KR20240021969A - 픽셀 보상을 가지는 oled 기반 디스플레이 및 방법 - Google Patents

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KR20240021969A
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아말쿠마 피 고쉬
올리비에 프라체
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이매진 코퍼레이션
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Abstract

휘도의 손실에 대한 보상을 갖는 OLED 디스플레이 시스템이 제공되며, 이는 OLED 기반 디스플레이 픽셀들, 센서들을 갖는 감지 시스템, 프로세서를 포함하며, 프로세서는 LIA, LPF, 및 각각의 센서에 연결되고 각각의 센서에 대해 센서 신호를 제공하는 아날로그-디지털 회로를 갖는다. 프로세서는 주기적 신호를 갖는 구동 신호를 디스플레이 내의 적어도 하나의 OLED 픽셀에 인가하도록, 센서 신호를 수신하도록, LIA를 사용하여 주기적 신호에 기초하여 센서 신호들로부터 1차 주파수 성분을 제공하도록, LPF를 사용하여 센서 신호들로부터 2차 주파수 성분들을 제공하도록, ADC를 사용하여 2차 주파수 성분들을 디지털 신호로 변환하도록, 디지털 신호를 프로세서에 감지 신호로서 제공하도록, 그리고 상기 구동 신호에 대한 보상을 결정하도록 적응된다. 또한 방법이 제공된다.

Description

픽셀 보상을 가지는 OLED 기반 디스플레이 및 방법
관련 출원의 상호 참조
본 출원은, 2021년 6월 17일자로 출원되어 절차 진행 중인, 발명의 명칭이 "High-Sensitivity External Sensor for Compensation of OLED-Based Display and Method Therefor"인 미국 임시 특허 출원 제63/211749호에 대한 우선권을 주장하며, 이 미국 임시 특허 출원의 전체 명세서는 참조에 의해 본원에 완전히 포함된다.
본 발명은 이미지 디스플레이 기술에 관한 것으로, 특히 유기 발광 다이오드(OLED: organic light-emitting diode) 기반 디스플레이 내의 OLED 픽셀들의 시각 기능 보상에 관한 것이다.
유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이는 픽셀들의 어레이를 포함하며, 픽셀들의 각각은 일반적으로 광을 제공하기 위한 적어도 하나의 OLED를 포함한다. 각각의 OLED는 캐소드와 애노드 사이에 위치되는 발광성 유기 재료의 발광 층(또는 다수의 서브층들)을 포함한다. 발광성 유기 재료는, 캐소드와 애노드에 인가된 전기적 신호에 반응하여, 광을 방출한다. 픽셀들에 적절한 구동 신호를 인가함으로써, 디스플레이에 의해서 원하는 이미지가 생성된다.
당업자에게 잘 알려진 바와 같이, OLED 요소에 대한 사용 시간이 누적됨에 따라, 휘도의 손실로서 나타나는 성능 저하의 문제가 발생된다. 결과적으로, 스트레스의 누적 기간뿐만 아니라 각각의 픽셀이 시간이 지남에 따라 받는 스트레스의 양의 차이들 때문에, 디스플레이 전반에 걸친 OLED 기반 픽셀들의 휘도의 변화가 시간이 지남에 따라 발생될 것이다. 예를 들어, 일부 경우에, 디스플레이 내의 일부 OLED는 고정된 기호, 패턴 또는 아이콘으로 인해 다른 OLED보다 더 많은 스트레스를 받는다. 안타깝게도, 개별 픽셀들을 감지하지 않으면 픽셀들 중에서 성능 저하의 위치들 및 심각도가 식별될 수 없다.
그러나 일반적인 픽셀 구동 회로에서 나노암페어 범위(nA)의 작은 전기적 진폭과 같은 고유한 신호 특성들로 인해 OLED 디스플레이에서 픽셀 휘도 저하를 보상하는 것은 어렵다. 문제를 더욱 복잡하게 만드는 것은 픽셀 영역에서 사용 가능한 공간의 양이 한정된다는 점이다. 특히, 예를 들어, 증강 현실(AR) 및 가상 현실(VR) 디바이스들과 같은 니어-아이(near-eye) 응용분야에서의 마이크로디스플레이(예컨대, 인치당 도트 개수가 수천 개가 넘는 마이크로 디스플레이)를 위해 사용되는 고밀도 디스플레이의 경우 더욱 그렇다. 일반적으로, 이러한 픽셀 영역들은 이들이 필요로 하는 전기적 구성요소들(예컨대, 트랜지스터들, 커패시터들 등)의 고밀도로 인해 이미 공간 제한적이다. 결과적으로, 전체 신호 무결성이나 제조 수율에 부정적인 영향을 주지 않으면서 픽셀 보상을 위한 추가의 구성요소들을 추가하는 것은, 불가능하지 않다고 하더라도, 어렵다.
시각 기능(visual-performance) 보상을 위한 기존 접근 방식은 디스플레이의 활성 픽셀 영역(즉, 디스플레이 영역) 외부의 영역들에 있는 디스플레이 백플레인 안에 내장된 감지 유닛들을 채용한다. 한 가지 예시적 접근 방식은 디스플레이 영역 바로 외부에 있는 활성 픽셀 어레이의 기판 상에 하나(또는 둘 이상)의 참조 픽셀을 배치하는 것을 포함한다. 기준 픽셀에 걸리는 전압 변화는 측정되어, 측정된 변화에 따라 디스플레이 영역 내의 픽셀들을 보상하기 위해서 사용된다. 이러한 접근 방식은, 예를 들어, 미국 특허 제7,321,348호(Cok et al.)에 설명되어 있으며, 이 미국 특허는 참조에 의해서 본 명세서에 완전히 포함된다.
보상을 위한 또 다른 예시적 선행 기술의 접근 방식은 디스플레이 영역 내 각각의 활성 픽셀의 초기 상태를 측정하는 것, 및 시스템의 백플레인 상의 피드백 루프를 통해 이의 전류 값을 측정하고, 이를 메모리에 저장하는 것을 포함한다. OLED 성능 저하에 대응되는 저항 변화는 전류 피드백을 관찰함으로써 결정되고, 각각의 OLED에 대한 보상 레벨을 설정하기 위해서 사용된다. 이러한 접근 방식은, 예를 들어, 미국 특허 공개 제2005/0110420호(Arnold et al.)에 설명되어 있으며, 이 미국 특허 공개는 참조에 의해서 본 명세서에 완전히 포함된다.
불행하게도, 이러한 선행 기술의 보상 접근 방식은 많은 응용분야들에 대해 불충분하고, 디스플레이 및 이의 백플레인 기술의 비용과 복잡성을 크게 증가시킨다.
OLED 기반 디스플레이에서 실용적이고 저렴한 방식으로 시각 기능 보상을 제공하는 것에 대한 필요성이 선행 기술에서 아직까지 충족되지 않은 상태로 남아 있다.
본 개시내용은 디스플레이의 백플레인 외부에 있는 센서들을 사용하는 OLED 기반 디스플레이의 시각 기능 보상에 관한 것이며, 여기서 센서들의 감도는 때때로 이러한 배열체들과 연관된 낮은 광학 신호 파워를 극복하기 위해 향상된다. 디스플레이 픽셀들의 출력 안으로 주기적 신호를 임베딩(embeding)함으로써, 그리고 백플레인 외부에 있는 캐리어 보드 상에 장착된 ASIC 상에 있는 컴팩트 로크인 증폭기를 사용하여 주기적 신호를 검출함으로써, 센서들의 감도가 향상된다.
예시적인 실시형태는 실리콘 백플레인 상에 배치된 기존의 OLED 디스플레이, OLED 방출 구역 근처에 위치된 복수의 센서들, 및 백플레인 외부에 있고 컴팩트한 로크인 증폭기를 포함하는 프로세싱 회로를 포함하는 ASIC를 포함한다. 일부 실시형태에서, 방출 윈도우로부터 휘도를 검출하기 위해 단일 센서만이 사용된다.
일부 실시형태에서, 광학 요소들, 예컨대, 회절 격자들, 각진 패싯들, 회전 거울들 등은 센서들의 광 수집 효율을 향상시키기 위해 디스플레이의 유리 커버 플레이트의 하나 이상의 에지(edge)들 상에 배치된다.
작동 시, 복수의 픽셀들에 포함된 OLED들은 알려진 1차 주파수에서 변조된다. 활성 OLED 디스플레이 영역으로부터의 광뿐만 아니라 디스플레이를 둘러싸는 주변 환경으로부터의 미광은 센서 시스템에 있는 센서들 중 하나 이상에서 노이즈(noise)가 혼합된 신호로서 수신된다. 센서 시스템은 프로세싱 회로 및 1차 주파수를 검출하는 로크인 증폭기에 전기적 출력 신호를 제공하여, 노이즈가 혼합된 신호로부터 이의 선택적 검출을 가능하게 한다. 다음으로 하나 이상의 픽셀들의 루미네선스(luminance)는 검출된 1차 주파수 신호로부터 결정된다.
일부 실시예에서, 단지 하나의 픽셀만의 OLED가 1차 주파수로 변조된다.
일부 실시형태에서, 프로세싱 회로는 노이즈가 혼합된 신호 또는 검출된 1차 주파수 신호의 잔류 고주파 성분을 억제하기 위한 로우패스 필터를 포함한다.
본 발명의 제1 예시적 실시형태에서, 휘도의 손실에 대한 시각 기능 픽셀 보상을 갖는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 시스템이 제공된다. OLED 디스플레이 시스템은 OLED 기반 디스플레이 픽셀들 - 각각의 디스플레이 픽셀이 픽셀 구동 회로를 가짐 -, 센서들을 포함하는 감지 시스템, 및 프로세서를 포함한다. 프로세스는 로크인 증폭기(LIA), 로우패스 필터(LPF) 및 센서들의 각각에 작동적으로 연결된 아날로그-디지털(ADC) 회로를 포함한다. ADC 회로는 센서들의 각각에 대해 센서 신호를 제공한다. 프로세서는 임베디드된(embedded) 주기적 신호를 갖는 구동 신호를 디스플레이 내의 적어도 하나의 OLED 픽셀에 인가하도록, ADC 회로로부터 각각의 센서에 대한 센서 신호를 수신하도록, LIA를 사용하여 주기적 신호에 기초하여 센서 신호들로부터 1차 주파수 성분을 제공하도록, LPF를 사용하여 센서 신호들로부터 2차 주파수 성분들을 제공하도록, ADC를 사용하여 2차 주파수 성분들을 디지털 신호로 변환하도록, 디지털 신호를 프로세서에 감지 신호로서 제공하도록, 그리고 상기 구동 신호에 대한 보상을 결정하도록 적응된다.
프로세서는 증폭기를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서는 2차 주파수 성분들을 증폭하도록 적응된다. 디스플레이 시스템은 ADC로부터의 센서 신호들을, 신호들에 유의미한 노이즈를 추가하지 않으면서, 증폭하기 위한 전치 증폭기를 포함할 수 있다. 센서들은 광검출기들일 수 있다. 센서들은 디스플레이 시스템의 평면에 직교하게 배향될 수 있다. 주기적 신호를 갖는 구동 신호는 1차 주파수를 갖는 펄스 폭 변조(PWM)를 사용하여 변조될 수 있다. 주기적 신호는 디스플레이 프레임당 펄스 폭 변조 펄스들의 개수가 곱해진 디스플레이 재생률일 수 있다. 센서들 중 적어도 하나는 커버 유리, 센서 및 격자를 포함할 수 있고, 격자는 커버 유리의 적어도 하나의 측벽 안으로 형성된 슬릿들의 패턴들을 갖는다. 감지 시스템의 센서들 중 적어도 하나는 커버 유리, 센서, 패싯 및 마스킹 재료를 포함할 수 있다. 패싯은 센서를 장착하는 데 이용 가능한 면적을 증가시키도록 구성된 커버 유리의 경사진 에지일 수 있다. 마스킹 재료는 패싯에서 수신된 광을 차단하고 흡수하기 위한 것일 수 있다. 마스킹 재료는 포토레지스트 재료일 수 있다.
유기 발광 다이오드 디스플레이 시스템에서 이미지에 대한 적어도 하나의 픽셀을 보상하기 위한 방법이 또한 제공된다. 디스플레이 시스템은 OLED 기반 디스플레이 픽셀들을 포함하며, 각각의 디스플레이 픽셀은 픽셀 구동 회로를 갖는다. 이 방법은 센서들을 갖는 감지 시스템 및 프로세서를 제공하는 단계를 포함한다. 프로세스는 로크인 증폭기(LIA), 로우패스 필터(LPF) 및 센서들의 각각에 작동적으로 연결된 아날로그-디지털(ADC) 회로를 포함한다. ADC 회로는 센서들의 각각에 대해 센서 신호를 제공한다. 방법은 임베디드된(embedded) 주기적 신호를 갖는 구동 신호를 상기 디스플레이 내의 적어도 하나의 OLED 픽셀에 인가하는 단계, ADC 회로로부터 각각의 센서에 대한 센서 신호를 수신하는 단계, LIA를 사용하여 주기적 신호에 기초하여 센서 신호들로부터 1차 주파수 성분을 제공하는 단계, LPF를 사용하여 센서 신호들로부터 2차 주파수 성분들을 제공하는 단계, ADC를 사용하여 2차 주파수 성분들을 디지털 신호로 변환하는 단계, 디지털 신호를 프로세서에 감지 신호로서 제공하는 단계, 및 상기 구동 신호에 대한 보상을 결정하는 단계를 포함한다.
프로세서를 제공하는 단계를 포함하는 단계는 증폭기를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 방법은 2차 주파수 성분들을 증폭시키는 단계를 포함할 수 있다. 프로세서를 제공하는 단계는 증폭기를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 방법은 신호들에 유의미한 노이즈를 추가하지 않으면서 ADC로부터의 센서 신호들을 전치 증폭기로 증폭시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 1차 주파수를 갖는 펄스 폭 변조(PWM)를 사용하여 구동 신호를 변조하는 단계를 포함할 수 있다. 임베디드된 주기적 신호를 갖는 구동 신호를 인가하는 단계는 디스플레이 프레임당 펄스 폭 변조 펄스들의 개수가 곱해진 디스플레이 재생률에 의해서 계산된 주기적 신호를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 이미지 렌더링 시스템의 주요 특징부들의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1의 디스플레이의 일부분의 보다 상세한 사시도의 개략적 도면을 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 프로세싱 회로의 주요 구성요소들의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 디스플레이의 하나 이상의 픽셀을 보상하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 테스트 하의 OLED들에 제공되는 구동 신호에 임베딩하기에 적합한 변조 신호들의 2개의 예시적 그래픽 예시를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 외부에 위치된 센서들의 광 수집 효율을 향상시키기 위해 디스플레이의 커버 유리에 포함되기에 적합한 예시적 광학 요소들의 단순화된 개략도들을 도시한다.
다음은 개시내용의 원리들을 단지 예시한다. 따라서 당업자가 본 명세서에 명시적으로 설명되거나 도시되지는 않았지만 본 개시내용의 원리를 구현하고 이의 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 배열체를 고안할 수 있을 것이라는 점이 이해될 것이다.
또한, 본 명세서에서 언급된 모든 실시예와 조건부 표현은 분명히 원칙적으로, 본 기술을 발전시키기 위해 발명가에 의해서 기여된 개념들 및 개시내용의 원리들을 독자가 이해하는 데 도움을 주기 위한 교시적 목적을 위해서만 의도되고, 구체적으로 언급된 실시예들 및 조건들에 한정되지 않는 것으로서 해석되어야 한다.
더욱이, 본 개시내용의 원리, 양태 및 실시형태뿐만 아니라 이의 특정 실시예를 인용하는 본 명세서의 모든 진술은 구조적 균등물 및 기능적 균등물을 모두 포함하도록 의도된다. 또한, 이러한 균등물이 현재 알려진 균등물뿐만 아니라 미래에 개발될 균등물, 즉 구조에 관계없이 동일한 기능을 수행하도록 개발된 모든 요소를 포함하는 것이 의도된다.
따라서, 예를 들어, 당업자는 본 명세서의 임의의 블록도가 본 개시내용의 원리를 구현하는 예시적인 회로의 개념도를 나타낸다는 것을 이해할 것이다. 마찬가지로, 임의의 흐름도, 플로우 다이어그램, 상태 전이도, 의사 코드 등이, 컴퓨터 판독 가능 매체에 실질적으로 표시될 수 있고 따라서 컴퓨터 또는 프로세서(이러한 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시된 것인지 여부에 관계없이)에 의해서 실행될 수 있는 다양한 프로세스를 나타낸다는 것이 이해될 것이다.
"프로세서"로서 라벨링될 수 있는 임의의 기능 블록들을 포함하는, 도면에 표시된 다양한 요소의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 연관된 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 통해 제공될 수 있다. 프로세서에 의해서 제공되는 경우, 기능은 단일 전용 프로세서에 의해서, 단일의 공유된 프로세서에 의해서, 또는 일부는 공유될 수 있는 복수의 개별 프로세서들에 의해서 제공될 수 있다. 더욱이, 용어 "프로세서" 또는 "컨트롤러"의 명시적인 사용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 배타적으로 지칭하는 것으로 해석되어서는 안 되고, 디지털 신호 프로세서(DSP: digital signal processor) 하드웨어, 네트워크 프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 소프트웨어 저장을 위한 읽기 전용 메모리(ROM), RAM(Random Access Memory) 및 비휘발성 기억 장치를 암시적으로 포함할 수 있다. 기존의 그리고/또는 맞춤형의 기타 하드웨어가 또한 포함될 수 있다.
소프트웨어 모듈, 또는 간단히 소프트웨어인 것으로 시사되는 모듈은 본원에서 프로세스 단계의 성능 및/또는 텍스트 설명을 나타내는 흐름도 요소들 또는 기타 요소들의 임의의 조합으로서 표현될 수 있다. 이러한 모듈은 명시적으로 또는 암시적으로 도시된 하드웨어에 의해서 실행될 수 있다.
본 명세서에서 달리 명시적으로 상술되지 않는 한, 도면을 구성하는 형상은 축척에 따라 작도되지 않는다.
이제 도면들을 참조하면, 여기서 같은 참조 번호들은 여러 도면들 전체에 걸쳐 같은 요소를 지칭하며, 본 개시내용에 따른 이미지 렌더링 시스템의 주요 특징부들의 개략도가 도 1에 도시된다. 디스플레이(100)는 디스플레이 시스템(102), 감지 시스템(104) 및 프로세서(106)를 포함한다.
디스플레이 시스템(102)은 복수의 디스플레이 픽셀들을 포함하며, 이들의 각각은 복수의 OLED 기반 서브 픽셀들, 픽셀 구동 회로 및 연관된 시스템 전자장치들을 포함한다.
감지 시스템(104)은 복수의 센서들 및 센서들과 작동적으로 결합된 아날로그-디지털 변환(ADC: analog-to-digital conversion) 회로를 포함한다.
프로세서(106)는 바람직하게는 다음 중 적어도 일부를 수행하도록 구성된 외부 프로세서이다: 디스플레이 시스템(102)에 이미지 데이터를 제공하는 것; ADC 회로로부터 센서 신호를 수신하는 것; 프로그램들을 실행하고 데이터를 저장하는 것; 디스플레이 구역(202)(도 2 참조)에 있는 하나 이상의 OLED의 상태(즉, 성능 저하의 상태)를 추정하기 위한 소프트웨어 루틴들을 수행하는 것; OLED에 대한 적절한 구동 신호 보상을 결정하는 것; 및 이에 따라 이미지 데이터를 보상하여 보상된 구동 신호들을 대응되는 디스플레이 픽셀들에 제공하는 것. 도시된 실시예에서, 프로세서(106)는 통상적인 디스플레이를 구동하는 데 일반적으로 사용되는 이미지 프로세싱 시스템 안으로 통합된다. 그러나, 일부 실시형태에서, 프로세서(106)는 디스플레이 시스템 및/또는 감지 시스템에 로컬(local)인 하드웨어 및/또는 펌웨어를 포함한다. 일부 실시형태에서, 요구되는 보상을 결정하기 위한 방법들이 디스플레이의 펌웨어 안으로 통합되는 것이 바람직하다.
도 2는 디스플레이(100)의 일부분의 보다 상세한 사시도의 개략적 도면을 도시한다.
디스플레이 시스템(102)은 디스플레이 영역(202)을 포함하며, 이는 복수의 OLED 기반 픽셀들로부터의 광의 방출에 의해서 이미지들이 생성되는 디스플레이의 영역이다. 디스플레이 영역(202)("활성 OLED 픽셀 구역"이라고도 함)은 복수의 디스플레이 픽셀들을 포함하며, 이들의 각각은 적어도 하나의 OLED 및 이와 연관된 픽셀 구동 회로뿐만 아니라 기타 연관된 전자 회로를 포함한다.
복수의 OLED들 및 이들의 연관된 구동 회로는 디스플레이 영역(202)의 백플레인을 획정하는 기판(208) 상에 위치된다. 디스플레이 구역은 커버 유리(210)로 덮이고, 기판(208)은 캐리어 보드(212)의 전방 표면 상에 배치된다.
감지 시스템(104)은 센서들(204) 및 아날로그-디지털 변환(ADC) 회로(206)를 포함한다.
센서들(204)은 디스플레이 구역(202)의 둘레 주위로 배열되는 기존의 광학 센서들이다. 도시된 실시예에서, 센서들(204)의 각각은 기존의 광검출기나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 임의의 적절한 센서가 감지 시스템(104)에 사용될 수 있다. 센서들(204)은, 이들 각자의 기판들이 기판(208)의 평면에 직교하도록 배향되고, 결과적으로, 커버 유리(210)의 에지들에서 OLED로부터 광을 수신하도록 배열된다. 일부 실시형태에서, 커버 유리(210)는 디스플레이 픽셀들의 OLED들 중 하나 이상 것의 루미네선스를 감지하는 센서들(204)의 능력을 향상시키기 위한 광학 요소들(예를 들어, 회절 광학 요소들, 홀로그램들, 프리즘들, 각진 거울 등)을 포함한다.
ADC 회로(206)는 하나 이상의 기존의 아날로그-디지털 변환기 회로들 및 센서들(204)의 출력을 프로세서(106)에 의해서 사용 가능한 디지털 신호들로 변환하기에 적합한 연관된 추가적인 구성요소들을 포함한다.
본 명세서를 읽은 후 당업자에게 명백한 바와 같이, 광학 센서들(예컨대, 광검출기들)은 OLED 마이크로디스플레이의 저휘도의 범위에서 제한된 감도를 가질 수 있다. 결과적으로, 디스플레이의 단일 픽셀(또는 서브픽셀)의 루미네선스 강도는 일부 센서들에 의해서 측정되기에는 너무 작을 수 있다. 또한, 휘도의 픽셀-대-픽셀 차이는 이러한 센서들의 감도에 비해 매우 작을 수 있어, 외부 보상 시스템에서 포스트-프로세싱 회로가 차이를 구별 짓는 것을, 불가능하지는 않지만, 어렵게 할 수 있다.
그러나, 본 개시내용의 일 양태에 따르면, 디스플레이에 의해서 테스트 이미지가 생성될 수 있으며, 이는 디스플레이의 어떤 OLED들(있는 경우)이 보상을 필요로 하는지, 및 이들을 어떻게 보상할 것인지를 결정하기 위해서 사용될 수 있다. 구체적으로, 테스트 하에서 각각의 OLED의 출력에 주기적 기능을 임베딩하고 이들의 출력 신호들의 검출에 로크인 증폭기(lock-in amplifier) 검출 기술들을 채용함으로써, 센서 감도가 향상될 수 있다. 일부 경우에, 이러한 이미지는, 센서 또는 센서들의 감도가 충분한 경우, 하나의 픽셀의 출력에 한정될 수 있다. 또한, 본원에 개시된 방법들은 테스트 이미지에 필요한 픽셀들의 개수가 시간이 지남에 따라 실험적으로 결정될 수 있는 학습 프로세스를 가능하게 한다.
또한, 커버 유리(210)의 에지들 상에 격자(grating) 슬릿들을 포함시킴으로써 센서들의 광 수집 효율이 향상될 수 있으며, 이로써 OLED 마이크로디스플레이에 대한 외부 센서 기반 보상 시스템에서의 전체적인 광-검출 감도를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 개시내용에 따른 프로세싱 회로의 주요 구성요소들의 블록 다이어그램을 도시한다. 프로세싱 회로(206)는 선택적인 전치증폭(preamplification) 단계(302), 로크인 증폭기(LIA)(304), 로우패스 필터(LPF: low-pass filter)(306), 선택적인 증폭 단계(308) 및 아날로그-디지털 변환기(310)를 포함한다.
도 4는 본 개시내용에 따른, 디스플레이에서 하나 이상의 픽셀들을 보상하기 위한 방법의 동작들을 도시한다. 방법(400)은 동작 401로 시작되며, 여기에서 프로세서(106)는 구동 신호(110)를 디스플레이 구역(202) 내의 OLED들의 일 그룹에 적용하며, 여기서 주기적 신호가 구동 신호에 임베디드(embedded)된다. 일부 실시형태에서, 프로세서(106)는 디스플레이(100)의 단지 하나의 OLED에만 주기적 신호를 포함하는 구동 신호를 인가한다. 일반적으로, 고변조 주파수가 저변조 주파수보다 더 적은 노이즈 영향을 갖기 때문에 고변조 주파수를 갖는 주기적 신호가 선호된다는 것이 주의되어야 한다.
도시된 실시예에서, 인가된 구동 신호는 1차 주파수를 갖는 펄스 폭 변조(PWM: pulse-width modulation)를 사용하여 변조되나, 임의의 적절한 변조 방식이 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 테스트 하의 픽셀들의 출력을 변조하기 위해서 사용될 수 있다.
도 5는 본 개시내용에 따른, 테스트 하의 OLED들에 제공되는 구동 신호에 임베딩하기에 적합한 2개의 예시적 변조 신호들을 도시한다.
변조 신호(500)는 50% 듀티 사이클을 갖고, 각각의 디스플레이 프레임의 제1 반부(half)를 차지하는 신호 연속 펄스 주기를 사용하여 구현된다.
변조 신호(502)는 또한 50% 듀티 사이클을 가지나, 이는 각각의 디스플레이 프레임 내에서 5개의 짧은 펄스 주기들을 사용하여 구현된다.
각각의 변조 신호에 대해, 1차 변조 주파수는 디스플레이 프레임당 PWM 펄스들의 개수에 의해서 곱해진 디스플레이 재생률(즉, 초당 디스플레이 프레임들의 개수)에 의해서 주어진다. 예시적인 변조 신호들(500 및 502)의 각각에 대해, 프레임 재생률은 초당 120개의 프레임들과 동일하다. 결과적으로, 변조 신호들(500 및 502)의 1차 변조 주파수들은 각각 120 Hz 및 600 Hz이다. 위에서 언급된 바와 같이, 더 높은 변조 주파수를 갖는 주기적 신호는 일반적으로 더 낮은 주파수를 갖는 주기적 신호보다 더 적은 노이즈 영향을 갖는다. 결과적으로, 변조 신호(502)가 일반적으로 변조 신호(500)보다 선호될 것이다.
동작 402에서, 센서들(204)은 디스플레이 구역(202)으로부터의 광을 검출한다. 본 명세서를 읽은 후 당업자에게 명백해지는 바와 같이, 센서들(204)에 의해서 검출된 광은 각각의 구동된 OLED에 의해서 생성된 광학 신호들(즉, "픽셀 루미네선스")뿐만 아니라 디스플레이 구역(202)을 둘러싸는 환경으로부터의 미광(stray light)을 포함하는 광학 노이즈를 포함하는 "혼합된 루미네선스 신호"이다. 일부 경우에, 광학 노이즈 루미네선스가 픽셀 루미네선스보다 더 강할 수 있으며, 따라서, 광학 노이즈 루미네선스가 센서 출력을 지배할 것이다. 결과적으로, 센서 출력(108)은 프로세서(106)에 부정확한 광학 정보를 제공할 것이며, 디스플레이의 OLED들의 노화에 대한 부정확한 보상으로 이어질 것이다.
따라서, 픽셀 노화가 정확하게 결정될 수 있도록 그리고 OLED들에 적절한 보상이 적용될 수 있도록, 노이즈가 있는 혼합된 루미네선스 신호로부터 픽셀 루미네선스를 선택적으로 뽑아 내는 것이 필요하다.
선택적 전치증폭 단계(302)는 신호에 유의미한 노이즈를 추가하지 않으면서 센서 출력(214)을 증폭하기 위해 적합한 기존의 전치 증폭기(preamplifier)이다. 전치증폭 단계 후에, PWM 변조 주파수가 센서 출력(214)에서 지배적인 상태로 유지될 것이라는 점이 주의되어야 한다.
동작 403에서, 동기식 복조는 센서 출력(214) 내의 1차 주파수 성분을 검출하는 데 사용된다.
도시된 실시예에서, 동기식 복조는 프로세서(106)에 의해서 제공되는 구동 신호(110)에 적용된 알려진 변조에 기초하여 센서 출력(214) 내의 1차 주파수 성분을 선택적으로 검출하는 LIA(304)를 통해 수행된다. 알려진 변조 주파수는 일반적으로 프로세서(106)에 의해서 LIA(304)에 제공되어, 복조 기준 주파수로서 사용될 수 있다.
LIA(304)는 디스플레이(100)의 백플레인 외부에 있는 주문형 집적 회로(ASIC: application-specific integrated circuit) 상에 제조된 로크인 증폭기 회로이다.
LIA(304)는 센서 출력(214) 내의 PWM 성분의 1차 주파수를 검출하며, 이로써 픽셀 루비네선스가 디스플레이 구역(202) 주위의 환경으로부터 생기는 노이즈 신호들로부터 분리될 수 있게 한다.
일부 실시형태에서, LIA(304)는 1차 변조 신호를 선택적으로 선택하고, 이를 복조하여 휘도 강도와 상이할 수 있는 DC 성분을 획득한다.
동작 404에서, LIA로부터의 잔여 주파수들은 기존의 로우패스 필터(LPF)(306)를 통해 필터링된다.
선택적 동작 405에서, 로우패스 필터(306)의 출력은 선택적 증폭 단계(308)에 의해서 증폭된다. 도시된 실시예에서, 증폭 단계(308)는 연산 증폭기뿐만 아니라 기타 연관된 회로를 포함한다.
동작 406에서, 로우패스 필터(306)의 출력은 기존의 아날로그-디지털 변환기(ADC)(310)를 통해 디지털 신호로 변환되고, 감지 신호(108)로서 프로세서(106)에 제공된다.
디스플레이로부터의 하나 이상의 OLED들의 변조된 출력의 1차 주파수를 선택적으로 검출하는 능력은 선행 기술에 비해 다음과 같은 상당한 장점을 본 개시내용에 따른 실시형태에 제공한다:
i. 외부 센서 감도가 향상될 수 있고, OLED 기반 마이크로디스플레이의 픽셀 보상 방법에서, 무시할 수 있을 정도로 낮은 휘도 범위의 차이가 검출될 수 있다는 것; 또는
ii. 상당한 노이즈 성분과 혼합된 출력으로부터 유효한 신호 성분들이 선택적으로 선택될 수 있다는 것; 또는
iii. i와 ii의 조합.
일부 실시형태에서, 전치증폭 단계(302) 및 증폭 단계(308) 중 하나 또는 둘 모두가 프로세싱 회로(206)에 포함되지 않는다는 것이 주의되어야 한다.
동작 407에서, 프로세서는 감지 신호(108)에 기초하여 이미지 생성 동안 구동 신호(110)에 대한 적절한 보상을 결정한다.
일부 실시형태에서, 2021년 6월 10일자로 출원된 발명의 명칭이 “OLED-Based Display Having Pixel Compensation and Method”인 미국 임시 특허 출원 제63/209,215호(Attorney Docket: 6494-237PR1)에 설명된 보상 방법들과 같은 추가적인 보상 방법이 본원에 설명된 방법 및 장치를 확장시키기 위해 사용되며, 이 미국 임시 특허 출원은 참조에 의해서 본 명세서에 포함된다.
일부 실시 형태에서, 커버 유리(210) 상에 또는 내에 하나 이상의 광학 요소를 포함시킴으로써 센서들(204)에 의해서 수집되는 광의 양을 향상시키는 것이 바람직하다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시내용에 따른, 외부에 위치된 센서들의 광 수집 효율을 향상시키기 위해 디스플레이의 커버 유리에 포함되기에 적합한 예시적 광학 요소들의 개략도들을 도시한다.
배열체(600)는 커버 유리(210), 센서(204) 및 격자(602)를 포함한다.
격자(602)는 커버 유리(210)의 에지에 형성된 슬릿들(604)의 패턴을 포함한다. 슬릿들(604)은 커버 유리의 측벽들 안으로 형성된 좁은(예컨대, 폭이 10 마이크론 또는 수십 마이크론 정도 등) 특징부이다.
도시된 실시예에서, 슬릿들(604)은 레이저 리소그래피를 사용하여 커버 유리의 측벽들 안으로 형성되나, 슬릿들(604)을 형성하기 위한 임의의 적절한 방법이 사용될 수 있다. 슬릿들(604)을 형성하기 위한 적합한 방법은 레이저 보조 에칭(laser-assisted etching), 단일점 다이아몬드 가공(single-point diamond machining), 레이저 어블레이션(laser ablation), 입자 블라스팅(particle blasting) 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 일부 실시형태에서, 격자(602)는 섀도우 마스크 침착 등과 같은 방법을 통해 커버 유리(210)의 측벽들 상에 침착된 재료의 패턴들을 포함한다.
배열체(606)는 커버 유리(210), 센서(204), 패싯(608) 및 마스킹 재료(610)를 포함한다.
패싯(608)은 센서(204)를 장착하는 데 이용 가능한 면적을 증가시키도록 구성된 커버 유리의 경사진 에지이다. 일부 경우에, 경사진 에지는 더 많은 광을 센서의 감지 영역 안으로 굴절시키는 역할을 한다.
마스킹 재료(610)는 패싯(608)에서 수신된 광을 차단하고/하거나 흡수하기 위해 적합한 재료이다. 도시된 실시예에서, 마스킹 재료(610)는 블랙 포토레지스트 재료(즉, 블랙 매트릭스)이나, 마스킹 재료(610)에서 사용을 위해 적합한 수많은 재료들이 숙련된 기술자에게 본 명세서를 읽은 후에 명백해질 것이다.
본 명세서가 본 발명의 예시적 실시형태의 일부 실시예를 교시하고 있다는 것, 및 당업자가 본 개시내용을 읽은 후 본 발명의 다양한 변형예를 쉽게 고안할 수 있다는 것, 및 본 발명의 범위가 다음의 청구범위에 의해서 결정된다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (15)

  1. 휘도의 손실에 대한 시각 기능(visual-performance) 픽셀 보상을 갖는 유기 발광 다이오드(OLED: organic light-emitting diode) 디스플레이 시스템으로서,
    (a) 복수의 OLED 기반 디스플레이 픽셀들 - 각각의 디스플레이 픽셀은 픽셀 구동 회로를 포함함 -;
    (b) 복수의 센서들을 포함하는 감지 시스템; 및
    (c)프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는,
    (i)로크인 증폭기(LIA: lock-in amplifier);
    (ii)패스 필터 (LPF: low pass filter); 및
    (iii) 상기 센서들 각각에 작동적으로 연결되고, 상기 센서들 각각에 대해 센서 신호를 제공하는 아날로그-디지털(ADC: analog to digital) 회로를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    (iv) 임베디드된(embedded) 주기적 신호를 갖는 구동 신호를 상기 디스플레이 내의 적어도 하나의 OLED 픽셀에 인가하도록,
    (v) 상기 ADC 회로로부터 각각의 센서에 대한 상기 센서 신호를 수신하도록,
    (vi) 상기 LIA를 사용하여 상기 주기적 신호에 기초하여 상기 센서 신호들로부터 1차 주파수 성분을 제공하도록,
    (vi) 상기 LPF를 사용하여 상기 센서 신호들로부터 2차 주파수 성분들을 제공하도록,
    (vii) 상기 ADC를 사용하여 상기 2차 주파수 성분들을 디지털 신호로 변환하도록,
    (viii)상기 디지털 신호를 상기 프로세서에 감지 신호로서 제공하도록, 그리고
    (ix)상기 구동 신호에 대한 보상을 결정하도록 적응된, OLED 디스플레이 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 증폭기를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 2차 주파수 성분들을 증폭하도록 적응된, OLED 디스플레이 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 시스템은 상기 ADC로부터의 상기 센서 신호들을, 상기 신호들에 유의미한 노이즈(noise)를 추가하지 않으면서, 증폭하기 위한 전치 증폭기를 포함하는, OLED 디스플레이 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서들는 광검출기들인, OLED 디스플레이 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서들은 상기 디스플레이 시스템의 평면에 직교하게 배향된, OLED 디스플레이 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주기적 신호를 갖는 상기 구동 신호는 상기 1차 주파수를 갖는 펄스 폭 변조(PWM: pulse-width modulation)를 사용하여 변조되는, OLED 디스플레이 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주기적 신호는 디스플레이 프레임당 펄스 폭 변조 펄스들의 개수가 곱해진 디스플레이 재생률인, OLED 디스플레이 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 감지 시스템의 상기 센서들 중 적어도 하나는 커버 유리, 센서 및 격자(grating)를 포함하고,
    상기 격자는 상기 커버 유리의 적어도 하나의 측벽 안으로 형성된 슬릿들의 패턴들을 포함하는, OLED 디스플레이 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 감지 시스템의 상기 센서들 중 적어도 하나는 커버 유리, 센서, 패싯(facet) 및 마스킹 재료를 포함하고,
    상기 패싯은 상기 센서를 장착하기 위해 이용 가능한 면적을 증가시키도록 구성된 상기 커버 유리의 경사진 에지이고,
    상기 마스킹 재료는 상기 패싯에서 수신된 빛을 차단하고 흡수하기 위한 것인, OLED 디스플레이 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마스킹 재료는 포토레지스트(photoresist) 재료인, OLED 디스플레이 시스템.
  11. 복수의 OLED 기반 디스플레이 픽셀들을 포함하는 유기 발광 다이오드 디스플레이 시스템에서 이미지에 대한 적어도 하나의 픽셀을 보상하기 위한 방법으로서, 각각의 디스플레이 픽셀은 픽셀 구동 회로를 포함하고, 상기 방법은,
    (a) 복수의 센서들 및 프로세서를 포함하는 감지 시스템을 제공하는 단계 - 상기 프로세서는,
    (i) 로크인 증폭기(LIA: lock-in amplifier);
    (ii) 로우패스 필터 (LPF: low pass filter); 및
    (iii) 상기 센서들 각각에 작동적으로 연결되고, 상기 센서들 각각에 대해 센서 신호를 제공하는 아날로그-디지털(ADC: analog to digital) 회로를 포함함 -;
    (b) 임베디드된(embedded) 주기적 신호를 갖는 구동 신호를 상기 디스플레이 내의 적어도 하나의 OLED 픽셀에 인가하는 단계;
    (c) 상기 ADC 회로로부터 각각의 센서에 대한 상기 센서 신호를 수신하는 단계;
    (d) 상기 LIA를 사용하여 상기 주기적 신호에 기초하여 상기 센서 신호들로부터 1차 주파수 성분을 제공하는 단계;
    (e) 상기 LPF를 사용하여 상기 센서 신호들로부터 2차 주파수 성분들을 제공하는 단계;
    (f) 상기 ADC를 사용하여 상기 2차 주파수 성분들을 디지털 신호로 변환하는 단계;
    (g) 상기 디지털 신호를 상기 프로세서에 감지 신호로서 제공하는 단계; 및
    (h) 상기 구동 신호에 대한 보상을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서를 제공하는 단계를 포함하는 단계는 증폭기를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 상기 2차 주파수 성분들을 증폭하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서를 제공하는 단계는 전치 증폭기를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 상기 ADC로부터의 상기 센서 신호들을 상기 전치 증폭기로, 상기 신호들에 유의미한 노이즈를 추가하지 않으면서, 증폭하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 1차 주파수를 갖는 펄스 폭 변조(PWM)를 사용하여 상기 구동 신호를 변조하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    임베디드된 주기적 신호를 갖는 구동 신호를 인가하는 단계는, 주기적 신호가 디스플레이 프레임당 펄스 폭 변조 펄스들의 개수가 곱해진 디스플레이 재생률인 것을 포함하는, 방법.
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