CN103947288A - 用于操作发光器件的方法和布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作发光器件的方法，其中，在该方法中，通过驱动器电路（4）生成具有一脉冲频率的脉冲电流，驱动器电路（4）具有提供用于电流脉动的时钟信号的时钟发生器；发光器件被加载有约10kHz至约100kHz的脉冲频率的脉冲电流，发光器件被功能地耦合到驱动器电路（4）并且被形成有一个或多个有机发光器件（3），其中，T_PWM<(T_rise+T_fall)，并且其中，T_PWM是用于由驱动器电路（4）的时钟脉冲发生器生成的时钟脉冲信号的脉冲长度，并且T_rise和T_fall指示用于在一个或多个有机发光二极管（3）处存在的电流脉冲的脉冲上升时间和脉冲下降时间。本发明进一步涉及一种对应的布置。

Description

用于操作发光器件的方法和布置

技术领域

本发明涉及一种用于操作被形成有一个或多个有机发光二极管的发光器件的方法，并且还涉及具有这样的器件的布置。

背景技术

该类型的发光器件可以在不同设计变化中使用，其包括特别是被构造为照明装置的发光器件。有机发光二极管（OLED）在该环境中变得越来越重要。类似于无机发光二极管（LED）OLED以电流驱动方式被控制。然而，关于要求和特性，在这些类型的发光二极管之间还存在一些基本差异。这是特别装配的驱动器装置必须用于具有有机发光二极管的发光器件的原因。

LED通常通过脉冲电流操作，其中，LED的亮度由脉冲宽度控制。然而，在商业上可用的LED驱动器中不提供驱动器电流的改变。原则上，LED驱动器可以用于OLED的操作，然而，通过PWM（脉宽调制）的亮度调节可能不利地影响OLED的使用寿命，因为OLED在有效较高亮度下操作，并且伴随亮度OLED的老化呈指数地增加。

LED驱动器还进一步仅通过几个商业上可用额定电流可用，其尤其由LED工业中的分级过程导致。

用于OLED的操作电流通过有效照明面积缩放，然而根据应用，其可能变化很大。在这方面，期望配置OLED驱动器，使得其可以根据其尺寸给OLED加载不同电流。

一种电子驱动器装置和用于控制有机发光二极管的方法从文献US2011/0140626A1已知。驱动器装置具有控制装置，其被配置成生成具有在100Hz至2kHz范围内的脉冲频率的脉冲电流。

进一步驱动器和控制装置以及用于控制OLED的方法在文献US2009/0079355A1、US2009/0295778A1和US2008/0258695A1中公开。

发明内容

本发明的目标在于指定用于具有一个或多个发光有机二极管的发光器件的改进驱动器技术。可以更有效地操作有机发光二极管。而且，发光器件的使用寿命将被优化。

通过根据独立权利要求1的用于操作发光器件的方法实现该目标。而且，提供根据独立权利要求9的布置。有益结构是从属权利要求的主题。

一方面包括用于操作发光器件的方法的思想，其中，在该方法中，通过驱动器电路生成具有一脉冲频率的脉冲电流，驱动器电路具有提供用于电流脉动的时钟脉冲信号的时钟脉冲发生器，并且发光器件被加载有约10kHz至约100kHz的脉冲频率的脉冲电流，其中，T_PWM<(T_rise+T_fall)，并且其中，T_PWM指示用于由驱动器电路的时钟脉冲发生器生成的时钟脉冲信号的脉冲长度，并且T_rise和T_fall指示用于在一个或多个有机发光二极管处存在的电流脉冲的脉冲上升时间和脉冲下降时间，其中，发光器件在功能上耦合至驱动器电路并且被形成有一个或多个有机发光二极管。

而且，公开了一种具有以下特征的布置：

-发光器件，其形成有一个或多个有机发光二极管，以及

-驱动器电路，其具有提供用于电流脉动的时钟脉冲信号的时钟脉冲发生器，并且以以下方式在功能上耦合至发光器件，该方式为：在操作期间，发光器件被加载有由驱动器电路生成的、具有约10kHz至约100kHz的脉冲频率的脉冲电流，

其中，驱动器电路被配置成以以下方式生成脉冲电流：T_PWM<(T_rise+T_fall)，并且其中，T_PWM指示用于由驱动器电路的时钟脉冲发生器生成的时钟脉冲信号的脉冲长度，并且T_rise和T_fall指示用于在一个或多个有机发光二极管处存在的电流脉冲的脉冲上升时间和脉冲下降时间。

所提出的用于在发光器件中操作有机发光二极管的方法对应于通过高频脉冲电流的操作，其中，有机发光二极管用作用于脉冲电流的脉冲频率的低通滤波器。结果，高频电流信号分量被滤出。然后，在有机发光二极管处的有效电流近似地对应于脉冲占空比，即，脉冲长度和脉冲周期持续时间的商。通过脉冲占空比的改变，经过有机发光二极管的任何期望平均电流都可以被设置并且以该方式被调节。操作期间的能量损失下降。而且，有机发光二极管的使用寿命被延长。

所提出的技术特别适用于发光器件，其中，使用大面积有机发光二极管。这些包括具有面积在1和1000cm²之间的有机发光二极管，特别是用于照明应用。还可以提供多达1m²的面积。有机发光二极管在该情况下可以是松散的，并且由串联或并联连接的子二极管构成。然而，这样的有机发光二极管就像单个、非常大的有机发光二极管那样操作。通常不提供子二极管的单独控制。

OLED的操作电流取决于例如设计为叠层式和非叠层式OLED的OLED架构和组件面积。在这方面，本发明具有用于OLED的优点在于，大电流范围可以覆盖有驱动器电子组件。在其他解决方法的情况下，这在特定情况下相对复杂，并且例如将需要具有级联或多相电流驱动器的电流源的构造，其不仅导致增加组件成本，并且还导致较大空间要求，并且从而导致更高板成本，这是因为电流源必须被多次安装。在多相驱动器中，使用多个并联连接的驱动器，当要求时，多个并联驱动器被导通。然后，不需要的驱动器被完全切断，并且不再需要功率，这导致有效改进。相反，经由可调节稳流电阻器或线性调节器的电流强度的可选调节使大功率损失成为必然，并且在这种程度，不满足用于能量效率的照明市场的高需求。

本发明的优选开发提供：作为首先对于一个或多个有机发光二极管确定并且然后提供在驱动器电路中的一个或多个操作参数的函数，脉冲电流通过驱动器电路以调节方式被生成为脉冲标称电流。基于操作参数的调节可以被实现，例如在于，脉冲占空比（即，脉冲长度和脉冲周期持续时间的商）以应用依赖方式，通过用于所生成的电流脉冲的驱动器电路被调节和调整。脉冲占空比的调节可以根据一个或多个操作参数发生。这些例如包括上升时间、下降时间、平均电流、以及有机发光二极管的光发射。在本发明的有益配置中，可以提供，用于在一个或多个有机发光二极管处存在的脉冲电流的平均电流被确定并且被提供为驱动器电路中的操作参数。平均电流如下获得：是完整周期。积分还可以是离散和。

本发明的有益实施例提供：用于一个或多个有机发光二极管的电流密度根据平均电流被确定并且被提供为驱动器电路中的操作参数。电流密度j从平均电流I：j=I/A中获得，其中，A是用于一个或多个有机发光二极管的总面积。

优选地，本发明的开发提供：一个或多个有机发光二极管的平面扩展被确定并且提供为驱动器电路中的操作参数。有机发光二极管的平面扩展的确定可以以不同方式发生。例如，可以提供：确定有机发光二极管的平面扩展，其最初被加载有恒定电流，以便测量直到达到小于有机发光二极管的起始电压的阈值电压的时间。二极管或二极管布置的电容从该阈值电压提取。随后从其确定用于有机发光二极管的面积的范围的度量。在此，测量直到达到阈值电压的时间。当在发光器件上第一次导通时，可以例如执行有机发光二极管的面积的范围的该类型电容确定，使得随后有机发光二极管可以基于面积的确定被操作。

电阻挡层电容C_ss被如下获得：

$C_{\mathrm{SS}}=\underset{0}{\overset{t_{V1}}{\&Integral;}}I\left(t\right)\mathrm{dt}/V_1,$

其中，V₁指定阈值电压。以下为真：V₁<V_th（起始电压）。阻挡层电容是用于有机发光二极管的面积的度量。可以仅在有机发光二极管的阻挡区域或相反操作中表征阻挡层电容。

为了测量，将恒定电流施加至有机发光二极管，并且测量直到达到阈值电压V₁的时间。可替换地，达到阈值电压V₁的电流被整合。可以从这样获得的电荷量和阈值电压V₁，根据以上公式计算电容。

在本发明的有益配置中，可以提供：在发光器件的操作期间，确定一个或多个操作参数。可替换地或另外地，为了确定然后被用于调节脉冲电流的生成的操作参数，在发光器件的校正操作期间，可以与发光器件的操作分离地确定一个或多个操作参数（预先）。如果发光器件例如是照明装置，则还可以可替换地或另外地在有机发光二极管的非照明状态下执行一个或多个操作参数的确定。

脉冲频率优选地不大于开关变换器的频率（驱动器电路的频率），优选地不大于开关变换器（即，用于一个或多个有机发光二极管的操作的恒定电流驱动器）的频率的1/10。

本发明的优选开发提供：具有至少一个电掺杂电荷载流子传输层的发光有机二极管在每种情况下都被用作一个或多个有机发光二极管。在没有电掺杂的有机发光二极管的情况下，组件的电容较小，其在有机发光二极管的充电期间和放电期间导致较短时间常数，并且当电无掺杂二极管通过可比较驱动器电路操作时，导致较高频率。用于脉冲电流的较高脉冲频率意味着较大切换损耗，并且结果，降低整体效率。电掺杂有机发光二极管的使用具有效率增加的优点。对于脉冲电流的相同脉冲频率，电掺杂产生使用寿命的延长，由于切换相位中的脉冲电流的波动在掺杂的二极管的情况下证明被降低，并且结果，影响使用寿命的最大亮度也较小。

在本发明的有益配置中，可以提供：发光器件被操作为照明装置，其中，发光照明区域通过一个或多个有机发光二极管形成。在该情况下，优选在具有大面积照明区域的照明装置中使用该方法。

结合包括具有一个或多个有机发光二极管以及驱动器电路的发光器件的布置，有益配置可以从而被提供用于先前方法过程。

控制单元具有微控制器，其还是用作微控制器的FPGA（现场可编程门阵列）或类似可编程逻辑组件。

在本发明的开发中，提供：使用具有钝化区域的有机发光二极管。这些是在部分区域中的电极之间具有绝缘层的有机发光二极管，其防止该区域中的有机发光二极管的（发光）动作。结果，例如可以创建图案。具有钝化区域的有机发光二极管可以被分类为两种变体并且使用驱动器控制：

i）钝化可以很厚，以致钝化区域中的电容不使有机发光二极管的照明区域（有效面积）的电容失真。可以通过用于平板电容器的方程计算电容。钝化区域的电容应该小于整个被测量电容的10%。因为所测量的电容与有源面积成比例，所以不必须对驱动器电路和控制方法作出改变。

ii）钝化太薄，以致整个被测量电容改变。在该情况下，根据最大非钝化面积计算的两个值，无掺杂层的厚度和钝化的厚度，必须被存储在驱动器电路中用于计算钝化面积。使用这些值，根据所测量的电容确定有机发光二极管的有源面积。该面积然后必须被考虑用于操作驱动器电路。

附图说明

以下参考附图，基于示例性实施例，更详细地解释本发明。在图中：

图1示出具有在功能上耦合至有机发光二极管的驱动器电路的布置的示意图，

图2示出布置的示意图，其中通过用于确定有机发光二极管处的平均电流的测量装置扩增来自图1的布置，

图3示出用于解释用于脉冲电流的脉冲占空比的示意图，

图4示出作为用于脉冲电流的各种脉冲频率的脉冲占空比的函数的亮度的图解说明，

图5示出用于在500Hz脉冲频率处的各种脉冲占空比的时间电流曲线的图解说明，

图6示出用于在10kHz的脉冲电流的脉冲频率处的各种脉冲占空比的时间电流曲线的图解说明，

图7示出用于CIE值和作为25%的恒定脉冲占空比处的脉冲电流的脉冲频率的函数的亮度的图解说明，

图8示出用于恒定电流操作期间的有机发光二极管的导通行为的图解说明，其中，电压被示出为用于各种有机发光二极管的时间的函数，

图9示出在截面中具有厚钝化层的有机发光二极管的层堆叠的图解说明，以及

图10示出在截面中具有薄钝化层的有机发光二极管的层堆叠的图解说明。

具体实施方式

图1示出具有微控制器1和其输出耦合至有机发光二极管3的脉宽控制器2的布置的图解说明。微控制器1和脉宽控制器2形成驱动器电路4，使用驱动器电路4生成脉冲电流，驱动器电路4在操作期间耦合至有机发光二极管3。根据图1中的图解，脉宽控制器2到微控制器1的输出的反馈经由反馈线5发生。反馈被用于测量，其可以被使用，以便确定电容或瞬时电流。

图2示出其中由测量电路6扩增来自图1的布置的示意性布置，使用测量电路6，在操作期间在有机发光二极管3处测量平均电流，这是由于平均电流经由电阻器7被分流。就像反馈线5，测量装置6耦合至微控制器1的输入。在可选配置中，可以提供在来自图2的布置中省略反馈线5。

借助于图2中所示的布置，在有机发光二极管3处在操作期间测量的平均电流被提供为在微控制器1中的操作参数，使得脉冲电流的生成在驱动器电路4中可以作为其函数被调节。在一个实施例中，在导通过程期间，测量有机发光二极管3。然后，操作参数基于存储在微控制器1中的表被确定，并且包含在一方面的可能测量值和另一方面的分别相关联的操作参数之间的先前确定的关联。其不是恒定调节，而是在本实施例中发生的在开始时确定的参数帮助下的控制。在不同实施例中，在操作期间调整脉冲占空比，以便确定平均期望操作电流。其可以在微控制器中被直接测量和求平均，或者求平均通过测量装置6和微控制器1之间的低通滤波器发生。

为了调节通过驱动器电路4生成的脉冲电流，例如，可以改变还被称为占空比的脉冲占空比。图3示出用于此的示意图。根据脉冲长度和脉冲周期持续时间的商，确定脉冲占空比。在图3的图解说明中，这意味着脉冲顶部30和脉冲底部31的比率。同样地，在图3中示意性地示出特征变量T_rise和T_fall，即，从脉冲底部到脉冲顶部的脉冲部分和从脉冲顶部到脉冲底部的翻转。

通过脉冲占空比的改变，任何期望平均电流在该情况下都可以在有机发光二极管3中被直接实现。商业上可用的LED驱动器提供恒定电流，并且通常使用100Hz至几kHz的切换频率，用于该电流信号的调制。结果，从而尤其确定颜色和均匀性的所设定电流值在有机发光二极管3中起作用。在音频应用中，已知类型D的放大器（还被称为“数字放大器”），其通过48kHz的切换频率操作，并且当驱动大欧姆负载时，具有多达500W的高输出功率。

有机发光二极管3的电容在简单模型中可以被描述为平板电容器，其中，平板间隔通过二极管中的层堆叠的电无掺杂有机层的厚度给出，并且平板的面积通过有机发光二极管3的有源面积给出。特别是对于电掺杂OLED，即，有机层的堆叠中具有一个或多个电掺杂区域的二极管，因为掺杂的电荷传输层的使用，导致有机发光二极管3的电容特别高，本征层厚度并且从而电容器板之间的间隔非常低。通过约25...150cm²的用于照明应用的有机发光二极管的有源面积，为C≈1...10μF结果的电容值取决于层堆叠结构。假设引线电阻为R≈1...10Ω，然后获得τ≈1...100μs的幅度阶。

从而，一阶无源低通滤波器在f≈1.6...160kHz范围内具有截止频率。从其得到约200kHz至10MHz的敏感切换频率，以便实现高频信号分量的令人满意的阻尼，并且仅允许稳定分量在有机发光二极管3中起作用。在无掺杂有机发光二极管3的情况下，电容显著降低，然后其导致更短时间常数和更高频率。在此要求500kHz以及以上的频率。由于更高频率意味着更多切换损失并且从而较低总体效率，所以电掺杂对于效率增加是有利的。在相同频率处，掺杂导致使用寿命的延长，这是因为在掺杂的有机发光二极管3的情况下，电流波纹（切换相位的电流的波动）结果被降低，并且从而影响使用寿命的最大亮度也被降低。

图4示出用于作为用于脉冲电流的各种脉冲频率的脉冲占空比的函数的亮度的图解说明。在通过驱动器电路4生成的脉冲电流的500Hz的脉冲频率处，亮度线性地取决于脉冲占空比。在10kHz的脉冲频率处，亮度随着脉冲占空比的函数而改变。这在约15%到约30%的脉冲占空比的范围内被观测。在脉冲占空比的该范围之外，亮度基本恒定。

图5示出用于在500Hz的脉冲频率处的各种脉冲占空比的时间电流曲线的图解说明。图5示出用于暗有机和无机发光二极管的传统操作模式。上升时间和下降时间可以被清楚地看出。因为这对简单操作具有破坏效果，其中，脉冲占空比与发光二极管直接成比例，在现有技术中作出选择低脉冲频率的尝试，以便降低上升时间和下降时间的影响。

图6示出用于在10kHz的脉冲电流的脉冲频率处的各种脉冲占空比的时间电流曲线的图解说明。周期持续时间在此小于上升时间和下降时间，并且在20%的脉冲占空比处，电流不变为零，并且也不达到最大值。获取锯齿电流。更低最大值对有机发光二极管的使用寿命具有积极效果。

图7示出用于CIE值和作为在25%的恒定脉冲占空比处的脉冲电流的脉冲频率的函数的亮度的图解说明。确定在500Hz以上的频率处，亮度和色值不再恒定。

图8示出用于在恒定电流操作期间的有机发光二极管的导通行为的图解说明，其中，电压被示出为用于各种有机发光二极管的时间的函数。

有机发光二极管的有源面积与总面积的比率可以根据经验确定的值被确定：

$I_{\mathrm{ratio}}=C_{\mathrm{measured}}\frac{d(d+d_{\mathrm{passtvation}})}{{\mathrm{\&epsiv;}}_o{\mathrm{\&epsiv;}}_r\&CenterDot;A\&CenterDot;d_{\mathrm{passtvation}}}-\frac{d}{d_{\mathrm{passtvation}}},$

其中，C_measured表示在测量周期内确定的有机发光二极管的阻挡层电容，d表示有机发光二极管的电极之间的无掺杂层的总厚度，d_passivation表示有机发光二极管的钝化层的厚度，A表示有机发光二极管的总面积（有源照明面积和钝化的非照明面积的总和），ε_o表示介电常数，并且ε_r表示相对介电常数。

I_ratio指定有机发光二极管的有源面积与总面积的比率，其必须被应用至要被发射的电流，以便实现非钝化有机发光二极管将实现的相同亮度。电流与有机发光二极管的有源（照明）面积成比例。最大面积是参考。商“所测量的面积”/“最大面积”乘以将被应用至最大面积的期望电流。

图9示出在截面中具有厚钝化层的有机发光二极管的层堆叠的示意图。有机发光二极管的层堆叠包括顶部电极91、掺杂传输层92、至少一个无掺杂层93、进一步掺杂的传输层94、钝化层95、基极96和衬底97。在左侧和右侧上形成有机发光二极管的有源区98、100，同时其间的区域99不是有源的。

图10示出在截面中具有薄钝化层的有机发光二极管的层堆叠的示意图。有机发光二极管的层堆叠包括顶部电极101、掺杂的传输层102、至少一个无掺杂层103、进一步掺杂的传输层104、钝化层105、基极106和衬底107。在左侧和右侧上形成有机发光二极管的有源区108、200，同时其间的区域108不是有源的。

本发明的特征在先前说明书中公开，权利要求和附图单独并且在用于各种实施例中实现本发明的任何期望结合中都是重要的。

Claims (9)

1.一种用于操作发光器件的方法，其中：

-通过驱动器电路（4）生成具有一脉冲频率的脉冲电流，所述驱动器电路（4）具有提供用于电流脉动的时钟脉冲信号的时钟脉冲发生器，以及

-发光器件被加载有约10kHz至约100kHz的脉冲频率的所述脉冲电流，所述发光器件在功能上耦合至所述驱动器电路（4）并且所述发光器件被形成有一个或多个有机发光二极管（3），

其中，T_PWM<(T_rise+T_fall)，以及

其中，T_PWM指示用于由所述驱动器电路（4）的时钟脉冲发生器生成的所述时钟脉冲信号的脉冲长度，并且T_rise和T_fall指示用于在所述一个或多个有机发光二极管（3）处存在的所述电流脉冲的脉冲上升时间和脉冲下降时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为首先对于所述一个或多个有机发光二极管（3）确定并且然后提供在所述驱动器电路中的一个或多个操作参数的函数，所述脉冲电流通过所述驱动器电路（4）以调节方式被生成为脉冲标称电流。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，用于在所述一个或多个有机发光二极管（3）处存在的所述脉冲电流的平均电流被确定并且被提供为所述驱动器电路中的操作参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，用于所述一个或所述多个有机发光二极管（3）的电流密度从所述平均电流确定，并且被提供为所述驱动器电路（4）中的操作参数。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述一个或多个有机发光二极管（3）的平面扩展被确定并且被提供为所述驱动器电路（4）中的操作参数。

6.根据前述权利要求中的至少一个所述的方法，其特征在于，在所述发光器件的操作期间，确定所述一个或多个操作参数。

7.根据前述权利要求中的至少一个所述的方法，其特征在于，在每种情况下均使用具有至少一个电掺杂电荷载流子传输层的发光有机二极管作为所述一个或多个有机发光二极管（3）。

8.根据前述权利要求中的至少一个所述的方法，其特征在于，所述发光器件被操作为照明装置，其中，通过所述一个或多个有机发光二极管（3）形成发光照明区域。

9.一种布置，具有：

-发光器件，所述发光器件被形成有一个或多个有机发光二极管（3），以及

-驱动器电路（4），所述驱动器电路（4）具有提供用于电流脉动的时钟脉冲信号的时钟脉冲发生器，并且以以下方式在功能上耦合至所述发光器件，所述方式为：在操作期间，所述发光器件被加载有由所述驱动器电路（4）生成的、具有约10kHz至约100kHz的脉冲频率的脉冲电流，

其中，所述驱动器电路（4）被配置成以以下方式生成所述脉冲电流：T_PWM<(T_rise+T_fall)，

其中，T_PWM指示用于由所述驱动器电路（4）的时钟脉冲发生器生成的所述时钟脉冲信号的脉冲长度，并且T_rise和T_fall指示用于在所述一个或多个有机发光二极管（3）处存在的所述电流脉冲的脉冲上升时间和脉冲下降时间。