包括參考子像素61，该參考子像素具有如上所述的驱动晶体管70和电容器75、以及具有与用在照明区域110 (图1A)中的子像素60 (图1A)中相同的EL材料的EL发射器50。參考子像素60优选地与子像素60相同，但是位于參考区域100中而不是照明区域110中。參考EL子像素61可具有与EL子像素60不同的大小和形状。第一电压源140和第二电压源150在參考区域100中与在照明区域110中一祥具有相同的电压。栅电压可经由栅极控制线35a被提供给驱动晶体管70的栅极，以使电流流经EL发射器50。如图4所示，该栅电压还可由源驱动器155来提供。流经參考子像素的电流量由提供给驱动晶体管70的栅极的信号、驱动晶体管70的特性、电源电压140和150、以及EL发射器50的特性来決定。由电流测量单元165c来测量流经EL发射器50的电流，该电流测量单元可包括电阻器和感测放大器(未示出)、霍尔效应传感器、或在本领域中公知的其他电流测量电路。所测量的数据经由測量数据线97a被发送到处理单兀190。在该子像素电流测量的同时，由光电ニ极管55来测量EL发射器50的光输出。经由ニ极管供电线57将偏置电压56 (Vdiqde)提供给传感器53中的光电ニ极管55。由电流测量单元165a来測量经过光电ニ极管55的电流。该光电ニ极管电流可被通到第二电压源150 (如图所示)或另一地线。所测量的电流经由測量数据线97b被发送到处理单元190。处理单元190将随着时间的推移而得到的測量值存储在存储器195中并且追踪随着时间的推移这些测量值的变化。通过调整受控电流源120 (图5)连续地提供多个电流水平并且当受控电流源120提供每个连续的电流水平时进行对应的电压和光输出的測量，可在不止ー个水平上重复如上所述的驱动和测量的处理。这样允许了表征在不同驱动条件下的EL发射器50的退化以及 由EL发射器50的电特性的变化所引起的对经过參考子像素的电流的影响。图7和图8示出了根据本发明不同实施方式的衰退数据和补偿方法。图7示出了当驱动恒定电流经过器件时随着时间的推移主EL发射器50 (图1A)的电压变化与其归ー化的发光效率的变化之间的关系的示例性衰退数据图。用图3的EL子像素60和检测器250以及图5的參考区域100来实现与这些数据相对应的补偿算法。在不同的驱动条件下驱动相似的EL发射器以测量这些数据，并且如图所示的，不管如何驱动EL发射器这种关系都是相似的。曲线720、730、740和750示出了不同的器件以及在老化期间所施加的不同电流密度。因此，新的时候和已经产生了ー些老化之后，根据本发明的补偿算法均使用对每个主EL发射器50测量的电压。使用下面的公式来计算在任意给定时间的归ー化效率(E/E。)。# = Z(AFia)(公式 I)其中AVa是电压的新值与老化值之间的差异。这种关系可实现为公式或查找表。曲线710示出了函数f的示例，该曲线是随着时间的推移从參考EL发射器51 (图1A)測量的曲线720、730、740和750的数据的最小ニ乘线性拟合。可使用在本领域中公知的其他拟合与平滑技术(如指数加权移动平均(EWMA))，根据测量単元170 (图2B)所检测的老化相关电參数以及传感器53所检测的參考EL发射器51的光输出来生成函数f。图8示出了将恒定电流施加到驱动晶体管的栅极时随着时间的推移子像素的电流变化与其归ー化的发光效率的变化之间关系的示例性衰退数据图。用图4的EL子像素60和检测器250以及图6的參考区域100来实现与这些数据相对应的补偿算法。曲线820、830和840示出了在老化期间施加的不同电流密度。因此，还是新的时候以及在已经产生了ー些老化之后，根据本发明的补偿算法均使用对子像素所观察的电流变化。使用下面的公式来计算在任意给定时间的归一化效率(E/も)。
P〔,、— = / —(公式 2)
E0 U< )其中IZltl是相对于新值的归一化电流(B卩，任意给定时间的电流I除以原始电流I0).这种关系可采用公式或查找表的形式。曲线810示出了函数f的示例，该曲线是随着时间的推移从參考EL发射器51所测量的曲线820、830和840的数据的最小ニ乘线性拟合。返回图2B，控制器190使用归ー化效率(E/も)通过将输入信号所指示的亮度或电流除以该归一化效率来生成每个校正后的输入信号。例如，如果针对与输入信号相对应的主EL发射器50来说E/Eq=0. 5 (该值表明主EL发射器50对于给定电流量所发出的光仅是其新的时候的一半(50%))，则校正后的输入信号指示了输入信号两倍的电流(1/0. 5=2)。因此，当由校正后的输入信号驱动时，主EL发射器50在其使用寿命上都保持这个光输出。公式I和公式2的函数f对电压(或电流)变化与归ー化效率变化之间的关系进行了编码。在一个或多个參考EL发射器51上測量这些函数。如果测量了不止ー个參考EL发射器，则可通过对来自所有參考EL发射器51的结果进行平均或者通过在统计领域中公知的其他方式对其进行组合来计算函数f。对于在EL器件10上的不同位置具有多个參考EL发射器51的实施方式，照明区域110 (图1A)可划分为多个邻近区，即对每个參考EL发射器都有一个领近区。对每个參考EL发射器51计算单独的函数f并且其用于对各邻近区中的主EL发射器50计算校正后的输入信号。在计算校正后的输入信号吋，函数f对于所有子像素(或者邻近区中的子像素)都相同，但是对每个子像素的各AVa或1/ら都被输入到函数f以确定各归ー化效率并且因此计算校正后的输入信号。參见图9，该图示出了宽带(“W”)EL发射器的CIE 1931x, y色度图，其在接近 (O. 33，O. 33)处具有名义上的白色发射。一些EL发射器随着其老化色度(颜色)也随之变化。这样会造成令人不快的可见赝像。正方形、菱形、三角形和圆形标记是以不同的电流密度对不同的相对效率而老化的不同代表EL发射器的測量色度数据。曲线900是以R2=O. 9859对所有数据的二次拟合。标记线910、920、930、940和950指明了靠近这些线的数据点的近似归ー化效率。因为靠近标记线910的是老化前的数据点，所以E/E。近似为I。靠近标记线920的EziEtl近似为O. 85，靠近标记线930的Ez^tl近似为O. 75，靠近标记线940的Ez^tl近似为O. 65，靠近标记线950的EziEci近似为O. 5。为了补偿这ー变化，曲线900可參数化地表达为E/も的函数。控制器190计算或在表中查找对应于每个归ー化效率的CIE (X，y)对，并且使用这个(x，y)和參考(x，y)来计算对输入信号的调整以形成校正后的输入信号。对于图9的示例，CIEx=O. 0973 (E/E。) 2-0· 2114 (E/E0) +0. 429CIEy=O. 1427 (Ε/Ε。)2_0· 2793 (E/E。)+0. 4868分别限定了对X和y分量的曲线900的二次參数拟合。对曲线900或其參数表示还可使用三次拟合或本领域中公知的其他拟合方法。參见图10，在本发明的实施方式中，传感器53可用来补偿这种随老化产生的色度变化。參考EL子像素51产生具有多个光子频率的光1200。传感器53响应光1200将颜色数据提供给控制器190。传感器53包括具有多个滤色器和多个对应光电传感器(如光电ニ极管)的色度计。滤色器1210r、1210g和1210b仅分别允许红、绿和蓝光通过。光电ニ极管55r响应穿过滤色器1210r的红光、光电ニ极管55g响应穿过滤色器1210g的绿光、光电ニ极管55b响应穿过滤色器1210b的蓝光。都产生了由电流测量单元165r、165g和165b分别测量的各电流，所有三个电流都被报告给控制器190。偏置电压56 (Vdmie)被提供给所有三个光电ニ极管55r、55g和55b,并且如上所述光电ニ极管电流可被通到第二电压源150(如图所示)或另一地线。可对每个光电ニ极管使用不同的偏置电压。光电ニ极管的数量可以是两个或更多个，并且穿过这些滤色器的顔色可以是R、G、B ;C、Μ、Y ;或没有两个滤色器的通频带是大致重叠的任意其他组合。传感器53可还包括三色激励色度计，在该三色激励色度计中滤色器1210r、1210g和1210b分别仅允许匹配CIE 193 (Α)、 (1)和_(ノ/页色匹配函数(CIE 15:2004，7. I节)的光通过。另选地，传感器53可以是使用光栅和线性传感器或ー个或多个光电传感器来測量波长范围(如360nm到830nm)上的光强的如本领域中公知的分光光度计或分光辐射度计、或者是其他公知的顔色传感器或色度计。在分光光度计或分光辐射度计中，控制器190或者传感器53中的单独控制器通过用在对应波长处计算的适当顔色匹配函数乘以每点的测量数据并且在这些波长上对乘积求积分(CIE15:2004公式7. I)来计算三色激励值。姆个滤色器都可以是有色光阻剂(如Fuji-Hunt Color Mosaic CBV蓝色抗蚀剂)或者带颜料(如在绿滤色器中对黄透射颜料有用的Clariant PY74或者BASF Palitol(R)Yellow L 0962HD PY138，或者 Toppan 颜料)的光阻剂(如 Rohm & Haas MEGAP0SITSPR955-CM通用光阻剂)。每个滤色器都具有可用CIE 1931x，y色度坐标表示的透射光谱。控制器190对每个光电ニ极管55r、55g、55b从传感器53接收颜色数据，并 且将该数据转换为參考EL发射器51的色度坐标。例如，在使用具有与sRGB标准(IEC61966-2-l:1999+Al)的红、绿和蓝匹配的色度的滤色器时，即三种颜色分别为(O. 64，O. 33)、(O. 3,0. 6)、(O. 15，O. 06)时，线性(相对于亮度)光电ニ极管数据R、G、B可根据下面的公式3 CsRGB 5. 2节，公式7)转换为CIE三色激励值X、Y、Z :
权利要求
1.ー种电致发光EL器件,该EL器件包括 a)照明区域，其具有一个或更多个主EL发射器； b)參考区域，其具有參考EL发射器； c)參考驱动器电路，其用于使所述參考EL发射器在所述EL器件为活动时发光； d)传感器，其用于检测由所述參考EL发射器发出的光； e)测量单元，其用于在所述參考EL发射器发光时检测所述參考EL发射器的老化相关电參数；以及 f)控制器，其用于接收针对所述照明区域中的每个主EL发射器的输入信号，利用检测到的光和所述老化相关电參数根据每个输入信号来形成校正后的输入信号，并且将校正后的输入信号施加给所述照明区域中的各个主EL发射器。
2.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述控制器被设置为形成对各个所述主EL发射器的效率损失进行补偿的校正后的输入信号。
3.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述传感器包括用于向所述控制器提供顔色数据的色度计、分光光度计或者分光辐射度计，并且其中，所述控制器被设置为形成对各个所述主EL发射器由于老化而引起的色度变化进行补偿的校正后的输入信号。
4.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述參考区域具有多个參考EL发射器；用于使各个所述參考EL发射器发光的多个对应的參考驱动器电路；用于检测由各个所述參考EL发射器发出的光的多个对应的传感器；以及用于检测各个所述參考EL发射器发光时它们各自的老化相关电參数的多个对应的测量单元，其中，所述控制器使用老化相关电參数和所述多个检测的光中的ー个或更多个、根据每个输入信号来形成校正后的输入信号。
5.根据权利要求I所述的EL器件，该EL器件还包括温度测量单元，所述温度测量单元用于在所述參考EL发射器发光时測量与所述參考EL发射器的温度有关的温度參数，并且其中，所述控制器使用所测量的温度參数来形成所述校正后的输入信号。
6.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述參考驱动器电路使所述參考EL发射器在不同的时间以測量水平和衰退水平这两个水平来发光，并且其中，对所述參考EL发射器的测量是在所述參考EL发射器以所述測量水平发光时进行的。
7.根据权利要求6所述的EL器件，其中，所述衰退水平大于所述测量水平。
8.根据权利要求6所述的EL器件，其中，每个输入信号控制对应主EL发射器的各个发射水平，并且其中，所述衰退水平大于各个发射水平中的最大值。
9.根据权利要求I所述的EL器件，该EL器件还包括存储器，所述存储器用于存储检测到的光测量值和对应的老化相关电參数测量值，并且其中，所述控制器使用存储在所述存储器中的这些值来形成所述校正后的输入信号。
10.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述參考驱动器电路使所述參考EL发射器以多个測量水平连续发光，并且其中，对所述參考EL发射器的各个测量是在所述參考EL发射器以各个測量水平发光时进行的。
11.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述參考EL发射器和所有主EL发射器是相同的。
12.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述參考驱动器电路向所述參考EL发射器提供测试电流以使其发光。
13.根据权利要求I所述的EL器件，该EL器件还包括定时器，所述定时器在所述EL器件为活动时运行，并且其中，对所述參考EL发射器的測量是以所述定时器所決定的间隔来进行的。
14.根据权利要求I所述的EL器件，其中，对所述參考EL发射器的测量是在所述EL器件处于热平衡时进行的。
15.根据权利要求I所述的EL器件，其中，对所述參考EL发射器的测量是在所述EL器件为活动时进行的。
16.根据权利要求I所述的EL器件，该EL器件还包括具有第二參考EL发射器的第二參考区域。
17.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述EL器件是EL显示器。
18.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述老化相关电參数是电压或电流。
19.根据权利要求I所述的EL器件，其中，每个主EL发射器和參考EL发射器是有机发光二极管发射器。
全文摘要
一种电致发光(EL)器件包括具有一个或多个主EL发射器的照明区域；具有参考EL发射器的参考区域；当该EL器件为活动时使该参考EL发射器发光的参考驱动器电路；检测由该参考EL发射器发出的光的传感器；以及当该参考EL发射器发光时检测其老化相关电参数的测量单元。该器件还包括控制器，该控制器用于对照明区域中的每个主EL发射器接收输入信号，使用所检测的光和老化相关电参数根据每个输入信号来形成校正后的输入信号，并且将校正后的输入信号施加给照明区域中的各个主EL发射器。
文档编号G09G3/30GK102687193SQ201080043292
公开日2012年9月19日 申请日期2010年9月24日 优先权日2009年9月29日
发明者F·A·利昂, 克里斯多佛·J·怀特 申请人:全球Oled科技有限责任公司
技术领域：
本发明涉及如有机发光二极管(OLED)器件的固态电致发光(EL)器件，更具体地涉及对电致发光器件部件的老化进行补偿的此类器件。
背景技术：
电致发光(EL)器件已被熟知好几年了并且最近被用于商业显示器件和照明器件。此类器件采用有源矩阵和无源矩阵两者的控制方案并且采用多个子像素。在有源矩阵控制方案中，每个子像素包含EL发射器以及驱动电流经过该EL发射器的驱动晶体管。在ー些实施方式中，如显示器中，子像素位于EL器件的照明区域中、对于每个子像素以行和列地址被设置为ニ维阵列、并且具有与子像素相关联的各数据值。不同顔色的子像素，如红、緑、蓝和白，被分组形成像素。在其他的实施方式中，如灯中，EL子像素位于EL器件的照明区域中并且串联地电连接以一起发光。EL子像素可为任意大小，例如，从0. 120mm2到1.0mm2。可由包括可涂覆的无机发光二极管、量子点和有机发光二极管(OLED)的各种发射器技术来制造EL器件。EL器件使电流穿过有机材料的薄膜来发光。发出的光的颜色以及从电流到光的能量转换效率由有机薄膜材料的组分決定。不同的有机材料发出不同顔色的光。然而，随着器件的使用，器件中的有机材料老化并且发光时效率较低。这样減少了器件的使用寿命。不同的有机材料会按不同的速率老化，从而造成差色老化并且器件的白点随着器件的使用而变化。另外，每个单独的像素会按不同于其他像素的速率老化，从而导致器件的不均匀性。材料老化的速率与流过器件的电流量有关，因此与已从器件中发出的光的量有关。已描述了补偿这种老化效应的多种技木。然而，许多这些技术都需要照明区域中的电路来测量每个EL发射器的特性。这样会减少孔径比以及EL发射器面积与支持电路面积的比率，从而需要増加的电流密度来保持亮度，因此减少了使用寿命。此外，这些技术需要在生产之前进行耗费时间的代表性器件測量以确定典型的老化曲线(profile)。在美国专利申请公开号2008/0210847中Hente等人描述了ー种使用一个或更多个额外的EL发射器的ー种OLED照明器件(固态光或SSL)，所述ー个或更多个额外的EL发 射器位于照明区域之外以作为每个子像素的測量与之比较的參考。这一方案没有在照明过程中(当灯亮的时候)使用參考区域，这样參考就可一直用来代表EL器件的初始的、未老化的状态。然而，这一方案需要必须在制造时就确定的固定的器件特性。此外，因为这一方案测量的是电压或电容，所以它不能直接感测由EL发射器效率的变化或者由EL发射器发出的光的色度的变化而引起的光输出的变化。在美国专利号7，321，348中Cok等人教导了一种带有在照明区域(測量其电压来确定老化)之外的參考像素的EL显示器。在这一方案中，当EL显示器被激活时(即对于观看者或用户产生了光，如当打开灯或电视时)，例如用数据值的估计平均来驱动參考像素。这样，參考像素就表示了显示器的性能。然后基于參考像素的測量电压对整个显示器进行补偿。然而，这一方案并未补偿由邻近的子像素的不同老化而引起的不均匀性，也没有补偿色度变化。在美国专利申请公开号2008/0048951中Naugler, Jr.等人教导了一种补偿的方 案，这种补偿依赖于在生产开始前在实验室中确定老化曲线以及在毎次生产中将那些老化曲线存储在存储器中。然而，因为这一方案使用了在制造之前获取的曲线，所以它不能补偿个别面板之间的曲线差异，也不能补偿由设备的老化、エ艺改变、或材料改变而引起的所制造的显示器的平均特性的长期变化。在美国专利号7，064，733中Cok等人教导了ー种包括一个或更多个用于检测照明区域中的子像素的输出的光电传感器的EL显示器。然而，这一方案会减少孔径比并且减少如上所述的使用寿命。 因此，对于补偿在EL器件中的EL发射器的老化的改进方法存在一种持续需要，这种方法在不会减小孔径比或使用寿命并且不需要在生产之前的大量测量的情况下，可校正包括色度变化的不同老化并且校正制造的许多EL器件之内和之间的差异。
发明内容
本发明提供了ー种电致发光(EL)器件，该EL器件包括a)照明区域，其具有一个或更多个主EL发射器；b)參考区域，其具有參考EL发射器；c )參考驱动器电路，其用于使所述參考EL发射器在所述EL器件为活动(active )时发光；d)传感器，其用于检测由所述參考EL发射器发出的光；e)测量单元，其用于在所述參考EL发射器发光时检测所述參考EL发射器的老化相关电參数；以及f)控制器，其用于接收对所述照明区域中的每个主EL发射器的输入信号，利用检测到的光和所述老化相关电參数根据每个输入信号来形成校正后的输入信号，并且将校正后的输入信号施加到所述照明区域中的各个主EL发射器上。本发明的有益效果是通过测量主EL发射器和參考EL发射器的电特性，即使是存在制造差异的情况下，依然可针对每个子像素来精确补偿器件中的有机材料的老化的ー种OLED器件。通过在整个OLED器件中并入多个參考EL发射器，可辨别有机材料的空间差异，从而能够在整个OLED器件上进行精确的补偿。本发明可补偿色度变化以及效率损失。它不需要生产前测量，也不会减小孔径比或使用寿命。
图IA是可用于实现本发明的电致发光(EL)器件的实施方式的示意图；图IB是可用于实现本发明的EL器件的另ー实施方式的示意图；图2A是不出随着时间推移的归一化光输出的EL发射器的图表；图2B是根据本发明的实施方式的数据流图；图3是可用于实现本发明的照明区域中的EL子像素及其相关电路的实施方式的示意图；图4是可用于实现本发明的照明区域中的EL子像素及其相关电路的另ー个实施方式的示意图； 图5是可用于实现本发明的參考区域的一个实施方式的示意图；图6是可用于实现本发明的參考区域的另ー个实施方式的示意图；图7是示出EL效率与EL电压的变化之间的代表性关系的图；图8是示出EL效率与EL子像素电流的变化之间的代表性关系的图；图9是示出EL效率与EL发射器色度的变化之间的代表性关系的图；图10是可用于实现本发明的參考区域的实施方式的示意图；图11是根据本发明的实施方式的数据流图。
具体实施例方式图IA示出了可用于补偿EL发射器50的老化的电致发光(EL)器件10。EL器件10可以是有源矩阵EL显示器或可编程的有源矩阵EL灯或其他的光源。EL器件10包括照明区域110，该照明区域包含以行和列布置的主子像素60的矩阵，每个主子像素60都具有主EL发射器50、驱动晶体管70和选择晶体管90，并且每个主子像素都连接到第一电压源140和第二电压源150。每行的主子像素60连接到选择线20，每列的主子像素60连接到数据线35。选择线由选通驱动器13来控制，而数据线由源驱动器155来控制。像素65包括多个EL子像素60，如红、绿和蓝子像素，或者红、绿、蓝和白子像素。像素65可按四方形、条状、三角形或在本领域中皆知的其他像素排列模式来布置。注意“行”和“列”并没有意指EL器件10的任何特定方位。EL器件10还可包括參考区域100，该參考区域100包括按照与主EL发射器50相同的方式构造的參考EL发射器51。就大小和组成而言，参考EL发射器51优选地与所有主EL发射器50相同。优选地通过将测试电流提供给參考EL发射器51来使其发光。传感器53检测由參考EL发射器51发出的光，并且测量单元170在參考EL发射器50发光时检测參考EL发射器50的老化相关电參数。老化相关电參数可以是电流或电压。在本公开中，“衰退数据”是指随着參考EL发射器51老化由传感器53检测到的光，连同參考EL发射器51的运作时间以及老化相关电參数。将在下文中參考图2A、图7和图8进ー步讨论衰退数据。參考区域100用于提供与照明区域110中的主子像素60的退化有关的数据。以不同于驱动主子像素60的方式来驱动參考EL发射器51，优选地以高于主子像素60的最高电流密度的电流密度来对其进行驱动。来自參考EL发射器51的数据并不直接与任何主子像素60的退化程度相关联。每个主子像素60的特性被測量并且与来自參考EL发射器51的数据一起用于执行补偿。EL器件10包括控制器190，该控制器可使用本领域中皆知的通用的处理器或专用集成电路来实现。控制器190接收与照明区域110中的每个主EL发射器50对应的输入信号。每个输入信号都控制对应的主EL发射器的各自发射电平。该控制器还从传感器53接收与测量的光相对应的信号并且从测量单元170接收与测量的老化相关电參数相对应的信号。控制器190使用与所检测的光和电參数相对应的信号来形成与每个输入信号对应的校正后的输入信号，并且使用本领域公知的源驱动器11和选通驱动器13来将校正后的输入信号施加给照明区域110中的各个主EL发射器。当EL器件10是活动时，例如当用户打开采用EL器件10的电视机时，或者当EL器件是非活动时，例如当关掉该电视机时，參考驱动器电路15可使參考EL发射器51发光。可以在EL器件10活动或EL器件10非活动的任意间都进行測量。EL器件10可还包括定时器192，如电池供电的日历时钟或本领域中公知的相关电 路、或者555定时器或逻辑定时器。也可由控制器190来执行定时器192的功能。当EL器件10是活动时定时器190运行，并且以该定时器所确定的间隔来进行參考EL发射器51的測量。这样有利地減少了待收集的数据量，同时保持了高质量的补偿。回到图1B，该图示出了可用于实现本发明的电致发光(EL)器件的另ー实施方式的示意图。EL器件10包括如上所述的控制器190以及多个參考区域100a、100c。參考区域IOOa包括多个參考EL发射器51a、51b ;用于使各个參考EL发射器51a、51b发光的多个对应的參考驱动器电路15a、15b ;用于检测由各个參考EL发射器51a、51b发出的光的多个对应的传感器53a、53b ；以及当各个EL发射器发光时用于检测它们各自的老化相关电參数的多个对应的测量单元170a、170b。该控制器使用所述多个检测到的光和老化相关电參数中的一个或更多个根据每个输入信号来形成校正后的输入信号。如图所示，该控制器从传感器53a、53b以及从测量单元170a、170b接收测量信息(实线)。EL器件10还包括第二參考区域100c，该第二參考区域具有如上述的參考EL发射器51c、參考驱动器电路15c、传感器53c和测量单元170c。EL器件10可包括任何数量的參考区域100，在此出于例示的目的仅示出了两个。可由控制器190或各个參考驱动器电路15来选择每个參考EL发射器51的驱动条件。该控制器可向每个參考驱动器电路(如15a、15b)提供控制信号(虚线)，以使參考驱动器电路(15a、15b)按选定条件来驱动參考EL发射器(51a、51b)。无论是只有一个还是多于ー个的參考EL发射器51，这都是可行的。另选地，參考驱动器电路15可包括带有由面板上的电阻分压器设定的固定电压的M0SFET，这样只要向EL器件10加电就可按选定电流来驱动參考EL发射器51。在电子领域中这样的或其他的偏压技术是公知的。EL器件10可还包括温度测量单元58，其用于测量參考EL发射器51a发光时与參考EL发射器51a的温度有关温度參数。然后控制器使用所测量的温度參数来形成校正后的输入信号。温度测量单元58还可测量參考EL发射器51b的温度。可为EL器件10的每个參考区域100或每个參考EL子像素51设置ー个温度测量单元58。 当EL器件10处于热平衡时可有利地进行參考EL发射器(如51a、51b)的測量。这样有利地減少了由EL器件10的局部发热所引起的结构测量噪声。当EL器件10不活动一段时间之后变活动时，其可能处于热平衡。控制器190还可使用来自多个温度测量单元58(安置在EL器件10周围的多个点)的测量值来确定EL器件10处于热平衡。如果所有的测量值都在彼此的如5%之内，则该器件可能处于热平衡。控制器190还可通过分析输入信号来确定EL器件10处于热平衡。如果在一段时间(如I分钟)内所有的输入信号都在彼此的如5%之内，则该器件可能处于热平衡。图2A示出了对代表性的EL器件，具体是OLED器件的衰退数据。横坐标是以小时为单位的恒定电流下的工作时间，纵坐标是归一化的光输出，I. O是初始光输出。工作曲线1000a、1000b、IOOOc分别示出对10、20和40mA/cm2恒定电流密度的测量数据。这三个水平表示OLED器件所遇到的范围。如图所示，随着OLED老化，对于给定电流其输出的光越来越少。衰退曲线1010示出了对80mA/cm2恒定电流密度的推断数据。这ー电流密度高于OLED器件中通常遇到的电流密度。在给定时间量之后，OLED沿衰退曲线1010的老化程度大于沿任何工作曲线1000a、1000b、IOOOc的老化程度(0LED具有更低的归ー化光输出)。因此，參考EL发射器51的老化行为可用来代表主EL发射器50的老化行为。为了提供这ー特征，返回參考图1A，參考驱动器电路15使參考EL发射器51在不同的时间以測量水平和衰退水平两个水平来发光。例如，衰退水平可以是80mA/cm2，而测量水平可以是40mA/cm2。衰退水平优选地高于测量水平。此外，衰退水平优选地高于由输入信号命令的各发射水平的最大 值。然后当參考EL发射器51在測量水平发光时进行该发射器的測量。这样有利地允许在代表主EL发射器50所遇到的水平的那些水平进行测量，从而減少了代表性风险。同样还有利地允许參考EL发射器的快速老化，从而可以从參考EL发射器51获得适合用于任何主EL发射器50的老化数据。在另ー个实施方式中，參考驱动器电路使參考EL发射器在多个测量水平上连续地发光，并且当參考EL发射器在每个测量水平上发光时进行參考EL发射器的各个测量。这样有利地提供了与输入信号所命令的各种发射水平相关联的数据。图2B示出了根据本发明实施方式的经过EL器件10的部件的数据的流程图。为清晰起见，仅示出了ー个主EL发射器，但是也可使用多个主EL发射器。在此实施方式中，控制器被设置为形成校正后的输入信号252，该校正后的输入信号补偿了由于老化而弓I起的主EL发射器50的效率损失。通过本领域中公知的图像处理电子设备或其他结构来提供输入信号251。控制器190根据输入信号251形成校正后的输入信号252以补偿主EL发射器50的老化。校正后的输入信号252被提供给EL子像素60 (图1A)中的主EL发射器50以使主EL发射器50发出与校正后的输入信号252相对应的光。EL器件10可还包括存储器195，该存储器用于存储检测到的光測量值以及对应的老化相关电參数测量值，并且控制器可使用存储在该存储器中的这些值来形成校正后的输入信号。存储器195可以是如闪存或EEPROM的非易失性存储器，或者是如SRAM的易失性存储器。姆个输入信号251以及姆个相应的校正后的输入信号252都对应于单个EL子像素60及其主EL发射器50。控制器190使用由參考区域100中的测量单元170所检测的參考EL发射器51 (图1A)的老化相关电參数来产生每个校正后的输入信号252。它使用来自參考EL发射器51的由传感器53检测到的光。当对多个EL子像素60计算校正后的输入信号时使用这两个值。如下面所述，控制器还对每个主EL发射器50使用来自那个主EL发射器50的由检测器250测量的老化相关电參数的各測量值。也就是说，来自一个參考EL发射器51的衰退数据被用于补偿多个主EL发射器50的老化。这样有利地降低了 EL器件10的复杂性和存储需求，并且利用了 EL器件10上的所有主EL发射器50的物理属性的基本相似性。通过使用在參考区域中测量的衰退数据和来自每个主EL发射器50的老化相关电參数测量值对每个主EL发射器50形成校正后的输入信号252，校正后的输入信号252适于补偿由老化引起的每个主EL发射器50的效率损失，S卩补偿对给定电流的光输出的減少。校正后的输入信号252对应于经过主EL发射器50的高于输入信号251的电流。主EL发射器50老化得越厉害并且其效率越低，与校正后的输入信号252相对应的电流和与输入信号251相对应的电流的比率就越高。如本领域中所公知的，可由定时控制器(未示出)来提供输入信号251。输入信号251和校正后的输入信号252可以是数字的或模拟的并且可以关于主EL发射器50所指令 的亮度是线性的或非线性的。如果是模拟的，则它们可以是电压、电流或脉宽调制波形。如果是数字的，则它们可以是例如8位代码值、10位线性强度、或带有变化占空比的脉冲串。图3和图4示出了照明区域110 (图1A)中的EL子像素60的两个实施方式以及根据本发明不同实施方式的对应检测器250。图3示出了可用于实现本发明的EL子像素60以及相关电路的一个实施方式的示意图。EL子像素60包括主EL发射器60、驱动晶体管70、电容器75、读出晶体管80以及选择晶体管90。每个晶体管都具有第一电极、第二电极和栅极。第一电压源140连接到驱动晶体管70的第一电极。连接是指这些元件直接连接或者经由如开关、ニ极管、另ー个晶体管等的另ー个部件来连接。驱动晶体管70的第二电极连接到EL发射器50的第一电极，并且第二电压源150连接到EL发射器50的第二电极。如本领域中皆知的，选择晶体管90将数据线35连接到晶体管70的栅极，以选择性地将来自数据线35的数据提供给驱动晶体管70。行选择线20连接到读出晶体管80和选择晶体管90的栅极。读出晶体管80的第一电极连接到驱动晶体管70的第二电极并且还连接到EL发射器50的第一电极。读出线30连接到读出晶体管80的第二电极。读出线30将读出电压提供给检测器250，该检测器测量读出电压以提供表示EL子像素60的特性的状态信号。检测器250可包括模拟-数字转换器。如上所述来自检测器250的数据被提供给控制器190。控制器190将校正后的输入信号252 (图2B)提供给源驱动器155，该源驱动器进而将对应数据提供给EL子像素60。因此，当EL器件10活动时，控制器190可提供补偿数据。控制器190还可在EL子像素60的測量期间将预定的数据值提供给数据线35。由检测器250测量的读出电压可等于在读出晶体管80的第二电极上的电压，或者可以是该电压的函数。例如，读出电压测量值可以是读出晶体管80的第二电极上的电压减去读出晶体管80的漏源电压。数字数据可以用作状态信号，或者如下面所述可由控制器190来计算该状态信号。状态信号表示EL子像素60中的驱动晶体管和EL发射器的特性。源驱动器155可包括数字-摸拟转换器或可编程的电压源、可编程的电流源、或者脉宽调制电压(“数字驱动”)或电流驱动器、或者本领域中公知的另ー类型的源驱动器。图4示出了可用于实现本发明的EL子像素及相关电路的另ー个实施方式的示意图。EL子像素60包括如上所述的主EL发射器60、驱动晶体管70、电容器75、以及选择晶体管90。此实施方式不包括读出晶体管。第一电压源140、第二电压源150、数据线35和行选择线20如上所述。可包括电阻器和感测放大器(未示出)、霍尔效应传感器、或在本领域中公知的其他电流测量电路的电流测量単元165c測量经过EL发射器50的电流并且将电流測量值提供给可包括模拟-数字转换器的检测器250。如上所述来自检测器250的数据被提供给控制器190。控制器190将校正后的输入信号252 (图2B)提供给源驱动器155，该源驱动器进而将对应数据提供给EL子像素60。因此，当EL器件10活动时，控制器190可提供补偿数据。控制器190还可在EL子像素60的測量期间将预定的数据值提供给数据线35。电流测量单元165c可位于EL器件10之上或之外。可对单个子像素或同时对任何数量的子像素来测量电流。图5和图6示出了根据本发明不同实施方式的參考区域100的两个实施方式。图5示出了參考区域100中的电路的实施方式。參考区域100包括EL发射器50，该EL发射器具有与照明区域110 (图1A)中相同的EL材料。受控电流源驱动电流经过EL发射器50。受控电流源120所提供的电流量由控制器190经由控制线95所提供的信号来決定。电压测量単元160经由读出线96測量EL发射器50两端的电压VEL，并且将所測量的电压经由測量数据线97a发送到处理单元190。在电压测量的同吋，由传感器53中的光电ニ极管55来测量EL发射器50的光输出。经由ニ极管供电线57将偏置电压56 (Vdiode)提供给光电ニ极管55。可由本领域中公知的传统的DAC、电压源或信号驱动器来提供偏置电压56。由电流测量单元165a来测量经过光电ニ极管55的电流,该电流测量单元可包括电阻器和感测放大器(未示出)、霍尔效应传感器、或在本领域中公知的其他电流测量电路。该光电ニ极管电流可被通到第二电压源150 (如图所示)或另一地线。所测量的电流经由測量数据线97b被发送到处理单元190。处理单元190将随着时间的推移而得到的測量值存储在存储器195中并且追踪随着时间的推移这些测量值的变化。通过调整受控电流源120连续地提供多个电流水平并且当受控电流源120提供每个连续电流水平时进行对应的电压和光输出的測量，可在不止ー个水平上重复如上所述的驱动和测量的处理。这样允许了在不同的驱动条件下表征EL发射器50的退化。光电ニ极管55可集成到器件背板电子设备中，在这种情况下其可位于參考区域100中或者设置在器件背板外。參见图6，在另ー个实施方式中，參考区域100包括參考子像素61，该參考子像素具有如上所述的驱动晶体管70和电容器75、以及具有与用在照明区域110 (图1A)中的子像素60 (图1A)中相同的EL材料的EL发射器50。參考子像素60优选地与子像素60相同，但是位于參考区域100中而不是照明区域110中。參考EL子像素61可具有与EL子像素60不同的大小和形状。第一电压源140和第二电压源150在參考区域100中与在照明区域110中一祥具有相同的电压。栅电压可经由栅极控制线35a被提供给驱动晶体管70的栅极，以使电流流经EL发射器50。如图4所示，该栅电压还可由源驱动器155来提供。流经參考子像素的电流量由提供给驱动晶体管70的栅极的信号、驱动晶体管70的特性、电源电压140和150、以及EL发射器50的特性来決定。由电流测量单元165c来测量流经EL发射器50的电流，该电流测量单元可包括电阻器和感测放大器(未示出)、霍尔效应传感器、或在本领域中公知的其他电流测量电路。所测量的数据经由測量数据线97a被发送到处理单兀190。在该子像素电流测量的同时，由光电ニ极管55来测量EL发射器50的光输出。经由ニ极管供电线57将偏置电压56 (Vdiqde)提供给传感器53中的光电ニ极管55。由电流测量单元165a来測量经过光电ニ极管55的电流。该光电ニ极管电流可被通到第二电压源150 (如图所示)或另一地线。所测量的电流经由測量数据线97b被发送到处理单元190。处理单元190将随着时间的推移而得到的測量值存储在存储器195中并且追踪随着时间的推移这些测量值的变化。通过调整受控电流源120 (图5)连续地提供多个电流水平并且当受控电流源120提供每个连续的电流水平时进行对应的电压和光输出的測量，可在不止ー个水平上重复如上所述的驱动和测量的处理。这样允许了表征在不同驱动条件下的EL发射器50的退化以及 由EL发射器50的电特性的变化所引起的对经过參考子像素的电流的影响。图7和图8示出了根据本发明不同实施方式的衰退数据和补偿方法。图7示出了当驱动恒定电流经过器件时随着时间的推移主EL发射器50 (图1A)的电压变化与其归ー化的发光效率的变化之间的关系的示例性衰退数据图。用图3的EL子像素60和检测器250以及图5的參考区域100来实现与这些数据相对应的补偿算法。在不同的驱动条件下驱动相似的EL发射器以测量这些数据，并且如图所示的，不管如何驱动EL发射器这种关系都是相似的。曲线720、730、740和750示出了不同的器件以及在老化期间所施加的不同电流密度。因此，新的时候和已经产生了ー些老化之后，根据本发明的补偿算法均使用对每个主EL发射器50测量的电压。使用下面的公式来计算在任意给定时间的归ー化效率(E/E。)。# = Z(AFia)(公式 I)其中AVa是电压的新值与老化值之间的差异。这种关系可实现为公式或查找表。曲线710示出了函数f的示例，该曲线是随着时间的推移从參考EL发射器51 (图1A)測量的曲线720、730、740和750的数据的最小ニ乘线性拟合。可使用在本领域中公知的其他拟合与平滑技术(如指数加权移动平均(EWMA))，根据测量単元170 (图2B)所检测的老化相关电參数以及传感器53所检测的參考EL发射器51的光输出来生成函数f。图8示出了将恒定电流施加到驱动晶体管的栅极时随着时间的推移子像素的电流变化与其归ー化的发光效率的变化之间关系的示例性衰退数据图。用图4的EL子像素60和检测器250以及图6的參考区域100来实现与这些数据相对应的补偿算法。曲线820、830和840示出了在老化期间施加的不同电流密度。因此，还是新的时候以及在已经产生了ー些老化之后，根据本发明的补偿算法均使用对子像素所观察的电流变化。使用下面的公式来计算在任意给定时间的归一化效率(E/も)。
P〔,、— = / —(公式 2)
E0 U< )其中IZltl是相对于新值的归一化电流(B卩，任意给定时间的电流I除以原始电流I0).这种关系可采用公式或查找表的形式。曲线810示出了函数f的示例，该曲线是随着时间的推移从參考EL发射器51所测量的曲线820、830和840的数据的最小ニ乘线性拟合。返回图2B，控制器190使用归ー化效率(E/も)通过将输入信号所指示的亮度或电流除以该归一化效率来生成每个校正后的输入信号。例如，如果针对与输入信号相对应的主EL发射器50来说E/Eq=0. 5 (该值表明主EL发射器50对于给定电流量所发出的光仅是其新的时候的一半(50%))，则校正后的输入信号指示了输入信号两倍的电流(1/0. 5=2)。因此，当由校正后的输入信号驱动时，主EL发射器50在其使用寿命上都保持这个光输出。公式I和公式2的函数f对电压(或电流)变化与归ー化效率变化之间的关系进行了编码。在一个或多个參考EL发射器51上測量这些函数。如果测量了不止ー个參考EL发射器，则可通过对来自所有參考EL发射器51的结果进行平均或者通过在统计领域中公知的其他方式对其进行组合来计算函数f。对于在EL器件10上的不同位置具有多个參考EL发射器51的实施方式，照明区域110 (图1A)可划分为多个邻近区，即对每个參考EL发射器都有一个领近区。对每个參考EL发射器51计算单独的函数f并且其用于对各邻近区中的主EL发射器50计算校正后的输入信号。在计算校正后的输入信号吋，函数f对于所有子像素(或者邻近区中的子像素)都相同，但是对每个子像素的各AVa或1/ら都被输入到函数f以确定各归ー化效率并且因此计算校正后的输入信号。參见图9，该图示出了宽带(“W”)EL发射器的CIE 1931x, y色度图，其在接近 (O. 33，O. 33)处具有名义上的白色发射。一些EL发射器随着其老化色度(颜色)也随之变化。这样会造成令人不快的可见赝像。正方形、菱形、三角形和圆形标记是以不同的电流密度对不同的相对效率而老化的不同代表EL发射器的測量色度数据。曲线900是以R2=O. 9859对所有数据的二次拟合。标记线910、920、930、940和950指明了靠近这些线的数据点的近似归ー化效率。因为靠近标记线910的是老化前的数据点，所以E/E。近似为I。靠近标记线920的EziEtl近似为O. 85，靠近标记线930的Ez^tl近似为O. 75，靠近标记线940的Ez^tl近似为O. 65，靠近标记线950的EziEci近似为O. 5。为了补偿这ー变化，曲线900可參数化地表达为E/も的函数。控制器190计算或在表中查找对应于每个归ー化效率的CIE (X，y)对，并且使用这个(x，y)和參考(x，y)来计算对输入信号的调整以形成校正后的输入信号。对于图9的示例，CIEx=O. 0973 (E/E。) 2-0· 2114 (E/E0) +0. 429CIEy=O. 1427 (Ε/Ε。)2_0· 2793 (E/E。)+0. 4868分别限定了对X和y分量的曲线900的二次參数拟合。对曲线900或其參数表示还可使用三次拟合或本领域中公知的其他拟合方法。參见图10，在本发明的实施方式中，传感器53可用来补偿这种随老化产生的色度变化。參考EL子像素51产生具有多个光子频率的光1200。传感器53响应光1200将颜色数据提供给控制器190。传感器53包括具有多个滤色器和多个对应光电传感器(如光电ニ极管)的色度计。滤色器1210r、1210g和1210b仅分别允许红、绿和蓝光通过。光电ニ极管55r响应穿过滤色器1210r的红光、光电ニ极管55g响应穿过滤色器1210g的绿光、光电ニ极管55b响应穿过滤色器1210b的蓝光。都产生了由电流测量单元165r、165g和165b分别测量的各电流，所有三个电流都被报告给控制器190。偏置电压56 (Vdmie)被提供给所有三个光电ニ极管55r、55g和55b,并且如上所述光电ニ极管电流可被通到第二电压源150(如图所示)或另一地线。可对每个光电ニ极管使用不同的偏置电压。光电ニ极管的数量可以是两个或更多个，并且穿过这些滤色器的顔色可以是R、G、B ;C、Μ、Y ;或没有两个滤色器的通频带是大致重叠的任意其他组合。传感器53可还包括三色激励色度计，在该三色激励色度计中滤色器1210r、1210g和1210b分别仅允许匹配CIE 193 (Α)、 (1)和_(ノ/页色匹配函数(CIE 15:2004，7. I节)的光通过。另选地，传感器53可以是使用光栅和线性传感器或ー个或多个光电传感器来測量波长范围(如360nm到830nm)上的光强的如本领域中公知的分光光度计或分光辐射度计、或者是其他公知的顔色传感器或色度计。在分光光度计或分光辐射度计中，控制器190或者传感器53中的单独控制器通过用在对应波长处计算的适当顔色匹配函数乘以每点的测量数据并且在这些波长上对乘积求积分(CIE15:2004公式7. I)来计算三色激励值。姆个滤色器都可以是有色光阻剂(如Fuji-Hunt Color Mosaic CBV蓝色抗蚀剂)或者带颜料(如在绿滤色器中对黄透射颜料有用的Clariant PY74或者BASF Palitol(R)Yellow L 0962HD PY138，或者 Toppan 颜料)的光阻剂(如 Rohm & Haas MEGAP0SITSPR955-CM通用光阻剂)。每个滤色器都具有可用CIE 1931x，y色度坐标表示的透射光谱。控制器190对每个光电ニ极管55r、55g、55b从传感器53接收颜色数据，并 且将该数据转换为參考EL发射器51的色度坐标。例如，在使用具有与sRGB标准(IEC61966-2-l:1999+Al)的红、绿和蓝匹配的色度的滤色器时，即三种颜色分别为(O. 64，O. 33)、(O. 3,0. 6)、(O. 15，O. 06)时，线性(相对于亮度)光电ニ极管数据R、G、B可根据下面的公式3 CsRGB 5. 2节，公式7)转换为CIE三色激励值X、Y、Z :
权利要求
1.ー种电致发光EL器件,该EL器件包括 a)照明区域，其具有一个或更多个主EL发射器； b)參考区域，其具有參考EL发射器； c)參考驱动器电路，其用于使所述參考EL发射器在所述EL器件为活动时发光； d)传感器，其用于检测由所述參考EL发射器发出的光； e)测量单元，其用于在所述參考EL发射器发光时检测所述參考EL发射器的老化相关电參数；以及 f)控制器，其用于接收针对所述照明区域中的每个主EL发射器的输入信号，利用检测到的光和所述老化相关电參数根据每个输入信号来形成校正后的输入信号，并且将校正后的输入信号施加给所述照明区域中的各个主EL发射器。
2.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述控制器被设置为形成对各个所述主EL发射器的效率损失进行补偿的校正后的输入信号。
3.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述传感器包括用于向所述控制器提供顔色数据的色度计、分光光度计或者分光辐射度计，并且其中，所述控制器被设置为形成对各个所述主EL发射器由于老化而引起的色度变化进行补偿的校正后的输入信号。
4.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述參考区域具有多个參考EL发射器；用于使各个所述參考EL发射器发光的多个对应的參考驱动器电路；用于检测由各个所述參考EL发射器发出的光的多个对应的传感器；以及用于检测各个所述參考EL发射器发光时它们各自的老化相关电參数的多个对应的测量单元，其中，所述控制器使用老化相关电參数和所述多个检测的光中的ー个或更多个、根据每个输入信号来形成校正后的输入信号。
5.根据权利要求I所述的EL器件，该EL器件还包括温度测量单元，所述温度测量单元用于在所述參考EL发射器发光时測量与所述參考EL发射器的温度有关的温度參数，并且其中，所述控制器使用所测量的温度參数来形成所述校正后的输入信号。
6.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述參考驱动器电路使所述參考EL发射器在不同的时间以測量水平和衰退水平这两个水平来发光，并且其中，对所述參考EL发射器的测量是在所述參考EL发射器以所述測量水平发光时进行的。
7.根据权利要求6所述的EL器件，其中，所述衰退水平大于所述测量水平。
8.根据权利要求6所述的EL器件，其中，每个输入信号控制对应主EL发射器的各个发射水平，并且其中，所述衰退水平大于各个发射水平中的最大值。
9.根据权利要求I所述的EL器件，该EL器件还包括存储器，所述存储器用于存储检测到的光测量值和对应的老化相关电參数测量值，并且其中，所述控制器使用存储在所述存储器中的这些值来形成所述校正后的输入信号。
10.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述參考驱动器电路使所述參考EL发射器以多个測量水平连续发光，并且其中，对所述參考EL发射器的各个测量是在所述參考EL发射器以各个測量水平发光时进行的。
11.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述參考EL发射器和所有主EL发射器是相同的。
12.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述參考驱动器电路向所述參考EL发射器提供测试电流以使其发光。
13.根据权利要求I所述的EL器件，该EL器件还包括定时器，所述定时器在所述EL器件为活动时运行，并且其中，对所述參考EL发射器的測量是以所述定时器所決定的间隔来进行的。
14.根据权利要求I所述的EL器件，其中，对所述參考EL发射器的测量是在所述EL器件处于热平衡时进行的。
15.根据权利要求I所述的EL器件，其中，对所述參考EL发射器的测量是在所述EL器件为活动时进行的。
16.根据权利要求I所述的EL器件，该EL器件还包括具有第二參考EL发射器的第二參考区域。
17.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述EL器件是EL显示器。
18.根据权利要求I所述的EL器件，其中，所述老化相关电參数是电压或电流。
19.根据权利要求I所述的EL器件，其中，每个主EL发射器和參考EL发射器是有机发光二极管发射器。
全文摘要
一种电致发光(EL)器件包括具有一个或多个主EL发射器的照明区域；具有参考EL发射器的参考区域；当该EL器件为活动时使该参考EL发射器发光的参考驱动器电路；检测由该参考EL发射器发出的光的传感器；以及当该参考EL发射器发光时检测其老化相关电参数的测量单元。该器件还包括控制器，该控制器用于对照明区域中的每个主EL发射器接收输入信号，使用所检测的光和老化相关电参数根据每个输入信号来形成校正后的输入信号，并且将校正后的输入信号施加给照明区域中的各个主EL发射器。
文档编号G09G3/30GK102687193SQ201080043292
公开日2012年9月19日 申请日期2010年9月24日 优先权日2009年9月29日
发明者F·A·利昂, 克里斯多佛·J·怀特 申请人:全球Oled科技有限责任公司
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