Ein Degradationsmodell für blaue fluoreszente OLEDs zur Kompensation der Pixel-Leuchtdichte-Abnahme und Erhöhung der Lebensdauer von OLED Displays
Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Grundlage zur Erhöhung der OLED-Lebensdauer ist ein genaues Degradationsmodell, das mit elektronischen Mitteln die tatsächliche Effizienz ermittelt und eine Alterungskompensation von OLED-Pixeln ermöglicht. Die neusten OLED-Devices von Merck und Novaled wurden während Lebensdauertests auf I-V-L (Leuchtdichte) Charakteristik untersucht. Die blauen fluoreszenten OLEDs, aber auch grüne phosphoreszente OLEDs zeigten dabei ähnliche Verhalten beim Alterungsprozess. Erwähnenswert ist, dass die Abnahme der Effizienz in verschiedenen Alterungsstadien stark vom Arbeitspunkt abhängt. Diese Tatsache hat hohe Relevanz für die Alterungskompensation und stellt zugleich eine große Herausforderung für das Degradationsmodel dar. In diesem Projekt wurden ein Korrelationsmodel und ein Data-Counting-Modell aufgestellt. Das Korrelationsmodel stellt die relative Änderung der Stromeffizienz in Zusammenhang mit einer relativen Änderung des OLED-Stroms her. Die (R2)-Korrelation ist recht hoch, wenn der Arbeitspunkt im mittleren oder unteren Bereich liegt. Zu Beginn des Degradationsprozesses ist die Abweichung groß, so dass ein Offset in die lineare Korrelation einzufügen ist. Das gängige Data-Counting-Modell wurde dahingehend erweitert, dass der berechnete Stress sowohl die Stromamplitude als auch die Betriebstemperatur berücksichtigt. Das neue Data-Counting-Modell mit dieser Stress-Funktion kann das Alterungsverhalten unter verschiedenen Betriebsbedingungen gut wiedergeben. Der nächste Schritt ist, diese beiden Modelle zu kombinieren. Das hohe Gewicht des Data-Counting-Modells in den ersten Betriebszeiten wird sukzessiv auf das Korrelationsmodell verschoben. Die jeweilige Stärke der beiden Modelle kann so im Kombinationsmodell genutzt werden. Das Kombinationsmodell gilt jedoch nur für einen definierten Arbeitspunkt. Ein komplett neues elektro-optisches Modell wurde aufgestellt, das im Kern aus zwei parallelen Dioden besteht, nämlich die emittierende und die nicht-emittierende Diode in Emission Layer. Die Stromverteilung zwischen den zwei Dioden hängt vom Arbeitspunkt ab. Da die Leuchtdichte proportional zum Strom der emittierenden Diode ist, hängt die Effizienz vom Arbeitspunkt ab. Das Alterungsverhalten der OLED kann mittels Drift der Parameter beschrieben werden. Der Sättigungsstrom der emittierenden Diode wird mit der Effizienz aus dem Kombinationsmodell funktionell verknüpft. Mit umfangreichen Offline-Simulationen kann die relative Effizienz mit einer 2D Lookup-Tabelle als Funktion von Alterungszustand und Arbeitspunkt bestimmt werden. Das Degradationsmodell erlaubt die Kompensation der gealterten Pixel, indem man den Original- Grauwert so weit erhöht, dass die Ziel-Leuchtdichte erreicht wird. Ein besonderes Problem stellt die Kompensation für analoge Ansteuerung, das Standard-Verfahren für AMOLED Displays, dar. Ein geänderter Grauwert bedeutet auch einen geänderten Arbeitspunkt. Basierend auf einer impliziten Gleichung für die Ziel-Leuchtdichte wird die binäre Suche verwendet, so dass eine Lösung mit einer begrenzten Anzahl von Rechenschritten gefunden werden kann. Da das Degradationsmodell arbeitspunktabhängig und über mehrere Größenordnungen gültig ist, können Grauwerte über einen weiten Bereich kompensiert werden. Das Degradationsmodel wurde mit OLED-Devices validiert. Der Kompensationsalgorithmus wurde auf einem FPGA implementiert, das ein kleines AMOLED-Display steuern kann. Der Image-Sticking-Artefakt auf Displays kann effektiv unterdrückt werden, so dass die Lebensdauer eines Displays signifikant (> 10X) erhöht werden kann. Die Arbeit hat große Beachtung in Fachkreisen und der Industrie gefunden. Das in diesem Projekt erforschte Modell und die Methode können auch für die aufsteigende Displaytechnologie, Micro-LEDs, appliziert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Degradation behavior of blue OLEDs. SID Symp Dig Tech Pap. 2015; 46(S1):62–62
Jiang X, Volkert P, Xu C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/sdtp.10538) - “Characterization and compensation of OLED aging in a digital AMOLED system”, Journal of SID, December 2015, Volume 23, Issue 12, p 570–579
P. Volkert, X. Jiang, C. Xu
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/jsid.401) - "Data-Counting Model for Empirical Prediction of OLED Degradation", IDW/AD16, Japan, December 2016, Conference Record, p 651-653
Xingtong Jiang, Chihao Xu
- “Active matrix organic light-emitting diode display and method for driving the same”, US11024214B2, 2016
Chihao Xu, Pascal Volkert
- "Acquiring longer AMOLED Lifetime with Digital Aging Compensation", SID Symposium, USA, May 2017, Digest of Technical Papers, p 207-210
Chihao Xu, Pascal Volkert, Xingtong Jiang
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/sdtp.11658) - "An Electro-optical OLED Model for Prediction and Compensation of AMOLED Aging Artifacts", SID Symposium, USA, May 2018, Digest of Technical Papers, p 441-444
Xingtong Jiang, Chihao Xu
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/sdtp.12595) - Image Processing for Enhancing Display Performance, IMID 2018, Korea, August 2018
Chihao Xu, Maxim Schmidt, Michael Grüning, Xingtong Jiang
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/JSEN.2020.3044392) - A unified OLED aging model combining three modeling approaches for extending AMOLED lifetime. J Soc Inf Display. 2021;1–17
Jiang X, Xu C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/jsid.1064)
