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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Steuereinrichtung für
Leuchtdioden-Arrays und insbesondere eine Steuereinrichtung für organische
Leuchtdioden-Arrays.
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Hintergrund
der Erfindung
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Leuchtdioden (LED)-Arrays werden
als eine Bildquelle für
sowohl Direktsichtanzeigen als auch Virtuellbildanzeigen zunehmend
populärer.
Ein Grund dafür
ist die Tatsache, dass LEDs imstande sind, relativ hohe Lichtbeträge (hohe
Leuchtdichte) zu erzeugen, das heißt, dass Anzeigen, welche LED-Arrays
beinhalten, bei einer größeren Vielfalt von
Umgebungsbedingungen verwendet werden können. Zum Beispiel können reflective
bzw. reflektierende LCDs nur bei Zuständen mit starkem Umgebungslicht
verwendet werden, weil sie ihr Licht vom Umgebungslicht beziehen,
das heißt,
das Umge bungslicht wird von den LEDs reflektiert. Einige transflective
LCDs sind konstruiert worden, um in einem Transmissionsmodus betrieben
zu werden, und weisen eine zu verwendende Hintergrundbeleuchtungs-Anordnung
auf, wenn das Umgebungslicht unzureichend ist. Außerdem haben
transflective Anzeigen einen gewissen visuellen Aspekt, und einige
Benutzer bevorzugen eine hell leuchtende Emissionsanzeige. Jedoch
sind diese Anzeigetypen im Allgemeinen zu groß für den praktischen Einsatz in
sehr kleinen Vorrichtungen.
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Ferner kommen organische LED-Arrays
zunehmend als eine wirtschaftliche Konstruktion für den Einsatz
bei kleinen Produkten in Betracht, besonders bei kleinen tragbaren
Elektronikvorrichtungen, wie zum Beispiel Funkrufempfänger, Mobiltelefonen
und tragbaren Telefonen, Zwei-Wege- Funksprechgeräte, Datenbanken
und andere. Organische LED-Arrays sind imstande, hinreichend Licht
für den Einsatz
in Anzeigen unter einer Mehrzahl von Umgebungslichtbedingungen (von
wenig oder keinem Umgebungslicht bis hell leuchtendem Umgebungslicht) zu
erzeugen. Ferner können
organische LEDs relativ billig und in einer Größenvielfalt von sehr klein
(weniger als ein Zehntel Millimeter im Durchmesser) bis relativ
groß (größer als
ein Zoll) hergestellt werden, so dass organische LED-Arrays in einer
Größenvielfalt hergestellt
werden können.
Außerdem
haben LEDs den zusätzlichen
Vorteil, dass ihr Emissionsbetrieb einen sehr breiten Betrachtungswinkel
schafft.
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Allgemein weisen organische LEDs
auf: eine erste elektrische leitfähige Schicht (oder ersten Kontakt),
eine Elektronentransport- und Emissionsschicht, eine Lochtransportschicht
und eine zweite elektrische leitfähige Schicht (oder zweiten
Kontakt). Das Licht kann auf die eine oder andere Art übertragen
werden, muss aber durch eine der leitfähigen Schichten hindurchtreten.
Es gibt viele Möglichkeiten,
eine der leitfähigen
Schichten für
die Emission von hindurchtretendem Licht abzuändern, aber man hat allgemein
festgestellt, dass die leistungsfähigste LED eine leitfähige Schicht
aufweist, welche für
das Licht, das emittiert wird, transparent ist. Ferner ist eines
der am meisten verwendeten, leitfähigen transparenten Materialien
Indium-Zinn-Oxid (ITO), welches im Allgemeinen als eine Schicht
auf einem transparenten Substrat, wie einer Glasplatte, abgeschieden
ist.
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Das Hauptproblem bei organischen
LEDs, welche eine leitfähige,
transparente Schicht verwenden, ist der hohe Widerstand des Materials.
Zum Beispiel hat ITO einen Widerstand von etwa 50 Ohm/Quadrat (75
bis mehrere hundert Ohm/Quadrat). Ferner wird dieses Problem durch
die Tatsache erschwert, dass organische LEDs stromgetriebene Vorrichtungen
sind (das heißt,
sie emittieren aufgrund von durch sie hindurchfließendem Strom),
im Gegensatz zu spannungsgetriebenen Vorrichtungen, wie zum Beispiel
LCDs. Somit hat der einen hohen Widerstand aufweisende Kontakt der
organischen LCD eine geradezu hindernde Wirkung, wenn versucht wird,
organische LEDs in großen
Arrays zu platzieren.
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Ein zusätzliches Problem, das bei organischen
LEDs vorherrscht, ist eine Abnahme in der Leistungsfähigkeit
beim Gebrauch. Die Theorie, die entwickelt worden ist, lautet, dass
Partikel innerhalb der organischen Schichten dazu tendieren, beim
Gebrauch der LED zu migrieren. Diese Migration verringert die Leistungsfähigkeit
der organischen LED, so dass entweder weniger Licht emittiert wird
oder mehr Strom zugeführt
werden muss, um einen konstanten Lichtbe trag zu produzieren, was
schließlich
zu einem Versagen der organischen LEDs führt. Um den höheren Strom
zu erzielen, ist das Anlegen einer höheren Spannung über die
Vorrichtung erforderlich, was bedeutet, dass mehr Energie verbraucht
wird. Es sind einige Versuche unternommen worden, dieses Problem
zu lösen,
von denen der Wichtigste war, an die Diode eine Sperr-Vorspannung
während
der Zeitdauer anzulegen, in der sie nicht benutzt wird. Diese Lösung schafft
ihre eigenen Probleme, weil sie eine andere Energiequelle erfordert,
um die Sperr-Vorspannung vorzusehen. Die zusätzliche Energiequelle erhöht wesentlich
die Größe, das
Gewicht, und die Kosten der Anzeige. In dem Dokument US-A-3,696,393
wird eine Steuereinrichtung und ein Verfahren für eine Leuchtdiodenmatrix offenbart.
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Demzufolge wäre es nützlich, ein organisches LED-Array
und eine Steuereinrichtung zu schaffen, mit welchen diese Probleme
gelöst
würden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein neues und verbessertes organisches LED-Array und
eine Steuereinrichtung zu schaffen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein neues und verbessertes organisches LED-Array und eine Steuereinrichtung
zu schaffen, in welcher Spaltenladungen schnell entfernt werden, um
ein Hochqualitätsbild
zu erzielen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein neues und verbessertes organisches LED-Array und eine Steuereinrichtung
zu schaffen, welche relativ kostengünstig herzustellen und zu betreiben
ist.
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Es ist noch eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes organisches
LED-Array und eine Steuereinrichtung zu schaffen, welche relativ
konstantes Licht produziert.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein neues und verbessertes organisches LED-Array und eine Steuereinrichtung
zu schaffen, welche eine relativ hohe Lebensdauer aufweisen.
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Es ist noch eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes organisches
LED-Array und eine Steuereinrichtung zu schaffen, die keine zusätzlichen
Energiequellen erfordert und einen Helligkeitsüberschuss von 600 fL, oder
nach Filtern, einen Helligkeitsüberschuss
von 200 fL, schafft.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die obigen und andere Probleme werden mindestens
teilweise gelöst,
und die obigen und andere Aufgaben werden realisiert mit einer Steuereinrichtung
für ein
Array mit LEDs aufweisend: eine erste Mehrzahl von Schaltern, welche
jeweils zwischen entweder einer Konstantstromquelle oder einem Ruhepotential
anschließbar
sind, eine zweite Mehrzahl von Schaltern, welche jeweils an eine
Energiequelle anschließbar
sind, ein Array von LEDs, welche in Reihen und Spalten angeschlossen
sind, wobei jede LED einen an einen der ersten Mehrzahl von Schaltern
angeschlossenen ersten Kontakt aufweist, und einen an einen der
zweiten Mehrzahl von Schaltern angeschlossenen zweiten Kontakt aufweist
und eine an die erste Mehrzahl von Schaltern und an die zweite Mehrzahl
von Schaltern angeschlossene Steuereinrichtung, um ausgewählte Schalter
der ersten Mehrzahl von Schaltern an die Konstantstromquelle anzuschließen, während alle verbleibenden
Schalter der ersten Mehrzahl von Schaltern an das Ruhepotential
angeschlossen bleiben, und um ausgewählte Schalter der zweiten Mehrzahl
von Schaltern an die Energiequelle anzuschließen.
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Die obigen und andere Probleme werden mindestens
teilweise gelöst,
und die obigen und andere Aufgaben werden ferner durch ein Verfahren realisiert,
bei dem ein Array von LEDs gesteuert wird, wobei das Verfahren die
Schritte aufweist: Vorsehen eines Arrays von LEDs, wobei jede LED
einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt aufweist, wobei die
ersten Kontakte an eine Mehrzahl von Spalten angeschlossen werden
und die zweiten Kontakte an eine Mehrzahl von Reihen angeschlossen
werden, Anschließen
ausgewählter
Spalten der ersten LED-Kontakte an individuelle Stromquellen und
einer ersten Reihe von zweiten LED-Kontakten an eine Energiequelle, um
Strom in die ausgewählten
Spalten der ersten LED-Kontakte einzuleiten und aus der ersten Reihe
der zweiten LED-Kontakte abzuleiten, und Verbinden nicht ausgewählter Spalten
der ersten LED-Kontakte an ein Ruhepotential, welches unterhalb
eines Pegels ist, bei dem individuelle LEDs der Mehrzahl von LEDs
auf EIN geschaltet sind, und Belassen verbleibender Reihen der Mehrzahl
von Reihen an einem Reihenruhepotential, welches das gleiche wie
das Spaltenruhepotential sein kann oder nicht, und periodisches
Anschließen
jeder Reihe der verbleibenden Mehrzahl von Reihen von LEDs an einen
aktiven Pulldown, wie zum Beispiel die Spannungsquelle, wobei jeweils
eine Reihe angeschlossen wird, während
ausgewählte
Spalten von LEDs an individuelle Stromquellen während jeder Periode angeschlossen
werden, um ein gewünschtes
Bild auf dem Array zu produzieren, und gleichzeitig nicht ausgewählte Spalten
der ers ten Leuchtdiodenkontakte am Spaltenruhepotential belassen
werden, und die verbleibenden Reihen der Mehrzahl von Reihen an das
Reihenruhepotential angeschlossen bleiben. Die Potentiale des AUS-Zustandes
für die
Reihen und Spalten sind dann Designparameter für eine optimale Behandlung
des organischen Materials während
des AUS-Zustandes, wie auch das Steuern des Ladungszustandes von
Reihen und Spalten.
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Indem der erste Kontakt der LEDs
an eine Stromquelle und der zweite Kontakt an eine Energiequelle
angeschlossen werden, wird der Strom mittels des ersten Kontaktes
in die LED getrieben. Indem das Ruhepotential an nicht ausgewählte Spalten
der Leuchtdioden angelegt wird und nicht ausgewählte Reihen der Leuchtdioden
an ein Reihenruhepotential angeschlossen werden, wird der Strom
veranlasst, aus den LEDs im AUS-Modus abgeleitet zu werden, und
außerdem
werden Migrationsträger
in ihre ursprüngliche
Position zurückgetrieben,
so dass die Leistungsfähigkeit
und Lebensdauer der LEDs erhöht
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es wird auf die Zeichnung Bezug genommen,
in welcher zeigen:
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1 ein
vereinfachtes Blockdiagramm eines Leuchtdioden-Arrays mit einer
daran angeschlossenen Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
vereinfachte Querschnittsansicht einer typischen organischen Leuchtdiode;
und
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3 eine
schematische Darstellung von Abschnitten der in 1 illustrierten Struktur.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Mit Bezug auf 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm
eines Leuchtdioden-Arrays 10 mit einer daran angeschlossenen
Steuereinrichtung 12 gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt. In dieser spezifischen Ausführungsform weist das Array 10 eine
Mehrzahl von organischen Leuchtdioden (LEDs) auf, welche an zweiunddreißig Reihen
und vierundsechzig Spalten angeschlossen sind. In 1 sind zweiunddreißig Reihenanschlüsse 13 auf
der rechten Seite des Arrays 10 dargestellt, und vierundsechzig Spaltenanschlüsse 14 sind
oben dargestellt. Im Allgemeinen gilt, dass, wenn große Arrays
von LEDs hergestellt werden, es üblich
ist, jeden anderen bzw. zweiten Anschluss auf die gegenüberliegende
Seite des Arrays zu bringen, so dass der Zwischenraum (Abstand zwischen
benachbarten Anschlüssen)
vergrößert wird,
oder den Widerstand um einen Faktor 2 zu verringern. Jedoch sind
die Anschlüsse
in diesem Beispiel alle auf der gleichen Seite dargestellt, um die Zeichnung
zu vereinfachen. Es ist selbstverständlich, dass jede Zahl von
Reihen und Spalten von LEDs vorgesehen werden kann und dass das
vorliegende Beispiel nur zum Zwecke der Darstellung verwendet wird.
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In 2 ist
eine typische organische LED 15 in einer vereinfachten
Querschnittsansicht dargestellt. Im Allgemeinen müssen entweder
die Anode (positive elektrische Kontakte) oder die Kathode (negative
elektrische Kontakte) einer LED optisch transparent sein, um die
Emission von hindurchtretendem Licht zu ermöglichen. In dieser Ausführungsform weist
die LED 15 ein Substrat 17 auf, welches aus einem
transparenten Material 17 gebildet ist, wie zum Bei spiel
Glas, Quarz oder einem Hartplastik oder ähnlichem. Sogar einige Halbleitermaterialien
sind für
Licht transparent und können
als Substrat 17 verwendet werden, wobei in diesem Beispiel
einige der Elektroniken direkt auf das Substrat integriert werden können. Eine
positiv leitfähige
Schicht 18 wird auf die Oberseite des Substrates 17 gemäß irgendeinem
der vielen, gut bekannten Verfahren als Muster aufgebracht, indem
zum Beispiel Photolack oder ähnliches verwendet
wird. Eine leitfähige
Schicht 18 ist in einer Mehrzahl von parallelen, im Abstand
voneinander angeordneten Spalten als Muster aufgebracht, welche
in den Anschlüssen 14 enden
(1). Bei diesem spezifischen
Beispiel ist die leitfähige
Schicht 18 als eine Schicht aus ITO vorgesehen.
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Eine Lochtransportschicht 19 ist
auf der Oberseite der Schicht 18 positioniert. Um die Herstellung
eines Arrays 10 zu vereinfachen, wird im Allgemeinen eine
Schicht 19 als eine Deck-Abscheidung über die Oberseite der Schicht 18 und
irgendwelchen freigelegten Abschnitten des Substrates 17 abgeschieden,
weil nur jener Abschnitt der Schicht 19, welche der Schicht 18 überlagert
ist, aktiviert wird. Eine Elektronentransport- und Lichtemissionsschicht 20 ist
auf der Oberseite der Schicht 19 positioniert. Es wird
darauf hingewiesen, dass organische Dioden derzeit mit einer bis
mehreren organischen Schichten hergestellt werden und die organische
LED 15 nur zur Erläuterung
dargestellt ist. Um das bei Ausführungsformen
erforderliche Potential zu verringern, welche keine Elektronentransportschicht
beinhalten, wird ferner im Allgemeinen eine Kathode aus einer Schicht 22 aus
einem niedrige Austrittsarbeit aufweisendem Metall/Leitern oder
einer Kombination aus Metallen/Leitern gebildet, wobei mindestens
eines davon typischerweise eine niedrige Austrittsarbeit hat. In
dieser Ausführungsform
ist die Kathode (Schicht 22) aus einem Material mit niedriger
Austrittsarbeit gebildet, wie zum Beispiel das üblicherweise verwendete Lithium
oder Magnesium, oder die Kathode kann ein leitfähiges Metall sein, welches
Cäsium,
Calcium oder ähnliches
beinhaltet.
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Nachfolgend eine Liste einiger möglicher Beispiele
von Materialien für
die organische Schicht oder die organischen Schichten (z. B. 19 und 20)
der oben beschriebenen organischen LEDs. Beispiele für eine Einzelorganikschicht
sind: Poly(p-phenylenvinylen) (PPV), Poly(p-phenylen) (PPP) und
Poly[2-methoxy,5-(2'-ethylhexoxy)1,4-phenylenvinylen] (MEH-PPV). Ein Beispiel
für eine
Elektronentransport-Elektrolumineszenzschicht
zwischen einer Lochtransportschicht oder einer der oben aufgeführten Einzelorganikschichten
und einer Metallkathode mit niedriger Austrittsarbeit ist 8-Hydroxychinolin-Aluminium
(ALQ). Ein Beispiel für
ein Elektronentransportmaterial ist 2-(4-tert-butylphenyl)-5-(p-biphenylyl)-1,3,4-oxadiazol
(butyl-PBD). Einige Beispiele für
Lochtransportmaterialien sind: 4,4'-bis[N-phenyl-N-(3-methylphenyl)amino]biphenyl
(TPD) und 1,1-bis(4-di-p-tolyaminophenyl)cyclohexan. Ein Beispiel
für ein
Fluoreszenzmaterial, welcher als eine Einzelschicht oder als eine
Dotiersubstanz für
eine organische Ladungstransportschicht verwendet werden kann, ist
Kumarin 540 und eine große
Mehrzahl fluoreszierender Farbstoffe. Beispiele für Metalle
mit niedriger Austrittsarbeit sind u. a. Mg : In, Ca und Mg : Ag.
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Während
das Array 10 (1)
beschrieben ist, indem es eine einzige organische LED für jeden Pixel
eines Bildes hat, wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche
LEDs für
zusätzliche
Helligkeit oder Redundanz parallel geschaltet sein können. Ferner
ist ein Beispiel für
den Einbau von mehreren LEDs in einem einzigen Pixel, um mehrere
Farben oder Vollfarbigkeit zu produzieren, in der US-Patentschrift
Nr. 5,424,560 mit dem Titel "Integriertes
Mehrfarben-Organo-LED-Array" ("Integrated Multicolor
Organic LED Array"),
erteilt am 13. Juni 1995, mit dem gleichen Anmelder wie die vorliegende
Erfindung, offenbart.
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Jedes LED im Array 10 weist
eine oder mehrere Schichten von Polymeren oder Niedermolekulargewicht-Organoverbindungen
auf, im Allgemeinen wie oben beschrieben. Um diese Beschreibung
zu vereinfachen, wird hier nachfolgend der Ausdruck organisch/Polymer
mit "organisch" abgekürzt, jedoch wird
darauf hingewiesen, dass dieser Audruck vorgesehen ist, um alle
Polymere oder Niedermolekulargewichts-Organoverbindungen zu umfassen.
Die organischen Materialien, welche Schichten 19 und 20 bilden,
werden wegen ihrer Kombination aus elektrischen Eigenschaften, Lumineszenz-
und Farbeigenschaften gewählt,
und mehrere Kombinationen aus Lochinjektions-, Lochtransport-, Elektroneninjektions-,
Elektronentransport- und Lumineszenz- oder Emittiermaterialien können verwendet
werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass
in organischen Elektrolumineszenz- oder LED-Vorrichtungen organische
Schichten 19 und 20 Elektronen nicht gut leiten
und im gleichen Material die Elektronenwiderstände (z. B. etwa 10 e–7)
viel höher
sind als die Lochwiderstände
(z. B. etwa 10 e–7). Ferner leitet die
Elektronentransportschicht 20 Elektronen relativ gut, leitet
aber Löcher
nicht gut und kann somit als eine Lochblockierschicht betrachtet
werden. Ferner wird darauf hingewiesen, dass im Allgemeinen Licht,
oder Photonen, erzeugt wird oder werden, wenn Elektronen und Löcher kombinieren.
Weil Löcher
durch organische Schichten 19 und 20 gut transportiert
werden und weil Elektronen durch Elektronentransportschicht 20 gut
transportiert werden, tritt somit im Wesentlichen jede Rekombination
von Löchern
und Elektronen am oder nahe dem Übergang
von den Schichten 19 und 20 auf, aber üblicherweise
in der Schicht 20. Wenn die Materialien der Schichten 19 und 20 altern
(elektrischer Strom tritt dort hindurch), gibt es eine Tendenz für viele
Partikel und Defekte, innerhalb des Materials zu wandern, wodurch
die Lichtemission veranlasst wird, sich in einem weniger leistungsstarken
Material zu verteilen. Man hat festgestellt, dass dieses Phänomen durch
periodisches Umkehren des Potentials quer über die LED überwunden
oder umgekehrt werden kann. Die Art und Weise, wie dieses Merkmal
bei der vorliegenden Erfindung erfüllt wird, wird nachfolgend
beschrieben.
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Wieder mit Bezug auf 1 weist die Steuereinrichtung 12 einen
Stromkreis für
das periodische Durchlaufen durch die 32 Reihen des Arrays 10 auf.
In dem vereinfachten Blockdiagramm von 1 ist dieser Stromkreis als ein 32-Bit-Schieberegister (und
Reihentreiber) 25 dargestellt. Das Schieberegister 25 ist
an eine Steuerung 26 angeschlossen, welche Taktimpulse
und andere Steuerinformation, welche erforderlich sein kann, zuführt. Ein 64-Bit-Spaltentreiber 27 ist
an Spaltenanschlüsse 14 angeschlossen
und liefert Bilddaten dorthin. Im Allgemeinen weist ein Spaltentreiber 27 einen
individuellen Treiber für
jeden Spaltenanschluss 14 und einen Puffer oder ähnliches
zum Speichern einer kompletten Reihe von Bildinformationen auf.
Ein Spaltentreiber
27 ist an die Steuerung 26 angeschlossen,
um von ihr jede neue Reihe von Bildinformation zu empfangen.
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Die Steuerung 26 weist eine
serielle Schnittstelle 28 auf, welche Bilddaten zum Spaltentreiber 27 zuführt und
optional Videodaten oder Bilddaten von einem externen Dateneingang 30 empfängt. Die
serielle Schnittstelle 28 ist ebenso an einen RAM/ROM-Speicher 32 und
an eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 33 oder ähnliches
angeschlossen. Die CPU 33 steuert sowohl den Spaltentreiber 27 als
auch das Schieberegister 25 und verwendet einen Speicher 32,
um Bilder auf dem Array 10 zu erzeugen. Es ist für den Durchschnittsfachmann
ersichtlich, dass eine große
Mehrzahl von Stromkreisen verwendet werden kann, um das Array 10 zu
steuern, und die Steuerung 26, zusammen mit dem Schieberegister 25 und
Spaltentreibern 27, sind nur eine Ausführungsform, welche hier zum
Zwecke der Erläuterung
verwendet wird.
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Aus 3 ist
eine schematische Darstellung von Abschnitten der in 1 gezeigten Struktur ersichtlich.
Das Array 10 ist detaillierter mit einer Diode (z. B. Diode 15)
dargestellt, welche zwischen jeder Kreuzung jedes Spaltenleiters
(Anschlüsse 14)
und jedes Reihenleiters (Anschlüsse 13)
angeschlossen ist. Eine leitfähige
Schicht 18 ist auf das Substrat 17 als Muster
aufgebracht, um die Spaltenleiter und Anschlüsse 14 zu bilden.
Die Schicht 22 ist als Muster aufgebracht, um die Reihenleiter
und Anschlüsse 13 zu
bilden. Weil, wie oben erläutert,
die leitfähige Schicht 18 für das von
den Dioden erzeugte Licht transparent sein muss, hat sie im Allgemeinen
einen relativ hohen Widerstand. Weil ferner von den Reihen jeweils
eine Reihe zyklisch EIN ist, ist die maximale Zahl von Dioden, welche
jeweils in einer Spalte leiten, genau eins. Somit führt jeder
Spaltenleiter einen Maximalstrom, welcher gleich dem Strom ist,
welcher durch eine LED 15 geleitet wird (z. B. ungefähr 1–2 mA).
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Wird zum Beispiel angenommen, dass
ITO verwendet wird, um die Spaltenleiter zu bilden, so liegt der
Widerstand in einem Bereich von 7,5 Ohm/Quadrat bis 400 Ohm/Quadrat.
Während
der Widerstand verringert werden kann, indem die Dicke der Spaltenleiter
vergrößert wird,
gibt es, wenn der Leiter eine stärkere
Dicke aufweist, Schwierigkeiten mit der Gleichförmigkeit des ITO, was zu Vorrichtungsdefekten
führen
kann. Somit kann ein typischer Spaltenleiter, welcher aus ITO gebildet
ist, ungefähr 50
Ohm/Quadrat aufweisen. Der Widerstand entlang eines Spaltenleiters
zwischen benachbarten Reihen wäre
dann etwa 80 Ohm. Über 30 Reihen,
bei 80 Ohm/Reihe, führt
dies zu einem Widerstand von insgesamt über 2,4 kOhm zwischen der ersten
und der letzten LED in der Spalte. Weil eine LED einen Strom von
ungefähr
1–2 mA
zieht, ergibt dies eine Differenz von 2 V–5 V, um den gleichen Strom
in die letzte LED gegenüber
der ersten LED in der Spalte zu treiben. Wenn die LEDs spannungsgetrieben
sind, bedeutet diese Variation in der Spannung über die Länge einer Spalte, dass eine
zusätzliche
Kompensations-Schaltungseinrichtungen
erforderlich ist, wenn die Helligkeit der LEDs über dem gesamten Array 10 gleichförmig sein
soll. Wenn die LEDs stromgetrieben sind, ist diese Variation in
der Spannung kein Problem.
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Jede Zahl von Null bis zu allen Dioden,
welche in jede Reihe angeschlossen sind, können gleichzeitig leiten (in
Abhängigkeit
vom Bild), so dass es für
jeden Reihenleiter (Schicht 22) erforderlich sein kann,
den Strom aller Dioden zu führen
(z. B. 64 × ungefähr 1–2 mA).
Somit sind die Reihenleiter aus einem Metall gebildet, welche einen
Widerstand haben, der so niedrig wie möglich ist. Aufgrund der langen,
dünnen
Reihen im Array 10 kann der Widerstand für einen
Reihenleiter jedoch noch bis zu 5 Ohm betragen. Wenn zum Beispiel
genug LEDs in einer Reihe leiten, um einen Strom von 100 mA zu ziehen,
produzieren diese 5 Ohm Widerstand einen Spannungsabfall von 0,5
V von einem Ende zum anderen Ende des Reihenleiters. Somit ist klar,
dass der Widerstand jeder Reihe auf einen so niedrigen Wert wie
praktisch möglich
gesenkt werden muss, indem die Dicke der Reihenleiter erhöht wird
und/oder indem Leiter hinzugefügt
werden, wie zum Beispiel Gold etc., wenn diese Materialien geeignet
sind. Wenn es für
die Anwendung möglich
ist, so liegt ein guter Grund, einen zusätzlichen Leiter nicht hinzuzufügen, darin,
dass zusätzliche
Verfahrensschritte in das Herstellungsverfahren eingefügt werden
müssen,
wodurch weitere Kosten hinzugefügt
werden.
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Jeder Spaltenanschluss 14 hat
einen daran angebrachten Schalter 35, welcher zum Beispiel
als ein zweipoliger Ausschalter dargestellt ist. Es ist selbstverständlich,
dass eine große
Auswahl an unterschiedlichen Schaltern verwendet werden kann, und
im Allgemeinen wird, aufgrund der geforderten Geschwindigkeit und
Größe, jeder
Schalter 35 irgendeiner der unterschiedlichen Halbleiterschalter sein,
welche im Stand der Technik gut bekannt sind. Jeder Schalter 35 hat
einen ersten Anschluss oder Eingang 36, welcher an eine
Stromquelle 37 angeschlossen ist, und einen zweiten Anschluss
oder Eingang 38, welcher an ein Spaltenruhepotential, mit
VR bezeichnet, angeschlossen ist, so dass
jeder Schalter 35 zwischen entweder der Stromquelle 37 oder dem Spaltenruhepotential
VR anschließbar ist. Jeder Schalter 35 wird
durch eine CPU 33 und/oder Daten von der seriellen Schnittstelle 28 gesteuert,
in Abhängigkeit
vom erzeugten Bildtyp und dem Adressschema.
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Jeder Reihenanschluss 13 hat
einen daran angebrachten Schalter 40, welcher zum Beispiel
als ein zweipoliger Ausschalter schematisch dargestellt ist. Es
wird darauf hingewiesen, wie oben erläutert, dass eine große Auswahl
an unterschiedlichen Schaltern verwendet werden kann, und im Allgemeinen
wird, aufgrund der geforderten Geschwindigkeit und Größe, jeder
Schalter 40 irgendeiner der unterschiedlichen Halbleiterschalter
sein, welche im Stand der Technik gut bekannt sind. Jeder Schalter 40 hat einen
ersten Anschluss oder Eingang 42, welcher an eine Spannungsquelle 45 angeschlossen
ist, und einen zweiten Anschluss oder Eingang 43, welcher
an ein Reihenruhepotential VR angeschlossen
ist, welches das gleiche wie das Spaltenruhepotential sein kann
oder nicht, und ein offener Anschluss sein kann (oder nicht angeschlossen
ist), so dass jeder Schalter 40 zwischen entweder der Energiequelle 45 oder
einer offenen Leitung oder dem Reihenruhepotential anschließbar ist.
In diesem speziellen Beispiel ist jeder Schalter 40 ein
Stufen- oder Schieberegister 25, welches
von der CPU 33 gesteuert wird. Jedoch können viele andere Schaltertypen,
welche imstande sind, eine Spannungsquelle in den Schaltkreis oder aus
dem Schaltkreis zu schalten, als Schalter 40 verwendet
werden, wie für
den Durchschnittsfachmann ersichtlich.
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Die Energiequelle 45 kann
jede Spannungsquelle sein, welche imstande ist, den erforderlichen Betrag
an Energie zuzuführen,
wie zum Beispiel eine Batterie, Solarzellen, unterschiedliche Kombinationen
aus den beiden etc. Außerdem können Stromquellen 37 irgendwelche
der vielen Stromquellen sein, welche für den Durchschnittsfachmann
bekannt sind. Weil die Spaltenleiter die Positivanschlüsse (Schicht 18)
der LEDs 15 im Array 10 sind und die Reihenleiter
die Negativanschlüsse
(Schicht 22) sind, ist ein Negativanschluss 46 der
Spannungsquelle 45 an dem ersten Anschluss 42 jedes
Schalters 40 angeschlossen, und ein Positivanschluss 47 der
Energiequelle 45 ist an jede Stromquelle 37 angeschlossen,
um einen Stromkreis durch das Array 10 herzustellen. Bei
dieser spezifischen Ausführungsform
wird ein Spaltenruhepotential VC von der Spannungsquelle 45 verwendet,
obgleich, wie nachfolgend erklärt
wird, das Spaltenruhepotential VC (kombiniert
mit einem Reihenruhepotential) irgendein Potential unterhalb eines
Pegels sein kann, bei dem individuelle LEDs des Arrays 10 auf
EIN geschaltet werden können.
Indem die Energiequelle 45 als VC verwendet
wird oder indem irgendein niedrigeres Potential vom Negativanschluss 48 abgezweigt
ist, sind zusätzliche
Spannungsquellen nicht erforderlich und das Endprodukt ist beträchtlich
kleiner, leichter und kostet weniger.
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Es wird hier darauf hingewiesen,
dass die schematische Darstellung von 3 eine
Treiberfamilie für
den Einsatz bei einem organischen LED-Array darstellt. Während zum
Beispiel bei der gezeigten Ausführungsform
Strom in die Spalten getrieben wird, welche eine Stromquelle für jede Spalte
verwenden, kann Strom in die Spalten getrieben werden, indem entweder
die Spannung an den Spalten oder der Strom in die Spalten gesteuert
wird, wobei die letztere Alternative bevorzugt wird. während außerdem ein
offener Anschluss an den Reihenschaltern als ein Reihenruhepotential
verwendet werden kann, kann beinahe jedes zweckmäßige Reihenruhepo tential verwendet
werden. Im Allgemeinen sollte das Reihenruhepotential höher als
das Spaltenruhepotential sein, so dass jede Diode einige Zeit in
einem Sperr-Vorspannungszustand
verbringt. Die Leitung, welche das Spaltenruhepotential erzeugt,
sollte eine relativ niedrige Impedanz aufweisen und imstande sein,
Strom zu führen,
so dass die Spaltenladungen, welche in den Spaltenleitungen des
Arrays gespeichert sind, schnell abgeführt oder entladen werden können.
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Der Betrieb des Leuchtdiodenarrays 10 und der
Steuereinrichtung 12, wie in 3 dargestellt, wird
nun in einem Beispiel beschrieben. Wie zuvor erläutert, durchläuft das
Schieberegister 25 zyklisch durch jede der zweiunddreißig Reihen,
jeweils durch eine Reihe, indem der Schalter 40 einer ausgewählten Reihe
in Kontakt mit der Energiequelle 45 bewegt wird (erster
Eingang 42), während
Schalter 40 jeder der verbleibenden einunddreißig Reihen
in Kontakt mit dem zweiten Eingang 43 und dem Reihenruhepotential
verbleibt. Wenn jede spezifische Reihe ausgewählt ist, bestimmt der Spaltentreiber 27,
welche der vierundsechzig LEDs in jener Reihe auf EIN geschaltet
werden sollen und verbindet den Schalter 35 jeder zugehörigen Spalte
an die damit assoziierte Stromquelle 37. Wie aus 3 ersichtlich ist, ist zum
Beispiel nur LED 15 an der Kreuzung der Reihe #2 und Spalte
#2 an die Stromquelle 37 und Energiequelle 45 angeschlossen.
In jeder der zweiunddreißig
Reihen werden von Null bis zu vierundsechzig LEDs auf EIN geschaltet,
um ein gewünschtes
Bild auf dem Array 10 zu erzeugen. An LEDs angeschlossene
Spaltenanschlüsse 14,
welche nicht auf EIN geschaltet sind, bleiben an das Spaltenruhepotential
VC angeschlossen.
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Somit wird Strom in den Positivanschluss
jeder ausgewählten
LED 15 in jede Reihe durch die zugehörige Stromquelle 37 getrieben.
Weil jede LED 15 durch ihre zugehörige Stromquelle 37 gespeist
wird, wird jede der zweiunddreißig
LEDs in einer Spalte durch die gleiche Stromstärke getrieben, unabhängig von
ihrer Position entlang der Spalte und der spezifischen Spannung,
welche von der LED an der Kreuzung jener Reihe und Spalte benötigt wird
und beträchtlich
variieren kann. Eines der Probleme mit dem Array 10 ist
der hohe Widerstand des Spaltenleiters, der gemeinsam mit unterschiedlichen
in dem System vorhandene Kapazitäten
eine relativ hohe RC-Zeitkonstante produziert, welche eine beträchtliche
Ladungsmenge zur Folge hat und die während des normalen Betriebs
aufgebaut und gespeichert wird. Dieser Ladungsaufbau kann Schatten
zur Folge haben, welche erzeugt werden, wenn sich ein Bild aufgrund einer
Ladung, die auf zuvor angesteuerten LEDs verblieben ist, ändert.
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Die vorliegende Erfindung löst dieses
Problem, indem in einer ausgewählten
Reihe nicht ausgewählte
LEDs und in nicht ausgewählten
Reihen nicht ausgewählte
LEDs an das Spaltenruhepotential VC und
das Reihenruhepotential VR angeschlossen werden.
Durch die Kombination von Spaltenruhepotential VC und
dem Reihenruhepotential VR wird an die LEDs
in den nicht ausgewählten
Reihen und Spalten eine Sperr-Vorspannung angelegt, wobei dies auf
dem gewünschten
Pegel gemäß der spezifischen
Implementation geschieht, und jeder Ladungsaufbau innerhalb der
nicht ausgewählten
LEDs wird gemildert oder wird aus den LEDs getrieben. Nicht ausgewählte Reihen
sind an das Reihenruhepotential VR durch
zugehörige
Schalter 40 angeschlossen, so dass nicht angeschlossene
Reihen auf den gewünschten
Pegel gesetzt werden. Weil mindestens einige Schalter 35 üblicherweise
an das Spaltenruhepotential VC angeschlossen
sind, bewegt sich das Potential der schwebenden, nicht ausgewählten Reihen
in Richtung zum Spaltenruhepotential VC.
In einem spezifischen Beispiel ist VC = –33 V, und
die nicht ausgewählten
Reihen (Reihen #1, #3–#32
in 3) werden auf ein
Potential von ungefähr
8 Volt unter jenem der auf EIN geschalteten LED getrieben. Dies
schafft eine Sperr-Vorspannung an die nicht ausgewählten Reihenleiter
und Spaltenleiter relativ zu dem Potential am Anschluss 46 der
Spannungsquelle 45.
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Das Nettoergebnis, das sich durch
das Anschließen
nicht ausgewählter
Spaltenanschlüsse 14 an
das Spaltenruhepotential VC und nicht ausgewählter Reihenanschlüsse 13 an
das Reihenruhepotential VR ergibt, ist,
an LEDs, welche auf AUS geschaltet sind, eine Sperr-Vorspannung
anzulegen, wobei die Sperr-Vorspannung einen Ladungsaufbau aus den LEDs
treibt und darüber
ein Potential schafft, welches auffrischt oder eine Rück-Migration
von Partikeln in Richtung zur Originalposition schafft. Somit werden
alle LEDs im Array 10 in unregelmäßigen Intervallen aufgefrischt
(in Abhängigkeit
von den produzierten Bildern), und ein Güteabfall der LEDs, welcher
aufgrund von Partikel-Migration normalerweise auftritt, wird gestoppt,
umgekehrt und/oder verlangsamt. Aufgrund dieses Merkmals ist die
Lebensdauer der LEDs im Array 10 im Wesentlichen erhöht, in Abhängigkeit
von den spezifischen Materialien, wobei die Leistungsfähigkeit
relativ konstant bleibt und eine Leuchtdichte relativ konstant bleibt.
Ferner wird die Sperr-Vorspannung und das Merkmal, einen Ladungsaufbau
aus den LEDs zu treiben, ohne zusätzliche Spannungsquellen oder
andere teure und Platz verbrauchende Komponenten erzielt.
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Demzufolge ist ein neues und verbessertes organisches
LED-Array und eine Steuereinrichtung offenbart, welche relativ kostengünstig herzustellen und
zu betreiben sind. Ferner produziert das neue und verbesserte organische
LED-Array und die
Steuereinrichtung relativ konstantes Licht und hat eine relativ
lange Lebensdauer. Die Lebensdauer des Arrays wird durch die neue
Sperr-Vorspannung erhöht, welche
an individuelle Vorrichtungen während
des Normalbetriebs angelegt ist. Ferner erfordert das neue und verbesserte
organische LED-Array und die Steuereinrichtung keine zusätzliche
Spannungsquellen und schafft einen Helligkeitsüberschuss von 600 fL. Aufgrund
dieser Helligkeit können
das organische LED-Array und die Steuereinrichtung in Anzeigen für beinahe
jede Anwendung verwendet werden, einschließlich bei schwachen und hohen
Umgebungslicht-Bedingungen. Ferner machen die Größe, die vielseitige Verwendungsmöglichkeit
und die Fertigungskosten das organische LED-Array und die Steuereinrichtung
sehr wettbewerbsfähig
im Vergleich zu anderen Anzeigen, wie zum Beispiel LCDs und anderen.
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Während
wir spezifische Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben haben, kommen für den Durchschnittsfachmann
weitere Modifikationen und Verbesserungen auf. Wir gehen daher davon
aus, dass es selbstverständlich
ist, dass diese Erfindung nicht auf die besonderen gezeigten Formen
begrenzt ist, und wir beabsichtigen in den angehängten Ansprüchen, alle Modifikationen, welche
nicht vom Umfang dieser Erfindung abweichen, zu umfassen.