СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
LIGHT-EMITTING DEVICE

Настоящее изобретение относится к светоизлучающим устройствам с возбудителем и плоским светоизлучающим элементом с внутренней емкостью.
Известно, что интеграция пассивных фильтров является ключевой технологией для электронных схем высокой степени интеграции, потому что пассивные фильтры обычно требуют более чем 2/3 пространства обычных схем. Это особенно необходимо для применений, которым требуется крайне малая высота конструкции, таких как тонкие плоские дисплеи (плазменный дисплей, жидкокристаллические дисплеи и т.д.). Во множестве известных электрических устройств, таких как устройства мобильной связи, требуются напряжения, которые отличаются от постоянного (DC) напряжения, предоставляемого, например, от батареи. Чтобы преобразовать напряжение эффективным образом, используются, в частности, пассивные фильтры, такие как конденсаторы и катушки индуктивности. Например, используются тонкие катушки индуктивности поверхностного монтажа (SMT). Такие катушки индуктивности SMT обычно предоставляются с пластиковыми креплениями с контактами для монтажа устройства на плате печатной схемы (PCB).
В документе EP 05106924.3 раскрыто светоизлучающее устройство с герметизирующим интегральным возбудителем, имеющим многослойную структуру, в которой полностью интегрированы пассивные фильтры. Реализованы плоские возбудители с интегрированными пассивными фильтрами, состоящими из LC (L - катушка индуктивности, C - конденсатор) комбинаций, чтобы фильтровать искажения.
В документе WO 86/05304 раскрыт инвертор мощности низковольтного источника питания для электролюминесцентного устройства.
В документе EP 0492 362 раскрыта схема возбуждения для электролюминесцентного элемента.
В документе US 2003/0071821 раскрыта компенсация сигнала яркости для эмиссионных дисплеев.
В документе US 6 351 204 раскрыт тонкий магнитный элемент и трансформатор.
Целью изобретения является усовершенствование вышеупомянутого светоизлучающего устройства. В частности, целью настоящего изобретения является создание светоизлучающего устройства с уменьшенной толщиной.
Эта цель достигается светоизлучающим устройством согласно п. 1 формулы изобретения.
Соответственно, предложено светоизлучающее устройство с возбудителем и планарным светоизлучающим элементом. Возбудитель адаптирует доступное напряжение питания к требуемому току светоизлучающего элемента. Возбудитель выполнен плоским и содержит многослойную структуру и может быть соединен с источником и соединен с задней стороной светоизлучающего элемента, причем светоизлучающий элемент, имеющий внутреннюю емкость, соединен с упомянутым возбудителем таким способом, что внутренняя емкость служит пассивным выходным фильтром возбудителя.
Одна из существенных идей настоящего изобретения основана на том факте, что используется внутренняя емкость светоизлучающего элемента, обеспечивая возможность устранения или сокращения пассивного выходного фильтра возбудителя, который содержит электронную схему возбудителя. Таким образом может быть реализована система светоизлучающего устройства с оптимизированным формфактором с использованием плоского возбудителя. Устранение или сокращение выходной емкости сокращает количество компонентов возбудителя или его объем и вес. Следовательно, достигаются высокая плотность мощности, низкие затраты на изготовление и увеличенная надежность.
Предпочтительно, внутренняя емкость служит частью выходного фильтра возбудителя. В предпочтительном воплощении светоизлучающего устройства пассивный выходной фильтр возбудителя является катушкой индуктивности и/или конденсатором. Предпочтительным образом возбудитель, сформированный плоским, содержит многослойную структуру, причем катушка индуктивности содержит подложку с первой и второй стороной, обмотку и сердечник из магнитно-мягкого материала, причем обмотка встроена в подложку, причем сердечник содержит первый слой магнитно-мягкого материала, который размещен на первой стороне подложки, и второй слой магнитно-мягкого материала, который размещен на второй стороне подложки таким образом, что обмотка, по меньшей мере частично, покрыта первым слоем магнитно-мягкого материала и вторым слоем магнитно-мягкого материала. Таким образом может быть обеспечен очень тонкий возбудитель с интегрированными обмотками. Кроме того, возбудитель согласно этому приведенному для примера воплощению настоящего изобретения имеет простую конструкцию, которая может быть изготовлена при уменьшенных затратах. Не требуется предоставлять никакого специально сформированного сердечника цилиндрической формы. Это делает возбудитель согласно настоящему изобретению подходящим для массового производства. Кроме того, выгодным образом эта катушка индуктивности очень надежна вследствие того, что ее магнитный сердечник состоит из слоев магнитно-мягкого материала, предусмотренных на подложке. Увеличенная надежность может также быть обеспечена вследствие того, что не требуются никакие паяные соединения между катушкой индуктивности и подложкой.
Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения изолирующий слой предусмотрен между первым слоем магнитно-мягкого материала и первой стороной подложки и между вторым слоем магнитно-мягкого материала и второй стороной подложки. Слои магнитно-мягкого материала могут быть выполнены из металла с высокой проницаемостью, такого как µ-металл, аморфный металл или нанокристаллический металл. Кроме того, возможны такие материалы, как ферритовые полимерные компаунды (FPC), сердечники из порошкового железа или слои спеченного феррита. Толщина металлических слоев может быть очень малой, такой как в диапазоне от 20 мкм до 500 мкм.
2
Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения светоизлучающий элемент является органическим светоизлучающим диодом (OLED). OLED является устройством большой площади с чрезвычайно тонкими органическими слоями. Поэтому внутренняя емкость OLED относительно велика. Внутренняя емкость находится в диапазоне от 10 до 1000 пФ/мм. В результате может быть достигнуто, по меньшей мере, существенное сокращение выходной емкости возбудителя. Ключевым отличительным преимуществом OLED является формфактор очень тонкой и плоской конструкции. Предпочтительно, возбудитель соединен с задней стороной упомянутого OLED. В функциональном результате изобретения тот технический факт, что OLED может быть сделан сгибаемым или гибким сам по себе, может использоваться, чтобы служить отличительным признаком при конструировании возбудителя, который является таким же сгибаемым или гибким, как OLED. Таким образом, готовое светоизлучающее устройство становится в итоге сгибаемым или гибким, что является значительным преимуществом для большого числа возможных технических применений. Комбинация плоской конструкции и высокой гибкости приводит к получению очень плоского и эффективного устройства.
OLED
Емкость в комбинации с характеристикой во включенном состоянии OLED приводит к саморазряду с постоянной времени τ, которая находится в диапазоне приблизительно от 50 нс до 25 мкс. Тем самым возбудитель OLED может быть источником питания в режиме переключения для получения высокой эффективности. Возбудитель может быть смонтирован на задней стороне OLED, обеспечивая достижение превосходного формфактора. Дальнейшее преимущество изобретения состоит в том, что лампа, покрывающая большую площадь, состоит из одной большой плитки или ряда малых ячеек. Настоящее изобретение позволяет оборудовать каждую отдельную плитку OLED одним плоским возбудителем или каждую ячейку OLED ее собственным плоским возбудителем. Эти ячейки могут быть соединены параллельно, последовательно или в комбинации обоих способов.
Предпочтительно, светоизлучающий элемент, возбудитель и его элементы созданы настолько тонкими, что они являются сгибаемыми или гибкими. Предпочтительно, изобретение может быть применено к многим различным топологиям. Предпочтительным образом, возбудитель включает в себя преобразователь постоянного тока (DC-to-DC). Для напряжения питания, которое выше, чем диодное напряжение OLED, может быть применен понижающий преобразователь с токовым управлением. Для напряжения питания, которое ниже, чем диодное напряжение, может быть применен повышающий преобразователь с токовым управлением. В случае высокого различия между напряжением питания и диодным напряжением может использоваться преобразователь обратного хода с встроенным трансформатором. Могут применяться другие возможные преобразователи, такие как промежуточный вольтодобавочный преобразователь, прямой преобразователь, SEPIC-преобразователь, Сùk-преобразователь, двухтактный преобразователь, полумостовой преобразователь, полномостовой преобразователь или резонансный преобразователь. Каждый преобразователь может быть оснащен каскадом управления, так что выходом каждой ячейки OLED можно индивидуально управлять. Это важно для уменьшения силы света и управления цветом с использованием соответствующих изобретению OLED. Упомянутый плоский возбудитель содержит пассивный выходной фильтр, чтобы уменьшить выходное напряжение и пульсации тока. Емкости и индуктивность в комбинации с частотой переключения возбудителя OLED определяют пульсации напряжения. Это означает, что для данной частоты переключения выходной емкостной фильтр или индуктивно-емкостной фильтр могут быть спроектированы таким образом, что максимальная допустимая пульсация напряжения не превышается. Было найдено, что высокие частоты переключения позволяют устранить выходную емкость путем использования внутренней емкости OLED. Эти частоты зависят от устройства освещения, которое используется. Для более низких частот переключения выходная емкость не может быть удалена полностью, но только частично. Таким образом реализуется возбудитель высокой плотности мощности с превосходным формфактором.
Светоизлучающее устройство согласно настоящему изобретению может использоваться во множестве систем, включая системы, являющиеся системами бытового применения, системами освещения магазина, домашними осветительными системами, системами направленного освещения, системами местного освещения, системами волоконно-оптического применения, проекционными системами, дисплейными системами с самоподсветкой, сегментированными дисплейными системами, системами предупредительных знаков, системами освещения медицинского применения, дисплейными системами мобильных телефонов, системами индикаторных знаков, системами декоративного освещения или электронными системами в гибкой среде, такой как текстиль и другие предметы одежды.
Вышеупомянутые компоненты, а также заявленные компоненты и компоненты, которые должны использоваться в соответствии с изобретением в описанных воплощениях, не подлежат каким-либо специальным ограничениям относительно их размера, формы, выбора материала и технического принципа, так что критерии выбора, известные в подходящей области, могут быть применены без ограничений.
Дополнительные детали, характеристики и преимущества объекта изобретения раскрыты в подчиненных пунктах и в последующем описании соответствующих чертежей, на которых для примера показаны предпочтительные воплощения светоизлучающего устройства согласно изобретению.
Фиг.1 показывает схематичное представление светоизлучающего устройства согласно первому воплощению настоящего изобретения,
Фиг.2 показывает воплощение светоизлучающего устройства, включая его возбудитель,
Фиг.3 показывает другое воплощение светоизлучающего устройства, включая его возбудитель,
Фиг.4 показывает схематичное представление возбудителя для соответствующего изобретению светоизлучающего устройства, и
Фиг.5 показывает возможные соединения возбудителя с OLED светоизлучающего устройства.
Фиг.1 иллюстрирует светоизлучающее устройство 1 с возбудителем 10 и плоским светоизлучающим элементом 20. Светоизлучающее устройство 1 излучает свет в направлении вниз. Согласно показанному воплощению плоский светоизлучающий элемент 20 представляет собой OLED. Полное светоизлучающее устройство 1 может состоять из гибких/сгибаемых слоев, размещенных слоями.
Фиг.4 показывает возможное воплощение возбудителя 10. Возбудитель 10 выполнен плоским и содержит многослойную структуру. Далее, возбудитель 10 имеет один пассивный выходной фильтр 1la, чтобы адаптировать доступное напряжение питания к требуемому току светоизлучающего элемента 20. Выходной фильтр 1la является катушкой индуктивности 11a, содержащей подложку 12 с первой и второй стороной. В пределах подложки 12 предусмотрены две обмотки 15. Обмотки 15 встроены в подложку 12 и таким образом формируют составную часть подложки 12. Сердечник катушки индуктивности 11a сформирован слоями 13, 14 магнитно-мягкого металла, размещенными на первой и второй сторонах подложки 12 таким образом, что обмотки 15, по меньшей мере частично, покрыты магнитно-мягкими слоями 13, 14.
Подложка 12 является гибкой подложкой, такой как гибкая фольга, и вследствие того, что используются слои 13, 14 магнитно-мягкого материала, а не спеченные ферриты, как известно в технике, может быть обеспечена сгибаемая и гибкая катушка индуктивности 11a. Гибкость дополнительно улучшается за счет того, что магнитный сердечник, то есть слои 13, 14 магнитно-мягкого материала, имеет очень малую толщину.
Как проиллюстрировано на фиг.4, изолирующий слой 16 предусмотрен между первым слоем 13 магнитно-мягкого материала и первой стороной подложки 12 и между вторым слоем 14 магнитно-мягкого материала и второй стороной подложки 12. Обмотки 15 встроены в гибкую полиимидную подложку. Обмотки 15 катушки индуктивности выполнены как спиральные обмотки из медных слоев, нанесенных на положку 12. Чтобы улучшить адгезию слоев 13, 14 магнитно-мягкого материала к поверхностям гибкой фольги 12, слои 13, 14 магнитно-мягкого материала могут быть силикатированы на соответствующей поверхности для нанесения на подложку 12. На правой стороне показанного возбудителя 10 по фиг.4 дополнительно проиллюстрированы электронные компоненты, такие как контроллер 18 и МОП-транзистор 17.
На фиг.2 показано воплощение светоизлучающего устройства 1, в котором возбудитель 10 соединен с источником 2 и OLED 20. Возбудитель 10 содержит МОП-транзистор 17, который соединен с контроллером 18. Кроме того, возбудитель 10 содержит один пассивный выходной фильтр 11a в виде катушки индуктивности 11a и второй пассивный выходной фильтр 11b в виде конденсатора. Возбудитель 10 соединен с OLED. При работе светоизлучающего устройства 1 внутренняя емкость 21 служит дополнительным пассивным фильтром. Предпочтительным образом, используя внутреннюю емкость 21 OLED 20, можно значительно снизить емкость выходного фильтра 11b возбудителя 10. Таким образом, с использованием упомянутого возбудителя 10 может быть реализовано светоизлучающее устройство 1 с оптимизированным формфактором тонкой, плоской и/или гибкой конструкции.
Фиг.3 показывает другое воплощение настоящего изобретения, в котором емкость выходного фильтра упомянутого возбудителя 10 может быть полностью устранена.
В этом случае упомянутый возбудитель 10 включает в себя только один пассивный выходной фильтр 11a, который является катушкой индуктивности 11a. Как на фиг.2, возбудитель 10 соединен с источником 2 и OLED 20. Величина внутренней емкости OLED 20, которая не показана в явном виде на фиг.3, достаточна, чтобы полностью исключить пассивную выходную емкость возбудителя 10.
Возбудитель 10 запитывает OLED 20, который может быть единственным OLED 20, последовательностью или рядом соединенных OLED 20 (фиг.5b), набором параллельно соединенных OLED (фиг.5c) или схемой OLED 20 (фиг.5d и фиг.5e). Последовательное и параллельное соединение OLED 20 не изменяет значительно полную постоянную времени. Предпочтительно, OLED 20 запитывается напряжением постоянного тока (DC) или постоянным током. Поэтому возбудитель 10 преобразует напряжение или ток источника в отрегулированное DC напряжение или ток.
1 светоизлучающее устройство
2 источник
10 возбудитель
11a пассивный выходной фильтр, катушка индуктивности
11b пассивный выходной фильтр, конденсатор
12 подложка
13 первый слой магнитно-мягкого материала
14 второй слой магнитно-мягкого материала
15 обмотка
16 изолирующий слой
17 МОП-транзистор
18 контроллер
20 светоизлучающий элемент OLED
21 внутренняя емкость светоизлучающего элемента