DE10033933B4

DE10033933B4 - Konstantstromquelle zur Bereitstellung kleiner Ströme und Mehrkanalstromquelle

Info

Publication number: DE10033933B4
Application number: DE10033933A
Authority: DE
Inventors: Jörg 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: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: DE10033933A1; KR100343644B1; KR20020004787A

Abstract

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 Referenzspannungsquelle (Vref) an den Ausgang des Operationsverstärkers (OPV), der als Spannungsfolger arbeitet, angeschlossen ist, und wobei die Referenzspannungsquelle (Vref), deren Referenzspannung 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 (RL) eine Strom-/Spannungsmesseinrichtung und zur Begrenzung des maximalen Ausgangsstromes der Referenzspannungsquelle (Vref) ein Widerstand (R1) geschaltet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Konstantstromquelle zur Bereitstellung kleiner Ströme zum Testen und Treiben von elektronischen Bauelementen, insbesondere von organischen Leuchtdioden (OLED) gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Mehrkanalstromquelle.

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 A mit zwei Transistoren.

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

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

In der US 4,785,231 A besteht keine Möglichkeit, die Ausgangsströme frei einzustellen. In der WO 83/02342 A1 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, eine Konstantstromquelle zu entwickeln, mit der die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit der 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 des Anspruches 1 gelöst.

Die Konstantstromquelle nach der Erfindung ist eine widerstandsgesteuerte Stromquelle und besteht aus einem Operationsverstärker wie ein Single Supply OPV und aus einer Referenzspannungsquelle, wobei der Masseanschluss der Referenzspannungsquelle an den Ausgang des Operationsverstärkers, der als Spannungsfolger arbeitet, angeschlossen ist, und wobei die Referenzspannungsquelle, deren Referenzspannung 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 und zur Begrenzung des maximalen Ausgangsstromes der Referenzspannungsquelle ein Widerstand geschaltet sind.

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 Meßgeräten 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:
1: die schematische Darstellung einer Grundschaltung der Konstantstromquelle,
2: die schematische Darstellung einer erweiterten Schaltung der Konstantstromquelle und
3: die schematische Darstellung einer Schaltung für eine spezielle Ausführungsform der Konstantstromquelle (Mehrkanal).
Entsprechend der Darstellung in der 1 besteht die Grundschaltung der widerstandsgesteuerten Konstantstromquelle nach der Erfindung im wesentlichen aus einer Referenzspannungsquelle Vref und einem Operationsverstärker OPV. Die Referenzspannungsquelle Vref liefert eine konstante Referenzspannung zwischen ihrem Ausgang und Anschluss M. Der Operationsverstärker OPV arbeitet als Spannungsfolger, d.h., die Spannung zwischen dem Anschluss M der Referenzspannungsquelle Vref und der Masse der Schaltung entspricht der Spannung über der Last RL. Diese Zusammenschaltung gewährleistet, dass immer 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. Dadurch wird der Ausgangsstrom I bei konstantem Widerstandswert R1 auch bei unterschiedlichen Lasten konstant gehalten. Diese Stromquelle ist also dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsstrom I proportional zum Widerstand R1 ist. Eine Änderung des Widerstandswertes R1 bietet die Möglichkeit, unterschiedliche Konstantströme einzustellen. 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 2 ist die Schaltung nach 1 erweitert, um bestehende Einstellprobleme zu lösen.
Wie in der Grundschaltung nach 1 erkennbar ist, folgt der Strom I einer 1/x-Funktion. Bei einer nur geringen Widerstandsänderung RL in der 1 erfolgt eine anfänglich grosse Stromänderung I. Es wird ein Potentiometer mit einer sehr hohen Auflösung benötigt, um einen weiten, Stromeinstellungsbereich 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 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 2 ist es möglich, eine Mehrkanalstromquelle aufzubauen. Die Mehrkanalstromquelle besteht dann aus einer Mehrzahl baugleicher Schaltungen nach
2. Vorteilhaft ist dabei die galvanische Trennung/Unabhängigkeit der Kanäle.
Die Bauelemente in der 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
R6/7/8: Präzisionsshunts für die Strommessung
R9/11: Präzisionswiderstände für die Spannungsmessung
C3/R10: Stabilisierung der Anzeige

In der 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 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
R6/7/8: 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

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 Referenzspannungsquelle (Vref) an den Ausgang des Operationsverstärkers (OPV), der als Spannungsfolger arbeitet, angeschlossen ist, und wobei die Referenzspannungsquelle (Vref), deren Referenzspannung 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 (RL) eine Strom-/Spannungsmesseinrichtung und zur Begrenzung des maximalen Ausgangsstromes der Referenzspannungsquelle (Vref) ein Widerstand (R1) geschaltet sind.
Mehrkanalstromquelle mit Konstantstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung von Langzeittests an OLED mindestens zwei Konstantstromquellen mit integrierten Messgeräten zusammengeschaltet sind.
Mehrkanalstromquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrkanalstromquelle mit einem externen Schaltsystem verschaltet ist und somit das Testen und Treiben von OLED im Pulsbetrieb ermöglicht.