DE10033933A1

DE10033933A1 - Verfahren und Konstantstromquelle zum Bereitstellen kleiner Ströme

Info

Publication number: DE10033933A1
Application number: DE10033933A
Authority: DE
Inventors: Joerg Fischer; Andreas Kalms
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2002-01-24
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: DE10033933B4; KR100343644B1; KR20020004787A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Konstantstromquelle zum Bereitstellen kleiner Ströme zum Testen und Treiben von elektronischen Bauelementen, insbesondere von organischen Leuchtdioden (OLED). DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Konstantstromquelle zu entwickeln, mit denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit denen eine präzise Bereitstellung kleiner Ströme in einem weiten Bereich mit hohem Spannungshub bei einem einfachen Aufbau sowie auch der Aufbau von Mehrkanalstromquellen gewährleistet werden, wird dadurch gelöst, dass eine widerstandsgesteuerte Stromquelle (Konstantstromquelle) aus einem Operationsverstärker und einer Referenzspannungsquelle aufgebaut wird, wobei das Potential am Masseanschluss (M) der Referenzspannungsquelle der Spannung über der Last entspricht, und wobei der Laststrom jeweils über ein Potentiometer (R5) eingestellt wird, und wobei die Referenzspannung an einem Spannungsteiler (R2, R3) in mindestens zwei Bereiche aufgeteilt wird, um kleine Ströme im muA-Bereich einzustellen, und wobei ein Widerstand (R4) dem Potentiometer (R5) parallel geschaltet wird, um größere Ströme im mA-Bereich einzustellen, wobei über einen weiteren Widerstand (R1) der maximale Ausgangsstrom der Referenzspannungsquelle (Vref) begrenzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Konstant stromquelle zur Bereitstellung kleiner Ströme zum Testen und Treiben von elektronischen Bauelementen, insbesondere von organischen Leuchtdioden (OLED) gemäss den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4.

Organische Leuchtdioden (OLED) werden häufig in Displays eingesetzt und dort vorzugsweise mit Konstantstrom betrieben (Crosstalk and image uniformity in passive matrix polymer LED display's, D. Braun, 1999).

Um OLED zu betreiben und zu testen ist es notwendig, kleine Ströme aus einer präzisen Konstantstromquelle bereitzustellen, die zur Durchführung von Langzeittests an den Bauelementen frei einstellbare Ströme ermöglicht.

Zur Durchführung von Langzeittests an OLED werden insbesondere Mehrkanalgeräte aus Konstantstromquellen benötigt.

Die bekannten Stromquellen entsprechen diesen Bedingungen nur unzureichend.

So sind die Stromwerte einiger bekannter Stromquellen zu hoch für den Betrieb von OLED (die untersten Einstellungsgrenzen sind mit 1 mA zu hoch), so bei einer Schaltung gemäss US 4,237,414 mit zwei Transistoren.

Bei den Vorschlägen entsprechend US 4,647,841 und US 5,099,192 sind die Mehrkanalschaltungen so geartet, dass die Ausgänge nicht völlig voneinander unabhängig sind.

In der Schaltung nach US 4,647,841 ist zudem die Ausgangs impedanz der Schaltung zu niedrig begrenzt und die Spannungsbegrenzung zu gering, in der US 4,528,495 ist bei einem hohen Ausgangswiderstand eine zu geringe Konstanthaltung des Ausgangsstromes zu verzeichnen.

In der US 4,785,231 besteht keine Möglichkeit, die Ausgangs ströme frei einzustellen. In der PCT/US82/01292 wird eine zu aufwendige Schaltung mit einer Vielzahl von Bauelementen beschrieben.

Keine der bekannten Konstantstromquellen erfüllt alle Anforderungen zum Betrieb von OLED wie

- kleine Stromwerte
- hohe Genauigkeit, geringes Rauschen
- hohe Spannungsbegrenzung
- geringer Schaltungsaufwand
- einfacher, kostensparender Aufbau.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemässes Verfahren und eine Konstantstromquelle zu entwickeln, mit denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit denen eine präzise Bereitstellung kleiner Ströme in einem weiten Bereich mit hohem Spannungshub bei einem einfachen Aufbau sowie auch der Aufbau von Mehrkanalstromquellen gewährleistet werden.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine wider standsgesteuerte Stromquelle (Konstantstromquelle) aus einem Operationsverstärker und einer Referenzspannungsquelle aufge baut wird, wobei das Potential am Masseanschluss der Referenzspannungsquelle der Spannung über der Last entspricht, und wobei der Laststrom jeweils über ein Potentiometer eingestellt wird, und wobei die Referenzspannung an einem Spannungsteiler in mindestens zwei Bereiche aufgeteilt wird, um kleine Ströme im µA-Bereich einzustellen, und wobei ein Widerstand dem Potentiometer parallel geschaltet wird, um grössere Ströme im mA-Bereich einzustellen, wobei über einen weiteren Widerstand der maximale Ausgangsstrom der Referenzspannungsquelle begrenzt wird.

Die Konstantstromquelle nach der Erfindung besteht aus einem Operationsverstärker wie ein Single Supply OPV und aus einer Referenzspannungsquelle, wobei der Masseanschluss der Refe renzspannungsquelle an den Ausgang des Operationsverstärkers, der als Spannungsfolger arbeitet, angeschlossen ist, und wobei die Referenzspannungsquelle, die über einen Spannungsteiler zur Einstellung kleinerer Ströme im µA-Bereich in mindestens zwei Bereiche aufgeteilt ist, über mindestens einen als Potentiometer wirkenden Widerstand, über den die Konstantstrom-Einstellung erfolgt, an den positiven Eingang des Operationsverstärkers angeschlossen ist, und wobei zur Einstellung grösserer Ströme im mA-Bereich dem Potentiometer mindestens ein weiterer Widerstand parallel geschaltet ist, und wobei vor der Last eine Strom-/Spannungsmesseinrichtung geschaltet ist.

Die Erfindung stellt eine präzise Konstantstromquelle für kleine Ströme bereit, die einen einfachen Aufbau und geringe Kosten durch Verwendung weniger Bauelemente aufweist und die es ermöglicht, eine Mehrkanalstromquelle mit einem weiten Stromeinstellungsbereich (µA . . . mA) und mit integrierten Mess geräten für die Strom- und Spannungsmessung aufzubauen.

Es können ein Gleichstrom- oder ein Wechselstrombetrieb (Pulsbetrieb) realisiert werden. Für den Pulsbetrieb ist ein externes Schaltsystem erforderlich.

Es ist möglich, die Last mit einem hohen Spannungshub zu treiben, geringes Rauschen zu gewährleisten, eine hohe Temperaturstabilität zwischen 0°C und 70°C zu erreichen.

Zweckmässige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen von Konstantstromquellen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Grundschaltung der Konstantstromquelle,

Fig. 2 die schematische Darstellung einer erweiterten Schaltung der Konstant stromquelle und

Fig. 3 die schematische Darstellung einer Schaltung für eine spezielle Ausführungs form der Konstantstromquelle (Mehrkanal).

Entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 besteht die Grund schaltung der Konstantstromquelle nach der Erfindung im wesentlichen aus einer Referenzspannungsquelle Vref und einem Operationsverstärker OPV. Der Operationsverstärker OPV arbeitet als Spannungsfolger, d. h., das Massepotential der Referenzspannungsquelle Vref entspricht der Spannung über der Last RL. Die Referenzspannungsquelle Vref gewährleistet, dass genau die Referenzspannung über dem Widerstand R1 abfällt. Da der positive Eingang des Operationsverstärkers OPV hochohmig ist, stellt sich als Ausgangsstrom der Wert I = Referenzspannung/R1 ein. Wird der hier verwendete Single Supply OPV eingesetzt, dann ergibt sich eine maximale Ausgangsspannung Vmax an der Last als Differenz aus Versorgungsspannung, Referenzspannung, Referenzspannungs minimum (Vmax = Vv - Vref - Vrefmin). Da die Ausgangsspannung hohe Werte annehmen kann, ist diese Schaltung ideal für OLED geeignet.

In der Fig. 2 ist die Schaltung nach Fig. 1 erweitert, um bestehende Einstellprobleme zu lösen.

Wie in der Grundschaltung nach Fig. 1 erkennbar ist, folgt der Strom I einer 1/x-Funktion. Bei einer nur geringen Wider standsänderung RL in der Fig. 1 erfolgt eine anfänglich grosse Stromänderung I. Es wird ein Potentiometer mit einer sehr hohen Auflösung benötigt, um einen weiten Strom einstellungsbereich bereitzustellen. In der Praxis sind solche Potentiometer, mit den für kleine Ströme notwendigen hohen Widerstandswerten, nicht verfügbar.

Das Einstellproblem wurde überraschend dadurch gelöst, dass die Referenzspannung Vref aufgeteilt wurde, so dass auch kleine Ströme eingestellt werden können.

Um eine Schaltung für einen weiten Stromeinstellungsbereich bereitzustellen, werden verschiedene Strombereiche definiert.

Entsprechend der Fig. 2 sind drei Bereiche gebildet. Mit Hilfe eines Potentiometers R5 erfolgt jeweils die Einstellung des Stromes.

An Widerständen R2 und R3, die einen Spannungsteiler bilden, erfolgt die Aufteilung der Referenzspannung Vref.

Bei einer Schalterstellung S1/1 ist nur ein Teil der Referenzspannung Vref die Basis für den sich einstellenden Strom, es ist der kleinste Einstellungsbereich.

Bei einer Schalterstellung S1/2 ist hingegen die volle Referenzspannung Vref die Basis für den sich einstellenden Strom, es ist der mittlere Einstellungsbereich.

Im dritten Bereich, Schalterstellung S1/3, wird ein Widerstand R4 dem Potentiometer R5 parallel geschaltet, so dass auch grössere Ströme eingestellt werden können. Grundlage ist der resultierende kleinere Gesamtwiderstand für die Einstellung (I = Vref/R).

Der Widerstand R1 begrenzt den Strom auf den maximalen Ausgangsstrom der Referenzspannungsquelle Vref. Weiterhin bietet die Kombination der Schaltung mit Messgeräten eine sofortige Strom- bzw. Spannungsmessmöglichkeit.

Mit der Schaltung nach Fig. 2 ist es möglich, eine Mehrkanalstromquelle aufzubauen. Die Mehrkanalstromquelle besteht dann aus einer Mehrzahl baugleicher Schaltungen nach Fig. 2. Vorteilhaft ist dabei die galvanische Trennung/Unab hängigkeit der Kanäle.

Die Bauelemente in der Fig. 2 haben folgende Funktionen:
S1 = Bereichsumschaltung für Strom und Spannung und gleichzeitig für die Strommessung
S2 = Umschalter zwischen Strom- und Spannungsmessung
S3 = Schalter für Display und Messwerk des Panelmeters
R1 = Strombegrenzung
R2/3 = Aufteilung der Referenzspannung
R4 = höhere Auflösung der Einstellung
R5 = Einstellung des Stromes
RE/7/8 = Präzisionsshunts für die Strommessung
R9/11 = Präzisionswiderstände für die Spannungsmessung
C3/R10 = Stabilisierung der Anzeige

In der Fig. 3 ist die Schaltung eines Kanals für eine Ausführungsform der Konstantstromquelle als ein 16-Kanalgerät zur Durchführung von Langzeittests an OLED gezeigt. Der gezeigte eine Kanal von erforderlichen 16 Kanälen enthält ein Strom- und Spannungsmesswerk sowie die Bereichserweiterung.

Die verwendete Referenzspannungsquelle hat einen Wert von 2,5 Volt. Der eingesetzte OPV ist ein Single Supply OPV. Es wird damit die Einstellung von beliebigen Strömen im µA-Bereich bis zu einigen mA erreicht. Beim Betrieb mit 24 V Versorgungsspannung kann ein Spannungshub von ca. 20 V erreicht werden. Der Laststrom bleibt dabei konstant.

Die Bauelemente in der Fig. 3 haben folgende Funktionen:
S1 = Bereichsumschaltung für Strom und Spannung und gleichzeitig für die Strommessung
S2 = Umschalter zwischen Strom- und Spannungsmessung
S3 = Schalter für Display und Messwerk des Panelmeters
S4 = Schalter für die Betriebsspannung für das Referenzelement und schliesst beim Ausschalten die Last wieder kurz.
R1 = Strombegrenzung
R5 = Einstellung des Stromes
R4 = höhere Auflösung der Einstellung
R2/3 = Aufteilung der Referenzspannung
RE/7/8 = Präzisionsshunts für die Strommessung
R9/11 = Präzisionswiderstände für die Spannungsmessung
C1/C2 = Stabilisierung vom OPA und Abblocken von Netz frequenzen
C3/R10 = Stabilisierung der Anzeige
C4 = Glätten der Spannung am Ausgang und Ableiten von Störfrequenzen des Panelmeters gegen Masse

Das Panelmeter wird durch eine LCD-Anzeige mit integriertem Spannungsmesswerk gebildet.

Claims

1. Verfahren zum Bereitstellen kleiner Ströme zum Testen und Treiben von elektrischen Bauelementen, insbesondere von organischen Leuchtdioden (OLED), wobei eine widerstands gesteuerte Stromquelle (Konstantstromquelle) aus einem Operationsverstärker und einer Referenzspannungsquelle aufgebaut wird, wobei das Potential am Masseanschluss (M) der Referenzspannungsquelle der Spannung über der Last entspricht, und wobei der Laststrom jeweils über ein Potentiometer (R5) eingestellt wird, und wobei die Referenzspannung an einem Spannungsteiler (R2, R3) in mindestens zwei Bereiche aufgeteilt wird, um kleine Ströme im µA-Bereich einzustellen, und wobei ein Widerstand (R4) dem Potentiometer (R5) parallel geschaltet wird, um grössere Ströme im mA-Bereich einzustellen, wobei über einen weiteren Widerstand (R1) der maximale Ausgangsstrom der Referenzspannungsquelle (Vref) begrenzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung von Langzeittests an OLED mindestens zwei Konstantstromquellen mit integrierten Messgeräten zu einem Mehrkanalgerät zusammengeschaltet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkanalgerät mit einem externen Schaltsystem zusammengebracht wird und somit das Testen und Treiben von OLED im Pulsbetrieb ermöglicht.

4. Konstantstromquelle zum Bereitstellen kleiner Ströme zum Testen und Treiben von elektronischen Bauelementen, insbesondere von organischen Leuchtdioden (OLED), bestehend aus einem Operationsverstärker (OPV) wie ein Single Supply OPV und einer Referenzspannungsquelle (Vref), wobei der Masseanschluss (M) der Referenz spannungsquelle (Vref) an den Ausgang des Operations verstärkers (OPV), der als Spannungsfolger arbeitet, angeschlossen ist, und wobei die Referenzspannungsquelle (Vref), die über einen Spannungsteiler (R2, R3) zur Einstellung kleinerer Ströme im µA-Bereich in mindestens zwei Bereiche aufgeteilt ist, über mindestens einen als Potentiometer wirkenden Widerstand (R5), über den die Konstantstrom-Einstellung erfolgt, an den positiven Eingang des Operationsverstärkers angeschlossen ist, und wobei zur Einstellung grösserer Ströme im mA-Bereich dem Potentiometer (R5) mindestens ein weiterer Widerstand (R4) parallel geschaltet ist, und wobei vor der Last eine Strom-/Spannungsfitesseinrichtung geschaltet ist.

5. Konstantstromquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schaltungen zu einer Mehrkanalstromquelle zusammengeschaltet sind.