CN101297603B - Oled驱动器、配备该驱动器的照明设备及该设备的调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动至少一个有机电致发光元件的OLED驱动器、配备所述驱动器的照明设备及所述设备的调整方法。驱动器具有方波电压源和控制器。电压源生成方波电压并施加该电压至所述元件。控制器控制该电压源以改变电压的频率进而改变并调整所述元件的光输出。所述OLED驱动器还包括与所述元件串联连接的限流元件。

Description

OLED驱动器、配备该驱动器的照明设备及该设备的调整方法
技术领域
本发明一般地涉及OLED驱动器，更具体地涉及一种用于驱动至少一个有机电致发光元件的OLED驱动器、配备所述驱动器的照明设备及用于该设备生产工艺的调整方法。 
背景技术
在这类照明设备中，至少一个有机电致发光元件是在与放电管相比的低驱动电压(例如大约几伏到几十伏)下驱动的。该元件在下文中也被称为有机EL元件或OLED(有机发光二极管)。相应地，因OLED驱动器可以与现有技术的镇流器相比的低成本制造，所以就提出了各种OLED驱动器。 
例如，日本专利公开号2005-78828公开了照明设备。该设备包括一个或多个有机EL元件、转换装置、开关装置和控制装置。转换装置由全波整流电路和平滑电路组成，并将交流电力转换为直流电力。开关装置有构成全桥电路的四个晶体管。这个开关装置还从直流电力产生交流电流以向该元件交替地供应正向电流和反向电流。控制装置基于流经该元件的电流接通和断开晶体管。例如，控制装置根据指定亮度值相对于晶体管调整负载比(dutyratio)。特别是，在亮度增强的情况下，增加负载比以延长对元件的正向电流供应时间。相反地，在亮度降低的情况下，减少负载比以缩减对元件的正向电流供应时间。 
日本专利号3432986公开了一种有机EL显示设备。在将发光驱动电压施加于有机EL元件上之前，该设备在该元件上施加辅助电压。该辅助电压低于发光驱动电压并高于该元件的势垒电压。 
为了实现照明控制(调光)，日本专利公开号2005-78828描述的设备调整负载比同时保持全桥电路的频率恒定。相应地，控制装置的电路结构就变得复杂了。 
发明内容
本发明的一个目的是实现相对简单的电路结构的OLED驱动器，以对至少一个有机电致发光元件进行调光(dimm)。 
为了驱动至少一个有机电致发光元件，本发明的OLED驱动器包括方波电压源和控制器。该电压源生成极性周期性地倒转且约等于所述元件的驱动电压的方波电压，然后施加该电压至所述元件。控制器控制所述电压源以改变所述电压的频率，进而改变并调整所述元件的光输出。OLED驱动器还包括与元件串联连接的限流元件。一般地，当Im是电流幅度的最大值时，响应于正弦波电压的流经元件的电流的有效值由 
Figure DEST_PATH_GA20184997200680039849301D00011
给出。因而，即使施加到该元件上的电压频率改变了，该有效值也不变。与此相反，当由方波电压驱动该元件时，本发明基于一个原理改变了方波电压的频率。该原理是：响应于施加到该元件上的方波电压的频率变化，流经元件的电流的有效值也变化。因此，通过应用该原理，可实现具有相对简单电路结构的OLED驱动器。 
在本发明的一个方案中，驱动器进一步包括检测器，该检测器大体检测流经所述元件的电流值。而控制器基于电流值改变所述电压频率，以使得流经元件的电流值与目标电流值一致。在这种驱动器的情况下，可容易地校正有机电致发光元件之间在光输出特性上的离散性。 
在本发明的另一个方案中，驱动器进一步包括累加器，该累加器将元件的操作时间累加以获得累加操作时间。而随着累加操作时间增加越多，控制器就越降低方波电压的频率。在本发明中，基于元件的光输出随着方波电压频率更加降低就更多地增加的原理(对照图2)，防止了由累加操作时间增加引起的有机EL元件的光输出的下降。 
本发明的照明设备包括所述OLED驱动器和至少一个有机电致发光元件。 
本发明的用于所述照明设备生产工艺的调整方法包括：改变并调整方波电压的频率，以使得元件的光输出基本与基于元件特性的规定光输出一致。 
附图说明
以下将进一步详细描述本发明的优选实施例。本发明的其他特征和优点参照下列详细描述和附图将变得更加易于理解，其中： 
图1是根据本发明第一实施例的电路图； 
图2是第一实施例的操作原理示意图； 
图3是第一实施例的操作原理示意图； 
图4是改进实施例的电路图； 
图5是另一个改进实施例的电路图； 
图6是根据本发明第二实施例的示意图； 
图7给出了有机电致发光元件的特征曲线； 
图8是第二实施例的操作示意图；以及 
图9是根据本发明第三实施例中的照明设备的一部分的方框图。 
具体实施方式
图1示出根据本发明的第一实施例，即照明设备1。该设备1具有至少一个有机EL元件(OLED)10和用于驱动元件10的OLED驱动器11。 
有机EL元件10由发光层(有机薄膜)和一对电极组成，所述层由所述层的两个表面夹在这对电极之间。在该层中当从作为负极的一个电极射入的电子与从作为正极的另一个电极射入的空穴复合时，元件10发光。 
OLED驱动器11具有由直流电源12、极性倒转电路(反相器)13和限流元件14组成的方波电压源，还具有控制器15。驱动器生成方波电压，以将该电压施加至元件10。 
直流电源12设置成根据控制器15的第一控制(如PWM控制信号)进行操作，且随后将市电电源AC的交流电力转换成直流电力，以使得其输出电压成为约等于元件10的(发光)驱动电压。例如，如图1所示，电源12配置有作为全波整流器的二极管桥121、平滑电容器122和降压转换器。平滑电容器连接于桥121的两个输出端子之间。降压转换器连接于电容器122的两个端子之间。该转换器由以下器件组成：开关元件(如MOSFET)123、二极管124、电感器125和电容器126。开关元件的一端连接到电容器122的正极端子。二极管的负极和正极分别连接到元件123的另一端和电容器122的负极端子。电感器的一端连接到元件123的另一端。电容器126连接于电感器125的另一端与二极管124的正极之间。在电源12中，电源AC的交流电力通过桥121被整流成脉冲直流电力，而脉冲直流电力的电压通过电容器 122进行平滑。平滑后的电压接着通过转换器而转换成约等于元件10的驱动电压的电压，而获得直流电力。 
极性倒转电路13设置成根据控制器15的第二控制(如各自具有可变频率的多个开关控制信号)进行操作并随后施加方波电压至元件10。即，电路13周期性倒转来自电源12的直流电力的电压极性并随后生成方波电压。该电压通过元件14(如具有限流作用的电感器)被施加于元件10，以在极性倒转时限制冲击电流的峰值。例如，电路13配置有构成全桥电路的四个开关元件(如MOSFET)131-134。 
控制器15由例如包括压控振荡器(VCO)的振荡器、用于电源12和电路13的驱动电路、控制电路(如各种IC和/或微型计算机等)等等组成。控制器还执行第一控制、第二控制等等。例如，在第一控制的情况下，控制器15通过检测器(图中未示)检测电源12的输出电压(电容器126两端之间的电压)。控制器15基于所检测到的电压，随后生成PWM控制信号，使得电源12的输出电压变成约等于元件10的驱动电压。控制器然后将上述信号供应给元件123的控制端子(栅极)。 
在第二控制的情况下，控制器15向元件131-134供应开关控制信号，以使得电路13周期性倒转来自电源12的直流电力的电压极性以生成方波电压。开关控制信号中的每一个例如具有对应于额定输出和各调光输出其中任一个的频率。特别是，正向控制和反向控制交替地和周期性地重复。在正向控制的情况下，控制器15向元件131和134供应接通信号而且也向元件132和133供应断开信号。在反向控制的情况下，控制器15向元件131和134供应断开信号而且也向元件132和133供应接通信号。 
另外，在第二控制中，控制器15基于光输出值来控制电路13，以改变方波电压的频率从而改变并调整元件10的光输出。例如，光输出值是通过操作键(图中未示，例如调光器)，根据指令来确定的。即，控制器15向元件131-134供应开关控制信号，每一个开关控制信号具有根据指令改变的频率。由此延伸，如图2所示，方波电压的频率基于以下原理改变：响应施加到元件10的方波电压的频率变化，流经元件10的电流的有效值Irm改变(对照f0-f1-f2)。 
假定图2的特性因子与正向控制的时段T对冲击电流流动的时段Δt的 比率有关系，如图3所示。即，元件10归因于结构而具有电容部件，并因此而具有与该电容部件并联连接的电路结构。由于这个原因，冲击电流从时段T的开始时间点流过元件10。但是时段Δt几乎由电容部件决定并因此近乎恒定而不取决于方波电压的频率。在这样的结构中，可认为时段T随着方波电压的频率提升越多就变得越短，然后时段Δt对时段T的比率增加，使得有效值Irm减少。 
解释第一实施例的操作。当驱动器11激活时，控制器15将PWM控制信号供应给电源12的元件123。控制器还向元件131-134供应开关控制信号，每个开关控制信号例如具有对应于额定输出(如f0)和每一个调光(如f1和f2)其中任一个的频率。从而，元件10操作于与该频率对应的光输出。 
接着，当通过操作键来给出将所述光输出改变成另一个光输出的指令时，控制器15保持向元件123供应PWM控制信号。控制器15还控制电路13以改变方波电压的频率，进而基于根据该指令所确定的光输出值改变并调整元件10的光输出。从而，元件10操作于与该光输出值对应的光输出。 
在第一实施例的情况下，元件10的光输出可简单地通过改变方波电压的频率而被改变。因此能实现与描述于日本专利公开号2005-78828中的现有技术的控制(负载比的调整)相比，具有相对简单的电路结构的OLED驱动器。另外，因直流电源12的输出是恒定的，所以电源12的控制变得简单了。 
在一个改进实施例中，如图4所示，照明设备1具有改进的直流电源12和半桥类型的极性倒转电路13。该设备还驱动相互反向并联连接的一对元件10a和10b而不是元件10。特别是，电源12具有相互串联连接的电容器126a和126b而不是电容器126。电路13由开关元件(如MOSFET)133和134组成，而这些元件交替地接通和断开。例如，当元件133和134分别接通和断开时，正极性电压就施加到元件10b而正向电流流过元件10b。负极性电压也从电容器126a施加到元件10a。当元件133和134分别接通和断开时，正极性电压施加到元件10a而正向电流流过元件10a。负极性电压也从电容器126b施加到元件10b。还是在此情况下，极性倒转的方波电压施加到元件10a和10b中的每一个。在这个设备1的情况下，因元件10a和10b交替地发光，所以能提高发光效率。 
在另一个改进实施例中，如图5所示，照明设备1具有半桥类型的极性 倒转电路13。设备驱动相互反向并联连接的一对元件10a和10b而不是元件10。电路13由开关元件(如MOSFET)131和132和电容器135组成，而元件131和132交替地接通和断开。例如，当元件131和132分别接通和断开时，正极性电压施加到元件10a和a而正向电流流过元件10a。负极性电压也施加到元件10b。在这点上，电容器135由正向电流进行充电。当元件131和132分别接通和断开时，正极性电压从电容器135施加到元件10b而正向电流流过元件10b。负极性电压也从电容器135施加到元件10a。还是在此情况下，极性倒转的方波电压施加到元件10a和10b中的每一个。在这个设备1的情况下，可提高发光效率。 
图6示出了根据本发明的第二实施例，即照明设备2。设备2具有至少一个有机EL元件20和用于驱动元件20的OLED驱动器21。驱动器21具有直流电源22、极性倒转电路23和限流元件，类似于第一实施例。驱动器还具有如第二实施例的一个方面的检测器26和控制器25。 
检测器26设置成大体检测流经元件20的电流值。例如，如图6所示，检测器26由串联连接于元件20的电阻器构成，并检测电流流经元件20时该电阻器两端之间的电压。 
除了类似于第一实施例的每个控制之外，控制器25还执行用于校正有机EL元件间在光输出特性上的离散性的控制。即，控制器25基于用检测器26检测到的电流值，调整方波电压的频率以使得流经元件20的电流值与目标电流值一致。一般地，有机EL元件相互之间，在与所施加的电压对应的电流(电流-电压特性)方面具有离散性，如图7中的A1、A2和A3所示。此处，A1示出了与规定驱动电压V0对应地流动的规定电流的平均特性。A2和A3分别示出了与规定驱动电压V0对应地流动的电流I1和I2的离散特性。这样，在有机EL元件具有离散特性的情况下，各元件的亮度就变得不同于平均特性的亮度。 
因此如图8所示，在第二实施例中，每个设备2的亮度保持恒定。即，设备2基于用检测器26检测到的电流值而改变方波电压的频率，以使得流经元件20的电流值与目标电流值I1一致。例如，当元件20具有特性A时，就将方波电压的频率调整至f1。与此相反，当元件20具有特性B时，就将方波电压的频率调整至f2，而当元件20具有特性C时则将方波电压的频率 调整至f3。例如，在元件20不可替代的情况下，在生产中检查每个单个元件20的特性，因而可基于特性预先设定方波电压的频率。 
在第二实施例的情况下，可以容易地校正有机EL元件之间的在光输出特性(电流-电压特性)上的离散性。 
图9示出根据本发明的第三实施例，即照明设备3(控制器35)的一部分。设备3的OLED驱动器具有直流电源、极性倒转电路和限流元件，类似于第一或第二实施例。在图9中，331-334表示对构成极性倒转电路中的全桥电路的四个开关元件的驱动信号。并且如同第三实施例的一个方面，除了类似于第一或第二实施例的每个控制之外，驱动器具有控制器35，控制器35可校正由累加的操作时间增加引起的有机EL元件的光输出的下降。 
控制器35具有振荡器350、驱动电路353和累加器354。振荡器由频率调整器351和驱动信号发生器(如VCO等)352组成。驱动电路由高侧驱动器353a和353b组成。累加器由存储器355和微型计算机356组成。振荡器350和驱动电路353也可用于第一和第二实施例。 
调整器351将方波电压的频率调整成与来自累加器354的控制数据对应的频率。发生器352响应调整后的频率生成驱动信号。电路353向元件332和334中的每一个供应驱动信号。电路353中的驱动器353a和353b也分别针对来自发生器352的驱动信号生成反向驱动信号，然后将上述反向驱动信号供应给元件331和333。累加器354将有机EL元件的操作时间进行累加以计算出累加操作时间，并在存储器355中储存该累加操作时间。累加器354无论何时只要激活，还从存储器355中取回该累加操作时间，并向调整器351供应控制数据，以随着累加操作时间更多地增加而更加降低方波电压的频率。 
在第三实施例的情况下，基于元件的光输出随着方波电压频率更加降低就更多地增加的原理(对照图2)，防止了由累加操作时间增加引起的有机EL元件的光输出的下降。在图2的例子中，最初的频率被设定成例如高于f0的f1或f2。 
虽然以上已参考特定优选实施例描述了本发明，本领域技术人员仍可进行无数的改进和变化而不脱离本发明的精神和范围。例如，本发明的照明设备可有三个或更多的相互并联再串联的有机EL元件。 

Claims (4)

1.一种用于驱动至少一个有机电致发光元件的OLED驱动器，包括：
方波电压源，生成极性周期性倒转的方波电压并施加该电压至所述元件，所述电压等于所述元件的驱动电压；以及
控制器，控制所述电压源以改变所述电压的频率，进而改变并调整所述元件的光输出；
其中，所述OLED驱动器还包括检测器，检测流经所述元件的电流值，
其中，所述控制器基于所述电流值改变所述电压的频率，以使得流经所述元件的所述电流值与目标电流值一致。
2.如权利要求1所述的OLED驱动器，进一步包括：累加器，累加所述元件的操作时间以获得累加操作时间，
其中所述控制器随着所述累加操作时间增加越多，就越降低所述方波电压的频率。
3.一种照明设备，包括权利要求1或2所述的OLED驱动器和至少一个有机电致发光元件。
4.一种照明设备的调整方法，用于权利要求3所述的照明设备的制造工艺，其中所述方法包括：改变并调整所述方波电压的频率，以使得所述元件的光输出与基于所述元件特性的规定光输出一致。
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