СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ OLED-УСТРОЙСТВА
METHOD AND DEVICE FOR EXCITATION OF OLED DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится, в общем, к OLED-устройствам (устройствам на основе органических светоизлучающих диодов) и, в частности, к устройствам возбуждения для упомянутых устройств.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
OLED-устройства (устройства на основе органических светоизлучающих диодов) широко известны, и поэтому, в данном случае, их подробное описание не обязательно. Достаточно сказать, что OLED содержит слой специального типа из полимерных или небольших молекул, расположенный между катодным слоем и анодным слоем. Когда напряжение прикладывают между данными катодным и анодным слоями, то промежуточный слой OLED излучает свет (в противоположность неорганическому светоизлучающему диоду (LED) на основе p-n переходов, который, обычно, работает как точечный источник).
На фигуре 1A приведен график, представляющий характеристику зависимости тока (по вертикальной оси) от напряжения (по горизонтальной оси) нормально функционирующего OLED. Когда устройство выключено, напряжение равно нулю и ток равен нулю. Когда устройство включают, напряжение повышается и повышается ток. Точная форма вольт-амперной кривой может зависеть от устройства, но, в общем, ток ничтожно мал в первом диапазоне напряжения (на примере, приведенном на фигуре 1A, ток остается ниже 0,1 мкА при напряжении от нуля до, приблизительно, 2,5 В), и затем ток быстро повышается до достижения значения, приблизительно, 1 мА при, приблизительно, 4 В, когда устройство считается включенным. Устройство, демонстрирующее данное нормальное функционирование, будет, в контексте настоящего изобретения, упоминаться как «исправное» устройство и будет считаться находящимся в «исправном состоянии».
Проблема в случае с OLED состоит в том, что OLED может находиться в неисправном состоянии; данное устройство будет, в контексте настоящего изобретения, упоминаться как «неисправное» устройство. На фигуре 1B представлен график, сходный с фигурой 1A, представляющий вольт-амперную характеристику неисправного OLED. Для напряжений выше чем первый диапазон напряжений не существует заметного отличия, но для напряжений в первом диапазоне напряжений ток может оказаться значительно больше, например, в число раз от нескольких единиц до нескольких десятков, в крайних случаях (как показано кривой 2 на фигуре 1B) даже порядка 100-1000 раз: в зависимости от истории возбуждения устройства, в частности в диапазоне от 0 до 2,5 В, OLED-устройство может переключаться из исправного состояния (кривая 1) в неисправное состояние (кривая 2). В дальнейшем, ток неисправного устройства будет обозначаться как «неисправный ток», а ток исправного устройства будет обозначаться как «исправный ток».
Следует отметить, что, по меньшей мере, в принципе, любой OLED может совершать переход из исправного состояния в неисправное состояние. Разница между уровнями неисправного тока и исправного тока может различаться для разных диодов OLED. В примере на фигуре 1B неисправный ток ниже при напряжениях, немного превышающих первый диапазон напряжений, в сравнении с напряжениями в первом диапазоне напряжений, но данный вывод не обязательно применим ко всем OLED.
Дополнительно следует отметить, что на практике OLED является либо включенным, либо выключенным и будет находиться в состоянии перехода из включенного в выключенное состояние или обратно в течение лишь очень короткого промежутка времени. Таким образом, на первый взгляд проблема может представляться несерьезной, так как во включенном состоянии в неисправном устройстве протекает такой же ток. Однако, когда OLED находится в неисправном состоянии, срок его службы может значительно сокращаться. Предполагается, что данное явление вызвано тем, что ток распределяется по поверхности устройства не равномерно, а протекает только локально, что приводит к очень высоким локальным плотностям тока, способным локально разрушать устройство.
Целью настоящего изобретения является повышение надежности и срока службы диодов OLED.
Поскольку вышеописанное явление можно сравнить с определенного рода коротким замыканием в устройстве, одним из решений может быть исправление неисправности в месте короткого замыкания после того, как оно уже случилось. Однако данное решение, вероятнее всего, приведет к образованию дефектного пятна в участке (темного пятна). Напротив, настоящее изобретение направлено на предотвращение возникновения упомянутого короткого замыкания или, по меньшей мере, снижения вероятности его возникновения.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Хотя OLED можно, в принципе, считать либо включенным, либо выключенным, на практике можно полагать, что OLED имеет три разных рабочих состояния:
1) ВЫКЛЮЧЕННОЕ: падение напряжения на OLED равно нулю или меньше чем первый уровень V1 напряжения, где V1 имеет очень низкое значение, т.е. порядка нескольких микровольт;
2) ВКЛЮЧЕННОЕ: падение напряжения на OLED выше чем второй уровень V2 напряжения, где V2 имеет значение порядка нескольких вольт: типичное значение составляет, приблизительно, 4 В;
3) промежуточное состояние, в котором падение напряжения на OLED находится в пределах от V1 до V2; данное состояние будет в дальнейшем называться сумеречным состоянием.
Упомянутые уровни V1 и V2 напряжения могут изменяться от одного OLED к другому. Дополнительно, точное значение упомянутых уровней напряжения может зависеть от точного определения, применяемого при их задании; по одному подходящему определению V2 является напряжением, при котором OLED начинает излучать свет и которое часто является очень близким к так называемой контактной разности потенциалов OLED. В любом случае, упомянутые уровни напряжений считаются свойствами устройства.
В процессе эксперимента, изобретатель изменял рабочее напряжение OLED назад и вперед по диапазону напряжений от 4 до 6 вольт, со скоростью изменения приблизительно 1 В/с несколько сот раз: OLED не показал никаких аномалий тока и продолжал работать удовлетворительно. Данный эксперимент повторяли с разными OLED и получали такие же результаты. Кроме того, изобретатель испытывал OLED, как совершенно новые диоды, так и OLED, которые проходили испытания в ходе вышеупомянутых тестов, посредством изменения рабочего напряжения назад и вперед по диапазону напряжений от 0 до 6 вольт: оказалось, что данные OLED, без исключения, отказывали через, самое большее, 10 изменений.
В традиционных осветительных устройствах, в которых OLED будет непрерывно находиться в своем включенном состоянии, вероятно, не будет проблем с надежностью, т.е. сроком службы. Однако на практике редко какое осветительное устройство будет оставаться непрерывно включенным: на практике осветительное устройство будет включаться и выключаться время от времени. В традиционных осветительных устройствах включение и выключение будут предусматривать повышение напряжения от нуля до уровня выше V2 и будут предусматривать падение напряжения от уровня выше V2 до нуля, что означает изменение с проходом через сумеречное состояние. Интуитивно можно предположить, что кратковременная работа при низких напряжениях не повредит устройству и что более высокие напряжения будут более губительными для любого устройства. Однако такое предположение оказывается неверным для диодов OLED. На основании вышеприведенных экспериментов изобретатель пришел к заключению, что работа OLED в его сумеречном состоянии существенно сократит срок службы данного OLED, но что OLED может иметь увеличенный срок службы, если его применять только во включенном состоянии и/или выключенном состоянии. С учетом данного положения в настоящем изобретении предложено исключать, насколько возможно, работу в сумеречном состоянии.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство возбуждения с устройством блокировки по току, подключенным последовательно с его выходным терминалом, чтобы предотвращать или, по меньшей мере, ограничивать выходной ток при низких выходных напряжениях. Устройство блокировки по току может быть обеспечено в виде отдельного устройства, но может быть также встроено в устройство возбуждения.
Дополнительные предпочтительные разработки упоминаются в зависимых пунктах формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Приведенные и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения дополнительно поясняются в дальнейшем описании по меньшей мере одного предпочтительного варианта осуществления со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые позиции обозначают одинаковые или сходные части и на которых:
фигуры 1A и 1B - графики, поясняющие вольт-амперную характеристику OLED;
фигура 2 - блок-схема, схематично изображающая осветительное устройство, содержащее OLED и устройство возбуждения;
фигура 3 - блок-схема, представляющая первый вариант осуществления устройства возбуждения OLED в соответствии с настоящим изобретением;
фигура 4 - блок-схема, представляющая второй вариант осуществления устройства возбуждения OLED в соответствии с настоящим изобретением.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фигуре 2 схематично изображено осветительное устройство 10, содержащее OLED 20 и устройство 30 возбуждения. OLED 20 содержит светоизлучающий слой 23 из полимерных или небольших молекул, расположенный между анодным слоем 21 и катодным слоем 22. Поскольку OLED к настоящему времени известен, в настоящей заявке не требуется дополнительных его пояснений. Устройство 30 возбуждения содержит выходные терминалы 31, 32, подсоединенные к аноду 21 и катоду 22 соответственно.
Устройство 30 возбуждения может работать с питанием от сети (переменного тока) или аккумуляторной батареи (постоянного тока), но данный способ питания не имеет отношения к настоящему изобретению и не показан. В любом случае, устройство 30 возбуждения является, по существу, источником напряжения, способным создавать на своих выходных терминалах 31, 32 подходящее напряжение и ток для возбуждения OLED 20.
Известные из уровня техники устройства возбуждения, по существу, способны создавать любое напряжение от нуля до рабочего напряжения V0, например 6 В. При включении или выключении выходное напряжение упомянутых устройств, по существу, изменяется через весь диапазон от нуля до V0 или обратно. Устройство возбуждения возможно выполнить так, чтобы время нарастания и время спада его выходного напряжения было очень коротким, но, обычно, скорость нарастания и скорость спада (в В/с) не известны и/или слишком малы для комфортности. В первом варианте осуществления, реализация изобретательского замысла настоящего изобретения, устройство 100 возбуждения выполнено, чтобы фактически проскакивать диапазон напряжений от нуля до предварительно заданного Vx напряжения, чтобы упомянутое устройство могло лишь создавать выходное напряжение, равное нулю или в диапазоне от Vx и выше. Например, Vx можно выбирать равным любому напряжению от 3 В до V0. Например, Vx может равняться 4 В, или Vx может равняться V0-2 В. Возможен также вариант, в котором Vx преднамеренно выбрано выше чем V0; например, Vx может быть на 1-2 В выше, чем V0.
На фигуре 3 приведена блок-схема, схематически показывающая возможное исполнение устройства 100 возбуждения. Устройство 100 возбуждения содержит каскад 30 возбуждения, который может быть идентичен вышеописанному устройству 30 возбуждения, и выходной каскад 110, который содержит управляемый переключатель 101, подключенный последовательно с одним из выходных терминалов и работающий с управлением от устройства 102 управления, которое может быть выполнено, например, в виде соответственно запрограммированного контроллера или микропроцессора. Датчик 103 напряжения воспринимает напряжение на выходных терминалах 31, 32 и подает измеряемый сигнал в контроллер 102. Контроллер 102 сравнивает измеряемый сигнал с предварительно заданным уровнем Vx напряжения. Если измеряемый сигнал показывает выходное напряжение ниже чем Vx, то контроллер 102 генерирует сигнал управления для управляемого переключателя 101, чтобы переключатель стал разомкнутым (непроводящим). Если измеряемый сигнал показывает выходное напряжение, равное или выше чем Vx, то контроллер 102 генерирует сигнал управления для управляемого переключателя 101, чтобы переключатель стал замкнутым (проводящим). В соответствии с характерной особенностью настоящего изобретения переключатель 101 и сигнал управления выполнены так, чтобы выходное напряжение на выходных терминалах 8, 9 устройства имело скорость нарастания и скорость спада по меньшей мере 100 В/с, предпочтительно больше чем 1 кВ/с и более предпочтительно даже больше чем 10 кВ/с; на практике следует обеспечить возможность несложного получения крутизны больше чем 100 кВ/с, чтобы шаг от нуля до 5 В выходного напряжения мог быть сделан в течение интервала времени 50 мкс или быстрее.
Следует отметить, что скорость нарастания и скорость спада каскада 30 возбуждения не имеют существенного значения. Если выходной сигнал каскада возбуждения нарастает медленно, то устройство 102 управления будет держать переключатель 101 в разомкнутом состоянии (т.е. непроводящим) до тех пор, пока в некоторый момент переключатель 101 не замкнется быстро, и выходное напряжение устройства (т.е. выходное напряжение выходного каскада 110) быстро повысится.
Следует отметить, что датчик напряжения и контроллер могут быть объединены в одном блоке. Следует дополнительно отметить, что комбинация управляемого переключателя, контроллера и датчика напряжения, которые совместно формируют устройство 110 блокировки по напряжению, может входить в состав устройства возбуждения, как показано, но возможен также вариант, в котором упомянутая комбинация выполнена в виде отдельного устройства, подлежащего подключению между любым устройством возбуждения и OLED, или упомянутая комбинация может быть даже выполнена в виде блока, встроенного в OLED или размещенного в корпусе OLED.
На фигуре 4 приведена блок-схема, показывающая второй вариант осуществления настоящего устройства возбуждения, обозначенного позицией 200. Устройство 200 возбуждения содержит каскад 30 возбуждения, который может быть идентичен вышеописанному устройству 30 возбуждения, и выходной каскад 210, который содержит FET (полевой транзистор) 201 с путем сток-исток, подключенным последовательно к одному из выходных терминалов, и затвором, подключенным к узлу резистивного делителя напряжения, сформированного последовательным соединением двух резисторов 202, 203, подключенных параллельно выходным терминалам 31, 32 каскада возбуждения. Пока выходное напряжение на выходных терминалах 31, 32 каскада возбуждения имеет низкое значение, FET 201 пребывает в непроводящем состоянии. Если выходное напряжение на выходных терминалах 31, 32 каскада возбуждения превосходит предварительно заданный уровень, то FET 201 становится проводящим. Точное значение упомянутого уровня зависит от коэффициента деления резисторов 202, 203 и свойств полевого транзистора, что должно быть ясно специалисту в данной области техники.
В экспериментальной установке R1 выбрано равным 10 кОм, и R2 выбрано равным 3 кОм. В результате, любой ток очень сильно ослаблялся при напряжениях ниже 3,2 В, а при напряжениях выше 3,6 В OLED работал как обычно.
И вновь следует отметить, что скорость нарастания и скорость спада каскада 30 возбуждения не имеют существенного значения. Если выходной сигнал каскада возбуждения нарастает медленно, то FET будет оставаться в разомкнутом состоянии (т.е. непроводящим) до тех пор, пока в некоторый момент FET 201 не замкнется быстро, и выходное напряжение устройства (т.е. выходное напряжение выходного каскада 210) быстро повысится.
При необходимости можно подключить дополнительный резистор, например, 1 кОм параллельно OLED, чтобы дополнительно ослаблять остаточный ток при низких напряжениях. Кроме того, если желательна более крутая характеристика переключения, то можно применить по меньшей мере один дополнительный FET в каскаде.
Следует отметить, что комбинация FET и резисторов, которые совместно формируют устройство 210 блокировки по току, может входить в состав устройства возбуждения, как показано, но возможен также вариант, в котором упомянутая комбинация выполнена в виде отдельного устройства, подлежащего подключению между любым устройством возбуждения и OLED, или упомянутая комбинация может быть даже выполнена в виде блока, встроенного в OLED или размещенного в корпусе OLED. В любом случае, данная комбинация имеет преимущество очень малого размера и дешевизны.
В итоге, настоящее изобретение обеспечивает способ возбуждения OLED 20. С учетом того, что OLED имеет характеристическое пороговое напряжение V2, выше которого OLED следует считать включенным, и что возбуждение OLED 20 содержит этапы включения и выключения OLED, то способ в соответствии с изобретением имеет характерную особенность избегания возбуждения OLED в диапазоне напряжений от нуля до предварительно заданного уровня Vx напряжения выше нуля, при этом упомянутый предварительно заданный уровень Vx напряжения может быть на уровне упомянутого характеристического порогового напряжения V2. В результате, повреждение OLED предотвращается или уменьшается, что имеет следствием повышение надежности OLED в значениях ожидаемого срока службы.
Хотя изобретение подробно представлено на чертежах и поясняется в вышеприведенном описании, специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что упомянутые чертежи и описание следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничивающими. Изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления; напротив, возможны различные изменения и модификации в пределах охраняемого объема изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.
В частности, следует отметить, что управляемый переключающий элемент 101, 201 может иметь два состояния, т.е. РАЗОМКНУТОЕ=нулевая проводимость и ЗАМКНУТОЕ=нулевое сопротивление, чтобы, фактически, блокировать напряжение и ток, но возможен также вариант, в котором управляемый переключающий элемент 101, 201 имеет РАЗОМКНУТОЕ состояние с очень низкой, но конечной проводимостью, и ЗАМКНУТОЕ состояние с очень низким, но конечным сопротивлением, и поэтому в РАЗОМКНУТОМ состоянии пропускается ток, но с очень низким уровнем.
Специалистами в данной области техники в процессе практического применения заявленного изобретения на основании изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения могут быть разработаны и реализованы другие варианты предложенных вариантов осуществления. В формуле изобретения выражение «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и единственное число, обозначенное неопределенным артиклем, не исключает множественного числа. Единственный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких компонентов, упомянутых в формуле изобретения. Очевидное обстоятельство, что некоторые средства упомянуты во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможность выгодного применения комбинации упомянутых средств. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя истолковывать как ограничивающие объем изобретения.
Выше настоящее изобретение пояснялось со ссылкой на блок-схемы, на которых изображены функциональные блоки устройства в соответствии с настоящим изобретением. Следует понимать, что по меньшей мере один из упомянутых функциональных блоков может быть реализован аппаратно, при этом функция данного функционального блока выполняется отдельными аппаратными компонентами, но возможен также вариант, в котором по меньшей мере один из упомянутых функциональных блоков реализован в программном обеспечении, и поэтому функция данного функционального блока выполняется по меньшей мере одной программной строкой компьютерной программы или программируемым устройством, например микропроцессором, микроконтроллером, цифровым сигнальным процессором и т.п.